JP5003479B2 - 静電型スピーカ - Google Patents

Description

本発明は、静電型スピーカに関する。

スピーカの分野においては、静電型スピーカと呼ばれるスピーカがある。この静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の電極と、この２枚の電極の間に挿入された導電性を有するシート状の振動体とから構成されており、振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、それに応じて振動体は変位を繰り返し（すなわち振動し）、音響信号に応じた再生波が振動体から発生する。
そして、このような静電型スピーカにおいては、非特許文献１に記載されているように、２枚の電極および振動体を柔らかい材料のものとし、様々な形に変形させることができるフレキシブル形の静電型スピーカも考案されている。

武岡成人、外５名、「コンデンサマイク／スピーカを用いた１ｂｉｔ波面記録再生システム」、電子情報通信学会技術研究報告．ＥＡ，応用音響、電子情報通信学会、平成１７年６月、ｐｐ．２５−３０

さて、非特許文献１に記載されているフレキシブル形の静電型スピーカは、エッジフリーとなっており、電極に対して振動体は拘束されていない。拘束されていないゆえに自由に曲げることができ、様々な形に変形させることができるものの、一方で、拘束されていないゆえに電極と振動体とがずれやすく、また、拘束されていないゆえに変形させると電極間の距離が広がって不均一になる。
電極間の距離が不均一となると、電極間の距離が短いところと長いところで振動体に対して作用する静電力の大きさが異なることとなり、振動体１０が静電力に反応する感度が振動体１０の全面で均一とならなくなり感度が落ちてしまうという問題がある。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、静電型スピーカにおいて、自由に曲げることが可能であり、且つ、曲げた時に電極間の距離が所定距離以下になるようにする技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、強磁性と導電性を有する布状の第１電極と、導電性を有し、前記第１電極に対向して離間配置された布状の第２電極と、導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する振動体と、前記振動体と前記第１電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、前記振動体と前記第２電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第２弾性部材とを有し、前記第１電極が磁力により前記第２電極側へ引き寄せられている静電型スピーカを提供する。

本発明においては、前記第２電極は、導電性を有する糸と磁力を有する糸を織って形成されていてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極は、導電性を有する糸と強磁性の糸を織って形成されていてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極と前記第２電極は、伸縮可能に織られていてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極、前記第１弾性部材、前記振動体、前記第２弾性部材、および前記第２電極の周縁部は非導電性の糸により縫い合わされていてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極と前記第２電極は、伸張された状態で縫い合わされていてもよい。
また、本発明においては、前記第２電極において前記第１電極と対向している面と反対側の面に磁石が配置されていてもよい。

本発明によれば、静電型スピーカにおいて、自由に曲げることが可能であり、且つ、曲げた時に静電型スピーカの電極間の距離を所定距離以下に保つことができる。

［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観を模式的に示した図、図２は、静電型スピーカ１の断面および電気的構成を模式的に示した図である。
図に示したように、この静電型スピーカ１は、振動体１０、導電布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌ（第１弾性部材、第２弾性部材）、および糸４０とで構成されている。なお、本実施形態においては、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌの構成は同じであるため、両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｕ」の記載を省略する。
また、図中の振動体、導電布等の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。

（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。振動体１０は、例えば、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（polypropylene、ポリプロピレン）などのフィルムに、アルミニウムを蒸着したものであり、その厚さは、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとなっている。

弾性を有する弾性部材３０は、例えば中綿を熱を加えて圧縮したものであって空気の通過が可能となっており、その形状は矩形となっている。弾性部材３０は、外部から力を加えられると変形し、外部から加えられた力が取り除かれると元の形状に戻る。なお、本実施形態においては、弾性部材３０のＸ方向およびＹ方向の長さは、後述する矩形の導電布２０Ｕ，２０ＬのＸ方向およびＹ方向の長さより長くなっており、また、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さより長くなっている。また、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０ＬのＺ方向の高さは、いずれも同じとなっている。

導電布２０Ｕ（第１電極）は、図３に示したように、導電性を有する経糸２１と強磁性の緯糸２２を平織りした布である。
緯糸２２は、図４に示したように、芯となる断面円形の芯層２２Ａと、芯層２２Ａの外周を覆う保護層２２Ｂとで構成されている。芯層２２Ａは、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル系ポリマー、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリカーボネートなどに、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性の物質を主成分とする粒子を混合した層であり、また、保護層２２Ｂは、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリエーテルなどの繊維形成ポリマーで形成された層である。
なお、導電布２０Ｕは、その形状が矩形となっており、平織りされて空気の通過が可能となっているため、音響透過性が確保されている。また、経糸２１は、導電性を有する糸であれば、合成繊維に銅ニッケルメッキを施したものや、合成繊維にカーボンを含ませたものなど各種の糸を用いることができる。

導電布２０Ｌ（第１電極）は、図５に示したように、導電性を有する経糸２１と、磁力を有する緯糸２３を平織りした布である。
緯糸２３は、図６に示したように、芯となる断面円形の芯層２３Ａと、芯層２３Ａの外周を覆う保護層２３Ｂとで構成されている。芯層２３Ａは、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニル系ポリマー、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリカーボネートなどにフェライト磁石、サマリウム磁石、ネオジム磁石のいずれかの磁石の粉末を混合した層であり、また、保護層２３Ｂは、保護層２２Ｂと同じ繊維形成ポリマーで形成された層である。
なお、導電布２０Ｌも、その形状が矩形となっており、平織りされて空気の通過が可能となっているため、音響透過性が確保されている。

糸４０は例えば、導電布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０および振動体１０を縫い合わせるための糸であり、その素材は、木綿など導電性を有さない（非導電性）素材となっている。

（静電型スピーカ１の組み立て方法）
次に静電型スピーカ１の組み立て方法について説明する。静電型スピーカ１を組み立てる際には、まず、導電布２０Ｌの上に弾性部材３０Ｌが載せられる。弾性部材３０Ｌを導電布２０Ｌの上に載せる際には、弾性部材３０Ｌの各辺が導電布２０Ｌの各辺より外側に位置するようにして弾性部材３０Ｌが導電布２０Ｌの上に載せられる。
次に、弾性部材３０Ｌの上に振動体１０が載せられる。なお、振動体１０を弾性部材３０Ｌの上に載せる際には、振動体１０の各辺が弾性部材３０Ｌの各辺より内側に位置するようにして弾性部材３０Ｌの上に載せられる。

そして、振動体１０の上に弾性部材３０Ｕが載せられる。弾性部材３０Ｕを振動体１０の上に載せる際には、弾性部材３０Ｕの各辺が振動体１０の各辺より外側に位置するようにしつつ、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌの四隅の位置が重なるようにして弾性部材３０Ｌが振動体１０の上に載せられる。ここで、弾性部材３０のＸ方向およびＹ方向の長さは、振動体１０のＸ方向およびＹ方向の長さより長いため、矩形の振動体１０の各辺は、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌとの間からはみ出すことなく、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌとの間に位置する。

次に、弾性部材３０Ｕの上に導電布２０Ｕが載せられる。導電布２０Ｕを弾性部材３０Ｕの上に載せる際には、導電布２０Ｕの各辺が弾性部材３０Ｕの各辺より内側に位置するようにしつつ、導電布２０Ｕと導電布２０Ｌの四隅の位置がＺ方向で見て重なるようにして弾性部材３０Ｕの上に導電布２０Ｕが載せられる。

そして、導電布２０Ｕ，２０Ｌ、振動体１０および弾性部材３０を重ね終えた後、各部材の周縁部が糸４０で縫い合わされる。各部材の周縁部は、各部材を貫いた糸４０で縫い合わされて拘束されるため、静電型スピーカ１を変形させても導電布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０および振動体１０がずれることがない。
また、導電布２０Ｌは、磁力を有する緯糸２３を用いて織られており、導電布２０Ｌに対向する導電布２０Ｕは、強磁性の緯糸２２を用いて織られているため、導電布２０Ｕは磁力により導電布２０Ｌに引き寄せられる。
導電布２０Ｕにおいて導電布２０Ｌに対向している面の全てが導電布２０Ｌ側に引き寄せられるが、その間の距離は弾性部材３０により一定に保たれるため、静電型スピーカ１を変形させても導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとの距離が不均一になることがない。
また、絶縁性を有する弾性部材３０は、振動体１０および導電布２０Ｕ，２０Ｌより面積が広くなっており、弾性部材３０の各辺は、振動体１０および導電布２０Ｕ，２０Ｌの各辺より外側に位置するため、導電布２０Ｕ，２０Ｌと振動体１０とが接触して短絡することがない。

（静電型スピーカ１の電気的構成）
次に、静電型スピーカ１の電気的構成について説明する。図２に示したように、静電型スピーカ１は変圧器５０、外部から音響信号が入力される入力部６０、振動体１０に対して直流バイアスを与えるバイアス電源７０とを備えている。そしてバイアス電源７０は、振動体１０と、変圧器５０の出力側の中点と接続されており、２つの導電布２０Ｕ，２０Ｌはそれぞれ変圧器５０の出力側の一端および他端に接続されている。この構成においては、入力部６０に音響信号が入力されると入力された音響信号に応じた電圧が導電布２０Ｕ，２０Ｌに印加される。
そして、変圧器５０から導電布２０Ｕ，２０Ｌに電圧が印加されて導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとの間に電位差が生じると、振動体１０には導電布２０Ｕと導電布２０Ｌのいずれかの側へ引き寄せられるような静電力が働く。すなわち、振動体１０は音響信号に応じて同図のＺ方向に変位し(撓み)、その変位方向が逐次変わることによって振動となり、その振動状態（振動数、振幅、位相）に応じた音が振動体１０から発生する。発生した音は、少なくとも導電布２０Ｕと導電布２０Ｌのいずれか一方を通り抜けて静電型スピーカ１の外部に放射される。

本実施形態においては、導電布２０Ｕは磁力により導電布２０Ｌに引き寄せられており、静電型スピーカ１を変形させても導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとの間の距離が不均一になることがないため、振動体１０に働く静電力は振動体１０のどの場所においても同じとなり、結果、振動体１０が静電力に反応する感度が振動体１０のどの場所においても同じとなる。また、振動体１０を変形させても、導電布間の距離が保たれるため、振動体１０が静電力に反応するときの感度が落ちることがない。
また、本実施形態においては、振動体１０、導電布２０Ｕ，２０Ｌおよび弾性部材３０は柔軟性があるため、円弧状に変形させたり、曲面に沿って変形させたり自在に変形させることができ、衣服に取り付けたりすることができる。
また、各部材は柔軟性があるため、人体が衝突しても人体にダメージを与える虞がない。このため、ヘッドレストに取り付けたり、フルフェイス形のヘルメットの内部に配置すれば、人体を傷付けることなく耳元で発音させることができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る静電型スピーカ１Ａは、図７に示したように、導電布２５Ｕと導電布２５Ｌとを有している。なお、他の弾性部材３０、振動体１０、糸４０、変圧器５０、入力部６０、バイアス電源７０については、第１実施形態と同じ構成となっている。

導電布２５Ｕ（第１電極）は、平織りではなく図８（ａ）に示したようにメリヤス織りされた布であり、導電性を有する糸２６と、強磁性の糸２７を用いて織られている。なお、糸２６は、第１実施形態における経糸２１と同じ構成であり、糸２７は、第１実施形態における緯糸２２と同じ構成となっている。
また、導電布２５Ｌ（第２電極）も、平織りではなくメリヤス織りされた布であり、図８（ａ）における糸２７を、磁力を有する糸２８に替えた布である。なお、糸２８は、第１実施形態における緯糸２３と同じ構成となっている。

導電布２５Ｕ，２５Ｌは、メリヤス織りされているため伸縮性を有する。なお、導電布２５Ｕ，２５Ｌは、伸縮性を有するのであればメリヤス織りに限定されるものではなく、例えば図８（ｂ）に示したようにゴム編みでもよく、また、図８（ｃ）に示したようにパール編みであってもよい。
なお、ゴム編みまたはパール編みにする場合においても、導電布２５Ｕでは糸２６と糸２７の２種類の糸が用いられ、導電布２５Ｌでは糸２６と糸２８の２種類の糸が用いられる。

そして、第１実施形態と同様に導電布２５Ｌ、弾性部材３０Ｌ、振動体１０、弾性部材３０Ｕ、導電布２５Ｕという順番で各部材が重ねられ、重ねられた部材が糸４０で縫い合わされる。なお、本実施形態においては、各部材を縫い合わせる際には、導電布２５Ｕ，２５Ｌは、Ｘ方向およびＹ方向に若干伸ばされた状態で縫い合わされる。

例えば、第１実施形態のように平織りの導電布２５Ｕ，２５Ｌを伸張させずに縫い合わせた場合、静電型スピーカ１を円弧状に変形させると、平織りではメリヤス織りと比較して伸縮性が少ないため、図９（ａ）に示したように内周側において糸で縫い合わされていない部分がたるみ、導電布間の距離が一定でなくなってしまうことがある。
しかしながら、本実施形態によれば、導電布２５Ｕ，２５Ｌを縫い合わせる際に導電布２５Ｕ，２５Ｌは伸張させられて縫い合わされているため、円弧状に変形させた場合、図９（ｂ）に示したように、内周側は伸ばされていた導電布が縮むため内周側の導電布がたるむことがなく、外周側においては、導電布はメリヤス織りで伸縮性があるために伸張してつっぱることがないため、導電布間の距離が大きく変化することがない。

また、本実施形態においては、導電布２５Ｕ，２５Ｌを構成する糸は、伸縮性を有するように糸と糸との間に隙間が設けられるため、平織りの導電布を使用した場合と比較して通気性が良く、音響透過性が良くなる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

上述した第１実施形態においては、緯糸２２の構成を有する糸の表面に銅ニッケルメッキを施し、このメッキが施された糸を経糸と緯糸として平織りすることにより導電布２０Ｕを形成してもよい。
また、緯糸２３の構成を有する糸の表面に銅ニッケルメッキを施し、このメッキが施された糸を経糸と緯糸として平織りすることにより導電布２０Ｌを形成してもよい。
また、第２実施形態においても、緯糸２２の構成を有する糸の表面に銅ニッケルメッキを施し、このメッキが施された糸のみでメリヤス織り（またはゴム織り、パール編み）をして導電布２５Ｕを形成してもよく、緯糸２３の構成を有する糸の表面に銅ニッケルメッキを施し、このメッキが施された糸のみでメリヤス織り（またはゴム織り、パール編み）をして導電布２５Ｌを形成してもよい。

上述した第１実施形態においては、経糸２１と同じ構成の糸を平織りして導電布２０Ｌを形成してもよい。この場合、図１０に示した静電型スピーカ１Ｂのように、導電布２０Ｌの表面にシート状の永久磁石１００を接着して配置する。この構成においては、永久磁石１００が導電布２０Ｕを引きつけるため、第１実施形態と同様に静電型スピーカ１を変形させても導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとの距離が不均一になることがない。
なお、永久磁石を導電布２０Ｌの表面に配置する場合、図１１に示した静電型スピーカ１Ｃのように複数の永久磁石１００を導電布２０Ｌに接着して配置してもよい。この構成においても、永久磁石１００が導電布２０Ｕを引きつけるため、静電型スピーカ１を変形させても、導電布２０Ｕと導電布２０Ｌとがずれることがない。

なお、磁石を配置する構成においては、各部材の周縁部を糸４０で縫い合わせないようにしてもよい。磁石の磁力により導電布２０Ｕが導電布２０Ｌ側へ引き寄せられ、磁石の磁力が十分であれば各部材が拘束されるため、各部材がＸ方向やＹ方向へずれることがない。
また、磁石を使用しない第１実施形態や第２実施形態においても、糸４０で縫い合わせないようにしてもよい。
第１実施形態においては、導電布２０Ｌの磁力により導電布２０Ｕが導電布２０Ｌ側へ引き寄せられ、導電布２０Ｌの磁力が十分であれば各部材が拘束されるため、各部材がＸ方向やＹ方向へずれることがない。
また、第２実施形態においても、導電布２５Ｌの磁力により導電布２５Ｕが導電布２５Ｌ側へ引き寄せられ、導電布２５Ｌの磁力が十分であれば各部材が拘束されるため、各部材がＸ方向やＹ方向へずれることがない。

上述した実施形態では、磁力を有する糸を用いて導電布２０Ｌが織られているが、導電性を有する糸と強磁性の糸とを用いて織られた導電布に着磁して導電布に磁力を付加し、磁力が付加された導電布を静電型スピーカの電極としてもよい。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の模式図である。 静電型スピーカ１の断面と電気的構成を模式的に示した図である。 導電布２０Ｕの織り方を模式的に示した図。 緯糸２２の構成を模式的に示した図。 導電布２０Ｌの織り方を模式的に示した図。 緯糸２３の構成を模式的に示した図。 本発明の第２実施形態に係る静電型スピーカ１Ａの模式図である。 導電布の織り方の変形例を示した図である。 本発明に係る静電型スピーカを変形させた時の断面を表した図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの模式図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの模式図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、２０Ｕ，２０Ｌ・・・導電布、２１・・・経糸、２２，２３・・・緯糸、２５Ｕ，２５Ｌ・・・導電布、２６，２７，２８・・・糸、３０Ｕ，３０Ｌ・・・弾性部材、４０・・・糸、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源、１００・・・磁石

Claims (7)

1. 強磁性と導電性を有する布状の第１電極と、
   導電性を有し、前記第１電極に対向して離間配置された布状の第２電極と、
   導電性を有し、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する振動体と、
   前記振動体と前記第１電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、
   前記振動体と前記第２電極との間に位置し、絶縁性、弾性および音響透過性を有する第２弾性部材と
   を有し、
   前記第１電極が磁力により前記第２電極側へ引き寄せられている静電型スピーカ。
2. 前記第２電極は、導電性を有する糸と磁力を有する糸を織って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
3. 前記第１電極は、導電性を有する糸と強磁性の糸を織って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
4. 前記第１電極と前記第２電極は、伸縮可能に織られていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
5. 前記第１電極、前記第１弾性部材、前記振動体、前記第２弾性部材、および前記第２電極の周縁部は非導電性の糸により縫い合わされていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
6. 前記第１電極と前記第２電極は、伸張された状態で縫い合わされていることを特徴とする請求項５に記載の静電型スピーカ。
7. 前記第２電極において前記第１電極と対向している面と反対側の面に磁石が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。

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