【手続補正書】
【提出日】平成16年3月26日(2004.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極が被着された圧電ポリマーフィルムを具え、
音響発生モードにおいて前記電極に供給された電気信号によって前記圧電ポリマーフィルムが変形し、それによって音響信号が発生し、
音響受音モードにおいて入射した音響信号によって前記圧電ポリマーフィルムが変形し、それによって前記両電極間に電気的応答が発生し、
前記圧電ポリマーフィルムがコンプライアントな筒状体に形成されていることを特徴とする、
圧電型トランスデューサ。
【請求項２】
前記圧電ポリマーフィルムは一軸延伸されていて実質的に周方向と一致したフィルム縦軸（Ａ）を有し、前記音響発生モードにおいて音響信号が前記筒状体の一端部から放射され、前記音響受音モードにおいて音響信号が前記筒状体の一端部から受音されることを特徴とする、請求項１に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項３】
前記１対の電極は、前記圧電ポリマーフィルムの両面上に配置され前記縦軸の方向に延びて、前記電極にコンタクトが接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項４】
前記１対の電極にコンタクトが取り付けられており、前記コンタクトは前記筒状体の一端部から延出していることを特徴とする、請求項２に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項５】
前記圧電ポリマーフィルムは接着剤を用いて積層されており、前記圧電ポリマーフィルムを渦巻き状に巻回して一体化させてコンプライアントな筒状体に形成したことを特徴とする、請求項２に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項６】
前記圧電ポリマーフィルムが筒状の収容体内に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項７】
プラグまたはベースが前記筒状の収容体の一端部を覆ってそれによって反射面として作用することを特徴とする、請求項６に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項８】
前記プラグまたはベースとは反対側の前記筒状の収容体の一端部に先細のノズルが配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項９】
前記圧電ポリマーフィルムが、内面に接地電極が配置された筒状体に形成されることを特徴とする、請求項２に記載の圧電型トランスデューサ。
【請求項１０】
前記筒状体が管状体内に整列した形態で配置されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の圧電型トランスデューサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトランスデューサ（変換器）、特にポリマフィルム状圧電材料を使用する音響波（アコースティック）圧電型トランスデューサに関する。
【０００２】
【発明の背景】
圧電ポリマフィルム（ＰＰＦ）は音響波又は超音波信号を空中へ又は空中から送信及び受信する伝送媒体としても使用可能であることが知られている。多くの場合、ＰＰＦは薄膜状であり、被膜電極に印加する電圧を変化すると長さ方向の寸法変化を生じる（ラウドスピーカと類似のトランスミッタ、即ち送信機となる）。これにより実効的に曲率半径が変化して弾性波エネルギーを空中に放射する。また、これとは逆に（マイクロホンとしては）、音圧を変化すると薄膜の曲率半径が変化して、対応する電圧変化を出力する。
【０００３】
従来のデバイスも仲々良好な動作をするが、従来のデバイスの動作に制約があった。特に、筒状空洞又はダクト内で使用可能な改良されたデバイスを提供することを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の特徴によれば、圧電型トランスデューサは、１対の電極が被着された圧電ポリマーフィルムを具え、音響発生モードにおいてその電極に供給された電気信号によってその圧電ポリマーフィルムが変形し、それによって音響信号が発生し、音響受音モードにおいて入射した音響信号によってその圧電ポリマーフィルムが変形し、それによってその両電極間に電気的応答が発生し、その圧電ポリマーフィルムがコンプライアントな筒状体に形成されている。
【０００５】
実施形態において、その圧電ポリマーフィルムは一軸延伸されていて実質的に周方向と一致したフィルム縦軸（Ａ）を有し、その音響発生モードにおいて音響信号がその筒状体の一端部から放射され、その音響受音モードにおいて音響信号がその筒状体の一端部から受音されてもよい。
【０００６】
実施形態において、その１対の電極は、その圧電ポリマーフィルムの両面上に配置されその縦軸の方向に延びて、その電極にコンタクトが接続されてもよい。
【０００７】
実施形態において、その１対の電極にコンタクトが取り付けられており、そのコンタクトはその筒状体の一端部から延出していてもよい。
【０００８】
実施形態において、その圧電ポリマーフィルムは接着剤を用いて積層されており、その圧電ポリマーフィルムを渦巻き状に巻回して一体化させてコンプライアントな筒状体に形成されていてもよい。
【０００９】
実施形態において、その圧電ポリマーフィルムが筒状の収容体内に配置されていてもよい。プラグまたはベースがその筒状の収容体の一端部を覆ってそれによって反射面として作用するようにしてもよい。そのプラグまたはベースとは反対側のその筒状の収容体の一端部に先細のノズルが配置されていてもよい。
【００１０】
実施形態において、その圧電ポリマーフィルムが、内面に接地電極が配置された筒状体に形成されていてもよい。その筒状体が管状体内に整列した形態で配置されていてもよい。
【００１１】
本発明の音響（アコースティック）デバイス（即ち圧電型トランスデューサ）は一軸延伸（ユニアキシャル・オリエント、uniaxially-oriented）ＰＰＦの筒状体であって、その縦軸（マシン・アクシス、machine axis、即ち、フィルム成形時の流れの方向、フィルム繊維の流れの方向）は筒状体の円周方向と略一致すなわち実質的に一致する。これにより、その送信（トランスミッション）モードにおいては、電気信号を電極に印加すると、筒状体の一端から音響信号を発生する。他方、受信（レセプション）モードにおいては、筒状体の一端に到達する入射音響信号は被膜電極間に対応する電気応答（レスポンス）を生じる。
【００１２】
本発明の音響デバイスはコンプライアント（compliant、低弾性）材料のＰＰＦを筒状に渦巻き状に巻回し、その主圧電感度を外周方向と略一致させることにより形成される。これにより、印加電圧信号の変化が筒状体の外径寸法の変化を生じさせる。自由空間中に支持すると、この外径寸法変化は筒状体から外方へ音響波を放射することとなる。しかし、好ましくは、このトランスデューサは筒状空洞又はダクト内に取付けられ、筒状の放射波は抑圧され主放射方向は筒又はダクトの軸方向と一致する。筒状の場合と同様に、この場合にもある程度の共振現象が観測される。
【００１３】
好適実施例において、筒状組立体は組立前にＰＰＦの一側全面に接着テープで所定位置に取付けられる。この接着テープは典型的にはポリエステル系フィルムであり、各面にアクリル系接着剤の層が塗布されたものである。ＰＰＦ及び接着テープの機械的特性により、組立体のコンプライアンスは高く、組立体内の機械的共振の周波数特性はシャープでない。このことは、特定単一周波数に限定されず広周波数帯域での動作を可能にすることを意味する。
【００１４】
本発明のデバイスは膜厚約２８μｍ且つ大きさ約１５ｍｍ×４０ｍｍのＰＰＦを使用するのが好ましい。そのＰＰＦの一面に両面接着テープを取付け、ＰＰＦを４ｍｍの芯（マンドレル）の外周に巻回すると、その最終外径は４．７ｍｍオーダーであり、長さは１５ｍｍである。ＰＰＦ上に電極パターンを被着形成している。これは例えば適当な導電性インクを用いてスクリーン印刷技法により形成し、これにより好ましくは圧着（かしめ）コネクタの為のコンタクトとする。この薄膜を介して短絡を生じることなく斯るコネクタを取付け可能にする為に、上下リード取付けパッドを変位させた電極パターンを設計する必要がある。
【００１５】
本発明のデバイスにおいては、斯るパッドは筒状体の後方から、その軸に平行に突出させて、トランスデューサと直線状に金属コンタクトピンを固定可能にする。他の実施例においては、パターン状フィルム電極パッドを筒状体から一方向に突出させるか、直角に曲げて、例えば金属はと目又はリベットによりプリント基板に直接成端することを可能にする。勿論他の接続技法を排除するものではない。
【００１６】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の圧電型（音響波）トランスデューサ（以下単にトランスデューサという）の好適具体例を添付図を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明のトランスデューサの展開図であり、両面に電極１２、１４がメタライズされた一片のＰＰＦ１０を用いる。この電極１２、１４はトランスデューサの一側に延出して形成されたコネクタ部１２ａ、１４ａを有する。ＰＰＦ１０は図２によく示す如く、両面に接着層１８、２０が塗布されたキャリアテープ１６を積層形成する。
【００１８】
次に、図３及び図４を参照して説明する。コンタクトピン２２が上述したＰＰＦ１０と両面接着テープ１６、１８、２０の積層体に取付けられ、スクロール状（渦巻き状）にマンドレル２４の外周に巻回されて本発明のトランスデューサを形成する。このＰＰＦ１０は単軸フィルムであって、その主又は縦軸は矢印Ａ方向にアライメント（整合、整列）される。その結果、図４のトランスデューサの縦軸は筒状体の外周（又は円周）方向となる。
【００１９】
図５に断面で示す如く、トランスデューサにはプラグ（栓）又はベース２６が設けられ、音響波反射体として作用する。このプラグ又はベース２６は放射又は受信効率を高め、トランスデューサの端部を閉じることにより、開放端の場合に低周波数で生じる定在波による周波数応答特性を変化させる。
【００２０】
更に、必要に応じてこのトランスデューサには先細のノズル３０を設けて、音響波がすぐ直前から送信又は受信されるノズル３０の直径を徐々に小さくして、放射又は受信効率を更に高めることも可能である。
【００２１】
図６はカートリッジ３２の一部として取付けられた本発明のトランスデューサの部分断面した斜視図である。このカートリッジ３２は筒状収容体３４に沿ってベース（基部）２６及び先細のノズル３０を含んでいる。
【００２２】
図７はダクト３６内で音（音響波）を伝播又は検出する為に使用する本発明のトランスデューサを示す。
【００２３】
音響信号用のダクト３６の材料は導電性又は半導電性（例えば炭素封入ゴム）であって、音響信号に関係のない電気信号がトランスデューサにより発生され又は検出される場合には、この外部シェルに独立した電気的接続を設けて不要な電気信号を接地するのが好ましい。その場合には、外側の被膜電極とダクト３６の内壁の間に絶縁体を付加する。例えば図６に示すシェル３４を使用してもよい。この場合には、内側の圧電フィルム電極１２又は１４（巻回の仕方による）を接地電極として、トランスデューサの信号電極（１２又は１４）の周囲、即ち両側に内外両接地筒状体が形成されるようにする。
【００２４】
本発明のトランスデューサを音響信号の送信機に使用することを考えている場合には、一軸延伸ＰＶＤＦ（塩化ポリビニリデン）の如きＰＰＦ材料は厚さ１μｍ当り約３０Ｖの電界強度に耐えるので、好適である点に留意されたい。好適実施例では厚さ２８μｍのＰＶＤＦフィルムを使用しているので、駆動印加電圧は８４０Ｖ未満でなくてはならない。この駆動電圧レベルの場合、直径５ｍｍのダクトを１ｍ離れて伝播された後でも１１２ｄＢ以上の音圧レベルが検知できる。受信モードの場合には、同様構成のトランスデューサを用いて−８０ｄＢの感度が得られる。
【００２５】
上述した例にあっては縦軸がフィルムの周面方向である。これに代えて、縦軸を周面方向から少しずらせて、主方向成分を周面方向とし、ＰＰＦを軸に対して鋭角の螺旋状に巻回してもよい。
【００２６】
本発明のトランスデューサは自由空間の短距離でテストした結果、ある周波数帯、特に２ＫＨZ 乃至２５ＫＨZの範囲で十分良好に動作することが判明している。音は周波数が高くなるにつれて減衰が増加するので、高周波の場合には空中をある距離伝播すると受信信号はこれに応じて減衰することとなる。その為に、斯るデバイスはできる限り低周波、即ち上記の例にあっては２ＫＨZ 乃至３ＫＨZ で動作させるのが好ましいことが理解されよう。
【００２７】
上述の説明から理解される如く、本発明の圧電トランスデューサは十分広い周波数帯域で良好な応答をする。従って、連続した正弦波信号でも、周波数変調波、振幅変調波又はパルス波であっても送信可能である。また、本発明の圧電型トランスデューサは音響波をダクト内で送信可能であるので、本発明の圧電型トランスデューサをダクトの両端に配置して、夫々送信機及び受信機とし、その間に信号の送受信を行うことが可能になる。筒状体の一端に反射体を設け、１つのデバイスを送信モードと受信モードで切換え使用が可能である。