JP2009059842A - 圧電構造体とそれを備えたスピーカー - Google Patents

Abstract

【課題】良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体とそれを備えたスピーカーを提供する。
【解決手段】圧電構造体１００は、互いに対向する主表面を両側に有する樹脂層１０，１１，１２と、この樹脂層の両側の主表面を挟むように配置された透明の電極層２１，２２とを備える。樹脂層は、透明の樹脂部分２と、樹脂部分２中に分散された、圧電性を示す複数の柱状単結晶体１とを含む。柱状単結晶体１は、長軸方向が樹脂部分２の法線方向とほぼ平行になるように配向して樹脂部分２中に分散されており、直径が４００ｎｍ以下であり、かつ、長軸方向に分極されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には圧電構造体とそれを備えたスピーカーに関し、特定的には透明性を有する圧電構造体とそれを備えたスピーカーに関するものである。

従来から、窓ガラス、ドア、壁などの建築物、調度品、装飾品等の種々の物品が本来の機能を有したままで、物品にスピーカーの機能を付加することが可能なスピーカーの形態が検討されている。このようなスピーカーの一つの形態として、薄膜状の透明スピーカーが提案されている。

たとえば、特開平４−７０１００号公報（特許文献１）には、ＰＬＺＴ等の透明の圧電磁器の両面に透明電極を形成したものを、ガラスまたはプラスチックの薄膜振動板の上に設けることによって構成されたユニモルフ型またはバイモルフ型の透明スピーカーが提案されている。

また、たとえば、特開２００３−２４４７９２号公報（特許文献２）には、携帯情報端末に設置される圧電フィルムスピーカーが提案されている。この圧電フィルムスピーカーを構成する圧電フィルム振動板は、透明でかつ弾性を有する可撓性圧電フィルムの表裏両面に透明電極を形成したものである。可撓性圧電フィルムとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が用いられている。
特開平４−７０１００号公報 特開２００３−２４４７９２号公報

しかしながら、特開平４−７０１００号公報（特許文献１）で提案された透明スピーカーは、透明性を有するが、セラミックや単結晶からなる圧電部材を用いているので、可撓性が小さく、透明スピーカー自体によって曲面を形成することは困難である。このため、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に透明スピーカーを貼り付けた場合に、圧電部材が破壊してしまう可能性がある。また、圧電部材をＰＬＺＴで形成した場合には、ＰＬＺＴ自体が無色透明ではないので、上記の透明スピーカーは透明性が劣るという問題がある。

一方、特開２００３−２４４７９２号公報（特許文献２）で提案された圧電フィルムスピーカーは、可撓性を有するが、乳白色を呈するＰＶＤＦを圧電フィルムとして用いているので、圧電フィルムを非常に薄く形成したとしても、透明性が劣るという問題がある。このため、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に上記の圧電フィルムスピーカーを貼り付けた場合に、表示画面の表示性能を劣化させる可能性がある。

そこで、この発明の目的は、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体とそれを備えたスピーカーを提供することである。

この発明に従った圧電構造体は、互いに対向する主表面を両側に有する樹脂層と、この樹脂層の両側の主表面を挟むように配置された透明の電極層とを備える。樹脂層は、透明の樹脂部分と、樹脂部分中に分散された、圧電性を示す複数の柱状の分散部分とを含む。分散部分は、長軸方向が樹脂部分の法線方向とほぼ平行になるように配向して樹脂部分中に分散されており、直径が４００ｎｍ以下であり、かつ、長軸方向に分極されている。

この発明の圧電構造体においては、圧電性を示す分散部分が内部に配置された基材となる部分は樹脂部分である。これにより、本発明の圧電構造体は可撓性を有するので、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、圧電性を示す部材が破壊してしまうことがない。

また、この発明の圧電構造体においては、直径が４００ｎｍ以下の分散部分は、長軸方向が樹脂部分の法線方向とほぼ平行になるように配向して、透明の樹脂部分中に分散されている。このように透明の樹脂部分中に分散された分散部分の直径が、可視光の波長の下限である４００ｎｍ程度よりも小さいので、樹脂層自体が可視光に対して良好な透明性を有することができる。これにより、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、表示画面の表示性能を劣化させることがない。

したがって、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体を得ることができる。

この発明の圧電構造体において、樹脂層と電極層とが交互に積層されていることが好ましい。

このように構成することにより、多層構造の圧電構造体を得ることができるので、この発明の圧電構造体を用いてスピーカーを構成した場合に、スピーカーの強度を向上させることができる。

この発明の一つの局面に従ったスピーカーは、上記の特徴を有する圧電構造体を備える。

この発明のスピーカーは、主表面を有する透明の基材を備え、上記の特徴を有する圧電構造体が基材の主表面の上に接合されて構成されてもよい。

このように構成することにより、ユニモルフ型スピーカーを構成することができる。

また、この発明のスピーカーは、積層された複数の圧電構造体を備えるように構成されてもよい。

このように構成することにより、バイモルフ型のスピーカーを構成することができる。

さらに、この発明のスピーカーにおいて、圧電構造体は主表面を有し、複数の圧電構造体が、それぞれの主表面が連なるように接合されて複数の振動領域を形成するように構成されてもよい。

このように構成することにより、分離された複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。複数の振動領域は、必ずしも共振周波数が異なる必要はなく、たとえば、同じ特性の振動領域を二つ形成することによって、ステレオ型のスピーカーを構成することができる。

この場合、複数の振動領域は、互いに共振周波数が異なるようにしてもよい。

このように構成することにより、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。

さらに、この場合、複数の振動領域は、互いに面積が異なるようにしてもよい。

このようにして簡単な構成で、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。

この発明のスピーカーにおいて、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、複数の振動領域を有するスピーカーにおいて音の分離性を高めることができる。

以上のようにこの発明によれば、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体とそれを備えたスピーカーを得ることができる。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一つの実施の形態としての圧電構造体における樹脂層を示す部分斜視図である。図２は、図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った方向から見た部分断面図である。

図１と図２に示すように、圧電複合層としての板状の樹脂層１０は、多数の柱状の分散部分としての柱状単結晶体１と、多数の柱状単結晶体１が内部に配置された基材である透明の樹脂部分２とから構成される。板状の樹脂層１０は、互いに対向する主表面を両側に有する。図示されていないが、後述するように、透明の電極層が、樹脂層１０の両側の主表面を挟むように配置されることによって、本発明の圧電構造体が構成される。多数の柱状単結晶体１は、長軸方向に分極されており、電極層に所定の電圧が印加されることによって圧電性を示す。多数の柱状単結晶体１は、長軸方向が樹脂部分２の法線方向とほぼ平行になるように配向して、樹脂部分２中に分散されている。いいかえれば、多数の柱状単結晶体１を樹脂の薄膜の中に長軸の方向が揃うように、すなわち、樹脂部分２の厚み方向に多数の柱状単結晶体１を直立させて、樹脂部分２中に互いに所定の間隔をあけて分散させて配置する。柱状単結晶体１の各々は、直径が４００ｎｍ以下である。

このように構成されているので、樹脂層１は、樹脂部分２自体に圧電性がなくても、樹脂部分２中に分散された柱状単結晶体１によって高い圧電定数を得ることができる。

また、圧電性を示す柱状単結晶体１が内部に配置された基材となる部分は樹脂部分２である。このため、樹脂層１は可撓性を有するので、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、圧電性を示す部材が破壊してしまうことがない。

さらに、この発明の圧電構造体においては、直径が４００ｎｍ以下の柱状単結晶体１は、長軸方向が樹脂部分２の法線方向とほぼ平行になるように配向して、透明の樹脂部分２中に分散されている。このように透明の樹脂部分２中に分散された柱状結晶体１の直径が、可視光の波長の下限である４００ｎｍ程度よりも小さいので、樹脂層１０自体が可視光に対して良好な透明性を有することができる。すなわち、図２に示すように、可視光は、矢印Ｐで示すように樹脂部分２中を透過することができる。好ましくは、柱状結晶体１の直径を１００ｎｍ以下にすることにより、柱状単結晶体１と樹脂部分２との屈折率の違いによる可視光の散乱がほとんどなくなる。このため、樹脂部分２の透明度が高ければ、樹脂層１０自体の透明度を高めることができる。これにより、たとえば、携帯電話機や携帯ゲーム機等の電子機器の表示画面の上に、この発明の圧電構造体を備えたスピーカーを貼り付けた場合に、表示画面の表示性能を劣化させることがない。

したがって、良好な可撓性と可視光に対する良好な透明性とを兼ね備えることが可能な圧電構造体を得ることができる。

図１と図２に示すような樹脂層１０は、たとえば、次のようにして製造される。

固化していない液状の樹脂に、多数の柱状単結晶体を混入し、分散材を用いて柱状単結晶体を液状樹脂中に分散させる。その後、外部から磁場を加えることによって、柱状単結晶体を磁場方向に直立配向させる。

この場合、立方晶以外の単結晶は、常磁性体または弱磁性体であっても、結晶内に磁気異方性を有するため、外部から強磁場が加えられることによって磁場方向に配向させることができる。圧電性を示す単結晶体は、基本的に立方晶ではないので、上記の方法によって必ず配向させることができる。また、柱状単結晶体は、形状異方性が大きいため、強磁場の印加によってさらに配向しやすくなる。

樹脂部分２の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、アクリロニトリルスチレン、ポリスチレン、ナイロン１２、ポリエーテルスルフォンなどの樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は透明性に優れ、日光による変色がなく、もしくは非常に小さく、かつ、曲げ弾性率が大きいため、スピーカーを構成した場合に高い音質を期待することができる。

柱状単結晶体１の材料としては、リラクサー、BaTiO₃、BaTi₂O₅などを用いることが好ましい。

柱状単結晶体１の材料としてリラクサーを用いると、リラクサーは一般的に巨大な圧電定数を有する単結晶であるので、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の２〜４倍の圧電定数を得ることができる。また、柱状単結晶体１の材料としてリラクサーを用いることにより、圧電定数の大きな圧電複合層を得ることができる。リラクサーは急冷法を用いることにより得ることができる。リラクサーとしては、ＰＭＮ−ＰＴ（Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃）、ＰＺＮ−ＰＴ（Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃）、ＰＮＮ−ＰＴ（Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃）のうち、少なくともいずれか、またはこれらの混合物を用いてもよい。これらの材料のうち、ＰＭＮ−ＰＴの単結晶は比較的得られやすく、キュリー温度が１５５℃と比較的低い。樹脂部分２を構成する材料としてポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）を用いると、ＰＥＳの熱変形温度が２００℃と比較的高いため、分極処理の際にＰＭＮ−ＰＴの単結晶の温度をキュリー温度以上としても、樹脂部分２は変形することがない。これに対して、熱変形温度が低い材料で樹脂部分２を構成すると、ＰＭＮ−ＰＴの単結晶の温度をキュリー温度まで上昇させることができないが、分極処理における電圧を大きくすれば分極させることができる。

柱状単結晶体１の材料としてBaTiO₃またはBaTi₂O₅の単結晶を用いることにより、無鉛の透明のスピーカーを構成することができる。特に、BaTi₂O₅はBaTiO₃に比べて圧電定数が大きく、無色透明であるため、透明のスピーカーを構成するのに有利である。

図３は、この発明のもう一つの実施の形態としての圧電構造体における樹脂層について、図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った方向から見た部分断面図である。

図３に示すように、柱状単結晶体１ａのように、柱状単結晶体は樹脂層１０を貫通していなくてもよく、樹脂層１０の対向する両側の主表面に露出してなくてもよい。また、柱状単結晶体１ｂのように、柱状単結晶体は樹脂層１０の一方の主表面のみに露出していてもよく、柱状単結晶体１ｃのように、柱状単結晶体は樹脂層１０の他方の主表面のみに露出していてもよい。図３に示すように柱状単結晶体１ａ〜１ｃが樹脂層１０を貫通していない場合には、図２に示すように柱状単結晶体１が樹脂層１０を貫通している場合と比べて、柱状単結晶体内の電界が小さくなる。そのため、このような場合には柱状単結晶体の電歪効果が小さくなるので、樹脂層１０中の柱状単結晶体１ａ〜１ｃの含有比率を高めることが好ましい。これにより、柱状単結晶体が樹脂層を貫通していない場合であっても、十分な圧電定数を得ることができる。なお、樹脂層１０全体の透明性を維持するため、柱状単結晶体の密度は、柱状単結晶体同士の距離が近づき過ぎない程度にとどめることが好ましく、具体的には柱状単結晶体同士の距離が柱状単結晶体の直径の概ね２倍よりも大きくなるようにすることが好ましい。

図４はこの発明の一つの実施の形態として多層構造の圧電構造体を示す断面図である。

図４に示すように、圧電構造体１００においては、透明の電極層２１と２２は、圧電複合層としての樹脂層１１と１２のそれぞれの両側の主表面を挟むように配置されている。電極層２１と２２との間に所定の電圧を印加することにより、樹脂層１１と１２が伸縮する。このとき、樹脂層１１と１２の伸縮方向を揃えるために、樹脂層１１と１２は逆方向に分極されている。すなわち、樹脂層１１中に分散された柱状単結晶体と、樹脂層１２中に分散された柱状単結晶体とは、互いに逆方向に分極されている。このように構成することにより、電極層２１と２２との間に所定の電圧を印加することにより、圧電構造体１００が一体として面方向に伸縮することができる。

以上のように、圧電構造体１００において、樹脂層１１、１２と電極層２１、２２とが交互に積層されていることにより、多層構造の圧電構造体を得ることができるので、この圧電構造体１００を用いてスピーカーを構成した場合に、スピーカーの強度を向上させることができる。

透明の電極層２１、２２の材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ（登録商標）、ＺｎＯなどを用いることができる。ＩＴＯやＩＺＯは構成金属として希少金属であるインジウムを含むため、高価格になる可能性があるので、ＺｎＯを用いることが好ましい。また、ＺｎＯは、従来、形成温度が２００℃以上であるため、樹脂の上に形成することが困難であるとされていたが、国際公開第ＷＯ２００７／０８０７３８号パンフレットに開示されているように、常温で形成することが可能になるので、樹脂層１１、１２の表面上に形成するのに好適である。

図５は、樹脂層の伸縮動作を模式的に示す部分断面図である。

図５の（Ａ）から（Ｂ）に示すように、樹脂層１０の両面を挟むように配置された透明電極層に電圧を印加することにより、矢印で示すように樹脂層１０が厚み方向に縮み、樹脂層１０が面方向に伸びる、すなわち、矢印で示すように柱状単結晶体１間の間隔が拡がるように樹脂層１０が面方向に伸びる。そして、図５の（Ｂ）から（Ａ）で示すように逆の伸縮動作が行われる。このような動作が繰り返されることにより、樹脂層１０が面方向に伸縮することになる。この伸縮動作を利用してスピーカーの機能を実現する。

図６は、この発明の圧電構造体を用いて構成されるユニモルフ型のスピーカーを概念的に示す断面図である。

図６に示すように、主表面を有する透明の基材としての透明基板２００の主表面の上に圧電構造体１００が接合されることによって、ユニモルフ型スピーカーユニット１０００が構成されている。透明基板２００は、たとえば、透明の樹脂で形成される。この場合、圧電構造体１００の伸縮によって、ユニモルフ型スピーカーユニット１０００の全体がベンディング振動する。

図７は、この発明の圧電構造体を用いて構成されるバイモルフ型のスピーカーを概念的に示す断面図である。

図７に示すように、複数の圧電構造体１１０と１２０とが相互に積層されて接合されることによって、バイモルフ型スピーカーユニット１１００が構成されている。この場合、複数の圧電構造体１１０と１２０の伸縮動作が互いに逆方向になるように駆動されることによって、バイモルフ型スピーカーユニット１１００の全体がベンディング振動する。なお、図７では、複数の圧電構造体１１０と１２０とが直接に接合されているが、複数の圧電構造体１１０と１２０との間に樹脂層などを介在させてもよい。

図８は、バイモルフ型スピーカーユニットを構成する圧電構造体の伸縮動作を模式的に示す部分断面図である。

図８の（Ａ）に示すように、バイモルフ型スピーカーユニット１１００を構成する圧電構造体１１０が矢印で示すように伸び、圧電構造体１２０が矢印で示すように縮む。そして、図８の（Ｂ）に示すように逆の伸縮動作が行われる。このような動作が繰り返されることにより、バイモルフ型スピーカーユニット１１００が面方向に伸縮することになる。この伸縮動作を利用してスピーカーの機能を実現する。

図９は、スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域の一つの実施の形態を示す断面図である。

図９に示すように、ユニモルフ型スピーカーユニット１０００またはバイモルフ型スピーカーユニット１１００が複数の振動領域から構成される場合、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域として、溝１００１が形成されている。

図１０は、スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域のもう一つの実施の形態を示す断面図である。

図１０に示すように、ユニモルフ型スピーカーユニット１０００またはバイモルフ型スピーカーユニット１１００が複数の振動領域から構成される場合、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔１００２と、その貫通孔１００２に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材３００とから構成されている。

図１１は、スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域のさらに別の実施の形態を示す断面図である。

図１１に示すように、ユニモルフ型スピーカーユニット１０００またはバイモルフ型スピーカーユニット１１００が複数の振動領域から構成される場合、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、溝１００１と、その溝１００１に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材３１０とから構成されている。

このように図９〜図１１に示すように構成することにより、複数の振動領域を有するスピーカーにおいて音の分離性を高めることができる。

図１２はステレオ型のスピーカーユニットを示す平面図、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。

図１２と図１３に示すように、複数の圧電構造体１１０と１２０とが樹脂層などからなる透明基板２００を介在して相互に接合され、その接合体の周囲を囲むように金属、硬質の樹脂などからなる枠体４００が透明基板２００に固着されることによって、ステレオ型のバイモルフ型スピーカーユニット１１００が構成されている。隣接する圧電構造体１１０と１１０、隣接する圧電構造体１２０と１２０は、それぞれの主表面が連なるように接合されている。複数の振動領域としての隣接する圧電構造体１１０と１１０、隣接する圧電構造体１２０と１２０のそれぞれの境界には、必要に応じて、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔１００２と、その貫通孔１００２に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材３００とから構成されている。この場合、複数の圧電構造体１１０と１２０の伸縮動作が互いに逆方向になるように駆動されることによって、バイモルフ型スピーカーユニット１１００の全体がベンディング振動する。また、ステレオ型のスピーカーにおいて左右の音の分離性を高めることができる。なお、貫通孔１００２の代わりに溝を形成してもよく、貫通孔１００２または溝を充填する弾性部材３００として、圧電構造体を構成する樹脂部分と屈折率の近いゴム系の樹脂を用いることによって、境界部分を目立たなくしてもよい。

図１４は、この発明のさらに別の実施の形態としてスピーカーユニットを示す平面図である。

図１４に示すように、複数の面積が異なる圧電構造体１３０を相互に接合することによってスピーカーユニット１２００を構成してもよい。この場合、圧電構造体１３０の各々の周波数特性を異ならせることができる。すなわち、互いに面積が異なる複数の振動領域を形成することによって、互いに共振周波数が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。たとえば、低音域から高温域まで再生可能なマルチウェイスピーカーを構成することができる。なお、圧電構造体１３０は、一般的に面積が大きい方が共振周波数が低くなる。圧電構造体１３０の厚みを変えることによっても共振周波数を変えることができる。なお、複数の圧電構造体１３０の境界には、必要に応じて貫通孔または溝を形成してもよく、貫通孔または溝を充填する弾性部材として、圧電構造体を構成する樹脂部分と屈折率の近いゴム系の樹脂を用いることによって、境界部分を目立たなくしてもよい。このようにすることにより、各圧電構造体の周波数特性の分離性を高めることができる。

以上のように、複数の圧電構造体が、それぞれの主表面が連なるように接合されて複数の振動領域を形成することにより、分離された複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。この場合、複数の振動領域は、互いに共振周波数が異なることにより、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。さらに、この場合、複数の振動領域は、互いに面積が異なることにより、簡単な構成で、周波数特性が異なる複数の振動領域を有するスピーカーを構成することができる。ただし、複数の振動領域は、必ずしも共振周波数が異なる必要はなく、たとえば、同じ特性の振動領域を二つ形成することによって、ステレオ型のスピーカーを構成することができる。なお、複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられることにより、複数の振動領域を有するスピーカーにおいて音の分離性を高めることができる。

図１５は、この発明の一つの実施の形態としてバイモルフ型のスピーカーユニットの具体的な構成を示す部分断面図である。図１６は、図１５に示されたバイモルフ型のスピーカーユニットにおいて配線と分極方向の関係を示す図である。

バイモルフ型スピーカーユニット１１００は、図１６にて矢印で示すように互いに分極方向が逆である圧電複合層としての樹脂層１１と１２のそれぞれの両側の主表面を挟むように透明の電極層２１と２２が接合されている。電極層２１には端子Ｕが接続され、電極層２２には端子Ｖが接続されることによって、所定の電圧が印加される。隣接する樹脂層１１と１１、隣接する樹脂層１２と１２は、それぞれの主表面が連なるように接合されている。複数の振動領域としての隣接する樹脂層１１と１１、隣接する樹脂層１２と１２のそれぞれの境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔と、その貫通孔に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材３００とから構成されている。このようにして構成された圧電構造体ＡとＢの間には樹脂などからなる透明基板２００が配置される。電極層２１と２２との間に所定の電圧を印加することにより、図１６に示すように圧電構造体ＡとＢのそれぞれが一体として面方向に伸縮し、たとえば、電極層２１に正の電位（端子Ｕが正）、電極層２２に負の電位（端子Ｖが負）になるように電圧が印加された場合、圧電構造体Ａが伸びるように変位し、圧電構造体Ｂが縮むように変位して伸縮動作する。電極層２１と２２に上記と逆の電位を印加すれば、圧電構造体Ｂが伸びるように変位し、圧電構造体Ａが縮むように変位して伸縮動作する。なお、透明基板２００を境界にして、伸びる圧電構造体と縮む圧電構造体が積層されていればよい。また、上記の実施の形態では、バイモルフ型スピーカーユニット１１００は、それぞれ、２層の樹脂層１１と１２からなる圧電構造体ＡとＢを示しているが、２層以上の樹脂層から圧電構造体を構成してもよい。

図１７は、この発明のもう一つの実施の形態としてバイモルフ型のスピーカーユニットの具体的な構成を示す部分断面図である。図１８は、図１７に示されたバイモルフ型のスピーカーユニットにおいて配線と分極方向の関係を示す図である。

バイモルフ型スピーカーユニット１１００は、図１８にて矢印で示すように互いに分極方向が逆である圧電複合層としての樹脂層１１と１２のそれぞれの両側の主表面を挟むように透明の電極層２１と２２が接合されている。電極層２１には端子Ｕが接続され、電極層２２には端子Ｖが接続されることによって、所定の電圧が印加される。隣接する樹脂層１１と１１、隣接する樹脂層１２と１２は、それぞれの主表面が連なるように接合されている。複数の振動領域としての隣接する樹脂層１１と１１、隣接する樹脂層１２と１２のそれぞれの境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている。具体的には、減衰領域は、貫通孔と、その貫通孔に充填されているシリコーンゴムなどの弾性部材３００とから構成されている。このようにして構成された圧電構造体ＡとＢは透明基板２００の上に接合されて配置される。この場合、透明基板２００は、シリコーンゴムなどのゴム系の弾性材から構成される必要がある。弾性部材３００は充填されていなくてもよい。電極層２１と２２との間に所定の電圧を印加することにより、図１８に示すように圧電構造体ＡとＢのそれぞれが一体として面方向に伸縮し、たとえば、電極層２１に正の電位（端子Ｕが正）、電極層２２に負の電位（端子Ｖが負）になるように電圧が印加された場合、圧電構造体Ａが伸びるように変位し、圧電構造体Ｂが縮むように変位して伸縮動作する。電極層２１と２２に上記と逆の電位を印加すれば、圧電構造体Ｂが伸びるように変位し、圧電構造体Ａが縮むように変位して伸縮動作する。また、上記の実施の形態では、バイモルフ型スピーカーユニット１１００は、それぞれ、２層の樹脂層１１と１２からなる圧電構造体ＡとＢを示しているが、２層以上の樹脂層から圧電構造体を構成してもよい。なお、各電極層２１、２２は、透明基板２００の端部にてワイヤボンドなどにより駆動回路の電極端子に接続される。

図１７〜１８に示されるバイモルフ型のスピーカーユニットは、図１５〜１６に示されるバイモルフ型のスピーカーユニットに比べて、各圧電構造体の振動をより明確に分割することができる。低音部、中音部、高音部に分割する場合、図１７〜１８に示されるバイモルフ型のスピーカーユニットの構造を採用するのが望ましい。

以上のようにして、本発明の圧電構造体を用いることによって、種々のタイプの透明スピーカーを構成することができる。このような透明スピーカーを、携帯電話機、携帯ゲーム機、電子辞書、電子手帳などの電子機器の表示画面や、パーソナルコンピュータ、テレビなどの表示画面等の表面上に直接貼り付けて形成することができる。

図１９は、本発明のスピーカーの一つの適用例として携帯電話機を示す斜視図である。

図１９に示すように、携帯電話機５０は、操作部５１と表示画面部５２とを備えている。表示画面部５２の表面上には、本発明のユニモルフ型スピーカー１０００またはバイモルフ型スピーカー１１００が直接貼り付けられて形成されている。

図２０は、本発明のもう一つの適用例として携帯ゲーム機を示す平面図である。

図２０に示すように、携帯ゲーム機６０は、操作部６１と表示画面部６２とを備えている。表示画面部５２の表面上には、本発明のユニモルフ型スピーカー１０００またはバイモルフ型スピーカー１１００が直接貼り付けられて形成されている。

一般的にスピーカーを高音質のものにするためには、スピーカーを大きくする必要があるが、現状の圧電スピーカーでは、機器のスペースの制約上、大きくするには限界がある。本発明の圧電構造体を用いることによって、スピーカーを表示画面の表面上に配置することができる。このため、スピーカーの面積を大きくすることができるので、音質を向上させることができるだけでなく、従来のようにスピーカーを機器に内蔵する必要がなくなるので、機器を小型化することができる。また、従来のスピーカーが内蔵されていた部分に新たな機能部品等を配置することができるので、機器の高機能化を図ることができる。

また、本発明の圧電構造体では、樹脂層の基材を構成する樹脂部分に透明度の高いものを用いることによって、スピーカーの下に配置される表示画面に映る画像を明確に見ることができる。さらに、本発明のスピーカーでは、エキサイターなどの部品を必要としないので、全面を透明化することができる。

本発明の圧電構造体では、基材を構成する部分が樹脂であるので、通常の衝撃程度では破壊することがない。このため、携帯電話機、携帯ゲーム機に本発明のスピーカーを採用しても、通常の使用形態では破損する可能性が非常に小さい。また、本発明のスピーカーは屈曲可能であるため、有機ＥＬを用いたペーパーディスプレイなどに適用することも可能である。

本発明の圧電構造体において樹脂部分の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、アクリロニトリルスチレン、ポリスチレン、ナイロン１２、ポリエーテルスルフォンなどの樹脂を用いた場合、これらの樹脂は透明性に優れ、日光による変色がなく、もしくは非常に小さいため、屋外で用いる可能性のある機器、たとえば、携帯電話機、電子手帳に本発明のスピーカーを適用するのが好適である。

また、本発明のスピーカーを電車やバスなどの優先座席付近の窓に取り付けることにより、お年寄りなどにも車内放送が聞きやすくなり、かつ、スピーカーによって車窓の視界が遮られることがない。

さらに、壁面の広告、特に人物像が配置されている広告の顔の部分に本発明のスピーカーを取り付けることによって、広告内の人物像があたかもしゃべっているかのように宣伝内容を音として流すことが可能になるので、人々の興味を引き、広告効果を大きくすることができる、この場合、赤外線センサーやドップラーセンサーと本発明のスピーカーを組み合わせることによって、人が広告に近づいたときに広告内の人物像が呼びかける（呼び止める）ようにすれば、さらに広告効果を高めることができる。

パチンコ台やパチスロ台の表面にも本発明のスピーカーを直接取り付けることができるので、全面から音が出ることにより、迫力のある演出が可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。

この発明の一つの実施の形態としての圧電構造体における樹脂層を示す部分斜視図である。 図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った方向から見た部分断面図である。 この発明のもう一つの実施の形態としての圧電構造体における樹脂層について、図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った方向から見た部分断面図である。 この発明の一つの実施の形態として多層構造の圧電構造体を示す断面図である。 樹脂層の伸縮動作を模式的に示す部分断面図である。 この発明の圧電構造体を用いて構成されるユニモルフ型のスピーカーを概念的に示す断面図である。 この発明の圧電構造体を用いて構成されるバイモルフ型のスピーカーを概念的に示す断面図である。 バイモルフ型スピーカーユニットを構成する圧電構造体の伸縮動作を模式的に示す部分断面図である。 スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域の一つの実施の形態を示す断面図である。 スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域のもう一つの実施の形態を示す断面図である。 スピーカーユニットが複数の振動領域から構成される場合の減衰領域のさらに別の実施の形態を示す断面図である。 ステレオ型のスピーカーユニットを示す平面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。 この発明のさらに別の実施の形態としてスピーカーユニットを示す平面図である。 この発明の一つの実施の形態としてバイモルフ型のスピーカーユニットの具体的な構成を示す部分断面図である。 図１５に示されたバイモルフ型のスピーカーユニットにおいて配線と分極方向の関係を示す図である。 この発明のもう一つの実施の形態としてバイモルフ型のスピーカーユニットの具体的な構成を示す部分断面図である。 図１７に示されたバイモルフ型のスピーカーユニットにおいて配線と分極方向の関係を示す図である。 本発明のスピーカーの一つの適用例として携帯電話機を示す斜視図である。 、本発明のもう一つの適用例として携帯ゲーム機を示す平面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ：柱状単結晶体、２：樹脂部分、１０，１１，１２：樹脂層、２１，２２：電極層、１００，１１０，１２０，１３０：圧電構造体、２００：透明基板、３００，３１０：弾性部材、１０００，１１００，１２００：スピーカーユニット、１００１：溝、１００２：貫通孔。

Claims (9)

1. 互いに対向する主表面を両側に有する樹脂層と、
   前記樹脂層の両側の主表面を挟むように配置された透明の電極層とを備え、
   前記樹脂層は、透明の樹脂部分と、前記樹脂部分中に分散された、圧電性を示す複数の柱状の分散部分とを含み、
   前記分散部分は、長軸方向が前記樹脂部分の法線方向とほぼ平行になるように配向して前記樹脂部分中に分散されており、直径が４００ｎｍ以下であり、かつ、長軸方向に分極されている、圧電構造体。
2. 前記樹脂層と前記電極層とが交互に積層されている、請求項１に記載の圧電構造体。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電構造体を備えた、スピーカー。
4. 主表面を有する透明の基材を備え、前記圧電構造体が前記基材の主表面の上に接合されている、請求項３に記載のスピーカー。
5. 積層された複数の前記圧電構造体を備える、請求項３または請求項４に記載のスピーカー。
6. 前記圧電構造体は主表面を有し、複数の前記圧電構造体が、それぞれの主表面が連なるように接合されて複数の振動領域を形成する、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載のスピーカー。
7. 前記複数の振動領域は、互いに共振周波数が異なる、請求項６に記載のスピーカー。
8. 前記複数の振動領域は、互いに面積が異なる、請求項７に記載のスピーカー。
9. 前記複数の振動領域の境界には、隣接する複数の振動領域の振動を減衰するための減衰領域が設けられている、請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載のスピーカー。

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