声压-电信号变换装置及其变换方法与流程

1.本发明涉及扬声器/麦克风等的能够在声压与电信号之间相互地进行信号变换的静电型的声压-电信号变换装置及其变换方法，特别是，涉及能够实施三维的变形的片状的静电型声压-电信号变换装置及其变换方法。


背景技术：

2.公知将声压(声音)变换为电信号的麦克风、相反地将电信号变换为声压的扬声器等声压-电信号变换装置。无论是麦克风还是扬声器，其基本构造几乎是共通的，一般来说，使用电磁铁进行基于电磁感应的信号变换。(另外，由于构造共通，因此以下仅对扬声器或者麦克风的一方进行说明。)另一方面，也提出利用静电力(库仑力)而在空间使声压形成的静电型(电容器型)扬声器。若对被插入到隔开间隔地对置的两片电极之间的导电性的振动板施加给定的偏置电压，使电极间的电压变化，则因作用于振动体的静电力的变化使振动体产生振动，由此在空间形成声压。
3.例如，在专利文献1中，公开了一种使用了以具有导电性的纤维形成的织物那样的具有贯通孔的电极的静电型扬声器。在pet、pp等高分子树脂膜蒸镀金属膜或者涂敷了导电性涂料的数μm～数十μm左右的厚度的振动体，隔着具有绝缘性、弹性及声响透过性的间隔件而被一对布电极夹入。由于布电极具有贯通孔，因此来自振动体的声压会良好地向外部释放。
4.在上述那样的静电型扬声器中，不仅需要偏置电压，还因为经由绝缘性的间隔件而使振动体驱动，所以驱动电压升高。
5.另一方面，在专利文献2中，公开了以下静电型扬声器，其具有与包括薄膜状构件的振动膜对置地配置的具有导电性的声响透过性的平面电极，并且，具备配置在振动膜及平面电极之间且形成为包括至少与振动膜对置的部分和振动膜在带电列上分离开的材料的缓冲构件。在振动膜通过振动而摩擦带电，电荷量更加增大，得到与施加了高电位的情况同样的效果，因此能够进一步降低形成声压所需的施加电压。
6.在先技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2009-284397号公报
9.专利文献2：日本特开2012-182684号公报


技术实现要素：

[0010]-发明要解决的课题-[0011]
在静电型的声压-电信号变换装置中，必须确保振动板和将其夹入的电极之间的绝缘性，作为结果，驱动电压升高。特别是，在能够实施三维的变形的片状的装置的情况下，针对变形电需要充分确保绝缘性。
[0012]
本发明是鉴于以上那样的状况而完成的，其目的在于，提供一种能够实施三维的
变形、并且驱动电压低的片状的静电型声压-电信号变换装置及其变换方法。
[0013]-用于解决课题的手段-[0014]
本发明的声压-电信号变换装置是将聚合物片材夹入对置的一对电极之间的声压-电信号变换装置，其特征在于，所述聚合物片材为电介质膜，所述电极之中的至少一方包括具有多个贯通孔的绝缘性的挠性基体和已将一端部固定于所述挠性基体的多个导电性纤维，通过所述导电性纤维彼此的接触来形成面内方向的电导通，通过向一对所述电极提供电信号，从而使所述导电性纤维振动而产生声压，或者通过接受声压并使所述导电性纤维振动，从而使一对所述电极输出电信号。
[0015]
根据本发明，针对绝缘性的电介质膜，即使不经由绝缘层也能够提供电极，能够将厚度减薄，因此使得三维的变形容易、并且能够进一步降低驱动电压。
[0016]
在上述的发明中，其特征也可以是，在变形时实质上不会使频率特性发生变化。根据本发明，因为电极负责声压的形成或者向电信号的变换，因此没有变形带来的频率特性的变化，即便对于三维的变形而言在动作稳定性方面也是优异的。
[0017]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述电介质膜为压电变换膜。根据本发明，也不需要提供偏置电压，能够降低驱动电压。
[0018]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述导电性纤维被赋予给所述挠性基体的一个主面，与所述聚合物片材对置地配置。根据本发明，能够进一步降低驱动电压。
[0019]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述挠性基体具有伸缩性。此外，其特征也可以是，所述挠性基体包括织物或者纤维网、被赋予了所述贯通孔的纸或者树脂片材。根据本发明，由于针对三维的变形的动作稳定性方面优异，因此能够应用于多种多样的用途。
[0020]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述导电性纤维是对控制了刚性的针状体的表面赋予了导电性覆膜的纤维。根据本发明，能够简便地得到与用途相符的装置。
[0021]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述导电性纤维的平均长度比所述贯通孔的平均开口宽度短。根据本发明，即便对于三维的变形来说在动作稳定性方面也是优异的。
[0022]
此外，本发明的变换方法是基于将聚合物片材夹入对置的一对电极之间的声压-电信号变换装置的声压-电信号的变换方法，其特征在于，所述聚合物片材为电介质膜，所述电极之中的至少一方包括具有多个贯通孔的绝缘性的挠性基体和已将一端部固定于所述挠性基体的多个导电性纤维，通过所述导电性纤维彼此的接触来形成面内方向的电导通，通过向一对所述电极提供电信号，从而使所述导电性纤维振动而产生声压，或者通过接受声压并使所述导电性纤维振动，从而使一对所述电极输出电信号。
[0023]
根据本发明，针对绝缘性的电介质膜，即使不经由绝缘层也能够提供电极，能够将厚度减薄，因此能够实施三维的变形、并且能够进一步降低驱动电压。
[0024]
在上述的发明中。其特征也可以是，在使所述声压-电信号变换装置发生了变形时实质上不会使频率特性发生变化。根据本发明，因为电极负责声压的形成或者向电信号的变换，因此没有变形带来的频率特性的变化，即便对于三维的变形而言在动作稳定性方面也是优异的。
[0025]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述电介质膜为压电变换膜。根据本发明，也不需要提供偏置电压，能够降低驱动电压。
[0026]
在上述的发明中，其特征也可以是，所述导电性纤维是对控制了刚性的针状体的
表面赋予了导电性覆膜的纤维，利用所述刚性来控制频带。根据本发明，能够简便地获得与用途相符的装置。
附图说明
[0027]
图1是基于本发明的实施例的声压-电信号变换装置的剖视图。
[0028]
图2是声压-电信号变换装置的一方的电极的俯视图。
[0029]
图3是说明声压-电信号变换装置的原理的剖视图。
[0030]
图4是表示聚合物片材的其他配置例的声压-电信号变换装置的剖视图。
[0031]
图5是表示聚合物片材的膜厚与声压的关系的图表。
[0032]
图6是电极的通常时与伸长时的比较照片。
[0033]
图7是表示声压-电信号变换装置的长率与声压的关系的图表。
[0034]
图8是表示每个伸长率的频率与声压的关系的图表。
[0035]
图9是表示基于导电性纤维的种类的频率与声压的关系的图表。
[0036]
图10是其他实施例中的声压-电信号变换装置的剖视图。
[0037]
图11是该其他实施例中的声压-电信号变换装置的(a)外观照片及(b)主要部位的放大照片。
[0038]
图12是使该其他实施例中的声压-电信号变换装置伸长时的(a)外观照片及(b)放大照片。
具体实施方式
[0039]
[实施例1]
[0040]
以下，使用图1～图3，针对作为本发明的一个实施例的声压-电信号变换装置1，说明其详细内容。
[0041]
如图1所示那样，声压-电信号变换装置1是将聚合物片材2夹入了呈片状扩展并对置的一对电极10之间的装置。聚合物片材2是电介质膜，将电极10彼此相互绝缘。换句话说，不需要另外设置绝缘层。作为聚合物片材2，使用电介质膜。即，使电极10彼此电绝缘、同时使外部的电场产生有电极化。特别是，聚合物片材2优选为μm级的薄的材料，通过减薄，从而能够缩短电极10彼此的距离，能够进一步降低驱动电压。
[0042]
此外，作为该电介质膜，尤其优选为驻极体膜。驻极体膜是如上述那样的电介质，并且在内部的负电荷层捕获负的电荷，以使在两个主面感应与距负电荷层的距离成反比例的正电荷，在表面带电。此外，也可以是具备空位或由硬度不同的材料形成而在厚度方向上具有不连续的构造、还具备压电变换效果的压电变换膜。
[0043]
作为该驻极体膜，例如能够适当地使用氟系聚合物。此外，也可以使用多孔质氟系聚合物膜片等而使之具有伸缩性。
[0044]
一并参照图2，电极10包括绝缘性的挠性基体11和将其一端固定于挠性基体11的导电性纤维13。挠性基体11例如能够使用织物或者纤维网。此外，只要是具备将两个主面贯通的多个贯通孔14且具有挠性及绝缘性的片状体，则也可以是其他材料，例如可以是具有多个贯通孔14的纸或树脂片材。
[0045]
导电性纤维13例如是进行了银镀覆的纤维、碳纤维等通过纤维彼此的接触来实现
导通的纤维体。此外，为了使一端部固定于挠性基体11，也优选为短纤维。在此，将一端部固定并非一定要仅将两端之中的一端部固定。只要固定成：使导电性纤维13的一部分固定于挠性基体11且使聚合物片材2侧的部分成为可动即可。此外，也可以将两端固定，以使得导电性纤维13的中间部分能够振动，也可以使用金属网等。进而，导电性纤维13的密度、配置被设成：通过相互接触，使得挠性基体11上的沿着面内的方向的电导通形成。
[0046]
导电性纤维13向挠性基体11的固定能够使用粘合剂12。粘合剂12如图示的那样，优选配设成网状，以使得挠性基体11的贯通孔14的至少一部分露出。作为粘合剂12，能够使用丙烯酸系粘合剂、聚氨酯系粘合剂等各种各样的材料。另外，无论是否使用粘合剂12，都能够采用使用了粘接剂的固定、基于种植的固定等其他固定方法。
[0047]
根据以上那样的声压-电信号变换装置1，通过向电极10提供电信号，从而能够使导电性纤维13振动而产生声压。换句话说，能够用作为扬声器。此外，通过接受声压并使导电性纤维13振动，从而能够使一对电极10输出电信号。换句话说，能够用作为麦克风。
[0048]
特别是，如图3所示那样，在将声压-电信号变换装置1用作为扬声器的情况下，若向电极10输入电信号，则夹着作为电介质膜的聚合物片材2而对置的导电性纤维13彼此之间相互获得引力、斥力而进行振动。通过该振动产生的声压穿过被配设成网状的粘合剂12的多个孔及将挠性基体11的两个主面贯通的多个孔并向电极10的外部传播(参照箭头)。另外，粘合剂12未必一定要有孔，即便穿过粘合剂12也能够传播声压。
[0049]
换句话说，在声压-电信号变换装置1中，并不是将被一对电极10夹持的聚合物片材2作为振动板，而是将电极10的一部分即导电性纤维13设为振子。由于导电性纤维13将一部分固定于挠性基体11并将另一部分设为可动，因此分别作为振子发挥功能够，以负责声压的形成。
[0050]
此外，夹着聚合物片材2而对置的电极10相互被绝缘，同时使其距离能够接近到聚合物片材2的厚度为止。由此即便驱动电压低，也能够获得较高的声压。特别是，优选导电性纤维13被配置成：固定于挠性基体11的一个主面且与聚合物片材2对置。由此，使导电性纤维13接近聚合物片材2，作为结果，能够最接近对置的电极10。由此，能够进一步降低驱动电压。
[0051]
此外，若将聚合物片材2设为驻极体膜，则能够实现将表面电压设为例如-200v以上那样的带电，也不需要提供偏置电压。
[0052]
进而，声压-电信号变换装置1通过具有挠性的材料来构成，因此能够使其弯曲或扭曲等三维地变形。此外，也可以设为通过有伸缩性的材料构成而能够伸缩。此外，如上所述，由于将导电性纤维13的各个部分作为振子，因此即便使声压-电信号变换装置1三维地变形，导电性纤维13各自向挠性基体11的固定状态也不会发生变化，实质上不会使频率特性发生变化。换句话说，声压-电信号变换装置1在针对变形的动作稳定性方面是优异的。
[0053]
另外，如图4所示那样，即便在通过无伸缩性的材料来得到聚合物片材2’的情况下，通过使聚合物片材2’的多个相互局部地重叠而能够滑动，同时维持电极10彼此的绝缘，由此能够使声压-电信号变换装置1能够伸缩。
[0054]
此外，即便将声压-电信号变换装置1用作为麦克风，根据与上述同样的理由，无论是否提供偏置电压，都能够以低的声压获得大的电信号。在该情况下，导电性纤维13负责声压向电信号的变换。
[0055]
此外，导电性纤维13也可以是对控制了刚性的针状体的表面赋予导电性覆膜的纤维。通过利用该刚性来控制频带，从而能够简便地获得具有与用途相符的频率特性的电信号变换装置1。
[0056]
此外，也可设为仅在一对电极10之中的一方配设了导电性纤维13的结构。换句话说，也可以用薄膜等来形成另一方的电极。在该情况下，通过使配设在一方的电极10的导电性纤维13振动，从而能够用作为与上述同样的扬声器或者麦克风。
[0057]
[扬声器制作试验]
[0058]
接下来，实际上制作多个声压-电信号变换装置1，使用图5～图8，针对调查了用作为扬声器的情况下的声压特性等的结果进行说明。
[0059]
如图5所示那样，在改变聚合物片材2的膜厚来测定声压时，判明了膜厚薄的片材能够获得高的声压。此外，也判明了：优选通过将聚合物片材2的厚度减薄为μm级来获得高的声压。换句话说，根据上述的声压-电信号变换装置1，由于能够将电极10彼此的距离接近，因此能够重新确认为即便在低的驱动电压下也能够获得高的声压。
[0060]
在图6中示出从一方的电极10的固定了导电性纤维13的一面侧观察到的照片。特别是，相对于伸长前的上方的照片，在下方的照片中朝着纸面向左右方向赋予张力而使之伸长。此外，各照片的左右的端部分别是伸长前与伸长后分别对应的位置。在本例中，伸长率超过约50％(长度为150％)。
[0061]
和上述中使电极10伸长的情况同样地，在图7中示出使声压-电信号变换装置1伸长时的声压的变化。如图示的那样，伸长率越大，声压也越大。认为这是因为：电极10的挠性基体11的贯通孔14的开口通过伸长而增大，声压向电极10的外部的传播变得良好。此外，也可以认为是由于通过伸长而将聚合物片材2的厚度减薄，而缩短了电极10间的距离。
[0062]
在图8中示出每个伸长率的频率与声压(输出)的关系(频率特性)。伸长率从0％升高到20％、50％，由此声压升高，但在频率特性中未观察到实质性的变化。
[0063]
在图9中示出基于导电性纤维13的种类的频率与声压的关系(频率特性)。作为导电性纤维13，使用了银镀覆短纤维、银镀覆合股线、金属网这三种。频率低的低音域中的输出在金属网中最高、其次为银镀覆合股线、再次为银镀覆短纤维的顺序。存在以下倾向：导电性纤维13的单位重量越大，则越增大低音域的输出，越减小单位重量，则越能够增大高温区域的输出。换句话说，即便将这些的多个种类的导电性纤维13加以组合来配置，也能够调整频率特性。
[0064]
[实施例2]
[0065]
接下来，针对作为本发明的另一个实施例的声压-电信号变换装置1’，使用图10～图12来说明其详细内容。
[0066]
如图10所示那样，声压-电信号变换装置1’和上述的声压电信号变换装置1同样，是在呈片状地扩展并对置的一对电极10’之间夹入了聚合物片材2的装置。聚合物片材2是电介质膜，将电极10’彼此相互绝缘。
[0067]
在此，电极10’包括绝缘性的挠性基体11’和使其一端固定于挠性基体11’的导电性纤维13。挠性基体11’被含浸或者涂布粘合剂，例如能够使用织物或者纤维网。在此，使用的是在玻璃纤维网涂布了粘合剂的材料。而且，利用粘合剂将导电性纤维13的一部分固定于挠性基体11’，并将另一部分设为可动。例如，将导电性纤维13之中的、被配置在挠性基体
11’的贯通孔14(参照图11的(b))的部分设为可动。
[0068]
此外，电极10’包括用于将含浸了粘合剂的挠性基体11’相对于外部进行密封的密封片材21和将密封片材21的端部进行密封的密封用粘着体22。密封片材21例如优选厚度为10～30μm的树脂膜，也能够适当地使用厚度为500μm以下的无纺布等。密封片材21能够在不会阻碍声压-电信号变换装置1’所必需的变形的情况下将粘合剂相对于外部密封，选择不会阻碍声压向内外传播的密封片材。除此之外，与实施例1同样。
[0069]
换句话说，通过在挠性基体11’涂布粘合剂，从而不需要将粘合剂单独地配置成网状，节省了制造的工夫时间，能够提高针对能够使用的粘合剂的种类的自由度。此外，使挠性基体11’的贯通孔14与粘合剂的孔一致，也不会以局部地用粘合剂堵塞贯通孔14，对于声压的传播来说变得有利。进而，在伴随于声压-电信号变换装置1’的变形的贯通孔14的变形中，也使粘合剂的孔追随，能够确保已将一部分固定于挠性基体11’的导电性纤维13的另一部分的可动性。
[0070]
在图11中示出这样制造出的声压-电信号变换装置1’的(a)外观照片及(b)将密封片材21取下的状态的放大照片。观察到在挠性基体11’的贯通孔14配置有多个导电性纤维13。
[0071]
在图12中示出使声压-电信号变换装置1’在沿着主面的方向伸长的状态下的(a)外观照片、(b)放大照片。即便在这样使该装置伸长的情况下，在声压-电信号变换装置1’的频率特性也没有观察到实质性的变化。
[0072]
以上，对本发明的实施例及基于该实施例的变形例进行了说明，但本发明并不一定限定于此，只要是本领域的技术人员就能够在不脱离本发明的主旨或者所附的权利要求书的范围内发现各种各样的代替实施例及改变例。
[0073]-符号说明-[0074]1ꢀꢀꢀꢀ
声压-电信号变换装置
[0075]2ꢀꢀꢀꢀ
聚合物片材
[0076]
10
ꢀꢀꢀ
电极
[0077]
11
ꢀꢀꢀ
挠性基体
[0078]
12
ꢀꢀ
粘合剂
[0079]
13
ꢀꢀꢀ
导电性纤维
[0080]
14
ꢀꢀꢀ
贯通孔。