JPH0350999A

JPH0350999A - 圧電スピーカ

Info

Publication number: JPH0350999A
Application number: JP18642589A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yoshimura; 吉村　進; Mutsuaki Murakami; 睦明村上; Katsuyuki Nakamura; 克之中村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1991-03-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPH0753000B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は音響機器などに使用される、改良された振動
板材料を有する圧電スピーカに関するものである。

従来の技術近年、音響機器はほとんどディジタル化され、音質の飛
躍的な向上が図られて以来、スピーカにおける振動板に
対する要求性能は益々厳しくなってくる。このような振
動板には、外力による変形が少なく音の歪みが小さい事
、再生音域が広く明瞭な音質を出す事が求められており
、そのためには軽く、シかも弾性率、剛性にすぐれてい
る事が要求されている。この事を具体的な物性値の条件
としてまとめると、 ■　ヤング率（Ｅ）が大きい事。

■　密度（ρ）が小さい事。

■　音速（音波の伝搬速度Ｖ）が大きい事。

■　振動の内部損失（ｔａｎδ）が適当である事。

などである。ただし、Ｖ、Ｅ、ρの間にはＶ＝ＶＥ／ρ
の関係がある。もちろんこれらの条件以外に、加工の容
易性、はんだ付は性、錆びにくさ、熱や湿度などの外部
条件に対して安定である事なども大切である事は言うま
でもない。

一方、セラミックからなる圧電素子を音源（電気−音響
変換素子）とする圧電ブザーあるいはスピーカが多く用
いられる様になってきている。その理由は、薄型である
こと、低価格化が容易であること、あるいは低消費電力
であること等である。

セラミック（圧′成）スピーカにおいては、セラミック
の薄膜に電気信号を与え振動を発生させ、その振動をセ
ラミック板に密着させた振動板に云え、可聴領域の音を
発生させている。振動板材料としては、従来、黄銅板、
鉄板、ステンレス、鉄−ニッケル合金、アルミニウム、
プラスチック等がその素材として用いられて来た。

発明が解決しようとする課題しかしながら、現在圧電スピーカに用いられている振動
板材料はほとんどがハイファイオーデオの観点から見る
と十分な性能を持っているものとは言い難い。例えば、
プラスチックはヤング率や密度、音速などの特性が振動
板としては十分でなく、特に高周波数帯域での周波数特
性は著しく劣るものであって、高音用スピーカ（ツイー
タ）の振動板として明瞭な音質を得る事は困難である。

また、アルミニウムなどでも密度の大きさから、十分に
高い音速を得ることは難しい。ポロン、ベリリウム等の
金属は高い音速（１２ｋｍ／　ｓｅｃ　）を持ち、ツイ
ータ用の優れた振動板材料であると言われている。しか
しながら、これらの金属の場合、振動の内部損失が小さ
いため、高周波振動現象等を生じ易く、金属質のかん高
い音しか発生しないことになってしまう。事実、現在の
圧電スピーカは、音質まで考慮するとまだ従来のボイス
コイルタイプ（電動型）のコーンあるいは平板型スピー
カと競合するところまで至っていないことは明かである
。

本発明は、上記のような、圧電スピーカにおける従来の
振動板材料のもつ欠点を克服し、優れた高周波特性を有
しかつ良質の音色の再現を可能にする新規なスピーカを
提供しようとするものである。

課題を解決するための手段本発明者らは先に述べた圧電スピーカ用撮動板の問題点
を解決するために鋭意検討を重ねた結果、従来の振動板
材料ではこれ以上の特性の向上は困難であろうとの結論
に達した。そして、新規なグラファイト皮膜を圧電スピ
ーカ用振動板に用い特性を測定した結果、それらがすぐ
れた振動特性を有している事の知見を得て本発明に至っ
たものである。

すなわち本発明は、ハイファイ特性を実現するために、
圧電スピーカ素子の振動板の一部あるいは全部としてグ
ラファイトの皮膜を用いたものである。

作　　　　用以上の構成により、本発明では、新規なグラファイト皮
膜の持つ優れた物性値を生かして、これを圧電スピーカ
の振動板の一部あるいは全部として使用するため、従来
の振動板より再生音域が著しく広く１明瞭なハイファイ
レベルの音質を有する圧電スピーカを製造することがで
きる。

実施例以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

本発明の基本的な構成を第１図および第２図に示す。第
１図はユニモルフ形発音体と呼ばれるもので、厚さが約
１００ミクロンのセラミック薄膜にアルミニウム板を張
り付け、更に本発明に関わるグラファイト皮膜を均一に
接着しである。グラファイト皮膜の厚さは、１００ミク
ロンのセラミック板に対し、５から２５ミクロンで、好
ましくは１０　　ミクロンであった。用いられるセラミ
ックスは従来から知られているもの、例えばＰｂＴ　ｉ
０３−ＰｂＺｒＯａ、で、銹電率は標準的には５０００
、電気機械結合係数は５０ないし７０のものである。電
極ハグラファイト皮膜からあるいにセラミックスへ銀ペ
ーストを塗布して取り出している。又、第２図はバイモ
ルフ形の発音体で、金属板を圧電セラミックスでサンド
イッチして作られたもので、更にセラミックスの外側に
グラファイト皮膜が接着させられている。

本発明において用いられるグラファイト皮膜は、同−発
明者らが発明した縮合系高分子を熱分解して得られる高
性能パイログラファイトから成る（村上ら、アプライド
　フィジカル　レター；Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅ
ｔｔ、　４８巻、２３号、１５９４頁、１９８６年）こ
れは、ポリオキサジアゾール、ポリイミド、ポリアミド
イミドなどの耐熱性・縮合系高分子のフィルムを不活性
気体中で約２８００℃以上の温度で熱処理、グラファイ
ト化して得られるものである。この様に特殊な高分子原
料から得られるパイログラファイトは、膜面に沿ってグ
ラファイトのａｂ面が完全に配向した、単結晶に近い構
造を持つ皮膜となる。第１表に本発明に用いられるグラ
ファイト皮膜（１０ミクロン厚）の振動板としての材料
定数を、従来から知られている材料と比較して示す。こ
れにより、本発明で用いられるグラファイトが他の全て
の材質に比べＥ、　Ｖが遥かに優れたものであることが
一目瞭然であシ、特に高音領域で音質の良いスピーカ振
動板として最適であると言える。

これに対し、従来から知られているグラフオイル（ユニ
オンカーバイド社）の様な、グラファイト粉末を成型し
たものでも原理的には音質の改善には効果があるものの
、１００ミクロン以下の薄膜の製造が難しいこと、音速
が５　ｋｍ　／　ｓｅｃのオーダであること等から、本
発明のグラファイト皮膜には及ばないことが明らかにな
っている。

第１表　音響材料の定数表次に発明者らは、本発明のグラファイト振動板を有する
圧電スピーカ素子の優秀な音響特性を最大限に生かすス
ピーカ構成の検討を行った結果、第３図の構成の平板型
のスピーカがハイファイオーディオスピーカとしての性
能を更に向上させることを見いだした。すなわち、第３
図のハニカムコア材とはエポキシなどの樹脂を成型して
構成される厚さ工ないし２＋ｎｍ１直径２０ないしｌｏ
ｏｍ＋＋＋の蜂の巣型の構造体で、通常はその両面に音
響撮動板をスキン材として張り付け、電動（ボイスコイ
ル）により磁励されているものである。本発明では、こ
のハニカムコア材の両面にスキン材としてグラファイト
皮膜を張り付け、更に圧電セラミックス板をグラファイ
ト皮膜に密着させた構造をとることが最適であることが
検証された訳である。

以下に本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。

〈実施例１〉圧電セラミックス材料ＰＣＭ−３３Ａ（松下電子部品■
製）を用い、厚さ２５μｍのグラファイト皮膜を振動板
としてスピーカを試作した。セラミックスの形状及び特
性は次のとおりであった。

形　　状：φ２３　５Ｘ　１００μｍ静電容量：〜１１０ｎＦ（ａｔｌｋＨｚ）共振周波数二
〜９０ｋＴ−１ｚ共振抵抗：〜１Ω グラファイト皮膜は、厚さ５０μｍのカプトンポリイミ
ドを数１０（１／ｄの圧力下で３０００℃で焼成して得
られたもので、形状はφ２３　Ｘ　２５μｍであった。

セラミック板の両面に銀ペーストを塗布し、片面にグラ
ファイト皮膜を接着させ、ユニモルフ形のスピーカとし
た。

入力として３Ｖ（ｒｍｓ）の正弦波を与えたところ、５
ｋから５０ｋＩ（ｚ　の周波数に対しほぼ平坦な４０ｄ
ＢＯ音圧出力が得られた。

次に、第１図の構成のユニモルフ形のスピーカにおいて
、金属振動板として０．０７　ｍｍの鉄−ニッケル合金
を用い、厚さ１２μｍのグラファイト皮膜を積層した。

同様の入力電圧に対し、出力は７０ｄＢまで上昇し、高
周波限界周波数は３５　ｋＨｚとなった。グラファイト
皮膜を振動板の一部に設けることにより、高音の発生が
可能になったばかりでなく、その音質は柔らかく、澄ん
だものになることが確認された。

〈実施例２〉実施例１と同様の圧電セラミックスに対し、他のグラフ
ァイト皮膜を用いた第２図の構成のバイモルフ形スピー
カの例を示す。セラミックスおよび第一第一振動板（黄
銅板）の寸法をそれぞれ、φ１４　ｍｍＸ　１００μｍ
、　　φ１５ｍｍＸ５Ｑμｍ　　とし、その両面にφ１
３ｍｍｘ１１μｍ　のグラファイト皮膜をエポキシ樹脂
にて接着した。グラファイト皮膜はポリパラフェニレン
オキサジアゾール（古河電工製、厚さ２５μｍ）をホッ
トプレス炉で２８００℃、１０Ｋｇ／ｃｒ１１時間処理
し、更に３０００℃の超高温炉で３時間（１５０ｇ／７
）処理して得られたものである。２枚のセラミックス板
に電圧が並列に印加されるように配線し、スピーカの周
波数特性を測定した。入力電圧１．５　Ｖに対し、ｌ　
ｋＩ−１ｚから２５ｋＨｚの間にわたりほぼ平坦で８０
ｄＢの出力が得られることが分かった。

〈実施例３〉直径２８１１１１１１．厚さ１．５Ｍのマイカ−エポキ
シから成るハニカム状のコア材の両面にポリイミドある
いはポリアミド樹脂のフィルム（１５μｍ）を３０００
℃でグラファイト化して得られるグラファイト皮膜（厚
さ６５μｍ）を接着した。次に、実施例１で用いたセラ
ミック振動板（直径１６ｍ＋ｎ）を銀ペースト（デュポ
ン社４９２９　）にてグラファイト皮膜に接着させた。

リード線は第３図のようにセラミック基板の他の面に施
した銀ペースト層とセラミック振動板に接するグラファ
イトから取り出して交流電圧を印加し、周波数特性、音
響出力、音質の評価を行った。１．５　Ｖの正弦波人力
（１）（ｚ　〜１００　ｋＨｚ　）　Ｋ対し、５　ｋＨ
ｚ　７ｆ）、ら７５　ｋＨｚの間でほぼ一定の出力が得
られ、その大きさは約１００ｄＢであった。また、その
音質は、電動式のスピーカの場合に比して全く損傷のな
いものであった。

発明の効果以上要するに本発明は、圧電スピーカ素子の振動板の一
部あるいは全部としてグラファイトの皮膜を用いたもの
で、周波数特性に優れ、超ハイクァイ特性を有する高品
質スピーカを提供するものである。

本発明により得られる圧電スピーカ素子は、ハイファイ
オーディオスピーカとして用いられるばかりでなく、コ
ンビーータ、マイコン機器の音声、メロディ出力あるい
は電話用受話器等の音質の飛躍的な向上に貢献するもの
である。

また、本発明の圧電スピーカに用いられるグラファイト
皮膜振動板は、実施例に掲げられた材料のみに限定され
るものでなく、高分子を熱分解、グラファイト化して得
られる薄膜状の高品質グラファイトの全てに同様に適用
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における圧電スピーカ素子（
ユニモルフ形）の概念図、第２図は本発明の他の実施例
における圧電スピーカ素子（バイモルフ形）の概念図、
第３図は本発明の圧電スピーカ素子を用いた平板型ハイ
ファイスピーカの概念図である。１１・・・圧電セラミックス、１２・・金属板、　１３
グラフアイト薄膜、１４・・・電極、１５　・・リード
線、２１・・・圧電セラミックス、２２・・金属板、２
３・・・グラファイト薄膜、２４・・・リード線、３１
・・・圧電セラミックス、３２・・・ハニカムコーン、
３３・・・グラファイト薄膜、３４・・・電極、３５−
・・リード線。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧電振動素子およびこれに密着した振動板から成
り、前記振動板の一部あるいは全体としてグラファイト
皮膜を有することを特徴とする圧電スピーカ。
（２）エポキシ等の樹脂を成型して得られる厚さ１ない
し２ｍｍ、直径２０ないし１００ｍｍの蜂の巣型のコア
材の両面にグラファイト皮膜を有し、さらにその片面に
圧電振動素子を密着して有することを特徴とする圧電ス
ピーカ。
（３）グラファイト皮膜がポリオキサジアゾール、ポリ
イミド、およびポリアミドから選ばれる縮合系高分子を
２８００℃以上の温度でグラファイト化して得られるも
のであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧
電スピーカ。