WO2016002677A1 - 電気音響変換フィルムおよびデジタルスピーカ - Google Patents

電気音響変換フィルムおよびデジタルスピーカ Download PDF

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WO2016002677A1
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electrode
conversion film
piezoelectric
film
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三好　哲
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electroacoustic conversion film used for digital acoustic devices such as digital speakers and the like, and a digital speaker using the same.
  • a digital speaker is one that receives a digital signal (pulse) directly to obtain a conventional analog sound output. This is to sample an analog signal at fixed intervals according to the "sampling theorem", add a pulse having the sampled value to a speaker, and perform D / A conversion (digital / analog conversion).
  • An electrodynamic speaker using a permanent magnet essentially has a D / A conversion function, and many digital speakers are considered using this.
  • D / A conversion it is necessary to have the value of the acoustic output corresponding to all the sample values of the input pulse.
  • multi-unit system As a method of this weighting, "multi-unit system” and “multi-voice coil system” are known.
  • the “multi-unit method” is to perform acoustic synthesis in space using a total of n units having a weight corresponding to each bit.
  • the “multi-voice coil system” is to perform weighting in the voice coil execution winding length ⁇ .
  • the "multi-unit system” has a problem that as the number of bits increases, a huge number of electrodynamic speakers are required.
  • the "multi voice coil method” there is a problem that as the number of bits increases, the loss of magnetic energy increases as the space factor decreases.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 each have a diaphragm formed of a piezoelectric element between a pair of flat plate electrodes, and one of the flat plate electrodes is divided into a plurality of radially and substantially equally divided units.
  • a digital speaker is described which is composed of electrodes, and these unit electrodes are grouped to have an area proportional to the weight of each bit digit of the digital signal.
  • Non-Patent Document 1 shows a digital speaker which is divided into seven concentric circles so that the electrode area sampled on the surface of the polymeric piezoelectric material increases twice from the center outward by two times.
  • the piezoelectric element of the unimorph structure which is used in the digital speaker described in Patent Document 1 and Patent Document 2 and which is composed of a piezoelectric ceramic and a diaphragm generates sound waves by surface mechanical vibration. Therefore, since it has an inherent resonance frequency and the frequency band is narrow, it is difficult to increase the bit size. Further, in digital speakers using unimorph piezoelectric elements, reverberation tends to occur when pulse driving is performed. Furthermore, in a digital speaker using a unimorph piezoelectric element, crosstalk is also likely to occur between the divided unit electrodes, so that there is a problem that noise increases. The crosstalk between the unit electrodes is, in other words, interference between the electrodes.
  • Non-Patent Document 1 since the digital speaker described in Non-Patent Document 1 does not use a diaphragm, there is no problem caused by surface mechanical vibration.
  • the polymeric piezoelectric material represented by uniaxially stretched PVDF (polyvinylidene fluoride) used in the digital speaker described in Non-Patent Document 1 has a small loss tangent (Tan ⁇ ) of about 0.02 itself.
  • Ton ⁇ loss tangent
  • reverberation is likely to occur, and crosstalk between the segments is also likely to occur, which causes a problem that noise increases.
  • between each segment is, in other words, between each divided electrode.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and it is difficult to generate reverberation even when pulse driving, and to suppress crosstalk between divided electrodes, and to a digital speaker.
  • An object of the present invention is to provide a suitable electroacoustic transducing film.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-14063 proposes an electroacoustic conversion film in which a piezoelectric ceramic is dispersed in a matrix having viscoelasticity at normal temperature.
  • the electro-acoustic transducer film has a large frequency dispersion in elastic modulus, is hard against vibrations in the audio band (100 Hz to 10 kHz), and can behave softly against vibrations of several hertz or less .
  • this electro-acoustic conversion film has a loss tangent that is moderately large for vibrations of all frequencies below 20 kHz, and the loss tangent in the audio band is very high, such as 0.09 to 0.35. It is a feature.
  • the present invention pays attention to the fact that the loss tangent in the audio band of this electroacoustic transducer film is very large, and as a result of repeating earnestly investigations, reverberation and cross by using this electroacoustic transducer film as a diaphragm of a digital speaker We have achieved a high-quality piezoelectric digital speaker with low noise caused by talk.
  • the present invention is an electro-acoustic conversion film suitable for a digital speaker, which is less likely to generate reverberation even when driven by pulses and which can suppress crosstalk between divided electrodes, which uses this electro-acoustic conversion film, and
  • the present invention provides a digital speaker using the electroacoustic conversion film.
  • a polymer composite piezoelectric body formed by dispersing piezoelectric particles in a viscoelastic matrix made of a polymer material having viscoelastic properties at normal temperature, and a polymer composite piezoelectric body And a thin film electrode provided on the And at least one of the thin film electrodes is divided into a plurality of areas each having an area increased by 2 n times (where n is an increment of 1 and a natural number including 0).
  • the plurality of divided regions of the electrode is preferably a plurality of annular regions coinciding with the center.
  • the plurality of divided regions of the electrode have, inside the smallest annular region, a circular region that coincides with the center of the annular region.
  • the plurality of divided regions of the electrode is preferably a plurality of radially divided regions.
  • a plurality of radially divided regions be radially divided by a straight line passing through one point, and a region be formed from two symmetrical regions that are point symmetric with respect to one point. .
  • a maximum value at which the loss tangent (Tan ⁇ ) at a frequency of 1 Hz as measured by dynamic viscoelasticity measurement of the polymer material is 0.5 or more exists in a temperature range of 0 to 50 ° C.
  • the storage elastic modulus (E ′) at a frequency of 1 Hz as measured by dynamic viscoelasticity measurement of the electroacoustic transducer film is preferably 10 to 30 GPa at 0 ° C. and 1 to 10 GPa at 50 ° C.
  • the glass transition temperature at a frequency of 1 Hz of the polymer material is 0 to 50 ° C.
  • the polymer material has a cyanoethyl group.
  • the polymeric material be cyanoethylated polyvinyl alcohol.
  • the digital speaker of the present invention provides a digital speaker using the electroacoustic conversion film of the present invention.
  • electro-acoustic transducer film of the present invention even when pulse drive is performed by parallel PCM digital signals, reverberation hardly occurs, and crosstalk between divided electrodes (between segments) is also achieved. It hardly occurs. Therefore, high-quality digital speakers with little noise can be obtained. Moreover, according to the electro-acoustic transducer film of the present invention, a flexible digital speaker is possible, and moreover, even when bent, the change in sound quality due to the curvature or the bending direction is small.
  • FIG. 1 (A) and 1 (B) are a conceptual view of an example of the electroacoustic conversion film of the present invention
  • FIG. 1 (A) is a plan view
  • FIG. 1 (B) is b of FIG. 1 (A). It is a -b line sectional view.
  • FIG. 2A to FIG. 2H are conceptual diagrams for explaining the operation of the electroacoustic conversion film shown in FIG.
  • FIG. 3 (A) is a graph showing the dynamic viscoelasticity of the electroacoustic transducer film shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B)
  • FIG. 3 (B) is a graph showing FIGS. 1 (A) and 1 (B). It is a master curve of the electroacoustic conversion film shown to 6.).
  • FIGS. 1 (A) and 1 (B) are a conceptual view of an example of the electroacoustic conversion film of the present invention
  • FIG. 1 (A) is a plan view
  • FIG. 1 (B) is b of
  • FIGS. 5 (A) to 5 (H) are another example of the electroacoustic transducing film of the present invention and a conceptual view for explaining the function thereof.
  • 6 (A) to 6 (H) are another example of the electroacoustic transducing film of the present invention and a conceptual view for explaining the function thereof.
  • FIGS. 7 (A) to 7 (H) are another example of the electroacoustic transducer film of the present invention and a conceptual view for explaining the function thereof. It is a conceptual diagram of the speaker produced by the Example of this invention.
  • FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B) An example of the electroacoustic transducing film of this invention is shown notionally in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B).
  • the electroacoustic conversion film is also simply referred to as a conversion film.
  • 1 (A) is a top view
  • FIG. 1 (B) is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG. 1 (A).
  • the upper protective layer 20 is abbreviate
  • the conversion film 10 shown in FIGS. 1A and 1B includes the piezoelectric layer 12, the lower thin film electrode 14, the upper thin film electrode 16, the lower protective layer 18, and the upper protective layer 20. And be configured. Also, the upper electrode 16 is divided into three regions of a first segment 16a, a second segment 16b, and a third segment 16c.
  • the lower thin film electrode 14 is formed on one surface of the piezoelectric layer 12, and the upper thin film electrode 16 is formed on the opposite surface to the lower thin film electrode 14 of the piezoelectric layer 12.
  • the lower protective layer 18 is formed on (the surface of) the lower thin film electrode 14, and the upper protective layer 20 is formed on the upper thin film electrode 16.
  • a wiring is connected to the lower thin film electrode 14 and the upper thin film electrode 16 of such conversion film 10, and a driving amplifier is connected to this wiring, whereby the digital speaker of the present invention is configured.
  • a wire is connected to each segment.
  • the connection of the wiring to the lower thin film electrode 14 and the upper thin film electrode 16 may be performed by a known method of connecting a driving wiring to the thin film electrode.
  • the driving amplifier various known amplifiers for reproducing PCM digital signals used for digital speakers can be used.
  • the piezoelectric layer 12 is made of a polymer composite piezoelectric material.
  • the piezoelectric layer 12, ie, the polymer composite piezoelectric material disperses the piezoelectric particles 26 in a visco-elastic matrix 24 made of a polymer material having visco-elastic properties at normal temperature. It is although described later, preferably, the piezoelectric layer 12 is subjected to polarization treatment.
  • “normal temperature” refers to a temperature range of about 0 to 50 ° C.
  • the conversion film 10 of the present invention is suitably used as a digital speaker having flexibility, such as a digital speaker for a flexible display.
  • the polymer composite piezoelectric material (piezoelectric material layer 12) used for the digital speaker having flexibility is provided with the following requirements.
  • (I) Flexibility For example, when holding in a loosely flexed state like a document or magazine in a document sense for portable use, to be subjected to relatively slow, large bending deformation of several Hz or less from outside constantly become. At this time, if the polymer composite piezoelectric body is hard, a large bending stress is generated, and a crack is generated at the interface between the polymer matrix and the piezoelectric particles, which may eventually lead to breakage.
  • the polymer composite piezoelectric body is required to have appropriate softness.
  • strain energy can be diffused to the outside as heat, stress can be relaxed. Therefore, it is required that the loss tangent of the polymer composite piezoelectric body be appropriately large.
  • Sound quality The speaker vibrates piezoelectric particles at a frequency of the audio band of 20 Hz to 20 kHz, and the vibration energy reproduces the sound by vibrating the entire diaphragm (polymer composite piezoelectric material) integrally. Ru. Therefore, in order to enhance the transmission efficiency of vibrational energy, the polymer composite piezoelectric body is required to have an appropriate hardness.
  • the loss tangent of the polymer composite piezoelectric material is required to be moderately large.
  • a polymer composite piezoelectric material used for a speaker having flexibility should be hard for vibrations of 20 Hz to 20 kHz and soft for vibrations of several Hz or less.
  • the loss tangent of the polymer composite piezoelectric body is required to be appropriately large for vibrations of all frequencies of 20 kHz or less.
  • macromolecular solid has a viscoelastic relaxation mechanism, and large scale molecular motions decrease storage elastic modulus (Young's modulus) with the increase of temperature or decrease in frequency (relaxation) or maximum of loss elastic modulus (absorption) It is observed as Among them, the relaxation caused by the micro brown motion of molecular chains in the amorphous region is called main dispersion, and a very large relaxation phenomenon is observed.
  • the temperature at which this main dispersion occurs is the glass transition point (Tg), and the viscoelastic relaxation mechanism appears most notably.
  • the polymer composite piezoelectric material (piezoelectric layer 12), by using a polymer material having a glass transition temperature at normal temperature, in other words, a polymer material having viscoelasticity at normal temperature as a matrix, against vibration of 20 Hz to 20 kHz A polymer composite piezoelectric material that is hard and behaves softly for slow vibrations of several Hz or less is realized.
  • a polymer material having a glass transition temperature at a frequency of 1 Hz at room temperature as the matrix of the polymer composite piezoelectric material, from the viewpoint of suitably developing this behavior.
  • the polymer material having viscoelasticity at normal temperature Various known materials can be used as the polymer material having viscoelasticity at normal temperature.
  • a polymer material having a maximum value of 0.5 or more of the loss tangent Tan ⁇ at a frequency of 1 Hz in the dynamic viscoelasticity test at normal temperature is used.
  • stress concentration at the polymer matrix / piezoelectric particle interface at the maximum bending moment portion is relaxed, and high flexibility can be expected.
  • the storage elastic modulus (E ') in frequency 1 Hz by dynamic-viscoelasticity measurement is 100 Mpa or more at 0 degreeC, and 10 Mpa or less at 50 degreeC.
  • the polymer material has a relative dielectric constant of 10 or more at 25 ° C.
  • a voltage is applied to the polymer composite piezoelectric material, a higher electric field is applied to the piezoelectric particles in the polymer matrix, and a large amount of deformation can be expected.
  • the polymer material has a relative dielectric constant of 10 or less at 25 ° C. in consideration of securing of good moisture resistance and the like.
  • polymer materials that satisfy such conditions include cyanoethylated polyvinyl alcohol (cyanoethylated PVA), polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride coacrylonitrile, polystyrene-vinyl polyisoprene block copolymer, polyvinyl methyl ketone, and polybutyl. A methacrylate etc. are illustrated.
  • cyanoethylated polyvinyl alcohol cyanoethylated PVA
  • polyvinyl acetate polyvinylidene chloride coacrylonitrile
  • polystyrene-vinyl polyisoprene block copolymer polyvinyl methyl ketone
  • polybutyl A methacrylate etc.
  • commercially available products such as HYBLER 5127 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.) can be suitably used.
  • a polymer material having a cyanoethyl group is preferable, and
  • the viscoelastic matrix 24 using such a polymeric material having viscoelasticity at normal temperature may use a plurality of polymeric materials in combination, as necessary. That is, in addition to the viscoelastic material such as cyanoethylated PVA, other dielectric polymer materials may be added to the viscoelastic matrix 24 for the purpose of adjusting the dielectric characteristics and mechanical characteristics. .
  • dielectric polymer materials examples include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer.
  • fluorinated polymers such as polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxysaccharose, cyanoethyl hydroxy cellulose, cyanoethyl hydroxy pullulan, cyanoethyl methacrylate, cyanoethyl acrylate, cyanoethyl acrylate Hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl amylose, cyanoethyl hydroxypropyl cellulose, cyanoethyl dihydroxypropyl cellulose, Polymers having cyano group or cyanoethyl group such as noethyl hydroxypropyl amylose, cyanoethyl polyacrylamide, cyanoethyl polyacrylate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl poly
  • Rubber etc. are illustrated. Among them, a polymeric material having a cyanoethyl group is suitably used. Further, the dielectric polymer added in addition to the material having viscoelasticity at normal temperature such as cyanoethylated PVA in the viscoelastic matrix 24 of the piezoelectric layer 12 is not limited to one type, and plural types are added. It is also good.
  • thermoplastic resins such as vinyl chloride resin, polyethylene, polystyrene, methacrylic resin, polybutene, isobutylene, phenol resin, urea resin, melamine resin, alkyd, for the purpose of adjusting the glass transition point Tg.
  • a thermosetting resin such as a resin or mica may be added.
  • tackifiers such as rosin esters, rosins, terpenes, terpene phenols, and petroleum resins may be added for the purpose of improving the tackiness.
  • the amount of the polymer added to the viscoelastic matrix 24 of the piezoelectric layer 12 other than the material having viscoelasticity at normal temperature, such as cyanoethylated PVA, is not particularly limited.
  • the content is preferably 30% by mass or less.
  • piezoelectric particles 26 are dispersed in the viscoelastic matrix 24.
  • Various kinds of particles made of known piezoelectric materials can be used as the piezoelectric particles 26, but those made of ceramic particles having a perovskite or wurtzite crystal structure are preferably exemplified.
  • the ceramic particles constituting the piezoelectric particles 26 include lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate titanate zirconate (PLZT), barium titanate (BaTiO 3 ) and zinc oxide (ZnO).
  • a solid solution (BFBT) of barium titanate and bismuth ferrite (BiFe 3 ), etc. are preferably exemplified.
  • the particle size of the piezoelectric particles 26 may be appropriately selected according to the size and application of the conversion film 10. According to the study of the present inventor, the particle diameter of the piezoelectric particles 26 is preferably 1 to 10 ⁇ m. By setting the particle diameter of the piezoelectric particles 26 in the above range, preferable results can be obtained in that high piezoelectric characteristics and flexibility can be compatible.
  • the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 are dispersed regularly in the viscoelastic matrix 24, but the present invention is not limited to this. That is, the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 may be irregularly dispersed in the viscoelastic matrix 24 as long as they are preferably dispersed uniformly.
  • the quantitative ratio of the visco-elastic matrix 24 and the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 is required for the size and thickness of the conversion film 10, the application of the conversion film 10, and the conversion film 10 Depending on the characteristics of the The size of the conversion film 10 is the size in the surface direction of the conversion film.
  • the volume fraction of the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 is preferably 30 to 70%, and more preferably 50% or more. It is more preferable to make it 70%.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is not particularly limited, depending on the size of the conversion film 10, the application of the conversion film 10, the characteristics required of the conversion film 10, etc. It may be set as appropriate.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is preferably 10 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably 20 to 200 ⁇ m, and particularly preferably 30 to 100 ⁇ m. By setting the thickness of the piezoelectric layer 12 in the above range, preferable results can be obtained in terms of coexistence of securing of rigidity and appropriate flexibility.
  • the piezoelectric layer 12 is preferably subjected to polarization processing (poling). The polarization process will be described in detail later.
  • the lower thin film electrode 14 is formed on one surface of the piezoelectric layer 12 and the upper thin film electrode 16 is formed on the other surface of the piezoelectric layer 12. It is formed. Further, the lower protective layer 18 is formed on the lower thin film electrode 14, and the upper protective layer 20 is formed on the upper thin film electrode 16. That is, the conversion film 10 has a configuration in which the piezoelectric layer 12 is sandwiched between the lower thin film electrode 14 and the upper thin film electrode 16, and the laminate is sandwiched between the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20.
  • the upper electrode 16 is divided into three regions of a first segment 16a, a second segment 16b, and a third segment 16c.
  • the lower electrode 14 is a common electrode to all the segments of the upper electrode 16. Therefore, by individually supplying drive power to the first segment 16a, the second segment 16b, and the third segment 16c, it is possible to individually drive the piezoelectric layer 12 in the corresponding region to output sound.
  • the area of each segment of the upper electrode 16 is increased by 2 n times corresponding to each bit digit of the parallel PCM digital signal. Thereby, the conversion film 10 can output reproduced sound D / A converted according to the supplied parallel PCM digital signal.
  • the piezoelectric layer 12 is formed by dispersing the piezoelectric particles 26 in a visco-elastic matrix 24 made of a polymer material having visco-elasticity at normal temperature. Therefore, each segment of the upper electrode 16 has little reverberation even if it is pulse-driven, and there is also less crosstalk where the vibrations of the segments interfere with each other. This point will be described in detail later.
  • the lower electrode 14 is a common electrode corresponding to all of the three segments.
  • the lower electrode 14 may also be divided correspondingly to each segment of the upper electrode 16.
  • the lower electrode 14 may be divided into an electrode common to two segments of the upper electrode and an electrode corresponding to one segment.
  • the upper electrode may be circular, the lower electrode may be rectangular, or the like, and the planar shapes of the upper electrode and the lower electrode may be different. The same applies to the conversion films shown in FIG. 5A, FIG. 6A, FIG.
  • the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 provide the piezoelectric layer 12 with appropriate rigidity and mechanical strength.
  • the piezoelectric layer 12 composed of the viscoelastic matrix 24 and the piezoelectric particles 26 exhibits very excellent flexibility against slow bending deformation.
  • the piezoelectric layer 12 may have insufficient rigidity or mechanical strength depending on the application.
  • the conversion film 10 is provided with a lower protective layer 18 and an upper protective layer 20 as a preferred embodiment in order to supplement the synthesis and mechanical strength.
  • the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 are not particularly limited, and various sheet materials can be used.
  • various resin films plastic films
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PPS polyphenylene sulfite
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PEI polyetherimide
  • PEI polyimide
  • PEN polyethylene naphthalate
  • TAC triacetyl cellulose
  • cyclic olefin resins are preferably used.
  • the thickness of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 is not particularly limited. Also, the thicknesses of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 are basically the same but may be different. Here, when the rigidity of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 is too high, not only the expansion and contraction of the piezoelectric layer 12 is restricted but also the flexibility is impaired, so that the mechanical strength and the sheet-like material are good. The lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 are more advantageously thinner, except when handling is required.
  • the thickness of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 is not more than twice the thickness of the piezoelectric layer 12, compatibility between securing of rigidity and appropriate flexibility etc.
  • the thickness of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less Among these, 25 ⁇ m or less is preferable.
  • the lower thin film electrode 14 is formed between the piezoelectric layer 12 and the lower protective layer 18, and the upper thin film electrode 16 is formed between the piezoelectric layer 12 and the upper protective layer 20. Be done.
  • the lower thin film electrode 14 is also referred to as the lower electrode 14.
  • the upper thin film electrode 16 is also referred to as the upper electrode 16.
  • the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are provided to apply an electric field to the piezoelectric layer 12 to expand and contract the piezoelectric layer 12 in a region corresponding to each segment of the upper electrode 16 to output sound.
  • the materials for forming the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are not particularly limited, and various conductors can be used. Specific examples thereof include carbon, palladium, iron, tin, aluminum, nickel, platinum, gold, silver, copper, chromium and molybdenum, alloys of these, indium tin oxide and the like. Among them, any of copper, aluminum, gold, silver, platinum and indium tin oxide is suitably exemplified.
  • the method of forming the lower electrode 14 and the upper electrode 16 is not particularly limited, and a film formed by vapor deposition (vacuum film forming method) such as vacuum evaporation or sputtering or film formed by plating, or a foil formed of the above material Various known methods such as a method of pasting can be used.
  • a thin film of copper or aluminum formed by vacuum deposition is suitably used as the lower electrode 14 and the upper electrode 16 because the flexibility of the conversion film 10 can be secured among others.
  • a thin film of copper by vacuum evaporation is suitably used.
  • the thickness of the lower electrode 14 and the upper electrode 16 is not particularly limited. Also, the thicknesses of the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are basically the same but may be different.
  • the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are more advantageous as thin as long as the electrical resistance does not become too high.
  • the product of the thickness of the lower electrode 14 and the upper electrode 16 and the Young's modulus is less than the product of the thickness of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 and the Young's modulus, It is preferable because the flexibility is not greatly impaired.
  • the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 are a combination of PET (Young's modulus: about 6.2 GPa) and the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are copper (Young's modulus: about 130 GPa), the lower protective layer 18
  • the thickness of the upper protective layer 20 is 25 ⁇ m
  • the thickness of the lower electrode 14 and the upper electrode 16 is preferably 1.2 ⁇ m or less, more preferably 0.3 ⁇ m or less, and particularly preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the conversion film 10 of the present invention comprises the lower electrode 14 and the piezoelectric layer 12 (polymer composite piezoelectric body) in which the piezoelectric particles 26 are dispersed in the viscoelastic matrix 24 having viscoelasticity at normal temperature. It has a configuration formed by sandwiching the upper electrode 16 and further sandwiching the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 in the laminate. It is preferable that such a conversion film 10 has a maximum value at which a loss tangent (Tan ⁇ ) at a frequency of 1 Hz determined by dynamic viscoelasticity measurement is 0.1 or more at normal temperature.
  • Tan ⁇ loss tangent
  • the conversion film 10 preferably has a storage elastic modulus (E ′) at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity measurement of 10 to 30 GPa at 0 ° C. and 1 to 10 GPa at 50 ° C.
  • E ′ storage elastic modulus
  • conversion film 10 can have large frequency dispersion in storage elastic modulus (E ') at normal temperature. That is, it can be hard for vibrations of 20 Hz to 20 kHz and soft for vibrations of several Hz or less.
  • the conversion film 10 has a product of a thickness and a storage elastic modulus (E ′) at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity measurement, which is 1.0 ⁇ 10 6 to 2.0 ⁇ 10 6 (0. 1) at 0 ° C. 0E + 06 to 2.0E + 06) N / m, at 50 ° C., 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 6 (1.0E + 05 to 1.0E + 06) N / m is preferable. Thereby, appropriate rigidity and mechanical strength can be provided as long as the conversion film 10 does not lose flexibility and acoustic characteristics.
  • E ′ storage elastic modulus
  • the conversion film 10 has a loss tangent (Tan ⁇ ) at 25 ° C. and a frequency of 1 kHz in a master curve obtained from dynamic viscoelasticity measurement, of 0.05 or more.
  • the conversion frequency characteristic of the loudspeaker using the film 10 becomes smooth, can vary the amount of sound is also small when the lowest resonance frequency f 0 with the change in the curvature of the speaker has changed.
  • the upper electrode 16 is divided into three segments of a first segment 16a, a second segment 16b, and a third segment 16c.
  • each segment is separated by a gap 16s so as not to be electrically connected.
  • the gap 16s between the segments that is, the separation distance between the segments is preferably 1 mm or more, and more preferably 10 mm or more.
  • an insulating layer may be provided between the segments as necessary.
  • each segment of the upper electrode 16 is increased by 2 n times corresponding to each bit digit of the parallel PCM digital signal.
  • “2 n times” is “2 n times”.
  • n is a natural number including 0 that increases by one.
  • the number of segments is the number of maximum bits N. Therefore, the largest segment is a segment increased in area by 2 N-1 times the segment of the smallest area according to the largest bit number N of the converted film. In other words, the largest segment is a segment weighted by 2 N -1 times the segment of the smallest area according to the largest bit number N of the converted film.
  • the upper electrode 16 corresponds to the output of 3 bits (8 gradations (eight levels of audio output intensity)), and the weight of each bit digit of the parallel PCM digital signal of 3 bit digits Are divided into segments so as to have an area proportional to. That is, when the area of the first segment 16a is 1 (2 0 ), the area of the second segment 16b is 2 (2 1 ) and the area of the third segment 16c is 4 (2 2 ).
  • the first segment 16a to the third segment 16c of the upper electrode 16 are represented by eight drive patterns indicated by the binary representation of the segment corresponding to each bit digit.
  • the sound waves generated from the respective segments are added and synthesized, and it is possible to output the reproduced sound of eight gradations correctly D / A converted.
  • FIGS. 2A to 2 H conceptually show an example of a method of driving the conversion film 10 according to the parallel PCM digital signal.
  • the upper protective layer 20 is omitted to clearly show the configuration, and the gaps between the segments are also omitted to simplify the drawing.
  • the driven segments are shaded.
  • the conversion film 10 of the present invention is a polymer formed by dispersing the piezoelectric particles 26 in a visco-elastic matrix 24 made of a polymer material having visco-elastic properties at normal temperature as the piezoelectric layer 12.
  • a composite piezoelectric body is used.
  • this conversion film 10 has a large frequency dispersion in elastic modulus and is hard against vibrations in the audio band (100 Hz to 10 kHz) at normal temperature, and against vibrations of several Hz or less. It behaves softly.
  • this conversion film 10 has a moderately large loss tangent with respect to vibrations of all frequencies below 20 kHz at ordinary temperature, and the loss tangent in the audio band is very large at 0.09 to 0.35. .
  • digital speakers using the conversion film 10 as a diaphragm can reproduce high-quality sound in a wide frequency band, and even when parallel PCM digital signals are reproduced, vibration interference between segments is extremely high. Few. Furthermore, in the conversion film 10, the audio output immediately rises in response to the on of the parallel PCM digital signal, and the audio output immediately stops in response to the off. That is, the conversion film 10 has very little reverberation. Therefore, according to the conversion film 10 (digital speaker) of the present invention, parallel PCM digital signals can be suitably reproduced in each segment. Furthermore, according to the electro-acoustic transducer film of the present invention, a flexible digital speaker is possible, and moreover, even when bent, the change in sound quality due to the curvature or the bending direction is small.
  • FIG. 3 (B) shows a master curve at a reference temperature of 25 ° C. obtained from this dynamic viscoelasticity measurement.
  • the master curve indicates the frequency dispersion of the visco-elastic characteristic at a constant temperature.
  • the curve created at this time is called a master curve.
  • the master curve is effective in grasping the storage elastic modulus E ′ of the material in the audio band and the loss tangent Tan ⁇ , since the viscoelastic measurement in the actual audio band, for example 1 kHz, is not realistic.
  • the graphs shown in FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B) are measured by conducting the following test using test pieces of the conversion film produced by the method described in the examples described in detail later. is there.
  • [Dynamic viscoelasticity test] From the produced conversion film, a strip-shaped test piece of 1 cm ⁇ 4 cm was produced. The dynamic viscoelasticity (storage elastic modulus E ′ (GPa) and loss tangent Tan ⁇ ) of this test piece was measured using a dynamic viscoelasticity tester (SII Nanotechnology DMS 6100 viscoelasticity spectrometer). The measurement conditions are shown below.
  • Measurement temperature range -20 ° C to 100 ° C Heating rate: 2 ° C / min
  • Measurement frequency 0.1 Hz, 0.2 Hz, 0.5 Hz, 1.0 Hz, 2.0 Hz, 5.0 Hz, 10 Hz, 20 Hz
  • Measurement mode Tension measurement
  • the conversion film 10 of the present invention has an area where no signal is applied between the segments.
  • An area to which no signal is applied between the segments is a gap 16s, which is an isolation area separating the segments.
  • This separation zone always exhibits rheological properties at a frequency of 0 Hz.
  • the conversion film 10 has a large loss tangent (loss tangent Tan ⁇ ) near the frequency of 0 Hz, and a small storage elastic modulus E ′ and a low sound velocity. Therefore, the vibration from each segment can be canceled in this separation area, and the vibration of one segment can be prevented from propagating to the other segment.
  • the acoustic signals can be suitably reproduced in the respective regions without the vibrations of the segments interfering with each other.
  • the vibration is immediately stopped. That is, there is little reverberation.
  • the sheet-like material 10a in which the lower electrode 14 is formed on the lower protective layer 18 is prepared.
  • the sheet 10a may be manufactured by forming a copper thin film or the like to be the lower electrode 14 on the surface of the lower protective layer 18 by vacuum deposition, sputtering, plating or the like.
  • the sheet-like material 10 a may be a commercially available product in which a copper thin film or the like is formed on the lower protective layer 18.
  • a polymer material having visco-elastic properties such as cyanoethylated PVA is dissolved in an organic solvent at normal temperature, and further, piezoelectric particles 26 such as PZT particles are added and stirred to prepare a paint.
  • a polymer material having viscoelasticity at normal temperature is also referred to as a viscoelastic material.
  • the organic solvent there is no particular limitation on the organic solvent, and various organic solvents such as dimethylformamide (DMF), methyl ethyl ketone and cyclohexanone can be used.
  • the viscoelastic material is a heat-meltable substance such as cyanoethylated PVA
  • the following method can also be used. First, the visco-elastic material is heated and melted, and a piezoelectric material 26 is added to / dispersed therein to prepare a melt. The molten material is extruded into a sheet on the sheet shown in FIG. 4A by extrusion molding or the like and cooled. As a result, as shown in FIG. 4B, even if the lower electrode 14 is provided on the lower protective layer 18 and the piezoelectric layer 12 is formed on the lower electrode 14, the laminated body 10 b is produced. Good.
  • a polymeric piezoelectric material such as PVDF may be added to the viscoelastic matrix 24 in addition to the viscoelastic material such as cyanoethylated PVA.
  • the polymeric piezoelectric materials added to the above-mentioned paint may be dissolved.
  • the polymer piezoelectric material to be added may be added to the above-described heat-melted viscoelastic material, followed by heat-melting.
  • a gap g is opened, for example, 1 mm above the upper surface 12a of the piezoelectric layer 12 of the laminate 10b, and the movement is performed along this upper surface 12a.
  • a possible rod-like or wire-like corona electrode 50 is provided.
  • the corona electrode 50 and the lower electrode 14 are connected to a DC power supply 52.
  • a heating means for heating and holding the laminate 10b for example, a hot plate is prepared.
  • a DC voltage of several kV, for example, 6 kV between the lower electrode 14 and the corona electrode 50 is applied to cause corona discharge.
  • the corona electrode 50 is moved (scanned) along the upper surface 12 a of the piezoelectric layer 12 to polarize the piezoelectric layer 12.
  • the movement of the corona electrode 50 may be performed using a known rod-like moving means.
  • polarization processing using corona discharge is also referred to as corona poling processing.
  • the method of moving the corona electrode 50 is not limited. That is, a moving mechanism may be provided to fix the corona electrode 50 and move the stacked body 10b, and the stacked body 10b may be moved for polarization processing. Also for the movement of the laminate 10b, a known sheet moving means may be used.
  • the number of corona electrodes 50 is not limited to one, and a plurality of corona electrodes 50 may be used to perform corona poling treatment.
  • the polarization process is not limited to the corona poling process, and a normal electric field poling in which a direct current electric field is directly applied to an object to be subjected to the polarization process can also be used.
  • a calendar process may be applied to smooth the surface of the piezoelectric layer 12 using a heating roller or the like before the polarization process. By performing this calendering process, the thermocompression bonding process described later can be smoothly performed.
  • the sheet-like material 10c in which the upper electrode 16 of the upper protective layer 20 is formed is prepared.
  • the sheet 10c is, for example, masked or the like on the surface of the upper protective layer 20 to form a copper thin film or the like by vacuum deposition in the same manner as the sheet 10a described above.
  • the electrode 16 may be manufactured.
  • the upper electrode 16 divided into each segment may be manufactured by processing the above-mentioned sheet 10 a according to the forming material of the upper electrode 16.
  • the upper electrode 16 divided into each segment may be produced by forming a silver paste or the like on the surface of the piezoelectric layer 12 by screen printing. As shown in FIG.
  • the sheet-like material 10c is laminated on the laminate 10b in which the polarization treatment of the piezoelectric layer 12 is finished, with the upper electrode 16 facing the piezoelectric layer 12. Further, the laminated body of the laminated body 10b and the sheet-like material 10c is thermocompression-bonded by using a heating press device, a heating roller pair, etc., with the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 interposed therebetween.
  • the conversion film 10 of the present invention as shown in (A) and FIG. 1 (B) is completed.
  • the conversion film 10 shown in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B) is obtained by dividing the upper electrode 16 of the conversion film 10 having a rectangular planar shape into rectangular segments.
  • the conversion film of the present invention can be used in various configurations.
  • FIGS. 5A-5H conceptually show another example of the conversion film of the present invention.
  • 5 (A) to 5 (H) are top views similar to FIG. 1 (B) and FIGS. 2 (A) to 2 (H).
  • the upper protective layer 20 is omitted to clearly show the configuration, and the gaps between the segments are also omitted to simplify the drawing.
  • the conversion film 30 shown in FIG. 5A and the like also has a configuration in which the piezoelectric layer 12 is sandwiched between the lower electrode 14 and the upper electrode 32, and the laminate is sandwiched between the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20. Is the same as the conversion film 10 shown in FIG. 1 (A) and FIG. 1 (B).
  • the lower electrode 14 is a common electrode common to each segment of the divided upper electrode 32. The same applies to the conversion films shown in FIG. 6 (A), FIG. 7 (A) and the like described later with regard to the above points.
  • the conversion film 30 is not limited to have a circular planar shape, and the circular upper electrode 32 may be formed on a rectangular conversion film. Alternatively, a rectangular top electrode may be formed on the circular conversion film. Also in this regard, the same applies to the conversion films shown in FIG. 6 (A) and FIG. 7 (A) etc. described later.
  • the upper electrode 32 has a circular first segment 32a, an annular second segment 32b surrounding the first segment 32a, and an annular ring surrounding the second segment 32b.
  • the third segment 32c is divided into three segments.
  • the first segment 32a, the second segment 32b and the third segment 32c coincide in their centers.
  • the annular shape is a shape formed by two concentric circles having different radii on a plane.
  • each segment of the upper electrode 32 has an area proportional to the weight of each bit digit of the parallel PCM digital signal of 3 bit digit corresponding to the output of 3 bits (eight gradations) . That is, when the area of the first segment 32a is 1, the area of the second segment 32b is 2, and the area of the third segment 32c is 4. Therefore, by driving the segment corresponding to each bit digit by eight driving patterns according to the 3-bit parallel PCM digital signal, it is possible to output reproduced tones of eight gradations which are correctly D / A converted.
  • each segment of the upper electrode 32 is formed in a circular shape and an annular shape matching the center, so there is no uneven distribution of sound and a more natural voice output Is possible.
  • the conversion film 30 shown to FIG. 5 (A) etc. it does not have a circular segment, but you may comprise an upper electrode only with a toroidal segment.
  • 6 (A) to 6 (H) conceptually show another example of the conversion film of the present invention.
  • 6 (A) to 6 (H) are also top views similar to FIG. 1 (B) and FIGS. 2 (A) to 2 (H).
  • the upper electrode 38 is circular.
  • the upper electrode 38 is divided radially from the center of a circle, and is divided into three fan-shaped segments of a first segment 38a, a second segment 38b and a third segment 38c.
  • each segment of the upper electrode 38 has an area proportional to the weight of each bit digit of the parallel PCM digital signal of 3 bit digit corresponding to the output of 3 bits (eight gradations) ing. That is, assuming that the area of the first segment 38a is 1, the area of the second segment 38b is 2 and the area of the third segment 38c is 4. Therefore, by driving the segment corresponding to each bit digit by eight driving patterns according to the 3-bit parallel PCM digital signal, it is possible to output reproduced tones of eight gradations which are correctly D / A converted.
  • FIGS. 7 (A) to 7 (H) conceptually show another example of the conversion film of the present invention.
  • 7 (A) to 7 (H) are top views similar to FIG. 1 (B) and FIGS. 2 (A) to 2 (H).
  • the upper electrode 42 is circular.
  • the circular upper electrode 42 is also divided into fans radially from the center of the circle.
  • the upper electrode 42 is divided into a fan shape by a straight line passing through the center of the circle, and one segment is formed from two symmetrical regions that are point symmetric with respect to the center of the circle. That is, the upper electrode 42 has a first segment 42a composed of two symmetrical regions that are point symmetric with respect to the center, a second segment 42b composed of two symmetrical regions that are point symmetric with respect to the center, and It is divided into three segments of a third segment 42c consisting of two symmetrical regions that are point-symmetrical.
  • each segment of the upper electrode 42 has an area proportional to the weight of each bit digit of the parallel PCM digital signal of 3 bit digit corresponding to the output of 3 bits (eight gradations) ing. That is, when the area of the first segment 42a is 1, the area of the second segment 42b is 2, and the area of the third segment 42c is 4. Therefore, by driving the segment corresponding to each bit digit by eight driving patterns according to the 3-bit parallel PCM digital signal, it is possible to output reproduced tones of eight gradations which are correctly D / A converted.
  • each segment of the upper electrode 38 is unevenly distributed, there is a possibility that the sound is unevenly distributed and can be heard.
  • each segment of the upper electrode 42 is formed of two symmetrical regions that are point-symmetrical with respect to the center, so there is no uneven distribution of sound, which is more natural. Voice output is possible.
  • the conversion film (digital speaker) of the present invention is not limited to the output of 3 bits and 8 gradations as shown in the illustrated example. That is, if the upper electrode (and / or lower electrode) is divided into N segments corresponding to the maximum bit number N, and the area of each segment is increased 2 n times according to the bit digit, various bits It can handle the output of numbers. For example, if the upper electrode is divided into 16 segments whose area is increased by 2 n times in the case of 16 bits, then it is possible to reproduce an additional PCM digital signal of 16 bit digits. Thus, in this case, the area of the largest segment is 2 16-1 times the segment of the smallest area. The segment having the smallest area is, in other words, a segment representing the parallel PCM digital signal 1.
  • weighting according to each bit digit is performed by the area of each segment.
  • the drive voltages input to the segments do not have to be the same. That is, by weighting the drive voltage of each segment, by complementing or expanding the area weighting, it is possible to output voice with high gradation even with a limited number of segments.
  • Example 1 The conversion film 10 of the present invention shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B) was produced by the method shown in FIGS. 4 (A) to 4 (E). First, cyanoethylated PVA (CR-V, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was dissolved in dimethylformamide (DMF) at the following composition ratio. Thereafter, PZT particles were added to this solution at the following composition ratio, and dispersed by a propeller mixer (rotation speed: 2000 rpm) to prepare a paint for forming the piezoelectric layer 12.
  • cyanoethylated PVA CR-V, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • DMF dimethylformamide
  • PZT particles were added to this solution at the following composition ratio, and dispersed by a propeller mixer (rotation speed: 2000 rpm) to prepare a paint for forming the piezoelectric layer 12.
  • PZT particles ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 300 parts by weight ⁇ cyanoethylated PVA ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 30 parts by weight ⁇ DMF ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 70
  • the PZT particles were obtained by sintering a commercially available PZT raw material powder at 1000 to 1200 ° C. and then crushing and classifying this to an average particle diameter of 5 ⁇ m.
  • sheet-like materials 10a and 10c were prepared by vacuum-depositing a 0.1 ⁇ m thick copper thin film on a 4 ⁇ m thick PET film. That is, in this example, the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are a copper-deposited thin film having a thickness of 0.1 m, and the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 are a PET film having a thickness of 4 ⁇ m.
  • the sizes of the sheet 10a and the sheet 10c were set such that the size of the vibrating surface when incorporated into the speaker was 210 ⁇ 300 mm (A4 size).
  • the sheet-like material 10c forms the upper electrode 16 divided into the first segment 16a, the second segment 16b, and the third segment 16c as shown in FIG. 1A by mask evaporation.
  • the gap 16s of each segment was 5 mm.
  • the area of each segment was such that the second segment 16b was twice as large as the first segment 16a, and the third segment 16c was four times as large as the first segment 16a.
  • the paint for forming the previously prepared piezoelectric layer 12 was applied onto the lower electrode 14 (copper vapor deposited thin film) of the sheet 10a using a slide coater.
  • the paint was applied such that the thickness of the coating after drying was 40 ⁇ m.
  • the paint was applied onto the sheet 10 a, and dried by heating on a hot plate at 120 ° C. to evaporate the DMF.
  • a laminate 10b having the lower electrode 14 made of copper on the lower protective layer 18 made of PET and the piezoelectric layer 12 having a thickness of 40 ⁇ m formed thereon was produced.
  • the piezoelectric layer 12 of the laminate 10b was subjected to polarization treatment by the above-mentioned corona poling shown in FIG. 4 (C) and FIG. 4 (D).
  • the polarization process was performed by setting the temperature of the piezoelectric layer 12 to 100 ° C. and applying a DC voltage of 6 kV between the lower electrode 14 and the corona electrode 50 to cause corona discharge.
  • the sheet-like material 10c was laminated on the polarization-processed laminate 10b with the upper electrode 16 (copper thin film side) facing the piezoelectric layer 12.
  • the laminate of the laminate 10b and the sheet 10c is thermocompression-bonded at 120 ° C. using a laminator device to bond the piezoelectric layer 12 to the lower electrode 14 and the upper electrode 16, thereby converting the conversion film. 10 was produced.
  • a rectangular box-shaped case 56 having one side open as shown in FIG. 8 was prepared.
  • the case 56 is made of plastic and has an opening size of 200 ⁇ 290 mm and a depth of 9 mm.
  • the case 56 contained glass wool 58 having a height of 25 mm before assembly and a density of 32 kg / m 3 .
  • the conversion film 10 is disposed so as to cover the opening of the case 82, and the periphery is fixed by the frame 60, and the viscoelastic support 84 imparts appropriate tension and curvature to the conversion film 10, as shown in FIG. Speakers were produced.
  • a 3-bit parallel PCM digital signal was input to the first segment 16a, the second segment 16b, and the third segment 16c of the manufactured speaker, and the sound quality was evaluated by sensory evaluation.
  • the evaluation is performed by a sensory evaluation by 20 persons, and the case where the number of persons who evaluated that the clarity and the tonality of the sound are good is 18 or more is the evaluation A, and the case of 16 or more and less than 18 is the evaluation B
  • the case of less than 16 was regarded as evaluation C. Evaluation was A.
  • Example 2 Polyvinyl acetate (manufactured by Aldrich) was dissolved in dimethylformamide (DMF) at the following composition ratio. Thereafter, PZT particles were added to this solution at the following composition ratio, and dispersed by a propeller mixer (rotation speed: 2000 rpm) to prepare a paint for forming the piezoelectric layer 12. ⁇ 80 parts by mass PZT particles were produced in the same manner as in Example 1. A conversion film 10 was produced in the same manner as in Example 1 except that the piezoelectric layer 12 was formed using this paint. The same speaker as that of Example 1 was manufactured, and the same evaluation as that of Example 1 was performed. As a result, the evaluation was B.
  • DMF dimethylformamide
  • Comparative Example 1 Using commercially available PVDF with a thickness of 50 ⁇ m as a speaker diaphragm, the upper electrode and the lower electrode were formed at the same positions as in Example 1 by vacuum evaporation, respectively, to prepare a conversion film. The same speaker as that of Example 1 was manufactured, and the same evaluation as that of Example 1 was performed. As a result, the evaluation was C.
  • Example 2 in which polyvinyl acetate is used instead of cyanoethylated PVA as the polymer material for forming the piezoelectric layer 12, the relative dielectric constant at room temperature (25 ° C.) of the polymer material is higher than in Example 1. Although low in energy conversion efficiency and low in volume, the clarity and tonality of the sound are superior to the comparative example.
  • the relative dielectric constant of the polymer material at room temperature is about 20 in Example 1 and about 3 in Example 2.

Abstract

　デジタルスピーカ等に好適に利用される電気音響変換フィルムであって、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体と、高分子圧電体の両面に設けられる薄膜電極とを有し、かつ、薄膜電極の少なくとも一方は、面積が２n倍（ｎは０を含む自然数）ずつ増加する、複数の領域に分割されている電気音響変換フィルムを提供する。これにより、残響や各セグメント間でのクロストークを抑制したデジタルスピーカが得られる。

Description

電気音響変換フィルムおよびデジタルスピーカ
　本発明は、デジタルスピーカ等のデジタル音響デバイス等に用いられる電気音響変換フィルム、および、これを用いるデジタルスピーカに関する。
　デジタルスピーカとは、デジタル信号（パルス）を直接入力して従来のアナログ音響出力を得るものである。これは「標本化定理」によってアナログ信号を一定の間隔で標本化し、その標本値を持つパルスをスピーカに加えてＤ／Ａ変換（デジタル／アナログ変換）させるものである。
　永久磁石を利用する動電型スピーカには、本質的にＤ／Ａ変換機能が有り、これを利用して多くのデジタルスピーカが考えられている。
　このＤ／Ａ変換を行うためには、入力されるパルスの標本値の全てに対応した音響出力の値を持つことが必要である。具体的には、最大Ｎビットのパルスを持つ信号系に対してはスピーカとして２N-1までの出力の重み付けが必要となる。例えば、８ビット信号系であれば、最小値２0（＝１）から最大値２7（＝１２８）まで、重み付けした出力変化が必要となる。
　この重み付けの方法としては、『マルチユニット方式』と『マルチボイスコイル方式』とが知られている。
　『マルチユニット方式』とは、各ビットに対応した重み付けを持ったユニットを計ｎ個用いて空間で音響合成させるものである。他方、『マルチボイスコイル方式』とは、ボイスコイル実行巻線長Ωにおいて重み付けを行うものである。
　ところが、『マルチユニット方式』では、ビット数が増えるにしたがい、膨大な数の動電型スピーカが必要になる等の問題が有る。また、『マルチボイスコイル方式』では、ビット数が増えるにしたがい、占積率の低下に伴って磁気エネルギーの損失が大きくなる等の課題がある。
　これに対して、動電型スピーカとは異なる、圧電型スピーカを用いるデジタルスピーカが提案されている。
　例えば、特許文献１および特許文献２には、一対の平板電極の間に圧電素子によって形成した振動板を備え、この平板電極の一方を、放射状にほぼ均等な角度で分割された複数個のユニット電極により構成し、これらユニット電極を、デジタル信号の各ビット桁の重みに比例する面積になるようにグループ化したデジタルスピーカが記載されている。
　また、非特許文献１には、高分子圧電材料の表面に蒸看された電極面積が中心から外に向って２倍ずつ増えるよう同心円状に７分割してなるデジタルスピーカが示されている。
特開昭５９－９５７９６号公報 特開昭５９－９５７９９号公報
電気学会誌（第１１刊＠３号　１９８７年）１５０～１５７頁
　特許文献１や特許文献２に記載されるデジタルスピーカで用いている、圧電セラミックスと振動板とからなるユニモルフ構造の圧電素子は、表面機械振動によって音波を発生させる。そのため、固有の共振周波数を有し、周波数帯域が狭いことから、高ビット化が難しい。また、ユニモルフ型の圧電素子を用いるデジタルスピーカでは、パルス駆動とすると残響が発生し易い。さらに、ユニモルフ型の圧電素子を用いるデジタルスピーカでは、分割された各ユニット電極間でのクロストークも発生し易いため、ノイズが増大するといった問題があった。各ユニット電極間でのクロストークとは、すなわち、各電極同士における干渉である。
　これに対し、非特許文献１に記載されるデジタルスピーカは、振動板を用いていないため、表面機械振動に起因する問題は発生しない。
　しかしながら、非特許文献１に記載されるデジタルスピーカで用いている一軸延伸ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電材料は、材料自身の損失正接（Ｔａｎδ）が約０．０２と小さいため、パルス駆動とすると残響が発生し易く、また、各セグメント間でのクロストークも発生し易いためノイズが増大するといった問題があった。なお、各セグメント間とは、言い換えれば、分割された各電極間である。
　さらに、一軸延伸ＰＶＤＦの場合、圧電特性に面内異方性があるため、例えば同心円状にセグメント化したとしても、同心円状に振動することはできないため、やはり良好な音質のデジタルスピーカは得られなかった。
　本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、パルス駆動しても残響が発生しにくく、しかも、分割された各電極間におけるクロストークも抑制できる、デジタルスピーカに好適な電気音響変換フィルムを提供することにある。
　特開２０１４－１４０６３号公報には、常温で粘弾性を有するマトリックス中に圧電セラミックスを分散したことを特徴とする電気音響変換フィルムが提案されている。
　この電気音響変換フィルムは、弾性率に大きな周波数分散を有しており、オーディオ帯域（１００Ｈｚ～１０ｋＨｚ）の振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振舞うことが可能である。さらに、この電気音響変換フィルムは、２０ｋＨｚ以下の全ての周波数の振動に対して適度に大きい損失正接を有しており、オーディオ帯域における損失正接は０．０９～０．３５と非常に大きいことが特長である。
　本発明は、この電気音響変換フィルムのオーディオ帯域における損失正接が非常に大きいことに着目し、鋭意検討を重ねた結果、この電気音響変換フィルムをデジタルスピーカの振動板に用いることで、残響およびクロストークに起因するノイズの少ない高音質な圧電型のデジタルスピーカを実現するに至った。
　本発明は、この電気音響変換フィルムを利用した、パルス駆動しても残響が発生しにくく、しかも、分割された各電極間におけるクロストークも抑制できる、デジタルスピーカに好適な電気音響変換フィルム、および、この電気音響変換フィルムを用いたデジタルスピーカを提供するものである。
　すなわち、本発明の電気音響変換フィルムは、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に、圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体と、高分子複合圧電体の両面に設けられる薄膜電極とを有し、
　かつ、薄膜電極の少なくとも一方は、面積が２n倍（ｎは、１ずつ増加する、０を含む自然数）ずつ増加する、複数の領域に分割されていることを特徴とする電気音響変換フィルムを提供する。
　このような本発明の電気音響変換フィルムにおいて、電極の複数に分割された領域は、中心を一致する複数の円環形の領域であるのが好ましい。
　また、電極の複数に分割された領域は、最小の円環形の領域の内側に、円環形の領域と中心を一致する円形の領域を有するのが好ましい。
　また、電極の複数に分割された領域は、放射状に分割された複数の領域であるのが好ましい。
　また、放射状に分割された複数の領域は、１点を通過する直線で放射状に分割されるものであり、１点に対して点対称となる２つの対称領域から領域が形成されるのが好ましい。
　また、薄膜電極の両面に形成された保護層を有するのが好ましい。
　また、高分子材料の動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）が０．５以上となる極大値が０～５０℃の温度範囲に存在するのが好ましい。
　また、電気音響変換フィルムの動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０～３０ＧＰａ、５０℃において１～１０ＧＰａであるのが好ましい。
　また、高分子材料の周波数１Ｈｚでのガラス転移温度が０～５０℃であるのが好ましい。
　また、高分子材料がシアノエチル基を有するのが好ましい。
　さらに、高分子材料がシアノエチル化ポリビニルアルコールであるのが好ましい。
　また、本発明のデジタルスピーカは、本発明の電気音響変換フィルムを用いるデジタルスピーカを提供する。
　このような本発明の電気音響変換フィルムによれば、並列ＰＣＭデジタル信号によってパルス駆動した場合であっても、残響が殆ど発生せず、しかも、分割した電極間（セグメント間）でのクロストークも殆ど発生しない。そのため、ノイズの少ない高音質なデジタルスピーカが得られる。
　また、本発明の電気音響変換フィルムによれば、フレキシブルなデジタルスピーカが可能であり、しかも、曲げた場合も、曲率や曲げる方向による音質の変化も少ない。
図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本発明の電気音響変換フィルムを一例の概念図で、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のｂ－ｂ線断面図である。 図２（Ａ）～図２（Ｈ）は、図１に示す電気音響変換フィルムの作用を説明するための概念図である。 図３（Ａ）は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す電気音響変換フィルムの動的粘弾性を示すグラフ、図３（Ｂ）は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す電気音響変換フィルムのマスターカーブである。 図４（Ａ）～図４（Ｅ）は、図１に示す電気音響変換フィルムの製造方法の一例を説明するための概念図である。 図５（Ａ）～図５（Ｈ）は、本発明の電気音響変換フィルムの別の例、および、その作用を説明するための概念図である。 図６（Ａ）～図６（Ｈ）は、本発明の電気音響変換フィルムの別の例、および、その作用を説明するための概念図である。 図７（Ａ）～図７（Ｈ）は、本発明の電気音響変換フィルムの別の例、および、その作用を説明するための概念図である。 本発明の実施例で作製したスピーカの概念図である。
　以下、本発明の電気音響変換フィルムおよびデジタルスピーカについて、添付の図面に示される好適例を基に、詳細に説明する。
　図１（Ａ）および図１（Ｂ）に、本発明の電気音響変換フィルムの一例を概念的に示す。以下の説明では、電気音響変換フィルムを、単に変換フィルムとも言う。
　なお、図１（Ａ）は上面図で、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のｂ－ｂ線断面図である。また、変換フィルムの構成を明確に示すために、図１（Ａ）においては上部保護層２０を省略し、また、図１（Ｂ）においては、一部のハッチングを省略している。
　図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される変換フィルム１０は、圧電体層１２と、下部薄膜電極１４と、上部薄膜電極１６と、下部保護層１８と、上部保護層２０とを有して構成される。また、上部電極１６は、第１セグメント１６ａと、第２セグメント１６ｂと、第３セグメント１６ｃとの、３つの領域に分割される。
　下部薄膜電極１４は、圧電体層１２の一面に形成され、上部薄膜電極１６は、圧電体層１２の下部薄膜電極１４と逆面に形成される。さらに、下部薄膜電極１４の上（表面）には下部保護層１８が形成され、上部薄膜電極１６の上には上部保護層２０が形成される。
　このような変換フィルム１０の下部薄膜電極１４および上部薄膜電極１６に配線が接続され、この配線に駆動用のアンプが接続されることにより、本発明のデジタルスピーカが構成される。上部薄膜電極１６においては、各セグメントに配線が接続される。
　なお、下部薄膜電極１４および上部薄膜電極１６への配線の接続は、薄膜電極に駆動用の配線を接続する公知の方法によればよい。また、駆動用のアンプも、デジタルスピーカに利用さされるＰＣＭデジタル信号を再生するための公知のアンプが、各種、利用可能である。
　変換フィルム１０において、圧電体層１２は、高分子複合圧電体からなるものである。
　本発明において、圧電体層１２すなわち高分子複合圧電体は、図１（ｂ）に示すように、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス２４中に、圧電体粒子２６を分散したものである。また、後述するが、好ましくは、圧電体層１２は、分極処理されている。
　なお、本明細書において、「常温」とは、０～５０℃程度の温度域を指す。
　本発明の変換フィルム１０は、フレキシブルディスプレイ用のデジタルスピーカなど、フレキシブル性を有するデジタルスピーカ等に好適に用いられる。ここで、フレキシブル性を有するデジタルスピーカに用いられる高分子複合圧電体（圧電体層１２）は、次の用件を具備したものであるのが好ましい。
　（ｉ）　可撓性
　例えば、携帯用として新聞や雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Ｈｚ以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和することができる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが求められる。
　（ii）　音質
　スピーカは、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚのオーディオ帯域の周波数で圧電体粒子を振動させ、その振動エネルギーによって振動板（高分子複合圧電体）全体が一体となって振動することで音が再生される。従って、振動エネルギーの伝達効率を高めるために高分子複合圧電体には適度な硬さが求められる。また、スピーカの周波数特性が平滑であれば、曲率の変化に伴い最低共振周波数ｆ０が変化した際の音質の変化量も小さくなる。従って、高分子複合圧電体の損失正接は適度に大きいことが求められる。
　以上をまとめると、フレキシブル性を有するスピーカに用いる高分子複合圧電体は、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことが求められる。また、高分子複合圧電体の損失正接は、２０ｋＨｚ以下の全ての周波数の振動に対して、適度に大きいことが求められる。
　一般に、高分子固体は粘弾性緩和機構を有しており、温度上昇あるいは周波数の低下とともに大きなスケールの分子運動が貯蔵弾性率（ヤング率）の低下（緩和）あるいは損失弾性率の極大（吸収）として観測される。
　その中でも、非晶質領域の分子鎖のミクロブラウン運動によって引き起こされる緩和は、主分散と呼ばれ、非常に大きな緩和現象が見られる。この主分散が起きる温度がガラス転移点（Ｔｇ）であり、最も粘弾性緩和機構が顕著に現れる。
　高分子複合圧電体（圧電体層１２）において、ガラス転移点が常温にある高分子材料、言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料をマトリックスに用いることで、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現する。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数１Ｈｚでのガラス転移温度が常温にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。
　常温で粘弾性を有する高分子材料としては、公知の各種のものが利用可能である。好ましくは、常温において、動的粘弾性試験による周波数１Ｈｚにおける損失正接Ｔａｎδの極大値が、０．５以上有る高分子材料を用いる。
　これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックス／圧電体粒子界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。
　また、高分子材料は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１００ＭＰａ以上、５０℃において１０ＭＰａ以下であるのが好ましい。
　これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。
　また、高分子材料は、比誘電率が２５℃において１０以上有ると、より好適である。これにより、高分子複合圧電体に電圧を印加した際に、高分子マトリックス中の圧電体粒子にはより高い電界が掛かるため、大きな変形量が期待できる。
　しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が２５℃において１０以下であるのも、好適である。
　このような条件を満たす高分子材料としては、シアノエチル化ポリビニルアルコール（シアノエチル化ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリビニリデンクロライドコアクリロニトリル、ポリスチレン－ビニルポリイソプレンブロック共重合体、ポリビニルメチルケトン、および、ポリブチルメタクリレート等が例示される。また、これらの高分子材料としては、ハイブラー５１２７（クラレ社製）などの市販品も、好適に利用可能である。中でも、シアノエチル基を有する高分子材料が好ましく、シアノエチル化ＰＶＡは、より好ましく利用される。
　なお、これらの高分子材料は、１種のみを用いてもよく、複数種を併用（混合）して用いてもよい。
　このような常温で粘弾性を有する高分子材料を用いる粘弾性マトリックス２４は、必要に応じて、複数の高分子材料を併用してもよい。
　すなわち、粘弾性マトリックス２４には、誘電特性や機械特性の調整等を目的として、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料に加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子材料を添加しても良い。
　添加可能な誘電性高分子材料としては、一例として、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン－トリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン－トリフルオロエチレン共重合体及びポリフッ化ビニリデン－テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系高分子、シアン化ビニリデン－酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロース及びシアノエチルソルビトール等のシアノ基あるいはシアノエチル基を有するポリマー、ニトリルゴムやクロロプレンゴム等の合成ゴム等が例示される。
　中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。
　また、圧電体層１２の粘弾性マトリックス２４において、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する材料に加えて添加される誘電性ポリマーは、１種に限定はされず、複数種を添加してもよい。
　また、誘電性ポリマー以外にも、ガラス転移点Ｔｇを調整する目的で、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、メタクリル樹脂、ポリブテン、イソブチレン等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、マイカ等の熱硬化性樹脂を添加しても良い。
　更に、粘着性を向上する目的で、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、石油樹脂等の粘着付与剤を添加しても良い。
　圧電体層１２の粘弾性マトリックス２４において、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する材料以外のポリマーを添加する際の添加量には、特に限定は無いが、粘弾性マトリックス２４に占める割合で３０質量％以下とするのが好ましい。
　これにより、粘弾性マトリックス２４における粘弾性緩和機構を損なうことなく、添加する高分子材料の特性を発現できるため、高誘電率化、耐熱性の向上、圧電体粒子２６や電極層との密着性向上等の点で好ましい結果を得ることができる。
　圧電体層１２において、粘弾性マトリックス２４には圧電体粒子２６が分散される。
　圧電体粒子２６は、公知の圧電体からなる粒子が、各種、利用可能であるが、ペロブスカイト型あるいはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものが好ましく例示される。
　圧電体粒子２６を構成するセラミックス粒子としては、具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト（ＢｉＦｅ3）との固溶体（ＢＦＢＴ）等が好適に例示される。
　圧電体粒子２６の粒径は、変換フィルム１０のサイズや用途に応じて、適宜、選択すれば良い。本発明者の検討によれば、圧電体粒子２６の粒径は、１～１０μｍが好ましい。
　圧電体粒子２６の粒径を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
　図１（Ｂ）においては、圧電体層１２中の圧電体粒子２６は、粘弾性マトリックス２４中に、規則性を持って分散されているが、本発明は、これに限定はされない。
　すなわち、圧電体層１２中の圧電体粒子２６は、好ましくは均一に分散されていれば、粘弾性マトリックス２４中に不規則に分散されていてもよい。
　本発明の変換フィルム１０において、圧電体層１２中における粘弾性マトリックス２４と圧電体粒子２６との量比は、変換フィルム１０のサイズや厚さ、変換フィルム１０の用途、変換フィルム１０に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。変換フィルム１０のサイズとは、変換フィルムの面方向の大きさである。
　ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層１２中における圧電体粒子２６の体積分率は、３０～７０％が好ましく、特に、５０％以上とするのが好ましく、従って、５０～７０％とするのが、より好ましい。
　粘弾性マトリックス２４と圧電体粒子２６との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
　また、本発明の変換フィルム１０において、圧電体層１２の厚さにも、特に限定はなく、変換フィルム１０のサイズ、変換フィルム１０の用途、変換フィルム１０に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
　ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層１２の厚さは、１０μｍ～３００μｍが好ましく、２０～２００μｍがより好ましく、特に、３０～１００μｍが好ましい。
　圧電体層１２の厚さを、上記範囲とすることにより、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
　なお、圧電体層１２は、分極処理（ポーリング）されているのが好ましいのは、前述のとおりである。分極処理に関しては、後に詳述する。
　図２（Ａ）に示すように、本発明の変換フィルム１０において、圧電体層１２の一面には、下部薄膜電極１４が形成され、圧電体層１２の他方の面には上部薄膜電極１６が形成される。さらに、下部薄膜電極１４の上には下部保護層１８が形成され、上部薄膜電極１６の上には上部保護層２０は形成される。
　すなわち、変換フィルム１０は、圧電体層１２を下部薄膜電極１４および上部薄膜電極１６で挟持し、この積層体を下部保護層１８および上部保護層２０で挟持してなる構成を有する。
　ここで、上部電極１６は、第１セグメント１６ａ、第２セグメント１６ｂおよび第３セグメント１６ｃの３の領域に分割されている。他方、下部電極１４は、上部電極１６の全てのセグメントに対して共通な電極となっている。従って、第１セグメント１６ａ、第２セグメント１６ｂおよび第３セグメント１６ｃに、個々に駆動電力を供給することで、対応する領域の圧電体層１２を個々に駆動して音声を出力できる。
　また、上部電極１６の各セグメントの面積は、並列ＰＣＭデジタル信号の各ビット桁に対応して、２n倍ずつ、増加する。これにより、変換フィルム１０は、供給された並列ＰＣＭデジタル信号に応じてＤ／Ａ変換された再生音を出力できる。
　さらに、圧電体層１２は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス２４中に圧電体粒子２６を分散してなるものである。そのため、上部電極１６の各セグメントはパルス駆動しても残響が少なく、各セグメントの振動が互いに干渉するクロストークも少ない。この点に関しては後に詳述する。
　なお、図示例の変換フィルム１０では、下部電極１４は、３つのセグメントの全てに対応する共通電極である。しかしながら、本発明の変換フィルムでは、下部電極１４も、上部電極１６の各セグメントに対応して分割されていてもよい。あるいは、下部電極１４は、上部電極の２つのセグメントに共通な電極と、１つのセグメントに対応する電極とに分割されてもよい。
　また、上部電極は円形で下部電極は矩形等、上部電極と下部電極の平面形状は、異なっていてもよい。
　以上の点に関しては、後述する図５（Ａ）、図６（Ａ）および図７（Ａ）等に示す各変換フィルムでも、同様である。
　変換フィルム１０において、下部保護層１８および上部保護層２０は、圧電体層１２に適度な剛性と機械的強度を付与するものである。
　本発明の変換フィルム１０において、粘弾性マトリックス２４と圧電体粒子２６とからなる圧電体層１２は、ゆっくりとした曲げ変形に対しては、非常に優れた可撓性を示す。その反面、圧電体層１２は、用途によっては、剛性や機械的強度が不足する場合がある。変換フィルム１０は、合成や機械的強度を補うために、好ましい態様として、下部保護層１８および上部保護層２０が設けられる。
　下部保護層１８および上部保護層２０には、特に限定はなく、各種のシート状物が利用可能である。
　一例として、各種の樹脂フィルム（プラスチックフィルム）が好適に例示される。中でも、優れた機械的特性および耐熱性を有する等の理由により、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、および、環状オレフィン系樹脂が好適に利用される。
　下部保護層１８および上部保護層２０の厚さにも、特に、限定は無い。また、下部保護層１８および上部保護層２０の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
　ここで、下部保護層１８および上部保護層２０の剛性が高過ぎると、圧電体層１２の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、下部保護層１８および上部保護層２０は、薄いほど有利である。
　本発明者の検討によれば、下部保護層１８および上部保護層２０の厚さが、圧電体層１２の厚さの２倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
　例えば、圧電体層１２の厚さが５０μｍで下部保護層１８および上部保護層２０がＰＥＴからなる場合、下部保護層１８および上部保護層２０の厚さは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、中でも２５μｍ以下とするのが好ましい。
　本発明の変換フィルム１０において、圧電体層１２と下部保護層１８との間には下部薄膜電極１４が、圧電体層１２と上部保護層２０との間には上部薄膜電極１６が、それぞれ形成される。以下の説明では、下部薄膜電極１４を、下部電極１４とも言う。また、以下の説明では、上部薄膜電極１６を、上部電極１６とも言う。
　下部電極１４および上部電極１６は、圧電体層１２に電界を印加して、上部電極１６の各セグメントに対応する領域の圧電体層１２を伸縮させて、音声を出力させるために設けられる。
　本発明において、下部電極１４および上部電極１６の形成材料は、特に限定はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、炭素、パラジウム、鉄、錫、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅、クロムおよびモリブデン等や、これらの合金、酸化インジウムスズ等が例示される。中でも、銅、アルミニウム、金、銀、白金、および、酸化インジウムスズのいずれかは、好適に例示される。
　また、下部電極１４および上部電極１６の形成方法にも、特に限定はなく、真空蒸着やスパッタリング等の気相堆積法（真空成膜法）やめっきによる成膜や、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
　中でも特に、変換フィルム１０の可撓性が確保できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅やアルミニウムの薄膜は、下部電極１４および上部電極１６として、好適に利用される。その中でも特に、真空蒸着による銅の薄膜は、好適に利用される。
　下部電極１４および上部電極１６の厚さには、特に、限定は無い。また、下部電極１４および上部電極１６の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
　ここで、前述の下部保護層１８および上部保護層２０と同様に、下部電極１４および上部電極１６の剛性が高過ぎると、圧電体層１２の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、下部電極１４および上部電極１６は、電気抵抗が高くなり過ぎない範囲であれば、薄いほど有利である。
　ここで、本発明者の検討によれば、下部電極１４および上部電極１６の厚さとヤング率との積が、下部保護層１８および上部保護層２０の厚さとヤング率との積を下回れば、可撓性を大きく損なうことがないため、好適である。
　例えば、下部保護層１８および上部保護層２０がＰＥＴ（ヤング率：約６．２ＧＰａ）で、下部電極１４および上部電極１６が銅（ヤング率：約１３０ＧＰａ）からなる組み合わせの場合、下部保護層１８および上部保護層２０の厚さが２５μｍだとすると、下部電極１４および上部電極１６の厚さは、１．２μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましく、中でも０．１μｍ以下とするのが好ましい。
　前述のように、本発明の変換フィルム１０は、常温で粘弾性を有する粘弾性マトリックス２４に圧電体粒子２６を分散してなる圧電体層１２（高分子複合圧電体）を、下部電極１４および上部電極１６で挟持し、さらに、この積層体を、下部保護層１８および上部保護層２０を挟持してなる構成を有する。
　このような変換フィルム１０は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）が０．１以上となる極大値が常温に存在するのが好ましい。
　これにより、変換フィルム１０が外部から数Ｈｚ以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。
　変換フィルム１０は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０～３０ＧＰａ、５０℃において１～１０ＧＰａであるのが好ましい。
　これにより、常温で変換フィルム１０が貯蔵弾性率（Ｅ’）に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。
　また、変換フィルム１０は、厚さと動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）との積が、０℃において１．０×１０6～２．０×１０6（１．０Ｅ＋０６～２．０Ｅ＋０６）Ｎ／ｍ、５０℃において１．０×１０5～１．０×１０6（１．０Ｅ＋０５～１．０Ｅ＋０６）Ｎ／ｍであるのが好ましい。
　これにより、変換フィルム１０が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。
　さらに、変換フィルム１０は、動的粘弾性測定から得られたマスターカーブにおいて、２５℃、周波数１ｋＨｚにおける損失正接（Ｔａｎδ）が、０．０５以上であるのが好ましい。
　これにより、変換フィルム１０を用いたスピーカの周波数特性が平滑になり、スピーカの曲率の変化に伴い最低共振周波数ｆ0が変化した際の音質の変化量も小さくできる。
　図１（Ａ）に示すように、上部電極１６は、第１セグメント１６ａ、第２セグメント１６ｂおよび第３セグメント１６ｃの３つのセグメントに分割されている。
　上部電極１６において、各セグメントは、電気的に接続しないように間隙１６ｓを有して離間されている。各セグメント間の間隙１６ｓすなわち各セグメントの離間距離は、１ｍｍ以上とするのが好ましく、１０ｍｍ以上とするのがより好ましい。各セグメントの間隙１６ｓを１ｍｍ以上とすることにより、各セグメント間でのクロストークをより好適に防止できる等の点で好ましい。
　また、各セグメントの間に、必要に応じて、絶縁層を設けても良い。
　ここで、上部電極１６の各セグメントの面積は、並列ＰＣＭデジタル信号の各ビット桁に対応して、２n倍ずつ、増加する。なお、『２n倍』とは、『２のｎ乗倍』である。また、この式において、ｎは、１ずつ増加する、０を含む自然数である。
　セグメントの数は、最大ビット数Ｎの数となる。
　従って、最大のセグメントは、変換フィルムの最大ビット数Ｎに応じて、最小面積のセグメントに対して２N-1倍まで面積を増加したセグメントとなる。言い換えれば、最大のセグメントは、変換フィルムの最大ビット数Ｎに応じて、最小面積のセグメントに対して２N-1倍まで重み付けを行ったセグメントとなる。
　図示例の変換フィルム１０においては、上部電極１６は、３ビット（８階調（８段階の音声出力強度））の出力に対応して、３ビット桁の並列ＰＣＭデジタル信号の各ビット桁の重みに比例した面積となるように、各セグメントに分割されている。すなわち、第１セグメント１６ａの面積を１（２0）とすると、第２セグメント１６ｂの面積は２（２1）、第３セグメント１６ｃの面積は４（２2）となっている。
　従って、上部電極１６の第１セグメント１６ａ～第３セグメント１６ｃを、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じて、各ビット桁に対応するセグメントを３ビットの２進数表現で示される８つの駆動パターンで駆動することにより、各ビット桁の重みに比例して、それぞれのセグメントから発生された音波が加算合成されて、正しくＤ／Ａ変換された８階調の再生音を出力できる。
　図２（Ａ）～図２（Ｈ）に、並列ＰＣＭデジタル信号に応じた変換フィルム１０の駆動方法の一例を概念的に示す。
　なお、図２（Ａ）～図２（Ｈ）においては、構成を明確に示すために、上部保護層２０は省略し、かつ、図面を簡潔にするために、各セグメント間の間隙も省略する。
　また、図２（Ａ）～図２（Ｈ）においては、駆動するセグメントに網を掛けている。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『０』の場合には、図２（Ａ）に示すように、第１セグメント１６ａ～第３セグメント１６ｃを１つも駆動しない（０＋０＋０＝０）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『１』の場合には、図２（Ｂ）に示すように、第１セグメント１６ａのみを駆動する（０＋０＋２0＝１）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『２』の場合には、図２（Ｃ）に示すように、第２セグメント１６ｂのみを駆動する（０＋２1＋０＝２）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『３』の場合には、図２（Ｄ）に示すように、第１セグメント１６ａおよび第２セグメント１６ｂを駆動する（０＋２1＋２0＝３）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『４』の場合には、図２（Ｅ）に示すように、第３セグメント１６ｃのみを駆動する（２2＋０＋０＝４）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『５』の場合には、図２（Ｆ）に示すように、第１セグメント１６ａおよび第３セグメント１６ｃを駆動する（２2＋０＋２0＝５）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『６』の場合には、図２（Ｇ）に示すように、第２セグメント１６ｂおよび第３セグメント１６ｃを駆動する（２2＋２1＋０＝６）。
　さらに、並列ＰＣＭデジタル信号が『７』の場合には、図２（Ｈ）に示すように、第１セグメント１６ａ～第３セグメント１６ｃを全て駆動する（２2＋２1＋２0＝７）。
　これにより、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた、０～７までの８階調の強度のＤ／Ａ変換した音声出力が可能になる。
　ここで、前述のように、本発明の変換フィルム１０は、圧電体層１２として、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス２４中に圧電体粒子２６を分散してなる高分子複合圧電体を用いている。
　前述のように、この変換フィルム１０は、弾性率に大きな周波数分散を有しており、常温において、オーディオ帯域（１００Ｈｚ～１０ｋＨｚ）の振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振舞う。さらに、この変換フィルム１０は、常温において、２０ｋＨｚ以下の全ての周波数の振動に対して適度に大きい損失正接を有しており、オーディオ帯域における損失正接は０．０９～０．３５と非常に大きい。
　そのため、変換フィルム１０を振動板として用いるデジタルスピーカは、広い周波数帯域で高音質な再生を行うことができ、また、並列ＰＣＭデジタル信号を再生した場合でも、各セグメント間における振動の干渉が非常に少ない。
　さらに、変換フィルム１０は、並列ＰＣＭデジタル信号のｏｎに応じて即座に音声出力が立ち上がり、ｏｆｆに応じて直ちに音声出力が止まる。すなわち、変換フィルム１０は残響が非常に少ない。
　そのため、本発明の変換フィルム１０（デジタルスピーカ）によれば、それぞれのセグメントで、好適に並列ＰＣＭデジタル信号を再生することができる。
　さらに、本発明の電気音響変換フィルムによれば、フレキシブルなデジタルスピーカが可能であり、しかも、曲げた場合も、曲率や曲げる方向による音質の変化も少ない。
　図３（Ａ）に、変換フィルム１０の試験片を作製し、動的粘弾性の温度依存性を測定した結果を示す。また、図３（Ｂ）に、この動的粘弾性測定から得られた，基準温度２５℃でのマスターカーブを示す。
　マスターカーブとは、一定温度における粘弾性特性の周波数分散を示すものである。一般に、動的粘弾性測定結果における周波数と温度の間には、「時間－温度換算則」に基づく一定の関係がある。例えば、温度の変化を周波数の変化に換算し、一定温度における粘弾性特性の周波数分散を調べることができる。この時に作成されるカーブを、マスターカーブと呼ぶ。実際のオーディオ帯域、例えば１ｋＨｚでの粘弾性測定は現実的ではないため、オーディオ帯域における材料の貯蔵弾性率Ｅ’や損失正接Ｔａｎδを把握する上で、マスターカーブは有効である。
　なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すグラフは、後に詳述する実施例に記載の方法で作製した変換フィルムの試験片を用いて、下記の試験を行って測定したものである。
　［動的粘弾性試験］
　作製した変換フィルムから、１ｃｍ×４ｃｍの短冊状試験片を作製した。
　この試験片の動的粘弾性（貯蔵弾性率Ｅ’（ＧＰａ）および損失正接Ｔａｎδ）を、動的粘弾性試験機（ＳＩＩナノテクノロジー　ＤＭＳ６１００粘弾性スペクトロメーター）を使用して測定した。測定条件を以下に示す。
　　測定温度範囲：－２０℃～１００℃
　　昇温速度：２℃／分
　　測定周波数：０．１Ｈｚ、０．２Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１．０Ｈｚ、２．０Ｈｚ、５．０Ｈｚ、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ
　　測定モード：引っ張り測定
　本発明の変換フィルム１０は、セグメント間に信号が印加されない領域を有する。セグメント間の信号が印加されない領域とは、すなわち間隙１６ｓであり、各セグメントを分離する分離領域である。
　この分離領域は、常に，周波数０Ｈｚにおけるレオロジー特性を示す。ここで、図３（Ｂ）に示すように、変換フィルム１０は、周波数が０Ｈｚ近辺では損失正接（損失正接Ｔａｎδ）が大きく、また、貯蔵弾性率Ｅ’が小さいため音速が小さくなる。そのため、この分離領域において各セグメントからの振動を打ち消すことができ、一方のセグメントの振動が他方のセグメントに伝搬することを防止できる。従って、各セグメントに互いに異なる信号を入力して再生した場合でも、各セグメントの振動が互いに干渉することなく、それぞれの領域で好適に音響信号を再生することができる。
　また、電圧の印加によって即座に振動を開始し、かつ、駆動を停止した場合には、振動が即座に停止する。すなわち、残響が少ない。
　以下、図４（Ａ）～図４（Ｅ）の概念図を参照して、変換フィルム１０の製造方法の一例を説明する。
　まず、図４（Ａ）に示すように、下部保護層１８の上に下部電極１４が形成されたシート状物１０ａを準備する。
　このシート状物１０ａは、下部保護層１８の表面に、真空蒸着、スパッタリング、めっき等によって下部電極１４となる銅薄膜等を形成して作製すればよい。あるいは、シート状物１０ａは、下部保護層１８の上に銅薄膜等が形成された、市販品を利用してもよい。
　一方で、有機溶媒に、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する高分子材料を溶解し、さらに、ＰＺＴ粒子等の圧電体粒子２６を添加し、攪拌して分散してなる塗料を調製する。以下の説明では、常温で粘弾性を有する高分子材料を、粘弾性材料とも言う。
　有機溶媒には、特に限定はなく、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が利用可能である。
　シート状物１０ａを準備し、かつ、前述の塗料を調製したら、この塗料をシート状物１０ａにキャスティング（塗布）して、有機溶媒を蒸発して乾燥する。これにより、図４（Ｂ）に示すように、下部保護層１８の上に下部電極１４を有し、下部電極１４の上に圧電体層１２を形成してなる積層体１０ｂを作製する。
　この塗料のキャスティング方法には、特に、限定はなく、スライドコータやドクターナイフ等の公知の方法（塗布装置）が、全て、利用可能である。
　あるいは、粘弾性材料がシアノエチル化ＰＶＡのように加熱溶融可能な物であれば、以下の方法も利用可能である。まず、粘弾性材料を加熱溶融して、これに圧電体粒子２６を添加／分散してなる溶融物を作製する。この溶融物を、押し出し成形等によって、図４（Ａ）に示すシート状物の上にシート状に押し出し、冷却する。これにより、図４（Ｂ）に示すような、下部保護層１８の上に下部電極１４を有し、下部電極１４の上に圧電体層１２を形成してなる積層体１０ｂを作製してもよい。
　なお、前述のように、本発明の変換フィルム１０において、粘弾性マトリックス２４には、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料以外にも、ＰＶＤＦ等の高分子圧電材料を添加しても良い。
　粘弾性マトリックス２４に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、前述の塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。あるいは、前述の加熱溶融した粘弾性材料に、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。
　下部保護層１８の上に下部電極１４を有し、下部電極１４の上に圧電体層１２を形成してなる積層体１０ｂを作製したら、好ましくは、圧電体層１２の分極処理（ポーリング）を行う。
　圧電体層１２の分極処理の方法には、特に限定はなく、公知の方法が利用可能である。好ましい分極処理の方法として、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示す方法が例示される。
　この方法では、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示すように、積層体１０ｂの圧電体層１２の上面１２ａの上に、間隔ｇを例えば１ｍｍ開けて、この上面１２ａに沿って移動可能な棒状あるいはワイヤー状のコロナ電極５０を設ける。そして、このコロナ電極５０と下部電極１４とを直流電源５２に接続する。
　さらに、積層体１０ｂを加熱保持する加熱手段、例えば、ホットプレートを用意する。
　その上で、圧電体層１２を、加熱手段によって、例えば、温度１００℃に加熱保持した状態で、直流電源５２から下部電極１４とコロナ電極５０との間に、数ｋＶ、例えば、６ｋＶの直流電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。さらに、間隔ｇを維持した状態で、圧電体層１２の上面１２ａに沿って、コロナ電極５０を移動（走査）して、圧電体層１２の分極処理を行う。
　このようなコロナ放電を利用する分極処理において、コロナ電極５０の移動は、公知の棒状物の移動手段を用いればよい。以下の説明では、コロナ放電を利用する分極処理を、コロナポーリング処理とも言う。
　また、コロナポーリング処理では、コロナ電極５０を移動する方法にも、限定はされない。すなわち、コロナ電極５０を固定し、積層体１０ｂを移動させる移動機構を設け、この積層体１０ｂを移動させて分極処理をしてもよい。この積層体１０ｂの移動も、公知のシート状物の移動手段を用いればよい。
　さらに、コロナ電極５０の数は、１本に限定はされず、複数本のコロナ電極５０を用いて、コロナポーリング処理を行ってもよい。
　また、分極処理は、コロナポーリング処理に限定はされず、分極処理を行う対象に、直接、直流電界を印加する、通常の電界ポーリングも利用可能である。但し、この通常の電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、上部電極１６を形成する必要が有る。
　なお、この分極処理の前に、圧電体層１２の表面を加熱ローラ等を用いて平滑化する、カレンダー処理を施してもよい。このカレンダー処理を施すことで、後述する熱圧着工程がスムーズに行える。
　一方で、上部保護層２０の上部電極１６が形成されたシート状物１０ｃを、準備する。
　このシート状物１０ｃは、例えば、上部保護層２０の表面にマスキング等を行って、前述のシート状物１０ａと同様に真空蒸着などによって銅薄膜等を形成して、各セグメントに分割された上部電極１６を作製すればよい。あるいは、前述のシート状物１０ａを、上部電極１６の形成材料に応じて加工することで、各セグメントに分割された上部電極１６を作製してもよい。あるいは、圧電体層１２の表面にスクリーン印刷によって銀ペースト等を形成することにより、各セグメントに分割された上部電極１６を作製してもよい。
　このシート状物１０ｃを、図４（Ｅ）に示すように、上部電極１６を圧電体層１２に向けて、圧電体層１２の分極処理を終了した積層体１０ｂに積層する。
　さらに、この積層体１０ｂとシート状物１０ｃとの積層体を、下部保護層１８および上部保護層２０を挟持するようにして、加熱プレス装置や加熱ローラ対等を用いて熱圧着して、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すような、本発明の変換フィルム１０を完成する。
　図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す変換フィルム１０は、矩形の平面形状を有する変換フィルム１０の上部電極１６を、矩形のセグメントに分割したものである。
　本発明の変換フィルムは、これ以外にも、各種の構成が利用可能である。
　図５（Ａ）～図５（Ｈ）に、本発明の変換フィルムの別の例を概念的に示す。なお、図５（Ａ）～図５（Ｈ）は、図１（Ｂ）や図２（Ａ）～図２（Ｈ）と同様の上面図である。
　なお、図５（Ａ）～図５（Ｈ）においても、構成を明確に示すために、上部保護層２０は省略し、かつ、図面を簡潔にするために、各セグメントの間隙も省略する。
　また、図５（Ａ）等に示す変換フィルム３０も、圧電体層１２を下部電極１４および上部電極３２で挟持し、この積層体を下部保護層１８および上部保護層２０で挟持してなる構成を有するのは、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す変換フィルム１０と同じである。さらに、下部電極１４は、分割された上部電極３２の各セグメントに共通の共通電極である。
　以上の点に関しては、後述する図６（Ａ）や図７（Ａ）等に示す各変換フィルムでも、同様である。
　なお、変換フィルム３０は、円形の平面形状を有するのに限定はされず、矩形の平面形状を有する変換フィルムに、円形の上部電極３２を形成してもよい。あるいは、逆に、円形の変換フィルムに、矩形の上部電極を形成してもよい。
　この点に関しても、後述する図６（Ａ）や図７（Ａ）等に示す各変換フィルムでも、同様である。
　図５（Ａ）等に示す変換フィルム３０において、上部電極３２は、円形の第１セグメント３２ａ、第１セグメント３２ａを囲む円環形の第２セグメント３２ｂ、および、第２セグメント３２ｂを囲む円環形の第３セグメント３２ｃの、３つのセグメントに分割されている。第１セグメント３２ａ、第２セグメント３２ｂおよび第３セグメント３２ｃは、その中心を一致する。
　なお、円環形とは、言い換えれば、平面上において、半径が異なる二つの同心円によって形成される形状である。
　変換フィルム３０においても、上部電極３２の各セグメントは、３ビット（８階調）の出力に対応して、３ビット桁の並列ＰＣＭデジタル信号の各ビット桁の重みに比例した面積となっている。すなわち、第１セグメント３２ａの面積を１とすると、第２セグメント３２ｂの面積は２、第３セグメント３２ｃの面積は４となっている。
　従って、各ビット桁に対応するセグメントを、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた８つの駆動パターンで駆動することにより、正しくＤ／Ａ変換された８階調の再生音を出力できる。
　すなわち、並列ＰＣＭデジタル信号が『０』の場合には、図５（Ａ）に示すように、第１セグメント３２ａ～第３セグメント３２ｃを１つも駆動しない（０＋０＋０＝０）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『１』の場合には、図５（Ｂ）に示すように、第１セグメント３２ａのみを駆動する（０＋０＋２0＝１）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『２』の場合には、図５（Ｃ）に示すように、第２セグメント３２ｂのみを駆動する（０＋２1＋０＝２）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『３』の場合には、図５（Ｄ）に示すように、第１セグメント３２ａおよび第２セグメント３２ｂを駆動する（０＋２1＋２0＝３）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『４』の場合には、図５（Ｅ）に示すように、第３セグメント３２ｃのみを駆動する（２2＋０＋０＝４）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『５』の場合には、図５（Ｆ）に示すように、第１セグメント３２ａおよび第３セグメント３２ｃを駆動する（２2＋０＋２0＝５）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『６』の場合には、図５（Ｇ）に示すように、第２セグメント３２ｂおよび第３セグメント３２ｃを駆動する（２2＋２1＋０＝６）。
　さらに、並列ＰＣＭデジタル信号が『７』の場合には、図５（Ｈ）に示すように、第１セグメント３２ａ～第３セグメント３２ｃを全て駆動する（２2＋２1＋２0＝７）。
　これにより、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた、０～７までの８階調の強度のＤ／Ａ変換した音声出力が可能になる。
　図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す変換フィルム１０は、上部電極１６の各セグメントが偏在するため、音が偏在して聞こえてしまう可能性が有る。
　これに対し、図５（Ａ）等に示す変換フィルム３０は、上部電極３２の各セグメントが、中心を一致する円形および円環形で形成されるので、音の偏在が無く、より自然な音声出力が可能である。
　なお、図５（Ａ）等に示す変換フィルム３０では、円形のセグメントを有さず、円環形のセグメントのみで、上部電極を構成してもよい。
　図６（Ａ）～図６（Ｈ）に、本発明の変換フィルムの別の例を概念的に示す。なお、図６（Ａ）～図６（Ｈ）も、図１（Ｂ）や図２（Ａ）～図２（Ｈ）と同様の上面図である。
　図６（Ａ）等に示す変換フィルム３６において、上部電極３８は円形である。この上部電極３８は、円の中心から放射状に分割されて、第１セグメント３８ａ、第２セグメント３８ｂおよび第３セグメント３８ｃの、３つの扇形のセグメントに分割されている。
　また、変換フィルム３６においても、上部電極３８の各セグメントは、３ビット（８階調）の出力に対応して、３ビット桁の並列ＰＣＭデジタル信号の各ビット桁の重みに比例した面積となっている。すなわち、第１セグメント３８ａの面積を１とすると、第２セグメント３８ｂの面積は２、第３セグメント３８ｃの面積は４となっている。
　従って、各ビット桁に対応するセグメントを、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた８つの駆動パターンで駆動することにより、正しくＤ／Ａ変換された８階調の再生音を出力できる。
　すなわち、並列ＰＣＭデジタル信号が『０』の場合には、図６（Ａ）に示すように、第１セグメント３８ａ～第３セグメント３８ｃを１つも駆動しない（０＋０＋０＝０）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『１』の場合には、図６（Ｂ）に示すように、第１セグメント３８ａのみを駆動する（０＋０＋２0＝１）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『２』の場合には、図６（Ｃ）に示すように、第２セグメント３８ｂのみを駆動する（０＋２1＋０＝２）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『３』の場合には、図６（Ｄ）に示すように、第１セグメント３８ａおよび第２セグメント３８ｂを駆動する（０＋２1＋２0＝３）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『４』の場合には、図６（Ｅ）に示すように、第３セグメント３８ｃのみを駆動する（２2＋０＋０＝４）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『５』の場合には、図６（Ｆ）に示すように、第１セグメント３８ａおよび第３セグメント３８ｃを駆動する（２2＋０＋２0＝５）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『６』の場合には、図６（Ｇ）に示すように、第２セグメント３８ｂおよび第３セグメント３８ｃを駆動する（２2＋２1＋０＝６）。
　さらに、並列ＰＣＭデジタル信号が『７』の場合には、図６（Ｈ）に示すように、第１セグメント３８ａ～第３セグメント３８ｃを全て駆動する（２2＋２1＋２0＝７）。
　これにより、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた、０～７までの８階調の強度のＤ／Ａ変換した音声出力が可能になる。
　図７（Ａ）～図７（Ｈ）に、本発明の変換フィルムの別の例を概念的に示す。なお、図７（Ａ）～図７（Ｈ）も、図１（Ｂ）や図２（Ａ）～図２（Ｈ）と同様の上面図である。
　図７（Ａ）等に示す変換フィルム４０においても、上部電極４２は円形である。この円形の上部電極４２も、円の中心から放射状に扇状に分割されている。ここで、上部電極４２は、円の中心を通過する直線で扇状に分割されるものであり、円の中心に対して点対称となる２つの対称領域から、１つのセグメントが形成される。
　すなわち、上部電極４２は、中心に対して点対称となる２つの対称領域からなる第１セグメント４２ａ、中心に対して点対称となる２つの対称領域からなる第２セグメント４２ｂ、および、中心に対して点対称となる２つの対称領域からなる第３セグメント４２ｃの、３つのセグメントに分割されている。
　また、変換フィルム４０においても、上部電極４２の各セグメントは、３ビット（８階調）の出力に対応して、３ビット桁の並列ＰＣＭデジタル信号の各ビット桁の重みに比例した面積となっている。すなわち、第１セグメント４２ａの面積を１とすると、第２セグメント４２ｂの面積は２、第３セグメント４２ｃの面積は４となっている。
　従って、各ビット桁に対応するセグメントを、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた８つの駆動パターンで駆動することにより、正しくＤ／Ａ変換された８階調の再生音を出力できる。
　すなわち、並列ＰＣＭデジタル信号が『０』の場合には、図７（Ａ）に示すように、第１セグメント４２ａ～第３セグメント４２ｃを１つも駆動しない（０＋０＋０＝０）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『１』の場合には、図７（Ｂ）に示すように、第１セグメント４２ａのみを駆動する（０＋０＋２0＝１）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『２』の場合には、図７（Ｃ）に示すように、第２セグメント４２ｂのみを駆動する（０＋２1＋０＝２）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『３』の場合には、図７（Ｄ）に示すように、第１セグメント４２ａおよび第２セグメント４２ｂを駆動する（０＋２1＋２0＝３）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『４』の場合には、図７（Ｅ）に示すように、第３セグメント４２ｃのみを駆動する（２2＋０＋０＝４）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『５』の場合には、図７（Ｆ）に示すように、第１セグメント４２ａおよび第３セグメント４２ｃを駆動する（２2＋０＋２0＝５）。
　並列ＰＣＭデジタル信号が『６』の場合には、図７（Ｇ）に示すように、第２セグメント４２ｂおよび第３セグメント４２ｃを駆動する（２2＋２1＋０＝６）。
　さらに、並列ＰＣＭデジタル信号が『７』の場合には、図７（Ｈ）に示すように、第１セグメント４２ａ～第３セグメント４２ｃを全て駆動する（２2＋２1＋２0＝７）。
　これにより、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号に応じた、０～７までの８階調の強度のＤ／Ａ変換した音声出力が可能になる。
　図６（Ａ）等に示す変換フィルム３６も、上部電極３８の各セグメントが偏在するため、音が偏在して聞こえてしまう可能性が有る。
　これに対し、図７（Ａ）等に示す変換フィルム４０は、上部電極４２の各セグメントが、中心に対して点対称な２つの対称領域で形成されるので、音の偏在が無く、より自然な音声出力が可能である。
　なお、本発明の変換フィルム（デジタルスピーカ）は、図示例のような３ビット８階調の出力に限定はされない。すなわち、最大ビット数Ｎに対応して上部電極（および／または下部電極）をＮ個のセグメントに分割し、各セグメントの面積をビット桁に応じて２n倍ずつ増加させれば、各種のビット数の出力に対応可能である。
　例えば、１６ビットであれば、面積が２n倍ずつ、増加する１６個のセグメントに上部電極を分割すれば、１６ビット桁の併設ＰＣＭデジタル信号を再現できる。従って、この場合、最大のセグメントの面積は、最小面積のセグメントに対して、２16-1倍となる。なお、最小面積のセグメントとは、すなわち、並列ＰＣＭデジタル信号１を表現するセグメントである。
　また、以上の例では各セグメントに入力される信号強度、すなわち駆動電圧を同じとして、各セグメントの面積によって各ビット桁に応じた重み付けを行っている。しかしながら、各セグメントに入力する駆動電圧は、必ずしも同じでなくても構わない。
　すなわち、各セグメント毎の駆動電圧にも重み付けを行うことで、面積による重み付けを補完、あるいは、拡張することで、限られたセグメント数でも高階調の音声出力が可能である。
　以上、本発明の電気音響変換フィルムおよびデジタルスピーカについて詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
　以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明についてより詳細に説明する。
　［実施例１］
　前述図４（Ａ）～図４（Ｅ）に示す方法によって、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す本発明の変換フィルム１０を作製した。
　まず、下記の組成比で、シアノエチル化ＰＶＡ（ＣＲ－Ｖ　信越化学工業社製）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解した。その後、この溶液に、ＰＺＴ粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー（回転数２０００ｒｐｍ）で分散させて、圧電体層１２を形成するための塗料を調製した。
・ＰＺＴ粒子・・・・・・・・・・・３００質量部
・シアノエチル化ＰＶＡ・・・・・・・３０質量部
・ＤＭＦ・・・・・・・・・・・・・・７０質量部
　なお、ＰＺＴ粒子は、市販のＰＺＴ原料粉を１０００～１２００℃で焼結した後、これを平均粒径５μｍになるように解砕および分級処理したものを用いた。
　一方、厚さ４μｍのＰＥＴフィルムに、厚さ０．１μｍの銅薄膜を真空蒸着してなるシート状物１０ａおよび１０ｃを用意した。すなわち、本例においては、下部電極１４および上部電極１６は、厚さ０．１ｍの銅蒸着薄膜であり、下部保護層１８および上部保護層２０は厚さ４μｍのＰＥＴフィルムとなる。
　シート状物１０ａおよびシート状物１０ｃの大きさは、スピーカに組み込んだ際の振動面の大きさが、２１０×３００ｍｍ（Ａ４サイズ）となる大きさとした。
　なお、シート状物１０ｃは、マスク蒸着法によって、図１（Ａ）に示すような、第１セグメント１６ａ、第２セグメント１６ｂおよび第３セグメント１６ｃに分割した上部電極１６を形成している。
　各セグメントの間隙１６ｓは５ｍｍとした。また、各セグメントの面積は、第２セグメント１６ｂが第１セグメント１６ａの２倍、第３セグメント１６ｃが第１セグメント１６ａの４倍となるようにした。
　シート状物１０ａの下部電極１４（銅蒸着薄膜）の上に、スライドコータを用いて、先に調製した圧電体層１２を形成するための塗料を塗布した。なお、塗料は、乾燥後の塗膜の膜厚が４０μｍになるように、塗布した。
　次いで、シート状物１０ａの上に塗料を塗布した物を、１２０℃のホットプレート上で加熱乾燥することでＤＭＦを蒸発させた。これにより、ＰＥＴ製の下部保護層１８の上に銅製の下部電極１４を有し、その上に、厚さが４０μｍの圧電体層１２を形成してなる積層体１０ｂを作製した。
　この積層体１０ｂの圧電体層１２を、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）に示す前述のコロナポーリングによって、分極処理した。なお、分極処理は、圧電体層１２の温度を１００℃として、下部電極１４とコロナ電極５０との間に６ｋＶの直流電圧を印加してコロナ放電を生じさせて、行った。
　分極処理を行った積層体１０ｂの上に、上部電極１６（銅薄膜側）を圧電体層１２に向けてシート状物１０ｃを積層した。
　次いで、積層体１０ｂとシート状物１０ｃとの積層体を、ラミネータ装置を用いて１２０℃で熱圧着することで、圧電体層１２と下部電極１４および上部電極１６とを接着して、変換フィルム１０を作製した。
　図８に示すような、一面が開放する矩形の箱型のケース５６を用意した。ケース５６はプラスチック製で、開口部の大きさが２００×２９０ｍｍ、深さ９ｍｍのものである。
　変換フィルム１０の粘弾性支持体として、ケース５６に、組立前の高さ２５ｍｍ、密度３２ｋｇ／ｍ3のグラスウール５８を収容した。
　変換フィルム１０をケース８２の開口部を覆うように配置して周辺を枠体６０で固定し、粘弾性支持体８４により変換フィルム１０に適度な張力と曲率を付与して、図８に示すようなスピーカを作製した。
　［スピーカ性能試験］
　作製したスピーカの第１セグメント１６ａ、第２セグメント１６ｂおよび第３セグメント１６ｃに、３ビットの並列ＰＣＭデジタル信号を入力し、官能評価によって音質を評価した。
　評価は、２０人による官能評価で行い、音の明瞭性や階調性が良いと評価した人数が１８人以上の場合を評価Ａとし、１６人以上、１８人未満の場合を評価Ｂとし、１６未満の場合を評価Ｃとした。
　評価はＡであった。
　［実施例２］
　下記の組成比で、ポリ酢酸ビニル（アルドリッチ社製）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解した。その後、この溶液に、ＰＺＴ粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー（回転数２０００ｒｐｍ）で分散させて、圧電体層１２を形成するための塗料を調製した。
・ＰＺＴ粒子・・・・・・・・・・・２００質量部
・ポリ酢酸ビニル・・・・・・・・・・２０質量部
・ＤＭＦ・・・・・・・・・・・・・・８０質量部
　ＰＺＴ粒子は、実施例１と同様に作製した。
　この塗料を用いて圧電体層１２を形成した以外は、実施例１と同様にして、変換フィルム１０を作製した。
　実施例１と同様のスピーカを作製して、実施例１と同様の評価を行った。その結果、評価はＢであった。
　［比較例１］
　市販の厚さ５０μｍのＰＶＤＦをスピーカ用振動板として用いて、上部電極、下部電極をそれぞれ、真空蒸着にて実施例１と同様の位置に形成し、変換フィルムを作製した。
　実施例１と同様のスピーカを作製して、実施例１と同様の評価を行った。その結果、評価はＣであった。
　実施例１の結果から、本発明の変換フィルム１０は、残響が無く、かつ、各セグメント間のクロストーク（干渉）もなく、好適に並列ＰＣＭデジタル信号を再生できることが分かる。
　また、圧電体層１２を形成する高分子材料として、シアノエチル化ＰＶＡに変えてポリ酢酸ビニルを用いた実施例２は、高分子材料の室温（２５℃）における比誘電率が実施例１よりも低いため、エネルギー変換効率が低く、音量は劣るものの、音の明瞭性や階調性は、比較例よりも優れている。なお、高分子材料の室温における比誘電率は、実施例１は約２０、実施例２は約３である。
　一方、ＰＶＤＦをスピーカ用振動板として用いた比較例１の変換フィルムは、並列ＰＣＭデジタル信号を入力すると、残響やクロストークが発生して、高品位に並列ＰＣＭデジタル信号を再生することができなかった。
　以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
　１０，３０，３６，４０　（電気音響）変換フィルム
　１２　圧電体層体
　１４　下部（薄膜）電極
　１６，３２，３８，４２　上部（薄膜）電極
　１６ａ，３２ａ，３８ａ，４２ａ　第１セグメント
　１６ｂ，３２ｂ，３８ｂ，４２ｂ　第２セグメント
　１６ｃ，３２ｃ，３８ｃ，４２ｃ　第３セグメント
　１６ｓ　間隙
　５０　コロナ電極
　５２　直流電源
　５６　ケース
　５８　グラスウール
　６０　枠体

Claims (12)

  1. 　常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に、圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体と、前記高分子複合圧電体の両面に設けられる薄膜電極とを有し、
    　かつ、前記薄膜電極の少なくとも一方は、面積が２n倍（ｎは、１ずつ増加する、０を含む自然数）ずつ増加する、複数の領域に分割されていることを特徴とする電気音響変換フィルム。
  2. 　前記電極の複数に分割された領域は、中心を一致する複数の円環形の領域である請求項１に記載の電気音響変換フィルム。
  3. 　前記電極の複数に分割された領域は、最小の前記円環形の領域の内側に、前記円環形の領域と中心を一致する円形の領域を有する請求項２に記載の電気音響変換フィルム。
  4. 　前記電極の複数に分割された領域は、放射状に分割された複数の領域である請求項１に記載の電気音響変換フィルム。
  5. 　前記放射状に分割された複数の領域は、１点を通過する直線で放射状に分割されるものであり、前記１点に対して点対称となる２つの対称領域から前記領域が形成される請求項４に記載の電気音響変換フィルム。
  6. 　前記薄膜電極の両面に形成された保護層を有する請求項１～５のいずれか１項に記載の電気音響変換フィルム。
  7. 　前記高分子材料の動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）が０．５以上となる極大値が０～５０℃の温度範囲に存在する請求項１～６のいずれか１項に記載の電気音響変換フィルム。
  8. 　前記電気音響変換フィルムの動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０～３０ＧＰａ、５０℃において１～１０ＧＰａである請求項１～７のいずれか１項に記載の電気音響変換フィルム。
  9. 　前記高分子材料の周波数１Ｈｚでのガラス転移温度が０～５０℃である請求項１～８のいずれか１項に記載の電気音響変換フィルム。
  10. 　前記高分子材料がシアノエチル基を有する請求項１～９のいずれか１項に記載の電気音響変換フィルム。
  11. 　前記高分子材料がシアノエチル化ポリビニルアルコールである請求項１０に記載の電気音響変換フィルム。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載の電気音響変換フィルムを用いるデジタルスピーカ。
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