JPH0888897A - 複合圧電スピーカー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波帯域でも音響特性に優れた複合圧電ス
ピーカーを提供することを目的とする。 【構成】 柔軟性のある樹脂及び圧電素子からなるシー
ト状の複合圧電体の上下面に電極を設け振動板とした複
合圧電スピーカーにおいて、圧電素子の樹脂との接合面
の少なくとも一部を破断面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子を利用したスピ
ーカーに係わり、圧電素子と樹脂との複合による振動板
を用いた複合圧電スピーカーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般にスピーカーは、永久磁石と
ボイスコイルにより音声にあった電気信号を振動に変
え、それを振動板その他の手段を用いて拡大することに
より、音声の再生が行われるものである。一般的な使用
においては一個のスピーカーで十分であるが、オーディ
オ等の高度な音声の再生において、周波数の領域を十分
にとらえるためには、各領域にあったスピーカーを用意
する必要があり、１個のスピーカーでは補えない状況で
あった。また、マグネット・スピーカーは、音圧を高め
るためにはスピーカー自体を大きくする必要があり、ま
た重量的にも重いものとなっていた。

【０００３】近年、種々の商品は軽薄短小化に向かい、
スピーカーもこの傾向にあり、極めて薄型かつ軽量の平
板型スピーカー等が求められている。かかる要求に答え
るものとして、例えば圧電効果を利用した発音体があ
る。従来、圧電効果を利用した発音体としては、チタン
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系圧電セラミックスの薄板や有
機圧電体のシートなどが用いられている。圧電セラミッ
クスの薄板からなる発音体としては、これを１枚の金属
板に張り合わせたユニモルク構造のものや、金属板の両
サイドに貼り合わせたバイモルク構造のものがある。し
かし、ユニモルク型やバイモルク型は比較的厚肉のもの
であり弾性的性質に自由度がなく、しかもそれは音響的
には硬い部類にはいるため、高周波域には強いが、低周
波域には弱いものであった。一方、有機圧電体のシート
は容易に大面積のものが得られ、フレキシブルで取り扱
い上の問題は少ないが、入力が有機圧電体内部に吸収さ
れ出力が小さくなるため、大きな音響パワーを得ること
ができない欠点があった。また有機物と圧電材粉末を混
練した後、形を形成する複合圧電体もあるが、当然のこ
とながらセラミックスバルク体に対して特性が落ちると
いった欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで複数個の柱状圧
電体を有機物で接合し、シートの全体に配列させて形成
した複合圧電体の両面に電極を設けて構成した複合圧電
スピーカーが開示されている（特開昭62-247700号公報
参照）。上記のような複合圧電スピーカーの構造につい
て詳述する。図１は、複合圧電材料のシート上下面に電
極をつけた複合圧電スピーカーの簡単な断面図である。
図１において、１は複合圧電スピーカー、２は複合圧電
体、３は圧電素子、４は樹脂、５は電極を示す。電極５
はリード線６により、音声信号源（図示せず）に接続さ
れる。また複合圧電体は外枠７により保持される。

【０００５】具体的な音響発生のメカニズムとしては音
声信号源より発せられる電気信号はリード線６により導
かれ、電極５により圧電素子３に電圧が印可される。そ
こで圧電素子３は厚さ方向に歪を発生し、複合圧電体２
は厚さ方向に振動する。この振動が音声として伝わり、
スピーカーとして働くことになる。上記構成の複合圧電
スピーカーにおいて、スピーカーを形成する複合圧電体
の素子について種々の形状、体積率のものについて、検
討した結果、複合圧電素子の選び方によっては高周波帯
域でのスピーカーに必要な特性としての平坦性が悪く、
かつ歪が多く、音域が狭いという問題があることが分か
った。また複合圧電体を製造する場合には、通常圧電体
板を格子状に溝加工することにより切削し、この切削部
分に樹脂を埋め込み形成される。このため例えば圧電素
子の体積率が４５％の複合圧電体を形成する場合には、
５５％分の圧電体を切削する必要があり、高価な圧電材
料の歩留まりが悪いといった問題もあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、この高周
波帯域での特性の悪化について検討した結果、複合圧電
素子は複合圧電スピーカーとして使用しない状態では圧
電素子と樹脂は接合しているが、スピーカーとして使用
中、つまり振動中には圧電素子と樹脂の間が開いてしま
い、複合圧電体全体としての振動がうまくいかず、その
ために特に高周波帯域において平坦性がでないことが分
かった。さらに本発明者らは鋭意検討した結果、圧電素
子自体がブレード等により精密に加工されるあまり、切
断面の面粗度が低いものとなり樹脂などと複合化する場
合、接合強度がうまくでないということを見つけ出し、
本発明に想到した。

【０００７】すなわち、本発明は柔軟性のある樹脂及び
圧電素子からなるシート状の複合圧電体の上下面に電極
を設け振動板とした複合圧電スピーカーにおいて、前記
圧電素子の前記樹脂との接合面の少なくとも一部が破断
面であることを特徴とする複合圧電スピーカーである。
本発明の圧電素子は樹脂との接合面つまり側面部は破断
面である必要がある。圧電素子の樹脂との接合部が破断
面でない場合には樹脂との接合が強固ではなく、無振動
時には接合しているように見えるが、振動時には圧電素
子と樹脂との間に隙間が発生し、特に高周波帯域におい
て平坦性がでない。また、圧電素子の接合面は全面が破
断面である必要はなく、高周波帯域で樹脂との接合強度
が保てる程度の面積であれば良い。

【０００８】さらに本発明者らは、複合圧電体を形成す
る柔軟性のある樹脂と硬い圧電セラミックスで形成され
る圧電素子の間に柔軟性の差や比重の差が大きいため
に、音響発生時つまり振動時にうねりのようなものが発
生し、特に高周波帯域において平坦性が悪く、かつ歪が
多く発生することが判明し、本発明の第２の発明に想到
した。すなわち、本発明の第２の発明は圧電素子の厚み
が０．２ｍｍ以下で電極面の面積が４ｍｍ²以下の圧電
素子を用いることにある。上記の複合圧電体中の圧電素
子は厚み０．２ｍｍ以下である必要がある。０．２ｍｍ
よりも厚い、つまり複合圧電体自体も０．２ｍｍよりも
厚いと高周波領域での発音時に複合圧電体自体の厚さ方
向の振幅が大きくなりすぎ、印可される音声信号に対す
る追従性が悪化するためである。また、圧電素子の電極
面の面積が４ｍｍ²以下である必要がある。これは通常
スピーカーとして使用時に曲率半径をつけて使用される
ため、圧電素子の電極面の面積が４ｍｍ²よりも大きい
とうまく曲率を付けることができない。さらに曲率をつ
けても圧電素子自体は変形しないので、全体としては曲
率はついているが曲率のつき易い樹脂と不連続的に接続
していることになり、使用時の振動により、樹脂と圧電
素子との接合面が破断し易くなる。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）以下実施例を上げて本発明を具体的に説明
する。図２は複合圧電体シートを形成するための方法の
一つを示す図であり、図２（Ａ）はセラミックグリーン
シートを示す平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す図
の断面図、図２（Ｃ）は上記セラミックグリーンシート
を焼成したセラミック平板にクラックをいれた状態を示
す図、図２（Ｄ）は溝及び図２（Ｃ）に示す工程で形成
したクラックに樹脂をいれた状態を示す図である。ま
ず、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すようにセラミック
粉と有機バインダーからなる比較的柔らかな厚み約０．
３ｍｍのＰＺＴ系セラミックグリーンシート８の表面
に、ステンレスにより形成された格子状型枠（図示せ
ず）を押しつけてその表面に格子状の溝９を形成する。
この場合、溝９の深さはセラミックグリーンシート８の
底部に達しないような深さとして溝切りしない部分を残
し、この時点ではまだセラミックグリーンシート片にバ
ラバラに分離しないようにしておく。

【００１０】次に、厚み方向途中まで溝入れ加工したセ
ラミックグリーンシート８を１２００℃で焼成して焼き
固め、これを図２（Ｃ）に示すように可撓性部材、例え
ばゴムなどよりなる可撓性板１０上に接着載置し、この
状態で可撓性板を２次元的に伸張あるいは格子状型枠
（焼成時の収縮率を考慮して上記型枠よりも小さい小型
型枠）を押しつける等して加圧または衝撃力により上記
格子状の溝９の下部にクラック１１を形成し、セラミッ
クグリーンシート８を溝９に沿って多数のセラミック片
に分割する。次に、図２（Ｄ）に示すように可撓性板１
０を、上記セラミックグリーンシート８の載置されてい
る面が僅かに凸状になるように円弧状に屈曲させるなど
して可撓性板１０を左右及び前後方向に伸張させて溝９
及びクラック１１を拡開させ、この状態でこの溝９内や
クラック１１内にその上方より有機物（ポリウレタン樹
脂）１２を充填する。そして、この樹脂を固化させた
後、表面を平坦に研削することにより、複合圧電シート
を得ることができる。

【００１１】ここで比較のために最初に上記の格子状の
型枠を押しつける際に、セラミックグリーンシートの底
部まで押しつけ、セラミックグリーンシート片をバラバ
ラにした以外は、上記と同様にして比較用の複合圧電体
を作成した。本発明例と比較例をスピーカー状に形成
し、高周波帯域まで各種音響特性の測定を行った。測定
初期には本発明例も比較例も同様な音響特性を示してい
たが、次第に比較例は特に高周波帯域において平坦性が
悪くなった。上記の測定終了後、圧電素子と樹脂間の接
合について観察したところ、本発明例は圧電素子と樹脂
間に剥離はみられなかったが、比較例は所々圧電素子と
樹脂間に剥離がみられた。

【００１２】（実施例２）実施例１に示す本発明例と同
様の方法で、表１に示す条件で各種複合圧電体を作成し
た。なお、条件を揃えるために各複合圧電体に占める圧
電素子の体積率は４５％とした。作成した複合圧電体の
両面に電極としてアルミニウム膜を形成し、一定形状の
スピーカーを作成し、音響特性を測定した結果を表１に
示す。本発明の範囲に含まれる例は良好な音響特性を示
すことが分かる。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【発明の効果】本発明の複合圧電スピーカーは、柔軟性
のある樹脂及び圧電素子からなるシート状の複合圧電体
の上下面に電極を設け振動板とし、前記圧電素子の前記
樹脂との接合面を破断面としたので、高周波帯域まで平
坦性に優れ、歪の発生の少ない複合圧電スピーカーを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる複合圧電スピーカーの断面図を
示す。

【図２】本発明に係わる複合圧電体の製造方法を示す図
である。

【符号の説明】

１ 複合圧電スピーカー、２ 複合圧電体、３ 圧電素
子、４ 樹脂、５ 電極、６ リード線、７ 外枠、８
セラミックグリーンシート、９ 溝、１０可撓性板、
１１ クラック、１２ 有機物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柔軟性のある樹脂及び圧電素子からなる
   シート状の複合圧電体の上下面に電極を設け振動板とし
   た複合圧電スピーカーにおいて、前記圧電素子と前記樹
   脂との接合面の少なくとも一部が破断面であることを特
   徴とする複合圧電スピーカー。
2. 【請求項２】 前記圧電素子の厚みが０．２ｍｍ以下で
   電極面の面積が４ｍｍ²以下であることを特徴とする請
   求項１に記載の複合圧電スピーカー。