JP2004088754A

JP2004088754A - 耐熱性エレクトレット用材料、それを用いた耐熱性エレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサー

Info

Publication number: JP2004088754A
Application number: JP2003188170A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kawato; 川戸　進
Original assignee: Toho Kasei Co Ltd
Current assignee: Toho Kasei Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP3644947B2

Abstract

【課題】耐熱性が高いエレクトレット用材料、それを用いた耐熱性エレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサーを提供する。
【解決手段】フッ素樹脂を含む多孔性シート２であって、この多孔性シート２の多孔度が１５〜８０％である耐熱性エレクトレット用材料を準備し、その耐熱性エレクトレット用材料を金属板３の表面に貼り合わせる。また、この多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムを貼り付けることにより、表面を平滑にすることもできる。さらに、金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、この樹脂組成物を発泡させることにより、上記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イヤホン、ヘッドホンまたはマイクロホン等に使用されるエレクトレット用材料、それを用いたエレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりイヤホン、ヘッドホンまたはマイクロホン等に使用されるエレクトレットとしては、金属シートにエレクトレットを構成しうる熱可塑性樹脂フィルムをラミネートし、この樹脂をエレクトレット化する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
また、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）の微粒子が分散された有機溶媒を金属板に塗布して薄膜を形成し、その薄膜をエレクトレット化する方法（特許文献２参照。）、また金属板にＦＥＰの微粒子が分散されたスプレー液を噴霧した後、焼成してエレクトレット化する方法（特許文献３参照。）等も提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−４４０１０号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−１５０７９５号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−１１５８９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のエレクトレットを用いてマイクロホン等を製造する際にフロー装置やリフロー装置による半田付けを行うと、半田付けの際の高温によりエレクトレットの機能が低下するという問題があった。特に最近では鉛フリー半田が多用されるにともない、半田付け時の温度がさらに高温の２６０℃程度となり、エレクトレットの機能自体が喪失するという大きな問題が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は、耐熱性が高いエレクトレット用材料、それを用いた耐熱性エレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサーを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、前記多孔性シートの多孔度が１５〜８０％であることを特徴とする耐熱性エレクトレット用材料を提供する。
【００１０】
また、本発明は、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を配置したことを特徴とする耐熱性エレクトレットを提供する。
【００１１】
また、本発明は、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を発泡させることにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、金属板の表面にフッ素樹脂と、フッ素樹脂より低い温度で分解する添加樹脂とを含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を焼成することにより前記添加樹脂を分解・除去し、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、金属板の表面に粉体状のフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングして空隙を形成した後、前記樹脂組成物を焼成することにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【００１５】
また、本発明は、上記耐熱性エレクトレットを備えたことを特徴とする静電型音響センサーを提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の耐熱性エレクトレット用材料は、フッ素樹脂を含む多孔性シートからなり、その多孔性シートの多孔度が１５〜８０％、より好ましくは５０〜８０％であることを特徴とする。
【００１７】
一般にフッ素樹脂は耐熱性が高い樹脂であり、さらに多孔度が１５〜８０％の多孔性フッ素樹脂シートをエレクトレット用材料に用いることにより、高温時におけるエレクトレットの表面電位の低下を抑制して、エレクトレットの耐熱特性を向上できる。ここで、多孔度が１５％を下回ると高温でのエレクトレットの表面電位の低下が大きくなるおそれがあり、多孔度が８０％を超えるとエレクトレット用材料としてのシートの作成が困難になる。なお、代表的なフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の融点は約３２７℃である。これにより、加工温度が３００℃程度になるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いてマイクロホン等を製造できる。
【００１８】
また、本発明の耐熱性エレクトレット用材料は、上記多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムをさらに貼り付けることもできる。これにより、エレクトレットの表面を平滑にすることができ、エレクトレットをマイクロホン等に使用した場合に振動板の動作を妨げない。
【００１９】
また、本発明の耐熱性エレクトレット用材料は、上記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル（ＭＦＡ）からなる群から選択された少なくとも１つであることが好ましい。
【００２０】
これらを用いることにより、製品表面に防汚性、耐薬品性、撥水性、耐候性等の優れた機能を付与できる。また、エレクトレットのフレキシビリティが損なわれない。さらに、エレクトレットのエンボス加工なども比較的容易に出来る。
【００２１】
また、上記多孔性シートの誘電率および体積抵抗率は、それぞれ２．１以下、１．０×１０^１６Ωｃｍ以上である。なお、誘電率の下限値は、空気の誘電率＝１に近いほど好ましい。また、多孔性シートとすることにより、フッ素樹脂そのものの誘電率より、見かけ上の誘電率は低くなる。
【００２２】
また、本発明の耐熱性エレクトレットは、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を配置したことを特徴とする。これにより、耐熱性に優れたエレクトレットを提供できる。
【００２３】
上記多孔性シートの厚さは特に限定されないが、通常５〜４００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。この範囲内であれば、エレクトレットの特性を維持しつつ、エレクトレットの薄型化、小型化が図れるからである。また、上記多孔性シートの形態としては、不織布、織布、ペーパー、延伸膜、未焼成テープ等を使用できる。
【００２４】
また、本発明の耐熱性エレクトレットは、上記金属板が、黄銅、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、チタン、洋白、リン青銅、それらの合金、それらがメッキされた金属およびそれらが蒸着された金属からなる群から選択された少なくとも１つから形成されていることが好ましい。これらの金属は耐蝕性、電気伝導性、加工性の点で優れているからである。
【００２５】
なお、上記金属板の使用にあたっては、先ず油脂等の付着のないものを用い、さらには上記多孔性シートとの接着性を良くするために下地処理を行うことが好ましい。下地処理は、例えば、陽極酸化、化成処理による皮膜の形成或いはカップリング剤の利用、その他接着性を改善する方法等が挙げられる。
【００２６】
また、本発明の耐熱性エレクトレットの製造方法は、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることを特徴とする。即ち、例えば、多孔度が１５〜８０％のフッ素樹脂を含む多孔性シートを準備し、加熱ロールおよび加熱源を有さないロールの一対からなる圧着ロールのうち、加熱ロール側に金属板を供給し、加熱源を有さないロール側に上記多孔性シートを供給しつつ、上記圧着ロールの間に上記金属板および上記多孔性シートを挿入し、上記金属板と上記多孔性シートとの接触時間を１〜３秒、接触帯幅を１〜２０ｍｍに制御し、上記金属板と上記多孔性シートとを熱圧着することができる。
【００２７】
この方法により得られたエレクトレット用積層板は、所定の大きさに切断され、次にコロナ放電等により分極帯電された後、エージング処理が行われ、イヤホン、ヘッドホンまたはマイクロホン等に利用される。
【００２８】
また、本発明の耐熱性エレクトレットの他の製造方法は、金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、この樹脂組成物を発泡させることにより、この金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする。即ち、例えば、フッ素樹脂と溶剤とを含む樹脂組成物をスプレー等を用いて金属板にコーティングし、その樹脂組成物を焼成する際に発泡させることにより、金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することができる。発泡させる手段としては、発泡剤を用いる方法、または減圧下で焼成する方法などを用いることができる。
【００２９】
また、本発明の耐熱性エレクトレットのさらに他の製造方法は、金属板の表面にフッ素樹脂と、フッ素樹脂より低い温度で分解する添加樹脂とを含む樹脂組成物をコーティングした後、上記樹脂組成物を焼成することにより上記添加樹脂を分解・除去し、上記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする。
【００３０】
上記添加樹脂の大きさ、形を変えることにより、多孔性樹脂層の形態を任意に制御できる。上記添加樹脂としては、ポリエチレン、シリコーンなどを用いることができる。通常、フッ素樹脂は４００℃近い温度で焼成するため、焼成時に上記添加樹脂が分解・消失して空隙が形成される。
【００３１】
また、本発明の耐熱性エレクトレットのさらに他の製造方法は、金属板の表面に粉体状のフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングして空隙を形成した後、この樹脂組成物を焼成することにより、この金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする。この方法では、発泡剤や添加樹脂を用いなくても、粉体の大きさ、形、コーティング層の厚さなどを変えることにより、多孔性樹脂層の形態を任意に制御できる。
【００３２】
また、本発明の静電型音響センサーは、上記耐熱性エレクトレットを備えたことを特徴とする。静電型音響センサーとしては、例えば、マイクロホン、イヤホン、ヘッドホン、補聴器、超音波センサー、加速度センサーなどが含まれる。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例と比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【００３４】
（実施例１）
ダイキン工業社製の目付量５０ｇ／ｍ^２のＰＴＦＥ不織布をカレンダーロールで押し固め、このＰＴＦＥ不織布をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥ不織布と、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、縦５０ｃｍ、横２０ｃｍの大きさに切断して実施例１のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３３０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００３５】
図１は、本実施例で作製したエレクトレットの断面図である。本実施例のエレクトレット１は、ＰＴＦＥ不織布２とステンレス鋼板３とが熱圧着されて形成されている。
【００３６】
（実施例２）
ダイキン工業社製の目付量１５０ｇ／ｍ^２のＰＴＦＥ不織布をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥ不織布と、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例２のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力６ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００３７】
（実施例３）
ダイキン工業社製の目付量１５０ｇ／ｍ^２のＰＴＦＥ不織布をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥ不織布と、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例３のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００３８】
（実施例４）
ダイキン工業社製の目付量２５０ｇ／ｍ^２のＰＴＦＥ不織布をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥ不織布と、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例４のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００３９】
（実施例５）
ダイキン工業社製のＰＴＦＥペーパー“ＰＡ−５Ｌ”をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥペーパーと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例５のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力６ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４０】
（実施例６）
ダイキン工業社製のＰＴＦＥペーパー“ＰＡ−５Ｌ”をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥペーパーと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例６のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４１】
（実施例７）
ダイキン工業社製の目付量１５０ｇ／ｍ^２のＰＴＦＥ不織布と、ダイキン工業社製の厚さ２５μｍのＰＦＡフィルム“ＡＦ−００２５”とを貼り合わせたシートをエレクトレット用材料として準備した。このシートのＰＴＦＥ不織布側と、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例７のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３４０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４２】
（実施例８）
ダイキン工業社製の目付量２５０ｇ／ｍ^２のＰＴＦＥ不織布と、ダイキン工業社製の厚さ２５μｍのＰＦＡフィルム“ＡＦ−００２５”とを貼り合わせたシートをエレクトレット用材料として準備した。このシートのＰＴＦＥ不織布側と、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して実施例８のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３４０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４３】
（比較例１）
ダイキン工業社製の厚さ５０μｍのＰＦＡフィルムを３枚重ねたフィルム“ＡＦ−００５０”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して比較例１のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４４】
（比較例２）
ダイキン工業社製の厚さ５０μｍのＦＥＰフィルムを３枚重ねたフィルム“ＮＦ−００５０”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して比較例２のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４５】
（比較例３）
日東電工社製の厚さ２５μｍのＰＴＦＥフィルムを６枚重ねたフィルム“９２０−ＵＬ”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して比較例３のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４６】
（比較例４）
ダイキン工業社製の厚さ２５μｍのＰＦＡフィルム“ＡＦ−００２５”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して比較例４のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３６０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４７】
（比較例５）
ダイキン工業社製の厚さ２５μｍのＦＥＰフィルム“ＮＦ−００２５”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して比較例５のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３３０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４８】
（比較例６）
日東電工社製の厚さ２５μｍのＰＴＦＥフィルム“９２０−ＵＬ”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例１と同様の大きさに切断して比較例６のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度３４０℃、圧力３ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。
【００４９】
次に、これらの実施例１〜８、比較例１〜６のエレクトレットを用いて、熱圧着したエレクトレット用材料の厚さ、その表面粗さ、その多孔度、およびエレクトレットの表面電位残存率を測定した。
【００５０】
エレクトレット用材料の厚さは、マイクロメーターを用いてエレクトレットのステンレス鋼板以外の層厚さを測定して求めた。エレクトレット用材料の表面粗さは、ミツトヨ社製の表面粗さ計“Ｓｕｆｅｔｅｓｔ−２０１”を用いて測定した。エレクトレット用材料の多孔度は、日立製の電子顕微鏡“Ｓ−２３８０Ｎ／ＥＭＡＸ−７０００”を用いた電子顕微鏡写真から測定した。
【００５１】
また、エレクトレットの表面電位残存率は、次のようにして測定した。まず、マイナスのコロナ放電にて温度２５℃で試料を分極処理し、その直後の表面電位をＴｒｅｋ社製の表面電位計“ｍｏｄｅｌ　３４４”にて測定した。続いて、２７０℃または３００℃にて１０分間保持した後、その表面電位を同様にして測定した。そして、エレクトレットを分極処理した直後の表面電位を基準（１００％）として、２７０℃または３００℃で１０分間保持した後の表面電位をその相対値（％）として求めた。
【００５２】
以上の測定の結果を表１に示す。また、図２には、実施例３および比較例４〜６の表面電位残存率と温度との関係を示した。
【００５３】
【表１】

【００５４】
表１から明らかなように、実施例１〜６の表面電位残存率は、比較例１〜６の全てに比べて優れていることが分かる。また、実施例７および実施例８の３００℃における表面電位残存率は、比較例１〜６の全てに比べて優れていることが分かる。
【００５５】
また、実施例１〜６からエレクトレット用材料の多孔度が高くなるほど表面電位の残存率は向上することが分かる。特に、多孔度が５０％以上が好ましい。
【００５６】
また、実施例７および実施例８は、比較例１〜６と同程度の表面粗さであるが、その内部に多孔部を備えているので、表面電位の低下が抑えられている。
【００５７】
また、エレクトレット用材料の厚さは、表面電位残存率にはあまり影響しなかった。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、金属板の表面に、フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、上記多孔性シートの多孔度が１５〜８０％である耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることにより、耐熱性に優れたエレクトレットおよびそれを用いた各種の静電型音響センサーを提供でき、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で作製したエレクトレットの断面図である。
【図２】エレクトレットの表面電位残存率と温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　エレクトレット
２　ＰＴＦＥ不織布
３　ステンレス鋼板

Claims

フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、前記多孔性シートの多孔度が１５〜８０％であることを特徴とする耐熱性エレクトレット用材料。
前記多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムをさらに貼り付けた請求項１に記載の耐熱性エレクトレット用材料。
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル（ＭＦＡ）からなる群から選択された少なくとも１つである請求項１または２に記載の耐熱性エレクトレット用材料。
前記多孔性シートの誘電率および体積抵抗率が、それぞれ２．１以下、１．０×１０^１６Ωｃｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性エレクトレット用材料。
金属板の表面に、請求項１〜４のいずれかに記載の耐熱性エレクトレット用材料を配置したことを特徴とする耐熱性エレクトレット。
前記金属板が、黄銅、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、チタン、洋白、リン青銅、それらの合金、それらがメッキされた金属およびそれらが蒸着された金属からなる群から選択された少なくとも１つから形成されている請求項５に記載の耐熱性エレクトレット。
金属板の表面に、請求項１〜４のいずれかに記載の耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を発泡させることにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
金属板の表面にフッ素樹脂と、フッ素樹脂より低い温度で分解する添加樹脂とを含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を焼成することにより前記添加樹脂を分解・除去し、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
金属板の表面に粉体状のフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングして空隙を形成した後、前記樹脂組成物を焼成することにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
前記多孔性樹脂層の多孔度が、１５〜８０％である請求項８〜１０のいずれかに記載の耐熱性エレクトレットの製造方法。
請求項５または６に記載の耐熱性エレクトレットを備えたことを特徴とする静電型音響センサー。