JP5344944B2 - 振動抑制フィルム - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態を適用した振動検出システム11は、振動モードセンサフィルム12と、制御部13とを備える。振動検出システム11は、対象物に生じる振動を検出するシステムであり、振動モードセンサフィルム12は、例えば、窓やパーティションなどの建築部材として設置される。振動モードセンサフィルム12は、圧電性ポリマーフィルム14、電極15A,15B,16A,16B(センサ用電極)から構成される。
上記実施形態においては、圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を振動モードセンサフィルムに適用した例を説明したが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第2実施形態では、振動モードアクチュエータフィルムとして構成することができる。この振動モードアクチュエータフィルムからなる振動抑制システムは、図6に示す構成になる。図6に示すように、振動抑制システム30は、振動モードアクチュエータフィルム31と、制御部32とからなる。振動モードアクチュエータフィルム31は、上記実施形態の振動モードセンサフィルムと同じ構成で、圧電性ポリマーフィルム14、電極33A,33B,34A,34B(駆動用電極)からなる。電極33A,33B,34A,34Bは、電極15A,15B,16A,16Bと同形状にパターン形成されたものである。なお、図6では、電極33A,33B,34A,34Bに電圧を印加することにより、特定の振動モードとして(1,2)モードの振動を励起する場合を例示している。
上記第1及び第2実施形態では、圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムとして適用した例をそれぞれ示したが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第3実施形態では、振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムを組み合わせて構成し、特定の振動モードを検出し、この振動モードを打ち消す振動を励起させる振動抑制フィルムについて説明する。この振動抑制フィルムを含む振動抑制システムの構成は、図7及び図8に示す構成になる。図7及び図8に示すように、振動抑制システム40は、振動抑制フィルム41と、制御部42とからなる。振動抑制フィルム41は、上記第1実施形態と同様の構成の振動モードセンサフィルム12と、上記第2実施形態と同じ構成の振動モードアクチュエータフィルム31と、絶縁層43とからなり、絶縁層43の両面に振動モードセンサフィルム12、振動モードアクチュエータフィルム31を貼り合わせた3層構造に形成されている。振動モードセンサフィルム12、振動モードアクチュエータフィルム31、及び絶縁層43は、全て同じ外形であり、振動モードセンサフィルム12の電極15A,15B,16A,16B及び振動モードアクチュエータフィルム31の電極33A,33B,34A,34Bが重なるように積層されている。なお、絶縁層43としては、カプトンのようなポリイミドフィルムの他、絶縁性を有するものであればよく、ポリエステルフィルムなどの汎用樹脂フィルムでもよい。また、振動モードセンサフィルム12及び振動モードアクチュエータフィルム31との粘着のために絶縁層43の表面に形成する粘着層としてはアクリル系粘着剤など、絶縁性を有するものであればよい。
上記第1〜第3実施形態では、1種類の特定モードのみを検出する振動モードセンサフィルム、または1種類の特定モードのみを打ち消す駆動を行う振動モードアクチュエータフィルム、あるいはこれらを組み合わせた振動抑制フィルムを例示しているが、本発明はこれに限らず、互いに異なる複数の振動モードに合わせた電極がそれぞれ形成された圧電性ポリマーフィルムからなり、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルム、または複数の振動モードを打ち消すように駆動される振動モードアクチュエータフィルム、または複数の振動モードを検出し、検出した振動モードを打ち消すように駆動される振動抑制フィルムを構成してもよい。以下で説明する第4実施形態では、複数の振動モードが検出できる振動モードセンサフィルムについて説明する。この振動モードセンサフィルムの構成を図11及び図12に示す。図11及び図12に示すように振動モードセンサフィルム51は、上記第1実施形態で説明した(1,2)モード及び(2,2)モードを特定の振動モードとして検出する電極15A,15B,16A,16Bが形成された圧電性ポリマーフィルム14からなる振動モードセンサフィルム12と、(1,3)モード及び(2,3)モードを特定の振動モードとして検出する電極21,22が形成された振動モードセンサフィルム52と、絶縁層53とからなり、絶縁層53の両面に振動モードセンサフィルム12、振動モードセンサフィルム52を貼り合わせた3層構造に形成されている。振動モードセンサフィルム12、振動モードセンサフィルム52、及び絶縁層43は、全て同じ外形であり、振動モードセンサフィルム12の電極15A,15B,16A,16B及び振動モードセンサフィルム52の電極21,22が重なるように積層されている。この振動モードセンサフィルム51は、上記第1実施形態と同様の制御部13と接続される。なお、絶縁層53としては、上記第3実施形態の絶縁層43と同様のものを用いる。
上記第1実施形態では、四辺を単純支持した長方形の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成された電極からなる構成で、この電極のパターンを、四辺単純支持の形態に合わせた形状関数となるように形成している場合を例示しているが、本発明はこれに限るものではなく別の形態でも適用することができる。以下で説明する本発明の第2実施形態では、片持ち梁の形態、すなわち一方の端部を固定支持した長方形の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成された電極からなる構成で、電極のパターンを片持ち梁の形態に合わせて形成する場合を例示する。この圧電性ポリマーフィルム及び電極からなる構成を振動モードセンサフィルムに適用した場合、図13及び図14に示す構成になる。図13及び図14に示すように、振動検出システム60は、振動モードセンサフィルム61及び制御部62からなり、振動モードセンサフィルム61は、圧電性ポリマーフィルム63、電極64,65(センサ用電極)から構成される。
上記第5実施形態においては、圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる振動モードセンサフィルムを片持ち梁形態とし、電極のパターンを片持ち梁の形態に合わせて形成する場合を例示しているが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第6実施形態では、振動モードアクチュエータフィルムとして構成することができる。この圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を適用した振動モードアクチュエータフィルムからなる振動抑制システムは、図17に示す構成になる。図17に示すように、振動抑制システム70は、振動モードアクチュエータフィルム71と、制御部72とからなる。振動モードアクチュエータフィルム71は、上記第5実施形態の振動モードセンサフィルムと同じ構成で、圧電性ポリマーフィルム63、電極73,74(駆動用電極)からなる。電極73,74は、電極64,65と同形状にパターン形成されたものである。
上記第5及び第6実施形態では、片持ち梁形態の圧電性ポリマーフィルム及びこの圧電性ポリマーフィルムにパターン形成した電極からなる構造体を振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムとして適用した例をそれぞれ示したが、本発明はこれに限らず、以下で説明する本発明の第7実施形態では、片持ち梁形態の振動モードセンサフィルム及び振動モードアクチュエータフィルムを組み合わせて構成し、片持ち梁形態における特定の振動モードを検出し、この振動モードを打ち消す振動を励起させる振動抑制フィルムについて説明する。この振動抑制フィルムを含む振動抑制システムの構成は、図18に示す構成になる。図18に示すように、振動抑制システム80は、振動抑制フィルム81と、制御部82とからなる。振動抑制フィルム81は、上記第5実施形態と同じ構成の振動モードセンサフィルム61と、上記第6実施形態と同じ構成の振動モードアクチュエータフィルム71と、絶縁フィルム83とからなり、絶縁フィルム83の両面に振動モードセンサフィルム61、振動モードアクチュエータフィルム71を貼り合わせた3層構造に形成されている。振動モードセンサフィルム61、振動モードアクチュエータフィルム71、及び絶縁フィルム83は、全て同じ外形であり、振動モードセンサフィルム61の電極64,65及び振動モードアクチュエータフィルム71の電極73,74が重なるように積層されている。
[実施例1]
圧電性ポリマーフィルムとしてポリフッ化ビニリデン樹脂(カイナー社製741)を220°Cで400μmのシート状に押出し冷却後、130°Cの延伸温度で一軸方向に4倍延伸し、厚さ100μmの圧電性ポリマーフィルム(PVDFフィルム)を得た。さらにシートをサイズ0.33×0.175mm(Ly×Lx方向)に切り出した。フィルムの両面全体にアルミニウム電極を真空蒸着法により形成し、80°Cで2kVの電圧を60分間印加してフィルム全体に圧電性を発現させた。ポジ型フォトレジスト液(FHi−560;富士フイルムエレクトロマテリアル(株)製)を両面にスピナー法(回転数1000rpmで60sec)にて塗布を行い、90°Cで2分間乾燥処理を行った。圧電性ポリマーフィルムの座標(Lx/3,0)、(Lx×2/3,0)の位置から形状関数±F(x)=0.02×sin(3×π×y/Ly)でパターン形成したマスクをフィルム上に設置し、露光機(アライナーMAP−1200L(大日本スクリーン(株)製)を用いて、0.5J/cm2紫外線照射を行った。現像液(FHd−560 富士フイルムエレクトロマテリアル(株))に5分間浸漬した後、蒸留水にて洗浄を行った。その後メタノールに10分間浸漬し、電極上に残るレジスト層を除去した後、室温にて乾燥させて電極がパターニングされた圧電性ポリマーフィルムとした。テスタにて露光部及び未露後部の導通チェックを行った。未露光部はアルミニウム電極が残存しており、導通が確認できた。未露後部は電極が除去されており、導通が確認できなかった。作製したフィルムをナイフエッジで四辺を固定し、単純支持状態とした。対象周波数は10〜1000Hzとし、外乱力はマグネットを用いた非接触で点加振を圧電性ポリマーフィルムの座標(0.14,0.28)mmの部分に加えた。2つの電極部位をシールド線にてチャージアンプ(CH−1100小野測器(株)製)に接続し、発生した電荷を電圧信号に変換させた。さらに周波数特性分析器(FRA5096;太陽計測(株)製)に入力することで、センサとしての応答性を確認した。
ここで両センサの出力和は(1,3)モードを検出できる。一方、両センサの出力差は(2,3)モードの出力を検出できる。図23は、本実施例における各モードの出力を示す(図23(A)は(1,3)モードの出力、図23(B)は(2,3)モードの出力を示す。)
実施例1で作製した電極パターニング材料のアクチュエータとしての性能評価を実施した。実施例1で作製したフィルムをナイフエッジで四辺を固定し、単純支持状態とした。対象周波数は10〜1000Hzとし、4つの電極部位をシールド線にてパワーアンプに接続し、さらに周波数特性分析器(FRA5096;太陽計測(株)製)に接続することで電圧印加を行い、アクチュエータとしての応答性を確認した。圧電性ポリマーフィルム上から40mm離れた位置にレーザドップラ速度計(キャノン(株)LV−50Z)を設置し、速度計からの出力を周波数特性分析器(FRA5096;太陽計測(株)製)に入力した。ここで各電極への電圧印加を同位相で行った場合、(1,3)モードが励起でき、逆位相で与えた場合は(2、3)モードが励起できる。図24は、本実施例における各モードの変位を計測した計測値の出力を示す(図24(A)は(1,3)モードの計測値、図24(B)は(2,3)モードの計測値を示す。)
実施例1と同様の形態で電極をパターニングした圧電性ポリマーフィルムを2枚作製した。絶縁性を有し、圧電性ポリマーフィルムと同形状で厚さ50μmのカプトンフィルム(帝人(株)製)にシリコーン粘着剤(日本レジン(株))を両面に塗布し、カプトンフィルムの両面に電極パターニング済みの圧電性ポリマーフィルムを貼り付けて、3層構造とした。一方の圧電性ポリマーフィルムをセンサとして、もう一方の圧電性ポリマーフィルムをアクチュエータとして機能させ、実施例1及び実施例2と同様の形態でセンサ及びアクチュエータとしての性能を評価した。その結果、実施例1及び実施例2と同波長にピークが現れ、モードセンサ及びアクチュエータとして機能した。
実施例1と同様の手法を用いて、(Lx/3,0)、(Lx×2/3,0)の位置から形状関数±F(x)=0.02×sin(2×π×y/Ly)でパターン形成したマスクをフィルム上に設置し、実施例1と同様の処理で(1,2)及び(2,2)モードを検出できるセンサ及び励起できるアクチュエータとして圧電性ポリマーフィルムとして作製した。実施例1で作製した(1,3)及び(2,3)モードセンサフィルムとの間にカプトンフィルムを挟んで、上述の(1,2)及び(2,2)モードセンサフィルムを実施例3の手法で貼りつけを行い、3層構造フィルムを作製した。実施例1と同様の手法を用いて、センサとしての性能を評価した。図25は、本実施例における各モードの出力を示す(図25(A)は(1,2)モードの出力、図25(B)は(2,2)モードの出力を示す。)
12,51,52,61,91,95 振動モードセンサフィルム
14,63 圧電性ポリマーフィルム
30,40 振動抑制システム
31 振動モードアクチュエータフィルム
41,81,84 振動抑制フィルム
15A,15B,16A,16B,21,22,33A,33B,34A,34B,44,45,64,65,73,74 電極
Claims (2)
- 平板状の圧電性ポリマーフィルムと
前記圧電性ポリマーフィルムの面内に、前記圧電性ポリマーフィルムに生じる特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電荷信号が出力されるセンサ用電極と、
前記センサ用電極と同じ面内に、前記特定の振動モードに基づく形状及び配置でパターン形成され、電圧が印加される駆動用電極とを備え、
前記センサ用電極と、前記駆動用電極とは、前記圧電性ポリマーフィルムの同一面内にあり、且つ互いに噛み合う櫛形状、又は互いに噛み合う網目状に形成されていることを特徴とする振動抑制フィルム。 - 前記電極がそれぞれ互いに異なる振動モードに基づくパターンで形成された前記圧電性ポリマーフィルムを、絶縁層を介して複数積層することを特徴とする請求項1記載の振動抑制フィルム。
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