CN114303394B - 压力波产生元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种压力波产生元件，具备支承体(10)和设置于该支承体(10)上的因通电而产生热的发热层(20)，发热层(20)包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维。通过这种构成，可以实现具有改进的声压和适当电阻的压力波产生元件。

Description

压力波产生元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及通过周期性地加热空气来产生压力波的压力波产生元件。另外，本发明涉及压力波产生元件的制造方法。
背景技术
压力波产生元件也被称为热发声器(thermophone)，作为一个例子，在支承体上设置有电阻器层。当电流流过该电阻器时，电阻器发热，与电阻器接触的空气热膨胀，接下来当停止通电时，膨胀的空气收缩。通过这种周期性的加热来产生声波。如果将驱动信号设定为可听频率，则可以用作声学扬声器。如果将驱动信号设定为超声波频率，则可以用作超声波源。由于这种热发声器没有利用谐振机构，所以可以产生宽带且短脉冲的声波。由于热发声器在将电能转换为热能后产生声波，所以需要提高能量转换效率、声压。
在专利文献1中，通过设置将多个碳纳米管相互平行地排列而得的碳纳米管结构体作为电阻器，增大与空气接触的表面积，减小每单位面积的热容量。在专利文献2中，通过使用硅基板作为散射层并使用热导率小的多孔硅作为隔热层，改善隔热特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－296591号公报
专利文献2：日本特开平11－300274号公报
专利文献3：国际公开第2012/020600号
发明内容
在使用碳纳米管作为电阻器的情况下，电阻器的电阻变大。因此，为了产生必要的发热量，需要相当高的驱动电压，驱动电路的实用化困难。另外，碳纳米管本身相当昂贵，也不易处理。
本发明的目的在于提供具有改进的声压和适当电阻的压力波产生元件。另外，本发明的目的在于提供用于制造这种压力波产生元件的方法。
本发明的一个方案的压力波产生元件具备：
支承体、和
设置于该支承体上的因通电而产生热的发热层，
上述发热层包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维。
本发明的其他方案的压力波产生元件的制造方法包括：
准备支承体的步骤，
使用由纺丝得到的纤维在该支承体上形成纤维膜的步骤，和
在上述纤维膜上施加金属涂层来形成发热层的步骤。
根据本发明的压力波产生元件，发热层通过包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维，与空气接触的表面积增加，因此可以提高声压。另外，通过使用金属材料，可以将发热体膜的电阻设定为适当的值。
另外，根据本发明的压力波产生元件的制造方法，可以实现与空气接触的表面积大且具有适当电阻的发热层。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的压力波产生元件的一个例子的截面图。
图2是表示发热层20的表面的电子显微镜照片。
图3是表示金属涂层的厚度分布的截面图。
图4是表示电极的配置例的俯视图。
图5是表示评价电路的一个例子的电路图。
图6是表示压力波产生元件的制造方法的一个例子的流程图。
图7是表示生成了珠的纤维膜的一个例子的电子显微镜照片。
图8是表示金属涂覆后的PVDF纤维的平均纤维直径与每单位输入功率的声压比的关系的坐标图。
具体实施方式
本发明的一个方案的压力波产生元件具备：
支承体、和
设置于该支承体上的因通电而产生热的发热层，
上述发热层包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维。
根据该构成，发热层包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维。因此，与空气接触的表面积增加，可以提高相对于单位输入功率的声压。纤维可以以无纺布、机织布、针织物或它们的混合物的形态进行配置，位于纤维周围的空腔相互连通，确保内部空腔与外部空间之间的透气性。因此，与无孔且平滑的表面相比，多孔结构与空气之间的接触面积显著增加。因此，从发热层到空气的热传递效率变高，可以提高声压。
另外，通过对纤维施加金属涂层，可以根据涂层膜厚的调整、涂层材料的选择而容易地将发热层的电阻设定为适当的值。这样可以得到所期望的电阻，可以优化驱动电压。
另外，作为纤维，例如，在使用低热传导材料的情况下，可以抑制从发热层到支承体的热传导。因此，发热层表面的温度变化变大，可以提高相对于单位输入功率的声压。由于包含这样的纤维得发热层是多孔结构，所以不需要如专利文献2那样导入用于提高声压的隔热层。
优选上述金属涂层的厚度越远离上述支承体越增加。
优选上述金属涂层在最接近上述支承体侧的位置具有厚度T1，在最远离上述支承体侧的位置具有厚度T2，并且，满足T1＜T2。
优选在上述纤维的支承体侧未设置金属涂层。
根据这些构成，可以在发热层的内部抑制支承体侧的发热，同时增强与支承体相反侧的发热。因此，在抑制从发热层到支承体的热传导的同时，提高加热空气的效率，提高相对于单位输入功率的声压。
上述纤维优选选自聚合物纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、金属纤维和陶瓷纤维，例如也优选聚合物纤维与玻璃纤维的复合化纤维、聚合物纤维与碳纳米管的复合化纤维、聚合物纤维和陶瓷纤维等各个材料复合化而得的纤维。
根据该构成，可以根据所使用的材料适当地设定发热层的热导率。
优选上述支承体由挠性材料形成。
根据该构成，发热层是无纺布或机织布的形态，因此具有挠性，因此在使用由挠性材料形成的支承体的情况下，可以实现具有挠性的压力波产生元件。因此，压力波产生元件的设置条件的自由度变高。
设置有金属涂层的纤维的平均纤维直径(直径)优选为1nm～2000nm，特别优选为1000nm以下，进而更优选为15nm～500nm。由此，可以有效地进行与空气的热交换，提高相对于单位输入功率的声压。如果纤维的直径超过2000nm，则发热层与空气接触的表面积减少，从发热层到空气的热传递效率降低。
优选上述纤维的一部分中包含珠。由此可以提高相对于单位输入功率的声压。
优选上述珠被设置有上述金属涂层的纤维所夹。由此可以提高相对于单位输入功率的声压。
本发明的其他方案的压力波产生元件的制造方法包括：
准备支承体的步骤，
使用由纺丝得到的纤维在该支承体上形成纤维膜的步骤，和
在上述纤维膜上施加金属涂层来形成发热层的步骤。
形成纤维膜的步骤可以是在支承体上直接堆积纺丝膜来形成的方法，或者也可以是在箔、膜、网状物、无纺布等上形成纤维膜并使从箔、膜、网状物、无纺布等剥离的纤维膜，粘接在支承体上来形成的方法。
根据该构成，发热层包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维，作为加热器发挥功能。因此，与空气接触的表面积增加，可以提高相对于单位输入功率的声压。另外，可以容易地实现具有适当电阻的发热层。
优选形成纤维膜的步骤使用静电纺丝法进行纺丝。
根据该构成，通过使用静电纺丝法，可以实现直径在1nm～2000nm范围的纤维，例如纳米纤维、亚微米纤维、微米纤维等。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1的压力波产生元件1的一个例子的截面图。
压力波产生元件1具备支承体10、发热层20和一对电极D1、D2。支承体10由硅等半导体或玻璃、陶瓷、聚合物等电绝缘体形成。在支承体10上可以设置具有比支承体10低的热导率的热绝缘层，由此可以抑制热从发热层20散失到支承体10。如后所述，在发热层20具有热绝缘功能的情况下，可以省略上述热绝缘层。
在支承体10上设置有发热层20。发热层20由导电性材料形成，通过被电驱动而使电流流动来产生热，发射由空气的周期性膨胀和收缩引起的压力波。在发热层20的两侧设置有一对电极D1、D2。电极D1、D2具有由导电性材料构成的单层结构或多层结构。
在本实施方式中，发热层20包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维。因此，与空气接触的表面积增加，可以提高声压。另外，通过对纤维施加金属涂层，可以根据涂层膜厚的调整、涂层材料的选择来将发热层20的电阻设定为适当的值。
纤维可以直接配置在支承体10上，或者也可以介由聚合物材料等粘接层进行配置。
图2是表示发热层20的表面的电子显微镜照片。这里示出不编织纤维而通过热、机械或化学作用来粘接或缠绕而成片状的无纺布的形态的情况。在纤维的表面施加金属涂层。
发热层20可以是这样的无纺布的形态，可以是组合经线和纬线的机织布的形态，可以是编织纤维的针织物的形态，或者也可以是它们混合的形态。
纤维可以选自聚合物纤维、玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、金属纤维和陶瓷纤维。作为纤维，例如，在使用聚合物、玻璃、陶瓷等低热传导材料的情况下，由于纤维本身具有热绝缘功能，所以可以抑制从发热层到支承体的热传导。因此，发热层表面的温度变化变大，可以提高相对于单位输入功率的声压。
金属涂层例如优选由Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等金属材料或包含它们的两种以上的金属的合金形成。金属涂层可以是单层结构，或者也可以是由多个材料构成的多层结构。
(实施方式2)
图6是表示压力波产生元件的制造方法的一个例子的流程图。首先，在步骤S1中准备支承体10。
接着，在步骤S2中使用由纺丝得到的纤维在支承体10上形成纤维膜。作为纺丝方法，可以采用熔喷法、瞬时纺丝法、离心纺丝法、熔融纺丝法等。另外，也可以采用像纤维素纳米纤维那样将纸浆压碎并加工成片状的方法。特别是在使用静电纺丝法的情况下，可以实现纳米纤维、亚微米纤维、微米纤维等。纺丝的纤维可以直接配置在支承体10上制成无纺布的形态，或者也可以以组合经线和纬线的机织布的形态或编织纤维的针织物的形态配置在支承体10上。
接着，在步骤S3中在得到的纤维膜上施加金属涂层来形成发热层20。作为涂层方法，可以采用蒸镀、溅射、电镀、化学镀、离子镀等。作为金属材料，一般可以采用上述金属材料。
接着，在步骤S4中在得到的发热层20上形成一对电极D1、D2。作为电极的成膜方法，可以采用蒸镀、溅射、电镀、化学镀、涂布、印刷等。作为电极材料，可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
实施例
(实施例1)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品1)。
使用N，N－二甲基甲酰胺(DMF)与丙酮的混合溶剂(DMF：丙酮＝6：4)作为溶剂制作聚偏二氟乙烯(PVDF)溶液，使用PVDF溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为10wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PVDF纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与支承体的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入苯氧基树脂等粘接层。另外，在Si基板的表面形成有自然氧化膜(SiO2)。
静电纺丝的条件是：施加电压20kV，喷嘴与支承体的距离15cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。纤维的平均纤维直径为172nm。
通过蒸镀法在形成于支承体的纤维膜上形成Au膜，形成发热层。Au薄膜的成膜条件与比较样品1同样地实施。金属涂覆纤维的平均纤维直径为224nm。对纤维涂覆金属的方法可以使用溅射法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
金属涂层的厚度可以在纤维的圆周方向上均匀，或者也可以不均匀，例如厚度可以越远离支承体越增加。金属涂层可以在最接近支承体侧的位置具有厚度T1，在最远离支承体侧的位置具有厚度T2，并且，满足T1＜T2。对纤维涂覆金属的形态例如如图3所示可以在纤维21的圆周面上接近支承体10的下部存在不施加金属涂层22的部位。由此，可以在发热层的内部抑制支承体侧的发热，同时增强与支承体相反侧的发热。金属涂层纤维的涂层状态(截面图像)可以分析如下。例如通过聚焦离子束(FIB)来加工试样，通过利用透射电子显微镜(JEOL制JEM－F200)的观察和基于能量分散型X射线光谱法的元素映射分析，可以分析纤维上的涂层状态。
加工成元件尺寸成为5mm×6mm。以成为0.8mm×4mm的尺寸且电极间距离3.4mm的方式在试样的两侧形成一对电极D1、D2(图4A)。电极的层叠结构从支承体侧设为Ti(10nm厚)、Cu(500nm厚)、Au(100nm厚)。为了调整元件电阻，如图4B所示，电极D1、D2也可以是梳齿状的电极结构。
(评价方法)
压力波产生元件的声学特性使用MEMS麦克风(Knowles：SPU0410LR5H)进行测定。压力波产生元件与麦克风的距离设为6cm，使用频率为60kHz的突发波作为驱动信号读取麦克风的输出电压，由此进行评价。对压力波产生元件的输入电压设为6～16V。
图5是表示评价电路的一个例子的电路图。在直流电源PS与接地之间设置压力波产生元件1和开关元件SW(例如FET)的串联电路，使用脉冲发生器PG以频率60kHz的脉冲波驱动开关元件SW。施加电压设为6～16V。电容器CA(例如3300μF)与直流电源PS并联连接。
压力波产生元件通过由发热层引起的空气加热来产生压力波。因此，即使是相同的元件，投入的功率越大，声压也越大。为了判断是否可以有效地产生声波，需要以相同的功率进行声压的比较。
如果增大对热发声器的输入功率，则麦克风输出线性增大。在声学转换效率良好的情况下，麦克风输出的增加ΔV与功率的增量ΔW的比率变大。这里，使用ΔV/ΔW作为声压的指标。作为比较对象，使用比较样品2的结果作为基准。进而，作为元件电阻的测定方法，使用数字万用表(Agilent 34401A)，测定所得到的元件的电阻值。
施加了金属涂层的纤维直径通过利用扫描式电子显微镜(日立制S-4800加速电压5kV、20k倍)取得表面观察图像并从得到的图像测定纤维直径来算出平均纤维直径。具体而言，从得到的图像随机抽取每个视场10根纤维，对5个视场进行抽取，由此测定共计50根纤维直径，算出平均纤维直径。
(比较样品制作方法)
作为比较样品1、2，示出用蒸镀法在Si基板上形成Au薄膜而制作的压力波产生元件的结果。电极结构与上述样品1同样。
作为比较样品3，示出用蒸镀法在PVDF膜上形成Au薄膜(40nm厚)而制作的压力波产生元件的结果。使用与上述样品1同样的PVDF溶液，通过旋涂在Si基板上形成PVDF膜，在60℃下进行干燥，由此得到厚度1～20μm左右的PVDF膜。通过利用蒸镀法在形成于该Si基板上的PVDF膜上形成Au薄膜(40nm厚)来得到比较样品3。电极结构与上述样品1同样。
表1
元件结构 声压比
比较样品1 Au40nm/SiO2/Si 1.4
比较样品2 Au100nm/SiO2/Si 1.0
比较样品3 Au40nm/PVDF膜/SiO2/Si 3.6
样品1 Au涂层-PVDF纤维/SiO2/Si 24.6
从表1的结果可知，与用蒸镀法在Si基板上形成Au薄膜的情况相比，在使用包含施加了Au涂层的PVDF纤维的发热层的情况下，改善声压。
这样以纤维为成型模具形成了金属膜，因此可以增加发热层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。
另外，作为纤维，在使用高分子等低热传导材料的情况下，有对支承体方向的隔热效果。因此，发热层表面的温度变化变大，可以提高相对于单位输入功率的声压。
另外，PVDF的热导率约为0.18W/m·K，SiO2的热导率约为1.3W/m·K。因此，PVDF的热导率较低，对支承体侧的隔热效果提高，声学转换效率提高。另外，认为通过PVDF的纤维化，将纤维作为成型模具形成发热层，发热层的比表面积增加，因此声学转换效率提高。
(实施例2)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品2)。
使用N，N－二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂制作聚酰亚胺(PI)溶液，使用PI溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为20wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PI纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与支承体的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入苯氧基树脂等粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压23kV，喷嘴与支承体的距离15cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。纤维的平均纤维直径为378nm。
通过溅射法在形成于支承体的纤维膜上形成Au膜，形成发热层。金属涂覆纤维的平均纤维直径为488nm。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
(比较样品制作方法)
作为比较样品4，制作使用了CNT(碳纳米管)的元件。以下示出元件的制作方法。
使用Meijo Nano Carbon.制的多层CNT油墨(MW－I)，通过旋涂在Si基板上以成为厚度500nm～1000nm左右的方式进行成膜。旋涂的条件是以转速5000rpm实施15秒，在120℃下进行干燥。
为了分解溶液中含有的分散剂，将元件维持400℃、2小时并实施热处理，得到CNT薄膜。以成为0.8mm×4mm的尺寸且电极间距离3.4mm的方式将一对电极形成于试样的两侧。电极的层叠结构从支承体侧设为Ti(10nm厚)、Cu(500nm厚)、Au(100nm厚)。
表2
从表2的结果可知，与在Si基板上形成CNT单体膜的情况相比，在使用包含施加了Au涂层的PI纤维的发热层的情况下，元件电阻降低，声压得到改善。
这样通过使用施加了金属涂层的纤维作为发热层，可以降低元件电阻并增大相对于单位输入功率的声压。另外，由于元件电阻降低，所以可以进行低电压驱动。
(实施例3)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品3、4、5)。
使用水作为溶剂制作聚乙烯醇(PVA)溶液，使用PVA溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为8.5wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PVA纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与支承体的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入苯氧基树脂等粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压30kV，喷嘴与基板距离15cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。纤维的平均纤维直径为188nm。
通过蒸镀法在形成于支承体的纤维膜上形成Au膜，形成发热层。Au的厚度通过蒸镀时间来控制。对纤维涂覆金属的方法可以使用溅射法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
表3
从表3的结果可知，在使用包含施加了Au涂层的PVA纤维的发热层的情况下，金属涂覆纤维直径越小，声压越得到改善。
(实施例4)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品6)。
使用N，N－二甲基甲酰胺(DMF)与丙酮的混合溶剂(DMF：丙酮＝6：4)作为溶剂制作聚偏二氟乙烯(PVDF)溶液，使用PVDF溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为10wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PVDF纤维纺丝在PET膜(20μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与支承体的粘接性，可以在PET膜与纤维膜的界面适当地导入苯氧基树脂等粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压20kV，喷嘴与支承体的距离15cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。
通过蒸镀法在形成于支承体的纤维膜上形成Au膜，形成发热层。对纤维涂覆金属的方法可以使用溅射法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法、金属涂覆纤维直径，与(实施例1)的说明同样。
这样由于样品6的支承体和发热层都具有挠性，所以可以实现具有挠性的压力波产生元件。因此，压力波产生元件的设置条件的自由度变高，例如可以粘贴于曲面状的基材来使用。
(实施例5)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品7～19)。
使用N，N－二甲基甲酰胺(DMF)与丙酮的混合溶剂(DMF：丙酮＝6：4)作为溶剂制作聚偏二氟乙烯(PVDF)溶液，使用PVDF溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为3wt％～20wt％。通过调整溶液浓度，可以控制由静电纺丝得到的纤维直径。
通过使溶液低浓度化、低粘度化，有时在纤维中形成如图7那样的球状或长球状的珠，但是可以在压力波产生元件中使用的纤维膜中包含该珠(样品11、14、17、18、19)。珠的尺寸为短径为0.5～3.0μm。另外，这些珠也可以是中空的球形、长球形。另一方面，为了得到以低浓度的溶液抑制珠生成的纤维，向溶液中添加相对于聚合物重量为1.0wt％的氯化锂(样品12、13、15、16)。另外，作为添加剂，可以利用四丁基氯化铵、三氟甲磺酸钾等。
使用这些溶液，通过静电纺丝法将PVDF纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与基板的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压20kV、喷嘴与基板距离15cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上将Au成膜成膜厚1～40nm，形成发热层。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
金属涂层的纤维直径的测定如下地实施。
金属涂层的纤维直径利用扫描式电子显微镜(日立制S－4800加速电压5kV、3k～120k倍)进行观察，取得SEM图像，从得到的图像测定纤维直径，由此算出平均纤维直径。具体而言，从得到的图像随机抽取每个视场10根纤维，对5个视场进行抽取，由此测定共计50根纤维直径，算出平均纤维直径。形成有珠的纤维膜通过测定未形成珠的地方的纤维形状的直径来算出平均纤维直径。
表4关于样品7～19，表示金属涂覆后的PVDF纤维的平均纤维直径与每单位输入功率的声压比的关系。图8是表示该关系的坐标图。
表4
如表4和图8所示，当纤维直径为1000nm以下的范围时，可以得到每单位输入功率的声压大的压力波产生元件。特别是当纤维直径为500nm以下时，每单位输入功率的声压得到显著改善。
另外，样品11和样品12具有相同的纤维直径，但是纤维膜中包含珠的样品11显示高的每单位输入功率的声压。该现象被认为是因为，在珠形成于纤维膜中并被设置有金属涂层的纤维所夹的情况下，珠起到隔离物的作用，增大膜中的孔尺寸，不仅表面附近的层而且基板附近的层的发热也被有效地转换为声输出。
通过这样纤维直径变小，可以增加发热层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。另外，通过在纤维中形成珠，可以增大相对于单位输入功率的声压。
(实施例6)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品20)。
使用甲酸与四氢呋喃(THF)的混合溶剂(甲酸：THF＝7.5：2.5)作为溶剂制作尼龙6溶液，使用尼龙6溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为12.5wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将尼龙6纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与基板的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压29kV，喷嘴与基板距离13cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。纤维的平均纤维直径为71nm。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成Au膜。金属涂覆纤维的平均纤维直径为84nm。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
金属涂层的纤维直径的测定如下地实施。
金属涂层的纤维直径利用扫描式电子显微镜(日立制S-4800加速电压5kV、30k倍)进行观察，取得SEM图像，从得到的图像测定纤维直径，由此算出平均纤维直径。具体而言，从得到的图像随机抽取每个视场10根纤维，对5个视场进行抽取，由此测定共计50根纤维直径，算出平均纤维直径。形成有珠的纤维膜通过测定未形成珠的地方的纤维形状的直径来算出平均纤维直径。
表5关于样品20，表示金属涂覆后的尼龙6纤维的平均纤维直径与每单位输入功率的声压比的关系。
表5
金属涂覆纤维的平均直径nm 声压比
样品20 84 27.3
这样以纤维为模具形成了金属膜，因此可以增加发热层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。另外，作为纤维层，由于使用高分子等低热传导材料，所以可以得到对基板方向的隔热效果。因此，发热体表面的温度变化变大，可以增大相对于单位输入功率的声压。
(实施例7)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品21)。
使用N，N―二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂制作环氧树脂(双酚A型)溶液，使用环氧树脂溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为30wt％。此时，可以适当地使用咪唑类等添加剂。
使用该溶液，通过静电纺丝法将环氧树脂纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了增强纤维膜与基板的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压23kV，喷嘴与基板距离15cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。纤维的平均纤维直径为235nm。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成Au膜。金属涂覆纤维的平均纤维直径为248nm。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
金属涂层的纤维直径的测定如下地实施。
金属涂层的纤维直径通过扫描式电子显微镜(日立制S－4800加速电压5kV、20k倍)进行观察，取得SEM图像，从得到的图像测定纤维直径，由此算出平均纤维直径。具体而言，从得到的图像随机抽取每个视场10根纤维，对5个视场进行抽取，由此测定共计50根纤维直径，算出平均纤维直径。形成有珠的纤维膜通过测定未形成珠的地方的纤维形状的直径来算出平均纤维直径。
表6关于样品21，表示金属涂覆后的环氧树脂纤维的平均纤维直径与每单位输入功率的声压比的关系。
表6
金属涂覆纤维的平均直径nm 声压比
样品21 248 20.3
这样以纤维为模具形成了金属膜，因此可以增加发热层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。另外，作为纤维层，由于使用高分子等低热传导材料，所以可以得到对基板方向的隔热效果。因此，发热体表面的温度变化变大，可以增大相对于单位输入功率的声压。
(实施例8)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生元件(样品22、23)。
使用N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂制作聚酰胺酸溶液，使用聚酰胺酸溶液作为纺丝溶液。制备成溶液浓度为23wt％。在样品22的制作中，向溶液中添加相对于聚合物重量为5.0wt％的三氟甲磺酸钾。另一方面，在样品23的制作中，未向溶液中添加上述添加物。向溶液中的添加物还可以利用四丁基氯化铵、氯化锂等。通过添加它们，可以得到抑制珠生成的纤维。
使用这些溶液，通过静电纺丝法将聚酰胺酸树脂纤维纺丝在Si基板(675μm厚)上，形成无纺布的纤维膜。为了得到压力波产生元件中使用的纤维膜，可以在纤维膜中包含珠。另外，为了增强纤维膜与基板的粘接性，可以在Si基板与纤维膜的界面适当地导入粘接层。
静电纺丝的条件是：施加电压23kV，喷嘴与基板距离14cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。通过将得到的聚酰胺酸纤维在300℃下进行1小时热处理(酰亚胺化)来得到聚酰亚胺纤维。聚酰亚胺纤维的平均纤维直径为样品22为76nm，样品23为66nm。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成Au膜。金属涂覆纤维的平均纤维直径分别为87nm、78nm。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、化学镀法等方法。另外，金属种类可以使用Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al等。
对于金属涂层的形态(图3)、元件尺寸、电极结构(图4A、图4B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
金属涂层的纤维直径的测定如下地实施。
金属涂层的纤维直径通过扫描式电子显微镜(日立制S一4800加速电压5kV、50k倍)进行观察，取得SEM图像，从得到的图像测定纤维直径，由此算出平均纤维直径。具体而言，从得到的图像随机每个视场抽取10根纤维，对5个视场进行抽取，由此测定共计50根纤维直径，算出平均纤维直径。形成有珠的纤维膜通过测定未形成珠的地方的纤维形状的直径来算出平均纤维直径。
表7关于样品22、23，表示金属涂覆后的聚酰亚胺纤维的平均纤维直径与每单位输入功率的声压比的关系。
表7
金属涂覆纤维的平均直径nm 声压比
样品22 87 23.0
样品23 78 31.2
这样以纤维为模具形成了金属膜，因此可以增加发热层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。另外，作为纤维层，由于使用高分子等低热传导材料，所以可以得到对基板方向的隔热效果。因此，发热体表面的温度变化变大，可以增大相对于单位输入功率的声压。另外，通过在纤维中形成珠，可以增大相对于单位输入功率的声压。
虽然参照附图并结合优选实施方式对本发明进行了充分说明，但是对于本领域技术人员来说，各种变形、修改是显而易见的。应当理解，只要不脱离基于所附请求保护的范围的本发明的范围，这样的变形、修改就包含在其中。
工业上的可利用性
本发明可以实现具有改进的声压和适当电阻的压力波产生元件，因此工业上非常有用。
符号说明
1 压力波产生元件
10 支承体
20 发热层
21 纤维
22 金属涂层
D1、D2 电极

Claims (11)

1.一种压力波产生元件，其特征在于，具备：
支承体，和
设置于该支承体上的因通电而产生热的发热层，
所述发热层包含表面上至少局部设置有金属涂层的纤维，
所述金属涂层的厚度越远离所述支承体越增加。
2.根据权利要求1所述的压力波产生元件，其中，所述金属涂层在最接近所述支承体侧的位置具有厚度T1，在最远离所述支承体侧的位置具有厚度T2，并且，满足T1＜T2。
3.根据权利要求1或2所述的压力波产生元件，其中，在所述纤维的支承体侧未设置金属涂层。
4.根据权利要求1或2所述的压力波产生元件，其中，所述纤维由聚合物纤维构成。
5.根据权利要求1或2所述的压力波产生元件，其中，设置有所述金属涂层的纤维的平均纤维直径为1nm～1000nm。
6.根据权利要求5所述的压力波产生元件，其中，设置有所述金属涂层的纤维的平均纤维直径为15nm～500nm。
7.根据权利要求1或2所述的压力波产生元件，其中，所述纤维的一部分中包含珠。
8.根据权利要求7所述的压力波产生元件，其中，所述珠被设置有所述金属涂层的纤维所夹。
9.根据权利要求1或2所述的压力波产生元件，其中，所述支承体由挠性材料形成。
10.一种压力波产生元件的制造方法，其特征在于，是权利要求1～9中任一项所述的压力波产生元件的制造方法，包括：
准备支承体的步骤，
使用由纺丝得到的纤维在该支承体上形成纤维膜的步骤，和
在所述纤维膜上施加金属涂层来形成发热层的步骤。
11.根据权利要求10所述的压力波产生元件的制造方法，其中，形成纤维膜的步骤使用静电纺丝法进行纺丝。
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