JP2019080091A - Capacitive sound wave generator and capacitive speaker - Google Patents

Capacitive sound wave generator and capacitive speaker Download PDF

Info

Publication number
JP2019080091A
JP2019080091A JP2017203066A JP2017203066A JP2019080091A JP 2019080091 A JP2019080091 A JP 2019080091A JP 2017203066 A JP2017203066 A JP 2017203066A JP 2017203066 A JP2017203066 A JP 2017203066A JP 2019080091 A JP2019080091 A JP 2019080091A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
fixed electrode
vibrating
vibrator
sound wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017203066A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6758654B2 (en
JP2019080091A5 (en
Inventor
フロメル ヨーク
Joerg Froemel
フロメル ヨーク
田中 秀治
Shuji Tanaka
秀治 田中
大高 剛一
Koichi Otaka
剛一 大高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2017203066A priority Critical patent/JP6758654B2/en
Publication of JP2019080091A publication Critical patent/JP2019080091A/en
Publication of JP2019080091A5 publication Critical patent/JP2019080091A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6758654B2 publication Critical patent/JP6758654B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

To provide a capacitive sound wave generator and a capacitive speaker into which dust, water, moisture, and the like, are difficult to enter, and which can restrain power consumption while improving sound quality.SOLUTION: A tabular fixed electrode 11 has an open hole 11a penetrating the thickness. Tabular or membrane vibrator 12 and vibration electrode 13 are placed, respectively, on one and the other front sides, and provided movably in the thickness direction for the fixed electrode 11. A connection member 14 is connecting the membrane vibrator 12 and the vibration electrode 13 through the open hole 11a of the fixed electrode 11, so that the membrane vibrator 12 and the vibration electrode 13 move in the same direction. Audio signal input means 16 is provided to be able to apply a voltage to the fixed electrode 11, the vibrator 12 and the vibration electrode 13 so that the vibrator 12 moves by electrostatic attraction between the fixed electrode 11 and the vibrator 12, and the vibration electrode 13 moves by electrostatic attraction between the fixed electrode 11 and the vibration electrode 13.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、静電容量型の音波発生装置および静電容量型スピーカーに関する。   The present invention relates to a capacitive sound wave generator and a capacitive speaker.

音波発生装置のうち、可聴域の音波を出力するスピーカーとして、電磁力を利用したダイナミックスピーカー(electrodynamic speaker)が多く利用されている(例えば、非特許文献1参照)。ダイナミックスピーカーは、振動板にコイルが取り付けられているため、振動板が重く、音波を出力する際には、強い力で振動板を振動させる必要がある。このとき、振動時の振動板の慣性力が大きくなるため、入力した電気信号と振動板の振動との間にズレが生じてしまうという問題があった。特に、イヤホンなどの小型のスピーカーでは、振動板の慣性力が相対的に大きくなるため、電気信号と振動とのズレがさらに大きくなってしまうという問題があった。   Among the sound wave generating devices, dynamic speakers (electrodynamic speakers) utilizing electromagnetic force are often used as speakers for outputting sound waves in the audible range (see, for example, Non-Patent Document 1). Since a dynamic speaker has a coil attached to a diaphragm, the diaphragm is heavy, and when outputting a sound wave, it is necessary to vibrate the diaphragm with a strong force. At this time, since the inertia force of the diaphragm at the time of vibration becomes large, there is a problem that a shift occurs between the input electric signal and the vibration of the diaphragm. In particular, in the case of a small-sized speaker such as an earphone, there is a problem that the displacement between the electric signal and the vibration is further increased because the inertial force of the diaphragm becomes relatively large.

そこで、そのような問題を解決するために、静電容量型スピーカー(electrostatic speaker)が利用されている(例えば、特許文献1乃至5参照)。静電容量型スピーカーは、図8に示すように、振動板51を挟むようにして2枚の固定電極52が配置されている。この静電容量型スピーカーは、例えば、図9(a)および(b)に示すように、振動板51をプラスまたはマイナスに帯電させ、各固定電極52に振動板51とは反対の極性の電気信号を送って帯電させることにより、振動板51と各固定電極52との間に作用する静電引力を利用して振動板51を振動させ、音波を出力するようになっている。静電容量型スピーカーは、振動板51にコイルなどが取り付けられておらず、電気信号に合わせて振動板51を振動させることができる。また、構造がシンプルで、ダイナミックスピーカーと比べて消費電力も少ないという利点もある。   Then, in order to solve such a problem, a capacitive speaker (electrostatic speaker) is used (for example, refer to patent documents 1-5). In the capacitive speaker, as shown in FIG. 8, two fixed electrodes 52 are disposed so as to sandwich the diaphragm 51. In this capacitive speaker, for example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the diaphragm 51 is charged positively or negatively, and each fixed electrode 52 is charged with electricity of the opposite polarity to the diaphragm 51. By sending a signal and charging it, the electrostatic attraction force acting between the diaphragm 51 and each fixed electrode 52 is used to vibrate the diaphragm 51 to output a sound wave. In the capacitive speaker, a coil or the like is not attached to the diaphragm 51, and the diaphragm 51 can be vibrated in accordance with an electrical signal. It also has the advantages of a simple structure and lower power consumption compared to dynamic speakers.

Iman Shahosseini, et al., “Electromagnetic MEMS microspeaker for portable electronic devices”, Microsystem Technologies, June 2013, Volume 19, Issue 6, p.879-886Iman Shahosseini, et al., “Electromagnetic MEMS microspeakers for portable electronic devices”, Microsystem Technologies, June 2013, Volume 19, Issue 6, p. 879-886

米国特許第6842964号明細書U.S. Pat. No. 6,842,964 欧州特許出願公開第2410768号明細書European Patent Application Publication No. 2410768 欧州特許出願公開第2464142号明細書European Patent Application Publication No. 2464142 欧州特許出願公開第2582156号明細書European Patent Application Publication No. 2582156 特許第3281887号公報Patent No. 3281887

しかしながら、特許文献1乃至5に記載のような従来の静電容量型スピーカーは、図8および図9に示すように、振動板51の振動により発生した音波を外部に伝えるために、各固定電極52に1または複数の穴52aを開ける必要があり、その穴52aから塵埃や水、湿気などが振動板51と各固定電極52との間に入り込みやすく、静電気で振動板51や各固定電極52に付着してしまうという課題があった。振動板51や各固定電極52に塵埃や水分等が付着すると、振動板51と各固定電極52とが短絡して放電が発生し、振動板51に傷がついたり、振動板51に穴があいて破損したりする原因となる。   However, as shown in FIGS. 8 and 9, the conventional capacitive type speakers as described in Patent Documents 1 to 5 have the respective fixed electrodes in order to transmit the sound waves generated by the vibration of the diaphragm 51 to the outside. It is necessary to make one or a plurality of holes 52a in 52, and dust, water, moisture, etc. easily enter between the diaphragm 51 and each fixed electrode 52 from the hole 52a, and the diaphragm 51 or each fixed electrode 52 is electrostatically There is a problem that it adheres to When dust, moisture or the like adheres to the diaphragm 51 or each fixed electrode 52, the diaphragm 51 and each fixed electrode 52 short-circuit and discharge occurs, causing damage to the diaphragm 51 or a hole in the diaphragm 51. It may cause damage or damage.

また、穴52aにより各固定電極52の表面積が減少し、作用する静電気力が低下するため、それを補うために振動板51および各固定電極52に印加する電圧を高める必要があり、消費電力が増大してしまうという課題もあった。また、振動板51からの音波が各固定電極52の穴52aを通る際、例えば、各固定電極52の穴52aの大きさや形状により音波の周波数が影響を受けるなどして、音波の波形が乱されるため、音質が低下してしまうという課題もあった。   In addition, since the surface area of each fixed electrode 52 is reduced by the holes 52 a and the acting electrostatic force is reduced, it is necessary to increase the voltage applied to the diaphragm 51 and each fixed electrode 52 in order to compensate for it. There was also a problem that it would increase. In addition, when the sound wave from the diaphragm 51 passes through the holes 52a of the fixed electrodes 52, for example, the frequency of the sound waves is affected by the size and shape of the holes 52a of the fixed electrodes 52, and the waveform of the sound waves is disturbed. As a result, there is also a problem that the sound quality is degraded.

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、塵埃や水、湿気などが内部に入り込みにくく、消費電力を抑制可能で、音質を高めることができる静電容量型の音波発生装置および静電容量型スピーカーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and it is difficult for dust, water, moisture and the like to enter the inside, power consumption can be suppressed, and a capacitance type sound wave generator capable of enhancing sound quality. And providing a capacitive speaker.

上記目的を達成するために、本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、板状を成し、厚みを貫通して設けられた1または複数の貫通孔を有する固定電極と、板状または膜状を成し、前記固定電極と対向するよう、前記固定電極の一方の表面側に配置され、前記固定電極に対して、少なくとも中央部が厚み方向に移動可能に設けられた振動体と、板状または膜状を成し、前記固定電極と対向するよう、前記固定電極の他方の表面側に配置され、前記固定電極に対して、少なくとも中央部が厚み方向に移動可能に設けられた振動電極と、前記振動体と前記振動電極とが同じ方向に移動するよう、前記固定電極の前記貫通孔のうちの少なくとも1つを通して、前記振動体と前記振動電極とを接続した接続部材と、前記固定電極と前記振動体との間の静電引力により前記振動体が移動し、前記固定電極と前記振動電極との間の静電引力により前記振動電極が移動するよう、前記固定電極、前記振動体および前記振動電極に電圧を印加可能に設けられた音声信号入力手段とを、有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a capacitance-type acoustic wave generator according to the present invention is a plate-like fixed electrode having one or more through holes provided through a thickness, and a plate-like device. Or a vibrator formed in a film shape and disposed on one surface side of the fixed electrode so as to face the fixed electrode, and at least a central portion of the fixed electrode being movable in a thickness direction The plate-like or film-like form is disposed on the other surface side of the fixed electrode so as to face the fixed electrode, and at least a central portion is provided movably in the thickness direction with respect to the fixed electrode. A connecting member in which the vibrating body and the vibrating electrode are connected through at least one of the through holes of the fixed electrode so that the vibrating electrode and the vibrating body and the vibrating electrode move in the same direction; Between the fixed electrode and the vibrator Capable of applying a voltage to the fixed electrode, the vibrator and the vibrating electrode so that the vibrator is moved by electrostatic attraction and the vibrating electrode is moved by electrostatic attraction between the fixed electrode and the vibrating electrode And audio signal input means provided in the device.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、以下の原理で音波を出力することができる。すなわち、本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、図1に示す一例のように、固定電極11を挟むようにして振動体12および振動電極13が配置されており、固定電極11の貫通孔11aを通して、接続部材14が振動体12と振動電極13とを接続している。本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、例えば、図2(a)に示すように、音声信号入力手段により、固定電極11に電圧を印加して、固定電極11をマイナスに帯電させた状態で、振動体12に電圧を印加して、振動体12に固定電極11と反対の極性の電気信号を送ってプラスに帯電させることにより、振動体12と固定電極11との間に静電引力を作用させ、振動体12を固定電極11側に移動させることができる。また、同様に、図2(b)に示すように、振動電極13に電圧を印加して、振動電極13に固定電極11と反対の極性の電気信号を送ってプラスに帯電させることにより、振動電極13と固定電極11との間に静電引力を作用させ、振動電極13を固定電極11側に移動させることができる。このとき、接続部材14を介して振動体12と振動電極13とが同じ方向に移動するため、振動体12を固定電極11とは反対側に移動させることができる。このため、音声信号入力手段で、音声信号に合わせて、振動体12と振動電極13とに電圧を印加することにより、振動体12を振動させることができ、音波を出力することができる。   The capacitance type sound wave generator according to the present invention can output sound waves according to the following principle. That is, as in the example shown in FIG. 1, the vibrator 12 and the vibrating electrode 13 are disposed so as to sandwich the fixed electrode 11 as in the example shown in FIG. A connecting member 14 connects the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 through 11 a. In the capacitance type sound wave generator according to the present invention, for example, as shown in FIG. 2A, a voltage is applied to the fixed electrode 11 by an audio signal input unit to negatively charge the fixed electrode 11. In this state, a voltage is applied to the vibrating body 12 to send an electric signal of the opposite polarity to the fixed electrode 11 to the vibrating body 12 to charge it positively, so that static electricity is generated between the vibrating body 12 and the fixed electrode 11. The vibrating body 12 can be moved to the fixed electrode 11 side by applying an attractive force. Similarly, as shown in FIG. 2 (b), a voltage is applied to the vibrating electrode 13 to send an electric signal of the opposite polarity to the fixed electrode 11 to the vibrating electrode 13 to charge it positively, thereby causing vibration. Electrostatic attraction can be applied between the electrode 13 and the fixed electrode 11 to move the vibrating electrode 13 to the fixed electrode 11 side. At this time, since the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 move in the same direction via the connection member 14, the vibrating body 12 can be moved to the opposite side to the fixed electrode 11. For this reason, by applying a voltage to the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 according to the audio signal by the audio signal input means, the vibrating body 12 can be vibrated and a sound wave can be output.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、図2に示す態様だけでなく、例えば、固定電極11をプラスに帯電させて、振動体12や振動電極13をマイナスに帯電させてもよい。この場合でも、同様に振動体12を振動させることができ、音波を出力することができる。   The capacitance-type sound wave generator according to the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. 2, but for example, the fixed electrode 11 may be positively charged and the vibrator 12 and the vibrating electrode 13 may be negatively charged. . Also in this case, the vibrator 12 can be similarly vibrated, and a sound wave can be output.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置で、音声信号入力手段により固定電極、振動体および振動電極に印加する電圧は、音声信号に合わせて振動体を振動可能であれば、いかなるものであってもよく、例えば、前記音声信号入力手段は、前記固定電極にプラスまたはマイナスのバイアス電圧を印加すると共に、前記バイアス電圧を基準として音声信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号の極性を反転した反転信号を生成し、前記アナログ信号および前記反転信号をそれぞれ前記振動体および前記振動電極、または前記振動電極および前記振動体に印加するよう構成されていてもよい。この場合、図8および図9に示すような、従来の静電容量型スピーカーのそれぞれ振動板51、一方の固定電極52および他方の固定電極52に印加する電圧と同じ電圧を印加することができる。   In the capacitance type sound wave generator according to the present invention, any voltage may be applied to the fixed electrode, the vibrating body and the vibrating electrode by the audio signal input means as long as the vibrating body can be vibrated in accordance with the audio signal. For example, the audio signal input means applies a positive or negative bias voltage to the fixed electrode, converts the audio signal into an analog signal based on the bias voltage, and converts the polarity of the analog signal It may be configured to generate an inverted inverted signal and apply the analog signal and the inverted signal to the vibrating body and the vibrating electrode, or the vibrating electrode and the vibrating body, respectively. In this case, the same voltage as that applied to the diaphragm 51, one fixed electrode 52 and the other fixed electrode 52 of the conventional capacitive speaker as shown in FIGS. 8 and 9 can be applied. .

本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、固定電極を挟むようにして振動体および振動電極が配置されており、外側の振動体および振動電極に穴を設ける必要がないため、外側の各固定電極に穴が設けられた従来の静電容量型スピーカーと比べて、塵埃や水、湿気などが、固定電極と振動体または振動電極との間に入り込みにくい。このため、振動体や振動電極、固定電極に塵埃等が付着するのを抑制することができ、放電の発生を防いで、振動体の寿命を延ばすことができる。   In the electrostatic capacitance type sound wave generator according to the present invention, the vibrator and the vibrating electrode are disposed so as to sandwich the fixed electrode, and it is not necessary to provide a hole in the outer vibrating body and the vibrating electrode. Dust, water, moisture, and the like are less likely to enter between the fixed electrode and the vibrator or the vibrating electrode, as compared to the conventional capacitive speaker in which the electrode is provided with a hole. For this reason, adhesion of dust and the like to the vibrator, the vibrating electrode, and the fixed electrode can be suppressed, and the occurrence of discharge can be prevented, and the life of the vibrator can be extended.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置では、固定電極に設けられた貫通孔は、接続部材を通すためだけに使用されるため、音波を通す穴と比べ、固定電極の表面積に対する割合を非常に小さくすることができる。このため、貫通孔が存在しても、貫通穴による静電引力の低下は小さく、各固定電極の穴による影響が大きい従来の静電容量型スピーカーと比べて、消費電力を抑制することができる。また、接続部材は、貫通孔が複数の場合、全ての貫通孔に通されていてもよく、一部の貫通孔に通されていてもよい。接続部材が通された貫通孔と、その接続部材との隙間や、接続部材が通されていない貫通孔は、振動体や振動電極が振動したときの、固定電極の振動体側の空間と振動電極側の空間との間の通気に利用することができる。   In the capacitance type sound wave generator according to the present invention, the through hole provided in the fixed electrode is used only for passing the connection member, so the ratio to the surface area of the fixed electrode is smaller than the hole through which the sound wave passes. It can be very small. For this reason, even if there is a through hole, the reduction in electrostatic attraction due to the through hole is small, and power consumption can be suppressed as compared with the conventional capacitance type speaker in which the influence by the holes of each fixed electrode is large. . Moreover, when there are a plurality of through holes, the connection member may be passed through all the through holes or may be passed through a part of the through holes. The space between the through hole through which the connecting member is passed and the gap between the connecting member and the through hole through which the connecting member is not passed is the space on the vibrating body side of the fixed electrode and the vibrating electrode when the vibrating body or the vibrating electrode vibrates. It can be used to ventilate the side space.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、振動体が固定電極の外側に配置されているため、振動体で出力された音波を、干渉により波形が乱されることなく、外部に伝播させることができ、音質を高めることができる。   In the electrostatic capacitance type sound wave generator according to the present invention, since the vibrator is disposed outside the fixed electrode, the sound wave output from the vibrator is propagated to the outside without disturbing the waveform due to interference. The sound quality can be improved.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、前記固定電極を、その周縁部で固定すると共に、前記振動体および前記振動電極の少なくとも一方を、その周縁部で支持するよう設けられた支持部を有していてもよい。この場合、振動体および振動電極の双方が支持部で支持されていてもよいが、振動体と振動電極とが接続部材で接続されているため、振動体および振動電極のいずれか一方のみが支持部で支持されていてもよい。   In the electrostatic capacitance type sound wave generator according to the present invention, a support is provided so as to fix the fixed electrode at its peripheral portion and to support at least one of the vibrator and the vibrating electrode at its peripheral portion. You may have a part. In this case, both the vibrating body and the vibrating electrode may be supported by the support portion, but since the vibrating body and the vibrating electrode are connected by the connection member, only one of the vibrating body and the vibrating electrode is supported It may be supported by a part.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置で、振動体および振動電極は、少なくとも中央部が厚み方向に移動可能に設けられていれば、いかなる構成を成していてもよい。振動体および振動電極は、互いに同じ素材や構成であってもよく、異なる素材や構成であってもよい。例えば、振動体および振動電極は、パレリン(Parylene)やポリエチレン(PE)、金属ガラス(metallic glass)などの、薄く、柔軟な素材の膜から成り、その周縁部が枠状の支持部に固定されていてもよい。この膜は、厚みが、50μm以下であることが好ましく、20μm以下であることが特に好ましい。また、ヤング率が、80GPa以下であることが好ましく、50GPa以下であることが特に好ましい。   In the electrostatic capacitance type sound wave generator according to the present invention, the vibrator and the vibrating electrode may have any configuration as long as at least a central portion is movably provided in the thickness direction. The vibrator and the vibrating electrode may be the same material or configuration as each other, or may be different materials or configurations. For example, the vibrating body and the vibrating electrode are made of a thin and flexible film of material such as Parylene, polyethylene (PE), metallic glass, etc., and the peripheral portion thereof is fixed to the frame-shaped support portion. It may be The film preferably has a thickness of 50 μm or less, particularly preferably 20 μm or less. Further, the Young's modulus is preferably 80 GPa or less, and particularly preferably 50 GPa or less.

また、振動体および振動電極は、シリコン製やセラミックス製、Al,Cu,Ni等の金属製の硬質の板から成る中央部と、柔軟で薄い素材から成る周縁部とを有し、その周縁部が枠状の支持部に固定されていてもよい。中央部の大きさは、直径100μm以下であることが好ましい。また、振動体および振動電極は、全体が、シリコン製やセラミックス製、Al,Cu,Ni等の金属製の硬質の板から成り、その周縁部が板バネ等により枠状の支持部に固定されていてもよい。板バネ等は、振動体や振動電極と同じ素材から成っていてもよく、異なる素材から成っていてもよい。   The vibrating body and the vibrating electrode have a central portion made of a hard plate made of silicon or ceramic, a metal made of Al, Cu, Ni, etc., and a peripheral portion made of a flexible thin material, and the peripheral portion May be fixed to the frame-like support. The size of the central portion is preferably 100 μm or less in diameter. The whole of the vibrator and the vibrating electrode is made of a hard plate made of silicon, ceramic, Al, Cu, Ni, or other metal, and the peripheral portion thereof is fixed to the frame-like support by a plate spring or the like. It may be The plate spring or the like may be made of the same material as the vibrating body or the vibrating electrode, or may be made of a different material.

また、振動体および振動電極は、音声信号入力手段で電圧を印加したとき電気を通すよう、導体等の低抵抗の材料から成っていることが好ましいが、少なくとも固定電極側の表面に導体層が被覆された絶縁体から成っていてもよい。導体層は、例えば、炭素や金属、不純物がドープされたシリコン等から成っている。   The vibrator and the vibrating electrode are preferably made of a low resistance material such as a conductor so that electricity can be passed when voltage is applied by the audio signal input means, but at least the conductor layer is formed on the surface on the fixed electrode side. It may consist of a coated insulator. The conductor layer is made of, for example, carbon, metal, silicon doped with impurities, or the like.

固定電極は、シリコン製やセラミックス製、Al,Cu,Ni等の金属製の硬質の板から成ることが好ましい。接続部材は、1つであってもよく、貫通孔の数に合わせて複数から成っていてもよい。接続部材は、少なくとも一部が電気的に絶縁された部分を有することが好ましい。絶縁された部分は、エポキシ樹脂やベンゾシクロブテン等のポリマーや、セラミックス等から成ることが好ましく、抵抗値が1MΩ以上であることが好ましい。   The fixed electrode is preferably made of a hard plate made of silicon, a ceramic, or a metal such as Al, Cu, or Ni. The number of connection members may be one, and may be plural depending on the number of through holes. Preferably, the connecting member has a portion at least partially electrically isolated. The insulated part is preferably made of a polymer such as epoxy resin or benzocyclobutene, or a ceramic, and the like, and the resistance value is preferably 1 MΩ or more.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、音波を発生する用途であれば、いかなる用途に利用されてもよい。なお、本明細書中での「音波」とは、可聴域の周波数の弾性波だけでなく、可聴域以外の周波数の弾性波も含むものである。本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、例えば、音声信号入力手段による振動体の振動により、可聴域の音波を発生可能に構成された静電容量型スピーカーや、可聴域より高い周波数の超音波を発生可能に構成された超音波発生装置、可聴域より低い周波数の超低周波波を発生可能に構成された超低周波音発生装置などとして構成されていてもよい。なお、可聴域は、人によって異なるが、およそ20Hz〜20kHzである。   The capacitance type acoustic wave generator according to the present invention may be used for any application as long as it is an application that generates an acoustic wave. In addition, the "sound wave" in this specification includes not only elastic waves of frequencies in the audible range but also elastic waves of frequencies other than the audible range. The capacitance-type sound wave generator according to the present invention has, for example, a capacitance-type speaker configured to be capable of generating sound waves in the audible range by vibration of a vibrating body by audio signal input means, or a frequency higher than the audible range. The ultrasonic wave generator may be configured as an ultrasonic wave generator capable of generating an ultrasonic wave, or an ultra low frequency sound generator configured to be able to generate an ultra low frequency wave having a frequency lower than that of the audible range. The audible range varies depending on the person, but is approximately 20 Hz to 20 kHz.

本発明によれば、塵埃や水、湿気などが内部に入り込みにくく、消費電力を抑制可能で、音質を高めることができる静電容量型の音波発生装置および静電容量型スピーカーを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrostatic capacitance type sound wave generator and an electrostatic capacitance type speaker that can suppress dust, water, moisture, etc. from entering the inside, can suppress power consumption, and can improve sound quality. it can.

本発明に係る静電容量型の音波発生装置の、音波を出力する原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle which outputs a sound wave of the electrostatic capacitance type sound generator based on this invention. 本発明に係る静電容量型の音波発生装置の、音波を出力する原理を示す(a)振動体と固定電極との間に静電引力を作用させたとき、(b)振動電極と固定電極との間に静電引力を作用させたときの説明図である。The principle of outputting a sound wave of the capacitance type sound wave generator according to the present invention is shown (a) when electrostatic attraction is applied between the vibrator and the fixed electrode, (b) the vibration electrode and the fixed electrode And an electrostatic attractive force acting between them. 本発明の実施の形態の静電容量型の音波発生装置を示す回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a circuit diagram which shows the electrostatic capacitance type sound wave generator of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の静電容量型の音波発生装置の、音声発生部分を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the audio | voice generation part of the electrostatic capacitance type sound wave generator of embodiment of this invention. 図4に示す静電容量型の音波発生装置の音声発生部分の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the audio | voice generation | occurrence | production part of the sound wave generator of an electrostatic capacitance type | mold shown in FIG. 本発明の実施の形態の静電容量型の音波発生装置の、振動体が薄膜から成る変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification to which a vibrating body consists of a thin film of the electrostatic capacitance type sound wave generator of embodiment of this invention. 図6に示す静電容量型の音波発生装置の音声発生部分の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the audio | voice generation | occurrence | production part of the sound wave generator of an electrostatic capacitance type | mold shown in FIG. 従来の静電容量型スピーカーの、音波を出力する原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle which outputs a sound wave of the conventional capacitive speaker. 従来の静電容量型スピーカーの、音波を出力する原理を示す(a)振動板と一方の固定電極との間に静電引力を作用させたとき、(b)振動板と他方の固定電極との間に静電引力を作用させたときの説明図である。The principle of outputting a sound wave of a conventional capacitive speaker (a) When electrostatic attraction is applied between a diaphragm and one fixed electrode, (b) the diaphragm and the other fixed electrode Is an explanatory view when electrostatic attraction is applied between

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図3乃至図7は、本発明の実施の形態の静電容量型の音波発生装置を示している。
図3および図4に示すように、静電容量型の音波発生装置10は、固定電極11と振動体12と振動電極13と接続部材14と支持部15と音声信号入力手段16とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
3 to 7 show a capacitive acoustic wave generator according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the electrostatic capacitance type sound wave generator 10 has a fixed electrode 11, a vibrating body 12, a vibrating electrode 13, a connection member 14, a support portion 15 and an audio signal input means 16. ing.

図3および図4に示すように、固定電極11は、円板状を成し、中央に厚みを貫通して設けられた貫通孔11aを有している。固定電極11は、端部に端子11bを有している。振動体12は、固定電極11より径が小さく、薄い円板状を成している。振動体12は、固定電極11の一方の表面側に、固定電極11と対向するよう配置されている。振動電極13は、振動体12と同じ径および厚みを有する円板状を成している。振動電極13は、固定電極11の他方の表面側に、固定電極11と対向するよう配置されている。接続部材14は、細長い棒状を成し、固定電極11の貫通孔11aを通して、振動体12と振動電極13とを接続している。接続部材14は、両端がそれぞれ振動体12の中央部と振動電極13の中央部とに固定されている。   As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the fixed electrode 11 has a disk shape, and has a through hole 11 a provided at the center through the thickness. The fixed electrode 11 has a terminal 11 b at its end. The vibrating body 12 has a diameter smaller than that of the fixed electrode 11 and has a thin disc shape. The vibrating body 12 is disposed on one surface side of the fixed electrode 11 so as to face the fixed electrode 11. The vibrating electrode 13 has a disk shape having the same diameter and thickness as the vibrating body 12. The vibrating electrode 13 is disposed on the other surface side of the fixed electrode 11 so as to face the fixed electrode 11. The connecting member 14 has an elongated rod-like shape, and connects the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 through the through hole 11 a of the fixed electrode 11. Both ends of the connecting member 14 are fixed to the central portion of the vibrating body 12 and the central portion of the vibrating electrode 13 respectively.

図4に示すように、支持部15は、振動体12の周囲を囲うよう設けられた第1の枠体21と、振動電極13の周囲を囲うよう設けられた第2の枠体22と、固定電極11を固定するための固定部材23とを有している。第1の枠体21および第2の枠体22は、間に固定電極11を挟むよう配置されている。第1の枠体21は、内周縁に沿って複数の板バネ24が設けられ、各板バネ24の内側の端部を振動体12の周縁部に固定することにより、振動体12を支持している。第1の枠体21は、端部に端子25を有している。第2の枠体22は、内周縁に沿って複数の板バネ26が設けられ、各板バネ26の内側の端部を振動電極13の周縁部に固定することにより、振動電極13を支持している。第2の枠体22は、端部に端子27を有している。固定部材23は、第1の枠体21と第2の枠体22との間に固定電極11を固定するよう、第1の枠体21と固定電極11の一方の表面との間、および、第2の枠体22と固定電極11の他方の表面との間に、それぞれ複数設けられている。固定部材23は、固定電極11の周縁部に固定されている。   As shown in FIG. 4, the support portion 15 includes a first frame 21 provided to surround the vibrating body 12, and a second frame 22 provided to surround the vibrating electrode 13. And a fixing member 23 for fixing the fixed electrode 11. The first frame 21 and the second frame 22 are arranged to sandwich the fixed electrode 11 therebetween. The first frame 21 is provided with a plurality of leaf springs 24 along the inner peripheral edge, and supports the vibrating body 12 by fixing the inner end of each leaf spring 24 to the peripheral edge of the vibrating body 12 ing. The first frame 21 has a terminal 25 at its end. The second frame 22 is provided with a plurality of leaf springs 26 along the inner peripheral edge, and supports the vibrating electrode 13 by fixing the inner end of each leaf spring 26 to the peripheral edge of the vibrating electrode 13. ing. The second frame 22 has a terminal 27 at its end. The fixing member 23 is provided between the first frame 21 and one surface of the fixed electrode 11 so as to fix the fixed electrode 11 between the first frame 21 and the second frame 22, and A plurality of each are provided between the second frame 22 and the other surface of the fixed electrode 11. The fixing member 23 is fixed to the peripheral portion of the fixed electrode 11.

これにより、振動体12は、各板バネ24を介して、固定電極11に対して、厚み方向に振動可能になっている。また、振動電極13は、各板バネ26を介して、固定電極11に対して、厚み方向に振動可能になっている。また、振動体12および振動電極13は、接続部材14により、同じ方向に移動し、同時に振動するようになっている。   As a result, the vibrating body 12 can vibrate in the thickness direction with respect to the fixed electrode 11 through the plate springs 24. In addition, the vibrating electrode 13 can vibrate in the thickness direction with respect to the fixed electrode 11 through the plate springs 26. The vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 move in the same direction by the connection member 14 and vibrate at the same time.

なお、図4に示す一例では、固定電極11、振動体12および振動電極13は、低抵抗の導電性シリコン製である。また、接続部材14は、中央部14aが導電性シリコン製であり、それぞれ振動体12と振動電極13とに接続した両端部14bが、絶縁性のエポキシ樹脂のSU−8から成っている。また、第1の枠体21は、低抵抗の導電性シリコンの間に、酸化シリコンの絶縁層42を挟んで形成されている。第2の枠体22は、低抵抗の導電性シリコン製である。固定部材23は、絶縁性のエポキシ樹脂のSU−8から成っている。固定電極11の端子11b、第1の枠体21の端子25、および第2の枠体22の端子27は、導電性のTi/Au層から成っている。   In the example shown in FIG. 4, the fixed electrode 11, the vibrator 12 and the vibrating electrode 13 are made of low-resistance conductive silicon. The connecting member 14 has a central portion 14a made of conductive silicon, and both end portions 14b connected to the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are made of insulating epoxy resin SU-8. In addition, the first frame 21 is formed between the low resistance conductive silicon with the insulating layer 42 of silicon oxide interposed therebetween. The second frame 22 is made of low resistance conductive silicon. The fixing member 23 is made of insulating epoxy resin SU-8. The terminal 11b of the fixed electrode 11, the terminal 25 of the first frame 21, and the terminal 27 of the second frame 22 are made of a conductive Ti / Au layer.

図3に示すように、音声信号入力手段16は、バイアス発生部31と電圧変換部32とを有している。バイアス発生部31は、プラスおよびマイナスのバイアス電圧を発生し、固定電極11の端子11bを介して、プラスのバイアス電圧を固定電極11に供給するようになっている。また、バイアス発生部31は、マイナスのバイアス電圧を電圧変換部32に供給するようになっている。電圧変換部32は、音声入力端子32aから音声信号を入力し、その音声信号を、バイアス発生部31から供給されたマイナスのバイアス電圧を基準として、そのバイアス電位より高い正の電圧またはバイアス電位より低い負の電圧のアナログ信号に変換するようになっている。電圧変換部32は、変換されたアナログ信号を、第1の枠体21の端子25を介して振動体12に供給し、アナログ信号の極性を反転した反転信号を、第2の枠体22の端子27を介して振動電極13に供給するようになっている。これにより、静電容量型の音波発生装置10は、図2に示す原理に従って、振動体12と固定電極11、振動電極13と固定電極11との間に作用する静電引力を利用して振動体12を振動させ、音波を発生するようになっている。   As shown in FIG. 3, the audio signal input unit 16 has a bias generation unit 31 and a voltage conversion unit 32. The bias generation unit 31 generates positive and negative bias voltages, and supplies the positive bias voltage to the fixed electrode 11 through the terminal 11 b of the fixed electrode 11. Further, the bias generation unit 31 supplies a negative bias voltage to the voltage conversion unit 32. The voltage conversion unit 32 receives an audio signal from the audio input terminal 32a, and the audio signal is set to a positive voltage or a bias potential higher than the bias potential based on the negative bias voltage supplied from the bias generation unit 31. It is adapted to convert to a low negative voltage analog signal. The voltage conversion unit 32 supplies the converted analog signal to the vibrating body 12 through the terminal 25 of the first frame 21, and an inverted signal obtained by inverting the polarity of the analog signal is output from the second frame 22. It is supplied to the vibrating electrode 13 through the terminal 27. Accordingly, the electrostatic capacitance type sound wave generator 10 vibrates using electrostatic attraction acting between the vibrating body 12 and the fixed electrode 11 and between the vibrating electrode 13 and the fixed electrode 11 according to the principle shown in FIG. The body 12 is vibrated to generate sound waves.

図4に示す静電容量型の音波発生装置10の音声発生部分は、例えば、図5に示す方法に従って製造することができる。すなわち、まず、図5(a)に示すように、厚さ400μmのベースシリコン層41と、その上面に設けられた厚さ5μmの酸化シリコン製の絶縁層42と、その上面に設けられた厚さ20μmのシリコン活性層43とから成るSOI(Silicon on Insulator)基板に対し、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、シリコン活性層43の一部をスリット状に絶縁層42までエッチング除去して、直径1000μmの円形の振動体12と、その周囲を囲う第1の枠体21を形成する。このとき、振動体12と第1の枠体21とを連結する梁状の部分を、エッチング除去せずに複数残し、板バネ24(例えば、幅100μm、長さ100μm)を形成する。また、シリコン活性層43の表面に、第1の枠体21の端子25として、スパッタリング法により、Ti/Au2層膜(Ti 0.3μ/Au 1μm)を形成する。ここで、ベースシリコン層41およびシリコン活性層43は、静電引力を発生させる電極として用いるため、低抵抗(例えば0.02Ωcm)の導電性シリコンから成っている。   The sound generating portion of the capacitive sound wave generator 10 shown in FIG. 4 can be manufactured, for example, according to the method shown in FIG. That is, first, as shown in FIG. 5A, a base silicon layer 41 with a thickness of 400 μm, an insulating layer 42 made of silicon oxide with a thickness of 5 μm provided on the top surface, and a thickness provided on the top surface On an SOI (Silicon on Insulator) substrate consisting of a 20 .mu.m-thick silicon active layer 43, a part of the silicon active layer 43 is etched away in a slit-like manner to the insulating layer 42 by photolithography and dry etching. A circular vibrator 12 and a first frame 21 surrounding the periphery are formed. At this time, a plurality of beam-like portions connecting the vibrating body 12 and the first frame 21 are left without being etched away, and a plate spring 24 (for example, 100 μm wide and 100 μm long) is formed. Further, a Ti / Au bi-layer film (Ti 0.3 μm / Au 1 μm) is formed on the surface of the silicon active layer 43 as a terminal 25 of the first frame 21 by sputtering. Here, the base silicon layer 41 and the silicon active layer 43 are made of low resistance (for example, 0.02 Ωcm) conductive silicon in order to use as an electrode that generates electrostatic attraction.

次に、図5(b)に示すように、シリコン活性層43の表面に、スピンコート法により、厚さ100μmの感光性エポキシ樹脂(SU-8)層を形成し、フォトリソグラフィーにより、第1の枠体21と振動体12の中央部とに、円柱形状(直径100μm)でSU-8を残し、固定部材23および接続部材14の端部14bを形成する。図5(c)に示すように、固定電極11用の厚さ200μmの低抵抗(抵抗率0.02Ωcm)シリコン基板44を、図5(b)で形成したSU-8(固定部材23および接続部材14の端部14b)の端面に接着するとともに、そのシリコン基板44の表面に、固定電極11の端子11bとして、Ti/Au2層膜(Ti 0.3μ/Au 1μm)を形成する。図5(d)に示すように、振動体12の中央部のSU-8(接続部材14の端部14b)に対応する位置に、フォトリソドライエッチングにより、内径120μm、幅20μmの円形のスリットを形成し、その円形のスリットの内側に、接続部材14の中央部14aを形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, a photosensitive epoxy resin (SU-8) layer having a thickness of 100 μm is formed on the surface of the silicon active layer 43 by spin coating, and the first photolithographic process is performed. In the frame 21 and the central portion of the vibrating body 12, SU-8 is left in a cylindrical shape (diameter 100 μm), and the fixing member 23 and the end 14b of the connecting member 14 are formed. As shown in FIG. 5 (c), SU-8 (fixing member 23 and connecting member) in which a low resistance (resistivity 0.02 Ωcm) silicon substrate 44 with a thickness of 200 μm for the fixed electrode 11 is formed in FIG. 5 (b) A Ti / Au two-layer film (Ti 0.3 μm / Au 1 μm) is formed on the surface of the silicon substrate 44 as the terminal 11 b of the fixed electrode 11 while adhering to the end face of the end portion 14 b) of FIG. As shown in FIG. 5D, a circular slit with an inner diameter of 120 μm and a width of 20 μm is formed by photolithography dry etching at a position corresponding to SU-8 (the end 14b of the connection member 14) in the central part of the vibrator 12. A central portion 14a of the connecting member 14 is formed inside the circular slit.

図5(e)に示すように、厚さ400μmの低抵抗(抵抗率0.02Ωcm)シリコン基板45に対し、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、深さ20μmまでスリット状にエッチング除去して、直径1000μmの円形の振動電極13と、その周囲を囲う第2の枠体22を形成する。このとき、振動電極13と第2の枠体22とを連結する梁状の部分を、エッチング除去せずに複数残し、板バネ26(例えば、幅100μm、長さ100μm)を形成する。また、そのシリコン基板45の振動電極13とは反対側の表面に、第2の枠体22の端子27として、スパッタリング法により、Ti/Au2層膜(Ti 0.3μ/Au 1μm)を形成する。   As shown in FIG. 5E, the low resistance (resistivity 0.02 Ωcm) silicon substrate 45 with a thickness of 400 μm is etched away in a slit shape to a depth of 20 μm by photolithography and dry etching to a diameter of 1000 μm. A circular vibrating electrode 13 and a second frame 22 surrounding the periphery thereof are formed. At this time, a plurality of beam-like portions connecting the vibrating electrode 13 and the second frame 22 are left without being etched away, and a plate spring 26 (for example, 100 μm wide and 100 μm long) is formed. Further, a Ti / Au double-layer film (Ti 0.3 μm / Au 1 μm) is formed on the surface of the silicon substrate 45 opposite to the vibrating electrode 13 as a terminal 27 of the second frame 22 by sputtering.

図5(f)に示すように、図5(e)で振動電極13の側の面に、スピンコート法により、厚さ100μmの感光性エポキシ樹脂(SU-8)層を形成し、フォトリソグラフィーにより、第2の枠体22と振動電極13の中央部とに、円柱形状(直径100μm)でSU-8を残し、固定部材23および接続部材14の端部14bを形成する。そのSU-8(固定部材23および接続部材14の端部14b)の端面に、図5(d)で形成した固定電極11および接続部材14の中央部14aを接着する。このとき、振動電極13の中央部のSU-8(接続部材14の端部14b)が、固定電極11の中央部の円形のスリットの内側(接続部材14の中央部14a)に配置されるよう接着し、中央部14aおよび両端部14bから成る接続部材14を形成する。   As shown in FIG. 5F, a photosensitive epoxy resin (SU-8) layer having a thickness of 100 μm is formed by spin coating on the surface on the side of the vibrating electrode 13 in FIG. Thus, SU-8 is left in a cylindrical shape (with a diameter of 100 μm) in the second frame 22 and in the central portion of the vibrating electrode 13 to form the end 14 b of the fixing member 23 and the connecting member 14. The central portion 14a of the fixed electrode 11 and the connecting member 14 formed in FIG. 5D is adhered to the end face of the SU-8 (the fixing member 23 and the end 14b of the connecting member 14). At this time, SU-8 (the end 14b of the connection member 14) at the central portion of the vibrating electrode 13 is disposed inside the central slit 14a of the central portion of the fixed electrode 11 (the central portion 14a of the connection member 14). Bonding forms a connecting member 14 consisting of a central portion 14a and opposite ends 14b.

図5(g)に示すように、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、シリコン基板45の振動電極13とは反対側の表面を、第2の枠体22の一部並びに振動電極13および板バネ26を残して、振動電極13および板バネ26を含む範囲で、図5(e)でエッチングした深さまでエッチング除去する。最後に、図5(h)に示すように、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、ベースシリコン層41を、第1の枠体21の一部を残して、振動体12および板バネ24を含む範囲で、絶縁層42までエッチング除去し、さらに振動体12および板バネ24上の絶縁層42を除去する。こうして、図4に示す静電容量型の音波発生装置10の音声発生部分を製造することができる。   As shown in FIG. 5G, the surface of the silicon substrate 45 on the opposite side to the vibrating electrode 13 is formed by photolithography and dry etching using a part of the second frame 22, the vibrating electrode 13 and the flat spring 26. In the range including the vibrating electrode 13 and the plate spring 26, the etching is removed to the depth etched in FIG. 5 (e). Finally, as shown in FIG. 5H, the base silicon layer 41 is formed by photolithography and dry etching in a range including the vibrating body 12 and the leaf spring 24 with a part of the first frame 21 remaining. Then, the insulating layer 42 is etched away, and the insulating layer 42 on the vibrating body 12 and the flat spring 24 is removed. Thus, the sound generating portion of the capacitive acoustic wave generator 10 shown in FIG. 4 can be manufactured.

静電容量型の音波発生装置10は、固定電極11を挟むようにして振動体12および振動電極13が配置されており、外側の振動体12および振動電極13に穴を設ける必要がないため、外側の各固定電極に穴が設けられた従来の静電容量型スピーカーと比べて、塵埃や水、湿気などが、固定電極11と振動体12または振動電極13との間に入り込みにくい。このため、振動体12や振動電極13、固定電極11に塵埃等が付着するのを抑制することができ、放電の発生を防いで、振動体12の寿命を延ばすことができる。例えば、振動体12の寿命を、従来の静電容量型スピーカーの振動板の寿命の3〜5倍以上に延ばすことができる。   Since the vibrator 12 and the vibrating electrode 13 are disposed so as to sandwich the fixed electrode 11 in the electrostatic capacitance type sound wave generator 10, it is not necessary to provide a hole in the outer vibrating body 12 and the vibrating electrode 13, so Dust, water, moisture and the like are less likely to enter between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 as compared with the conventional capacitance type speaker in which each fixed electrode is provided with a hole. For this reason, it is possible to suppress the adhesion of dust and the like to the vibrating body 12, the vibrating electrode 13, and the fixed electrode 11, and to prevent the occurrence of the discharge, it is possible to extend the life of the vibrating body 12. For example, the life of the vibrator 12 can be extended to 3 to 5 times or more of the life of the diaphragm of the conventional capacitive speaker.

静電容量型の音波発生装置10では、固定電極11に設けられた貫通孔11aは、接続部材14を通すためだけに使用されるため、音波を通す穴と比べ、固定電極11の表面積に対する割合を非常に小さくすることができる。このため、貫通孔11aが存在しても、振動体12で発生する音波の音圧はほとんど低下せず、各固定電極の穴による影響が大きい従来の静電容量型スピーカーと比べて、消費電力を抑制することができる。   In the capacitance type sound wave generator 10, the through hole 11a provided in the fixed electrode 11 is used only for passing the connection member 14, so the ratio to the surface area of the fixed electrode 11 compared to the hole through which the sound wave passes. Can be very small. For this reason, even if the through hole 11a exists, the sound pressure of the sound wave generated by the vibrating body 12 is hardly reduced, and the power consumption is higher than that of the conventional capacitance type speaker having a large influence by the holes of each fixed electrode. Can be suppressed.

静電容量型の音波発生装置10は、振動体12が固定電極11の外側に配置されているため、振動体12で出力された音波を、干渉により波形が乱されることなく、外部に伝播させることができ、音質を高めることができる。静電容量型の音波発生装置10は、小型の静電容量型スピーカーとして使用されると特に効果的であり、例えば、インテリジェントスピーカーやパソコンのスピーカー、携帯端末のスピーカー、補聴器のスピーカーとして使用することができる。なお、図4および図5に示す一例では、駆動電圧は、約200V〜600Vである。   Since the vibrator 12 is disposed outside the fixed electrode 11, the acoustic wave generator 10 of the capacitance type propagates the sound wave output from the vibrator 12 to the outside without the waveform being disturbed by interference. The sound quality can be improved. The capacitance-type sound wave generator 10 is particularly effective when used as a small capacitance-type speaker, for example, as an intelligent speaker, a computer speaker, a portable terminal speaker, or a hearing aid speaker Can. In the example shown in FIGS. 4 and 5, the drive voltage is about 200V to 600V.

なお、図4および図5に示す静電容量型の音波発生装置10は、振動体12と振動電極13とが同じ構成を成しているため、振動体12と振動電極13とを入れ換えてもよい。また、静電容量型の音波発生装置10は、振動体12と振動電極13とが接続部材14で接続されているため、振動体12および振動電極13のいずれか一方のみが支持部15で支持されていてもよい。   In the electrostatic capacitance type sound wave generator 10 shown in FIGS. 4 and 5, since the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 have the same configuration, even if the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are interchanged. Good. In addition, since the vibrator 12 and the vibrating electrode 13 are connected by the connection member 14 in the electrostatic capacitance type sound wave generator 10, only one of the vibrator 12 and the vibrating electrode 13 is supported by the support portion 15. It may be done.

また、図6に示すように、静電容量型の音波発生装置10は、振動体12および/または振動電極13が薄膜から成っていてもよい。この場合でも、図1および図2の原理に従って振動体12を振動させることができ、音波を出力することができる。なお、図6に示す一例では、振動体12が薄膜から成り、振動電極13が板状を成している。薄膜は、厚さ1〜50μm、直径5mm以下であることが好ましい。   Further, as shown in FIG. 6, in the electrostatic capacitance type sound wave generator 10, the vibrating body 12 and / or the vibrating electrode 13 may be made of a thin film. Even in this case, the vibrator 12 can be vibrated in accordance with the principles of FIGS. 1 and 2, and a sound wave can be output. In the example shown in FIG. 6, the vibrating body 12 is formed of a thin film, and the vibrating electrode 13 has a plate shape. The thin film preferably has a thickness of 1 to 50 μm and a diameter of 5 mm or less.

図6に示す音声発生部分は、例えば、図5(a)〜(d)および図7に示す方法に従って、製造することができる。すなわち、振動体12と振動電極13の配置を逆にして図5(a)〜(d)の工程を行った後、図7(a)に示すように、厚さ400μmの低抵抗(抵抗率0.02Ωcm)シリコン基板45の表面に、円形のパレリン(Parylene)製の薄膜層46(振動体12)を形成する。また、そのシリコン基板44の薄膜層46とは反対側の表面に、第2の枠体22の端子27として、スパッタリング法により、Ti/Au2層膜(Ti 0.3μ/Au 1μm)を形成する。   The voice generation part shown in FIG. 6 can be manufactured, for example, according to the method shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d) and FIG. That is, after the arrangement of the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 is reversed and the steps of FIGS. 5A to 5D are performed, as shown in FIG. 7A, a low resistance (resistivity of 400 μm) is obtained. A thin film layer 46 (oscillator 12) made of Parylene is formed on the surface of a 0.02 Ωcm silicon substrate 45. Further, a Ti / Au double-layer film (Ti 0.3 μm / Au 1 μm) is formed on the surface of the silicon substrate 44 opposite to the thin film layer 46 as a terminal 27 of the second frame 22 by sputtering.

図7(b)に示すように、薄膜層46の表面に、スピンコート法により、厚さ100μmの感光性エポキシ樹脂(SU-8)層を形成し、フォトリソグラフィーにより、薄膜層46の周縁部と中央部とに、円柱形状(直径100μm)でSU-8を残し、固定部材23および接続部材14の端部14bを形成する。そのSU-8(固定部材23および接続部材14の端部14b)の端面に、図5(d)で形成した固定電極11および接続部材14の中央部14aを接着する。このとき、薄膜層46の中央部のSU-8(接続部材14の端部14b)が、固定電極11の中央部の円形のスリットの内側(接続部材14の中央部14a)に配置されるよう接着し、中央部14aおよび両端部14bから成る接続部材14を形成する。   As shown in FIG. 7B, a 100 μm thick photosensitive epoxy resin (SU-8) layer is formed on the surface of the thin film layer 46 by spin coating, and the periphery of the thin film layer 46 is formed by photolithography. The SU-8 is left in a cylindrical shape (diameter 100 μm) at the center portion and the center portion, and the fixing member 23 and the end 14 b of the connecting member 14 are formed. The central portion 14a of the fixed electrode 11 and the connecting member 14 formed in FIG. 5D is adhered to the end face of the SU-8 (the fixing member 23 and the end 14b of the connecting member 14). At this time, SU-8 (the end 14b of the connection member 14) at the central portion of the thin film layer 46 is disposed inside the central slit 14a of the central portion of the fixed electrode 11 (the central portion 14a of the connection member 14). Bonding forms a connecting member 14 consisting of a central portion 14a and opposite ends 14b.

図7(c)に示すように、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、薄膜層46の周縁部分を残して、シリコン基板45をエッチング除去する。最後に、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、ベースシリコン層41を、第1の枠体21の一部を残して、振動電極13および板バネ24を含む範囲で、絶縁層42までエッチング除去し、さらに振動電極13および板バネ24上の絶縁層42を除去する。これにより、図6に示す静電容量型の音波発生装置10の音声発生部分を製造することができる。   As shown in FIG. 7C, the silicon substrate 45 is etched away by photolithography and dry etching, leaving the peripheral portion of the thin film layer 46. Finally, the base silicon layer 41 is etched away to the insulating layer 42 by photolithography and dry etching in a range including the vibrating electrode 13 and the leaf spring 24 with a part of the first frame 21 remaining. The insulating layer 42 on the vibrating electrode 13 and the plate spring 24 is removed. Thereby, the sound generation part of the electrostatic capacitance type sound wave generator 10 shown in FIG. 6 can be manufactured.

10 静電容量型の音波発生装置
11 固定電極
11a 貫通孔
11b 端子
12 振動体
13 振動電極
14 接続部材
15 支持部
21 第1の枠体
22 第2の枠体
23 固定部材
24,26 板バネ
25,27 端子
16 音声信号入力手段
31 バイアス発生部
32 電圧変換部
32a 音声入力端子

41 ベースシリコン層
42 絶縁層
43 シリコン活性層
44 シリコン基板
45 シリコン基板
46 薄膜層

51 振動板
52 固定電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Capacitance type sound wave generator 11 fixed electrode 11a through hole 11b terminal 12 vibrator 13 vibrating electrode 14 connection member 15 support part 21 1st frame 22 2nd frame 23 fixing member 24 and 26 leaf spring 25 , 27 terminals 16 audio signal input means 31 bias generator 32 voltage converter 32a audio input terminal

41 base silicon layer 42 insulating layer 43 silicon active layer 44 silicon substrate 45 silicon substrate 46 thin film layer

51 diaphragm 52 fixed electrode

Claims (4)

板状を成し、厚みを貫通して設けられた1または複数の貫通孔を有する固定電極と、
板状または膜状を成し、前記固定電極と対向するよう、前記固定電極の一方の表面側に配置され、前記固定電極に対して、少なくとも中央部が厚み方向に移動可能に設けられた振動体と、
板状または膜状を成し、前記固定電極と対向するよう、前記固定電極の他方の表面側に配置され、前記固定電極に対して、少なくとも中央部が厚み方向に移動可能に設けられた振動電極と、
前記振動体と前記振動電極とが同じ方向に移動するよう、前記固定電極の前記貫通孔のうちの少なくとも1つを通して、前記振動体と前記振動電極とを接続した接続部材と、
前記固定電極と前記振動体との間の静電引力により前記振動体が移動し、前記固定電極と前記振動電極との間の静電引力により前記振動電極が移動するよう、前記固定電極、前記振動体および前記振動電極に電圧を印加可能に設けられた音声信号入力手段とを、
有することを特徴とする静電容量型の音波発生装置。
A fixed electrode having a plate shape and having one or more through holes provided through the thickness;
Vibration having a plate shape or a film shape and disposed on one surface side of the fixed electrode so as to face the fixed electrode, at least a central portion of the fixed electrode being movable in a thickness direction Body,
Vibration having a plate shape or a film shape and disposed on the other surface side of the fixed electrode so as to face the fixed electrode, wherein at least a central portion of the fixed electrode is movable in a thickness direction An electrode,
A connecting member connecting the vibrating body and the vibrating electrode through at least one of the through holes of the fixed electrode so that the vibrating body and the vibrating electrode move in the same direction;
The fixed electrode such that the vibrating body is moved by electrostatic attraction between the fixed electrode and the vibrator, and the vibrating electrode is moved by electrostatic attraction between the fixed electrode and the vibrating electrode. A vibrator and an audio signal input means provided so as to be able to apply a voltage to the vibrating electrode;
An electrostatic capacitance type sound wave generator characterized by having.
前記固定電極を、その周縁部で固定すると共に、前記振動体および前記振動電極の少なくとも一方を、その周縁部で支持するよう設けられた支持部を有することを特徴とする請求項1記載の静電容量型の音波発生装置。   The stationary electrode according to claim 1, further comprising: a support portion fixed to the peripheral edge portion of the fixed electrode and supporting at least one of the vibrating body and the vibrating electrode on the peripheral edge portion. Capacitance type sound generator. 前記音声信号入力手段は、前記固定電極にプラスまたはマイナスのバイアス電圧を印加すると共に、前記バイアス電圧を基準として音声信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号の極性を反転した反転信号を生成し、前記アナログ信号および前記反転信号をそれぞれ前記振動体および前記振動電極、または前記振動電極および前記振動体に印加するよう構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の静電容量型の音波発生装置。   The audio signal input means applies a positive or negative bias voltage to the fixed electrode, converts the audio signal into an analog signal based on the bias voltage, and generates an inverted signal in which the polarity of the analog signal is inverted. 3. The capacitance type according to claim 1, wherein the analog signal and the inversion signal are respectively applied to the vibrator and the vibrating electrode, or the vibrating electrode and the vibrator. Sound generator. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電容量型の音波発生装置から成り、前記音声信号入力手段による前記振動体の振動により可聴域の音波を発生可能に構成されていることを特徴とする静電容量型スピーカー。
A capacitive sound wave generator according to any one of claims 1 to 3, which is configured to be capable of generating a sound wave in an audible range by the vibration of the vibrator by the sound signal input means. Characteristic capacitive speaker.
JP2017203066A 2017-10-20 2017-10-20 Capacitive sound wave generator, capacitive sound wave generator and capacitive speaker Active JP6758654B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017203066A JP6758654B2 (en) 2017-10-20 2017-10-20 Capacitive sound wave generator, capacitive sound wave generator and capacitive speaker

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017203066A JP6758654B2 (en) 2017-10-20 2017-10-20 Capacitive sound wave generator, capacitive sound wave generator and capacitive speaker

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019080091A true JP2019080091A (en) 2019-05-23
JP2019080091A5 JP2019080091A5 (en) 2020-07-16
JP6758654B2 JP6758654B2 (en) 2020-09-23

Family

ID=66628845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017203066A Active JP6758654B2 (en) 2017-10-20 2017-10-20 Capacitive sound wave generator, capacitive sound wave generator and capacitive speaker

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6758654B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111757207A (en) * 2020-07-10 2020-10-09 菏泽韩升元电子股份有限公司 Earphone vibration assembly and vibrating earphone with same
US11743658B2 (en) 2019-02-25 2023-08-29 Tohoku University Electrostatic acoustic wave generating device and electrostatic speaker

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11743658B2 (en) 2019-02-25 2023-08-29 Tohoku University Electrostatic acoustic wave generating device and electrostatic speaker
CN111757207A (en) * 2020-07-10 2020-10-09 菏泽韩升元电子股份有限公司 Earphone vibration assembly and vibrating earphone with same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6758654B2 (en) 2020-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220159387A1 (en) Electrostatic graphene speaker
TWI405472B (en) Electronic device and electro-acoustic transducer thereof
JP7149585B2 (en) Electroacoustic transducer and electroacoustic transducer
US11950070B2 (en) Sound production device
KR20160006336A (en) transducer and electronic device including the same
JP2019114958A (en) Electro-acoustic transducer
Garud et al. A novel MEMS speaker with peripheral electrostatic actuation
JP6758654B2 (en) Capacitive sound wave generator, capacitive sound wave generator and capacitive speaker
JP2008141380A (en) Vibration element using electroactive polymer
EP2884765B1 (en) Acoustic generator, acoustic generation device, and electronic apparatus
JP2019080091A5 (en) Capacitance type sound wave generation device, capacitance type sound wave generator and capacitance type speaker
JP4822156B2 (en) Electroacoustic transducer
KR101500562B1 (en) Piezoelectric Speaker
WO2020174524A1 (en) Electrostatic sound wave generation device and electrostatic speaker
WO2019177122A1 (en) Electrostatic sound wave generation device and electrostatic speaker
JP2003153395A (en) Electroacoustic transducer
US20220278267A1 (en) Sound pressure-electrical signal conversion device and conversion method for same
KR101495090B1 (en) Piezoelectric Speaker
JP4508040B2 (en) Electrostatic ultrasonic transducer and ultrasonic speaker using the same
CN111866675A (en) Speaker monomer, speaker module and electronic equipment
JP4697007B2 (en) Electrostatic speaker
Garud et al. MEMS audio speakers
WO2021235080A1 (en) Transducer, method for driving same, and system
JP3246685B2 (en) Electroacoustic transducer
JP5331033B2 (en) Speaker device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20171023

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200525

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200525

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200525

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200825

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200827

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6758654

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250