JP2008233795A - Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same - Google Patents

Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2008233795A
JP2008233795A JP2007077047A JP2007077047A JP2008233795A JP 2008233795 A JP2008233795 A JP 2008233795A JP 2007077047 A JP2007077047 A JP 2007077047A JP 2007077047 A JP2007077047 A JP 2007077047A JP 2008233795 A JP2008233795 A JP 2008233795A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
coil spring
polymer transducer
coil
expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007077047A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Komatsu
昭彦 小松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2007077047A priority Critical patent/JP2008233795A/en
Publication of JP2008233795A publication Critical patent/JP2008233795A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer transducer which can be used with a comparatively large stroke, and can adjust pressing force in various ways, and a key device and a wind instrument using the same. <P>SOLUTION: The polymer transducer comprises: a coil spring 2 which is fabricated into a coil shape, in a state in which a band shaped expansion/contraction element 4 in which electrodes are arranged on both faces of an expandable/contractible polymer membrane, is laminated on one face of an intensity member 5; and a control means 3 for applying voltage between electrodes of the expansion/contraction element 4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子トランスデューサ、この高分子トランスデューサを用いたキー装置及び管楽器に関する。   The present invention relates to a polymer transducer, a key device using the polymer transducer, and a wind instrument.

小型機器に使用されるアクチュエータ等のトランスデューサとして、電気活性ポリマーを用いた高分子トランスデューサが知られている。この高分子トランスデューサは、シリコンゴムやアクリル樹脂等の絶縁性高分子膜の両側に導電性伸縮材からなる電極を配置してなる伸縮素子を利用したものであり、その伸縮素子は、両電極間に電圧を印加すると、これら電極間の静電引力によって電極の対向方向に引き合い、その結果高分子膜が厚さ方向に収縮し、面方向に伸張する性質を有している。
この伸縮素子から力を取り出せるようにしたトランスデューサとして、特許文献1では、伸縮素子における両電極間の対向方向に沿う金属薄膜を片面に貼り合わせたユニモルフ構造のトランスデューサが提案されており、両電極間に電圧を印加することにより、金属薄膜を撓ませるように屈曲動作させることができるようになっている。
As a transducer such as an actuator used in a small device, a polymer transducer using an electroactive polymer is known. This polymer transducer uses a stretch element in which electrodes made of a conductive stretch material are arranged on both sides of an insulating polymer film such as silicon rubber or acrylic resin. When a voltage is applied to the electrodes, the electrostatic attraction between these electrodes attracts them in the opposing direction of the electrodes, and as a result, the polymer film has a property of contracting in the thickness direction and expanding in the plane direction.
As a transducer capable of taking out force from the expansion / contraction element, Patent Document 1 proposes a unimorph structure transducer in which a metal thin film is attached to one surface along the opposing direction between both electrodes in the expansion / contraction element. By applying a voltage to the metal film, the metal thin film can be bent so as to bend.

一方、特許文献2に示されるように、マウスピースを介して吹奏演奏しつつ、音高や音程に応じて複数のバルブのキーを押圧操作することにより演奏を行えるようになっているトランペットやチューバ、ホルン等の管楽器においては、初心者や障害者、力の弱い子供あるいは高齢者にとってはキーが重く、容易にキー操作できるようにすることが望まれ、そのキー操作部にアクチュエータを適用し、演奏の負担にならないようにすることが検討されている。
特開2006−204099号公報 特開2000−155569号公報
On the other hand, as shown in Patent Document 2, a trumpet or a tuba that can be played by pressing a plurality of valve keys according to the pitch or pitch while performing a wind performance through a mouthpiece. For wind instruments such as horns, it is desirable for beginners, handicapped persons, weak children or elderly people to have heavy keys so that they can be operated easily. It is being considered to avoid burdens.
JP 2006-204099 A Japanese Patent Laid-Open No. 2000-155569

しかしながら、アクチュエータとして特許文献1記載の高分子トランスデューサを用いた場合では、金属薄膜を撓ませる方向の屈曲動作しか行わせることができないため、これを管楽器等のキー装置に適用したとしても、押圧操作のためのストロークを確保することが難しいとともに、その操作感の調整にも限界がある。   However, when the polymer transducer described in Patent Document 1 is used as an actuator, only a bending operation in the direction of bending the metal thin film can be performed. Therefore, even if this is applied to a key device such as a wind instrument, a pressing operation is performed. It is difficult to secure a stroke for the operation, and there is a limit to the adjustment of the operation feeling.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、比較的大きいストロークでの使用を可能とし、押圧操作力を種々調整可能な管楽器への適用を容易にした高分子トランスデューサを提供するとともに、これを用いたキー装置及び管楽器の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a polymer transducer that can be used with a relatively large stroke and that can be easily applied to wind instruments that can adjust various pressing operation forces. An object is to provide a key device and a wind instrument using the same.

この発明の高分子トランスデューサは、伸縮自在な高分子膜の両面に電極が配置された帯板状の伸縮素子を強度部材の少なくとも片面に積層した状態でコイル状に成形してなるコイルバネと、前記伸縮素子の電極間に電圧を印加する制御手段とを備える高分子トランスデューサである。
このような構成とすることにより、電極間の静電引力によって伸縮素子が面方向に伸縮すると、コイルバネは、そのコイル径を変化させながらコイル長を伸縮させることができる。このとき、コイルバネの形状としたことにより、伸縮素子の伸縮がコイルのらせん方向に生じ、そのらせんの長さがコイルの全体長さに比べて十分に大きくなるから、伸縮長さが大きくなり、その結果、コイルバネとして大きなストロークを確保することができる。そして、このコイルの長さ、巻き数、バネ定数、印加電圧等を適宜の値に設定することにより、所望のバネ特性のものに調整することができる。
なお、強度部材としては、コイルバネのコイル形状を保持できる程度に、伸縮素子よりも弾性率の高い材料が選択される。
The polymer transducer according to the present invention includes a coil spring formed by forming a strip-shaped stretch element having electrodes disposed on both sides of a stretchable polymer film into a coil shape in a state of being laminated on at least one surface of a strength member, And a control means for applying a voltage between the electrodes of the elastic element.
With such a configuration, when the expansion / contraction element expands and contracts in the surface direction due to the electrostatic attractive force between the electrodes, the coil spring can expand and contract the coil length while changing the coil diameter. At this time, because of the shape of the coil spring, expansion and contraction of the expansion and contraction element occurs in the spiral direction of the coil, and the length of the spiral is sufficiently larger than the entire length of the coil, so that the expansion and contraction length is increased. As a result, a large stroke can be secured as the coil spring. Then, by setting the length, the number of turns, the spring constant, the applied voltage, and the like of the coil to appropriate values, the coil can be adjusted to have a desired spring characteristic.
As the strength member, a material having a higher elastic modulus than that of the expansion / contraction element is selected to such an extent that the coil shape of the coil spring can be maintained.

この高分子トランスデューサにおいて、前記伸縮素子を強度部材の一方の面、特にコイルバネの外周面に配置した構成とすることが好ましい。
この伸縮素子をコイルバネの外周面に配置した構成とすると、電圧を印加して伸縮素子を伸張させることにより、コイルバネのコイル径を小さくしながらコイルの長さを大きくすることになる。
また、前記高分子トランスデューサにおいて、前記強度部材には、長さ方向に沿って溝が形成され、該溝の中に前記伸縮素子が保持されている構成としてもよい。
このように伸縮素子を溝の中に収納した状態に構成すると、溝の内側面によって伸縮素子の幅方向の伸張が拘束され、長さ方向に効果的に伸張させることができる。
また、前記伸縮素子として、前記高分子膜が電極を介して複数積層されてなる構成とするようにしてもよく、複数積層した分、バネ定数を大きくすることができる。
In this polymer transducer, the expansion element is preferably arranged on one surface of the strength member, particularly on the outer peripheral surface of the coil spring.
When the expansion / contraction element is arranged on the outer peripheral surface of the coil spring, the coil length is increased while the coil diameter of the coil spring is reduced by applying a voltage to extend the expansion / contraction element.
In the polymer transducer, a groove may be formed in the strength member along the length direction, and the expansion / contraction element may be held in the groove.
When the expansion / contraction element is housed in the groove as described above, the expansion in the width direction of the expansion / contraction element is restricted by the inner surface of the groove, and can be effectively expanded in the length direction.
In addition, as the expansion / contraction element, a plurality of the polymer films may be laminated via electrodes, and the spring constant can be increased by the amount of lamination.

そして、このような高分子トランスデューサを用いたキー装置は、押圧操作されるキー部と、前記高分子トランスデューサとを備え、該高分子トランスデューサのコイルバネが前記キー部の押圧方向に沿って連設されていることを特徴とする。
また、管楽器は、管楽器を構成する管体に接続されるシリンダと、該シリンダ内を往復動することにより前記管体の開閉を行うピストンと、前記キー装置とを備え、該キー装置のキー部が前記ピストンに接続されていることを特徴とする。
すなわち、高分子トランスデューサがコイルバネの形状であることから、ストロークも大きく確保することができ、また、そのバネ特性を調整しておくことで、任意の操作感を得ることができる。
A key device using such a polymer transducer includes a key portion to be pressed and the polymer transducer, and a coil spring of the polymer transducer is continuously provided along the pressing direction of the key portion. It is characterized by.
Further, the wind instrument includes a cylinder connected to a tube constituting the wind instrument, a piston that opens and closes the tube by reciprocating in the cylinder, and the key device, and a key portion of the key device. Is connected to the piston.
That is, since the polymer transducer is in the shape of a coil spring, a large stroke can be secured, and an arbitrary operational feeling can be obtained by adjusting the spring characteristics.

本発明の高分子トランスデューサによれば、コイルバネの形状としたことにより、大きなストロークを確保することができるとともに、そのコイルの長さ、巻き数、バネ定数、印加電圧等を適宜の値に設定することにより、所望のバネ特性のものに調整することができる。
そして、この高分子トランスデューサを用いたキー装置、管楽器によれば、キー部の押圧操作時のストロークが大きく、かつ、バネ特性の調整により任意の操作感を得ることができ、一般的な操作者だけでなく、初心者や障害者、力の弱い子供あるいは高齢者にも容易にキー操作することができる。
According to the polymer transducer of the present invention, a large stroke can be secured by adopting the shape of the coil spring, and the length, number of turns, spring constant, applied voltage, etc. of the coil are set to appropriate values. Thus, it can be adjusted to a desired spring characteristic.
According to the key device and wind instrument using this polymer transducer, the stroke when the key portion is pressed is large, and an arbitrary operation feeling can be obtained by adjusting the spring characteristics. Not only can beginners and disabled persons, weak children or elderly people easily operate keys.

以下、本発明の高分子トランスデューサ、キー装置及び管楽器の実施形態について、図面に基づいて説明する。
この実施形態の高分子トランスデューサ1は、図1に示すように、コイルバネ2と、該コイルバネ2を伸縮させるための制御手段3とからなり、そのコイルバネ2は、帯板状の伸縮素子4と、該伸縮素子4の片面に積層された強度部材5とが伸縮素子4を外周面に配置した状態でコイル状に成形された構成とされている。
Hereinafter, embodiments of a polymer transducer, a key device, and a wind instrument of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the polymer transducer 1 of this embodiment includes a coil spring 2 and a control means 3 for expanding and contracting the coil spring 2, and the coil spring 2 includes a strip-shaped expansion element 4, and It is set as the structure shape | molded in the coil shape in the state which has arrange | positioned the expansion-contraction element 4 on the outer peripheral surface with the strength member 5 laminated | stacked on the single side | surface of this expansion-contraction element 4. FIG.

前記伸縮素子4は、伸縮自在な複数層の高分子膜6と層状の電極7とが交互に積層されるとともに、最外層に電極7の層が配置された構成とされている。図2に前記コイルバネ2を直線状に展開した帯板Aの状態を示しているが、この図2においては伸縮素子4の高分子膜6は1層のみ、電極7はその両側に一対のみを示している。
前記高分子膜6は、誘電性を有して弾性変形可能な高分子材料として、例えば、シリコーン樹脂やアクリル系ポリマー等の高分子材料をスピンコータにより例えば5μm〜50μm程度の厚さに成形したものから構成されている。
また、電極7は、例えば、炭素粒子を含む溶剤を高分子膜6の両面に例えば5μm〜15μmの厚さにそれぞれ吹きつけて構成されており、伸縮素子4の伸縮変形に追従し得る伸縮性を有している。
The stretchable element 4 is configured such that a plurality of layers of stretchable polymer films 6 and layered electrodes 7 are alternately stacked, and the layer of the electrode 7 is disposed on the outermost layer. FIG. 2 shows the state of the strip A in which the coil spring 2 is linearly expanded. In FIG. 2, the polymer film 6 of the expansion / contraction element 4 has only one layer, and the electrode 7 has only one pair on both sides. Show.
The polymer film 6 is a polymer material having dielectric properties and elastically deformable, for example, a polymer material such as a silicone resin or an acrylic polymer formed into a thickness of, for example, about 5 μm to 50 μm by a spin coater. It is composed of
In addition, the electrode 7 is configured, for example, by spraying a solvent containing carbon particles on both surfaces of the polymer film 6 to a thickness of, for example, 5 μm to 15 μm. have.

一方、前記強度部材5は、例えばポリエチレン樹脂等の比較的軟質で変形容易な材料ではあるが、前記伸縮素子4よりは弾性率が高い材料から構成され、コイルバネ2のコイル形状を保持している。図1から図3に示した例では、強度部材5はコイルバネ2の帯板Aの幅と同じ幅の角形横断面を有している。
そして、コイルバネ2は、帯板Aの幅方向をコイルの長さ方向とするようにして帯板Aをねじりながら丸めてコイル状に成形することにより構成されている。
前記制御手段3は、伸縮素子4の各電極7に接続され、高分子膜6を介在させて対向する一対の電極7間に電圧を印加するためのものであり、可変電源8とスイッチ9とから構成されている。
On the other hand, the strength member 5 is made of a material that is relatively soft and easily deformable, such as polyethylene resin, but is made of a material having a higher elastic modulus than the expansion element 4 and maintains the coil shape of the coil spring 2. . In the example shown in FIGS. 1 to 3, the strength member 5 has a square cross section having the same width as the width of the strip A of the coil spring 2.
The coil spring 2 is formed by rolling the strip A while twisting the strip A so that the width direction of the strip A is the length direction of the coil, and forming it into a coil shape.
The control means 3 is connected to each electrode 7 of the expansion / contraction element 4 and applies a voltage between a pair of electrodes 7 facing each other with a polymer film 6 interposed therebetween. It is composed of

このように構成した高分子トランスデューサ1は、制御手段3によって伸縮素子4の各高分子膜6を介して対をなしている電極7間にそれぞれ電圧を印加すると、これら電極7間に静電引力が作用して、その間の高分子膜6が厚さ方向に収縮しながら面方向に伸張する。この場合、伸縮素子4が帯板状でコイル状に成形されているため、主として帯板の長さ方向、言い換えればコイルのらせん方向に伸張して、コイルバネ2の全体の長さを大きくする方向に伸張することになる。このとき、コイルバネ2の内周面に裏打ちされている強度部材5には電圧印加による伸びは生じないから、伸縮素子4は、全体としてコイルバネ2の径を小さくしながらコイル長を大きくすることになる。   In the polymer transducer 1 configured as described above, when a voltage is applied between the pair of electrodes 7 via the polymer films 6 of the expansion and contraction elements 4 by the control means 3, electrostatic attraction is generated between the electrodes 7. Acts to stretch the polymer film 6 in the plane direction while contracting in the thickness direction. In this case, since the expansion / contraction element 4 is in the shape of a strip and is formed in a coil shape, the extension is mainly performed in the length direction of the strip, in other words, in the spiral direction of the coil, and the overall length of the coil spring 2 is increased. Will stretch. At this time, since the strength member 5 lined on the inner peripheral surface of the coil spring 2 does not stretch due to voltage application, the expansion / contraction element 4 increases the coil length while reducing the diameter of the coil spring 2 as a whole. Become.

そして、この高分子トランスデューサ1は、伸縮素子4をコイルバネ2としたことにより、コイル長に比べて帯板のらせん方向の長さが大きくなっており、その長い帯板に生じる伸縮長が大きいことから、コイル長の伸縮、つまりストロークも大きくすることができるのである。また、このコイルバネ2のバネ特性は、伸縮素子4や強度部材5の材料、諸寸法を変化することにより調整できるのはもちろん、印加電圧を制御することによって調整することができ、これらを適宜の値に設定することにより、所望のバネ特性のものを得ることができるものである。   In this polymer transducer 1, the length of the strip in the spiral direction is larger than the length of the coil due to the expansion / contraction element 4 being the coil spring 2, and the expansion / contraction length generated in the long strip is large. Therefore, the expansion and contraction of the coil length, that is, the stroke can be increased. The spring characteristics of the coil spring 2 can be adjusted by controlling the applied voltage, as well as by adjusting the materials and dimensions of the expansion / contraction element 4 and the strength member 5, and these can be adjusted appropriately. By setting the value, a desired spring characteristic can be obtained.

このような高分子トランスデューサ1のバネ特性は、次のようにして決められる。
この高分子トランスデューサ1において、コイルバネ2として成形する前の図2に示す帯板Aの状態の場合、両電極7間に電圧Vを印加したときにかかる静電引力Fは、帯板Aの幅をb、長さをL、高分子膜6の厚さをd、強度部材5の厚さをhとすると、次の(1)式となる。
The spring characteristics of such a polymer transducer 1 are determined as follows.
In the polymer transducer 1, in the state of the strip A shown in FIG. 2 before being formed as the coil spring 2, the electrostatic attractive force F applied when the voltage V is applied between the electrodes 7 is the width of the strip A Where b is the length, L is the thickness, d is the thickness of the polymer film 6, and h is the thickness of the strength member 5, the following equation (1) is obtained.

Figure 2008233795
Figure 2008233795

ここで、Cは静電容量であり、ε0は真空の誘電率(=8.85×10−12F/m)、εrは高分子膜6の比誘電率(例えばεr=3)である。なお、Sは帯板Aの面積(L×b)を示す。
そして、電圧を印加したときに強度部材5にかかる応力をσとすると、この応力σは、静電引力Fを帯板Aの面積で割った次の(2)式により求められる。
Here, C is a capacitance, ε0 is a dielectric constant in vacuum (= 8.85 × 10 −12 F / m), and εr is a relative dielectric constant of the polymer film 6 (for example, εr = 3). In addition, S shows the area (Lxb) of the strip A.
When the stress applied to the strength member 5 when a voltage is applied is σ, the stress σ is obtained by the following equation (2) obtained by dividing the electrostatic attractive force F by the area of the strip A.

Figure 2008233795
Figure 2008233795

次いで、この帯板Aを図1に示すように伸縮素子6を外周側に配置した状態として、コイル長をCL、平均コイル径をR、コイルの巻き数をNとしたコイルバネ2に成形する。
このコイルバネ2の状態で高分子膜6にかかる静電引力Fによりコイルに発生するモーメントをMとすると、コイルがねじられる角度(ねじり角度と称す)φ(°)は、その縦弾性係数(ヤング率)をEとすると、次の(3)式によって表される。
Next, this strip A is formed into a coil spring 2 with the coil length CL, the average coil diameter R, and the number of coil turns N, with the expansion / contraction element 6 disposed on the outer peripheral side as shown in FIG.
When the moment generated in the coil by the electrostatic attractive force F applied to the polymer film 6 in the state of the coil spring 2 is M, the angle (called the twist angle) φ (°) at which the coil is twisted is the longitudinal elastic modulus (Young When the ratio is E, it is expressed by the following equation (3).

Figure 2008233795
Figure 2008233795

ここで、モーメントMと応力σとの関係は、(4)式で示される。   Here, the relationship between the moment M and the stress σ is expressed by equation (4).

Figure 2008233795
Figure 2008233795

したがって、前記(2)式、(4)式を(3)式に代入すると、ねじり角度φ(°)は(5)式となる。   Therefore, when the equations (2) and (4) are substituted into the equation (3), the twist angle φ (°) becomes the equation (5).

Figure 2008233795
Figure 2008233795

一方、コイルバネ2の平均コイル径Rと、巻き数N、帯板の長さLの関係は次式(6)で表される。   On the other hand, the relationship between the average coil diameter R of the coil spring 2, the number of turns N, and the length L of the strip is expressed by the following equation (6).

Figure 2008233795
Figure 2008233795

また、バネ定数K(N/m)は次の(7)式で表される。   The spring constant K (N / m) is expressed by the following equation (7).

Figure 2008233795
Figure 2008233795

ここでγは係数であり、帯板Aの幅bと強度部材5の厚さhにより決まる値である。
そして、コイル長CLは、コイルの厚み(帯板Aの幅b)の0.5倍の隙間があるとして、(8)式の通りとなる。
Here, γ is a coefficient, and is a value determined by the width b of the strip A and the thickness h of the strength member 5.
The coil length CL is expressed by the following equation (8), assuming that there is a gap that is 0.5 times the coil thickness (width b of the strip A).

Figure 2008233795
Figure 2008233795

つまり、高分子トランスデューサ1のコイルバネ2に電圧Vを印加すると、(5)式に示されるねじり角度φの変位が発生し、それに伴い巻き数Nが変化する。帯板Aとしての全長Lは変化しないから、(6)式で示される平均コイル径、(8)式のコイル長、(7)式のバネ定数がそれぞれ変化することになるのである。   That is, when the voltage V is applied to the coil spring 2 of the polymer transducer 1, a displacement of the twist angle φ shown in the equation (5) occurs, and the winding number N changes accordingly. Since the total length L of the strip A does not change, the average coil diameter shown by the equation (6), the coil length of the equation (8), and the spring constant of the equation (7) change.

次に、このように構成された高分子トランスデューサ1を管楽器のキー装置に適用した実施形態について説明する。
この管楽器11は、図3に示すトランペットであり、ピストン式の3個のバルブ12を操作するキー装置13を有している。
このキー装置13は、図4及び図5に示すように、上下方向に沿う筒状のシリンダ14と、このシリンダ14内に配置されて往復動可能なピストン15と、ピストン15の上部に連結されるとともに奏者によって押圧操作される円盤状のキー部16と、前記高分子トランスデューサ1とを備えており、該高分子トランスデューサ1のコイルバネ2がシリンダ14の内底部にピストン15を上方に付勢するように設けられた構成である。
Next, an embodiment in which the thus configured polymer transducer 1 is applied to a wind instrument key device will be described.
The wind instrument 11 is a trumpet shown in FIG. 3 and has a key device 13 for operating three piston-type valves 12.
As shown in FIGS. 4 and 5, the key device 13 is connected to a cylindrical cylinder 14 extending in the vertical direction, a piston 15 disposed in the cylinder 14 and capable of reciprocating, and an upper portion of the piston 15. And the polymer transducer 1 is pressed by a player and the coil spring 2 of the polymer transducer 1 biases the piston 15 upward on the inner bottom of the cylinder 14. It is the structure provided.

そして、前記シリンダ14に、その一側部に上下に離間して第1管体17と第2管体18とが接続されるとともに、180°離れた他の側部に第2管体18を延長するように第3管体19が接続されている。また、内部のピストン15には、第1管体17と第3管体19とを連通状態とするための上部孔20と、第2管体18と第3管体19とを連通状態とするための下部孔21とが上下に離間して形成されており、ピストン15の位置によっていずれかの孔20,21が管体17〜19を連通状態とする構成とされ、ピストン15の位置を変えることにより、管路の長さを変えて音高調整を行えるようになっている。前記バルブ12は、これら管体17〜19、シリンダ14、ピストン15によって構成される。
図中、符号22はピストン14の上昇位置を規制するストッパを示している。
The first tube 17 and the second tube 18 are connected to the cylinder 14 so as to be spaced apart vertically on one side, and the second tube 18 is connected to the other side that is 180 ° apart. The third tubular body 19 is connected so as to extend. Further, the upper piston 20 for connecting the first tube body 17 and the third tube body 19 to the internal piston 15, and the second tube body 18 and the third tube body 19 are connected to each other. The lower hole 21 is formed so as to be spaced apart from each other in the vertical direction, and depending on the position of the piston 15, one of the holes 20, 21 is configured to connect the pipe bodies 17 to 19, and the position of the piston 15 is changed. Thus, the pitch can be adjusted by changing the length of the pipe. The valve 12 is constituted by these tube bodies 17 to 19, a cylinder 14, and a piston 15.
In the figure, reference numeral 22 denotes a stopper that regulates the raised position of the piston 14.

図4は高分子トランスデューサ1のコイルバネ2に電圧を印加していない状態を示しており、この状態でキー部16を押圧操作したときは、コイルバネ2の材料自体の弾性に基づく操作反力が作用する。
そして、図5に示すように高分子トランスデューサ1のコイルバネ2に電圧を印加すると、コイルバネ2が伸張しようとするが、シリンダ14内の配置長さが拘束されているため、コイルバネ2としては長さを変化させることなく、その付勢力を強める方向に作用する。したがって、この状態でキー部16を押圧操作すると、その操作反力が図4に示す状態よりも強められることになる。
FIG. 4 shows a state in which no voltage is applied to the coil spring 2 of the polymer transducer 1, and when the key portion 16 is pressed in this state, an operation reaction force based on the elasticity of the material of the coil spring 2 acts. To do.
When a voltage is applied to the coil spring 2 of the polymer transducer 1 as shown in FIG. 5, the coil spring 2 tends to expand. However, since the arrangement length in the cylinder 14 is restricted, the coil spring 2 has a length. It acts in the direction of increasing its urging force without changing. Therefore, when the key portion 16 is pressed in this state, the operation reaction force is strengthened compared to the state shown in FIG.

このようにバルブ12のキー装置13に高分子トランスデューサ1を用いたことにより、コイルバネ2が大きなストロークを確保することができるのはもちろん、その印加電圧を設定して、押圧操作時の反力を適宜の大きさに調整することができるものである。
つまり、図6に(イ)(ロ)(ハ)で示す種々のバネ特性のものを表したように、キー部16を押圧操作する際の押し初めの力(図中Bで示すストロークが0の初期位置のコイルバネの付勢力)を任意に設定することができるとともに、キー部16を押し切るまでのストローク範囲内での押圧力の変化(図の傾き)も任意に設定し得て、種々の操作感のものを得ることができるものである。
Thus, by using the polymer transducer 1 for the key device 13 of the valve 12, the coil spring 2 can secure a large stroke, and the applied voltage is set to reduce the reaction force during the pressing operation. It can be adjusted to an appropriate size.
That is, as shown in FIG. 6 with various spring characteristics indicated by (A), (B), and (C), the initial pressing force when the key portion 16 is pressed (the stroke indicated by B in the figure is 0). (The biasing force of the coil spring at the initial position) can be arbitrarily set, and the change in the pressing force (inclination in the figure) within the stroke range until the key portion 16 is fully pressed can be arbitrarily set. An operational feeling can be obtained.

また、図7は本発明の高分子トランスデューサの他の実施形態を示している。この高分子トランスデューサ31は、そのコイルバネ32における強度部材33が、伸縮素子4の幅よりも大きく形成され、強度部材33の外周部に形成した溝34の中に伸縮素子4を保持した構成とされている。その他の構成は前記一実施形態のものと同様であり、同一符号を付して説明を省略する。
前記伸縮素子4は、電極7に電圧を印加すると面方向に伸張するのであり、前述したように主として帯板の長さ方向に伸長するが、若干は幅方向にも伸張することになる。
したがって、図6の実施形態のように構成した高分子トランスデューサ31は、コイルバネ32における伸縮素子4が強度部材33の溝34の中に保持されていることから、伸縮素子4の幅方向の伸張が溝34の内側面によって拘束され、長さ方向の伸張を有効に行わせることができるものである。
FIG. 7 shows another embodiment of the polymer transducer of the present invention. The polymer transducer 31 has a configuration in which the strength member 33 in the coil spring 32 is formed larger than the width of the expansion / contraction element 4 and the expansion / contraction element 4 is held in a groove 34 formed in the outer peripheral portion of the strength member 33. ing. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
The stretchable element 4 expands in the plane direction when a voltage is applied to the electrode 7 and extends mainly in the length direction of the strip as described above, but slightly expands in the width direction as well.
Therefore, in the polymer transducer 31 configured as in the embodiment of FIG. 6, since the expansion / contraction element 4 in the coil spring 32 is held in the groove 34 of the strength member 33, the expansion / contraction element 4 extends in the width direction. It is constrained by the inner surface of the groove 34 and can be effectively extended in the length direction.

以上のような構成の高分子トランスデューサにおけるコイルバネのバネ特性の具体例について説明する。
コイルバネとしては図1に示す一実施形態の形状を採用する。そして、その伸縮素子として高分子膜を電極を介して20層積層したものとし、ポリエチレン樹脂からなる強度部材を裏打ちした。伸縮素子のヤング率EはE=7.6×10N/mであり、帯板の幅bがb=2mm、長さLがL=942mm、高分子膜の各層の厚さdがd=10μm、強度部材の厚さhがh=1mmとした。電極の厚さは10μmである。
この素材を平均コイル径RがR=10mm、巻き数NがN=30回のコイルバネに成形した。前記(7)式における係数γは、b/h=2の長方形断面の場合、γ=約7とされる。
そして、印加電圧を上昇していった場合のねじり角度φ、巻き数N、平均コイル径R、コイル長CL、バネ定数Kの変化を表にすると、表1の通りとなる。
A specific example of the spring characteristics of the coil spring in the polymer transducer having the above configuration will be described.
The shape of one embodiment shown in FIG. 1 is adopted as the coil spring. Then, 20 layers of polymer films were laminated via electrodes as the stretchable element, and a strength member made of polyethylene resin was lined. The Young's modulus E of the stretchable element is E = 7.6 × 10 8 N / m 2 , the width b of the strip is b = 2 mm, the length L is L = 942 mm, and the thickness d of each layer of the polymer film is d = 10 μm and the thickness h of the strength member was h = 1 mm. The thickness of the electrode is 10 μm.
This material was formed into a coil spring having an average coil diameter R of R = 10 mm and a winding number N of N = 30. The coefficient γ in the equation (7) is γ = about 7 in the case of a rectangular cross section with b / h = 2.
Table 1 shows changes in the twist angle φ, the number of turns N, the average coil diameter R, the coil length CL, and the spring constant K when the applied voltage is increased.

Figure 2008233795
Figure 2008233795

この表1から明らかなように、この高分子トランスデューサは、印加電圧を変えることによってコイル長及びバネ定数が変化することがわかる。
一方、コイル長が変化しないようにコイルバネの両端間を90mmの間隔に拘束した状態として印加電圧を上昇していった場合の力Pの変化を表にすると、表2の通りとなる。この表2において、コイル長CLには、コイルバネの両端位置を拘束していないとしたときの長さを表示している。
As is apparent from Table 1, it can be seen that the coil length and the spring constant of this polymer transducer are changed by changing the applied voltage.
On the other hand, Table 2 shows changes in the force P when the applied voltage is raised in a state where both ends of the coil spring are constrained at 90 mm intervals so that the coil length does not change. In Table 2, the coil length CL indicates the length when the positions of both ends of the coil spring are not constrained.

Figure 2008233795
Figure 2008233795

この表2に示すように、コイルバネには力Pが発生している。
そして、前記表1の結果も照らすと、この高分子トランスデューサは、ストロークが大きく、その割に発生する力は小さいものであることがわかる。逆に言えば、小さい力で大きなストロークを生じさせることができるのである。
As shown in Table 2, a force P is generated in the coil spring.
In light of the results shown in Table 1, it can be seen that this polymer transducer has a large stroke and a small force. In other words, a large stroke can be generated with a small force.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、コイルバネの外周側に伸縮素子を配置し、内周側に強度部材を配置したが、逆に、コイルバネの外周側に強度部材を配置し、内周側に伸縮素子を配置したものとしてもよい。その場合は、電圧を印加した状態で縮んでおり、電圧の印加を解除するとコイル径を小さくしながら伸張することになる。
また、伸縮素子の片面に強度部材を積層したもの(ユニモルフ型)のみを示したが、伸縮素子を強度部材の両面に積層したもの(バイモルフ型)のいずれの構成も含むものとする。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, in the embodiment, the expansion / contraction element is disposed on the outer peripheral side of the coil spring and the strength member is disposed on the inner peripheral side. Conversely, the strength member is disposed on the outer peripheral side of the coil spring, and the expansion / contraction element is disposed on the inner peripheral side. It may be arranged. In that case, it is contracted in a state where a voltage is applied, and when the application of the voltage is canceled, it expands while reducing the coil diameter.
Moreover, although only the thing which laminated | stacked the strength member on the single side | surface of the expansion / contraction element (unimorph type) was shown, any structure of what laminated | stacked the expansion / contraction element on both surfaces (bimorph type) shall be included.

本発明の高分子トランスデューサの一実施形態を示す縦断面である。It is a longitudinal section showing one embodiment of a polymer transducer of the present invention. 図1のコイルバネを展開して帯板としたもので、(a)が正面図、(b)が平面図である。The coil spring of FIG. 1 is developed into a band plate, (a) is a front view, and (b) is a plan view. 図1の高分子トランスデューサを適用した管楽器の実施形態としてトランペットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the trumpet as embodiment of the wind instrument to which the polymer transducer of FIG. 1 is applied. 図3のトランペットにおけるキー装置の実施形態を示しており、高分子トランスデューサに電圧を印加していない場合で、(a)が自由な状態、(b)が押圧操作した状態を示す縦断面図である。FIG. 4 shows an embodiment of a key device in the trumpet of FIG. 3, in which no voltage is applied to the polymer transducer, (a) is a free state, and (b) is a longitudinal sectional view showing a state of being pressed. is there. 図4に示すキー装置において、高分子トランスデューサに電圧を印加した場合で、(a)が自由な状態、(b)が押圧操作した状態を示す縦断面図である。In the key device shown in FIG. 4, when a voltage is applied to the polymer transducer, (a) is a free state, and (b) is a longitudinal sectional view showing a state where a pressing operation is performed. 本発明の高分子トランスデューサに関して種々のバネ特性のものを示したグラフである。It is the graph which showed the thing of various spring characteristics regarding the polymer transducer of this invention. 本発明の高分子トランスデューサの他の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows other embodiment of the polymer transducer of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…高分子トランスデューサ、2…コイルバネ、3…制御手段、4…伸縮素子、5…強度部材、6…高分子膜、7…電極、8…可変電源、9…スイッチ、11…楽器、12…バルブ、13…キー装置、14…シリンダ、15…ピストン、16…キー部、17,18,19…管体、20,21…孔、22…ストッパ、31…高分子トランスデューサ、32…コイルバネ、33…強度部材、34…溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polymer transducer, 2 ... Coil spring, 3 ... Control means, 4 ... Telescopic element, 5 ... Strength member, 6 ... Polymer film, 7 ... Electrode, 8 ... Variable power supply, 9 ... Switch, 11 ... Musical instrument, 12 ... Valve, 13 ... Key device, 14 ... Cylinder, 15 ... Piston, 16 ... Key part, 17, 18, 19 ... Tube, 20,21 ... Hole, 22 ... Stopper, 31 ... Polymer transducer, 32 ... Coil spring, 33 ... Strength member, 34 ... Groove

Claims (7)

伸縮自在な高分子膜の両面に電極が配置された帯板状の伸縮素子を強度部材の少なくとも片面に積層した状態でコイル状に成形してなるコイルバネと、前記伸縮素子の電極間に電圧を印加する制御手段とを備える高分子トランスデューサ。   A voltage is applied between the coil spring formed by coiling a strip-shaped stretch element in which electrodes are arranged on both sides of a stretchable polymer film and laminated on at least one side of the strength member, and the electrode of the stretch element. A polymer transducer comprising control means for applying. 前記伸縮素子は、強度部材の一方の面に設けられていることを特徴とする請求項1記載の高分子トランスデューサ。   The polymer transducer according to claim 1, wherein the elastic element is provided on one surface of the strength member. 前記伸縮素子は、コイルバネの外周面に配置されていることを特徴とする請求項2記載の高分子トランスデューサ。   The polymer transducer according to claim 2, wherein the expansion element is disposed on an outer peripheral surface of a coil spring. 前記強度部材には、長さ方向に沿って溝が形成され、該溝の中に前記伸縮素子が保持されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の高分子トランスデューサ。   The polymer according to any one of claims 1 to 3, wherein a groove is formed in the strength member along a length direction, and the elastic element is held in the groove. Transducer. 前記伸縮素子は、前記高分子膜が電極を介して複数積層されてなることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の高分子トランスデューサ。   5. The polymer transducer according to claim 1, wherein the stretchable element is formed by stacking a plurality of the polymer films via electrodes. 押圧操作されるキー部と、請求項1から5のいずれか一項に記載の高分子トランスデューサとを備え、該高分子トランスデューサのコイルバネが前記キー部の押圧方向に沿って連設されていることを特徴とするキー装置。   A key portion to be pressed and the polymer transducer according to any one of claims 1 to 5 are provided, and a coil spring of the polymer transducer is continuously provided along a pressing direction of the key portion. Key device characterized by. 管楽器を構成する管体に接続されるシリンダと、該シリンダ内を往復動することにより前記管体の開閉を行うピストンと、請求項6記載のキー装置とを備え、該キー装置のキー部が前記ピストンに接続されていることを特徴とする管楽器。   A cylinder connected to a tubular body constituting a wind instrument, a piston that opens and closes the tubular body by reciprocating in the cylinder, and a key device according to claim 6, wherein the key portion of the key device includes: A wind instrument connected to the piston.
JP2007077047A 2007-03-23 2007-03-23 Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same Pending JP2008233795A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007077047A JP2008233795A (en) 2007-03-23 2007-03-23 Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007077047A JP2008233795A (en) 2007-03-23 2007-03-23 Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008233795A true JP2008233795A (en) 2008-10-02

Family

ID=39906614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007077047A Pending JP2008233795A (en) 2007-03-23 2007-03-23 Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008233795A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2705647C2 (en) Actuating or sensor device based on electroactive polymer
US8250732B2 (en) Method for fabricating an actuator
US10903762B2 (en) Actuator device based on an electroactive or photoactive polymer
US20090161239A1 (en) Camera diaphragm and lens positioning system employing a dielectrical polymer actuator
US20220109097A1 (en) Piezoelectric actuator and microfluidic device
JP2007502671A5 (en)
JP2007202293A (en) Generating set
TW201222907A (en) A transducer
JP2014217238A (en) Actuator
JP5134431B2 (en) Pronunciation
JP2008233795A (en) Polymer transducer, and key device and wind instrument using the same
TWI631740B (en) Multilayer transformable device and display device comprising the same
JP5186158B2 (en) Actuator
JP2008236989A (en) High-molecular transducer, and torque arrangement and keyboard instrument using same
JP2009021328A (en) Electrostrictive element
CN107408622B (en) Piezoelectric generator, button, radio module and the method for manufacturing piezoelectric generator
WO2021251073A1 (en) Laminated-type electrostatic actuator
JP4063300B2 (en) Electrostrictive polymer actuator
WO2021215260A1 (en) Piezoelectric coil and electronic apparatus
US11404628B2 (en) Piezoelectric transformer
JP2007259665A (en) Twisted electrostatic actuator
JP6289091B2 (en) Variable hardness actuator
Carpi et al. Contractile and buckling actuators based on dielectric elastomers: devices and applications
JP5138691B2 (en) Electrostatic actuator
US20070252478A1 (en) Solid-State Actuator, Especially Piezoceramic Actuator