(57)【要約】【課題】特定の振動モード検出、及び特定の振動モードを打ち消す駆動を行うことを可能とし、さらに薄型化を図る。【解決手段】振動抑制システム４０は、振動抑制フィルム４１、制御部４２からなる。振動抑制フィルム４１は、振動モードセンサフィルム１２、振動モードアクチュエータフィルム３１、絶縁層４３からなる。振動モードセンサフィルム１２及び振動モードアクチュエータフィルムは、特定の振動モードに基づくパターンで電極が形成され、振動モードセンサフィルム１２の電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ及び振動モードアクチュエータフィルム３１の電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂが重なるように積層されている。電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂからの電荷信号に基づいて特定の振動モードを検出し、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの電圧印加で逆の位相を有する振動を励起させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の圧電性ポリマーフィルムと
前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電荷信号が出力されるセンサ用電極とからなることを特徴とする振動モードセンサフィルム。
【請求項２】
互いに異なる振動モードに合わせた前記電極がそれぞれ形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層したことを特徴とする請求項１記載の振動モードセンサフィルム。
【請求項３】
互いに異なる振動モードに合わせた複数の前記電極が前記圧電性ポリマーフィルムの同一面内に形成されたことを特徴とする請求項１記載の振動モードセンサフィルム。
【請求項４】
平板状の圧電性ポリマーフィルムと
前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電圧が印加される駆動用電極とからなることを特徴とする振動モードアクチュエータフィルム。
【請求項５】
互いに異なる振動モードに合わせた前記電極がそれぞれ形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層したことを特徴とする請求項４記載の振動モードアクチュエータフィルム。
【請求項６】
互いに異なる振動モードに合わせた複数の前記電極が前記圧電性ポリマーフィルムの同一面内に形成されたことを特徴とする請求項４記載の振動モードアクチュエータフィルム。
【請求項７】
請求項１ないし３いずれか記載の振動モードセンサフィルムと、請求項４ないし６いずれか記載の振動モードアクチュエータフィルムとを絶縁層を介して積層したことを特徴とする振動抑制フィルム。
【請求項８】
平板状の圧電性ポリマーフィルムと
前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電荷信号が出力されるセンサ用電極と、
前記センサ用電極と同じ面内に、前記特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電圧が印加される駆動用電極とからなることを特徴とする振動抑制フィルム。
【請求項９】
互いに異なる振動モードに基づく前記電極がそれぞれ形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層したことを特徴とする請求項８記載の振動抑制フィルム。
【請求項１０】
前記センサ用電極と、前記駆動用電極とは、互いに噛み合う櫛形状、又は網目形状に形成されたことを特徴とする請求項８又は９記載の振動抑制フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定モードの振動を検出する振動モードセンサ及び振動モードアクチュエータ並びに振動抑制フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電性ポリマーフィルムを用いた圧電型センサ及びアクチュエータが知られている。このような圧電型センサ及びアクチュエータは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される圧電性ポリマーフィルムを所望の形状に切り出し、検出部位及び駆動部位に貼り付ける構成が一般的である。
【０００３】
近年では、このような圧電型センサ及びアクチュエータを、振動検出用のセンサ及び振動を打ち消すアクチュエータとして使用することが考えられている。例えば特許文献１に記載されている圧電型振動センサでは、被測定物に取り付けられる台座と、圧電フィルムの両面にメッシュ状の電極を設けた膜状圧電体の両面に支持板を固着した感知部と、この感知部上に固着され、慣性質量部として作用する荷重体とからなり、被測定物が振動を受けたとき電極から電圧が出力されて振動を検出することができる。
【０００４】
また、特許文献２に記載されている振動インテンシティ検出器では、長方形の高分子圧電膜（圧電性ポリマーフィルム）と、この高分子圧電膜の両面に、互いに対向し、且つ長手方向に等間隔に貼り付けた複数の電極と、高分子圧電膜及び電極を覆う保護フィルムとからなり、この検出器を測定対象に貼り付けることで容易に取り付けられ、測定対象の変形に応じた電圧出力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７２８３９号公報
【特許文献２】特開平７−２０９０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１，２のような構成の圧電型センサ及びアクチュエータでは、圧電性ポリマーフィルムの両面に電極を設け、さらにこの電極を支持する基材を設ける必要があるため、圧電型センサ及びアクチュエータを貼り付けた被測定物（被検出物）の貼り付け面からの電極取り出しが困難である。すなわち、圧電型センサ及びアクチュエータは、電極を圧電性ポリマーフィルムに貼り付けて初めて機能を発現するため、最低でも圧電性ポリマーフィルムと、電極を圧電性ポリマーフィルムに貼り付けるための基材とを足した厚みが必要となり、結果としてセンサ・アクチュエータの薄型化の妨げとなっている。
【０００７】
さらに、圧電性ポリマーフィルムを平板上の無作為な部位及び範囲で貼り付けた場合、種々の振動モードを検出したり、実際の振動とは異なる振動モードを打ち消すようにアクチュエータを駆動させたりすることがある。そのためフィードフォワードやフィードバックなどの制御を試みても、不要なモードでアクチュエータを駆動させ、振動の無かった箇所に振動を生じさせたり、振動を増加させてしまうことがある。また、上記特許文献では、センサに適用する構成は記載されているが、アクチュエータに適用する場合の構成は記載されていない。
【０００８】
そこで、圧電型センサ及びアクチュエータ自体が、特定の振動モードを検出し、さらに特定の振動モードを打ち消すように駆動させることができれば、大幅な薄型化を図ることができるが、上記各特許文献では、これらについて考慮されていない。
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、特定の振動モード検出、及び特定の振動モードを打ち消す駆動を行うことが可能で、且つ薄型化を図ることが可能な振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルム並びにこれらを用いた振動抑制フィルムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の振動モードセンサは、平板状の圧電性ポリマーフィルムと、前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電荷信号が出力されるセンサ用電極とからなることを特徴とする。なお、互いに異なる振動モードに合わせた前記電極がそれぞれ形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層したことが好ましい。あるいは、互いに異なる振動モードに合わせた複数の前記電極が前記圧電性ポリマーフィルムの同一面内に形成されたことが好ましい。
【００１１】
本発明の振動モードアクチュエータフィルムは、平板状の圧電性ポリマーフィルムと
前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電圧が印加される駆動用電極とからなることを特徴とする。なお、互いに異なる振動モードに合わせた前記電極がそれぞれ形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層したことが好ましい。あるいは、互いに異なる振動モードに合わせた複数の前記電極が前記圧電性ポリマーフィルムの同一面内に形成されたことが好ましい。
【００１２】
本発明の振動抑制フィルムは、請求項１ないし３いずれか記載の振動モードセンサフィルムと、請求項４ないし６いずれか記載の振動モードアクチュエータフィルムとを絶縁層を介して積層したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８の振動抑制フィルムは、平板状の圧電性ポリマーフィルムと、前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電荷信号が出力されるセンサ用電極と、前記センサ用電極と同じ面内に、前記特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電圧が印加される駆動用電極とからなることを特徴とする。なお、互いに異なる振動モードに基づく前記電極がそれぞれ形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層したことが好ましい。また、前記センサ用電極と、前記駆動用電極とは、互いに噛み合う櫛形状、又は網目形状に形成されたことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特定モードの振動を精度良く検出し、また振動を打ち消す駆動を精度良く行うことが可能とし、なお且つ薄型化を図ることが可能な圧電型振動センサフィルム及びアクチュエータフィルム並びこれらを積層させた振動抑制フィルムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態を適用した振動検出システム１１は、振動モードセンサフィルム１２と、制御部１３とを備える。振動検出システム１１は、対象物に生じる振動を検出するシステムであり、振動モードセンサフィルム１２は、例えば、窓やパーティションなどの建築部材として設置される。振動モードセンサフィルム１２は、圧電性ポリマーフィルム１４、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ（センサ用電極）から構成される。
【００１６】
本発明の振動モードセンサフィルム１２は、大面積の窓などの建築材料や屈曲部位にも適用することを考慮して、従来の圧電型センサのように大面積化が困難且つ脆い無機質材料ではなく、有機圧電材料もしくは有機無機ハイブリット圧電材料が好ましい。よって、これらの観点から、本実施形態では、圧電性ポリマーフィルム１４は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなるが、本発明はこれに限定するものではなく、ポリ乳酸、セルロース誘導体など圧電性を有する樹脂であればよい。また、本実施形態の圧電性ポリマーフィルム１４は平板状であり、外形は長方形となっており、圧電性ポリマーフィルム１４の全外周は支持枠１７によって四辺が支持（固定）されている（図２参照）。この支持枠１７は、圧電性ポリマーフィルム１４の外周の四辺に線接触するナイフエッジ状の支持部１７ａによって圧電性ポリマーフィルム１４を単純支持する。なお、図１では支持枠１７の図示を省略している。
【００１７】
なお、本実施形態では、外形が長方形、四辺が単純支持の振動モードセンサフィルムを例示しているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、外形が、平板状の長方形及び正方形、円盤状、梁状のフィルムのいずれにも適用することが可能であり、支持方法は、自由端、固定端、単純支持、スライド端支持のいずれにも適用することができる。
【００１８】
本実施形態では、振動検出の対象となる対象物自体を圧電性ポリマーフィルム１４として構成している。これにより、圧電性ポリマーフィルム１４に振動が生じたとき、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから出力電圧が得られ、振動が検出される。なお、本発明はこれに限らず、例えば、圧電性ポリマーフィルム１４を振動検出の対象となる対象物に対して平行に配置し、且つ支持枠１７を介して対象物に取り付ける構成としてもよい。これにより、圧電性ポリマーフィルム１４は、対象物と同様の振動が生じるため、振動検出システム１１は、対象物が生じた振動を検出することができる。
【００１９】
図２に示すように、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂは、圧電性ポリマーフィルム１４の面内、且つ表裏両面にそれぞれ配され（電極１５Ａ，１５Ｂが表面、電極１６Ａ，１６Ｂが裏面）、圧電性ポリマーフィルム１４を間に挟んで互いに対向する形状及び位置に形成されている。これらの電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂは、後述する製造工程により圧電性ポリマーフィルム１４に生じる特定の振動モードに基づく形状パターンとなるように形成されている。
【００２０】
電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの材料としては生産効率、及び現像適性の観点からアルミニウムが好ましいが、銅や銀など現像適性があり、かつ電圧印加が可能な金属材料であれば特に限定されるものではない。また電極として導電性高分子を選択することも可能である。この場合、圧電性を有する樹脂に対して貧溶媒、且つ電極として使用する高分子に対して良溶媒となる保護膜剥離液を用意し、後述する現像工程でこの保護膜剥離液を使用することで導電性高分子に電極をパターニングできる。このような導電性高分子の電極材料としてはＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（ポリチオフェン系導電性ポリマー）が好ましいが、これに限らず、基材に電圧印加可能な高分子材料であれば特に限定はない。
【００２１】
振動モードセンサフィルム１２は、以下の製造工程により形成される。先ず圧電性ポリマーフィルム１４の両面全体に、アルミニウム電極層を形成する電極層形成工程を行う。図３（Ａ）は、圧電性ポリマーフィルム１４にこのアルミニウム電極層１８が形成された状態を示す。このときアルミニウム電極層１８を形成する方法としては、例えば真空蒸着法を用いる。そして現像工程を行い。アルミニウム電極層１８から不要な箇所を除去して電極パターンを形成する。なお、圧電性ポリマーフィルム１４として用いられるＰＶＤＦの市販品には、面全体にアルミニウム電極が蒸着形成され、それぞれ分極処理されているものがある。よって、これを用いた場合、不必要な部位の電極を除去することで、振動モードセンサフィルム１２を作製することが可能である。
【００２２】
現像工程では、（１）先ずアルミニウム電極層１８を形成した圧電性ポリマーフィルム１４の両面に、アルミニウム電極層１８を覆うようにして感光性保護層１９を形成する（図３（Ｂ）に示す状態）。感光性保護層１９の材料としては一般的なフォトレジスト材料が適用できる。またネガ型、ポジ型どちらを選択することができる。感光性保護層１９を塗布する方法としては特に限定はなく、例えばロールコート法、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法などを挙げることができる。この中でも生産性の観点から、ロールコート法がより好ましい。（２）。感光性保護層１９としてポジ型フォトレジストを塗布した場合、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂとして残したい部分をフォトマスクで覆い、露光を行う（図３（Ｃ）に示す状態）。なお、図３（Ｃ）の符号２０は、感光性保護層１９への露光で現像液に対する溶解性が変化した領域を示す。（３）一方の面の感光性保護層１９を露光した後、圧電性ポリマーフィルム１４を反転させてもう一方の面の感光性保護層１９を露光する（図４（Ａ）に示す状態）。（４）アルカリ溶液などの現像液で現像を行うことによって、感光性保護層１９の領域２０を溶解させるとともに、領域２０の溶解で露出した部分のアルミニウム電極層１８を溶解させる（図４（Ｂ）に示す状態）。（５）圧電性ポリマーフィルムに対して貧溶媒である溶剤で感光性保護層１９を除去する（図４（Ｃ）に示す状態）。このようにして、圧電性ポリマーフィルム１４の両面に電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂがパターン形成される
【００２３】
なお、アルミニウム電極層１８の不要な箇所の電極除去方法としてはアルカリ溶液による現像方法が好ましいが、酸性溶液による現像など電極を溶解できれば特に限定するものではない。感光性保護層１９の厚みとしては現像の速さから５μｍ以下が好ましく、電極を保護かつ現像可能な厚みであれば特に限定はない。感光性保護層１９を露光する露光方法としてはフォトマスクを用いた紫外線照射法が好ましく、露光量としては０．１Ｊ〜１．０Ｊが好ましい。現像液としては電極除去の観点から、アルカリ性溶液が好ましく、感光性保護層１９及び電極層の両方を溶解できる現像液であれば特に限定はない。電極溶解後の感光性保護層の剥離液としては、高分子圧電膜に対して貧溶媒であれば特に限定はない。例えば、メタノール、エタノール、アセトン、ＭＥＫなどが挙げられる。また溶液による剥離ではなく、密着テープを用いたテープ剥離であっても、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂを除去しなければ適用できる。
【００２４】
なお、本発明は上述の製造工程に限るものではなく、現像工程を含まず、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂを形成する製造工程を行ってもよい。この場合、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの材料としては塗布適性などの生産性の観点から導電性高分子材料が好ましく、銀ペーストなど金属材料を溶解した材料で塗布性を有する材料かつ電圧印加が可能である材料であれば特に限定はない。また塗布液として使用する溶媒は生産性の観点からメタノールやエタノール、ＭＥＫなどの低沸点溶媒が好ましく、基材である高分子圧電膜に対して貧溶媒であれば特に限定するものではない。
【００２５】
電極形成方法としては電極として用いる塗液を任意の部位に塗布できる手法であれば、特に限定するものではなく、例えば、インクジェット法、印刷法、など一般的なパターニング技術が上げられる。電極層として用いる塗布液は高分子導電性材料ＰＥＤＯＴ、銀ペーストなど一般的な導電性材料が挙げられる。また溶媒としては高分子圧電膜に対して貧溶媒であれば特に限定はなく、生産性の観点からＭＥＫ、トルエン、メタノールが好ましい。塗布後の乾燥温度としては９０°Ｃ以下が好ましく、高分子圧電材料のＴｇ（ガラス転移温度）以下であれば良い。電極層の厚みとしては５μｍ以下が好ましく、電圧印加可能な厚みであれば特に限定はない。また高分子圧電膜をセンサ、アクチュエータとして機能させるための電圧印加を行うためには、フィルム両面に対向する形で電極が形成されていなければいけない。
【００２６】
具体的な製造方法の例としては、（１）一方のロールから引き出し、他方のロールへ巻き付けることによるロール搬送、またはバッチ式搬送などで搬送された圧電性ポリマーフィルムの両面に導電性材料（例えば銀ペースト、ＰＥＤＯＴ）をインクジェットで塗布する。（２）乾燥処理を施し塗膜を形成する。（３）各電極部位に高電圧を印加して分極処理することで電極部位にのみ圧電性を発現させる。
【００２７】
以上のような製造工程を経て圧電性ポリマーフィルム１４に形成される電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂのパターンは、圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく位置及び形状に形成されている。これら電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂのパターンについて以下に説明する。この圧電性ポリマーフィルム１４は上述したように、四辺を単純支持されているため、短辺方向をＸ方向、長辺方向をＹ方向（図１参照）とするとＸ，Ｙ方向にそれぞれ１次、２次、３次・・・の振動モードが現れる。圧電性ポリマーフィルムに生じる振動モードのうち、本実施形態で検出を行う（１，２）モード（Ｘ方向が１次、Ｙ方向が２次の振動モードを示す。以下同じ）、（２，２）モードの振動を検出する場合について先ずは説明する。
【００２８】
（１，２）モードにおけるＸ方向の基準振動は、変位する腹が一箇所だけにある基準振動であるが、（１，２）モードにおけるＹ方向の基準振動は、圧電性ポリマーフィルム１４の短辺を節として、Ｙ方向に腹が二箇所ある基準振動となっている。さらに、（２，２）モードの振動は、腹が二箇所にあるＸ方向の基準振動と、腹が二箇所にあるＹ方向の基準振動とからなる。よって、（１，２）モード及び（２，２）モードを特定の振動モードとして検出する場合、振動モードセンサフィルムのサイズをＬｘ×Ｌｙ（Ｘ，Ｙ方向の長さ；図参照）、左隅を原点（０，０）とすると、（Ｌｘ／３，０）、（Ｌｘ×２／３，０）の位置からＹ方向を軸方向とした形状関数が±Ｆ（ｘ）＝Ａ×ｓｉｎ（２×π×ｙ／Ｌｙ）となる電極のパターン（関数内部が電極として形成される箇所）を上記の製造工程で作製する。なお、形状関数のＡは定数で、フィルム厚さ材質などの条件により異なる。この形状関数から、（１，２）モード及び（２，２）モードに基づくパターン形状、すなわちＸ方向に突出するｓｉｎカーブの山が、基準振動の腹の数（振動モードの次数）と同じ２箇所あるパターン形状で電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂが形成される。なお、本実施形態では、説明の都合上、振動モードセンサフィルムの位置（Ｌｘ／３，０）からＹ方向に沿って形成された電極を符号１５Ａ、１６Ａ、位置（Ｌｘ×２／３，０）からＹ方向に沿って形成された電極を符号１５Ｂ，１６Ｂで示す。
【００２９】
上述の形状関数に基づくパターン形状で形成した電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから正確に電荷信号を出力させるため、図１に示すように、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの各パターン形状を各節ごとに分割した計８箇所の部位１５Ａ１，１５Ａ２，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１６Ａ１，１６Ａ２，１６Ｂ１，１６Ｂ２からそれぞれ独立して出力を取り出す。なお、図１では、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから（１，２）モードの出力を検出する場合を例示している。
【００３０】
図１に示すように、制御部１３は、入出力Ｉ／Ｆ２３、チャージアンプ２４、振動検出回路２５等から構成される。入出力Ｉ／Ｆ２３は、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂに接続されている。上述のように電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂの各部位１５Ａ１，１５Ａ２，１５Ｂ１，１５Ｂ２，１６Ａ１，１６Ａ２，１６Ｂ１，１６Ｂ２からそれぞれ出力された電荷信号は、入出力Ｉ／Ｆ２３からチャージアンプ２４に入力される。この際、各パターンの電極１５Ａ，１６Ａと、電極１５Ｂ，１６Ｂとでは同じ極性で、なお且つ節で分割した部位で極性を逆にしてチャージアンプ２４に電荷信号を入力する。すなわち、部位１５Ａ１，１５Ｂ１，１６Ａ２，１６Ｂ２からの出力はチャージアンプ２４の正（＋）極へ、部位１５Ａ２，１５Ｂ２，１６Ａ１，１６Ｂ１からの出力はチャージアンプ２４の負（−）極へ、それぞれ入力する。これにより、各パターンの和をチャージアンプ２４へ入力することができる。
【００３１】
チャージアンプ２４は、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから入力される電荷信号を増幅するとともに、積分する。これにより、チャージアンプ２４は、入力された電荷信号に基づいて、出力電圧を生成する。
【００３２】
振動検出回路２５は、チャージアンプ２４で生成した出力電圧から圧電性ポリマーフィルム１４の振動モードを検出する。振動検出回路２５は、各パターンの和をチャージアンプ２４で増幅、積分した出力電圧を（１，２）モードの出力として検出することができる。上述したように、特定の振動モードに基づく形状で電極を形成しているため、精度良く特定の振動モードを検出することが可能であり、且つ、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂを圧電性ポリマーフィルム１４の面内にパターン形成しているので、支持板などの基材を必要とせず、薄型の振動モードセンサフィルムを構成することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから（１，２）モードの出力を検出する場合を例示しているが、同じ構成の振動モードセンサフィルムから、（２，２）モードの出力を検出する場合、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂからの電荷信号に基づく出力電圧の差をチャージアンプ２４に入力する必要がある。すなわち、各パターンの電極１５Ａ，１６Ａと、電極１５Ｂ、１６Ｂとで極性を逆にしてチャージアンプ２４に電荷信号を入力する。すなわち、部位１５Ａ１，１５Ｂ２，１６Ａ２，１６Ｂ１からの出力はチャージアンプ２４の正（＋）極へ、部位１５Ａ２，１５Ｂ１，１６Ａ１，１６Ｂ２からの出力はチャージアンプ２４の負（−）極へ、それぞれ入力する。これにより、各パターンからの出力の差をチャージアンプ２４へ入力することができる。なお、これ以外の構成は図１に示す例と同様である。
【００３４】
上述のように圧電性ポリマーフィルム１４に形成する電極は、特定の振動モードの次数に合わせて、ｓｉｎカーブの山が現れる形状関数のパターンで形成すればよく、例えば（１，３）モード及び（２，３）モードを特定の振動モードとして検出する場合、電極のパターンを示す形状関数が±Ｆ（ｘ）＝Ａ×ｓｉｎ（３×π×ｙ／Ｌｙ）となり、ｓｉｎカーブの山が３箇所に表れる。図５は、（１，３）モードを特定の振動モードとして検出する電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂが形成された場合を例示する。なお、この電極２１，２２以外の構成は上記第１実施形態と同様である。この場合、正確に電荷信号を出力させるため、電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの各パターン形状を各節ごとに分割した計１２箇所の部位２１Ａ１，２１Ａ２，２１Ａ３，２１Ｂ１，２１Ｂ２，２１Ｂ３，２２Ａ１，２２Ａ２，２２Ａ３，２２Ｂ１，２２Ｂ２，２２Ｂ２からそれぞれ独立して出力を取り出す。そして、上記実施形態と同様に、電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの各部位からチャージアンプ２４へ入力する極性によって各パターンの和を入力することができ、各パターンから出力された電荷信号の和をチャージアンプ２４で増幅、積分した出力電圧を（１，３）モードの出力として検出することが可能である。なお、（２，３）モードを特定の振動モードとして検出する場合は、電極２１Ｂ，２２Ｂの各部位２１Ｂ１，２１Ｂ２，２１Ｂ３，２２Ｂ１，２２Ｂ２，２２Ｂ２からチャージアンプ２４へ入力する極性を図５に示す例とは逆の極性に設定すればよい。これにより、電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂの各パターンから出力された電荷信号の差をチャージアンプ２４へ入力することができ、チャージアンプ２４で増幅、積分した出力電圧を（２，３）モードの出力として検出することが可能となる。
【００３５】
［第２実施形態］
上記実施形態においては、圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を振動モードセンサフィルムに適用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第２実施形態では、振動モードアクチュエータフィルムとして構成することができる。この振動モードアクチュエータフィルムからなる振動抑制システムは、図６に示す構成になる。図６に示すように、振動抑制システム３０は、振動モードアクチュエータフィルム３１と、制御部３２とからなる。振動モードアクチュエータフィルム３１は、上記実施形態の振動モードセンサフィルムと同じ構成で、圧電性ポリマーフィルム１４、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ（駆動用電極）からなる。電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂは、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂと同形状にパターン形成されたものである。なお、図６では、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂに電圧を印加することにより、特定の振動モードとして（１，２）モードの振動を励起する場合を例示している。
【００３６】
制御部３２は、入出力Ｉ／Ｆ２３、パワーアンプ３５、振動制御回路３６等から構成される。入出力Ｉ／Ｆ２３は、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂを節ごとに分割した各部位３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ｂ１，３３Ｂ２に接続されている。この制御部３２は、振動制御回路３６からの制御信号をパワーアンプ３５で増幅した電圧を出力し、Ｉ／Ｆ２３から電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの各部位３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ｂ１，３３Ｂ２へ入力することにより圧電性ポリマーフィルム１４に電圧を印加する。このパワーアンプ３５から電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂの各部位３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ｂ１，３３Ｂ２，３４Ａ１，３４Ａ２，３４Ｂ１，３４Ｂ２に印加する電圧の極性によって（１，２）モードの振動を励起させることができる。振動モードアクチュエータフィルム３１は、制御部３２から電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂへの電圧印加により、圧電性ポリマーフィルム１４が変位、湾曲して振動が励起される。この制御部３２からの制御によって圧電性ポリマーフィルム１４に励起される振動は、圧電性ポリマーフィルム１４に生じる振動と、逆の位相を有する振動となっている。上述したように、特定の振動モードに基づく形状で電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂを形成しているため、特定の振動モードを打ち消すように振動モードアクチュエータフィルム３１を駆動させることができる。また、上記第１実施形態と同様に、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂを圧電性ポリマーフィルム１４の面内にパターン形成しているので、支持板などの基材を必要とせず、薄型の振動モードアクチュエータフィルム３１を構成することができる。
【００３７】
なお、図６では、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂに電圧を印加することによって（１，２）モードの振動を励起する場合を例示しているが、（２，２）モードの振動を励起する場合、電極３３Ｂ，３４Ｂの各部位３３Ｂ１，３３Ｂ２，３４Ｂ１，３４Ｂ２に印加する電圧の極性を図６に示す例とは逆の極性に設定すればよい。
【００３８】
［第３実施形態］
上記第１及び第２実施形態では、圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムとして適用した例をそれぞれ示したが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第３実施形態では、振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムを組み合わせて構成し、特定の振動モードを検出し、この振動モードを打ち消す振動を励起させる振動抑制フィルムについて説明する。この振動抑制フィルムを含む振動抑制システムの構成は、図７及び図８に示す構成になる。図７及び図８に示すように、振動抑制システム４０は、振動抑制フィルム４１と、制御部４２とからなる。振動抑制フィルム４１は、上記第１実施形態と同様の構成の振動モードセンサフィルム１２と、上記第２実施形態と同じ構成の振動モードアクチュエータフィルム３１と、絶縁層４３とからなり、絶縁層４３の両面に振動モードセンサフィルム１２、振動モードアクチュエータフィルム３１を貼り合わせた３層構造に形成されている。振動モードセンサフィルム１２、振動モードアクチュエータフィルム３１、及び絶縁層４３は、全て同じ外形であり、振動モードセンサフィルム１２の電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ及び振動モードアクチュエータフィルム３１の電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂが重なるように積層されている。なお、絶縁層４３としては、カプトンのようなポリイミドフィルムの他、絶縁性を有するものであればよく、ポリエステルフィルムなどの汎用樹脂フィルムでもよい。また、振動モードセンサフィルム１２及び振動モードアクチュエータフィルム３１との粘着のために絶縁層４３の表面に形成する粘着層としてはアクリル系粘着剤など、絶縁性を有するものであればよい。
【００３９】
制御部４２は、入出力Ｉ／Ｆ２３、チャージアンプ２４、振動検出回路２５、パワーアンプ３５、振動制御回路３６等から構成される。入出力Ｉ／Ｆ２３は、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂにそれぞれ接続されている。なお、図７においては図面の煩雑化を防ぐため、入出力Ｉ／Ｆ２３と電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂとの接続を省略しているが、実際は、上記第１、第２実施形態と同様に各電極の各部位と入出力Ｉ／Ｆ２３とが接続され、さらに、上記第１、第２実施形態と同様の極性でチャージアンプ２４及びパワーアンプ３５に接続されている。チャージアンプ２４は、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂから入力される電荷信号を増幅して出力電圧を生成する。さらに、制御部４２は、パワーアンプ３５で制御信号を増幅した電圧を出力し、Ｉ／Ｆ２３から電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂへ入力することにより圧電性ポリマーフィルム１４に電圧を印加する。制御部４２から電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂへの電圧印加により、圧電性ポリマーフィルム１４が変位、湾曲して振動が励起される。
【００４０】
この制御部４２による制御では、先ず、電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂからの電荷信号に基づく出力電圧から振動検出回路２５が振動抑制フィルム４１に生じる特定の振動モードを検出する。そして、振動制御回路３６は、検出された振動モードを打ち消すように、パワーアンプ３５へ制御信号を入力し、電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂへの電圧印加によって逆の位相を有する振動を振動抑制フィルム４１に励起させるフィードバック制御を行う。上述したように、特定の振動モードに基づく形状で電極を形成しているため、精度良く特定の振動モードを検出することができるとともに、検出された特定の振動モードを打ち消すように振動抑制フィルム４１を駆動させることができる。また、上記第１及び第２実施形態と同様に、圧電性ポリマーフィルムの面内に電極をパターン形成しているので、支持板などの基材を必要とせず、薄型の振動抑制フィルムを構成することができる。
【００４１】
なお、上記第３実施形態では、振動モードセンサフィルム１２と振動モードアクチュエータフィルム３１とを積層させて振動抑制フィルム４１を形成しているが、本発明はこれに限らず、図９及び図１０に示す第３実施形態の変形例としての振動抑制フィルム４４では、圧電性ポリマーフィルム１４の同一面内（表面）に電極４５，４６を形成している。なお、図９及び図１０では省略しているが、裏面にも同様の電極を形成する。電極４５は、上述した電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂと同様に出力電圧が検出されるセンサ用電極であり、電極４６は電極３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂと同様に振動を打ち消すための電圧が印加される駆動用電極である。さらに、図９に示す電極４５，４６は、外形が上記実施形態１，２と同様の形状関数からなる形状パターンであるとともに、向き合う歯の部分が互いに噛み合う櫛形状に形成されている。これによって、特定の振動モードが検出される電極４５と、特定の振動モードを打ち消す振動を励起させる電極４６が近接する位置にあるため、精度良く特定の振動モードを検出することができるとともに、検出された特定の振動モードを打ち消すように振動抑制フィルム４４を駆動させることができる。また、圧電性ポリマーフィルムの同一面内にセンサ用電極及び駆動用電極をパターン形成しているので、さらなる薄型化を図ることができる。
【００４２】
また、図１０に示す電極４５，４６は、上記実施形態１，２と同様の形状関数からなる形状パターンであるとともに、複数の矩形を繋げた網目状を互い噛み合わせた形状に形成されている。これによって、特定の振動モードが検出される電極４５と、特定の振動モードを打ち消す振動を励起させる電極４６が近接する位置にあるため図９と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
［第４実施形態］
上記第１〜第３実施形態では、１種類の特定モードのみを検出する振動モードセンサフィルム、または１種類の特定モードのみを打ち消す駆動を行う振動モードアクチュエータフィルム、あるいはこれらを組み合わせた振動抑制フィルムを例示しているが、本発明はこれに限らず、互いに異なる複数の振動モードに合わせた電極がそれぞれ形成された圧電性ポリマーフィルムからなり、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルム、または複数の振動モードを打ち消すように駆動される振動モードアクチュエータフィルム、または複数の振動モードを検出し、検出した振動モードを打ち消すように駆動される振動抑制フィルムを構成してもよい。以下で説明する第４実施形態では、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルムについて説明する。この振動モードセンサフィルムの構成を図１１及び図１２に示す。図１１及び図１２に示すように振動モードセンサフィルム５１は、上記第１実施形態で説明した（１，２）モード及び（２，２）モードを特定の振動モードとして検出する電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂが形成された圧電性ポリマーフィルム１４からなる振動モードセンサフィルム１２と、（１，３）モード及び（２，３）モードを特定の振動モードとして検出する電極２１，２２が形成された振動モードセンサフィルム５２と、絶縁層５３とからなり、絶縁層５３の両面に振動モードセンサフィルム１２、振動モードセンサフィルム５２を貼り合わせた３層構造に形成されている。振動モードセンサフィルム１２、振動モードセンサフィルム５２、及び絶縁層４３は、全て同じ外形であり、振動モードセンサフィルム１２の電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ及び振動モードセンサフィルム５２の電極２１，２２が重なるように積層されている。この振動モードセンサフィルム５１は、上記第１実施形態と同様の制御部１３と接続される。なお、絶縁層５３としては、上記第３実施形態の絶縁層４３と同様のものを用いる。
【００４４】
電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ及び電極２１，２２は互いに異なる振動モードに基づくパターンにそれぞれ形成されているため、これらの電極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ及び電極２１，２２から出力される電荷信号に基づく出力電圧からそれぞれ異なる振動モードを検出することができる。さらに、３種類以上の互いに異なる振動モードに基づくパターンがそれぞれ形成された振動モードセンサフィルムを絶縁フィルムを介して積層すれば、３種類以上のそれぞれ異なる振動モードを検出することができる。
【００４５】
なお、上記第４実施形態では、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルムについて例示したが、複数の振動モードを打ち消すように駆動される振動モードアクチュエータフィルムの場合は、上記第２実施形態と同様の構成で、電極が互いに異なる振動モードに基づくパターンにそれぞれ形成されている複数の振動モードアクチュエータフィルムを絶縁層を介して積層すれば良い。また、複数の振動モードを検出し、検出した振動モードを打ち消すように駆動される振動抑制フィルムの場合は、上記第３実施形態の変形例で説明した、圧電性ポリマーフィルム１４の同一面内（表面）にセンサ用電極及び駆動用電極をパターン形成した複数の振動抑制フィルムで、なお且つ電極がそれぞれ互いに異なる振動モードに基づくパターンで形成された振動抑制フィルムを絶縁層を介して積層すればよい。
【００４６】
［第５実施形態］
上記第１実施形態では、四辺を単純支持した長方形の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成された電極からなる構成で、この電極のパターンを、四辺単純支持の形態に合わせた形状関数となるように形成している場合を例示しているが、本発明はこれに限るものではなく別の形態でも適用することができる。以下で説明する本発明の第２実施形態では、片持ち梁の形態、すなわち一方の端部を固定支持した長方形の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成された電極からなる構成で、電極のパターンを片持ち梁の形態に合わせて形成する場合を例示する。この圧電性ポリマーフィルム及び電極からなる構成を振動モードセンサフィルムに適用した場合、図１３及び図１４に示す構成になる。図１３及び図１４に示すように、振動検出システム６０は、振動モードセンサフィルム６１及び制御部６２からなり、振動モードセンサフィルム６１は、圧電性ポリマーフィルム６３、電極６４，６５（センサ用電極）から構成される。
【００４７】
本実施形態で使用される圧電性ポリマーフィルム６３としては、上記第１実施形態の圧電性ポリマーフィルム１４と同様のものが使用され、長方形の平板状に形成される。支持部材６６は、圧電性ポリマーフィルム６３の長手方向の一端を上下から挟み込むようにして固定支持している。
【００４８】
本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、振動検出の対象となる対象物自体を圧電性ポリマーフィルム６３として構成している。これにより、圧電性ポリマーフィルム６３に振動が生じたとき、電極６４，６５から出力電圧が得られ、振動モードが検出される。なお、本発明はこれに限らず、電極６４，６５を形成した圧電性ポリマーフィルム６３を振動検出の対象となる対象物に貼り付けて対して、対象物とともに支持部材６６に固定支持される構成としてもよい。これにより、圧電性ポリマーフィルム６３は、対象物と同様の振動が生じるため、振動検出システム６０は、対象物が生じた振動を検出することができる。
【００４９】
電極６４，６５は、上記実施形態と同様に圧電性ポリマーフィルム６３の面内、且つ表裏両面に配され、圧電性ポリマーフィルム６３を間に挟んで互いに対向する形状及び位置に形成されている。これらの電極６４，６５は、上記第１実施形態と同様の製造方法で、特定の振動モードに基づくパターンとなるように形成される。
【００５０】
圧電性ポリマーフィルム６３に形成される電極６４，６５のパターンについて以下に説明する。長手方向の一端を固定支持された圧電性ポリマーフィルム６３の長辺方向をｘ方向、短辺方向をｙ方向（図１３参照）、ｙ方向における中心軸Ｃに沿った形状関数をΨ（ｘ）、圧電応力定数（応力当たりの電荷又は変位の定数）をｅ３１、センサ定数をΓ０、ｙ軸上の任意点をγ、任意点ｘにおける振動変位をｗ（ｘ）、圧電性ポリマーフィルム６３のｘ方向の長さ（支持部材６６で固定されている部分を除く）をＬｘとすると、圧電性ポリマーフィルム６３に形成された電極６４，６５の出力Ｑは、以下の式（１）のようになる。
【００５１】
【数１】
2010175521.tif 000003
【００５２】
また、振動変位ｗ（ｘ）は振動モードの重畳として記述することができる。そこでＮ次までの振動モードを考慮してモード展開式として振動変位ｗ（ｘ）を表すと、以下の式（２）のようになる。
【００５３】
【数２】
2010175521.tif 000004
【００５４】
ただしＴは転置，φi(x)及びｗｉは，それぞれi次の固有関数，変位振幅モードベクトルを表し、以下の式（３）で定義される．
【００５５】
【数３】
2010175521.tif 000005
【００５６】
次に任意の境界条件を有するオイラー・ベルヌーイ梁に分布加振力ｆ（ｘ，ｔ）が作用する場合の運動方程式を以下の式４に示す。なお、Ｅは縦弾性係数、Ｉは断面二次モーメント，ρは材料密度、Ａは梁（圧電ポリマーフィルム６３）の断面積、tは時間を表す。
【００５７】
【数４】
2010175521.tif 000006
【００５８】
片持ち梁の固有関数φi(x)は解析的に以下の式５で与えられることが分かっている。ただしＬｘは針の長さ、ｋｉはＩ次の波数を表す。
【００５９】
【数５】
2010175521.tif 000007
【００６０】
ここで、式２を式１に代入するとセンサ出力Ｑは以下の式６のようになる。
【００６１】
【数６】
2010175521.tif 000008
【００６２】
ここでｍ次の振動モードを抽出するセンサ形状を以下の式７、すなわち上記式５の２階微分で定義する。
【００６３】
【数７】
2010175521.tif 000009
【００６４】
式７を式６に代入し、微分すると以下の式８のようになる。
【００６５】
【数８】
2010175521.tif 000010
【００６６】
さらに、式８はモードの直交性を用いることで以下の式９となる。
【００６７】
【数９】
2010175521.tif 000011
【００６８】
上記の式９から、固有関数の２階微分を形状関数（すなわち式７）とすることで、無限個存在するモード振幅の中から目的とするモード振幅のみを検出することになる。そのため、理想的なモード振幅を得るセンサとなる。
【００６９】
以下では、上記式７を形状関数とするパターンで電極６４，６５を形成した場合の形状を図１５及び図１６に例示する。図１５は１次の振動モードに合わせたパターンで、図１６は２次の振動モードに合わせたパターンで圧電性ポリマーフィルム６３に電極６４，６５を形成した例である。なお、この電極６４，６５は図１５（Ａ）及び図１６（Ａ）に示すように、圧電性ポリマーフィルム６３のｙ方向中心Ｃを基準とする線対称形状に形成してもよく、図１５（Ｂ）及び図１６（Ｂ）に示すように、圧電性ポリマーフィルム６３の長辺の一方に沿った非対称形状に形成してもよい。また、図１６に示すように、２次の振動モードに合わせたパターン形状で電極が形成された場合、電極を各節ごとに分割した部位６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂからそれぞれ独立して出力を取り出し、さらに節で分割した部位で極性を逆にしてチャージアンプ２４に入力することで、２次の振動モードを検出することができる。
【００７０】
図１３に示すように、制御部６２は、上記第１実施形態と同様の構成となっている。チャージアンプ２４は、電極６４，６５から入力される電荷信号を増幅するとともに、積分する。これにより、チャージアンプ２４は、入力された電荷信号に基づいて、出力電圧を生成する。制御部６２の振動検出回路２５は、電極６４，６５からの電荷信号に基づく出力電圧から圧電性ポリマーフィルム６３の特定の振動モードを検出する。上述したように、片持ち梁の形態における特定の振動モードに基づく形状で電極を形成しているため、上記第１実施形態同様に、精度良く振動モードを検出することが可能であり、電極を圧電性ポリマーフィルムの面内にパターン形成しているので、支持板などの基材を必要とせず、薄型の振動モードセンサフィルムを構成することができる。
【００７１】
［第６実施形態］
上記第５実施形態においては、圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる振動モードセンサフィルムを片持ち梁形態とし、電極のパターンを片持ち梁の形態に合わせて形成する場合を例示しているが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第６実施形態では、振動モードアクチュエータフィルムとして構成することができる。この圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を適用した振動モードアクチュエータフィルムからなる振動抑制システムは、図１７に示す構成になる。図１７に示すように、振動抑制システム７０は、振動モードアクチュエータフィルム７１と、制御部７２とからなる。振動モードアクチュエータフィルム７１は、上記第５実施形態の振動モードセンサフィルムと同じ構成で、圧電性ポリマーフィルム６３、電極７３，７４（駆動用電極）からなる。電極７３，７４は、電極６４，６５と同形状にパターン形成されたものである。
【００７２】
ここで、表裏両面に電極を形成した圧電性ポリマーフィルムに電圧を印加したときの変位量は、以下の式４のようになることが分かっている。但し、ｈは圧電性ポリマーフィルムの厚さで、φｍ（ｘ）は形状関数（ｍはモード次数）、Ｕｎは係数、Ｖは印加電圧を示す。
【００７３】
【数４】
2010175521.tif 000012
【００７４】
上記の式２，４より、またモードの直交性から、電極７３，７４のパターンを式２の形状にすることで特定の振動モード（次数ｍの振動モード）を励起させることがわかる。すなわち、上記第５実施形態と同様のパターンで電極７３，７４を形成する。
【００７５】
制御部７２は、上記第２実施形態と同様の構成となっている。この制御部７２は、振動制御回路３６からの制御信号をパワーアンプ３５で増幅した電圧を出力し、Ｉ／Ｆ２３から電極７３，７４へ入力することにより圧電性ポリマーフィルム６３に電圧を印加する。上述したように、片持ち梁の形態における特定の振動モードに基づく形状で電極７３，７４を形成しているため、特定の振動モードを打ち消すように振動モードアクチュエータフィルム７１を駆動させることができる。また、上記第２実施形態と同様に、電極を圧電性ポリマーフィルムの面内にパターン形成しているので、支持板などの基材を必要とせず、薄型の振動モードアクチュエータフィルムを構成することができる。
【００７６】
［第７実施形態］
上記第５及び第６実施形態では、片持ち梁形態の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムとして適用した例をそれぞれ示したが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第７実施形態では、片持ち梁形態の振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムを組み合わせて構成し、片持ち梁形態における特定の振動モードを検出し、この振動モードを打ち消す振動を励起させる振動抑制フィルムについて説明する。この振動抑制フィルムを含む振動抑制システムの構成は、図１８に示す構成になる。図１８に示すように、振動抑制システム８０は、振動抑制フィルム８１と、制御部８２とからなる。振動抑制フィルム８１は、上記第５実施形態と同じ構成の振動モードセンサフィルム６１と、上記第６実施形態と同じ構成の振動モードアクチュエータフィルム７１と、絶縁フィルム８３とからなり、絶縁フィルム８３の両面に振動モードセンサフィルム６１、振動モードアクチュエータフィルム７１を貼り合わせた３層構造に形成されている。振動モードセンサフィルム６１、振動モードアクチュエータフィルム７１、及び絶縁フィルム８３は、全て同じ外形であり、振動モードセンサフィルム６１の電極６４，６５及び振動モードアクチュエータフィルム７１の電極７３，７４が重なるように積層されている。
【００７７】
制御部７２は、上記第３実施形態と同様の構成であり、入出力Ｉ／Ｆ２３は、電極６４，６５，７３，７４にそれぞれ接続されている。チャージアンプ２４は、電極６４，６５から入力される電荷信号を増幅して出力電圧を生成する。また、パワーアンプ３５で制御信号を増幅した電圧を出力し、Ｉ／Ｆ２３から電極７３，７４へ入力することにより圧電性ポリマーフィルム６３に電圧を印加する。制御部７２から電極７３，７４への電圧印加により、圧電性ポリマーフィルム６３が変位、湾曲して振動が励起される。そして、制御部７２による制御では、電極６４，６５の電荷信号から振動抑制フィルム８１に生じる特定の振動モードを検出し、検出された振動モードを打ち消すように逆の位相を有する振動を振動抑制フィルム８１に励起させるフィードバック制御を行う。
【００７８】
なお、第７実施形態では、振動モードセンサフィルム、振動モードアクチュエータフィルムを積層させて振動抑制フィルムを構成しているが、本発明はこれに限らず、圧電性ポリマーフィルムの同じ面内に形成した２つの電極を形成し、一方をセンサ用電極、他方をアクチュエータ用電極として使用する構成としてもよい。この場合、振動抑制フィルムは図１９に示す構成となる。図１９に示すように、振動抑制フィルム８４は、圧電性ポリマーフィルム６３のｙ方向中心Ｃを境目とする両側のエリア６３ａ，６３ｂにそれぞれセンサ用電極６４，６５、駆動用電極７３、７４を形成する。センサ用電極６４及び駆動用電極７４、センサ用電極６５及び駆動用電極７４はそれぞれ同一面内に形成されている。センサ用電極６４，６５、駆動用電極７３、７４のパターン形状としては、上記第５及び第６形態と同様で、互いに線対称な形状及び位置に形成されている。そして、一方のセンサ用電極６４，６５からは、上記第５実施形態と同様に特定の振動モードを検出し、他方の駆動用電極７３、７４には上記第６実施形態と同様に電圧を印加して、検出された振動モードを打ち消すように振動を励起させるフィードバック制御を行うことができる。また、同一面内にセンサ用電極６４及び駆動用電極７４、センサ用電極６５及び駆動用電極７４を形成しているのでさらなる薄型化を図ることができる。なお、振動抑制フィルム８４の構成としてはこれに限らず、図２０に示すように、センサ用電極６４，６５、駆動用電極７３、７４を、上記第５及び第６実施形態と同様のパターンの外形で、且つ向き合う歯の部分が互いに噛み合う櫛形状に形成してもよい。
【００７９】
なお、上記第５〜第７実施形態では、１種類の特定モードのみを検出する振動モードセンサフィルム、または１種類の特定モードのみを打ち消す駆動を行う振動モードアクチュエータフィルム、あるいはこれらを組み合わせた振動抑制フィルムを例示しているが、これに限らず、片持ち梁形態の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体で、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルム、または複数の振動モードを打ち消すように駆動される振動モードアクチュエータフィルム、または複数の振動モードを検出し、検出した振動モードを打ち消すように駆動される振動抑制フィルムを構成してもよい。この場合、例えば図２１に示すように、振動モードセンサフィルム９１は、上記第５実施形態で説明した１次モードを検出する振動モードセンサフィルム９２と、２次モードを検出する振動モードセンサフィルム９３と、絶縁フィルム９４とからなり、絶縁フィルム９４の両面に振動モードセンサフィルム９２、振動モードセンサフィルム９３を貼り合わせた３層構造に形成されている。また、この場合、図示は省略するが、振動モードセンサフィルム９２に形成された電極６４，６５と、振動モードセンサフィルム９３に形成された電極の各部位６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂとからは、それぞれ出力が取り出され、上記第５実施形態と同様に各電極の各部位と入出力Ｉ／Ｆ２３が接続され、同様の極性でチャージアンプ２４に接続される。
【００８０】
なお、これに限らず、複数の振動モードを打ち消すように駆動される振動モードアクチュエータフィルムの場合は、上記第６実施形態と同様の構成で、電極が互いに異なる振動モードに基づくパターンにそれぞれ形成されている複数の振動モードアクチュエータフィルムを絶縁層を介して積層すれば良い。また、複数の振動モードを検出し、検出した振動モードを打ち消すように駆動される振動抑制フィルムの場合は、上記第７実施形態の変形例で説明した、圧電性ポリマーフィルム１４の同一面内（表面）にセンサ用電極及び駆動用電極をパターン形成した複数の振動抑制フィルムで、なお且つ電極がそれぞれ互いに異なる振動モードに基づくパターンで形成された振動抑制フィルムを絶縁層を介して積層すればよい。
【００８１】
また、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルム、または複数の振動モードを打ち消すように駆動される振動モードアクチュエータフィルム、または複数の振動モードを検出し、検出した振動モードを打ち消すように駆動される振動抑制フィルムは上記の構成に限るものではなく、例えば図２２に示す振動モードセンサフィルム９５は、圧電性ポリマーフィルム６３のｙ方向中心Ｃを境目とする両側のエリア６３Ａ，６３Ｂにそれぞれ１次モードに合わせた電極６４Ａ，６５Ａ、２次モードに合わせた電極６４Ｂ、６５Ｂを形成する。なお、電極６４Ａ，６５Ａと、電極６４Ｂ、６５Ｂとをそれぞれ絶縁するために、圧電性ポリマーフィルム６３の中心付近には電極パターンを形成しない。また、図示は省略するが、２次の振動モードに合わせたパターン形状で形成された電極６４Ｂ、６５Ｂでは、上記第５実施形態と同様に電極を各節ごとに分割した部位６４Ｂ１，６４Ｂ２，６５Ｂ１，６５Ｂ２からそれぞれ独立して出力を取り出し、上記第５実施形態と同様の極性で接続している。これにより、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルムを形成することができ、さらに、圧電性ポリマーフィルムの同一面内に、互い異なるモードに合わせたセンサ用電極を形成しているので、さらなる薄型化を図ることができる。
【００８２】
本発明の振動モードセンサフィルム、振動モードアクチュエータフィルム及び振動抑制フィルムは、自動車，電車，航空機，船舶等の騒音を発する輸送機や、壁材，窓ガラス等の建築材料、パネルやパーティション等のオフィス用品といった、振動を生じる物品の部品や振動抑制が求められる場所に設置される物品に好適に適用することができる。
【実施例】
【００８３】
上記各実施形態を適用した具体的な実施例について以下に説明する。
[実施例1]
圧電性ポリマーフィルムとしてポリフッ化ビニリデン樹脂（カイナー社製７４１）を２２０°Ｃで４００μｍのシート状に押出し冷却後、１３０°Ｃの延伸温度で一軸方向に４倍延伸し、厚さ１００μｍの圧電性ポリマーフィルム（ＰＶＤＦフィルム）を得た。さらにシートをサイズ０．３３×０．１７５ｍｍ（Ｌｙ×Ｌｘ方向）に切り出した。フィルムの両面全体にアルミニウム電極を真空蒸着法により形成し、８０°Ｃで２ｋＶの電圧を６０分間印加してフィルム全体に圧電性を発現させた。ポジ型フォトレジスト液（ＦＨｉ−５６０；富士フイルムエレクトロマテリアル（株）製）を両面にスピナー法（回転数１０００ｒｐｍで６０ｓｅｃ）にて塗布を行い、９０°Ｃで２分間乾燥処理を行った。圧電性ポリマーフィルムの座標(Ｌｘ／３，０)、（Ｌｘ×２／３，０）の位置から形状関数±Ｆ(ｘ)＝０．０２×ｓｉｎ(３×π×ｙ／Ｌｙ)でパターン形成したマスクをフィルム上に設置し、露光機（アライナーＭＡＰ−１２００Ｌ（大日本スクリーン（株）製）を用いて、０．５Ｊ／ｃｍ２紫外線照射を行った。現像液（ＦＨｄ−５６０ 富士フイルムエレクトロマテリアル（株））に５分間浸漬した後、蒸留水にて洗浄を行った。その後メタノールに１０分間浸漬し、電極上に残るレジスト層を除去した後、室温にて乾燥させて電極がパターニングされた圧電性ポリマーフィルムとした。テスタにて露光部及び未露後部の導通チェックを行った。未露光部はアルミニウム電極が残存しており、導通が確認できた。未露後部は電極が除去されており、導通が確認できなかった。作製したフィルムをナイフエッジで四辺を固定し、単純支持状態とした。対象周波数は１０〜１０００Ｈｚとし、外乱力はマグネットを用いた非接触で点加振を圧電性ポリマーフィルムの座標(０．１４，０．２８)ｍｍの部分に加えた。２つの電極部位をシールド線にてチャージアンプ(ＣＨ−１１００小野測器（株）製）に接続し、発生した電荷を電圧信号に変換させた。さらに周波数特性分析器（ＦＲＡ５０９６；太陽計測（株）製）に入力することで、センサとしての応答性を確認した。
ここで両センサの出力和は(１，３)モードを検出できる。一方、両センサの出力差は（２，３）モードの出力を検出できる。図２３は、本実施例における各モードの出力を示す（図２３（Ａ）は(１，３)モードの出力、図２３（Ｂ）は（２，３）モードの出力を示す。）
【００８４】
[実施例２]
実施例1で作製した電極パターニング材料のアクチュエータとしての性能評価を実施した。実施例１で作製したフィルムをナイフエッジで四辺を固定し、単純支持状態とした。対象周波数は１０〜１０００Ｈｚとし、４つの電極部位をシールド線にてパワーアンプに接続し、さらに周波数特性分析器（ＦＲＡ５０９６；太陽計測（株）製）に接続することで電圧印加を行い、アクチュエータとしての応答性を確認した。圧電性ポリマーフィルム上から４０ｍｍ離れた位置にレーザドップラ速度計（キャノン（株）ＬＶ−５０Ｚ）を設置し、速度計からの出力を周波数特性分析器（ＦＲＡ５０９６；太陽計測（株）製）に入力した。ここで各電極への電圧印加を同位相で行った場合、（１，３）モードが励起でき、逆位相で与えた場合は（２、３）モードが励起できる。図２４は、本実施例における各モードの変位を計測した計測値の出力を示す（図２４（Ａ）は(１，３)モードの計測値、図２４（Ｂ）は（２，３）モードの計測値を示す。）
【００８５】
[実施例３]
実施例１と同様の形態で電極をパターニングした圧電性ポリマーフィルムを２枚作製した。絶縁性を有し、圧電性ポリマーフィルムと同形状で厚さ５０μｍのカプトンフィルム（帝人（株）製）にシリコーン粘着剤（日本レジン（株））を両面に塗布し、カプトンフィルムの両面に電極パターニング済みの圧電性ポリマーフィルムを貼り付けて、３層構造とした。一方の圧電性ポリマーフィルムをセンサとして、もう一方の圧電性ポリマーフィルムをアクチュエータとして機能させ、実施例１及び実施例２と同様の形態でセンサ及びアクチュエータとしての性能を評価した。その結果、実施例１及び実施例２と同波長にピークが現れ、モードセンサ及びアクチュエータとして機能した。
【００８６】
[実施例４]
実施例１と同様の手法を用いて、（Ｌｘ／３,０）、（Ｌｘ×２／３，０）の位置から形状関数±Ｆ（ｘ）＝０．０２×ｓｉｎ（２×π×ｙ／Ｌｙ）でパターン形成したマスクをフィルム上に設置し、実施例１と同様の処理で（１，２）及び（２，２）モードを検出できるセンサ及び励起できるアクチュエータとして圧電性ポリマーフィルムとして作製した。実施例１で作製した（１，３）及び（２，３）モードセンサフィルムとの間にカプトンフィルムを挟んで、上述の（１，２）及び（２，２）モードセンサフィルムを実施例３の手法で貼りつけを行い、３層構造フィルムを作製した。実施例１と同様の手法を用いて、センサとしての性能を評価した。図２５は、本実施例における各モードの出力を示す（図２５（Ａ）は(１，２)モードの出力、図２５（Ｂ）は（２，２）モードの出力を示す。）
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】振動検出システムの構成を示す説明図である。
【図２】振動モードセンサフィルムの構成を示すＹ方向の断面図である。
【図３】振動モードセンサフィルムに電極層を製造する製造工程を示す説明図である。
【図４】電極層にパターンを形成する現像工程を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の変形例の構成を示す外観図である。
【図６】第２実施形態の振動抑制システムの構成を示す外観図である。
【図７】第３実施形態の振動抑制システムの構成を示す外観図である。
【図８】第３実施形態の振動抑制フィルムの構成を示す分解斜視図である。
【図９】第３実施形態の第１変形例の振動抑制フィルムを平面図である。
【図１０】第３実施形態の第２変形例の振動抑制フィルムを平面図である。
【図１１】第４実施形態の振動モードセンサフィルムの構成を示す外観図である。
【図１２】第４実施形態の振動モードセンサフィルムの構成を示す分解斜視図である。
【図１３】第５実施形態の振動検出システムの構成を示す外観図である。
【図１４】第５実施形態の振動モードセンサフィルムの構成を示す断面図である。
【図１５】１次の振動モードに合わせたパターンで電極を形成した例を示す外観図である。
【図１６】２次の振動モードに合わせたパターンで電極を形成した例を示す外観図である。
【図１７】第６実施形態の振動抑制システムの構成を示す外観図である。
【図１８】第７実施形態の振動抑制システムの構成を示す外観図である。
【図１９】第７実施形態の第１変形例を示す外観図である。
【図２０】第７実施形態の第２変形例を示す外観図である。
【図２１】第５実施形態の第１変形例を示す外観図である。
【図２２】第５実施形態の第２変形例を示す外観図である。
【図２３】実施例１の結果を示すグラフである。
【図２４】実施例２の結果を示すグラフである。
【図２５】実施例４の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１１  振動検出システム
１２，５１，５２，６１，９１，９５  振動モードセンサフィルム
１４，６３  圧電性ポリマーフィルム
３０，４０  振動抑制システム
３１  振動モードアクチュエータフィルム
４１，８１，８４  振動抑制フィルム
１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，２１，２２，３３Ａ，３３Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，４４，４５，６４，６５，７３，７４  電極
【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】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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