WO2013080962A1 - 高分子スピーカ - Google Patents

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WO2013080962A1
WO2013080962A1 PCT/JP2012/080598 JP2012080598W WO2013080962A1 WO 2013080962 A1 WO2013080962 A1 WO 2013080962A1 JP 2012080598 W JP2012080598 W JP 2012080598W WO 2013080962 A1 WO2013080962 A1 WO 2013080962A1
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WO
WIPO (PCT)
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dielectric layer
polymer
speaker
spring constant
electrode
Prior art date
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PCT/JP2012/080598
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English (en)
French (fr)
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貴雅 伊藤
吉川　均
光由 近藤
克彦 中野
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Sumitomo Riko Co Ltd
Original Assignee
Tokai Rubber Industries Ltd
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Publication date
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L101/02—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by the presence of specified groups, e.g. terminal or pendant functional groups
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    • H04R17/005—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/02—Loudspeakers

Definitions

  • the present invention relates to a polymer speaker using an electrostrictive element for a vibration part.
  • a dynamic speaker unit is known as a speaker that converts an electric signal into sound.
  • the dynamic speaker unit includes a permanent magnet, a voice coil, a diaphragm, and the like. According to the dynamic speaker unit, the sound phase is reversed between the front side and the rear side of the diaphragm. For this reason, when the sound emitted from the rear turns around to the front, the front sound and the rear sound cancel each other, resulting in a small sound. Therefore, the dynamic speaker unit is used in a state where it is incorporated in the enclosure in order to block the sound coming out from the rear from wrapping forward. In this case, it is necessary to prevent the movement of the diaphragm from being hindered by the air in the enclosure. Therefore, the enclosure tends to be large.
  • Patent Documents 4 and 5 disclose transducers configured by arranging a pair of electrodes on both front and back surfaces of an elastomeric dielectric layer. In this type of transducer, when the applied voltage between the electrodes is increased, the electrostatic attractive force between the electrodes is increased, and the dielectric layer sandwiched between the electrodes is compressed in the thickness direction.
  • the thickness of the dielectric layer is reduced. As the dielectric layer becomes thinner, the dielectric layer extends in the plane direction accordingly. On the other hand, when the applied voltage between the electrodes is reduced, the electrostatic attractive force between the electrodes is reduced, so that the compressive force on the dielectric layer is reduced. For this reason, the dielectric layer becomes thick. As the dielectric layer becomes thicker, the dielectric layer shrinks in the plane direction accordingly.
  • the transducer can be used as a speaker by utilizing the change in the thickness of the dielectric layer with respect to voltage.
  • the transducer When the transducer is used as a speaker, an alternating voltage as a sound electric signal is superimposed with a bias voltage applied to the dielectric layer. At this time, the dielectric layer repeatedly expands and contracts according to the electrostatic attractive force between the electrodes. However, if the electrode is hard, the movement of the dielectric layer is hindered by the electrode, and sufficient sound pressure cannot be obtained. In addition, when the dielectric layer is stretched, there is a possibility that a crack may occur in the electrode. In this case, the conductivity is lowered, and the role as an electrode cannot be achieved. Further, as will be described below, the harder the electrode, the less likely the sound pressure in the low frequency region is produced.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of sound pressure frequency characteristics of an arbitrary speaker.
  • the sound pressure increases in proportion to the frequency in the low frequency region.
  • the frequency at which the sound pressure is maximized is referred to as a primary resonance frequency (f 0 ).
  • the primary resonance frequency is derived from the following equation (1).
  • the primary resonance frequency is proportional to the spring constant (k) of the vibration part of the speaker.
  • the spring constant is proportional to the elastic modulus of the vibration part. Therefore, if the elastic modulus of the vibration part is large, in other words, if a hard material is used for the vibration part, the primary resonance frequency increases. That is, in FIG. 1, the primary resonance frequency (f 0 ) shifts in the right direction (high frequency side).
  • the speaker electrode can be formed of, for example, a conductive material obtained by blending a polymer binder with a conductive material.
  • a conductive material obtained by blending a polymer binder with a conductive material.
  • the elastic modulus of the conductive material is reduced, so that a flexible electrode can be formed.
  • the electrical resistance of the electrode increases. If the electrical resistance of the electrode is large, it will be difficult to produce sound in the high frequency region, as will be described below.
  • the electrode layer and the dielectric layer form a low-pass filter in which an electric resistance and a capacitor are connected in series in a pseudo manner. Therefore, the cutoff frequency (f c ) at which the output sound pressure is reduced by 3 db is derived by the following equation (2). As shown in equation (2), the cutoff frequency is inversely proportional to the electrical resistance (R) of the electrode and the capacitance (C) of the dielectric layer. Therefore, when the electrical resistance of the electrode is large, the cutoff frequency is small. That is, in FIG. 1, the cut-off frequency (f c ) shifts to the left (low frequency side). As a result, the sound pressure in the high frequency region becomes small.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is a polymer speaker that can be light and thin and can obtain a practical sound pressure in a wide frequency range from a low frequency to a high frequency. It is an issue to provide.
  • a polymer speaker of the present invention is a polymer speaker comprising an electrostrictive element having a dielectric layer made of an elastomer or a resin and a plurality of electrode layers arranged on both front and back surfaces of the dielectric layer.
  • the electrode layer is made of a conductive material containing a polymer binder and a conductive material and having an elastic modulus of 100 MPa or less, and the spring constant in the surface direction of the electrode layer is smaller than the spring constant in the surface direction of the dielectric layer,
  • the electrode layer has a volume resistivity of 200 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the dielectric layer vibrates by changing the thickness of the dielectric layer according to the electrostatic attractive force between the electrode layers. .
  • sound is generated from both the front and back sides of the electrostrictive element.
  • the phase of the generated sound is the same on the front side and the back side of the electrostrictive element.
  • the electrostrictive element includes an elastomer or resin dielectric layer and an electrode layer.
  • the polymer speaker of the present invention is thinner and lighter than a conventional dynamic speaker unit having a permanent magnet or a voice coil. Moreover, it can be manufactured at a relatively low cost. As described above, the polymer speaker of the present invention is lightweight, thin, and relatively inexpensive.
  • “Elastomer or resin” means that the base material of the dielectric layer is an elastomer or a resin. Therefore, in addition to the elastomer or the resin component, other components such as additives may be included. Elastomers include rubber and thermoplastic elastomers.
  • the electrode layer of the polymer speaker of the present invention is formed from a conductive material including a polymer binder and a conductive material.
  • the elastic modulus of the conductive material is 100 MPa or less, and the spring constant in the surface direction of the electrode layer is smaller than the spring constant in the surface direction of the dielectric layer.
  • the elastic modulus of the electrode layer and the dielectric layer is measured with a strip-shaped sample having a width (w) of 10 mm and a length (l) of 25 mm, and the spring constant in the surface direction of the electrode layer and the dielectric layer is It calculated by following Formula (3).
  • the “surface direction” is a direction orthogonal to the front and back directions.
  • the electrode layer is flexible because it satisfies the above two conditions. Therefore, the electrode layer is less likely to inhibit expansion and contraction of the dielectric layer, and is less likely to crack even if it is stretched.
  • the primary resonance frequency in the electrostrictive element is small. That is, as shown by a dotted line in FIG. 2, the primary resonance frequency (f 0 ) shifts to the left (low frequency side). For this reason, according to the polymer speaker of the present invention, it is possible to output the sound on the lower frequency side and increase the sound pressure in the low frequency region.
  • the volume resistivity of the electrode layer of the polymer speaker of the present invention is 200 ⁇ ⁇ cm or less. Since the electrical resistance of the electrode layer is small, the cutoff frequency is increased. That is, as indicated by a one-dot chain line in FIG. 2, the cutoff frequency (f c ) shifts to the right (high frequency side). For this reason, according to the polymer speaker of the present invention, it is possible to output a sound on a higher frequency side and increase the sound pressure in the high frequency region.
  • the reproducible frequency region can be expanded by widening the interval between the primary resonance frequency and the cutoff frequency. That is, a large sound pressure can be obtained in a wide frequency range from a low frequency to a high frequency.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • SYMBOLS 1 Polymer speaker, 10: Electrostrictive element, 11: Dielectric layer, 12a, 12b: Electrode layer, 120a, 120b: Terminal part, 20a: Front side frame, 20b: Back side frame, 21: Bolt, 22: Nut, 30 : DC bias power supply, 31: AC power supply.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the polymer speaker of the present embodiment.
  • FIG. 4 shows a sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • the polymer speaker 1 includes an electrostrictive element 10, a front frame 20a, and a back frame 20b.
  • the front side frame 20a and the back side frame 20b are each made of resin and have a ring shape.
  • the front side frame 20a and the back side frame 20b are disposed to face each other with the peripheral edge portion of the electrostrictive element 10 interposed therebetween.
  • the front side frame 20 a and the back side frame 20 b are fixed by eight bolts 21 and eight nuts 22.
  • the set of “bolt 21 -nut 22” is arranged in the circumferential direction of the polymer speaker 1 with a predetermined interval.
  • the bolt 21 penetrates from the front surface of the front frame 20a to the rear surface of the back frame 20b.
  • the nut 22 is screwed to the penetrating end of the bolt 21.
  • the electrostrictive element 10 is interposed between the front side frame 20a and the back side frame 20b.
  • the electrostrictive element 10 includes a dielectric layer 11 and a pair of electrode layers 12a and 12b.
  • the dielectric layer 11 is made of hydrogenated nitrile rubber (H-NBR) having an elastic modulus of 3.5 MPa, and has a circular thin film shape.
  • the spring constant in the surface direction of the dielectric layer 11 is 75.6 N / m.
  • the electrode layers 12a and 12b are both made of a conductive material containing acrylic rubber and ketjen black.
  • the elastic modulus of the conductive material is 1.5 MPa.
  • the electrode layers 12a and 12b have a spring constant in the surface direction of 3 N / m and a volume resistivity of 14 ⁇ ⁇ cm.
  • the electrode layers 12 a and 12 b each have a circular thin film shape having a smaller diameter than the dielectric layer 11.
  • the electrode layers 12a and 12b are each disposed substantially concentrically with the dielectric layer 11.
  • the electrode layers 12a and 12b have terminal portions 120a and 120b, respectively.
  • the terminal portions 120a and 120b protrude from the outer peripheral edge above the electrode layers 12a and 12b in the diameter increasing direction, respectively.
  • Each of the terminal portions 120a and 120b has a strip shape.
  • a DC bias power supply 30 and an AC power supply 31 are connected to the terminal portions 120a and 120b through wiring.
  • the manufacturing method of the polymer speaker of this embodiment is demonstrated.
  • two release films are prepared, and a coating material containing a conductive material is printed on the surface of one film to form the electrode layer 12a.
  • the electrode layer 12b is formed on the surface of the other film.
  • one film is bonded to the surface of the dielectric layer 11, and the electrode layer 12 a formed on the film is transferred to the surface of the dielectric layer 11.
  • the other film is bonded to the back surface of the dielectric layer 11, and the electrode layer 12 b formed on the film is transferred to the back surface of the dielectric layer 11.
  • the two release films are peeled from the dielectric layer 11.
  • the electrode layers 12a and 12b are formed on both the front and back surfaces of the dielectric layer 11, and the electrostrictive element 10 is manufactured.
  • the peripheral portion of the electrostrictive element 10 is sandwiched between the front frame 20a and the back frame 20b.
  • the front side frame 20 a and the back side frame 20 b are fixed by the eight bolts 21 and the eight nuts 22. In this way, the polymer speaker 1 is manufactured.
  • the electrostrictive element 10 includes an elastomeric dielectric layer 11 and electrode layers 12a and 12b formed on both front and back surfaces.
  • the polymer speaker 1 is thinner and lighter than a conventional dynamic speaker unit having a permanent magnet or a voice coil. Moreover, it can be manufactured at a relatively low cost. Furthermore, the polymer speaker 1 does not require an enclosure. Therefore, the polymer speaker 1 is light and thin and relatively inexpensive.
  • the dielectric layer 11 is made of H-NBR having an elastic modulus of 20 MPa or less. For this reason, the dielectric layer 11 is flexible and excellent in stretchability.
  • the electrode layers 12a and 12b are made of a conductive material containing acrylic rubber as a polymer binder and having an elastic modulus of 10 MPa or less.
  • the spring constant in the surface direction of the electrode layers 12a and 12b is 3 N / m, which is smaller than the spring constant in the surface direction of the dielectric layer 11 (75.6 N / m). For this reason, the electrode layers 12 a and 12 b are also flexible and can be expanded and contracted integrally with the dielectric layer 11.
  • the electrode layers 12a and 12b are unlikely to hinder the movement of the dielectric layer 11, and are less likely to crack even when stretched.
  • the spring constant in the surface direction of the electrode layers 12a and 12b is small, and the spring constant in the surface direction of the electrostrictive element 10 is also 3000 N / m or less. For this reason, the primary resonant frequency in the electrostrictive element 10 becomes small. Therefore, the polymer speaker 1 can output a sound on the lower frequency side, and the sound pressure in the low frequency region is increased.
  • the volume resistivity of the electrode layers 12a and 12b is 200 ⁇ ⁇ cm or less. Since the electrical resistance of the electrode layers 12a and 12b is small, the cutoff frequency is increased. Therefore, the polymer speaker 1 can output a higher frequency sound, and the sound pressure in the high frequency region is increased. Thus, according to the polymer speaker 1, a large sound pressure can be obtained in a wide frequency range from a low frequency to a high frequency.
  • the electrostrictive element in the polymer speaker of the present invention has an elastomer or resin dielectric layer and a plurality of electrode layers arranged on both the front and back surfaces of the dielectric layer.
  • Suitable elastomers for the dielectric layer include hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), nitrile rubber (NBR), silicone rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), acrylic rubber, urethane rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfone. And chlorinated polyethylene.
  • H-NBR hydrogenated nitrile rubber
  • NBR nitrile rubber
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • acrylic rubber urethane rubber
  • epichlorohydrin rubber chlorosulfone.
  • chlorinated polyethylene chlorinated polyethylene.
  • an elastomer modified by introducing a functional group such as epoxidized natural rubber, carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber (XH-NBR), or the like may be used.
  • XH-NBR carboxyl group-modified hydrogenated nitrile rubber
  • the resin suitable for the dielectric layer examples include polyethylene, polypropylene, polyurethane, polystyrene (including cross-linked expanded polystyrene), polyvinyl chloride, vinylidene chloride copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, and the like.
  • an elastomer material having an elastic modulus of 20 MPa or less for the dielectric layer from the viewpoint of making the dielectric layer flexible and expanding a region having a large sound pressure to the low frequency side. Further, when the thickness of the dielectric layer is reduced, more electric charges can be stored, so that the output sound pressure can be increased. In addition, the spring constant in the surface direction of the dielectric layer can be reduced.
  • the dielectric layer may contain other components such as additives in addition to the elastomer or the resin component.
  • an insulating inorganic filler can be blended from the viewpoint of increasing the dielectric breakdown resistance of the dielectric layer.
  • the inorganic filler include silica, titanium oxide, barium titanate, calcium carbonate, clay, fired clay, and talc.
  • the electrode layer is made of a conductive material including a polymer binder and a conductive material.
  • a polymer binder an elastomer, oil, or the like can be used. From the viewpoint of forming a stretchable electrode layer, an elastomer is preferred.
  • elastomers include silicone rubber, NBR, EPDM, natural rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), acrylic rubber, urethane rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene and other crosslinked rubber, and styrene-based elastomers.
  • Examples include olefin-based, vinyl chloride-based, polyester-based, polyurethane-based, and polyamide-based thermoplastic elastomers. Moreover, you may use the elastomer modified
  • the type of conductive material is not particularly limited. What is necessary is just to select suitably from carbon powders, such as carbon black, a carbon nanotube, and graphite, metal powders, such as silver, gold
  • various shapes of conductive materials can be easily manufactured.
  • the cost of the conductive material can be reduced.
  • metal materials such as silver listed above may be used.
  • carbon materials such as carbon black, metal oxides such as calcium carbonate, titanium dioxide, aluminum oxide, and barium titanate, inorganic substances such as silica, resins such as acrylic and urethane, and the like may be used.
  • a conductive material may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it.
  • the elastic modulus of the conductive material is 100 MPa or less. In order to form a more flexible electrode layer, the elastic modulus of the conductive material is desirably 10 MPa or less. On the other hand, the volume resistivity of the conductive material (electrode layer) is 200 ⁇ ⁇ cm or less. In order to reduce the electrical resistance of the electrode layer and increase the sound pressure in the high frequency region, the volume resistivity of the electrode layer is desirably 2 ⁇ ⁇ cm or less. What is necessary is just to determine the kind of conductive material, a particle diameter, a shape, a compounding quantity, etc. so that the elasticity modulus and electroconductivity of a conductive material can be made compatible.
  • the conductive material may contain additives such as a dispersant, a reinforcing agent, a plasticizer, an anti-aging agent, and a colorant, if necessary, in addition to the polymer binder and the conductive material.
  • a coating material is prepared by adding a conductive material and, if necessary, an additive to a polymer solution obtained by dissolving the polymer for the elastomer in a solvent, and stirring and mixing. be able to.
  • An electrode layer may be formed by directly applying the prepared paint to both the front and back surfaces of the dielectric layer.
  • an electrode layer may be formed by applying a paint to the releasable film, and the formed electrode layer may be transferred to both the front and back surfaces of the dielectric layer.
  • the coating method of the paint various known methods can be adopted. For example, in addition to printing methods such as inkjet printing, flexographic printing, gravure printing, screen printing, pad printing, and lithography, dipping, spraying, bar coating, and the like can be given. For example, when a printing method is employed, it is possible to easily separate the applied part and the non-applied part. Also, printing of large areas, thin lines, and complicated shapes is easy. Among the printing methods, a screen printing method is preferable because a highly viscous paint can be used and the coating thickness can be easily adjusted.
  • the spring constant in the surface direction of the electrode layer is smaller than the spring constant in the surface direction of the dielectric layer.
  • the spring constant of the electrostrictive element is preferably 3000 N / m or less.
  • the spring constant of the electrostrictive element is calculated by the sum of the spring constant in the surface direction of the electrode layer and the spring constant in the surface direction of the dielectric layer.
  • the number of dielectric layers and electrode layers constituting the electrostrictive element is not particularly limited.
  • one electrode layer can be disposed on each of the front and back surfaces of one dielectric layer.
  • a plurality of dielectric layers may be stacked via electrode layers. In this case, the deformation amount of the electrostrictive element with respect to the applied voltage is increased, and the output sound pressure can be increased.
  • the electrostrictive element may be fixed to a support member such as a frame with the dielectric layer extended in the plane direction.
  • the size and shape of the electrode layer are not particularly limited as long as a voltage can be applied to the dielectric layer.
  • the electrode layer may be disposed so as to cover the entire surface of the dielectric layer.
  • a plurality of electrode layers such as a band shape and a ring shape may be arranged on both the front and back surfaces of the dielectric layer.
  • an overlapping portion of the electrode layer on the surface of the dielectric layer, the dielectric layer, and the electrode layer on the back surface of the dielectric layer functions as a speaker unit that outputs sound.
  • the larger the area of the speaker part (overlapping part) the greater the capacitance.
  • the cut-off frequency is shifted to the low frequency side, and the sound pressure in the low frequency region is increased. Therefore, by adjusting the arrangement pattern of the electrode layers, a plurality of speaker units capable of reproducing sounds in different frequency regions may be set in one polymer speaker.
  • Electrode layer> [Manufacture of electrode layers] Various electrode layers were produced from the polymer for electrode layers, conductive materials and the like shown in Table 1 below.
  • the electrode layer polymer was dissolved in 1000 parts by mass of a solvent to prepare a polymer solution.
  • a solvent butyl cellosolve acetate (BCA) was used for Examples 1 to 11, and toluene was used for Example 12.
  • BCA butyl cellosolve acetate
  • a conductive material was added to the prepared polymer solution at a predetermined mass ratio and dispersed to prepare a paint.
  • the conductive material added with silver powder was dispersed with a three-roll, and the others were dispersed with a bead mill.
  • the polyester acid amide amine salt was also added as a dispersing agent with the electrically conductive material.
  • a polyisocyanate as a crosslinking agent was added to the polymer solution.
  • the prepared paint was screen-printed on the surface of a base material made of acrylic resin and heated at 150 ° C. for about 1 hour to produce a thin-film electrode layer.
  • the electrode layer 7 was manufactured by screen printing a commercially available carbon paste (“JELCON CH-8” manufactured by Jujo Chemical Co., Ltd.) for comparison.
  • the thickness of the manufactured electrode layer is as shown in Table 1.
  • Epoxy group-containing acrylic rubber “Nipol (registered trademark) AR42W” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.
  • Hydroxyl group-containing acrylic rubber A copolymer of n-ethyl acrylate (98% by mass) and 2-hydroxyethyl methacrylate (2% by mass) (mass molecular weight is about 900,000).
  • Hydroxyl group-containing acrylic rubber B copolymer of n-butyl acrylate (98% by mass) and 2-hydroxyethyl methacrylate (2% by mass) (mass molecular weight is about 900,000).
  • Polyurethane thermoplastic elastomer “Nipporan (registered trademark) 5193” manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd. Silicone rubber: “KE-1935” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • Crosslinking agent “Coronate (registered trademark) HL” manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.
  • volume resistivity of the manufactured electrode layer was measured according to the parallel terminal electrode method of JIS K6271 (2008).
  • Table 1 shows the volume resistivity of the electrode layer.
  • ⁇ Dielectric layer> [Manufacture of dielectric layers] Various dielectric layers were produced from the dielectric layer polymers shown in Table 2 below.
  • a carboxyl group-containing hydrogenated nitrile rubber polymer (“Terban (registered trademark) XT8889” manufactured by LANXESS) was dissolved in acetylacetone.
  • the dielectric layer 3 first, the same polymer and silica (wet silica “Nipsil (registered trademark) VN3” manufactured by Tosoh Silica Co., Ltd., pH 5.5 to 6.5, specific surface area 240 m 2 / g), A rubber composition was prepared by kneading with a roll kneader.
  • the prepared rubber composition was dissolved in acetylacetone. Next, the organometallic compound tetrakis (2-ethylhexyloxy) titanium was added to the obtained polymer solution and mixed. Then, the mixed solution was screen-printed on the surface of an acrylic resin substrate and heated at 150 ° C. for about 1 hour to produce a thin film dielectric layer.
  • the thickness of the manufactured dielectric layer is as shown in Table 2.
  • the manufactured dielectric layer was cut into a strip shape having a width (w) of 10 mm and a length (l) of 25 mm to prepare a sample.
  • the sample was subjected to a tensile test according to JIS K7127 (1999), and the elastic modulus was calculated from the obtained stress-elongation curve.
  • the calculated elastic modulus was substituted into the above equation (3) to calculate the spring constant in the surface direction of the sample.
  • Table 2 shows the elastic modulus and spring constant of the dielectric layer.
  • Electrostrictive element Various electrostrictive elements were manufactured by appropriately combining the manufactured electrode layers and dielectric layers. First, the electrode layer was cut out into a circular shape having a diameter of 50 mm together with the base material. Next, the electrode layer was attached to the front and back surfaces of the dielectric layer peeled from the base material together with the base material. Then, the substrate was peeled from the electrode layer to produce an electrostrictive element composed of electrode layer / dielectric layer / electrode layer. The same type of electrode layer was attached to both the front and back surfaces of the dielectric layer. The spring constant of the electrostrictive element was calculated from the sum of the spring constant of the dielectric layer and the spring constant of the two electrode layers. Moreover, the surface resistivity of the electrostrictive element was measured according to the double ring electrode method of JIS K6271 (2008). The spring constant and surface resistivity of the electrostrictive element are shown in Table 3 below.
  • the elastic modulus of the electrode layer is 10 MPa or less
  • the spring constant of the electrode layer is smaller than the spring constant of the dielectric layer
  • the spring constant of the electrostrictive element is 120 N / m or less
  • the electrostrictive elements of Examples 2, 3, 5, and 7 to 9 including the electrode layers 2 to 6 having a volume resistivity of 2 ⁇ ⁇ cm or less have a higher frequency than the electrostrictive elements of the other examples. The sound pressure has increased. From this result, it can be seen that reducing the volume resistivity of the electrode layer is effective in increasing the sound pressure at high frequencies.
  • the polymer speaker of the present invention can be used as, for example, an automobile headrest speaker, seat speaker, ceiling speaker, floor speaker, instrument panel speaker, door speaker and the like. Of course, you may arrange

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Abstract

　高分子スピーカ（１）を、エラストマーまたは樹脂製の誘電層（１１）と、誘電層（１１）の表裏両面に配置される複数の電極層（１２ａ、１２ｂ）と、を有する電歪素子（１０）を備えて構成する。電極層（１２ａ、１２ｂ）は、高分子バインダーおよび導電材を含み弾性率が１００ＭＰａ以下の導電材料からなり、電極層（１２ａ、１２ｂ）の面方向のばね定数は誘電層（１１）の面方向のばね定数より小さく、電極層（１２ａ、１２ｂ）の体積抵抗率は２００Ω・ｃｍ以下である。高分子スピーカ（１）によると、低周波数から高周波数までの広い周波数領域において実用的な音圧を得ることができる。

Description

高分子スピーカ
　本発明は、振動部に電歪素子を使用した高分子スピーカに関する。
　電気信号を音に変換するスピーカとして、ダイナミック型スピーカユニットが知られている。ダイナミック型スピーカユニットは、永久磁石、ボイスコイル、振動板等から構成される。ダイナミック型スピーカユニットによると、振動板の前方と後方とにおいて、音の位相が逆になる。このため、後方から出た音が前方へ回り込むと、前方の音と後方の音とが互いに打ち消し合って、小さな音になってしまう。したがって、後方から出た音の前方への回り込みを遮断するため、ダイナミック型スピーカユニットは、エンクロージャーに組み込まれた状態で使用される。この場合、エンクロージャー内の空気により、振動板の動きが阻害されないようにする必要がある。よって、エンクロージャーが大型化しやすい。
　一方、薄型のスピーカとして、ジルコン酸チタン酸鉛やポリフッ化ビニリデン樹脂等の圧電体を利用した圧電スピーカが開発されている（例えば、特許文献２、３参照）。しかし、圧電体は高剛性であるため、低周波領域の音が出にくいという問題がある。これに対して、特許文献４、５には、エラストマー製の誘電層の表裏両面に、一対の電極を配置して構成されるトランスデューサが開示されている。この種のトランスデューサにおいては、電極間への印加電圧を大きくすると、電極間の静電引力が大きくなり、電極間に挟まれた誘電層は厚さ方向から圧縮される。これにより、誘電層の厚さは薄くなる。誘電層が薄くなると、その分、誘電層は面方向に伸びる。一方、電極間への印加電圧を小さくすると、電極間の静電引力が小さくなるため、誘電層に対する圧縮力が小さくなる。このため、誘電層は厚くなる。誘電層が厚くなると、その分、誘電層は面方向に収縮する。電圧に対する誘電層の厚さの変化を利用して、当該トランスデューサをスピーカとして用いることができる。
特開２００７－３１２０９４号公報 特開２００６－５８００号公報 特開２００７－７４５０２号公報 特表２００１－５２４２７８号公報 特開２０１１－７２１１２号公報
　上記トランスデューサをスピーカとして用いる場合、誘電層にバイアス電圧を印加した状態で、音の電気信号としての交流電圧を重畳させる。この際、電極間の静電引力に応じて、誘電層は伸縮を繰り返す。しかし、電極が硬いと、電極により誘電層の動きが阻害され、充分な音圧が得られない。また、誘電層が伸張された際、電極にクラックが生じるおそれがある。この場合、導電性が低下して、電極としての役割を果たせなくなる。また、以下に説明するように、電極が硬いほど、低周波数領域の音圧が出にくくなる。
　図１に、任意のスピーカの音圧周波数特性の模式図を示す。図１に示すように、低周波数領域においては、周波数に比例して音圧は大きくなる。ここで、音圧が最大になる周波数を、一次共振周波数（ｆ０）という。一次共振周波数は、次式（１）により導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 式（１）に示すように、一次共振周波数は、スピーカの振動部のばね定数（ｋ）に比例する。ばね定数は、振動部の弾性率に比例する。したがって、振動部の弾性率が大きいと、換言すれば、振動部に硬い材料を用いると、一次共振周波数は大きくなる。すなわち、図１において、一次共振周波数（ｆ０）が右方向（高周波数側）にシフトする。こうなると、低周波数領域の音圧は小さくなる。したがって、スピーカの振動部として、電極間に誘電層を介装した電歪素子を用いる場合、電極のばね定数が大きいと、低周波数領域の音が出にくくなる。
　上記特許文献５に記載されているように、スピーカの電極は、例えば、高分子バインダーに導電材を配合した導電材料から形成することができる。この場合、導電材の配合量を少なくすれば、導電材料の弾性率は小さくなるため、柔軟な電極を形成することができる。しかし、導電材の配合量が少ないと、電極の電気抵抗は大きくなる。電極の電気抵抗が大きいと、以下に説明するように、高周波数領域の音が出にくくなる。
　電極間に誘電層を介装した電歪素子を用いたスピーカにおいて、電極層と誘電層とは、疑似的に、電気抵抗とコンデンサとが直列接続された、ローパスフィルタを構成している。よって、出力される音圧が３ｄｂ低下する遮断周波数（ｆｃ）は、次式（２）により導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式（２）に示すように、遮断周波数は、電極の電気抵抗（Ｒ）および誘電層の静電容量（Ｃ）に反比例する。したがって、電極の電気抵抗が大きいと、遮断周波数が小さくなる。すなわち、図１において、遮断周波数（ｆｃ）が左方向（低周波数側）にシフトする。こうなると、高周波数領域の音圧は小さくなる。
　本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、軽量かつ薄型化が可能であり、低周波数から高周波数までの広い周波数領域において実用的な音圧を得ることができる高分子スピーカを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明の高分子スピーカは、エラストマーまたは樹脂製の誘電層と、該誘電層の表裏両面に配置される複数の電極層と、を有する電歪素子を備える高分子スピーカであって、該電極層は、高分子バインダーおよび導電材を含み弾性率が１００ＭＰａ以下の導電材料からなり、該電極層の面方向のばね定数は該誘電層の面方向のばね定数より小さく、該電極層の体積抵抗率は２００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の高分子スピーカにおいて、音の電気信号としての交流電圧が電極層間に印加されると、電極層間の静電引力に応じて誘電層の厚さが変化することにより、誘電層が振動する。これにより、電歪素子の表裏両側から音が発生する。発生する音の位相は、電歪素子の表側と裏側とにおいて、同じである。このため、従来のダイナミック型スピーカユニットとは異なり、裏側から出た音が表側へ回り込んでも、打ち消し合うことはない。したがって、エンクロージャーは必要ない。また、電歪素子は、エラストマーまたは樹脂製の誘電層と電極層とからなる。このため、本発明の高分子スピーカは、永久磁石やボイスコイルを有する従来のダイナミック型スピーカユニットと比較して、薄く軽量である。また、比較的低コストで製造することができる。このように、本発明の高分子スピーカは、軽量で薄型化が可能であり、比較的安価である。なお、「エラストマーまたは樹脂製」とは、誘電層のベース材料が、エラストマーまたは樹脂であることを意味する。よって、エラストマーまたは樹脂成分の他に、添加剤等の他の成分を含んでいても構わない。エラストマーには、ゴムおよび熱可塑性エラストマーが含まれる。
　本発明の高分子スピーカの電極層は、高分子バインダーおよび導電材を含む導電材料から形成される。当該導電材料の弾性率は１００ＭＰａ以下であり、かつ、電極層の面方向のばね定数は誘電層の面方向のばね定数より小さい。本明細書においては、電極層および誘電層の弾性率を、幅（ｗ）１０ｍｍ、長さ（ｌ）２５ｍｍの短冊状の試料により測定し、電極層および誘電層の面方向のばね定数を、次式（３）により算出した。なお、「面方向」は、表裏方向に対して直交する方向である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　電極層は、上記二つの条件を満足するため、柔軟である。したがって、電極層は、誘電層の伸縮を阻害しにくく、伸張されてもクラックを生じにくい。また、電極層の面方向のばね定数が小さいため、電歪素子における一次共振周波数が小さくなる。すなわち、図２に点線で示すように、一次共振周波数（ｆ０）が左方向（低周波数側）にシフトする。このため、本発明の高分子スピーカによると、より低周波数側の音を出力することができると共に、低周波数領域における音圧が大きくなる。
　また、本発明の高分子スピーカの電極層の体積抵抗率は、２００Ω・ｃｍ以下である。電極層の電気抵抗が小さいため、遮断周波数が大きくなる。すなわち、図２に一点鎖線で示すように、遮断周波数（ｆｃ）が右方向（高周波数側）にシフトする。このため、本発明の高分子スピーカによると、より高周波数側の音を出力することができると共に、高周波数領域における音圧が大きくなる。このように、本発明の高分子スピーカによると、一次共振周波数と遮断周波数との間隔を広げることにより、再生可能な周波数領域を広げることができる。すなわち、低周波数から高周波数までの広い周波数領域において、大きな音圧を得ることができる。
任意のスピーカの音圧周波数特性を示す模式図である。 本発明の高分子スピーカの音圧周波数特性を示す模式図である。 実施形態の高分子スピーカの斜視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。
１：高分子スピーカ、１０：電歪素子、１１：誘電層、１２ａ、１２ｂ：電極層、１２０ａ、１２０ｂ：端子部、２０ａ：表側フレーム、２０ｂ：裏側フレーム、２１：ボルト、２２：ナット、３０：直流バイアス電源、３１：交流電源。
　以下、本発明の高分子スピーカの実施の形態について説明する。
　＜高分子スピーカ＞
　［構成］
　まず、本発明の一実施形態である高分子スピーカの構成を説明する。図３に、本実施形態の高分子スピーカの斜視図を示す。図４に、図１のＩＶ－ＩＶ断面図を示す。図３、図４に示すように、高分子スピーカ１は、電歪素子１０と、表側フレーム２０ａと、裏側フレーム２０ｂと、を備えている。
　表側フレーム２０ａおよび裏側フレーム２０ｂは、各々、樹脂製であり、リング状を呈している。表側フレーム２０ａおよび裏側フレーム２０ｂは、電歪素子１０の周縁部を挟んで対向して配置されている。表側フレーム２０ａと裏側フレーム２０ｂとは、八つのボルト２１、八つのナット２２により、固定されている。「ボルト２１－ナット２２」のセットは、高分子スピーカ１の周方向に所定間隔ずつ離間して配置されている。ボルト２１は、表側フレーム２０ａ前面から裏側フレーム２０ｂ後面までを貫通している。ナット２２は、ボルト２１の貫通端に螺着されている。
　電歪素子１０は、表側フレーム２０ａと裏側フレーム２０ｂとの間に、介装されている。電歪素子１０は、誘電層１１と、一対の電極層１２ａ、１２ｂと、からなる。誘電層１１は、弾性率３．５ＭＰａの水素化ニトリルゴム（Ｈ－ＮＢＲ）製であり、円形の薄膜状を呈している。誘電層１１の面方向のばね定数は、７５．６Ｎ／ｍである。
　電極層１２ａ、１２ｂは、いずれも、アクリルゴムとケッチェンブラックとを含む導電材料からなる。当該導電材料の弾性率は、１．５ＭＰａである。電極層１２ａ、１２ｂの面方向のばね定数は３Ｎ／ｍであり、体積抵抗率は１４Ω・ｃｍである。電歪素子１０の面方向のばね定数は、８１．６（＝７５．６＋３＋３）Ｎ／ｍである。電極層１２ａ、１２ｂは、各々、誘電層１１よりも小径の、円形の薄膜状を呈している。電極層１２ａ、１２ｂは、各々、誘電層１１と略同心円状に配置されている。電極層１２ａ、１２ｂは、各々、端子部１２０ａ、１２０ｂを有する。端子部１２０ａ、１２０ｂは、各々、電極層１２ａ、１２ｂの上方の外周縁から拡径方向に突出している。端子部１２０ａ、１２０ｂは、各々、短冊状を呈している。端子部１２０ａ、１２０ｂには、配線を介して、直流バイアス電源３０および交流電源３１が接続されている。
　［製造方法］
　次に、本実施形態の高分子スピーカの製造方法について説明する。まず、離型性フィルムを二枚準備して、一方のフィルムの表面に導電材料を含む塗料を印刷して、電極層１２ａを形成する。同様に、他方のフィルムの表面に、電極層１２ｂを形成する。次に、誘電層１１の表面に一方のフィルムを貼り合わせ、当該フィルムに形成された電極層１２ａを、誘電層１１の表面に転写する。また、誘電層１１の裏面に他方のフィルムを貼り合わせ、当該フィルムに形成された電極層１２ｂを、誘電層１１の裏面に転写する。それから、二枚の離型性フィルムを、誘電層１１から剥離する。このようにして、誘電層１１の表裏両面に電極層１２ａ、１２ｂを形成し、電歪素子１０を作製する。次に、電歪素子１０の周縁部を、表側フレーム２０ａと裏側フレーム２０ｂとにより、挟持する。この状態で、表側フレーム２０ａと裏側フレーム２０ｂとを、八つのボルト２１、八つのナット２２により、固定する。このようにして、高分子スピーカ１を製造する。
　［動き］
　次に、本実施形態の高分子スピーカの動きについて説明する。初期状態において、電極層１２ａ、１２ｂには、直流バイアス電源３０から所定のバイアス電圧が印加されている。この状態で、交流電源３１から、再生対象となる音声に基づく交流電圧を、電極層１２ａ、１２ｂに印加する。すると、誘電層１１の膜厚の変化により、図４に白抜き矢印で示すように、電歪素子１０が前後方向に振動する。これにより、空気が振動し、音声が発生する。
　［作用効果］
　次に、本実施形態の高分子スピーカの作用効果について説明する。本実施形態の高分子スピーカ１において、電歪素子１０は、エラストマー製の誘電層１１と、その表裏両面に形成された電極層１２ａ、１２ｂと、からなる。このため、高分子スピーカ１は、永久磁石やボイスコイルを有する従来のダイナミック型スピーカユニットと比較して、薄く軽量である。また、比較的低コストで製造することができる。さらに、高分子スピーカ１は、エンクロージャーを必要としない。したがって、高分子スピーカ１は、軽量かつ薄型であり、比較的安価である。
　誘電層１１は、弾性率が２０ＭＰａ以下のＨ－ＮＢＲ製である。このため、誘電層１１は、柔軟で伸縮性に優れる。また、電極層１２ａ、１２ｂは、高分子バインダーとしてアクリルゴムを含み、弾性率が１０ＭＰａ以下の導電材料からなる。電極層１２ａ、１２ｂの面方向のばね定数は３Ｎ／ｍであり、誘電層１１の面方向のばね定数（７５．６Ｎ／ｍ）よりも小さい。このため、電極層１２ａ、１２ｂも柔軟で、誘電層１１と一体となって伸縮可能である。すなわち、電極層１２ａ、１２ｂは、誘電層１１の動きを阻害しにくく、伸張されてもクラックを生じにくい。また、電極層１２ａ、１２ｂの面方向のばね定数は小さく、電歪素子１０の面方向のばね定数も３０００Ｎ／ｍ以下である。このため、電歪素子１０における一次共振周波数が小さくなる。したがって、高分子スピーカ１において、より低周波数側の音を出力することができると共に、低周波数領域における音圧が大きくなる。
　また、電極層１２ａ、１２ｂの体積抵抗率は、２００Ω・ｃｍ以下である。電極層１２ａ、１２ｂの電気抵抗が小さいため、遮断周波数が大きくなる。したがって、高分子スピーカ１において、より高周波数側の音を出力することができると共に、高周波数領域における音圧が大きくなる。このように、高分子スピーカ１によると、低周波数から高周波数までの広い周波数領域において、大きな音圧を得ることができる。
　以上、本発明の高分子スピーカの一実施形態について説明した。しかしながら、本発明の高分子スピーカの実施の形態は、上記形態に限定されるものではない。以下、本発明の高分子スピーカの電歪素子について、詳しく説明する。
　＜電歪素子＞
　本発明の高分子スピーカにおける電歪素子は、エラストマーまたは樹脂製の誘電層と、該誘電層の表裏両面に配置される複数の電極層と、を有する。
　誘電層に好適なエラストマーとしては、水素化ニトリルゴム（Ｈ－ＮＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、エチレン－プロピレン－ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。また、エポキシ化天然ゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム（ＸＨ－ＮＢＲ）等のように、官能基を導入するなどして変性したエラストマーを用いてもよい。あるいは、極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを用いてもよい。
　誘電層に好適な樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン(架橋発泡ポリスチレンを含む)、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン共重合体、エチレン－酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。
　また、誘電層を柔軟にして、音圧の大きい領域を低周波数側に拡大するという観点から、誘電層には、弾性率が２０ＭＰａ以下のエラストマー材料を用いるとよい。また、誘電層の厚さを薄くすると、より多くの電荷を蓄えることができるため、出力される音圧を大きくすることができる。加えて、誘電層の面方向のばね定数を、小さくすることができる。
　誘電層は、エラストマーまたは樹脂成分の他に、添加剤等の他の成分を含んでいても構わない。例えば、誘電層の耐絶縁破壊性を高くするという観点から、絶縁性の無機フィラーを配合することができる。無機フィラーとしては、例えば、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、炭酸カルシウム、クレー、焼成クレー、タルク等が挙げられる。
　電極層は、高分子バインダーおよび導電材を含む導電材料からなる。高分子バインダーとしては、エラストマー、オイル等を用いることができる。伸縮性を有する電極層を形成するという観点から、エラストマーが好適である。エラストマーとしては、シリコーンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、天然ゴム、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルゴム、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等の架橋ゴム、およびスチレン系、オレフィン系、塩ビ系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。また、エポキシ基変性アクリルゴム、カルボキシル基変性水素化ニトリルゴム等のように、官能基を導入するなどして変性したエラストマーを用いてもよい。
　導電材の種類は、特に限定されない。カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料、銀、金、銅、ニッケル、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、白金、鉄、およびこれらの合金等の金属粉末等から、適宜選択すればよい。また、金属以外の粒子の表面を金属で被覆した被覆粒子を使用してもよい。この場合、金属だけで構成する場合と比較して、導電材の比重を小さくすることができる。よって、塗料化した場合に、導電材の沈降が抑制されて、分散性が向上する。また、粒子を加工することにより、様々な形状の導電材を容易に製造することができる。また、導電材のコストを低減することができる。被覆する金属としては、先に列挙した銀等の金属材料を用いればよい。また、金属以外の粒子としては、カーボンブラック等の炭素材料、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物、シリカ等の無機物、アクリルやウレタン等の樹脂等を用いればよい。導電材は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
　導電材料の弾性率は、１００ＭＰａ以下である。より柔軟な電極層を形成するためには、導電材料の弾性率を、１０ＭＰａ以下とすることが望ましい。一方、導電材料（電極層）の体積抵抗率は、２００Ω・ｃｍ以下である。電極層の電気抵抗を小さくして、高周波数領域の音圧を大きくするためには、電極層の体積抵抗率を、２Ω・ｃｍ以下とすることが望ましい。導電材料の弾性率と導電性とを両立できるように、導電材の種類、粒子径、形状、配合量等を決定すればよい。
　導電材料は、高分子バインダーおよび導電材に加えて、必要に応じて分散剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。例えば、高分子バインダーとしてエラストマーを用いる場合、当該エラストマー分のポリマーを溶剤に溶解したポリマー溶液に、導電材、必要に応じて添加剤を添加して、攪拌、混合することにより、塗料を調製することができる。調製した塗料を、誘電層の表裏両面に直接塗布することにより、電極層を形成すればよい。あるいは、離型性フィルムに塗料を塗布して電極層を形成し、形成した電極層を誘電層の表裏両面に転写してもよい。
　塗料の塗布方法としては、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。
　電歪素子において、電極層の面方向のばね定数は、誘電層の面方向のばね定数より小さい。電極層の面方向のばね定数を小さくするためには、電極層の厚さを薄くすることが望ましい。また、低周波数領域における音圧を大きくするという観点から、電歪素子のばね定数は、３０００Ｎ／ｍ以下であることが望ましい。電歪素子のばね定数は、電極層の面方向のばね定数と、誘電層の面方向のばね定数と、の和で算出される。
　電歪素子を構成する誘電層、電極層の数は、特に限定されない。例えば、上記実施形態のように、一つの誘電層の表裏両面に、電極層を一つずつ配置することができる。あるいは、複数の誘電層を電極層を介して積層してもよい。この場合、印加電圧に対する電歪素子の変形量が大きくなり、出力される音圧を大きくすることができる。また、誘電層を面方向に伸張させた状態で、電歪素子をフレーム等の支持部材に固定してもよい。
　電極層の大きさや形状は、誘電層に電圧を印加することができれば、特に限定されない。例えば、電極層を、誘電層の全面を覆うように配置してもよい。また、帯状、リング状等の電極層を、誘電層の表裏両面に複数配置してもよい。本発明の高分子スピーカにおいては、誘電層の表面の電極層と、誘電層と、誘電層の裏面の電極層と、の重複部分が、音を出力するスピーカ部として機能する。スピーカ部（重複部分）の面積が大きいほど、静電容量が大きくなる。これにより、遮断周波数が低周波数側にシフトして、低周波領域の音圧が大きくなる。したがって、電極層の配置パターンを調整することにより、一つの高分子スピーカにおいて、異なる周波数領域の音を再生可能な複数のスピーカ部を設定してもよい。
　次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
　＜電極層＞
　［電極層の製造］
　下記表１に示す電極層用ポリマー、導電材等から、種々の電極層を製造した。まず、電極層用ポリマーを、溶剤１０００質量部に溶解し、ポリマー溶液を調製した。溶剤としては、実施例１～１１についてはブチルセロソルブアセテート（ＢＣＡ）を、実施例１２についてはトルエンを使用した。次に、調製したポリマー溶液に、導電材を所定の質量割合で添加し、分散させて、塗料を調製した。導電材として銀粉末を添加したものについては、三本ロールにて分散させ、それ以外については、ビーズミルにて分散させた。また、電極層２、４については、導電材と共に、分散剤としてポリエステル酸アマイドアミン塩も添加した。電極層９～１１については、ポリマー溶液に、架橋剤のポリイソシアネートを添加した。それから、調製した塗料を、アクリル樹脂製の基材表面にスクリーン印刷し、１５０℃で約１時間加熱して、薄膜状の電極層を製造した。電極層７については、比較のため、市販のカーボンペースト（十条ケミカル（株）製「ＪＥＬＣＯＮ　ＣＨ－８」）を、基材表面にスクリーン印刷して、製造した。
　製造した電極層の厚さは、表１に示す通りである。電極用ポリマーおよび架橋剤としては、次の材料を使用した。
エポキシ基含有アクリルゴム：日本ゼオン（株）製「Ｎｉｐｏｌ（登録商標）ＡＲ４２Ｗ」。
ヒドロキシル基含有アクリルゴムＡ：ｎ－エチルアクリレート（９８質量％）と２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２質量％）との共重合体（質量分子量は９０万程度）。
ヒドロキシル基含有アクリルゴムＢ：ｎ－ブチルアクリレート（９８質量％）と２－ヒドロキシエチルメタクリレート（２質量％）との共重合体（質量分子量は９０万程度）。
ポリウレタン系熱可塑性エラストマー：日本ポリウレタン工業（株）製「ニッポラン（登録商標）５１９３」。
シリコーンゴム：信越化学工業（株）製「ＫＥ－１９３５」。
架橋剤：日本ポリウレタン工業（株）製「コロネート（登録商標）ＨＬ」。
　［電極層の物性］
　（１）ばね定数の算出
　製造した電極層を、幅（ｗ）１０ｍｍ、長さ（ｌ）２５ｍｍの短冊状に切り出して、試料を作製した。そして、当該試料について、ＪＩＳ　Ｋ７１２７（１９９９）に準じた引張試験を行い、得られた応力－伸び曲線から、弾性率を算出した。また、算出した弾性率を前出式（３）に代入して、当該試料の面方向のばね定数を算出した。表１に、電極層の弾性率およびばね定数を示す。
　（２）体積抵抗率の測定
　製造した電極層の体積抵抗率を、ＪＩＳ　Ｋ６２７１（２００８）の平行端子電極法に準じて測定した。表１に、電極層の体積抵抗率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　＜誘電層＞
　［誘電層の製造］
　下記表２に示す誘電層用ポリマー等から、種々の誘電層を製造した。誘電層１、２については、まず、カルボキシル基含有水素化ニトリルゴムポリマー（ランクセス社製「テルバン（登録商標）ＸＴ８８８９」）を、アセチルアセトンに溶解した。誘電層３については、まず、同ポリマーと、シリカ（東ソー・シリカ（株）製湿式シリカ「Ｎｉｐｓｉｌ（登録商標）ＶＮ３」、ｐＨ５．５～６．５、比表面積２４０ｍ２／ｇ）と、をロール練り機にて混練りし、ゴム組成物を調製した。そして、調製したゴム組成物を、アセチルアセトンに溶解した。次に、得られたポリマー溶液に、有機金属化合物のテトラキス（２－エチルヘキシルオキシ）チタンを添加して、混合した。それから、混合溶液を、アクリル樹脂製の基材表面にスクリーン印刷し、１５０℃で約１時間加熱して、薄膜状の誘電層を製造した。製造した誘電層の厚さは、表２に示す通りである。
　［誘電層の物性］
　製造した誘電層を、幅（ｗ）１０ｍｍ、長さ（ｌ）２５ｍｍの短冊状に切り出して、試料を作製した。そして、当該試料について、ＪＩＳ　Ｋ７１２７（１９９９）に準じた引張試験を行い、得られた応力－伸び曲線から、弾性率を算出した。また、算出した弾性率を前出式（３）に代入して、当該試料の面方向のばね定数を算出した。表２に、誘電層の弾性率およびばね定数を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　＜電歪素子の製造＞
　製造した電極層と誘電層とを適宜組み合わせて、種々の電歪素子を製造した。まず、電極層を、基材ごと直径５０ｍｍの円形状に切り出した。次に、基材から剥離した誘電層の表面および裏面に、各々、電極層を基材ごと貼着した。それから、電極層から基材を剥離して、電極層／誘電層／電極層からなる電歪素子を製造した。誘電層の表裏両面には、同じ種類の電極層を貼着した。電歪素子のばね定数を、誘電層のばね定数と、二つの電極層のばね定数と、の和から算出した。また、電歪素子の表面抵抗率を、ＪＩＳ　Ｋ６２７１（２００８）の二重リング電極法に準じて測定した。電歪素子のばね定数および表面抵抗率を、下記表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　＜電歪素子の評価＞
　製造した電歪素子に、誘電層の厚さに対して３０Ｖ／μｍの直流バイアス電圧を印加した。この状態で、低周波数（２００Ｈｚ）の交流電圧（３Ｖ／μｍ）を印加して、出力される音圧を測定した。同様に、高周波数（２０００Ｈｚ）の交流電圧を印加して、出力される音圧を測定した。結果を上記表３にまとめて示す。
　表３に示すように、実施例１～１３の電歪素子においては、周波数の高低に関わらず、いずれも４０ｄＢ／ｍ以上の大きな音圧が得られた。これに対して、電極層（導電材料）の弾性率が１００ＭＰａを超え、電極層のばね定数が誘電層のばね定数より大きい比較例１、２の電歪素子における音圧は、低周波数でも高周波数でも、４０ｄＢ／ｍ未満であった。実施例のなかでも、実施例１、２、４、５、１０～１２の電歪素子においては、低周波数の音圧が６０ｄＢ／ｍ以上になった。この結果から、電極層（導電材料）の弾性率が１０ＭＰａ以下であり、電極層のばね定数が誘電層のばね定数より小さく、電歪素子のばね定数が１２０Ｎ／ｍ以下の場合には、低周波数の音圧がより大きくなることがわかる。また、体積抵抗率が２Ω・ｃｍ以下の電極層２～６を備える実施例２、３、５、７～９の電歪素子においては、他の実施例の電歪素子よりも、高周波数の音圧が大きくなった。この結果から、電極層の体積抵抗率を小さくすると、高周波数の音圧を大きくするのに有効であることがわかる。
　本発明の高分子スピーカは、例えば、自動車のヘッドレストスピーカ、シートスピーカ、天井スピーカ、フロアスピーカ、インストルメントパネルスピーカ、ドアスピーカ等として用いることができる。勿論、車両以外に配置してもよい。また、本発明の高分子スピーカは、音を再現するだけでなく、アクティブノイズキャンセラとして用いてもよい。

Claims (6)

  1. 　エラストマーまたは樹脂製の誘電層と、該誘電層の表裏両面に配置される複数の電極層と、を有する電歪素子を備える高分子スピーカであって、
    　該電極層は、高分子バインダーおよび導電材を含み弾性率が１００ＭＰａ以下の導電材料からなり、該電極層の面方向のばね定数は該誘電層の面方向のばね定数より小さく、該電極層の体積抵抗率は２００Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする高分子スピーカ。
  2. 　前記誘電層の前記ばね定数と前記電極層の前記ばね定数との和である前記電歪素子のばね定数は、３０００Ｎ／ｍ以下である請求項１に記載の高分子スピーカ。
  3. 　前記導電材料の前記高分子バインダーは、エラストマーである請求項１または請求項２に記載の高分子スピーカ。
  4. 　前記誘電層は、弾性率が２０ＭＰａ以下のエラストマー製である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高分子スピーカ。
  5. 　前記導電材料の弾性率は、１０ＭＰａ以下である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高分子スピーカ。
  6. 　前記電極層の体積抵抗率は、２Ω・ｃｍ以下である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の高分子スピーカ。
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