JP3948422B2 - 音放射デバイス及び該音放射デバイスを用いたスピーカー装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号を放射する電気−音響変換素子に関し、特に、高分子ポリマーによる圧電素子を電気−音響変換素子として用いて，超音波領域の音響信号を放射させる音放射デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の突起部を形成した圧電フィルムの断面図である。
図１３において、１８０は発泡材の弧形状をした突起１８４を有する支持プレート１８３に重合され、図示の通り力Ｆを加えることにより弧状に変形して突起部が形成される圧電フィルムである。
上記のように突起部が形成された圧電フィルムに信号電圧を印加し、該印加電圧に応じて圧電フィルムの突起部と平面部が振動して超音波を放射する（例えば、特許文献1参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００２−５２６００４号公報（第１７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上記のように圧電フィルム１８０の突起部は前記発泡材の突起１８４を有する支持プレート１８３によって、保持されている。したがって、前記発泡材の材料等で圧電フィルム１８０の突起部を保持したりした場合、圧電フィルム１８０に信号電圧を印加し振動した際に、圧電フィルム１８０の突起部が前記発泡材の突起１８４に接触して不要に振動を抑制してしまい、目的とする周波数を得ることが出来ないという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、目的とする周波数を確実に得ることのできる突起部を有する圧電膜の音放射デバイスを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る音放射デバイスは、表面の一部を一方向に突出変形することにより１ないしは複数の中空状の振動面が形成された圧電膜と、この圧電膜の表裏面に設けた一対の電極と、前記圧電膜の振動面以外の圧電膜部分の振動を阻止する保持体とを具備したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における例えば半球状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図を、図２は前記図１のＡ−Ａ´の概略端面図を、図３は前記図２の一部拡大端面図をそれぞれ示す。尚、上記図１〜３において同一符号は同一または相当部分を示す。
図１〜３において、１０は例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜であり、この圧電膜１０は、表裏をプラス（＋）電極１１とマイナス（−）電極１２との一対の電極で挟み構成される。尚、前記一対の電極１１、１２は、例えば前記圧電膜１０の表面にシルク印刷によって形成される。また、前記一対の電極１１、１２は、金や銀、アルミなどの金属系材料による金属電極で構成され、例えば酸化インジウムにアンチモンを配合した場合、透明電極として構成することができる。
【０００８】
前記圧電膜１０の前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材そのものは、薄膜の透明素材で、もともと平らな面構成をしたものであり、この素材の或る方向に力（例えば、素材の両端を強力に引張る）を加えて、かつ、この状態に強電圧を加えることで、次に述べる圧電効果を持つ圧電材料を構成することができる。
まず１つ目の圧電効果は、前述のように例えば素材の両端を強力に引張った圧電材料に対して、或る電圧を印加すると、力を加えた方向に伸縮動作を行うものである。この伸縮動作を振動子として利用することで、該圧電材料を電気−音響変換素子として利用することが可能になる。
２つ目の圧電効果は、圧電材料として形成するときに前述の任意方向への引張り動作により、その圧電材料に変形（例えば、湾曲形状など）を加えることで、更に前記伸縮作用を起こしやすくなる。
【０００９】
１３は一対の電極１１、１２で挟み構成される前記圧電膜１０に対して、前述のように伸縮作用を起こしやすく振動子として利用するよう、例えば半球状に形成された前記圧電膜１０の突起部である。
この突起部１３は、例えば半球状に成型した冶具（図示せず）を用いて、例えば裏面と想定する面（図３では電極１１側の面）に押し当てて、表面（図３では電極１２側）と想定する方向に対して押し出し成形することで、前記圧電膜１０に形成することができる。したがって、上記図１〜３に示す突起部１３の形状は、前記半球状の冶具を用いて形成した場合の突起部である。
【００１０】
そして、上記図３の拡大図に示すように、前記突起部１３において、Ａは該突起部１３の振動面開口部直径であり、Ｂは前記振動面開口部直径Ａの中心から突起部１３の頂上点までの半径を示す。Ｃは表面（図３では電極１２側）の電極１２を含む前記突起部１３の立ち上げ端部である。
【００１１】
１４は上記のように前記突起部１３を形成した圧電膜１０の裏面を保持するための硬質材の裏面保持体であり、図３に示すように前記突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有し（特許請求の範囲でいう中空状）、前記圧電膜１０の突起部１３以外の裏面の電極１１の平らな面に重合状態に固着され、突起部１３以外の面が振動しないように保持する役目を成すものである。
【００１２】
尚、図３においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３に対向して開口部１５を有するものとしたが、開口部１５の無い一枚の板状のものでもよい。
【００１３】
１６は前記圧電膜１０の表面を保持するための硬質材の表面保持体であり、前記突起部１３の振動面開口部直径Ａとほぼ同等の開口を有して、突起部１３以外の表面となる電極１２の平らな面に重合状態に固着され、突起部１３の立ち上げ端部Ｃを確実に固定保持する役目を成すものである。この表面保持体１６で、前記立ち上げ端部Ｃを確実に固定保持することにより、圧電膜１０の前記電極１１、１２に電圧を印加したときに、前述した圧電膜１０の伸縮作用で突起部１３が振動した場合に、前記立ち上げ端部Ｃも伸縮動作を行い、結果的に前記振動面直径Ａの寸法変化による突起部１３で放射する音響信号の発振周波数値が変動しないようにするものである。
【００１４】
したがって、前記圧電膜１０は、前記裏面保持体１４と表面保持体１６とで挟み固定保持されることで、前記突起部１３だけが確実に振動することができ、目的とする周波数の音響放射が可能になる。
【００１５】
前記突起部１３における音響放射のための周波数ｆは以下の関係で成り立つ。
周波数ｆ＝１／２πＢ×（Ｙ／ρ）1/2
ここで、Ｙ：ＰＶＤＦ（圧電膜）のヤング率（５×１０9）
ρ：ＰＶＤＦ（圧電膜）の密度（１７８０）
Ｂ：図３に示す突起部１３の振動面開口部直径Ａの中心から突起部１３の頂上点までの半径
である。
上記式から、前記圧電膜１０の突起部１３から超音波領域（例えば２０ｋＨｚ以上）の周波数ｆの信号で放射するとき、１０ｍｍ以下の半径Ｂを有する図３に示す突起部１３の振動面開口部直径Ａが計算できる。
【００１６】
上記式の関係から得られる放射周波数値は、前記突起部１３の立ち上げ端部Ｃの変形で変化するため、前記立ち上げ端部Ｃの確実な固定が電気−音響変換素子の振動子として利用する圧電膜１０の必要な条件となる。
【００１７】
上記のように構成される前記突起部１３は、圧電膜１０の表面となる面に複数個形成することができ、一枚のシート状の圧電膜に、上記図１に示すように複数個の振動子としての突起部１３を形成することが可能であり、また、前記複数個の突起部１３は、一対の共通の電極１１、１２で形成しているので、該電極１１、１２への信号線は、電極１１、１２の各々の任意の位置に一本ずづ設けるだけで、全ての振動子を駆動することができる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態においては、一枚のシート状の一対の電極で挟み構成される圧電膜に、例えば半球状に成型した冶具を用いて、該半球状の複数個の突起部を形成し、該突出面側（表面側）の圧電膜の前記突起部の立ち上がり端部と、反突出面側（裏面側）の圧電膜の前記突起部以外の平らな面とを、表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、圧電膜の突起部以外の面の振動を防ぎ、また振動発生時の前記突起部の立ち上がり端部の変形を防ぐことができ、圧電膜の突起部から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【００１９】
尚、本実施の形態においては、圧電膜１０としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００２０】
また、前述したように前記圧電膜１０の前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材そのものは透明素材であり、前述したような一対の透明電極で構成した場合には、例えば映像を映し出すＣＲＴ画面や液晶画面に直接固着することができるので、画面そのものから音が放射しているかのように創造することが可能になる。
【００２１】
また、圧電膜１０の突起部１３を図１に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００２２】
また、圧電膜１０の突起部１３を複数としたが、１個の突起部１３を形成する圧電膜１０としてもよい。
【００２３】
また、圧電膜１０の突起部１３を半球状の例として説明したが、これに限られるものではなく、振動面開口部直径が２０ｍｍ以下であれば、湾曲や弓形等の突起部１３の形状としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００２４】
実施の形態２．
図４は、上記実施の形態１の図３に示す圧電膜１０の突起部１３の、他の例を示した一部拡大端面図である。尚、図４において、上記実施の形態１の図３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。また、他の構成については上記実施の形態１の図１〜３と同様である。
図４において、２０は前記圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、接着固定された圧電膜１０と同等又はそれ以下の厚みを有する同じ半球状に成形された金属材料の放射板である。
【００２５】
本実施の形態においては、上記のように前記圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、半球状に成形した金属材料の放射板２０を接着固定したことのみが上記実施の形態１と異なり、他の構成やその作用及び効果等については、上記実施の形態１の説明で述べたことと基本的に同様である。本実施の形態における前記放射板２０は、前記圧電膜１０の突起部１３の形状を保持して経年変化による突起部１３の撓みを防ぐとともに、放射板２０が有する固有振動数と前記突起部１３の超音波領域の固有振動数とが一致して共振するように構成している。この共振現象により、高い音圧レベルを得ることができる。
【００２６】
尚、図４においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有するものとしたが、上記実施の形態１で前述したように、開口部１５の無い一枚の板状のものとしてもよい。
【００２７】
図５は、上記のように構成された前記ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜１０をスピーカーとして活用したスピーカー装置の構成図である。このスピーカー装置においては、上記のように構成された圧電膜１０を用いて超音波に例えば可聴周波数帯域（２０Ｈｚ〜１８ｋＨｚ）の音響信号を重畳させて搬送させる場合のスピーカー装置の構成を示したものである。
尚、図５において、上記図１〜４と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。また、図５においては、前記裏面保持体１４を前述した前記開口部１５の無い一枚の板状の裏面保持体として構成している。
【００２８】
図５において、２１、２２は前記圧電膜１０の電極１１及び電極１２にそれぞれ接続された信号線、３０は前述した２０ｋＨｚ以上の超音波領域の信号を創生する超音波発振器、３１は例えばコンパクトディスク（ＣＤ）やディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの可聴周波数帯域の音響信号を再生及び出力する音響信号発生装置、３２は前記超音波発振器３０による超音波領域の信号と前記音響信号発生装置３１による可聴周波数帯域の音響信号とを結合させる乗算器、３３は前記乗算器３２での結合信号を任意の出力レベルに調整する増幅器である。
【００２９】
上記のように構成されたスピーカー装置では、前記超音波発振器３０で創生された２０ｋＨｚ以上の超音波領域の信号と、前記音響信号発生装置３１による前記（ＣＤ）や（ＤＶＤ）などの可聴周波数帯域の信号を前記乗算器３２に伝送し、乗算器３２で両者の信号を結合させる。そして、増幅器３３では、前記乗算器３２から伝送された前記超音波発振器３０で創生された超音波領域の信号と、前記音響信号発生装置３１による可聴周波数帯域の音響信号との結合信号を任意の出力レベルに調整して、該出力信号を前記信号線２１、２２を介して、スピーカーとして構成した前記圧電膜１０の電極１１、１２に伝送する。
【００３０】
そして、圧電膜１０では、該圧電膜１０に形成された複数個の突起部１３と、この突起部１３の裏面に固着された前記放射板２０との共振周波数により、音響信号発生装置３１で再生した可聴周波数帯域の音響信号を重畳した超音波発振器３０で創生した超音波信号の音圧レベルが高められて放射される。
【００３１】
つまり、前記ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜１０を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。尚、突起部１３の裏面に放射板２０を設けていない上記実施の形態１で示した圧電膜１０を用いた場合においても、上記のように超音波伝送スピーカーとして活用できるものである。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、上記実施の形態１で示した圧電膜の半球状の突起部の裏面に、半球状に成型した金属材料の放射板を接着固定するようにしたので、経年変化による前記突起部の撓みを防ぐとともに、放射板が有する固有振動数と突起部の超音波領域の固有振動数とが一致して共振することにより高い音圧レベルを得ることができる。
【００３３】
また、上記のように構成される圧電膜を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。
【００３４】
尚、本実施の形態においては、圧電膜１０としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００３５】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における例えば角型形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図を、図７は前記図６のＢ−Ｂ´の一部拡大端面図をそれぞれ示す。尚、図６、７において、上記実施の形態１、２の図１〜４と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態においては、角型形状（升形状）の複数の突起部１３を持つ圧電膜１０とし、実施の形態２同様に圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、同じ角型形状（升形状）に成型した金属材料の放射板２０を接着固定したものである。本実施の形態の前記突起部１３は、例えば角型形状（升形状）に成型した冶具（図示せず）を用いて、例えば裏面と想定する面（図７では電極１１側の面）に押し当てて、表面（図７では電極１２側）と想定する方向に対して押し出し成形することで、前記圧電膜１０に形成することができる。したがって、上記図６、７に示す突起部１３の形状は、前記角型形状（升形状）の冶具を用いて形成した場合の突起部である。尚、図７に示すように、前記角型形状（升形状）の突起部１３の振動面開口部の一辺の長さは、上記実施の形態１で前述した半径Ｂから得られる直径Ａの寸法と同様となるようにする。
【００３７】
また、図７においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有するものとしたが、上記実施の形態１で前述したように、開口部１５の無い一枚の板状のものとしてもよい。
【００３８】
本実施の形態においては、上記のように突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、金属材料の放射板２０を接着固定した角型形状（升形状）の複数の突起部１３を有する圧電膜１０としたことのみが、上記実施の形態１、２と異なるもので、他の構成やその作用及び本実施の形態の複数個の角型形状（升形状）の突起部１３を有する圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、一枚のシート状の一対の電極で挟み構成される圧電膜に、例えば角型形状（升形状）に成型した冶具を用いて、該角型形状の複数個の突起部を形成し、突起部の裏面に角型形状に成型した金属材料の放射板を接着固定し、突出面側（表面側）の圧電膜の前記突起部の立ち上がり端部と、反突出面側（裏面側）の圧電膜の前記突起部以外の平らな面とを、表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、上記実施の形態１、２と同様の効果を発揮するものである。
【００４０】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００４１】
また、圧電膜１０の突起部１３を図６に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００４２】
また、圧電膜１０の突起部１３を複数としたが、１個の突起部１３を形成する圧電膜１０としてもよい。
【００４３】
また、圧電膜１０の突起部１３の形状を角型（升型）の例として説明したが、これに限られるものではなく、突起面を形成できれば、これ以外の突起部の形状を持つ圧電膜１０としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００４４】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４における例えば四角錐形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図を、図９は前記図８のＣ−Ｃ´の一部拡大端面図をそれぞれ示す。尚、図８、９において、上記実施の形態１、２の図１〜４と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態においては、四角錐形状の複数の突起部１３を持つ圧電膜１０とし、実施の形態２同様に圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、同じ四角錐形状に成型した金属材料の放射板２０を接着固定したものである。本実施の形態の前記突起部１３は、例えば四角錐形状に成型した冶具（図示せず）を用いて、例えば裏面と想定する面（図９では電極１１側の面）に押し当てて、表面（図９では電極１２側）と想定する方向に対して押し出し成形することで、前記圧電膜１０に形成することができる。したがって、上記図８、９に示す突起部１３の形状は、前記四角錐形状の冶具を用いて形成した場合の突起部である。尚、図９に示すように、前記四角錐形状の突起部１３の振動面開口部の一辺の長さは、上記実施の形態１で前述した半径Ｂから得られる直径Ａの寸法と同様となるようにする。
【００４６】
また、図９においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有するものとしたが、上記実施の形態１で前述したように、開口部１５の無い一枚の板状のものとしてもよい。
【００４７】
本実施の形態においては、上記のように突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、金属材料の放射板２０を接着固定した四角錐形状の複数の突起部１３を有する圧電膜１０としたことのみが、上記実施の形態１、２と異なるもので、他の構成やその作用及び本実施の形態の複数個の四角錐形状の突起部１３を有する圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、一枚のシート状の一対の電極で挟み構成される圧電膜に、例えば四角錐形状に成型した冶具を用いて、該四角錐形状の複数個の突起部を形成し、突起部の裏面に四角錐形状に成型した金属材料の放射板を接着固定し、突出面側（表面側）の圧電膜の前記突起部の立ち上がり端部と、反突出面側（裏面側）の圧電膜の前記突起部以外の平らな面とを、表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、上記実施の形態１、２と同様の効果を発揮するものである。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００５０】
また、圧電膜１０の突起部１３を図８に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００５１】
また、圧電膜１０の突起部１３を複数としたが、１個の突起部１３を形成する圧電膜１０としてもよい。
【００５２】
また、圧電膜１０の突起部１３の形状を四角錐型の例として説明したが、これに限られるものではなく、突起面を形成できれば、これ以外の突起部の形状を持つ圧電膜１０としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００５３】
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５における例えば波型形状とした圧電膜の端面図である。尚、図１０において、上記実施の形態１の図２、３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態においては、例えば前記一対の電極１１、１２で挟み構成される前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材の一枚のシート状の圧電膜１０を、上記図１０に示すように、例えば上記実施の形態１で前述した半球状の波型に形成して、該圧電膜１０の周縁部と波型形状の各中間部とをその両面から前記表面保持体１６と裏面保持体１４とで固定保持するようにしたものである。この表面保持体１６と裏面保持体１４との保持によって、経年変化等による波型の圧電膜１０の変形を防ぎ、常に設計当初の周波数を再生／放射できるようにする。
【００５５】
上記のように構成された波型形状の圧電膜１０においては、その作用及び該圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００５６】
以上のように、本実施の形態においては、一対の電極で挟み構成される一枚のシート状の圧電膜を例えば半球状の波型に形成して、該圧電膜の周縁部と波型形状の各中間部とをその両面から前記表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、振動発生時や経年変化等による波型の圧電膜の変形を防ぐことができ、波型の圧電膜から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【００５７】
また、上記のように構成される圧電膜を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。
【００５８】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００５９】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０を例えば半球状の波型の例として説明したが、これに限られるものではなく、圧電膜１０をこれ以外の波型形状として上記同様に構成しても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００６０】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６における上記実施の形態５の他の例を示す圧電膜の平面図を、図１２は前記図１１のＤ−Ｄ´の端面図をそれぞれ示す。尚、上記図１１、１２において同一符号は同一または相当部分を示す。また、上記実施の形態１の図２、３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００６１】
本実施の形態においては、例えば前記一対の電極１１、１２で挟み構成される前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材の一枚のシート状の圧電膜１０を、上記図１２に示すように、例えば上記実施の形態１で前述した半球状の波型に形成して、該圧電膜１０の両面に波型と同形状の硬質の非導電材の表面保持体１６と裏面保持体１４とを重合し、この表面保持体１６と裏面保持体１４の一部を切り欠いて圧電膜１０の一部を露出させて、圧電膜１０を保持するようにしたものである。
【００６２】
上記のように構成された波型形状の圧電膜１０においては、その作用及び該圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態においては、一対の電極で挟み構成される一枚のシート状の圧電膜を例えば半球状の波型に形成して、該圧電膜の両面に波型と同形状の硬質の非導電材の表面保持体と裏面保持体とを重合し、この表面保持体と裏面保持体の一部を切り欠いて圧電膜の一部を露出させて、圧電膜を保持するようにしたので、上記実施の形態５同様振動発生時や経年変化等による波型の圧電膜の変形を防ぐことができ、波型の圧電膜から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【００６４】
また、上記のように構成される圧電膜を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。
【００６５】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００６６】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０を例えば半球状の波型の例として説明したが、これに限られるものではなく、圧電膜１０をこれ以外の波型形状として上記同様に構成しても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００６７】
この発明は以上のように、表面の一部を突出変形することにより、１ないしは複数の中空状の振動面が形成された圧電膜と、この圧電膜の表裏面に設けた一対の電極と、前記圧電膜の振動面以外の圧電膜部分の振動を阻止する保持体とを具備した音放射デバイスにおいては、前記一対の電極に信号電圧を印加した際に、圧電膜の突出面以外の面の振動を防ぎ、また振動発生時の前記突出面の立ち上がり端部の変形を防ぐことができ、圧電膜の突出面から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における例えば半球状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図である。
【図２】 上記図１のＡ−Ａ´の概略端面図である。
【図３】 上記図２の一部拡大端面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２における上記実施の形態１の突起部の、他の例を示した一部拡大端面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１〜６に係る圧電膜をスピーカーとして活用したスピーカー装置の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態３における例えば角型形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図である。
【図７】 上記図６のＢ−Ｂ´の一部拡大端面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４における例えば四角錐形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図である。
【図９】 上記図８のＣ−Ｃ´の一部拡大端面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５における波型形状の圧電膜の端面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６における上記実施の形態５の他の例を示した圧電膜の平面図である。
【図１２】 上記図１１のＤ−Ｄ´の端面図である。
【図１３】 従来の突起部を形成した圧電フィルムの断面図である。
【符号の説明】
１０ 圧電膜、 １１ プラス（＋）電極、 １２ マイナス（−）電極、 １３ 突起部、 １４ 裏面保持体、 １５ 開口部、 １６ 表面保持体、 ２０ 放射板、 ２１、２２ 信号線、 ３０ 超音波発振器、 ３１ 音響信号発生装置、 ３２ 乗算器、 ３３ 増幅器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響信号を放射する電気−音響変換素子に関し、特に、高分子ポリマーによる圧電素子を電気−音響変換素子として用いて，超音波領域の音響信号を放射させる音放射デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、従来の突起部を形成した圧電フィルムの断面図である。
図１３において、１８０は発泡材の弧形状をした突起１８４を有する支持プレート１８３に重合され、図示の通り力Ｆを加えることにより弧状に変形して突起部が形成される圧電フィルムである。
上記のように突起部が形成された圧電フィルムに信号電圧を印加し、該印加電圧に応じて圧電フィルムの突起部と平面部が振動して超音波を放射する（例えば、特許文献1参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００２−５２６００４号公報（第１７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上記のように圧電フィルム１８０の突起部は前記発泡材の突起１８４を有する支持プレート１８３によって、保持されている。したがって、前記発泡材の材料等で圧電フィルム１８０の突起部を保持したりした場合、圧電フィルム１８０に信号電圧を印加し振動した際に、圧電フィルム１８０の突起部が前記発泡材の突起１８４に接触して不要に振動を抑制してしまい、目的とする周波数を得ることが出来ないという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、目的とする周波数を確実に得ることのできる突起部を有する圧電膜の音放射デバイスを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る音放射デバイスは、表面の一部を一方向に突出変形することにより１ないしは複数の中空状の振動面が形成された圧電膜と、この圧電膜の表裏面に設けた一対の電極と、前記圧電膜の振動面以外の圧電膜部分の振動を阻止する保持体とを具備したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における例えば半球状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図を、図２は前記図１のＡ−Ａ´の概略端面図を、図３は前記図２の一部拡大端面図をそれぞれ示す。尚、上記図１〜３において同一符号は同一または相当部分を示す。
図１〜３において、１０は例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜であり、この圧電膜１０は、表裏をプラス（＋）電極１１とマイナス（−）電極１２との一対の電極で挟み構成される。尚、前記一対の電極１１、１２は、例えば前記圧電膜１０の表面にシルク印刷によって形成される。また、前記一対の電極１１、１２は、金や銀、アルミなどの金属系材料による金属電極で構成され、例えば酸化インジウムにアンチモンを配合した場合、透明電極として構成することができる。
【０００８】
前記圧電膜１０の前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材そのものは、薄膜の透明素材で、もともと平らな面構成をしたものであり、この素材の或る方向に力（例えば、素材の両端を強力に引張る）を加えて、かつ、この状態に強電圧を加えることで、次に述べる圧電効果を持つ圧電材料を構成することができる。
まず１つ目の圧電効果は、前述のように例えば素材の両端を強力に引張った圧電材料に対して、或る電圧を印加すると、力を加えた方向に伸縮動作を行うものである。この伸縮動作を振動子として利用することで、該圧電材料を電気−音響変換素子として利用することが可能になる。
２つ目の圧電効果は、圧電材料として形成するときに前述の任意方向への引張り動作により、その圧電材料に変形（例えば、湾曲形状など）を加えることで、更に前記伸縮作用を起こしやすくなる。
【０００９】
１３は一対の電極１１、１２で挟み構成される前記圧電膜１０に対して、前述のように伸縮作用を起こしやすく振動子として利用するよう、例えば半球状に形成された前記圧電膜１０の突起部である。
この突起部１３は、例えば半球状に成型した冶具（図示せず）を用いて、例えば裏面と想定する面（図３では電極１１側の面）に押し当てて、表面（図３では電極１２側）と想定する方向に対して押し出し成形することで、前記圧電膜１０に形成することができる。したがって、上記図１〜３に示す突起部１３の形状は、前記半球状の冶具を用いて形成した場合の突起部である。
【００１０】
そして、上記図３の拡大図に示すように、前記突起部１３において、Ａは該突起部１３の振動面開口部直径であり、Ｂは前記振動面開口部直径Ａの中心から突起部１３の頂上点までの半径を示す。Ｃは表面（図３では電極１２側）の電極１２を含む前記突起部１３の立ち上げ端部である。
【００１１】
１４は上記のように前記突起部１３を形成した圧電膜１０の裏面を保持するための硬質材の裏面保持体であり、図３に示すように前記突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有し（特許請求の範囲でいう中空状）、前記圧電膜１０の突起部１３以外の裏面の電極１１の平らな面に重合状態に固着され、突起部１３以外の面が振動しないように保持する役目を成すものである。
【００１２】
尚、図３においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３に対向して開口部１５を有するものとしたが、開口部１５の無い一枚の板状のものでもよい。
【００１３】
１６は前記圧電膜１０の表面を保持するための硬質材の表面保持体であり、前記突起部１３の振動面開口部直径Ａとほぼ同等の開口を有して、突起部１３以外の表面となる電極１２の平らな面に重合状態に固着され、突起部１３の立ち上げ端部Ｃを確実に固定保持する役目を成すものである。この表面保持体１６で、前記立ち上げ端部Ｃを確実に固定保持することにより、圧電膜１０の前記電極１１、１２に電圧を印加したときに、前述した圧電膜１０の伸縮作用で突起部１３が振動した場合に、前記立ち上げ端部Ｃも伸縮動作を行い、結果的に前記振動面直径Ａの寸法変化による突起部１３で放射する音響信号の発振周波数値が変動しないようにするものである。
【００１４】
したがって、前記圧電膜１０は、前記裏面保持体１４と表面保持体１６とで挟み固定保持されることで、前記突起部１３だけが確実に振動することができ、目的とする周波数の音響放射が可能になる。
【００１５】
前記突起部１３における音響放射のための周波数ｆは以下の関係で成り立つ。
周波数ｆ＝１／２πＢ×（Ｙ／ρ）1/2
ここで、Ｙ：ＰＶＤＦ（圧電膜）のヤング率（５×１０9）
ρ：ＰＶＤＦ（圧電膜）の密度（１７８０）
Ｂ：図３に示す突起部１３の振動面開口部直径Ａの中心から突起部１３の頂上点までの半径
である。
上記式から、前記圧電膜１０の突起部１３から超音波領域（例えば２０ｋＨｚ以上）の周波数ｆの信号で放射するとき、１０ｍｍ以下の半径Ｂを有する図３に示す突起部１３の振動面開口部直径Ａが計算できる。
【００１６】
上記式の関係から得られる放射周波数値は、前記突起部１３の立ち上げ端部Ｃの変形で変化するため、前記立ち上げ端部Ｃの確実な固定が電気−音響変換素子の振動子として利用する圧電膜１０の必要な条件となる。
【００１７】
上記のように構成される前記突起部１３は、圧電膜１０の表面となる面に複数個形成することができ、一枚のシート状の圧電膜に、上記図１に示すように複数個の振動子としての突起部１３を形成することが可能であり、また、前記複数個の突起部１３は、一対の共通の電極１１、１２で形成しているので、該電極１１、１２への信号線は、電極１１、１２の各々の任意の位置に一本ずづ設けるだけで、全ての振動子を駆動することができる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態においては、一枚のシート状の一対の電極で挟み構成される圧電膜に、例えば半球状に成型した冶具を用いて、該半球状の複数個の突起部を形成し、該突出面側（表面側）の圧電膜の前記突起部の立ち上がり端部と、反突出面側（裏面側）の圧電膜の前記突起部以外の平らな面とを、表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、圧電膜の突起部以外の面の振動を防ぎ、また振動発生時の前記突起部の立ち上がり端部の変形を防ぐことができ、圧電膜の突起部から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【００１９】
尚、本実施の形態においては、圧電膜１０としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００２０】
また、前述したように前記圧電膜１０の前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材そのものは透明素材であり、前述したような一対の透明電極で構成した場合には、例えば映像を映し出すＣＲＴ画面や液晶画面に直接固着することができるので、画面そのものから音が放射しているかのように創造することが可能になる。
【００２１】
また、圧電膜１０の突起部１３を図１に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００２２】
また、圧電膜１０の突起部１３を複数としたが、１個の突起部１３を形成する圧電膜１０としてもよい。
【００２３】
また、圧電膜１０の突起部１３を半球状の例として説明したが、これに限られるものではなく、振動面開口部直径が２０ｍｍ以下であれば、湾曲や弓形等の突起部１３の形状としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００２４】
実施の形態２．
図４は、上記実施の形態１の図３に示す圧電膜１０の突起部１３の、他の例を示した一部拡大端面図である。尚、図４において、上記実施の形態１の図３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。また、他の構成については上記実施の形態１の図１〜３と同様である。
図４において、２０は前記圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、接着固定された圧電膜１０と同等又はそれ以下の厚みを有する同じ半球状に成形された金属材料の放射板である。
【００２５】
本実施の形態においては、上記のように前記圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、半球状に成形した金属材料の放射板２０を接着固定したことのみが上記実施の形態１と異なり、他の構成やその作用及び効果等については、上記実施の形態１の説明で述べたことと基本的に同様である。本実施の形態における前記放射板２０は、前記圧電膜１０の突起部１３の形状を保持して経年変化による突起部１３の撓みを防ぐとともに、放射板２０が有する固有振動数と前記突起部１３の超音波領域の固有振動数とが一致して共振するように構成している。この共振現象により、高い音圧レベルを得ることができる。
【００２６】
尚、図４においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有するものとしたが、上記実施の形態１で前述したように、開口部１５の無い一枚の板状のものとしてもよい。
【００２７】
図５は、上記のように構成された前記ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜１０をスピーカーとして活用したスピーカー装置の構成図である。このスピーカー装置においては、上記のように構成された圧電膜１０を用いて超音波に例えば可聴周波数帯域（２０Ｈｚ〜１８ｋＨｚ）の音響信号を重畳させて搬送させる場合のスピーカー装置の構成を示したものである。
尚、図５において、上記図１〜４と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。また、図５においては、前記裏面保持体１４を前述した前記開口部１５の無い一枚の板状の裏面保持体として構成している。
【００２８】
図５において、２１、２２は前記圧電膜１０の電極１１及び電極１２にそれぞれ接続された信号線、３０は前述した２０ｋＨｚ以上の超音波領域の信号を創生する超音波発振器、３１は例えばコンパクトディスク（ＣＤ）やディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などの可聴周波数帯域の音響信号を再生及び出力する音響信号発生装置、３２は前記超音波発振器３０による超音波領域の信号と前記音響信号発生装置３１による可聴周波数帯域の音響信号とを結合させる乗算器、３３は前記乗算器３２での結合信号を任意の出力レベルに調整する増幅器である。
【００２９】
上記のように構成されたスピーカー装置では、前記超音波発振器３０で創生された２０ｋＨｚ以上の超音波領域の信号と、前記音響信号発生装置３１による前記（ＣＤ）や（ＤＶＤ）などの可聴周波数帯域の信号を前記乗算器３２に伝送し、乗算器３２で両者の信号を結合させる。そして、増幅器３３では、前記乗算器３２から伝送された前記超音波発振器３０で創生された超音波領域の信号と、前記音響信号発生装置３１による可聴周波数帯域の音響信号との結合信号を任意の出力レベルに調整して、該出力信号を前記信号線２１、２２を介して、スピーカーとして構成した前記圧電膜１０の電極１１、１２に伝送する。
【００３０】
そして、圧電膜１０では、該圧電膜１０に形成された複数個の突起部１３と、この突起部１３の裏面に固着された前記放射板２０との共振周波数により、音響信号発生装置３１で再生した可聴周波数帯域の音響信号を重畳した超音波発振器３０で創生した超音波信号の音圧レベルが高められて放射される。
【００３１】
つまり、前記ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜１０を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。尚、突起部１３の裏面に放射板２０を設けていない上記実施の形態１で示した圧電膜１０を用いた場合においても、上記のように超音波伝送スピーカーとして活用できるものである。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、上記実施の形態１で示した圧電膜の半球状の突起部の裏面に、半球状に成型した金属材料の放射板を接着固定するようにしたので、経年変化による前記突起部の撓みを防ぐとともに、放射板が有する固有振動数と突起部の超音波領域の固有振動数とが一致して共振することにより高い音圧レベルを得ることができる。
【００３３】
また、上記のように構成される圧電膜を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。
【００３４】
尚、本実施の形態においては、圧電膜１０としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００３５】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３における例えば角型形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図を、図７は前記図６のＢ−Ｂ´の一部拡大端面図をそれぞれ示す。尚、図６、７において、上記実施の形態１、２の図１〜４と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態においては、角型形状（升形状）の複数の突起部１３を持つ圧電膜１０とし、実施の形態２同様に圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、同じ角型形状（升形状）に成型した金属材料の放射板２０を接着固定したものである。本実施の形態の前記突起部１３は、例えば角型形状（升形状）に成型した冶具（図示せず）を用いて、例えば裏面と想定する面（図７では電極１１側の面）に押し当てて、表面（図７では電極１２側）と想定する方向に対して押し出し成形することで、前記圧電膜１０に形成することができる。したがって、上記図６、７に示す突起部１３の形状は、前記角型形状（升形状）の冶具を用いて形成した場合の突起部である。尚、図７に示すように、前記角型形状（升形状）の突起部１３の振動面開口部の一辺の長さは、上記実施の形態１で前述した半径Ｂから得られる直径Ａの寸法と同様となるようにする。
【００３７】
また、図７においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有するものとしたが、上記実施の形態１で前述したように、開口部１５の無い一枚の板状のものとしてもよい。
【００３８】
本実施の形態においては、上記のように突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、金属材料の放射板２０を接着固定した角型形状（升形状）の複数の突起部１３を有する圧電膜１０としたことのみが、上記実施の形態１、２と異なるもので、他の構成やその作用及び本実施の形態の複数個の角型形状（升形状）の突起部１３を有する圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、一枚のシート状の一対の電極で挟み構成される圧電膜に、例えば角型形状（升形状）に成型した冶具を用いて、該角型形状の複数個の突起部を形成し、突起部の裏面に角型形状に成型した金属材料の放射板を接着固定し、突出面側（表面側）の圧電膜の前記突起部の立ち上がり端部と、反突出面側（裏面側）の圧電膜の前記突起部以外の平らな面とを、表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、上記実施の形態１、２と同様の効果を発揮するものである。
【００４０】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００４１】
また、圧電膜１０の突起部１３を図６に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００４２】
また、圧電膜１０の突起部１３を複数としたが、１個の突起部１３を形成する圧電膜１０としてもよい。
【００４３】
また、圧電膜１０の突起部１３の形状を角型（升型）の例として説明したが、これに限られるものではなく、突起面を形成できれば、これ以外の突起部の形状を持つ圧電膜１０としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００４４】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４における例えば四角錐形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図を、図９は前記図８のＣ−Ｃ´の一部拡大端面図をそれぞれ示す。尚、図８、９において、上記実施の形態１、２の図１〜４と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００４５】
本実施の形態においては、四角錐形状の複数の突起部１３を持つ圧電膜１０とし、実施の形態２同様に圧電膜１０の突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、同じ四角錐形状に成型した金属材料の放射板２０を接着固定したものである。本実施の形態の前記突起部１３は、例えば四角錐形状に成型した冶具（図示せず）を用いて、例えば裏面と想定する面（図９では電極１１側の面）に押し当てて、表面（図９では電極１２側）と想定する方向に対して押し出し成形することで、前記圧電膜１０に形成することができる。したがって、上記図８、９に示す突起部１３の形状は、前記四角錐形状の冶具を用いて形成した場合の突起部である。尚、図９に示すように、前記四角錐形状の突起部１３の振動面開口部の一辺の長さは、上記実施の形態１で前述した半径Ｂから得られる直径Ａの寸法と同様となるようにする。
【００４６】
また、図９においては、前記裏面保持体１４を圧電膜１０の突起部１３の開口面に対向して開口部１５を有するものとしたが、上記実施の形態１で前述したように、開口部１５の無い一枚の板状のものとしてもよい。
【００４７】
本実施の形態においては、上記のように突起部１３の裏面となる電極１１側の面に、金属材料の放射板２０を接着固定した四角錐形状の複数の突起部１３を有する圧電膜１０としたことのみが、上記実施の形態１、２と異なるもので、他の構成やその作用及び本実施の形態の複数個の四角錐形状の突起部１３を有する圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、一枚のシート状の一対の電極で挟み構成される圧電膜に、例えば四角錐形状に成型した冶具を用いて、該四角錐形状の複数個の突起部を形成し、突起部の裏面に四角錐形状に成型した金属材料の放射板を接着固定し、突出面側（表面側）の圧電膜の前記突起部の立ち上がり端部と、反突出面側（裏面側）の圧電膜の前記突起部以外の平らな面とを、表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、上記実施の形態１、２と同様の効果を発揮するものである。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００５０】
また、圧電膜１０の突起部１３を図８に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００５１】
また、圧電膜１０の突起部１３を複数としたが、１個の突起部１３を形成する圧電膜１０としてもよい。
【００５２】
また、圧電膜１０の突起部１３の形状を四角錐型の例として説明したが、これに限られるものではなく、突起面を形成できれば、これ以外の突起部の形状を持つ圧電膜１０としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００５３】
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５における例えば波型形状とした圧電膜の端面図である。尚、図１０において、上記実施の形態１の図２、３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態においては、例えば前記一対の電極１１、１２で挟み構成される前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材の一枚のシート状の圧電膜１０を、上記図１０に示すように、例えば上記実施の形態１で前述した半球状の波型に形成して、該圧電膜１０の周縁部と波型形状の各中間部とをその両面から前記表面保持体１６と裏面保持体１４とで固定保持するようにしたものである。この表面保持体１６と裏面保持体１４との保持によって、経年変化等による波型の圧電膜１０の変形を防ぎ、常に設計当初の周波数を再生／放射できるようにする。
【００５５】
上記のように構成された波型形状の圧電膜１０においては、その作用及び該圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００５６】
以上のように、本実施の形態においては、一対の電極で挟み構成される一枚のシート状の圧電膜を例えば半球状の波型に形成して、該圧電膜の周縁部と波型形状の各中間部とをその両面から前記表面保持体と裏面保持体とで挟み固定保持するようにしたので、振動発生時や経年変化等による波型の圧電膜の変形を防ぐことができ、波型の圧電膜から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【００５７】
また、上記のように構成される圧電膜を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。
【００５８】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００５９】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０を例えば半球状の波型の例として説明したが、これに限られるものではなく、圧電膜１０をこれ以外の波型形状として上記同様に構成しても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００６０】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６における上記実施の形態５の他の例を示す圧電膜の平面図を、図１２は前記図１１のＤ−Ｄ´の端面図をそれぞれ示す。尚、上記図１１、１２において同一符号は同一または相当部分を示す。また、上記実施の形態１の図２、３と同一または相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００６１】
本実施の形態においては、例えば前記一対の電極１１、１２で挟み構成される前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材の一枚のシート状の圧電膜１０を、上記図１２に示すように、例えば上記実施の形態１で前述した半球状の波型に形成して、該圧電膜１０の両面に波型と同形状の硬質の非導電材の表面保持体１６と裏面保持体１４とを重合し、この表面保持体１６と裏面保持体１４の一部を切り欠いて圧電膜１０の一部を露出させて、圧電膜１０を保持するようにしたものである。
【００６２】
上記のように構成された波型形状の圧電膜１０においては、その作用及び該圧電膜１０をスピーカーとして活用させた場合のスピーカー装置の動作等については、上記実施の形態１、２の説明で述べたことと基本的に同様であるので、ここでの説明を省略する。
【００６３】
以上のように、本実施の形態においては、一対の電極で挟み構成される一枚のシート状の圧電膜を例えば半球状の波型に形成して、該圧電膜の両面に波型と同形状の硬質の非導電材の表面保持体と裏面保持体とを重合し、この表面保持体と裏面保持体の一部を切り欠いて圧電膜の一部を露出させて、圧電膜を保持するようにしたので、上記実施の形態５同様振動発生時や経年変化等による波型の圧電膜の変形を防ぐことができ、波型の圧電膜から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【００６４】
また、上記のように構成される圧電膜を用いて、超音波信号に可聴周波数領域の音響信号を重畳させて、超音波で目的のところに伝送するための超音波伝送スピーカーとして活用することができる。
【００６５】
尚、本実施の形態においては、圧電膜としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、柔らかい圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００６６】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０を例えば半球状の波型の例として説明したが、これに限られるものではなく、圧電膜１０をこれ以外の波型形状として上記同様に構成しても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００６７】
この発明は以上のように、表面の一部を突出変形することにより、１ないしは複数の中空状の振動面が形成された圧電膜と、この圧電膜の表裏面に設けた一対の電極と、前記圧電膜の振動面以外の圧電膜部分の振動を阻止する保持体とを具備した音放射デバイスにおいては、前記一対の電極に信号電圧を印加した際に、圧電膜の突出面以外の面の振動を防ぎ、また振動発生時の前記突出面の立ち上がり端部の変形を防ぐことができ、圧電膜の突出面から確実に必要な任意の周波数の音響放射が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における例えば半球状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図である。
【図２】 上記図１のＡ−Ａ´の概略端面図である。
【図３】 上記図２の一部拡大端面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２における上記実施の形態１の突起部の、他の例を示した一部拡大端面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１〜６に係る圧電膜をスピーカーとして活用したスピーカー装置の構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態３における例えば角型形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図である。
【図７】 上記図６のＢ−Ｂ´の一部拡大端面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４における例えば四角錐形状の複数の突起部を持つ圧電膜の平面図である。
【図９】 上記図８のＣ−Ｃ´の一部拡大端面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態５における波型形状の圧電膜の端面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６における上記実施の形態５の他の例を示した圧電膜の平面図である。
【図１２】 上記図１１のＤ−Ｄ´の端面図である。
【図１３】 従来の突起部を形成した圧電フィルムの断面図である。
【符号の説明】
１０ 圧電膜、 １１ プラス（＋）電極、 １２ マイナス（−）電極、 １３ 突起部、 １４ 裏面保持体、 １５ 開口部、 １６ 表面保持体、 ２０ 放射板、 ２１、２２ 信号線、 ３０ 超音波発振器、 ３１ 音響信号発生装置、 ３２ 乗算器、 ３３ 増幅器。
Claims (12)
- 表面の一部を一方向に突出変形することにより１ないしは複数の中空状の振動面が形成された圧電膜と、この圧電膜の表裏面に設けた一対の電極と、前記圧電膜の振動面以外の圧電膜部分の振動を阻止する保持体とを具備したことを特徴とする音放射デバイス。
- 前記保持体は、前記振動面以外の圧電膜部分の表面と裏面とを挟み込んで固定保持することを特徴とする請求項１記載の音放射デバイス。
- 前記保持体は、前記振動面の突出の立ち上げ端部を固定保持するように固着することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の音放射デバイス。
- 前記振動面が半球状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の音放射デバイス。
- 前記振動面が矩形状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の音放射デバイス。
- 前記振動面が四角錘状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の音放射デバイス。
- 前記振動面の内側表面に前記圧電膜と共振周波数を同じくする補強体を重合したことを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の音放射デバイス。
- 前記振動面の開口部の直径または一辺の長さを次式で得られた値に設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の音放射デバイス。
[１／２πｆ×（５×１０９／１７８０）１／２]×２ - 前記振動面の開口部の直径または一辺の長さを２０ｍｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の音放射デバイス。
- 両表面に一対の電極が形成された圧電膜を波型に折り曲げるとともに該圧電膜の周縁部と波型形状の各中間部とをその両表面から保持体で保持したことを特徴とする音放射デバイス。
- 両表面に一対の電極が形成された圧電膜を波型に折り曲げるとともに該圧電膜の両表面に波型と同形状の保持体を重合し、この保持体の一部を切り欠くことにより前記圧電膜の一部を露出させたことを特徴とする音放射デバイス。
- 前記請求項１〜１１のいずれかに記載の音放射デバイスと、可聴周波数帯域の音響信号を生成する音源と、前記音放射デバイスで放射する超音波領域の搬送用の信号を生成する超音波発生源とを備え、前記超音波領域の搬送用の信号に前記可聴周波数帯域の音響信号を重畳させて、前記音放射デバイスで放射させることを特徴とする超音波伝送スピーカー装置。
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