JPH0317616A - 圧電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子を用いた電気機械変換装置あるいは
機械電気変換装置などの圧電変換装置に関するものであ
る。

［従来の技術〕 従来より知られている圧電素子には、ＰＺＴ（チタン酸
鉛（　Ｐ　ｂ　Ｔ　ｉＯ　ｓ　）とジルコン酸鉛（　Ｐ
　ｂ　Ｚ　ｒ　０　３）との固溶体）等のセラミック材
料を用いたものや、ＰＶＤＦ　（ボリフッ化ビニリデン
）等の高分子材料を用いたもの等がある。これらの圧電
素子は、可聴域から超音波域の発音体、アクチュエー夕
、モーター等の電気機械変換装置や、圧力センサーなど
の機械電気変換装置などに広く利用されている。

〔解決しようとする課題］ セラミック材料を用いた圧電素子の場合、１０００〜１
５００℃で高温焼成しなければならず、寸法精度が出し
すらい。また、非常にもろいために、割れ易い。

高分子材料を用いた圧電素子の場合も、フィルム状に形
成した高分子材料を機械的に延伸処理するため、寸法精
度が出しずらい。

さらに、従来の圧電素子では、圧電性を発現するために
ポーリング処理（キュリー温度以上の温度で直流高電界
を印加し、そのままキュリー温度以下まで冷却して、電
気双極子の向きを揃える処理。）が必要であり、製造工
程が煩雑なものであった。

本発明は、ポーリング処理を必ずしも必要としないで、
変形量が大きく、起電効果に優れた、全く新規な圧電変
換装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の圧電変換装置は、
相対向する内面に電極と配向層が設けてある２枚の基板
と、この両基板間に封止してある強誘電性液晶とからな
る強誘電性液晶パネルを含み、両基板の一方の曲げ剛性
を他方のそれよりも小としたものである。

両基板の一方の曲げ剛性を他方のそれよりも小とするた
めに、両基板の厚みや材質が変えられる。

また、この圧電変換装置を利用して、強誘電性液晶の電
歪効果による液晶パネルの振動に対し共鳴系を構成する
空間を生じさせるための音響反射板を、液晶パネルに対
し実質的に平行に固定して発音装置を構或している。

さらに、この圧電変換装置を利用して、基板に与えられ
た歪みに対応して電極間に生じる電位を検出する電圧検
出手段をさらに設けて機械電気変換装置を構成している
。

［実施例］ 第１図は、本発明における強誘電性液晶パネルＡの一実
施例を示したものであり、対向する２枚の基板１．２は
、一方の曲げ剛性を他方のそれよりも小としてある。材
質は共にガラスを用いており、その厚みを変えて形成し
、基板１の厚みを薄くすることによりその曲げ剛性を小
にしている。

２枚の基板１．２の相対向する内面に、電極１１，２１
と配内層１２．２２がそれぞれ設けてある。

電極１１．２１は導電性を有するもので、ＩＴＯ（イン
ジウム　ティン　オキサイド）、ＡＩ（アルミニウム）
、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）等により形成され
ている。配向層１２．２２は、ポリイミド、ポリビニル
アルコール、ボリアミド、テフロン、アクリル系樹脂な
どの有機材料、ＳｔＯ　　−　Ａ　Ｉ　２　０　ａ等の
無機材料等を基材として形２ 成されたものである。両基板１．２はその外周部を封止
材３によって所定の間隙を保ってシールしてあり、この
間隙内に強誘電性液晶４が封入されている。

第２図（ａ）および（ｂ）は、曲げ剛性を異にした２枚
の基板１，２を用いた本発明の強誘電性液晶パネルＡ（
実施例）と、曲げ剛性の等しい２枚の基板を用いた従来
の強誘電性液晶パネル（比較例）とを下記の条件に従っ
て形成し、それぞれの電極に交流電圧を印加し、強誘電
性液晶の電歪効果によって液晶パネルを振動させ、その
表面変位を測定した特性図である。

実施例　　　　　比較例 液晶パネルの 大きさ二 両基板の材質： 基板ｌの板厚： 基板２の板厚： 配向方法： ６　　０　　Ｘ　　８　　０　ｍｍ　　　　　６　　０
　　Ｘ　　８　　０　ｍｍガラス　　　　　ガラス ０．５　　ｆｆｉ＋＊　　　　　　　　　１．１　　關
１　．　　　８　ｍ鵬　　　　　　　　　　　　　１　
　　　　　１ｍ鵬ポリイミドを電極上にスピンコー ト後ベーキングして配向層を形成 し、これをラビングして２枚の基 板のラビング方向が１００＠とな るように組み合わせた。

そして電極間の間隙を１０μにし て基板周辺をシールし、強誘電性 液晶を真空注入した。その後全体 をアイソトロピック相まで加熱し、 オーブン内で室温まで徐冷して配 向状態を揃えた。

使用　液　晶：ＺＬＩ−３７７４　（メルク社製）測　
定　方　法：電極１１と２１との間に±ＩＯＯＶ，０．
５Ｈｚの交流電 圧を印加して、パネル中央部の変 位を表面粗さ計（サーフコム５５ ５Ａ（東京精密製））にて測定し た。

以上の条件で測定を行ない、本発明に係る液晶パネルＡ
における測定結果を第２図（ａ）に示している。これに
よると、±１００Ｖの交流電圧を印加したときの液晶パ
ネルの変位の最大値と最小値との差は３００オングスト
ロームであった。

一方、比較例の測定結果を第２図（ｂ）に示している。

これによると、液晶パネルはかすかに振動しているが、
ピーク位置が明確に現われず、ノイズに埋もれて測定で
きなかった。

なお上記した実施例および比較例の液晶パネルに、±１
５Ｖの交流電圧を周波数をシフトさせながら印加した場
合、双方とも、ほぼ４ＫＨｚ近辺に共振周波数があり、
発生する音の大きさは本発明の実施例の方がはるかに大
きかった。

これによって、液晶パネルの大きさが同じで、厚さも同
じ強誘電性液晶パネルの場合、２枚の基板の曲げ剛性を
同じにしたものよりも、曲げ剛性の異なる２枚の基板を
用いたものの方が、大きな振動が得られるとともに、大
きな音が得られることが明瞭になった。

第３図は、本発明の強誘電性液晶バネルＡを利用した発
音装置であって、上記のような液晶パネルの振動に対し
共鳴系を構成する空間を生じさせるための音響反射板５
を、２本の支持柱６を用い、液晶パネルに所定の間隔ｄ
をおいて、実質的に平行に固定したものである。強誘電
性液晶パネルＡの両電極には、電気信号発生千段７から
駆動信号が供給される。

音圧を測定するに際し、上記した実施例と比較例の強誘
電性液晶パネルを利用して、間隔ｄを３．５−園として
音響反射板を設け、２つの発音装置を形成した。間隔ｄ
を３，５關とすることにより、ＪＫＨｚ付近の音に対し
て共鳴系が形成される。そこで電気信号発生手段７から
の供給電圧として±１５Ｖの交流電圧を、周波数をシフ
トさせながら印加した。その結果、第４図に示す周波数
音圧特性図が得られた。

第４図においては、本発明の実施例の結果を実線に示し
、比較例の結果を破線に示している。いずれも４ＫＨｚ
を超えるところから８０ｄＢ以上の音圧が得られている
が、特にアラーム音などに実用に供せられるＩＫＨｚ以
上の周波数帯では、本発明の実施例の方が遥かに大きな
音圧が得られていることが分る。

なお、この発音装置は、第３図に示すものとは逆に、共
鳴系を構成する音響反射板５側に、強誘電性液晶パネル
Ａの曲げ剛性の小さい基板１を配置して構成しても、発
生する音圧の大きさは変らなかった。

このことから、本発明の発音装置で大きな音江が得られ
るのは、２枚の基板１．２のいずれか一方の曲げ剛性が
小さいことに基因するもので、曲げ剛性が小さい方の基
板１の配置位置には必ずしも関係はないことが明らかに
なった。

次に第５図は、第１図示の本発明の強誘電性液晶パネル
Ａを利用した機械電気変換装置であって、上記のような
液晶パネルの基板１．２に与えられた歪みに対応して、
電極１１．２１間に生じる電位を検出するために、電極
１１．２１間に電圧検出手段８を接続してある。

このように構成した機械電気変換装置の起電効果を調べ
るために、７ｇのボールを５ＣＩＩ＋の高さから落下し
て強誘電性岐晶パネルＡに力を加えたところ、電圧検出
手段８により、第６図に示すように、ボールの衝撃によ
って大きな起電圧が得られ、次第に減衰してゆく様子が
確認できた。これによると、７ｇのボールを５ｃａ＋の
高さから落とした場合、強誘電性液晶パネルＡに生じる
電圧の最大値と最小値の差は１．６４８Ｖであった。

この機械電気変換装置の応用例としてはタッチスイッチ
などが考えられる。その場合、強誘電性液晶バネルＡの
表面を押圧することによる起電圧を検出して押圧された
ことを確認する構成とする。

またキーボード等、多数のスイッチを必要とする装置に
本発明による機械電気変換装置を用いる場合には、多数
の電極をフォトエッチング等で形成しておくこと゛によ
り、多数のスイッチを１枚の強誘電性液晶パネルで同時
にかつ容易に、しかも特性を揃えて形成できる。しかも
２枚の基板の曲げ剛性を変えておくことにより、大きい
出力を得ることができる。

なお、２枚の基板は同一の材質であることを必要とせず
、一方にフレキシブルな基板を使用するなど、材質を変
えることにより曲げ剛性を相違させてもよい。

配向層１２．２２の配向方向は、１００°ずらすことに
限定されるものでなく、平行または反平行でもよく、ま
た、片側のみラビングしても良いが、ホモジニアス配向
であることが望ましい。

［効果］ 以上に説明したように、本発明の圧電変換装置は、強誘
電性液晶パネルから構成されるので、容易に任意の形状
に形成することができ、しかもポーリング処理を必ずし
も必要としない。２枚の基板の曲げ剛性を異にすること
によって、従来に比して大きな変形量が得られ、発音装
置では大きな音圧が得られる。また、一定の力に対する
起電圧も大きく、起電効果に優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧電変換装置の一実施例を示す概略構
成図、第２（ａ）．（ｂ）図は本発明（実施例）と従来
例（比較例）の圧電変換装置を振動させたときに生じる
表面変位特性を示す図、第３図は本発明の発音装置の一
実施例を示す斜視図、第４図は本発明（実施例）と従来
例（比較例〉の圧電変換装置をそれぞれ利用した発音装
置の周波数音圧特性図、第５図は本発明の機械電気変換
装置の一実施例を示す概略構成図、第６図はその起電圧
特性を示す図である。 Ａ・　・圧電変換装置（強誘電性液晶パネル）、１．２
・　・基板、 １１．２１・電極、 １　２， ４　・ ５　・ ８　・ ２２・配向層、 ・・強誘電性液晶、 ・音響反剃板、 ・電圧検出手段。 以　　上 第１図 出　願　人　株式会社　精　工　舎 代　理　人　弁理士　松田和子 第３図 ７ （ａ） （ｂ） ＨＺ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対向する内面に電極と配向層が設けてある２枚
   の基板と、上記両基板間に封止してある強誘電性液晶と
   からなる強誘電性液晶パネルを含み、上記両基板の一方
   の曲げ剛性を他方のそれよりも小としたことを特徴とす
   る圧電変換装置。
2. （２）請求項１において、厚みを変えることによって上
   記両基板の一方の曲げ剛性を他方のそれよりも小とした
   ことを特徴とする圧電変換装置。
3. （３）請求項１において、材質を変えることによって上
   記両基板の一方の曲げ剛性を他方のそれよりも小とした
   ことを特徴とする圧電変換装置。
4. （４）上記強誘電性液晶の電歪効果による上記液晶パネ
   ルの振動に対し共鳴系を構成する空間を生じさせるため
   の音響反射板を、上記液晶パネルに対し実質的に平行に
   固定したことを特徴とする請求項１〜３に記載の圧電変
   換装置を利用した発音装置。
5. （５）上記基板に与えられた歪みに対応して上記電極間
   に生じる電位を検出する電圧検出手段をさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１〜３に記載の圧電変換装置を
   利用した機械電気変換装置。