JPH0453399A - 高分子電気音響変換器 - 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］ この発明は、電場屈曲性高分子ゲルを変換素子として用
いた高分子電気音響変換器に関する。

［従来の技術］ 従来から、構造簡単で軽量な電気音響変換器として圧電
性セラミック薄板を使用した圧電型電気音響変換器が実
用化されているが、大面積の振動膜が製作可能で且つ柔
軟性を有するため比較的低周波帯域の音波が再生できる
圧電型電気音響変換器として、例えばポリ弗化ビニリデ
ン（ＰＶＦ）等、圧電性を示す高分子フィルムの両面に
金属薄膜電極を形成した変換器が存在する。

又、水中用変換器としては従来の動電型変換器、或いは
セラミック振動子又は磁歪振動子等が用いられていた。

［解決しようとする課題］ この様な構造を有する従来の高分子圧電型電気音響変換
器は、圧電性高分子の圧電率（電気音響変換係数に関連
する）が小さいこと、変位がフィルムの面方向の伸縮と
して得られるため、フィルム面に垂直方向に音波を放出
させるためには振動方向を変換する手段が必要となるの
で構造が複雑であるという欠点があった。

水中用変換器に於ては動電型変換器は耐水性の点で信頼
性が低く、又、セラミック振動子又は磁歪振動子は固体
素子であるから堅固であり、低周波帯域の音響輻射は本
質的に困難で且つ機械インピーダンスが高くて媒体との
インピーダンス不整合のため輻射能率が低いという解決
すべき課題があった。

そこで本発明は、電場屈曲性高分子ゲルのフィルムに電
位勾配を与えて屈曲振動をさせることによって、上記従
来例の有する課題を解決することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達成するための本発明に係る高分子電気
音響変換器を基本的な実施例を示す第１図〜第３図を用
いて説明すると、本発明は、電場屈曲性高分子ゲル１と
、当該電場屈曲性高分子ゲル−を浸漬している電解液２
と、上記電場屈曲性高分子ゲル１に電場を印加するため
の電極層４（又は電極）が形成されると共に当該電解液
２を介して電場屈曲性高分子ゲル１を挟むように配置さ
れて前記電場屈曲性高分子ゲル１と電解液２とを封入す
る合成樹脂フィルム３とから成ることを特徴とする高分
子電気音響変換器であり、上記電場屈曲性高分子ゲル１
がポリアクリル酸ナトリウム・アクリルアミド共重合体
（以下ＰＡＡと略称）ゲルからなる高分子電気音響変換
器であり、又、変換器自体にある程度の剛性を付与する
ことを目的とした、ポリビニールアルコールとポリアク
リル酸ナトリウム・アクリルアミド共重合体との混合物
（以下ＰＶＡ−ＰＡＡと略称）ゲルからなる高分子電気
音響変換器である。

［作　用］ 本願実施例の電場屈曲性高分子ゲル１の主体であるＰＡ
Ａゲルは、ＰＡＡ鎖状高分子が電解液中に絡み合って存
在する構造を有し、又、他の実施例であるＰＶＡ−ＰＡ
Ａゲルは、第２図に示すような微結晶１ａで結合された
ＰＶＡ１ｂの３次元網目鎖に、Ｎａ塩となったＰＡＡ鎖
１ｃが絡み合ったＩＰＮ構造をなし、電解液２に浸漬さ
れて本実施例では含水率が約９０％となっている。

、：（７）ＰＶＡ−ＰＡＡゲルはＰｖＡの３次元網目構
造となっているのでゲル自体が剛性を有すると共に変形
量が大きく、変換器として使用するに非常に便利な状態
のゲルである。

この様な構造のＰＶＡ−ＰＡＡゲルフィルムを、第１図
のように電解液２と共に合成樹脂フィルム３でラミネー
トし、両面に電極４を設けて交流電源７に接続して電圧
を印加すると、電極に近い面に於て印加電圧の極性に応
じて電解液を出し入れして収縮膨脹し、第３図に示すよ
うに面に対し垂直方向に屈曲振動し疎密波を発生する。

［実施例コ 以下電場屈曲性高分子ゲルとして、前記ＰＶＡ−ＰＡＡ
ゲルを使用した各実施例について説明する。

当該ＰＶＩ−ＰＡＡゲルは、完全に鹸化したポリビニー
ルアルコールと、直鎖状のポリアクリル酸を溶解させた
Ｈ２Ｏ−ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）混合溶液を
、凍結・解凍を繰り返してゲル化した後、０．０２規程
のＮａＯＨ水溶液に２４時間以上浸漬してＰＡＡをナト
リウム塩にすることによって得た。

第１実施例は、上記ＰＶＡ−ＰＡＡゲルを、第１図にそ
の断面を示すように厚さ０．１■に成形して電場屈曲性
高分子ゲル１フイルムとし、Ｎａ２ＳＯ４水溶液からな
る電解液２（濃度的０．００５〜０．０２規程程度）と
共にポリエチレンからなる合成樹脂フィルム３でラミネ
ートした。上記電場屈曲性高分子ゲル１フイルムの両面
に位置する合成樹脂フィルム３にば、金属箔による電極
層４が形成され、当該電極層４に変換器の駆動電圧が印
加されて電場屈曲性高分子ゲル１フイルムに電位差が与
えられる。

第４図は第２実施例で、第１実施例と類似した構造で、
水中での使用に適した性能とするため電場屈曲性高分子
ゲル１のフィルムの厚さを３ｍとした変換素子１０を、
複数枚積層配列し、各電極を纏めてケーブル１１に接続
し、外側をゴムからなる弾性体８によって水密となるよ
うにモールドした構成である。

この第２実施例は変換素子が多数であるから駆動力が大
きく、変換器の機械インピーダンスが水に近いので水中
音波を能率よく輻射することができる特徴を有する。

第５図は第３実施例で、電場屈曲性高分子ゲル１を円筒
形状に成形し、当該電場屈曲性高分子ゲル−の中心穴に
円筒形状の電極５を同心状に配置すると共に、全体を電
解液２に浸漬し、電極層４が形成された合成樹脂フィル
ム３により電極層４が前記電場屈曲性高分子ゲル１と同
心状になるようにして密封した構造である。

この第３実施例は変換器の主軸に垂直な平面内に於て無
指向性である特徴を有する。

第６図は第４実施例で、電場屈曲性高分子ゲル１を、内
部から外部に通じる連通穴を有する球殻状に成形し、当
該電場屈曲性高分子ゲル１の内部空間に球状の電極６を
同心状に配置すると共に、全体を電解液２に浸漬し、電
極層４が形成された合成樹脂フィルム３により電極層４
が前記電場屈曲性高分子ゲル１と同心状になるようにし
て密封した構造である。この様な同心球構造を実現する
ために、電場屈曲性高分子ゲル１、電極６、電極層４及
び合成樹脂フィルム３を半球殻形状で成形し、合体させ
て同心球配列状に組立て、電極６、電極層４は夫々同一
極性ごとに纏めて連通穴に通したケーブル１１に接続し
、次いで連通穴から電解液２を注入して密閉すればよい
。

この第４実施例はすべての方向に音波を放射し、無指向
性である特徴を有する。

上記各実施例に於いては電場屈曲性高分子ゲルとしてＰ
ＶＡ−ＰＡＡのゲルを使用したが、同じ作用を有する他
の高分子化合物を使用しても本願の高分子電気音響変換
器を構成することができる事はいうまでもない。

又、電解液として前記Ｎａ２ＳＯ４水溶液以外に、Ｎａ
２ＣＯ３水溶液、ＮａＯＨ水溶液、ＮａＣｔ水溶液等を
使用することができ。

以上、本発明に係る高分子電気音響変換器について代表
的と思われる実施例を基に詳述したが、本発明による高
分子電気音響変換器の実施態様は上記実施例の構造に限
定されるものではなく、前記したクレーム記載の構成要
件を具備し、本発明にいう作用を呈し、以下に述べる効
果を有する限りにおいて、適宜改変して実施しうるもの
である。

［効　果］ 本発明に係る高分子電気音響変換器は以下に述べる効果
を有する。

（１）高分子材料からなるため軽量である。

（２）又、大面積を有するものから、小型のものまで自
由に製造しうる。

（３）柔軟であるから低い周波数帯域から再生すること
ができる。

（４）平面構造のままで面と垂直に屈曲振動するので、
ＰＶＦ等を使用した従来の変換器とことなり、構造が簡
単で高能率である。

（５）ＰＶＦが必要とする高電圧による分極処理が不要
であから、製造が容易である。

（６）変換器中に水分を９０％近く含んでいるので音波
の媒体が水の場合、機械インピーダンスのマツチングが
良好で輻射能率が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第１実施例変換器の断面図、第２図はＰＶ
Ａ−ＰＡＡゲルの構造を説明する横形図、第３図は実施
例の動作状態を示す説明図、第４図は第２実施例の断面
図、第５図は第３実施例の断面図、第６図は第４実施例
の断面図である。 １は電場屈曲性高分子ゲル、２は電解液、３は合成樹脂
フィルム、４は電極層、５，６は夫々電極である。 特許出願人　オンキヨー株式会社 区 ”寸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電場屈曲性高分子ゲル（１）と、当該電場屈曲性高
   分子ゲル（１）を浸漬している電解液（２）と、電極層
   （４）が形成されると共に当該電解液（２）を介して電
   場屈曲性高分子ゲル（１）を挟むように配置されて前記
   電場屈曲性高分子ゲル（１）と電解液（２）とを封入す
   る合成樹脂フィルム（３）とから成ることを特徴とする
   高分子電気音響変換器。 ２、平板状に成形された電場屈曲性高分子ゲル（１）と
   、当該電場屈曲性高分子ゲル（１）を浸漬している電解
   液（２）と、電極層（４）が形成されると共に当該電解
   液（２）を介して電場屈曲性高分子ゲル（１）を挟むよ
   うに配置されて前記電場屈曲性高分子ゲル（１）と電解
   液（２）とを封入する合成樹脂フィルム（３）とから成
   る変換素子（１０）が複数枚積層された状態でゴム等の
   弾性体（８）に封入されていることを特徴とする高分子
   電気音響変換器。 ３、円筒形状に成形された電場屈曲性高分子ゲル（１）
   と、当該電場屈曲性高分子ゲル（１）を浸漬している電
   解液（２）と、前記電場屈曲性高分子ゲル（１）の内部
   に配置されている円柱若しくは円筒形状の電極（５）と
   、電極層（４）が形成されると共に当該電解液（２）の
   薄層を介して電場屈曲性高分子ゲル（１）を外部から取
   囲むように配置されて前記電場屈曲性高分子ゲル（１）
   と電解液（２）とを封入する合成樹脂フィルム（３）と
   から成ることを特徴とする高分子電気音響変換器。 ４、球殻状に成形された電場屈曲性高分子ゲル（１）と
   、当該電場屈曲性高分子ゲル（１）を内外から浸漬して
   いる電解液（２）と、前記電場屈曲性高分子ゲル（１）
   の内部に配置されている球形の電極（６）と、電極層（
   ４）が形成されると共に当該電解液（２）の薄層を介し
   て電場屈曲性高分子ゲル（１）を外部から取囲むように
   配置されて前記電場屈曲性高分子ゲル（１）と電解液（
   ２）とを封入する合成樹脂フィルム（３）とから成るこ
   とを特徴とする高分子電気音響変換器。 ５、上記電場屈曲性高分子ゲル（１）が、ポリアクリル
   酸ナトリウム・アクリルアミド共重合体（以下ＰＡＡと
   略称）からなることを特徴とする請求項１、請求項２、
   請求項３及び請求項４記載の高分子電気音響変換器。 ６、上記電場屈曲性高分子ゲル（１）がポリビニールア
   ルコールとポリアクリル酸ナトリウム・アクリルアミド
   共重合体との混合物（以下ＰＶＡ−ＰＡＡと略称）から
   なることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３及
   び請求項４記載の高分子電気音響変換器。