TW201927009A - 壓電揚聲器 - Google Patents

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TW201927009A
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TW
Taiwan
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interposer
layer
piezoelectric film
piezoelectric
electrode
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TW107141514A
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河本裕介
大戶康平
山本沙織
大幡涼平
日紫喜智昭
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日商日東電工股份有限公司
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Abstract

壓電揚聲器具備壓電薄膜、第1接合層、及中介層。壓電薄膜包含第1電極、第2電極、及被第1電極與第2電極所夾持之壓電體。第1接合層為黏著性或接著性之層。中介層是配置於壓電薄膜與第1接合層之間。壓電薄膜之兩主面整體為朝上下振動。

Description

壓電揚聲器
發明領域
本發明是有關於一種壓電揚聲器。
發明背景
近年來，作為音響機器用或消音用的揚聲器，有時會採用使用了壓電薄膜之揚聲器(以下，有時稱作壓電揚聲器)。壓電揚聲器具有體積小且較輕的優點。
於專利文獻1中記載有壓電揚聲器的一例。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開昭63-149997號公報
專利文獻2：日本專利特開2016-122187號公報
發明概要
發明欲解決之課題
為了確保充分的音量，在專利文獻1之壓電揚聲器中，是藉由支撐構件固定壓電薄膜的緣部，且將壓電薄膜維持為彎曲形狀。然而，從實現設置場所的約束較少之壓電揚聲器的觀點來看，宜為未必要使壓電薄膜彎曲。
本發明之目的在於提供一種即便未將壓電薄膜維持為彎曲形狀仍可顯示實用的音響特性的壓電揚聲器。
用以解決課題之手段
本發明是提供一種壓電揚聲器，具備：
壓電薄膜，包含第1電極、第2電極、及被前述第1電極與前述第2電極所夾持之壓電體；
黏著性或接著性之第1接合層；及
中介層，配置於前述壓電薄膜與前述第1接合層之間，
且前述壓電薄膜之兩主面整體為朝上下振動。
發明效果
壓電薄膜之兩主面整體為朝上下振動的壓電揚聲器，即便未將壓電薄膜維持為彎曲形狀，仍可顯示實用的音響特性。
用以實施發明之形態
以下，雖然一面參照附加之圖式一面說明本發明的實施形態，但以下均只不過是本發明的實施形態之例示，宗旨不在限制本發明。
[第1實施形態]
利用圖1及圖2來說明第1實施形態之壓電揚聲器。壓電揚聲器10具備有壓電薄膜35、第1接合層51、中介層40、及第2接合層52。第1接合層51、中介層40、第2接合層52、及壓電薄膜35是依此順序積層。
壓電薄膜35包含有壓電體30、電極61、及電極62。壓電薄膜35具有薄膜形狀。
壓電體30具有薄膜形狀。壓電體30是藉由被施加電壓而振動。可以使用陶瓷薄膜、樹脂薄膜等來作為壓電體30。作為陶瓷薄膜之壓電體30的材料，可列舉：鋯酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋯酸鑭鉛、鈦酸鋇、Bi層狀化合物、鎢青銅構造化合物、鈦酸鋇與鐵酸鉍的固熔體等。作為樹脂薄膜之壓電體30的材料，可列舉：聚偏二氟乙烯、聚乳酸等。樹脂薄膜之壓電體30的材料亦可為聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴。又，壓電體30可為無孔體，亦可為多孔體。
壓電體30的厚度是在例如10μm~300μm的範圍內，亦可在30μm~110μm的範圍內。
電極61及電極62是夾持壓電體30。具體而言，壓電體30是接觸於電極61及電極62。第1電極61及第2電極62具有薄膜形狀。第1電極61及第2電極62各自連接於圖未示的引線。第1電極61及第2電極62可藉由蒸鍍、鍍敷、濺鍍等而形成於壓電體30上。也可以使用金屬箔來作為第1電極61及第2電極62。金屬箔可藉由雙面膠帶、黏著劑、接著劑等來貼附於壓電體30。作為第1電極61及第2電極62的材料，可列舉金屬，具體而言，可列舉：金、鉑、銀、銅、鈀、鉻、鉬、鐵、鈴、鋁、鎳等。作為第1電極61及第2電極62的材料，亦可列舉：碳、導電性高分子等。作為第1電極61及第2電極62的材料，亦可列舉這些的合金。第1電極61及第2電極62亦可包含有玻璃成分等。
第1電極61及第2電極62的厚度各自是在例如10nm~150μm的範圍內，亦可在20nm~100μm的範圍內。
在圖1及圖2的例子中，第1電極61是覆蓋壓電體30的一邊的整個主面。但是，第1電極61亦可僅覆蓋壓電體30的該一邊的主面的一部分。第2電極62是覆蓋壓電體30的另一邊的整個主面。但是，第2電極62亦可僅覆蓋壓電體30的該另一邊的主面的一部分。
中介層40是配置於壓電薄膜35與第1接合層51之間。中介層40可為接著層及黏著層以外的層，亦可為接著層或黏著層。在本實施形態中，中介層40是多孔體層及/或樹脂層。在此，樹脂層是包含橡膠層及彈性體層的概念，因此，為樹脂層之中介層40亦可是橡膠層或彈性體層。為樹脂層之中介層40方面，可列舉：乙烯丙烯橡膠層、丁基橡膠層、腈橡膠層、天然橡膠層、苯乙烯丁二烯橡膠層、聚矽氧層、胺甲酸乙酯層、丙烯酸樹脂層等。為多孔體層之中介層40方面，可列舉發泡體層等。具體而言，為多孔體層及樹脂層之中介層40方面，可列舉：乙烯丙烯橡膠發泡體層、丁基橡膠發泡體層、腈橡膠發泡體層、天然橡膠發泡體層、苯乙烯丁二烯橡膠發泡體層、聚矽氧發泡體層、及胺甲酸乙酯發泡體層等。非多孔體層但為樹脂層之中介層40方面，可列舉丙烯酸樹脂層等。非樹脂層但為多孔體層之中介層40方面，可列舉金屬之多孔體層等。在此，樹脂層是指包含樹脂的層，且是指：亦可包含有樹脂30%以上、亦可包含有樹脂45%以上，亦可包含有樹脂60%以上、亦可包含有樹脂80%以上的層。針對橡膠層、彈性體層、乙烯丙烯橡膠層、丁基橡膠層、腈橡膠層、天然橡膠層、苯乙烯丁二烯橡膠層、聚矽氧層、胺甲酸乙酯層、丙烯酸樹脂層、金屬層、樹脂薄膜、陶瓷薄膜等也是同樣。中介層40亦可是2種以上的材料的混合層。
中介層40之彈性模數是例如10000N/m2 ~10000000N/m2 ，亦可為20000N/m2 ~100000N/m2 。
在一例中，為多孔體層之中介層40的孔徑為0.1mm~7.0mm，亦可為0.3mm~5.0mm。在其他例中，為多孔體層之中介層40的孔徑為例如0.1mm~2.5mm，亦可為0.2mm~1.5mm，亦可為0.3mm~0.7mm。為多孔體層之中介層40的空孔率為例如70%~99%，亦可為80%~99%，亦可為90%~95%。
為發泡體層之中介層40方面，可以利用公知的發泡體(例如，可以利用專利文獻2的發泡體)。為發泡體層之中介層40可具有連續氣泡構造，亦可具有獨立氣泡構造，亦可具有半獨立半連續氣泡構造。連續氣泡構造是指連續氣泡率為100%的構造。獨立氣泡構造是指連續氣泡率為0%的構造。半獨立半連續氣泡構造是指連續氣泡率比0%大且比100%小的構造。在此，連續氣泡率可以例如進行將發泡體層沈入水中的試驗，並利用如下的公式來計算：連續氣泡率(%)=｛(所吸入之水的體積)/(氣泡部分體積)｝×100。在一具體例中，「所吸入之水的體積」是以下述方式來求得：將發泡體層沈入水中並在-750mmHg的減壓下放置3分鐘後，測量與發泡體層之氣泡中的空氣進行了置換的水的質量，再藉由將水的密度設為1.0g/cm3 來換算成體積。「氣泡部分體積」是使用如下公式所計算的值：氣泡部分體積(cm3 )=｛(發泡體層的質量)/(發泡體層的視密度)｝-｛(發泡體層的質量)/(材料密度)｝。「材料密度」是形成發泡體層之母材(實心體)的密度。
為發泡體層之中介層40的發泡倍率(發泡前後的密度比)為例如5~40倍，亦可為10~40倍。
非壓縮狀態下的中介層40的厚度是在例如0.1mm~30mm的範圍，亦可在1mm~30mm的範圍，亦可在1.5mm~30mm的範圍，亦可在2mm~25mm的範圍。典型來說，在非壓縮狀態下，中介層40會比壓電薄膜35更厚。在非壓縮狀態下，中介層40之厚度對壓電薄膜35之厚度的比率為例如3倍以上，亦可為10倍以上，亦可為30倍以上。又，典型地來說，在非壓縮狀態下，中介層40會比第1接合層51更厚。
第1接合層51是黏著性或接著性的層。換句話說，第1接合層51是接著層或黏著層。第1接合層51可貼附於支撐體。在圖1的例子中，第1接合層51是接觸於中介層40。第1接合層51是使用於將中介層40接合於支撐體。具體而言，第1接合層51具有用於貼附於支撐體的第1接合面17。作為第1接合層51，可列舉具有基材、及塗佈於基材的兩面之黏著劑的雙面膠帶。作為第1接合層51來使用之雙面膠帶的基材，可列舉不織布等。作為第1接合層51來使用之雙面膠帶的黏著劑，可列舉包含丙烯酸樹脂之黏著劑等。但是，第1接合層51亦可為不具有基材之黏著劑的層。
第1接合層51的厚度為例如0.01mm~1.0mm，亦可為0.05mm~0.5mm。
第2接合層52是配置於中介層40與壓電薄膜35之間。本實施形態中，第2接合層52是黏著性或接著性的層。換句話說，第2接合層52是接著層或黏著層。第2接合層52是接觸於中介層40及壓電薄膜35。第2接合層52是接合中介層40及壓電薄膜35。作為第2接合層52，可列舉具有基材、及塗佈於基材的兩面之黏著劑的雙面膠帶。作為第2接合層52來使用之雙面膠帶的基材，可列舉不織布等。作為第2接合層52來使用之雙面膠帶的黏著劑，可列舉包含丙烯酸樹脂之黏著劑等。但是，第2接合層52亦可為不具有基材之黏著劑的層。
第2接合層52的厚度為例如0.01mm~1.0mm，亦可為0.05mm~0.5mm。
在本實施形態中，是藉由第2接合層52接觸於壓電薄膜35，而使壓電薄膜35與第1接合面17側的層一體化。
於圖3中顯示藉由第1接合面17將圖1之壓電揚聲器10貼附於支撐體80的構造。在此狀態下，可將電壓透過引線來施加於壓電薄膜35。藉此，使壓電薄膜35振動，而從壓電薄膜35發出聲音。圖3的例子中，支撐體80具有平面，在該平面上貼附有壓電揚聲器10，且壓電薄膜35是平面狀地擴展。從自壓電薄膜35所放射之音波接近平面波的觀點來看，此態樣是有利的。然而，當支撐體80具有彎曲面時，亦可將壓電揚聲器10貼附於該彎曲面上。
典型來說，支撐體80中的相向於第1接合面17之面的面積是在第1接合面17之面積以上。前者之面積是後者之面積的例如1.0倍以上，亦可為1.5倍以上，亦可為5倍以上。典型來說，相較於中介層40，支撐體80具有較大的剛性(楊氏模數與截面二次矩的積)、較大的楊氏模數及/或較大的厚度。但是，支撐體80亦可具有與中介層40相同的剛性、楊氏模數及/或厚度，亦可具有比中介層40更小的剛性、楊氏模數及/或厚度。支撐體80的楊氏模數為例如1GPa以上，亦可為10GPa以上，亦可為50GPa以上。雖然支撐體80之楊氏模數的上限並未特別限定，但可為例如1000GPa。由於可以利用各種物品作為支撐體80，因此要規定其厚度的範圍是困難的，但支撐體80的厚度可為例如0.1mm以上，亦可為1mm以上，亦可為10mm以上，亦可為50mm以上。雖然支撐體80之厚度的上限並未特別限定，但可為例如1m。典型來說，無論壓電揚聲器10如何，支撐體80之位置及/或形狀都是固定的。典型來說，支撐體80是設想不會使其屈曲而製作出的構件。
固定於支撐體80之壓電揚聲器10，可作為音響用的揚聲器，亦可作為消音用的揚聲器來利用。
在壓電揚聲器10中，是使壓電薄膜35的兩主面整體朝上下振動。如此之壓電揚聲器10即便未將壓電薄膜35維持為彎曲形狀，仍可顯示實用的音響特性。
詳細來說，是在將第1接合層51中的與中介層40為相反的相反側的主面即第1接合面17整體貼附於支撐體80的狀態下，於對第1電極61與第2電極62之間施加有電壓時，使壓電薄膜35之兩主面整體朝上下振動。所謂的主面整體朝上下振動，意指以第1電極61與第2電極62之間沒有施加電壓時之主面的位置為基準，而使主面振動成朝壓電薄膜35之厚度方向的一邊及另一邊之兩邊位移的情形。
再者，「壓電薄膜35之兩主面整體朝上下振動」不僅包含兩主面中的完全地全部的區域振動的情況，也包含兩主面中的實質上全部的區域振動的情況之概念。具體而言，「壓電薄膜35之兩主面整體朝上下振動」是指下述情形：兩主面中的其中一面(被支撐面16)的面積的90%以上的區域朝上下振動，並且兩主面中的另一面的面積的90%以上的區域朝上下振動。亦可為上述其中一面的面積的95%以上的區域朝上下振動，亦可為上述其中一面的面積的100%的區域朝上下振動。亦可為上述另一面的面積的95%以上的區域朝上下振動，亦可為上述另一面的面積的100%的區域朝上下振動。
壓電薄膜35的其中一面的外緣是藉由封閉的輪廓所構成。典型來說，是此封閉之輪廓的90%以上的部分朝上下振動。亦可為封閉的輪廓的95%以上的部分朝上下振動，亦可為封閉的輪廓的100%的部分朝上下振動。
壓電薄膜35的另一面的外緣是藉由封閉的輪廓所構成。典型來說，是此封閉之輪廓的90%以上的部分朝上下振動。亦可為封閉的輪廓的95%以上的部分朝上下振動，亦可為封閉的輪廓的100%的部分朝上下振動。
典型來說，壓電揚聲器10不具有以下構件：在將第1接合面17整體貼附於支撐體80的狀態下對第1電極61與第2電極62之間施加電壓時，相對於支撐體80固定壓電薄膜35的一部分並以該一部分作為壓電薄膜35的振動的節點而發揮功能的固定構件(螺絲、鉚接件等)。
在非限定的一個形態中，是使中介層40中的壓電薄膜35側的主面整體朝上下振動。詳細來說，是在將第1接合面17整體貼附於支撐體80的狀態下對第1電極61與第2電極62之間施加電壓時，中介層40中的壓電薄膜35側的主面整體朝上下振動。
「中介層40中的壓電薄膜35側的主面整體朝上下振動」是以下的概念：不僅包含該主面中的完全地全部的區域振動的情況，也包含該主面中的實質上全部的區域振動的情況。具體而言，「中介層40中的壓電薄膜35側的主面整體朝上下振動」意指該主面的面積的90%以上的區域朝上下振動的情況。亦可為該主面的面積的95%以上的區域朝上下振動，亦可為該主面的面積的100%的區域朝上下振動。
參照圖4A及4B並說明壓電薄膜35振動的情形。在圖4A及4B中，基準位置RP所表示的是，壓電薄膜35未振動時之壓電薄膜35的被支撐面16的位置。在此，被支撐面16指的是壓電薄膜35中的中介層40側的主面。在圖4A及4B中是省略了第1接合層51及第2接合層52的圖示。在使用了圖4A及4B的說明中，厚度方向是指未振動之壓電薄膜35的厚度方向，而面內方向是指正交於該厚度方向的方向。
圖4A所顯示的是，壓電薄膜35以比較低的頻率振動的情形。
在圖4A所示的例子中，在某個時間點下，壓電薄膜35是處於區塊箭頭之左側的狀態。在此狀態下，壓電薄膜35的被支撐面16，在面內方向的中央區域中從基準位置RP來看是朝支撐體80側位移，且在周邊區域中從基準位置RP來看是朝與支撐體80為相反的相反側位移。關於壓電薄膜35中的與被支撐面16為相反的相反側的主面，也是以非振動時的該主面的位置為基準而同樣地位移。
在圖4A所示的例子中，在其他的時間點下，壓電薄膜35是處於區塊箭頭之右側的狀態。在此狀態下，壓電薄膜35之被支撐面16，在面內方向的中央區域中從基準位置RP來看是朝與支撐體80為相反的相反側位移，而在周邊區域中從基準位置RP來看是朝支撐體80側位移。關於壓電薄膜35中的與被支撐面16為相反的相反側的主面，也是以非振動時的該主面的位置為基準而同樣地位移。
圖4B所顯示的是，壓電薄膜35以比較高的頻率振動的情形。
在圖4B所示的例子中，在某個時間點下，壓電薄膜35是處於區塊箭頭之左側的狀態。在此狀態下，在壓電薄膜35中針對面內方向，是將各部分依下述的順序來排列：被支撐面16從基準位置RP來看朝與支撐體80為相反的相反側位移的部分、被支撐面16從基準位置RP來看朝支撐體80側位移的部分、被支撐面16從基準位置RP來看朝與支撐體80為相反的相反側位移的部分、被支撐面16從基準位置RP來看朝支撐體80側位移的部分、及被支撐面16從基準位置RP來看朝與支撐體80為相反的相反側位移的部分。關於壓電薄膜35中的與被支撐面16為相反的相反側的主面，也是以非振動時的該主面的位置為基準而同樣地位移。
在圖4B所示的例子中，在其他的時間點下，壓電薄膜35是處於區塊箭頭之右側的狀態。在此狀態下，壓電薄膜35中針對面內方向，是將各部分依下述的順序來排列：被支撐面16從基準位置RP來看朝支撐體80側位移的部分、被支撐面16從基準位置RP來看朝與支撐體80為相反的相反側位移的部分、被支撐面16從基準位置RP來看朝支撐體80側位移的部分、被支撐面16從基準位置RP來看朝與支撐體80為相反的相反側位移的部分、及被支撐面16從基準位置RP來看朝支撐體80側位移的部分。關於壓電薄膜35中的與被支撐面16為相反的相反側的主面，也是以非振動時的該主面的位置為基準而同樣地位移。
在圖4A及4B所示的形態中，是中介層40中的壓電薄膜35側的主面整體也朝上下方向振動。
壓電薄膜35的兩主面整體朝上下振動之情形，從讓壓電薄膜35發揮實用的音響特性的觀點來看是有利的。此外，本實施形態中，壓電薄膜35與第1接合層51之間配置有中介層40。中介層40的存在被認為有助於壓電薄膜35的實用的音響特性的發揮。以下，包含中介層40，針對本實施形態之壓電揚聲器10進一步地說明。
在本實施形態中，可藉由中介層40防止因為將壓電揚聲器10之第1接合面17貼附於支撐體80的緣故而使可聽音域中的低頻側的聲音變得難以發出的情形。雖然關於作用的細節仍有待今後的檢討之必要，但藉由以中介層40來適度地拘束壓電薄膜35的單邊的主面，便有下述可能性：變得易於從壓電薄膜35產生可聽音域中的低頻側的聲音。
上述之「適度的拘束」可以考慮為藉由適當地選定之中介層40的拘束度而達成之情形。例如，中介層之拘束度為5×108 N/m3 以下。中介層40的拘束度為例如1×104 N/m3 以上。中介層40的拘束度宜為2×108 N/m3 以下，且較佳為1×105 ~5×107 N/m3 。在此，中介層40的拘束度(N/m3 )是如以下的公式，藉由將中介層40的彈性模數(N/m2 )與中介層40的表面填充率的積除以中介層40的厚度(m)所得到的值。中介層40的表面填充率是中介層40中的壓電薄膜35側的主面之填充率(自1減去空孔率之值)。在中介層40的孔均等地分布時，可以將表面填充率視為與中介層40之三維的填充率相等。
拘束度(N/m3 )=彈性模數(N/m2 )×表面填充率÷厚度(m)
拘束度可以考慮為表示由中介層40所造成的壓電薄膜35的拘束的程度之參數。在上述的公式中已顯示有下述情形：中介層40之彈性模數越大，拘束的程度就變得越大。在上述的公式中已顯示有下述情形：中介層40之表面填充率越大，拘束的程度就變得越大。在上述的公式中已顯示有下述情形：中介層40的厚度越小，拘束的程度就變得越大。雖然關於中介層40的拘束度與從壓電薄膜35所產生的聲音之關係仍有待今後檢討的必要，但在拘束度大得過度時，有下述可能性：妨礙發出低頻側的聲音所需要的壓電薄膜35之變形。相反地，若拘束度小得過度時，有下述可能性：壓電薄膜35不會在其厚度方向上充分地變形，而僅會在其面內方向(垂直於厚度方向的方向)上伸縮，而妨礙低頻側的聲音的產生。可以考慮為：藉由將中介層40的拘束度設定於適當的範圍內，可將壓電薄膜35之面內方向的伸縮適度地轉換成厚度方向之變形，讓壓電薄膜35作為整體適當地屈曲，而變得易於產生低頻側的聲音。
如從上述之說明所能理解地，壓電薄膜35與第1接合面17之間，亦可有與中介層40不同的層。該不同的層可為例如第2黏著層52。
相較於中介層40，支撐體80亦可具有較大的拘束度。即便在這種情況下，藉由中介層40的幫助仍可從壓電薄膜35發出低頻側的聲音。但是，支撐體80亦可具有與中介層40相同的拘束度，亦可具有比中介層40更小的拘束度。在此，支撐體80的拘束度(N/m3 )是藉由將支撐體80的彈性模數(N/m2 )與支撐體80的表面填充率的積除以支撐體80的厚度(m)所得到的值。支撐體80的表面填充率是支撐體80中的壓電薄膜35側的主面之填充率(從1減去空孔率之值)。
在本實施形態之壓電揚聲器10中，是中介層40及第1接合層51之雙方支撐著被支撐面16整體。
再者，「中介層40及第1接合層51之雙方支撐被支撐面16整體」不僅包含中介層40及第1接合層51之雙方支撐被支撐面16中的完全地全部的區域的情況，也包含支撐被支撐面16中的實質上全部的區域的情況之概念。具體而言，「中介層40及第1接合層51之雙方支撐被支撐面16整體」意指中介層40支撐被支撐面16的面積的90%以上的區域，並且第1接合層51支撐被支撐面16的面積的90%以上的區域。亦可為中介層40支撐被支撐面16的面積的95%以上的區域，亦可為中介層40支撐被支撐面16的面積的100%的區域。亦可為第1接合層51支撐被支撐面16的面積的95%以上的區域，亦可為第1接合層51支撐被支撐面16的面積的100%的區域。
上述壓電揚聲器10對支撐體80的貼附是容易的。又，上述壓電揚聲器10可以在貼附於支撐體80的狀態下，顯示實用的音響特性。
本實施形態中，在將第1接合層51貼附於支撐體80的狀態下對第1電極61及第2電極62施加電壓時，中介層40及第1接合層51會容許壓電薄膜35的振動，並支撐被支撐面16整體。
在本實施形態中，是將中介層40接合於被支撐面16整體。具體而言，第2接合層52是將被支撐面16整體接合於中介層40。更具體而言，第2接合層52是接觸於被支撐面16整體。在將第1接合層51貼附於支撐體80的狀態下對第1電極61及第2電極62施加電壓時，壓電薄膜35會在將被支撐面16整體藉由第2接合層52接合於中介層40的狀態下振動。
亦可將本發明之壓電揚聲器10用以下的方式來解釋；
一種壓電揚聲器10，具備：
壓電薄膜35，包含第1電極61、第2電極62、及被第1電極61與第2電極62所夾持之壓電體30；
黏著性或接著性之第1接合層51；及
中介層40，配置於壓電薄膜35與第1接合層51之間，
在將壓電薄膜35中的中介層40側的主面定義為被支撐面16時，
可將中介層40接合於被支撐面16整體。
如此之壓電揚聲器10即便未將壓電薄膜35維持為彎曲形狀，仍可顯示實用的音響特性。
再者，「將中介層40接合於被支撐面16整體」不僅包含中介層40接合於被支撐面16中的完全地全部的區域的情況，也包含中介層40接合於被支撐面16中的實質上全部的區域的情況之概念。具體而言，「將中介層40接合於被支撐面16整體」意指將中介層40接合於被支撐面16的面積的90%以上的區域。亦可為將中介層40接合於被支撐面16的面積的95%以上的區域，亦可為將中介層40接合於被支撐面16的面積的100%的區域。在「第2接合層52是將被支撐面16整體接合於中介層40」的文脈中，亦可將「被支撐面16整體」同樣地解釋為：被支撐面16的面積的90%以上的區域、被支撐面16的面積的95%以上的區域、或被支撐面16的面積的100%的區域。
同樣地，「第2接合層52是接觸於被支撐面16整體」不僅包含第2接合層52接觸於被支撐面16中的完全地全部的區域的情況，也包含第2接合層52接觸於被支撐面16中的實質上全部的區域的情況的概念。具體而言，「第2接合層52是接觸於被支撐面16整體」意指第2接合層52接觸於被支撐面16的面積的90%以上的區域。亦可為第2接合層52是接觸於被支撐面16的面積的95%以上的區域，亦可為接觸於被支撐面16的面積的100%的區域。
如從上述的說明中所能理解地，在壓電揚聲器10中，在平面視角下觀察壓電薄膜35時，可在壓電薄膜35的面積的90%以上的區域中配置中介層40，亦可在壓電薄膜35的面積的95%以上的區域中配置中介層40，亦可在壓電薄膜35的面積的100%的區域中配置中介層40。在平面視角下觀察壓電薄膜35時，可在壓電薄膜35的面積的90%以上的區域中配置第1接合層51，亦可在壓電薄膜35的面積的95%以上的區域中配置第1接合層51，亦可在壓電薄膜35的面積的100%的區域中配置第1接合層51。並且，在平面視角下觀察壓電薄膜35時，可在壓電薄膜35的面積的90%以上的區域中配置第2接合層52，亦可在壓電薄膜35的面積的95%以上的區域中配置第2接合層52，亦可在壓電薄膜35的面積的100%的區域中配置第2接合層52。
在此，在中介層40為多孔體時，可配置中介層40之區域的比例並非考慮了源自其多孔質構造之細孔的微觀的觀點，而是從更加宏觀的觀點來規定的比例。可表現為例如，在壓電薄膜35、及為多孔體的中介層40在平面視角下為具有共通之輪廓的板狀體的情況下，可在壓電薄膜35的面積的100%的區域中配置有中介層40。
可以藉由壓電薄膜35來構成壓電揚聲器10中的與第1接合面17為相反的相反側的主面15的50%以上。亦可將主面15的75%以上藉由壓電薄膜35來構成，亦可將整個主面15藉由壓電薄膜35來構成。
在本實施形態中，存在於壓電薄膜35與第1接合面17之間且互相鄰接的層是接合的。在此，「壓電薄膜35與第1接合面17之間」包含壓電薄膜35及第1接合面17。具體而言，第1接合層51與中介層40是接合的，且中介層40與第2接合層52是接合的，第2接合層52與壓電薄膜35是接合的。因此，無論壓電揚聲器10對支撐體80的安裝姿勢如何，皆可以將壓電薄膜35穩定來配置，而且讓壓電揚聲器10對支撐體80的安裝容易。此外，藉由中介層40的幫助，無論安裝姿勢如何，皆可從壓電薄膜35發出聲音。從而，在本實施形態中，這些相輔相成而可實現使用便利性佳的壓電揚聲器10。
本實施形態中，第1接合層51具有均一的厚度。中介層40具有均一的厚度。壓電薄膜35具有均一的厚度。這種作法，從壓電揚聲器10的保管、使用便利性、從壓電薄膜35發出之聲音的控制等之各種觀點來看為有利的情況居多。再者，「具有均一的厚度」意指例如厚度的最小值為最大值的70%以上且100%以下之情形。第1接合層51、中介層40及壓電薄膜35亦可為各自的厚度的最小值為最大值的85%以上且100%以下。第1接合層51、中介層40及壓電薄膜35亦可為各自的厚度的最小值為最大值的90%以上且100%以下。又，「具有均一的厚度」意指在未振動的狀態下厚度為均一之情形。
在圖1所示的例子中，第1接合層51的第1接合面17是露出面。但是，第1接合面17亦可被可從第1接合面17剝離之剝離層所覆蓋。典型來說，剝離層是覆蓋第1接合面17的面積的100%的區域。作為剝離層，可列舉具有薄膜、及塗佈於該薄膜之第1接合面17側的主面的剝離劑之剝離層。作為剝離層的薄膜可列舉紙、樹脂薄膜等。作為剝離層的剝離劑可列舉具有長鏈烷基的聚合物、包含氟原子的化合物或聚合物、聚矽氧系的聚合物等。藉由在已除去剝離層的狀態下將第1接合面17貼附於支撐體80，便可將壓電薄膜35及中介層40固定於支撐體80。這樣的貼附作業對於作業人員來說負擔較少。
此外，相較於陶瓷等，樹脂是較難以產生裂隙的材料。在一具體例中，壓電薄膜35的壓電體30是樹脂薄膜，而中介層40是不作為壓電薄膜而發揮功能的樹脂層。從不使其在壓電體30或中介層40產生裂隙的情形下以剪刀、人的手等來切斷壓電揚聲器10的觀點來看，如此進行之作法是有利的。又，只要如此進行，即便將壓電揚聲器10彎曲，也會變得難以在壓電體30或中介層40產生裂隙。又，從不使其在壓電體30或中介層40產生裂隙的情形下將壓電揚聲器10固定於彎曲面上的觀點來看，壓電體30為樹脂薄膜且中介層40為樹脂層之情形是有利的。
在圖1的例子中，壓電薄膜35、中介層40、第1接合層51及第2接合層52是在平面視角下具有短邊方向及長邊方向的長方形。但是，其等亦可是正方形、圓形、橢圓形等。
又，壓電揚聲器亦可包含圖1所示之層以外的層。
[實施例]
藉由實施例來詳細地說明本發明。但是，以下的實施例是顯示本發明之一例的實施例，本發明並非限定於以下的實施例。
(實施例1)
藉由在已被固定的支撐構件上貼附壓電揚聲器10之第1接合面17，而製作出使用了上述支撐構件作為圖3之支撐體80的構造。具體而言，作為支撐構件而使用了厚度5mm的不鏽鋼平板(SUS平板)。作為第1接合層51而使用了使丙烯酸系黏著劑浸滲於不織布的兩面之厚度0.16mm的黏著片(雙面膠帶)。作為中介層40而使用了以約10倍之發泡倍率使包含乙烯丙烯橡膠及丁基橡膠的混合物發泡而成之厚度3mm的獨立氣泡型的發泡體。作為第2接合層52使用了基材為不織布且在該基材的兩面塗佈有包含無溶劑型的丙烯酸樹脂的黏著劑之厚度0.15mm之黏著片(雙面膠帶)。作為壓電薄膜35而使用了在兩面蒸鍍有銅電極(包含鎳)之聚偏二氟乙烯薄膜(總厚度33μm)。實施例1的第1接合層51、中介層40、第2接合層52及壓電薄膜35具有在平面視角下縱37.5mm×橫37.5mm的尺寸，且具有在平面視角下輪廓重複之非分割且非框狀的板狀形狀(後述之實施例及參考例也是同樣)。支撐構件80具有在平面視角下縱50mm×橫50mm的尺寸，且將第1接合層51整個覆蓋。如此進行，以製作出具有圖3所示之構成的實施例1的試樣。
(實施例2)
作為中介層40而使用了以約10倍之發泡倍率使包含乙烯丙烯橡膠的混合物發泡而成之厚度3mm的半獨立半連續氣泡型的發泡體。此發泡體是包含硫的發泡體。除此以外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例2的試樣。
(實施例3)
在實施例3中，作為中介層40而使用了與實施例2的中介層40相同材料且相同構造之厚度5mm的發泡體。除此以外，是與實施例2同樣地進行而製作出實施例3的試樣。
(實施例4)
在實施例4中，作為中介層40而使用了與實施例2的中介層40相同材料且相同構造之厚度10mm的發泡體。除此以外，是與實施例2同樣地進行而製作出實施例4的試樣。
(實施例5)
在實施例5中，作為中介層40而使用了與實施例2的中介層40相同材料且相同構造之厚度20mm的發泡體。除此以外，是與實施例2同樣地進行而製作出實施例5的試樣。
(實施例6)
作為中介層40而使用了以約10倍之發泡倍率使包含乙烯丙烯橡膠之混合物發泡而成之厚度20mm的半獨立半連續氣泡型的發泡體。此發泡體為不含硫的發泡體，且相較於實施例2~5之作為中介層40而使用之發泡體為較柔軟。除此以外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例6的試樣。
(實施例7)
作為中介層40而使用了以約20倍之發泡倍率使包含乙烯丙烯橡膠的混合物發泡而成之厚度20mm的半獨立半連續氣泡型的發泡體。除此以外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例7的試樣。
(實施例8)
作為中介層40而使用了金屬多孔體。此金屬多孔體是材料為鎳、孔徑為0.9mm、且厚度為2.0mm之金屬多孔體。作為第2接合層52而使用了與實施例1之第1接合層51相同的黏著層。除此以外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例8的試樣。
(實施例9)
作為中介層40使用了以丙烯酸系黏著劑所構成之厚度3mm的無基材黏著片。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例9的試樣。
(實施例10)
作為中介層40而使用了厚度5mm的胺甲酸乙酯發泡體。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例10的試樣。
(實施例11)
作為中介層40而使用了厚度10mm的胺甲酸乙酯發泡體。此胺甲酸乙酯發泡體，相較於實施例10之作為中介層40而使用之胺甲酸乙酯發泡體，為孔徑較小之發泡體。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例11的試樣。
(實施例12)
作為中介層40使用了厚度5mm之獨立氣泡型的丙烯腈丁二烯橡膠的發泡體。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例12的試樣。
(實施例13)
作為中介層40而使用了厚度5mm之獨立氣泡型的乙烯丙烯橡膠的發泡體。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例13的試樣。
(實施例14)
作為中介層40而使用了將天然橡膠與苯乙烯丁二烯橡膠混合而成之厚度5mm的獨立氣泡型的發泡體。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例14的試樣。
(實施例15)
作為中介層40而使用了厚度5mm之獨立氣泡型的聚矽氧的發泡體。除此以外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例15的試樣。
(實施例16)
作為中介層40而使用了與實施例1之中介層40相同材料且相同構造之厚度10mm的發泡體。作為第2接合層52而使用了與實施例1相同之黏著片。作為壓電薄膜35的壓電體30而使用了厚度35μm之以來自於玉米的聚乳酸作為主原料的樹脂片。壓電薄膜35之第1電極61及第2電極62各自為厚度0.1μm之鋁膜，且是藉由蒸鍍而形成。如此進行，便得到了總厚度為35.2μm的壓電薄膜35。除此以外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例16的試樣。
(參考例1)
將實施例1之壓電薄膜35作為參考例1的試樣。在參考例1中，是使試樣不接著地放置在平行於地面的台上。
實施例及參考例之試樣的評價方法如下所述。
＜中介層的厚度(非壓縮狀態)＞
中介層的厚度是以測厚計來測定。
＜中介層的彈性模數＞
從中介層切出小片。對所切出之小片使用拉伸試驗機(TA Instruments公司製「RSA-G2」)，並在常溫下進行壓縮試驗。藉此，得到了應力-應變曲線。從應力-應變曲線的起始斜率算出了彈性模數。
＜中介層的孔徑＞
藉由顯微鏡得到了中介層的放大圖像。藉由對此放大圖像進行圖像解析，而求出了中介層的孔徑的平均值。並以所求出的平均值作為中介層的孔徑。
＜中介層的空孔率＞
從中介層切出長方體的小片。從所切出的小片的體積及質量求出了視密度。將視密度除以形成中介層之母材(實心體)的密度。藉此，算出了填充率。進一步從1減去填充率。藉此，便得到了空孔率。
＜中介層的表面填充率＞
針對實施例2~15，是將上述的填充率作為表面填充率。在實施例1及16中，因為中介層具有表面皮層，所以表面填充率是設為100%。
＜試樣之音壓位準的頻率特性＞
將用於測定實施例1~16之試樣的構成顯示於圖5。在壓電薄膜35之兩面的角部安裝了厚度70μm且縱5mm×橫70mm的導電性銅箔膠帶70(3M公司製的CU-35C)。又，在這些導電性銅箔膠帶70的每一個上安裝了鱷魚夾75。導電性銅箔膠帶70及鱷魚夾75是構成用於對壓電薄膜35施加交流電壓之電氣路徑的一部分。
用於測定參考例1之試樣的構成是仿造圖5的構成。具體而言，是仿造圖5，而在壓電薄膜35之兩面的角部安裝導電性銅箔膠帶70，並在這些膠帶70上安裝鱷魚夾75。將如此進行而得到的組合件不接著地放置在平行於地面的台上。
在圖6及7中顯示用於測定試樣之音響特性的方塊圖。具體而言，圖6是顯示輸出系統，圖7則顯示評價系統。
在圖6所示之輸出系統中，是將聲音輸出用個人電腦(以下，有時將個人電腦簡化記載為PC)401、音訊介面402、揚聲器放大器403、試樣404(實施例及參考例之壓電揚聲器)依此順序來連接。為了可以確認從揚聲器放大器403對試樣404的輸出，而將揚聲器放大器403也連接至示波器405。
在聲音輸出用PC401中安裝有WaveGene。WaveGene是用於產生測試用聲音訊號的免費軟體。作為音訊介面402而使用了樂蘭(Roland)股份有限公司製的QUAD-CAPTURE。音訊介面402的取樣頻率是設為192kHz。作為揚聲器放大器403而使用了安橋(ONKYO)股份有限公司製的A-924。作為示波器405而使用了太克(Tektronix)公司製的DPO2024。
圖7所示之評價系統中，是將麥克風501、音響評價裝置(PULSE)502、音響評價用PC503依此順序來連接。
作為麥克風501而使用了B&K公司製的Type4939-C-002。麥克風501是配置於與試樣404相距1m的位置。作為音響評價裝置502而使用了B&K公司製的Type3052-A-030。
如此構成輸出系統及評價系統，並從聲音輸出用PC401透過音訊介面402及揚聲器放大器403而對試樣404施加了交流電壓。具體來說，是使用聲音輸出用PC401，而在20秒內產生了頻率從100Hz掃描到100kHz的測試用聲音訊號。此時，藉由示波器405而確認了從揚聲器放大器403所輸出的電壓。又，藉由評價系統而評價了從試樣404所產生的聲音。如此進行，而進行了音壓頻率特性測定試驗。
輸出系統及評價系統之設定的詳細內容是如以下所述。
[輸出系統之設定]
・頻率範圍：100Hz~100kHz
・掃描時間：20秒
・有效電壓：10V
・輸出波形：正弦波
[評價系統之設定]
・測定時間：22秒
・尖峰保持值
・測定範圍：4Hz~102.4kHz
・線數：6400
＜開始發出聲音的頻率之判斷＞
將音壓位準比背景雜訊大3dB以上之頻率帶(排除如下之尖峰部：音壓位準保持在背景雜訊+3dB以上之頻率範圍為未達峰值頻率(音壓位準成為峰值的頻率)的±10%的陡峭的尖峰部)的下端，判斷為開始發出聲音的頻率。
將實施例1~16及參考例1之評價結果顯示於圖8A~圖26。在圖27中顯示背景雜訊的音壓位準之頻率特性。再者，在圖9中，E1~E16是對應於實施例1~16。
＜振動評價＞
此外，使用已參照圖6而說明之輸出系統，對實施例1的試樣404施加10V且2000Hz的電壓，藉此使試樣404振動。使用日本碼科泰克(Polytec Japan)股份有限公司製之雷射都卜勒振動儀(PSV-400)，以非接觸方式並藉由雷射來測定振動中的試樣404的壓電薄膜35之厚度方向的位移。測定結果所顯示出的是壓電薄膜35的兩主面整體朝上下振動之情形。
針對實施例2~7的試樣404也進行了同樣的測定。針對實施例2~7的試樣404，測定結果所顯示出的也是壓電薄膜35的兩主面整體朝上下振動之情形。
將電壓的頻率從2000Hz變更為可聽音域之其他頻率，且針對實施例1~7的試樣404也進行了同樣的測定。在此情況下，測定結果所顯示的也是壓電薄膜35的兩主面整體朝上下振動之情形。
根據此振動評價，即便在現實中，也是如圖4A及4B所示意地顯示的形式，且可顯示出下述情形：壓電薄膜35的兩主面整體可朝上下振動。
[壓電薄膜的支撐構造與振動的自由度]
回到圖3參照依據本發明之壓電揚聲器的支撐構造的一例。在壓電揚聲器10中，壓電薄膜35的整面是隔著黏著層51、52及中介層40而被固定於支撐體80。
也可以考慮為：為了形成為壓電薄膜35的振動不被支撐體80所阻礙，而支撐壓電薄膜35的一部分並與支撐體80間隔分開。並將依據此設計思想的支撐構造例示於圖28。於圖28所示的虛擬的壓電揚聲器108中，框體88是將壓電薄膜35的周緣部支撐在遠離支撐體80的位置。
從事先朝一邊彎曲且已將彎曲的方向固定的壓電薄膜，可易於確保充足的音量。因此，可以考慮下述情形：例如在壓電揚聲器108中，在壓電薄膜35、框體88及支撐體80所圍成的空間48配置上表面成為凸面之厚度並非一定的中介物，而事先將壓電薄膜35的中央部朝上方推起。然而，為了不阻礙壓電薄膜35的振動，而不將這種中介物與壓電薄膜35接合。從而，即便在空間48配置了中介物，將壓電薄膜35以規定其振動的態樣來加以支撐的仍然只有框體88而已。
如上述，在圖28所示的壓電揚聲器108中，是採用壓電薄膜35的局部性的支撐構造。相對於此，如圖3所示地，在壓電揚聲器10中，壓電薄膜35並非在特定的部分受到支撐。出乎意料的是，儘管將壓電薄膜35的整面固定於支撐體80，壓電揚聲器10仍然顯示實用的音響特性。具體而言，在壓電揚聲器10中，是甚至到壓電薄膜35的周緣部為止都可朝上下振動。壓電薄膜35亦可為其整體朝上下振動。從而，若與壓電揚聲器108相比較的話，壓電揚聲器10的該振動的自由度較高，在良好的發音特性的實現上相對較有利。
10‧‧‧壓電揚聲器
15‧‧‧主面
16‧‧‧被支撐面
17‧‧‧第1接合面
30‧‧‧壓電體
35‧‧‧壓電薄膜
40‧‧‧中介層
48‧‧‧空間
51、52‧‧‧黏著層(接合層)
61、62‧‧‧電極
70‧‧‧導電性銅箔膠帶
75‧‧‧鱷魚夾
80‧‧‧支撐體
88‧‧‧框體
401‧‧‧聲音輸出用PC
402‧‧‧音訊介面
403‧‧‧揚聲器放大器
404‧‧‧試樣
405‧‧‧示波器
501‧‧‧麥克風
502‧‧‧音響評價裝置(PULSE)
503‧‧‧音響評價用PC
RP‧‧‧基準位置
圖1是壓電揚聲器之平行於厚度方向的截面中的截面圖。
圖2是從與第1接合面為相反的相反側來觀察壓電揚聲器時的頂視圖。
圖3是用於說明已將壓電揚聲器固定於支撐體之情形的圖。
圖4A是示意地顯示壓電薄膜振動之情形的圖。
圖4B是示意地顯示壓電薄膜振動之情形的圖。
圖5是用於說明用來測定試樣之構成的圖。
圖6是輸出系統的方塊圖。
圖7是評價系統的方塊圖。
圖8A是顯示試樣之評價結果的表。
圖8B是顯示試樣之評價結果的表。
圖9是顯示中介層的拘束度與開始發出聲音的頻率的關係的圖表。
圖10是顯示實施例1之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖11是顯示實施例2之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖12是顯示實施例3之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖13是顯示實施例4之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖14是顯示實施例5之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖15是顯示實施例6之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖16是顯示實施例7之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖17是顯示實施例8之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖18是顯示實施例9之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖19是顯示實施例10之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖20是顯示實施例11之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖21是顯示實施例12之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖22是顯示實施例13之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖23是顯示實施例14之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖24是顯示實施例15之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖25是顯示實施例16之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖26是顯示參考例1之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖27是顯示背景雜訊的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖28是用於說明壓電薄膜的支撐構造的圖。

Claims (7)

  1. 一種壓電揚聲器，具備： 壓電薄膜，包含第1電極、第2電極、及被前述第1電極與前述第2電極所夾持之壓電體； 黏著性或接著性之第1接合層；及 中介層，配置於前述壓電薄膜與前述第1接合層之間， 且前述壓電薄膜之兩主面整體為朝上下振動。
  2. 如請求項1之壓電揚聲器，其中前述第1接合層及前述中介層各自具有均一的厚度。
  3. 如請求項1之壓電揚聲器，其中前述第1接合層包含第1接合面，且前述第1接合面為： (i)露出面；或 (ii)被可從前述第1接合面剝離的剝離層所覆蓋。
  4. 如請求項1之壓電揚聲器，其中前述中介層為樹脂層及/或多孔體層。
  5. 如請求項4之壓電揚聲器，其中前述中介層為接著層及黏著層以外之樹脂層及/或多孔體層。
  6. 一種壓電揚聲器，具備： 壓電薄膜，包含第1電極、第2電極、及被前述第1電極與前述第2電極所夾持之壓電體； 黏著性或接著性之第1接合層；及 中介層，配置於前述壓電薄膜與前述第1接合層之間， 在將前述壓電薄膜中的前述中介層側的主面定義為被支撐面時， 可將前述中介層接合於前述被支撐面整體。
  7. 如請求項6之壓電揚聲器，其更具備使前述中介層接合於前述被支撐面整體的第2接合層， 且前述第2接合層為黏著性或接著性之層。
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