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ユポに圧電性付与、ギターのコンタクトセンサーに従来拾えなかった振動をカバーし自然な生音再現㈱ユポ・コーポレーション／ ( 一財 ) 小林理学研究所／ヤマハ㈱止

弦の振動などをピエゾ素子によって電気信号に変換し、アンプで増幅してスピーカーから音を鳴らすエレクトリック・アコースティックギターは、セラミック製のピる専門研究機関である小林理学研究所

エゾ素子の特性から、生音とは異なる独特の音色となって再現されるのが一般的。との出合いまでは、開発を本格化する

ヤマハ㈱は、今年5月、自然な生音に近い表現が可能な新開発エレクトリック・アには至りませんでした」。

コースティックギター「FG/FS Red Labelシリーズ」の販売を開始した。キーマテ

小林理学研究所は 、1940年に設リアルとなったのが、圧電特性を付与した合成紙「ユポ」で、これをピエゾ素子に用立され、当初は物理学の基礎および応いたコンタクトセンサーの搭載により、従来はキャッチできなかった周波数帯域の用研究を主要な研究テーマとしていた振動を捉えることが可能となった。圧電特性発現のためユポの製法から最適化を図った㈱ユポ・コーポレーション、圧電分野の専門家の立場から高精度測定・解析音響学へとシフト。その一方で、同研究所の深田栄一博士がセルロース禁技術などを提供した(一財)小林理学研究所、ギター用センサーとして実用化し従来が、太平洋戦争終結後は研究の軸足をにない音色を実現したヤマハ㈱の3社による取り組みを取材した。 （的場大祐）などの生体高分子の圧電性に関する先駆的な研究に取り組んでおり、69年「 ユ ポ は 約 50には、河合平司博士が、世界に先駆け年の歴史があり、てPVDF（ポリフッ化ビニリデン）のユポは、PP（ポリプロピレン）と無ラベルをはじめ圧電性を発見するなど、圧電ポリマー機充填剤、少量の添加剤を原料とするとする印刷用基の基礎物性や応用デバイス研究でも実合成紙で、ベースとなる基層と、基層材として国内外績をあげている。また、最近では、古の両側に積層された表層の 3 層構成での市場で普及し川猛夫博士（元東京理科大学理学部教延伸して成膜される。基層は縦およびています。一方、授）を特別研究員として招聘した。同

さらなる市場開研究所 圧電デバイス研究室 主任研究拓 を 目 指 し、 多員の児玉秀和氏

孔性の高機能は「日本におけ細孔（ミクロボイド）の形成が起きる。

フィルムとしての活用の幅を広げるた

る圧電研究の草

この微細孔の作用によって印刷性や筆めの研究開発にも力を入れています」

分け的な役割を記性といった特性が生じ、また、微細とユポ・コーポレーション 商品開発本担った歴史があ孔で光が乱反射するため白色度が高く部 市場開発部長の飯田誠一郎氏。同社

り、現在も世界不透明な外観が得られている。厚みはでは、15 年以上前に、圧力を加えた先端的レベルの60 ～ 500 μ m まで幅広く調整可能。

際に生じるひずみに応じて電圧が発生研究スタッフとする圧電特性をユ設備を保有してポ に 付 与 し た「 圧います」と述べる。

刷■当初は課題が山積も高性能化■に到達

横方向に延伸配向されているのに対し、表層は横方向にのみ延伸配向されてお印り、この縦横延伸の過程で、内部に微ミクロボイド

縦延伸（MD）

横延伸（CD）
表層
基層
表層

ユポの基本構造11

ユポ・コーポレーション
商品開発本部の飯田誠一郎氏

小林理学研究所の児玉秀和氏

電性ユポ」の可能

児玉氏によると、 2000年前後か性に着目していた。

ら、フィンランドやドイツなどの海外「しかしながら、当の研究グループを中心に、PPの多孔質社は圧電分野に関体に高電圧を印加すると優れた圧電材する知見を十分に料になり得るとの報告が活発に行われ持 っ て お ら ず、 圧るようになったという。児玉氏もこう

電ポリマーに関すした分野への関心を高めている中で、コンバーテック 2019. 8

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07年に同研究所にユポが持ち込まれ、負極

ユポ・コーポレーションと小林理学研− − − − − − − − − − − − − − − −究所との共同研究開発が開始された。

＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋−−−−−−−−＋＋＋＋＋＋＋＋−−−−−−−−＋＋＋＋＋＋＋＋性を付与する実験を行ったのですが、海外の先行研究の成果に比べ非常に低い圧電性しか発現せず、また、すぐに機能低下が見られるなど、課題は山積止「当時、市販の各種ユポ製品に圧電−−−−−−−−−−−−−−−−みでした。そこで、ユポの断面の電子＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

顕微鏡写真を撮影してもらい、これを正極元に微細孔のサイズや形状の問題点をコロナ放電で電荷を蓄積し分極（矢印）を形成した圧電性ユポ（エレクトレット）。微細孔の 1 つひとつに分極が形成されている。この微細孔のサイズ・形状が均一で、かつ、経時変化しないことが求められる指摘したところ、わずか数カ月後には改良したサンプルが完成しました。ユポ・コーポレーションの卓越した加工技術と、開発スピードの速さに大変驚禁いたことを鮮明に覚えています」と児− − − − − − − − − − − − − − − −玉氏は振り返る。「現在まで、国内外においてさまざまなPPの多孔質体が圧電材料としての応用を検討されてきたはずですが、結果として、ユポほどの高性能化を達成した材料は他にないように思います」。

振動負極＋＋＋＋＋＋＋＋−−−−−−−−＋＋＋＋＋＋＋＋−−−−−−−−＋＋＋＋＋＋＋＋−−−−−−−−−−−−−−−−形

圧電性ユポとは、具体的にどのようなものなのか。

「ポリマーの多くは、電圧を加えると電荷を貯蔵する性質を持った誘電体です。代表的な圧電ポリマーのPVDF

は、一対のプラス電荷とマイナス電荷から成る電気双極子が高電場により配電荷の流れ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋正極

刷■微細孔の最適化に成膜・加工■
ノウハウ結集変＋＋＋＋＋＋＋＋

厚み方向に力が加わると、微細孔の厚みが変わり、分極量が変化して電荷の移動が起きる（電気が流れる）。移動する電荷の量は力の大きさに比例するため、外部電極をつなげば変形量を電気信号として取り出せるす。つまり、圧電特性が発現します」

りました。潰れてしまえば、圧電特性と児玉氏は説明する。

が減衰してしまいます。圧電特性を活「ユポにおいて、圧電特性の発現にかしたセンサー等の用途で実用に供す

かかわってい層−の−微細−る−の−は−基−−孔−で− −るには、微細孔のサイズ・形状が最適− − − − −＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
す。まず、無数の微細孔のサイズ・形で、どの孔も均一であり、さらに経時状を圧電特性の発現に最適化する必要変化が非常に少ないことが求められる−−−−−−−−−−−−−−−−

この分極が保持され圧電性を発現しまがありました。また、時間が経ってす。PPにこのような性質はありません−−−−−−−−−−−−−−−−
も、このサイズ・形状を維持できるこ言えないポリマー材料でこれらを実現が、ユポのようなPPの多孔質フィルムとも非常に重要となります。開発の初するのは容易ではありません。圧電性にコロナ放電を照射すると、電荷が注期では、流動性が極めて高い超臨界二ユポは、共同研究開発の結果、すべて入され、半永久的に電荷が保持される酸化炭素をPPフィルムの内部に行き渡の課題の克服に成功しています」。

エレクトレットとなり、同時に微細孔らせ、次いで減圧することで二酸化炭

ユポ・コーポレーション 開発研究所の1つひとつに分極が形成されます。

素を膨張させて微細孔を形成するとい主任研究員の小池 弘氏は、圧電性ユポ

フィルムの厚み方向に収縮が起きた際う手法も検討しましたが、これは、時の製造には、同社が培ってきた技術的には、個々の微細孔の分極量が変化し間の経過と共に二酸化炭素が抜けて孔知見を結集する必要があったと明かす。て電極に誘起された電荷量が変化しまが潰れてしまいやすいことが課題にな「PP と無機充填剤、添加剤の配合割合

印

向して分極を生じ、電場を除いた後もコンバーテック 2019. 8＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋のですが、基本的に安定性が高いとは＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

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ピエゾ素子（圧電素子）を介して電気大きな違いが現れたのはなぜなのプロセスから見信号に変換するピックアップと呼ばれか。「圧電性ユポは、薄くて軽量で変直しを行っている装置を搭載しており、この電気信号形しやすい素材であり、中でも厚み方

ま す。 ま た、 延がアンプによって増幅されてスピー向の弾性率が低く空気の圧縮率に近い伸の加減によっカーに送られ、スピーカーから音が鳴ことに特長があります。この薄い・軽て微細孔のサイる仕組みとなっている。一般的に、ピッい・柔らかいという性質から、貼り付

ズと形状をコン

クアップは、弦の振動をギターのボディけによりギター本体の振動に影響を与トロールするのに伝えるためのサドルと呼ばれる部位えにくく、かつキャッチできる周波は も ち ろ ん、 成の下に組み込まれるため、アンダーサ数帯域が広くなります。圧電性ユポを膜時の厚みや面

ドルピックアップと呼ばれる。

コンタクトセンサーとしてギター本体

止

ユポ・コーポレーション開発研究所の小池 弘氏

やこれらの混合

従来のエレアコの音色について、ヤに貼り付けたことで、アンダーサドル部分でも同じ微細孔が形成されるよう

マハ 研究開発 統括部第2研究開発 部

ピックアップでは拾いきれない、低周に各種加工条件の徹底的な検討を実施

素材グループ 主事の樋山邦夫 氏は、波数帯域から高周波数帯域までの振動しました。これらの工夫によって形成

こう 説 明 す る 。

をまんべんなく電気信号に変換でき、した微細孔は、どの部分であっても同「ア ン ダ ー サド

より生音に近いニュアンスの再現につ一のサイズ・形状で、かつ、無機充填

ル ピック アップながっています」。

剤やポリマーが塑性変形してしまうよの ピ エゾ 素 子 は

ちなみに、弾性率の低さ（変形しやうな極端な力を加えない限り、経時変セラミック製で、すさ）により、圧電性ユポは、PVDF化もほとんど起こしません。加えて、

キ ャッ チ で きるよりも力に対する圧電応答（d定数）

上下左右の微細孔同士がくっついて連振 動 の周 波 数 帯に優れていることも明らかになってい結孔になっては意味がありませんので、域が限 定的であ禁内方向の温度を均一にするなど、どのり、またある特定ています。これは当社独自の技術ノウの帯域を強調する性質を持っているた

る圧電共鳴測定という測定・解析技ハウであり、簡単に真似できるものでめ、ギターの 生音とは少し趣 が違った術により、圧電性ユポは、厚み変化はないとの自負があります」。

音色になります。この独特の音色は、ギに対する圧電応答（e定数）はP V D F刷る。「圧電性により機械共振が電気それぞれが必ず独立するように調整しヤマハの樋山邦夫氏

インピーダンスで観測される、いわゆ2007 年の共同開発のスタートからターの愛 好家の間で『ピエゾ臭さ』との1/1,000であるものの、弾性率が約 3 年後には微細孔の最適化に目途が呼ばれており、エレアコならではの味わ1/10,000しかなく格段に変形しやす立ち、その後は成膜・加工技術の検討いとして認知されています」。

いことが判明しました。これらの結果児玉氏と樋山氏は以前から交流があから、圧電特性がPVDFの10倍という私達にヤマハが加わった 3 社の共同研り、2013 年に児玉氏が樋山氏にユポ結果が導き出せます」と児玉氏。つま究開発体制が発足し、具体的なセンサーを紹介したところ、エレアコに応用でり、PVDFをピエゾ素子に用いたセンアプリケーションへの応用開発へと移きるのではとのアイデアが浮上。圧電サーに比べ、より繊細な力のセンシン行しましたが、このときには圧電性ユ性ユポをボディの振動をキャッチするグに対応でき、ギターのボディに使わポ自体の開発はほぼ完了していました。

ためのピエゾ素子として用いたコンタれている木材のような柔らかい材料の性能や安定性、歩留まりなどの面で、クトセンサーを作製し、これをボディ微振動を検出できるという。

自信を持って提供できる段階に達しての裏側に貼り付け、弦の振動を拾うアおり、ヤマハにも、この点を高く評価ンダーサドルピックアップと併用してしていただきました」と小池氏は胸を演奏してみたところ、その場にいた全■センサーの内製化は初、サン■
プル検査に高度な測定手法も張る。

員が驚いたという。「アコースティッ

3社による共同研究開発の内容につクギターの自然な生音に近い音色がスいて、樋山氏は「圧電性ユポの完成度■明らかな音の違いに驚いた！
■

ピーカーから発せられ、『これは今までが高かったため、当社による、ギター

エレクトリック・アコースティックにない製品の開発につながるぞ』といのコンタクトセンサーへの応用がメイ

ギター（エレアコ）は、弦の振動などを、う期待にわくわくしました」と樋山氏。

ンとなりました」と述べる。「コンタ印に着手したとのこと。「2013 年から、

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コンバーテック 2019. 8

X 共創㈱ユポ・コーポレーション／ ( 一財 ) 小林理学研究所／ヤマハ㈱るA t m o s p h e r eと雰囲気を意味する

どこに圧力がかかっても同じ応答が出Feelを組み合わせた造語。弦の振動をるという感度の均一性など、いくつも捉えるアンダーサドルピックアップ、の要求仕様をクリアしている必要があギター内部の空洞の音を拾うマイクロります。また、あるサンプルは上手くフォン、そして、総厚100µ mに満たできていても、別のサンプルはイマイない圧電性ユポをピエゾ素子に用いたチだったりといった性能のバラツキがコンタクトセンサーの3つによって音あったりしては、実用上は使い物になを再現する仕組み。

止クトセンサーに適用するには、面内の発売からまだ間もないが、樋山氏はサーを全数検査したところ、圧電性ユ手ごたえを感じている様子だ。
「当社のポに関してはそうしたトラブルは皆無

エレアコのラインアップの中でもハイであり、常にハイレベルな品質が確保エンド品という位置付けですが、現在、されていました。世界中にギターメー注文に対し生産が追い付いていない状

カーはたくさんありますが、ピエゾセ況です。おそらく、世界でも当社だけ

ンサーは社外品の使用が普通であり、が出せる音を実現しており、既存のエ自社で手掛けているケースは聞いたこ

レアコの愛好家のみならず、これまでとがありません。当社でも初めてでしエレアコにあまり関心がなかった層にたが、こうした品質の高さは、チャレも訴求できる可能性を感じています。

をコンシュマープロダクトの開発に駆ンジングな試みに説得力を与える意味さらに、国内のみならず、海外市場の使できたのは満足感があります」。

でも大きな後押しとなりました」。

営業担当者もいち早くプロジェクトに

なお、現状、圧電性ユポは開発品と開発サンプルの全数検査に用いたの参画しており、ギターの本場であるアいう位置付けだが、すでに本生産ライが、非線形誘電率測定という特殊技術。

メリカ市場でもインパクトを与えられンで試作しているとのこと。「スケー「ごく簡単に言うと、誘電体に対し高電るのではないかと期待しています」。

ルアップはすでに終了していますの

禁りません。今回の開発で試作したセンアトモスフィールを搭載した
FG/FS Red Label シリーズ

「今回の3社の共同開発は本当に得で、今後、より大面積が必要であったとで、圧電特性や弾性率に関する情報難い経験になりました」と飯田氏。
「開り、量が求められたりする新たな用途を得るというものです。非接触で検査発に携わった関係 者には、従 来にないの相談が寄せられた場合でも、即応でできるため、検査工程による対象への画期的な製品が実現できるという確信きる体制は整っています」と小池氏はダメージの心配がありません。そもそがあり、クオリティに関する妥協を徹底強調していた。

も、この非線形測定は本来ポリマーの的に排除するなど、労を厭わ物性研究に用いられる高度な測定手法ずに常に前向きな姿勢で進めです。楽器に限らず、他の分野においることが できました。モノ作ても、品質管理にこれを応用しているりの完遂に必要なのは、詰ま例はほとんどないと考えられます」。

るところ人間なのだと再認識

印

刷

圧を印加しながら誘電率を測定するこした次第です」と熱く語る。

■製品化への思いで妥協を排除■

児玉氏も感慨を口にする。

今年5月、ヤマハは、エレアコの新「当研究所の主要な業務は、製品「FG/FS Red Labelシリーズ」

圧電ポリマーの基礎研究と依を発売した。最大の特徴として打ち出頼された測定・計測を行ってしているのが、ギターの自然な生音を評価データをまとめる受託測表現可能な3ウェイハイブリッドピッ定です。圧電共鳴測定や非線クアップシステム「A t m o s f e e l（ア形誘電測定など、古川先生のトモスフィール）」の搭載で、アトモ下で学生時代から研鑽を積ん

スフィールとは、英語で空気を意味すできた先端的な物理計測手法

コンバーテック 2019. 8

マイクロフォン

アンダーサドルピックアップ
ボディの裏面にコンタクトセンサーが設置されている

従来のエレアコとの音色の違いは素人でもはっきり分かる。マイクロフォン、アンダーサドルピックアッ
プ、コンタクトセンサーが一体となった 3 ウェイ
ピックアップシステムの成果だ（赤丸は設置位置のイメージ）

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