CN116208895A - 压电扬声器 - Google Patents

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CN116208895A
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CN
China
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piezoelectric film
layer
piezoelectric
intermediate layer
supported surface
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河本裕介
大户康平
山本沙织
大幡凉平
日紫喜智昭
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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Abstract

本发明涉及压电扬声器。压电扬声器(10)具有：压电膜(35)、第一接合层(51)和中间层(40)。压电膜(35)包含第一电极(61)、第二电极(62)以及夹在第一电极(61)和第二电极(62)之间的压电体(30)。第一接合层(51)是粘合性或胶粘性的层。中间层(40)配置在压电膜(35)和第一接合层(51)之间。压电膜(35)的两个主面的整个主面上下振动。

Description

压电扬声器
本申请是申请日为2018年11月20日、申请号为201880075004.2的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及压电扬声器。
背景技术
近年来，作为用于声学设备或用于消音的扬声器，有时采用使用了压电膜的扬声器(以下，有时称为压电扬声器)。压电扬声器具有体积小且重量轻的优点。
专利文献1中记载了压电扬声器的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭63-149997号公报
专利文献2：日本特开2016-122187号公报
发明内容
发明所要解决的问题
为了确保足够的音量，在专利文献1的压电扬声器中，利用支撑构件固定压电膜的边缘部，并且压电膜保持弯曲形状。但是，从实现设置部位的限制少的压电扬声器的观点考虑，优选不必使压电膜弯曲。
本发明的目的在于提供一种即使压电膜不保持弯曲形状也显示出实用的声学特性的压电扬声器。
用于解决问题的手段
本发明提供一种压电扬声器，其中，所述压电扬声器具有：
压电膜，所述压电膜包含第一电极、第二电极以及夹在所述第一电极和所述第二电极之间的压电体；
粘合性或胶粘性的第一接合层；和
中间层，所述中间层配置在所述压电膜和所述第一接合层之间，并且
所述压电膜的两个主面的整个主面上下振动。
发明效果
对于压电膜的两个主面的整个主面上下振动的压电扬声器而言，即使压电膜不保持弯曲形状，也能够显示出实用的声学特性。
附图说明
图1为压电扬声器的与厚度方向平行的截面的剖视图。
图2为从与第一接合面相反的一侧观察压电扬声器时的俯视图。
图3为用于说明将压电扬声器固定在支撑体上的状态的图。
图4A为示意性地示出压电膜振动的情况的图。
图4B为示意性地示出压电膜振动的情况的图。
图5为用于说明用于测定样品的结构的图。
图6为输出系统的框图。
图7为评价系统的框图。
图8A为表示样品的评价结果的表。
图8B为表示样品的评价结果的表。
图9为表示中间层的约束度与开始发出声音的频率之间的关系的图。
图10为表示实施例1的样品的声压水平的频率特性的图。
图11为表示实施例2的样品的声压水平的频率特性的图。
图12为表示实施例3的样品的声压水平的频率特性的图。
图13为表示实施例4的样品的声压水平的频率特性的图。
图14为表示实施例5的样品的声压水平的频率特性的图。
图15为表示实施例6的样品的声压水平的频率特性的图。
图16为表示实施例7的样品的声压水平的频率特性的图。
图17为表示实施例8的样品的声压水平的频率特性的图。
图18为表示实施例9的样品的声压水平的频率特性的图。
图19为表示实施例10的样品的声压水平的频率特性的图。
图20为表示实施例11的样品的声压水平的频率特性的图。
图21为表示实施例12的样品的声压水平的频率特性的图。
图22为表示实施例13的样品的声压水平的频率特性的图。
图23为表示实施例14的样品的声压水平的频率特性的图。
图24为表示实施例15的样品的声压水平的频率特性的图。
图25为表示实施例16的样品的声压水平的频率特性的图。
图26为表示参考例1的样品的声压水平的频率特性的图。
图27为表示背景噪声的声压水平的频率特性的曲线图。
图28为用于说明压电膜的支撑结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但是以下仅是本发明的实施方式的例示，并不旨在限制本发明。
[第一实施方式]
使用图1和图2对第一实施方式所涉及的压电扬声器进行说明。压电扬声器10具有：压电膜35、第一接合层51、中间层40和第二接合层52。第一接合层51、中间层40、第二接合层52和压电膜35依次层叠。
压电膜35包含压电体30、电极61和电极62。压电膜35具有膜形状。
压电体30具有膜形状。压电体30通过施加电压而振动。作为压电体30，可以使用陶瓷膜、树脂膜等。作为是陶瓷膜的压电体30的材料，可以列举：锆酸铅、锆钛酸铅、锆钛酸铅镧、钛酸钡、Bi层状化合物、钨青铜结构化合物、钛酸钡与铁酸铋的固溶体等。作为是树脂膜的压电体30的材料，可以列举：聚偏二氟乙烯、聚乳酸等。作为树脂膜的压电体30的材料也可以是聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃。另外，压电体30可以是无孔体，也可以是多孔体。
压电体30的厚度例如在10μm～300μm的范围内，也可以在30μm～110μm的范围内。
电极61和电极62将压电体30夹在中间。具体而言，压电体30与电极61和电极62接触。第一电极61和第二电极62具有膜形状。第一电极61和第二电极62各自与未图示的引线连接。第一电极61和第二电极62可以通过蒸镀、电镀、溅射等形成在压电体30上。作为第一电极61和第二电极62，也可以使用金属箔。金属箔可以通过双面胶带、粘合剂、胶粘剂等粘贴在压电体30上。作为第一电极61和第二电极62的材料，可以列举金属，具体而言，可以列举：金、铂、银、铜、钯、铬、钼、铁、锡、铝、镍等。作为第一电极61和第二电极62的材料，也可以列举：碳、导电聚合物等。作为第一电极61和第二电极62的材料，也可以列举上述材料的合金。第一电极61和第二电极62也可以包含玻璃成分等。
第一电极61和第二电极62的厚度各自例如在10nm～150μm的范围内，也可以在20nm～100μm的范围内。
在图1和图2的例子中，第一电极61覆盖压电体30的整个一个主面。但是，第一电极61也可以仅覆盖压电体30的该一个主面的一部分。第二电极62覆盖压电体30的整个另一个主面。但是，第二电极62也可以仅覆盖压电体30的该另一个主面的一部分。
中间层40配置在压电膜35和第一接合层51之间。中间层40可以是除胶粘层和粘合层以外的层，也可以是胶粘层或粘合层。在本实施方式中，中间层40为多孔层和/或树脂层。在此，树脂层为包含橡胶层和弹性体层的概念，因此作为树脂层的中间层40也可以是橡胶层或弹性体层。作为是树脂层的中间层40，可以列举：乙丙橡胶层、丁基橡胶层、丁腈橡胶层、天然橡胶层、丁苯橡胶层、聚硅氧烷层、聚氨酯层、丙烯酸类树脂层等。作为是多孔层的中间层40，可以列举发泡体层等。具体而言，作为是多孔层和树脂层的中间层40，可以列举：乙丙橡胶发泡体层、丁基橡胶发泡体层、丁腈橡胶发泡体层、天然橡胶发泡体层、丁苯橡胶发泡体层、聚硅氧烷发泡体层、聚氨酯发泡体层等。作为不是多孔层而是树脂层的中间层40，可以列举丙烯酸类树脂层等。作为不是树脂层而是多孔层的中间层40，可以列举金属多孔层等。在此，树脂层是指含有树脂的层，是指可以含有30％以上的树脂、可以含有45％以上的树脂、可以含有60％以上的树脂、可以含有80％以上的树脂的层。对于橡胶层、弹性体层、乙丙橡胶层、丁基橡胶层、丁腈橡胶层、天然橡胶层、丁苯橡胶层、聚硅氧烷层、聚氨酯层、丙烯酸类树脂层、金属层、树脂膜、陶瓷膜等也同样。中间层40也可以是两种以上的材料的共混层。
中间层40的弹性模量例如为10000N/m2～10000000N/m2，也可以为20000N/m2～100000N/m2。
在一个例子中，作为多孔层的中间层40的孔径为0.1mm～7.0mm，也可以为0.3mm～5.0mm。在另一个例子中，作为多孔层的中间层40的孔径例如为0.1mm～2.5mm，也可以为0.2mm～1.5mm，还可以为0.3mm～0.7mm。作为多孔层的中间层40的孔隙率例如为70％～99％，也可以为80％～99％，还可以为90％～95％。
作为是发泡体层的中间层40，可以利用公知的发泡体(例如，可以利用专利文献2的发泡体)。作为发泡体层的中间层40可以具有连续气泡结构，也可以具有独立气泡结构，还可以具有半独立半连续的气泡结构。连续气泡结构指连续气泡率为100％的结构。独立气泡结构是指连续气泡率为0％的结构。半独立半连续的气泡结构是指连续气泡率大于0％且小于100％的结构。在此，连续气泡率例如可以通过进行将发泡体层浸入水中的试验并使用公式：连续气泡率(％)＝{(所吸收的水的体积)/(气泡部分体积)}×100计算。在一个具体例子中，“所吸收的水的体积”通过如下方式得到：将发泡体层浸入水中，在-750mmHg的减压下放置3分钟，然后测定与发泡体层的气泡中的空气置换的水的质量，将水的密度设为1.0g/cm3并换算为体积。“气泡部分体积”是使用公式：气泡部分体积(cm3)＝{(发泡体层的质量)/(发泡体层的表观密度)}-{(发泡体层的质量)/(材料密度)}计算的值。“材料密度”是形成发泡体层的基材(实心体)的密度。
作为发泡体层的中间层40的发泡倍率(发泡前后的密度比)例如为5倍～40倍，也可以为10倍～40倍。
非压缩状态下的中间层40的厚度例如在0.1mm～30mm的范围内，也可以在1mm～30mm的范围内，还可以在1.5mm～30mm的范围内，还可以在2mm～25mm的范围内。典型地，在非压缩状态下，中间层40比压电膜35厚。在非压缩状态下，中间层40的厚度相对于压电膜35的厚度的比率例如为3倍以上，也可以为10倍以上，还可以为30倍以上。另外，典型地，在非压缩状态下，中间层40比第一接合层51厚。
第一接合层51为粘合性或胶粘性的层。换言之，第一接合层51为胶粘层或粘合层。第一接合层51能够粘贴在支撑体上。在图1的例子中，第一接合层51与中间层40接触。第一接合层51用于将中间层40与支撑体接合。具体而言，第一接合层51具有用于粘贴到支撑体上的第一接合面17。作为第一接合层51，可以列举具有基材和涂布在基材两面上的粘合剂的双面胶带。作为用作第一接合层51的双面胶带的基材，可以列举无纺布等。作为用作第一接合层51的双面胶带的粘合剂，可以列举含有丙烯酸类树脂的粘合剂等。但是，第一接合层51也可以是不具有基材的粘合剂层。
第一接合层51的厚度例如为0.01mm～1.0mm，也可以为0.05mm～0.5mm。
第二接合层52配置在中间层40和压电膜35之间。在本实施方式中，第二接合层52为粘合性或胶粘性的层。换言之，第二接合层52为胶粘层或粘合层。第二接合层52与中间层40和压电膜35接触。第二接合层52将中间层40和压电膜35接合。作为第二接合层52，可以列举具有基材和涂布在基材两面上的粘合剂的双面胶带。作为用作第二接合层52的双面胶带的基材，可以列举无纺布等。作为用作第二接合层52的双面胶带的粘合剂，可以列举含有丙烯酸类树脂的粘合剂等。但是，第二接合层52也可以是不具有基材的粘合剂层。
第二接合层52的厚度例如为0.01mm～1.0mm，也可以为0.05mm～0.5mm。
在本实施方式中，通过第二接合层52与压电膜35接触而使压电膜35与第一接合面17一侧的层一体化。
在图3中示出通过第一接合面17将图1的压电扬声器10粘贴在支撑体80上的结构。在该状态下，通过引线将电压施加到压电膜35上。由此，压电膜35振动，从压电膜35发出声音。在图3的例子中，支撑体80具有平面，在该平面上粘贴有压电扬声器10，压电膜35以平面状展开。从使从压电膜35发射的声波接近平面波的观点考虑，该方式是有利的。但是，在支撑体80具有弯曲面的情况下，也可以将压电扬声器10粘贴在该弯曲面上。
典型地，支撑体80的与第一接合面17相对的面的面积大于等于第一接合面17的面积。支撑体80的与第一接合面17相对的面的面积为第一接合面17的面积的例如1.0倍以上，也可以为1.5倍以上，还可以为5倍以上。典型地，与中间层40相比，支撑体80具有较大的刚性(杨氏模量与截面惯性矩之积)、较大的杨氏模量和/或较大的厚度。但是，支撑体80也可以具有与中间层40相同的刚性、杨氏模量和/或厚度，还可以具有比中间层40小的刚性、杨氏模量和/或厚度。支撑体80的杨氏模量例如为1GPa以上，也可以为10GPa以上，还可以为50GPa以上。支撑体80的杨氏模量的上限没有特别限制，例如为1000GPa。由于可以利用各种物品作为支撑体80，因此难以规定其厚度的范围，但是支撑体80的厚度例如为0.1mm以上，也可以为1mm以上，还可以为10mm以上，还可以为50mm以上。支撑体80的厚度的上限没有特别限制，例如为1m。典型地，不管压电扬声器10如何，支撑体80的位置和/或形状都是固定的。典型地，支撑体80是设想不弯曲而制作的支撑体。
固定在支撑体80上的压电扬声器10可以作为声学用扬声器使用，也可以作为消音用扬声器使用。
在压电扬声器10中，压电膜35的两个主面的整个主面上下振动。这样的压电扬声器10即使压电膜35不保持弯曲形状也能够显示出实用的声学特性。
详细而言，在将整个作为第一接合层51的与中间层40相反的一侧的主面的第一接合面17粘贴在支撑体80的状态下在第一电极61和第二电极62之间施加电压时，压电膜35的两个主面的整个主面上下振动。整个主面上下振动是指：以在第一电极61和第二电极62之间未施加电压时的主面的位置为基准，主面以向压电膜35的厚度方向的一侧和另一侧两侧位移的方式振动。
需要说明的是，“压电膜35的两个主面的整个主面上下振动”是不仅包含两个主面的完全全部的区域振动的情况、还包含两个主面的实质上全部的区域振动的情况的概念。具体而言，“压电膜35的两个主面的整个主面上下振动”是指：两个主面中的一个面(被支撑面16)的面积的90％以上的区域上下振动，并且两个主面中的另一个面的面积的90％以上的区域上下振动。可以上述一个面的面积的95％以上的区域上下振动，也可以上述一个面的面积的100％的区域上下振动。可以上述另一个面的面积的95％以上的区域上下振动，也可以上述另一个面的面积的100％的区域上下振动。
压电膜35的一个面的外缘由封闭的轮廓构成。典型地，该封闭的轮廓的90％以上的部分上下振动。可以封闭的轮廓的95％以上的部分上下振动，也可以封闭的轮廓的100％的部分上下振动。
压电膜35的另一个面的外缘由封闭的轮廓构成。典型地，该封闭的轮廓的90％以上的部分上下振动。可以封闭的轮廓的95％以上的部分上下振动，也可以封闭的轮廓的100％的部分上下振动。
典型地，当在将整个第一接合面17粘贴在支撑体80上的状态下在第一电极61和第二电极62之间施加电压时，压电扬声器10不具有将压电膜35的一部分固定在支撑体80上并使该部分作为压电膜35的振动的节点起作用的固定构件(螺钉、铆钉(かしめ)等)。
在非限定性的一个方式中，中间层40的压电膜35一侧的整个主面上下振动。详细而言，当在将整个第一接合面17粘贴在支撑体80上的状态下在第一电极61和第二电极62之间施加电压时，中间层40的压电膜35一侧的整个主面上下振动。
“中间层40的压电膜35一侧的整个主面上下振动”是不仅包含该主面的完全全部的区域振动的情况、还包含该主面的实质上全部的区域振动的情况的概念。具体而言，“中间层40的压电膜35一侧的整个主面上下振动”是指该主面的面积的90％以上的区域上下振动。可以该主面的面积的95％以上的区域上下振动，也可以该主面的面积的100％的区域上下振动。
参照图4A和图4B对压电膜35振动的情况进行说明。在图4A和图4B中，基准位置RP表示压电膜35未振动时的压电膜35的被支撑面16的位置。在此，被支撑面16是指压电膜35的中间层40一侧的主面。在图4A和图4B中，省略了第一接合层51和第二接合层52的图示。在使用图4A和图4B的说明中，厚度方向是指未振动的压电膜35的厚度方向，面内方向是指与其厚度方向正交的方向。
图4A表示压电膜35在相对较低的频率下振动的情况。
在图4A所示的例子中，在某个时刻，压电膜35处于方块箭头左侧的状态。在该状态下，在面内方向的中央区域中从基准位置RP观察时，压电膜35的被支撑面16向支撑体80一侧位移，在周边区域中从基准位置RP观察时，压电膜35的被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移。对于压电膜35的与被支撑面16相反的一侧的主面，以不振动时的该主面的位置为基准，也同样地发生位移。
在图4A所示的例子中，在另一时刻，压电膜35处于方块箭头右侧的状态。在该状态下，在面内方向的中央区域中从基准位置RP观察时，压电膜35的被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移，在周边区域中从基准位置RP观察时，压电膜35的被支撑面16向支撑体80一侧位移。对于压电膜35的与被支撑面16相反的一侧的主面，以不振动时的该主面的位置为基准，也同样地发生位移。
图4B表示压电膜35在相对较高的频率下振动的情况。
在图4B所示的例子中，在某个时刻，压电膜35处于方块箭头左侧的状态。在该状态下，在压电膜35中，关于面内方向，从基准位置RP观察时被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移的部分、从基准位置RP观察时被支撑面16向支撑体80一侧位移的部分、从基准位置RP观察时被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移的部分、从基准位置RP观察时被支撑面16向支撑体80一侧位移的部分和从基准位置RP观察时被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移的部分依次排列，对于压电膜35的与被支撑面16相反的一侧的主面，以不振动时的该主面的位置为基准，也同样地发生位移。
在图4B所示的例子中，在另一时刻，压电膜35处于方块箭头右侧的状态。在该状态下，在压电膜35中，关于面内方向，从基准位置RP观察时被支撑面16向支撑体80一侧位移的部分、从基准位置RP观察时被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移的部分、从基准位置RP观察时被支撑面16向支撑体80一侧位移的部分、从基准位置RP观察时被支撑面16向与支撑体80相反的一侧位移的部分和从基准位置RP观察时被支撑面16向支撑体80一侧位移的部分依次排列，对于压电膜35的与被支撑面16相反的一侧的主面，以不振动时的该主面的位置为基准，也同样地发生位移。
在图4A和图4B所示的方式中，中间层40的压电膜35一侧的整个主面也沿上下方向振动。
从压电膜35发挥出实用的声学特性的观点考虑，压电膜35的两个主面的整个主面上下振动是有利的。此外，在本实施方式中，在压电膜35和第一接合层51之间配置有中间层40。认为中间层40的存在有助于压电膜35的实用的声学特性的发挥。以下，进一步对包含中间层40的本实施方式所涉及的压电扬声器10进行说明。
在本实施方式中，通过中间层40而防止了由于将压电扬声器10的第一接合面17粘贴在支撑体80上而使得不易发出可听音域中的低频侧的声音。关于作用的详细情况，需要等待今后的研究，但是有可能通过利用中间层40适度地约束压电膜35的一个主面而使得容易从压电膜35产生可听音域中的低频侧的声音。
可以认为上述“适度地约束”通过适当地选择的中间层40的约束度而实现。例如，中间层40的约束度为5×108N/m3以下。中间层40约束度例如为1×104N/m3以上。中间层40的约束度优选为2×108N/m3以下，更优选为1×105N/m3～5×107N/m3。在此，中间层40的约束度(N/m3)是如下式所示通过中间层40的弹性模量(N/m2)与中间层40的表面填充率之积除以中间层40的厚度(m)而得到的值。中间层40的表面填充率是中间层40的压电膜35一侧的主面的填充率(1减去孔隙率而得到的值)。在中间层40的孔均匀分布的情况下，表面填充率可以视为与中间层40的三维填充率相等。
约束度(N/m3)＝弹性模量(N/m2)×表面填充率÷厚度(m)
约束度可以认为是表示由中间层40产生的压电膜35的约束程度的参数。由上式所示，中间层40的弹性模量越大，则约束程度越大。由上式所示，中间层40的表面填充率越大，则约束程度越大。由上式所示，中间层40的厚度越小，则约束程度越大。关于中间层40的约束度与从压电膜35产生的声音之间的关系，需要等待今后的研究，但是在约束度过大的情况下，有可能阻碍发出低频侧的声音所需要的压电膜35的变形。相反，在约束度过小的情况下，有可能压电膜35在其厚度方向上未充分变形，而仅在其面内方向(与厚度方向垂直的方向)上伸缩，从而阻碍低频侧的声音的产生。可以认为，通过将中间层40的约束度设定在适当的范围内，压电膜35的面内方向的伸缩被适当地转换为厚度方向的变形，压电膜35作为整体适当地弯曲，从而容易产生低频侧的声音。
根据上述说明可以理解，在压电膜35和第一接合面17之间可以存在与中间层40不同的层。该不同的层例如为第二接合层52。
支撑体80可以具有比中间层40大的约束度。即使在该情况下，通过中间层40的作用，也能够从压电膜35产生低频侧的声音。但是，支撑体80也可以具有与中间层40相同的约束度，或者也可以具有比中间层40小的约束度。在此，支撑体80的约束度(N/m3)是通过支撑体80的弹性模量(N/m2)与支撑体80的表面填充率之积除以支撑体80的厚度(m)而得到的值。支撑体80的表面填充率是支撑体80的压电膜35一侧的主面的填充率(1减去孔隙率而得到的值)。
在本实施方式的压电扬声器10中，中间层40和第一接合层51两者支撑整个被支撑面16。
需要说明的是，“中间层40和第一接合层51两者支撑整个被支撑面16”是不仅包含中间层40和第一接合层51两者支撑被支撑面16的完全全部的区域的情况、还包含中间层40和第一接合层51两者支撑被支撑面16的实质上全部的区域的情况的概念。具体而言，“中间层40和第一接合层51两者支撑整个被支撑面16”是指中间层40支撑被支撑面16的面积的90％以上的区域，并且第一接合层51支撑被支撑面16的面积的90％以上的区域。中间层40可以支撑被支撑面16的面积的95％以上的区域，中间层40也可以支撑被支撑面16的面积的100％的区域。第一接合层51可以支撑被支撑面16的面积的95％以上的区域，第一接合层51也可以支撑被支撑面16的面积的100％的区域。
上述压电扬声器10容易粘贴在支撑体80上。另外，上述压电扬声器10在粘贴在支撑体80上的状态下能够显示出实用的声学特性。
在本实施方式中，在第一接合层51粘贴在支撑体80上的状态下对第一电极61和第二电极62施加电压时，中间层40和第一接合层51在允许压电膜35的振动的同时支撑整个被支撑面16。
在本实施方式中，中间层40与整个被支撑面16接合。具体而言，第二接合层52将整个被支撑面16与中间层40接合。更具体而言，第二接合层52与整个被支撑面16接触。在第一接合层51粘贴在支撑体80上的状态下对第一电极61和第二电极62施加电压时，压电膜35在通过第二接合层52将整个被支撑面16与中间层40接合的状态下振动。
也可以以下述方式说明本发明所涉及的压电扬声器10：
压电扬声器10具有：
压电膜35，所述压电膜35包含第一电极61、第二电极62以及夹在第一电极61和第二电极62之间的压电体30；
粘合性或胶粘性的第一接合层51；和
中间层40，所述中间层40配置在压电膜35和第一接合层51之间，并且
在将压电膜35的中间层40一侧的主面定义为被支撑面16时，
中间层40与整个被支撑面16接合。
对于这样的压电扬声器10而言，即使压电膜35未保持弯曲形状，也能够出显示实用的声学特性。
需要说明的是，“中间层40与整个被支撑面16接合”是不仅包含中间层40与被支撑面16的完全全部的区域接合的情况、还包含中间层40与被支撑面16的实质上全部的区域接合的情况的概念。具体而言，“中间层40与整个被支撑面16接合”是指中间层40与被支撑面16的面积的90％以上的区域接合。中间层40可以与被支撑面16的面积的95％以上的区域接合，中间层40也可以与被支撑面16的面积的100％的区域接合。在“第二接合层52将整个被支撑面16与中间层40接合”的上下文中，“整个被支撑面16”同样可以解释为被支撑面16的面积的90％以上的区域、被支撑面16的面积的95％以上的区域或被支撑面16的面积的100％的区域。
同样地，“第二接合层52与整个被支撑面16接触”是不仅包含第二接合层52与被支撑面16的完全全部的区域接触的情况、还包含第二接合层52与被支撑面16的实质上全部的区域接触的情况的概念。具体而言，“第二接合层52与整个被支撑面16接触”是指第二接合层52与被支撑面16的面积的90％以上的区域接触。第二接合层52可以与被支撑面16的面积的95％以上的区域接触，第二接合层52也可以与被支撑面16的面积的100％的区域接触。
由上述说明可以理解，在压电扬声器10中，在俯视图中观察压电膜35时，可以在压电膜35的面积的90％以上的区域中配置中间层40，也可以在压电膜35的面积的95％以上的区域中配置中间层40，还可以在压电膜35的面积的100％的区域中配置中间层40。在俯视图中观察压电膜35时，可以在压电膜35的面积的90％以上的区域中配置第一接合层51，也可以在压电膜35的面积的95％以上的区域中配置第一接合层51，还可以在压电膜35的面积的100％的区域中配置第一接合层51。此外，在俯视图中观察压电膜35时，可以在压电膜35的面积的90％以上的区域中配置第二接合层52，也可以在压电膜35的面积的95％以上的区域中配置第二接合层52，还可以在压电膜35的面积的100％的区域中配置第二接合层52。
在此，在中间层40为多孔体的情况下，配置中间层40的区域的比率不是从考虑该多孔结构所产生的孔的微观的观点，而是从更宏观的观点来规定的。例如，在压电膜35和作为多孔体的中间层40为在俯视图中具有共同轮廓的板状体的情况下，表示为在压电膜35的面积的100％的区域中配置有中间层40。
可以由压电膜35构成压电扬声器10的与第一接合面17相反的一侧的主面15的50％以上。也可以由压电膜35构成主面15的75％以上，还可以由压电膜35构成整个主面15。
在本实施方式中，存在于压电膜35和第一接合面17之间且彼此邻接的层接合在一起。在此，“压电膜35和第一接合面17之间”包含压电膜35和第一接合面17。具体而言，第一接合层51与中间层40接合，中间层40与第二接合层52接合，并且第二接合层52与压电膜35接合。因此，不管压电扬声器10在支撑体80上的安装形态如何，都能够稳定地配置压电膜35，而且容易将压电扬声器10安装到支撑体80上。此外，通过中间层40的作用，不管安装形态如何，都能够从压电膜35发出声音。因此，在本实施方式中，它们相互结合而实现了使用方便的压电扬声器10。
在本实施方式中，第一接合层51具有均匀的厚度。中间层40具有均匀的厚度。压电膜35具有均匀的厚度。多数情况下这从压电扬声器10的保存、使用方便、从压电膜35发出的声音的控制等各种观点考虑是有利的。需要说明的是，“具有均匀的厚度”例如是指厚度的最小值为厚度的最大值的70％以上且100％以下。第一接合层51、中间层40和压电膜35各自的厚度的最小值可以为各自的厚度的最大值的85％以上且100％以下。第一接合层51、中间层40和压电膜35各自的厚度的最小值可以为各自的厚度的最大值的90％以上且100％以下。另外，“具有均匀的厚度”是指在不振动的状态下的厚度均匀。
在图1所示的例子中，第一接合层51的第一接合面17为露出面。但是，第一接合面17可以被能够从第一接合面17剥离的剥离层覆盖。典型地，剥离层覆盖第一接合面17的面积的100％的区域。作为剥离层，可以列举具有膜和涂布在该膜的第一接合面17一侧的主面上剥离剂的剥离层。作为剥离层的膜，可以列举纸、树脂膜等。作为剥离层的剥离剂，可以列举具有长链烷基的聚合物、含有氟原子的化合物或聚合物、聚硅氧烷类聚合物等。通过在除去剥离层后的状态下将第一接合面17粘贴在支撑体80上，能够将压电膜35和中间层40固定在支撑体80上。这样的粘贴操作对操作者而言负担小。
顺便说一下，与陶瓷等相比，树脂是不易产生裂纹的材料。在一个具体例子中，压电膜35的压电体30为树脂膜，并且中间层40为不起作为压电膜的作用的树脂层。这样的方式从利用剪刀、人手等切断压电扬声器10而不在压电体30或中间层40中产生裂纹的观点考虑是有利的。另外，如果是这样的方式，则即使弯曲压电扬声器10，在压电体30或中间层40中也不易产生裂纹。另外，从将压电扬声器10固定在弯曲面上而不在压电体30或中间层40中产生裂纹的观点考虑，压电体30为树脂膜且中间层40为树脂层是有利的。
在图1的例子中，压电膜35、中间层40、第一接合层51和第二接合层52在俯视图中是具有短边方向和长边方向的长方形。但是，它们也可以是正方形、圆形、椭圆形等。
另外，压电扬声器也可以包含除图1所示的层以外的层。
实施例
通过实施例对本发明详细地进行说明。但是，以下的实施例示出本发明一例，本发明不限定于以下的实施例。
(实施例1)
通过将压电扬声器10的第一接合面17粘贴在固定的支撑构件上而制作了使用上述支撑构件作为图3的支撑体80的结构。具体而言，作为支撑构件，使用厚度为5mm的不锈钢平板(SUS平板)。作为第一接合层51，使用在无纺布的两面浸渗有丙烯酸类粘合剂的厚度为0.16mm的粘合片(双面胶带)。作为中间层40，使用将含有乙丙橡胶和丁基橡胶的混合物以约10倍的发泡倍率发泡而得到的厚度为3mm的独立气泡型发泡体。作为第二接合层52，使用基材为无纺布并在该基材的两面上涂布了无溶剂型的含有丙烯酸类树脂的粘合剂的厚度为0.15mm的粘合片(双面胶带)。作为压电膜35，使用在两面上蒸镀有铜电极(包含镍)的聚偏二氟乙烯膜(总厚度为33μm)。实施例1的第一接合层51、中间层40、第二接合层52和压电膜35在俯视图中具有纵向37.5mm×横向37.5mm的尺寸，并且在俯视图中具有轮廓重叠的非分割且非框状的板状形状(在后述的实施例和参考例中也同样)。支撑构件80在俯视图中具有纵向50mm×横向50mm的尺寸，并且完全覆盖第一接合层51。以这样的方式制作了具有图3所示的结构的实施例1的样品。
(实施例2)
作为中间层40，使用将含有乙丙橡胶的混合物以约10倍的发泡倍率发泡而得到的厚度为3mm的半独立半连续气泡型发泡体。该发泡体为含有硫的发泡体。除此之外，以与实施例1同样的方式制作了实施例2的样品。
(实施例3)
在实施例3中，作为中间层40，使用与实施例2的中间层40的材料相同且结构相同的厚度为5mm的发泡体。除此之外，以与实施例2同样的方式制作了实施例3的样品。
(实施例4)
在实施例4中，作为中间层40，使用与实施例2的中间层40的材料相同且结构相同的厚度为10mm的发泡体。除此之外，以与实施例2同样的方式制作了实施例4的样品。
(实施例5)
在实施例5中，作为中间层40，使用与实施例2的中间层40的材料相同且结构相同的厚度为20mm的发泡体。除此之外，以与实施例2同样的方式制作了实施例5的样品。
(实施例6)
作为中间层40，使用将含有乙丙橡胶的混合物以约10倍的发泡倍率发泡而得到的厚度为20mm的半独立半连续气泡型发泡体。该发泡体为不含硫的发泡体，与用作实施例2～5的中间层40的发泡体相比更柔软。除此之外，以与实施例1同样的方式制作了实施例6的样品。
(实施例7)
作为中间层40，使用将含有乙丙橡胶的混合物以约20倍的发泡倍率发泡而得到的厚度为20mm的半独立半连续气泡型发泡体。除此之外，以与实施例1同样的方式制作了实施例7的样品。
(实施例8)
作为中间层40，使用金属多孔体。该金属多孔体是材料为镍、孔径为0.9mm且厚度为2.0mm的金属多孔体。作为第二接合层52，使用与实施例1的第一接合层51相同的粘合层。除此之外，以与实施例1同样的方式制作了实施例8的样品。
(实施例9)
作为中间层40，使用由丙烯酸类粘合剂构成的厚度为3mm的无基材粘合片。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例9的样品。
(实施例10)
作为中间层40，使用厚度为5mm的聚氨酯泡沫。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例10的样品。
(实施例11)
作为中间层40，使用厚度为10mm的聚氨酯泡沫。该聚氨酯泡沫的孔径比用作实施例10的中间层40的聚氨酯泡沫小。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例11的样品。
(实施例12)
作为中间层40，使用厚度为5mm的独立气泡型丁腈橡胶发泡体。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例12的样品。
(实施例13)
作为中间层40，使用厚度为5mm的独立气泡型乙丙橡胶发泡体。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例13的样品。
(实施例14)
作为中间层40，使用将天然橡胶和丁苯橡胶共混而成的厚度为5mm的独立气泡型发泡体。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例14的样品。
(实施例15)
作为中间层40，使用厚度为5mm的独立气泡型聚硅氧烷发泡体。除此之外，以与实施例8同样的方式制作了实施例15的样品。
(实施例16)
作为中间层40，使用与实施例1的中间层40的材料相同且结构相同的厚度为10mm的发泡体。作为第二接合层52，使用与实施例1相同的粘合片。作为压电膜35的压电体30，使用厚度为35μm的以来源于玉米的聚乳酸作为主要原料的树脂片。压电膜35的第一电极61和第二电极62各自为厚度为0.1μm的铝膜并且通过蒸镀而形成。以这样的方式得到了总厚度为35.2μm的压电膜35。除此之外，以与实施例1同样的方式制作了实施例16的样品。
(参考例1)
将实施例1的压电膜35作为参考例1的样品。在参考例1中，将样品放置在与地面平行的台上而不胶粘。
实施例和参考例所涉及的样品的评价方法如下所述。
<中间层的厚度(非压缩状态)>
中间层的厚度使用测厚仪测定。
<中间层的弹性模量>
从中间层中切出小片。对于所切出的小片，使用拉伸试验机(TA Instruments公司制造的“RSA-G2”)在常温下进行压缩试验。由此得到了应力-应变曲线。根据应力-应变曲线的初始斜率计算出弹性模量。
<中间层的孔径>
利用显微镜得到了中间层的放大图像。通过对该放大图像进行图像分析而求出了中间层孔径的平均值。将所求出的平均值作为中间层的孔径。
<中间层的孔隙率>
从中间层中切出长方体的小片。根据所切出的小片的体积和质量求出表观密度。表观密度除以形成中间层的基材(实心体)的密度。由此计算出填充率。然后，1减去填充率。由此得到了孔隙率。
<中间层的表面填充率>
对于实施例2～15，将上述填充率作为表面填充率。在实施例1和16中，由于中间层具有表层，因此将表面填充率设为100％。
<样品的声压水平的频率特性>
在图5中示出用于测定实施例1～16的样品的结构。在压电膜35的两面的角部安装有厚度为70μm、纵向5mm×横向70mm的导电铜箔胶带70(3M公司制造的CU-35C)。另外，在这些导电铜箔胶带70上分别安装有线夹(みのむしクリップ)75。导电铜箔胶带70和线夹75构成用于对压电膜35施加交流电压的电路的一部分。
用于测定参考例1的样品的结构为仿照图5的结构。具体而言，仿照图5，在压电膜35的两面的角部安装有导电铜箔胶带70，并且在这些导电铜箔胶带70上安装有线夹75。将以这样的方式得到的组件放置在与地面平行的台上而不胶粘。
在图6和图7中示出用于测定样品的声学特性的框图。具体而言，图6示出输出系统，图7示出评价系统。
在图6所示的输出系统中，将声音输出用个人计算机(以下有时将个人计算机简称为PC)401、音频接口402、扬声器放大器403和样品404(实施例和参考例中的压电扬声器)依次连接。还将扬声器放大器403与示波器405连接以使得能够确认从扬声器放大器403到样品404的输出。
在声音输出用PC 401中安装有WaveGene。WaveGene是用于产生测试用声音信号的免费软件。作为音频接口402，使用罗兰株式会社制造的QUAD-CAPTURE。音频接口402的采样频率设定为192kHz。作为扬声器放大器403，使用安桥株式会社制造的A-924。作为示波器405，使用泰克公司制造的DPO2024。
在图7所示的评价系统中，将麦克风501、声学评价装置(PULSE)502和声学评价用PC 503依次连接。
作为麦克风501，使用B&K公司制造的Type4939-C-002。麦克风501配置在距离样品404 1m的位置处。作为声学评价装置502，使用B&K公司制造的Type3052-A-030。
以这样的方式构成输出系统和评价系统，并且从声音输出用PC401经由音频接口402和扬声器放大器403对样品404施加交流电压。具体而言，使用声音输出用PC 401产生在20秒内频率从100Hz扫描至100kHz的测试用声音信号。此时，通过示波器405确认了从扬声器放大器403输出的电压。另外，利用评价系统评价了从样品404产生的声音。以这样的方式进行了声压频率特性测定试验。
输出系统和评价系统的设定的详细情况如下所述。
[输出系统的设定]
频率范围：100Hz～100kHz
扫描时间：20秒
有效电压：10V
输出波形：正弦波
[评价系统的设定]
测定时间：22秒
峰值保持
测定范围：4Hz～102.4kHz
线数：6400
<开始发出声音的频率的判断>
将声压水平比背景噪声高3dB以上的频率范围(不包括声压水平保持在背景噪声+3dB以上的频率范围不满足峰值频率(声压水平达到峰值的频率)的±10％这样的陡峭的峰部)的下端判断为开始发出声音的频率。
在图8A～图26中示出实施例1～16和参考例1的评价结果。在图27中示出背景噪声的声压水平的频率特性。需要说明的是，在图9中，E1～E16对应于实施例1～16。
<振动评价>
此外，通过使用参照图6说明的输出系统对实施例1的样品404施加10V、2000Hz的电压而使样品404振动。使用Polytec日本株式会社制造的激光多普勒测振仪(PSV-400)以非接触的方式利用激光测定了振动中的样品404的压电膜35的厚度方向的位移。测定结果显示压电膜35的两个主面的整个主面上下振动。
对实施例2～7的样品404也进行了同样的测定。对于实施例2～7的样品404，测定结果也显示压电膜35的两个主面的整个主面上下振动。
将电压的频率从2000Hz变更为可听音域的其它频率，对实施例1～7的样品404进行同样的测定。在该情况下，测定结果也显示压电膜35的两个主面的整个主面上下振动。
通过该振动评价，表示在现实中也如图4A和图4B示意性地所示压电膜35的两个主面的整个主面能够上下振动。
[压电膜的支撑结构与振动的自由度]
回到图3，参照本发明的压电扬声器的支撑结构的一例。在压电扬声器10中，压电膜35的整个面通过粘合层51、52和中间层40固定在支撑体80上。
为了使得压电膜35的振动不受到支撑体80阻碍，也可以考虑通过支撑压电膜35的一部分而使其与支撑体80隔开。在图28中例示了基于这种设计构思的支撑结构。在图28所示的假想的压电扬声器108中，框架88在远离支撑体80的位置处支撑压电膜35的周缘部。
预先向一侧弯曲且弯曲方向固定的压电膜容易确保足够的音量。因此，可以考虑例如在压电扬声器108中，在由压电膜35、框架88和支撑体80包围的空间48中配置上表面为凸面且厚度非恒定的间隔物，从而将压电膜35的中央部顶向上方。但是，这样的间隔物不与压电膜35接合以使得不会阻碍压电膜35的振动。因此，即使在空间48中配置了间隔物，以规定其振动的方式支撑压电膜35的仅为框架88。
如上所述，在图28所示的压电扬声器108中，采用了压电膜35的局部的支撑结构。与此相对，如图3所示，在压电扬声器10中，压电膜35未被特定的部分支撑。令人意外的是，虽然将压电膜35的整个面固定在支撑体80上，但是压电扬声器10表现出实用的声学特性。具体而言，在压电扬声器10中，直到压电膜35的周缘部都能够上下振动。压电膜35其整体也能够上下振动。因此，与压电扬声器108相比，压电扬声器10的振动自由度高，对于实现良好的发声特性是相对有利的。

Claims (15)

1.一种压电扬声器，其中，所述压电扬声器具有：
压电膜，所述压电膜包含第一电极、第二电极以及夹在所述第一电极和所述第二电极之间的压电体；
粘合性或胶粘性的第一接合层；和
中间层，所述中间层配置在所述压电膜和所述第一接合层之间，并且
所述压电膜的两个主面的整个主面上下振动，
当将所述压电膜的所述中间层一侧的主面定义为被支撑面、
将所述压电膜未振动时的所述被支撑面的位置定义为基准位置、将与未振动的所述压电膜的厚度方向正交的一个方向定义为面内方向时，
在第一时刻，在所述压电膜中，关于所述面内方向，从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧的部分、从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧的部分、从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧的部分、从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧的部分和从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧的部分依次排列，
在第二时刻，在所述压电膜中，关于所述面内方向，从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧的部分、从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧的部分、从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧的部分、从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧的部分和从所述基准位置观察时所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧的部分依次排列。
2.如权利要求1所述的压电扬声器，其中，在所述压电膜的两个主面中仅所述被支撑面被所述中间层约束的状态下，所述压电膜的所述面内方向的伸缩被转换为所述厚度方向的变形，以使得能够出现所述第一时刻和所述第二时刻。
3.如权利要求1所述的压电扬声器，其中，在俯视图中观察所述压电膜时，在所述压电膜的面积的90％以上的区域中配置有所述中间层，
在俯视图中观察所述压电膜时，在所述压电膜的面积的90％以上的区域中配置有所述第一接合层，
所述中间层支撑所述被支撑面的面积的90％以上的区域，并且所述第一接合层支撑所述被支撑面的面积的90％以上的区域，以使得能够出现所述第一时刻和所述第二时刻。
4.如权利要求1所述的压电扬声器，其中，在所述压电膜在相对较高的频率下振动时出现所述第一时刻和所述第二时刻，
在所述压电膜在相对较低的频率下振动时，
在第三时刻，在所述面内方向的中央区域中从所述基准位置观察时，所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧，在所述面内方向的周边区域中从所述基准位置观察时，所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧，
在第四时刻，在所述面内方向的中央区域中从所述基准位置观察时，所述被支撑面位移到与所述第一接合层相反的一侧，在所述面内方向的周边区域中从所述基准位置观察时，所述被支撑面位移到所述第一接合层一侧。
5.如权利要求4所述的压电扬声器，其中，在所述压电膜在相对较高的频率下振动时，在所述压电膜的两个主面中仅所述被支撑面被所述中间层约束的状态下，所述压电膜的所述面内方向的伸缩被转换为所述厚度方向的变形，以使得能够出现所述第一时刻和所述第二时刻，
在所述压电膜在相对较低的频率下振动时，在所述两个主面中仅所述被支撑面被所述中间层约束的状态下，所述压电膜的所述面内方向的伸缩被转换为所述厚度方向的变形，以使得能够出现所述第三时刻和所述第四时刻。
6.如权利要求4所述的压电扬声器，其中，在俯视图中观察所述压电膜时，在所述压电膜的面积的90％以上的区域中配置有所述中间层，
在俯视图中观察所述压电膜时，在所述压电膜的面积的90％以上的区域中配置有所述第一接合层，
所述中间层支撑所述被支撑面的面积的90％以上的区域，并且所述第一接合层支撑所述被支撑面的面积的90％以上的区域，以使得在所述压电膜在相对较高的频率下振动时能够出现所述第一时刻和所述第二时刻、并且在所述压电膜在相对较低的频率下振动时能够出现所述第三时刻和所述第四时刻。
7.如权利要求1所述的压电扬声器，其中，所述中间层的所述压电膜一侧的主面的整个主面上下振动。
8.如权利要求1所述的压电扬声器，其中，所述压电扬声器还具有将所述中间层与整个所述被支撑面接合的第二接合层，并且
所述第二接合层为粘合性或胶粘性的层。
9.一种压电扬声器，其中，所述压电扬声器具有：
压电膜，所述压电膜包含第一电极、第二电极以及夹在所述第一电极和所述第二电极之间的压电体；
粘合性或胶粘性的第一接合层；和
中间层，所述中间层配置在所述压电膜和所述第一接合层之间，并且
当将所述压电膜的所述中间层一侧的主面定义为被支撑面时，
所述中间层与整个所述被支撑面接合，
所述中间层为乙丙橡胶发泡体层，
所述中间层具有独立气泡结构或半独立半连续的气泡结构。
10.如权利要求9所述的压电扬声器，其中，所述压电扬声器还具有将所述中间层与整个所述被支撑面接合的第二接合层，并且
所述第二接合层为粘合性或胶粘性的层。
11.如权利要求9所述的压电扬声器，其中，非压缩状态下的所述中间层的厚度在2mm～25mm的范围内。
12.如权利要求9所述的压电扬声器，其中，所述中间层为多孔层，并且
所述中间层的孔隙率为80％～99％。
13.如权利要求9所述的压电扬声器，其中，所述中间层为多孔层，并且
所述中间层的孔径为0.3mm～0.7mm。
14.如权利要求9所述的压电扬声器，其中，所述中间层的弹性模量例如为20000N/m2～100000N/m2。
15.如权利要求9所述的压电扬声器，其中，所述压电体的材料为聚偏二氟乙烯或聚乳酸。
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