JP2009284397A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】布状の電極であっても振動体を効率よく駆動できるようにする。
【解決手段】静電型スピーカ１においては、導電布２０Ｌ、弾性部材３０Ｌ、振動体１０、弾性部材３０Ｕ、導電布２０Ｕの順番に部材が重ねられ、糸４０が重ねられた部材を貫くようにして各部材が縫い合わされている。なお、導電布２０Ｕ，２０Ｌは、導電性を有する糸を織ったものであり表面は起毛されているため、織られた糸と糸との段差の部分の空間や経糸と緯糸との間が、この起毛の繊維により埋められている。これにより、織られた糸と糸との間の段差や空間が無くなり、電極として作用する面積が広くなり、導電布と振動体との距離が一定となって、導電布２０Ｕ，２０Ｌ全体が電極として有効に作用するため、導電布２０Ｕ，２０Ｌが起毛されていない場合より大きな駆動力で振動体１０が駆動されることとなる。
【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。この静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の電極と、この２枚の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、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、非特許文献１に記載されているように、２枚の電極および振動体を柔らかい布とし、様々な形に変形させることができるフレキシブル形の静電型スピーカや、非特許文献２に記載されているように柔らかい布を電極にした静電型スピーカも考案されている。

武岡成人、外５名、「コンデンサマイク／スピーカを用いた１ｂｉｔ波面記録再生システム」、電子情報通信学会技術研究報告．ＥＡ，応用音響、電子情報通信学会、平成１７年６月、ｐｐ．２５−３０ ＜Ａ＆Ｖフェスタ ２００６レポート：１ビットオーディオ＞ＩＥＥＥ１３９４を用いた１ｂｉｔ配信システムを展示、［online］、２００６年９月２１日、Phile-web編集部、［２００８年５月１５日検索］、インターネット、<http://www.phileweb.com/news/d-av/200609/21/16653.html>

さて、非特許文献１，２に開示されているように導電性のある布を電極とした場合、布においては経糸と緯糸とが交差しており、経糸と緯糸との間には空間がある。
このように、経糸と緯糸との間に空間があると、実際に布において電極として作用する面積は、布の縦の長さ×横の長さで算出される面積より狭いものであり、縦の長さと横の長さが同じである金属の平板を電極とする場合と比較すると、振動体を駆動する力が劣る傾向がある。
また、非特許文献１，２に記載されているように導電性のある布を電極とした場合、電極となる布は糸を組み合わせて織られており、糸が交差している部分では段差がある。そして、この段差により布の表面は平坦となっていないため、導電性のある布を電極とした場合、布と振動体との距離が一定でなく、金属の平板を電極とする場合と比較して振動体を駆動する力が劣る傾向がある。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、布状の電極であっても振動体を効率よく駆動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、導電性を有する繊維で形成されて表面が起毛された布状の第１電極と、導電性を有する繊維で形成されて表面が起毛されており、前記第１電極に対向して離間配置された布状の第２電極と、導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する振動体と、前記振動体と前記第１電極との間に位置し、絶縁性と、弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、前記振動体と前記第２電極との間に位置し、絶縁性と、弾性および音響透過性を有する第２弾性部材と、前記第１電極、前記第１弾性部材、前記振動体、前記第２弾性部材、および前記第２電極のずれを拘束する拘束部材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電極は、導電性を有する糸を織って形成されていてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極と前記第２電極は、伸縮可能に織られていてもよい。

本発明によれば、布状の電極であっても振動体を効率よく駆動することができる。

［第１実施形態］
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の断面および電気的構成を模式的に示した図である。
図に示したように、この静電型スピーカ１は、振動体１０、導電布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌ、および糸４０とで構成されている。なお、本実施形態においては、導電布２０Ｕ，２０Ｌの構成は同じであり、弾性部材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、導電布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。

弾性を有する弾性部材３０は、中綿を熱を加えて圧縮したものであって空気の通過が可能となっており、その形状は矩形となっている。弾性部材３０は、外部から力を加えられると変形し、外部から加えられた力が取り除かれると元の形状に戻る。なお、本実施形態においては、弾性部材３０のＸ方向およびＹ方向の長さは、後述する矩形の導電布２０のＸ方向およびＹ方向の長さより長くなっており、また、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さより長くなっている。また、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０ＬのＺ方向の高さは、いずれも同じとなっている。

導電布２０は、導電性を有する経糸と、導電性を有する緯糸を平織りした布であり、その一方の表面は起毛機により起毛されている。導電布２０は、その形状が矩形となっており、経糸と緯糸の間や起毛された繊維の間を空気が通過できるため、音響透過性が確保されている。
なお、布を起毛する方法としては、針が付いたドラムで布の表面を起毛する方法や、エメリー起毛などの方法があるが、本実施形態においては、エメリー起毛により導電布２０を起毛するのが好ましい。
糸４０は例えば、導電布２０、弾性部材３０および振動体１０を縫い合わせるための糸であり、その素材は、木綿など導電性を有さない素材となっている。

（静電型スピーカ１の組み立て方法）
次に静電型スピーカ１の組み立て方法について説明する。静電型スピーカ１を組み立てる際には、まず、導電布２０Ｌの起毛された表面上に弾性部材３０Ｌが載せられる。弾性部材３０Ｌを導電布２０Ｌの上に載せる際には、弾性部材３０Ｌの各辺が導電布２０Ｌの各辺より外側に位置するようにして弾性部材３０Ｌが導電布２０Ｌの上に載せられる。
次に、弾性部材３０Ｌの上に振動体１０が載せられる。なお、振動体１０を弾性部材３０Ｌの上に載せる際には、振動体１０の各辺が弾性部材３０Ｌの各辺より内側に位置するようにして弾性部材３０Ｌの上に載せられる。

そして、振動体１０の上に弾性部材３０Ｕが載せられる。弾性部材３０Ｕを振動体１０の上に載せる際には、弾性部材３０Ｕの各辺が振動体１０の各辺より外側に位置するようにしつつ、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌの四隅の位置が重なるようにして弾性部材３０Ｌが振動体１０の上に載せられる。ここで、弾性部材３０のＸ方向およびＹ方向の長さは、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さより長いため、矩形の振動体１０の各辺は、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌとの間からはみ出すことなく、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌとの間に位置する。

次に、起毛された面を弾性部材３０Ｕ側に向けて導電布２０Ｕが弾性部材３０Ｕの上に載せられる。導電布２０Ｕを弾性部材３０Ｕの上に載せる際には、導電布２０Ｕの各辺が弾性部材３０Ｕの各辺より内側に位置するようにしつつ、導電布２０Ｕと導電布２０Ｌの四隅の位置がＺ方向で見て重なるようにして弾性部材３０Ｕの上に導電布２０Ｕが載せられる。

そして、導電布２０、振動体１０および弾性部材３０を重ね終えた後、各部材が導電性を有さない糸４０で縫い合わされる。各部材は、図１に示したように各部材を貫いた糸４０で縫い合わされて拘束されるため、変形させても導電布２０、弾性部材３０および振動体１０がずれることがない。
また、絶縁性を有する弾性部材３０は、振動体１０および導電布２０より面積が広くなっており、弾性部材３０の各辺は、振動体１０および導電布２０の各辺より外側に位置するため、導電布２０と振動体１０とが接触して短絡することがない。

（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つの導電布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導電布２０に印加される。
そして、印加された電圧によって導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとの間に電位差が生じると、振動体１０には導電布２０Ｕと導電布２０Ｌのいずれか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、少なくとも一方の導電布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、図３（ａ）は起毛する前の導電布２０Ｕの拡大図であり、図３（ｂ）は起毛後の導電布２０Ｕの拡大図であるが、図３（ｂ）に示したように導電布２０Ｕが起毛されると、経糸と緯糸との間の空間が起毛された繊維２２により埋められるため、電極として作用する面積が図３（ａ）の場合より広くなり、図３（ａ）の状態より効率良く振動体１０を駆動することができる。
また、図４（ａ）は、導電布２０Ｕと弾性部材３０Ｕとが接触する部分の断面を拡大した図であり、図４（ｂ）は導電布２０Ｕを起毛していない場合の導電布２０Ｕと弾性部材３０Ｕの断面の拡大図であるが、図４（ｂ）に示したように、導電布２０Ｕ表面が起毛されていない場合、織られた糸と糸との段差の部分に空間ＳＰがある。
一方、図４（ａ）に示したように、導電布２０Ｕの表面が起毛されており、織られた糸と糸との段差の部分の空間が、この起毛の繊維２２により埋められていると、対向する導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとの距離に長短が生じることがなく、起毛されていない時には空間ＳＰがあった部分も電極として有効に作用するため、導電布２０Ｕが起毛されていない場合より大きな駆動力で振動体１０が駆動されることとなる。
また、振動体１０、導電布２０および弾性部材３０は柔軟性があるため、円弧状に変形させたり、曲面に沿って変形させたり自在に変形させることができ、衣服に取り付けたりすることができる。
また、各部材は柔軟性があるため、人体が衝突しても人体にダメージを与える虞がない。このため、ヘッドレストに取り付けたり、フルフェイス形のヘルメットの内部に配置すれば、人体を傷付けることなく耳元で発音させることができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る静電型スピーカ１Ａは、導電布の構成および各部材を縫い合わせる方法が第１実施形態と異なる。なお、他の弾性部材３０、振動体１０、糸４０、変圧器５０、入力部６０、バイアス電源７０については、第１実施形態と同じ構成となっている。

具体的には、本第２実施形態においては、導電布２１Ｕ，２１Ｌは、導電性を有する糸を平織りではなく図５（ａ）に示したようにメリヤス織りした後で起毛したものである。導電布２１Ｕ，２１Ｌは、メリヤス織りされているため、Ｘ方向およびＹ方向に伸縮性を有する。なお、導電布２１Ｕ，２１Ｌは、Ｘ方向およびＹ方向に伸縮性を有するのであれば、メリヤス織りに限定されるものではなく、例えば図５（ｂ）に示したようにゴム編みでもよく、また、図５（ｃ）に示したようにパール編みであってもよい。

そして、第１実施形態と同様に導電布２１Ｌ、弾性部材３０Ｌ、振動体１０、弾性部材３０Ｕ、導電布２１Ｕという順番で各部材が重ねられ、重ねられた部材が糸４０で縫い合わされる。なお、本実施形態においては、各部材を縫い合わせる際には、導電布２０Ｕ，２０Ｌは、Ｘ方向およびＹ方向に若干伸ばされた状態で縫い合わされる。

例えば、第１実施形態のように平織りの導電布２０を伸張させずに縫い合わせた場合、静電型スピーカ１を円弧状に変形させると、平織りではメリヤス織りと比較して伸縮性が少ないため、図６（ａ）に示したように内周側において糸で縫い合わされていない部分がたるみ、導電布間の距離が一定でなくなってしまうことがある。
しかしながら、本実施形態によれば、導電布２１Ｕ，２１Ｌを縫い合わせる際に導電布２１Ｕ，２１Ｌは伸張させられて縫い合わされているため、円弧状に変形させた場合、図６（ｂ）に示したように、内周側は伸ばされていた導電布が縮むため内周側の導電布がたるむことがなく、外周側においては、導電布はメリヤス織りで伸縮性があるために伸張してつっぱることがないため、導電布間の距離が大きく変化することがない。

また、本実施形態においては、導電布２１Ｕ，２１Ｌは、伸縮性を有するように経糸と緯糸との間に隙間が設けられるため、平織りの導電布を使用した場合と比較して通気性が良く、音響透過性が良くなる。

［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。

本発明に係る静電型スピーカにおいては、縫い目は静電型スピーカ１の各辺に沿っているが、図７に示したように対角線に沿っていてもよい。
また、本発明に係る静電型スピーカにおいては、弾性部材３０は中綿に限定されるものではない。力を加えられると変形し、加えられた力が取り除かれると元の形状に戻り、且つ、絶縁性と音響透過性を有しているのであれば他の部材であってもよい。
また、本発明においては、導電布、弾性部材および振動体の形状は矩形に限定されるものではなく、多角形、円形、楕円形など、他の形状であってもよい。
また、本発明においては、感電や短絡を防ぐため、非導電性で音響透過性を有する布で静電型スピーカ１の全体を覆ってもよい。

また、本発明に係る導電布は、経糸または緯糸のいずれか一方のみが導電性を有する糸であってもよい。
また、導電布の経糸と緯糸においては、全てを導電性を有する糸にせず、数本おきに導電性を有する糸を織るようにしてもよい。
また、本発明においては、導電性を有しない糸を織り、織られた布を起毛した後に導電性を有する金属をメッキして導電布を形成してもよい。
また、本発明に係る導電布は、導電性フィラメントを織ったものであってもよい。
また、本発明に係る導電布は、導電性を有しているのであれば不織布であってもよい。
また、上述した実施形態では、導電布は一方の面側のみ起毛されているが、表面と裏面の両方が起毛されていてもよい。

本発明においては、絶縁性を有する糸をメリヤス織りしたメリヤス布と、導電性を有する糸を網目織りして起毛した網目布とを接着剤などを用いて貼り合わせて導電布としてもよい。そして、この導電布の網目布側を弾性部材３０側に向けて重ね、糸４０で縫い合わせて静電型スピーカを構成してもよい。
また、メリヤス布を外側に配置し、メリヤス布と弾性部材３０との間に網目布を配置した後、糸４０で縫い合わせて静電型スピーカを構成してもよい。
なお、メリヤス布と網目布を貼り合わせずに縫い合わせる構成においては、メリヤス布を伸張させた状態にして糸４０で各部材を縫い合わせてもよい。

本発明に係る静電型スピーカにおいては、糸４０で縫われる部分の強度を確保するため、図８に示したような孔８１を複数有した網目状の不織布８０を弾性部材と導電布との間に配置し、網目の枠部分を糸４０で縫うようにしてもよい。

上述した実施形態においては導電布２０、振動体１０および弾性部材３０を糸４０で縫い合わせているが、糸４０に替えて合成樹脂で形成された所謂タグピンで各部材を拘束するようにしてもよい。複数のタグピンで各部材を拘束すれば、糸４０で各部材を縫い合わせた場合と同様に、変形させた時に各部材がずれることがない。

本発明においては、図９（ａ）に示した熱可塑性樹脂のシート９０を各部材間に挟み、このシートを加熱および加圧した後で冷却して各部材を拘束するようにしてもよい。
具体的には、矩形の枠形をした熱可塑性樹脂のシート９０を、導電布２０Ｕと弾性部材３０Ｕの間、弾性部材３０Ｕと振動体１０の間、振動体１０と弾性部材３０Ｌの間、弾性部材３０Ｌと導電布２０Ｌとの間に挟む。そして、このシート９０が配置された部分を加圧および加熱すると、シート９０が溶けて各部材同士が接着する。
このように、シート９０を溶かして各部材同士を接着すると、糸４０で縫い合わせた時と同様に各部材がずれることがない。

なお、シート９０については矩形の枠形の形状でなく、図９（ｂ）に示したように格子状の形状であってもよい。
また、本変形例においては、弾性部材３０と振動体１０をシート９０の枠形の内側に収まる大きさとしてもよい。この構成においては、導電布２０Ｌの上にシート９０を重ね、振動体１０と、この振動体を挟む弾性部材３０Ｌと弾性部材３０Ｕをシート９０の枠形の内側に収める。そして、シート９０および弾性部材３０Ｕの上に導電布２０Ｕを置き、シート９０の部分を加熱および加圧して導電布２０Ｕと導電布２０Ｌをシート９０で接着する。この構成によれば、弾性部材３０と振動体１０が導電布２０とシート９０の内側に収まり外部に露出するのを防ぐことができる。

なお、シート９０に替えて接着剤を複数ポイントに塗布し、複数ポイントで各部材同士を接着して各部材を拘束するようにしてもよい。この構成において、接着剤を部材上に盛るように塗布すれば、接着剤の厚みによって部材間にスペースが生じ、接着材をスペーサとして利用できる。

上述した実施形態においては、導電布２０Ｕにおいて弾性部材３０Ｕと反対側にキルティングを配置すると共に、導電布２０Ｌにおいて弾性部材３０Ｌと反対側にキルティングを配置し、これらのキルティングを導電布２０、弾性部材３０および振動体１０と縫い合わせるようにしてもよい。この構成によれば、静電型スピーカを曲げたり折ったりしたときにキルティングの膨らみによって導電布２０が押され、導電布２０と振動体１０との間が広がるのが防がれる。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の模式図である。 静電型スピーカ１の断面と電気的構成を模式的に示した図である。 導電布２０Ｕの表面の拡大図である。 導電布２０Ｕと弾性部材３０Ｕの断面の拡大図である。 導電布の織り方の変形例を示した図である。 静電型スピーカ変形させた時の断面を表した図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの模式図である。 本発明の変形例に係る不織布の外観を示した図である。 本発明の変形例に係るシート９０の外観図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、２０Ｕ，２０Ｌ，２１Ｕ，２１Ｌ・・・導電布、３０Ｕ，３０Ｌ・・・弾性部材、４０・・・糸、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源、８０・・・不織布

Claims (3)

1. 導電性を有する繊維で形成されて表面が起毛された布状の第１電極と、
   導電性を有する繊維で形成されて表面が起毛されており、前記第１電極に対向して離間配置された布状の第２電極と、
   導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する振動体と、
   前記振動体と前記第１電極との間に位置し、絶縁性と、弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、
   前記振動体と前記第２電極との間に位置し、絶縁性と、弾性および音響透過性を有する第２弾性部材と、
   前記第１電極、前記第１弾性部材、前記振動体、前記第２弾性部材、および前記第２電極のずれを拘束する拘束部材
   を有する静電型スピーカ。
2. 前記第１電極と前記第２電極は、導電性を有する糸を織って形成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. 前記第１電極と前記第２電極は、伸縮可能に織られていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型スピーカ。

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