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JP2003515919A - 電気機械フィルムおよび音響要素 - Google Patents

電気機械フィルムおよび音響要素

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Publication number
JP2003515919A
JP2003515919A JP2001540561A JP2001540561A JP2003515919A JP 2003515919 A JP2003515919 A JP 2003515919A JP 2001540561 A JP2001540561 A JP 2001540561A JP 2001540561 A JP2001540561 A JP 2001540561A JP 2003515919 A JP2003515919 A JP 2003515919A
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JP
Japan
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film
cell
cells
acoustic element
height
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001540561A
Other languages
English (en)
Inventor
カリ キルヤヴァイネン、
Original Assignee
ナチュラル カラー カリ キルヤヴァイネン オーワイ
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Filing date
Publication date
Application filed by ナチュラル カラー カリ キルヤヴァイネン オーワイ filed Critical ナチュラル カラー カリ キルヤヴァイネン オーワイ
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/01—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets
    • H04R19/013—Electrostatic transducers characterised by the use of electrets for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Multimedia (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】電気エネルギーを機械エネルギーに転換し、機械エネルギーを電気エネルギーに転換するように意図された電気機械フィルムである。フィルム（１）は誘電体であり、セル（３）から形成され、セルの高さと幅との比は３：１から１：３の間である。２つのこのようなフィルムを共に結合し、第１のフィルム（１）では電界強度が減少し第２のフィルム（１）では電界強度が増加するようにそれらを制御することによって、音響要素の曲げが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は電気機械フィルムに関し、このフィルムは誘電体であり、電圧または
電荷がフィルムの表面に伝えられ、且つ／または、電圧または電荷がフィルムの
表面から放出されるように、電気エネルギーを機械エネルギーに転換し、且つ／
または、機械エネルギーを電気エネルギーに転換するように意図されている。
【０００２】 さらに、本発明は、互いに結合された２つの電気機械フィルムからなる音響要
素に関する。
【０００３】 米国特許第４，６５４，５４６号には、誘電体材料に平らな円盤状気体バブル
が設けられる電気機械フィルムが開示されている。フィルムは、帯電され金属被
覆され得る。フィルム上に電圧がかけられると、電界によって発生した力がフィ
ルムの厚さを減少させ、それによって、バブルが平らになり、バブル内の空気が
押されて圧力が増加する。したがって、フィルムの厚さは変化し得るが、フィル
ムの長さおよび幅はほとんど変化しない。厚さの変化もむしろ小さい。最大電圧
で、フィルムの厚さの変化はフィルムの厚さの約０．１％のみである。用途によ
っては、フィルムの寸法により大きな変化を達成することが必要であることがあ
るであろう。
【０００４】 本発明の目的は、先行技術に比較して改良された特性を備えた電気機械フィル
ムを提供することである。
【０００５】 本発明による電気機械フィルムは、セルから形成され、セルの高さと幅との比
は３：１から１：３の間であり、それによって、セルが変形するときにセル内部
で変形に抵抗する圧力は本質的に変化しないままであることを特徴とする。
【０００６】 さらに、本発明による音響要素は、フィルムがセルから形成され、セルの高さ
と幅との比は３：１から１：３の間であり、また第１のフィルムでは電界強度が
減少し、第２のフィルムでは電界強度が増加し、それによって音響要素の結合さ
れたフィルムが曲がるように、音響要素がフィルムを制御するための手段を備え
ることを特徴とする。
【０００７】 本発明の本質的な概念は、フィルムが、薄壁を備えた好ましくは多角形のセル
から形成され、セルの高さと幅との比が３：１から１：３の間であることである
。これによって、セルが変形するときに、セル内部で変形に抵抗する圧力はほん
のわずかしか変わらない。好ましい実施形態の概念は、セルの高さと長さとの比
が１：３未満であり、好ましくは１：１０未満であるように、セルは細長いとい
うことである。
【０００８】 フィルムが押されるときに、セルは変形して広くなり、したがって、セルの壁
が曲がるときにフィルムも広くなるということが本発明の利点である。セルが長
くなればなるほどフィルムの変形に対する抵抗は小さくなる。
【０００９】 本発明は添付の図面でより詳細に説明される。
【００１０】 図１は、電気機械フィルム１を示す。フィルム１は壁２から形成され、これは
セル３をフィルム内に制限する。セル３は、多角形であることがもっとも好まし
いが、湾曲した形態等も可能である。セル３の１つの好ましい形態は六辺形であ
り、それによってフィルム１の構造は蜂の巣型になる。セルの高さと幅との比は
、３：１から１：３の間である。もっとも好ましくは、高さと幅との比は、およ
そ１：１である。図２は、セルが変形するときに起こることを例示する。点線で
示されるようにセル３の高さが最大になるとき、セル３の幅は最小になる。セル
の高さが連続線によって示される位置へ減少するとき、セルの幅は増加する。し
かしながら、セルの容量は変形の間に実質的に変化せず、そのためセル内部の圧
力は実質的に変化しないままである。したがって、変形に抵抗する力は小さいま
まである。言い換えると、セル３が変形するとき、フィルム１の厚さの変化は数
パーセントまでになり得るが、セル３の内部の変形に抵抗する圧力は実質的に変
わらない。
【００１１】 フィルム１が押されると、すなわち厚さが減少すると、セル３は変形して幅が
広くなり；すなわち、フィルムの厚さが減少すると、フィルムの幅が同じ割合で
増加する。もっとも好ましくは、セル３は細長くなり、わずかに平らにもなる。
好ましくは、セル３の高さと長さとの比は１：３未満であり、もっとも好ましく
は１：１０未満である。セル３が長くなればなるほど、フィルムの変形への抵抗
が少なくなる。
【００１２】 フィルムの厚さは例えば３０μｍであり、フィルムの電荷ポテンシャルが８０
０Ｖであり制御電圧が１００Ｖであるときに、厚さおよび幅が５％までの変化を
することができる。セル壁２ができるだけ薄く、それによってフィルム１の空気
容量ができるだけ大きいことがフィルムの機能のために重要である。空気容量が
７０％を超え、それによりフィルム１はまた重量も非常に軽いことがもっとも好
ましい。
【００１３】 フィルムの表面は、フィルムが広がるのを防止するであろう平らな表面層を有
してはならないが、セルパターンはフィルム１の表面まで続かなければならない
。したがって、フィルム１の表面に配設された金属コーティングは非常に薄くな
ければならない。
【００１４】 フィルム１は、例えば、プラスチックと核生成剤との混合物を押し出し、その
中に、押出中に推進ガスを注入することによって製造することができる。このよ
うにして実現される発泡フィルムは、より薄く吹き込まれ、同時に強く伸ばされ
る。このようにして製造されたセルは十分に長く作られる。フィルム１を提供す
る別の代替案は、プラスチックと核生成剤との混合物を押圧してフィルムにし、
その後でフィルムを急速に冷却することである。その後、フィルムは再加熱され
、ある程度長手方向に延伸され、それによって細長いセルプレフォームがプラス
チックと核生成剤との境界で裂かれる。この後、フィルムは圧力チャンバを通っ
て導かれ、それによって推進ガスがセルプレフォーム内に流れ、その後、フィル
ムが長手方向に、例えば１０倍に延伸される。例えば、炭酸カルシウム粒子が核
生成剤として使用され得る。
【００１５】 フィルムは強電界で、セル３の内部の上部表面に正電荷が形成され、下部表面
に負電荷が形成されるエレクトレットフィルムへと帯電される。その後フィルム
１は、例えば真空蒸着を用いて薄いアルミニウム層４が金属被覆される。言い換
えると、アルミニウム層４はフィルム表面のセルパターンを覆わず、フィルムの
厚さが変わるときにフィルムの幅が変化し得るように薄くなければならない。
【００１６】 フィルム１は押されると広くもなり、逆もまた同様であるので、少なくとも２
つのフィルムを互いに対して結合することによって曲げ構造物を製造することが
できる。例えば図３ａによると、フィルム１の正帯電した側を互いに対して接触
して配設し、電極Ｕ１およびＵ２を外側に配設し、この後、電界の強度が第１の
フィルムにおいて増加し第２のフィルムにおいて減少するように電極Ｕ１および
Ｕ２の間の電圧を制御することによって２つのフィルム１から形成される要素が
曲げられ得る。曲げ構造物は、図３ｂまたは３ｃに与えられる方法によっても実
現することができる。図３ａ、３ｂまたは３ｃによる構造物を使用して、曲げ運
動を電気エネルギーに転換することもできる。これによって、構造物の曲げが電
荷を引き起こし、電荷を放出することによって電気エネルギーを生成することが
できる。曲げ構造物はまた、第１の表面が第２の表面よりも剛性であるフィルム
によって提供され得、すなわち、表面薄層として知られるものがフィルムの第１
の表面上にあるか、または、その金属コーティングが第２の表面よりも厚いフィ
ルムによって設けられることができる。
【００１７】 図４から１０は、上述の電気機械フィルムが使用され、音を生成し測定し減衰
させるために使用し得る異なった音響要素を例示する。図４は、図３ａにしたが
って共に積層された一対のフィルムからなる要素を示し、このフィルム対は、折
り目の高さが例えば約１５ｍｍであり、折り目の間の距離が例えば約１ｍｍであ
るように接近して折られる。電気エネルギーを供給することによって、折り目が
互いに対して曲がり、要素が圧力波および音を生成するようにフィルムを制御す
ることができる。要素は少なくとも一方の側の表面を多孔質層５で覆われ得る。
２つの要素を互いに交差するように結合でき、それによって図５に示されるよう
に堅固な構造物が提供される。
【００１８】 図６は、フィルム１の薄化および拡張により結果としてフィルムに運動および
音響圧力を発生させる要素を例示する。出力を増大するため、数個のフィルム層
を共に結合することができる。フィルムは多孔質支持プレート５に取り付けられ
る。
【００１９】 図７は、制御信号の関数としてのフィルムの横方向変化が構造物全体の厚さを
変える構造物を例示する。フィルム１の１つを、要素の制御のフィードバックセ
ンサとして使用することができる。堅固なまたは多孔質のプレートを要素のバッ
クプレートとして配設することができる。
【００２０】 図８は、フィルムとそのまわりに配設された表面プレート６とからなる要素を
例示する。フィルム１が制御信号の関数として広くなったり狭くなったりすると
き、表面プレート６は反対方向に動く。
【００２１】 図９は、互いに重ねられた少なくとも２つのフィルムが、図９により示される
形へと曲げられたプレート状構造物を形成する要素を例示する。フィルム１は、
矢印によって示されるように曲がるよう別々に制御される。フィルムの層は連続
していてもよく、その表面上の電極も連続していてもよい。フィルムの制御は、
図３および４に関連するようにして行われる。
【００２２】 図１０は、横方向以外の曲げフィルム要素の運動が表面層７によって防止され
る解決法を例示する。下部表面層７には開口８が設けられ、これを通って要素に
より生成された音が外へ出る。開口によって要素の共鳴振動数を所望に応じて調
節することができる。図１１に示されるように、音の生成が結果として要素に反
動力Ｆ３を与える。横方向以外のフィルム要素の運動が防止されるため、フィル
ムの質量が結果として運動の力Ｆになり、その対抗する力Ｆ１はフィルムの縁に
て方向づけられる。下方に方向づけられた力Ｆ１の成分Ｆ２は、フィルム要素の
反動力Ｆ３を相殺する力を形成する。言い換えると、聞き手は図１１に見られる
ように要素の下にいて、すなわち、音は音響要素の反動力を相殺するために聞き
手に向けてフィルムの裏表面から聞き手に対して伝えられる。
【００２３】 図面および関連する明細書は、本発明の概念を例示することを意図するのみで
ある。本発明の詳細は特許請求の範囲内で変更し得る。したがって電気機械フィ
ルムは、圧力、力および動きを測定する異なったセンサとして、また、異なった
アクチュエータおよび調整ユニットとしても用いられ得る。さらにフィルムは、
圧力、力および動きまたは温度の変化を電気エネルギーへと転換するための要素
として用いられ得る。フィルムはプラスチックから製造されることが好ましく、
これはエレクトレットの電荷をよく保存する。これらの例としては、サイクリッ
クオレフィン共重合体ＣＯＣ、ポリメチルペンテンＴＰＸ、ポリテトラフルオロ
エチレンＰＴＦＥおよびポリプロピレンＰＰが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は電気機械フィルムを上部から斜めに概略的に示す図である。
【図２】 図２は１つのセルの変形を概略的に示す図である。
【図３】 図３ａ、３ｂおよび３ｃは互いに対して結合された２つのフィルムからなる音
響要素の概略図である。
【図４】 図４は音響要素の概略図である。
【図５】 図５は音響要素の概略図である。
【図６】 図６は音響要素の概略図である。
【図７】 図７は音響要素の概略図である。
【図８】 図８は音響要素の概略図である。
【図９】 図９は音響要素の概略図である。
【図１０】 図１０は音響要素の概略図である。
【図１１】 図１１は図１０による音響要素によって発生した力の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気機械フィルムであって、前記フィルム（１）は誘電体で
    あり、電圧または電荷が前記フィルム（１）の表面に伝えられ且つ／または電圧
    または電荷が前記フィルムの表面から放出されるように、電気エネルギーを機械
    エネルギーに転換し且つ／または機械エネルギーを電気エネルギーに転換するよ
    うに意図された電気機械フィルムであって、前記フィルム（１）はセル（３）か
    ら形成され、前記セル（３）の高さと幅との比は３：１から１：３の間であり、
    それによって、セル（３）が変形するとき、前記セル（３）内部で変形に抵抗す
    る圧力は本質的に変化しないままであることを特徴とする電気機械フィルム。
  2. 【請求項２】 前記セル（３）は多角形であることを特徴とする請求項１に
    記載のフィルム。
  3. 【請求項３】 前記フィルム（１）の空気容量が７０％を超えるように前記
    セル（３）の壁（２）が薄いことを特徴とする請求項１または２に記載のフィル
    ム。
  4. 【請求項４】 前記セル（３）の高さと長さとの比が１：３未満であるよう
    に、前記セル（３）が細長いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に
    記載のフィルム。
  5. 【請求項５】 前記セル（３）の高さと長さとの比は１：１０未満であるこ
    とを特徴とする請求項４に記載のフィルム。
  6. 【請求項６】 前記フィルム（１）は、少なくとも一方の側に電気導電層が
    塗布されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルム。
  7. 【請求項７】 前記電気導電層は、真空蒸着を用いて前記フィルム（１）を
    金属被覆することによって形成されることを特徴とする請求項６に記載のフィル
    ム。
  8. 【請求項８】 前記セル（３）の内部の上部表面が正帯電し、前記セル（３
    ）の内部の下部表面が負帯電するように、前記フィルム（１）は少なくともある
    部分でエレクトレットフィルムとして帯電されることを特徴とする請求項１から
    ７のいずれか１項に記載のフィルム。
  9. 【請求項９】 互いに結合された少なくとも２つの電気機械フィルムからな
    る音響要素であって、フィルム（１）がセル（３）から形成され、前記セルの高
    さと幅との比は３：１から１：３の間であり、前記音響要素は、前記第１のフィ
    ルム（１）では電界強度が減少し、前記第２のフィルム（１）では電界強度が増
    加し、それによって前記音響要素の前記結合されたフィルム（１）が曲がるよう
    に前記フィルム（１）を制御するための手段を備えることを特徴とする音響要素
    。
  10. 【請求項１０】 音を生成するときに、前記結合されたフィルム（１）は聞
    き手から離れて動くように配設され、前記音響要素の反動力を相殺するように、
    前記フィルム（１）に折り目が形成されることを特徴とする請求項９に記載の音
    響要素。
JP2001540561A 1999-11-25 2000-11-24 電気機械フィルムおよび音響要素 Pending JP2003515919A (ja)

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