(57)【要約】      （修正有）【課題】より適切に振動することが可能な誘電エラストマー振動システムおよび電源装置を提供する。【解決手段】誘電エラストマー層１１および一対の電極層１２を有する誘電エラストマー振動素子１と、一対の電極層１２に電位差を生じさせる電源装置２と、を備える誘電エラストマー振動システムＡ１であって、誘電エラストマー振動素子１は、一対の電極層１２の電位差と変形量との関係が、電位差の変化に対する変形量が相対的に大である高応答領域、電位差の変化に対する変形量が相対的に小である小電位差側の低応答領域、および高応答領域よりも大電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小低応答領域、を有しており、電源装置２は、交流電圧である波形電圧と、高応答領域の電位差を生じさせる直流電圧であるバイアス電圧と、が合成された振動信号電圧を、一対の電極層１２に印加することにより電位差を生じさせる。【選択図】図１
2020054131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー振動素子と、
前記一対の電極層に電位差を生じさせる電源装置と、を備える誘電エラストマー振動システムであって、
前記誘電エラストマー振動素子は、前記一対の電極層の電位差と変形量との関係が、電位差の変化に対する変形量が相対的に大である高応答領域、前記高応答領域よりも、小電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小である小電位差側の低応答領域、および前記高応答領域よりも大電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小であるかまたは前記誘電エラストマー層の破断点を含む大電位差側の低応答領域、を有しており、
前記電源装置は、交流電圧である波形電圧と、前記高応答領域の電位差を生じさせる直流電圧であるバイアス電圧と、が合成された振動信号電圧を、前記一対の電極層に印加することにより前記電位差を生じさせる、ことを特徴とする、誘電エラストマー振動システム。
【請求項２】
前記振動信号電圧により生じる前記電位差の最大値および最小値は、前記高応答領域に存在する、請求項１に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項３】
前記バイアス電圧により生じる前記電位差は、前記高応答領域の中央値である、請求項１または２に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項４】
前記電源装置は、昇圧機能を有するトランスを備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項５】
互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子を備え、
前記電源装置の前記トランスは、１つの一次巻線と互いの巻き方向が反対である２つの二次巻線とを有し、１つの前記波形電圧から互いの位相が反転された２つの波形電圧を生じ、
前記電源装置は、互いの位相が反転された２つの前記振動信号電圧を、２つの前記誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に各別に印加する、請求項４に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項６】
前記トランスの２つの前記二次巻線の結合点に、前記バイアス電圧が入力される、請求項５に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項７】
互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子を備え、
前記電源装置は、互いの位相が反転された２つの前記振動信号電圧を、２つの前記誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に各別に印加する、請求項１ないし３のいずれかに記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項８】
前記電源装置は、前記バイアス電圧の印加を行うトランスを有する、請求項７に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項９】
前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う、請求項８に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項１０】
前記トランスは、前記波形電圧の位相反転をさらに行う、請求項９に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項１１】
前記電源装置は、前記波形電圧の位相反転を行うトランスを有する、請求項７に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項１２】
前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う、請求項１１に記載の誘電エラストマー振動システム。
【請求項１３】
誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に電位差を生じさせる電源装置であって、
前記誘電エラストマー振動素子は、前記一対の電極層の電位差と変形量との関係が、電位差の変化に対する変形量が相対的に大である高応答領域、前記高応答領域よりも、小電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小である小電位差側の低応答領域、および前記高応答領域よりも大電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小であるかまたは前記誘電エラストマー層の破断点を含む大電位差側の低応答領域、を有しており、
交流電圧からなる波形電圧と、前記高応答領域の電位差を生じさせる直流電圧であるバイアス電圧と、が合成された振動信号電圧を前記一対の電極層に印加することにより前記電位差を生じさせる、電源装置。
【請求項１４】
前記電源装置は、昇圧機能を有するトランスを備える、請求項１３に記載の電源装置。
【請求項１５】
前記電源装置の前記トランスは、１つの一次巻線と互いの巻き方向が反対である２つの二次巻線とを有し、１つの前記波形電圧から互いの位相が反転された２つの波形電圧を生じ、
前記電源装置は、互いの位相が反転された２つの振動信号電圧を互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子に出力する、請求項１４に記載の電源装置。
【請求項１６】
前記トランスの２つの前記二次巻線の結合点に、前記バイアス電圧が入力される、請求項１５に記載の電源装置。
【請求項１７】
互いの位相が反転された２つの振動信号電圧を、互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に各別に印加する、請求項１３に記載の電源装置。
【請求項１８】
前記バイアス電圧の印加を行うトランスを有する、請求項１７に記載の電源装置。
【請求項１９】
前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う、請求項１８に記載の電源装置。
【請求項２０】
前記トランスは、前記波形電圧の位相反転をさらに行う、請求項１９に記載の電源装置。
【請求項２１】
前記波形電圧の位相反転を行うトランスを有する、請求項１７に記載の電源装置。
【請求項２２】
前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う、請求項２１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばスピーカーとして機能する誘電エラストマー振動システムおよび当該システムに用いられる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電エラストマー層と当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマートランスデューサーは、アクチュエータ用途、発電用途、センサ用途等の様々な用途に用いられる。特許文献１には、誘電エラストマートランスデューサーを、アクチュエータの一態様であるスピーカー等の振動素子として用いる構成が記載されている。
【０００３】
振動素子としての誘電エラストマートランスデューサーである誘電エラストマー振動素子は、振動の一例である音響に応じた波形の振動信号電圧が印加されることにより一対の電極層に電位差が生じ、所定の音響を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−４６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音響は、一般的に使用者の聴覚によって捉えられるものである。このため、入力された振動信号電圧によって生じる一対の電極層の電位差の変動に対して、誘電エラストマー振動素子が線形的に変形しないと、音響が歪む等の不適切な音響として聞こえてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より適切に振動することが可能な誘電エラストマー振動システムおよび電源装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によって提供される誘電エラストマー振動システムは、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー振動素子と、前記一対の電極層に電位差を生じさせる電源装置と、を備える誘電エラストマー振動システムであって、前記誘電エラストマー振動素子は、前記一対の電極層の電位差と変形量との関係が、電位差の変化に対する変形量が相対的に大である高応答領域、前記高応答領域よりも、小電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小である小電位差側の低応答領域、および前記高応答領域よりも大電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小であるかまたは前記誘電エラストマー層の破断点を含む大電位差側の低応答領域、を有しており、前記電源装置は、交流電圧である波形電圧と、前記高応答領域の電位差を生じさせる直流電圧であるバイアス電圧と、が合成された振動信号電圧を、前記一対の電極層に印加することにより前記電位差を生じさせる、ことを特徴としている。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記振動信号電圧により生じる前記電位差の最大値および最小値は、前記高応答領域に存在する。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記バイアス電圧により生じる前記電位差は、前記高応答領域の中央値である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源装置は、昇圧機能を有するトランスを備える。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子を備え、前記電源装置の前記トランスは、１つの一次巻線と互いの巻き方向が反対である２つの二次巻線とを有し、１つの前記波形電圧から互いの位相が反転された２つの波形電圧を生じ、前記電源装置は、互いの位相が反転された２つの振動信号電圧を、２つの前記誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に各別に印加する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスの２つの前記二次巻線の結合点に、前記バイアス電圧が入力される。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子を備え、前記電源装置は、互いの位相が反転された２つの前記振動信号電圧を、２つの前記誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に各別に印加する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源装置は、前記バイアス電圧の印加を行うトランスを有する。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスは、前記波形電圧の位相反転をさらに行う。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源装置は、前記波形電圧の位相反転を行うトランスを有する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う。
【００１９】
本発明の第２の側面によって提供される電源装置は、誘電エラストマー層および当該誘電エラストマー層を挟む一対の電極層を有する誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に電位差を生じさせる電源装置であって、前記誘電エラストマー振動素子は、前記一対の電極層の電位差と変形量との関係が、電位差の変化に対する変形量が相対的に大である高応答領域、前記高応答領域よりも、小電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小である小電位差側の低応答領域、および前記高応答領域よりも大電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小であるかまたは前記誘電エラストマー層の破断点を含む大電位差側の低応答領域、を有しており、交流電圧からなる波形電圧と、前記高応答領域の電位差を生じさせる直流電圧であるバイアス電圧と、が合成された振動信号電圧を前記一対の電極層に印加することにより前記電位差を生じさせる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源装置は、昇圧機能を有するトランスを備える。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源装置の前記トランスは、１つの一次巻線と互いの巻き方向が反対である２つの二次巻線とを有し、１つの前記波形電圧から互いの位相が反転された２つの波形電圧を生じ、前記電源装置は、互いの位相が反転された２つの振動信号電圧を互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子に出力する。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスの２つの前記二次巻線の結合点に、前記バイアス電圧が入力される。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、互いの位相が反転された２つの振動信号電圧を、互いの前記誘電エラストマー層が伸長状態で固定された２つの前記誘電エラストマー振動素子の前記一対の電極層に各別に印加する。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記バイアス電圧の印加を行うトランスを有する。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスは、前記波形電圧の位相反転をさらに行う。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記波形電圧の位相反転を行うトランスを有する。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記トランスは、前記波形電圧の昇圧をさらに行う。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、誘電エラストマー振動素子の電位差は、高応答領域に存在する可能性が高く、小電位差側の低応答領域や大電位差側の低応答領域に存在する可能性が低い。このため、電位差の変化に対して十分な大きさの変形量が得られ、また、電位差の変化と変形量との関係をより線形的な関係とすることが可能である。これにより、従来と比べて音響の歪が軽減されるとともに、誘電エラストマー振動素子が破断することを回避することが可能である。したがって、本発明の誘電エラストマー振動システムによれば、より適切に振動することができる。
【００３０】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すシステム構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムの誘電エラストマー振動素子を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図４】誘電エラストマー振動素子の電位差と変形との関係を示すグラフである。
【図５】同図（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムにおける波形電圧Ｖ１ａによる電位差の一例を示すグラフであり、同図（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムにおける波形電圧Ｖ１ｂによる電位差の一例を示すグラフである。
【図６】同図（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムにおける振動信号電圧Ｖａによる電位差の一例を示すグラフであり、同図（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムにおける振動信号電圧Ｖｂによる電位差の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図１１】同図（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムにおける波形電圧Ｖ２ａによる電位差の一例を示すグラフであり、同図（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムにおける波形電圧Ｖ２ｂによる電位差の一例を示すグラフである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
本発明に係る誘電エラストマー振動システムは、振動に関する入力信号に基づいて、電源装置から振動信号電圧を出力し、この振動信号電圧にしたがって誘電エラストマー振動素子を振動させるシステムである。入力信号の元となる振動は、特に限定されず、様々な振動を採用可能である。以下の実施形態においては、振動が音響である場合を例に説明する。
【００３４】
＜第１実施形態＞
図１〜図３は、本発明の第１実施形態に係る誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ１は、誘電エラストマー振動素子１および電源装置２を備えている。誘電エラストマー振動システムＡ１は、たとえば音源８から出力される音響信号が入力され、この音響信号を増幅等することにより音響を発するシステムである。なお、誘電エラストマー振動システムＡ１から発せられる音響は、たとえば２０〜２０ｋＨｚの人間の可聴域周波数帯に属するものが代表的であるが、当該周波数帯に限定されるものではない。
【００３５】
誘電エラストマー振動素子１は、誘電エラストマー層１１、電極層１２および支持体１３を備える。なお、本実施形態においては、誘電エラストマー振動素子１は、２つの誘電エラストマー層１１Ａ，１１Ｂおよび２対の電極層１２Ａ，１２Ｂを有するが、本実施形態とは異なり、１つの誘電エラストマー層１１および一対の電極層１２のみを備える構成であってもよい。この場合、一対の電極層１２に電位差が生じていない状態で、誘電エラストマー層１１を伸長させるための弾性部材（図示略）を備えることが好ましい。
【００３６】
誘電エラストマー層１１は、弾性変形による伸縮が可能であるとともに、絶縁強度が高いことが求められる。このような誘電エラストマー層１１の材質は特に限定されないが、好ましい例として、たとえばシリコーンエラストマーやアクリルエラストマーが挙げられる。
【００３７】
電極層１２は、誘電エラストマー層１１の表面に形成されており、電源装置２によって電圧が印加されるものである。誘電エラストマー振動素子１においては、一対の電極層１２が誘電エラストマー層１１を挟むように設けられている。電極層１２は、導電性を有するとともに、誘電エラストマー層１１の伸縮に追従しうる伸縮が可能な材質によって形成される。このような材質としては、伸縮可能な主材に導電性を付与するフィラーが混入された材質が挙げられる。前記フィラーの好ましい例として、たとえばカーボンナノチューブが挙げられる。
【００３８】
支持体１３は、２つの誘電エラストマー層１１Ａ，１１Ｂを支持するものである。本実施形態においては、支持体１３は、２つの周辺部１３３および複数の柱状部１３１を有する。２つの周辺部１３３は、たとえば円環形状等の部材であり、図中上下方向に離間して配置されている。複数の柱状部１３１は、２つの周辺部１３１を連結しており、各々が図中上下方向に延びる部材である。本実施形態においては、２つの誘電エラストマー層１１Ａ，１１Ｂの外周部分が、２つの周辺部１３３にそれぞれ離間して固定されている。また、２つの誘電エラストマー層１１Ａ，１１Ｂの中央部分どうしが、互いに固定されている。このような支持体１３に対する固定により、２つの誘電エラストマー層１１Ａ，１１Ｂは、各々が円錐台形状に伸長されており、互いに上下方向に引っ張り合う張力が発生している。
【００３９】
電源装置２は、たとえば、音源８からの音響信号が入力され、当該音響信号に基づく誘電エラストマー振動素子１に与えるべき振動信号電圧を生成する装置である。本実施形態においては、電源装置２は、入力部２０、波形電圧生成部２１、高圧電圧生成部２４、反転分岐部２３および２つの出力部２９Ａ，２９Ｂを有する。
【００４０】
入力部２０は、音源８からの音響信号が入力される部位である。出力部２９Ａ，２９Ｂは、誘電エラストマー振動素子１へと振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂが出力される部位である。出力部２９Ａ，２９Ｂは、昇圧機能を有していてもよい。
【００４１】
波形電圧生成部２１は、入力部２０が受けた音源８からの音響信号に基づき、波形電圧Ｖ１を生成するものであり、たとえば増幅回路等からなる。波形電圧生成部２１が生成する波形電圧Ｖ１は、交流波形である。
【００４２】
高圧電圧生成部２４は、高圧電圧ＨＶ２を生成するものである。高圧電圧ＨＶ２は、たとえば一定の大きさの直流電圧である。
【００４３】
反転分岐部２３は、波形電圧生成部２１からの波形電圧Ｖ１を２つの波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂに分岐する分岐処理と、これらの２つの波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂを互いの正負が反転された波形とする反転処理と、を行う。これにより、反転分岐部２３からは、互いの正負が反転された関係である２つの波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂが出力される。
【００４４】
２つの出力部２９Ａ，２９Ｂには、反転分岐部２３からの波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂと高圧電圧生成部２４からの高圧電圧ＨＶ２がそれぞれ入力される。本実施形態の出力部２９Ａ，２９Ｂは、増幅回路を有する。この増幅回路は、高圧電圧ＨＶ２を電源電圧として、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂを増幅し、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂを生成する。出力部２９Ａは、誘電エラストマー振動素子１の一対の電極層１２Ａに振動信号電圧Ｖａを出力し、出力部２９Ｂは、誘電エラストマー振動素子１の一対の電極層１２Ｂに振動信号電圧Ｖｂを出力する。この処理により、図６に示すように、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂは、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂにバイアス電圧Ｖ２が加算処理された出力電圧に相当するものとなる。以降の説明においては、増幅回路を有する出力部２９Ａ，２９Ｂの処理を含む電圧生成工程を、バイアス電圧Ｖ２を用いて概念的に説明する。波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂにバイアス電圧Ｖ２を加算処理する具体的構成例として、出力部２９Ａ，２９Ｂは、たとえばトランスをそれぞれ具備していてもよい。また、バイアス電圧Ｖ２が加算処理された出力電圧を得るための具体的装置構成として、「バイアス電圧」を名称に含む構成要件を備えることは必須ではない。たとえば、本実施形態のように、高圧電圧ＨＶ２を生成する高圧電圧生成部２４を備えることにより、バイアス電圧Ｖ２が加算処理が実現される構成であってもよい。
【００４５】
図４は、一対の電極層１２に生じる電位差と誘電エラストマー振動素子１の長さまたは面積等の変形量との関係を示している。同図に示すように、誘電エラストマー振動素子１は、一対の電極層１２に生じる電位差の大きさによって、高応答領域Ｓ１、小電位差側の低応答領域Ｓ２および大電位差側の低応答領域Ｓ３を有する。高応答領域Ｓ１は、電位差の変化に対する変形量が相対的に大である領域である。小電位差側の低応答領域Ｓ２は、高応答領域Ｓ１よりも小電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小である領域である。なお、電位差の変化に対する変形量が相対的に小である領域とは、電位差の変化に対する変形量が０である領域を含む概念である。図４に示した例においては、小電位差側の低応答領域Ｓ２が、無応答領域Ｓ２１を含んでいる。無応答領域Ｓ２１は、電位差が０の箇所を含み、電位差の変化に対する変形量が０である。また、図示された例においては、小電位差側の低応答領域Ｓ２のうち無応答領域Ｓ２１に対して大電位差側に続く部分が、電位差の変化に対して低い応答を示す領域である。大電位差側の低応答領域Ｓ３は、高応答領域Ｓ１よりも大電位差の領域であって電位差の変化に対する変形量が相対的に小であるかまたは過度な電位差に起因する誘電エラストマー層１１の絶縁破壊を伴う破断点を含む領域である。
【００４６】
図５は、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂを示している。同図（ａ）に示すように、波形電圧Ｖ１ａは、たとえば音響信号に基づく交流信号である。同図（ｂ）に示すように、波形電圧Ｖ１ｂは、波形電圧Ｖ１ａと同様に、たとえば音響信号に基づく交流信号である。波形電圧Ｖ１ａと波形電圧Ｖ１ｂとは、互いに位相が反転された関係であり、言い換えると互いの正負が反転された関係である。図６は、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差と高応答領域Ｓ１、小電位差側の低応答領域Ｓ２および大電位差側の低応答領域Ｓ３との関係を示している。同図（ａ）に示すように、振動信号電圧Ｖａは、交流電圧である波形電圧Ｖ１ａと、直流電圧であるバイアス電圧Ｖ２とが、合成（加算処理）されたものである。また、同図（ｂ）に示すように、振動信号電圧Ｖｂは、交流電圧である波形電圧Ｖ１ｂと、直流電圧であるバイアス電圧Ｖ２とが、合成（加算処理）されたものである。振動信号電圧Ｖａと振動信号電圧Ｖｂとは、互いの位相が反転された関係である。
【００４７】
波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂは、音源８からの音響信号に基づく波形とされている。Ｖ１ａ，Ｖ１ｂの大きさは、上限値と下限値との差分電圧が、高応答領域Ｓ１の最小値と最大値との差よりも小さく設定される。バイアス電圧Ｖ２は、少なくとも高応答領域Ｓ１に存在する値に設定される。好ましくは、バイアス電圧Ｖ２は、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差の最大値および最小値が、高応答領域Ｓ１に存在する大きさに設定される。より好ましくは、バイアス電圧Ｖ２による電位差は、高応答領域Ｓ１の中央値に設定される。このような振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂが誘電エラストマー振動素子１に印加される。より具体的には、振動信号電圧Ｖａが一対の電極層１２Ａに印加され、振動信号電圧Ｖｂが一対の電極層１２Ｂに印加される。これにより、誘電エラストマー振動素子１においては、誘電エラストマー層１１Ａ，１１Ｂおよび支持体１３の中央部１３２が一般的なスピーカーにおけるコーン紙等の振動板の機能を果たす。波形電圧Ｖ１が、たとえば２０〜２０ｋＨｚである場合、誘電エラストマー振動素子１からは、可聴域周波数帯の音響が発せられる。
【００４８】
次に、誘電エラストマー振動システムＡ１の作用について説明する。
【００４９】
本実施形態によれば、バイアス電圧Ｖ２による一対の電極層１２の電位差が、高応答領域Ｓ１に含まれている。このため、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差は、高応答領域Ｓ１に存在する可能性が高く、小電位差側の低応答領域Ｓ２や大電位差側の低応答領域Ｓ３に存在する可能性が低い。たとえば、電位差が小電位差側の低応答領域Ｓ２に存在すると、図４に示すように電位差の変化に対して誘電エラストマー振動素子１がほとんど変形しない。あるいは、電位差が小電位差側の低応答領域Ｓ２と高応答領域Ｓ１とに存在する場合、電位差の変化に対する変形量が非線形の関係となる。このようなことでは、音響が歪むこと等の不具合が懸念される。本実施形態においては、電位差が高応答領域Ｓ１に存在することにより、電位差の変化に対して十分な大きさの変形量が得られ、また、電位差の変化と変形量との関係をより線形的な関係とすることが可能であり、音響の歪みを抑制することができる。また、電位差が大電位差側の低応答領域Ｓ３に存在すると、音響が歪んだり、誘電エラストマー振動素子１が破断することが懸念されるが、本実施形態によれば、このような事態を回避することが可能である。したがって、誘電エラストマー振動システムＡ１によれば、より適切に音響を発することができる。
【００５０】
また、本実施形態においては、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差の最大値および最小値が、高応答領域Ｓ１に含まれている。したがって、音響の歪や誘電エラストマー振動素子１の破断を防止するのに好ましい。
【００５１】
本実施形態とは異なり、バイアス電圧Ｖ２による電位差が、高応答領域Ｓ１の下限値または上限値に近い場合、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差を高応答領域Ｓ１に含めようとすると、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂの振幅を相対的に小さく設定することが強いられる。このようなことでは、誘電エラストマー振動システムＡ１から発せられる音響のダイナミックレンジが狭められてしまう。本実施形態においては、バイアス電圧Ｖ２による電位差が、高応答領域Ｓ１の中央値に設定されている。これにより、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂの振幅を十分に大きく設定しつつ、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差を高応答領域Ｓ１に含めることが可能である。したがって、誘電エラストマー振動システムＡ１から発せられる音響のダイナミックレンジを増大させることができる。
【００５２】
誘電エラストマー層１１に同じ大きさの振幅を生じさせるために必要な電位差は、本実施形態のように振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂによる電位差のすべてが高応答領域Ｓ１に存在する場合の方が、本実施形態とは異なり電位差の一部が小電位差側の低応答領域Ｓ２に存在する場合よりも小さい値で済む。このため、本実施形態によれば、不要な電荷の注入および排出を回避し、同じ音響を発するために必要な電気エネルギーを抑制することが可能であり、省電力や高効率化に好ましい。また、本実施形態によれば、電位差と変形量との関係が線形的であるため、電位差の変化に対して変形の発生が時間的に遅れること等を回避可能であり、誘電エラストマー振動素子１の時間応答性を高めることができる。
【００５３】
図７〜図１４は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図７は、本発明の第２実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ２においては、電源装置２の反転分岐部２３は、プッシュプル出力トランスによって構成されている。反転分岐部２３では、入力側に１つの一次巻線が設けられ、出力側に２つの二次巻線が設けられている。出力側の２つの二次巻線は、互いの巻方向が反対である。このような構成により、入力側に交流電圧である波形電圧Ｖ１が入力されると、出力側の２つの二次巻線には、互いの正負が反転された波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂが生じる。
【００５５】
出力部２９Ａ，２９Ｂは、たとえば半導体トランジスタを有しており、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂを昇圧（増幅）する。また、出力部２９Ａ，２９Ｂには、高圧電圧生成部２４からの高圧電圧ＨＶ２が入力されている。出力部２９Ａ，２９Ｂには、昇圧（増幅）した波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂにバイアス電圧としての高圧電圧ＨＶ２をそれぞれ合成（加算処理）される。そして、出力部２９Ａ，２９Ｂから、一対の電極層１２Ａ，１２Ｂに振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂがそれぞれ印加される。
【００５６】
このような誘電エラストマー振動システムＡ２によっても、より適切に音響を発することができる。また、反転分岐部２３としてプッシュプル出力トランスを用いることにより、位相反転するための半導体デバイスを用いる必要がない。これは、システムのコスト低減に好ましい。特に、処理電圧が高くなるほど、位相反転を行う半導体デバイスのコスト増大が懸念されるため、誘電エラストマー振動システムＡ２は、処理電圧を高めつつ、コスト抑制を図るのに適している。また、プッシュプル出力トランスを用いることにより、電源装置２を構成する部品点数を削減可能であり、平均故障間隔が広くなり、品質向上を図ることができる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
図８は、本発明の第３実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ３においては、電源装置２は、昇圧部２５Ａ，２５Ｂを有する。反転分岐部２３においてたとえば半導体トランジスタを用いて反転および分岐された波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂが昇圧部２５Ａ，２５Ｂに入力される。昇圧部２５Ａ，２５Ｂには、高圧電源２０１からの高圧電圧ＨＶ１が入力される。昇圧部２５Ａ，２５Ｂは、たとえば半導体トランジスタを用いて昇圧（増幅）した波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂをそれぞれ出力する。出力部２９Ａ，２９Ｂには、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂとバイアス電圧生成部２２からのバイアス電圧Ｖ２とが入力され、これらをトランスを用いてそれぞれ合成（加算処理）する。このような誘電エラストマー振動システムＡ３によっても、より適切に音響を発することができる。
【００５８】
＜第４実施形態＞
図９は、本発明の第４実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ４においては、昇圧部２５Ａ，２５Ｂがトランスを有する。すなわち、昇圧部２５Ａ，２５Ｂには、反転分岐部２３においてたとえば半導体トランジスタを用いて反転および分岐された波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂが入力される。昇圧部２５Ａ，２５Ｂは、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂをトランスを用いて昇圧（増幅）し、出力する。出力部２９Ａ，２９Ｂは、たとえば半導体トランジスタを有している。出力部２９Ａ，２９Ｂは、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂに高圧電圧生成部２４からの高圧電圧ＨＶ２をバイアス電圧としてそれぞれに合成（加算処理）し、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂを出力する。このような誘電エラストマー振動システムＡ４によっても、より適切に音響を発することができる。
【００５９】
＜第５実施形態＞
図１０は、本発明の第５実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ５においては、反転分岐部２３がプッシュプル出力トランスを有する。この反転分岐部２３には、波形電圧Ｖ１とバイアス電圧生成部２２からの低圧に設定されたバイアス電圧Ｖ２が入力される。反転分岐部２３は、波形電圧Ｖ１の反転及び分岐と、バイアス電圧Ｖ２の合成（加算処理）とを行い、図１１に示す波形電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ｂを生成する。出力部２９Ａ，２９Ｂは、たとえば高圧電圧生成部２４からの高圧電圧ＨＶ２が入力される半導体トランジスタを用いて波形電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ｂを昇圧（増幅）して、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂを出力する。このような誘電エラストマー振動システムＡ５によっても、より適切に音響を発することができる。また、たとえば、出力部２９Ａ，２９Ｂにおける半導体トランジスタを用いた昇圧比が１００倍である場合、バイアス電圧Ｖ２は、目標とする最終のバイアス電圧の１／１００倍に設定される。
【００６０】
＜第６実施形態＞
図１２は、本発明の第６実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ６においては、反転分岐部２３の入力側の一次巻線の巻数に対して、出力側の２つの二次巻線の巻数が多く設定されている。このような構成により、反転分岐部２３に入力された波形電圧Ｖ１に対して、出力側の２つの二次巻線に生じる電圧を、一次巻線と二次巻線との巻数比に応じて高めることができる。この結果、反転分岐部２３から出力される電圧は、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂが上記巻数比に応じて高められた（昇圧または増幅された）ものに、高圧に設定されたバイアス電圧Ｖ２が合成（加算処理）されたものとなる。すなわち、本実施形態においては、反転分岐部２３が、反転分岐、バイアス印加および昇圧（増幅）を行い、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂを出力することが可能である。これにより、本実施形態においては、上述した例における昇圧機能を有する出力部２９Ａ，２９Ｂを備える必要が無い。したがって、電源装置２の装置構成を構成する部品点数をさらに削減可能であり、平均故障間隔がさらに広くなり、さらなる品質向上を図ることができる。このような誘電エラストマー振動システムＡ６によっても、より適切に音響を発することができる。
【００６１】
＜第７実施形態＞
図１３は、本発明の第７実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ７においては、出力部２９Ａ，２９Ｂが、それぞれトランスを有する。出力部２９Ａ，２９Ｂには、たとえば半導体トランジスタを有する反転分岐部２３によって反転および分岐された波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂが入力される。出力部２９Ａ，２９Ｂは、トランスを有し、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂの昇圧（増幅）とバイアス電圧生成部２２からの高圧に設定されたバイアス電圧Ｖ２の合成（加算処理）とを行う。このような誘電エラストマー振動システムＡ７によっても、より適切に音響を発することができる。
【００６２】
＜第８実施形態＞
図１４は、本発明の第８実施形態に係る電源装置および誘電エラストマー振動システムを示している。本実施形態の誘電エラストマー振動システムＡ８においては、反転分岐部２３が、がプッシュプル出力トランスを有しており、波形電圧Ｖ１を反転分岐および昇圧（増幅）することにより、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂを出力する。出力部２９Ａ，２９Ｂには、波形電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂと高圧に設定されたバイアス電圧Ｖ２とが入力され、これらをそれぞれ合成（加算処理）することにより、振動信号電圧Ｖａ，Ｖｂを出力する。このような誘電エラストマー振動システムＡ８によっても、より適切に音響を発することができる。
【００６３】
本発明に係る誘電エラストマー振動システムおよび電源装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る誘電エラストマー振動システムおよび電源装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００６４】
Ａ１，Ａ２，Ａ２１，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７：誘電エラストマー振動システム
１      ：誘電エラストマー振動素子
２      ：電源装置
８      ：音源
１１，１Ａ，１１Ｂ：誘電エラストマー層
１２，１２Ａ，２Ｂ：電極層
１３    ：支持体
２０    ：入力部
２１    ：波形電圧生成部
２２    ：バイアス電圧生成部
２３    ：反転分岐部
２４    ：高圧電圧生成部
２５Ａ，２５Ｂ：昇圧部
２９，２９Ａ，２９Ｂ：出力部
２０１  ：高圧電源
１３１  ：柱状部
１３３  ：周辺部
Ｓ１    ：高応答領域
Ｓ２    ：小電位差側の低応答領域
Ｓ２１  ：無応答領域
Ｓ３    ：大電位差側の低応答領域
Ｖａ，Ｖｂ：振動信号電圧
Ｖ２    ：バイアス電圧
Ｖ１，Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ：波形電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2020054131.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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