(57)【要約】【課題】目的とする周波数を確実に得ることができて周波数変動の生じない振動面を有する圧電膜の放射デバイスを得ることを目的とする。【解決手段】両表面に一対の電極が設けられ、一方の表面側を突出変形することにより１ないしは複数の断面円弧状の振動面を形成した圧電膜と、この圧電膜の両表面に前記電極の上から重ね合わせた保持体とを備え、この保持体の少なくとも前記振動面と対向する部分を切り欠いて該振動面が露出するようにしたものである。【選択図】        図１
2005027000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両表面に一対の電極が設けられ、一方の表面側を突出変形することにより１ないしは複数の断面円弧状の振動面を形成した圧電膜と、この圧電膜の両表面に前記電極の上から重ね合わせた保持体とを備え、この保持体の少なくとも前記振動面と対向する部分を切り欠いて該振動面が露出するようにしたことを特徴とする放射デバイス。
【請求項２】
前記振動面の軸方向に沿う基部両端部に平面部を連接して形成し、この平面部および前記振動面の両端縁部における両表面に前記保持体を重ね合わせたことを特徴とする請求項１記載の放射デバイス。
【請求項３】
前記振動面を複数並列して形成するとともに各振動面の軸方向に沿う基部両端部に平面部を連接して形成し、この平面部および前記振動面の両端縁部における両表面に前記保持体を重ね合わせたことを特徴とする請求項１記載の放射デバイス。
【請求項４】
前記圧電膜は振動面が形成された表面と反対側の表面に放射エネルギーの抑制部材を配設したことを特徴とする請求項１〜３記載の放射デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子ポリマーによる圧電素子を用いた放射デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、表面に突状の振動面を形成した圧電フィルムから構成された従来の放射デバイスの断面図である。図６において、発泡材からなるエミッタ形状をした複数のこぶ１８４を有する支持プレート１８３の表面に、圧電材料製のフラットシート１８０を合わせ、上から力Ｆを加えることで、こぶ１８４の形状に合わせてフィルムシート１８０を変形させて行く。このようなフィルムシート１８０に電圧を印加すると、エミッタ部分が振動して超音波を放射する。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特表２００２−５２６００４号公報（第１７図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上記のようにフィルムシート１８０に形成されたエミッタ部が発泡材からなるこぶ１８４と接触するため、フィルムシート１８０に電圧を印加したとき、そのエミッタ部がこぶ１８４に接触して不要に振動を抑制し、所定の周波数の超音波が得られなくなるという問題点があった。
【０００５】
また、複数のエミッタ部は自由な動きをするため、振動の繰り返しによってエミッタ部が変形を起しやすく、放射すべき周波数が変動してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、目的とする周波数を確実に得ることができて周波数変動の生じない振動面を有する圧電膜の放射デバイスを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る放射デバイスは、両表面に一対の電極が設けられ、一方の表面側を突出変形することにより１ないしは複数の断面円弧状の振動面を形成した圧電膜と、この圧電膜の両表面に前記電極の上から重ね合わせた保持体とを備え、この保持体の少なくとも前記振動面と対向する部分を切り欠いて該振動面が露出するようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における、例えば断面が円弧形状に突出するよう形成された振動面を複数個持つ圧電膜の外観斜視図（振動面、保持材等の厚みを省略）を、図２は前記図１の平面図を、図３は前記図２のＡ−Ａ´における断面図を、図４は前記図２のＢ−Ｂ´における断面図を、図５は前記図２のＡ−Ａ´断面の一部拡大図をそれぞれ示す。
尚、上記図１〜５において同一符号は同一または相当部分を示す。
図１〜５において、１０は例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子ポリマーの圧電膜であり、この圧電膜１０は、両表面にプラス（＋）電極１１とマイナス（−）電極１２との一対の電極が設けられている。尚、前記一対の電極１１、１２は、例えば前記圧電膜１０の両表面にシルク印刷、吹き付け塗装、蒸着などによって形成される。また、前記一対の電極１１、１２は、金や銀、アルミなどの金属系材料による金属電極で構成され、例えば酸化インジウムにアンチモンを配合した場合、透明電極として構成することができる。
【０００９】
前記圧電膜１０の前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材そのものは、数十ミクロンの薄膜の透明素材で、もともと平らな面構成をしたものであり、この素材の或る方向に力（例えば、素材の両端を強力に引張る）を加えて、かつ、この状態に強電圧を加えることで、次に述べる圧電効果を持つ圧電材料を構成することができる。
この圧電効果は、前述のように例えば素材の両端を強力に引張った圧電材料に対して、或る電圧を印加すると、力を加えた方向に伸縮動作を行うものであり、この伸縮動作を振動子として利用することで、該圧電材料を電気−音響変換素子として利用することが可能になる。したがって、前記圧電膜１０を、例えば湾曲形状などに成型することで、更に前記伸縮作用が発生させやすくなる。
【００１０】
１３は圧電膜１０の一方の表面にその全幅に跨って断面形状が円弧状に突出するよう形成された振動面で、この振動面は圧電膜１０の表面に１ないしは複数が並列に形成されており、各振動面１３の基部に連接して平面部が形成されている。
【００１１】
本実施の形態の例として、上記図５の断面の拡大図に示すように、前記振動面１３において、Ａは該振動面１３の振動面開口部直径であり、Ｂは前記振動面開口部直径Ａの中心から振動面１３の頂上点までの半径を示す。Ｔは表面（図５では電極１２側）の電極１２を含む前記振動面１３の基部である。
【００１２】
例えば前記振動面１３の円弧形状からの音響放射のための周波数ｆは以下の関係で成り立つ。
Ｃ＝ｆ×λ
ここで、Ｃ：空中の音速、ｆ：音放射したい周波数、λ：波長
上式から波長λを求め、前記円弧形状の振動面開口部直径Ａの開口寸法を決定する。
【００１３】
上式の放射周波数値ｆは、前記振動面１３の基部と該振動面１３の形状の変形で変化するため、前記基部と円弧形状の確実な固定が電気−音響変換素子の振動子として利用する圧電膜１０の必要な条件となる。
【００１４】
１４は前記圧電膜１０の両表面に電極１１、１２の上から重ね合わせた硬質の非導電材からなる保持材で、これは圧電膜１０の前記振動面１３の軸方向に沿う振動面１３の基部両端部の平面部にその両面から重ね合わせる平面部１６と、振動面１３の両端縁部にその両面から重ね合わせる円弧部１７とを有する。そして、この保持材１４は、圧電膜１０の振動面１３に対向した部分は予め所定形状に切り欠かれており、圧電膜１０の両面に重ね合わせた状態で圧電膜の振動面１３を含む周縁部の形状を保持し、振動面１３の大部分を外部に直接露出させている。
【００１５】
上記のような振動面１３が形成された圧電膜１０の両表面に重ね合せた保持材１４により圧電膜１０の振動面１３を含む周縁部の形状を保持し、振動面の大部分を外部に直接露出させる構造の製造過程の一例を示すと、
▲１▼両表面に一対の電極が設けられた一枚のシート状の圧電膜に、前述のＣ＝ｆ×λで求められた例えば前記円弧形状の振動面開口部直径Ａの開口寸法となる振動面を成形する。
▲２▼板状の非導電材からなる保持材に、前記▲１▼の振動面の両端縁部の円弧を保持する円弧部を成形し、また振動面に対向して該振動面の大部分を外部に露出させる切り欠きを形成する。
▲３▼前記▲１▼の振動面を成形した圧電膜の両表面に、前記▲２▼の保持材を接着等で重ね合せる。
上記製造過程で、前記▲１▼の圧電膜に振動面を成形する過程と▲２▼の保持材に前記円弧部と切り欠きを成形する過程を別々にすることにより、前記圧電膜に成形する振動面の厚みを均一にすることができる。
【００１６】
以上のように圧電膜１０の前記振動面１３の大部分を露出させて、保持材１４の前記平面部１６と円弧部１７とにより両表面から圧電膜１０を固定保持するようにしたので、圧電膜１０に形成された前記振動面１３の形状が確実に保持される。
【００１７】
したがって、圧電膜１０の各振動面１３は、保持材１４の平面部１６及び円弧部１７とで確実に重合状態で固定保持されるので、振動面１３の形状が変形することがなく、常に初期設計状態で設定した周波数を放射することが可能となる。また、各振動面１３の基部両端部の平面部は、保持材１４の平面部１６で両表面から確実に重合状態で固定保持されるので、振動することはない。
【００１８】
そして、圧電膜１０の各振動面１３は、一対の共通の電極１１、１２で形成されているので、該電極１１、１２への信号線は、電極１１、１２の各々の任意の位置に一本ずづ設けるだけで、全ての振動面を駆動することができる。例えば上記図３に示す増幅器３０により信号線を介して、圧電膜１０の両表面に設けられた前記電極１１、１２に交流電圧を印加することで、圧電膜１０に形成された振動子としての各振動面１３の伸縮動作を起させ振動面１３での音響放射が可能となる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態においては、両表面に一対の電極が設けられ、一方の表面側を突出変形することにより例えば断面が円弧形状の振動面を複数形成した圧電膜と、この圧電膜の両表面に前記電極の上から重ね合せた保持材とを備え、この両表面に重ね合せた保持材の少なくとも前記各振動面と対向する部分を切り欠いて該振動面が露出するようにして、前記保持材に形成した前記各振動面の軸方向に沿う振動面基部両端部の平面部及び基部を保持する平面部と、振動面の両端縁部の円弧形状を保持する円弧部とにより両表面から圧電膜を固定保持するようにしたので、圧電膜の各振動面基部両端部の平面部は、前記保持材の平面部で両表面から確実に重合状態で固定保持されるので、振動面基部両端部の平面部での振動を防ぐことができ、また、圧電膜の各振動面基部と振動面形状は、前記保持材の平面部及び円弧部とで両表面から確実に重合状態で固定保持されるので、振動面形状の変形を確実に防ぐことができ、振動面から常に初期設計状態で設定した周波数の音響放射が可能となる。
【００２０】
尚、本実施の形態においては、図１、３、４に示すように圧電膜１０の例えば表面となる各振動面１３が形成された面とは反対側の裏面には開口部１５の有る形態を示したが、該開口部１５を塞ぐよう、圧電膜１０の裏面側全体に裏面側の平面部１６に重合状態に固着させる一枚の板状の、例えばゴム材等の放射エネルギーの抑制部材（図示せず）を設けるようにしてもよい。この場合は、圧電膜１０の表面となる前記振動面１３側からのみ放射が行われ、裏面側からの放射を防ぐことができる。
【００２１】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いた例として説明したが、これに限られるものではなく、フィルム状の圧電材料であれば同等の効果を発揮するものである。
【００２２】
また、前述したように前記圧電膜１０の前記高分子ポリマーのＰＶＤＦ素材そのものは透明素材であり、前述したような一対の透明電極で構成した場合には、例えば映像を映し出すＣＲＴ画面や液晶画面に直接固着することができるので、画面そのものから音が放射しているかのように創造することが可能になる。
【００２３】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０の前記振動面１３を図１〜４に示すような規則正しい配列として示したが、不規則な配列でも構わない。
【００２４】
また、本実施の形態においては、圧電膜１０の前記振動面１３を断面が円弧形状の例として説明したが、これに限られるものではなく、前述のＣ＝ｆ×λで求められる振動面開口部の開口寸法にすれば、例えば断面が湾曲や弓形形状等の振動面１３としても構わないもので、同等の効果を発揮するものである。
【００２５】
また、本実施の形態においては、音放射用のデバイスとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば空気中に浮遊するゴミやチリを振動加振して、ゴミやチリの間で発生する静電気によるすいつきでゴミやチリを大きくする電気集塵用音響信号発生用のデバイスとして適用することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、両表面に一対の電極が設けられ、一方の表面側を突出変形することにより１ないしは複数の断面円弧状の振動面を形成した圧電膜と、この圧電膜の両表面に前記電極の上から重ね合わせた保持体とを備え、この保持体の少なくとも前記振動面と対向する部分を切り欠いて該振動面が露出するようにしたので、振動面以外の部分及び振動面の基部が両表面から確実に重合状態で固定保持されるので、圧電膜の振動面以外の部分の振動を防ぐことができ、また、振動面の形状の変形を確実に防ぐことができ、振動面から常に初期設計状態で設定した周波数の音響放射が可能となる放射デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における例えば断面が円弧形状に突出するよう形成された振動面を複数個持つ圧電膜の外観斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る上記図１の平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る上記図２のＡ−Ａ´における断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る上記図２のＢ−Ｂ´における断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る上記図２のＡ−Ａ´断面の一部拡大図である。
【図６】従来の振動面を形成した圧電フィルムの断面図である。
【符号の説明】
１０  圧電膜、  １１  プラス（＋）電極、  １２  マイナス（−）電極、  １３  振動面、  １４  保持材、  １５  開口部、  １６  平面部、  １７  円弧部、  ３０  増幅器。
【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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