JP2005045553A

JP2005045553A - 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: JP2005045553A
Application number: JP2003277808A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kawato; 進川戸; Yoshinori Ota; 喜律太田
Original assignee: Toho Kasei Co Ltd
Current assignee: Toho Kasei Co Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: CN1826836A; JP3621700B1

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】フッ素樹脂を含むフィルム２であって、上記フッ素樹脂が、変性ポリテトラフルオロエチレン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黄銅板３の表面に貼り付ける。また、上記変性ポリテトラフルオロエチレンは、テトラフルオロエチレン９９．０〜９９．９９９モル％と、パーフルオロビニルエーテル１．０〜０．００１モル％とを共重合して得られる共重合体であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

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。

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。）。

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。
特開昭６４−４４０１０号公報特開平１１−１５０７９５号公報特開２０００−１１５８９５号公報

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。

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。

本発明は、フッ素樹脂を含む耐熱性エレクトレット用材料であって、前記フッ素樹脂が、変性ポリテトラフルオロエチレン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。

また、本発明は、金属部材の表面に、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。

また、本発明は、金属部材の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料からなるフィルム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。

また、本発明は、金属部材の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料をコーティング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。

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。

一般にフッ素樹脂は耐熱性が高い樹脂であり、さらに変性ポリテトラフルオロエチレン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、高温での電荷保持性能が高いエレクトレットを提供できる。

本発明の耐熱性エレクトレット用材料の一例は、フッ素樹脂を含む耐熱性エレクトレット用材料であって、上記フッ素樹脂が、変性ポリテトラフルオロエチレン（変性ＰＴＦＥ）であることを特徴とする。

エレクトレットの高温での電荷保持性能を高めるためには、エレクトレット用材料の融点付近まで、電荷のトラップ部位が保持されることが必要である。具体的なトラップ部位としては、エレクトレット用材料を構成するフッ素樹脂の結晶内部の結晶欠陥、および結晶部と非晶部との界面が考えられる。純粋なポリテトラフルオロエチレン（ホモＰＴＦＥ）は、成形加工時にボイドが発生しやすく、そのボイドにより高温時に応力が緩和され、結晶の流動が起こりやすい。その結果、電荷のトラップ部位（例えば、結晶部と非晶部との界面）が破壊され、電荷保持性能が低下する。また、ホモＰＴＦＥは、その化学構造として側鎖を持たないため、結晶欠陥が生じにくい。これに対して、変性ＰＴＦＥは、成形加工時のボイドの発生も少なく、またその化学構造として側鎖を有するため、高温でも電荷のトラップ部位が保持され、高温での電荷保持性能が高い。

また、エレクトレット用材料としてフッ素樹脂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、エレクトレットのフレキシビリティが損なわれず、また、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。なお、変性ＰＴＦＥの融点（約３２４℃）は、代表的なフッ素樹脂であるホモＰＴＦＥの融点（約３３０℃）とほぼ同じである。これにより、加工温度が３００℃程度になるＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いてマイクロホン等を製造できる。

また、上記変性ＰＴＦＥは、テトラフルオロエチレン９９．０〜９９．９９９モル％と、パーフルオロビニルエーテル１．０〜０．００１モル％とを共重合して得られる共重合体であることが好ましい。また、上記変性ＰＴＦＥは、テトラフルオロエチレン９９．５〜９９．９９モル％と、パーフルオロビニルエーテル０．５〜０．０１モル％とを共重合して得られる共重合体であることがより好ましい。テトラフルオロエチレンにパーフルオロビニルエーテルを上記範囲内で共重合させることにより、ＰＴＦＥのベース結晶にパーフルオロビニルエーテルが部分的に歪み（結晶欠陥）を生じさせ、その歪の部分に電荷を保持させやすくなるからである。

パーフルオロビニルエーテルが０．００１モル％を下回ると上記ホモＰＴＦＥと同様の問題が生じ、１．０モル％を超えると融点が低下して高温時に結晶の流動が起こりやすくなり、電荷のトラップ部位（例えば、結晶部と非晶部との界面）が破壊され、電荷保持性能が低下する。

また、上記耐熱性エレクトレット用材料は、その誘電率が２．１以下であり、その体積抵抗率が１．０×１０¹⁸Ωｃｍ以上であることが好ましい。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、本発明の耐熱性エレクトレットの一例は、金属部材の表面に、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、耐熱性が高いエレクトレットを提供できる。金属部材としては、例えば、金属板、金属シート等を使用できる。

上記耐熱性エレクトレット用材料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、上記金属部材は、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選ばれた少なくとも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。

なお、上記金属部材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、さらには上記耐熱性エレクトレット用材料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。また、同様の目的で、上記耐熱性エレクトレット用材料の接着面にコロナ処理、スパッタリング処理、金属ナトリウム処理などを行うことが好ましい。

また、本発明の耐熱性エレクトレットの製造方法の一例は、金属部材の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料からなるフィルムを貼り合わせることを特徴とする。金属部材としては、例えば、金属板、金属シート等を使用できる。即ち、例えば、変性ＰＴＦＥからなるフィルムを準備し、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フィルムを供給しつつ、上記圧着ロールの間に上記金属板および上記フィルムを挿入し、上記金属板と上記フィルムとの接触時間を１〜３秒、接触帯幅を１〜２０ｍｍに制御し、上記金属板と上記フィルムとを熱圧着することができる。

また、本発明の耐熱性エレクトレットの製造方法の他の一例は、金属部材の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料をコーティングすることを特徴とする。即ち、例えば、変性ＰＴＦＥ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ことにより、金属板の表面に変性ＰＴＦＥを含む樹脂層を形成することができる。

これら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。

また、本発明の静電型音響センサーの一例は、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。

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。

（実施例１）
厚さ２５μｍの変性ＰＴＦＥフィルムをエレクトレット用材料として準備した。この変性ＰＴＦＥフィルムは、９９．９モル％のテトラフルオロエチレンと、０．１モル％のパーフルオロプロピルビニルエーテルとを共重合させた共重合体からなる。この変性ＰＴＦＥフィルムと、厚さ０．２ｍｍの黄銅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作製した。熱圧着は、温度３４０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ²で行った。

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、変性ＰＴＦＥからなるフィルム２と黄銅板３とが熱圧着されて形成されている。

（比較例１）
日東電工社製の厚さ２５μｍのホモ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ＰＴＦＥフィルムと、厚さ０．２ｍｍの黄銅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作製した。熱圧着は、温度３４０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ²で行った。

（比較例２）
ダイキン工業社製の目付量１５０ｇ／ｍ²、厚さ１２０μｍのホモ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の黄銅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作製した。熱圧着は、温度３６０℃、圧力６ｋｇｆ／ｃｍ²で行った。

（比較例３）
中興化成工業社製の厚さ２５μｍのホモＰＴＦＥフィルム“ＭＳＦ−１００”をエレクトレット用材料として準備した。このＰＴＦＥフィルムと、厚さ０．２ｍｍの黄銅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作製した。熱圧着は、温度３４０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ²で行った。

（比較例４）
ダイキン工業社製の厚さ２５μｍの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）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ＦＥＰフィルムと、厚さ０．２ｍｍの黄銅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作製した。熱圧着は、温度３４０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ²で行った。

（比較例５）
ダイキン工業社製の厚さ２５μｍのテトラフルオロエチレン（９７モル％）−パーフルオロアルキルビニルエーテル（３モル％）共重合体（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ＰＦＡフィルムと、厚さ０．２ｍｍの黄銅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作製した。熱圧着は、温度３４０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ²で行った。

（実施例２）
黄銅板に代えて、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板を用いた以外は、実施例１と同様にして実施例２のエレクトレットを作製した。

（比較例６）
黄銅板に代えて、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板を用いた以外は、比較例１と同様にして比較例６のエレクトレットを作製した。

（比較例７）
黄銅板に代えて、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板を用いた以外は、比較例２と同様にして比較例７のエレクトレットを作製した。

（比較例８）
黄銅板に代えて、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板を用いた以外は、比較例３と同様にして比較例８のエレクトレットを作製した。

（比較例９）
黄銅板に代えて、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板を用いた以外は、比較例４と同様にして比較例９のエレクトレットを作製した。

（比較例１０）
黄銅板に代えて、厚さ０．２ｍｍのステンレス鋼板を用いた以外は、比較例５と同様にして比較例１０のエレクトレットを作製した。

次に、これらの実施例１、２、比較例１〜１０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、およびエレクトレットの表面電位残存率を測定した。

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金属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、小阪研究所製の表面粗さ計“ＳＥ−３５００”を用いて測定した。

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“ｍｏｄｅｌ３４４”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。

以上の測定の結果を表１に示す。また、図２には、実施例１および比較例１〜５の表面電位残存率と温度との関係を示した。

表１から明らかなように、実施例１の表面電位残存率は、比較例１〜５の全てに比べて高いことが分かる。また、実施例２の表面電位残存率は、比較例６〜１０の全てに比べて高いことが分かる。なお、エレクトレット用材料の厚さを２５μｍ以下にしても、表面電位残存率にはあまり影響しなかった。

また、実施例１および実施例２では、平面粗さＲａ（横）と平面粗さＲａ（縦）とがいずれも０．５μｍ以下となり、エレクトレットをマイクロホン等に使用しても振動板の動作を妨げない。

なお、比較例２および比較例７では、残存率はある程度高くなったものの、表面粗さが０．５μｍを大きく上回っており、マイクロホン等には適さない。

上記実施例では、エレクトレット用材料として変性ＰＴＦＥのフィルムを用いたが、変性ＰＴＦＥの塗料（ディスパージョン）を金属部材にコーティングすることもできる。また、ホモＰＴＦＥの塗料に、核剤、阻害剤となる低分子フッ素化合物、無機物等の添加剤を加えることもできる。融点の観点から考えると、ホモＰＴＦＥを主体とした塗料に、パーフルオロアルキルビニルエーテルを添加するのが好ましい。これにより、エレクトレット用材料の球晶の界面および結晶欠陥が増加することにより、高温での電荷保持性能を高めることができる。

耐熱性エレクトレット用材料に変性ＰＴＦＥを用いることにより、耐熱性の高い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。

実施例１で作製したエレクトレットの断面図である。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フィルム
３黄銅板

Claims

フッ素樹脂を含む耐熱性エレクトレット用材料であって、前記フッ素樹脂が、変性ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする耐熱性エレクトレット用材料。
前記変性ポリテトラフルオロエチレンが、テトラフルオロエチレン９９．０〜９９．９９９モル％と、パーフルオロビニルエーテル１．０〜０．００１モル％とを共重合して得られる共重合体である請求項１に記載の耐熱性エレクトレット用材料。
前記耐熱性エレクトレット用材料は、その誘電率が２．１以下、その体積抵抗率が１．０×１０¹⁸Ωｃｍ以上である請求項１または２に記載の耐熱性エレクトレット用材料。
金属部材の表面に、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。
前記金属部材が、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選ばれた少なくとも１つから形成されている請求項４に記載の耐熱性エレクトレット。
前記金属部材が、金属板である請求項４または５に記載の耐熱性エレクトレット。
金属部材の表面に、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からなるフィルム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。
金属部材の表面に、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をコーティング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。
前記金属部材が、金属板である請求項７または８に記載の耐熱性エレクトレットの製造方法。
請求項４〜６のいずれか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。