WO2023166892A1 - Electroacoustic transducer - Google Patents

Electroacoustic transducer Download PDF

Info

Publication number
WO2023166892A1
WO2023166892A1 PCT/JP2023/002784 JP2023002784W WO2023166892A1 WO 2023166892 A1 WO2023166892 A1 WO 2023166892A1 JP 2023002784 W JP2023002784 W JP 2023002784W WO 2023166892 A1 WO2023166892 A1 WO 2023166892A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
layer
diaphragm
piezoelectric element
rigidity
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/002784
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
裕介 香川
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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 富士フイルム株式会社 filed Critical 富士フイルム株式会社
Publication of WO2023166892A1 publication Critical patent/WO2023166892A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04Plane diaphragms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

Provided is an electroacoustic transducer formed by sticking a piezoelectric element to a vibration plate, wherein even when the vibration plate is flexible, it is possible to obtain a high sound pressure. This electroacoustic transducer, which has a vibration plate and a piezoelectric element stuck to the vibration plate, includes a high-stiffness layer disposed between the vibration plate and the piezoelectric element, wherein when K1 is the bending stiffness of the vibration plate, K2 is the bending stiffness of the piezoelectric element, and K3 is the bending stiffness of the high-stiffness layer, K1<K2<10xK3 is satisfied.

Description

電気音響変換器Electroacoustic transducer
 本発明は、電気音響変換器に関する。 The present invention relates to electroacoustic transducers.
 圧電素子は、各種の物品を振動板として、物品(振動板)に接触して取り付けることで、物品(振動板)を振動させて音を出す、いわゆるエキサイター(励起子)として、各種の用途に利用されている。例えば、画像表示パネル、スクリーン等にエキサイターを取り付けて、これらを振動させることで、スピーカーの代わりに音を出すことができる。 A piezoelectric element can be used as a so-called exciter (exciter), in which various articles (diaphragms) are attached in contact with an article (diaphragm) to vibrate the article (diaphragm) and produce sound. It's being used. For example, by attaching an exciter to an image display panel, a screen, or the like and vibrating them, sound can be produced instead of a speaker.
 例えば、特許文献1には、2つの薄膜電極で圧電体層を挟持した圧電フィルムを、複数層、積層してなり、圧電フィルムは、厚さ方向に分極されたものであり、かつ、隣接する圧電フィルムの分極方向が逆である積層圧電素子が記載されており、この積層圧電素子を振動板に貼り付けて電気音響変換器とすることが記載されている。 For example, in Patent Document 1, a plurality of piezoelectric films in which a piezoelectric layer is sandwiched between two thin film electrodes are laminated, and the piezoelectric films are polarized in the thickness direction and are adjacent to each other. A laminated piezoelectric element in which the polarization direction of the piezoelectric film is opposite is described, and this laminated piezoelectric element is adhered to a diaphragm to form an electroacoustic transducer.
国際公開第2020/095812号WO2020/095812
 本発明者の検討によれば、圧電素子を振動板に貼り付けて電気音響変換器とした場合に、振動板が柔らかすぎると高い音圧を得ることができないことがわかった。本発明者は、振動板が柔らかすぎると、圧電素子の振動により生じる面方向の伸縮を、振動板が面方向に伸縮して吸収してしまうため、圧電素子の面方向の伸縮が、垂直方向の伸縮に変換されず、高い音圧を得られないものと考えた。 According to the study of the present inventor, it was found that when a piezoelectric element is attached to a diaphragm to form an electroacoustic transducer, a high sound pressure cannot be obtained if the diaphragm is too soft. The present inventor believes that if the diaphragm is too soft, the expansion and contraction in the plane direction caused by the vibration of the piezoelectric element is absorbed by expansion and contraction in the plane direction. It was thought that high sound pressure could not be obtained because it was not converted to expansion and contraction of the
 本発明の課題は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、圧電素子を振動板に貼り付けてなる電気音響変換器において、振動板が柔らかい場合であっても、高い音圧を得ることができる電気音響変換器を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art. An object of the present invention is to provide an electroacoustic transducer capable of obtaining
 上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
 [1] 振動板と、振動板に貼り付けられた圧電素子と、を有する電気音響変換器であって、
 振動板と、圧電素子との間に配置される高剛性層を有し、
 振動板の曲げ剛性をK1とし、圧電素子の曲げ剛性をK2とし、高剛性層の曲げ剛性をK3とすると、K1<K2<10×K3を満たす、電気音響変換器。
 [2] 高剛性層の曲げ剛性K3は、0.03N・m2以下である、[1]に記載の電気音響変換器。
 [3] 振動板の曲げ剛性K1は、0.02N・m2以下である、[1]または[2]に記載の電気音響変換器。
 [4] 平面視における、高剛性層の面積は、振動板の面積よりも小さい、[1]~[3]のいずれかに記載の電気音響変換器。
 [5] 圧電素子は、圧電体層と、圧電体層の両面に設けられる電極層と、電極層上に設けられる保護層と、を有する圧電フィルムを含む、[1]~[4]のいずれかに記載の電気音響変換器。
 [6] 圧電素子は、圧電フィルムを複数層、積層してなる、[5]に記載の電気音響変換器。
 [7] 圧電体層が、高分子材料を含むマトリックス中に圧電体粒子を含む高分子複合圧電体からなる、[5]または[6]に記載の電気音響変換器。
In order to solve the problems described above, the present invention has the following configurations.
[1] An electroacoustic transducer having a diaphragm and a piezoelectric element attached to the diaphragm,
having a high-rigidity layer disposed between the diaphragm and the piezoelectric element,
An electroacoustic transducer that satisfies K1 < K2 <10× K3 , where K1 is the bending rigidity of the diaphragm, K2 is the bending rigidity of the piezoelectric element, and K3 is the bending rigidity of the high-rigidity layer.
[2] The electroacoustic transducer according to [1], wherein the high-rigidity layer has a flexural rigidity K3 of 0.03 N· m2 or less.
[3] The electroacoustic transducer according to [1] or [2], wherein the bending stiffness K 1 of the diaphragm is 0.02 N·m 2 or less.
[4] The electroacoustic transducer according to any one of [1] to [3], wherein the area of the high-rigidity layer in plan view is smaller than the area of the diaphragm.
[5] Any one of [1] to [4], wherein the piezoelectric element includes a piezoelectric film having a piezoelectric layer, electrode layers provided on both sides of the piezoelectric layer, and protective layers provided on the electrode layers. Electroacoustic transducer according to any one of the above.
[6] The electroacoustic transducer according to [5], wherein the piezoelectric element is formed by laminating a plurality of piezoelectric films.
[7] The electroacoustic transducer according to [5] or [6], wherein the piezoelectric layer is composed of a polymeric composite piezoelectric body containing piezoelectric particles in a matrix containing a polymeric material.
 本発明によれば、圧電素子を振動板に貼り付けてなる電気音響変換器において、振動板が柔らかい場合であっても、高い音圧を得ることができる電気音響変換器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electroacoustic transducer in which a piezoelectric element is attached to a diaphragm, and which is capable of obtaining high sound pressure even when the diaphragm is soft. .
本発明の電気音響変換器の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the electroacoustic transducer of this invention. 図1に示す電気音響変換器の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of the electroacoustic transducer shown in FIG. 1; 本発明の電気音響変換器の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect|action of the electroacoustic transducer of this invention. 本発明の電気音響変換器に用いられる圧電素子の他の一例を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing another example of a piezoelectric element used in the electroacoustic transducer of the present invention; 本発明の電気音響変換器が有する圧電フィルムの一例を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a piezoelectric film included in the electroacoustic transducer of the present invention; 圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for explaining an example of a method of manufacturing a piezoelectric film. 圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for explaining an example of a method of manufacturing a piezoelectric film. 圧電フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for explaining an example of a method of manufacturing a piezoelectric film. 従来の電気音響変換器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional electroacoustic transducer.
 以下、本発明の電気音響変換器について、添付の図面に示される好適実施形態を基に、詳細に説明する。 Hereinafter, the electroacoustic transducer of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
 以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
 なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
The description of the constituent elements described below may be made based on representative embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In this specification, a numerical range represented by "-" means a range including the numerical values before and after "-" as lower and upper limits.
[電気音響変換器]
 本発明の電気音響変換器は、
 振動板と、振動板に貼り付けられた圧電素子と、を有する電気音響変換器であって、
 振動板と、圧電素子との間に配置される高剛性層を有し、
 振動板の曲げ剛性をK1とし、圧電素子の曲げ剛性をK2とし、高剛性層の曲げ剛性をK3とすると、K1<K2<10×K3を満たす、電気音響変換器である。
[Electroacoustic transducer]
The electroacoustic transducer of the present invention is
An electroacoustic transducer having a diaphragm and a piezoelectric element attached to the diaphragm,
having a high-rigidity layer disposed between the diaphragm and the piezoelectric element,
An electroacoustic transducer that satisfies K1 < K2 <10× K3, where K1 is the flexural rigidity of the diaphragm, K2 is the flexural rigidity of the piezoelectric element, and K3 is the flexural rigidity of the high-rigidity layer. be.
 図1に、本発明の電気音響変換器の一例を模式的に表す図を示す。図2に、図1の電気音響変換器の部分拡大図を示す。 FIG. 1 shows a diagram schematically showing an example of the electroacoustic transducer of the present invention. FIG. 2 shows a partially enlarged view of the electroacoustic transducer of FIG.
 図1に示す電気音響変換器100は、圧電素子50と、振動板102と、圧電素子50と振動板102との間に配置される高剛性層104と、を有する。図2に示すように、圧電素子50と高剛性層104とは貼着層16で貼着されている。また、高剛性層104と振動板102とは貼着層16で貼着されている。 The electroacoustic transducer 100 shown in FIG. 1 has a piezoelectric element 50 , a diaphragm 102 , and a high-rigidity layer 104 arranged between the piezoelectric element 50 and the diaphragm 102 . As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 50 and the high-rigidity layer 104 are adhered with the adhesion layer 16 . Also, the high-rigidity layer 104 and the diaphragm 102 are adhered by the adhesion layer 16 .
 振動板102は、好ましい態様として、可撓性を有するものである。なお、本発明において、可撓性を有するとは、一般的な解釈における可撓性を有すると同義であり、曲げること、および、撓めることが可能であることを示し、具体的には、破壊および損傷を生じることなく、曲げ伸ばしができることを示す。 The diaphragm 102 has flexibility as a preferred embodiment. In the present invention, having flexibility is synonymous with having flexibility in general interpretation, and indicates that it is possible to bend and bend, specifically , indicating that it can be bent and stretched without fracture and damage.
 振動板102は、好ましくは可撓性を有するものであれば、制限はなく、各種のシート状物(板状物、フィルム)が利用可能である。
 一例として、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、トリアセチルセルロース(TAC)および環状オレフィン系樹脂等からなる樹脂フィルム、発泡ポリスチレン、発泡スチレンおよび発泡ポリエチレン等からなる発泡プラスチック、べニア板、コルクボード、牛革などの皮革類、カーボンシート、和紙などの各種板紙、ならびに、波状にした板紙の片面または両面に他の板紙をはりつけてなる各種の段ボール材等が例示される。
Diaphragm 102 is not limited as long as it preferably has flexibility, and various sheet-like materials (plate-like material, film) can be used.
Examples include polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyphenylene sulfite (PPS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), Resin films made of polyethylene naphthalate (PEN), triacetyl cellulose (TAC), cyclic olefin resins, etc., expanded polystyrene, expanded plastics made of expanded styrene, expanded polyethylene, etc., plywood, cork board, leather such as cowhide, Examples include various types of paperboard such as carbon sheets and Japanese paper, and various types of corrugated board made by pasting another paperboard onto one or both sides of corrugated paperboard.
 また、可撓性を有するものであれば、振動板102として、有機エレクトロルミネセンス(OLED(Organic Light Emitting Diode))ディスプレイ、液晶ディスプレイ、マイクロLED(Light Emitting Diode)ディスプレイ、および、無機エレクトロルミネセンスディスプレイなどの表示デバイス、および、プロジェクター用スクリーン等も好適に利用可能である。 In addition, as long as it has flexibility, the diaphragm 102 may be an organic electroluminescence (OLED (Organic Light Emitting Diode)) display, a liquid crystal display, a micro LED (Light Emitting Diode) display, or an inorganic electroluminescence display. A display device such as a display, a projector screen, and the like are also suitable for use.
 高剛性層104は、振動板102と圧電素子50との間に配置されるものである。
 ここで、高剛性層104は、振動板102の曲げ剛性をK1とし、圧電素子50の曲げ剛性をK2とし、高剛性層104の曲げ剛性をK3とすると、K1<K2<10×K3を満たす、高い剛性を有するものである。
The high-rigidity layer 104 is arranged between the vibration plate 102 and the piezoelectric element 50 .
Here, if the bending rigidity of the diaphragm 102 is K1 , the bending rigidity of the piezoelectric element 50 is K2 , and the bending rigidity of the high-rigid layer 104 is K3 , then K1 < K2 <. It has a high rigidity that satisfies 10×K 3 .
 高剛性層104としては、曲げ剛性の関係K1<K2<10×K3を満たすものであれば特に制限はなく、各種のシート状物(板状物、フィルム)が利用可能である。
 一例として、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)および環状オレフィン系樹脂等からなる樹脂フィルム、ならびに、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル、チタン、および白金等からなる金属シート等が例示される。
The high-rigidity layer 104 is not particularly limited as long as it satisfies the flexural rigidity relationship K 1 <K 2 <10×K 3 , and various sheet-like materials (plate-like materials, films) can be used.
Examples include polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyphenylene sulfite (PPS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), Resin films made of polyethylene naphthalate (PEN), triacetyl cellulose (TAC), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), cyclic olefin resins, etc., as well as aluminum, stainless steel, copper, nickel, titanium, and a metal sheet made of platinum or the like.
 圧電素子50は、印加された電圧に応じて圧電性を発現して、振動板102を振動させる、いわゆるエキサイター(励起子)として用いられるものである。 The piezoelectric element 50 is used as a so-called exciter (exciton) that exhibits piezoelectricity according to the applied voltage and vibrates the diaphragm 102 .
 図2に示す例では、圧電素子50は、矩形状の長尺な1枚の圧電フィルム10を、一方向に2回、折り返すことにより、3層の圧電フィルム10を積層したものである。圧電フィルム10は、圧電体層20と、圧電体層20の両面に設けられる第1電極層24および第2電極層26(以下、まとめて電極層ともいう)と、電極層上に設けられる保護層(第1保護層28および第2保護層30)とを有する。なお、図2では、圧電素子50の構成を明瞭に示すため、保護層の図示は省略している。圧電フィルム10については後に詳述する。 In the example shown in FIG. 2, the piezoelectric element 50 is obtained by laminating three layers of the piezoelectric film 10 by folding one long rectangular piezoelectric film 10 twice in one direction. The piezoelectric film 10 includes a piezoelectric layer 20, a first electrode layer 24 and a second electrode layer 26 (hereinafter collectively referred to as electrode layers) provided on both sides of the piezoelectric layer 20, and protective layers provided on the electrode layers. layers (first protective layer 28 and second protective layer 30). In FIG. 2, illustration of the protective layer is omitted in order to clearly show the configuration of the piezoelectric element 50. As shown in FIG. The piezoelectric film 10 will be detailed later.
 図1に示すように、圧電素子50を構成する圧電フィルム10の第1電極層24および第2電極層26には電源が接続されている。圧電素子50(圧電フィルム10)は、第1電極層24および第2電極層26に電圧を印加されることで、圧電体層20が伸縮して圧電体として駆動する。圧電素子50が駆動されると、圧電素子50が面方向に伸縮し、圧電素子50が貼着された振動板102を撓ませて、結果として振動板102を厚さ方向に振動させて音を発生させる。振動板102は、圧電素子50に印加した駆動電圧の大きさに応じて振動して、電気音響変換器100は、印加した駆動電圧に応じた音を発生する。
 すなわち、電気音響変換器100は、圧電素子50(積層された圧電フィルム10)を、エキサイターとして用いる構成である。
As shown in FIG. 1, a power source is connected to the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 of the piezoelectric film 10 that constitute the piezoelectric element 50 . When a voltage is applied to the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 , the piezoelectric element 50 (piezoelectric film 10 ) expands and contracts the piezoelectric layer 20 to drive the piezoelectric element 50 (piezoelectric film 10 ) as a piezoelectric body. When the piezoelectric element 50 is driven, the piezoelectric element 50 expands and contracts in the plane direction, bending the diaphragm 102 to which the piezoelectric element 50 is adhered, and as a result vibrating the diaphragm 102 in the thickness direction to produce sound. generate. The diaphragm 102 vibrates according to the magnitude of the drive voltage applied to the piezoelectric element 50, and the electroacoustic transducer 100 generates sound according to the applied drive voltage.
That is, the electroacoustic transducer 100 has a configuration in which the piezoelectric element 50 (laminated piezoelectric film 10) is used as an exciter.
 ここで、前述のとおり、圧電素子を振動板に貼り付けて電気音響変換器とした場合に、振動板が柔らかすぎると高い音圧を得ることができないことがわかった。本発明者は、振動板が柔らかすぎる場合、すなわち、振動板の曲げ剛性K1が圧電素子の曲げ剛性K2よりも小さい場合には、図9に示すように、圧電素子50が駆動することにより生じる面方向の伸縮を、振動板102が面方向に伸縮して吸収してしまうため、圧電素子50の面方向の伸縮が、垂直方向(振動板102の主面に垂直な方向)の伸縮に変換されず、高い音圧を得られないものと考えた。 Here, as described above, it has been found that when a piezoelectric element is attached to a diaphragm to form an electroacoustic transducer, a high sound pressure cannot be obtained if the diaphragm is too soft. When the diaphragm is too soft, that is, when the bending stiffness K1 of the diaphragm is smaller than the bending stiffness K2 of the piezoelectric element, the piezoelectric element 50 is driven as shown in FIG. Since the diaphragm 102 expands and contracts in the plane direction and absorbs the expansion and contraction in the plane direction caused by It was thought that high sound pressure could not be obtained because it was not converted to
 これに対して、本発明の電気音響変換器100は、振動板102と圧電素子50との間に高剛性層104を有し、振動板102の曲げ剛性をK1とし、圧電素子50の曲げ剛性をK2とし、高剛性層104の曲げ剛性をK3とすると、K1<K2<10×K3を満たす。この関係式を満たす高い曲げ剛性を有する高剛性層104を振動板102と圧電素子50との間に有すると、図3に示すように、圧電素子50は、高剛性層104によって面方向の伸縮が規制されるため、圧電素子50の面方向の伸縮が垂直方向の伸縮に変換される。これにより、圧電素子50が駆動した際に、圧電素子50は垂直方向の振動し、振動板102を垂直方向に振動させることができる。振動板102が垂直方向に振動することで、空気を大きく振動させることができるため、高い音圧を得ることができる。 On the other hand, the electroacoustic transducer 100 of the present invention has the high-rigidity layer 104 between the diaphragm 102 and the piezoelectric element 50, the bending rigidity of the diaphragm 102 is K1 , and the bending rigidity of the piezoelectric element 50 is Assuming that the rigidity is K2 and the bending rigidity of the high-rigidity layer 104 is K3 , K1 < K2 <10× K3 is satisfied. If the high-rigidity layer 104 having a high bending rigidity that satisfies this relational expression is provided between the diaphragm 102 and the piezoelectric element 50, the piezoelectric element 50 expands and contracts in the plane direction by the high-rigidity layer 104, as shown in FIG. is regulated, the expansion and contraction of the piezoelectric element 50 in the planar direction is converted into expansion and contraction in the vertical direction. Accordingly, when the piezoelectric element 50 is driven, the piezoelectric element 50 vibrates in the vertical direction, and the vibration plate 102 can vibrate in the vertical direction. By vibrating the diaphragm 102 in the vertical direction, the air can be greatly vibrated, so that a high sound pressure can be obtained.
 ここで、各構成要素の曲げ剛性Kは、ヤング率Eと断面二次モーメントIとの積である。
 ヤング率Eは、公知の方法で測定すればよい。一例として、各構成要素から試験片を切り出し、この試験片を用いて引張試験を行って各構成要素のヤング率を測定することができる。なお、圧電素子50については、周波数依存性があるため、動的粘弾性測定を行い、1kHzでの貯蔵弾性率をヤング率とした。動的粘弾性測定については、後述するとおりである。
Here, the flexural rigidity K of each component is the product of Young's modulus E and area moment of inertia I.
Young's modulus E may be measured by a known method. As an example, a test piece can be cut out from each component and a tensile test can be performed using this test piece to measure the Young's modulus of each component. Since the piezoelectric element 50 has frequency dependence, dynamic viscoelasticity measurement was performed, and the storage elastic modulus at 1 kHz was defined as Young's modulus. The dynamic viscoelasticity measurement is as described later.
 また、各構成要素の断面二次モーメントIは、各構成要素の形状(幅および厚さ)から算出すればよい。断面が矩形状の場合には、幅bと厚さhから、I=(b×h3)/12で求められる。なお、平面視の形状が長方形状の場合には、長辺の長さを幅bとする。 Further, the moment of inertia I of each component may be calculated from the shape (width and thickness) of each component. If the cross section is rectangular, it can be obtained from the width b and the thickness h by I=(b×h 3 )/12. In addition, when the shape in plan view is rectangular, the length of the long side is defined as the width b.
 音圧向上の観点から、高剛性層104の曲げ剛性K3は、9×K3>K2を満たすのが好ましく、8×K3>K2を満たすのがより好ましく、7×K3>K2を満たすのがさらに好ましい。 From the viewpoint of improving sound pressure, the bending stiffness K 3 of the high-rigidity layer 104 preferably satisfies 9×K 3 >K 2 , more preferably satisfies 8×K 3 >K 2 , and more preferably satisfies 7×K 3 > It is even more preferable to satisfy K2 .
 また、高剛性層104が圧電素子50の振動を阻害することを防止する観点から、高剛性層104の曲げ剛性K3は、0.03N・m2以下が好ましく、0.025N・m2以下がより好ましく、0.02N・m2以下がさらに好ましい。一方で、音圧向上の観点から、高剛性層104の曲げ剛性K3は、0.005N・m2以上が好ましく、0.01N・m2以上が好ましい。 Further, from the viewpoint of preventing the high-rigidity layer 104 from interfering with the vibration of the piezoelectric element 50, the bending rigidity K3 of the high-rigidity layer 104 is preferably 0.03 N·m 2 or less, more preferably 0.025 N·m 2 or less. is more preferable, and 0.02 N·m 2 or less is even more preferable. On the other hand, from the viewpoint of improving the sound pressure, the bending stiffness K3 of the high-rigidity layer 104 is preferably 0.005 N·m 2 or more, more preferably 0.01 N·m 2 or more.
 高剛性層104の曲げ剛性K3は、高剛性層104の材料、厚さ、幅を適宜設定することで調整することができる。 The flexural rigidity K 3 of the high-rigidity layer 104 can be adjusted by appropriately setting the material, thickness, and width of the high-rigidity layer 104 .
 また、本発明においては、振動板102の曲げ剛性K1は、高剛性層104の曲げ剛性K3よりも小さい。従って、振動板102の曲げ剛性K1は、例えば、0.02N・m2以下である。 Further, in the present invention, the bending rigidity K 1 of the diaphragm 102 is smaller than the bending rigidity K 3 of the high-rigidity layer 104 . Therefore, the bending stiffness K 1 of the diaphragm 102 is, for example, 0.02 N·m 2 or less.
 平面視、すなわち、振動板102の主面に垂直な方向から見た際の、高剛性層104の面積は、振動板102の面積よりも小さいことが好ましい。これにより、振動板102が、高剛性層104を介して圧電素子50によって伸縮された際の振幅を大きくすることができ、音圧を向上できる。 It is preferable that the area of the high-rigidity layer 104 is smaller than the area of the diaphragm 102 when viewed from above, that is, when viewed from a direction perpendicular to the main surface of the diaphragm 102 . This can increase the amplitude when the vibration plate 102 is expanded and contracted by the piezoelectric element 50 through the high-rigidity layer 104, and the sound pressure can be improved.
 また、平面視における高剛性層104の面積は、圧電素子50の0.5倍以上であることが好ましく、略同じであることがより好ましい。高剛性層104の面積が圧電素子50の面積の0.5倍よりも小さい場合には、圧電素子50の、高剛性層104と接着されていない領域の伸縮が振動板102に伝達されず無駄になってしまう。これに対して、高剛性層104の面積が圧電素子の面積の0.5倍以上、好ましくは同等以上であることにより、圧電素子50の面方向の伸縮を効率よく垂直方向の伸縮に変換することができる。 Also, the area of the high-rigidity layer 104 in plan view is preferably 0.5 times or more that of the piezoelectric element 50, and more preferably substantially the same. If the area of the high-rigidity layer 104 is smaller than 0.5 times the area of the piezoelectric element 50, the expansion and contraction of the area of the piezoelectric element 50 that is not bonded to the high-rigidity layer 104 is not transmitted to the diaphragm 102 and is useless. Become. On the other hand, since the area of the high-rigidity layer 104 is 0.5 times or more, preferably equal to or more than the area of the piezoelectric element, the expansion and contraction of the piezoelectric element 50 in the plane direction is efficiently converted into expansion and contraction in the vertical direction. be able to.
 なお、図1に示す圧電素子50は、圧電フィルム10を、折り返して3層、積層したものであるが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、圧電素子は、圧電フィルム10を、1層(1枚)有するものであってもよく、あるいは、複数層、積層したものであってもよい。圧電フィルム10を複数層、積層する場合は、圧電フィルム10の積層数は、2層でもよく、あるいは、4層以上であってもよい。この点に関しては、後述する図4に示す圧電素子も、同様である。 Although the piezoelectric element 50 shown in FIG. 1 is formed by folding the piezoelectric film 10 into three layers, the present invention is not limited to this. That is, the piezoelectric element may have one layer (one sheet) of the piezoelectric film 10, or may have a plurality of laminated layers. When a plurality of piezoelectric films 10 are laminated, the number of laminated piezoelectric films 10 may be two, or four or more. Regarding this point, the same applies to the piezoelectric element shown in FIG. 4, which will be described later.
 また、図1に示す例では、圧電素子50は、長尺な圧電フィルム10を1回以上折り返すことで、複数層積層された圧電フィルムを有するものとしたが、これに限定はされない。図4に示すように、圧電素子は、枚葉状(カットシート状)の圧電フィルム10が複数枚、積層された構成を有するものとしてもよい。 In addition, in the example shown in FIG. 1, the piezoelectric element 50 has a piezoelectric film laminated in multiple layers by folding the long piezoelectric film 10 one or more times, but it is not limited to this. As shown in FIG. 4, the piezoelectric element may have a configuration in which a plurality of sheet-shaped (cut-sheet-shaped) piezoelectric films 10 are laminated.
 図4に示す圧電素子は、3枚の圧電フィルム10が貼着層19を介して積層されている。3枚の圧電フィルムはそれぞれ電源に接続されている。 In the piezoelectric element shown in FIG. 4, three piezoelectric films 10 are laminated with adhesive layers 19 interposed therebetween. Each of the three piezoelectric films is connected to a power supply.
 図4に示す圧電素子は、好ましい態様として、圧電フィルム10が厚さ方向に分極されており、隣接する圧電フィルム10の分極方向が互いに逆である。そのため、隣接する圧電フィルム10では、第1電極層24同士および第2電極層26同士が対面する。従って、電源は、交流電源でも直流電源でも、対面する電極には、常に同じ極性の電力を供給する。従って、図4に示す圧電素子では、隣接する圧電フィルム10の電極同士が接触しても、ショート(短絡)する恐れがない。 In the piezoelectric element shown in FIG. 4, as a preferred mode, the piezoelectric film 10 is polarized in the thickness direction, and the polarization directions of adjacent piezoelectric films 10 are opposite to each other. Therefore, in adjacent piezoelectric films 10, the first electrode layers 24 face each other and the second electrode layers 26 face each other. Therefore, the power supply, whether it is an AC power supply or a DC power supply, always supplies power of the same polarity to the facing electrodes. Therefore, in the piezoelectric element shown in FIG. 4, even if the electrodes of the adjacent piezoelectric films 10 come into contact with each other, there is no risk of short-circuiting.
 なお、圧電フィルム10の分極方向は、d33メーター等で検出すれば良い。または、後述する分極の処理条件から、圧電フィルム10の分極方向を知見してもよい。 The polarization direction of the piezoelectric film 10 can be detected with a d33 meter or the like. Alternatively, the polarization direction of the piezoelectric film 10 may be known from the polarization processing conditions described later.
 長尺な圧電フィルムを折り返して積層した圧電素子は、以下のような利点を有する。
 すなわち、カットシート状の圧電フィルム10を、複数枚、積層した場合には、1枚の圧電フィルム毎に、第1電極層24および第2電極層26を、駆動電源に接続する必要がある。これに対して、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、一枚の長尺な圧電フィルム10のみで積層体を構成できる。また、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、駆動電圧を印加するための電源が1個で済み、さらに、圧電フィルム10からの電極の引き出しも、1か所でよい。
 さらに、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、必然的に、隣接する圧電フィルム同士で、分極方向が互いに逆になる。
A piezoelectric element in which long piezoelectric films are folded and laminated has the following advantages.
That is, when a plurality of cut sheet-like piezoelectric films 10 are laminated, the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 must be connected to the drive power source for each piezoelectric film. On the other hand, in the structure in which the long piezoelectric film 10 is folded and laminated, the laminated body can be configured with only one long piezoelectric film 10 . In addition, in the configuration in which the long piezoelectric film 10 is folded and laminated, only one power source is required for applying the driving voltage, and the electrodes from the piezoelectric film 10 need only be drawn out at one point.
Furthermore, in the structure in which the long piezoelectric films 10 are folded and laminated, the polarization directions of adjacent piezoelectric films are inevitably opposite to each other.
 以下、本発明の電気音響変換器の構成要素について説明する。 The constituent elements of the electroacoustic transducer of the present invention will be described below.
 図5に、圧電フィルム10の一部を拡大して示す。
 図5に示す圧電フィルム10は、圧電性を有するシート状物である圧電体層20と、圧電体層20の一方の面に積層される第1電極層24と、第1電極層24の圧電体層20と反対側の面に積層される第1保護層28と、圧電体層20の他方の面に積層される第2電極層26と、第2電極層26の圧電体層20と反対側の面に積層される第2保護層30と、を有する。すなわち、圧電フィルム10は、圧電体層20を電極層で挟持し、電極層の圧電体層が接触していない面に保護層が積層された構成を有する。
FIG. 5 shows an enlarged view of a portion of the piezoelectric film 10. As shown in FIG.
The piezoelectric film 10 shown in FIG. 5 includes a piezoelectric layer 20 that is a sheet-like material having piezoelectric properties, a first electrode layer 24 that is laminated on one surface of the piezoelectric layer 20 , and piezoelectric layers of the first electrode layer 24 . A first protective layer 28 laminated on the surface opposite to the body layer 20, a second electrode layer 26 laminated on the other surface of the piezoelectric layer 20, and the second electrode layer 26 opposite to the piezoelectric layer 20. and a second protective layer 30 laminated on the side surface. That is, the piezoelectric film 10 has a configuration in which the piezoelectric layer 20 is sandwiched between electrode layers, and a protective layer is laminated on the surface of the electrode layer that is not in contact with the piezoelectric layer.
 本発明において、圧電体層20は、公知の圧電体層が、各種、利用可能である。
 本発明において、圧電体層20は、図5に概念的に示すように、高分子材料を含むマトリックス34中に、圧電体粒子36を含む、高分子複合圧電体であるのが好ましい。
In the present invention, various known piezoelectric layers can be used as the piezoelectric layer 20 .
In the present invention, as conceptually shown in FIG. 5, the piezoelectric layer 20 is preferably a polymeric composite piezoelectric body containing piezoelectric particles 36 in a matrix 34 containing a polymeric material.
 圧電体層20を構成する高分子複合圧電体のマトリックス34(マトリックス兼バインダ)の材料として、常温で粘弾性を有する高分子材料を用いるのが好ましい。なお、本明細書において、「常温」とは、0~50℃程度の温度域を指す。 As the material of the polymer composite piezoelectric matrix 34 (matrix and binder) that constitutes the piezoelectric layer 20, it is preferable to use a polymer material that has viscoelasticity at room temperature. In this specification, "ordinary temperature" refers to a temperature range of about 0 to 50.degree.
 ここで、高分子複合圧電体(圧電体層20)は、次の用件を具備したものであるのが好ましい。
 (i) 可撓性
 例えば、携帯用として新聞や雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和することができる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが求められる。
Here, the polymer composite piezoelectric body (piezoelectric layer 20) preferably satisfies the following requirements.
(i) Flexibility For example, when gripping a loosely bent state like a document like a newspaper or magazine for portable use, it is constantly subjected to a relatively slow and large bending deformation of several Hz or less from the outside. become. At this time, if the polymer composite piezoelectric material is hard, a correspondingly large bending stress is generated, and cracks occur at the interface between the polymer matrix and the piezoelectric particles, which may eventually lead to destruction. Therefore, the polymer composite piezoelectric body is required to have appropriate softness. Moreover, stress can be relieved if strain energy can be diffused to the outside as heat. Therefore, it is required that the loss tangent of the polymer composite piezoelectric material is appropriately large.
 以上をまとめると、エキサイターとして用いるフレキシブルな高分子複合圧電体は、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことが求められる。また、高分子複合圧電体の損失正接は、20kHz以下の全ての周波数の振動に対して、適度に大きいことが求められる。
 さらに、貼り付ける相手材(振動板)の剛性(硬さ、コシ、バネ定数)に合わせて、積層することで、簡便にバネ定数を調節できるのが好ましく、その際、貼着層16は薄ければ薄いほど、エネルギー効率を高めることができる。
To summarize the above, a flexible polymer composite piezoelectric material used as an exciter is required to behave hard against vibrations of 20 Hz to 20 kHz and softly against vibrations of several Hz or less. Also, the loss tangent of the polymer composite piezoelectric body is required to be moderately large with respect to vibrations of all frequencies of 20 kHz or less.
Furthermore, it is preferable that the spring constant can be easily adjusted by laminating according to the rigidity (hardness, stiffness, spring constant) of the mating material (diaphragm) to which the adhesive layer 16 is attached. The thinner it is, the more energy efficient it can be.
 一般に、高分子固体は粘弾性緩和機構を有しており、温度上昇あるいは周波数の低下とともに大きなスケールの分子運動が貯蔵弾性率(ヤング率)の低下(緩和)あるいは損失弾性率の極大(吸収)として観測される。その中でも、非晶質領域の分子鎖のミクロブラウン運動によって引き起こされる緩和は、主分散と呼ばれ、非常に大きな緩和現象が見られる。この主分散が起きる温度がガラス転移点(Tg)であり、最も粘弾性緩和機構が顕著に現れる。
 高分子複合圧電体(圧電体層20)において、ガラス転移点が常温にある高分子材料、言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料をマトリックスに用いることで、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現する。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数1Hzでのガラス転移点が常温、すなわち、0~50℃にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。
In general, polymer solids have a viscoelastic relaxation mechanism, and as the temperature rises or the frequency decreases, large-scale molecular motion causes a decrease (relaxation) in the storage elastic modulus (Young's modulus) or a maximum loss elastic modulus (absorption). is observed as Among them, the relaxation caused by the micro-Brownian motion of the molecular chains in the amorphous region is called principal dispersion, and a very large relaxation phenomenon is observed. The temperature at which this primary dispersion occurs is the glass transition point (Tg), and the viscoelastic relaxation mechanism appears most prominently.
In the polymer composite piezoelectric body (piezoelectric layer 20), by using a polymer material having a glass transition point at room temperature, in other words, a polymer material having viscoelasticity at room temperature as a matrix, it is possible to suppress vibrations of 20 Hz to 20 kHz. This realizes a polymer composite piezoelectric material that is hard at first and behaves softly with respect to slow vibrations of several Hz or less. In particular, it is preferable to use a polymer material having a glass transition point at room temperature, ie, 0 to 50° C. at a frequency of 1 Hz, for the matrix of the polymer composite piezoelectric material, because this behavior is favorably expressed.
 常温で粘弾性を有する高分子材料としては、公知の各種のものが利用可能である。好ましくは、常温、すなわち0~50℃において、動的粘弾性試験による周波数1Hzにおける損失正接Tanδの極大値が、0.5以上有る高分子材料を用いる。
 これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックスと圧電体粒子との界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。
Various known materials can be used as the polymer material having viscoelasticity at room temperature. Preferably, a polymer material having a maximum value of 0.5 or more in loss tangent Tan δ at a frequency of 1 Hz in a dynamic viscoelasticity test at normal temperature, ie, 0 to 50° C., is used.
As a result, when the polymer composite piezoelectric body is slowly bent by an external force, the stress concentration at the interface between the polymer matrix and the piezoelectric particles at the maximum bending moment is relaxed, and high flexibility can be expected.
 また、常温で粘弾性を有する高分子材料は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が、0℃において100MPa以上、50℃において10MPa以下、であるのが好ましい。
 これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、20Hz~20kHzの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。
The polymer material having viscoelasticity at room temperature preferably has a storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity of 100 MPa or more at 0°C and 10 MPa or less at 50°C.
As a result, the bending moment generated when the polymeric composite piezoelectric body is slowly bent by an external force can be reduced, and at the same time, it can behave rigidly against acoustic vibrations of 20 Hz to 20 kHz.
 また、常温で粘弾性を有する高分子材料は、比誘電率が25℃において10以上有ると、より好適である。これにより、高分子複合圧電体に電圧を印加した際に、マトリックス中の圧電体粒子にはより高い電界が掛かるため、大きな変形量が期待できる。
 しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が25℃において10以下であるのも、好適である。
Further, it is more preferable that the polymer material having viscoelasticity at room temperature has a dielectric constant of 10 or more at 25°C. As a result, when a voltage is applied to the polymer composite piezoelectric material, a higher electric field is applied to the piezoelectric particles in the matrix, so a large amount of deformation can be expected.
On the other hand, however, in consideration of ensuring good moisture resistance and the like, it is also suitable for the polymer material to have a dielectric constant of 10 or less at 25°C.
 このような条件を満たす常温で粘弾性を有する高分子材料としては、シアノエチル化ポリビニルアルコール(シアノエチル化PVA)、ポリ酢酸ビニル、ポリビニリデンクロライドコアクリロニトリル、ポリスチレン-ビニルポリイソプレンブロック共重合体、ポリビニルメチルケトン、および、ポリブチルメタクリレート等が例示される。また、これらの高分子材料としては、ハイブラー5127(クラレ社製)などの市販品も、好適に利用可能である。なかでも、高分子材料としては,シアノエチル基を有する材料を用いることが好ましく、シアノエチル化PVAを用いるのが特に好ましい。 Examples of polymeric materials having viscoelasticity at room temperature that meet these conditions include cyanoethylated polyvinyl alcohol (cyanoethylated PVA), polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride core acrylonitrile, polystyrene-vinylpolyisoprene block copolymer, and polyvinylmethyl. Examples include ketones and polybutyl methacrylate. Commercially available products such as Hybler 5127 (manufactured by Kuraray Co., Ltd.) can also be suitably used as these polymer materials. Among them, as the polymer material, it is preferable to use a material having a cyanoethyl group, and it is particularly preferable to use cyanoethylated PVA.
 常温で粘弾性を有する高分子材料としては、シアノエチル基を有する高分子材料を用いるのが好ましく、シアノエチル化PVAを用いるのが特に好ましい。すなわち、本発明において、圧電体層20は、マトリックス34として、シアノエチル基を有する高分子材料を用いるのが好ましく、シアノエチル化PVAを用いるのが特に好ましい。
 以下の説明では、シアノエチル化PVAを代表とする上述の高分子材料を、まとめて『常温で粘弾性を有する高分子材料』とも言う。
As the polymer material having viscoelasticity at room temperature, it is preferable to use a polymer material having a cyanoethyl group, and it is particularly preferable to use cyanoethylated PVA. That is, in the present invention, the piezoelectric layer 20 preferably uses a polymer material having a cyanoethyl group as the matrix 34, and particularly preferably uses cyanoethylated PVA.
In the following description, the above-mentioned polymeric materials represented by cyanoethylated PVA are collectively referred to as "polymeric materials having viscoelasticity at room temperature".
 なお、これらの常温で粘弾性を有する高分子材料は、1種のみを用いてもよく、複数種を併用(混合)して用いてもよい。 These polymer materials having viscoelasticity at room temperature may be used alone or in combination (mixed).
 このような常温で粘弾性を有する高分子材料を用いるマトリックス34は、必要に応じて、複数の高分子材料を併用してもよい。
 すなわち、マトリックス34には、誘電特性や機械特性の調節等を目的として、シアノエチル化PVA等の粘弾性材料に加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子材料を添加しても良い。
The matrix 34 using such a polymeric material having viscoelasticity at room temperature may use a plurality of polymeric materials together, if necessary.
That is, in addition to viscoelastic materials such as cyanoethylated PVA, other dielectric polymeric materials may be added to the matrix 34 as necessary for the purpose of adjusting dielectric properties and mechanical properties.
 添加可能な誘電性高分子材料としては、一例として、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体およびポリフッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系高分子、シアン化ビニリデン-酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロースおよびシアノエチルソルビトール等のシアノ基またはシアノエチル基を有するポリマー、ならびに、ニトリルゴムやクロロプレンゴム等の合成ゴム等が例示される。
 中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。
 また、圧電体層20のマトリックス34において、これらの誘電性高分子材料は、1種に限定はされず、複数種を添加してもよい。
Examples of dielectric polymer materials that can be added include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer. and fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, cyanoethylcellulose, cyanoethylhydroxysaccharose, cyanoethylhydroxycellulose, cyanoethylhydroxypullulan, cyanoethylmethacrylate, cyanoethylacrylate, cyanoethyl Cyano groups such as hydroxyethylcellulose, cyanoethylamylose, cyanoethylhydroxypropylcellulose, cyanoethyldihydroxypropylcellulose, cyanoethylhydroxypropylamylose, cyanoethylpolyacrylamide, cyanoethylpolyacrylate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyhydroxymethylene, cyanoethylglycidolpullulan, cyanoethylsaccharose and cyanoethylsorbitol. Alternatively, polymers having cyanoethyl groups, and synthetic rubbers such as nitrile rubber and chloroprene rubber are exemplified.
Among them, polymer materials having cyanoethyl groups are preferably used.
Moreover, in the matrix 34 of the piezoelectric layer 20, these dielectric polymer materials are not limited to one type, and a plurality of types may be added.
 また、マトリックス34には、誘電性高分子材料以外にも、ガラス転移点Tgを調節する目的で、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、メタクリル樹脂、ポリブテン、および、イソブチレン等の熱可塑性樹脂、ならびに、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、および、マイカ等の熱硬化性樹脂を添加しても良い。
 さらに、粘着性を向上する目的で、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、および、石油樹脂等の粘着付与剤を添加しても良い。
In addition to the dielectric polymer material, the matrix 34 also contains thermoplastic resins such as vinyl chloride resin, polyethylene, polystyrene, methacrylic resin, polybutene, and isobutylene for the purpose of adjusting the glass transition point Tg, and Thermosetting resins such as phenolic resins, urea resins, melamine resins, alkyd resins, and mica may be added.
Furthermore, a tackifier such as rosin ester, rosin, terpene, terpene phenol, and petroleum resin may be added for the purpose of improving adhesiveness.
 圧電体層20のマトリックス34において、シアノエチル化PVA等の粘弾性を有する高分子材料以外の材料を添加する際の添加量には、特に限定は無いが、マトリックス34に占める割合で30質量%以下とするのが好ましい。
 これにより、マトリックス34における粘弾性緩和機構を損なうことなく、添加する高分子材料の特性を発現できるため、高誘電率化、耐熱性の向上、圧電体粒子36および電極層との密着性向上等の点で好ましい結果を得ることができる。
When adding a material other than a polymer material having viscoelasticity, such as cyanoethylated PVA, to the matrix 34 of the piezoelectric layer 20, the addition amount is not particularly limited, but the ratio of the material to the matrix 34 is 30% by mass or less. is preferable.
As a result, the characteristics of the polymer material to be added can be expressed without impairing the viscoelastic relaxation mechanism in the matrix 34, so that the dielectric constant can be increased, the heat resistance can be improved, and the adhesion between the piezoelectric particles 36 and the electrode layer can be improved. favorable results can be obtained in terms of
 圧電体層20は、このようなマトリックス34に、圧電体粒子36を含む、高分子複合圧電体からなる層である。圧電体粒子36は、マトリックス34に分散されている。好ましくは、圧電体粒子36は、マトリックス34に均一(略均一)に分散される。 The piezoelectric layer 20 is a layer made of a polymeric composite piezoelectric material containing piezoelectric particles 36 in such a matrix 34 . Piezoelectric particles 36 are dispersed in the matrix 34 . Preferably, the piezoelectric particles 36 are uniformly (substantially uniformly) dispersed in the matrix 34 .
 圧電体粒子36は、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものである。
 圧電体粒子36を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化亜鉛(ZnO)、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFe3)との固溶体(BFBT)等が例示される。
The piezoelectric particles 36 are made of ceramic particles having a perovskite or wurtzite crystal structure.
Examples of ceramic particles constituting the piezoelectric particles 36 include lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate lanthanate titanate (PLZT), barium titanate (BaTiO 3 ), zinc oxide (ZnO), and A solid solution (BFBT) of barium titanate and bismuth ferrite (BiFe 3 ) is exemplified.
 このような圧電体粒子36の粒径には制限はなく、圧電フィルム10のサイズ、および、圧電素子50の用途等に応じて、適宜、選択すれば良い。圧電体粒子36の粒径は、1~10μmが好ましい。
 圧電体粒子36の粒径をこの範囲とすることにより、圧電フィルム10が高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
The particle size of the piezoelectric particles 36 is not limited, and may be appropriately selected according to the size of the piezoelectric film 10, the application of the piezoelectric element 50, and the like. The particle size of the piezoelectric particles 36 is preferably 1 to 10 μm.
By setting the particle size of the piezoelectric particles 36 within this range, favorable results can be obtained in that the piezoelectric film 10 can achieve both high piezoelectric characteristics and flexibility.
 なお、圧電体層20中の圧電体粒子36は、マトリックス34中に、均一かつ規則性を持って分散されていてもよいし、均一に分散されていれば、マトリックス34中に不規則に分散されていてもよい。 The piezoelectric particles 36 in the piezoelectric layer 20 may be uniformly and regularly dispersed in the matrix 34, or if they are uniformly dispersed, they may be dispersed irregularly in the matrix 34. may have been
 圧電フィルム10において、圧電体層20中におけるマトリックス34と圧電体粒子36との量比には、制限はなく、圧電フィルム10の面方向の大きさおよび厚さ、圧電フィルム10の用途、ならびに、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
 圧電体層20中における圧電体粒子36の体積分率は、30~80%が好ましく、50%以上がより好ましく、従って、50~80%とするのが、さらに好ましい。
 マトリックス34と圧電体粒子36との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
In the piezoelectric film 10, the quantitative ratio of the matrix 34 and the piezoelectric particles 36 in the piezoelectric layer 20 is not limited. It may be appropriately set according to the properties required for the piezoelectric film 10 .
The volume fraction of the piezoelectric particles 36 in the piezoelectric layer 20 is preferably 30% to 80%, more preferably 50% or more, and therefore more preferably 50% to 80%.
By setting the amount ratio between the matrix 34 and the piezoelectric particles 36 within the above range, favorable results can be obtained in terms of achieving both high piezoelectric characteristics and flexibility.
 圧電フィルム10において、圧電体層20の厚さには、特に限定はなく、圧電フィルム10の用途、圧電素子50における圧電フィルムの積層数、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
 圧電体層20が厚いほど、いわゆるシート状物のコシの強さなどの剛性等の点では有利であるが、同じ量だけ圧電フィルム10を伸縮させるために必要な電圧(電位差)は大きくなる。
 圧電体層20の厚さは、10~300μmが好ましく、20~200μmがより好ましく、30~150μmがさらに好ましい。
 圧電体層20の厚さを、上記範囲とすることにより、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
In the piezoelectric film 10 , the thickness of the piezoelectric layer 20 is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the application of the piezoelectric film 10 , the number of layers of the piezoelectric film in the piezoelectric element 50 , the properties required of the piezoelectric film 10 , and the like. , should be set.
The thicker the piezoelectric layer 20 is, the more advantageous it is in terms of rigidity such as stiffness of the so-called sheet-like material, but the voltage (potential difference) required to expand and contract the piezoelectric film 10 by the same amount is increased.
The thickness of the piezoelectric layer 20 is preferably 10 to 300 μm, more preferably 20 to 200 μm, even more preferably 30 to 150 μm.
By setting the thickness of the piezoelectric layer 20 within the above range, favorable results can be obtained in terms of ensuring both rigidity and appropriate flexibility.
 また、圧電体層20は、厚さ方向に分極処理(ポーリング)されているのが好ましい。 Also, the piezoelectric layer 20 is preferably polarized (poled) in the thickness direction.
 なお、本発明において、圧電体層20は、上述したような、シアノエチル化PVAのような常温で粘弾性を有する高分子材料からなるマトリックス34に、圧電体粒子36を含む高分子複合圧電体に制限はされない。
 すなわち、本発明の圧電フィルム10において、圧電体層は、公知の圧電体層が、各種、利用可能である。
In the present invention, the piezoelectric layer 20 is a polymeric composite piezoelectric body containing piezoelectric particles 36 in a matrix 34 made of a polymeric material having viscoelasticity at room temperature, such as cyanoethylated PVA, as described above. No restrictions.
That is, in the piezoelectric film 10 of the present invention, various known piezoelectric layers can be used for the piezoelectric layer.
 一例として、上述したポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体およびフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体等の誘電性高分子材料を含むマトリックスに同様の圧電体粒子36を含む高分子複合圧電体、ポリフッ化ビニリデンからなる圧電体層、ポリフッ化ビニリデン以外のフッ素樹脂からなる圧電体層、および、ポリL乳酸からなるフィルムとポリD乳酸からなるフィルムとを積層した圧電体層等も利用可能である。
 しかしながら、上述のように、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞うことができ、優れた音響特性が得られる、可撓性に優れる等の点で、上述したシアノエチル化PVAのような常温で粘弾性を有する高分子材料からなるマトリックス34に、圧電体粒子36を含む高分子複合圧電体が、好適に利用される。
As an example, a high-performance dielectric material containing similar piezoelectric particles 36 in a matrix containing a dielectric polymer material such as the polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer described above may be used. Molecular composite piezoelectric material, piezoelectric layer made of polyvinylidene fluoride, piezoelectric layer made of fluorine resin other than polyvinylidene fluoride, piezoelectric layer made by laminating a film made of poly-L-lactic acid and a film made of poly-D-lactic acid, etc. is also available.
However, as described above, it is hard against vibrations of 20 Hz to 20 kHz, and can behave softly against slow vibrations of several Hz or less, and has excellent acoustic characteristics and excellent flexibility. Therefore, a polymeric composite piezoelectric body containing piezoelectric particles 36 in a matrix 34 made of a polymeric material having viscoelasticity at room temperature, such as the cyanoethylated PVA described above, is preferably used.
 図5に示すように、圧電フィルム10は、このような圧電体層20の一面に、第1電極層24を有し、その上に第1保護層28を有し、圧電体層20の他方の面に、第2電極層26を有し、その上に第2保護層30を有してなる構成を有する。ここで、第1電極層24と第2電極層26とが電極対を形成する。 As shown in FIG. 5, the piezoelectric film 10 has a first electrode layer 24 on one surface of the piezoelectric layer 20, and a first protective layer 28 thereon. , a second electrode layer 26 is provided on the surface, and a second protective layer 30 is provided thereon. Here, the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 form an electrode pair.
 すなわち、圧電フィルム10は、圧電体層20の両面を電極対、すなわち、第1電極層24および第2電極層26で挟持し、この積層体を、第1保護層28および第2保護層30で挟持してなる構成を有する。
 このように、圧電フィルム10において、第1電極層24および第2電極層26で挾持された領域は、印加された電圧に応じて伸縮される。
 なお、第1電極層24および第1保護層28、ならびに、第2電極層26および第2保護層30は、圧電フィルム10を説明するために、便宜的に付しているものである。従って、本発明における第1および第2には、技術的な意味は無く、また、実際の使用状態とは無関係である。
That is, in the piezoelectric film 10 , both surfaces of the piezoelectric layer 20 are sandwiched between electrode pairs, that is, the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 , and this laminate is formed into the first protective layer 28 and the second protective layer 30 . It has a configuration sandwiched between.
Thus, in the piezoelectric film 10, the region sandwiched between the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 expands and contracts according to the applied voltage.
Note that the first electrode layer 24 and the first protective layer 28, and the second electrode layer 26 and the second protective layer 30 are attached for the sake of explanation of the piezoelectric film 10. As shown in FIG. Therefore, the first and second aspects of the present invention have no technical significance and are irrelevant to the actual usage conditions.
 本発明において圧電フィルム10は、これらの層に加えて、例えば、電極層と圧電体層20とを貼着するための貼着層、および、電極層と保護層とを貼着するための貼着層を有してもよい。
 貼着剤は、接着剤でも粘着剤でもよい。また、貼着剤は、圧電体層20から圧電体粒子36を除いた高分子材料すなわちマトリックス34と同じ材料も、好適に利用可能である。なお、貼着層は、第1電極層24側および第2電極層26側の両方に有してもよく、第1電極層24側および第2電極層26側の一方のみに有してもよい。
In the present invention, the piezoelectric film 10 includes, in addition to these layers, an adhesive layer for attaching the electrode layer and the piezoelectric layer 20 and an adhesive layer for attaching the electrode layer and the protective layer. It may have a layer.
The adhesive may be an adhesive or an adhesive. Also, the same material as the matrix 34, that is, the polymer material obtained by removing the piezoelectric particles 36 from the piezoelectric layer 20, can be preferably used as the adhesive. The adhesive layer may be provided on both the first electrode layer 24 side and the second electrode layer 26 side, or may be provided on only one of the first electrode layer 24 side and the second electrode layer 26 side. good.
 圧電フィルム10において、第1保護層28および第2保護層30は、第1電極層24および第2電極層26を被覆すると共に、圧電体層20に適度な剛性と機械的強度を付与する役目を担っている。すなわち、圧電フィルム10において、マトリックス34と圧電体粒子36とからなる圧電体層20は、ゆっくりとした曲げ変形に対しては、非常に優れた可撓性を示す一方で、用途によっては、剛性や機械的強度が不足する場合がある。圧電フィルム10は、それを補うために第1保護層28および第2保護層30が設けられる。
 第1保護層28と第2保護層30とは、配置位置が異なるのみで、構成は同じである。従って、以下の説明においては、第1保護層28および第2保護層30を区別する必要がない場合には、両部材をまとめて、保護層ともいう。
In the piezoelectric film 10, the first protective layer 28 and the second protective layer 30 cover the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26, and provide the piezoelectric layer 20 with appropriate rigidity and mechanical strength. is responsible for That is, in the piezoelectric film 10, the piezoelectric layer 20 made up of the matrix 34 and the piezoelectric particles 36 exhibits excellent flexibility against slow bending deformation, but depending on the application, the rigidity may increase. and mechanical strength may be insufficient. The piezoelectric film 10 is provided with a first protective layer 28 and a second protective layer 30 to compensate.
The first protective layer 28 and the second protective layer 30 have the same configuration, except for the arrangement position. Therefore, in the following description, when there is no need to distinguish between the first protective layer 28 and the second protective layer 30, both members are collectively referred to as protective layers.
 第1保護層28および第2保護層30には、制限はなく、各種のシート状物が利用可能であり、一例として、各種の樹脂フィルムが好適に例示される。
 中でも、優れた機械的特性および耐熱性を有するなどの理由により、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、トリアセチルセルロース(TAC)、および、環状オレフィン系樹脂等からなる樹脂フィルムが、好適に利用される。
Various sheet materials can be used for the first protective layer 28 and the second protective layer 30 without limitation, and various resin films are preferably exemplified as examples.
Among them, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyphenylene sulfite (PPS), polymethyl methacrylate (PMMA), due to their excellent mechanical properties and heat resistance. ), polyetherimide (PEI), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), triacetyl cellulose (TAC), cyclic olefin resins, and the like are preferably used.
 第1保護層28および第2保護層30の厚さにも、制限はない。また、第1保護層328および第2保護層30の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
 ここで、第1保護層28および第2保護層30の剛性が高過ぎると、圧電体層20の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、第1保護層28および第2保護層30は、薄いほど有利である。
The thicknesses of the first protective layer 28 and the second protective layer 30 are also not limited. Also, the thicknesses of the first protective layer 328 and the second protective layer 30 are basically the same, but may be different.
Here, if the rigidity of the first protective layer 28 and the second protective layer 30 is too high, not only will the expansion and contraction of the piezoelectric layer 20 be restricted, but also the flexibility will be impaired. Therefore, the thinner the first protective layer 28 and the second protective layer 30, the better, except for cases where mechanical strength and good handling properties as a sheet-like article are required.
 圧電フィルム10においては、第1保護層28および第2保護層30の厚さが、圧電体層20の厚さの2倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
 例えば、圧電体層20の厚さが50μmで第1保護層28および第2保護層30がPETからなる場合、第1保護層28および第2保護層30の厚さは、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、25μm以下がさらに好ましい。
In the piezoelectric film 10, if the thickness of the first protective layer 28 and the second protective layer 30 is not more than twice the thickness of the piezoelectric layer 20, it is possible to ensure both rigidity and appropriate flexibility. favorable results can be obtained.
For example, when the thickness of the piezoelectric layer 20 is 50 μm and the first protective layer 28 and the second protective layer 30 are made of PET, the thicknesses of the first protective layer 28 and the second protective layer 30 are preferably 100 μm or less. 50 μm or less is more preferable, and 25 μm or less is even more preferable.
 圧電フィルム10において、圧電体層20と第1保護層28との間には第1電極層24が、圧電体層20と第2保護層30との間には第2電極層26が、それぞれ形成される。 第1電極層24および第2電極層26は、圧電体層20(圧電フィルム10)に電圧を印加するために設けられる。 In the piezoelectric film 10, a first electrode layer 24 is provided between the piezoelectric layer 20 and the first protective layer 28, and a second electrode layer 26 is provided between the piezoelectric layer 20 and the second protective layer 30. It is formed. The first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are provided for applying voltage to the piezoelectric layer 20 (piezoelectric film 10).
 第1電極層24および第2電極層26は、位置が異なる以外は、基本的に同じものである。従って、以下の説明においては、第1電極層24および第2電極層26を区別する必要がない場合には、両部材をまとめて、電極層ともいう。 The first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are basically the same except for their positions. Therefore, in the following description, when there is no need to distinguish between the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26, both members are collectively referred to as electrode layers.
 本発明において、第1電極層24および第2電極層26の形成材料には制限はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、炭素、パラジウム、鉄、錫、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅、チタン、クロムおよびモリブデン等の金属、これらの合金、これらの金属および合金の積層体および複合体、ならびに、酸化インジウムスズ等が例示される。あるいは、PEDOT/PPS(ポリエチレンジオキシチオフェン-ポリスチレンスルホン酸)などの導電性高分子も例示される。中でも、銅、アルミニウム、金、銀、白金、および、酸化インジウムスズは、第1電極層24および第2電極層26として好適に例示される。その中でも、導電性、コストおよび可撓性等の観点から銅がより好ましい。 In the present invention, the materials for forming the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are not limited, and various conductors can be used. Specifically, metals such as carbon, palladium, iron, tin, aluminum, nickel, platinum, gold, silver, copper, titanium, chromium and molybdenum, alloys thereof, laminates and composites of these metals and alloys, Also, indium tin oxide and the like are exemplified. Alternatively, conductive polymers such as PEDOT/PPS (polyethylenedioxythiophene-polystyrenesulfonic acid) are also exemplified. Among them, copper, aluminum, gold, silver, platinum, and indium tin oxide are preferably exemplified as the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 . Among them, copper is more preferable from the viewpoint of conductivity, cost, flexibility, and the like.
 また、第1電極層24および第2電極層26の形成方法にも制限はなく、真空蒸着およびスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)、めっきによる成膜、ならびに、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。 In addition, the method of forming the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 is not limited, and may be a vapor phase deposition method (vacuum film formation method) such as vacuum deposition or sputtering, a film formation by plating, or the formation of the above materials. A variety of known methods are available, such as affixing the foils.
 中でも特に、圧電フィルム10の可撓性が確保できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅およびアルミニウム等の薄膜は、第1電極層24および第2電極層26として、好適に利用される。その中でも特に、真空蒸着による銅の薄膜は、好適に利用される。 Among them, a thin film of copper, aluminum, or the like formed by vacuum deposition is particularly preferably used as the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 because the flexibility of the piezoelectric film 10 can be ensured. be. Among them, a copper thin film formed by vacuum deposition is particularly preferably used.
 第1電極層24および第2電極層26の厚さには、制限はない。また、第1電極層24および第2電極層26の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
 ここで、前述の第1保護層28および第2保護層30と同様に、第1電極層24および第2電極層26の剛性が高過ぎると、圧電体層20の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、第1電極層24および第2電極層26は、電気抵抗が高くなり過ぎない範囲であれば、薄いほど有利である。
The thicknesses of the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are not limited. Also, the thicknesses of the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are basically the same, but may be different.
Here, as with the first protective layer 28 and the second protective layer 30 described above, if the rigidity of the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 is too high, not only will the expansion and contraction of the piezoelectric layer 20 be restricted, Flexibility is also impaired. Therefore, the thinner the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26, the better, as long as the electrical resistance does not become too high.
 圧電フィルム10においては、第1電極層24および第2電極層26の厚さと、ヤング率との積が、第1保護層28および第2保護層30の厚さとヤング率との積を下回れば、可撓性を大きく損なうことがないため、好適である。
 例えば、第1保護層28および第2保護層30がPET(ヤング率:約6.2GPa)で、第1電極層24および第2電極層26が銅(ヤング率:約130GPa)からなる組み合わせの場合、第1保護層28および第2保護層30の厚さが25μmだとすると、第1電極層24および第2電極層26の厚さは、1.2μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましく、中でも0.1μm以下とするのが好ましい。
In the piezoelectric film 10, if the product of the thickness of the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 and the Young's modulus is less than the product of the thickness of the first protective layer 28 and the second protective layer 30 and the Young's modulus , is preferred because it does not significantly impair flexibility.
For example, the first protective layer 28 and the second protective layer 30 are made of PET (Young's modulus: about 6.2 GPa), and the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 are made of copper (Young's modulus: about 130 GPa). In this case, if the thickness of the first protective layer 28 and the second protective layer 30 is 25 μm, the thickness of the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 is preferably 1.2 μm or less, more preferably 0.3 μm or less. , it is preferably 0.1 μm or less.
 上述したように、圧電フィルム10は、高分子材料を含むマトリックス34に圧電体粒子36を分散してなる圧電体層20を、第1電極層24および第2電極層26で挟持し、さらに、この積層体を、第1保護層28および第2保護層30を挟持してなる構成を有する。
 このような圧電フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの損失正接(Tanδ)の極大値が常温に存在するのが好ましく、0.1以上となる極大値が常温に存在するのがより好ましい。
 これにより、圧電フィルム10が外部から数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。
As described above, in the piezoelectric film 10, the piezoelectric layer 20 formed by dispersing the piezoelectric particles 36 in the matrix 34 containing a polymer material is sandwiched between the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26, and further, This laminate has a structure in which a first protective layer 28 and a second protective layer 30 are sandwiched.
In such a piezoelectric film 10, the maximum value of the loss tangent (Tan δ) at a frequency of 1 Hz by dynamic viscoelasticity measurement preferably exists at room temperature, and the maximum value of 0.1 or more exists at room temperature. more preferred.
As a result, even if the piezoelectric film 10 is subjected to a relatively slow and large bending deformation of several Hz or less from the outside, the strain energy can be effectively diffused to the outside as heat. It is possible to prevent cracks from occurring at the interface of
 圧電フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が、0℃において10~30GPa、50℃において1~10GPaであるのが好ましい。なお、この条件に関しては、圧電体層20も同様である。
 これにより、常温で圧電フィルム10が貯蔵弾性率(E’)に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。
The piezoelectric film 10 preferably has a storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity measurement of 10 to 30 GPa at 0°C and 1 to 10 GPa at 50°C. Note that this condition applies to the piezoelectric layer 20 as well.
Accordingly, the piezoelectric film 10 can have a large frequency dispersion in the storage elastic modulus (E') at room temperature. That is, it can act hard against vibrations of 20 Hz to 20 kHz and soft against vibrations of several Hz or less.
 また、圧電フィルム10は、厚さと動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)との積が、0℃において1.0×105~2.0×106N/m、50℃において1.0×105~1.0×106N/mであるのが好ましい。なお、この条件に関しては、圧電体層20も同様である。
 これにより、圧電フィルム10が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。
In addition, the piezoelectric film 10 has a product of thickness and storage elastic modulus (E′) at a frequency of 1 Hz determined by dynamic viscoelasticity measurement of 1.0×10 5 to 2.0×10 6 N/m at 0° C. , 1.0×10 5 to 1.0×10 6 N/m at 50°C. Note that this condition applies to the piezoelectric layer 20 as well.
As a result, the piezoelectric film 10 can have appropriate rigidity and mechanical strength within a range that does not impair flexibility and acoustic properties.
 さらに、圧電フィルム10は、動的粘弾性測定から得られたマスターカーブにおいて、25℃、周波数1kHzにおける損失正接(Tanδ)が、0.05以上であるのが好ましい。この条件に関しては、圧電体層20も同様である。
 これにより、圧電フィルム10を用いたスピーカの周波数特性が平滑になり、スピーカの曲率の変化に伴い最低共振周波数fが変化した際の音質の変化量も小さくできる。
Furthermore, the piezoelectric film 10 preferably has a loss tangent (Tan δ) of 0.05 or more at 25° C. and a frequency of 1 kHz in a master curve obtained from dynamic viscoelasticity measurement. This condition applies to the piezoelectric layer 20 as well.
As a result, the frequency characteristics of the speaker using the piezoelectric film 10 are smoothed, and the amount of change in sound quality when the lowest resonance frequency f0 changes as the curvature of the speaker changes can be reduced.
 なお、本発明において、圧電フィルム10および圧電体層20等の貯蔵弾性率(ヤング率)および損失正接は、公知の方法で測定すればよい。一例として、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製(SIIナノテクノロジー社製)の動的粘弾性測定装置DMS6100を用いて測定すればよい。
 測定条件としては、一例として、測定周波数は0.1Hz~20Hz(0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz、5Hz、10Hzおよび20Hz)が、測定温度は-50~150℃が、昇温速度は2℃/分(窒素雰囲気中)が、サンプルサイズは40mm×10mm(クランプ領域込み)が、チャック間距離は20mmが、それぞれ、例示される。
In the present invention, the storage elastic modulus (Young's modulus) and loss tangent of the piezoelectric film 10, piezoelectric layer 20, etc. may be measured by known methods. As an example, the dynamic viscoelasticity measuring device DMS6100 manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd. (manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd.) may be used for measurement.
As an example of the measurement conditions, the measurement frequency is 0.1 Hz to 20 Hz (0.1 Hz, 0.2 Hz, 0.5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz and 20 Hz), and the measurement temperature is -50 to 150 ° C. , a heating rate of 2° C./min (in a nitrogen atmosphere), a sample size of 40 mm×10 mm (including the clamping area), and a distance between chucks of 20 mm.
 圧電素子50において、各圧電フィルム10の第1電極層24および第2電極層26には、圧電フィルム10を伸縮させる駆動電圧を印加すなわち駆動電力を供給する、電源が接続される。
 電源には、制限はなく、直流電源でも交流電源でもよい。また、駆動電圧も、圧電フィルム10の圧電体層20の厚さおよび形成材料等に応じて、圧電フィルム10を適正に駆動できる駆動電圧を、適宜、設定すればよい。
In the piezoelectric element 50 , a power source is connected to the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 of each piezoelectric film 10 to apply a drive voltage for expanding and contracting the piezoelectric film 10 , that is, to supply drive power.
There are no restrictions on the power source, and it may be a DC power source or an AC power source. Also, the driving voltage may be appropriately set according to the thickness of the piezoelectric layer 20 of the piezoelectric film 10, the forming material, and the like, so that the piezoelectric film 10 can be properly driven.
 第1電極層24および第2電極層26から電極の引き出し方法には、制限はなく、公知の各種の方法が利用可能である。
 一例として、第1電極層24および第2電極層26に銅箔等の導電体を接続して外部に電極を引き出す方法、および、レーザ等によって第1保護層28および第2保護層30に貫通孔を形成して、この貫通孔に導電性材料を充填して外部に電極を引き出す方法、等が例示される。
 好適な電極の引き出し方法として、特開2014-209724号公報に記載される方法、および、特開2016-015354号公報に記載される方法等が例示される。
There are no restrictions on the method of extracting electrodes from the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26, and various known methods can be used.
Examples include a method of connecting a conductor such as a copper foil to the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 to lead the electrodes to the outside, and a method of penetrating the first protective layer 28 and the second protective layer 30 by a laser or the like. Examples include a method of forming a hole, filling the through hole with a conductive material, and leading an electrode to the outside.
Examples of suitable methods for extracting electrodes include the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-209724 and the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-015354.
 また、図1に示すように圧電素子が、圧電フィルムを折り返して積層した構成の場合には、最表層の圧電フィルムが、圧電フィルムを積層した積層部から面方向の外側に突出する突出部を有する構成とし、突出部に第1電極層24および第2電極層26と電源とを接続するための接続部が形成されることが好ましい。なお、突出部における電極層と配線との接続方法には、制限はなく、公知の各種の方法が利用可能である。 In the case where the piezoelectric element has a structure in which piezoelectric films are folded and laminated as shown in FIG. It is preferable that a connecting portion for connecting the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 to the power source be formed on the projecting portion. The method of connecting the electrode layer and the wiring in the protruding portion is not limited, and various known methods can be used.
 貼着層16は、振動板102と高剛性層104、および、圧電素子50と高剛性層104とを貼着可能であれば、公知のものが、各種、利用可能である。
 従って、貼着層16は、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる、接着剤からなる層でも、貼り合わせる際にゲル状(ゴム状)の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない、粘着剤からなる層でも、接着剤と粘着剤との両方の特徴を持った材料からなる層でもよい。また、接着剤(粘着剤)は、湿気硬化型接着剤、熱可塑性接着剤および熱硬化性接着剤のいずれであってもよい。また、粘着層として、両面テープを用いてもよい。
As the adhesive layer 16 , various known layers can be used as long as they can adhere the vibration plate 102 and the high-rigidity layer 104 and the piezoelectric element 50 and the high-rigidity layer 104 together.
Therefore, the adhesive layer 16 has fluidity at the time of bonding and then becomes a solid. Even a layer made of an adhesive, which is a gel-like (rubber-like) soft solid at the time of bonding, remains gel-like after that. It may be a layer made of an adhesive that does not change its shape, or a layer made of a material that has the characteristics of both an adhesive and an adhesive. Also, the adhesive (adhesive) may be any of a moisture-curable adhesive, a thermoplastic adhesive, and a thermosetting adhesive. Moreover, you may use a double-sided tape as an adhesion layer.
 貼着層16の厚さには、制限はなく、貼着層16の材料に応じて、十分な貼着力(接着力、粘着力)が得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
 ここで、電気音響変換器100においては、貼着層16が薄い方が、振動板102に伝達する圧電素子50の伸縮エネルギー(振動エネルギー)の伝達効果を高くして、エネルギー効率を高くできる。また、貼着層16が厚く剛性が高いと、圧電素子50の伸縮を拘束する可能性もある。
 この点を考慮すると、貼着層16は、薄い方が好ましい。具体的には、貼着層16の厚さは、貼着後の厚さで0.1~50μmが好ましく、0.1~30μmがより好ましく、0.1~10μmがさらに好ましい。
The thickness of the adhesive layer 16 is not limited, and the thickness that provides sufficient adhesive strength (adhesive strength, cohesive strength) may be appropriately set according to the material of the adhesive layer 16 .
Here, in the electroacoustic transducer 100, the thinner the adhesive layer 16, the higher the effect of transmitting the stretching energy (vibrational energy) of the piezoelectric element 50 to the diaphragm 102, and the energy efficiency can be increased. Also, if the adhesive layer 16 is thick and rigid, it may restrict expansion and contraction of the piezoelectric element 50 .
Considering this point, the adhesive layer 16 is preferably thinner. Specifically, the thickness of the adhesive layer 16 is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 0.1 to 30 μm, even more preferably 0.1 to 10 μm after being attached.
 なお、電気音響変換器100において、貼着層16は、好ましい態様として設けられるものであり、必須の構成要素ではない。
 従って、電気音響変換器100は、貼着層16を有さず、公知の圧着手段、締結手段、および、固定手段等を用いて、振動板102、高剛性層104および圧電素子50を固定してもよい。例えば、圧電素子50の平面視の形状が矩形である場合には、四隅をボルトナットのような部材で締結して電気音響変換器を構成してもよく、または、四隅と中心部とをボルトナットのような部材で締結して電気音響変換器を構成してもよい。
In addition, in the electroacoustic transducer 100, the adhesion layer 16 is provided as a preferable aspect, and is not an essential component.
Therefore, the electroacoustic transducer 100 does not have the adhesive layer 16, and the vibration plate 102, the high-rigidity layer 104 and the piezoelectric element 50 are fixed using known crimping means, fastening means, fixing means, and the like. may For example, when the shape of the piezoelectric element 50 is rectangular in plan view, the four corners may be fastened with members such as bolts and nuts to form an electroacoustic transducer, or the four corners and the central portion may be bolted together. The electroacoustic transducer may be configured by fastening with a member such as a nut.
 しかしながら、この場合には、電源から駆動電圧を印加した際に、振動板102に対して圧電素子50が独立して伸縮してしまい、場合によっては、圧電素子50のみが撓んで、圧電素子50の伸縮が振動板102に伝わらない。このように、振動板102に対して圧電素子50が独立して伸縮した場合には、圧電素子50による振動板102の振動効率が低下してしまい。振動板102を十分に振動させられなくなってしまう可能性がある。
 この点を考慮すると、振動板102、高剛性層104および圧電素子50は、図1に示すように、貼着層16で貼着するのが好ましい。
However, in this case, the piezoelectric element 50 expands and contracts independently of the diaphragm 102 when a drive voltage is applied from the power supply. is not transmitted to the diaphragm 102. In this way, when the piezoelectric element 50 expands and contracts independently of the diaphragm 102, the efficiency of vibration of the diaphragm 102 by the piezoelectric element 50 decreases. There is a possibility that the diaphragm 102 cannot be sufficiently vibrated.
Considering this point, it is preferable that the diaphragm 102, the high-rigidity layer 104 and the piezoelectric element 50 are adhered with the adhesion layer 16 as shown in FIG.
 ここで、上述したように、圧電体層20は、マトリックス34に圧電体粒子36を含むものである。また、圧電体層20を厚さ方向で挟むように、第1電極層24および第2電極層26が設けられる。
 このような圧電体層20を有する圧電フィルム10の第1電極層24および第2電極層26に電圧を印加すると、印加した電圧に応じて圧電体粒子36が分極方向に伸縮する。その結果、圧電フィルム10(圧電体層20)が厚さ方向に収縮する。同時に、ポアゾン比の関係で、圧電フィルム10は、面内方向にも伸縮する。この伸縮は、0.01~0.1%程度である。
Here, as described above, the piezoelectric layer 20 contains the piezoelectric particles 36 in the matrix 34 . A first electrode layer 24 and a second electrode layer 26 are provided so as to sandwich the piezoelectric layer 20 in the thickness direction.
When a voltage is applied to the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26 of the piezoelectric film 10 having such a piezoelectric layer 20, the piezoelectric particles 36 expand and contract in the polarization direction according to the applied voltage. As a result, the piezoelectric film 10 (piezoelectric layer 20) shrinks in the thickness direction. At the same time, due to the Poisson's ratio, the piezoelectric film 10 also expands and contracts in the in-plane direction. This expansion and contraction is about 0.01 to 0.1%.
 上述したように、圧電体層20の厚さは、好ましくは10~300μm程度である。従って、厚さ方向の伸縮は、最大でも0.3μm程度と非常に小さい。
 これに対して、圧電フィルム10すなわち圧電体層20は、面方向には、厚さよりもはるかに大きなサイズを有する。従って、例えば、圧電フィルム10の長さが20cmであれば、電圧の印加によって、面方向に最大で0.2mm程度、圧電フィルム10は伸縮する。
As described above, the thickness of the piezoelectric layer 20 is preferably about 10-300 μm. Therefore, the expansion and contraction in the thickness direction is as small as about 0.3 μm at maximum.
On the other hand, the piezoelectric film 10, that is, the piezoelectric layer 20, has a size much larger than its thickness in the planar direction. Therefore, for example, if the length of the piezoelectric film 10 is 20 cm, the piezoelectric film 10 expands and contracts by about 0.2 mm at maximum in the plane direction due to the application of voltage.
 ここで、前述のとおり、圧電素子50は、高剛性層104に貼着されている。従って、圧電素子50(圧電フィルム10)の面方向の伸縮は拘束され、厚さ方向(垂直方向)の伸縮に変換される。 Here, the piezoelectric element 50 is adhered to the high-rigidity layer 104 as described above. Therefore, expansion and contraction of the piezoelectric element 50 (piezoelectric film 10) in the plane direction is restrained and converted into expansion and contraction in the thickness direction (vertical direction).
 振動板102は、貼着層16によって高剛性層104を介して圧電素子50に貼着されている。従って、圧電素子50の垂直方向の伸縮によって、振動板102は撓み、その結果、振動板102は、厚さ方向に振動する。
 この厚さ方向の振動によって、振動板102は、音を発生する。すなわち、振動板102は、圧電フィルム10に印加した電圧(駆動電圧)の大きさに応じて振動して、圧電フィルム10に印加した駆動電圧に応じた音を発生する。
The vibration plate 102 is adhered to the piezoelectric element 50 by the adhesion layer 16 via the high-rigidity layer 104 . Therefore, the vertical expansion and contraction of the piezoelectric element 50 bends the diaphragm 102, and as a result, the diaphragm 102 vibrates in the thickness direction.
Due to this vibration in the thickness direction, the diaphragm 102 generates sound. That is, the diaphragm 102 vibrates according to the magnitude of the voltage (driving voltage) applied to the piezoelectric film 10 and generates sound according to the driving voltage applied to the piezoelectric film 10 .
 また、振動板102のばね定数に応じて、圧電フィルム10の質量を調整することで、音圧レベルを向上させることができる。圧電フィルム10の質量が大きいと、振動板102が撓んでしまうため、駆動時の振動板102の振動を抑制する可能性がある。一方、圧電フィルム10の質量が小さいと、共振周波数が高くなり、低周波数における振動板102の振動を抑制する可能性がある。これらの点を考慮すると、圧電フィルム10の質量は、振動板102のばね定数に応じて、適切に調整することが好ましい。 Further, by adjusting the mass of the piezoelectric film 10 according to the spring constant of the diaphragm 102, the sound pressure level can be improved. If the mass of the piezoelectric film 10 is large, the diaphragm 102 will be bent, which may suppress vibration of the diaphragm 102 during driving. On the other hand, if the mass of the piezoelectric film 10 is small, the resonance frequency will be high, possibly suppressing the vibration of the diaphragm 102 at low frequencies. Considering these points, it is preferable to appropriately adjust the mass of the piezoelectric film 10 according to the spring constant of the diaphragm 102 .
 また、図1および図4に示すように、圧電素子において、複数の圧電フィルムを積層した構成の場合に、圧電フィルム同士は貼着層19によって貼着される。
 圧電フィルム同士を貼着する貼着層19は、隣接する圧電フィルム10を貼着可能であれば、公知のものが、各種、利用可能であり、上述した振動板と圧電素子とを貼着する貼着層16と同様の材料を用いることができる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 4, in the case of a piezoelectric element having a configuration in which a plurality of piezoelectric films are laminated, the piezoelectric films are attached to each other by an adhesive layer 19 .
As the adhesive layer 19 for attaching the piezoelectric films to each other, various known layers can be used as long as the adjacent piezoelectric films 10 can be attached. A material similar to that of the adhesive layer 16 can be used.
 以下、図6~図8を参照して、圧電フィルム10の製造方法の一例を説明する。 An example of a method for manufacturing the piezoelectric film 10 will be described below with reference to FIGS.
 まず、図6に示す、第1保護層28の表面に第1電極層24が形成されたシート状物11aを準備する。さらに、図8に概念的に示す、第2保護層30の表面に第2電極層26が形成されたシート状物11cを準備する。 First, a sheet-like object 11a having a first protective layer 28 and a first electrode layer 24 formed thereon as shown in FIG. 6 is prepared. Further, a sheet-like object 11c conceptually shown in FIG. 8 is prepared in which the second electrode layer 26 is formed on the surface of the second protective layer 30 .
 シート状物11aは、第1保護層28の表面に、真空蒸着、スパッタリング、めっき等によって第1電極層24として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。同様に、シート状物11cは、第2保護層30の表面に、真空蒸着、スパッタリング、めっき等によって第2電極層26として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。
 あるいは、保護層の上に銅薄膜等が形成された市販品をシート状物を、シート状物11aおよび/またはシート状物11cとして利用してもよい。
 シート状物11aおよびシート状物11cは、同じものでもよく、異なるものでもよい。
The sheet 11a may be produced by forming a copper thin film or the like as the first electrode layer 24 on the surface of the first protective layer 28 by vacuum deposition, sputtering, plating, or the like. Similarly, the sheet 11c may be produced by forming a copper thin film or the like as the second electrode layer 26 on the surface of the second protective layer 30 by vacuum deposition, sputtering, plating, or the like.
Alternatively, a commercially available sheet having a copper thin film or the like formed on a protective layer may be used as the sheet 11a and/or the sheet 11c.
The sheet-like material 11a and the sheet-like material 11c may be the same or different.
 なお、保護層が非常に薄く、ハンドリング性が悪い時などは、必要に応じて、セパレータ(仮支持体)付きの保護層を用いても良い。なお、セパレータとしては、厚さ25~100μmのPET等を用いることができる。セパレータは、電極層および保護層の熱圧着後、取り除けばよい。 In addition, when the protective layer is very thin and the handling property is poor, a protective layer with a separator (temporary support) may be used as necessary. As the separator, PET or the like having a thickness of 25 to 100 μm can be used. The separator may be removed after the electrode layer and protective layer are thermocompression bonded.
 次いで、図7に示すように、シート状物11aの第1電極層24上に、圧電体層20となる塗料(塗布組成物)を塗布した後、硬化して圧電体層20を形成する。これにより、シート状物11aと圧電体層20とを積層した積層体11bを作製する。 Next, as shown in FIG. 7, a paint (coating composition) that will form the piezoelectric layer 20 is applied on the first electrode layer 24 of the sheet 11a, and then cured to form the piezoelectric layer 20. As a result, a laminated body 11b in which the sheet-like material 11a and the piezoelectric layer 20 are laminated is produced.
 圧電体層20の形成は、圧電体層20を形成する材料に応じて、各種の方法が利用可能である。
 一例として、まず、有機溶媒に、上述したシアノエチル化PVA等の高分子材料を溶解し、さらに、PZT粒子等の圧電体粒子36を添加し、攪拌して塗料を調製する。
 有機溶媒には制限はなく、ジメチルホルムアミド(DMF)、メチルエチルケトン(MEK)、および、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が利用可能である。
 シート状物11aを準備し、かつ、塗料を調製したら、この塗料をシート状物11aにキャスティング(塗布)して、有機溶媒を蒸発して乾燥する。これにより、図7に示すように、第1保護層28の上に第1電極層24を有し、第1電極層24の上に圧電体層20を積層してなる積層体11bを作製する。
Various methods can be used for forming the piezoelectric layer 20 depending on the material forming the piezoelectric layer 20 .
As an example, first, a polymer material such as cyanoethylated PVA is dissolved in an organic solvent, and piezoelectric particles 36 such as PZT particles are added and stirred to prepare a coating material.
Organic solvents are not limited, and various organic solvents such as dimethylformamide (DMF), methyl ethyl ketone (MEK), and cyclohexanone can be used.
After the sheet-like material 11a is prepared and the paint is prepared, the paint is cast (applied) on the sheet-like material 11a and dried by evaporating the organic solvent. As a result, as shown in FIG. 7, a laminated body 11b having the first electrode layer 24 on the first protective layer 28 and the piezoelectric layer 20 laminated on the first electrode layer 24 is produced. .
 塗料のキャスティング方法には制限はなく、バーコーター、スライドコーターおよびドクターナイフ等の公知の方法(塗布装置)が、全て、利用可能である。
 あるいは高分子材料が加熱溶融可能な物であれば、高分子材料を加熱溶融して、これに圧電体粒子36を添加してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、図6に示すシート状物11aの上にシート状に押し出し、冷却することにより、図7に示すような、積層体11bを作製してもよい。
There are no restrictions on the method of casting the coating material, and known methods (coating equipment) such as bar coaters, slide coaters and doctor knives can all be used.
Alternatively, if the polymer material is heat-meltable, the polymer material is heat-melted and the piezoelectric particles 36 are added to prepare a melt, which is then extruded into a sheet shown in FIG. A laminate 11b as shown in FIG. 7 may be produced by extruding a sheet onto the shaped object 11a and cooling it.
 なお、上述のように、圧電体層20において、マトリックス34には、常温で粘弾性を有する高分子材料以外にも、PVDF(PolyVinylidene DiFluoride)等の高分子圧電材料を添加しても良い。
 マトリックス34に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、上記塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。あるいは、加熱溶融した常温で粘弾性を有する高分子材料に、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。
As described above, in the piezoelectric layer 20, the matrix 34 may be added with a polymeric piezoelectric material such as PVDF (PolyVinylidene DiFluoride) other than the polymeric material having viscoelasticity at room temperature.
When these polymeric piezoelectric materials are added to the matrix 34, the polymeric piezoelectric materials to be added to the paint may be dissolved. Alternatively, the polymer piezoelectric material to be added may be added to a polymer material that has been melted by heating and has viscoelasticity at room temperature, and then melted by heating.
 圧電体層20を形成したら、必要に応じて、カレンダ処理を行ってもよい。カレンダ処理は、1回でもよく、複数回、行ってもよい。
 周知のように、カレンダ処理とは、加熱プレスや加熱ローラ等によって、被処理面を加熱しつつ押圧して、平坦化等を施す処理である。
After the piezoelectric layer 20 is formed, it may be calendered, if desired. Calendering may be performed once or multiple times.
As is well known, calendering is a process in which a surface to be treated is heated and pressed by a hot press, hot rollers, or the like to flatten the surface.
 次いで、第1保護層28の上に第1電極層24を有し、第1電極層24の上に圧電体層20を形成してなる積層体11bの圧電体層20に、分極処理(ポーリング)を行う。圧電体層20の分極処理は、カレンダ処理の前に行ってもよいが、カレンダ処理を行った後に行うのが好ましい。
 圧電体層20の分極処理の方法には制限はなく、公知の方法が利用可能である。例えば、分極処理を行う対象に、直接、直流電界を印加する、電界ポーリングが例示される。なお、電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、第2電極層26を形成して、第1電極層24および第2電極層26を利用して、電界ポーリング処理を行ってもよい。
 また、本発明の圧電フィルム10においては、分極処理は、圧電体層20の面方向ではなく、厚さ方向に分極を行うのが好ましい。
Next, the piezoelectric layer 20 of the laminate 11b having the first electrode layer 24 on the first protective layer 28 and the piezoelectric layer 20 formed on the first electrode layer 24 is subjected to polarization treatment (poling). )I do. The polarization treatment of the piezoelectric layer 20 may be performed before calendering, but is preferably performed after calendering.
The method of polarization treatment of the piezoelectric layer 20 is not limited, and known methods can be used. For example, electric field poling, in which a DC electric field is directly applied to an object to be polarized, is exemplified. When electric field poling is performed, the second electrode layer 26 may be formed before the polarization treatment, and the electric field poling treatment may be performed using the first electrode layer 24 and the second electrode layer 26. .
Moreover, in the piezoelectric film 10 of the present invention, the polarization treatment is preferably performed in the thickness direction of the piezoelectric layer 20, not in the plane direction.
 次いで、図8に示すように、分極処理を行った積層体11bの圧電体層20側に、先に準備したシート状物11cを、第2電極層26を圧電体層20に向けて積層する。
 さらに、この積層体を、第1保護層28および第2保護層30を挟持するようにして、加熱プレス装置および加熱ローラ等を用いて熱圧着して、積層体11bとシート状物11cとを貼り合わせ、図5に示すような、圧電フィルム10を作製する。
 あるいは、積層体11bとシート状物11cとを、接着剤を用いて貼り合わせて、好ましくは、さらに圧着して、圧電フィルム10を作製してもよい。
Next, as shown in FIG. 8, the previously prepared sheet-like material 11c is laminated on the piezoelectric layer 20 side of the laminated body 11b subjected to the polarization treatment, with the second electrode layer 26 facing the piezoelectric layer 20. .
Furthermore, this laminate is thermocompression bonded using a hot press device, a heating roller, or the like while sandwiching the first protective layer 28 and the second protective layer 30, thereby joining the laminate 11b and the sheet-like material 11c. By bonding, the piezoelectric film 10 as shown in FIG. 5 is produced.
Alternatively, the piezoelectric film 10 may be produced by bonding the laminated body 11b and the sheet-like material 11c together using an adhesive and preferably further pressing them together.
 なお、この圧電フィルム10は、カットシート状のシート状物11aおよびシート状物11c等を用いて製造してもよく、あるいは、ロール・トゥ・ロール(Roll to Roll)を利用して製造してもよい。 The piezoelectric film 10 may be manufactured using the cut-sheet-shaped sheet-like material 11a and the sheet-like material 11c, etc., or may be manufactured using a roll-to-roll process. good too.
 作製された圧電フィルムは、各種用途に合わせて、所望の形状に裁断されてもよい。
 このようにして作製される圧電フィルム10は、面方向ではなく厚さ方向に分極されており、かつ、分極処理後に延伸処理をしなくても大きな圧電特性が得られる。そのため、圧電フィルム10は、圧電特性に面内異方性がなく、駆動電圧を印加すると、面方向では全方向に等方的に伸縮する。
The produced piezoelectric film may be cut into a desired shape according to various uses.
The piezoelectric film 10 produced in this manner is polarized in the thickness direction rather than in the plane direction, and excellent piezoelectric properties can be obtained without stretching after the polarization treatment. Therefore, the piezoelectric film 10 has no in-plane anisotropy in piezoelectric properties, and expands and contracts isotropically in all directions in the plane direction when a drive voltage is applied.
 以上、本発明の電気音響変換器について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。 Although the electroacoustic transducer of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. , of course.
 以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明についてより詳細に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものでなく、以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by giving specific examples of the present invention. The present invention is not limited to this example, and the materials, amounts used, proportions, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. can.
[実施例1]
 [圧電フィルムの作製]
 上述した図6~図8に示す方法によって、図5に示すような圧電フィルムを作製した。
 まず、下記の組成比で、シアノエチル化PVA(CR-V 信越化学工業社製)をジメチルホルムアミド(DMF)に溶解した。その後、この溶液に、圧電体粒子としてPZT粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー(回転数2000rpm)で攪拌して、圧電体層を形成するための塗料を調製した。
・PZT粒子・・・・・・・・・・・300質量部
・シアノエチル化PVA・・・・・・・30質量部
・DMF・・・・・・・・・・・・・・70質量部
 なお、PZT粒子は、市販のPZT原料粉を1000~1200℃で焼結した後、これを平均粒径5μmになるように解砕および分級処理したものを用いた。
[Example 1]
[Preparation of piezoelectric film]
A piezoelectric film as shown in FIG. 5 was produced by the method shown in FIGS. 6 to 8 described above.
First, cyanoethylated PVA (CR-V, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was dissolved in dimethylformamide (DMF) at the following compositional ratio. After that, PZT particles as piezoelectric particles were added to this solution at the following composition ratio, and the mixture was stirred with a propeller mixer (rotation speed: 2000 rpm) to prepare a paint for forming a piezoelectric layer.
・PZT particles・・・・・・・・・・300 parts by mass ・Cyanoethylated PVA・・・・・・・・30 parts by mass ・DMF・・・・・・・・・・・・70 parts by mass The PZT particles used were obtained by sintering a commercially available PZT raw material powder at 1000 to 1200° C. and then pulverizing and classifying the sintered particles to an average particle size of 5 μm.
 一方、厚さ4μmのPETフィルムに、厚さ0.3μmの銅薄膜を真空蒸着してなるシート状物を用意した。すなわち、本例においては、第1電極層および第2電極層は、厚さ0.3μmの銅蒸着薄膜であり、第1保護層および第2保護層は、厚さ4μmのPETフィルムとなる。
 シート状物の第1電極層(銅蒸着薄膜)の上に、スライドコーターを用いて、先に調製した圧電体層を形成するための塗料を塗布した。なお、塗料は、乾燥後の塗膜の膜厚が50μmになるように、塗布した。
 次いで、シート状物に塗料を塗布した物を、120℃のホットプレート上で加熱乾燥することでDMFを蒸発させた。これにより、PET製の第1保護層の上に銅製の第1電極層を有し、その上に、厚さが50μmの圧電体層(高分子複合圧電体層)を有する積層体を作製した。
On the other hand, a sheet-like material was prepared by vacuum-depositing a copper thin film with a thickness of 0.3 μm on a PET film with a thickness of 4 μm. That is, in this example, the first electrode layer and the second electrode layer are 0.3 μm thick copper-deposited thin films, and the first protective layer and the second protective layer are 4 μm thick PET films.
Using a slide coater, the previously prepared coating material for forming the piezoelectric layer was applied onto the first electrode layer (copper-deposited thin film) of the sheet. In addition, the paint was applied so that the thickness of the coating film after drying was 50 μm.
Next, the sheet-like material coated with the paint was dried by heating on a hot plate at 120° C. to evaporate the DMF. Thus, a laminate having a first electrode layer made of copper on a first protective layer made of PET and a piezoelectric layer (polymer composite piezoelectric layer) having a thickness of 50 μm thereon was produced. .
 作製した圧電体層を、厚さ方向に分極処理した。 The produced piezoelectric layer was subjected to polarization treatment in the thickness direction.
 分極処理を行った圧電積層体の上に、第2電極層(銅薄膜側)を圧電体層に向けて、PETフィルムに同薄膜を蒸着したシート状物を積層した。
 次いで、圧電積層体とシート状物との積層体を、ラミネータ装置を用いて、温度120℃で熱圧着することで、圧電体層と第2電極層とを貼着して接着して、図5に示すような圧電フィルムを作製した。
A sheet-like material obtained by vapor-depositing the same thin film on a PET film was laminated on the polarized piezoelectric laminate with the second electrode layer (copper thin film side) facing the piezoelectric layer.
Next, the laminate of the piezoelectric laminate and the sheet-like material is thermocompression bonded at a temperature of 120° C. using a laminator, thereby adhering and bonding the piezoelectric layer and the second electrode layer. A piezoelectric film as shown in No. 5 was produced.
<圧電素子の作製>
 圧電フィルムを、平面形状が200mm×270mmの長方形に切り出した。切り出した圧電フィルムを長手方向に4回折り返して5層の圧電フィルムを積層した圧電素子を作製した。積層部の平面形状は200mm×50mmとした。積層する圧電フィルム間は貼着層(アクリル系粘着剤)で貼着した。積層部から突出した領域に電極引き出し部を形成した。圧電素子全体の厚さは400μmであった。
<Production of piezoelectric element>
The piezoelectric film was cut into a rectangle having a planar shape of 200 mm×270 mm. A piezoelectric element was fabricated by laminating five layers of piezoelectric films by folding the cut piezoelectric film four times in the longitudinal direction. The planar shape of the laminated portion was 200 mm×50 mm. An adhesive layer (acrylic pressure-sensitive adhesive) was used to adhere between the laminated piezoelectric films. An electrode lead-out portion was formed in a region protruding from the laminated portion. The thickness of the entire piezoelectric element was 400 μm.
<電気音響変換器の作製>
 作製した圧電素子の、積層部に高剛性層を貼着した。高剛性層は、材質SUS304、厚さ80μm、大きさ200mm×50mmとした。次に、高剛性層の、圧電素子とは反対側の面を振動板に貼着した。振動板としては、厚さ0.2mm、縦450mm×横500mmのPET板を用いた。振動板の横方向と圧電素子の長手方向を一致させて、振動板の中央に圧電素子の積層部中心を合わせて貼着した。圧電素子と高剛性層、および、高剛性層と振動板は、貼着層(アクリル系粘着剤)で貼着した。
<Fabrication of Electroacoustic Transducer>
A high-rigidity layer was adhered to the laminated portion of the manufactured piezoelectric element. The high-rigidity layer was made of SUS304, 80 μm thick, and 200 mm×50 mm in size. Next, the surface of the high-rigidity layer opposite to the piezoelectric element was adhered to the diaphragm. A PET plate having a thickness of 0.2 mm and a length of 450 mm and a width of 500 mm was used as the diaphragm. The lateral direction of the diaphragm and the longitudinal direction of the piezoelectric element were matched, and the center of the laminated part of the piezoelectric element was aligned with the center of the diaphragm and adhered. The piezoelectric element and the high-rigidity layer, and the high-rigidity layer and the vibration plate were adhered with an adhesion layer (acrylic adhesive).
 圧電素子、高剛性層および振動板のヤング率を上述の方法で測定し、断面二次モーメントを算出して、各部材の曲げ剛性を求めた。
 圧電素子は、ヤング率が10GPa、断面二次モーメントが1.1E-12、曲げ剛性K2が1.1E-2であった。
 高剛性層は、ヤング率が193GPa、断面二次モーメントが8.5E-15、曲げ剛性K3が1.6E-3であった。
 振動板は、ヤング率が4GPa、断面二次モーメントが1.1E-12、曲げ剛性K1が4.5E-3であった。
The Young's modulus of the piezoelectric element, the high-rigidity layer, and the diaphragm were measured by the method described above, the geometrical moment of inertia was calculated, and the flexural rigidity of each member was determined.
The piezoelectric element had a Young's modulus of 10 GPa, a geometrical moment of inertia of 1.1 E −12 , and a flexural rigidity K 2 of 1.1 E −2 .
The high-rigidity layer had a Young's modulus of 193 GPa, a geometrical moment of inertia of 8.5 E −15 , and a flexural rigidity K 3 of 1.6 E −3 .
The diaphragm had a Young's modulus of 4 GPa, a geometrical moment of inertia of 1.1 E −12 , and a flexural rigidity K 1 of 4.5 E −3 .
 [比較例1]
 高剛性層を有さない以外は実施例1と同様にして電気音響変換器を作製した。
[Comparative Example 1]
An electroacoustic transducer was produced in the same manner as in Example 1, except that the highly rigid layer was not provided.
[評価]
 作製した各実施例および比較例の電気音響変換器について、音圧を評価した。
[evaluation]
Sound pressure was evaluated for the fabricated electroacoustic transducers of Examples and Comparative Examples.
<音圧>
 振動板の短辺を支持し、圧電素子に対し、周波数2kHz、印加電圧50Vrmsのサイン波を入力し、振動板の中心から1m離れた距離に置かれたマイクロフォンで音圧を測定した。本測定を5回繰り返し、最大と最小を除く3点のデータの平均を代表値とした。
 結果を表1に示す。
<Sound pressure>
A sine wave with a frequency of 2 kHz and an applied voltage of 50 Vrms was input to the piezoelectric element while the short side of the diaphragm was supported, and the sound pressure was measured with a microphone placed at a distance of 1 m from the center of the diaphragm. This measurement was repeated 5 times, and the average of the data of 3 points excluding the maximum and minimum was used as the representative value.
Table 1 shows the results.
 表1から、本発明の実施例は比較例に比べて音圧が高いことがわかる。
 以上から本発明の効果は明らかである。
From Table 1, it can be seen that the sound pressure of the example of the present invention is higher than that of the comparative example.
From the above, the effect of the present invention is clear.
 10 圧電フィルム
 11a、11c シート状物
 11b 積層体
 16、19 貼着層
 20 圧電体層
 24 第1電極層
 26 第2電極層
 28 第1保護層
 30 第2保護層
 34 マトリックス
 36 圧電体粒子
 50 圧電素子
 58 芯棒
 100 電気音響変換器
 102 振動板
 104 高剛性層
REFERENCE SIGNS LIST 10 piezoelectric film 11a, 11c sheet 11b laminate 16, 19 adhesive layer 20 piezoelectric layer 24 first electrode layer 26 second electrode layer 28 first protective layer 30 second protective layer 34 matrix 36 piezoelectric particles 50 piezoelectric Element 58 Core rod 100 Electroacoustic transducer 102 Diaphragm 104 High rigidity layer

Claims (7)

  1.  振動板と、前記振動板に貼り付けられた圧電素子と、を有する電気音響変換器であって、
     前記振動板と、前記圧電素子との間に配置される高剛性層を有し、
     前記振動板の曲げ剛性をK1とし、前記圧電素子の曲げ剛性をK2とし、前記高剛性層の曲げ剛性をK3とすると、K1<K2<10×K3を満たす、電気音響変換器。
    An electroacoustic transducer having a diaphragm and a piezoelectric element attached to the diaphragm,
    Having a high-rigidity layer disposed between the diaphragm and the piezoelectric element,
    Let K1 be the flexural rigidity of the diaphragm, K2 be the flexural rigidity of the piezoelectric element, and K3 be the flexural rigidity of the high- rigidity layer. converter.
  2.  前記高剛性層の曲げ剛性K3は、0.03N・m2以下である、請求項1に記載の電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the bending stiffness K3 of the high stiffness layer is 0.03 N·m2 or less .
  3.  前記振動板の曲げ剛性K1は、0.02N・m2以下である、請求項1または2に記載の電気音響変換器。 3. The electroacoustic transducer according to claim 1 , wherein said diaphragm has a flexural rigidity K1 of 0.02 N.m2 or less.
  4.  平面視における、前記高剛性層の面積は、前記振動板の面積よりも小さい、請求項1または2に記載の電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 1 or 2, wherein the area of the high-rigidity layer in plan view is smaller than the area of the diaphragm.
  5.  前記圧電素子は、圧電体層と、前記圧電体層の両面に設けられる電極層と、前記電極層上に設けられる保護層と、を有する圧電フィルムを含む、請求項1または2に記載の電気音響変換器。 3. The electric device according to claim 1, wherein the piezoelectric element includes a piezoelectric film having a piezoelectric layer, electrode layers provided on both sides of the piezoelectric layer, and protective layers provided on the electrode layers. acoustic transducer.
  6.  前記圧電素子は、前記圧電フィルムを複数層、積層してなる、請求項5に記載の電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 5, wherein the piezoelectric element is formed by laminating a plurality of layers of the piezoelectric film.
  7.  前記圧電体層が、高分子材料を含むマトリックス中に圧電体粒子を含む高分子複合圧電体からなる、請求項5に記載の電気音響変換器。 6. The electroacoustic transducer according to claim 5, wherein the piezoelectric layer is composed of a polymeric composite piezoelectric body containing piezoelectric particles in a matrix containing a polymeric material.
PCT/JP2023/002784 2022-03-03 2023-01-30 Electroacoustic transducer WO2023166892A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022032644 2022-03-03
JP2022-032644 2022-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023166892A1 true WO2023166892A1 (en) 2023-09-07

Family

ID=87883294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/002784 WO2023166892A1 (en) 2022-03-03 2023-01-30 Electroacoustic transducer

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023166892A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015219528A (en) * 2014-05-20 2015-12-07 三星ディスプレイ株式會社Samsung Display Co.,Ltd. Display device
JP2019186829A (en) * 2018-04-13 2019-10-24 株式会社デンソーテン Sound output device
WO2020095812A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 富士フイルム株式会社 Laminated piezoelectric element and electro-acoustic transducer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015219528A (en) * 2014-05-20 2015-12-07 三星ディスプレイ株式會社Samsung Display Co.,Ltd. Display device
JP2019186829A (en) * 2018-04-13 2019-10-24 株式会社デンソーテン Sound output device
WO2020095812A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 富士フイルム株式会社 Laminated piezoelectric element and electro-acoustic transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7206294B2 (en) Laminated piezoelectric element and electroacoustic transducer
JP7137690B2 (en) Piezoelectric Films, Laminated Piezoelectric Elements and Electroacoustic Transducers
JP7166428B2 (en) Electroacoustic transducer
JP7265625B2 (en) Electroacoustic conversion film and electroacoustic transducer
JP7143524B2 (en) Polymer Composite Piezoelectric Materials and Piezoelectric Films
JP7137689B2 (en) Piezoelectric Films, Laminated Piezoelectric Elements and Electroacoustic Transducers
JP7177268B2 (en) Polymer Composite Piezoelectric Materials and Piezoelectric Films
WO2023166892A1 (en) Electroacoustic transducer
WO2023053750A1 (en) Piezoelectric element, and electro-acoustic converter
WO2023181699A1 (en) Electroacoustic transducer
WO2023053751A1 (en) Piezoelectric element, and electro-acoustic converter
WO2022196202A1 (en) Piezoelectric element
WO2023188966A1 (en) Piezoelectric film, piezoelectric element, and electroacoustic transducer
WO2023157532A1 (en) Piezoelectric element, and electro-acoustic converter
WO2023042542A1 (en) Piezoelectric element and electroacoustic transducer
WO2023153126A1 (en) Piezoelectric element and electroacoustic transducer
WO2023188929A1 (en) Piezoelectric film, piezoelectric element, and electroacoustic transducer
WO2023286544A1 (en) Piezoelectric film
JP7333410B2 (en) Laminated piezoelectric element
WO2023149073A1 (en) Piezoelectric device
JP7286790B2 (en) Piezoelectric element
WO2023248696A1 (en) Piezoelectric film, piezoelectric element, electroacoustic transducer, and method for manufacturing piezoelectric film
WO2023047958A1 (en) Multilayer piezoelectric element and electroacoustic transducer
WO2023021944A1 (en) Piezoelectric element and piezoelectric speaker
WO2023053758A1 (en) Piezoelectric film and laminated piezoelectric element

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23763154

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1