JPH08511671A - 折り畳み型誘電体フィルム要素及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 折り曲げられて折り畳み部（Ｌ）とした誘電体フィルム（１、２）からなり、電極（Ｋ）を備えた、エネルギー変換装置として機能する折り畳み型誘電体フィルム要素。電極（Ｋ）は折り畳み部（Ｌ）の中で、種々の電極が連続する折り畳み部の中に置かれ、電場の強さが１つの折り畳み部において増加し、他の折り畳み部においては減少するように配置されている。本発明の要素は、高い音の出力を達成することができ、ノイズを減衰させる用途においては、要素は多方面に効果をもって機能し、空気が折り畳み部の間を流れるときパッシブな抑制効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 折り畳み型誘電体フィルム要素及びその製造方法 本発明は請求の範囲第１項に記載のエネルギー変換装置として機能する折り畳 み型誘電体フィルム要素及びそのようなフィルム要素を製造する方法に関する。 この種のフィルムは音の発生、測定及び抑制に使用できる。もっと一般的に言え ば、本発明は電気的エネルギーを機械的エネルギーにあるいは機械的エネルギー を電気的エネルギーに変換することに関するものである。これに似たフィルムは 、例えば米国特許第４，６５４，５４６号明細書に記載されている。 この種のエネルギー変換装置において電場を働かせるためには、使用するエア ギャップを非常に小さくして十分な電場の強さを達成させなければならない。し かしながら、そのために変換装置の能力を弱めてしまうことになる。 本発明の目的は、折り畳み型誘電体フィルムを用いて、その折り畳んだものに 電極を入れることによって、変換装置によって置き換えられる空気あるいは媒体 の量を増やすための新規な解決法を提供することである。本発明の解決法の特徴 は請求項に詳細に記載してある。 本発明の解決法は、音響装置において大きな空気圧、例えば音の圧力を出させ ながら同時に大きくなった空気の移動量を利用することを可能にするものである 。 本発明はまた変換装置の要素を製造する方法にも関している。その方法は、ま ず折り畳んだ要素を押圧して曲がり角の部分を鋭いエッジとなるようにし、その 後要素を引っ張って要素が自然の曲率を持つようにしてなだらかな勾配のＳ字状 にし、このようにして折り畳み部が電場の力を受けるとき安定な位置に保持され る。 本発明によって得られた要素は大きな音響を達成することができる。ノイズを 抑える用途の場合、この要素は多方面に機能し、折り畳んだ物の間のギャップに 空気が流れている間ノイズを受動的に抑える。音波によって発生する電気エネル ギーは電極の抵抗で熱に変換する。音の圧力に応ずる信号を測定して逆位相でも う一つの要素に供給する。初めに述べた２つの原理により、いかなる方向から来 るいかなる周波数の音波でも抑え、低い周波数の場合、斜めの角度から来る音波 をも抑える。本要素の音の減衰容量は最高２０ｄＢである。 以下に添付の図面を参照して、本発明を実施例により説明する。図１ａ及び図 １ｂは本発明による折り畳み型誘電体フィルムを示し、図２ａ及び図２ｂは本発 明によるもう一つの折り畳み型誘電体フィルムを示し、図３ａ及び３ｂは本発明 による第３番目の折り畳み型誘電体フィルムを示している。図４ａは可変利得増 幅回路を示し、図４ｂは曲がったフィルムを示している。図５ａ〜図５ｃは壁構 造とその容量を説明し、図６及び図７は本発明による回路の接続例を示している 。図８は一方の側に金属メッキを施したエレクトレットフィルムを示している。 図１ａは本発明の一実施態様を提示しており、２つのフィルム層１、２を互い に重ね合わせた密に折り畳んだ誘電体フィルム要素（折り畳み部Ｌ）を示してい る。図１において、連続する折り畳み部Ｌの電場を電圧のコントロールにより交 互に強めたり、弱めたりする。折り畳み型要素において、電荷Ｑに荷電した、連 続して折り畳まれたフィルムを電極層Ｋで被覆して反対の極の対照電極を折り畳 み部Ｌの両側に置く。そのようなフィルム要素は例えば永久に荷電されたエレク トレットフィルム、あるいは三層であって真ん中のフィルムが半導体材料からな り、電荷Ｑを与えるｄ．ｃ．電位に接続されている（Ｋ層の一方の側の対照シグ ナル△及びＫ層の反対側の逆位相の対照シグナル−△）フィルムから製造できる 。図１ｂは対照電極Ｋの構造を説明している。電極は両方とも直角のエッジを有 し、そこから出発する垂直の数個の棒からなっており、反対の電極の棒の間に存 在している。各折り畳み部Ｌはその両端で隣接する折り畳み部Ｌとその中央の部 分で接合している。そのような要素は音の再生装置に従来の増幅装置を用いて制 御することができる。 静電気の原理により得ることのできる圧力は次式で表される。 Ｐ＝ １／２εＥ２＝ １／２ε（Ｕ／ｓ）２ 上記式中、εは誘電率、Ｅは電場の強さ、Ｕは電圧、そしてｓは電極間の距離で あり、本発明により与えられる折り畳み部Ｌの場合のように、距離に依存する項 が出来るかぎり変動の無いことが良好な直線性を達成するのに非常に重要である 。 静電気の原理を利用する音の再生装置は一般に穴開きステータ板とそれらの間 の動き可能な薄膜電極を用いる。電場の力はステータ板にも影響するから、その 中に望ましくない共鳴が起こる。更に、要素は十分な出力を得るために大きくな ければならない。 本発明における音の再生装置は、電極を形成した折り畳みフィルム構造物たっ た１つからなる。 もう１つの態様では（図２ａ）、電極Ｋを、折り畳み部Ｌの両側に正極電位、 正極制御シグナル△、負極電位及び逆位相における制御シグナル電位−△を順次 接続配置する。電極Ｋはフィルムの端部で同種の電極を一緒にすることによって 接続する。正極及び負極に対する電圧は高い抵抗を通して接続できる。正及び負 の電荷はいわゆるエレクトレット電荷を誘電フィルムに、正電荷、負電荷と交互 に循環するように注入することによって置き換えてもよい。本発明のフィルムは 音あるいは振動の測定に使用することができる。すなわち、電極の動きに対応す る電気エネルギーが△及び−△電極に誘導される。 図１ａに示されたフィルム要素は一方の側が金属メッキされた薄いプラスチッ クフィルムから作成できる。そこでは電極Ｋを、回路板を製造するときに利用さ れる技術を用いてエッチングする。その後、フィルムを曲げて、例えば高さが１ 〜１０ｍｍ、各間の距離が０．１ｍｍの折り畳み部Ｌにする。図２ａに示した２ つのフィルムからなる構造において、エレクトレット電荷がフィルム間に入って いる。電極の棒Ｋは大きな間隔をおいて離れており、正極と負極の間に電位がか けられている（図２ｂ及び２ｃ）。図４ａ及び４ｂは２つの折り畳まれたフィル ム３が交差して配置された本発明の１つの態様を示している。その一方のフィル ムには、可変利得増幅装置Ａを経て参照シグナルＩが入り、他方のフィルムから 得られる音の圧力に対応する測定シグナルは、可変利得増幅装置のインプットに 逆位相として入る。音の再生装置に加えて、このフィルム要素は対照シグナルを ゼロの設定するとアクティブな抑制要素として使用することができる。この要素 を保護層４で被覆してもよい、両保護層は例えば薄膜でもよく、厚目の板でもよ い。図３ａに示されている幾つかの、すなわち少なくとも２つの要素を互いの上 に置き、その最外層に保護層４を置くことができる。図３ｂにおいて、正極、負 極に大きな抵抗Ｒ１を通して電圧を印加する。電極Ｋに関しては、図３ｃは図２ ｂに対応している。 本発明の要素は非常に軽く、耐久性があり、大きな電力容量を持っている。フ ィルム１、２は平たい気泡を含むプラスチックフィルムから作成するのが好まし い。その理由はそのようなフィルムはエレクトレット電荷をよく保持し、可能な 限り軽いからである。この種のフィルムは米国特許第４，６５４，５４６号明細 書に記載されている。本発明は音源装置として特に効果的である。その理由はフ ィルムの動きが音の方向と反対であり、そのためフィルムの大きな慣性力は音の 方向にカウンターモーメントを生じないからである。ノイズ抑制装置において、 本要素は多方面で効果的に機能する。折り畳み部Ｌ間を流れる空気は粘性の減衰 を起こし、フィルムは粘弾性の性質が生じる。 抵抗性のある電極層を用いることによって、要素中に相のシフトが起こり、水 平方向にのみ方向のパターンが広がる。いろいろの方向におけるパターンを得る ために、要素を曲がった形状にすることもできる（図４ｂ）。 本発明は、電気的エネルギーを機械的な動きや振動に変えたり、逆に機械的動 きや振動を電気的エネルギーに変えるように設計して他の多くの用途に利用して もよい。両場合とも、非常に高い効率が達成される。 図５は本発明の一例を示している。この例では、小板７を壁８又は板の各側に 付け、要素５及び６をその小板の上に載せ、その要素は導電体９に電気的に接続 される。ノイズがあると要素５に電荷の変化が発生し、それは逆位相で要素６に 入る。もし、壁が例えば、２０ｄＢの受動的な減衰性を有し、要素が１０％の効 率を有するならば、両方向に完全な減衰を達成することになる（図５ｂ）。要素 の効率及び減衰は＋又は−の電圧を変えるか、あるいは適当なエレクトレット電 位を選ぶことによって、各実際の用途に応じて最良の効率そして最善の減衰を得 るように調節することができる。また、折り畳み密度を変えることもできる。 導電体９にはインダクタンスあるいは他の種類のパッシブ成分を入れて、要素 ５、６間で周波数特性や位相シフト特性を調節することも可能である。更に、小 板７間の共鳴空間を利用することも可能である（図５ｃ）。 ある用途においては、より多くの要素５、６を使用することができる。そして その要素は用途の応じて種々の方法で互いに接続することができる。アクティブ な増幅装置或いはフィルターを使用することもできる。要素５、６は音のパッシ ブ減衰効果をも有し、かつ非常に高い効率を有するから、中間のパッシブ減衰用 層を使用することは必ずしも必要でない。 図６は本発明の一つの態様を示す。その態様においては、３番目毎の折り畳み 部Ｌを制御増幅装置Ａの出力に接続し、一方２番目毎の折り畳み部は音を発する ものとし、フィードバックシグナルとして増幅装置Ａに接続させる。図７はエレ クトレットフィルムを用いて備えられた対応する回路を示している。折り畳み部 の表面には電荷があり、反対側は多孔質の保護板１０が備えられている。図８は 一方の側にある連続した金属メッキ１１を有するエレクトレットフィルム（折り 畳み部Ｌ）が音を発生させたり、測定したりする要素として機能する構造を示し ている。 本発明の種々の態様は上記実施態様に限定されるものではなく、その代わりに 請求項の範囲内で変えてもよいことは当業者にとって自明のことである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも１つの誘電体フィルム（１、２）からなり、その誘電体フィル ム（１、２）は折り曲げて折り畳み部（Ｌ）とし、電極（Ｋ）を備えた、エネル ギー変換装置として機能する折り畳み型誘電体フィルム要素であって、折り畳み 部（Ｌ）に種々の電極（Ｋ）を、電場の強度が１つの折り畳み部の中では増加し 、他の折り畳み部中では減少するように、連続する折り畳み部中に置いて配置さ せることを特徴とする、折り畳み型誘電体フィルム要素。 ２． 電極（Ｋ）は、折り畳み部（Ｌ）中に、連続する折り畳み部における電極 層が、ｄ．ｃ．電圧電極（＋）、ａ．ｃ．電圧電極（△）、ｄ．ｃ．電圧電極（ −）及び逆位相のａ．ｃ．電圧電極（−△）の順で生じるように配置されている ことを特徴とする、請求の範囲１に記載のフィルム要素。 ３． 電極（Ｋ）は、折り畳み部（Ｌ）中に、連続する折り畳み部における電極 層が、エレクトレット電荷（＋）、ａ．ｃ．電圧電極（△）、エレクトレット電 荷（−）及び逆位相のａ．ｃ．電圧電極（−△）の順で生じるように配置されて いることを特徴とする、請求の範囲１に記載のフィルム要素。 ４． 電荷（Ｑ）を有するフィルム（１、２）を、連続する折り畳み部において ａ．ｃ．電圧電極（△）及び逆位相の電極（−△）が折り畳み部の相対する側に なるように電極層で被覆することを特徴とする、請求の範囲１に記載のフィルム 要素。 ５． 要素が少なくとも１つの保護層（４）で被覆されていることを特徴とする 、請求の範囲１に記載のフィルム要素。 ６． 保護層が多孔質保護板（１０）であることを特徴とする、請求の範囲５に 記載のフィルム要素。 ７． フィルム（１、２）が一方の側に連続金属メッキを有することを特徴とす る、請求の範囲１に記載のフィルム要素。 ８． フィルム（１、２）が平らな気泡を含むプラスチックフィルムであること を特徴とする、請求の範囲１に記載のフィルム要素。 ９． 音の発生あるいは減衰のために、折り畳んだフィルム要素（Ｌ）の少なく とも１つにフィードバック機能を備え、かつ音発生部材及び音測定部材を有し、 これら部材は電気的に接続されており、これらの間に可変利得増幅装置（Ａ）を 有することを特徴とする、請求の範囲１に記載のフィルム要素。 １０．エネルギー変換装置として機能し、少なくとも１つの誘電体フィルム（１ 、２）からなり、該フィルム（１、２）は折り曲げて折り畳み部（Ｌ）となって おり、電極（Ｋ）が備えられている折り畳み型誘電体フィルム要素（３、５、６ ）を製造する方法において、電極（Ｋ）を、連続する折り畳み部（Ｌ）に種々の 電極を、隣接する折り畳み部中の電場の強さが１つの折り畳み部においては増加 し、他の折り畳み部においては減少するように配置し、折り畳み型要素（３、５ 、６）を圧縮して密着した成形体とし、その際要素を引っ張って折り畳み部（Ｌ ）が緩やかな勾配でＳ字状態に曲率を持たせ、折り畳み部を電場の力を受けたと き似安定した位置に保持するようにしたことを特徴とする、上記折り畳み型誘電 体フィルム要素を製造する方法。