JP2011250343A - High polymer actuator and electro-acoustic transducer and electronic equipment - Google Patents

High polymer actuator and electro-acoustic transducer and electronic equipment Download PDF

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康晴 大西
Atsushi Kuroda
淳 黒田
Yukio Murata
行雄 村田
Nobuhiro Kawashima
信弘 川嶋
Motoyoshi Komoda
元喜 菰田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high polymer actuator which can secure a large vibrational amplitude and also can adjust a vibration frequency easily as desired.SOLUTION: A film-like high polymer electrolyte gel 1-b vibrates when an electrical field is applied thereto. Formed on a pair of principal planes of the high polymer electrolyte gel 1-b respectively is a pair of electrode layers, to which an electrical field is applied. A vibration film 1-a, cramping the high polymer electrolyte gel 1-b which has the pair of electrode layers formed respectively on its pair of principal planes, propagates vibration. Therefore, the vibration film 1-a helps to secure a large vibrational amplitude and permits a vibration frequency to be adjusted easily as desired.

Description

本発明は、高分子電解質ゲルの振動を利用した高分子アクチュエータ、この高分子アクチュエータを備える電気音響変換器、この電気音響変換器を備える電子機器、に関する。   The present invention relates to a polymer actuator using vibration of a polymer electrolyte gel, an electroacoustic transducer including the polymer actuator, and an electronic device including the electroacoustic transducer.

携帯電話等の電子機器の音響部品として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。その動作原理は、磁石を用いたステータの磁気回路の作用によりボイスコイルに固定された有機フィルム等の振動膜が振動し、音波を発生させるものである。   Electrodynamic electroacoustic transducers are used as acoustic components for electronic devices such as mobile phones. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm. The principle of operation is that a vibration film such as an organic film fixed to a voice coil vibrates due to the action of a magnetic circuit of a stator using a magnet to generate sound waves.

現在、上述のようなアクチュエータとして各種の提案がある。例えば、高分子電解質ゲルを自律振動させるアクチュエータの提案がある(特許文献1)。   Currently, there are various proposals for the actuator as described above. For example, there is a proposal of an actuator that autonomously vibrates a polymer electrolyte gel (Patent Document 1).

特開平04−053399号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-053399

ところで、近年、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータの携帯端末の需要が増えており、電気音響変換器の小型化への要求が高まりつつある。しかしながら、電気音響変換器の音響性能において重要な示強量である音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除によって決定される。   By the way, in recent years, the demand for portable terminals of mobile phones and laptop personal computers has increased, and there has been an increasing demand for miniaturization of electroacoustic transducers. However, the sound pressure level, which is an important enhancement amount in the acoustic performance of the electroacoustic transducer, is determined by the volume exclusion of the diaphragm against air.

従って、電気音響変換器を小型する場合、振動膜の放射面の面積が減少するため、音圧レベルが低下する問題があった。一方、音圧レベルを向上させる手段として、磁気回路の発生力を高め、振動膜の振幅を増加させる方法がある。   Therefore, when the electroacoustic transducer is downsized, there is a problem that the sound pressure level is lowered because the area of the radiation surface of the diaphragm is reduced. On the other hand, as means for improving the sound pressure level, there is a method of increasing the generating force of the magnetic circuit and increasing the amplitude of the diaphragm.

しかしながら、この手段においては磁束密度の増加や駆動電流の増加が必要とされ、永久磁石の体積増加やボイスコイルの太線化により、磁気回路の厚みが増加する課題がある。さらに、電流量増大に伴う消費電力の増加などの課題もある。   However, this means requires an increase in magnetic flux density and an increase in driving current, and there is a problem that the thickness of the magnetic circuit increases due to an increase in the volume of the permanent magnet and a thickening of the voice coil. Furthermore, there are problems such as an increase in power consumption accompanying an increase in current amount.

一方、小型薄型の電気音響変換器を実現する手段として、圧電セラミックスによる圧電効果を利用した圧電型電気音響変換器がある。この圧電方式は、セラミック素材の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。   On the other hand, as a means for realizing a small and thin electroacoustic transducer, there is a piezoelectric electroacoustic transducer using a piezoelectric effect by piezoelectric ceramics. This piezoelectric method uses a piezoelectric effect of a ceramic material to generate a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal.

上下層を電極材料で拘束されたセラミック自体が振動し、これが駆動源として機能するため、磁石やボイスコイルなど多数の部材から構成される磁気回路に比べ、部材点数が少なく、薄型化に優位である。   The ceramic itself, whose upper and lower layers are constrained by electrode materials, vibrates and functions as a drive source.Therefore, the number of members is small compared to a magnetic circuit composed of a large number of members such as magnets and voice coils. is there.

しかしながら、内部損失が低いセラミックス材料を振動源とするため、有機フィルムを通して振幅を発生させる動電型電気音響変換器に比べ、機械品質係数Qが高い傾向にある。   However, since a ceramic material having a low internal loss is used as a vibration source, the mechanical quality factor Q tends to be higher than that of an electrodynamic electroacoustic transducer that generates an amplitude through an organic film.

例えば、動電型は3〜5程度に対して、圧電型では約50程度となる。機械品質係数Qは共振時に先鋭度を示すため、要約すれは、圧電型電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。   For example, the electrodynamic type is about 3 to 5 and the piezoelectric type is about 50. Since the mechanical quality factor Q indicates sharpness at the time of resonance, the summary means that in the piezoelectric electroacoustic transducer, the sound pressure is high near the fundamental resonance frequency and the sound pressure is attenuated in other bands.

すなわち、音圧レベル周波数特性において、音響特性の山谷が発生し、特定周波数の音が強調されたり、消失されたりして、音楽再生などに十分な音質が得られない課題を持つ。   That is, in the sound pressure level frequency characteristic, there is a problem that the sound characteristic level and the valley are generated, the sound of a specific frequency is emphasized or lost, and sufficient sound quality for music reproduction or the like cannot be obtained.

また、脆性材料であるセラミックスを用いるため、落下時の衝撃安定性が弱く、携帯電話などの小型電子機器に搭載した場合の信頼性確保に課題がある。これに対して、圧電性を持つ高分子フィルム、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)を振動源に使用する方法も挙げられる。   In addition, since ceramic which is a brittle material is used, the impact stability at the time of dropping is weak, and there is a problem in ensuring reliability when mounted on a small electronic device such as a mobile phone. On the other hand, there is a method in which a polymer film having piezoelectricity, for example, PVDF (polyvinylidene fluoride) is used as a vibration source.

このPVDFフィルムは、材料自体が圧電性を有することから、上下主面を電極で拘束することで、セラミックスと同様に、電気信号を入力することにより伸縮運動が発生する。   Since the PVDF film itself has piezoelectricity, the upper and lower main surfaces are constrained by electrodes, and an expansion / contraction motion is generated by inputting an electric signal as in the case of ceramics.

このため、高い柔軟性と、高分子樹脂特有の高い内部損失特性を有することから、高音質・高信頼性の電気音響変換器の駆動源として期待される。しかしながら、PVDFは高純度の熱可塑性フッ素重合体であるため、圧電性を得るには緻密な精製工程が必要であり、一般的に高価な材料として認知されている。また、PVDFは材料線形性、すなわち、入力電圧に対する振動量との線形特性が悪いため、音響再生時の歪音が発生する課題も持つ。   For this reason, since it has high flexibility and high internal loss characteristics peculiar to a polymer resin, it is expected as a drive source for a high sound quality and high reliability electroacoustic transducer. However, since PVDF is a high-purity thermoplastic fluoropolymer, a precise purification step is required to obtain piezoelectricity, and it is generally recognized as an expensive material. In addition, PVDF has a problem that distortion sound is generated during sound reproduction because material linearity, that is, linear characteristics with the amount of vibration with respect to the input voltage is poor.

このため、動電型電気音響変換器や圧電型電気音響変換器の代替となる、高音質で小型な電気音響変換器を生み出す小型で大振幅なアクチュエータに関する画期的な技術が要求されていた。   For this reason, groundbreaking technology for small, large-amplitude actuators that produce high-quality, small-sized electroacoustic transducers that can replace electrodynamic electroacoustic transducers and piezoelectric electroacoustic transducers has been required. .

また、特許文献1に記載のアクチュエータは、前述のように高分子電解質ゲルを自律振動させるものである。このため、大きな振動振幅を確保することが困難であり、振動の周波数を所望により調節するようなことも困難である。   Further, the actuator described in Patent Document 1 autonomously vibrates the polymer electrolyte gel as described above. For this reason, it is difficult to ensure a large vibration amplitude, and it is also difficult to adjust the vibration frequency as desired.

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、大きな振動振幅を確保することができ、振動の周波数を所望により調節することも容易な、高分子アクチュエータ、この高分子アクチュエータを備える電気音響変換器、この電気音響変換器を備える電子機器、を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes a polymer actuator that can ensure a large vibration amplitude and can easily adjust the vibration frequency as desired, and the polymer actuator. An electroacoustic transducer and an electronic device including the electroacoustic transducer are provided.

本発明の高分子アクチュエータは、電界が印加されることにより振動する膜状の高分子電解質ゲルと、高分子電解質ゲルの一対の主面に個々に形成されていて電界が印加される一対の電極層と、一対の電極層が一対の主面に個々に形成されている高分子電解質ゲルを拘束していて振動を伝播させる振動膜と、を有する。   The polymer actuator of the present invention includes a membrane-shaped polymer electrolyte gel that vibrates when an electric field is applied thereto, and a pair of electrodes that are individually formed on a pair of main surfaces of the polymer electrolyte gel and to which an electric field is applied And a vibrating membrane that constrains the polymer electrolyte gel in which the pair of electrode layers are individually formed on the pair of main surfaces and propagates the vibration.

本発明の電気音響変換器は、本発明の高分子アクチュエータを備える。   The electroacoustic transducer of the present invention includes the polymer actuator of the present invention.

本発明の電子機器は、本発明の電気音響変換器を備える。   The electronic device of the present invention includes the electroacoustic transducer of the present invention.

本発明の高分子アクチュエータでは、電界が印加されることにより膜状の高分子電解質ゲルが振動する。高分子電解質ゲルの一対の主面に個々に形成されている一対の電極層に電界が印加される。一対の電極層が一対の主面に個々に形成されている高分子電解質ゲルを拘束している振動膜が振動を伝播させる。このため、振動膜により大きな振動振幅を確保することができ、振動の周波数を所望により調節することも容易である。   In the polymer actuator of the present invention, the membrane-shaped polymer electrolyte gel vibrates when an electric field is applied. An electric field is applied to a pair of electrode layers individually formed on a pair of main surfaces of the polymer electrolyte gel. The vibration membrane that restrains the polymer electrolyte gel in which the pair of electrode layers are individually formed on the pair of main surfaces propagates the vibration. For this reason, a large vibration amplitude can be secured by the vibration film, and the frequency of vibration can be easily adjusted as desired.

本発明の実施の第一の形態の高分子アクチュエータの構造を示す模式的な縦断正面図である。1 is a schematic longitudinal sectional front view showing a structure of a polymer actuator according to a first embodiment of the present invention. 高分子アクチュエータの要部を示す模式的な縦断正面図である。It is a typical vertical front view which shows the principal part of a polymer actuator. 実施の第二の形態の高分子アクチュエータの構造を示す模式的な縦断正面図である。It is a typical vertical front view which shows the structure of the polymer actuator of 2nd Embodiment. 実施の第三の形態の高分子アクチュエータの構造を示す模式的な縦断正面図である。It is a typical vertical front view which shows the structure of the polymer actuator of 3rd Embodiment. 高分子アクチュエータの要部を示す模式的な縦断正面図である。It is a typical vertical front view which shows the principal part of a polymer actuator. 電気音響変換器を備える電子機器である携帯電話端末の外観を示す模式的な正面図である。It is a typical front view which shows the external appearance of the mobile telephone terminal which is an electronic device provided with an electroacoustic transducer. 電気音響変換器を備える電子機器であるパーソナルコンピュータの外観を示す模式的な正面図である。It is a typical front view which shows the external appearance of the personal computer which is an electronic device provided with an electroacoustic transducer.

[実施の第一の形態]
本発明の実施の第一の形態を図1および図2を参照して以下に説明する。図1は、本実施の形態の高分子アクチュエータを示す模式的な縦断正面図である。図2は、高分子アクチュエータの要部を示す模式的な縦断正面図である。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic longitudinal front view showing the polymer actuator of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional front view showing a main part of the polymer actuator.

図1に示すように、本実施の形態の高分子アクチュエータは、振動膜1−a、この振動膜1−aの一方の面に固定された高分子電解質ゲル1−b、振動膜を固定支持する支持体1−c、電気を接続するリード線1−dを備えている。   As shown in FIG. 1, the polymer actuator according to the present embodiment includes a vibrating membrane 1-a, a polymer electrolyte gel 1-b fixed to one surface of the vibrating membrane 1-a, and a vibrating membrane fixedly supported. And a lead wire 1-d for connecting electricity.

高分子電解質ゲル1−bは、振動を発生させる駆動源として機能しており、図2に示すように、上下主面が電極層2−a,2−cで拘束されている。高分子電解質ゲル2−bは、電場などによる外部刺激に対して刺激応答特性を有する材料である。   The polymer electrolyte gel 1-b functions as a drive source that generates vibration, and the upper and lower main surfaces are constrained by electrode layers 2-a and 2-c, as shown in FIG. The polymer electrolyte gel 2-b is a material having a stimulus response characteristic with respect to an external stimulus caused by an electric field or the like.

すなわち、電界が印加されることにより、収縮と膨張を繰りかえし、電気エネルギを振動エネルギに変換する機能を持つ材料であり、以下のようなメカニズムで振動を発振させる。   That is, it is a material having a function of repeatedly contracting and expanding by applying an electric field and converting electric energy into vibration energy, and oscillates vibration by the following mechanism.

高分子電解質ゲル2−bは、三次元高分子の網目構造の中に、溶剤を含んだ状態の物質である。その特徴は、塩濃度、温度、電場、磁場、光などの外部刺激に対する刺激応答性を持っていることである。   The polymer electrolyte gel 2-b is a substance containing a solvent in a network structure of a three-dimensional polymer. Its feature is that it has stimulus responsiveness to external stimuli such as salt concentration, temperature, electric field, magnetic field, and light.

すなわち、ゲルが分子を基本単位とする三次元ネットワークにより構成されているため、分子間や高分子鎖間、ミクロドメイン間の構造変化を、種々のスケール形態に変換でき、この変化を集積させることで、力学エネルギーに変換できることを意味する。   In other words, since the gel is composed of a three-dimensional network with molecules as basic units, structural changes between molecules, between polymer chains, and between microdomains can be converted into various scale forms, and these changes can be accumulated. It means that it can be converted into mechanical energy.

ところで、高分子電解質ゲルの電気応答性を示す例として、電気収縮と電気浸透がある。水を含有する高分子電解質ゲルに電極を接触させ、電圧を印加することで、ゲルは高分子鎖内に取り込んだ水を吐き出しながら異方性に収縮していく一方で、電圧の印加を停止すると、ゲルは水分を吸収により膨張し、再びもとの大きさに回復する機能を持っている。   By the way, examples of the electrical responsiveness of the polymer electrolyte gel include electrical contraction and electroosmosis. By contacting the electrode with a polyelectrolyte gel containing water and applying a voltage, the gel shrinks anisotropically while discharging water taken into the polymer chain, while the voltage application is stopped. Then, the gel has a function of expanding by absorbing moisture and recovering to its original size again.

なお、この電気刺激による収縮は、すべての電解質ゲルに発現する現象であり、この電場におけるイオン性網目の電気収縮は、ゲル中の水分子の電気浸透による影響である。例えば、アニオン性高分子電解質ゲルの場合は、電圧を印加することで高分子イオンはアノードへ、その対イオンはカソードへ移動するが、高分子イオンは固定されているため、大部分は移動できないが、低分子対イオンはカソードへ移動する現象である電気泳動が生じる。   This contraction due to electrical stimulation is a phenomenon that appears in all electrolyte gels, and the electrical contraction of the ionic network in this electric field is the effect of electroosmosis of water molecules in the gel. For example, in the case of an anionic polyelectrolyte gel, when a voltage is applied, polymer ions move to the anode and counter ions move to the cathode. However, since the polymer ions are fixed, most cannot move. However, electrophoresis occurs, which is a phenomenon in which a low molecular counter ion moves to the cathode.

すなわち、電極に達した対イオンは電気化学反応により打ち消され、水和していた水はカソード側で吐き出され、ゲルが縮んでいくものである。このメカニズムにそった、収縮と膨張を繰り返し、電気エネルギが振動エネルギに変換されるものである。   That is, the counter ion reaching the electrode is canceled by the electrochemical reaction, and the hydrated water is discharged on the cathode side, and the gel shrinks. In accordance with this mechanism, contraction and expansion are repeated, and electric energy is converted into vibration energy.

本実施の形態の高分子アクチュエータにおいて、高分子電解質ゲル2−bは電界に対して刺激応答性を持つ高分子材料であれば、特に限定されないが、一例として、以下に示されるような、

Figure 2011250343
ポリ(Nーイソプロピルアクリルアミド)(以下、PNIPAと略す)などが使用できる。 In the polymer actuator of the present embodiment, the polymer electrolyte gel 2-b is not particularly limited as long as it is a polymer material having stimulus responsiveness to an electric field, but as an example,
Figure 2011250343
Poly (N-isopropylacrylamide) (hereinafter abbreviated as PNIPA) can be used.

分子内に疎水基(イソプロピル基)と親水基(アミド基)を持つPNIPAは刺激応答性が高い材料として広く認知されている汎用材料であるため、コストや信頼性の観点で優位である。   PNIPA having a hydrophobic group (isopropyl group) and a hydrophilic group (amide group) in the molecule is a general-purpose material that is widely recognized as a material having high stimulus responsiveness, and thus is advantageous in terms of cost and reliability.

また、本実施の形態の高分子アクチュエータにおいて、高分子電解質ゲル2−bの厚みは特に限定されないが、その厚みが50μmであることが好ましい。厚みが50μm未満の場合は、厚みによるばらつきや、分子構造の構築に際に、極度に不安定な三次元ネットワークが形成され、充分な収縮が得られない課題がある。   In the polymer actuator of the present embodiment, the thickness of the polymer electrolyte gel 2-b is not particularly limited, but the thickness is preferably 50 μm. When the thickness is less than 50 μm, there is a problem that an extremely unstable three-dimensional network is formed when the thickness varies and the molecular structure is constructed, and sufficient shrinkage cannot be obtained.

また、本発明の高分子電解質ゲル2−bに電界を発生させるために上下主面に電極層2−a,2−cを形成する。電極材料には電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、金や銀、銀/パラジウムを使用することが好ましい。   Further, in order to generate an electric field in the polymer electrolyte gel 2-b of the present invention, electrode layers 2-a and 2-c are formed on the upper and lower main surfaces. The electrode material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity, but it is preferable to use gold, silver, or silver / palladium.

また、電極材料の厚みは特に限定されないが、厚み1〜50μであるのが好ましい。例えば、厚み1μmm未満では、膜厚が薄いため、電極上に均一に成形できない課題がある。   The thickness of the electrode material is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 μm. For example, if the thickness is less than 1 μm, there is a problem that the film cannot be uniformly formed on the electrode because the film thickness is thin.

これに対して、膜厚が100μmを超える場合は、成形が容易となるが、電極層2−a,2−cが拘束面となり、振動エネルギへの変換効率を低下させてしまう課題が生じる。なお、電極形成方法としては、スパッタリング法などが挙げられる。   On the other hand, when the film thickness exceeds 100 μm, molding becomes easy, but the electrode layers 2-a and 2-c serve as constraining surfaces, resulting in a problem of reducing the conversion efficiency into vibration energy. In addition, as an electrode formation method, sputtering method etc. are mentioned.

本発明の高分子電解質ゲル2−bは、振動膜1−aによって拘束されている。例えば、振動膜1−aは音波を伝播させる機能を有し、高分子電解質から収縮・膨張による振動が伝播することで音波を発生させ、高分子アクチュエータ自体が電気音響変換器としての機能を有する。   The polymer electrolyte gel 2-b of the present invention is constrained by the vibrating membrane 1-a. For example, the vibrating membrane 1-a has a function of propagating sound waves, generates sound waves by propagating vibrations caused by contraction / expansion from the polymer electrolyte, and the polymer actuator itself has a function as an electroacoustic transducer. .

また、この振動膜1−aには、落下時に衝撃安定性を高める機能と、高分子アクチュエータもしくは電気音響変換器の基本共振周波数を調整する機能を持つ。すなわち、振動膜1−aは弾性材料から構成されるため、落下時の衝撃エネルギを振動膜1−aで吸収することが可能であり、電気音響変換器の衝撃安定性が向上する。   Further, the vibrating membrane 1-a has a function of improving impact stability when dropped, and a function of adjusting the basic resonance frequency of the polymer actuator or the electroacoustic transducer. That is, since the vibration membrane 1-a is made of an elastic material, it is possible to absorb impact energy when dropped by the vibration membrane 1-a, and the impact stability of the electroacoustic transducer is improved.

また、機械振動子の基本共振周波数は、以下の数式1で示されるように、
[数1]
f=1/2πL√(m・C) … 数式1
負荷重量と、コンプラインスに依存する。
Further, the basic resonance frequency of the mechanical vibrator is expressed by the following formula 1,
[Equation 1]
f = 1 / 2πL√ (m · C) Equation 1
Depends on load weight and compliance.

言い換えれば、コンプラインスは振動子の機械剛性であるため、このことは振動膜1−aの剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。例えば、弾性率の高い材料の選択や、材料の厚みを低減することで、基本共振周波数は低域にシフトさせることが可能となる。   In other words, since the compliance is the mechanical rigidity of the vibrator, this means that the fundamental resonance frequency can be controlled by controlling the rigidity of the vibrating membrane 1-a. For example, the fundamental resonance frequency can be shifted to a low range by selecting a material having a high elastic modulus or reducing the thickness of the material.

この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性材料の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。基本構造の変更を伴わず、設計上の制約やコストに優位である。   On the other hand, the fundamental resonance frequency can be shifted to a high range by selecting a material having a high elastic modulus or increasing the thickness of the elastic material. It is superior in design constraints and cost without changing the basic structure.

本実施の形態のように、構成部材である弾性材料を変更することで所望の基本共振周波数に容易に調整できることとから、工業上の価値は大きい。なお、振動膜1−aには、有機高分子材料など高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からポリエチレンテレフタレートやポリエチレン、ポリウエタンなどの汎用材料が使用される。   Since this embodiment can be easily adjusted to a desired fundamental resonance frequency by changing the elastic material as a constituent member, the industrial value is great. The vibrating membrane 1-a is not particularly limited as long as it is a material having a high elastic modulus such as an organic polymer material, but general-purpose materials such as polyethylene terephthalate, polyethylene, and polyuetane are used from the viewpoint of workability and cost. .

また、振動膜1−aの厚みについては、5〜1000μmであることが好ましい。厚みが5μ未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度による低下により、製造ロット間で振動子の機械振動特性のばらつきが生じてしまう課題がある。   The thickness of the vibration film 1-a is preferably 5 to 1000 μm. When the thickness is less than 5 μm, there is a problem that mechanical strength is weak, the function as a restraining member is impaired, and the mechanical vibration characteristics of the vibrators vary between manufacturing lots due to a decrease in processing accuracy.

また、厚みが1000μmを超える場合は、剛性増による高分子電解質ゲル2−bへの拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう課題がある。また、本実施の形態の弾性材料は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、1〜500GPaであることが好ましい。上述のように、弾性材料の剛性が過度に低い場合や、過度の高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう課題がある。   Moreover, when thickness exceeds 1000 micrometers, the restriction | limiting to the polymer electrolyte gel 2-b by increase in rigidity becomes strong, and there exists a subject which produces the attenuation | damping of a vibration displacement amount. In addition, the elastic material of the present embodiment preferably has a longitudinal elastic modulus, which is an index indicating the rigidity of the material, of 1 to 500 GPa. As described above, when the rigidity of the elastic material is excessively low or excessively high, there is a problem that the characteristics and reliability of the mechanical vibrator are impaired.

本実施の形態では、振動膜1−aは支持体1−cに接合している。支持体1−cは高分子アクチュエータのケースとしての役割を果たす。支持体1−cの材質は、金属や樹脂、さらには、金属と樹脂との複合材料などの何れの材質も使用できるが、振動膜1−aから振動エネルギを効率よく伝播させるためには、伝達振動量に対してある程度の剛性を持つ材料であることが好ましい。   In the present embodiment, the vibrating membrane 1-a is bonded to the support 1-c. The support 1-c serves as a case for the polymer actuator. As the material of the support 1-c, any material such as a metal, a resin, or a composite material of a metal and a resin can be used. In order to efficiently transmit vibration energy from the vibration film 1-a, A material having a certain degree of rigidity with respect to the amount of transmitted vibration is preferable.

以下に本実施の形態の高分子アクチュエータの動作原理を説明する。本実施の形態の高分子アクチュエータは、高分子電解質ゲル2−bに電気信号を印加と停止を繰り返し、収縮と膨張を利用している。   The operation principle of the polymer actuator of this embodiment will be described below. The polymer actuator of the present embodiment repeatedly applies and stops an electric signal to the polymer electrolyte gel 2-b, and utilizes contraction and expansion.

上述のように、高分子電解質ゲル2−bに電気刺激を与えることで、収縮・膨張による可逆的で連続的な屈曲運動が発生する。この屈曲運動を振動膜1−aに伝播し、振動振幅や音波を発生させるものが、本実施の形態の高分子アクチュエータもしくは電気音響変換器の動作原理である。   As described above, by applying electrical stimulation to the polymer electrolyte gel 2-b, a reversible and continuous bending motion due to contraction / expansion occurs. It is the operating principle of the polymer actuator or electroacoustic transducer of this embodiment that propagates this bending motion to the vibrating membrane 1-a and generates vibration amplitude and sound waves.

このように、本実施の形態の高分子アクチュエータでは、振動膜1−a、及び高分子電解質ゲル2−bから駆動源が構成されるため、従来使用されている磁気回路からなる動電型電気音響変換器に比べて小型化で優位となる。   As described above, in the polymer actuator of the present embodiment, since the driving source is configured by the vibrating membrane 1-a and the polymer electrolyte gel 2-b, an electrodynamic electric power composed of a conventionally used magnetic circuit is used. Compared to acoustic transducers, it is superior in miniaturization.

本実施の形態の高分子アクチュエータは、上述のように電界が印加されることにより膜状の高分子電解質ゲル1−bが振動し、一対の電極層が一対の主面に個々に形成されている高分子電解質ゲル1−bを拘束している振動膜1−aが振動を伝播させる。   In the polymer actuator according to the present embodiment, when an electric field is applied as described above, the membrane-shaped polymer electrolyte gel 1-b vibrates, and a pair of electrode layers are individually formed on a pair of main surfaces. The vibrating membrane 1-a that restrains the polymer electrolyte gel 1-b that is present propagates vibration.

このため、振動膜1−aにより大きな振動振幅を確保することができる。従って、前述した特許文献1のアクチュエータに比較して、省電力に大音量の音波を発生させることができる。しかも、振動の周波数を所望により調節することも容易である。従って、前述した特許文献1とは相違して、所望の音階の音波を発生させることができる。   For this reason, a large vibration amplitude can be secured by the vibration film 1-a. Therefore, compared with the actuator of Patent Document 1 described above, it is possible to generate a sound wave with a large volume with less power consumption. Moreover, it is easy to adjust the frequency of vibration as desired. Therefore, unlike Patent Document 1 described above, it is possible to generate sound waves having a desired scale.

また、駆動源の構成部材が、金属やセラミックスに比べて内部損失の大きい樹脂材料で構成されることから、圧電型電気音響変換器に比べて、機械品質係数Qが低く、平坦な振幅周波数特性を実現できる点で優位となる。   In addition, since the constituent members of the drive source are made of a resin material having a larger internal loss than metals and ceramics, the mechanical quality factor Q is lower than that of the piezoelectric electroacoustic transducer, and the flat amplitude frequency characteristics. It is advantageous in that it can be realized.

また、この高分子アクチュエータを電気音響変換器の駆動源に利用した場合、構成部材が柔軟性の高い樹脂材料である点から、製造時の機械加工も容易であり、製造コストの点でも従来の電気音響変換器に比べて、優位である。   In addition, when this polymer actuator is used as a drive source for an electroacoustic transducer, the constituent members are made of a highly flexible resin material, so that machining at the time of manufacture is easy, and the conventional manufacturing cost is also reduced. It is superior to electroacoustic transducers.

さらに、樹脂材料で構成されていることから、落下時の衝撃安定性についても優位となる。以上のように、本実施の形態の高分子アクチュエータ、もしくは電気音響変換器は、小型で高音質を実現できる上に、携帯電話へ容易に搭載可能であることから、工業価値は大きい。   Furthermore, since it is comprised with the resin material, it becomes advantageous also about the impact stability at the time of dropping. As described above, the polymer actuator or the electroacoustic transducer according to the present embodiment has a large industrial value because it is small in size and can realize high sound quality and can be easily mounted on a mobile phone.

なお、本実施の形態に係る高分子アクチュエータを利用した電子部品、例えば電気音響変換器は、図6および図7に示すように、電子機器(例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源としても利用可能である。上述のように、小型高音質で高い信頼性を有することから、携帯型の電子機器に対して好適に利用することが可能である。   In addition, as shown in FIGS. 6 and 7, an electronic component using the polymer actuator according to the present embodiment, for example, an electroacoustic transducer, is an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game). It can also be used as a sound source for devices. As described above, since it is small and has high sound quality and high reliability, it can be suitably used for portable electronic devices.

[実施の第二の形態]
本発明の実施の第二の形態を、図3を参照して以下に説明する。本実施の形態では、第一の実施形態に対して、弾性部材5−eを新たに配置していることが特徴である。なお、支持体5−c、リード線5−d、は第一の形態と同様である。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The present embodiment is characterized in that an elastic member 5-e is newly arranged with respect to the first embodiment. The support 5-c and the lead wire 5-d are the same as in the first embodiment.

すなわち、振動膜5−aと、高分子電解質ゲル5−bとの間に弾性部材5−eが介在することで、高分子アクチュエータとして好適な基本共振周波数への調整を、容易に可能としている。   That is, the elastic member 5-e is interposed between the vibrating membrane 5-a and the polymer electrolyte gel 5-b, so that adjustment to a basic resonance frequency suitable as a polymer actuator can be easily performed. .

例えば、電気音響変換器を考慮した場合、従来、音楽再生などの再生には、100〜20kHzの周波数帯域が使用されている。このため、電気音響変換器の基本共振数は帯域間での音圧レベル差を防止するために、約1kHz近傍に調整されている。   For example, when an electroacoustic transducer is considered, a frequency band of 100 to 20 kHz is conventionally used for reproduction such as music reproduction. For this reason, the basic resonance number of the electroacoustic transducer is adjusted to around 1 kHz in order to prevent a sound pressure level difference between the bands.

通常、機械振動子の基本共振周波数は、前述の「数式1」のように、剛性と不可重量に依存するため、ヤング率の小さい樹脂材料で構成される本発明の電気音響変換器では、必然的に低周波数にシフトしてしまう課題がある。   Usually, the fundamental resonance frequency of a mechanical vibrator depends on rigidity and weightlessness as in the above-described “Equation 1”, and therefore, in the electroacoustic transducer of the present invention composed of a resin material having a small Young's modulus, In particular, there is a problem of shifting to a low frequency.

そこで、振動膜と高分子電解質ゲルとの間に弾性部材を介在させることで、剛性を強化し、所望の基本共振周波数への調整が可能となる。なお、弾性材料には、金属や樹脂金属複合材料など、高分子電解質ゲルに対して高いヤングを持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。   Therefore, by interposing an elastic member between the vibrating membrane and the polymer electrolyte gel, the rigidity can be enhanced and adjustment to a desired fundamental resonance frequency can be achieved. The elastic material is not particularly limited as long as it is a material having a high Young relative to the polymer electrolyte gel, such as a metal or a resin-metal composite material, but general-purpose materials such as phosphor bronze and stainless steel from the viewpoint of workability and cost. Is used.

また、弾性材料の厚みについては、5〜1000μmであることが好ましい。厚みが5μ未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度による低下により、製造ロット間で振動子の機械振動特性のばらつきが生じてしまう課題がある。   The thickness of the elastic material is preferably 5 to 1000 μm. When the thickness is less than 5 μm, there is a problem that mechanical strength is weak, the function as a restraining member is impaired, and the mechanical vibration characteristics of the vibrators vary between manufacturing lots due to a decrease in processing accuracy.

また、厚みが1000μmを超える場合は、剛性増による圧電素子への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう課題や、基本共振周波数が増大してしまう課題がある。   Further, when the thickness exceeds 1000 μm, there is a problem that the restraint on the piezoelectric element due to the increase in rigidity is strengthened, and the vibration displacement amount is attenuated and the basic resonance frequency is increased.

また、本実施の形態の弾性材料は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、1〜500GPaであることが好ましい。上述のように、ヤング率の過度に低い場合や、過度の高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう課題がある。   In addition, the elastic material of the present embodiment preferably has a longitudinal elastic modulus, which is an index indicating the rigidity of the material, of 1 to 500 GPa. As described above, when the Young's modulus is excessively low or excessively high, there are problems that impair characteristics and reliability as a mechanical vibrator.

このように、本実施の形態によれば、高分子電解質ゲルと振動膜との間に弾性材料を介在させることで、音響変換器に好適な基本共振周波数へ容易に調整でき、高音質の音声の再生が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, by interposing an elastic material between the polymer electrolyte gel and the vibration membrane, it is possible to easily adjust to a basic resonance frequency suitable for an acoustic transducer, and to produce high-quality sound. Can be played.

上述のように構成された高分子アクチュエータでは、駆動源が電場の状態に応じて屈曲運動を行う高分子電解質ゲル材料で構成されているため、磁気回路で構成される動電型電気音響変換器と比較して、小型な変換器が実現できる。   In the polymer actuator configured as described above, the electromotive electroacoustic transducer composed of a magnetic circuit because the drive source is composed of a polymer electrolyte gel material that bends according to the state of the electric field. Compared to, a small converter can be realized.

すなわち、駆動源自体が内部損失の高い高分子電解質ゲル材料で構成されるため、アクチュエータ自体の機械品質係数Qが低く、共振周波数近傍での振幅ピークが小さく、周波数振幅特性幅の山谷がない平坦な周波数特性が実現できる。   That is, since the drive source itself is made of a polymer electrolyte gel material having a high internal loss, the mechanical quality factor Q of the actuator itself is low, the amplitude peak in the vicinity of the resonance frequency is small, and the frequency amplitude characteristic width is flat without a valley. Frequency characteristics can be realized.

また、共有結合で架橋された基本構造を持つ高分子電解質ゲルは化学的に安定であるため、これを駆動源に用いた高分子アクチュエータは高い信頼性を有する。さらに、高分子電解質ゲルは、広義では固体分散媒のコロイドであるため、柔軟性が高く、粘性も高いため、落下時の衝撃安定性にも強い。   In addition, since the polymer electrolyte gel having a basic structure crosslinked by a covalent bond is chemically stable, a polymer actuator using the polymer electrolyte gel as a driving source has high reliability. Furthermore, since the polymer electrolyte gel is a colloid of a solid dispersion medium in a broad sense, it has high flexibility and high viscosity, so that it has high impact stability when dropped.

また、寒天に代表されるような粘性固体であるため、形状加工も容易である。このため、高い信頼性を持つ低コストである高分子アクチュエータが実現できる。さらに、この高分子アクチュエータを電子部品の駆動源、電気音響変換器に利用することで、小型で高音質な電気音響変換器が実現できる。   Moreover, since it is a viscous solid represented by agar, shape processing is also easy. For this reason, a high-reliability and low-cost polymer actuator can be realized. Furthermore, by using this polymer actuator as a driving source for an electronic component and an electroacoustic transducer, a small and high-quality electroacoustic transducer can be realized.

以上、本実施の形態に係る高分子アクチュエータ及び電気音響変換器は、図6および図7に示すように、電子機器(例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源としても利用可能である。電気音響変換器全体の形状が大幅に増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。   As described above, the polymer actuator and the electroacoustic transducer according to the present embodiment are used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.) as shown in FIGS. Is also available. Since the overall shape of the electroacoustic transducer is not significantly increased and the acoustic characteristics are improved, the electroacoustic transducer can be suitably used for a portable electronic device.

[本発明の実施の第三の形態]
本発明の第三の実施形態について図4を参照して以下に説明する。本実施の形態の高分子アクチュエータは、二つの高分子電解質ゲル6−b1,6−b2が振動膜6−aの上下主面を拘束している。なお、支持体6−c、リード線6−d、は第一の形態と同様である。
[Third embodiment of the present invention]
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the polymer actuator of the present embodiment, the two polymer electrolyte gels 6-b1 and 6-b2 restrain the upper and lower main surfaces of the vibrating membrane 6-a. The support 6-c and the lead wire 6-d are the same as in the first embodiment.

すなわち、二つの高分子電解質ゲル6−b1,6−b2の屈曲運動を利用することで、振動膜6−aの振動量が増幅するものである。本実施の形態の高分子アクチュエータでは、高分子電解質ゲル6−b1,6−b2を同相となるように駆動させることで、図5のように、二つの高分子電解質ゲル7−b1,7−b2から発生する振動が干渉し、振動膜7−aの振動量が増幅するものである。   That is, the vibration amount of the vibrating membrane 6-a is amplified by utilizing the bending motion of the two polymer electrolyte gels 6-b1 and 6-b2. In the polymer actuator of the present embodiment, the two polymer electrolyte gels 7-b1, 7- are driven as shown in FIG. 5 by driving the polymer electrolyte gels 6-b1, 6-b2 to be in phase. The vibration generated from b2 interferes, and the vibration amount of the vibration film 7-a is amplified.

従って、本実施の形態は、振動子の形状を大幅に増大させることなく、振動量を増加できる点で優位である。以上、本実施の形態に係る高分子アクチュエータ及び電気音響変換器は、図6および図7に示すように、電子機器(例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源としても利用可能である。電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。   Therefore, the present embodiment is advantageous in that the amount of vibration can be increased without significantly increasing the shape of the vibrator. As described above, the polymer actuator and the electroacoustic transducer according to the present embodiment are used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.) as shown in FIGS. Is also available. Since the overall shape of the electroacoustic transducer does not increase and the acoustic characteristics are improved, the electroacoustic transducer can be suitably used for a portable electronic device.

[発明の実施例1]
本発明の高分子アクチュエ−タの効果を実証するために、下記実施例の電気音響変換器を作製し、その特性評価を、以下、評価1〜評価3の評価項目で行った。
Embodiment 1 of the Invention
In order to demonstrate the effect of the polymer actuator of the present invention, electroacoustic transducers of the following examples were prepared, and the characteristic evaluation was performed using evaluation items 1 to 3 below.

(評価1)
音圧レベル周波数特性の測定:交流電圧1V入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り10cmであり、周波数の測定範囲は10Hz〜10kHzとした。
(Evaluation 1)
Measurement of sound pressure level frequency characteristics: The sound pressure level when an AC voltage of 1 V was input was measured with a microphone placed at a position away from the element by a predetermined distance. The predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified, and the frequency measurement range is 10 Hz to 10 kHz.

(評価2)
音圧レベル周波数特性の平坦性測定:交流電圧1V入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。周波数の測定範囲は10Hz〜10kHzとし、2kHz〜10kHzの測定範囲において、最大音圧レベルPmaxと最小音圧レベルPminとの音圧レベル差により、音圧レベル周波数特性の平坦性を測定した。
(Evaluation 2)
Measurement of flatness of sound pressure level frequency characteristics: The sound pressure level at the time of input of AC voltage 1V was measured by a microphone disposed at a predetermined distance from the element. The frequency measurement range was 10 Hz to 10 kHz, and in the measurement range of 2 kHz to 10 kHz, the flatness of the sound pressure level frequency characteristic was measured by the sound pressure level difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin.

その結果、音圧レベル差(最大音圧レベルPmaxと最小音圧レベルPminとの差のことを指す)が20dB以内を○とし、20dB以上を×とした。この所定距離は、特に明記しない限り10cmである。   As a result, the sound pressure level difference (which indicates the difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin) is within 20 dB, and is over 20 dB. This predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified.

(評価3)
落下衝撃試験:電気音響変換器を搭載した携帯電話を50cm直上から、5回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差(試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差のことを指す)が3dB以内を○とし、3dB以上を×とした。
(Evaluation 3)
Drop impact test: A mobile phone equipped with an electroacoustic transducer was naturally dropped 5 times from directly above 50 cm, and a drop impact stability test was performed. Specifically, breakage such as cracks after the drop impact test was visually confirmed, and the sound pressure characteristics after the test were further measured. As a result, the difference in sound pressure level (referring to the difference between the sound pressure level before the test and the sound pressure level after the test) was 3 dB or less, and 3 dB or more was evaluated as x.

[実施例1]
本発明の第一の実施の形態で記載した高分子アクチュエータからなる電気音響変換器の特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :80dB
音圧レベル(3kHz) :81dB
音圧レベル(5kHz) :82dB
音圧レベル(10kHz) :83dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
[Example 1]
The characteristics of the electroacoustic transducer composed of the polymer actuator described in the first embodiment of the present invention were evaluated. The evaluation results are as follows.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 80 dB
Sound pressure level (3 kHz): 81 dB
Sound pressure level (5 kHz): 82 dB
Sound pressure level (10 kHz): 83 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○

上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦であり、大音量の再生が可能であり、高い信頼性を有することが実証された。   As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this example, it was proved that the sound pressure level frequency characteristic is flat, a large volume reproduction is possible, and high reliability is achieved. .

[比較例1]
比較例1として、従来の動電型電気音響変換器を作製した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :77dB
音圧レベル(3kHz) :75dB
音圧レベル(5kHz) :76dB
音圧レベル(10kHz) :97dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :×
落下衝撃安定 :×
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, a conventional electrodynamic electroacoustic transducer was manufactured.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 77 dB
Sound pressure level (3 kHz): 75 dB
Sound pressure level (5 kHz): 76 dB
Sound pressure level (10 kHz): 97 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ×
Drop impact stability: ×

[発明の実施例2]
実施例2として、実施の第二の形態の高分子アクチュエータからなる電気音響変換器を作成した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :85dB
音圧レベル(3kHz) :87dB
音圧レベル(5kHz) :84dB
音圧レベル(10kHz) :86dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかなように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦で、高い信頼性を有する。
[Embodiment 2 of the Invention]
As Example 2, an electroacoustic transducer composed of the polymer actuator of the second embodiment was prepared.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 85 dB
Sound pressure level (3 kHz): 87 dB
Sound pressure level (5 kHz): 84 dB
Sound pressure level (10 kHz): 86 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, the electroacoustic transducer of this example has the same characteristics as those of Example 1, the sound pressure level frequency characteristic is flat, and has high reliability.

[発明の実施例3]
実施例3として、第三の実施形態の高分子アクチュエータからなる電気音響変換器を作成した。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :87dB
音圧レベル(3kHz) :91dB
音圧レベル(5kHz) :88dB
音圧レベル(10kHz) :86dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦で、高い信頼性を有する。
Embodiment 3 of the Invention
As Example 3, an electroacoustic transducer composed of the polymer actuator of the third embodiment was created.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 87 dB
Sound pressure level (3 kHz): 91 dB
Sound pressure level (5 kHz): 88 dB
Sound pressure level (10 kHz): 86 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
As is clear from the above results, the electroacoustic transducer of this example has the same characteristics as those of Example 1, the sound pressure level frequency characteristic is flat, and has high reliability.

[発明の実施例4]
実施例4として、図6に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例1の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Embodiment 4 of the Invention]
As Example 4, a mobile phone as shown in FIG. 6 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 1 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.

(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行った。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :81dB
音圧レベル(3kHz) :82dB
音圧レベル(5kHz) :84dB
音圧レベル(10kHz) :80dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ84dBであった。
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 81 dB
Sound pressure level (3 kHz): 82 dB
Sound pressure level (5 kHz): 84 dB
Sound pressure level (10 kHz): 80 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 84 dB.

[発明の実施例5]
実施例5として、図6に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例2の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Embodiment 5 of the invention]
As Example 5, a mobile phone as shown in FIG. 6 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 2 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.

(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行った。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :81dB
音圧レベル(3kHz) :84dB
音圧レベル(5kHz) :87dB
音圧レベル(10kHz) :83dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ78dBであった。
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 81 dB
Sound pressure level (3 kHz): 84 dB
Sound pressure level (5 kHz): 87 dB
Sound pressure level (10 kHz): 83 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.

[発明の実施例6]
実施例6として、図6に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例3の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Embodiment 6 of the invention]
As Example 6, a mobile phone as shown in FIG. 6 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 3 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.

(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行った。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :81dB
音圧レベル(3kHz) :82dB
音圧レベル(5kHz) :85dB
音圧レベル(10kHz) :80dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ78dBであった。
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 81 dB
Sound pressure level (3 kHz): 82 dB
Sound pressure level (5 kHz): 85 dB
Sound pressure level (10 kHz): 80 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.

[発明の実施例7]
実施例7として、図7に示すようなラップトップPC(Personal Computer)を用意し、この筐体内に実施例1の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Embodiment 7 of the Invention]
As Example 7, a laptop PC (Personal Computer) as shown in FIG. 7 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 1 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.

(評価):素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行った。
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :79dB
音圧レベル(3kHz) :81dB
音圧レベル(5kHz) :84dB
音圧レベル(10kHz) :80dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ78dBであった。
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 79 dB
Sound pressure level (3 kHz): 81 dB
Sound pressure level (5 kHz): 84 dB
Sound pressure level (10 kHz): 80 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、当然ながら、上述した実施の形態および複数の実施例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。   The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention. Naturally, the above-described embodiment and a plurality of examples can be combined as long as the contents do not conflict with each other. Further, in the above-described embodiments and modifications, the structure of each part has been specifically described, but the structure and the like can be changed in various ways within a range that satisfies the present invention.

1−a 振動膜
1−b 高分子電解質ゲル
1−c 支持体
1−d リード線
2−a 上部電極層
2−b 高分子電解質ゲル
2−c 下部電極層
5−a 振動膜
5−b 高分子電解質ゲル
5−c 支持体
5−d リード線
5−e 弾性部材
6−a 振動膜
6−b1 高分子電解質ゲル
6−b2 高分子電解質ゲル
6−c 支持体
6−d リード線
7−a 振動膜
7−b1 高分子電解質ゲル
7−b2 高分子電解質ゲル
1-a vibrating membrane 1-b polymer electrolyte gel 1-c support 1-d lead wire 2-a upper electrode layer 2-b polymer electrolyte gel 2-c lower electrode layer 5-a vibrating membrane 5-b high Molecular electrolyte gel 5-c support 5-d lead wire 5-e elastic member 6-a vibrating membrane 6-b1 polymer electrolyte gel 6-b2 polymer electrolyte gel 6-c support 6-d lead wire 7-a Vibration membrane 7-b1 polymer electrolyte gel 7-b2 polymer electrolyte gel

Claims (8)

電界が印加されることにより振動する膜状の高分子電解質ゲルと、
前記高分子電解質ゲルの一対の主面に個々に形成されていて前記電界が印加される一対の電極層と、
一対の前記電極層が前記一対の主面に個々に形成されている前記高分子電解質ゲルを拘束していて前記振動を伝播させる振動膜と、
を有する高分子アクチュエータ。
A membrane-like polymer electrolyte gel that vibrates when an electric field is applied;
A pair of electrode layers individually formed on a pair of main surfaces of the polymer electrolyte gel and applied with the electric field;
A vibrating membrane for constraining the polymer electrolyte gel in which a pair of the electrode layers are individually formed on the pair of main surfaces and propagating the vibration;
A polymer actuator.
前記振動膜の両端を固定する支持体を、さらに有する請求項1に記載の高分子アクチュエータ。   The polymer actuator according to claim 1, further comprising a support that fixes both ends of the vibration membrane. 前記振動膜と前記高分子電解質ゲルとの間に弾性部材が介在する請求項1または2に記載の高分子アクチュエータ。   The polymer actuator according to claim 1, wherein an elastic member is interposed between the vibration membrane and the polymer electrolyte gel. 前記振動膜が一対の主面の両方で一対の前記高分子電解質ゲルを個々に拘束している請求項1ないし3の何れか一項に記載の高分子アクチュエータ   The polymer actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the vibration membrane individually restrains the pair of polymer electrolyte gels on both of the pair of main surfaces. 前記振動膜が、樹脂からなる請求項1ないし4の何れか一項に記載の高分子アクチュエータ。   The polymer actuator according to claim 1, wherein the vibration film is made of a resin. 前期振動膜が、音波を放射する音響振動膜である請求項1ないし5の何れか一項に記載の高分子アクチュエータ。   The polymer actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the first vibrating membrane is an acoustic vibrating membrane that emits sound waves. 請求項1ないし6の何れか一項に記載の前記高分子アクチュエータを備える電気音響変換器。   An electroacoustic transducer comprising the polymer actuator according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載の電気音響変換器を備える電子機器。   An electronic device comprising the electroacoustic transducer according to claim 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014199991A (en) * 2013-03-29 2014-10-23 日本放送協会 Speaker device and design method therefor
CN108039836A (en) * 2017-12-05 2018-05-15 西安华泰博源质量检测有限公司 A kind of device and method that useless vibrational energy capture is carried out using electric double layer

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