JP2009049913A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】静電型スピーカの振動体を一様に抑える。
【解決手段】静電型スピーカ１においては、振動体１０は、電極２０Ｕ，２０Ｌに植毛された繊維層２５Ｃで支持されており、繊維層２５Ｃの繊維２５Ｄは、撓った状態で振動体１０の表裏を支持している。電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に音響信号に応じた電位差が生じると、振動体１０には静電力が働き、振動体１０は音響信号に応じて変位する。繊維２５Ｄは、元の形状（直線状）に戻ろうとする弾性力を有しており、繊維層２５Ｃは規則的に支持層２５に配置されているため、複数の繊維層２５Ｃが変位した振動体１０を押し戻そうとする力は各繊維層２５Ｃで均等な力となる。繊維層２５Ｃが振動体１０に与える力が均等であると、変位した振動体１０においては、変位のばらつきが生じないため、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生されることとなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、静電型スピーカの構造に関する。

特許文献１には、静電型スピーカと呼ばれるスピーカが開示されている。この静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の平行平面電極と、この２枚の電極の間に挿入され、その両端等を筐体等に支持された導電性を有するシート状の振動体とから構成されており、振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、それに応じて振動体は変位を繰り返し（すなわち振動し）、音響信号に応じた音響波が振動体から発生する。そして、発生した音響波は、平面電極に空けられた孔を通り抜けて外部へ放音される。

このような静電型スピーカの振動体に作用する静電力の大きさは、振動体と平面電極との間の距離に反比例するため、振動体を感度を良く振動させるためには、振動体と平面電極との間隔を狭くすればよい。しかしながら、振動体と平面電極との間の距離を狭くすると、振動体と平面電極とが接触する虞がある。振動体と平面電極との接触を避ける構成を備えた静電型スピーカとしては、非特許文献１に開示された静電型スピーカがある。非特許文献１に開示されている静電型スピーカは、振動体をエッジレス構造とし、振動体を
ポリエステルを不織布状にしたエステルウールで挟んで平面電極の間に支持している。この構成によれば、振動体は平面電極の間において一定の位置に支持され、平面電極と接触することがない。

特開平１１−１７８０９８号公報 岡崎正倫、外４名、「全帯域でピストン振動する振動板を持つコンデンサスピーカとその応用」、日本音響学会２００４年度秋季研究発表会講演論文集、日本音響学会、平成１６年９月、ｐ．５６３−５６４

さて、非特許文献１に開示された静電型スピーカにおいては、エステルウールは内部に空気を有し、弾性を有している。このため、静電力を受けて振動体が変位するとエステルウールは圧縮されて変形する。変形したエステルウールは元の形状に戻ろうとするが、シート状にされたエステルウールにおいては、そのシート状の位置によって繊維の体積密度が必ずしも均一ではないため、元に戻ろうとする力、即ち、振動体に与える力にばらつきが生じることとなる。エステルウールから振動体に与える力にばらつきがあると、振動体の変位にばらつきが生じてしまい、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生されないこととなる。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、振動体を一様に抑える技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、導電性を有する第１電極と、導電性を有し前記第１電極に対向して離間配置された第２電極と、導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間において前記第１電極および前記第２電極と離間して配置された振動体と、弾性を有する複数の繊維を有し、前記複数の繊維は、前記第１電極と前記振動体との間および前記第２電極と前記振動体との間に配置され、一方の端部側が前記振動体側に位置し、前記端部と反対側の端部側が前記振動体と対向する電極側に位置している静電型スピーカを提供する。

本発明においては、前記振動体と対向する電極側に位置している前記繊維の端部は当該電極に固定されていてもよい。
また、本発明においては、前記繊維の前記振動体側の端部が前記振動体に固定されていてもよい。
また、本発明においては、前記振動体が前記第１電極と前記第２電極の中間に位置している状態において、前記繊維と前記電極とのなす角度が９０度未満であってもよい。
また、本発明においては、前記繊維が複数固定されて形成された繊維領域を前記第１電極と前記振動体との間および前記第２電極と前記振動体との間に複数有し、前記繊維領域が規則的に配置されていてもよい。
また、本発明においては、前記振動体は、張力が掛からずに支持されていてもよい。

本発明によれば、振動体を一様に抑えることができる。

［実施例］
図１は、本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観を模式的に示した図、図２は、静電型スピーカ１の断面図、図３は、静電型スピーカ１の分解斜視図である。
図に示したように、この静電型スピーカ１は、振動体１０、電極２０Ｕと電極２０Ｌ、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとを有している。なお、本実施形態においては、電極２０Ｕ，２０Ｌの構成は同じであり、スペーサ３０Ｕ，３０Ｌの構成は同じであるため、両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｕ」の記載を省略する。また、図中の振動体、電極等の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。

（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。振動体１０は、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（polypropylene、ポリプロピレン）などのフィルムに、金属膜を蒸着あるいは導電性塗料を塗布したものであり、その厚さは、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとなっている。

スペーサ３０は、絶縁体で形成されており、その形状は図３に示したように角部を有する環状となっている。なお、本実施形態においては、スペーサ３０のＸ方向およびＹ方向の長さと、電極２０のＸ方向およびＹ方向の長さは同じとなっている。また、スペーサ３０Ｕとスペーサ３０ＬのＺ方向の高さは、いずれも同じとなっている。

電極２０は、矩形で板状に形成されており導電性を有している。また、電極２０においては、音響透過性を確保するために、電極２０の表面から裏面に貫通する貫通孔２１が所定間隔で複数設けられている。なお、本実施形態においては、電極２０のＸ方向およびＹ方向の長さと、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さは同じとなっている。

また、電極２０は、一方の面に振動体１０を支持する支持層２５を有している。図４は、電極２０Ｌの支持層２５の断面を拡大して示した図である。図に示したように、支持層２５は、基材層２５Ａ、接着層２５Ｂ、繊維層２５Ｃを有している。なお、図中の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。

基材層２５Ａは、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（polypropylene、ポリプロピレン）などを薄いフィルム状に形成したものである。
接着層２５Ｂは、接着剤で形成された層である。支持層２５においては、接着層２５Ｂは基材層２５Ａの表面に一様に設けられるのではなく、所定面積の接着層２５ＢがＸ方向およびＹ方向に規則的に複数設けられている。
繊維層２５Ｃは、高分子化合物（例えば、ポリエステル）で形成された直線状の繊維２５Ｄを有する層である。この繊維２５Ｄは、長さが０．３〜０．５ｍｍ、太さが０．３〜０．５デニールであり、接着層２５Ｂに植毛されている。

支持層２５を形成する際には、まず、基材層２５Ａの上に接着剤を塗布して規則的に配置された複数の接着層２５Ｂを形成する。基材層２５Ａに接着剤を塗布した後、接着剤が塗布された基材層２５Ａに対して直線状の繊維２５Ｄを静電植毛する。これにより、繊維２５Ｄは、接着剤が塗布されていない部分には突き刺さらないが、接着剤がある接着層２５Ｂには突き刺さることとなる。この後、接着剤を乾燥させ、接着層２５Ｂ以外の部分に付着している繊維２５Ｄを除去すると、繊維２５Ｄが植毛された繊維層２５Ｃが得られる。繊維２５Ｄが植毛された支持層２５は、外周長およびその形状がスペーサ３０の内周と同じであり、基材層２５Ａが電極２０に接するようにして電極２０に接着され、貫通孔２１の位置に孔が空けられる。

（静電型スピーカ１の構造）
次に静電型スピーカ１の構造について説明する。静電型スピーカ１においては、振動体１０の周縁部がスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に張力が掛からない、所謂テンションレスの状態で挟まれている。
また、静電型スピーカ１においては、電極２０Ｕは一方の面にある支持層２５を振動体１０に向くようにしてスペーサ３０Ｕに固定され、電極２０Ｌは一方の面にある支持層２５を振動体１０に向くようにしてスペーサ３０Ｌに固定されている。ここで、振動体１０において電極２０Ｕに対向している面から電極２０Ｕの支持層２５の基材層２５Ａ表面までの距離は、繊維層２５Ｃの繊維２５Ｄの長さより短くなっている。また、振動体１０において電極２０Ｌに対向している面から電極２０Ｌの支持層２５の基材層２５Ａ表面までの距離も、繊維層２５Ｃの繊維２５Ｄの長さより短くなっている。このため、繊維層２５Ｃの繊維は図５に示したように、撓った状態で振動体１０の表裏を電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間で支持する。

（静電型スピーカ１の電気的構成）
次に、静電型スピーカ１の電気的構成について説明する。図２に示したように、静電型スピーカ１は変圧器５０、外部から音響信号が入力される入力部６０、振動体１０に対して直流バイアスを与えるバイアス電源７０とを備えている。そしてバイアス電源７０は、振動体１０と、変圧器５０の出力側の中点と接続されており、２つの電極２０はそれぞれ変圧器５０の出力側の一端および他端に接続されている。この構成においては、入力部６０に音響信号が入力されると入力された音響信号に応じた電圧が電極２０および振動体１０にそれぞれ印加される。

（静電型スピーカ１の動作）
印加電圧によって電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じると、振動体１０にはどちらかの電極２０の側へ引き寄せられるような静電力が働く。すなわち、振動体１０は音響信号に応じて同図のＺ方向に変位し(撓み)、その変位方向が逐次変わることによって振動となり、その振動状態（振動数、振幅、位相）に応じた音が振動体１０から発生する。発生した音は、少なくとも一方の電極２０を通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。

なお、繊維層２５Ｃの繊維２５Ｄは、振動体１０が変位していない状態においては撓った状態で振動体１０に接しているが、振動体１０がＺ方向に変位した際には、図６に示したように電極２０Ｕの繊維２５Ｄの撓りが大きくなり、電極２０Ｌの繊維２５Ｄの撓りが小さくなる。繊維２５Ｄは、元の形状（直線状）に戻ろうとする弾性力を有しており、繊維層２５Ｃは規則的に支持層２５に配置されているため、複数の繊維層２５Ｃが振動体１０を押し戻そうとする力は各繊維層２５Ｃで均等な力となる。繊維層２５Ｃが振動体１０に与える力が均等であると、振動体１０が静電力で変位した時においては、エステルウールで振動体１０を支持したときのように振動体１０において変位のばらつきが生じないため、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生されることとなる。なお、本発明においては、繊維層２５Ｃは、振動体１０がＺ方向に変位した時に振動体１０から離れないように撓み量を確保しておくのが好ましい。振動体１０が変位した時に繊維層２５Ｃが離れるようであると、振動体１０が振動した時に接触状態と非接触状態とを繰り返し、放射される音の音響特性が悪くなるが、振動体１０から繊維層２５Ｃが離れないようにしておくと、振動体１０が振動した時に接触状態と非接触状態とを繰り返すことがなく、放射される音の音響特性を良くすることができる。

また、繊維２５Ｄは、弾性力を有しているため、音響信号が供給されなくなって振動体１０に静電力が働かなくなると、繊維２５Ｄの弾性力により直線状の形状に戻ろうとする。ここで、繊維層２５Ｃを形成する各繊維の形状は同じであるため各繊維の弾性力も同じとなり、規則的に配置された複数の繊維層２５Ｃが振動体１０を押圧する力も各繊維層２５Ｃで同じとなる。すると、規則的に配置された繊維層２５Ｃの部分は均等に振動体１０を支持し、振動体１０の変位にばらつきがなくなる。これにより、静電型スピーカ１に音響信号が供給されていない状態においても、振動体１０にシワやたるみが生じることがない。

また、繊維層２５Ｃの繊維２５Ｄを撓らせるのに要する力と繊維２５Ｄの撓り量との間には比例関係がある。このため、撓りが大きい状態で振動体１０を支持すると、繊維が振動体１０を抑える力が大きくなって振動体１０が変位しにくくなり、振動体１０の感度が低くなる。一方、撓りが小さい状態で振動体１０を支持すると、繊維が振動体１０を抑える力が小さくなって振動体１０が変位しやすくなり、振動体１０の感度が良くなる。即ち、振動体１０と電極２０との間の距離を調整して繊維の撓み量を調整することで、振動体１０の感度を制御することもできる。

また、電極２０Ｕにおける繊維２５Ｄの長さと、電極２０Ｌにおける繊維２５Ｄの長さは同じであるため、電極２０Ｕと電極２０Ｌで振動体１０を挟むと、振動体１０を正確に電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間の中間の位置で支持することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

繊維層２５Ｃの繊維２５Ｄの形状は、直線状ではなく円弧のように曲線状であってもよい。また、繊維２５Ｄの形状は、図７（ａ）に示したように楕円形でもよく、また、図７（ｂ）に示したように多角形でもよい。また、繊維２５Ｄの形状は、楕円形ではなく円形であってもよい。また、繊維層２５Ｃを形成する繊維の素材はポリエステルでなく、ポリアミド系の合成繊維、レーヨン、綿など他の素材であってもよい。また、繊維層２５Ｃを形成する繊維の寸法（太さ、長さ）は、上記実施形態の寸法に限定されるものではなく、繊維の素材、電極２０間の距離、電極２０から振動体１０までの距離などによって適宜寸法を変更してもよい。

本発明においては、規則的に複数設けられる各繊維層２５Ｃの広さや数、一つの繊維層２５Ｃのおける繊維２５Ｄの植毛本数、繊維２５Ｄの太さ、繊維２５Ｄの材質などを適宜変更し、繊維層２５Ｃが振動体１０を押す力を調整してもよい。また、上述した実施形態においては繊維層２５Ｃは規則的に並んでいるが、ランダムに並ぶようにしてもよい。
また、本発明においては、繊維層２５Ｃは、図８（ａ）に示したように格子状にしてもよく、また、図８（ｂ）に示したように繊維層２５Ｃを線状にし、各繊維層２５Ｃが平行になるようにしてもよい。なお、支持層２５において繊維層２５Ｃが設けられていない領域が広いと、振動体１０に静電力が働いて振動体１０が変位したときに振動体１０が電極２０に接触することとなる。このため、支持層２５において繊維層２５Ｃが設けられていない領域を狭くし、振動体１０が変位しても振動体１０が電極２０に接触しないように狭くするようにするのが好ましい。
また、本発明においては、基材層２５Ａの全面に接着剤を塗布して接着層２５Ｂを形成し、この接着層２５Ｂの全面に繊維２５Ｄを植毛するようにしてもよい。そして、繊維２５Ｄが接着層２５Ｃの全面に植毛された支持層２５を電極２０に接着し、貫通孔２１の位置に孔を空けるようにしてもよい。この構成によれば、電極２０は、貫通孔２１以外の部分に繊維層２５Ｃを有し、振動体１０を支える力が電極２０の面内で均一となる。

上述した実施形態においては、繊維２５Ｄは、接着層２５Ｂに垂直に植毛されているが、図９に示したように、繊維２５Ｄと接着層２５Ｂとのなす角度θが９０度未満となるように繊維２５Ｄを植毛してもよい。
また、上述した実施形態においては、音響信号が供給されていない状態においては、繊維２５Ｄは撓った状態で振動体１０を支持しているが、本発明においては、繊維２５Ｄを撓らせずに繊維２５Ｄで振動体１０を支持してもよい。
また、本発明においては、図１０に示したように、音響信号が供給されていない状態においては、振動体１０が繊維層２５Ｃに接しないようにスペーサ３０で支持し、音響信号が供給されて振動体１０が変位した時に振動体１０が繊維層２５Ｃに接触して繊維層２５Ｃを撓らせるようにしてもよい。
また、本発明においては、繊維２５Ｄが植毛されて形成された繊維層２５Ｃを電極２０に配置するのではなく、振動体１０に接着剤を塗布し、振動体１０に繊維２５Ｄを植毛して振動体１０に繊維層２５Ｃを配置してもよい。この構成においても、振動体１０は、電極２０Ｕ，２０Ｌの間において、植毛された繊維層２５Ｃで挟まれて支持されることとなり、上述した実施形態と同様に振動体１０において変位のばらつきが生じなくなる。
また、繊維層２５Ｃが振動体１０に植毛されている構成においては、音響信号が供給されていない状態においては、電極２０に繊維層２５Ｃに接しないようにスペーサ３０で支持し、音響信号が供給されて振動体１０が変位した時に電極２０が繊維層２５Ｃに接触して繊維層２５Ｃを撓らせるようにしてもよい。

本発明においては、振動体１０と電極２０との間を所定距離に保つことができるのであれば、スペーサ３０は角部を有する環状ではなく、他の形状であってもよい。例えば、柱状のスペーサで振動体１０の４隅を挟み、このスペーサに電極２０を固定するようにしてもよい。また、断面が矩形の棒状のスペーサで振動体１０の対向する２辺のみを挟むようにしてもよい。

上述した実施形態においては、支持層２５は基材層２５Ａを有しているが、本発明においては、支持層２５は基材層２５Ａを備えていなくてもよい。

本発明においては、繊維を静電植毛する際には各繊維の方向は全て同じ方向でなくてもよい。また、本発明においては、植毛に使用される繊維は、縮毛であってもよい。要は、撓った状態で振動体１０を支持して振動体１０に力を加えられるのであれば、繊維は直毛でなくともよい。また、本発明においては、繊維の長さは所定の範囲でばらつきがあってもよい。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカの模式図である。 静電型スピーカ１の断面図である。 静電型スピーカ１の分解斜視図である。 繊維層２５Ｃ部分の断面を拡大した図である。 繊維層２５Ｃ部分の断面を拡大した図である。 繊維層２５Ｃ部分の断面を拡大した図である。 本発明の変形例に係る繊維層２５Ｃの断面を拡大した図である。 本発明の変形例に係る電極２０を示した図である。 本発明の変形例に係る繊維層２５Ｃの断面を拡大した図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの断面図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、２５・・・支持層、２５Ａ・・・基材層、２５Ｂ・・・接着層、２５Ｃ・・・繊維層、２５Ｄ・・・繊維、３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源

Claims (6)

1. 導電性を有する第１電極と、
   導電性を有し前記第１電極に対向して離間配置された第２電極と、
   導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間において前記第１電極および前記第２電極と離間して配置された振動体と、
   弾性を有する複数の繊維を有し、
   前記複数の繊維は、前記第１電極と前記振動体との間および前記第２電極と前記振動体との間に配置され、一方の端部側が前記振動体側に位置し、前記端部と反対側の端部側が前記振動体と対向する電極側に位置している静電型スピーカ。
2. 前記振動体と対向する電極側に位置している前記繊維の端部は当該電極に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
3. 前記繊維の前記振動体側の端部が前記振動体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
4. 前記振動体が前記第１電極と前記第２電極の中間に位置している状態において、前記繊維と前記電極とのなす角度が９０度未満であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静電型スピーカ。
5. 前記繊維が複数固定されて形成された繊維領域を前記第１電極と前記振動体との間および前記第２電極と前記振動体との間に複数有し、前記繊維領域が規則的に配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静電型スピーカ。
6. 前記振動体は、張力が掛からずに支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の静電型スピーカ。

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