JP6904103B2

JP6904103B2 - 葉状スピーカ及び音響機器

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Publication number: JP6904103B2
Application number: JP2017124735A
Authority: JP
Inventors: 正道安藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2019009663A

Description

本発明は、人工又は天然の観葉植物と一体として使用する葉状スピーカ及び音響機器に関する。

特許文献１には、観葉植物などの造花などを植えた植木鉢の中に音声発声装置を組み込んだ音声発声装置付き植木鉢が開示されている。植木鉢に備えられたセンサによって、人の通過を感知し、音声を発声させている。

特開平２−１００６１９号公報

特許文献１に開示された音声発声装置付き植木鉢において、スピーカは植木鉢に備えられている。このため、スピーカは、人の耳に近い観葉植物の葉の部分と離れた位置に存在している。植木鉢を床に設置すると、スピーカの放音位置がさらに低くなり、また、床による音の共振や反射によって、発生された音が聞き取り難くなる。さらに、聞き取り易くするために発生する音を大きく調節すると、無駄な騒音や環境によっては雰囲気を壊す場合もある。

そこで、本発明は、観葉植物と一体として同化することができ、発生された音が聞き取り易い葉状スピーカ及び音響機器を提供する。

本発明の葉状スピーカは、電圧を加えることで面方向に伸縮するフィルムと、前記フィルムの第１主面に設けられた第１電極と、前記フィルムの第２主面に設けられた第２電極と、前記第１電極における前記フィルムと対向する面と逆の面に形成された第１保護フィルムと、前記第２電極における前記フィルムと対向する面と逆の面に形成された第２保護フィルムと、を備えることを特徴とする。また、本発明の葉状スピーカは、植物の葉の形状であり、且つ所定以上の剛性を有することを特徴とする。

このように、葉状スピーカは、上記複数のフィルムと電極から成る積層構造を有し、所定以上の剛性を有するため、音を発生させることができる。また、葉状スピーカは、植物の葉の形状に成形されているため観葉植物と一体として同化させて使用することができる。これにより、葉状スピーカの位置は、比較的人の耳に近い位置に配置することができるため、発生された音を聞き取り易くすることができる。

本発明の音響機器は、一又は複数の葉状スピーカと、前記葉状スピーカを保持する保持部と、前記保持部の下方に配置される下部スピーカと、を備えたことを特徴とする。

このように、音響機器は、保持部により葉状スピーカを床から離れた位置に保持することができる。これにより、床からの音の共振や反射を抑制することができる。また、別途下部スピーカを備えるため、低音などの音域の音を下部スピーカから発生させることが可能となる。

この発明によれば、観葉植物と一体として同化することができ、発生された音が聞き取り易くなる。

図１は第一実施形態に係る音響機器の斜視図である。図２は第一実施形態に係る音響機器の一部断面図である。図３（Ａ）は第一実施形態に係る葉状スピーカの平面図である。図３（Ｂ）及び（Ｃ）は図３（Ａ）に示すＩ−Ｉ線における断面図である。図４（Ａ）は、第一実施形態に係る振動部を説明するための概略断面図である。図４（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電フィルムを説明するための概略図である。図５（Ａ）は第二実施形態に係る葉状スピーカの平面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の音響機器について説明する。なお、図に示す音響機器はあくまで一例であり、これに限られるものではなく仕様に応じて適宜変更することができる。

図１は第一実施形態に係る音響機器の斜視図である。図２は第一実施形態に係る音響機器の一部断面図である。第一実施形態においては、音響機器を鉢植えの観葉植物に適用した例について説明する。なお、音響機器は、鉢植えの観葉植物に限られず、花瓶に生けた植物、人工の植物、樹木、又は地面に直接植えられた植物に適用可能なものである。

図１に示すように、音響機器１００は、植木鉢４に植えられた植物２１と一体として使用されるものである。音響機器１００は、葉状スピーカ１、葉状スピーカ２、及び、保持部３を備える。葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２は、保持部３に接続されている。

図２に示すように、音響機器１００は、下部スピーカ１０、増幅器７、電源ライン８、電源９、高電圧ケーブル１１、ケーブル１２、及び、支持材１３を備える。下部スピーカ１０、増幅器７、高電圧ケーブル１１、ケーブル１２、及び、支持材１３は、植木鉢４の内部空間に配置されている。下部スピーカ１０等が植木鉢４の内部空間に配置されていることにより、他に場所を取ることなく、また人の目に触れることなく音を発生させることができる。

植物２１及び保持部３の一部は、支持材１３の中に配置されている。これにより、植物２１及び保持部３が、植木鉢４と一体化するように維持することができる。なお、保持部３は、植物２１の茎や枝に似せて形成されていることが好ましい。これにより、保持部３を植物２１と違和感なく存在させることができる。

支持材１３は、樹脂部材からなることが好ましい。樹脂部材としては、例えば、発泡ポリウレタン又は発泡スチロールなどが挙げられる。支持材１３として、これらの可撓性のある材料を使用することにより、植物２１の根の成長が阻害されることを防止できる。

高電圧ケーブル１１は、保持部３の内部に保持部３を連通するように形成されている。高電圧ケーブル１１の上部側の先端は、上方において葉状スピーカ１又は葉状スピーカ２と接続されている。高電圧ケーブル１１の下部側の先端は、保持部３の外側において増幅器７と接続されている。

増幅器７は、電源ライン８によって電源９と接続されている。下部スピーカ１０は、ケーブル１２によって増幅器７と接続されている。増幅器７は、不図示の有線又は無線によって不図示の音源と接続されている。音源としては、例えば、ＣＤプレーヤなどの再生装置が挙げられる。なお、音源としては、その他、インターフェース等を介して外部のネットワークから音声データを入手することも可能である。また、植木鉢４の内部にバッテリーを内蔵しても良い。その際は電源ライン８を設ける必要はなく、音響機器１００の設置場所の自由度が大きくなる。なお、バッテリーは一次電池、二次電池から適宜選択すればよい。

増幅器７は、スイッチング回路やトランスなどを用いて通常の音声信号を、高電圧信号に増幅する。これにより、増幅器７は、音源から入手した音声データを増幅させて、葉状スピーカ１、葉状スピーカ２、及び、下部スピーカ１０に出力することができる。

葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２は、保持部３によって、植木鉢４より上方に配置されている。これにより、葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２の位置は、比較的人の耳に近い位置に配置することができる。なお、保持部３の長さや形状によって、葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２の位置を変更することも可能である。また、保持部３及び高電圧ケーブル１１を可撓性を有する素材で形成することにより、使用状況に応じて、適宜葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２の位置を変更することができる。

葉状スピーカは、二枚に限ることなく、一枚でもよく、三枚以上であってもよい。また、後述のように、音響機器１００において、植物２１自体がなくてもよい。葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２については、後に詳細に説明する。

下部スピーカ１０は、保持部３の下方に配置される。なお、下部スピーカ１０は、支持材１３の外側に配置されていてもよい。下部スピーカ１０は、いわゆるコーン型の電磁スピーカである。すなわち、下部スピーカ１０は、低音の再生に適している。下部スピーカ１０を設けることにより、葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２で、１ｋＨｚ以下の低音の再生がほとんどできない場合に、下部スピーカ１０で低音を補うことができる。言い換えると、葉状スピーカ１及び葉状スピーカ２は、下部スピーカ１０と異なる音域の音を発生することができる。これにより、音響機器１００全体として、発生する音の周波数帯域を増すことができ、ユーザにバリエーションに富んだ音を伝えることができる。なお、特に高音質等が必要とされない場合、音響機器１００に下部スピーカ１０を設けなくてもよい。これにより、より音響機器１００を簡易な構造とすることができる。

図３（Ａ）は第一実施形態に係る葉状スピーカの平面図である。図３（Ｂ）及び（Ｃ）は図３（Ａ）に示すＩ−Ｉ線における断面図である。図４（Ａ）は、第一実施形態に係る振動部を説明するための概略断面図である。図４（Ｂ）は、第一実施形態に係る圧電フィルムを説明するための概略図である。以下、葉状スピーカ１について詳細に説明するが、葉状スピーカ２は、葉状スピーカ１と概ね同様の構成であるため、説明を省略する。説明の便宜上、図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、葉状スピーカ１及び圧電フィルムは平らな平面として示されているが、実際は湾曲していてもよい。葉状スピーカ１が湾曲していると、本物の葉により近い形状となる。また、葉状スピーカ１及び圧電フィルムが湾曲していると、さらに葉の剛性が高まり、放音特性が良くなる。

図３（Ａ）に示すように、葉状スピーカ１は、振動部５及び補強部６を備える。振動部５は平膜状の葉の形状に形成されている。補強部６は葉脈の形状に形成されている。図３（Ｂ）に示すように、補強部６は振動部５の主面５１に部分的に厚みが異なるように貼り付けられている。また、葉状スピーカ１の表面は凹凸形状となる。

ここで補強部６は振動部５より剛性の高い素材で形成されていることが好ましい。補強部６が振動部５に形成されることにより、葉状スピーカ１全体として剛性が強められ、同時に、振動部５に張りを持たせることができる。したがって、葉状スピーカ１が所定以上の剛性を有していることにより、電気信号によりスムーズに振動させることができる。また、葉状スピーカ１は、植物２１の葉に似せて形成されている。これにより、葉状スピーカ１が植物２１と違和感なく存在させることができる。

図４（Ａ）に示すように、葉状スピーカ１の振動部５は、フィルム４０、第１電極４１、第２電極４２、第１保護フィルム４３、及び第２保護フィルム４４を備える。フィルム４０は第１主面４０１及び第２主面４０２を備える。なお、図４（Ａ）は断面の模式図であり、各層の厚みの関係は実際のものとは異なる。実際には、第１電極４１および第２電極４２は、フィルム４０に比べて非常に薄く形成される。

第１電極４１は、フィルム４０の第１主面４０１に設けられている。第２電極４２は、フィルム４０の第２主面４０２に設けられている。第１保護フィルム４３は、第１電極４１におけるフィルム４０と対向する面と逆の面に形成されている。第２保護フィルム４４は、第２電極４２におけるフィルム４０と対向する面と逆の面に形成されている。すなわち、第２保護フィルム４４、第２電極４２、フィルム４０、第１電極４１、及び第１保護フィルム４３の順に積層されている。

葉状スピーカ１は、葉状に加工できる金型を用いてホットプレス加工することにより製造することができる。なお、第１保護フィルム４３及び第２保護フィルム４４の一部を補強部６として形成することができる。これにより、後から個別に形成した補強部６を圧接等の手法により振動部５に形成する工程を減らすことができるため、製造が容易となる。

第１電極４１及び第２電極４２は、金属の蒸着、スパッタ、或いは金属箔のラミネート、導電ペーストの塗布、ＰｅＤＯＴ等の有機系透明電極の塗布、ＩＴＯ等の無機系透明電極のスパッタリングによりフィルム４０に直接形成する。又は、上述の方法で電極が形成されたＰＥＴフィルムなどを両面テープや接着剤でフィルム４０に貼り付けることにより形成してもよい。

第１電極４１及び第２電極４２の材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯ、銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン等の無機系の電極、ポリチオフェン、ポリアニリン等を主成分とする有機系の電極のいずれかを用いるのが好適である。このような材料を用いることで、第１電極４１及び第２電極４２を透光性のある透明電極とすることができる。

第１電極４１及び第２電極４２は、外部から電圧を加えることができるように、配線されている。第１電極４１及び第２電極４２により、フィルム４０は電圧が印加される。フィルム４０は、電圧が印加されることで面方向に伸縮する。

第１保護フィルム４３及び第２保護フィルム４４は、材料としてＰＥＴ、ＰＰ、ＰＥ等の用いることができる。第１保護フィルム４３及び第２保護フィルム４４により第１電極４１及び第２電極４２を外部へ露出しないようにすることができる。また、第１保護フィルム４３及び第２保護フィルム４４の材料として、このような非導電性の材料を使用することにより、第１電極４１及び第２電極４２へ高電圧がかかる場合であっても、安全性が確保できる。

フィルム４０は、例えば、圧電フィルム又はエレクトレットフィルムである。

フィルム４０が圧電フィルムである場合について、説明する。圧電フィルム（フィルム４０）は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、又はキラル高分子等の圧電材料を用いる。キラル高分子等の圧電材料としては、例えば、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）のフィルムが挙げられる。ポリ乳酸（ＰＬＡ）としては、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）又はＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）の何れであってもよい。ポリ乳酸（ＰＬＡ）を使用すると、フィルム４０の透光性が高くなるため、デザイン性の向上を図ることができる。例えば、葉状スピーカ１全体を透明に形成することができる。さらに、透明な葉状スピーカ１を用いて全体が透明な観葉植物を形成することができる。このため、透明な観葉植物から音を発生させることにより、不思議な感覚を人に与えることができる。なお、葉状スピーカ１の着色等はデザインに応じて行うことができる。また、ポリ乳酸はカーボンニュートラルなエコポリマーであるため、エコスピーカーとして価値がある。

ＰＬＬＡやＰＶＤＦの圧電定数は、セラミックに比べると小さい。ＰＬＬＡの圧電定数は、５〜１０ｐＣ／Ｎ（ｄ_１４）、ＰＶＤＦの圧電定数は、２０〜４０ｐＣ／Ｎ（ｄ_３３）である。このため、葉状スピーカ１は容量の小さい圧電型であり、且つ非常にハイインピーダンスなスピーカとなる。このため、葉状スピーカ１の駆動電圧は数十〜数百Ｖが必要となる。したがって、増幅器７により音声信号を高電圧の信号に昇圧する。

次に、フィルム４０がＰＬＬＡで構成される場合について説明する。図４（Ｂ）に示すように、ＰＬＬＡフィルムの延伸方向（図４（Ｂ）の矢印方向）に対して各外周辺が略４５°となるように裁断することで、矩形状に積層フィルムを裁断して振動部５を形成する。第１電極４１及び第２電極４２に電圧を加えた時、ＰＬＬＡフィルムであるフィルム４０は矩形の辺の方向に沿って伸縮する。

振動部５が別のものに貼り合わせられた状態、又は屈曲させられた状態で電圧を加えられると、フィルム４０の辺の方向に沿った伸縮は、フィルム４０の法線方向の振動に変換される。葉状スピーカ１において、葉脈を形成する補強部６の主たる方向とＰＬＬＡフィルムの延伸方向とが略４５°となるように振動部５を形成し、外周を葉の形状のように裁断し電圧を加えると、振動部５は振動して、放音する。

詳細に説明すると、図３（Ｃ）に示すように、葉状スピーカ１のフィルム４０に電圧が印加されると、フィルム４０は矢印９０２の方向へ伸縮すると同時に紙面の厚み方向にも伸縮する。すなわち、フィルム４０が矢印９０２の方向に伸びる時には、紙面の法線方向には縮み、矢印９０２の逆方向に縮む時には、紙面の法線方向に対して伸びる。振動部５は主面５１が振動部５は補強部６により固定されている。これにより、主面５２は自由面、主面５１は束縛面となり、振動部５が面方向（矢印９０２の方向、および紙面の法線方向）に伸縮すると、バイモルフの原理により、葉状スピーカ１の平面方向に対して垂直な法線方向、矢印９０３の方向に振動する。したがって、葉状スピーカ１の振動により放音することができる。

なお、フィルム４０は一枚でなく、複数枚であってもよい。すなわち、電圧をかけることによる伸縮力を高め振動の度合いを強めることができる。フィルム４０は、互いに逆方向に振動する二枚のフィルムの積層体とすることにより、それ自体をバイモルフとして、音響特性を改善する事が出来る。また、振動部５に張力をかけた弓型構造とすることによって、振動部５をさらに小さな電圧で効率よく振動させることができる。

葉状スピーカ１の大きさは、デザインにより決めればよく、様々な大きさのものが混在しても良い。葉状スピーカ１の再生周波数帯域は、葉状スピーカ１の形及び大きさによって変わる。このため、様々な大きさの葉状スピーカ１を混在させることにより、全体的な周波数再生帯域が広くなり音質が向上させることができる。

また、葉状スピーカ１の再生周波数帯域は、上記構成により比較的高音となり易い。このため、葉状スピーカ１は、騒音の大きい場所で聞き取り易い、高音を発生することができる。したがって葉状スピーカ１は、案内の用途等に適用させることができる。

図５（Ａ）は第二実施形態に係る葉状スピーカの平面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。なお、第二実施形態に係る葉状スピーカの説明において、第一実施形態に係る葉状スピーカ１と異なる構成についてのみ説明を行い、同様の構成については説明を省略する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第二実施形態に係る葉状スピーカ２は、厚みが概ね均一である。葉状スピーカ２は、振動部５の一部が葉脈状の補強部６である。補強部６は振動部５をエンボス加工により、葉状スピーカ２の表面を凹凸形状に仕上げることによって形成される。これにより補強部６を別部材として形成することなく、補強部６を振動部５上に形成することができる。

なお、本実施形態において、音響機器１００は植物２１と一体として使用されるものであるが、植物２１を使用しないものであってもよい。例えば、植物２１の代わりに、人工の造花を使用することができる。この場合、葉状スピーカ１を構成する材料を、すべて透光性のある材料とすることで、人から視認可能な葉状スピーカ１及び保持部３に透光性を持たせることができる。したがって、透光性があり、かつ音を発生させる植物であるため、人に驚きを与えることができる。

なお、本実施形態において、音響機器１００は、植物の葉が音を発生する葉状スピーカ１であるが、音響機器１００は、他の物品にも適用可能である。例えば、カーテン、モビール、シャッター等の一部に葉状スピーカ１と同様なスピーカを取り付けたりすることができる。これにより、既にある装飾品として場所を取ることなく使用することができる。

１，２…葉状スピーカ
３…保持部
５…振動部
６…補強部
１０…下部スピーカ
４０…フィルム
４１…第１電極
４２…第２電極
４３…第１保護フィルム
４４…第２保護フィルム
４０１…第１主面
４０２…第２主面
１００…音響機器

Claims

振動部と、補強部とを備える葉状スピーカであって、
前記振動部は、
電圧を加えることで面方向に伸縮するフィルムと、
前記フィルムの第１主面に設けられた第１電極と、
前記フィルムの第２主面に設けられた第２電極と、
前記第１電極における前記フィルムと対向する面と逆の面に形成された第１保護フィルムと、
前記第２電極における前記フィルムと対向する面と逆の面に形成された第２保護フィルムと、
を備え、
前記補強部は、前記振動部より剛性の高い素材で形成され、かつ、前記第１保護フィルムにおける前記第１電極と対向する面と逆の面に形成され、
前記第１保護フィルムにおける前記第１電極と対向する面と逆の面は、拘束面であり、
前記第２保護フィルムにおける前記第２電極と対向する面と逆の面は、自由面であり、
植物の葉の形状であり、且つ所定以上の剛性を有する、
葉状スピーカ。
前記フィルムは、圧電フィルム又はエレクトレットフィルムである、
請求項１に記載の葉状スピーカ。
前記圧電フィルムはポリ乳酸を含む、
請求項２に記載の葉状スピーカ。
前記第１電極及び前記第２電極は透明である、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の葉状スピーカ。
表面が凹凸形状である、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の葉状スピーカ。
厚みが部分的に異なる、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の葉状スピーカ。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の、一又は複数の葉状スピーカと、
前記葉状スピーカを保持する保持部と、
前記保持部の下方に配置される下部スピーカと、
を備える、
音響機器。
前記複数の葉状スピーカは複数の大きさから成り、前記大きさ毎に異なる音域の音を発生する、
請求項７に記載の音響機器。
前記葉状スピーカは、前記下部スピーカと異なる音域の音を発生する、
請求項７又は請求項８に記載の音響機器。