JP2002186096A - 圧電スピーカ及び複合圧電体シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に周波数帯域が２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程
度の範囲内のスピーカ出力を向上させることが可能な圧
電スピーカを提供する。 【解決手段】 シート状の有機物中に多数の圧電素子２
０を配置してなる複合圧電体シート４と、この複合圧電
体シートの両面に設けた電極６Ａ，６Ｂと、前記各電極
に張設された保護層８Ａ，８Ｂと、前記複合圧電体シー
トの周囲を保持するための保持枠１０とを備え、前記複
合圧電体シート中の圧電素子の体積比率は８５％〜９５
％の範囲内に設定する。これにより、特に周波数が２０
０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度の範囲内のスピーカ出力を向上
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
たスピーカに係り、特に複合圧電体を用いた圧電スピー
カ及び複合圧電体シートの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スピーカはボイスコーンに接続
されたボイスコイルに音声信号電流を流すことにより、
このコイル中電流と永久磁石の磁界の相互作用により発
生する力を利用してボイスコーンを機械的に振動させ、
これにより空気を振動させて音声を再生するようになっ
ている。音声の再生においては人間の可聴周波数である
数１０Ｈｚから数１０ＫＨｚまでの広範囲に渡って効率
良く且つ歪みが生じないように再生することが理想的で
あるが、一般的には１つのスピーカではそのような広範
囲の周波数領域をカバーすることができないので各領域
に対応させた複数のスピーカが用いられている。また、
このような永久磁石を用いたマグネットスピーカは音圧
を高めるためには寸法が大きくなり、また重量も重いも
のとなる。

【０００３】ところで、近年においてはステレオ装置や
テレビジョン、ＤＶＤ装置、パーソナルコンピュータ、
ヘッドホーン等の音響装置において小型軽量化及び薄型
化の要請が非常に高まってきており、このような要請に
応えて極めて薄く且つ軽量の圧電スピーカが開発されて
いる。この圧電スピーカは、例えばチタンジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）系セラミックスの薄板を用い、この両面に電
極を形成し、金属製振動板に貼り付けた後、音声信号電
流を加えることにより、圧電効果によりこの振動板を振
動させて音声を再生するようになっている。しかしなが
ら、金属製振動板と圧電セラミックス単体から構成され
る従来の圧電スピーカは、弾性的に自由度が低く、しか
も音響的にも硬いものとなり、更には、高調波も発生し
易く歪みが多分に生じてしまうという問題点があった。

【０００４】このような問題点を解決するために、圧電
セラミックスと樹脂等の有機物とを混在させることによ
り圧電セラミックスの有する圧電効果と有機物の持つ弾
力性とを組み合わせた複合圧電体シートを用いたスピー
カが、例えば特開昭６１−２０５０９９号公報、特開昭
６２−２４７７０号公報、特開昭６３−４７９９号公報
等に示され、種々開発されてきた。この複合圧電体シー
トを用いたスピーカは、エポキシ系樹脂等の有機物の格
子状シートに多数の圧電素子を埋め込んで複合圧電体シ
ートを形成し、このシートの両面に電極板を形成して全
体が平板状或いはドーム状に固定して構成されている。
そして、電極の一面には、音質調整用の薄膜を形成して
音質の改善を図ることも行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電スピー
カの再生周波数特性は、その構成部材の材質、厚さ、形
状等により微妙に変化し、また、その出力特性も上記し
た要素によって大きく左右される。しかるに、上述した
ように複合圧電体シートを用い且つ音質調整用の薄膜を
形成する等して種々の改善を図ったとはいえ、高音域に
おける歪特性、中低音域における音圧特性等の実際の再
生特性は未だ十分なものではなく、通常のマグネットス
ピーカに対抗するためには更なる改善が必要とされるの
が現状である。そこで、本出願人は、特開平７−３２７
２９７号公報に示すように、圧電スピーカについて各種
の改良を施した。この改良された圧電スピーカによれば
各種の再生特性をかなり改良することができたが、しか
しながら、特に周波数が略２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚの範
囲内の出力が未だ十分ではない、といった新たな問題が
発生した。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、特に周波数が２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度の範
囲内のスピーカ出力を向上させることが可能な圧電スピ
ーカ及び複合圧電体シートの製造方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、周波数が２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度の範囲の出
力を向上させるためには、複合圧電体シート中の圧電素
子の体積比率を８５％〜９５％の範囲内に設定するこ
と、保護層全体の厚さを１０μｍ〜５０μｍ（片面５μ
ｍ以上）の範囲内に設定すること、及び複合圧電体シー
ト中の有機物として日本工業規格による硬度がＤ８５〜
Ｄ９５の範囲内にある樹脂を用いること、を選択的に或
いは組み合わせて行えばよい、という点を見い出すこと
により本発明に至ったものである。請求項１に係る発明
は、シート状の有機物中に多数の圧電素子を配置してな
る複合圧電体シートと、この複合圧電体シートの両面に
設けた電極と、前記各電極に張設された保護層と、前記
複合圧電体シートの周囲を保持するための保持枠とを備
え、前記複合圧電体シート中の圧電素子の体積比率は８
５％〜９５％の範囲内にあることを特徴とする圧電スピ
ーカである。請求項２に係る発明は、シート状の有機物
中に多数の圧電素子を配置してなる複合圧電体シート
と、この複合圧電体シートの両面に設けた電極と、前記
各電極に張設された保護層と、前記複合圧電体シートの
周囲を保持するための保持枠とを備え、前記各保護層の
厚さは全体で１０μｍ〜５０μｍ（片面５μｍ以上）の
範囲内に設定されることを特徴とする圧電スピーカであ
る。

【０００７】請求項３に係る発明は、シート状の有機物
中に多数の圧電素子を配置してなる複合圧電体シート
と、この複合圧電体シートの両面に設けた電極と、前記
各電極に張設された保護層と、前記複合圧電体シートの
周囲を保持するための保持枠とを備え、前記有機物は、
樹脂よりなり、この樹脂は日本工業規格による硬度がＤ
８５〜Ｄ９５の範囲内にあることを特徴とする圧電スピ
ーカである。この場合、例えば請求項４に規定するよう
に、前記電極は、導電性ポリマーよりなるようにしても
い。また、例えば請求項５に規定するように、前記電極
は、鉛フリーはんだ合金組成の薄膜金属により形成して
もよい。また、例えば請求項６に規定するように、前記
電極の厚さは、０．０５〜０．１５μｍの範囲内であ
る。請求項７に係る発明は、上記圧電スピーカに用いる
複合圧電体シートの製造方法であり、すなわち、シート
状の圧電素子板の両面に、加熱により接着力を喪失する
粘着テープが接着された状態で前記圧電素子板を加工台
に取り付ける工程と、前記加工台に取り付けられた前記
圧電素子板を所定の形状に切断して切断溝を形成するこ
とにより、多数の圧電素子を形成する工程と、前記切断
溝に所定の樹脂を流し込む工程と、前記圧電素子を、こ
の両面に前記粘着テープが接着された状態で前記加工台
から剥離する工程と、前記圧電素子の全体を所定の形状
に成形する工程と、前記圧電素子を加熱して前記樹脂を
硬化させる工程と、前記加熱により接着力を喪失した前
記粘着テープを前記圧電素子から剥離する工程とを有す
ることを特徴とする複合圧電体シートの製造方法であ
る。請求項８に係る発明は、前記形成工程と前記硬化工
程との間に、前記流し込まれた樹脂を脱泡する脱泡工程
を行なう。これにより、樹脂と圧電素子間の実質接着面
積を大きくし、樹脂と圧電素子間の接合力を増大させる
ことができ、硬化後、この樹脂の剛性を向上させること
が出来る。従って、複合圧電体の機械的信頼性を高め、
また、音響出力特性の向上を図ることができる。また、
請求項９に係る発明は、所定の形状に機械加工により微
細化されて粘着テープに接着された状態の圧電素子を、
互いに微細な間隙を隔てて基板上にランダムに配置する
工程と、前記ランダムに配置された前記圧電素子相互間
の間隙に所定の樹脂を流し込む工程と、前記圧電素子の
全体を所定の形状に成形する工程と、前記圧電素子を加
熱して前記樹脂を硬化させる工程と、加熱により前記粘
着テープを前記圧電素子から剥離する工程とを有するこ
とを特徴とする複合圧電体シートの製造方法である。

【０００８】請求項１０に係る発明は、前記形成工程と
前記硬化工程との間に、前記流し込まれた樹脂を脱泡す
る脱泡工程を行なう。また、請求項１１に係る発明は、
圧電素子板をこの平面状態を維持したままランダム形状
に破砕することにより微細化され、且つ粘着テープが接
着された状態の圧電素子を形成する工程と、前記微細化
された前記圧電素子相互間の間隙に所定の樹脂を流し込
む工程と、前記圧電素子の全体を所定の形状に成形する
工程と、前記圧電素子を加熱して前記樹脂を硬化させる
工程と、加熱により前記粘着テープを前記圧電素子から
剥離する工程とを有することを特徴とする複合圧電体シ
ートの製造方法である。すなわち、扁平且つランダム形
状の圧電素子からなる複合圧電体シートが電圧印加によ
り、伸縮する際、どの部分も略一様に伸縮するように
し、歪みの少ない発音を行いたいが、そのためには電圧
体破砕片は小さい方が良く、４ｍｍ² 以下が望ましい。
請求項１２に係る発明は、前記形成工程と前記硬化工程
との間に、前記流し込まれた樹脂を脱泡する脱泡工程を
行なう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る圧電スピー
カ及び複合圧電体シートの製造方法の一実施例を添付図
面に基づいて詳述する。図１は本発明の圧電スピーカを
示す要部拡大断面図、図２は図１に示す圧電スピーカに
用いる複合圧電体シートを示す拡大斜視図、図３は圧電
スピーカを示す断面図、図４は複合圧電体シートを形成
するための製造工程を示す工程図である。図示するよう
にこの圧電スピーカ２は、圧電素子と有機物よりなる複
合圧電体シート４と、この両面に均一に貼り合わせた２
つの薄膜状の電極６Ａ、６Ｂと、これらの各電極６Ａ、
６Ｂの表面に貼り合わせて設けられて電極の酸化を防止
等するための保護膜８Ａ、８Ｂと、この積層体の周囲を
保持する例えば金属や樹脂等よりなる保持枠１０（図３
参照）とにより主に構成されている。図３に示すよう
に、この積層体は例えばエポキシ系の接着剤１２を用い
て上記保持枠１０に接着固定される。そして、上記２つ
の電極６Ａ、６Ｂからそれぞれリード線１４Ａ、１４Ｂ
を引き出し、これに音声信号源１６から音声信号電流を
印加することにより、圧電効果により複合圧電体シート
４が厚み方向へ振動して音声が発せられることになる。
図１においては説明のために各部材は平面状に形成され
ているが、実際には、図３に示すようにシート全体は取
聴者が位置することになる電極６Ａ側（表側）を凸にし
て例えば湾曲状態に或いはドーム状態に保持される。そ
して、表側のリード線１４Ａは電極６Ａの周辺部に目立
たないように例えばハンダ１８Ａを用いて接続され、裏
側のリード線１４Ｂは電極６Ｂの略中心部に例えばハン
ダ１８Ｂを用いて接続されている。

【００１０】上記複合圧電体シート４を形成するには、
まず厚み方向へ一様に分極処理された厚み２０〜２００
μｍ程度のＰＺＴ系セラミックス板を平面度の出ている
加工用治具プレートに固定し、厚さ０．０３〜０．１５
ｍｍ程度のブレードを用いて、所定のピッチで例えば格
子状に溝入れ加工を行う。そして、この加工により生じ
た格子状の溝内に有機物、例えばエポキシ樹脂等を充填
し、シート全体を所定の形状に成形してこれを固化させ
る。図２にこのように形成された複合圧電体シート４
（成形前）の斜視図を示す。図中角柱状になされた斜線
部分は圧電素子１４を示し、これを連結する格子部分は
有機物２２を示す。ここで、加工時のブレードの厚み、
溝ピッチを適宜選択することにより、複合圧電体シート
４中の圧電素子の体積比率を変化させることができる。
また、この複合圧電体シート４中に用いる有機物２２の
材質（硬さ）、圧電素子２０の体積比率、保護層８Ａ、
８Ｂの厚さをそれぞれ適切に選択することにより、後述
するようにこのスピーカの出力を増加させることが可能
となる。また、電極６Ａ、６Ｂは、アルミニウム膜或い
はＣｒ−Ａｕ膜等の導電膜により構成される。また、保
護膜８Ａ、８Ｂとしては、比較的軟らかで且つ非常に薄
い有機物、例えばポリウレタン樹脂を用いる。

【００１１】ここで具体的に上記複合圧電体シート４の
製造工程の一例を、図４を参照して説明する。まず、図
４（Ａ）に示すように、厚み０．２ｍｍのＰＺＴ系セラ
ミック板、すなわちシート状の圧電素子板３２の両面に
粘着テープ３４、３６が接着された状態で、これを加工
台３８上に固定しておく。この場合、圧電素子板３２の
上面の粘着テープ３４としては、片面テープを用いれば
よく、この粘着テープ３４は例えば厚さが１００μｍ程
度のポリエステル製の基材３４Ａと粘着層３４Ｂとより
なる。また、この圧電素子板３２を加工台３８側に接合
する粘着テープ３６としては両面テープが用いられ、こ
の粘着テープ３６は、例えば厚さが１００μｍ程度の基
材３６Ａとこの両面に塗布されている粘着層３６Ａ、３
６Ｂとよりなる。ここで、これらの両粘着テープ３４、
３６としては、加熱により上記各粘着層３４Ｂ、３６
Ａ、３６Ｂが変質するなどしてその接着力を喪失するテ
ープを用いる。このような粘着テープとしては、例えば
スカイシート（日化精工（株）製）、ＲＥＶＡＬＰＨＡ
（日東電工（株）製）等を用いることができる。また、
加工台３８としては高い平面度になされたＡｌ₂ Ｏ₃
板、ＳｉＣ板、Ｓｉ板等を用いることができる。

【００１２】次に、図４（Ｂ）に示すように、厚さが
０．０３〜０．１５ｍｍ程度のダイヤモンドブレード４
０を用いて上記圧電素子板３２を所定の形状、例えば図
２に示すように切断して格子状に切断溝４２を形成す
る。これにより、圧電素子板３２は、微細な圧電素子２
０に分割されることになる。この場合、ブレード４０の
下端は、好ましくは下側の粘着テープ３６の基材３６Ａ
中で停止させるのがよい。次に、図４（Ｃ）に示すよう
に、上側の粘着テープ３４上に、例えばエマーソン＆カ
ミング社製のＳＴＹＣＡＳＴ２８５０−ＦＴと硬化剤＃
２３ＬＶ併用による低粘度樹脂など、液状の非常に軟ら
かい有機物２２を塗布することによって、上記切断溝４
２中にこの有機物２２を充填し、これを脱泡処理後、常
温放置又は８０℃以下での加熱により半硬化させる。こ
のように、脱泡処理することにより、樹脂と圧電素子間
の実質接着面積を大きくし、両者間の接合力の増大によ
る複合圧電体シートの機械的信頼性の向上が図ることが
できる。また、樹脂中に気泡を含まない様にして硬化後
の樹脂の剛性を高めることにより、音響出力の向上を図
ることができる。次に、上記有機物２２を半硬化させた
状態で、図４（Ｄ）に示すように、下側の粘着テープ３
６を含む上層側を一体的に、加工台３８側から引き剥が
して剥離させる。次に、この剥離した半硬化状態の一体
物を、金型等により加工し、粘着テープ上の余分な有機
物２２を排除し、所定の形状、例えばドーム状や半球状
に成形する。そして、この成形状態を維持したまま、こ
れを所定の温度、例えば８０〜１２０℃で２〜２０分程
度加熱維持し、上記有機物２２を完全硬化させ、この一
体物の形状を固定化させる。また、この加熱の途中で、
上記両粘着テープ３４、３６の各粘着層３４Ｂ、３６
Ａ、３６Ｂの粘着力が喪失するので、直ちにこれを上記
ドーム状又は半球状の複合電圧体から剥離する。

【００１３】必要に応じて突出した有機物２２をトリミ
ング除去し、図４（Ｅ）に示すように、有機物２２中に
格子状に圧電素子２０を埋め込んでなる複合圧電体シー
ト４が完成する。尚、図４（Ｅ）では平坦状態のシート
４を示している。これ以後は、この両面に図１に示すよ
うに、電極６Ａ、６Ｂや保護層８Ａ、８Ｂを順次積層す
ることになるが、上記両粘着テープ３４、３６を剥がす
ことにより、有機物の付着しない清浄な複合圧電体シー
ト面が露出することになり、各電極６Ａ、６Ｂを各微細
な圧電素子面に直接形成することが可能となる。本粘着
テープを利用した製造法により、従来方法に比較して、
圧電素子面の有機物除去工程を省略できるのみならず、
圧電素子の圧電特性乃至音響特性を向上させ、安定化さ
せることができる。ここで、本発明の圧電スピーカ２の
出力を増大させるための３つの特徴的構造について説明
する。

【００１４】＜第１の特徴＞まず、スピーカ出力を増大
する第１の特徴としては、複合圧電体シート４中の圧電
素子の体積比率を８５％〜９５％の範囲内に設定する。
すなわち、音圧Ｐ（＝スピーカ出力）は、以下のように
定まると考える。 Ｐ＝ｋ・ｄ₃₁・ａ²・ｆ（ｎ）／ｔ ここでｋは複合圧電発音体の構成と構成方法及び構成材
料の物性等により決まる係数、ｄ₃₁は圧電素子（ＰＺ
Ｔ）の圧電歪定数、ａは成形された複合圧電体シートを
半球殻と見なした時の半径（図３参照）、ｎは複合圧電
体シート中の圧電素子の体積比率であり、ｆ（ｎ）は上
記ｎによって定まる関数、ｔは圧電素子自体の厚さであ
る。尚、ｆ（ｎ）はｎの増加に伴って増大する増加関数
である。この関係式より明らかなように、音圧Ｐを上げ
るには、圧電素子の厚さｔは薄い程、ｄ₃₁、ａ、ｆ
（ｎ）は、それぞれ大きい程よく、これにより大出力が
得られる。ここで圧電素子の厚さｔはその平坦性、非導
通性の面で現在の技術レベルでは最低値が略０．０２〜
０．０５ｍｍ程であり、また、半径ａはスピーカサイズ
により限定され、また、圧電素子としてはできるだけ圧
電歪定数ｄ₃₁が大きい材料を用いるのが好ましい。ここ
で、圧電歪定数ｄ₃₁は通常は−２００〜−３８０×１０
^-12 ｍ／Ｖである。また、圧電素子の体積比率ｎに関し
ては、前述したような製造方法を用いることにより、こ
れを８５〜９５％の範囲内に設定することが可能になっ
た。図５は複合圧電体シート４を示す部分拡大平面図で
あるが、正方形状の圧電素子２０の一辺の長さをＨ１と
し、有機物２２の幅をＨ２とした場合、Ｈ１を２ｍｍ、
Ｈ２を０．０５ｍｍにそれぞれ設定すると、ｎ＝（２／
２．０５）² ＝０．９５１（＝９５．１％）となり、ま
た、Ｈ１を２ｍｍ、Ｈ２を０．１５ｍｍにそれぞれ設定
すると、ｎ＝（２／２．１５）² ＝０．８６５（＝８
６．５％）となる。

【００１５】ここで、他の複合圧電体スピーカの構造諸
元［ＰＺＴ寸法＝２×２×０．２ｍｍ、ＰＺＴ圧電歪定
数ｄ₃₁＝−２６０×１０^-12 ｍ／Ｖ、ＰＺＴ素子間の有
機物エポキシ系樹脂硬度・ＪＩＳ規格Ａ８０、電極膜
（Ａｌ）：０．４μｍ、保護膜：ポリウレタン（片面１
００μｍ・計２００μｍ厚）、発音体半球殻の半径ａ＝
４５ｍｍ、固定枠材：３ｍｍ厚のベークライト板、発音
体半休殻の枠固定用樹脂：硬度Ｄ８０のエポキシ系樹
脂］は、同一とし体積比率ｎのみ７０％（従来スピー
カ）と８５％（本発明スピーカ）に変えた場合の実際の
スピーカ出力を測定したので、その測定結果について図
６を参照して説明する。図６中において、特性Ａは体積
比率ｎが７０％（従来スピーカ）の特性を示し、特性Ｂ
は体積比率ｎが８５％（本発明スピーカ）の特性を示
す。図示するように、特性Ｂの方が特性Ａよりも全体的
に出力が高くなっている。従って、例えば２００Ｈｚ〜
２０ＫＨｚの低域において３〜８ｄＢ程度スピーカ出力
が増大していることが判明した。また、体積比率ｎを９
５％よりも大きく設定するのは技術的に困難であるばか
りか、体積比率が大きすぎて、シート自体の圧電素子と
バインダー樹脂との間の接合力も低下してしまうので、
上述のように体積比率ｎの上限は９５％程度である。

【００１６】＜第２の特徴＞まず、スピーカ出力を増大
する第２の特徴としては、２つの保護膜８Ａ、８Ｂの全
体の厚さを１０μｍ〜５０μｍの範囲内に設定する。上
記保護膜８Ａ、８Ｂは、前述したように電極６Ａ、６Ｂ
を保護するが、これが厚過ぎると振動エネルギーが過度
に吸出されてしまってスピーカ出力を低下させてしま
う。そこで、スピーカ出力のレベル低下を防止するため
に、表裏の保護膜８Ａ、８Ｂの厚さを合わせて１０μｍ
〜５０μｍ（片面は５μｍ以上の厚さ）の範囲内に設定
する。また、保護膜材質としては、軟らかい樹脂、例え
ばポリウレタン等が用いられるが、ＪＩＳ規格Ａコード
で６０乃至９０程度の硬度の樹脂であれば、第２、第３
高調波歪を減少させる効果がみられる。この効果は保護
膜の厚さが表裏両面合計で１０μｍあれば充分であり、
同様に金属電極膜の保護効果も片面５μｍで充分に発揮
される。従って、保護膜の厚さの下限値として表裏両面
合わせて１０μｍとする。ここで、他の複合圧電体スピ
ーカの構造諸元［ＰＺＴ寸法：２×２×０．２ｍｍ、Ｐ
ＺＴ圧電歪定数ｄ₃₁＝−２６０×１０^-12 ｍ／Ｖ、ＰＺ
Ｔの体積比率ｎ＝７０％、ＰＺＴ素子間の有機物：エポ
キシ系樹脂・硬度ＪＩＳ規格Ａ８０、電極膜（Ａｌ）：
０．４μｍ厚、複合圧電体シートからなる発音体半休殻
の半径ａ＝４５ｍｍ、発音体固定枠：３ｍｍ厚みのベー
クライト板、発音体固定用樹脂：硬度Ｄ８０のエポキシ
系樹脂］を一定とし、ポリウレタンからなる両保護膜８
Ａ、８Ｂの合計厚さのみを１００μｍ（保護膜８Ａ、８
Ｂ共に５０μｍの従来スピーカ）と５０μｍ（保護膜８
Ａ、８Ｂ共に２５μｍの本発明スピーカ）に変えた場合
の実際のスピーカ出力を測定したので、その測定結果に
ついて図７を参照して説明する。図７中において、特性
Ａは両保護膜の全体の厚さの合計が１００μｍ（従来ス
ピーカ）の特性を示し、特性Ｂは両保護膜の全体の厚さ
の合計が５０μｍ（本発明スピーカ）の特性を示す。図
示するように、特性Ｂの方が特性Ａよりも全体的に左側
（周波数が低い方）へシフトしており、しかも、出力全
体も高くなっている。従って、例えば２００Ｈｚ〜２０
ＫＨｚの低域において３〜７ｄＢ程度だけスピーカ出力
が増大していることが判明した。また、スピーカ出力を
低下させないためには、保護膜は薄い程望ましいが、保
護膜としての機能を十分に発揮させるには片面１０μｍ
は必要である。一方、保護膜の全体の厚さが５０μｍ以
下であれば、従来対比で３．７ｄＢ程度のスピーカ出力
の向上が期待できる。従って、その製造の安定再現性を
考慮し、保護膜の厚さとしては両面合計で１０μｍ〜５
０μｍ（片面５μｍ以上）が最適である。

【００１７】＜第３の特徴＞まず、スピーカ出力を増加
する第３の特徴としては、複合圧電体シート４中の有機
物２２である樹脂の硬度を、日本工業規格（ＪＩＳ）に
よる硬度においてＤ８５〜Ｄ９５の範囲内に設定する。
圧電素子２０間の有機物は圧電素子２０間のバインダー
としての接着機能を有するものであり、硬度が高くて圧
縮力、引張り力に対して変形し難い材質の方が振動面全
体の振幅を大きくすることが可能となる。従来の圧電ス
ピーカでは、このバインダー機能を示す有機物として
は、ＪＩＳ規格のＡコードで、例えば９１以下のもの、
例えばＡ６０〜Ａ８０のものが用いられていたが、これ
ではスピーカ出力がかなり吸収されていた。そこで、有
機物の硬度を上げて上述のように、ＪＩＳ規格のＤ８５
〜Ｄ９５の範囲内の樹脂を用いる。ここで、複合圧電体
スピーカの他の構造諸元［ＰＺＴ寸法：２×２×０．２
ｍｍ、ＰＺＴの圧電歪定数ｄ₃₁＝−２６０×１０^-12 ｍ
／Ｖ、ＰＺＴの体積比率ｎ＝７０％、電極膜（Ａｌ）：
０．４μｍ厚、保護膜：片面１００μｍ厚合計２００μ
ｍ厚のポリウレタン膜、複合圧電体シートからなる発音
体半球殻の半径ａ＝４５ｍｍ、発音体半球殻の固定枠：
３ｍｍ厚みのベークライト板、発音半球殻と固定枠の接
着剤：硬度Ｄ８０のエポキシ系樹脂］を同一とし、ＰＺ
Ｔ素子間有機物の硬度がＪＩＳ規格でＡ８０（従来スピ
ーカ）とＤ８５（本発明スピーカ）の場合の実際のスピ
ーカ出力を測定したので、その測定結果について図８を
参照して説明する。図８中において、特性Ａは有機物の
硬度がＪＩＳ規格でＡ８０（従来スピーカ）の特性を示
し、特性Ｂは有機物の硬度がＪＩＳ規格でＤ８５（本発
明スピーカ）の特性を示す。図示するように、特性Ｂの
方が特性Ａよりも全体的に左側（周波数が低い方）へシ
フトしており、しかも、出力全体も高くなっている。従
って、例えば２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚの低域において４
〜１５ｄＢ程度だけスピーカ出力が増大していることが
判明した。また、有機物の硬度の上限値をＪＩＳ規格で
Ｄ９５とした理由は、これ以上硬度が大きくなると、ス
ピーカ動作時にひび割れる恐れが生ずるからである。

【００１８】このように、上記した第１〜第３の特徴を
全て兼ね備えることにより、２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程
度のスピーカ出力を１０〜２５ｄＢ程度大きくできるこ
とが判明した。上記実施例の場合には、図５に示したよ
うに、例えば正方形状の微細な圧電素子２０を格子状に
所定の間隙を隔てて規則正しく配置した場合を例にとっ
て説明したが、これに限定されず、図９に示すように上
記圧電素子２０を、規則性を持たせずにランダムに配置
し、この圧電素子２０相互間の間隙に、有機物樹脂を充
填させるようにしたもよい。

【００１９】また、圧電素子の上記ランダム配置を更に
進めた方法として、例えば直径が９０ｍｍ、厚さが０．
０２〜０．２ｍｍ程度の一枚の圧電素子板の下部を前述
したような加熱により接着性を失う片面の粘着テープに
貼り付け、この状態でこれを機械的にクラッシュして破
砕することにより、図１０に示すような不規則形状の多
数の圧電素子２０を形成するようにしてもよい。この場
合には、この粘着テープを面内方向に引き延ばして圧電
素子２０相互間に略０．０２〜０．１ｍｍ程度の間隙を
生ぜしめ、これに前述した有機物樹脂をバインダーとし
て充填するようにしてもよい。このように、図９及び図
１０に示すような方法を採用することによって、圧電素
子２０の体積比率が８５％〜９５％の複合圧電体シート
を作製することができた。また、スピーカのシート全体
の剛性は、出来るだけ低い方がスピーカ特性上、良好で
ある。この点に関して、電極６Ａ、６Ｂとしては、Ａｇ
系、Ａｌ系、Ａｕ系或いはＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＺｎ系
等の鉛フリーはんだ合金組成の薄膜などの金属薄膜が用
いられるが、従来スピーカではこの電極の厚さは０．２
〜２０μｍに設定していてかなり高剛性であった。そこ
で、この厚さを０．０５〜０．１５μｍ程度まで薄くす
ることを試み、これらの値でも電極としての機能を発揮
し、且つ複合圧電体シートの剛性を低くしてスピーカ出
力特性を向上させることができた。また、最近Ｐｂ
（鉛）公害の視点からＰｂフリーはんだが実用化されつ
つあり、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＺｎ系等のものが開発実
用化されている。これらＰｂフリーはんだとの接合性を
向上させる目的でＳｎＡｇＣｕ系ハンダ組成の電極膜
を、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の従来の電極膜に代わって成膜
し、スピーカ特性を検討したところ、従来の金属電極膜
におけると同等以上のスピーカ特性が得られた。このＰ
ｂフリーハンダとの相性は極めて良好であり、リード線
の接合信頼性を向上させることができた。また、近年、
ポリアセチレン、ポリアニリンのようにπ電子と呼ばれ
る電子が高分子の鎖全体に広がった構造をとる共役ポリ
マーは、ハロゲン、五フッ化ヒ素（ＡｓＦ₅ ）、アルカ
リ金属、ヨウ素等のドーピングにより金属に近い導電性
を示すことが判明し、厚さ数μｍ乃至数１００μｍの塗
布膜やテープがエレクトロニクス部品へ実用化されてい
る。本実施例では、このように形成した導電性ポリマー
薄膜を電極膜として用いてもよい。

【００２０】このように、金属膜対比の剛性が大幅に低
いこれからの導電性ポリマー薄膜（厚さが数μｍもの）
を電極膜として採用したところ、０．２μｍ厚さのＡｌ
電極膜同等以上のスピーカ出力特性を得ることができ
た。また、この電極膜は金属膜に比較して格段に化学的
に安定なものであり、金属性電極膜を用いた場合に必要
とされる保護膜は不要である。この導電性ポリマー電極
は、電極膜と保護膜を兼ねるものであり、この導電性ポ
リマー電極の使用により音響特性上の出力アップの効果
と保護膜付加工程省略による原価低減を図ることができ
る。また、スピーカ出力を上げるには、複合圧電体シー
ト４の全体を図３に示すように保持枠１０に強固に接合
することが必要であるが、この時使用する接着剤１２と
して、硬度がＪＩＳ−Ｄ８０以上のものを用いることに
より、保持枠１０への固定部の剛性を高めてスピーカ出
力の低下を防止することが可能となる。更には、図３に
示すように、リード線１４Ａ、１４Ｂをハンダ１８Ａ、
１８Ｂで接合する場合、特に、リード線１４Ｂをドーム
状のシートの中心部に接合するハンダ１８Ｂを例えば数
１０〜数１００ｍｇ程度に少し重量物にして固定させ、
ここにシート振動が発生しないノード部分を実現するこ
とにより、いわゆる分割振動を発生せしめることがで
き、これにより、特定周波数帯域での強大すぎるスピー
カ出力を抑制でき、スピーカ出力としてよりフラットな
特性を実現することができる。尚、この機能はハンダに
代えて、導電ペーストを用いてリード線を接合した場合
も同じである。また、シート（複合圧電発音体）を積層
化することにより、振動の振幅は変わらないが振動を起
こす駆動力、すなわち振動力を増大させることが可能で
ある。すなわち、各複合圧電体の各層ポーリング方向を
対向させ、且つ複合圧電体の各層が同一位相で伸縮する
ように結線することにより、積層数にほぼ比例した振動
力を得ることができる。従って、追加重量物により振動
が阻害される場合には積層化によりこれを解決すること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電スピ
ーカ及び複合圧電体シートの製造方法によれば、特に周
波数が２００Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程度の範囲内のスピーカ
出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電スピーカを示す要部拡大断面図で
ある。

【図２】図１に示す圧電スピーカに用いる複合圧電体シ
ートを示す拡大斜視図である。

【図３】圧電スピーカを示す断面図である。

【図４】複合圧電体シートを形成するための製造工程を
示す工程図である。

【図５】複合圧電体シートを示す部分拡大平面図であ
る。

【図６】体積比率ｎが７０％（従来スピーカ）と８５％
（本発明スピーカ）の場合の実際の出力の測定結果を示
すグラフである。

【図７】両保護膜の厚さが１００μｍ（従来スピーカ）
と５０μｍ（本発明スピーカ）の場合の実際のスピーカ
出力の測定結果を示すグラフである。

【図８】有機物の硬度がＪＩＳ規格でＡ８０（従来スピ
ーカ）とＤ８５（本発明スピーカ）の場合の実際の出力
の測定結果を示すグラフである。

【図９】圧電素子をランダム配置した時の状態を示す平
面図である。

【図１０】圧電素子板をクラッシュして圧電素子をラン
ダム配置した時の状態を示す平面図である。

【符号の説明】 ２…圧電スピーカ、４…複合圧電体シート、６Ａ，６Ｂ
…電極、８Ａ，８Ｂ…保護膜、１０…保持枠、１４Ａ，
１４Ｂ…リード線、２０…圧電素子、２２…有機物、３
４，３６…粘着テープ、３８…加工台。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状の有機物中に多数の圧電素子を
   配置してなる複合圧電体シートと、この複合圧電体シー
   トの両面に設けた電極と、前記各電極に張設された保護
   層と、前記複合圧電体シートの周囲を保持するための保
   持枠とを備え、前記複合圧電体シート中の圧電素子の体
   積比率は８５％〜９５％の範囲内にあることを特徴とす
   る圧電スピーカ。
2. 【請求項２】 シート状の有機物中に多数の圧電素子を
   配置してなる複合圧電体シートと、この複合圧電体シー
   トの両面に設けた電極と、前記各電極に張設された保護
   層と、前記複合圧電体シートの周囲を保持するための保
   持枠とを備え、前記各保護層の厚さは全体で１０μｍ〜
   ５０μｍ（片面５μｍ以上）の範囲内に設定されること
   を特徴とする圧電スピーカ。
3. 【請求項３】 シート状の有機物中に多数の圧電素子を
   配置してなる複合圧電体シートと、この複合圧電体シー
   トの両面に設けた電極と、前記各電極に張設された保護
   層と、前記複合圧電体シートの周囲を保持するための保
   持枠とを備え、前記有機物は、樹脂よりなり、この樹脂
   は日本工業規格による硬度がＤ８５〜Ｄ９５の範囲内に
   あることを特徴とする圧電スピーカ。
4. 【請求項４】 前記電極は、導電性ポリマーよりなるこ
   とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電
   スピーカ。
5. 【請求項５】 前記電極は、鉛フリーはんだ合金組成の
   薄膜金属よりなることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかに記載の圧電スピーカ。
6. 【請求項６】 前記電極の厚さは、０．０５〜０．１５
   μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至５の
   いずれかに記載の圧電スピーカ。
7. 【請求項７】 シート状の圧電素子板の両面に、加熱に
   より接着力を喪失する粘着テープが接着された状態で前
   記圧電素子板を加工台に取り付ける工程と、 前記加工台に取り付けられた前記圧電素子板を所定の形
   状に切断して切断溝を形成することにより、多数の圧電
   素子を形成する工程と、 前記切断溝に所定の樹脂を流し込む工程と、 前記圧電素子を、この両面に前記粘着テープが接着され
   た状態で前記加工台から剥離する工程と、 前記圧電素子の全体を所定の形状に成形する工程と、 前記圧電素子を加熱して前記樹脂を硬化させる工程と、 前記加熱により接着力を喪失した前記粘着テープを前記
   圧電素子から剥離する工程とを有することを特徴とする
   複合圧電体シートの製造方法。
8. 【請求項８】 前記形成工程と前記硬化工程との間に、
   前記流し込まれた樹脂を脱泡する脱泡工程を行なうこと
   を特徴とする請求項７記載の複合圧電体シートの製造方
   法。
9. 【請求項９】 所定の形状に機械加工により微細化され
   て粘着テープに接着された状態の圧電素子を、互いに微
   細な間隙を隔てて基板上にランダムに配置する工程と、 前記ランダムに配置された前記圧電素子相互間の間隙に
   所定の樹脂を流し込む工程と、 前記圧電素子の全体を
   所定の形状に成形する工程と、 前記圧電素子を加熱して前記樹脂を硬化させる工程と、 加熱により前記粘着テープを前記圧電素子から剥離する
   工程とを有することを特徴とする複合圧電体シートの製
   造方法。
10. 【請求項１０】 前記形成工程と前記硬化工程との間
    に、前記流し込まれた樹脂を脱泡する脱泡工程を行なう
    ことを特徴とする請求項９記載の複合圧電体シートの製
    造方法。
11. 【請求項１１】 圧電素子板をこの平面状態を維持した
    ままランダム形状に破砕することにより微細化され、且
    つ粘着テープが接着された状態の圧電素子を形成する工
    程と、 前記微細化された前記圧電素子相互間の間隙に所定の樹
    脂を流し込む工程と、 前記圧電素子の全体を所定の形状に成形する工程と、 前記圧電素子を加熱して前記樹脂を硬化させる工程と、 加熱により前記粘着テープを前記圧電素子から剥離する
    工程とを有することを特徴とする複合圧電体シートの製
    造方法。
12. 【請求項１２】 前記形成工程と前記硬化工程との間
    に、前記流し込まれた樹脂を脱泡する脱泡工程を行なう
    ことを特徴とする請求項１１記載の複合圧電体シートの
    製造方法。