JPH10234098A

JPH10234098A - 静電型電気音響変換器

Info

Publication number: JPH10234098A
Application number: JP3524797A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Odagiri; 正小田切
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JP3845487B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高湿度の環境下でも音質を損ねることがなく、
振動板の駆動振幅を大きくすることが可能で、音量の向
上を図ることができるようにする。【解決手段】平面多角形状（円形も含む）で、かつ表面
に電極膜５２が形成された振動板５４と、同じく平面多
角形状（円形も含む）の電極板５６とをリング状のスペ
ーサ部材５８を間に挟んで重ね合わせ、振動板５４の表
面に形成された電極膜５２と電極板５６との間に振動板
５４側を正極とする一つのバイアス電源６０（バイアス
電圧Ｅ）と音声信号ｅの発生源（音声信号源）６２を接
続して構成する。そして、振動板５４として、厚さ１μ
ｍ以上、３０μｍ以下のセラミック平面板（ジルコニ
ア、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ等）にて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電型電気音響変
換器に関し、特に、振動板として薄いセラミック平面
板、好ましくはジルコニア平面板を使用することによ
り、広い帯域と良好な音質が得られるスピーカ、ヘッド
ホン、マイクロホンなどの静電型電気音響変換器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スピーカは、電気信号を空気の
振動である音波に変換する働きをする電気音響変換器で
あり、コーン型ダイナミックスピーカや静電型スピーカ
等がある。

【０００３】例えば図６に示すように、コーン型ダイナ
ミックスピーカ１０は、機械板として機械的強度等の材
料特性、音圧特性の面から円錐型のコーン紙１２を用い
ている。永久磁石１４により、センターポール１６とヨ
ーク１８との間に生じている磁界の中に、コーン紙１２
の内方端部に取り付けられたボイスコイル２０があり、
このボイスコイル２０に流れる電流に応じてフレミング
の左手の法則に従ってコーン紙１２が振動するようにな
っている。

【０００４】前記のようなコーン型ダイナミックスピー
カ１０は、振動板としての音圧特性、材料特性の面から
コーン紙１２を用いるようにしているが、図６に示すよ
うに、コーン紙１２の内側中心部分において音響的な歪
みλが生じる。この歪みλは、コーン紙１２の一方の片
面から発生する音波ｗ１と相対する他の片面から発生す
る音波ｗ２のベクトルがパラレルでないために干渉を起
こして生じるものと考えられる。

【０００５】この音響的な歪みλは、スピーカ１０から
発する音の鮮明さを喪失させたり、音像の定位感をぼや
かすという現象を引き起こす。

【０００６】そこで、従来から、前記コーン型ダイナミ
ックスピーカ１０の諸問題を解消することができる平面
型の振動板を用いた静電型スピーカが実用化されてい
る。

【０００７】図７及び図８に示すように、この静電型ス
ピーカ３０は、例えば平面円形状の振動板３２と、同じ
く平面円形状の電極を兼ねた固定板３４とがリング状の
スペーサ部材３６を間に挟んで重ね合わされて、振動板
３２の一方の板面に形成された電極３８と固定板３４と
が互いに対向するように配置されることで一つのコンデ
ンサが構成されるようになっている。

【０００８】そして、前記電極３８及び固定板３４間に
電圧をかけることによって、振動板３２と固定板３４と
の間に静電力が働き、この静電力で振動板３２が振動す
るようになっており、入力信号電圧に比例した音響出力
を出すために、信号電圧ｅにバイアス電圧Ｅを重畳させ
て前記電極３８及び固定板３４間に加えるようにしてい
る。

【０００９】この静電型スピーカ３０においては、駆動
力が振動板３２の全面にかかるため、図９に示すよう
に、分割振動を起こしにくく、前記コーン型ダイナミッ
クスピーカ１０において発生していた音響上の歪みも生
じない。しかも、振動板３２が同相で振動するため、良
好な音響特性を得ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な静電型スピーカ３０については、多くの公知例がある
が、これら公知例においては、例えば特開昭５２−１８
５７７号公報に示されるように、振動板３２として薄い
プラスチックやポリエステルなどのような高分子膜が使
用されている。

【００１１】そのため、従来の静電型スピーカ３０を湿
度の高い環境下で使用した場合、振動板３２において吸
湿現象が生じ、音割れなどの原因になるおそれがある。
また、高分子膜による振動板３２は、機械的強度が低
く、弾性率も低いことから、音声信号の振幅を大きくし
て駆動すると、振動板３２の振動速度が音声信号に追従
できなくなり、音の鮮明さの喪失や音像の定位感がぼけ
るなどの現象が生じるおそれがある。そのため、音声信
号の振幅（音量）をあまり大きくすることができない、
という欠点がある。

【００１２】一方、例えば特開昭６１−７７９７号公報
において、セラミック平面板を振動板として利用するこ
とが提案されている。これは、コーン型ダイナミックス
ピーカ１０で生じる音波の干渉を防ぎ、併せて共振を除
去することを目的としている。

【００１３】しかし、前記提案例は、あくまでもマグネ
ット式のスピーカを想定しており、静電型スピーカを想
定したものではないため、厚さ等の各種パラメータの取
り扱いが異なっている。

【００１４】更に、例えば特公昭５６−５３９２０号公
報には、厚さ４０〜６０μｍ前後の振動板を使用する例
が開示されている。この例は、機械的強度のみに着目し
たものであり、音声信号に対する高追従性や軽量性など
を考慮した場合、いまだ不十分な値であると考えられ
る。

【００１５】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、高湿度の環境下でも音質を損ねることが
なく、しかも、振動板の駆動振幅を大きくすることが可
能で、音量の向上を図ることができる静電型電気音響変
換器を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
係る静電型電気音響変換器は、振動板として厚さ１μｍ
以上、３０μｍ以下のセラミック平面板を使用して構成
する。

【００１７】これにより、セラミック平面板は吸湿性が
ないため、静電型電気音響変換器を高湿度の環境下で使
用しても、音質を損ねることがない。また、セラミック
平面板は、高弾性率材料であるため、振動板の駆動振幅
を大きくすることができ、これによって音量を大きくす
ることが可能となる。しかも、平面状の振動板であるた
め、円錐形のコーン紙を使用したコーン型ダイナミック
スピーカのような音の干渉は起こらず、音質をより一層
向上させることができる。

【００１８】ここで、厚さが３０μｍを超えるセラミッ
ク平面板を振動板として使用すると、静電気による力で
は十分に振動せず、大きな音を得ることができない。厚
さが１μｍ未満のセラミック平面板を振動板として使用
すると、機械的強度が極めて低く、事実上、振動板とし
て利用することができない。

【００１９】そして、前記振動板を構成するセラミック
平面板として、ジルコニアを用いることが好ましい。

【００２０】なお、本発明に係る静電型電気音響変換器
は、スピーカのほか、マイクロホンやヘッドホン等を含
む。但し、振動板の振幅を大きくすることができるとい
う特徴は、スピーカのときに最も良好に発揮される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る静電型電気音
響変換器を例えば静電型スピーカに適用したいくつかの
実施の形態例（以下、単に実施の形態に係る静電型スピ
ーカと記す）を図１〜図５を参照しながら説明する。

【００２２】まず、図１に示すように、第１の実施の形
態に係る静電型スピーカ５０Ａは、例えば平面多角形状
（円形も含む）を有し、かつ表面に電極膜５２が形成さ
れた振動板５４と、同じく平面多角形状（円形も含む）
の電極板５６とが例えばリング状のスペーサ部材５８を
間に挟んで重ね合わされて構成されている。

【００２３】また、この第１の実施の形態に係る静電型
スピーカ５０Ａにおいては、振動板５４の表面に形成さ
れた電極膜５２と前記電極板５６との間に振動板５４側
を正極とする一つのバイアス電源６０（バイアス電圧
Ｅ）と音声信号ｅの発生源（音声信号源）６２が接続さ
れている。

【００２４】前記スペーサ部材５８と電極板５６との固
着並びに振動板５４とスペーサ部材５８との固着は例え
ば接着剤を用いて行われる。また、スペーサ部材５８
は、プラスチック、熱硬化性フェノール樹脂、アクリル
樹脂等の絶縁物を使用している。なお、図示していない
が、電極膜５２から外部へ配線接続するために、前記ス
ペーサ部材５８を必要に応じて金属製のリングを用い、
電極板５６とは適宜絶縁する。

【００２５】そして、この第１の実施の形態に係る静電
型スピーカ５０Ａにおいては、前記振動板５４として、
厚さ１μｍ以上、３０μｍ以下のセラミック平面板にて
構成するようにしている。

【００２６】セラミック平面板は吸湿性がないため、静
電型スピーカ５０Ａを高湿度の環境下で使用しても、音
質を損ねることがない。また、セラミック平面板は、高
弾性率材料であるため、振動板５４の駆動振幅を大きく
することができ、これによって音量を大きくすることが
可能となる。しかも、平面状の振動板５４であるため、
円錐形のコーン紙を使用したコーン型ダイナミックスピ
ーカのような音の干渉は起こらず、音質をより一層向上
させることができる。

【００２７】なお、図１において、電極板５６をセラミ
ック製とし、その上に固定極としての電極を形成しても
よい。この場合、セラミック一体の静電型スピーカ５０
Ａとなり、耐蝕性の良好なものとなる。

【００２８】ところで、振動板５４を構成するセラミッ
ク平面板の厚さとして、３０μｍを超えると、静電気に
よる力では振動板５４が十分に振動せず、大きな音を得
ることができない。従って、セラミック平面板の厚さと
しては、２０μｍ以下であることが好ましい。この場
合、振動板５４の駆動振幅を更に大きくすることがで
き、音質及び音量の点で有利となる。

【００２９】ここで、一つの実験例を示す。この実験例
は、セラミック平面板で構成された振動板５４の厚さを
適宜変えて、振動板５４が一定の歪み（たわみ等）を得
るのに必要な力がどのように変化するかをみたものであ
る。その実験結果を図２に示す。この図２において、縦
軸の力は、静電型スピーカ５０Ａのサイズ、バイアス電
圧Ｅの大きさ、振動板５４と電極板５６との間隔などの
種々の条件によって異なるため、絶対値では示していな
い。

【００３０】図２の実験結果から、振動板５４の厚さが
３０μｍを超えると必要な力が急激に高くなることがわ
かる。厚さが２０μｍ以下のときは比較的少ない力で振
動する。このことから、上述したように、厚さが３０μ
ｍを超えるセラミック平面板を振動板５４として使用す
ると、静電気による力では十分に振動せず、大きな音を
得ることができない。従って、振動板５４の厚さとして
は２０μｍ以下が好ましい。なお、厚さが１μｍ未満の
セラミック平面板を振動板５４として使用すると、機械
的強度が極めて低く、事実上、振動板５４として利用す
ることができない。

【００３１】振動板５４を構成するセラミック平面板と
しては、ジルコニアを用いることが好ましい。ジルコニ
アは、弾性率が２００ＧＰａと高く、また、密度が５．
９ｇ／ｃｍ³であるため、比弾性率（弾性率／密度）は
３．４×１０¹²ｃｍ²／ｓｅｃ²であり、従来のプラス
チック振動板の材料である例えばポリエステルの弾性率
２ＧＰａ、密度１．３８ｇ／ｃｍ³、比弾性率０．１４
×１０¹²ｃｍ²／ｓｅｃ²と比べ、音質向上として有利
である。

【００３２】特に、イットリアを２〜４ｍｏｌ％添加し
た、主として正方晶、又は主として正方晶及び立方晶よ
りなるジルコニアは、曲げ強度が約４００〜１０００Ｍ
Ｐａと高く、焼結体を構成する結晶粒子径も０．１〜
０．５μｍ程度と小さいため、薄い平面板として加工す
るのに極めて好都合である。

【００３３】なお、前記ジルコニア以外では、例えば窒
化珪素、炭化珪素、アルミナなどのセラミックスが、弾
性率が高く、かつ薄い平面板として加工しやすいため、
静電型スピーカ５０Ａの振動板５４の材料として好適に
使用することができる。

【００３４】図３に前記各種セラミックスの比弾性率
と、比較例としてポリエステル（従来の振動板の材料）
の比弾性率を示す。これら各種セラミックスは、いずれ
のセラミックスでも、従来から振動板材料として使用さ
れてきた高分子フイルム、例えばポリエステルよりも比
弾性率が１〜２桁高い。また、弾性率も２桁高く、音声
信号源６２の印加電圧ｅを上げて振動板５４の駆動振幅
が大きくなっても十分に追従することができる。

【００３５】そして、前記セラミック平面板は、例えば
ドクターブレード、リバースロールコータなどの公知の
成形方法で成形したグリーンシートを焼成することで得
られる。また、有機フイルム上に印刷法で形成する方
法、有機フイルム上にアルコキシド溶液などから析出、
沈殿させる方法、有機フイルム上に導電層を形成した上
で電気泳動法により成膜する方法なども適用可能であ
る。

【００３６】一方、前記振動板５４の表面に形成される
電極膜５２は、導電性の膜であれば何でも使用可能であ
るが、例えば、金、銀、アルミニウム、銅などの金属
膜、あるいはＩＴＯなどの酸化物を始めとする各種透明
電極膜などを例えばスパッタリングなどで形成する方法
でも得ることができる。

【００３７】次に、第２の実施の形態に係る静電型スピ
ーカ５０Ｂについて図４を参照しながら説明する。

【００３８】この第２の実施の形態に係る静電型スピー
カ５０Ｂは、図４に示すように、例えば平面多角形状
（円形も含む）で、かつ多数の貫通孔７０が形成された
一方の電極板７２と、同じく平面多角形状（円形も含
む）で、かつ多数の貫通孔７４が形成された他方の電極
板７６とが例えばリング状のスペーサ部材７８を間に挟
んで重ね合わされ、スペーサ部材７８の高さ方向中間部
に一対の電極板７２及び７６間の空間を仕切るように、
これら電極板７２及び７６の板面に対して平行に振動板
８０が架張されて構成され、該振動板８０の表面には電
極膜８２が形成されている。

【００３９】また、この第２の実施の形態に係る静電型
スピーカ５０Ｂにおいては、一対の電極板７２及び７６
間に、一方の電極板７２側を正極とする二つのバイアス
電源８４及び８６（共にバイアス電圧Ｅ）が接続され、
これらバイアス電源８４及び８６の接点ａと振動板８０
の表面に形成された電極膜８２との間に音声信号源８８
が接続されて構成されている。前記スペーサ部材７８と
一対の電極板７２及び７６との固着並びに振動板８０と
スペーサ部材７８との固着は例えば接着剤を用いて行わ
れる。

【００４０】そして、この第２の実施の形態に係る静電
型スピーカ５０Ｂにおいても、厚さ１μｍ以上、３０μ
ｍ以下のセラミック平面板にて振動板８０を構成し、前
記セラミック平面板として、ジルコニア、窒化珪素、炭
化珪素、アルミナのいずれかを使用するようにしてい
る。

【００４１】そのため、前記第１の実施の形態に係る静
電型スピーカ５０Ａと同様に、静電型スピーカ５０Ｂを
高湿度の環境下で使用しても、音質を損ねることがな
く、また、振動板８０の駆動振幅を大きくすることがで
き、これによって音量を大きくすることが可能となる。
しかも、平面状の振動板８０であるため、音質をより一
層向上させることができる。

【００４２】次に、第３の実施の形態に係る静電型スピ
ーカ５０Ｃについて図５を参照しながら説明する。な
お、図４と対応するものについては同符号を付してその
重複説明を省略する。

【００４３】この第３の実施の形態に係る静電型スピー
カ５０Ｃは、図５に示すように、前記第２の実施の形態
に係る静電型スピーカ５０Ｂとほぼ同じ構成を有する
が、一対の電極板７２及び７６におけるそれぞれの対向
面に、多数の貫通孔９０を有するエレクトレットフイル
ム（帯電性を有するプラスチックフイルム）９２が貼着
され、更に、二つのバイアス電源８４及び８６（図４参
照）が省略された構成を有する。

【００４４】エレクトレットフイルム９２は、例えば図
５のように予め帯電していることから、無信号時におい
て、一方の電極板７２は正に帯電し、他方の電極板７６
は負に帯電し、これによって、一対の電極板７２及び７
６間に一方の電極板７２側を正とするバイアス電圧Ｅが
かかった状態と等価となる。このため、第１の実施の形
態では必要であった二つのバイアス電源８４及び８６を
省略することが可能となり、静電型スピーカ５０Ｃの小
型軽量化を促進させることができる。

【００４５】そして、この第３の実施の形態に係る静電
型スピーカ５０Ｃにおいても、前記第２の実施の形態に
係る静電型スピーカ５０Ｂと同様に、厚さ１μｍ以上、
３０μｍ以下のセラミック平面板にて振動板８０を構成
し、該セラミック平面板として、ジルコニア、窒化珪
素、炭化珪素、アルミナのいずれかを使用するようにし
ている。

【００４６】そのため、前記第２の実施の形態に係る静
電型スピーカ５０Ｂと同様に、音質を損ねることがな
く、また、振動板８０の駆動振幅を大きくすることがで
き、これによって音量を大きくすることが可能となる。
しかも、平面状の振動板８０であるため、音質をより一
層向上させることができる。

【００４７】このように、静電型として必要な電界は、
前記第３の実施の形態に係る静電型スピーカ５０Ｃのよ
うに、一対の電極板７２及び７６上にエレクトレットフ
イルム９２を形成して永久静電界を利用する方法や、第
１及び第２の実施の形態に係る静電型スピーカ５０Ａ及
び５０Ｂのように、直流のバイアス電圧Ｅを印加する方
法のいずれでも可能である。

【００４８】また、第１の実施の形態に係る静電型スピ
ーカ５０Ａのように、電極板５６が一方だけのシングル
型や、第２及び第３の実施の形態に係る静電型スピーカ
５０Ｂ及び５０Ｃのように、電極板７２及び７６が振動
板８０の両側にあるプッシュプル型のいずれでも可能で
ある。

【００４９】また、電極板と振動板との間隔は０．２ｍ
ｍから５ｍｍ程度の範囲で任意に設定可能であり、バイ
アス電圧Ｅは５０Ｖから数１０００Ｖ程度まで任意に設
定可能である。交流信号（音声信号ｅ）の電圧も０〜１
０００Ｖｒｍｓ程度まで任意に設定することができる。

【００５０】前記各実施の形態においては、本発明に係
る静電型電気音響変換器を静電型スピーカに適用した例
を示したが、その他、マイクロホンやヘッドホンにも適
用することができる。

【００５１】

【実施例】実施例１イットリアを３ｍｏｌ％含むジルコニアをドクターブレ
ードで成形し、キャリアフイルムから剥離した後、空気
中１４００℃で焼成し、結晶相が主として正方晶よりな
る厚さ５μｍのジルコニアを作製した。

【００５２】前記ジルコニアの表面にアルミニウムを蒸
着法で形成し、有効直径約５０ｍｍの振動板５４を得
た。

【００５３】そして、図１に示す第１の実施の形態に係
る静電型スピーカ５０Ａにおいて、前記振動板５４を用
い、電極板５６を銅とし、スペーサ部材５８を有機高分
子樹脂（熱硬化性フェノール樹脂等）とし、振動板５４
と電極板５６との間隔を２ｍｍとしてシングル型の静電
型スピーカ５０Ａを組み立てた。

【００５４】この組み立てた静電型スピーカ５０Ａにお
いて、バイアス電源６０のバイアス電圧Ｅを直流５００
Ｖとし、音声信号源６２の信号ｅを交流３００Ｖｒｍｓ
の電圧信号としたところ、２０Ｈｚから２０ｋＨｚまで
明瞭な音が発生した。実施例２前記実施例１と同様な組成で、厚さ１０μｍのジルコニ
アを作製し、その両面にＩＴＯをスパッタリングで形成
し、有効直径１００ｍｍの振動板８０を作製した。

【００５５】そして、図４に示す第２の実施の形態に係
る静電型スピーカ５０Ｂにおいて、前記振動板８０を用
い、一対の電極板７２及び７６としてそれぞれ直径２ｍ
ｍの貫通孔７０及び７４が多数設けられた銅板を用い、
更に、一対の電極板７２及び７６を振動板８０の両側に
それぞれ３ｍｍの間隔を空けて設置することによってプ
ッシュプル方式の静電型スピーカ５０Ｂを作製した。

【００５６】作製した前記静電型スピーカ５０Ｂにおい
て、二つのバイアス電源８４及び８６における各バイア
ス電圧Ｅを直流５００Ｖとし、音声信号源８８の信号ｅ
を交流２５０Ｖｒｍｓの電圧信号としたところ、２０Ｈ
ｚから２０ｋＨｚまで十分な音圧の音が発生した。実施例３高純度アルミナに高純度マグネシアを１ｗｔ％添加した
組成物をドクターブレード法で成形し、１６００℃で焼
成して厚さ１５μｍのアルミナを作製した。その後、前
記アルミナの両面にＩＴＯをスパッタリングで形成し、
有効直径１００ｍｍの振動板８０を作製した。

【００５７】そして、図５に示す第３の実施の形態に係
る静電型スピーカ５０Ｃにおいて、前記振動板８０を用
い、一対の電極板７２及び７６としてそれぞれ直径２ｍ
ｍの貫通孔７０及び７４が多数設けられた銅板を用い、
一対の電極板７２及び７６を振動板８０の両側にそれぞ
れ３ｍｍの間隔を空けて設置することによってプッシュ
プル方式の静電型スピーカ５０Ｃを作製した。この場
合、エレクトレットフイルム９２として、厚さが２５μ
ｍ、フイルム両面間での電位差が５００Ｖのエレクトレ
ットフイルムを使用した。

【００５８】作製した前記静電型スピーカ５０Ｃにおい
て、音声信号源８８の信号ｅを交流２００Ｖｒｍｓの電
圧信号としたところ、２０Ｈｚから２０ｋＨｚまで十分
な音圧の音が発生した。

【００５９】なお、この発明に係る静電型電気音響変換
器は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸
脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろん
である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る静電
型電気音響変換器によれば、振動板として厚さ１μｍ以
上、３０μｍ以下のセラミック平面板を用いるようにし
ている。

【００６１】このため、高湿度の環境下でも音質を損ね
ることがなく、しかも、振動板の駆動振幅を大きくする
ことが可能で、音量の向上を図ることができるという効
果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る静電型スピーカを示す
構成図である。

【図２】セラミック平面板で構成された振動板の厚さを
適宜変えて、振動板が一定の歪み（たわみ等）を得るの
に必要な力がどのように変化するかをみた実験結果を示
す特性図である。

【図３】振動板として使用される各種セラミックスの比
弾性率（弾性率／密度）とポリエステル（従来の振動板
の材料）の比弾性率との違いを示す表図である。

【図４】第２の実施の形態に係る静電型スピーカを示す
構成図である。

【図５】第３の実施の形態に係る静電型スピーカを示す
構成図である。

【図６】一般的なコーン型ダイナミックスピーカの構成
と音響上の歪みを示す説明図である。

【図７】一般的な静電型スピーカの正面を示す図であ
る。

【図８】静電型スピーカを示す構成図である。

【図９】静電型スピーカの作用を示す説明図である。

【符号の説明】

５０Ａ〜５０Ｃ…静電型スピーカ５２…電極膜５４、８０…振動板５６、７２、７６
…電極板５８、７８…スペーサ部材６０、８４、８６
…バイアス電源６２、８８…音声信号源９２…エレクトレ
ットフイルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ１μｍ以上、３０μｍ以下のセラミッ
ク平面板を振動板とすることを特徴とする静電型電気音
響変換器。
【請求項２】請求項１記載の静電型電気音響変換器にお
いて、前記セラミック平面板がジルコニアであることを特徴と
する静電型電気音響変換器。