CN116868587A - 压力波产生单元及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种压力波产生单元，具备支承体(10)和设置于该支承体(10)上的通过通电来产生热的纤维层(20)。纤维层(20)包含至少在表面局部设置有金属涂层的纤维fb。纤维fb沿预定方向(x方向)取向。通过这种构成，可以得到具有得到了改善的声压和适当电阻的压力波产生单元。
Description
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单元。另外，本发明涉及压力波产生单元的制造方法。
背景技术
压力波产生单元也被称为热致发声器(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，接着，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。由于这种热致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。由于热致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热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
发明内容
在专利文献1中研究了通过在发热层中使用碳纳米管来削减热容量。碳纳米管虽然其实用化有所发展，但成本高，制造中的处理困难，因此在实用化时发生问题的可能性高。另外，由于碳纳米管的电阻率(10－5～10－2Ωcm)比金属材料(10－6Ωcm)高，所以为了投入相同的功率，需要以高电压驱动单元。
本发明的目的在于提供具有得到了改善的声压和适当电阻的压力波产生单元。另外，本发明的目的在于提供用于制造这种压力波产生单元的方法。
本发明的一个方案的压力波产生单元具备：
支承体、和
设置于该支承体上的通过通电来产生热的纤维层，
上述纤维层包含至少在表面局部设置有金属涂层的纤维，
上述纤维沿预定方向取向，
并且，还具备用于沿上述纤维的取向方向施加电压的一对电极。
本发明的其他方案的压力波产生单元的制造方法包括：
准备支承体的步骤，
使用基于用静电纺丝法的纺丝得到的纤维，在旋转滚筒上形成纤维膜的步骤，和
将上述纤维膜安装到上述支承体并在上述纤维膜上实施金属涂覆来形成纤维层的步骤。
根据本发明的压力波产生单元，纤维层通过包含至少在表面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，可以将纤维层的电阻设定为适当的值。另外，通过使纤维取向，可以降低纤维层的电阻。因此，可以将对单元的输入功率设定得高，可以提高声压。
另外，根据本发明的压力波产生单元的制造方法，可以实现与空气接触的表面积大且具有适当电阻的纤维层。另外，通过滚筒的旋转，可以提高由纺丝得到的纤维的取向度。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的压力波产生单元的一个例子的截面图。
图2是表示纤维层20的表面的电子显微镜照片，纤维随机取向。
图3是表示纤维层20的表面的电子显微镜照片，纤维沿预定方向取向。
图4是表示金属涂层的厚度分布的截面图。
图5A是表示压力波产生单元的一个例子的俯视图。图5B是表示纤维层20中的纤维fb的取向状态的概略图。
图6是表示纤维层中使用的纤维直径与推定比表面积的关系的坐标图。
图7是表示压力波产生单元的制造方法的一个例子的流程图。
具体实施方式
本发明的一个方案的压力波产生单元具备：
支承体、和
设置于该支承体上的通过通电来产生热的纤维层，
上述纤维层包含至少在表面局部设置有金属涂层的纤维，
上述纤维沿预定方向取向，
并且，还具备用于沿上述纤维的取向方向施加电压的一对电极。这里，“取向”是指纤维的延伸方向不是完全随机的。
根据该构成，纤维层包含至少在表面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，由纤维构成的多孔结构与空气之间的接触面积显著增加。因此，从纤维层到空气的热传递效率变高，可以提高声压。
另外，通过对纤维的至少一部分实施金属涂覆，可以根据涂层膜厚的调整、涂层材料的选择而容易地将纤维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，可以抑制从纤维层到支承体的热传导。因此，纤维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的纤维层是多孔结构，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。
另外，通过使纤维取向，可以降低纤维层的电阻。因此，可以将对单元的输入功率设定得高，可以提高声压。
另外，通过进一步具备用于沿纤维的取向方向施加电压的一对电极，能够以纤维层的电阻成为最小的状态进行通电。因此，可以将对单元的输入功率设定得高，可以提高声压。
在本发明中，优选上述纤维的取向度为－0.6以上。
根据该构成，通过纤维的取向度为－0.6以上，可以降低纤维层的电阻。因此，可以将对单元的输入功率设定得高，可以提高声压。
在本发明中，优选上述纤维的直径在20nm～1000nm的范围内。
根据该构成，通过使纤维直径变小，可以增加纤维层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。另一方面，如果纤维直径低于20nm，则纤维本身的强度降低，影响单元的耐久性、寿命。
在本发明中，上述纤维优选为高分子纤维。作为形成高分子纤维的材料的具体例，例如可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、液晶聚合物、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚缩醛、聚乳酸、聚乙烯醇、ABS树脂、聚偏二氟乙烯、纤维素、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚氨酯。
根据该构成，可以进行使用静电纺丝法的纺丝。因此，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。
在本发明中，优选上述高分子纤维为聚酰亚胺纤维。
根据该构成，可以增加纤维层的耐热性。因此，可以应用后续工序中的热处理工艺、例如回流焊等。
在本发明中，优选上述金属涂层的厚度越远离上述支承体越增加。
根据该构成，可以在纤维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，在抑制从纤维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。
本发明的其他方案的压力波产生单元的制造方法包括：
准备支承体的步骤，
使用基于使用静电纺丝法的纺丝得到的纤维，在旋转滚筒上形成纤维膜的步骤，和
将上述纤维膜接合到上述支承体并在上述纤维膜上实施金属涂覆来形成纤维层的步骤。
根据该构成，纤维层包含至少在表面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纤维层。
另外，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。
另外，通过在纺丝时利用滚筒的旋转，可以提高纤维的取向度。
在本发明中，上述旋转滚筒的圆周速度设定为10472mm/s～31416mm/s的范围。
根据该构成，可以纺丝具有适当取向度的纤维。
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1的压力波产生单元1的一个例子的截面图。
压力波产生单元1具备支承体10、纤维层20和一对电极D1、D2。支承体10由硅等半导体或玻璃、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅等陶瓷基板、PET膜、聚酰亚胺膜等柔性基板等电绝缘体形成。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，由此可以抑制热从纤维层20散失到支承体10。如后所述，在纤维层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上设置有纤维层20。纤维层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。在纤维层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，纤维层20包含至少在表面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，通过对纤维实施金属涂覆，可以通过涂层膜厚的调整、涂层材料的选择来将纤维层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和图3是表示纤维层20的表面的电子显微镜照片。图2示出纤维随机取向并通过热、机械或化学作用来粘接或缠绕而成片状的形态的情况。图3中，纤维沿预定方向取向，通过热、机械或化学作用来粘接或缠绕而成片状。在纤维的表面实施金属涂覆。
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，所以可以抑制从纤维层到支承体的热传导。因此，纤维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7是表示压力波产生单元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旋转滚筒收集器的圆周面上形成纤维膜。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。
通过随着滚筒的旋转进行纺丝，纺丝的纤维沿预定方向取向(参照图3)。例如，当使直径200mm的滚筒收集器以约50rpm～约3000rpm旋转时，滚筒圆周速度为约524mm/s～约31400mm/s。
接着，在步骤S3中将得到的纤维膜剥离并接合到支承体10上后，在纤维膜上实施金属涂覆来形成纤维层20。作为涂层方法，可以采用蒸镀、溅射、电镀、化学镀、离子镀、原子层沉积法等。作为金属材料，一般可以采用上述金属材料。
接着，在步骤S4中在得到的纤维层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、离子镀、原子层沉积法、印刷、喷涂、浸涂等。作为电极材料，优选由Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ru、Ni、Ir、Cr、Mo、W、Ti、Al、Sn等金属材料或包含它们的两种以上的金属的合金形成。电极结构可以是单层结构，或者也可以是由多个材料构成的多层结构。
实施例
(实施例1)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生单元(比较样品1、样品1～4)。
使用N，N－二甲基甲酰胺(DMF)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8wt％，向溶液中添加0.1wt％的氯化锂。另外，作为添加剂，可以利用四丁基氯化铵、三氟甲磺酸钾等。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PI纤维纺丝在安装于滚筒收集器的圆周面上的铝箔上。使用的滚筒收集器具有直径200mm，一边以50rpm～3000rpm旋转一边进行纺丝。通过提高转速，例如可以制作如图3所示的取向的纤维。
静电纺丝的条件是：施加电压23kV，喷嘴与收集器距离14cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整膜时间。将制作的纤维膜从铝箔上剥离，粘接到Si基板(支承体)上。与基板的粘接可以通过预先在基板上涂布环氧树脂等粘接剂、使用双面胶带等来实施。另外，基板可以使用玻璃、氧化铝，氧化锆、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅等陶瓷基板、PET膜、聚酰亚胺膜等柔性基板。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成厚度分布在1～40nm范围的Au膜。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、原子层沉积法、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4所示可以在纤维21的圆周面上接近支承体10的下部存在不实施金属涂覆22的部位。由此，可以在纤维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。
加工成所制作的单元尺寸成为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。电极的层叠结构从支承体侧设为Ti(10nm厚)、Cu(500nm厚)、Au(100nm厚)。
作为电极的成膜方法，可以采用蒸镀、溅射、离子镀法、原子层沉积法、电镀、化学镀、涂布、喷涂、浸涂等。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。
图5A是表示压力波产生单元的一个例子的俯视图。图5B是表示纤维层20中的纤维fb的取向状态的概略图。x方向对应于滚筒收集器的旋转方向，纤维fb沿x方向取向。电极D1、D2具有沿y方向细长的形状，设置于纤维fb的两端附近。当沿x方向在电极D1、D2之间施加电压时，电流I沿x方向流动。
这样，当电流沿纤维fb的取向方向(图的x方向)流动时，纤维层的电阻变小。另一方面，当电流沿着与纤维fb的取向方向垂直的方向(图的y方向)流动时，纤维层的电阻变大。因此，为了提高对单元的投入功率并提高声压，优选电流I的方向与纤维fb的取向方向一致。
(评价方法)
1)电气特性(声压、电阻)
压力波产生单元的声压使用MEMS麦克风(Knowles公司SPU0410LR5H)进行测定。压力波产生单元与麦克风的距离设为6cm，读取驱动信号的频率为60kHz时的麦克风的输出电压，由此进行评价。对压力波产生单元的输入电压设为18V。单元的电阻使用数字万用表(Agilent公司34410A)通过四端子法进行测定。
2)纤维直径
金属涂层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、倍率3k～120k倍)进行观察而取得SEM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，在得到的图像中包含的多个纤维中，除去异常的纤维，随机抽取每个视场10根纤维，对5个视场进行抽取，由此采集共计50根纤维，测定它们的直径，算出平均纤维直径。
3)取向度
纤维的取向度的计算如下实施。纤维的取向度利用扫描式电子显微镜(日立制S－4800加速电压5kV、倍率1k～20k倍)进行观察而取得SEM图像，通过分析软件“A像君(旭化成工程株式会社)”的针状物解析来测定SEM图像内的纤维的方向(角度)，评价峰度，由此计算为取向度。具体而言，在图5B中，以y方向为0°(180°)、x方向为90°的方式取得图像。从图像随机选择30～100根纤维并测定各纤维的角度，算出其峰度。例如可以使用表计算软件EXCEL的KURT函数来算出峰度。
峰度的定义由下式(1)表示，是表示分布偏离正态分布的程度的统计量，并表示峰的峰度和尾部的扩展程度。正态分布中峰度为0，小于0时锐度平缓且尾部短，大于0时锐度尖锐且尾部长。式中，n为样品尺寸，xi为各数据值，x bar为平均值，s为标准偏差。
[数1]
[表1]
(比较样品2的制作方法)
作为比较样品2，制作使用了CNT(碳纳米管)的单元。
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。旋涂在转速5000rpm、15s的条件下实施，在120℃下进行干燥。
为了分解溶液中含有的分散剂，将单元保持400℃、2小时并实施热处理，得到CNT薄膜。将电极在试样的两侧形成0.8mm×4mm、电极间距离3.4mm的电极。电极的层叠结构从基板侧设为Ti(10nm厚)、Cu(500nm厚)、Au(100nm厚)。
对使用通过上述工艺制作的CNT的压力波产生单元的特性进行评价(与上述评价方法同样)，结果电阻140Ω，声压0.01Pa。
[表2]
从表1和表2的结果可知，与利用旋涂形成CNT膜的情况相比，对沿规定方向取向的聚酰亚胺纤维施加Au涂层而得到的单元的电阻变小，改善声压。另外，可知纤维的取向度越大，电阻越小，进一步改善声压。
这样通过形成由金属材料涂覆的纤维，可以实现单元电阻低且声压大的压力波产生单元。进而，通过降低单元电阻，可以实现能够进行低电压驱动的压力波产生单元。
另外，通过使纤维取向，纤维的填充性、致密性变高，可以实现单元电阻低且声压大的压力波产生单元。
另外，以纤维直径1μm以下纤维为模形成了金属膜，因此可以增加纤维层的比表面积，可以增大声压。
另外，作为纤维，在使用高分子等低热传导材料的情况下，有对基板方向的隔热效果，发热体表面的温度变化变大，因此可以增大声压。作为一个例子，聚酰亚胺的热导率约为0.28W/m·K，SiO2(Si基板表面的氧化层)的热导率约为1.3W/m·K，聚酰亚胺的热导率较低，对基板侧的隔热效果变高，因此声压变大。
另外，在以具有耐热性(300℃以上)的聚酰亚胺形成纤维的情况下，可以应用后续工序中的热处理工艺、例如回流焊等。
(实施例2)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生单元(比较样品3、样品5～7)。
使用N，N－二甲基甲酰胺(DMF)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6wt％，向溶液中添加0.1wt％的氯化锂。另外，作为添加剂，可以利用四丁基氯化铵、三氟甲磺酸钾等。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PI纤维纺丝在安装于滚筒收集器的圆周面上的铝箔上。使用的滚筒收集器具有直径200mm，一边以50rpm～3000rpm旋转一边进行纺丝。通过提高转速，例如可以制作如图3所示的取向的纤维。
静电纺丝的条件是：施加电压29kV，喷嘴与收集器距离14cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。将制作的纤维膜从铝箔上剥离，粘接到Si基板(支承体)上。与基板的粘接可以通过预先在基板上涂布环氧树脂等粘接剂、使用双面胶带等来实施。另外，基板可以使用玻璃、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅等陶瓷基板、PET膜、聚酰亚胺膜等柔性基板。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成厚度分布在1～40nm范围的Au膜。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、原子层沉积法、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4)、单元尺寸、电极形成方法、电极结构和纤维取向(图5A、图5B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
在实施例2中，与实施例1相比，溶液浓度从8wt％降低到6wt％，静电纺丝施加电压从23kV提高到29kV。因此，由纺丝得到的纤维变得更细，金属涂覆后的纤维直径也变细，纤维膜的密度增加。
[表3]
从表3的结果可知，即使在纤维细的情况下，纤维的取向度越大，电阻也越小，声压也进一步得到改善。
(实施例3)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生单元(比较样品4、样品8)。
使用N，N－二甲基甲酰胺(DMF)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10wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将PI纤维纺丝在安装于滚筒收集器的圆周面上的铝箔上。使用的滚筒收集器具有直径200mm，一边以50rpm和3000rpm旋转一边进行纺丝。通过提高转速，例如可以制作如图3所示的取向的纤维。
静电纺丝的条件是：施加电压29kV，喷嘴与收集器距离14cm，以纤维膜的厚度成为1～80μm左右的方式调整成膜时间。将制作的纤维膜从铝箔上剥离，粘接到Si基板(支承体)上。与基板的粘接可以通过预先在基板上涂布环氧树脂等粘接剂、使用双面胶带等来实施。另外，基板可以使用玻璃、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅等陶瓷基板、PET膜、聚酰亚胺膜等柔性基板。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成厚度分布在1～40nm范围的Au膜。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、原子层沉积法、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4)、单元尺寸、电极形成方法、电极结构和纤维取向(图5A、图5B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。
在实施例3中，与实施例1相比，溶液浓度从8wt％提高到10wt％，静电纺丝施加电压从23kV提高到29kV。因此，由纺丝得到的纤维变得更粗，金属涂覆后的纤维直径也变粗，纤维膜的密度减少。
[表4]
从表4的结果可知，即使在纤维粗的情况下，纤维的取向度越大，电阻也越小，声压也进一步改善。
(实施例4)
(试样制作方法)
用以下方法制作压力波产生单元(比较样品5、样品9)。
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25wt％。
使用该溶液，通过静电纺丝法将聚酰胺酸纤维纺丝在安装于滚筒收集器的圆周面上的铝箔上。使用的滚筒收集器具有直径200mm，一边以50rpm和3000rpm旋转一边进行纺丝。通过提高转速，例如可以制作如图3所示的取向的纤维。
静电纺丝的条件是：施加电压23kV，喷嘴与收集器距离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。在热分解温度、熔点低的高分子材料的情况下，如果应用热处理工艺，则得不到纤维膜，但聚酰亚胺材料具有耐热性，因此可以应用热处理工艺。
将制作的纤维膜从铝箔上剥离，粘接到Si基板(支承体)上。与基板的粘接可以通过预先在基板上涂布环氧树脂等粘接剂、使用双面胶带等来实施。另外，基板可以使用玻璃、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氮化铝、氮化硼、氮化硅等陶瓷基板、PET膜、聚酰亚胺膜等柔性基板。
通过溅射法在形成于基板的纤维膜上形成厚度分布在1～100nm范围的Au膜。对纤维涂覆金属的方法可以使用蒸镀法、离子镀法、原子层沉积法、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4)、单元尺寸、电极形成方法、电极结构和纤维取向(图5A、图5B)、评价方法，与(实施例1)的说明同样。应予说明，在本实施例中，在声压测定中对压力波产生单元的输入电压设为8V。
[表5]
从表4的结果可知，即使在纤维粗的情况下，纤维的取向度越大，电阻也越小，声压也进一步改善。
图6是表示纤维层中使用的纤维直径与推定比表面积的关系的坐标图。当纤维直径为1μm以下时，纤维层的比表面积急剧增大(超比表面积效果)。例如，当比表面积为200μm－1时，纤维直径为20nm。纤维层中使用的纤维的直径优选为20nm～1000nm的范围内。通过减小纤维直径，可以增加纤维层的比表面积，可以增大相对于单位输入功率的声压。另一方面，如果纤维直径低于20nm，则纤维本身的强度降低，影响单元的耐久性、寿命。
如上所述，纤维层通过包含至少在表面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，可以将纤维层的电阻设定为适当的值。另外，通过使纤维取向，可以降低纤维层的电阻。因此，可以将对单元的输入功率设定得高，可以提高声压。
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、修改包含在其中。
工业上的可利用性
本发明可以实现具有得到了改善的声压和适当电阻的压力波产生单元，因此工业上非常有用。
符号说明
1压力波产生单元
10支承体
20纤维层
21纤维
22金属涂层
D1、D2电极
Claims (8)
1.一种压力波产生单元，其特征在于，具备：
支承体、和
设置于该支承体上的通过通电来产生热的纤维层，
所述纤维层包含至少在表面局部设置有金属涂层的纤维，
所述纤维沿预定方向取向，
并且，所述压力波产生单元还具备用于沿所述纤维的取向方向施加电压的一对电极。
2.根据权利要求1所述的压力波产生单元，其中，所述纤维的取向度为－0.6以上。
3.根据权利要求2所述的压力波产生单元，其中，所述纤维的直径在20nm～1000nm的范围内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的压力波产生单元，其中，所述纤维为高分子纤维。
5.根据权利要求4所述的压力波产生单元，其中，所述高分子纤维为聚酰亚胺纤维。
6.根据权利要求1所述的压力波产生单元，其中，所述金属涂层的厚度越远离所述支承体越增加。
7.一种压力波产生单元的制造方法，其特征在于，包括：
准备支承体的步骤，
形成纤维膜的步骤，使用基于用静电纺丝法的纺丝得到的纤维，在旋转滚筒上形成纤维膜，和
形成纤维层的步骤，将所述纤维膜接合到所述支承体并在所述纤维膜上实施金属涂覆而形成纤维层。
8.根据权利要求7所述的压力波产生单元的制造方法，其中，所述旋转滚筒的圆周速度设定在10472mm/s～31416mm/s的范围。
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2023
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