JP2017506041A - 改良された静電型トランスデューサ - Google Patents

Abstract

静電型トランスデューサ（１００）は、貫通開口（１１２）のアレイを有する導電性の第１の部材（１０２）と、１つまたは複数のさらなる部材（１０４、１０６）とを備える。１つまたは複数のさらなる部材（１０４、１０６）は、可撓性を有する導電性の第２の部材（１０６）であって、使用時に、第１の部材（１０２）および第２の部材（１０６）の１つまたは両方に印加された電位に応じた静電力によって、平衡位置から第１の部材（１０２）の方に変位するように構成されている、可撓性を有する導電性の第２の部材（１０６）を含む。１つまたは複数のさらなる部材の少なくとも１つ（１０４）が弾性的に変形可能であり、かつ使用時に、前記電位によって平衡位置から変位されると、前記第２の部材（１０６）を付勢して前記平衡位置の方に戻す弾性付勢力を加えるように構成されている。

Description

本発明は、静電型トランスデューサに関し、特に音声信号の再生に適したスピーカに関するが、これに限定されない。

従来の静電型スピーカは、キャパシタを形成する、穿孔を有する２つの導電性バックプレート間に配置された導電性の膜を備える。ＤＣバイアスが膜に印加され、ＡＣ信号電圧が２つのバックプレートに印加される。数百ボルドまたはさらに数千ボルトの電圧が必要な場合がある。信号により静電力が荷電した膜に加えられ、この静電力が移動して、膜の両側の空気を動かす。

特許文献１には、多層パネルを備える静電型スピーカが開示されている。電気絶縁性の層が、２つの導電性の外層の間に挟まれている。この絶縁性の層は、いずれか一方の側に円形のピットを有する。ＤＣバイアスが２つの導電性の層の間に印加されると、いずれか一方の層の一部が絶縁性の層の上まで引き上げられ、ピットを覆う小さいドラムスキン（ｄｒｕｍｓｋｉｎ）を形成することが記載されている。ＡＣ信号が印加されると、ドラムスキンが共振し、その導電性の層の一部が振動して必要な音を発生させる。

特許文献２には、多層パネルを備える、さらなる種類の静電型スピーカが開示されている。電気絶縁性の層が、２つの導電性の外層の間に挟まれている。この構成では、導電性の外層の一方は、穿孔されており、例えば、開口のサイズが典型的には０．１１ｍｍである織金網であってもよい。

特許文献３には、通気口のアレイおよびスペーサのアレイが設けられた導電性バックプレートを備える静電型スピーカが開示されている。この上方にわたって位置しているのは、誘電体および導電性フィルムを備える膜である。バックプレートと膜との間の空間は、約０．１ｍｍであり、導電性バックプレートおよび導電性フィルムに低電圧が供給されることにより、膜が押されて音声を発生することが記載されている。

この種の静電型スピーカの課題の１つは、十分な膜の変位を得るということである。特許文献４は、貫通開口を有する導電性の第１の層と、第１の層上にわたる可撓性を有する絶縁性の第２の層と、第２の層上にわたって配置された可撓性を有する導電性の第３の層とを備える静電型トランスデューサを開示している。第１の層と第２の層との間または第２の層と第３の層との間に空間が設けられている。第１の層と第２の層との間の空間により、第２の層および第３の層の移動の自由度を大きくすることが可能であり、第２の層および第３の層の変位を大きくすることが可能である。第２の層と第３の層との間の空間が音響性能を向上させることも見いだされた。

米国特許第７０９５８６４号明細書 国際公開第２００７／０７７４３８号パンフレット 米国特許出願公開第２００９／０３０４２１２号明細書 国際公開第２０１２／１５６７５３号パンフレット

しかしながら、この種類の静電型トランスデューサの音響性能をさらに向上させることが依然として必要である。

第１の態様から見ると、本発明は、貫通開口のアレイを有する導電性の第１の部材と、１つまたは複数のさらなる部材とを備える静電型トランスデューサであって、
１つまたは複数のさらなる部材が、可撓性を有する導電性の第２の部材であって、使用時に、第１の部材および第２の部材の１つまたは両方に印加された電位に応じた静電力によって、平衡位置から第１の部材の方に変位するように構成されている、可撓性を有する第２の部材を含み、
１つまたは複数のさらなる部材の少なくとも１つが弾性的に変形可能であり、かつ使用時に、前記電位によって平衡位置から変位されると、前記第２の部材を付勢して前記平衡位置の方に戻す弾性付勢力を加えるように構成されている、静電型トランスデューサを提供する。

弾性的に変形可能な部材は、このように第２の部材が第１の部材の方に変位されるにつれて変形されるときに、弾性ポテンシャルエネルギーを蓄積する。電位が減少すると、このポテンシャルエネルギーを発生させる力が減少し、弾性的に変形可能な部材は、対応する逆向きの力を第２の部材に加えながら、部分的にまたは完全に、その変形していない状態に戻る。弾性的に変形可能な部材は、このようにスプリングとして作用し、第２の部材をその平衡位置にさらに急速に戻す。これにより、トランスデューサの音響性能が向上することが分かっている。例えば、このような構成により、使用可能な周波数の範囲を広げ、トランスデューサによって生成される音の全体的な品質を向上させることができる。いくつかの実施形態において、２００Ｈｚ〜５ｋＨｚの音圧レベルで６ｄＢの向上が認められていることにより、このことが例証される。

上記で概説したように、いわゆるプッシュプル（ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ）型のトランスデューサに本発明を適用することが可能であろう。プッシュプル型のトランスデューサでは、可撓性を有する導電性の第２の部材のいずれか一方の側に導電性の部材が設けられ、第２の部材を両方向に移動させる。しかしながら、好ましい実施形態では、トランスデューサが、使用時に、導電性の第１の部材と可撓性を有する導電性の第２の部材との間に静電引力のみを発生させる電位を印加するように構成されている。このような構成では、単一の導電性の第１の部材のみが必要である。それにもかかわらず、上記で言及した戻し力により、良好な音響性能が実現可能になる。

弾性的に変形可能な部材は、第２の部材の前記変位によって引っ張られた状態または圧縮された状態で配置されるように構成されることも可能であろう。
いくつかの実施形態では、可撓性を有する導電性の第２の部材も付勢力を与える弾性的に変形可能な部材である。したがって、静電型トランスデューサは、わずかに２つの部材、すなわち、導電性の第１の部材と、直前に説明した可撓性および弾性を有する導電性の第２の部材とを有すればよい。

いくつかの実施形態では、静電型トランスデューサが少なくとも３つの部材、すなわち、導電性の第１の部材と、可撓性を有する導電性の第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間にある、可撓性を有する電気絶縁性の第３の部材とを備える。これらの実施形態では、第２の部材および第３の部材の１つまたは両方が、弾性的に変形可能であり、かつ所定の付勢力を与える。第３の部材が弾性的に変形可能な場合、第３の部材は弾性的に圧縮可能になる。第１の部材および第２の部材に電位が印加されると、第１の部材および第２の部材が引き寄せられる。弾性を有する第３の部材が、第１の部材および第２の部材を引き寄せる電気力によって圧縮され、第３の部材はこのような圧縮に反応する復元力としての付勢力を印加する。

いくつかの実施形態では、可撓性を有する導電性の第２の部材が、第１の部材上にわたって延在し、および弾性的に変形可能な第３の部材が、第２の部材上にわたって延在していてもよい。第３の部材は、少なくとも一部分が第２の部材に結合されてもよいが、これは必須ではない。このような実施形態の第２の部材および第３の部材は、このように複合構造を形成している。弾性的に変形可能な第３の部材が存在することにより、電位下で第２の部材および第３の部材を備える複合構造をさらに弾性的に変形させると考えられる。複合層のこの特性により、電位が減少すると、変形された複合構造を平衡位置の方にさらに急速に移動させるスプリング力が生じ、これによりトランスデューサの音響性能を向上させる。

いくつかの実施形態では、弾性的に変形可能な部材は、非平面のプロファイル（例えば複雑な３Ｄプロファイル）を有することによって弾性的に変形可能である。プロファイルは、複数の局所的に突出する部分を備えていてもよい。突出する部分は、（例えば、くぼみの場合は流線型形状の傾斜（ｓｍｏｏｔｈｌｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｇｒａｄｉｅｎｔ）を示すプロファイルを有する）連続的なものであってもよく、または不連続的なもの、例えば、階段状の突起であってもよい。突出する部分は、任意の適切な形状であってもよい。例えば、それらは円形である。突出する部分は、任意の適切な配列またはパターンであってもよい。例えば、パターンは、規則的なものであってもよく、またはランダムであってもよい。いくつかの実施形態では、突出する部分は、正方格子状配列を有する。いくつかの実施形態では、高くした領域は、六方最密配列を有していてもよい。

このような非平面のプロファイルは、任意の適切な手段、例えば、成型によって実現することができるが、いくつかの実施形態では、非平面のプロファイルが、部材をエンボス加工することにより実現される。任意の適切なエンボス加工技法を用いることができる。また、部材が作られている材料によって、エンボス加工のための好ましい技法を決定することができる。いくつかの好ましい実施形態では、弾性的に変形可能な部材は、熱エンボスを用いてエンボス加工される。

弾性的に変形可能な部材の突出する部分が設けられる場合、その突出する部分は、任意の適切な形状および寸法であってもよい。いくつかの実施形態では、突出する部分が、１ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍの、弾性的に変形可能な部材の正中面と平行な最大寸法を有する。

概して、突出する部分の形状、寸法および配列は、弾性的に変形可能な部材にとって最適なばね定数を実現するように選択することができる。
弾性的に変形可能な部材の最適有効厚さ（すなわち、部材がプロファイルを与えられる場合は３Ｄプロファイルの深さ）は、所望の変形性によって、および第２の部材に対する第１の部材の所望の接近度によっても決定することができる。例えば、プロファイルを与えられた（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）第３の部材が第１の部材と第２の部材との間に設けられている場合、第３の部材の有効厚さが大きすぎると、これにより第１の部材と第２の部材との間の静電力が減少することになり、トランスデューサの性能に悪影響を及ぼす場合がある。反対に、有効厚さが小さすぎると、これにより弾性的に変形可能な部材が供給可能な復元スプリング力が減少し、得られる潜在的な利益が減少する場合がある。いくつかの実施形態では、弾性的に変形可能な部材の有効厚さが０．２５ｍｍ〜１０ｍｍである。

プロファイリングは、様々な形状、寸法、および／または配列／パターンを単一の部材に組み込むことができる。例えば、部材の端縁の方に向かって、中央部分とは異なるパターンを設けてもよい。この変更は、最適なばね定数を与えたり、または部材にわたってばね定数を変えたりすることに役立ち得る。

トランスデューサが、第１の部材と第２の部材との間に、可撓性を有する電気絶縁性の第３の部材を備え、かつ第２の部材と第３の部材との両方が、弾性的に変形可能であるようにプロファイルを与えられている場合、それぞれのプロファイルパターンは、第２の部材の突出する部分の位置が第３の部材の突出する部分と重ならないように構成することができる。これにより、第１の部材および第２の部材によって第３の部材を圧縮し易くすることができる。同様に、第２の部材を圧縮し易くすることができる。

第２の部材と第３の部材との両方がプロファイルを与えられているいくつかの実施形態では、第２の部材および第３の部材のプロファイルパターンは相互に逆である。すなわち、第３の部材が突出する箇所では、第２の部材は突出せず、その逆も同様である。このように、第２の部材の突出しない部分と第３の部材の突出する部分との間の接触がその特定のパターンについて最大化されることにより、第２の部材および第３の部材の圧縮を高める。

上述したように、第２の部材および第３の部材が結合されて複合構造を形成する場合を除き、部材は別個のものであってもよく、すなわち、互いに独立して自由に移動することができる。したがって、このような実施形態では、トランスデューサの端縁においてのみ部材を接合することができる。他の実施形態では、部材は、部分的にまたはそれらの表面全体にわたって、ともに結合することができる。例えば、部材は、部材にわたって間隔をおいて配置された結合線で結合することができる。第１の部材と第２の部材との間で結合してもよい。トランスデューサが、第１の部材と第２の部材との間に第３の部材を備える場合、第１の部材と第３の部材との間で結合してもよく、第３の部材と第２の部材との間で結合してもよく、または第１の部材と第３の部材との間および第３の部材と第２の部材との間の両方で結合してもよい。部材間の結合は、無視できる厚さとすることが可能であり、または部材同士を分離するスペーサの役割を果たすことが可能である。

第１の部材、第２の部材および／または第３の部材は、実質的に平坦なシートを備えることができる。
導電性の第１の部材は、任意の適切な材料または材料の組み合わせで作ることができる。導電性の第１の部材は、剛性が好ましいが、半剛性または可撓性とすることができる。例えば、第１の部材は、ポリマーシートであって、その上に金属被覆、例えば気相成長によって適用された導電性の層を有するポリマーシートを備える複合層とすることができる。導電性の層はアルミニウムを含むことができる。あるいは、第１の部材は金属シートを備えることができる。いくつかの実施形態では、金属シートがアルミニウムである。

第１の部材の開口は、円形とすることができる。開口は、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば約１．５ｍｍの、第１の部材の正中面と平行な最大寸法を有することができる。開口間の間隔は、０．５ｍｍ〜２ｍｍ、例えば約１ｍｍとすることができる。開口間隔に言及するとき、本明細書で使用する「間隔」という用語は、例えば、隣接した開口の中心間の距離ではなく、隣接した開口の最も近い端縁間の距離（すなわち開口間の材料の厚さ）という意味を有する。

可撓性を有する絶縁性の第３の部材が設けられる場合、この第３の部材は、任意の適切な材料または材料の組み合わせで作ることができるが、ポリマー、例えばマイラー（Ｍｙｌａｒ）（登録商標）から作ることが好ましい。

可撓性を有する導電性の第２の部材は、任意の適切な材料または材料の組み合わせで作ることができるが、金属被覆されたポリマーシートから作ることが好ましい。例えば、第２の部材は、金属被覆によってアルミニウムの層が上に堆積されているマイラー（登録商標）ポリマーシートから作ることができる。

電気力の影響下で、実現可能な第２の部材の変位を最大化するために、第２の部材および第３の部材を薄くして、電位が印加される第１の部材と第２の部材との間の分離を小さくすることが望ましい。第２の部材または第３の部材のうちの一方がプロファイルを与えられていない場合に、このことが特に当てはまる。

第２の部材が３Ｄプロファイルを与えられていない場合、第２の部材は、５０μｍ未満の厚さ、例えば３０μｍ未満の厚さ、例えば約１０μｍの厚さとすることができる。第３の部材が３Ｄプロファイルを与えられていない場合、第３の部材は５０μｍ未満の厚さ、例えば３０μｍ未満の厚さ、例えば約１０μｍの厚さとすることができる。

プロファイルを与えられている部材については、そのプロファイルのために部材の有効厚さが増加するため、上述したように、最適化することができる。部材が作られる材料の厚さが、部材のばね定数に影響を及ぼす場合がある。したがって、所望のばね定数を生じるように材料の厚さを選択することができる。

第２の部材が３Ｄプロファイルを与えられている場合、第２の部材は、厚さ５０μｍ未満のシートから作ることができ、例えば厚さ３０μｍ未満のシートから作ることができ、例えば厚さ約１０μｍのシートから作ることができる。第３の部材が３Ｄプロファイルを与えられている場合、第３の部材は、厚さ５０μｍ未満のシートから作ることができ、例えば厚さ３０μｍ未満のシートから作ることができ、例えば厚さ約１０μｍのシートから作ることができる。

それぞれの部材の厚さは一定であってもよく、またはトランスデューサにわたって変化してもよい。
次に、添付図面を参照して、例としてのみ、特定の実施形態を説明する。

本発明の１つの実施形態によるトランスデューサの概略断面図であり、トランスデューサは、エンボス加工された可撓性を有する電気絶縁性の部材を備える。 図１のトランスデューサの、エンボス加工された絶縁性の部材の平面図である。 本発明の別の実施形態によるトランスデューサの概略断面図であり、トランスデューサは、可撓性を有する絶縁性の部材を備え、可撓性を有する導電性の部材がエンボス加工されている。 本発明のさらなる実施形態によるトランスデューサの概略断面図であり、トランスデューサは、エンボス加工された可撓性を有する絶縁性の部材を備え、可撓性を有する導電性の部材がエンボス加工されている。 図４のトランスデューサの一部の概略平面図であり、エンボス加工された絶縁性の部材上に重ねられた、エンボス加工された可撓性を有する導電性の部材を示している。 本発明のさらなる実施形態によるトランスデューサの概略断面図であり、トランスデューサは、２つの部材で構成され、可撓性を有する導電性の部材がエンボス加工されている。 本発明のさらなる実施形態によるトランスデューサの概略断面図であり、トランスデューサは、可撓性を有する導電性の部材上に重ねられ、かつ可撓性を有する導電性の部材に結合されたエンボス加工された可撓性を有する絶縁性の部材を備える。

図１は、厚さ３ｍｍの第１の部材、またはバックプレーン１０２を備えるトランスデューサ１００を示す。第１の部材１０２は、金属被覆プロセスによって導電性の層（図示せず）がその上面に設けられた絶縁性のポリマーシートから作られている。第１の部材１０２上にわたって延在しているのは、弾性的に変形可能な電気絶縁性の部材１０４であり、電気絶縁性の部材１０４は、厚さ１０μｍのポリマーシートから作られている。変形可能な絶縁性の部材１０４上にわたって延在しているのは、可撓性を有しかつ導電性の複合部材である第２の部材１０６である。複合部材である第２の部材１０６は、可撓性を有する絶縁性のポリマーシート１０８であって、金属被覆によってその上に重ねられた導電性の層１１０を有する、可撓性を有する絶縁性のポリマーシート１０８を備える。導電性の層１１０は、ポリマーシート１０８の、絶縁性の部材１０４から離れる方向に向いた表面上にある。第２の部材１０６は厚さが１０μｍであるが、他の実施形態では他の厚さが用いられ得る。

第１の部材１０２は、貫通開口１１２のアレイが設けられている。開口１１２は、直径が１ｍｍで、開口間の間隔が１ｍｍの円形である。貫通開口１１２は、正方格子状配列に配置されている。

弾性的に変形可能な絶縁性の部材１０４は、突出する領域１１４が低い方の領域１１６の中間に設けられるようなパターンでエンボス加工されている。本実施形態では、突出する領域１１４は、長さが２．５ｍｍ、および間隔が２ｍｍの卵形の形状をした領域である。しかしながら、他の実施形態では、突出する領域１１４の他の寸法および間隔が用いられ得る。本実施形態では、突出する領域１１４は、図２に示されるような正方格子状配列に配置されている。絶縁性の部材１０４のエンボス加工により、有効厚さが０．５ｍｍの層が設けられる。エンボス加工によって３Ｄプロファイルが実現され、絶縁性の部材１０４が作られるポリマーが可撓性を有することにより、絶縁性の部材１０４に、弾性的に圧縮可能であるという特性が与えられる。これは、第１の部材１０２と第２の部材１０６との間で絶縁性の部材１０４が圧縮されると、絶縁性の部材１０４が弾性的に変形することにより、他の２つの部材１０２および１０６は、互いに接近することが可能になるが、部材１０２および１０６を押して離す方向に弾性付勢力も加わることを意味する。

トランスデューサを動作させると、第１の部材１０２および第２の部材１０６の導電性の層１１０に電位が印加される。電位は、ＡＣ駆動信号（＋／−２００Ｖ）に加えられたＤＣ電位（２５０Ｖ）で構成され、ＡＣ駆動信号は所望の音に対応している。このため、電位は、所望の音の波形に応じて５０Ｖ〜４５０Ｖで変えることができる。電位により、第１の部材１０２と第２の部材１０６との間に、電位の強さによって左右される静電引力が発生する。第２の部材１０６は、この力の結果、その周囲の空気を移動させながら、第１の部材１０２の方に移動する。これにより、電気信号に対する音響応答が発生する。

弾性的に圧縮可能な絶縁性の部材１０４の役割は、第１の部材および第２の部材１０６が静電電位の影響下で互いに接近するときに、スプリング付勢力を与えることである。静電電位が減少すると、弾性的に圧縮可能な部材１０４によって与えられた付勢力が優勢となり、第１の部材１０２および複合部材１０６を押して離し、それぞれの平衡位置に戻す。弾性的に圧縮可能な部材１０４は、電位の減少に続いて、このように戻しばね（ｒｅｔｕｒｎ ｓｐｒｉｎｇ）として作用し、複合部材１０６をその平衡位置の方にさらに急速に戻すことにより、トランスデューサの音響性能を向上させる。

図２は、図１の実施形態の、エンボス加工された絶縁性の部材１０４の平面図を示す。エンボス加工された絶縁性の部材１０４は、突出しない領域１１６の間に、突出する領域１１４のアレイが設けられている。突出する領域１１４は、長さが２．５ｍｍの卵形の形状である。突出する卵形領域１１４は、突出する領域１１４間の間隔が卵形領域の長さとほぼ同じ長さ目盛りであるように、正方格子状配列に配置されている。他の実施形態では、長さ目盛りが異なっていてもよく、類似していてもよく、または正確に同じであってもよい。パターンに応じて、「突出する」領域は、第１の部材１０２に近づく方向に、または第１の部材１０２から離れる方向に突出することも可能であろう。

他の実施形態では、突出する領域の他の形状、寸法、および配列が可能である。例えば、突出する領域は、円形であってもよい。他の実施形態では、突出する領域は、例えば、寸法が１ｍｍで間隔が１ｍｍであってもよく、寸法が４ｍｍで間隔が４ｍｍであってもよく、または寸法が４ｍｍで間隔が１ｍｍであってもよい。他の例示的な実施形態では、突出する領域は、異なるパターン、例えば、六方最密格子状配列に配置してもよく、高くした領域をランダムに配置することも可能であろう。高くした領域のパターンまたは配列は、エンボス加工された絶縁性の部材１０４の表面にわたって変わってもよい。

図３は、トランスデューサ３００の代替的な実施形態を示す。この実施形態では、第１の部材３０２は厚さが５ｍｍであるが、他の厚さも可能である。第１の部材３０２は、ポリマーシートから作られており、ポリマーシートは、金属被覆によってその表面の一方に適用された導電性の層を有する。この実施形態では、金属被覆はアルミニウム層であるが、他の金属を金属被覆に用いてもよく、または固体金属シートを用いることも可能であろう。第１の部材３０２上にわたって、金属被覆層に隣接した表面上に延在しているのは、可撓性を有する電気絶縁性のシート部材３０４である。絶縁性の部材３０４は、ポリマーマイラー（登録商標）のシートから作られているが、他の材料または他のポリマーを用いることも可能であろう。ポリマーシートは厚さが１０μｍであるが、他の厚さも可能である。

絶縁性のシート３０２上にわたって延在しているのは、可撓性を有する導電性の複合部材である第２の部材３０６である。複合部材である第２の部材３０６は、可撓性を有するポリマーシート３０８を備え、ポリマーシート３０８上にアルミニウム金属被覆層３１０が重ねられている。この実施形態では、第２の部材３０６は、突出する領域３１４および突出しない領域３１６が設けられるようにエンボス加工されている。複合部材３０６をエンボス加工することにより、複合部材３０６に０．５ｍｍの有効厚さが与えられている。複合部材３０６が３次元構造であることにより、複合部材３０６に、弾性的に変形可能であるという特性が与えられている。

トランスデューサの動作の間、第１の部材３０２および第２の部材３０６の金属被覆層３１０に電位が供給されることにより、これらの部材が互いに引きつけられる。第２の部材３０６が第１の部材３０２の方に移動するにつれて、第２の部材３０６は絶縁性の部材３０４によって第１の部材３０２から分離される。第２の部材３０６が絶縁性の部材３０４に接触すると、絶縁性の部材３０４の反作用力が、絶縁性の部材３０４の突出しない領域３１６を第１の部材３０２にさらに接近させないようにする。しかしながら、突出する領域３１４は、電位による静電電力下で第１の部材３０２の方に引き続き移動することが可能である。その結果、第２の部材３０６は、それ自体と第１の部材３０２との間の引力が原因で圧縮される。静電電位が減少すると、弾性的に圧縮可能な第２の部材３０６は、絶縁性の部材３０４から弾かれるように離れて、その変形していない状態に戻る。その結果、スプリング力が原因で、第２の部材３０６が第１の部材３０２からその平衡位置の方にさらに急速に移動することにより、トランスデューサ３００の音響性能が向上する。

図４は、本発明によるさらなる実施形態を示す。本実施形態では、トランスデューサ４００は、導電性である第１の部材４０２を備える。この部材は厚さが６ｍｍであり、例えば、金属被覆層をその上に有するポリマーシートから作られている。第１の部材４０２は、六方最密格子状配列に配置された貫通開口４１２のアレイが設けられている。開口４１２は、寸法が１ｍｍで、間隔が１ｍｍである。第１の部材４０２上にわたって、金属被覆層に隣接して設けられているのは、可撓性を有する絶縁性の部材４０４である。絶縁性の部材４０４は、突出しない領域４１６の中間に突出する領域４１４が設けられるようにエンボス加工されている。突出する領域は、円形であり、直径が３ｍｍで間隔が３ｍｍである。突出する領域４１４は、正方格子状配列に配置されている。エンボス加工された第２の層４０４が作られるポリマー層は、厚さ１０μｍである。層４０４をエンボス加工することにより、層４０４に０．８ｍｍの有効厚さが与えられている。

第２の層４０４上にわたって延在しているのは、可撓性を有する導電性の複合部材である第２の部材４０６であり、第２の部材４０６は、ポリマーシート４０８であって、その一方の表面に適用された金属被覆層４１０を有するポリマーシート４０８を備える。金属被覆層４１０を加えたポリマーシート４０８の厚さは、１０μｍである。第２の部材４０６もエンボス加工されており、有効厚さが０．８ｍｍである。第２の部材４０６をエンボス加工することにより、突出しない領域４２０の中間に突出する領域４１８が設けられる。突出する領域４１８も円形である。突出する領域４１８の直径は、３ｍｍである。突出する領域４１８の間の間隔４２０は、絶縁性の部材４０４の突出する領域４１４の間の間隔４１６と同じ、すなわち３ｍｍである。これにより、絶縁性の部材４０４の突出する領域４１４が第２の部材４０６の突出しない領域４２０と一致するように、かつ第２の部材４０６の突出する領域４１８が絶縁性の部材４０４の突出しない領域４１６と一致するように、エンボス加工された部材４０４、４０６を位置合わせすることが可能になる。以下に図５を参照して、この配列をさらに説明する。

図５は、図４に示される実施形態の絶縁性の部材４０４および複合部材４０６の概略平面図を示す。絶縁性の部材４０４が点線によって表されている一方、第２の部材４０６は実線によって表されている。両方の部材４０４、４０６の突出する領域４１４および４１８は、正方格子状配列に配置されている。しかしながら、第２の部材４０６の突出する領域４１８は、図５に示されるように、ｘ方向およびｙ方向に格子間隔の半分だけ変位されており、その結果、正方形を形成する４つの突出する領域４１４からなるグループのそれぞれの間の突出しない領域４２０の中心に、突出する領域４１４が位置決めされる。これにより、突出しない領域４２０によって突出する領域４１４を圧縮することが可能になり、その結果、第２の部材４０６が第１の部材４０２の方に移動すると、絶縁性の部材４０４が圧縮される。したがって、第２の部材４０６が第１の部材４０２の方に引きつけられるにつれて、突出する領域４１４は、突出しない領域４２０に対して反作用力を与えることも可能である。この反作用力は、図３を参照して上記で説明したように、第２の部材４０６を圧縮し易くする。

図４の実施形態の変更形態では、エンボス加工された部材４０４、４０６のいずれかのエンボス加工を逆にすることができる。これにより、これらの部材の一方に円形の突出する領域が設けられるのに対して、部材のもう一方には反対方向に突出する円形の領域が設けられる。このような変更形態では、２つの部材が入れ子状になるように円形の突出する領域をそれぞれ正確に一致させて配置することにより、それらの間の接触面積を最大にすることも可能であろう。

図４および図５のトランスデューサの動作下で、電位が第１の部材４０２および第２の部材４０６の導電性の金属被覆層４１０に印加されることにより、部材４０２、４０６が互いに引きつけられる。電位下で、第１の部材４０２および第２の部材４０６は互いの方に移動する。第１の部材４０２と第２の部材４０６との間にある、エンボス加工された絶縁性の部材４０４は、このように圧縮される。図３に関して説明したものと同じ仕組みによって、エンボス加工された第２の部材４０６もまた、それ自体と第１の部材４０２との間の引力、および絶縁性の部材４０４の反作用力が原因で圧縮される。

第１の部材４０２と複合部材４０６との間の電位が減少すると、図２および図３を参照して上記で説明したものと同じ仕組みによって、絶縁性の部材４０４および第２の部材４０６のスプリング力が、複合部材４０６をその平衡位置の方にさらに急速に押しやる。その結果、トランスデューサの音響性能が向上する。

図６は、第１の部材６０２と、複合部材である第２の部材６０６とを備えるトランスデューサ６００の一実施形態を示す。本実施形態では、第１の部材６０２と第２の部材６０６との間に、追加の可撓性を有する絶縁性の部材が存在しない。第１の部材６０２は、貫通開口６１２を有する導電性の部材である。第１の部材６０２は、金属被覆層を一方の表面上に有する、厚さ１ｍｍのポリマーシートから作られている。他の実施形態と同様、第１の部材６０２は金属製とすることも同様に可能であろう。第２の部材６０４は、第１の部材６０２上にわたって、金属被覆に隣接した側に延在している。第２の部材６０６は、可撓性を有しかつ導電性であるとともに、第１の部材６０２から離れる方向に向いた表面上に金属被覆層６１０を有する、可撓性を有するポリマーシート６０８を備える。第２の部材６０６がエンボス加工されていることにより、第２の部材６０６は弾性的に圧縮可能になる。エンボス加工することにより、相対的に突出しない領域６１６の間に、突出する領域６１４が設けられる。

トランスデューサの動作下で、第１の部材６０２および第２の部材６０６の金属被覆層６１０に電位が印加される。この電位により、第１の部材６０２および複合部材６０６が互いに引きつけられる。金属被覆６１０が施されているポリマーシートが、導電性の金属被覆層６１０と第１の部材６０２との間の接触を防ぐことにより、それらの間の電荷の流出を防ぐ。静電電位の引力下で、複合部材である第２の部材６０６は、図３の実施形態の複合部材３０６に関して説明したものと同じ仕組みによって圧縮される。このように第２の部材６０６は、静電電位が減少すると同時に、第２の部材６０６自体をその平衡位置の方にさらに急速に戻すためのスプリング力を与えることによって、トランスデューサ６００の音響性能を向上させる。

図７は、第１の部材７０２と、複合構造７０４とを備えるトランスデューサ７００の一実施形態を示す。第１の部材７０２は、貫通開口７１２を有する導電性のアルミニウムシートである。第１の部材は厚さが４ｍｍであり、開口は直径が１ｍｍで間隔が１．５ｍｍの円形である。複合構造７０４は、第１の部材７０２上にわたって延在し、可撓性を有し、かつ、導電性である。複合構造７０４は、第１の部材７０２から離れる方向に向いた表面上に金属被覆層７１０を有し、エンボス加工された可撓性を有する絶縁性の部材７０６がこの金属被覆層７１０に結合された、可撓性を有するポリマーシート７０８を備える。

トランスデューサの動作下で、第１の部材７０２および複合構造７０４の金属被覆層７１０に電位が印加される。この電位により、第１の部材７０２および複合構造７０４が互いに引きつけられる。複合構造７０４は、第１の部材７０２の方に変位される。複合構造７０４にエンボス加工された部材７０６が存在することにより、複合構造７０４は弾性的に変形し、静電電位が減少すると、その変形した形状から変形していない形状に弾かれて戻る。このように複合構造７０４は、静電電位が減少すると同時に、複合構造７０４自体を第１の部材７０２からその平衡変位の方にさらに急速に戻すためのスプリング力を与えることによって、トランスデューサ７００の音響性能を向上させる。

Claims (19)

1. 貫通開口のアレイを有する導電性の第１の部材と、１つまたは複数のさらなる部材とを備える静電型トランスデューサであって、
   前記１つまたは複数のさらなる部材が、可撓性を有する導電性の第２の部材であって、使用時に、前記第１の部材および前記第２の部材の１つまたは両方に印加された電位に応じた静電力によって、平衡位置から前記第１の部材の方に変位するように構成されている、可撓性を有する導電性の第２の部材を含み、
   前記１つまたは複数のさらなる部材の少なくとも１つが弾性的に変形可能であり、かつ使用時に、前記電位によって前記平衡位置から変位されると、前記第２の部材を付勢して前記平衡位置の方に戻す弾性付勢力を加えるように構成されている、静電型トランスデューサ。
2. 前記静電型トランスデューサは、使用時に、前記導電性の第１の部材と前記可撓性を有する導電性の第２の部材との間に静電引力のみを発生させる電位を印加するように構成されている、請求項１に記載の静電型トランスデューサ。
3. 前記可撓性を有する導電性の第２の部材も弾性的に変形可能な部材である、請求項１または２に記載の静電型トランスデューサ。
4. 前記静電型トランスデューサは、前記第１の部材と前記第２の部材との間にある、可撓性を有する電気絶縁性の第３の部材を含む、少なくとも３つの部材を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
5. 前記第３の部材が弾性的に変形可能である、請求項４に記載の静電型トランスデューサ。
6. 前記可撓性を有する導電性の第２の部材が、前記第１の部材上にわたって延在し、および弾性的に変形可能な第３の部材が、前記第２の部材上にわたって延在している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
7. 前記第２の部材が弾性的に変形可能である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
8. 前記弾性的に変形可能な部材が、非平面のプロファイルを有することによって弾性的に変形可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
9. 前記非平面のプロファイルが、複数の局所的に突出する部分を備える、請求項８に記載の静電型トランスデューサ。
10. 前記弾性的に変形可能な部材がエンボス加工されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
11. 前記突出する部分が、１ｍｍ〜２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍの、前記弾性的に変形可能な部材の正中面と平行な最大寸法を有する、請求項９または１０に記載の静電型トランスデューサ。
12. 前記弾性的に変形可能な部材の有効厚さが０．２５ｍｍ〜１０ｍｍである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
13. 前記第２の部材と第３の部材または前記第３の部材との両方が、弾性的に変形可能であるようにそれぞれのプロファイルパターンでプロファイルを与えられ、前記第２の部材および前記第３の部材の前記それぞれのプロファイルパターンが相互に逆である、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
14. 前記第１の部材および前記１つまたは複数のさらなる部材が、前記トランスデューサの端縁においてのみ接合されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
15. 前記第１の部材と前記第２の部材との間、前記第１の部材と第３の部材もしくは前記第３の部材との間、および前記第２の部材と第３の部材もしくは前記第３の部材との間、のうちの少なくとも一つの間に結合をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
16. 前記第１の部材の前記開口が、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば約１．５ｍｍの、前記第１の部材の正中面と平行な最大寸法を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
17. 前記第１の部材の前記開口間の間隔が０．５ｍｍ〜２ｍｍである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
18. 前記導電性の第１の部材が、ポリマーシートであって、その上に金属被覆によって適用された導電性の層を有するポリマーシートを備える複合層である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。
19. 前記可撓性を有する導電性の第２の部材が、金属被覆されたポリマーシートから作られている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の静電型トランスデューサ。

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