JP2019080091A5 - 静電容量型の音波発生用デバイス、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 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量型の音波発生用デバイス、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。

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用デバイス、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。

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用デバイスは、板状を成し、厚みを貫通して設けられた１つ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を、有することを特徴とする。
本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスは、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構成されていることが好ましい。
また、本発明に係る静電容量型の音波発生装置は、本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスと、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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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用デバイスおよび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用デバイスおよび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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。接続部材が通された貫通孔と、その接続部材との隙間は、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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。

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、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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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用デバイスおよび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。

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用デバイス、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。

本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。 本発明に係る静電容量型の音波発生用デバイスおよび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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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用デバイスおよび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。なお、固定電極１１、振動体１２、振動電極１３、および接続部材１４が、本発明の実施の形態の静電容量型の音波発生用デバイスを成している。

Claims (5)

1. 板状を成し、厚みを貫通して設けられた１つ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を、
   有することを特徴とする静電容量型の音波発生用デバイス。
2. 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構成されてい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用デバイス。
3. 請求項１または２記載の静電容量型の音波発生用デバイスと、
   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。
4. 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３記載の静電容量型の音波発生装置。
5. 請求項１もしくは２記載の静電容量型の音波発生用デバイス、または、請求項３もしくは４記載の静電容量型の音波発生装置を備えていることを特徴とする静電容量型スピーカー。