JPH0753000B2 - 圧電スピーカ - Google Patents

圧電スピーカ

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JPH0753000B2
JPH0753000B2 JP18642589A JP18642589A JPH0753000B2 JP H0753000 B2 JPH0753000 B2 JP H0753000B2 JP 18642589 A JP18642589 A JP 18642589A JP 18642589 A JP18642589 A JP 18642589A JP H0753000 B2 JPH0753000 B2 JP H0753000B2
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進 吉村
睦明 村上
克之 中村
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は音響機器などに使用される、改良された振動
板材料を有する圧電スピーカに関するものである。
従来の技術 近年、音響機器はほとんどディジタル化され、音質の飛
躍的な向上を図られて以来、スピーカにおける振動板に
対する要求性能は益々厳しくなってくる。このような振
動板には、外力による変形が少なく音の歪みが小さい
事、再生音域が広く明瞭な音質を出す事が求められてお
り、そのためには軽く、しかも弾性率、剛性にすぐれて
いる事が要求されている。この事を具体的な物性値の条
件としてまとめると、 ヤング率(E)が大きい事。
密度(ρ)が小さい事。
音速(音波の伝搬速度V)が大きい事。
振動の内部損失(tanδ)が適当である事。
などである。ただし、V,E,ρの間にはV=√E/ρの関係
がある。もちろんこれらの条件以外に、加工の容易性、
はんだ付け性、錆びにくさ、熱や湿度などの外部条件に
対して安定である事なども大切である事は言うまでもな
い。
一方、セラミックからなる圧電素子を音源(電気−音響
変換素子)とする圧電ブザーあるいはスピーカが多く用
いられる様になってきている。その理由は、薄型である
こと、低価格化が容易であること、あるいは低消費電力
であること等である。セラミック(圧電)スピーカにお
いては、セラミックの薄膜に電気信号を与え振動を発生
させ、その振動をセラミック板に密着させた振動板に伝
え、可聴領域の音を発生させている。振動板材料として
は、従来、黄銅板、鉄板、ステンレス、鉄−ニッケル合
金、アルミニウム、プラスチック等がその素材として用
いられて来た。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、現在圧電スピーカに用いられている振動
板材料はほとんどがハイファイオーデオの観点から見る
と十分な性能を持っているものとは言い難い。例えば、
プラスチックはヤング率や密度、音速などの特性が振動
板としては十分でなく、特に高周波数帯域での周波数特
性は著しく劣るものであって、高音用スピーカ(ツイー
タ)の振動板として明瞭な音質を得る事は困難である。
また、アルミニウムなどでも密度の大きさから、十分に
高い音速を得ることは難しい。ボロン、ベリリウム等の
金属は高い音速(12km/sec)を持ち、ツイータ用の優れ
た振動板材料であると言われている。しかしながら、こ
れらの金属の場合、振動の内部損失が小さいため、高周
波振動現象等を生じ易く、金属質のかん高い音しか発生
しないことになってしまう。事実、現在の圧電スピーカ
は、音質まで考慮するとまだ従来のボイスコイルタイプ
(電動型)のコーンあるいは平板型スピーカと競合する
ところまで至っていないことは明かである。
本発明は、上記のような、圧電スピーカにおける従来の
振動板材料のもつ欠点を克服し、優れた高周波特性を有
しかつ良質の音色の再現を可能にする新規なスピーカを
提供しようとするものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは先に述べた圧電スピーカ用振動板の問題点
を解決するために鋭意検討を重ねた結果、従来の振動板
材料ではこれ以上の特性の向上は困難であろうとの結論
に達した。そして、新規なグラファイト皮膜を圧電スピ
ーカ用振動板に用い特性を測定した結果、それらがすぐ
れた振動特性を有している事の知見を得て本発明に至っ
たものである。
すなわち本発明は、ハイファイ特性を実現するために、
圧電スピーカ素子の振動板の一部あるいは全部としてグ
ラファイトの皮膜を用いたものである。
作用 以上の構成により、本発明では、新規なグラファイト皮
膜の持つ優れた物性値を生かして、これを圧電スピーカ
の振動板の一部あるいは全部として使用するため、従来
の振動板より再生音域が著しく広く、明瞭なハイファイ
レベルの音質を有する圧電スピーカを製造することがで
きる。
実施例 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
本発明の基本的な構成を第1図および第2図に示す。第
1図はユニモルフ形発音体と呼ばれるもので、厚さが約
100ミクロンのセラミック薄膜にアルミニウム板を張り
付け、更に本発明に関わるグラファイト皮膜を均一に接
着してある。グラファイト皮膜の厚さは、100ミクロン
のセラミック板に対し、5から25ミクロンで、好ましく
は10ミクロンであった。用いられるセラミックスは従来
から知られているもの、例えばPbTiO3‐PbZrO3で、誘電
率は標準的には5000、電気機械結合係数は50ないし70の
ものである。電極はグラファイト皮膜からあるいはセラ
ミックスへ銀ペーストを塗布して取り出している。又、
第2図はバイモルフ形の発音体で、金属板を圧電セラミ
ックスでサンドイッチして作られたもので、更にセラミ
ックスの外側にグラファイト皮膜が接着させられてい
る。
本発明において用いられるグラファイト皮膜は、同一発
明者らが発明した縮合系高分子を熱分解して得られる高
性能パイログラファイトから成る(村上ら、アプライ
ド、フィジカル レタ−;Appl.Phys.Lett.48巻、23号、
1594頁、1986年)これは、ポリオキサジアゾール、ポリ
イミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性・縮合系高分子
のフィルムを不活性気体中で約2800℃以上の温度で熱処
理、グラファイト化して得られるものである。この様に
特殊な高分子原料から得られるパイログラファイトは、
膜面に沿ってグラファイトのab面が完全に配向した、単
結晶に近い構造を持つ皮膜となる。第1表に本発明に用
いられるグラファイト皮膜(10ミクロン厚)の振動板と
しての材料定数を、従来から知られている材料と比較し
て示す。これにより、本発明に用いられるグラファイト
が他の全ての材質に比べE、Vが遥かに優れたものであ
ることが一目瞭然であり、特に高音領域で音質の良いス
ピーカ振動板として最適であると言える。
これに対し、従来から知られているグラフォイル(ユニ
オンカーバイド社)の様な、グラファイト粉末を成型し
たものでも原理的には音質の改善には効果があるもの
の、100ミクロン以下の薄膜の製造が難しいこと、音速
が5km/secのオーダであること等から、本発明のグラフ
ァイト皮膜には及ばないことが明らかになっている。
次に発明者らは、本発明のグラファイト振動板を有する
圧電スピーカ素子の優秀な音響特性を最大限に生かすス
ピーカ構成の検討を行った結果、第3図の構成の平板型
のスピーカがハイファイオーディオスピーカとしての性
能を更に向上させることを見いだした。すなわち、第3
図のハニカムコア材とはエポキシなどの樹脂を成型して
構成される厚さ1ないし2mm、直径20ないし100mmの蜂の
巣型の構造体で、通常はその両面に音響振動板をスキン
材として張り付け、電動(ボイスコイル)により磁励さ
れているものである。本発明では、このハニカムコア材
の両面にスキン材としてグラファイト皮膜を張り付け、
更に圧電セラミックス板をグラファイト皮膜に密着させ
た構造をとることが最適であることが検証された訳であ
る。
以下に本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。
〈実施例1〉 圧電セラミックス材料PCM-33A(松下電子部品(株)
製)を用い、厚さ25μmのグラファイト皮膜を振動板と
してスピーカを試作した。セラミックスの形状及び特性
は次のとおりであった。
形状:φ23 5×100μm 静電容量:〜110nF(at1kHz) 共振周波数:〜90kHz 共振抵抗:〜1Ω グラファイト皮膜は、厚さ50μmのカプトンポリイミド
を数100g/cm2の圧力下で3000℃で焼成して得られたもの
で、形状はφ23×25μmであった。セラミック板の両面
に銀ペーストを塗布し、片面にグラファイト皮膜を接着
させ、ユニモルフ形のスピーカとした。
入力として3V(rms)の正弦波を与えたところ、5kから5
0kHzの周波数に対しほぼ平坦な40dBの音圧出力が得られ
た。
次に、第1図の構成のユニモルフ形のスピーカにおい
て、金属振動板として0.07mmの鉄−ニッケル合金を用
い、厚さ12μmのグラファイト皮膜を積層した。同様の
入力電圧に対し、出力は70dBまで上昇し、高周波限界周
波数は35kHzとなった。グラファイト皮膜を振動板の一
部に設けることにより、高音の発生が可能になったばか
りでなく、その音質は柔らかく、澄んだものになること
が確認された。
〈実施例2〉 実施例1と同様の圧電セラミックスに対し、他のグラフ
ァイト皮膜を用いた第2図の構成のバイモルフ形スピー
カの例を示す。セラミックスおよび第一第一振動板(黄
銅板)の寸法をそれぞれ、φ14mm×100μm、φ15mm×5
0μmとし、その両面にφ13mm×11μmのグラファイト
皮膜をエポキシ樹脂にて接着した。グラファイト皮膜は
ポリパラフェニレンオキサジアゾール(古河電工製、厚
さ25μm)をホットプレス炉で2800℃、10kg/cm21時間
処理し、更に3000℃の超高温炉で3時間(150g/cm2)処
理して得られたものである。2枚のセラミックス板に電
圧が並列に印加されるように配線し、スピーカの周波数
特性を測定した。入力電圧1.5Vに対し、1kHzから25kHz
の間にわたりほぼ平坦で80dBの出力が得られることが分
かった。
〈実施例3〉 直径28mm、厚さ1.5mmのマイカーエポキシから成るハニ
カム状のコア材の両面にポリイミドあるいはポリアミド
樹脂のフィルム(15μm)を3000℃でグラファイト化し
て得られるグラファイト皮膜(厚さ6.5μm)を接着し
た。次に、実施例1で用いたセラミック振動板(直径16
mm)を銀ペースト(デュポン社4929)にてグラファイト
皮膜に接着させた。リード線は第3図のようにセラミッ
ク基板の他の面に施した銀ペースト層とセラミック振動
板に接するグラファイトから取り出して交流電圧を印加
し、周波数特性、音響出力、音質の評価を行った。1.5V
の正弦波入力(1Hz〜100kHz)に対し、5kHzから75kHzの
間でほぼ一定の出力が得られ、その大きさは約100dBで
あった。また、その音質は、電動式のスピーカの場合に
比して全く損傷のないものであった。
発明の効果 以上要するに本発明は、圧電スピーカ素子の振動板の一
部あるいは全部としてグラファイトの皮膜を用いたもの
で、周波数特性に優れ、超ハイファイ特性を有する高品
質スピーカを提供するものである。
本発明により得られる圧電スピーカ素子はハイファイオ
ーディオスピーカとして用いられるばかりでなく、コン
ピュータ、マイコン機器の音声、メロディ出力あるいは
電話用受話器等の音質の飛躍的な向上に貢献するもので
ある。
また、本発明の圧電スピーカに用いられるグラファイト
皮膜振動板は、実施例に掲げられた材料のみに限定され
るものでなく、高分子を熱分解、グラファイト化して得
られる薄膜状の高品質グラファイトの全てに同様に適用
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における圧電スピーカ素子
(ユニモルフ形)の概念図、第2図は本発明の他の実施
例における圧電スピーカ素子(バイモルフ形)の概念
図、第3図は本発明の圧電スピーカ素子を用いた平板型
ハイファイスピーカの概念図である。 11……圧電セラミックス、12……金属板、13……グラフ
ァイト薄膜、14……電極、15……リード線、21……圧電
セラミックス、22……金属板、23……グラファイト薄
膜、24……リード線、31……圧電セラミックス、32……
ハニカムコーン、33……グラファイト薄膜、34……電
極、35……リード線。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電振動素子およびこれに密着した振動板
    から成り、前記振動板の一部あるいは全体としてグラフ
    ァイト皮膜を有することを特徴とする圧電スピーカ。
  2. 【請求項2】エポキシ等の樹脂を成型して得られる厚さ
    1ないし2mm、直径20ないし100mmの蜂の巣型のコア材の
    両面にグラファイト皮膜を有し、さらにその片面に圧電
    振動素子を密着して有することを特徴とする圧電スピー
    カ。
  3. 【請求項3】グラファイト皮膜がポリオキサジアゾー
    ル、ポリイミド、およびポリアミドから選ばれる縮合系
    高分子を2800℃以上の温度でグラファイト化して得られ
    るものであることを特徴とする請求項1または2に記載
    の圧電スピーカ。
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JP2007129536A (ja) * 2005-11-04 2007-05-24 Kenwood Corp 電気音響変換器用振動板、電気音響変換器用振動板の製造方法及び電気音響変換器

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