CN101636264A

CN101636264A - 声学致动板结构

Info

Publication number: CN101636264A
Application number: CN200880005581A
Authority: CN
Inventors: 埃里奇·宏卡科斯基; 安迪·科罗涅米; 海尼·奥哈拉; 帕斯·派尔托拉; 萨里·托米宁
Original assignee: Panphonics Oy
Current assignee: Panphonics Oy
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: CN101636264B; US9301055B2; JP5568313B2; WO2008102063A1; JP2010519839A; EP2121302A4; EP2121302A1; FI20070155A0; US20100008525A1

Abstract

声学致动板结构是用于声学应用中。本发明的声学致动板结构含有驻极体材料，以及包括结构上较易损坏的驻极体层(1)和结构上较牢固的支持结构层(2)，其中驻极体材料的特定的电阻率至少为10Ωm并且其屈服点高，支持层材料的塑性区比驻极体材料的塑性区宽。驻极体层(1)可由即使在高温和潮湿条件下仍能极好地保持其驻极体性能的材料制成。这种材料可以是易碎的。支持结构层(2)为该声学致动板结构提供机械和结构强度。

Description

声学致动板结构

发明背景

[0001]本发明涉及包括含有驻极体材料的驻极体层和支持结构层的声学致动板结构。

[0002]驻极体板结构包括带有永久或持久电荷的塑料膜。这些驻极体膜被用于声学应用中，例如麦克风和扬声器。

[0003]驻极体膜的材料可以是常规塑料，例如聚碳酸酯PC、聚酯或聚丙烯PP。但是，例如由于潮湿或温度，这类驻极体膜的电荷会相当快地减少。

[0004]在极性塑料材料中，在膜外可见的电荷场不仅可以减小，还可以改变其符号成为相反电性，由此，即使在保持了电荷水平的情况下，应用中的电性也不能保持稳定。由含氟聚合物如聚四氟乙烯PTFE制成的驻极体膜的驻极体性能保持得相当好，甚至在高温和潮湿条件下。但是，含氟聚合物相当昂贵，并且它们的工艺非常苛刻，这限制了它们在驻极体膜中的使用。

[0005]US 4,626,263公开了含有非极性聚合物和极性聚合物以及改性非极性聚合物的驻极体。将上述所有物质混合，并将混合物例如挤压成膜。然而，这种驻极体的制造方法总体上相当复杂。此外，该驻极体的性能总的来说不是非常理想，尤其是对于最高要求的声学应用来说。

[0006]环烯烃共聚物COC很适合于作为驻极体膜的材料，这是因为其相当好地保持其电荷并且其价格也是合理的。对于驻极体膜的实际应用，关键性能还包括，环烯烃共聚物COC无需预处理而可容易地金属化形成导电表面，并且水不易透过该材料。由环烯烃共聚物制成的膜很好地保持其电荷并且耐高温，但是它们易碎，这限制了该材料在制造膜和实际应用中的使用。

[0007]US6,489,033公开了一种解决方案，其旨在通过形成环烯烃共聚物COC和一些其它的不同聚烯烃的混合物而改善环烯烃共聚物COC的耐久性和机械加工性。该混合物然后形成驻极体膜。但是，掺杂环烯烃共聚物COC或向其中加入添加剂来减小脆性破坏了在实际环境中其保持电荷的能力。因此，所公开的解决方案不能产生足够好的驻极体膜，尤其是对于极高要求的声学应用。

[0008]GB1,394,347公开了用在扬声器、耳机或作为偏压膜(biased film)用在麦克风中的驻极体膜。这种驻极体膜为双层元件，例如以聚四氟乙烯PTFE或氟乙烯丙烯FEP为驻极体材料。它们的屈服点过低，以致于它们单独不适合于目标使用。因此，该公开物提出使用比该驻极体材料的屈服点高的支持层。用作驻极体材料并且具有低屈服点的材料的密度相当高。因此，这种结构具有质量响应惯性，并且这种结构的共振频率会相当低。总体而言，能量需求相当高，特别是当产生高频时。

发明内容

[0009]本发明的目的是提供新的声学致动板结构。

[0010]本发明的声学致动板结构特征在于，驻极体材料的特定的电阻率至少为10¹⁴Ω/m，驻极体材料的屈服点高，并且支持结构层材料的塑性区比驻极体材料的区域宽。

[0011]本发明的思想在于，声学致动板结构包括含有驻极体材料的驻极体层和支持结构层。驻极体材料的特定的电阻率至少为10¹⁴Ω/m。另外，驻极体材料的屈服点高。支持结构层材料的塑性区比驻极体材料的宽，即支持结构层的韧性比驻极体材料的强。因此，驻极体材料可以是脆性的，并且从制造工艺观点看难以就此使用。支持结构层在不降低屈服点情况下减小了脆性。以此方式，产生声学致动板结构，其即使在高温和潮湿条件下也极好地保持了驻极体性能。该结构整体上是耐用和可用的，甚至在高要求声学应用中。总体而言，这种解决方案是简单并易于制造的。

[0012]一个实施例的思想是，驻极体层由环烯烃共聚物COC制成，这样该声学致动板结构的驻极体性能极好并且其价格也是合理的。

[0013]第二个实施例的思想是，支持结构层由极性塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET制成。驻极体层以其电场将分子结构为极性的塑料性能稳定化。然后例如使得声学致动板结构的两外表面呈现相同性质的电荷成为可能。

[0014]第三实施例的思想是，支持结构层为塑料膜，驻极体层也优选是膜。这种类型的结构非常适用于在采用移动膜的声学应用中使用。

附图说明

[0015]本发明结合附图将得到更详细地说明。

图1为一声学致动板结构横截面的侧视图；

图2为第二声学致动板结构横截面的侧视图；

图3为第三声学致动板结构横截面的侧视图；

图4为第四声学致动板结构横截面的侧视图。

[0016]在各图中，为了清楚起见，本发明的一些实施例所示图中类似的部件以相同的附图标记标注。

具体实施方式

[0017]图1显示了具有驻极体层1和支持该驻极体层1的支持结构层2的声学致动板结构。该驻极体层1由驻极体材料制成，在其上可形成永久或持久的驻极体电荷。

[0018]该声学致动板结构为用于检测和/或产生振动的结构。因此，该结构例如用在扬声器中发声或用在麦克风中将声压通过振动转换为电信号，或者该结构用在用于吸声的声学致动器中。因而该声学致动板结构需要忍受持续的振动，即变形和弯曲。这种情况下，当该声学致动板结构用作振动器或振动接收器时，振动是指装置的正常运转。因此，变形和弯曲保持在低于材料的弹性限值下。

[0019]材料的弹性范围指材料伸展并在应力解除后回复其原始形状的范围。在塑性区中，材料伸展，但是这部分不回复其原始形状。屈服点为介于弹性范围和塑性区之间的点。当超过塑性区时，这部分弹性结构破坏。如果材料的塑性区窄，则材料易碎。

[0020]驻极体材料的驻极体性能必需尽可能好。因此，驻极体材料的特定的电阻率至少为10¹⁴Ω/m。如果需要的话，驻极体材料的驻极体性能也可用某种其它方式定义，例如通过使用特定的电阻率的倒数，电导率。

[0021]此外，驻极体材料的屈服点高。于是该声学致动板结构的性能甚至在高要求的声学应用中也是极好的。在本发明解决方案中足够好的屈服点大小，即弹性范围和塑性区的边界值的大小可例如以这种方式描述：聚四氟乙烯PTFE或氟乙烯丙烯FEP的屈服点太低，而环烯烃共聚物COC或环烯烃聚合物COP的屈服点足够高。

[0022]支持结构层2材料的塑性区比驻极体材料的宽。在定义塑性区的宽度时，可以说例如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰胺PA、聚碳酸脂PC、聚乙烯PE或聚丙烯PP的塑性区足够宽。相反，环烯烃共聚物COC或环烯烃聚合物COP的塑性区不是足够宽，并且所述材料本身太易碎而不能提供好的最终结果。

[0023]支持结构层2的弹性范围应优选尽可能是线性并且其屈服点应该高。塑性区应该宽，从而该声学致动板结构的制造能够相对容易的完成，并且最终产品在运输和安装期间，能承受超出工作范围的附加瞬时变形而不破坏。

[0024]驻极体层1优选由环烯烃共聚物COC形成，该环烯烃共聚物COC相当好地保持其电荷并且价格相当合理。环烯烃共聚物也无需预处理而可容易地金属化形成导电表面。此外，水不易穿过该材料。

[0025]支持结构层2优选由具有极性分子结构的材料制成。作为用于支持结构层2的材料的优选备选物为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，该聚对苯二甲酸乙二醇酯PET为廉价塑料，具有极性分子结构，高弹性边界值，以及尤其是宽塑性区和容易的机械加工性。例如，环烯烃共聚物作为驻极体层1的材料，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET作为支持结构层2的材料，合起来形成好的实体，因为环烯烃共聚物极好地保留其正电荷，并以电场将分子结构为极性的聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的性能稳定化。在这种解决方案中，可使声学致动板结构的两个外表面都呈现正电荷。

[0026]驻极体层1的材料也可不同于环烯烃共聚物COC，例如为环烯烃聚合物COP或某些其它适合的材料。该材料也可以是相当易碎的，因为其与支持结构层2配合在一起组成该声学致动板机构。支持结构层2的材料可为不同于聚对苯二甲酸乙二醇酯PET的其它极性聚合物，例如聚碳酸脂PC或某些其它适合的极性聚合物。另外，支持结构层2不必由极性聚合物制成，而是也可由聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚酰胺PA或某些其它适合的材料制成。

[0027]该声学致动板结构也可以如图2所示，其中膜具有3层，中间层为驻极体层1，两外层为支持结构层2。这种情况下，例如当驻极体层由环烯烃共聚物COC制成并且支持结构层2由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET制成，也可使该结构的外表面呈现相同性质的电荷。

[0028]此外，该声学致动板结构可以如图3所示，其中中间层为支持结构层2，设置在驻极体层1之间。还很清楚的是，在声学致动板结构中可以存在两个以上的支持结构层2和驻极体层1。除了所述的层，声学致动板结构还可以具有其它层，例如导电层或粘合层。

[0029]驻极体层1不必为膜，也可以为结合在支持结构层2表面上的溶液、粉末、蒸汽或纤维。支持结构层2也不必为膜，可以由纤维结构制成或为某些其它适合于支持结构的解决方案。

[0030]图4显示了这样的实施例，其中声学致动板结构由不同的纤维形成。该声学致动板结构的驻极体层1由例如环烯烃共聚物的纤维制成，支持结构层2又由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET纤维形成。图4的结构可以为空气可穿透的或者空气不可穿透的。

[0031]通过采用电晕放电、电子轰击、蒸发、电场或某些其它本身已知的方式，该声学致动板结构的驻极体层1的材料可以被充电为驻极体。通过对几乎熔融的聚合物或疏松结构充电，并仅在充电后形成最终结构，该驻极体也可在制造声学致动板结构期间被充电。

[0032]该声学致动板结构可以例如通过对两层或多层塑料膜进行挤压形成至少一个驻极体层1和至少一个支持结构层2而形成，。也可通过对单独的膜挤压形成驻极体层1和挤压膜形成支持结构层2，并通过例如粘合将两膜结合在一起，来形成该声学致动板结构。于是，驻极体层1和支持结构层3在它们之间具有胶水，即粘合材料层。也可采用例如层压、喷涂和涂布方法来构建该声学致动板结构。

[0033]该声学致动板结构可用在声学应用中，例如麦克风或扬声器。此外，该声学致动板结构可用在用于例如吸声的声学致动器中。本发明的声学致动板结构甚至在声学致动板结构需要变形和移动的高要求声学应用中尤其有用。

[0034]该声学致动板结构的层厚度取决于采用的技术，但是每一层的厚度优选小于200μm。声学致动板结构的表面积也取决于所采用的技术。但是，表面积可以非常大，例如几十平方厘米，甚至更大。所获得的声学性能使得能通过从单元尺寸增加至整个墙壁、顶棚和地板的尺寸来增加表面积。基本单元的尺寸自然由合理的运输尺寸所限制。

[0035]驻极体层1的材料和支持结构层2的材料处于相同的密度和屈服点范围内。这使得能够获得有利的作为整体的声学致动板结构。

[0036]一些情况下，本申请中公开的特征可就其本身使用，与其它特征无关。本申请中公开的特征也可根据需要进行组合以形成不同的组合形式。驻极体层1和支持结构层2的界面不必是清晰的。因此，在驻极体层1和支持结构层2之间，可以存在具有支持结构层材料和驻极体材料的中间层。

[0037]附图和相关的描述仅旨在阐述本发明的思想。在权利要求范围内，本发明可以在细节上有改动。

Claims

1.一种声学致动板结构，包括含有驻极体材料的驻极体层(1)和支持结构层(2)，特征在于：

所述驻极体材料的特定电阻率至少为10¹⁴Ω/m，

所述驻极体材料的屈服点高，以及

所述支持结构层(2)材料的塑性区比所述驻极体材料的塑性区宽。

2.如权利要求1所述的声学致动板结构，特征在于所述驻极体层由环烯烃共聚物COC形成。

3.如权利要求1或2所述的声学致动板结构，特征在于所述支持结构层(2)由极性塑料形成。

4.如权利要求3所述的声学致动板结构，特征在于所述支持结构层(2)由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET形成。

5.如前述权利要求中任意一项所述的声学致动板结构，特征在于所述支持结构层(2)为塑料膜。

6.如权利要求5所述的声学致动板结构，特征在于所述驻极体层(1)为膜。

7.如前述权利要求中任意一项所述的声学致动板结构，特征在于所述驻极体层(1)为多孔结构。

8.如前述权利要求中任意一项所述的声学致动板结构，特征在于所述支持结构层(2)为多孔的。

9.如前述权利要求中任意一项所述的声学致动板结构，特征在于所述声学致动板结构为空气不可穿透的。

10如权利要求1-8任意一项所述的声学致动板结构，特征在于所述声学致动板结构为空气可穿透的。

11.如前述权利要求中任意一项所述的声学致动板结构，特征在于所述驻极体材料的密度和屈服点与所述支持结构层(2)材料的密度和屈服点处于相同范围。