JPH0382299A - 圧電スピーカ - Google Patents

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 本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いる。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、しかも弾性率、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。

■音速（ｐ）が小さい事。

■密度（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、Ｉ）の間にはＶ２Ｖ５フ
；−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（圧電）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伝え、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ィオの観点から見
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。ボロン、べＩＪ　ＩＪウ
ム等の金属は高い音速（１２Ａｘ／　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、高周波共振現象等を生じ易く、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ら
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圧電スピ
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振動板の問題点
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、新規に高純度グラファイト粉末とバ
インダーからなる皮膜を金属振動板上に塗布し特性を測
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。

作用 以上説明したように、本発明では、新規な高純度グラフ
ァイト粉末とバインダーからなる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表面に塗
布するため、従来の振動板より再生音域が著しく広く、
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 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

本発明の基本的な構成を図に示す。図はユニモルフ形発
音体と呼ばれるもので、厚さが約１００ミクロンの圧電
セラミックス薄膜１に電極４を設け、この電極４を介し
て鉄ニツケル合金からなる金属板２を張り付け、更に本
発明に関わる高純度グラファイト粉末とバインダーから
なる皮膜３を均一に塗布しである。高純度グラファイト
粉末皮膜３の厚さは、１００ミクロンの圧電セラミック
ス薄膜１に対し、６から１００ミクロンで、好ましくは
２０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ＰｂＴｉ０ａ−ＰｂＺｒ
０３で、誘電率は標準的には５０００　、電気機械結合
係数は６０ないし了０のものである。リード線６はグラ
ファイト粉末皮膜からあるいは圧電セラミックス薄膜１
上の電極４へ銀ペーストを塗布して取り出している。

本発明において用いられる高純度グラファイト粉末は、
同一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、アブ
ライドフィジクスレター；Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌ
ｅｔｔ、誌、４８巻、２３号、１６９４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膜となる。この膜を粉
砕機を用いて粉末にし高純度グラファイト粉末を得る。

また本発明において用いられるバインダーはポリビニル
ブチラール、ポリ酢酸ビニル、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などである。これらのな
かから選ばれたバインダーと、本発明で用いられる高純
度グラファイト粉末を高度の剪断力を有する混線機を用
いて十分に混練し、メカノケミカル反応によって弁開さ
れたグラファイト結晶とバインダー樹脂を相互に強固に
親和分散させ、グラファイトの結晶面を金属振動板の面
方向に配向させて塗布しである。この方法によって得ら
れた振動板は音速が１２　ｂ　／　ｓｅｃであり、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
ことが検証されたわけである。

以下に更に詳細に説明する。

実施例１ 高純度グラファイト粉末は厚さ６０μｍのカプトンポリ
イミドを数１ｏｏｇ／ｄの圧力下で３０００℃で焼成し
て得られたものを粉砕機により１００μｍ以下に粉砕し
て得られる。次にこの粉末とエポキシ樹脂接着剤を重量
比で９６対６に調整し、高度の剪断力を有する混線機を
用いて十分に混練し、メカノケミカル反応によって襞間
されたグラファイト結晶とバインダー樹脂を相互に強固
に親和分散させた。

圧電セラミックス材料にはＰＣＭ−３３Ａ（松下電子部
品■製）を用いた。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　：φ２３５Ｘ１００μｍ 静電容量　：　〜１１０　ｎＦ　（ａｔ　１　ｋＨｚ　
）共振周波数二〜９０ｋＨｚ 共振抵抗　：〜１Ω このセラミック板の両面に銀ペースト（デーポン社４９
２９）を塗布し片面に厚さ８０μｍ、直径３゜ｔｎの鉄
ニツケル合金（４２Ａ１１ｏｙ　）でできた金属振動板
を接着させた。更に、その上に高純度グラファイト粉末
とバインダーからなる皮膜を結晶面を金属振動板の面方
向に配向させて金属振動板の同心円状に直径２４１１、
厚さ２０μｍになるように塗布し、加圧、加熱乾燥させ
ユニモルフ形のスピーカとした。リード線は第１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金
属振動板から取り出した。入力として３Ｖ　（ｒｍｓ　
）の正弦波を与えたところ、６ｋから２５ｋＨｚの周波
数に対しほぼ平坦な４０ｄＢの音圧出力が得られた。

実施例２ 実施例１と同様の構造に対し、他のグラファイト粉末と
バインダーからなる皮膜を用いた圧電スピーカの例を示
す。

高純度グラファイト粉末は、ポリパラフェニレンオキサ
ジアゾール（古河電工製、厚さ２６μｍ）を３０００℃
の超高温炉で３時間（１６０ｇ／ｃｒｉ）処理し、粉砕
機により１００μｍ以下に粉砕して得られた。これを、
ポリアミドイミド樹脂と重量比９８対２に調整し実施例
１と同様の手法で混練し、金属振動板の全表面に、厚さ
２０μｍになるように塗布し、加圧、加熱乾燥させユニ
モルフ形のスピーカとした。リード線は第１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金属振
動板から取り出した。入力として１．５　Ｖ　（ｒｍｓ
　）の正弦波をあたえたところ、３ｋＨｚから３０　ｋ
Ｈｚの間にわたりほぼ平坦で８０ｄＢ以上の出力が得ら
れることが分かった。また、鉄ニツケル合金だけの場合
６ｋから１５ｋＨｚであった。

この様に高純度グラファイト粉末とバインダーからなる
皮膜を金属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、
深みのある澄んだ音色になることが確認された。

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
部に高純度グラファイト粉末とバインダーからなる皮膜
を用いたもので、周波数特性に優れ、超ハイファイ特性
を有する高品質スピーカを提供するものであり、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、コンピュ
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
。

【図面の簡単な説明】

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）の概念図である。 １・・・圧電セラミックス、２・・・金属板、３・・・
高純度グラファイト粉末とバインダーからなる皮膜、４
・・・電極、６・・・リード線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電振動素子と、前記圧電振動素子に密着した金
   属振動板とを有し、前記金属振動板上に高純度グラファ
   イト粉末とバインダーからなる皮膜が塗布して形成され
   ていることを特徴とする圧電スピーカ。
2. （２）高純度グラファイト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記載の圧電スピー
   カ。
3. （３）バインダーがポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビ
   ニル、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミ
   ド樹脂のうちのいずれかである請求項１記載の圧電スピ
   ーカ。