JP2007526714A - 圧電素材を用いたフィルム型スピーカーの製造方法及びこれを用いた音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電フィルムを用いたフィルム型スピーカーユニットを製造するに当たって、圧電フィルムの表面の接着力を増加させる方法を提供する。
【解決手段】フィルム型スピーカーを含む音響機器は、圧電フィルムを機械的、物理的、化学的方法により表面処理して接着力を増大させた圧電フィルム及び前記圧電フィルムの両面に伝導性物質を塗布して形成した電極からなるフィルム型スピーカーユニットと、前記フィルム型スピーカーユニットに連結されたマッチング用トランスフォーマーと、前記マッチング用トランスフォーマーに連結されたアンプと、前記アンプに電源を供給する電源供給部とを含んでなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素材を用いたフィルム型スピーカーの製造方法及びこれを用いた音響装置に関し、より詳しくは、薄膜圧電フィルムの表面接着力を増大させて超薄膜フィルム型スピーカーを製造する方法及び前記製造されたフィルム型スピーカーを単独に若しくは一般的なスピーカーと組み合わせて製造した音響装置に関する。

周知のように、スピーカーは音を発生させる装置であって、音がするものには必ず装填しなければならないほどその用途が極めて多様である。即ち、オーディオ機器を始めとしてテレビ、ラジオ、コンピューター、電話機のみならず各建物や施設内の放送設備など、玩具から通信機器に至るまでほとんど全ての電子製品に所要される必須部品であると言える。

従来のスピーカーは巻き取られているコイルに電流信号が印加されるとコイルと永久磁石との間に起電力が発生し、かかる起電力を用いて永久磁石に付着された振動板を遥動させることで空気を振動させて音響を発生させる。このような従来のスピーカーは巻き取られているコイル及び永久磁石によってスピーカーのサイズ、特に厚さが厚くなることによって空間活用度が劣る。更に、従来の音響機器用スピーカーは、筒状（四角柱、円筒など）の一定した嵩及び重さをもっているので、デザインに限界があり携帯が不便で、スピーカーを作動させるために主に電気を利用するため、ＭＰ３やＣＤプレーヤーのような携帯用音源に適する携帯用スピーカーを作ることが困難であった。

最近は、紙のように薄く作ったプラスチック形態のフィルム型スピーカーが開発されており、様々な分野と組み合わせられてその使用が拡大されつつある。フィルム型スピーカーとは、圧電特性を有する高分子素材フィルムの両側表面に伝導性物質を付着して電極を形成させることでスピーカーとして使用可能に製造した装置をいう。フィルム型スピーカーは多段階の製造工程を経なければならないセラミック素材の既存のスピーカーとは異なり、複雑な成形工程無しに常温で圧電高分子フィルムの表面を親水性に変えてその上に電極層を形成することによって作製される。圧電特性を有する高分子素材はその表面が滑らかであるため、金属や伝導性物質が接着され難い。従って、プラズマを用いた表面改質技術によって素材の表面を改質させた後、その上に電極層を形成する。

音響的な側面において、従来のダイナミックスピーカーは高音部分が弱いので、弦楽器の音や人の音声などを正確に伝達できず歪曲させて伝達しがちである。これに対し、フィルム型スピーカーの場合は高音に強く低音に弱くて人が音楽を長い間聞くことができず、これに加えてスピーカーの特性上、多くの電圧を必要とするので、アダプター（直流電源装置）を用いなければならないという短所がある。

従って、本発明は上述した従来の技術の諸問題点を解決するために案出されたもので、その目的は圧電フィルムを用いたフィルム型スピーカーユニットを製造するに当たって、圧電フィルムの表面の接着力を増加させる方法を提供することにある。

本発明の他の目的は前記製造されたフィルム型スピーカーユニットにアンプなどを結合して音響機器の音をフィルム型スピーカーへ出力し得るようにしたフィルム型スピーカー付きの音響機器を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、高音が強いフィルム型スピーカーと中・低音が強いダイナミックスピーカーとを組み合わせて高・中・低音の音域帯を全部正確に聞くことができる音響装置を提供することにある。

フィルム型スピーカーを製造する工程において、電極物質が塗布され難い圧電フィルムの表面接着力を増大させる一つの方法は、真空状態でイオンソースを用いて所定のエネルギーを有するイオン粒子を圧電フィルムを照射して表面を粗くするか、表面の化学的構造を変化させることである。このようにして接着力が増大された圧電フィルムに公知の技術であるディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、シルクスクリーン、真空蒸着工程又はロールトゥロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）のようなコーティング方式を用いて電極物質を被覆させる。このように圧電素材フィルムの両側に電極物質を塗布した構造物をフィルム型スピーカーユニットと称する。前記フィルム型スピーカーユニットにトランスフォーマー、アンプ、電源装置などを連結させると音を聞くことができるフィルム型スピーカー付きの音響機器が構成される。前記フィルム型スピーカーに音声電気信号を印加すると、圧電フィルムが秒当たり数万回以上微細に振動することによって、電気信号を音に変えるようになる。

前記フィルム型スピーカーとダイナミックスピーカーとを組み合わせて各スピーカーの短所を補間した音響装置を構成することもできる。具体的に、フィルム型スピーカーとダイナミックスピーカーとを組み合わせた音響装置はフィルム型スピーカーユニットに低音域をフィルタリングするコンデンサを連結し、ダイナミックスピーカーには高音域をフィルタリングするコイルを連結し、これらの音圧を増幅するトランスフォーマー及びアンプと連結させることによって構成できる。

前記のフィルム型スピーカーを使用する音響装置は多様な分野、例えば照明、インテリア、ファンシー、軍事用（海軍の音波探知機など）などに応用でき、その寿命は半永久的である。

本発明の前記目的、技術的構成及びそれによる作用効果に対する詳細は、本発明の好適な実施形態を示している図面を参照して、下記のような詳細な説明によってより明確に理解されるだろう。

図１は、本発明による圧電フィルムに対する表面改質処理方法を説明するための図である。フィルム型スピーカーを製造するためには、圧電フィルムの両側表面上に伝導性物質を塗布して電極を形成しなければならない。通常の圧電フィルムの滑らかな表面上には電極物質が接着され難いので、イオン粒子などを用いてその表面を粗く改質しなければならない。図１に示したように、まず真空状態のチャンバー１の中に圧電フィルム４を装着する。前記圧電フィルムとしては、圧電高分子であるＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）及びその誘導体、ＨＦＰなどの添加物を入れた高分子混合物（ｂｌｅｎｄ）、ＶＤＦ／ＴｒＦＥ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ／ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）などが挙げられる。その後、真空状態の下に、イオンソース２を用いて適正水準のエネルギーを有するイオン粒子３を圧電フィルムの表面に照射する。

照射されるイオン粒子は、酸素、アルゴン、窒素、水素、或いはこれらの混合物又はその他の混合ガスの中で選択できる。この際、照射されるイオン粒子のエネルギー範囲は０．２ｋｅＶ〜１．５ｋｅＶ、イオンビームの電流密度は０．０１ｍＡ／ｃｍ^２〜１００ｍＡ／ｃｍ^２、真空度の範囲は０．０５ｍＴｏｒｒ〜１０ｍＴｏｒｒ、圧電フィルム４と照射されるイオン発生地点との間の距離は１ｃｍ〜５０ｃｍである。以上のような条件のもとに圧電フィルムの表面にイオン粒子を照射して圧電素材の表面の接触角を減少させるか、接着力を増大させることにより圧電フィルムの表面を改質させる。

図２は、本発明によるフィルム型スピーカーユニットを示す斜視図であり、図３は本発明による金属リード線を含んでいるフィルム型スピーカーユニットを示す斜視図である。

図２及び図３において、表面改質によって接着力が増大された圧電フィルム４の両側表面上に伝導性物質を塗布して電極５を形成する。伝導性物質の塗布は、公知の技術であるディップコーティング、スピンコーティング、スプレーコーティング、シルクスクリーン、真空蒸着工程又はロールトゥロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）のようなコーティング方式によって遂行される。

電極形成に用いられる伝導性物質は、白金、金、銀、銅、クロム、ニッケル、アルミニウム、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＯ、ＡＧＯ、硫黄化合物、或いはこれらの混合物の中で選択できる。また、前述の伝導性物質に伝導性及び接着性を一層増大させることができる特定の溶液や物質を混ぜた混合物を用いて電極を形成することもできる。

他の実施形態においては、前記電極５を形成するための伝導性物質として金属の代わりに伝導性高分子を使用してもよい。このように電極５を金属ではない伝導性高分子物質で形成する場合は、図３に示したように、各電極５の一側に金属リード線９を形成して電極に電気信号を効率的に伝達できるようにする。これによって、圧電フィルム４の両面に電極５が形成された構造物、つまりフィルム型スピーカーユニット１Ｂが完成される。

図４は、本発明によるフィルム型スピーカーを有する音響装置の構成を示す図である。
同図において、前記フィルム型スピーカーユニット１Ｂに電圧を増幅させるトランスフォーマー４２を連結する。前記トランスフォーマーにはアンプ４３が連結され、前記アンプ４３は音響機器と連結される。アンプ４３は音響機器から入力される音を所定のレベルに増幅させる。前記アンプ４３には動作電源を供給するための電池又はアダプターからなる電源供給部４４が連結される。以上のように本発明によるフィルム型スピーカーを含む音響機器の構成では、音響機器から出た音声信号がアンプ４３によって所定のレベルに増幅され、この増幅された音声信号はマッチング用トランスフォーマー４２を経ながら電圧が増幅され、最終的に電極及び圧電フィルムから構成されたフィルム型スピーカーユニット１Ｂに印加される。

これによって、フィルム型スピーカーユニット１Ｂの圧電フィルムが微細に振動しながら音を発生するようになる。即ち、圧電フィルムに均一に伝達された電流によって圧電フィルムが秒当たり数万回微細に振動することで、音を発生させるものである。また、本発明による圧電フィルムを含んでいるフィルム型スピーカーユニット１Ｂは、容易に撓むことができ、その撓みの程度によって音の高・低及び速さ・遅さを調節でき、一つのシンセサイザーとしての役割も果たすことになる。

図５は、本発明によるフィルム型スピーカーとダイナミックスピーカーとを組み合わせた音響装置の構成を示す図である。図５において、図４のようにフィルム型スピーカーユニット１Ｂ、マッチング用トランスフォーマー５２、アンプ５３、電源供給部５４を含んでなるフィルム型スピーカーを有する音響機器の構成において、前記フィルム型スピーカーユニット１Ｂとマッチング用トランスフォーマー５２との間に低音域をフィルタリングするためのコンデンサ５５を連結する。

ついで、前記アンプ５３とマッチング用トランスフォーマー５２との間に中・低音帯のダイナミックスピーカー５７を構成し、ダイナミックスピーカー５７とアンプ５３との間にはダイナミックスピーカー５７の高音域をフィルタリングするためのコイル５６を設置する。

前述のような実施形態によるフィルム型スピーカーとダイナミックスピーカーとを組み合わせた構成は、各種の携帯用音響機器を一人で聞くものでなく、多くの人々が何時でも何処でもフィルム型スピーカー及びダイナミックスピーカー５７などを介して音を共有し得るようにする。特に、本発明によるフィルム型スピーカーは中・高音の音域帯が既存のダイナミックスピーカーより優秀であるので、語学分野において多様に応用できる。

以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術的思想及びカテゴリ内で多様に修正や変形できることは明らかである。

前述したような本発明によるフィルム型スピーカーを含んでなる音響機器を利用することにより、音響機器に対する過度なイヤホン使用に起因する聴力の異常現象を防止することに供され、ＭＰ３や各種の携帯用音響機器を一人で聞くものでなく、多数の人々が何時でも何処でも音響及び音を共有することができるようになる。

また、フィルム型スピーカーの場合、既存のダイナミックスピーカーより中・高音の音域帯に優れており、よって語学分野に多様に応用できるという長所があり、フィルム型スピーカーの性質上、曲面を与える程度に応じて低音から高音領域まで全部表すことができる特性を有するので、様々な分野に応用して使用できる。

しかも、フィルム型スピーカーの表面である電極層の上に多様な色合いを有する図案及び模様などが導入できるので、既存の視覚的な広告物にフィルム型スピーカーを適用することで、見ることにとどまらず、聞くこともできる視聴覚的な広告物（例えば、ポスター、ちらし、手紙紙、本、額縁型広告物、懸垂幕、バナーなど）を作ることができるため、マルチメディア的な広告効果の高い広告物の製作を可能にする。更に、フィルム型スピーカーをブラインド、照明器具、インテリア小品などに多様に活用することで、スピーカーが不要なユビキタス概念のホーム音響装置を具現することができる。

図１は、本発明による圧電フィルムに対する表面改質処理方法を説明するための図である。 図２は、本発明によるフィルム型スピーカーユニットを示す斜視図である。 図３は、本発明による金属リード線を含んでいるフィルム型スピーカーユニットを示す斜視図である。 図４は、本発明によるフィルム型スピーカーを有する音響装置の構成を示す図である。 図５は、本発明によるフィルム型スピーカーとダイナミックスピーカーとを組み合わせた音響装置の構成を示す図である。

Claims (9)

1. 圧電フィルムを真空条件でエネルギーを有するイオン粒子で表面処理して接着力を増大させた圧電フィルム及び前記圧電フィルムの両面に伝導性物質を塗布して形成した電極からなるフィルム型スピーカーユニットと、
   前記フィルム型スピーカーユニットに連結されたマッチング用トランスフォーマーと、
   前記マッチング用トランスフォーマーに連結されたアンプと、
   前記アンプに電源を供給する電源供給部と、
   を含むことを特徴とするフィルム型スピーカー付きの音響機器。
2. 前記圧電フィルムは、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）及びその誘導体、ＨＦＰなどの添加物を入れた高分子混合物、或いはＶＤＦ／ＴｒＦＥの圧電性を有する高分子フィルムの中で選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
3. 圧電フィルムの接着力を増大させるための表面処理は、
   真空度０．０５〜１０ｍＴｏｒｒの範囲の真空状態の下に圧電フィルムを装填する段階と、
   エネルギー範囲が０．２〜１．５ｋｅＶであるイオン粒子をイオンビーム電流密度０．０１〜１００ｍＡ／ｃｍ^２で前記圧電フィルムに照射する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
4. 前記イオン粒子は、酸素、アルゴン、水素、或いはこれらの混合ガス又はその他の混合ガスの中で選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項３に記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
5. 前記圧電フィルムは、イオン粒子が発生される地点から１〜５０ｃｍ離れていることを特徴とする請求項３に記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
6. 前記電極を形成するための伝導性物質は、白金、金、銀、銅、クロム、ニッケル、アルミニウム、ＩＴＯ、ＩＧＯ、ＡＧＯ、硫黄化合物、或いはこれらの混合物、または前記物質や混合物に伝導性及び接着性を増大させるための特定の溶液や物質を混ぜた混合物の中で選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
7. 前記電極を形成するための伝導性物質は、伝導性高分子物質であることを特徴とする請求項１記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
8. 前記伝導性高分子から形成された電極は、前記電極の両側表面の夫々の所定の位置に形成された伝導性を有する金属リード線を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。
9. 前記フィルム型スピーカーユニットとマッチング用トランスフォーマーとの間に位置した低音域をフィルタリングするコンデンサと、
   前記アンプと前記マッチング用トランスフォーマーとの間に連結されたダイナミックスピーカーと、
   前記アンプと前記ダイナミックスピーカーとの間に位置した高音域をフィルタリングするコイルと、
   を更に含むことを特徴とする請求項１記載のフィルム型スピーカー付きの音響機器。