JPH02183132A

JPH02183132A - 形状記憶性ポリマーを用いた音センサ

Info

Publication number: JPH02183132A
Application number: JP1001348A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Kobayashi; 和之小林; Shunichi Hayashi; 俊一林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1990-07-17

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、形状記憶性ポリマーを用いた音センサに関す
るものである。

［従来の技術］従来、温度変化を音に変換させて感知する音センサとし
ては、例えば電気エネルギを用いないものとして、湯沸
しの蓋に突設させた穴から蒸気を噴出させて高い音を発
生させ、湯が沸いたことを知らせる型式の所謂湯沸笛吹
が良く知られている（実公昭５５−３４００９号等公報
参照）。

また、電気エネルギを用いるものとしては、サーミスタ
・バイメタル等の温度センサに圧電ブザーを組合せて、
温度変化を音に変換する音センサも広（知られている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前記の湯沸笛吹は、水蒸気圧を利用するため、
沸点近傍の温度しか感知することができない。

また、前記の圧電ブザーを組合せた音センサにおいては
、電気エネルギーを必要とするため、構造が複雑になり
易く、製造コストが嵩み、加えて使用時の電気消費量も
ばかにならない。

しかも、複雑な構造に起因して、故障が生じ易かったり
、故障が生じた際の修理、あるいは保守管理のための定
期的なオーバーホールが極めて煩雑であり、これらに掛
かる費用も大きい。

本発明は、以上の問題を解決し、広範囲の温度変化を感
知することができると共に、構造が簡単で、製造コスト
を安価にでき、しかも保守管理も容易にでき、加えて運
転コストを不要とすることのできる音センサを提供する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記目的を、（１）ガラス転移点が一３０〜５５°Ｃで、該ガラス転
移点前後において縦弾性率変化の大きい形状記憶性ポリ
マーを振動子として用い、該縦弾性率変化に伴う該振動
子の固有振動数の変化により発振周波数を変化させて音
色が変化するようにしたことを特徴とする形状記憶性ポ
リマーを用いた音センサ、（２）形状記憶性ポリマーが
、２官能ジイソシアナート、２官能ポリオール、及び活
性水素基を含む２官能鎖延長剤を、モル比で、ジイソシ
アナート：ボリオール：鎖延長剤＝２．００〜１．１０
：　１．００：　ｌ。

００〜０．１０となるように配合し、プレポリマー法に
より重合したポリウレタンで、末端にＭＣＯ基と０１１
基を略等量含有し、結晶化度が３〜５０重量％である」
上記の音センサ、により達成するものである。

１作用］本発明の音センサは、例えば第１図に示すように、形状
記憶性ポリマーからなる振動子１　（図中、ａは該振動
子１の長さ、ｂは幅、ｈは厚さ）を構造体２面に所謂片
持パリの状態で取付けて使用する場合、固有振動数ｆは
次の式で表すことができる。

ただし、ρ；単位体積質量１ｇ／ｃｍ’］Ｄ　　；　　
Ｅ　ｈ３／１２　（１−ν１）シ；ポワソン比に；振動モード及び振動子のＭＦＡ比ａ／ｂで決まる定数で、一般にはＫ　′−，３〜Ｉ０５　（０，５＜　ａ／　ｂ＜　５）
　　である。

例えば、ａ／　ｂ＝　１／　２で、モード数が１の時、
Ｋ　＝　３．５０８、ａ／ｂ＝１で、モード数が２の時、Ｋ　＝　８．５４７であることが実験的に知られている。

すなわち、振動子ｌは、縦弾性率Ｅがガラス転移点（以
下、Ｔｇ）の前後において大きく変化するため、上式で
表される固有振動数ｆが該Ｔｇを境として大きく変わり
、人の聴覚に音色が変化して感知され、これにより温度
の変化を知ることができる。

従って、振動子として使用する形状記憶性ポリマーを、
知りたい温度のＴｇを有するものとすることにより、謡
温度を適確に知ることができる。

また、本発明では、Ｔｇが一３０〜５５℃の形状記憶性
ポリマーを使用するため、この広い温度範囲内において
、所望の温度を感知できる振動子を提供することができ
る。

本発明で使用することのできる形状記憶性ポリマーとし
ては、ウレタン系ポリマー　スチレン−ブタジェン系ポ
リマー、結晶性ジエン系ポリマーフルボルネン系ポリマ
ー等のうち、Ｔｇが一３０〜５５℃であるものを挙げる
ことができる。

中でも、２官能ジインシアナート、２官能ポリオール、
及び活性水素基を含む２官能鎖延長剤を、モル比で、ジ
イソシアナートニボリオール：鎖延長剤−２，００〜１
．１０：　１，００：　１．００〜０．１０となるよう
に配合し、プレポリマー法により重合したポリウレタン
で、末端にＭＣＯ基とＯＲ基を略等量含有し、結晶化度
が３〜５０重世％のものが好ましい。

このポリウレタンは、分子の末端に余剰のＭＣＯ基を有
していないため、架橋反応が進行せず、鎖状の分子とな
っており、加えて上記結晶化度を有するため、熱可塑性
を示し、成形性が良好である。

従って、どのような形状の振動子であっても、容易に成
形することができる。

なお、本発明のポリウレタンの原料である２官能イソシ
アナートとしては、一般式がＯＣＭ−Ｒ−ＮＣＯで示さ
れ、Ｒはｌ又は２個のフェニレン基を意味するが、Ｒが
ないものであっても良く、具体的には、２．４−１−ル
エンジイソシアナート、４．４′−ジフェニルメタンジ
イソシアナート、カルボジイミド変成の４，４′−ジフ
ェニルメタンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソ
シアナート等が使用できる。

また、２官能ポリオールとしては、一般式が０１ｌＲ’
−ＯＲで示され　ｌ／はｌ又は２個のフェニレン基を意
味するが、Ｒ′がないものであっても良く、更には２官
能ポリオールと２官能カルボン酸又は環状エーテルとの
反応生成物等があり、具体的には、ポリプロピレングリ
コール、１，４−ブタングリコールアジペート、ポリテ
トラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ビ
スフェノールＡとプロピレンオキサイドとの反応生成物
等が使用できる。

活性水素基を含む２官能鎖延長剤としては、−般式が０
１１−Ｒ’−０１１で示され、Ｒ′は（ｃｌｎ基、１又
は２個のフェニレン基を意味し、更には該鎖延長剤と２
官能カルボン酸又は環状エーテルとの反応生成物等があ
り、具体的には、エチレングリコール、１．４−ブタン
グリコール、ビス（２−ハイドロキシエチル）ハイドロ
キノン、ビスフェノール八とエチレンオキサイドとの反
応生成物、ビスフェノール八とプロピレンオキサイドと
の反応生成物等が使用できる。

これらの原料から合成された本発明ポリウレタンは、次
の一般式で示すことができる。

ＨＯＲ’０ＣＯＮＨ（ＲＮＨＣＯＯＲ’　０ＣＯＮＨ）
　、ＲＮＨＣＯＯＲ’０ＣＯＮＨ（ＲＮＩＩＣＯＯＲ’
　ＯＣＯＮＨ）ｍＲＮｌｌｃＯＯＲ’０Ｈｔａ＝　１〜
１６　　ｎ＝　Ｑ〜１６［実施例］［１］形状記憶性ポリマーの調製同第１＃表に示すイソシアナートとポリオールとを同表の
割合となるよう配合させて反応させ、先ず、プレポリマ
ーを合成した。

次いで、これらのプレポリマーに第１表に示す鎖延長剤
を同表の割合となるよう配合させ、加熱して押出成形し
、形状記憶性ポリウレタンの平板状成形体を調製した。

このポリウレタン成形体の基本的物性は第１表に示す通
りであった。

−１７′ ［２１振動子の調製例［１］で得られた平板状成形体を所定寸法（本例では、
空調機のエアー吹出し温度を感知するために、該エアー
吹出１コに設置できる程度の大きさ）に裁断して、所望
形状に仕上げ加工して、振動子を調製した。

［３］音センサの使用例第１表中Ｎｏ、　３３のポリウレタン（７ｇ２２℃）を
使用した振動子】を、第２図に示すように、空調機の熱
交換機３の下部に設けられている舌部４とリアガイダ５
とで構成されるエアー吹出口６に取付け、音センサを構
成した。

この振動子１は、シロッコファン７から吹出されるエア
ー８により加振される。

このエアー８の温度が、振動子１を構成している形状記
憶性ポリウレタンのＴｇ（２２℃）前後になると、振動
子Ｉの縦弾性率Ｅが急激に変化し、これに伴って該振動
子ｌの固有振動数ｆも大きく変化するため、振動子１か
ら発振される音色が変わる。

この音色の変化により、空調機からの吹出しエアー８の
温度がＴ　ｇ　’＋’６ｊ後の温度に変化したことを感
知することができる。

また、振動子１のみの振動では実用的な音圧を得ること
ができず、音色の変化を人が容易に感知できない場合は
、第３図に示す音響構造を用いる。

すなわち、同図において、例えば銅製の断面コ字形の枠
体１０（内径ｄ、内側高さ１２）の先端部に振動子１を
固定し、該枠体ｌＧの上部に設けた穴（径Ｃ）からエア
ーを吹出させ、振動子１の振動を該枠体！０に反射させ
て共振させ、音圧を増幅させる。

振動子】の固有振動数ｆと音圧との関係は、第４図に示
す通りであり、この音圧は」１記の枠体１０のＣ＋ｄ＋
１２の取り方により変化するため、目的とする振動子ｌ
の共振周波数ｒ０に対しｃ、ｄ、Ｑを適切に選択するこ
とにより、所望の音圧を得ることができる。

これにより、振動子１の振動で実用的な音圧を得ること
ができ、音色の変化を容易に感知するこ七ができる。

また、図示は省略するが、音叉や、鹿威しの筒部や該筒
部打付部等を第１表の形状記憶性ポリウレタンで調製す
ることもできる。

音叉の場合は、音叉周辺の空気温度により、音叉をハン
マで叩いた時の音が変化する。

鹿威しの場合は、筒部に流す水の温度により、筒部が該
筒部打付部に打付けられた時の音が変化する（水温が低
ければカーノと澄んだ音がし、水温が高ければボコッと
鈍い音がする）。

発明の効果］以上の本発明によれば、次のような効果を奏することが
できる。

１）電気エネルギを必要とせず、目的とする常温近傍で
音色が変化する音センサを得ることができる。

２）本発明の振動子の加振源としては、空気の流れや、
機械的メカニズムを応用したハンマリングなど振動子を
加振するもの（前述の音叉や鹿威し等）であれば、どの
ようなものでも使用できるため、本発明音センサは広範
囲の分野で使用できる。

３）本発明に使用される形状記憶性ポリマー、特に形状
記憶性ポリウレタンは、成形性が良好であり、振動子の
成形に際し、通常の各種の成形方法を好ましく採用する
ことができる。

４）本発明音センサは、振動子を温度を検知したい箇所
に取付るだけで良いため、構造が極めて単純で、」１記
の３）と併せて製造コストが安価となる。

また、音色変化を感知し易くするための音響構造も極め
て単純であり、これに掛かるコストも安価となる。

５）」１記４）のように構造が極めて単純であることか
ら、本発明音センサは、故障も起こり難（、仮置故障し
ても修理は簡単であり、保守管理も容易となり、」１記
１）の電気エネルギを必要としないことと併せて、維持
コストが極めて安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明音センサの作用を説明するための本発明
音センサの取付態様を示す図、第２図は本発明音センサ
の使用例を示す図、第３図は本発明音センサの音圧を増
幅させるための音響構造の一例を示す図、第４図は振動
子の固有周波数と音圧との関係を示すグラフである。手− 続

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガラス転移点が−３０〜５５℃で、該ガラス転移
点前後において縦弾性率変化の大きい形状記憶性ポリマ
ーを振動子として用い、該縦弾性率変化に伴う該振動子
の固有振動数の変化により発振周波数を変化させて音色
が変化するようにしたことを特徴とする形状記憶性ポリ
マーを用いた音センサ。
（２）形状記憶性ポリマーが、２官能ジイソシアナート
、２官能ポリオール、及び活性水素基を含む２官能鎖延
長剤を、モル比で、ジイソシアナート：ポリオール：鎖
延長剤＝２．００〜１．１０：１．００：１．００〜０
．１０となるように配合し、プレポリマー法により重合
したポリウレタンで、末端にＭＣＯ基とＯＨ基を略等量
含有し、結晶化度が３〜５０重量％である請求項（１）
記載の音センサ。