JP5348333B2 - 圧電スピーカ装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧電スピーカ装置に関するもので、特に、有機高分子からなる圧電フィルムを駆動源として備える、圧電スピーカ装置に関するものである。

たとえば特開２００３−２４４７９２号公報（特許文献１）には、携帯電話機のディスプレイ上に湾曲状に配置される透明の圧電スピーカが記載されている。圧電スピーカは、可撓性圧電フィルムを備え、この圧電フィルムの両面には、駆動用信号電圧を印加するための透明の駆動用電極が形成され、さらに圧電フィルムを保護フィルムで覆う構造を有している。この特許文献１には、また、圧電スピーカに備える圧電フィルムとして、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムを用いる例が記載されている。

上記のＰＶＤＦのような有機高分子の圧電定数は比較的小さく、ｄ_３３で高々４０ｐＣ／Ｎ程度である。そのため、実用的な音圧を出すためには、数十ボルトないし数百ボルトの電圧を印加する必要がある。

他方、透明の圧電スピーカとなれば、透明であるがために使用者の興味を引き、その結果として、手で触れられる機会が増えるとともに、好奇心により表面が傷付けられる可能性も高いと考えられる。そのため、上述した保護フィルムが傷付けられ、その下にある駆動用電極が露わになり、その結果、駆動用電極を直接触れることが可能となる状況がもたらされる可能性がある。この場合、駆動用電極には、前述したように、比較的高電圧が印加されているため、感電事故を引き起こすことが考えられる。

特開２００３−２４４７９２号公報

そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る圧電スピーカ装置を提供しようとすることである。

この発明は、有機高分子からなる圧電フィルムと、圧電フィルムを駆動するための駆動電圧を圧電フィルムに印加するため、圧電フィルムに接するように設けられた、少なくとも１対の駆動用電極とを有する、スピーカ本体を備える、圧電スピーカ装置に向けられる。上述の駆動用電極は、圧電フィルムにおける、使用者の手に触れ得る側に設けられた使用者側駆動用電極を含む。

この発明に係る圧電スピーカ装置は、上述した技術的課題を解決するため、スピーカ本体が、さらに、使用者側駆動用電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された傷検知用電極線とを有していて、さらに、傷検知用電極線が正常な電気的導通状態にあるか否かを検知するための検知回路と、検知回路の検知結果に応じて、駆動用電極に印加されている駆動電圧を制御するための駆動電圧制御手段とを備えることを特徴としている。

この発明に係る圧電スピーカ装置において、スピーカ本体は、傷検知用電極線を覆うように絶縁層上に形成された保護層をさらに有していることが好ましい。

また、この発明に係る圧電スピーカ装置は、検知回路によって傷検知用電極線の損傷が確認されたとき、スピーカ本体に異常が発生したことを使用者に知らせるための報知手段をさらに備えることが好ましい。報知手段による報知の態様としては、ディスプレイ上への表示、警告音の出力等がある。

上述した傷検知用電極線は、絶縁層上で、少なくとも互いに異なる２つの方向に延びる部分を有することが好ましい。なお、傷検知用電極線が少なくとも互いに異なる２つの方向に延びる部分を有する例としては、傷検知用電極線がミアンダ状に延びる部分を有していたり、渦巻状の延びる部分を有していたりする場合である。

また、上述した傷検知用電極線としては、互いに電気的に独立した複数の傷検知用電極線を備えることが好ましい。

前述した駆動電圧制御手段は、検知回路によって傷検知用電極線の損傷が確認されたとき、駆動用電極に印加されている駆動電圧を低くすることにより感電の危険性を小さくする。好ましくは、駆動電圧を４２．４Ｖよりも低くし、より好ましくは、０Ｖとする。

この発明によれば、スピーカ本体が手で触れられ、表面が傷付けられても、駆動用電極が露わになる前に、駆動電圧を下げられるので、使用者が露出した駆動用電極に接触することによって生じ得る感電事故を防止することができる。この発明では、スピーカ本体に備える圧電フィルムは有機高分子からなるので、駆動用電極を介して圧電フィルムに印加される駆動電圧は数十ボルトないし数百ボルトと高くされなければならない。よって、上述のような感電事故防止の意義は大きい。

この発明に係る圧電スピーカ装置において、スピーカ本体が、絶縁層上に形成された保護層をさらに有していると、保護層が傷検知用電極線および絶縁層に対する保護機能を担うばかりでなく、駆動用電極に対する保護機能をも担うので、駆動用電極がより露出しにくくなり、感電事故がより生じにくくなる。

この発明に係る圧電スピーカ装置が、異常の発生を使用者に知らせるための報知手段をさらに備えていると、異常の発生を確実に使用者に知らせることができる。

この発明に係る圧電スピーカ装置において、傷検知用電極線が少なくとも互いに異なる２つの方向に延びる部分を有していると、互いに異なる２つの方向のうち、いずれの方向の傷に対しても、傷検知用電極線が損傷状態となり得るので、傷検知用電極線の本数を増やすことなく、傷検知の精度を高めることができる。

また、上述した傷検知用電極線として、互いに電気的に独立した複数の傷検知用電極線を備えていると、所定数の傷検知用電極線が同時に損傷状態にあるときのみ、傷が生じたと判断する制御方法が可能になる。よって、機能に問題のないような軽微な傷や、経時変化による傷検知用電極線の部分断線程度では、直ちに故障モードに入ったという判定をしないようにすることができる。

この発明において、傷検知用電極線の損傷が確認されたとき、駆動用電極に印加されている駆動電圧を４２．４Ｖよりも低くすれば、感電事故を十分に防止することができる。なぜなら、交流電圧の場合、４２.４Ｖ以上が人体に対して危険だとされているからである。また、駆動用電極に印加されている駆動電圧を０Ｖとすれば、感電事故を完全に防止することができる。

この発明の第１の実施形態による圧電スピーカ装置を示すブロック図である。 図１に示した圧電スピーカ装置に備えるスピーカ本体の外観を示す斜視図である。 図２に示したスピーカ本体の断面構造を拡大して示す図である。 図３に示した絶縁層上の傷検知用電極線の分布状態を示す平面図である。 スピーカ本体に傷が生じたことによって、傷検知用電極線が損傷された状態を示す、図４に対応する図である。 この発明の第２の実施形態を示す、図４に相当する図である。 この発明の第３の実施形態を示す、図４に相当する図である。

この発明の第１の実施形態による圧電スピーカ装置を説明するにあたり、まず、図２および図３を参照して、圧電スピーカ装置に備えるスピーカ本体２について説明する。

スピーカ本体２は、図２に示すように、薄い平板状であり、全体の厚みは０．２〜１ｍｍ程度である。使用時には、スピーカ本体２は、図１に示したような平面のままであっても、特許文献１に記載のような湾曲状とされてもよい。

スピーカ本体２は、図３に示すような断面構造を有している。なお、図３において、スピーカ本体２を構成する各要素の厚みは誇張されて示されている。

スピーカ本体２は、有機高分子からなる圧電フィルム３を備える。ここで、有機高分子としては、たとえば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）またはＰＬＬＡ（Ｌ型ポリ乳酸）が有利に用いられる。前者のＰＶＤＦは、圧電性を示す有機高分子の中でも比較的高い圧電性を示すものとして知られている。後者のＰＬＬＡは、透明度が高く、カーボンニュートラルであり、生分解性である、といった利点を有している。

圧電フィルム３の各主面上には、圧電フィルム３を駆動するための駆動電圧を印加するための駆動用電極４および５が形成されている。スピーカ本体２に透明性が要求される場合には、駆動用電極４および５は、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、もしくは酸化亜鉛などの無機系材料、またはポリチオフェンもしくはポリアニリンなどを主成分とする有機系の材料から構成される。スピーカ本体２に透明性が特に要求されない場合には、駆動用電極４および５は、銀、金、アルミニウム、銅またはニッケルなどの金属から構成されてもよい。

圧電フィルム３ならびに駆動用電極４および５によって圧電スピーカの振動部分が構成されるが、この振動部分は、図３に示したような３層構造に限らず、複数の圧電フィルムを積層した構造としても、また、積層された２枚の圧電フィルムの伸縮動作を互いに逆にしたバイモルフ構造としてもよい。

上述した駆動用電極４および５のうち、図３による上方に位置する駆動用電極５が、圧電フィルム３における、使用者の手に触れ得る側に設けられた使用者側駆動用電極となるものである。この使用者側駆動用電極５上には電気絶縁性の絶縁層６が形成されている。絶縁層６は、スピーカ本体２に透明性が要求される場合には、透明性かつ可撓性を有する樹脂から構成される。絶縁層６を構成する樹脂としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリプロピレンのような透明性を有する樹脂から構成される。

絶縁層６上には、傷検知用電極線７が形成される。傷検知用電極線７についても、前述した駆動用電極４および５と同様の材料を用いて形成することができる。すなわち、傷検知用電極線７は、スピーカ本体２に透明性が要求される場合には、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、もしくは酸化亜鉛などの無機系材料、またはポリチオフェンもしくはポリアニリンなどを主成分とする有機系の材料から構成され、スピーカ本体２に透明性が特に要求されない場合には、銀、金、アルミニウム、銅またはニッケルなどの金属から構成されてもよい。

傷検知用電極線７の形態の詳細については、図４を参照して後述する。

絶縁層６上には、上記傷検知用電極線７を覆うように、保護層８が形成されていることが好ましい。保護層８は、スピーカ本体２に透明性が要求される場合には、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリプロピレンのような透明性を有する樹脂から構成される。

なお、上述した各要素間の接合のため、必要な界面に接着剤等が付与されるが、図３では、そのような接着剤の図示は省略されている。もっとも、各要素間の接合のため、熱圧着などが適用される場合には、接着剤は不要である。

スピーカ本体２が、フラットパネルディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパーなどのディスプレイ装置と組み合わされる場合、ディスプレイ装置は、スピーカ本体２における駆動用電極４の図３による下面側に配置される。

図１には、上述したスピーカ本体２ならびにこれを駆動・制御するための回路を備える、スピーカ装置１がブロック図で示されている。

図１を参照して、制御ＩＣ１０は、信号線１１を介して検知回路１２と接続され、また、信号線１３を介してアンプ１４と接続されている。検知回路１２は、前述した傷検知用電極線７（図３参照）が正常な電気的導通状態にあるか否かを検知するためのものであり、検知信号線１５を通して傷検知用電極線７に接続されている。

スピーカ本体２を駆動する際には、音源から得られるデジタル音響信号が、信号線１３を介してアンプ１４に送られ、ここで増幅され、次いで、増幅された音響信号が、駆動電圧として、信号線１６を介して駆動用電極４および５（図３参照）に送られ、これら駆動用電極４および５を介して圧電フィルム３（図３参照）に印加される。このようにして、スピーカ本体２が駆動される。制御線１７は、制御ＩＣ１０から与えられる制御信号によって、アンプ１４の出力を制御するためのものである。

図４には、保護層８を通して透視される、絶縁層６上の傷検知用電極線７の分布状態が示されている。傷検知用電極線７は、互いに平行に延びかつ互いに電気的に独立した状態で等間隔に配置されたｎ本の直線状の線７−１〜７−ｎから構成される。

線７−１〜７−ｎの各々は、トランジスタなどからなるスイッチング素子（図示せず。）を通じて、前述した検知信号線１５と接続され、検知信号線１５を介して、検知回路１２に接続されている。スピーカ本体２の駆動に先立って、もしくは、駆動している最中に定期的に、制御ＩＣ１０は、検知回路１２を駆動して、スピーカ本体２表面の傷の有無を検知する。

何らかの外力により、図５に示すような傷９がスピーカ本体２に生じることによって、たとえば線７−５および７−６が損傷し、断線または抵抗の増大が生じたとする。このとき、制御ＩＣ１０において予め設定された判断基準に従って、検知回路１２が線７−５および７−６での断線または抵抗の増大を検知する。これに応じて、駆動電圧制御手段としての制御ＩＣ１０が、制御線１７を通じて、アンプ１４の出力を制御し、駆動用電極４および５（図３参照）に印加されている駆動電圧を低くするように制御する。この場合、交流電圧の場合、ＩＥＣ規格によれば４２.４Ｖ以上が人体に対して危険だとされていることから、駆動電圧を４２．４Ｖよりも低くすれば、感電事故を十分に防止することができる。また、駆動電圧を０Ｖとすれば、感電事故を完全に防止することができる。

なお、駆動電圧を制御するため、上述したように、制御線１７を通じてアンプ１４の出力を制御するほか、信号線１３に出す信号そのものをカットするか、ソースレベルを絞るようにしてもよい。

上記の処理と並行して、スピーカ本体２に異常が発生したことを使用者に知らせるための異常報知手段が設けられていると、異常をより確実に使用者に知らせることができる。この異常報知手段による報知の態様としては、ディスプレイ上への表示、警告音の出力等がある。より具体的には、「スピーカ破損。危険回避のため、スピーカ駆動電圧を落としました。」のようなメッセージがディスプレイ上に表示される。このスピーカ装置１がディスプレイ装置と複合されている場合には、制御ＩＣ１０から画像を制御するＩＣへ信号を送り、ディスプレイ上に上述したような表示を実現するようにしてもよい。この場合、制御ＩＣ１０そのものが、画像を制御するＩＣと一体であってもよい。

傷検知用電極線７を構成する線７−１〜７−ｎが、図４に示すように、互いに電気的に独立した状態で多数形成されている場合、たとえば２本以上といった所定本数の線が同時に損傷状態にあるときのみ、傷が生じたと判断する制御方法が採用されてもよい。この制御方法によれば、機能に問題のないような軽微な傷や、経時変化による傷検知用電極線７の部分断線程度では、直ちに故障モードに入ったという判定をしないようにすることができる。

傷検知用電極線の形成態様は必要に応じて種々に変更することができる。たとえば、図６に示す傷検知用電極線７ａは、互いに電気的に独立した複数本、たとえば４本のミアンダ状の線７ａ−１〜７ａ−４から構成される。

図６に示した傷検知用電極線７ａによれば、図４に示した傷検知用電極線７に比べて、同じ面積をカバーするために必要な線の数を減らすことができる。したがって、回路構成をより簡単にすることができる。また、図４に示した傷検知用電極線７の場合には、線７−１〜７−ｎの延びる方向と平行に延びるように生じた傷が検知されにくいことがあり得るが、図６に示した傷検知用電極線７ａによれば、線７ａ−１〜７ａ−４の各々が互いに異なる２つの方向に延びる部分を有しているので、線の本数を増やしたり、線の配置密度を高めたりすることなく、傷検知の精度および確実性を高めることができる。

なお、図４に示した線７−１〜７−ｎならびに図６に示した線７ａ−１〜７ａ−４は、ともに図解上の問題から、簡略化されて図示されている。実際には、線７−１〜７−ｎならびに図６に示した線７ａ−１〜７ａ−４は、より緻密な配置とされ、各々の線幅および各々間の間隔は、数百μｍ〜数ｍｍのオーダである。

傷検知用電極線を構成する線の形状および本数は、特に限定されるものではない。線の形状について言えば、たとえば渦巻状などの変形例があり得る。

このような場合の変形例を図７に示す。図７に示した傷検知用電極線７ｂは、単に１本の線からなり、一部においてミアンダ状であり、全体として渦巻状となっている。図７においても、図６と同様に図解上の問題から、簡略化されて図示されている。また、図７に示した線７ｂは、実際には、より緻密な配置とされ、各々の線幅および各々間の間隔は、数百μｍ〜数ｍｍのオーダである。

たとえば、図７に示す傷検知用電極線７ｂのように、傷検知用電極線の形状によっては、それを構成する線の本数は単に１本であってもよい場合があり得る。線の本数を１本にした場合には、トランジスタなどのスイッチング素子で複数の線を切り替えて検知回路１２に接続する必要がなくなるため、回路構成を非常に簡単にできる。

１ 圧電スピーカ装置
２ スピーカ本体
３ 圧電フィルム
４ 駆動用電極
５ 使用者側駆動用電極
６ 絶縁層
７，７ａ，７ｂ 傷検知用電極線
８ 保護層
９ 傷
１０ 制御ＩＣ
１２ 検知回路
１４ アンプ

Claims (11)

1. 有機高分子からなる圧電フィルムと、前記圧電フィルムを駆動するための駆動電圧を前記圧電フィルムに印加するため、前記圧電フィルムに接するように設けられた、少なくとも１対の駆動用電極とを有する、スピーカ本体を備え、
   前記駆動用電極は、前記圧電フィルムにおける、使用者の手に触れ得る側に設けられた使用者側駆動用電極を含み、
   前記スピーカ本体は、前記使用者側駆動用電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された傷検知用電極線とをさらに有し、
   前記傷検知用電極線が正常な電気的導通状態にあるか否かを検知するための検知回路と、
   前記検知回路の検知結果に応じて、前記駆動用電極に印加されている前記駆動電圧を制御するための駆動電圧制御手段と
   をさらに備える、圧電スピーカ装置。
2. 前記スピーカ本体は、前記傷検知用電極線を覆うように前記絶縁層上に形成された保護層をさらに有する、請求項１に記載の圧電スピーカ装置。
3. 前記検知回路によって前記傷検知用電極線の損傷が確認されたとき、前記スピーカ本体に異常が発生したことを使用者に知らせるための報知手段をさらに備える、請求項１または２に記載の圧電スピーカ装置。
4. 前記傷検知用電極線は、前記絶縁層上で、少なくとも互いに異なる２つの方向に延びる部分を有する、請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
5. 前記傷検知用電極線は、ミアンダ状に延びる部分を含む、請求項４に記載の圧電スピーカ装置。
6. 前記傷検知用電極線は、渦巻状に延びる部分を含む、請求項４または５に記載の圧電スピーカ装置。
7. 互いに電気的に独立した複数の前記傷検知用電極線を備える、請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
8. 前記駆動電圧制御手段は、前記検知回路によって前記傷検知用電極線の損傷が確認されたとき、前記駆動用電極に印加されている前記駆動電圧を４２．４Ｖよりも低くする、請求項１ないし７のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
9. 前記駆動電圧制御手段は、前記検知回路によって前記傷検知用電極線の損傷が確認されたとき、前記駆動用電極に印加されている前記駆動電圧を０Ｖとする、請求項８に記載の圧電スピーカ装置。
10. 前記圧電フィルムはポリフッ化ビニリデンからなる、請求項１ないし９のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。
11. 前記圧電フィルムはポリ乳酸からなる、請求項１ないし９のいずれかに記載の圧電スピーカ装置。

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