JPS5932039B2 - Polymer piezoelectric transducer - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音響変換器（機器）の目的、性能によって接続
の方法が任意にとれ、感度を向上させたり、指向性を制
御したり、設計自由度の高い構成の高分子圧電トランス
デユーサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention allows for any connection method to be used depending on the purpose and performance of the acoustic transducer (equipment), to improve sensitivity, control directivity, and improve configuration with a high degree of design freedom. This invention relates to molecular piezoelectric transducers.

以下、本発明について図面とともに説明する。Hereinafter, the present invention will be explained with reference to the drawings.

まず、第１図に本発明に係る多分割電極の一実施例を示
しており、連続したポリフッ化ビニリデンフィルム等の
高分子圧電性フィルム１０両面に蒸着または接着、塗装
等の手段によって密着させた導電電極層を化学的、光学
的、機械的手段でもってエツチングし、機器の目的に応
じて任意の形に多数の方形状電極２．２’（ここで電極
２′は図面の裏面）を残したものである。First, FIG. 1 shows an embodiment of a multi-segmented electrode according to the present invention, in which a continuous polymeric piezoelectric film 10 such as a polyvinylidene fluoride film is adhered to both sides by means such as vapor deposition, adhesion, or painting. The conductive electrode layer is etched by chemical, optical, or mechanical means, leaving a large number of rectangular electrodes 2.2' (here, electrode 2' is the back side of the drawing) in any shape depending on the purpose of the device. It is something that

しかる後、図示した＋、−の記号のようにマルチ電極に
より交互に分極化し、圧電性をもたせたフィルム１の一
部分を第１図は示している。Thereafter, FIG. 1 shows a portion of the film 1 which is alternately polarized by multi-electrodes as indicated by the + and - symbols shown in the figure, thereby imparting piezoelectricity.

すなわち、第１図では一枚の圧電性フィルム１上に多数
の方形状電極２．２′ が設けられ、表裏面分極方向が
互いに異なるように分極され、かつ電極２，２′ は上
下および左右が同一面上において互いに異符号な分極を
もつ構成となっている。That is, in FIG. 1, a large number of rectangular electrodes 2, 2' are provided on one piezoelectric film 1, and the front and back surfaces are polarized in different directions, and the electrodes 2, 2' are arranged vertically and horizontally. have polarizations of opposite signs on the same plane.

また、３，４，５，６および３’、 ４’、 ５’、
６’ （３’〜６′は裏面）は組立時にトランスデユ
ーサとしての出力あるいは入力用あるいは結線用に使つ
リード線の結合端子部である。Also, 3, 4, 5, 6 and 3', 4', 5',
Reference numeral 6'(3' to 6' are on the back side) is a connecting terminal portion for a lead wire used for output or input as a transducer or for connection during assembly.

つぎに、第２図は第３図に示す一軸方向のみが曲率をも
つように曲げた格子状の窓を有する固定枠７の外側曲面
に、第１図の点線ｄｔｍで切り取られた素子ａ１ ｔ
ａ２ １ ａ３ ｔ ａ＋ 、・・・・・・・・
・の一つを貼り合せたものである。Next, FIG. 2 shows an element a1 t cut along the dotted line dtm in FIG.
a2 1 a3 t a+ ,・・・・・・・・・
・It is made by pasting together one of the following.

ここで、切り取られた素子ａ１〜ａ４・・・・・・・・
・を固定枠７に貼ったものを変換デバイスユニットと呼
ぶことにする。Here, the cut out elements a1 to a4...
・A device attached to the fixed frame 7 will be referred to as a conversion device unit.

また、図では１個の素子ａ０の中にさらに小さいチップ
（コンデンサを形成している）ｐｌ、ｐ２．ｐ３゜ｐ４
の４個が含まれるように切断寸法ｌ２ｍで記述している
が、これは機器の目的、性能に応じてチップが２個、３
個、４個、５個、６個、・・・・・・・・・となるよう
に任意の大きさに切断することができる。In addition, in the figure, smaller chips (forming a capacitor) pl, p2 . p3゜p4
Although the cutting size is 12m to include 4 chips, this may be 2 or 3 chips depending on the purpose and performance of the equipment.
It can be cut into any size, such as pieces, four pieces, five pieces, six pieces, etc.

ついで、一例として上記素子ａ１について内容を説明す
ると、チップｐ０ とｐ３は図面の表面が＋極、チップ
ｐ２とｐ４が一極になるように交互にマルチ分極された
ものである。Next, to explain the details of the element a1 as an example, the chips p0 and p3 are multi-polarized alternately so that the surface of the drawing is a positive pole, and the chips p2 and p4 are one pole.

今、素子ａ０の表側から音波が当り、フィルム全体が振
動して裏側に沈んだ時、チップｐ１．ｐ３の表に十の電
圧が発生したとすれば、分極の向きが逆であるからチッ
プｐ２．ｐ４の表には−の電圧が発生する。Now, when a sound wave hits the front side of element a0 and the entire film vibrates and sinks to the back side, chip p1. If a voltage of 10 is generated on the surface of p3, the direction of polarization is opposite, so the chip p2. A negative voltage is generated on the p4 table.

この時チップｐ２．ｐ４の裏側は当然子の電圧が発生し
ている。At this time, chip p2. Naturally, a child voltage is generated on the back side of p4.

これらのチップｐ１．ｐ２．ｐ３゜ｐ４を第２図および
第４図のように全部直列に接続すれば、３と６の端子部
間には１個のチップ間の発生電圧の４倍が得られ、感度
を高めることができる。These chips p1. p2. If p3 and p4 are all connected in series as shown in Figures 2 and 4, four times the voltage generated between one chip will be obtained between terminals 3 and 6, increasing the sensitivity. can.

第２図および第４図において８．９．１０は端子部３′
と４′、４と５，５′ と６′とを接続するリード線で
ある。In Figures 2 and 4, 8.9.10 is the terminal section 3'.
and 4', 4 and 5, and 5' and 6'.

第５図は他の接続状態を示しており、チップｐ１とｐ２
を直列に接続し、チップｐ３とｐ４を同様に直列に接続
し、これらを逆方向に並列に接続したものである。FIG. 5 shows another connection state, in which chips p1 and p2
are connected in series, chips p3 and p4 are similarly connected in series, and these are connected in parallel in opposite directions.

この場合例えば水平方向に対しては出力電圧は打ち消し
合って零、それと交わる方向には指向性をもち、双指向
性が得られる。In this case, for example, in the horizontal direction, the output voltages cancel each other out and become zero, and in the direction that intersects with the horizontal direction, the output voltages have directivity, resulting in bidirectionality.

第３図の固定枠７．としては一例ではプラスチックフレ
ームを用いてリード線８，１０で端子部３′と４’、
５’ と６′とを接続したが、第３図の点線部ｌＬ１２
をプラスチックメッキし、導電性接着剤を併用して端子
部３′と４７． ｓ／ と６′とを接続することもで
きる。Fixed frame 7 in Figure 3. In one example, a plastic frame is used to connect terminal parts 3' and 4' with lead wires 8 and 10.
5' and 6' were connected, but the dotted line part lL12 in Figure 3
Terminal parts 3' and 47. are plated with plastic and used with conductive adhesive. It is also possible to connect s/ and 6'.

また、メッキの代りに薄い金属リード片をプラスチック
成形時にインサートすることもできる。Furthermore, instead of plating, a thin metal lead piece can be inserted during plastic molding.

第６図は上記変換デバイスユニツ）ａｌ’、ａ２♂ａ
３／ 、 ａ 、 ／の複数個（本実施例では４個）を
一つの円周上に曲率な合せて配列した音響変換器への原
理的な応用例を示しており、この場合素子ａｌ 。Figure 6 shows the above conversion device units) al', a2♂a
3/, a, and / (four in this example) are arranged on a single circumference with the same curvature. This example shows a principle application to an acoustic transducer. In this case, the element al.

ａ２．ａ３．ａ４ もチップ（上記ｐ１．ｐ２．ｐ３゜
ｐ４のこと）も直列に接続すれば１個のチップに対し１
６倍の感度が得られる。a2. a3. If a4 and chips (referring to p1.p2.p3゜p4 above) are connected in series, one chip per chip.
Six times more sensitivity can be obtained.

図で１３はユニットａ１′〜ａ４′を固定またはハウジ
ングするケースの一部である。In the figure, 13 is a part of a case that fixes or houses the units a1' to a4'.

この時、ユニツ）ａ１′、ａ２’。ａ ３／ 、 ａ
、 ／を直列、並列の組合せで接続すれば、インピーダ
ンスの変化や指向性の制御に使える利点がある。At this time, units) a1', a2'. a 3/, a
, / are connected in series or in parallel, which has the advantage of being used to change impedance and control directivity.

第７図は機器の設計目的によって円形の固定枠（上記固
定枠７に対応）に貼れるように扇形の分割電極を実施し
た一例であり、大きなフィルムに上記と同様な電極パタ
ーンがとれる。FIG. 7 is an example of a fan-shaped divided electrode that can be attached to a circular fixed frame (corresponding to the fixed frame 7 described above) depending on the design purpose of the device, and the same electrode pattern as above can be formed on a large film.

第７図での番号は第１図と対応させである。The numbers in FIG. 7 correspond to those in FIG.

この場合は円形の固定枠に対応させて切断線７．ｍは円
形に打ち抜けばよい。In this case, cut line 7. m can be punched out in a circle.

なお、本発明の背景には、一軸方向に彎曲された高分子
圧電性フィルムの音圧感度は、そのフィルムの振動受波
面積に関係せず常に一定であるという理想的なモデルに
おける理論にもとづいた考えがあり、具体的な実施態様
、すなわち固定枠の周辺部のクランプ状態や縦と横の寸
法比等によって多少の感度変化はある。The present invention is based on the theory in an ideal model that the sound pressure sensitivity of a polymer piezoelectric film curved in a uniaxial direction is always constant regardless of the vibration receiving area of the film. Therefore, there are some changes in sensitivity depending on the specific implementation, ie, the clamping condition of the peripheral part of the fixed frame, the ratio of vertical and horizontal dimensions, etc.

参考までにその理論感度式を記述する。For reference, the theoretical sensitivity formula is described below.

感度１−１はマイクロホン出力を高インピーダンスで受
ける時は、 ここで、Ｒは振動膜の曲率、ｄはフィルムの圧電定数、
εはフィルムの誘電率である。Sensitivity 1-1 is when the microphone output is received at high impedance, where R is the curvature of the diaphragm, d is the piezoelectric constant of the film,
ε is the dielectric constant of the film.

上式において、感度は振動膜の曲率Ｒ、フィルムの圧電
定数ｄ、誘電率εに依存するが、振動膜面積には関係が
ない。In the above equation, the sensitivity depends on the curvature R of the diaphragm, the piezoelectric constant d of the film, and the dielectric constant ε, but is unrelated to the area of the diaphragm.

すなわち、１チツプ寸法を小さくしても１チツプそのも
のの感度は変らない。In other words, even if the size of one chip is reduced, the sensitivity of the one chip itself does not change.

したがって、これらチップを直列に接ぐことにより感度
を向上できる。Therefore, sensitivity can be improved by connecting these chips in series.

また、上記の実施例においては多分割電極の分極方向が
同一面における左右および上下が互いに異符号な分極を
もつバイスユニットで説明したが、これは左右が同符号
で上下が異符号な分極をもつデバイスユニットでもよい
ことはもちろんである。In addition, in the above embodiment, the polarization directions of the multi-divided electrodes were explained using a vice unit in which the left and right sides and the top and bottom of the same plane have polarizations with different signs, but this is a vice unit in which the left and right sides have the same sign and the top and bottom have polarizations with different signs. Of course, a device unit with a

以上のように本発明は構成されているものであり、１個
の振動膜（圧電性フィルム）上に複数個のチップを交互
に分極しであるから、機器の目的、性能によって接続の
方法が任意にとれ、感度を向上させたり、内部インピー
ダンスを変化させたり、指向性を制御したり、設計自由
度の高いものが得られ、産業性の犬なるものである。The present invention is constructed as described above, and since a plurality of chips are alternately polarized on one vibrating membrane (piezoelectric film), the connection method may vary depending on the purpose and performance of the device. It can be used arbitrarily to improve sensitivity, change internal impedance, control directivity, and provide a high degree of design freedom, making it an industrial dog.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の高分子圧電トランスデユーサに係る多
分割電極の一実施例の上面図、第２図は同変換デバイス
ユニットの一実施例の斜視図、第３図は同デバイスユニ
ットを構成する固定枠の斜視図、第４図および第５図は
同デバイスユニットの接続状態を示す模式図、第６図は
同デバイスユニットを一つの円周上に曲率な合せて複数
個配列した変換器の応用例を示す斜視図、第７図は多分
割電極の他の実施例を示す上面図である。 １・・・・・・高分子圧電性フィルム、２，２′−・・
・・・多分割電極、３・・・・・・固定枠。[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] Fig. 1 is a top view of an embodiment of a multi-segmented electrode according to the polymer piezoelectric transducer of the present invention, and Fig. 2 is a perspective view of an embodiment of the conversion device unit. Figure 3 is a perspective view of the fixed frame constituting the device unit, Figures 4 and 5 are schematic diagrams showing the connection state of the device unit, and Figure 6 is a perspective view of the device unit with no curvature on one circumference. FIG. 7 is a perspective view showing an application example of a plurality of transducers arranged in total, and a top view showing another example of the multi-divided electrode. 1... Polymer piezoelectric film, 2,2'-...
...Multi-divided electrode, 3...Fixed frame.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 高分子圧電性フィルムを用いたトランスデユーサに
おいて、一枚の振動膜（圧電性フィルム）上に複数個の
多分割電極を設け、上記フィルムの表裏面分極方向が互
いに異なるように分極し、それらの分割された電極を直
列または並列に接続するとともに上記フィルムな一軸方
向のみが曲率なもつように湾曲して構成したことを特徴
とした高分子圧電トランスデユーサ。 ２ 多分割電極の分極方向が、同一面における左右およ
び上下が互いに異符号な分極をもつ構成とした特許請求
の範囲第１項記載の高分子圧電トランスデユーサ。 ３ 多分割電極の分極方向が、同一面における左右が同
符号で上下が異符号な分極をもつ構成とした特許請求の
範囲第１項記載の高分子圧電トランスデユーサ。 ４ 多分割電極を直列または並列に接続してなる特許請
求の範囲第２項または第３項記載の高分子圧電トランス
デユーサ。 ５ 多分割電極をそれぞれ独立に固定する格子状の窓を
有し、かつ一軸方向のみが曲率な持つように湾曲した固
定枠を用いてなる特許請求の範囲第２項、第３項または
第４項記載の高分子圧電トランスデユーサ。[Claims] 1. In a transducer using a polymer piezoelectric film, a plurality of multi-segmented electrodes are provided on one vibrating membrane (piezoelectric film), and the polarization directions of the front and back surfaces of the film are mutually A polymer piezoelectric transducer characterized by being polarized differently, connecting the divided electrodes in series or parallel, and curving the film so that only one axial direction thereof has a curvature. 2. The polymer piezoelectric transducer according to claim 1, wherein the polarization directions of the multi-segmented electrodes are polarized with opposite signs on the left and right sides and the top and bottom of the same plane. 3. The polymer piezoelectric transducer according to claim 1, wherein the polarization directions of the multi-divided electrodes are polarized with the same sign on the left and right sides and different signs on the top and bottom on the same plane. 4. A polymer piezoelectric transducer according to claim 2 or 3, comprising multi-divided electrodes connected in series or in parallel. 5. Claims 2, 3, or 4, which use a fixing frame that has a grid-like window that fixes each of the multi-divided electrodes independently and is curved so that it has curvature in only one axis direction. Polymer piezoelectric transducer as described in .