JP2019161560A - Capacitive sound wave generator and capacitive speaker - Google Patents

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朋宏 片岡
Tomohiro Kataoka
朋宏 片岡
敏幸 ▲高▼橋
敏幸 ▲高▼橋
Toshiyuki Takahashi
西尾 英俊
Hidetoshi Nishio
英俊 西尾
純夫 堀池
Sumio Horiike
純夫 堀池
田中 秀治
Shuji Tanaka
秀治 田中
フロメル ヨーク
Joerg Froemel
フロメル ヨーク
大高 剛一
Koichi Otaka
剛一 大高
真徳 室山
Masanori Muroyama
真徳 室山
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Abstract

To provide a technique capable of improving the reliability of a capacitive sound wave generator by suppressing the occurrence of pull-in in the capacitive sound wave generator.SOLUTION: A capacitive sound wave generator includes a fixed electrode (11) having a through hole (11a) provided to penetrate in the thickness direction, two vibrating electrodes (12, 13) arranged so as to face and sandwich the fixed electrode (11) and movable relative to the fixed electrode (11), and a connecting member (14) that connects the two vibrating electrodes (12, 13) through the through hole (11a), and further includes a dielectric layer (15) on at least a part of the surface on both sides of the fixed electrode (11) facing the two vibrating electrodes (12, 13).SELECTED DRAWING: Figure 1

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ものである。   The present invention relates to a capacitive sound wave generator and a capacitive speaker.

音波発生装置のうち、特に可聴域の音波を出力するスピーカーとして一般的に用いられているものとしては、ダイナミック型スピーカー、バランスドアーマチュア型スピーカー、静電容量型スピーカー等を挙げることができる。ダイナミック型スピーカーは、電磁型駆動によりコーンを振動させるものであり、音域が広いという特徴がある一方、振動させるコーンの質量が大きいため応答性が低いという不都合がある。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、応答性がさらに悪くなってしまうという課題がある。また、バランスドアーマチュア型スピーカーは、電磁型駆動で鉄片を振動させるものであり、小型化が容易で消費電力が小さいという特徴がある一方、音域が狭いという不都合があった。   Among sound wave generators, those that are generally used as speakers that output sound waves in the audible range include dynamic speakers, balanced armature speakers, capacitance speakers, and the like. The dynamic type speaker vibrates the cone by electromagnetic driving and has a characteristic that the sound range is wide. On the other hand, the dynamic type speaker has a disadvantage of low response because the mass of the cone to be vibrated is large. In particular, a small speaker such as an earphone has a problem that the responsiveness is further deteriorated because the inertial force of the diaphragm is relatively large. In addition, the balanced armature type speaker vibrates an iron piece by electromagnetic driving, and is characterized in that it is easy to miniaturize and consumes less power, but has a disadvantage that the sound range is narrow.

これに対し、そのような問題を解決した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1−5参照)。この静電容量型スピーカーにおいては、振動板を挟むようにして2枚の固定電極が配置されている。そして、振動板をプラスまたはマイナスに帯電させ、各固定電極に振動板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、振動板と各固定電極との間に生じる静電引力を利用して振動板を振動させ、音波を出力する。この静電容量型スピーカーは、振動板にコイルなどが取り付けられていないため、高い応答性を実現することができる。また、構造がシンプルで消費電力も少ないという利点もある。   On the other hand, an electrostatic speaker that solves such a problem is used (see, for example, Patent Documents 1-5). In this capacitive speaker, two fixed electrodes are arranged so as to sandwich the diaphragm. The electrostatic attraction generated between the diaphragm and each fixed electrode is used by charging the diaphragm positively or negatively and charging each fixed electrode by sending an electric signal of the opposite polarity to the diaphragm. Then, the diaphragm is vibrated to output sound waves. Since this capacitance type speaker does not have a coil or the like attached to the diaphragm, high response can be realized. In addition, there is an advantage that the structure is simple and power consumption is low.

Iman Shahosseini,et al, “Electromagnetic MEMS microspeaker for portable electronicdevices”, MicrosystemTechnologies, June 2013, Volume19,Issue 6,p.879−886Iman Shahoseni, et al, “Electromagnetic MEMS micropeaker for portable electronics”, Microsystem Technologies, June 2013, Volume 19, 6, 19 879-886 A−S Rollier,et al, “The stability andpull−in voltage of electrostatic parallel−plate actuators and liquid solutions”,Jounalof Micromechanicsand Microengineering, April 2006,Volume 16,p.794−801A-S Roller, et al, “The stability and pull-in voltage of electrostatic parallel-plate actuators and liquid solutions, Junalof Microechanics in Ml. 794-801

米国特許第6842964号明細書US Pat. No. 6,842,964 欧州特許出願公開第2410768号明細書European Patent Application No. 2410768 欧州特許出願公開第2464142号明細書European Patent Application 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Japanese Patent No. 3281887 特許第5801475号公報Japanese Patent No. 5801475

上記したような静電容量型スピーカーは、それ自体の消費電力は少ないが、十分な音圧
を出力するためには振動電極と固定電極の間に高い電圧(100〜200V)を印加する必要があり、バッテリー駆動のアプリケーションでは、低電圧のバッテリー電圧(数V以内)から昇圧する昇圧回路が必要となり、装置コストや電力消費が高くなる場合があった。電極間の電圧を高くする以外に静電容量型スピーカーの音圧を確保する手段としては、電極面積を大きくする方法も考えられるが、スピーカサイズに制約のあるモバイル機器やウェアラブル機器では、面積の制約の問題やコストの問題があった。以上のような理由から、消費電力とスピーカサイズ両方に制約のあるモバイル機器やウェアラブル機器において、静電容量型スピーカーを搭載することは困難になっていた。
The capacitance type speaker as described above has low power consumption, but it is necessary to apply a high voltage (100 to 200 V) between the vibration electrode and the fixed electrode in order to output a sufficient sound pressure. In addition, in a battery-driven application, a booster circuit that boosts voltage from a low battery voltage (within several volts) is required, which may increase device cost and power consumption. In addition to increasing the voltage between the electrodes, as a means of securing the sound pressure of the capacitive speaker, a method of increasing the electrode area can be considered, but in mobile devices and wearable devices where the speaker size is limited, the area of the speaker There were constraints and cost issues. For the reasons described above, it has been difficult to mount a capacitive speaker in mobile devices and wearable devices that have restrictions on both power consumption and speaker size.

そして、上記のような問題点を解決し、静電容量型の音波発生装置または静電容量型スピーカーの駆動電圧を低減し、消費電力を抑制するために、厚みを貫通して設けられた貫通孔を有する固定電極と、固定電極を挟んで対向するように配置され固定電極に対して移動可能に設けられた振動電極と、貫通孔を通して、二枚の振動電極を接続する接続部材で構成されるようにした静電容量型スピーカーも提案されている。   And in order to solve the above problems, to reduce the driving voltage of the capacitive sound wave generator or the capacitive speaker, and to suppress the power consumption, the penetration provided through the thickness It is composed of a fixed electrode having a hole, a vibration electrode that is arranged so as to face the fixed electrode and is movable with respect to the fixed electrode, and a connecting member that connects the two vibration electrodes through the through hole. Capacitance-type speakers that have been adapted are also proposed.

ところで、上記の静電容量型スピーカーにおいては、振動電極の変位dが、初期における振動電極と固定電極の間の間隔(d)の1/3以上になると変位が不安定になり、対向する固定電極に衝突する現象が発生することが知られている。この現象はプルイン(pull−in)と呼ばれている。上記のプルインが発生すると、振動電極は対向する固定電極に衝突するが、そこには強い静電引力が作用しているので振動電極が固定電極に貼り付いたり、衝突時の衝撃により振動電極が破壊する場合もあった。 By the way, in the above capacitive speaker, when the displacement d of the vibrating electrode becomes equal to or more than 1/3 of the initial distance (d 0 ) between the vibrating electrode and the fixed electrode, the displacement becomes unstable and faces each other. It is known that a phenomenon of colliding with a fixed electrode occurs. This phenomenon is called pull-in. When the above pull-in occurs, the vibrating electrode collides with the opposing fixed electrode, but since there is a strong electrostatic attraction, the vibrating electrode sticks to the fixed electrode, or the vibrating electrode is In some cases, it was destroyed.

本発明は上記のような従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的は、静電容量型の音波発生装置においてプルインの発生を抑止することで、静電容量型の音波発生装置の信頼性を向上できる技術を提供することである。   The present invention has been made in view of the prior art as described above, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of pull-in in the capacitive sound wave generator, and thereby to improve the reliability of the capacitive sound wave generator. It is to provide technology that can improve performance.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、板状の形状を有し、厚み方向に貫通するように設けられた一または複数の貫通孔を有する固定電極と、
板状または膜状の形状を有し、前記固定電極と対向するように前記固定電極を挟んで配置され、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二枚の振動電極と、
前記貫通孔を通して、前記二枚の振動電極を接続する接続部材と、
を備え、
前記二枚の振動電極と対向する、前記固定電極の両側の表面における少なくとも一部の領域には、誘電体層が設けられたことを特徴とする、静電容量型の音波発生装置である。
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has a plate-like shape and a fixed electrode having one or a plurality of through holes provided so as to penetrate in the thickness direction;
Two sheets having a plate-like or film-like shape, arranged so as to face the fixed electrode, with the fixed electrode interposed therebetween, and at least a central portion of the fixed electrode being provided so as to be movable in the thickness direction A vibrating electrode,
A connecting member for connecting the two vibrating electrodes through the through hole;
With
A capacitance-type sound wave generator, wherein a dielectric layer is provided in at least a part of a region on both surfaces of the fixed electrode facing the two vibrating electrodes.

これによれば、音孔の設けられていない固定電極と、固定電極を挟んで配置された二枚の振動電極の間の静電力に基づいて、二枚の振動電極を一体として振動させることができる。本発明では、固定電極に複数の音孔が設けられている従来の音波発生装置と比較して静電力を発生させる電極の面積をより大きくすることができ、より効率的に振動電極を振動させることができる。ここで、固定電極は接続部材を通すための貫通孔を有しているが、この貫通孔の面積は通常の静電容量型の音波発生装置における固定電極の音孔の合計面積に対して大幅に小さくすることができるので問題とはならない。   According to this, the two vibrating electrodes can be vibrated as a unit based on the electrostatic force between the fixed electrode not provided with the sound hole and the two vibrating electrodes disposed with the fixed electrode interposed therebetween. it can. In the present invention, the area of the electrode for generating an electrostatic force can be increased as compared with a conventional sound wave generator in which a plurality of sound holes are provided in the fixed electrode, and the vibrating electrode is vibrated more efficiently. be able to. Here, the fixed electrode has a through-hole through which the connecting member is passed. The area of the through-hole is significantly larger than the total area of the sound holes of the fixed electrode in a normal capacitive sound wave generator. Since it can be made smaller, there is no problem.

そして、本発明においては、前記二枚の振動電極と対向する、前記固定電極の両側の面における少なくとも一部の領域には、誘電体層が設けられている。これにより、誘電体層の誘電率、厚み、誘電体層と振動電極の間の距離を適切に設定することで、原理的にプルインが生じる振動電極の位置を、理論的に誘電体層の内部に設定することができる。その結果、プルインが生じることを抑止することが可能となる。   In the present invention, a dielectric layer is provided in at least a part of the regions on both sides of the fixed electrode facing the two vibrating electrodes. As a result, by appropriately setting the dielectric constant and thickness of the dielectric layer, and the distance between the dielectric layer and the vibrating electrode, the position of the vibrating electrode where the pull-in occurs in principle can be theoretically determined. Can be set to As a result, it is possible to suppress the occurrence of pull-in.

また、本発明においては、前記誘電体層の厚みをt、前記誘電体層の誘電率をε、前記振動電極と前記誘電体層の間の距離をg、前記振動電極と前記誘電体層の間の空間の誘電率をεとした場合に、

を満たすようにしてもよい。これによれば、さらに確実に、プルインが生じる振動電極の位置を、理論的に誘電体層の内部に設定することができる。その結果、プルインが生じることをより確実に抑止できる。
In the present invention, the thickness of the dielectric layer is t 1 , the dielectric constant of the dielectric layer is ε 1 , the distance between the vibrating electrode and the dielectric layer is g, the vibrating electrode and the dielectric When the dielectric constant of the space between the layers is ε,

You may make it satisfy | fill. According to this, the position of the vibrating electrode where pull-in occurs can be theoretically set inside the dielectric layer. As a result, it is possible to more reliably prevent pull-in.

また、本発明においては、前記二枚の振動電極の各々が、前記固定電極との間に生じる静電引力により、同じ方向に移動または変形するように、前記固定電極と前記二枚の振動電極の間に電圧を印加する音響信号入力手段をさらに備えるようにしてもよい。このことで、より効率的に音波を発生させることができ、音波発生装置の印加電圧を低下させ、消費電力を低減することが可能となる。   Further, in the present invention, the fixed electrode and the two vibrating electrodes are each moved or deformed in the same direction by an electrostatic attractive force generated between the two vibrating electrodes and the fixed electrode. An acoustic signal input means for applying a voltage between the two may be further provided. As a result, sound waves can be generated more efficiently, the applied voltage of the sound wave generator can be reduced, and power consumption can be reduced.

また、本発明においては、前記固定電極及び前記二枚の振動電極のうちの少なくとも一方を、その周縁部で固定するようにしてもよい。これによれば、固定電極及び振動電極の位置及び運動をより安定化させることができ、音波発生装置が発生する音波の品質を向上させることが可能となる。   In the present invention, at least one of the fixed electrode and the two vibrating electrodes may be fixed at the peripheral edge thereof. According to this, the positions and movements of the fixed electrode and the vibration electrode can be further stabilized, and the quality of the sound wave generated by the sound wave generator can be improved.

また、本発明においては、前記音響信号入力手段は、
プラスまたはマイナスのバイアス電圧を前記固定電極に印加し、
前記バイアス電圧の極性を反転させた反転バイアス電圧、前記バイアス電圧または、前記反転バイアス電圧と前記バイアス電圧の間の電圧のいずれかを基準として音響信号をアナログ信号に変換するとともに該アナログ信号の極性を反転した反転アナログ信号を生成し、前記アナログ信号および前記反転アナログ信号をそれぞれ前記二枚の振動電極に印加するよう構成されるようにしてもよい。
In the present invention, the acoustic signal input means is
Applying a positive or negative bias voltage to the fixed electrode;
The acoustic signal is converted into an analog signal based on one of an inverted bias voltage obtained by inverting the polarity of the bias voltage, the bias voltage, or a voltage between the inverted bias voltage and the bias voltage, and the polarity of the analog signal Inverted analog signals may be generated, and the analog signal and the inverted analog signal may be applied to the two vibrating electrodes, respectively.

これによれば、より確実に、二枚の振動電極の各々が、固定電極との間に生じる静電引力により同じ方向に移動するように制御可能である。これにより、より効率的に音波を発生させることができ、より確実に音波発生装置の印加電圧を低下させ、消費電力を低減することが可能となる。   According to this, it is possible to control the two vibrating electrodes so as to move in the same direction by the electrostatic attractive force generated between the two vibrating electrodes. As a result, sound waves can be generated more efficiently, the applied voltage of the sound wave generator can be reduced more reliably, and power consumption can be reduced.

また、本発明は、上記の静電容量型の音波発生装置から成り、前記音響信号入力手段による前記二枚の振動電極の振動により可聴域の音波を発生可能に構成されたことを特徴とする、静電容量型スピーカーであってもよい。これによれば、消費電力とスピーカサイズ両方に制約のあるモバイル機器やウェアラブル機器に搭載可能であって、プルインが生じず信頼性の高い静電容量型スピーカーを提供することが可能となる。   Further, the present invention is characterized by comprising the above-described capacitance-type sound wave generator and configured to be able to generate sound waves in the audible range by the vibration of the two vibration electrodes by the acoustic signal input means. A capacitive speaker may be used. According to this, it is possible to provide a highly reliable electrostatic capacity type speaker that can be mounted on a mobile device or a wearable device in which both power consumption and speaker size are restricted and pull-in does not occur.

なお、上記した各々の課題を解決するための手段は、可能な限り、組み合わせて使用することができる。   In addition, the means for solving each of the above-described problems can be used in combination as much as possible.

本発明によれば、静電容量型の音波発生装置においてプルインの発生を抑止し、静電容量型の音波発生装置の信頼性を向上させることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of a pull in in a capacitive sound wave generator, and to improve the reliability of a capacitive sound wave generator.

本発明の前提となる静電容量型スピーカーの音波発生部を示す概略図である。It is the schematic which shows the sound wave generation part of the electrostatic capacitance type speaker used as the premise of this invention. 本発明の前提となる音波発生部の作動を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the action | operation of the sound wave generation part used as the premise of this invention. 本発明の適用例に係る静電容量型スピーカーの音波発生部を示す概略図である。It is the schematic which shows the sound wave generation part of the electrostatic capacitance type speaker which concerns on the application example of this invention. 本発明の実施例における音響信号入力部を含めた、静電容量型スピーカーの概略図である。It is the schematic of an electrostatic capacitance type speaker including the acoustic signal input part in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーのプルイン現象を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pull-in phenomenon of the electrostatic capacitance type speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーのプルイン現象を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the pull-in phenomenon of the electrostatic capacitance type speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の原理を示すグラフである。It is a graph which shows the principle of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の原理を示す第2のグラフである。It is a 2nd graph which shows the principle of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の原理を示す第3のグラフである。It is a 3rd graph which shows the principle of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの駆動電圧がプルイン電圧以下である場合のつり合い点の位置を示すグラフである。It is a graph which shows the position of the balance point in case the drive voltage of the capacitive speaker in the Example of this invention is below a pull-in voltage. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの駆動電圧がプルイン電圧より高い場合のつり合い点の位置を示すグラフである。It is a graph which shows the position of the balance point in case the drive voltage of the capacitive speaker in the Example of this invention is higher than a pull-in voltage. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の製造プロセスを示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the manufacturing process of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の製造プロセスを示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the manufacturing process of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の製造プロセスを示す第3の図である。It is a 3rd figure which shows the manufacturing process of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の製造プロセスを示す第4の図である。It is a 4th figure which shows the manufacturing process of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention. 本発明の実施例における静電容量型スピーカーの音波発生部の製造プロセスを示す第5の図である。It is a 5th figure which shows the manufacturing process of the sound wave generation part of the capacitive speaker in the Example of this invention.

〔適用例〕
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。
[Application example]
Hereinafter, application examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明が適用されるべき静電容量型の音波発生装置の一例として、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10の概略図を示す。静電容量型スピーカー10においては、固定電極11を挟むようにして、2枚の振動電極としての振動体12および振動電極13が配置されており、振動体12と振動電極13とは、固定電極11の貫通孔11aを介して、接続部材14によって接続されている。なお、図1の例では、固定電極11の端部と、振動体12の端部は固定されており、振動電極13の端部はフリーとなっている。静電容量型スピーカー10は、図2(a)に示すように、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発生させ、振動体12を固定電極11側に変形させる。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a capacitive speaker 10 configured to generate audible sound waves as an example of a capacitive sound wave generator to which the present invention is to be applied. In the capacitance type speaker 10, the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are arranged as two vibrating electrodes so as to sandwich the fixed electrode 11. The vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are the same as the fixed electrode 11. It is connected by the connecting member 14 through the through hole 11a. In the example of FIG. 1, the end of the fixed electrode 11 and the end of the vibrating body 12 are fixed, and the end of the vibrating electrode 13 is free. As shown in FIG. 2A, the capacitance type speaker 10 applies a voltage to the vibrating body 12 in a state where a voltage is applied to the fixed electrode 11 and the fixed electrode 11 is negatively charged. By sending an electric signal having a polarity opposite to that of the fixed electrode 11 to the vibrating body 12 and positively charging it, an electrostatic attractive force is generated between the vibrating body 12 and the fixed electrode 11, and the vibrating body 12 is moved to the fixed electrode 11 side. To deform.

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。このとき、振動体12と振動電極13とは接続部材14で結合されているため、振動体12と振動電極13とが同じ方向に移動する。その結果、振動体12を固定電極11と反対側に変形させる。このように、振動体12と振動電極13とに音響信号に係る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可能となる。   Similarly, as shown in FIG. 2B, a voltage is applied to the vibrating electrode 13, and an electric signal having a polarity opposite to that of the fixed electrode 11 is sent to the vibrating electrode 13 so as to be positively charged. An electrostatic attractive force is applied between the electrode 13 and the fixed electrode 11 to move the vibration electrode 13 to the fixed electrode 11 side. At this time, since the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are coupled by the connecting member 14, the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 move in the same direction. As a result, the vibrating body 12 is deformed to the opposite side to the fixed electrode 11. Thus, by applying a voltage related to an acoustic signal to the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13, the vibrating body 12 can be vibrated and a sound wave can be output.

静電容量型スピーカー10においては、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、外側に配置された振動体12および振動電極13が振動する。従って、固定電極11、振動体12及び振動電極13のいずれにも音孔を設ける必要がない。これにより、外側の各固定電極に音孔が設けられた従来の静電容量型スピーカーと比較して、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との間に侵入しづらい。このため、振動体12や振動電極13、固定電極11に異物が付着することを抑制でき、放電の発生を抑制し、振動体12の信頼性および耐久性を向上させることが可能となる。   In the capacitive speaker 10, the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are disposed so as to sandwich the fixed electrode 11, and the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 disposed on the outside vibrate. Therefore, it is not necessary to provide a sound hole in any of the fixed electrode 11, the vibrating body 12, and the vibrating electrode 13. As a result, dust, water, moisture, and the like are placed between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 as compared with a conventional capacitive speaker in which a sound hole is provided in each outer fixed electrode. Hard to invade. For this reason, it can suppress that a foreign material adheres to the vibrating body 12, the vibrating electrode 13, and the fixed electrode 11, and generation | occurrence | production of discharge can be suppressed and the reliability and durability of the vibrating body 12 can be improved.

なお、静電容量型スピーカー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、音波を通すための音孔と比較して、固定電極11の表面積に対する割合を小さくすることができる。このため、貫通孔11aを設けた場合でも、貫通孔11aによる静電力の低下幅は小さい。また、静電容量型スピーカー10は、振動体12及び振動電極13が固定電極11の外側に配置されているため、振動体12または振動電極13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 capacitance type speaker 10, the through hole 11 a provided in the fixed electrode 11 is used only for passing the connection member 14, and therefore, compared to the sound hole for passing sound waves, the fixed electrode 11. The ratio with respect to the surface area can be reduced. For this reason, even when the through hole 11a is provided, the amount of decrease in electrostatic force due to the through hole 11a is small. In addition, since the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are disposed outside the fixed electrode 11, the waveform of the capacitive speaker 10 is disturbed by interference due to the sound wave output from the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13. It can be propagated to the outside without increasing the sound quality.

ここで、静電容量型スピーカー10においては、固定電極11と振動体12または振動電極13との間に電圧を加え、生じる静電力により振動体12及び振動電極13を振動させる。この振動により空気を振動させ音波を発生させる。このような静電力により仕事をするメカニズムは静電アクチュエーターとも呼ばれており、静電容量型スピーカー10の他、様々な装置で利用されている。ここで、静電アクチュエーターにおいて振動電極がある程度以上、対向する固定電極に接近すると変位が不安定になり、固定電極に衝突する現象が発生することが知られている。この現象はプルイン(pull−in)と呼ばれている。   Here, in the capacitive speaker 10, a voltage is applied between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13, and the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are vibrated by the generated electrostatic force. By this vibration, air is vibrated to generate sound waves. Such a mechanism for working by electrostatic force is also called an electrostatic actuator, and is used in various devices in addition to the capacitive speaker 10. Here, it is known that when the vibrating electrode approaches the fixed electrode facing the electrostatic actuator more than a certain amount, the displacement becomes unstable and a phenomenon of colliding with the fixed electrode occurs. This phenomenon is called pull-in.

上記のプルインが発生すると、振動体12または振動電極13は対向する固定電極11に衝突するが、そこには強い静電引力が作用しているので振動体12または振動電極13が固定電極11に貼り付いてしまったり、衝突時の衝撃により振動体12または振動電極13が破損する場合もある。そのため静電アクチュエーターを使用する時にはプルインが生じないようにする必要がある。   When the pull-in occurs, the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 collides with the opposing fixed electrode 11, and a strong electrostatic attraction is acting on the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13, so that the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 contacts the fixed electrode 11. In some cases, the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 may be damaged due to sticking or an impact at the time of collision. Therefore, it is necessary to prevent pull-in when using an electrostatic actuator.

上述のプルインが生じないようにするため、静電容量型スピーカー10においては、振動体12または振動電極13と固定電極11の間の間隔を、振動体12または振動電極13の振動変位の3倍以上に設定する必要があった。ここで、静電容量型スピーカー10から1cmの距離で音圧80dBを得るために必要な振動電極のサイズと振動変位は、例えば以下のようになる。
1.振動電極及び固定電極の径:4mm
2.振動電極厚さ/ヤング率:5μm/2.8GPa
3.振動電極の変位:27μm
In order to prevent the above pull-in from occurring, in the capacitive speaker 10, the interval between the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 and the fixed electrode 11 is set to be three times the vibration displacement of the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13. It was necessary to set above. Here, the size and vibration displacement of the vibration electrode necessary for obtaining a sound pressure of 80 dB at a distance of 1 cm from the capacitive speaker 10 are as follows, for example.
1. Diameter of vibration electrode and fixed electrode: 4 mm
2. Vibrating electrode thickness / Young's modulus: 5 μm / 2.8 GPa
3. Displacement of vibrating electrode: 27μm

この場合において、プルインが生じないようにするためには、固定電極11と振動体12または振動電極13の間隔を振動変位の3倍である81μmより大きくすることが必要である。そして、固定電極11と振動体12または振動電極13の間隔を81μmに設定した場合の駆動電圧は130Vとなる。このように静電容量型スピーカー10においてプルインを抑止するためには、駆動電圧を非常に高くしなければならなかった。   In this case, in order to prevent pull-in from occurring, it is necessary to make the interval between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 larger than 81 μm, which is three times the vibration displacement. When the distance between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 is set to 81 μm, the driving voltage is 130V. Thus, in order to suppress pull-in in the capacitive speaker 10, the drive voltage had to be very high.

この課題に対し、本適用例では、図3に示すように、静電容量型スピーカー10の固定電極11と、振動体12及び振動電極13の間に、所定の厚み及び誘電率を有する誘電体を設置することとした。これにより、静電容量型スピーカー10においてプルインを抑止することができる。なお、この誘電体15は、振動体12及び振動電極13を、固定電極11に衝突させないためのストッパーやスペーサーとは技術的意義が全く異なる。静電容量型スピーカー10に、適切な厚み及び誘電率を有さない単なるストッパーやスペーサーを挿入した場合、結果として、振動体12または振動電極13が固定電極11に衝突することを防止できるが、振動体12または振動電極13が、誘電体15に貼り付いたり、誘電体15との間の空間において安定して挙動することが困難になる虞があるからである。   To deal with this problem, in this application example, as shown in FIG. 3, a dielectric having a predetermined thickness and dielectric constant between the fixed electrode 11 of the capacitive speaker 10, and the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13. It was decided to install. Thereby, pull-in can be suppressed in the capacitive speaker 10. The dielectric 15 is completely different in technical significance from a stopper or a spacer for preventing the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 from colliding with the fixed electrode 11. When a simple stopper or spacer that does not have an appropriate thickness and dielectric constant is inserted into the capacitive speaker 10, as a result, the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 can be prevented from colliding with the fixed electrode 11, This is because it may be difficult for the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 to adhere to the dielectric 15 or behave stably in the space between the dielectric 15.

本適用例では、このように適切な厚み及び誘電率を有する誘電体15を固定電極11と振動体12または振動電極13の間に設置することで、振動体12または振動電極13は振動時に、誘電体15への貼り付きや動作の不安定化を抑止することが可能となった。   In this application example, by installing the dielectric 15 having an appropriate thickness and dielectric constant between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13, the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13 is It has become possible to suppress sticking to the dielectric 15 and unstable operation.

なお、図3においては、固定電極11の両側の表面の全域に誘電体15を設けているが、必ずしも、固定電極11の両面の全域に誘電体15を設置する必要はなく、固定電極11において振動体12または振動電極13と対向する面の一部の領域に設けても構わない。例えば、振動体12側の面では、振動体12の変位がより大きくなる中央部にのみ設けるようにしてもよい。また、上記の適用例では、固定電極11には単一の貫通孔11aが設けられ、単一の接続部材14により振動体12と振動電極13とが接続されている例について説明したが、貫通孔11a及び接続部材14が複数設けられていてもよいことは当然である。   In FIG. 3, the dielectric 15 is provided over the entire surface on both sides of the fixed electrode 11, but the dielectric 15 is not necessarily provided over the entire surface of both surfaces of the fixed electrode 11. You may provide in the one part area | region of the surface facing the vibrating body 12 or the vibrating electrode 13. FIG. For example, on the surface on the vibration body 12 side, the vibration body 12 may be provided only in the central portion where the displacement of the vibration body 12 becomes larger. In the above application example, the fixed electrode 11 is provided with the single through hole 11a, and the vibration member 12 and the vibration electrode 13 are connected by the single connection member 14. Of course, a plurality of holes 11a and connecting members 14 may be provided.

<実施例1>
次に、本発明の実施例1について図4を用いて説明する。ここで、まず、本実施例における静電容量型スピーカー10と音響信号入力手段としての音響信号入力装置16とからなる静電容量型スピーカーシステム20について説明する。前述のように、静電容量型スピーカーシステム20は、固定電極11と振動体12、振動電極13、接続部材14及び誘電体15からなる静電容量型スピーカー10と、音響信号入力装置16を備えている。
<Example 1>
Next, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. Here, first, the capacitive speaker system 20 including the capacitive speaker 10 and the acoustic signal input device 16 as acoustic signal input means in the present embodiment will be described. As described above, the capacitive speaker system 20 includes the capacitive speaker 10 including the fixed electrode 11, the vibrating body 12, the vibrating electrode 13, the connection member 14, and the dielectric 15, and the acoustic signal input device 16. ing.

ここで、静電容量型スピーカー10において、固定電極11は、例えば円板状を成し、中央に厚み方向に貫通して設けられた貫通孔11aが設けられている。振動体12は、例えば固定電極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と対向するように配置されている。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おり、固定電極11に対して振動体12とは反対側において、固定電極11と対向するよう配置されている。   Here, in the capacitive speaker 10, the fixed electrode 11 has a disk shape, for example, and is provided with a through hole 11 a provided in the center in the thickness direction. The vibrating body 12 has a thin disk shape with a diameter smaller than that of the fixed electrode 11, for example. The vibrating body 12 is disposed 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, and is disposed so as to face the fixed electrode 11 on the side opposite to the vibrating body 12 with respect to the fixed electrode 11. .

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。これにより、振動体12及び振動電極13は固定電極11に対して、厚み方向に振動可能になっている。その際、振動体12および振動電極13は、接続部材14により、同じ方向に同距離だけ移動し、同時に振動するようになっている。   The connecting member 14 has an elongated rod 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. Thereby, the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 can vibrate in the thickness direction with respect to the fixed electrode 11. At that time, the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 are moved by the same distance in the same direction by the connecting member 14 and are vibrated simultaneously.

音響信号入力装置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にプラスのバイアス電圧を供給する。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。電圧変換部32は、音響入力端子32aから音響信号が入力され、その音響信号を、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。電圧変換部32は、変換されたアナログ信号を、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、振動電極13に供給する。これにより、静電容量型スピーカー10は、図1及び図2で説明した原理に従って、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力を利用して振動体12及び振動電極13を振動させ、音波を発生させる。なお、バイアス発生部31は、マイナスのバイアス電圧ではなく、プラスのバイアス電圧や、マイナスのバイアス電圧とプラスのバイアス電圧の間の電圧を電圧変換部32に供給するようにしてもよい。この場合、電圧変換部32は、音響信号を、バイアス発生部31から供給されたプラスのバイアス電圧や、マイナスのバイアス電圧とプラスのバイアス電圧の間の電圧を基準として、その電位より高い電圧または低い電圧の、アナログ信号に変換するようにしてもよい。   The acoustic signal input device 16 includes a bias generator 31 and a voltage converter 32. The bias generator 31 generates positive and negative bias voltages and supplies the positive bias voltage to the fixed electrode 11. In addition, the bias generator 31 supplies a negative bias voltage to the voltage converter 32. The voltage conversion unit 32 receives an acoustic signal from the acoustic input terminal 32a, and uses the acoustic signal as a reference from a negative bias voltage supplied from the bias generation unit 31 as a positive voltage or bias potential higher than the bias potential. Convert to analog signal with low negative voltage. The voltage conversion unit 32 supplies the converted analog signal to the vibrating body 12 and supplies an inverted signal obtained by inverting the polarity of the analog signal to the vibrating electrode 13. Accordingly, the capacitive speaker 10 vibrates using the electrostatic force acting between the vibrating body 12 and the fixed electrode 11 and between the vibrating electrode 13 and the fixed electrode 11 in accordance with the principle described with reference to FIGS. 1 and 2. The body 12 and the vibrating electrode 13 are vibrated to generate sound waves. Note that the bias generator 31 may supply the voltage converter 32 with a positive bias voltage or a voltage between the negative bias voltage and the positive bias voltage instead of the negative bias voltage. In this case, the voltage conversion unit 32 uses the positive bias voltage supplied from the bias generation unit 31 or a voltage between the negative bias voltage and the positive bias voltage as a reference, or a voltage higher than that potential. You may make it convert into the analog signal of a low voltage.

次に、プルインの発生原理について説明する。図5は、固定電極11と振動体12の関係を模式的に示した図である。図5において、固定電極11は剛体からなる枠体として表記されている。また、振動体12はバネ定数kのつるまきバネでぶら下げられた板として表記されている。そして、図5(a)は、固定電極11と振動体12の間に電圧の印加がない場合を示している。図5(a)において、振動体12は、固定電極11から距離dの点に位置している。この高さにおいて、板の自重とバネ力が釣り合っている状態である。なお、本明細書における以下の説明においては、振動電極の例として振動体12を選択して説明するが、同様の説明は振動電極13についても成り立つ。 Next, the principle of occurrence of pull-in will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12. In FIG. 5, the fixed electrode 11 is represented as a rigid frame. The vibrating body 12 is represented as a plate hung by a helical spring having a spring constant k. FIG. 5A shows a case where no voltage is applied between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12. In FIG. 5A, the vibrating body 12 is located at a distance d 0 from the fixed electrode 11. At this height, the weight of the plate and the spring force are in balance. In the following description of the present specification, the vibrating body 12 is selected as an example of the vibrating electrode. However, the same description also applies to the vibrating electrode 13.

図5(b)は、固定電極11と振動体12の間に比較的低い電圧Vが印加された場合を示している。図5(b)に示すように、この場合には、固定電極11と振動体12の間に、電圧Vにより生じた静電引力により、振動体12が固定電極11に引っ張られる。そして、釣り合い位置からxだけ下がった第二の釣り合い位置においてバネ力と釣り合っている。図5(c)は、固定電極11と振動体12の間にVより高い電圧Vが印加された場合を示している。図5(c)に示すように、固定電極11と振動体12の間に、電圧Vにより生じた静電引力により、振動体12が固定電極11に引っ張られ、衝突した上で貼り付いてしまう。 FIG. 5B shows a case where a relatively low voltage V 1 is applied between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12. As shown in FIG. 5 (b), in this case, between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12, the electrostatic attraction caused by the voltage V 1, the vibrating body 12 is pulled to the fixed electrode 11. Then, in balance with the spring force in the second balancing position lowered by x 1 from the balanced position. FIG. 5C shows a case where a voltage V 2 higher than V 1 is applied between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12. As shown in FIG. 5 (c), between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12, the electrostatic attraction caused by the voltage V 2, the vibrating body 12 is pulled to the fixed electrode 11, stuck on colliding End up.

図6には、バネ力Fsと静電引力Feの関係を示す。実線の直線はバネ力Fsを、実線の曲線は静電引力Feを示す。図6では静電引力Feとバネ力Fsが逆方向に作用していることが分かる。バネ力Fsと静電引力Feの絶対値の関係を示すために、バネ力Fsを上下反転させた破線を示している。   FIG. 6 shows the relationship between the spring force Fs and the electrostatic attractive force Fe. The solid line represents the spring force Fs, and the solid curve represents the electrostatic attractive force Fe. In FIG. 6, it can be seen that the electrostatic attractive force Fe and the spring force Fs are acting in opposite directions. In order to show the relationship between the absolute value of the spring force Fs and the electrostatic attractive force Fe, a broken line obtained by vertically inverting the spring force Fs is shown.

図6において電圧Vを印加した場合の静電引力Feとバネ力Fsはx=xにおいて交差していることが分かる。この点は、電圧Vを印加した場合のつり合い点である。そして、電圧Vを印加した場合には、xがxより若干大きくなったとしても、バネ力Fsが静電引力Feより大きいため、振動体12の位置は、つり合い点において安定しておりプルインは生じない。しかしながら、移動距離xが増加すると、バネ力Fsはxに比例して直線的に増加するのに対し、静電引力Feは(d−x)の二乗に反比例する形で増加していく。よって、xが増加しプルインが生じる閾値を超えると、静電引力Feがバネ力Fsを上回り、振動体12はさらに固定電極11に近づく。そうすると、さらに、静電引力Feとバネ力Fsの差が大きくなるために、振動体12は加速的に固定電極11に近
づき、結果として振動体12は固定電極11に衝突し貼り付くことになる。
In FIG. 6, it can be seen that the electrostatic attractive force Fe and the spring force Fs when the voltage V 1 is applied intersect at x = x 1 . This point is the balance point when a voltage is applied to V 1. When the voltage V 1 is applied, even if x is slightly larger than x 1 , the spring force Fs is larger than the electrostatic attractive force Fe, so that the position of the vibrating body 12 is stable at the balance point. There is no pull-in. However, as the moving distance x increases, the spring force Fs increases linearly in proportion to x, whereas the electrostatic attractive force Fe increases in inverse proportion to the square of (d 0 −x). Therefore, when x increases and exceeds the threshold value at which pull-in occurs, the electrostatic attractive force Fe exceeds the spring force Fs, and the vibrating body 12 further approaches the fixed electrode 11. Then, since the difference between the electrostatic attractive force Fe and the spring force Fs becomes larger, the vibrating body 12 approaches the fixed electrode 11 at an accelerated speed, and as a result, the vibrating body 12 collides with and adheres to the fixed electrode 11. .

また、図6から分かるように、固定電極11と振動体12との間により高い電圧Vが印加された場合には、固定電極11と振動体12の間の距離に関わらず静電引力Fe>バネ力Fsとなるので、つり合い点は存在せず、振動体12と固定電極11は瞬時にして衝突し貼り付くこととなる。 Further, as can be seen from FIG. 6, when a higher voltage V 2 is applied between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12, the electrostatic attractive force Fe regardless of the distance between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12. Since the spring force Fs is satisfied, there is no balance point, and the vibrating body 12 and the fixed electrode 11 collide and stick in an instant.

これに対し、本実施例においては、図7に示すように、固定電極11に誘電体15を設けることとした。以下、本実施例の原理について説明する。図7に示した系では、固定電極11と振動体12の間に、電圧Vを印加し、電極間に静電引力Feを発生させて、振動体12がxだけ移動して、バネ力Fsと釣り合った場合に、この系に作用している静電力Feは、以下の式(1)のように表される。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the dielectric 15 is provided on the fixed electrode 11. Hereinafter, the principle of the present embodiment will be described. In the system shown in FIG. 7, a voltage V is applied between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12 to generate an electrostatic attractive force Fe between the electrodes, so that the vibrating body 12 moves by x and the spring force Fs. The electrostatic force Fe acting on this system when balanced with is expressed as the following equation (1).

ここで、ε0は真空の誘電率、εは振動体12と誘電体15との間の空間の誘電率、ε
は誘電体15の誘電率である。また、Sは固定電極11、振動体12及び誘電体15の面積、Vは固定電極11と振動体12の間の印加電圧、gは印加電圧がない場合のつり合
い位置(以下、初期位置ともいう)における振動体12と誘電体15の間の間隔、tは誘電体15の厚み、xは初期位置からの振動体12の変位を表わす。
Here, ε 0 is the dielectric constant of vacuum, ε is the dielectric constant of the space between the vibrating body 12 and the dielectric 15, and ε
1 is the dielectric constant of the dielectric 15. Further, S is the area of the fixed electrode 11, the vibrating body 12 and the dielectric 15, V is an applied voltage between the fixed electrode 11 and the vibrating body 12, and g is a balanced position when there is no applied voltage (hereinafter also referred to as an initial position). ), The distance between the vibrating body 12 and the dielectric 15, t 1 represents the thickness of the dielectric 15, and x represents the displacement of the vibrating body 12 from the initial position.

電圧Vを印加した場合の静電引力Feが、バネ定数kに基づくバネ力Fsとつり合う位置においては、以下の式(2)が成立する。

そして、式(2)を変形することにより、以下の式(3)が得られる。
The following equation (2) is established at a position where the electrostatic attractive force Fe when the voltage V is applied is balanced with the spring force Fs based on the spring constant k.

And the following formula | equation (3) is obtained by deform | transforming Formula (2).

式(3)において、xに対する右辺、左辺の値の変化の様子は図8のように表すことができる。式(3)の左辺はxに対する3次関数であるので、xの値が0から(tε/ε
+g)まで変化する間にx=(tε/ε+g)/3においてピークを有する。一方、式(3)の右辺は、xの変化に関係なく電圧Vの値により決まる一定の値となる。図8において、式(3)の左辺の3次関数と、式(3)の右辺の直線の交点におけるxの値がつり合い位置であり、式(2)の解である。
In Equation (3), the change in the values of the right side and the left side with respect to x can be expressed as shown in FIG. Since the left side of Equation (3) is a cubic function for x, the value of x is from 0 to (t 1 ε / ε
It has a peak at x = (t 1 ε / ε 1 + g) / 3 while changing to 1 + g). On the other hand, the right side of Expression (3) is a constant value determined by the value of the voltage V regardless of the change of x. In FIG. 8, the value of x at the intersection of the cubic function on the left side of Equation (3) and the straight line on the right side of Equation (3) is the balanced position, which is the solution of Equation (2).

図8において、式(3)の右辺による直線は電圧Vを増加させることで上昇するので、電圧Vが一定の値を超えると式(3)の左辺による曲線と式(3)の右辺による直線は交点を有さなくなる。式(3)の左辺の曲線のピークは、x=(tε/ε+g)/3において存在するので、式(3)の右辺の直線の値が当該ピークを越えて大きくなると、つり合い点が消失する。このような状態をプルインと考えることができる。なお、以下の説明
においてプルインが生じる電圧V、すなわち、図8において式(3)の右辺の直線の値が当該ピークに接する状態の電圧Vをプルイン電圧ともいう。
In FIG. 8, since the straight line by the right side of Formula (3) rises by increasing the voltage V, when the voltage V exceeds a fixed value, the curve by the left side of Formula (3) and the straight line by the right side of Formula (3) No longer has an intersection. Since the peak of the curve on the left side of the equation (3) exists at x = (t 1 ε / ε 1 + g) / 3, if the value of the straight line on the right side of the equation (3) becomes larger than the peak, it is balanced. The point disappears. Such a state can be considered as pull-in. In the following description, the voltage V at which pull-in occurs, that is, the voltage V in a state where the value of the straight line on the right side of Equation (3) in FIG. 8 is in contact with the peak is also referred to as a pull-in voltage.

本発明においては、固定電極11の上に誘電体15の層を形成し、プルインの発生を抑止する。より具体的には、図8に示したピークが、誘電体15の内部に存在するようにし、振動体12の可動範囲においては、振動体12の安定した作動を可能とする。このためには、以下の式(4)が成立すれは良い。

式(4)は変形すると式(5)となる。

式(5)が成立すれば、図9に示すように、式(3)の左辺のピークは常に、誘電体15内に存在することとなるので、式(3)の右辺の直線との交点であるつり合い点は式(3)の左辺のピークに達することはない。よって、振動体12の可動範囲(x<g)においてプルイン状態は現れずに安定な動作が行われる。
In the present invention, the dielectric 15 layer is formed on the fixed electrode 11 to suppress the occurrence of pull-in. More specifically, the peak shown in FIG. 8 is made to exist inside the dielectric 15, and the vibration body 12 can be stably operated in the movable range of the vibration body 12. For this purpose, the following equation (4) should be satisfied.

Equation (4) is transformed into Equation (5).

If Expression (5) is satisfied, as shown in FIG. 9, the peak on the left side of Expression (3) always exists in the dielectric 15, so that the intersection with the straight line on the right side of Expression (3) The balance point is not to reach the peak on the left side of Equation (3). Therefore, the pull-in state does not appear in the movable range (x <g) of the vibrating body 12, and a stable operation is performed.

本発明の誘電体15の層は、先述のように、静電アクチュエーターの中でしばしば用いられるスペーサーやストッパーとは作用・効果において全く異なる。例えば特許文献6においては、静電アクチュエーターのエアギャップ内にスペーサーを設けているが、これは、プルイン動作電圧を印加した際に電極どうしが直接貼り付くことを防止するものであり、誘電体の誘電率や寸法について静電アクチュエーターの動作と関連付けてプルインを抑止するものではない。   As described above, the layer of the dielectric 15 of the present invention is completely different from the spacers and stoppers often used in the electrostatic actuator in terms of operation and effect. For example, in Patent Document 6, a spacer is provided in the air gap of the electrostatic actuator. This prevents the electrodes from sticking directly when a pull-in operating voltage is applied. The dielectric constant and dimensions are not associated with the operation of the electrostatic actuator and do not suppress pull-in.

ここで、誘電体15の材料としては、例えば、ポリマーに無機材料を分散させることにより形成した感光性樹脂を用いてもよい。この際、分散させる無機材料としては、チタン酸バリウム等の高誘電率無機粒子(ε≒50程度)を例示することができる。また、誘電体15の材料としては、SU−8等の誘電率3〜4程度のフォトレジスト用樹脂材料を用いても構わない。これらを用いることで、フォトリソグラフィーの手法により形状加工が可能となり、半導体製造工程によって固定電極11と一体に誘電体15を形成することが可能である。   Here, as the material of the dielectric 15, for example, a photosensitive resin formed by dispersing an inorganic material in a polymer may be used. In this case, examples of the inorganic material to be dispersed include high dielectric constant inorganic particles (e.g., about ε≈50) such as barium titanate. Further, as the material of the dielectric 15, a resin material for photoresist having a dielectric constant of about 3 to 4 such as SU-8 may be used. By using these, shape processing can be performed by a photolithography technique, and the dielectric 15 can be formed integrally with the fixed electrode 11 by a semiconductor manufacturing process.

本発明によりプルインが発生しなくなると、プルインにより、振動体12や振動電極13が固定電極11に貼り付いたり、固定電極11と衝突して破損する不都合を抑止することができる。そして、振動体12や振動電極13を安定的に制御することが可能な範囲を拡大することができる。図10(a)は本実施例を適用しない場合、図10(b)は本実施例を適用した場合の電圧Vと振動体12の変位との関係の例を示す。プルイン電圧V近傍においては、振動体12の変位が急激に増加する。 When pull-in does not occur according to the present invention, it is possible to suppress the inconvenience of the vibrating body 12 and the vibrating electrode 13 sticking to the fixed electrode 11 or colliding with and being damaged by the pull-in. And the range which can control the vibrating body 12 and the vibration electrode 13 stably can be expanded. 10A shows an example of the relationship between the voltage V and the displacement of the vibrating body 12 when the present embodiment is not applied, and FIG. 10B shows the case where the present embodiment is applied. In the vicinity of the pull-in voltage V 0 , the displacement of the vibrating body 12 increases rapidly.

よって、図10(a)のように、式(3)の左辺のピークが振動体12の可動範囲に存在する場合には、プルイン電圧V近傍において振動体12の動作が不安定化する。よって、この領域は実際には使用できない。一方、図10(b)では、プルインの発生ポイントは、振動体12の可動範囲外(誘電体15の内部)にあるので、振動体12の可動範囲においては、振動体12の変位の急激な増加は現れない。よって、振動体12の動作は安
定であり、振動体12と誘電体15の間の空間の全ての領域を使用することが可能である。
Therefore, as shown in FIG. 10A, when the peak on the left side of Equation (3) exists in the movable range of the vibrating body 12, the operation of the vibrating body 12 becomes unstable near the pull-in voltage V 0 . Therefore, this area cannot actually be used. On the other hand, in FIG. 10B, the pull-in generation point is outside the movable range of the vibrating body 12 (inside the dielectric 15), and therefore, in the movable range of the vibrating body 12, the displacement of the vibrating body 12 is abrupt. There is no increase. Therefore, the operation of the vibrating body 12 is stable, and it is possible to use the entire region of the space between the vibrating body 12 and the dielectric 15.

次に、図11及び図12を用いて、本実施例の、印加電圧と振動体12の作動との関係を別の観点から説明する。図11及び図12において横軸はxすなわち、振動体12の位置を示す。縦軸は、振動体12に作用する力を示す。より具体的には、xに比例して増加する直線はバネ力Fsの絶対値である。下に凸形状を有する曲線は静電力Feである。また、図11及び図12において、左側のハッチングのない部分は振動体12の可動領域、右側のハッチングが施された部分は誘電体15の内部を示す。また、静電力Feを示す曲線において、実線は誘電体15が設けられた場合、破線は誘電体15が設けられない場合であって誘電体15が設けられた場合と異なる部分を示している。   Next, the relationship between the applied voltage and the operation of the vibrating body 12 according to the present embodiment will be described from another viewpoint with reference to FIGS. 11 and 12. 11 and 12, the horizontal axis indicates x, that is, the position of the vibrating body 12. The vertical axis represents the force acting on the vibrating body 12. More specifically, the straight line that increases in proportion to x is the absolute value of the spring force Fs. The curve having a convex shape below is the electrostatic force Fe. 11 and 12, the left unhatched part indicates the movable region of the vibrating body 12, and the right hatched part indicates the inside of the dielectric 15. In the curve indicating the electrostatic force Fe, a solid line indicates a portion where the dielectric 15 is provided, and a broken line indicates a portion where the dielectric 15 is not provided and is different from the case where the dielectric 15 is provided.

図11(a)は、印加電圧Vがプルイン電圧Vより小さい場合を示している。この場合には、静電力Feは全体的に小さく、バネ力Fsを示す直線と静電力Feを示す曲線の交点であるつり合い点は、振動体12の可動領域のうち比較的xが小さい場所において存在している。よって、電圧Vを印加した場合にも、誘電体15の有無に拘らず、振動体12はつり合い点まで移動して安定し、プルインは生じない。 FIG. 11A shows a case where the applied voltage V is smaller than the pull-in voltage V 0 . In this case, the electrostatic force Fe is generally small, and the balance point, which is the intersection of the straight line indicating the spring force Fs and the curve indicating the electrostatic force Fe, is in a place where x is relatively small in the movable region of the vibrating body 12. Existing. Therefore, even when the voltage V is applied, regardless of the presence or absence of the dielectric 15, the vibrating body 12 moves to the balance point and stabilizes, and pull-in does not occur.

次に、図11(b)は、印加電圧Vがプルイン電圧Vと等しい場合について示す。この場合には、誘電体15を設けない場合の静電力Feを示す曲線は、バネ力Fsを示す直線に接する。一方、誘電体15を設けた場合の静電力Feを示す曲線はバネ力Fsを示す直線と交差している。この場合には、誘電体15が設けられない場合には、つり合い点は存在するが、つり合い点以外の位置では静電力Feがバネ力Fsより大きいため、振動体12の作動は不安定になりプルインが生じ易い。一方、誘電体15を設けた場合には、静電力Feを示す曲線とバネ力Fsを示す直線の交点につり合い点が存在し、振動体12の作動は安定である。なお、この場合には、誘電体15の表面近傍がつり合い点になるため、振動体12が誘電体15に当接することは有り得るが衝突により振動体12が破損する等の不都合は生じない。 Next, FIG. 11B shows a case where the applied voltage V is equal to the pull-in voltage V 0 . In this case, the curve indicating the electrostatic force Fe when the dielectric 15 is not provided is in contact with the straight line indicating the spring force Fs. On the other hand, the curve indicating the electrostatic force Fe when the dielectric 15 is provided intersects with a straight line indicating the spring force Fs. In this case, when the dielectric 15 is not provided, a balance point exists, but the electrostatic force Fe is larger than the spring force Fs at a position other than the balance point, so that the operation of the vibrating body 12 becomes unstable. Pull-in is likely to occur. On the other hand, when the dielectric 15 is provided, there is a balanced point at the intersection of the curve indicating the electrostatic force Fe and the straight line indicating the spring force Fs, and the operation of the vibrating body 12 is stable. In this case, since the vicinity of the surface of the dielectric 15 serves as a balance point, the vibrating body 12 may come into contact with the dielectric 15, but there is no inconvenience such as damage to the vibrating body 12 due to a collision.

次に、図12(a)においては印加電圧Vがプルイン電圧Vより大きい場合を示している。図12(a)では、誘電体15を設けない場合の静電力Feを示す曲線は、バネ力Fsを示す直線と接することはない。そして、プルインが生じる。この場合には、常に静電力Feがバネ力Fsより大きいので、振動体12が固定電極11に衝突することが有り得る。一方、誘電体15が設けられた場合の静電力Feを示す曲線はバネ力Fsを示す直線と交差しており、なおつり合い点は存在し、振動体12の作動は安定である。実際には、つり合い点は誘電体15の内部に存在するので、振動体12が誘電体15に当接することは有り得るが、静電力Feとバネ力Fsの差が小さいため、衝突により振動体12が破損する等の不都合は生じない。 Next, FIG. 12A shows a case where the applied voltage V is greater than the pull-in voltage V 0 . In FIG. 12A, the curve indicating the electrostatic force Fe when the dielectric 15 is not provided does not touch the straight line indicating the spring force Fs. And pull-in occurs. In this case, since the electrostatic force Fe is always greater than the spring force Fs, the vibrating body 12 may collide with the fixed electrode 11. On the other hand, the curve indicating the electrostatic force Fe when the dielectric 15 is provided intersects the straight line indicating the spring force Fs, and there is still a balance point, and the operation of the vibrating body 12 is stable. Actually, since the balance point exists inside the dielectric 15, the vibrating body 12 may contact the dielectric 15, but the difference between the electrostatic force Fe and the spring force Fs is small. There will be no inconvenience such as damage.

図12(b)においては印加電圧Vがプルイン電圧Vより大幅に大きい場合を示している。図12(b)では、誘電体15を設けない場合の静電力Feを示す曲線は、バネ力Fsを示す直線と接することはなく、その隙間は図12(a)より大きい。この場合には、プルインが生じ、振動体12はさらなる勢いで固定電極11に衝突する危険性がある。一方、誘電体15が設けられた場合の静電力Feを示す曲線は、バネ力Fsを示す直線と接しており、この場合においてもつり合い点は存在する。実際には、つり合い点は誘電体15の内部に存在するので、振動体12が誘電体15に当接することは有り得るが、この場合でも静電力Feとバネ力Fsの差が小さいため、衝突により振動体12が破損する等の不都合は生じない。 It shows a case where the applied voltage V is much greater than the pull-in voltage V 0 in FIG. 12 (b). In FIG. 12B, the curve indicating the electrostatic force Fe when the dielectric 15 is not provided does not contact the straight line indicating the spring force Fs, and the gap is larger than that in FIG. In this case, pull-in occurs, and there is a risk that the vibrating body 12 may collide with the fixed electrode 11 with further momentum. On the other hand, the curve indicating the electrostatic force Fe when the dielectric 15 is provided is in contact with the straight line indicating the spring force Fs, and in this case, there is an entanglement point. Actually, since the balance point exists inside the dielectric 15, it is possible that the vibrating body 12 abuts on the dielectric 15, but even in this case, the difference between the electrostatic force Fe and the spring force Fs is small. There is no inconvenience such as breakage of the vibrator 12.

次に、本実施例における静電容量型スピーカー10の製造方法の一例について説明する
。本実施例に係る静電容量型スピーカー10は以下の半導体製造工程によって製造することができる。すなわち、図13(a)に示すように、厚さ300μmのシリコン(Si)51と、両面に設けられた厚さ0.8μmの酸化シリコン(SiO2)の絶縁層52、53から成るシリコン基板50に対し、図13(b)に示すように、図中下方の絶縁層53をドライエッチングにより全面除去し、図中上方の絶縁層52はフォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、コンタクトホール54を形成する。
Next, an example of a manufacturing method of the capacitive speaker 10 in the present embodiment will be described. The capacitive speaker 10 according to the present embodiment can be manufactured by the following semiconductor manufacturing process. That is, as shown in FIG. 13A, a silicon substrate 50 comprising silicon (Si) 51 having a thickness of 300 μm and insulating layers 52 and 53 of silicon oxide (SiO 2) having a thickness of 0.8 μm provided on both surfaces. On the other hand, as shown in FIG. 13B, the lower insulating layer 53 in the drawing is entirely removed by dry etching, and the upper insulating layer 52 in the drawing forms a contact hole 54 by photolithography and dry etching.

次に、図13(c)に示すように静電容量型スピーカー10の振動体12となるパリレン振動膜55をコンタクトホール54が形成されている絶縁層52上にCVD(化学気相成長)法により厚さ5μmに形成する。またパリレン振動膜55が形成された面の背面には、スパッタリング法により、電極としてTi/Au二層膜(Ti0.3μm/Au1μm)56を形成する。そして、図13(d)に示すようにパリレン振動膜55上にスパッタ法によりカーボン薄膜57を厚さ100nmで形成する。   Next, as shown in FIG. 13C, a parylene vibrating film 55 that becomes the vibrating body 12 of the capacitive speaker 10 is formed on the insulating layer 52 in which the contact holes 54 are formed by a CVD (chemical vapor deposition) method. To form a thickness of 5 μm. A Ti / Au bilayer film (Ti 0.3 μm / Au 1 μm) 56 is formed as an electrode on the back surface of the surface on which the parylene vibration film 55 is formed by sputtering. Then, as shown in FIG. 13D, a carbon thin film 57 having a thickness of 100 nm is formed on the parylene vibration film 55 by sputtering.

次に、図14(a)に示すようにパリレン振動膜55上に静電容量型スピーカー10にギャップを形成する目的で、SU−8(2000)をロールコート法で形成し、フォトリソグラフィーの手法により、パリレン振動膜55の周囲に帯状に高さ27μmのSU−8(2000)のギャップ形成部58を形成する。さらに、パリレン振動膜55の中央部に、接続部材14とするべく、直径0.5mm高さ27μmの振動板接続部59を形成する。また、図14(b)に示すように厚さ200μmで抵抗率1〜50ΩcmのP型シリコン60を固定電極11とすべく準備する。   Next, as shown in FIG. 14A, for the purpose of forming a gap in the capacitive speaker 10 on the parylene vibration film 55, SU-8 (2000) is formed by a roll coat method, and a photolithography technique is used. As a result, a SU-8 (2000) gap forming portion 58 having a height of 27 μm is formed around the parylene vibration film 55 in a band shape. Further, a diaphragm connecting portion 59 having a diameter of 0.5 mm and a height of 27 μm is formed in the central portion of the parylene vibrating membrane 55 to form the connecting member 14. Further, as shown in FIG. 14B, a P-type silicon 60 having a thickness of 200 μm and a resistivity of 1 to 50 Ωcm is prepared as the fixed electrode 11.

そして、その両面に誘電体15とすべく、SU−8(2000)の誘電体層61、62をロールコート法で厚さ100μmに形成する。また、誘電体層61、62には、パリレン振動膜55を連結するためのスリット(内径0.51mm、幅50μm)63、64をフォトリソグラフィーの手法で形成する。また、シリコン60の上にはスパッタリング法により、電極としてTi/Au二層膜(Ti0.3μm/Au1μm)65を形成する。次に、図14(c)に示すように、ギャップ形成部58及び振動板接続部59と固定電極11用のシリコン60とを、SU−8(2000)の誘電体層62を介して加圧/加温により接着する。   Then, the dielectric layers 61 and 62 of SU-8 (2000) are formed to a thickness of 100 μm by roll coating to form the dielectric 15 on both surfaces. In addition, slits (inner diameter 0.51 mm, width 50 μm) 63 and 64 for connecting the parylene vibration film 55 are formed in the dielectric layers 61 and 62 by a photolithography technique. A Ti / Au bilayer film (Ti 0.3 μm / Au 1 μm) 65 is formed as an electrode on the silicon 60 by sputtering. Next, as shown in FIG. 14C, the gap forming portion 58 and the diaphragm connecting portion 59 and the silicon 60 for the fixed electrode 11 are pressed through the dielectric layer 62 of SU-8 (2000). / Adhere by heating.

次に、図15(a)に示すように異方性ドライエッチングの手法により誘電体層61、62のスリットに沿って固定電極11用のシリコン60を貫通エッチングする。そして、図15(b)に示すように異方性ドライエッチングの手法により振動体12となるパリレン振動膜55と酸化シリコン(SiO2)の絶縁層52が残るように、シリコン51をパリレン振動膜55と酸化シリコン(SiO2)の絶縁層52の裏側から直径4mmの円形にエッチング除去する。そして、図15(c)に示すように、前記の図13(a)〜図14(a)のプロセスによって形成したもう1つの振動体12となるべき振動電極ユニット63を準備する。   Next, as shown in FIG. 15A, the silicon 60 for the fixed electrode 11 is through-etched along the slits of the dielectric layers 61 and 62 by anisotropic dry etching. Then, as shown in FIG. 15B, the silicon 51 is bonded to the parylene vibrating film 55 so that the parylene vibrating film 55 that becomes the vibrating body 12 and the insulating layer 52 of silicon oxide (SiO 2) remain by the anisotropic dry etching technique. Etching away from the back side of the insulating layer 52 of silicon oxide (SiO2) into a circle having a diameter of 4 mm. And as shown in FIG.15 (c), the vibration electrode unit 63 which should become the another vibrating body 12 formed by the process of the said Fig.13 (a)-FIG.14 (a) is prepared.

図16(a)に示すようにもう1つの振動電極ユニット63と固定電極11用のシリコン60とをSU−8(2000)の誘電体層61を介して加圧/加温により接着する。そして、図16(b)に示すように、異方性ドライエッチングの手法により、振動体12となるパリレン振動膜68と酸化シリコン(SiO2)の絶縁層66が残るようにシリコン67を、パリレン振動膜68と酸化シリコン(SiO2)の絶縁層66の裏側から直径4mmの円形にエッチング除去する。そして、図17に示すようにパリレン振動膜55、68に接して形成されている酸化シリコン(SiO2)の絶縁層52、66を酸化膜ドライエッチングの手法により除去して本実施例における静電容量型スピーカー10が完成する。本実施例においては、このような半導体製造工程によって静電容量型スピーカー10を形成するので、より容易に、高い信頼性をもって静電容量型スピーカー10を製造可能で
ある。
As shown in FIG. 16A, another vibrating electrode unit 63 and the silicon 60 for the fixed electrode 11 are bonded by pressing / heating through a dielectric layer 61 of SU-8 (2000). Then, as shown in FIG. 16B, the silicon 67 is subjected to parylene vibration so that the parylene vibration film 68 to be the vibrating body 12 and the insulating layer 66 of silicon oxide (SiO 2) remain by an anisotropic dry etching method. The film 68 and the silicon oxide (SiO 2) insulating layer 66 are etched away into a circle having a diameter of 4 mm from the back side. Then, as shown in FIG. 17, the insulating layers 52 and 66 of silicon oxide (SiO 2) formed in contact with the parylene vibration films 55 and 68 are removed by a method of oxide film dry etching, and the electrostatic capacity in this embodiment is thus obtained. The type speaker 10 is completed. In the present embodiment, since the capacitive speaker 10 is formed by such a semiconductor manufacturing process, the capacitive speaker 10 can be manufactured more easily and with high reliability.

なお、本実施例においては、静電容量型の音波発生装置の一例として静電容量型スピーカー10について説明したが、本発明は、静電容量型スピーカー10以外の静電容量型の音波発生装置にも適用可能である。例えば、超音波発生装置や、低周波発生装置などがこれに相当する。また、本実施例において、静電容量型スピーカー10は図13〜図17に示した半導体製造工程により製造するという説明をしたが、静電容量型スピーカー10はこのようなMEMS型のデバイスに限られない。より大型で一般的な組立工程で製造されるMEMS型以外の静電容量型スピーカーにも適用可能である。   In the present embodiment, the capacitive speaker 10 has been described as an example of the capacitive sound wave generator, but the present invention is a capacitive sound wave generator other than the capacitive speaker 10. It is also applicable to. For example, an ultrasonic generator or a low-frequency generator corresponds to this. Further, in this embodiment, it has been described that the capacitive speaker 10 is manufactured by the semiconductor manufacturing process shown in FIGS. 13 to 17, but the capacitive speaker 10 is limited to such a MEMS device. I can't. The present invention is also applicable to a capacitance type speaker other than the MEMS type manufactured in a larger and general assembly process.

なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
<発明1>
板状の形状を有し、厚み方向に貫通するように設けられた一または複数の貫通孔(11a)を有する固定電極(11)と、
板状または膜状の形状を有し、前記固定電極(11)と対向するように前記固定電極(11)を挟んで配置され、前記固定電極(11)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二枚の振動電極(12、13)と、
前記貫通孔(11a)を通して、前記二枚の振動電極(12、13)を接続する接続部材(14)と、
を備え、
前記二枚の振動電極(12、13)と対向する、前記固定電極(11)の両側の表面における少なくとも一部の領域には、誘電体層(15)が設けられたことを特徴とする、静電容量型の音波発生装置。
<発明2>
前記誘電体層(15)の厚みをt、前記誘電体層(15)の誘電率をε、前記振動電極(12、13)と前記誘電体層(15)の間の距離をg、前記振動電極(12、13)と前記誘電体層(15)の間の空間の誘電率をεとした場合に、

を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型の音波発生装置。
<発明3>
前記二枚の振動電極(12、13)の各々が、前記固定電極(11)との間に生じる静電引力により、同じ方向に移動または変形するように、前記固定電極(11)と前記二枚の振動電極(12、13)の間に電圧を印加する音響信号入力手段16をさらに備えたことを特徴とする、請求項1または2に記載の静電容量型の音波発生装置。
<発明4>
前記固定電極(11)及び前記二枚の振動電極(12、13)のうちの少なくとも一方を、その周縁部で固定することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の静電容量型の音波発生装置。
<発明5>
前記音響信号入力手段(16)は、
プラスまたはマイナスのバイアス電圧を前記固定電極(11)に印加し、
前記バイアス電圧の極性を反転させた反転バイアス電圧、前記バイアス電圧または、前記反転バイアス電圧と前記バイアス電圧の間の電圧のいずれかを基準として音響信号をアナログ信号に変換するとともに該アナログ信号の極性を反転した反転アナログ信号を生成し、前記アナログ信号および前記反転アナログ信号をそれぞれ前記二枚の振動電極(12
、13)に印加するよう構成されたことを特徴とする、請求項3に記載の静電容量型の音波発生装置。
<発明6>
請求項1から5のいずれか一項に記載の静電容量型の音波発生装置から成り、前記音響信号入力手段(16)による前記二枚の振動電極(12、13)の振動により可聴域の音波を発生可能に構成されたことを特徴とする、静電容量型スピーカー。
In the following, in order to make it possible to compare the configuration requirements of the present invention with the configuration of the embodiment, the configuration requirements of the present invention are described with reference numerals in the drawings.
<Invention 1>
A fixed electrode (11) having a plate-like shape and having one or a plurality of through-holes (11a) provided so as to penetrate in the thickness direction;
It has a plate-like or film-like shape, and is arranged with the fixed electrode (11) sandwiched so as to face the fixed electrode (11), and at least the central part of the fixed electrode (11) is in the thickness direction Two vibrating electrodes (12, 13) movably provided on the
A connecting member (14) for connecting the two vibrating electrodes (12, 13) through the through hole (11a);
With
A dielectric layer (15) is provided in at least a part of the surface on both sides of the fixed electrode (11) facing the two vibrating electrodes (12, 13). Capacitance type sound wave generator.
<Invention 2>
The thickness of the dielectric layer (15) is t 1 , the dielectric constant of the dielectric layer (15) is ε 1 , the distance between the vibrating electrodes (12, 13) and the dielectric layer (15) is g, When the dielectric constant of the space between the vibrating electrode (12, 13) and the dielectric layer (15) is ε,

The electrostatic capacity type sound wave generator according to claim 1, wherein:
<Invention 3>
The fixed electrode (11) and the two vibrating electrodes (12, 13) are moved and deformed in the same direction by electrostatic attraction generated between the two vibrating electrodes (12, 13) and the fixed electrode (11). The capacitive sound wave generator according to claim 1 or 2, further comprising acoustic signal input means (16) for applying a voltage between the vibrating electrodes (12, 13).
<Invention 4>
The at least one of the fixed electrode (11) and the two vibrating electrodes (12, 13) is fixed at the peripheral edge thereof, according to any one of claims 1 to 3, Capacitance type sound wave generator.
<Invention 5>
The acoustic signal input means (16)
Applying a positive or negative bias voltage to the fixed electrode (11);
The acoustic signal is converted into an analog signal based on one of an inverted bias voltage obtained by inverting the polarity of the bias voltage, the bias voltage, or a voltage between the inverted bias voltage and the bias voltage, and the polarity of the analog signal Are generated, and the analog signal and the inverted analog signal are respectively converted into the two vibrating electrodes (12
13) The capacitive sound wave generator according to claim 3, wherein the capacitive sound wave generator is configured to be applied to the capacitor 13).
<Invention 6>
The capacitive sound wave generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the acoustic signal input means (16) causes an audible range due to vibration of the two vibrating electrodes (12, 13). A capacitive speaker configured to generate sound waves.

10・・・静電容量型スピーカー
11・・・固定電極
11a・・貫通孔
12・・・振動体
13・・・振動電極
14・・・接続部材
16・・・音響信号入力部
20・・・静電容量型スピーカーシステム
31・・・バイアス発生部
32・・・電圧変換部
32a・・・音声入力端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Capacitance type speaker 11 ... Fixed electrode 11a .. Through-hole 12 ... Vibrating body 13 ... Vibrating electrode 14 ... Connection member 16 ... Acoustic signal input part 20 ... Capacitance type speaker system 31... Bias generator 32... Voltage converter 32 a.

Claims (6)

板状の形状を有し、厚み方向に貫通するように設けられた一または複数の貫通孔を有する固定電極と、
板状または膜状の形状を有し、前記固定電極と対向するように前記固定電極を挟んで配置され、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二枚の振動電極と、
前記貫通孔を通して、前記二枚の振動電極を接続する接続部材と、
を備え、
前記二枚の振動電極と対向する、前記固定電極の両側の表面における少なくとも一部の領域には、誘電体層が設けられたことを特徴とする、静電容量型の音波発生装置。
A fixed electrode having a plate-like shape and having one or a plurality of through holes provided so as to penetrate in the thickness direction;
Two sheets having a plate-like or film-like shape, arranged so as to face the fixed electrode, with the fixed electrode interposed therebetween, and at least a central portion of the fixed electrode being provided so as to be movable in the thickness direction A vibrating electrode,
A connecting member for connecting the two vibrating electrodes through the through hole;
With
A capacitance-type acoustic wave generator, wherein a dielectric layer is provided in at least a part of a region on both surfaces of the fixed electrode facing the two vibrating electrodes.
前記誘電体層の厚みをt、前記誘電体層の誘電率をε、前記振動電極と前記誘電体層の間の距離をg、前記振動電極と前記誘電体層の間の空間の誘電率をεとした場合に、

を満たすことを特徴とする、請求項1に記載の静電容量型の音波発生装置。
The thickness of the dielectric layer is t 1 , the dielectric constant of the dielectric layer is ε 1 , the distance between the vibrating electrode and the dielectric layer is g, and the dielectric of the space between the vibrating electrode and the dielectric layer If the rate is ε,

The electrostatic capacity type sound wave generator according to claim 1, wherein:
前記二枚の振動電極の各々が、前記固定電極との間に生じる静電引力により、同じ方向に移動または変形するように、前記固定電極と前記二枚の振動電極の間に電圧を印加する音響信号入力手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項1または2に記載の静電容量型の音波発生装置。   A voltage is applied between the fixed electrode and the two vibrating electrodes so that each of the two vibrating electrodes is moved or deformed in the same direction by an electrostatic attractive force generated between the two vibrating electrodes. The capacitive sound wave generator according to claim 1, further comprising an acoustic signal input unit. 前記固定電極及び前記二枚の振動電極のうちの少なくとも一方を、その周縁部で固定することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の静電容量型の音波発生装置。   4. The capacitive sound wave generator according to claim 1, wherein at least one of the fixed electrode and the two vibrating electrodes is fixed at a peripheral edge thereof. 5. . 前記音響信号入力手段は、
プラスまたはマイナスのバイアス電圧を前記固定電極に印加し、
前記バイアス電圧の極性を反転させた反転バイアス電圧、前記バイアス電圧または、前記反転バイアス電圧と前記バイアス電圧の間の電圧のいずれかを基準として音響信号をアナログ信号に変換するとともに該アナログ信号の極性を反転した反転アナログ信号を生成し、前記アナログ信号および前記反転アナログ信号をそれぞれ前記二枚の振動電極に印加するよう構成されたことを特徴とする、請求項3に記載の静電容量型の音波発生装置。
The acoustic signal input means includes
Applying a positive or negative bias voltage to the fixed electrode;
The acoustic signal is converted into an analog signal based on one of an inverted bias voltage obtained by inverting the polarity of the bias voltage, the bias voltage, or a voltage between the inverted bias voltage and the bias voltage, and the polarity of the analog signal 4. The capacitance-type electrostatic capacitor according to claim 3, wherein an inverted analog signal is generated by inverting the analog signal, and the analog signal and the inverted analog signal are applied to the two vibrating electrodes, respectively. Sound wave generator.
請求項1から5のいずれか一項に記載の静電容量型の音波発生装置から成り、前記音響信号入力手段による前記二枚の振動電極の振動により可聴域の音波を発生可能に構成されたことを特徴とする、静電容量型スピーカー。   6. The capacitive sound wave generator according to claim 1, wherein the sound wave is generated in an audible range by vibration of the two vibrating electrodes by the acoustic signal input unit. Capacitance type speaker characterized by that.
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