JPWO2019103016A1 - 圧電スピーカー - Google Patents

Abstract

圧電スピーカー（１０）は、圧電フィルム（３５）と、圧電フィルム（３５）を支持体に固定するための固定面（１７）と、圧電フィルム（３５）と固定面（１７）との間に配置された介在層（４０）と、を備えている。介在層（４０）の拘束度は、５×１０8Ｎ／ｍ3以下である。

Description

本発明は、圧電スピーカーに関し、具体的には、圧電フィルムを支持体に固定するための固定面を備えた圧電スピーカーに関する。

近年、音響機器用又は消音用のスピーカーとして、圧電フィルムを用いたスピーカー（以下、圧電スピーカーと称することがある）が採用されることがある。圧電スピーカーには、体積が小さくて軽いという利点がある。

特許文献１には、圧電スピーカーの一例が記載されている。具体的には、特許文献１には、圧電スピーカーを支持体である木製ボードに接着剤で貼り付けることが記載されている。

特開平６−２３６１８９号公報 特開２０１６−１２２１８７号公報

圧電フィルムを支持体に貼り付ける場合、支持体によっては、可聴音域における低周波側の音が出難くなることがある。

本発明は、
圧電フィルムと、前記圧電フィルムを支持体に固定するための固定面と、前記圧電フィルムと前記固定面との間に配置された介在層と、を備え、
前記介在層の拘束度は、５×１０⁸Ｎ／ｍ³以下である、圧電スピーカーを提供する。
ここで、前記拘束度は、前記介在層の弾性率と前記介在層の表面充填率との積を前記介在層の厚さで割ることによって得られる値であり、前記表面充填率は、前記介在層における前記圧電フィルム側の主面の充填率である。

上記の介在層は、圧電スピーカーの固定面を支持体に貼り付けることが原因で可聴音域における低周波側の音が出難くなるのを防止するのに適している。

図１は、圧電スピーカーの厚さ方向に平行な断面における断面図である。 図２は、圧電スピーカーを固定面とは反対側から観察したときの上面図である。 図３は、圧電スピーカーが支持体に固定された様子を説明するための図である。 図４は、別の実施形態に係る圧電スピーカーを示す図である。 図５は、サンプルを測定するための構成を説明するための図である。 図６は、サンプルを測定するための構成を説明するための図である。 図７は、出力系のブロック図である。 図８は、評価系のブロック図である。 図９Ａは、サンプルの評価結果を示す表である。 図９Ｂは、サンプルの評価結果を示す表である。 図１０は、介在層の拘束度と音が出始める周波数との関係を示すグラフである。 図１１は、実施例１のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１２は、実施例２のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１３は、実施例３のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１４は、実施例４のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１５は、実施例５のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１６は、実施例６のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１７は、実施例７のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１８は、実施例８のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図１９は、実施例９のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２０は、実施例１０のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２１は、実施例１１のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２２は、実施例１２のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２３は、実施例１３のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２４は、実施例１４のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２５は、実施例１５のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２６は、実施例１６のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２７は、実施例１７のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２８は、比較例１のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図２９は、比較例２のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図３０は、比較例３のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図３１は、参考例１のサンプルの音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図３２は、暗騒音の音圧レベルの周波数特性を示すグラフである。 図３３は、圧電フィルムの支持構造を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明するが、以下は本発明の実施形態の例示に過ぎず、本発明を制限する趣旨ではない。

［第１実施形態］
図１及び図２を用いて、第１実施形態に係る圧電スピーカーを説明する。圧電スピーカー１０は、圧電フィルム３５と、固定面１７と、介在層４０と、を備えている。固定面１７は、圧電フィルム３５を支持体に固定するための面である。また、圧電スピーカー１０は、粘着層又は接着層５１（以下、単に粘着層５１と称することがある）と、粘着層又は接着層５２（以下、単に粘着層５２と称することがある）とを備えている。固定面１７は、粘着層５１の表面（主面）により形成されている。つまり、固定面１７は、粘着面又は接着面である。圧電フィルム３５は、圧電体３０と、電極６１と、電極６２と、を含んでいる。粘着層５１と、介在層４０と、粘着層５２と、圧電フィルム３５とは、この順に積層されている。

以下では、粘着層５１を第１粘着層５１と称し、粘着層５２を第２粘着層５２と称し、電極６１を第１電極６１と称し、電極６２を第２電極６２と称することがある。

圧電体３０は、フィルム形状を有している。圧電体３０は、電圧が印加されることによって振動する。圧電体３０として、セラミックフィルム、樹脂フィルム等を用いることができる。セラミックフィルムである圧電体３０の材料としては、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛、チタン酸バリウム、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造化合物、チタン酸バリウムとビスマスフェライトとの固溶体等が挙げられる。樹脂フィルムである圧電体３０の材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリ乳酸等が挙げられる。樹脂フィルムである圧電体３０の材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンであってもよい。また、圧電体３０は、無孔体であってもよく、多孔体であってもよい。

圧電体３０の厚さは、例えば１０μｍ〜３００μｍの範囲にあり、３０μｍ〜１１０μｍの範囲にあってもよい。

第１電極６１及び第２電極６２は、圧電体３０を挟むように圧電体３０に接している。第１電極６１及び第２電極６２は、フィルム形状を有している。第１電極６１及び第２電極６２は、それぞれ、図示しないリード線に接続されている。第１電極６１及び第２電極６２は、蒸着、めっき、スパッタリング等により圧電体３０上に形成され得る。第１電極６１及び第２電極６２として、金属箔を用いることもできる。金属箔は、両面テープ、粘着剤、接着剤等によって圧電体３０に貼り付け可能である。第１電極６１及び第２電極６２の材料としては、金属が挙げられ、具体的には、金、白金、銀、銅、パラジウム、クロム、モリブデン、鉄、鈴、アルミニウム、ニッケル等が挙げられる。第１電極６１及び第２電極６２の材料として、炭素、導電性高分子等も挙げられる。第１電極６１及び第２電極６２の材料として、これらの合金も挙げられる。第１電極６１及び第２電極６２は、ガラス成分等を含んでいてもよい。

第１電極６１及び第２電極６２の厚さは、それぞれ、例えば１０ｎｍ〜１５０μｍの範囲にあり、２０ｎｍ〜１００μｍの範囲にあってもよい。

図１及び図２の例では、第１電極６１は、圧電体３０の一方の主面全体を覆っている。ただし、第１電極６１は、圧電体３０の該一方の主面の一部のみを覆っていてもよい。第２電極６２は、圧電体３０の他方の主面全体を覆っている。ただし、第２電極６２は、圧電体３０の該他方の主面の一部のみを覆っていてもよい。

介在層４０は、圧電フィルム３５と固定面１７との間に配置されている。本実施形態では、介在層４０は、圧電フィルム３５と第１粘着層５１との間に配置されている。介在層４０は、接着層及び粘着層以外の層であってもよく、接着層又は粘着層であってもよい。本実施形態では、介在層４０は、多孔体層及び／又は樹脂層である。ここで、樹脂層はゴム層及びエラストマ層を含む概念であり、従って樹脂層である介在層４０はゴム層又はエラストマ層であってもよい。樹脂層である介在層４０としては、エチレンプロピレンゴム層、ブチルゴム層、ニトリルゴム層、天然ゴム層、スチレンブタジエンゴム層、シリコーン層、ウレタン層、アクリル樹脂層等が挙げられる。多孔体層である介在層４０としては、発泡体層等が挙げられる。具体的には、多孔体層及び樹脂層である介在層４０としては、エチレンプロピレンゴム発泡体層、ブチルゴム発泡体層、ニトリルゴム発泡体層、天然ゴム発泡体層、スチレンブタジエンゴム発泡体層、シリコーン発泡体層、ウレタン発泡体層等が挙げられる。多孔体層ではないが樹脂層である介在層４０としては、アクリル樹脂層等が挙げられる。樹脂層ではないが多孔体層である介在層４０としては、金属の多孔体層等が挙げられる。ここで、樹脂層は、樹脂を含む層を指し、樹脂を３０％以上含んでいてもよく、樹脂を４５％以上含んでいてもよく、樹脂を６０％以上含んでいてもよく、樹脂を８０％以上含んでいてもよい層を指す。ゴム層、エラストマ層、エチレンプロピレンゴム層、ブチルゴム層、ニトリルゴム層、天然ゴム層、スチレンブタジエンゴム層、シリコーン層、ウレタン層、アクリル樹脂層、金属層、樹脂フィルム、セラミックフィルム等についても同様である。介在層４０は、２種類以上の材料のブレンド層であってもよい。

介在層４０の弾性率は、例えば１００００Ｎ／ｍ²〜１０００００００Ｎ／ｍ²であり、２００００Ｎ／ｍ²〜１０００００Ｎ／ｍ²であってもよい。

一例では、多孔体層である介在層４０の孔径は、０．１ｍｍ〜７．０ｍｍであり、０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであってもよい。別の例では、多孔体層である介在層４０の孔径は、例えば０．１ｍｍ〜２．５ｍｍであり、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍであってもよく、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであってもよい。多孔体層である介在層４０の空孔率は、例えば７０％〜９９％であり、８０％〜９９％であってもよく、９０％〜９５％であってもよい。

発泡体層である介在層４０として、公知の発泡体を利用できる（例えば、特許文献２の発泡体を利用できる）。発泡体層である介在層４０は、連続気泡構造を有していてもよく、独立気泡構造を有していてもよく、半独立半連続気泡構造を有していてもよい。連続気泡構造は、連続気泡率が１００％である構造を指す。独立気泡構造は、連続気泡率が０％である構造を指す。半独立半連続気泡構造は、連続気泡率が０％よりも大きく１００％よりも小さい構造を指す。ここで、連続気泡率は、例えば、発泡体層を水中に沈める試験を行い、式：連続気泡率（％）＝｛（吸水した水の体積）／（気泡部分体積）｝×１００を用いて計算することができる。一具体例では、「吸水した水の体積」は、発泡体層を水中に沈めて−７５０ｍｍＨｇの減圧下で３分間放置した後に、発泡体層の気泡中の空気と置換された水の質量を測り、水の密度を１．０ｇ／ｃｍ³として体積に換算することで得られるものである。「気泡部分体積」は、式：気泡部分体積（ｃｍ³）＝｛（発泡体層の質量）／（発泡体層の見かけ密度）｝−｛（発泡体層の質量）／（材料密度）｝を用いて計算される値である。「材料密度」は、発泡体層を形成する母材（中実体）の密度である。

発泡体層である介在層４０の発泡倍率（発泡前後の密度比）は、例えば５〜４０倍であり、１０〜４０倍であってもよい。

非圧縮状態における介在層４０の厚さは、例えば１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあり、１．５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあってもよく、２ｍｍ〜２５ｍｍの範囲にあってもよい。典型的には、非圧縮状態において、介在層４０は、圧電フィルム３５よりも厚い。非圧縮状態において、圧電フィルム３５の厚さに対する介在層４０の厚さの比率は、例えば１０倍以上であり、３０倍以上であってもよい。また、典型的には、非圧縮状態において、介在層４０は、第１粘着層５１よりも厚い。

第１粘着層５１は、その表面により固定面１７を形成している。第１粘着層５１は、支持体に接合される層である。図１の例では、第１粘着層５１は、介在層４０に接合している。第１粘着層５１としては、基材と、基材の両面に塗布された粘着剤とを有する両面テープが挙げられる。第１粘着層５１として用いられる両面テープの基材としては、不織布等が挙げられる。第１粘着層５１として用いられる両面テープの粘着剤としては、アクリル樹脂を含む粘着剤等が挙げられる。ただし、第１粘着層５１は、基材を有さない粘着剤の層であってもよい。

第１粘着層５１の厚さは、例えば０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであってもよい。

第２粘着層５２は、介在層４０と圧電フィルム３５との間に配置されている。具体的には、第２粘着層５２は、介在層４０と圧電フィルム３５とに接合している。第２粘着層５２としては、基材と、基材の両面に塗布された粘着剤とを有する両面テープが挙げられる。第２粘着層５２として用いられる両面テープの基材としては、不織布等が挙げられる。第２粘着層５２として用いられる両面テープの粘着剤としては、アクリル樹脂を含む粘着剤等が挙げられる。ただし、第２粘着層５２は、基材を有さない粘着剤の層であってもよい。

第２粘着層５２の厚さは、例えば０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであってもよい。

本実施形態では、圧電フィルム３５に接着面又は粘着面が接触することによって、圧電フィルム３５が固定面１７側の層と一体化されている。具体的には、本実施形態では、当該接着面又は粘着面は、第２粘着層又は接着層５２の表面により形成された面である。

図３に、図１の圧電スピーカー１０を固定面１７によって支持体８０に固定した構造を示す。この固定状態で、電圧が、リード線を介して、圧電フィルム３５に印加される。これにより、圧電フィルム３５が振動し、圧電フィルム３５から音が出る。図３の例では、支持体８０が平面を有し、その平面上に圧電スピーカー１０が固定されており、圧電フィルム３５が平面状に拡がっている。この態様は、圧電フィルム３５から放射される音波を平面波に近づける観点から有利である。ただし、支持体８０が湾曲面を有している場合には、その湾曲面上に圧電スピーカー１０を固定してもよい。

典型的には、支持体８０における固定面１７に対向する面の面積は、固定面１７の面積以上である。前者の面積は、後者の面積の、例えば１．０倍以上であり、１．５倍以上であってもよく、５倍以上であってもよい。典型的には、介在層４０に比べ、支持体８０は、大きい剛性（ヤング率と断面２次モーメントの積）、大きいヤング率及び／又は大きい厚さを有する。ただし、支持体８０は、介在層４０と同じ剛性、ヤング率及び／又は厚さを有していてもよく、介在層４０よりも小さい剛性、ヤング率及び／又は厚さを有していてもよい。支持体８０のヤング率は、例えば１ＧＰａ以上であり、１０ＧＰａ以上であってもよく、５０ＧＰａ以上であってもよい。支持体８０のヤング率の上限は特に限定されないが、例えば１０００ＧＰａである。支持体８０として種々の物品を利用可能であるため、その厚さの範囲を規定するのは困難であるが、支持体８０の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上であり、１ｍｍ以上であってもよく、１０ｍｍ以上であってもよく、５０ｍｍ以上であってもよい。支持体８０の厚さの上限は特に限定されないが、例えば１ｍである。典型的には、支持体８０の位置及び／又は形状は、圧電スピーカー１０によらず固定されている。典型的には、支持体８０は、屈曲させないことを想定して作製されたものである。

支持体８０に固定された圧電スピーカー１０は、音響用のスピーカーとしても、消音用のスピーカーとしても利用可能である。

本実施形態に係る圧電スピーカー１０について、さらに説明する。

本実施形態では、介在層４０により、圧電スピーカー１０の固定面１７を支持体８０に貼り付けることが原因で可聴音域における低周波側の音が出難くなるのが防止されている。作用の詳細については今後の検討を待つ必要があるが、圧電フィルム３５の片方の主面を介在層４０によって適度に拘束することにより、圧電フィルム３５から可聴音域における低周波側の音が発生し易くなっている可能性がある。

上記の「適度な拘束」は、適切に選定された介在層４０の拘束度により達成されていると考えることができる。具体的には、介在層４０の拘束度は、５×１０⁸Ｎ／ｍ³以下である。介在層４０の拘束度は、例えば、１×１０⁴Ｎ／ｍ³以上である。介在層４０の拘束度は、好ましくは２×１０⁸Ｎ／ｍ³以下であり、より好ましくは１×１０⁵〜５×１０⁷Ｎ／ｍ³である。ここで、介在層４０の拘束度（Ｎ／ｍ³）は、以下の式のように、介在層４０の弾性率（Ｎ／ｍ²）と介在層４０の表面充填率との積を介在層４０の厚さ（ｍ）で割ることによって得られる値である。介在層４０の表面充填率は、介在層４０における圧電フィルム３５側の主面の充填率（１から空孔率を引いた値）である。介在層４０の孔が均等に分布している場合、表面充填率は、介在層４０の３次元的な充填率に等しいとみなすことができる。
拘束度（Ｎ／ｍ³）＝弾性率（Ｎ／ｍ²）×表面充填率÷厚さ（ｍ）

拘束度は、介在層４０による圧電フィルム３５の拘束の程度を表すパラメータと考えることができる。介在層４０の弾性率が大きいほど拘束の程度が大きくなることが、上記の式で表されている。介在層４０の表面充填率が大きいほど拘束の程度が大きくなることが、上記の式で表されている。介在層４０の厚さが小さいほど拘束の程度が大きくなることが、上記の式で表されている。介在層４０の拘束度と圧電フィルム３５から発生する音との関係については今後の検討を待つ必要があるが、拘束度が過度に大きい場合には、低周波側の音を出すのに必要な圧電フィルム３５の変形が妨げられている可能性がある。逆に、拘束度が過度に小さい場合には、圧電フィルム３５がその厚さ方向に十分に変形せず、その面内方向（厚さ方向に垂直な方向）のみに伸縮し、低周波側の音の発生が妨げられている可能性がある。介在層４０の拘束度を適度な範囲に設定することによって、圧電フィルム３５の面内方向の伸縮が厚さ方向の変形に適度に変換され、圧電フィルム３５が全体として適切に屈曲し、低周波側の音が発生し易くなっていると考えることができる。

上述の説明から理解されるように、圧電フィルム３５と固定面１７との間に、介在層４０とは異なる層があってもよい。当該異なる層は、例えば、第２粘着層５２である。

介在層４０に比べ、支持体８０は、大きい拘束度を有していてもよい。この場合であっても、介在層４０の寄与により、圧電フィルム３５から低周波側の音が発生し得る。ただし、支持体８０は、介在層４０と同じ拘束度を有していてもよく、介在層４０よりも小さい拘束度を有していてもよい。ここで、支持体８０の拘束度（Ｎ／ｍ³）は、支持体８０の弾性率（Ｎ／ｍ²）と支持体８０の表面充填率との積を支持体８０の厚さ（ｍ）で割ることによって得られる値である。支持体８０の表面充填率は、支持体８０における圧電フィルム３５側の主面の充填率（１から空孔率を引いた値）である。

上記の「適度な拘束」の観点から、圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の面積の２５％以上の領域において介在層４０が配置されるようにすることができる。圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の面積の５０％以上の領域において介在層４０が配置されるようにしてもよく、圧電フィルム３５の面積の７５％以上の領域において介在層４０が配置されるようにしてもよく、圧電フィルム３５の全領域において介在層４０が配置されるようにしてもよい。

具体的には、本実施形態では、第２粘着層５２によって、圧電フィルム３５と介在層４０との分離が防止されている。上記の「適度な拘束」の観点から、圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の面積の２５％以上の領域において第２粘着層５２及び介在層４０が配置されるようにすることができる。圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の面積の５０％以上の領域において第２粘着層５２及び介在層４０が配置されるようにしてもよく、圧電フィルム３５の面積の７５％以上の領域において第２粘着層５２及び介在層４０が配置されるようにしてもよく、圧電フィルム３５の全領域において第２粘着層５２及び介在層４０が配置されるようにしてもよい。

ここで、介在層４０が多孔体である場合、介在層４０が配置される領域の比率は、その多孔質構造に由来する細孔を考慮した微視的な観点ではなく、より巨視的な観点から規定されるものである。例えば、圧電フィルム３５、多孔体である介在層４０及び第２粘着層５２が平面視で共通の輪郭を有する板状体である場合、圧電フィルム３５の面積の１００％の領域において第２粘着層５２及び介在層４０が配置されていると表現される。

圧電スピーカー１０における固定面１７とは反対側の主面１５の５０％以上を圧電フィルム３５によって構成することができる。主面１５の７５％以上を圧電フィルム３５によって構成してもよく、主面１５全体を圧電フィルム３５によって構成してもよい。

本実施形態では、圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の少なくとも一部が固定面１７と重複する（図１の例では第１粘着層５１と重複する）ように、固定面１７が配置されている。圧電スピーカー１０を支持体８０に安定して固定する観点からは、圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の面積の５０％以上の領域において固定面１７が配置されるようにすることができる。圧電フィルム３５を平面視で観察したときに、圧電フィルム３５の面積の７５％以上の領域において固定面１７が配置されるようにしてもよく、圧電フィルム３５の全領域において固定面１７が配置されるようにしてもよい。

本実施形態では、圧電フィルム３５と固定面１７との間に存在する互いに隣接する層は接合されている。ここで、「圧電フィルム３５と固定面１７との間」は、圧電フィルム３５及び固定面１７を含む。具体的には、第１粘着層５１と介在層４０は接合されており、介在層４０と第２粘着層５２は接合されており、第２粘着層５２と圧電フィルム３５とは接合されている。このため、圧電スピーカー１０の支持体８０への取付姿勢によらず、圧電フィルム３５を安定して配置でき、しかも圧電スピーカー１０の支持体８０への取付が容易である。さらに、介在層４０の寄与により、取付姿勢によらず、圧電フィルム３５から音が出る。従って、本実施形態では、これらが相俟って、使い勝手がよい圧電スピーカー１０が実現される。なお、「互いに隣接する層は接合されている」は、互いに隣接する層が全体的又は部分的に接合されていることを意味する。図示の例では、圧電フィルム３５の厚さ方向に沿って延び圧電フィルム３５、介在層４０及び固定面１７をこの順に通る所定領域において、互いに隣接する層が接合されている。

本実施形態では、圧電フィルム３５及び介在層４０は、それぞれ、厚さが実質的に一定である。このことは、圧電スピーカー１０の保管、使い勝手、圧電フィルム３５から出る音の制御等の種々の観点から有利である場合が多い。なお、「厚さが実質的に一定」は、例えば、厚さの最小値が最大値の７０％以上１００％以下であることを指す。圧電フィルム３５及び介在層４０は、それぞれ、厚さの最小値が最大値の８５％以上１００％以下であってもよい。

ところで、樹脂は、セラミック等に比べ、クラックが発生し難い材料である。一具体例では、圧電フィルム３５の圧電体３０は樹脂フィルムであり、介在層４０は圧電フィルムとしては機能しない樹脂層である。このようにすることは、圧電体３０又は介在層４０でクラックを生じさせることなく圧電スピーカー１０をハサミ、人の手等で切断する観点から有利である。また、このようにすれば、圧電スピーカー１０を曲げても圧電体３０又は介在層４０でクラックが生じ難くなる。また、圧電体３０が樹脂フィルムであり介在層４０が樹脂層であることは、圧電体３０又は介在層４０でクラックを生じさせることなく湾曲面上に圧電スピーカー１０を固定する観点から有利である。

図１の例では、圧電フィルム３５、介在層４０、第１粘着層５１及び第２粘着層５２は、非分割かつ非枠状の板状形状を有しており、平面視で輪郭が一致している。ただし、これらの一部又は全部が枠状形状を有していたり、これらの一部又は全部が複数に分割されていたり、これらの輪郭がずれていたりしても構わない。

図１の例では、圧電フィルム３５、介在層４０、第１粘着層５１及び第２粘着層５２は、平面視で短手方向及び長手方向を有する長方形である。ただし、これらは、正方形、円形、楕円形等であってもよい。

また、圧電スピーカーは、図１に示す層以外の層を含んでいてもよい。

［第２実施形態］
以下、図４を用いて第２実施形態に係る圧電スピーカー１１０を説明する。以下では、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。

圧電スピーカー１１０は、圧電フィルム３５と、固定面１１７と、介在層１４０と、を備えている。固定面１１７は、圧電フィルム３５を支持体に固定するための面である。介在層１４０は、圧電フィルム３５と固定面１１７との間（ここで、「間」は固定面１１７を含む。第１実施形態についても同様である）に配置されている。具体的には、固定面１１７は、介在層１４０の表面（主面）により形成されている。

介在層１４０は、粘着層又は接着層である。介在層１４０として、アクリル樹脂を含む粘着剤を用いることができる。介在層１４０として、他の粘着剤、例えば、ゴム、シリコーン又はウレタンを含む粘着剤を用いてもよい。介在層１４０は、樹脂層であり得る。介在層１４０は、無孔体層であってもよく、多孔体層であってもよい。介在層１４０は、２種類以上の材料のブレンド層であってもよい。

介在層１４０の弾性率は、例えば１００００Ｎ／ｍ²〜１０００００００Ｎ／ｍ²であり、２００００Ｎ／ｍ²〜１０００００Ｎ／ｍ²であってもよい。

非圧縮状態における介在層１４０の厚さは、例えば１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあり、１．５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあってもよく、２ｍｍ〜２５ｍｍの範囲にあってもよい。典型的には、非圧縮状態において、介在層１４０は、圧電フィルム３５よりも厚い。非圧縮状態において、圧電フィルム３５の厚さに対する介在層１４０の厚さの比率は、例えば１０倍以上であり、３０倍以上であってもよい。

介在層１４０の拘束度は、５×１０⁸Ｎ／ｍ³以下である。介在層１４０の拘束度は、例えば、１×１０⁴Ｎ／ｍ³以上である。介在層１４０の拘束度は、好ましくは２×１０⁸Ｎ／ｍ³以下であり、より好ましくは１×１０⁵〜５×１０⁷Ｎ／ｍ³である。拘束度の定義は、先に説明した通りである。

本実施形態では、圧電フィルム３５に接着面又は粘着面が接触することによって、圧電フィルム３５が固定面１１７側の層と一体化されている。具体的には、本実施形態では、当該接着面又は粘着面は、介在層１４０により形成された面である。

圧電スピーカー１１０も、固定面１１７によって、図３の支持体８０に固定され得る。第２実施形態でも、介在層１４０の寄与により、圧電フィルム３５から可聴音域における低周波側の音が発生し易くなる。

実施例により、本発明を詳細に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明の一例を示すものであり、本発明は以下の実施例に限定されない。

（実施例１）
固定された支持部材に圧電スピーカー１０の固定面１７を貼り付けることによって、図３の支持体８０として上記支持部材を用いた構造を作製した。具体的には、支持部材として、厚さ５ｍｍのステンレス平板（ＳＵＳ平板）を用いた。第１粘着層５１として、不織布の両面にアクリル系粘着剤を含侵させた、厚み０．１６ｍｍの粘着シート（両面テープ）を用いた。介在層４０として、エチレンプロピレンゴムとブチルゴムとを含む混和物を約１０倍の発泡倍率で発泡させた、厚さ３ｍｍで独立気泡型の発泡体を用いた。第２粘着層５２として、基材が不織布でありその基材の両面に無溶剤型のアクリル樹脂を含む粘着剤が塗布された、厚さ０．１５ｍｍの粘着シート（両面テープ）を用いた。圧電フィルム３５として、両面に銅電極（ニッケルを含む）が蒸着されたポリフッ化ビニリデンフィルム（総厚み３３μｍ）を用いた。実施例１の第１粘着層５１、介在層４０、第２粘着層５２及び圧電フィルム３５は、平面視で縦３７．５ｍｍ×横３７．５ｍｍの寸法を有しており、平面視で輪郭が重複した非分割かつ枠状の板状形状を有している（後述の実施例、比較例及び参考例でも同様である）。支持部材は、平面視で縦５０ｍｍ×横５０ｍｍの寸法を有しており、第１粘着層５１を全体的に覆っている。このようにして、図３に示す構成を有する実施例１のサンプルを作製した。

（実施例２）
介在層４０として、エチレンプロピレンゴムを含む混和物を約１０倍の発泡倍率で発泡させた、厚さ３ｍｍで半独立半連続気泡型の発泡体を用いた。この発泡体は、硫黄を含むものである。それ以外は、実施例１と同様にして、実施例２のサンプルを作製した。

（実施例３）
実施例３では、介在層４０として、実施例２の介在層４０と同一材料かつ同一構造の、厚さ５ｍｍの発泡体を用いた。それ以外は、実施例２と同様にして、実施例３のサンプルを作製した。

（実施例４）
実施例４では、介在層４０として、実施例２の介在層４０と同一材料かつ同一構造の、厚さ１０ｍｍの発泡体を用いた。それ以外は、実施例２と同様にして、実施例４のサンプルを作製した。

（実施例５）
実施例５では、介在層４０として、実施例２の介在層４０と同一材料かつ同一構造の、厚さ２０ｍｍの発泡体を用いた。それ以外は、実施例２と同様にして、実施例５のサンプルを作製した。

（実施例６）
介在層４０として、エチレンプロピレンゴムを含む混和物を約１０倍の発泡倍率で発泡させた、厚さ２０ｍｍで半独立半連続気泡型の発泡体を用いた。この発泡体は、硫黄を含まないものであり、実施例２〜５の介在層４０として用いた発泡体に比べて柔軟である。それ以外は、実施例１と同様にして、実施例６のサンプルを作製した。

（実施例７）
介在層４０として、エチレンプロピレンゴムを含む混和物を約２０倍の発泡倍率で発泡させた、厚さ２０ｍｍで半独立半連続気泡型の発泡体を用いた。それ以外は、実施例１と同様にして、実施例７のサンプルを作製した。

（実施例８）
介在層４０として、金属多孔体を用いた。この金属多孔体は、材料がニッケルであり、孔径が０．９ｍｍであり、厚みが２．０ｍｍのものである。第２粘着層５２として、実施例１の第１粘着層５１と同じ粘着層を用いた。それ以外は、実施例１と同様にして、実施例８のサンプルを作製した。

（実施例９）
実施例１の第１粘着層５１及び第２粘着層５２を省略し、圧電フィルム３５と支持体８０との間に介在層１４０のみを介在させた。介在層１４０として、アクリル系粘着剤によって構成された、厚さ３ｍｍの基材レス粘着シートを用いた。それ以外は、実施例１と同様にして、支持部材に図４の積層体が取り付けられた構成を有する、実施例９のサンプルを作製した。

（実施例１０）
介在層４０として、実施例９の介在層１４０と同じ介在層を用いた。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１０のサンプルを作製した。

（実施例１１）
介在層４０として、厚さ５ｍｍのウレタンフォームを用いた。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１１のサンプルを作製した。

（実施例１２）
介在層４０として、厚さ１０ｍｍのウレタンフォームを用いた。このウレタンフォームは、実施例１１の介在層４０として用いたウレタンフォームに比べて孔径が小さいものである。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１１のサンプルを作製した。

（実施例１３）
介在層４０として、厚さ５ｍｍで独立気泡型のアクリルニトリルブタジエンゴムの発泡体を用いた。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１３のサンプルを作製した。

（実施例１４）
介在層４０として、厚さ５ｍｍで独立気泡型のエチレンプロピレンゴムの発泡体を用いた。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１４のサンプルを作製した。

（実施例１５）
介在層４０として、天然ゴムとスチレンブタジエンゴムとがブレンドされた厚さ５ｍｍで独立気泡型の発泡体を用いた。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１５のサンプルを作製した。

（実施例１６）
介在層４０として、厚さ５ｍｍで独立気泡型のシリコーンの発泡体を用いた。それ以外は、実施例８と同様にして、実施例１６のサンプルを作製した。

（実施例１７）
介在層４０として、実施例１の介在層４０と同一材料かつ同一構造の、厚さ１０ｍｍの発泡体を用いた。第２粘着層５２として、実施例１と同じ粘着シートを用いた。圧電フィルム３５の圧電体３０として、厚さ３５μｍのトウモロコシ由来のポリ乳酸を主原料とした樹脂シートを用いた。圧電フィルム３５の第１電極６１及び第２電極６２は、それぞれ、厚さ０．１μｍのアルミニウム膜であり、蒸着によって形成した。こうして、総厚みが３５．２μｍの圧電フィルム３５を得た。それ以外は、実施例１と同様にして、実施例１７のサンプルを作製した。

（比較例１）
実施例９の介在層１４０を、実施例１の第１粘着層５１と同じ粘着層に置き換えた。それ以外は、実施例９と同様にして比較例１のサンプルを作製した。なお、以下では、説明の便宜上、比較例１の介在層を介在層２４０と称することがある。

（比較例２）
介在層として、金属多孔体を用いた。この金属多孔体は、実施例８の金属多孔体と同一材料であり、孔径が０．４５ｍｍであり、厚みが１．４ｍｍのものである。それ以外は、実施例８と同様にして比較例２のサンプルを作製した。

（比較例３）
介在層として、実施例９の介在層１４０と同一材料かつ同一構造の、厚さ０．１７５ｍｍの基材レス粘着シートを用いた。それ以外は、実施例９と同様にして比較例３のサンプルを作製した。なお、以下では、説明の便宜上、比較例３の介在層を介在層２４０と称することがある。

（参考例１）
実施例１の圧電フィルム３５を、参考例１のサンプルとした。参考例１では、地面に平行な台上に、接着せずにサンプルを置いた。

実施例、比較例及び参考例に係るサンプルの評価方法は、以下の通りである。

＜介在層の厚さ（非圧縮状態）＞
介在層の厚さは、厚みゲージを用いて測定した。

＜介在層の弾性率＞
介在層から、小片を切り出した。切り出した小片に対して、引張試験機（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製「ＲＳＡ−Ｇ２」）を用いて、常温で圧縮試験を行った。これにより、応力−ひずみ曲線を得た。応力−ひずみ曲線の初期傾きから、弾性率を算出した。

＜介在層の孔径＞
顕微鏡により、介在層の拡大画像を得た。この拡大画像を画像解析することにより、介在層の孔径の平均値を求めた。求めた平均値を、介在層の孔径とした。

＜介在層の空孔率＞
介在層から直方体の小片を切り出した。切り出した小片の体積及び質量から見かけの密度を求めた。見かけの密度を、介在層を形成する母材（中実体）の密度で除した。これにより、充填率を算出した。さらに１から充填率を差し引いた。これにより、空孔率を得た。

＜介在層の表面充填率＞
実施例２〜１６及び比較例１〜３については、上述の充填率を表面充填率とした。実施例１及び１７では、介在層は表面スキン層を有しているため、表面充填率は１００％とした。

＜サンプルの音圧レベルの周波数特性＞
実施例１〜８及び１０〜１７並びに比較例２のサンプルを測定するための構成を、図５に示す。圧電フィルム３５の両面の角部に、厚さ７０μｍであり縦５ｍｍ×横７０ｍｍである導電性銅箔テープ７０（３Ｍ社製のＣＵ−３５Ｃ）を取り付けた。また、これらの導電性銅箔テープ７０のそれぞれに、みのむしクリップ７５を取り付けた。導電性銅箔テープ７０及びみのむしクリップ７５は、圧電フィルム３５に交流電圧を印加するための電気経路の一部を構成する。

実施例９並びに比較例１及び３のサンプルを測定するための構成を、図６に示す。図６の構成には、図５の第１粘着層５１及び第２粘着層５２がない。図６の構成には、介在層１４０又は２４０がある。

参考例１のサンプルを測定するための構成は、図５及び図６に倣ったものである。具体的には、図５及び図６に倣って、圧電フィルム３５の両面の角部に導電性銅箔テープ７０を取り付け、これらのテープ７０にみのむしクリップ７５を取り付けた。こうして得られたアセンブリを、地面に平行な台上に接着せずに置いた。

図７及び８に、サンプルの音響特性を測定するためのブロック図を示す。具体的に、図７は出力系を示し、図８は評価系を示す。

図７に示す出力系では、音声出力用パーソナルコンピュータ（以下、パーソナルコンピュータをＰＣと簡略化して記載することがある）４０１と、オーディオインターフェース４０２と、スピーカーアンプ４０３と、サンプル４０４（実施例、比較例及び参考例の圧電スピーカ）と、をこの順に接続した。スピーカーアンプ４０３からサンプル４０４への出力を確認できるように、スピーカーアンプ４０３をオシロスコープ４０５にも接続した。

音声出力用ＰＣ４０１には、ＷａｖｅＧｅｎｅがインストールされている。ＷａｖｅＧｅｎｅは、テスト用音声信号を発生させるためのフリーソフトである。オーディオインターフェース４０２として、ローランド株式会社製のＱＵＡＤ−ＣＡＰＴＵＲＥを用いた。オーディオインターフェース４０２のサンプリング周波数は、１９２ｋＨｚとした。スピーカーアンプ４０３として、オンキヨー株式会社製のＡ−９２４を用いた。オシロスコープ４０５として、テクトロニクス社製のＤＰＯ２０２４を用いた。

図８に示す評価系では、マイクロホン５０１と、音響評価装置（ＰＵＬＳＥ）５０２と、音響評価用ＰＣ５０３と、をこの順に接続した。

マイクロホン５０１として、Ｂ＆Ｋ社製のＴｙｐｅ４９３９−Ｃ−００２を用いた。マイクロホン５０１は、サンプル４０４から１ｍ離れた位置に配置した。音響評価装置５０２として、Ｂ＆Ｋ社製のＴｙｐｅ３０５２−Ａ−０３０を用いた。

このように出力系及び評価系を構成し、音声出力用ＰＣ４０１からオーディオインターフェース４０２及びスピーカーアンプ４０３を介してサンプル４０４に交流電圧を印加した。具体的には、音声出力用ＰＣ４０１を用いて、２０秒間で周波数が１００Ｈｚから１００ｋＨｚまでスイープするテスト用音声信号を発生させた。この際、スピーカーアンプ４０３から出力される電圧を、オシロスコープ４０５により確認した。また、サンプル４０４から発生した音を、評価系で評価した。このようにして、音圧周波数特性測定試験を行った。

出力系及び評価系の設定の詳細は、以下の通りである。

［出力系の設定］
・周波数範囲：１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚ
・スイープ時間：２０秒
・実効電圧：１０Ｖ
・出力波形：サイン波

［評価系の設定］
・測定時間：２２秒
・ピークホールド
・測定範囲：４Ｈｚ〜１０２．４ｋＨｚ
・ライン数：６４００

＜音が出始める周波数の判断＞
暗騒音よりも３ｄＢ以上音圧レベルが大きい周波数域（音圧レベルが暗騒音＋３ｄＢ以上に保たれる周波数範囲がピーク周波数（音圧レベルがピークとなる周波数）の±１０％に満たないような急峻なピーク部を除く）の下端を、音が出始める周波数と判断した。

実施例１〜１７、比較例１〜３及び参考例１の評価結果を、図９Ａ〜図３１に示す。図３２に、暗騒音の音圧レベルの周波数特性を示す。図９Ａ、９Ｂ及び１０から、実施例では、比較例に比べ、音が出始める周波数が低いことが分かる。実施例の構造は、支持体が原因で可聴音域における低周波側の音が圧電スピーカーから出難くなるのを防止するのに適していると言える。図１０から、介在層の拘束度を適切に選定すれば、音が出始める周波数を低くすることができることが分かる。なお、図１０において、Ｅ１〜Ｅ１７は実施例１〜１７に対応し、Ｃ１〜Ｃ３は比較例１〜３に対応する。

［圧電フィルムの支持構造と振動の自由度］
図３に戻って本発明による圧電スピーカーの支持構造の一例を参照する。圧電スピーカー１０では、圧電フィルム３５の全面が粘着層５１、５２及び介在層４０を介して支持体８０に固定されている。圧電スピーカー１０は、図３に示した全面支持構造においても発音特性が改善するように設計されている。上述したとおり、この設計では、圧電フィルム３５を支持する介在層４０の拘束度を適切に制御することが重要となる。

圧電フィルム３５の振動が支持体８０により阻害されないようにするためには、圧電フィルム３５の一部を支持して支持体８０から離間させることも考えられる。この設計思想に基づく支持構造を図３３に例示する。図３３に示した仮想的な圧電スピーカー１０８では、枠体８８が支持体８０から離れた位置で圧電フィルム３５の周縁部を支持している。

予め一方に湾曲させて湾曲の向きが固定された圧電フィルムからは十分な音量を確保しやすい。このため、例えば圧電スピーカー１０８において、圧電フィルム３５、枠体８８及び支持体８０に囲まれた空間４８に上面が凸面となった厚みが一定でない介在物を配置し、圧電フィルム３５の中央部を上方に押し上げておくことが考えられる。しかし、このような介在物は、圧電フィルム３５の振動を阻害することがないように圧電フィルム３５と接合されることがない。したがって、空間４８に介在物を配置したとしても、圧電フィルム３５をその振動を規定する態様で支持しているのは枠体８８のみである。

図３３との対比より、圧電フィルム３５の局部的な支持構造ではなく、圧電フィルム３５を支持する層４０の特性、具体的には「拘束度」に着目した点に、圧電スピーカー１０の特徴があることが理解できる。

図３に示したように、圧電スピーカー１０では圧電フィルム３５が特定の部分で支持されておらずその周縁部までが上下に振動しうる。圧電フィルム３５は、その全体が上下に振動することも可能である。したがって、圧電スピーカー１０８と比較すると、圧電スピーカー１０はその振動の自由度が高く、良好な発音特性の実現には相対的に有利である。

Claims (10)

1. 圧電フィルムと、前記圧電フィルムを支持体に固定するための固定面と、前記圧電フィルムと前記固定面との間に配置された介在層と、を備え、
   前記介在層の拘束度は、５×１０⁸Ｎ／ｍ³以下である、圧電スピーカー。
   ここで、前記拘束度は、前記介在層の弾性率と前記介在層の表面充填率との積を前記介在層の厚さで割ることによって得られる値であり、前記表面充填率は、前記介在層における前記圧電フィルム側の主面の充填率である。
2. 前記介在層は、樹脂層、及び／又は、多孔体層である、請求項１に記載の圧電スピーカー。
3. 非圧縮状態における前記介在層の厚さは、１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にある、請求項１又は２に記載の圧電スピーカー。
4. 前記圧電フィルム及び前記介在層は、それぞれ、厚さが実質的に一定である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電スピーカー。
5. 前記介在層は、エチレンプロピレンゴム発泡体層である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電スピーカー。
6. 前記圧電スピーカーにおける前記固定面とは反対側の主面の５０％以上が、前記圧電フィルムによって構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電スピーカー。
7. 粘着層又は接着層をさらに備え、前記固定面が当該粘着層又は接着層の表面により形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電スピーカー。
8. 前記圧電フィルムを平面視で観察したときに、前記圧電フィルムの少なくとも一部が前記固定面と重複するように前記固定面が配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電スピーカー。
9. 前記圧電フィルムと前記固定面との間に存在する互いに隣接する層は接合されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電スピーカー。
   ここで、前記圧電フィルムと前記固定面との間は、前記圧電フィルム及び前記固定面を含む。
10. 前記支持体のヤング率は１ＧＰａ以上である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の圧電スピーカー。

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