JP2009188516A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】音響透過性と剛性とを持ちつつ、振動体の振幅を大きくすることを可能にする。
【解決手段】電極２０Ｕ，２０Ｌは、スポンジのように三次元の立体的な網目構造を有する金属多孔体を矩形で所定の厚みの板状に加工したものである。電極２０形成する金属多孔体は、導電性と通気性（音響透過性）を有しており、振動体１０に対向する裏面側にある孔の大きさは振動体１０と反対側に向いている表面側にある孔の大きさより小さくなっている。電極２０は多数の孔があるものの、振動体１０側においては網目構造の枝が太く、孔の大きさが振動体１０と反対側にある孔の大きさより小さくなっており、振動体１０側において金属部分の面積を大きくとれているため、高い音響透過性を有しつつ振動体１０の振幅が小さくなることがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電型スピーカに関する。

スピーカの分野においては、静電型スピーカと呼ばれるスピーカがある。静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の固定電極と、この２枚の固定電極の間に挿入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、固定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）、音響信号に応じた再生波が振動体から発生する。
そして、このような静電型スピーカにおいては、特許文献１に記載されているように、２枚の固定電極として複数の孔を有するパンチングメタルを採用することも行われており、この構成においては、振動体で発生した音がパンチングメタルの孔を通り抜けてスピーカの外部へ放射される。

特開平１１−１７８０９８号公報

ところで、パンチングメタルを固定電極として採用する場合、パンチングメタルの孔の径を大きくすると、パンチングメタルの表面において電極として作用する金属部分の面積が小さくなって振動体に作用する静電力も小さくなり、振動体の振幅が小さくなるという問題が生じる。
このため、パンチングメタルの固定電極においては、孔を有して音響透過性を確保しつつ、孔の径を小さくして電極としての面積を広くすることが好ましい。しかし、パンチングメタルは板状の金属板に金型で孔を抜くため、小さな孔を開けるには板厚が薄いほうが容易に孔を抜くことができるものの、固定電極が薄いと固定電極の剛性が小さくなり、固定電極と振動体との間の距離を一定に保つことが難しくなるという別の問題が生じてしまう。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、音響透過性と剛性とを持ちつつ、振動体の振幅を大きくすることを可能とす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、導電性と通気性とを有する三次元の網目構造の多孔体で形成された第１電極と、導電性と通気性とを有する三次元の網目構造の多孔体で形成され、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を有する静電型スピーカを提供する。

本発明においては、前記第１電極と前記第２電極においては、前記振動体に対向している面にある孔の大きさが、前記振動体に対向している面と反対側の面にある孔の大きさより小さくしてもよい。

本発明によれば、音響透過性と剛性とを持ちつつ、振動体の振幅を大きくすることができる。

［実施形態の機械的構成］
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、振動体１０を挟んで対向する電極２０Ｕと電極２０Ｌ、スペーサ３０Ｕおよびスペーサ３０Ｌ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）
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に示したように角管状となっている。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、スポンジのように三次元の立体的な網目構造を有する金属多孔体を矩形で所定の厚みの板状に加工したものである。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形成する金属多孔体は、導電性と通気性（音響透過性）を有しており、振動体１０に対向する裏面側にある孔の大きさは振動体１０と反対側に向いている表面側にある孔の大きさより小さくなっている。

ここで、この金属多孔体の製造方法の一例を説明する。まず、金属粉末、バインダ（接合剤）および水を混練してスラリー（slurry）を作成する。次に、作成したスラリーを三次元の立体的な網目構造を有し所定の厚みで板状の発泡ウレタンに染みこませ、発泡ウレタンの網目構造の枝表面にスラリーの膜を形成する。ここで、スラリーについてバインダや水の量を調整して粘度や硬化するまでの時間を調整しておくことにより、染みこませられたスラリーが発泡ウレタンの表面側から裏面側へ移動しつつ硬化し、表面側と裏面側とで枝に付着したスラリーの膜厚が異なることとなる。なお、スラリーの膜厚を表面側と裏面側とで替える方法としては、スラリーを発泡ウレタン全体に染みこませて乾燥させた後、中央より裏面側についてスラリーを再度染みこませ、中央より裏面側についてスラリーの層を重ねることにより裏面側のスラリーの膜厚を厚くするようにしてもよい。

そして、スラリーが乾燥した後、スラリーの膜ができた発泡ウレタンを焼成して発泡ウレタンとバインダを除去すると、スラリーに含まれていた金属が発泡ウレタンの形に焼結する。
このように製造された金属多孔体においては、スラリーの膜厚は表面側より裏面側のほうが厚くなっているため、金属多孔体の網目構造を形成する枝は、中心側から裏面に向かうにつれて太くなっており、中心側から表面に向かうにつれて細くなっている。そして、裏面側においては枝が太いため多孔体の孔の大きさが小さくなっている一方、表面側においては枝が裏面側より細いため多孔体の孔が裏面側より大きくなっている。

（静電型スピーカ１の全体構成）
静電型スピーカ１を組み立てる際には、電極２０Ｌの周縁部にスペーサ３０Ｌが固着され、スペーサ３０Ｌの上に振動体１０の周縁部が固着される。なお、振動体１０は、張力が掛かけられた状態でスペーサ３０Ｌに固着される。そして、振動体１０の周縁部の上にスペーサ３０Ｕが固着され、スペーサ３０Ｕの上に電極２０Ｕの周縁部が固着される。
この構成においては、電極２０Ｕ，２０Ｌは、振動体１０を挟んで対向するようにスペーサ３０Ｕ，３０Ｌに固定され、振動体１０は、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの空間内において、電極２０に垂直なＺ方向に振動可能に支持される。

［実施形態の電気的構成］
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の出力側の中点に接続されており、電極２０Ｕは変圧器５０の出力側の端子に接続され、電極２０Ｌは変圧器５０の出力側のもう一方の端子に接続されている。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。

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、電極２０Ｕ，２０Ｌを通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。

本実施形態においては、振動体１０を振動させるための電極２０として金属多孔体を採用しており、音響透過性を確保する孔の大きさが電極表面において小さく、電極としての面積が広くなっている。
また、電極２０は孔が電極２０全体に分布しているため高い通気性を有し音響透過性がよい。
また、電極２０においては、裏面の金属部分の面積が振動体１０を駆動する静電力に影響し、孔の大きさが大きくなるにつれ振動体の振幅が小さくなるが、本実施形態では、電極２０は多数の孔があるものの、裏面側においては網目構造の枝が太く孔の大きさが表面側の孔の大きさより小さくなっており、裏面の金属部分の面積を大きくとれているため、高い音響透過性を有しつつ、振動体１０の振幅が小さくなることがない。
また、本実施形態では、多孔体である電極２０において、表面側では多孔体を形成する枝の太さが裏面側より細く裏面側より孔の大きさが大きい。
このように、本実施形態では表面側の枝の太さが細く、多孔体の枝の太さを全体で同じにして裏面側の孔の大きさを小さくした場合と比較すると、多孔体を形成する金属の量が少なくなるため、静電型スピーカ１の質量を軽くすることができる。
また、本実施形態においては、電極２０において小さな孔を形成するに際し、パンチングメタルのように電極２０の厚みを薄くする必要がないため、電極の剛性を大きくすることができ、固定電極と振動体との間の距離を一定に保つことができる。

［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。

上述した実施形態の電極２０においては、裏面側と表面側とで金属多孔体の孔の大きさが異なっているが、表面側と裏面側とで孔の大きさを同じにしてもよい。

電極２０を形成する際には、金属多孔体をＸ方向やＹ方向、Ｚ方向などにプレス加工することにより電極２０表面の孔の大きさやＺ方向の厚み、形状などを調整してもよい。電極２０は三次元の立体的な網目構造の金属多孔体で空間が多いため、単純な板材の金属と比較してプレス加工を容易に行うことができる。なお、電極２０の形状を加工する場合、上記実施形態の形状に限定されずデザインの観点から種々の形状にプレス加工してもよい。

静電型スピーカ１においては、振動体１０の周縁部はスペーサ３０に挟まれて固定されており、振動体１０の振幅は、スペーサ３０から遠い中央部分ほど大きく、スペーサ３０に近づくにつれて小さくなる。そして振動体１０の振幅が中央部分と周縁部分とで異なると、静電型スピーカ１から出力される音の放射特性（指向特性）に影響を与えることとなる。

出力される音の放射特性を制御するには、電極２０から振動体１０までの距離を中央部分と周縁部分とで異ならせ、振動体１０に作用する静電力の大きさを中央部分と周縁部分とで異ならせて振動体１０の振幅を制御することで、放射特性を制御する方法がある。
この方法をとる場合、プレス加工により電極２０の裏面側を曲面に加工し、電極２０の中央部分から周縁に向かうにつれて電極２０の厚みが変化するようにしてもよい。この構成の電極２０を使用した場合、電極２０から振動体１０までの距離が中央部分と周縁部分とで異なることとなる。すると、電極２０の厚みが均一である場合と比較して、振動体１０の周縁部に作用する静電力の大きさおよび振動体１０の振幅が異なることとなり、静電型スピーカ１から出力される音の放射特性が電極２０の厚みが均一である場合と異なることとなる。
なお、この構成の電極２０の形状としては、裏面側を凸レンズ状の曲面に加工し、中央部分が厚く周縁部分に向かうにつれて厚みが薄くなる形状がある。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の模式的図である。 静電型スピーカ１の断面と電気的構成を示した図である。 静電型スピーカ１の分解斜視図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、２０，２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、３０，３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源

Claims (2)

1. 導電性と通気性とを有する三次元の網目構造の多孔体で形成された第１電極と、
   導電性と通気性とを有する三次元の網目構造の多孔体で形成され、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
   を有する静電型スピーカ。
2. 前記第１電極と前記第２電極においては、前記振動体に対向している面にある孔の大きさが、前記振動体に対向している面と反対側の面にある孔の大きさより小さいこと
   を特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。

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