JP2014090916A - Acoustic sensor, and acoustic monitoring device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトレット(Electret)膜を備える音響センサ、およびこれを備える音響モニタ装置に関する。 The present invention relates to an acoustic sensor including an electret film and an acoustic monitor device including the acoustic sensor.
エレクトレット膜を備える音響センサとしては、たとえば、マイクロフォンが知られている(特許文献1、2)。 For example, a microphone is known as an acoustic sensor including an electret film (Patent Documents 1 and 2).
特許文献1に記載のマイクロフォンは、導電材料で形成される振動膜と、この振動膜と対向する背極板と、背極板と振動膜との間隔を保持するためのスペーサと、を備えている。背極板には、振動膜と対向する面にエレクトレット膜が形成されている。 The microphone described in Patent Document 1 includes a vibration film formed of a conductive material, a back electrode plate facing the vibration film, and a spacer for maintaining a distance between the back electrode plate and the vibration film. Yes. An electret film is formed on the back electrode plate on the surface facing the vibration film.
また、特許文献2に記載のマイクロフォンは、導電材料で形成される振動板と、この振動板と対向する背面が形成されているケースと、ケースの背面と振動板との間隔を保持するためのスペーサと、ケースの背面に形成されているエレクトレット膜と、を備えている。このマイクロフォンは、人の動脈を締め付けたときに発生する音であるコロトフ音等、100Hz以下の比較的低周波数の音を検出するために用いられる。
In addition, the microphone described in
その他、本発明と関連する技術として、マイクロフォンを使用した電子聴診器に関する技術が知られている(特許文献3、4)。この電子聴診器は、マイクロフォンと、このマイクロフォンを収納する聴診器ヘッドケースとしての筐体と、マイクロフォンからの電気信号を音に変換するイヤフォンとを備えている。
In addition, as a technique related to the present invention, a technique related to an electronic stethoscope using a microphone is known (
電子聴診器に代表される音響モニタ装置に用いらえる音響センサとして、集音する周波数帯域の調整が効率的で、しかも集音感度が高いものが望まれている。しかしながら、特許文献1〜4に記載のマイクロフォンでは、集音感度が低いという問題点がある。 As an acoustic sensor that can be used in an acoustic monitor device typified by an electronic stethoscope, an acoustic sensor that efficiently adjusts a frequency band for collecting sound and has high sound collection sensitivity is desired. However, the microphones described in Patent Documents 1 to 4 have a problem that the sound collection sensitivity is low.
本発明は、集音する周波数帯域の調整が効率的で、集音感度の高い音響センサ、およびこれを備える音響モニタ装置の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an acoustic sensor that efficiently adjusts a frequency band for collecting sound and has high sound collection sensitivity, and an acoustic monitor device including the same.
本発明は、以下の[1]〜[9]の構成を有する音響センサ、および、これを備える以下の[10]〜[12]の構成を有する音響モニタ装置である。
[1]筒状を成し、両端が開口しているスペーサと、前記スペーサの一方の開口を塞ぐように該スペーサに取り付けられている振動板と、前記振動板に対向し、前記スペーサの他方の開口を塞ぐ背面板と、導電材で形成され、前記振動板の前記背面板側に設けられている振動電極膜と、導電材で形成され、前記背面板の前記振動板側に設けられている背面電極膜と、エレクトレット膜と、を備え、
前記振動板には、前記スペーサの内面よりも内側に、該振動板を内側領域と外側領域とに分ける溝が形成され、前記エレクトレット膜が、前記振動電極膜と前記背面電極膜とのうち一方の電極膜の他方の電極膜側であって、前記溝よりも内側に形成されている、ことを特徴とする音響センサ。
[2]前記溝が、前記振動板の前記背面板側に形成されている、[1]の音響センサ。
[3]前記振動板の前記背面板と反対側の面であって、前記溝よりも内側の領域に錘が設けられている、[1]または[2]の音響センサ。
[4]弾性を有し、前記スペーサの前記一方の開口側の端面と前記振動板との間に配置されている弾性部材を備え、前記振動板が前記弾性部材を介して前記スペーサに取り付けられている、[1]〜[3]のいずれかの音響センサ。
[5]前記エレクトレット膜が前記振動電極膜の前記背面板側に形成されている、[1]〜[4]のいずれかの音響センサ。
[6]前記エレクトレット膜が、含フッ素重合体を用いた樹脂膜に電荷を注入したものである、[1]〜[5]のいずれかの音響センサ。
[7]前記エレクトレット膜が、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)の誘導体(a’)を用いた樹脂膜に電荷を注入したものである、[1]〜[5]のいずれかの音響センサ。
[8]前記含フッ素重合体(a)が反応性官能基を有する、[7]の音響センサ。
[9]前記樹脂膜が前記誘導体(a’)を用いてなり、該誘導体(a’)が、前記含フッ素重合体(a)と、アミノ基を有するシランカップリング剤との混合物または反応生成物を含む、[7]のまたは[8]の音響センサ。
The present invention is an acoustic sensor having the following configurations [1] to [9], and an acoustic monitor device having the following configurations [10] to [12].
[1] A cylindrical spacer having both ends open, a diaphragm attached to the spacer so as to block one opening of the spacer, and the other of the spacers facing the diaphragm A back plate that closes the opening, a vibrating electrode film that is formed of a conductive material and provided on the back plate side of the diaphragm, and is formed of a conductive material and provided on the diaphragm side of the back plate. A back electrode film and an electret film,
A groove for dividing the diaphragm into an inner region and an outer region is formed inside the inner surface of the spacer, and the electret film is one of the vibrating electrode film and the back electrode film. An acoustic sensor, which is formed on the other electrode film side of the electrode film and inside the groove.
[2] The acoustic sensor according to [1], wherein the groove is formed on the back plate side of the diaphragm.
[3] The acoustic sensor according to [1] or [2], wherein a weight is provided in a region opposite to the back plate of the diaphragm and inside the groove.
[4] An elastic member having elasticity and disposed between the end face on the one opening side of the spacer and the diaphragm, and the diaphragm is attached to the spacer via the elastic member. The acoustic sensor according to any one of [1] to [3].
[5] The acoustic sensor according to any one of [1] to [4], wherein the electret film is formed on the back plate side of the vibrating electrode film.
[6] The acoustic sensor according to any one of [1] to [5], wherein the electret film is obtained by injecting electric charge into a resin film using a fluoropolymer.
[7] The electret film is obtained by injecting electric charge into a resin film using a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a derivative (a ′) of the fluoropolymer (a). The acoustic sensor according to any one of [1] to [5].
[8] The acoustic sensor according to [7], wherein the fluoropolymer (a) has a reactive functional group.
[9] The resin film comprises the derivative (a ′), and the derivative (a ′) is a mixture or reaction product of the fluoropolymer (a) and a silane coupling agent having an amino group. The acoustic sensor according to [7] or [8], including an object.
[10]前記[1]〜[9]のいずれかの音響センサと、前記振動板の振動による前記振動電極膜と前記背面電極膜との間の電位差の変化を音情報として出力する音情報出力器と、を備えている音響モニタ装置。
[11]少なくとも一方の端に開口が形成されている筒状の聴診器ヘッドケースと、前記聴診器ヘッドケースの前記開口を塞ぐダイヤフラムと、を備え、
前記音響センサは、前記聴診器ヘッドケース内に配置され、該音響センサの前記振動板における前記溝よりも内側の領域が前記ダイヤフラムに取り付けられ、前記音情報出力器として、前記電位差の変化を音として出力する左右一対のイヤフォンを有する、[10]の音響モニタ装置。
[12]少なくとも一方の端に開口が形成されている筒状の聴診器ヘッドケースと、前記聴診器ヘッドケースの前記開口を塞ぐダイヤフラムと、前記聴診器ヘッドケース内に配置されている[3]の音響センサと、前記振動板の振動による前記振動電極膜と前記背面電極膜との間の電位差の変化である電気信号を音として出力する左右一対のイヤフォンと、を備え、
前記音響センサの前記振動板に設けられている前記錘が、前記ダイヤフラムに取り付けられている、音響モニタ装置。
[10] Sound information output that outputs, as sound information, a change in potential difference between the acoustic sensor of any one of [1] to [9] and vibration electrode film and back electrode film due to vibration of the diaphragm. And an acoustic monitor device.
[11] A cylindrical stethoscope head case having an opening formed on at least one end thereof, and a diaphragm for closing the opening of the stethoscope head case,
The acoustic sensor is disposed in the stethoscope head case, and a region inside the groove of the diaphragm of the acoustic sensor is attached to the diaphragm, and the change in the potential difference is detected as the sound information output device. The acoustic monitor device according to [10], including a pair of left and right earphones that output as
[12] A cylindrical stethoscope head case having an opening formed on at least one end thereof, a diaphragm for closing the opening of the stethoscope head case, and a stethoscope head case [3] An acoustic sensor and a pair of left and right earphones that output an electric signal as a sound, which is a change in potential difference between the vibrating electrode film and the back electrode film due to vibration of the diaphragm,
An acoustic monitor device, wherein the weight provided on the diaphragm of the acoustic sensor is attached to the diaphragm.
本発明によれば、集音する周波数帯域を効率的に調整でき、しかも、集音感度を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the frequency band which collects sound can be adjusted efficiently, and sound collection sensitivity can be improved.
本発明に係る音響センサは、筒状を成し、両端が開口しているスペーサと、前記スペーサの一方の開口を塞ぐように該スペーサに取り付けられている振動板と、前記振動板に対向し、前記スペーサの他方の開口を塞ぐ背面板と、導電材で形成され、前記振動板の前記背面板側に設けられている振動電極膜と、導電材で形成され、前記背面板の前記振動板側に設けられている背面電極膜と、エレクトレット膜と、を備え、前記振動板には、前記スペーサの内面よりも内側に、該振動板を内側領域と外側領域とに分ける溝が形成され、前記エレクトレット膜は、前記振動電極膜と前記背面電極膜とのうち一方の電極膜の他方の電極膜側であって、前記溝よりも内側に形成されていることを特徴とする。 An acoustic sensor according to the present invention has a cylindrical shape and is open at both ends, a diaphragm attached to the spacer so as to close one opening of the spacer, and the diaphragm. A back plate that closes the other opening of the spacer, a vibration electrode film that is formed of a conductive material and is provided on the back plate side of the vibration plate, and is formed of a conductive material, and the vibration plate of the back plate A back electrode film provided on the side, and an electret film, and the diaphragm is formed with a groove dividing the diaphragm into an inner region and an outer region inside the inner surface of the spacer, The electret film is formed on the other electrode film side of one of the vibrating electrode film and the back electrode film and inside the groove.
当該音響センサでは、振動板に設けられている振動電極膜と背面板に設けられている背面電極膜とのうち、エレクトレット膜が形成されていない電極膜には、エレクトレット膜の表面電荷によって、該表面電荷とは逆極性を持つ電荷が静電誘導される。振動板が背面板に対して相対的に振動すると、エレクトレット膜と該エレクトレット膜が形成されていない電極膜との間の距離が変化する。このため、該エレクトレット膜が形成されていない電極膜に静電誘導される電荷量は、この距離変化に伴って変化する。この結果、該エレクトレット膜が形成されている電極膜と該エレクトレット膜が形成されていない電極膜の間の電位差は、振動に伴って変化する。当該音響センサでは、該電位差の変化が振動板を振動させた音の音情報となる。 In the acoustic sensor, of the vibrating electrode film provided on the diaphragm and the back electrode film provided on the back plate, the electrode film on which the electret film is not formed is caused by the surface charge of the electret film. A charge having a polarity opposite to the surface charge is electrostatically induced. When the diaphragm vibrates relative to the back plate, the distance between the electret film and the electrode film on which the electret film is not formed changes. For this reason, the amount of charge electrostatically induced in the electrode film on which the electret film is not formed changes with this distance change. As a result, the potential difference between the electrode film on which the electret film is formed and the electrode film on which the electret film is not formed changes with vibration. In the acoustic sensor, the change in the potential difference becomes sound information of the sound that vibrates the diaphragm.
振動板の外周縁部がスペーサにしっかりと固定されると、振動板の振動における振幅が基本的に小さくなり、集音感度が低くなる傾向がある。しかし、本発明では、振動板を外側領域と内側領域に分ける溝が該振動板に形成されているため、該振動板の外側領域中の外周縁部がスペーサにしっかりと固定されていても、溝を起点として振動板の内側領域は振動し易い。このため、本発明では、振動板の外周縁部がスペーサにしっかりと固定されていても、振動板の振動における内側領域の振幅が大きくなり、音響センサの集音感度を高めることができる。 When the outer peripheral edge of the diaphragm is firmly fixed to the spacer, the vibration amplitude of the diaphragm is basically reduced, and the sound collection sensitivity tends to be lowered. However, in the present invention, a groove that divides the diaphragm into an outer region and an inner region is formed in the diaphragm, so even if the outer peripheral edge in the outer region of the diaphragm is firmly fixed to the spacer, The inner region of the diaphragm is likely to vibrate starting from the groove. For this reason, in the present invention, even if the outer peripheral edge of the diaphragm is firmly fixed to the spacer, the amplitude of the inner region in the vibration of the diaphragm is increased, and the sound collection sensitivity of the acoustic sensor can be increased.
また、音響センサの集音感度は、エレクトレット膜の表面電荷密度が高くなるほど高くなる。後ほど詳細に説明するが、エレクトレット膜を構成する電荷保持媒体として、含フッ素重合体を用いた樹脂膜を用いることにより、エレクトレット膜は高い表面電荷密度を保持する。該電荷保持媒体として、含フッ素重合体を用いた樹脂膜を用いることにより、音響センサの集音感度、特に、低周波域での集音感度を高めることができる。 In addition, the sound collection sensitivity of the acoustic sensor increases as the surface charge density of the electret film increases. As will be described in detail later, the electret film retains a high surface charge density by using a resin film using a fluoropolymer as a charge retention medium constituting the electret film. By using a resin film using a fluoropolymer as the charge retention medium, the sound collection sensitivity of the acoustic sensor, particularly the sound collection sensitivity in a low frequency region can be increased.
音響センサの集音周波数帯域は、振動板、振動電極膜を含む振動系の固有振動数を中心とする周波数帯域である。このため、該振動系の固有周波数を変えることで、音響センサの集音周波数帯域を変えることができる。該振動系では、振動の起点となる溝中の所定箇所で、振動板の内側領域を基準にして相対する二箇所の間隔が大きくなるほど、固有振動数が小さくなる。言い換えると、該振動系では、相対する二箇所の間隔が小さくなるほど固有振動数が大きくなる。よって、本発明では、溝の相対する二箇所の間隔を変えることで、集音周波数帯域を効率的に調整できる。 The sound collection frequency band of the acoustic sensor is a frequency band centered on the natural frequency of the vibration system including the diaphragm and the vibrating electrode film. For this reason, the sound collection frequency band of the acoustic sensor can be changed by changing the natural frequency of the vibration system. In the vibration system, the natural frequency becomes smaller as the distance between the two opposite positions with respect to the inner region of the diaphragm becomes larger at a predetermined position in the groove where the vibration starts. In other words, in the vibration system, the natural frequency increases as the distance between the two opposing portions decreases. Therefore, in the present invention, the sound collection frequency band can be efficiently adjusted by changing the interval between two opposing grooves.
上記音響センサには、振動電極膜と背面電極膜との間の電位差の変化を音情報として出力する音情報出力器を接続することで、該音響センサと該音情報出力器とで音響モニタ装置を構成することができる。該音情報出力器が出力する音情報としては、振動板を振動させた音自体の他に、該音の音響特性を図形的に示す情報や数値的に示す情報等がある。 By connecting a sound information output device that outputs a change in potential difference between the vibrating electrode film and the back electrode film as sound information to the acoustic sensor, an acoustic monitor device is connected to the acoustic sensor and the sound information output device. Can be configured. The sound information output from the sound information output device includes not only the sound itself that vibrates the diaphragm itself but also information indicating the acoustic characteristics of the sound graphically, information indicating numerically, and the like.
音響モニタ装置の一例としては、電子聴診器がある。この場合、上記音響センサは、聴診器ヘッドに組み込まれ、該音響センサからの電気信号が、音情報出力器としての一対のイヤフォンに出力される。上記音響センサを聴診器の集音センサとして用いる場合、該音響センサは、心臓の心音、過剰心音、心雑音、血管音、コロトフ音、肺音等の他、腹部内臓音等を集音できることが好ましい。これらの音は、いずれも比較的低周波数である。よって、音響センサのエレクトレット膜を形成する材料の一種である樹脂膜(A)として、低周波域での集音感度を高めることができる含フッ素重合体を用いることが好ましい。さらに、聴診器ヘッド及び該聴診器ヘッドに組み込まれる該音響センサの大型化を抑えつつも、該音響センサの振動系における固有振動数を低くして、音響センサの集音周波数域を低くするために、振動板には錘を設けることが好ましい。 An example of an acoustic monitor device is an electronic stethoscope. In this case, the acoustic sensor is incorporated in a stethoscope head, and an electrical signal from the acoustic sensor is output to a pair of earphones as a sound information output device. When the acoustic sensor is used as a sound collection sensor for a stethoscope, the acoustic sensor can collect heart abdominal sounds, excess heart sounds, heart noise, blood vessel sounds, Korotov sounds, lung sounds, and abdominal visceral sounds. preferable. All of these sounds have a relatively low frequency. Therefore, it is preferable to use a fluorine-containing polymer capable of enhancing sound collection sensitivity in a low frequency region as the resin film (A) which is a kind of material forming the electret film of the acoustic sensor. Furthermore, while suppressing an increase in the size of the stethoscope head and the acoustic sensor incorporated in the stethoscope head, the natural frequency in the vibration system of the acoustic sensor is reduced to lower the sound collection frequency range of the acoustic sensor. In addition, it is preferable to provide a weight on the diaphragm.
なお、本発明において、音響モニタ装置は電子聴診器に限定されない。たとえば、上記イヤフォンの替わりに、発生音を多数の者が同時に聞くことができるスピーカや、音情報としての音響特性を表示するディスプレイや、音響特性を印刷するプリンタを音響センサに接続してもよい。また、音響モニタ装置は、人体からの発生音のみならず、他の音、たとえば、配管中の流動体音、容器や建屋等の内部音等をモニタするための装置であってもよい。 In the present invention, the acoustic monitor device is not limited to an electronic stethoscope. For example, instead of the earphone, a speaker that allows many people to hear the generated sound at the same time, a display that displays acoustic characteristics as sound information, and a printer that prints acoustic characteristics may be connected to the acoustic sensor. . The acoustic monitor device may be a device for monitoring not only the sound generated from the human body but also other sounds, for example, fluid sound in piping, internal sounds of containers, buildings, and the like.
以下、本発明に係る音響センサ、およびこれを備えている音響モニタ装置の一実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of an acoustic sensor according to the present invention and an acoustic monitor device including the acoustic sensor will be described with reference to the drawings.
〔音響モニタ装置の構成〕
図5に、本実施形態の音響モニタ装置を示す。
本実施形態の音響モニタ装置は、電子聴診器であり、対象となる人体等に接する聴診器ヘッド1と、医者等の耳に装着される音情報出力器としての左右一対のイヤフォン2と、を備えている。
[Configuration of acoustic monitor device]
FIG. 5 shows an acoustic monitor device of the present embodiment.
The acoustic monitor device of the present embodiment is an electronic stethoscope, and includes a stethoscope head 1 that comes into contact with a target human body and the like, and a pair of left and
聴診器ヘッド1は、一方の端に円形の開口11が形成されている筒状の聴診器ヘッドケース10と、聴診器ヘッドケース10の開口11を塞ぐダイヤフラム12と、聴診器ヘッドケース10内に配置されている音響センサ20と、音響センサ20からの電気信号を増幅する電気回路15と、を備えている。ダイヤフラム12は、聴診器ヘッドケース10の円形の開口11を塞ぐため、円板状を成している。該ダイヤフラム12の厚さは、たとえば、200μmである。該ダイヤフラム12を形成する材料としては、たとえば、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の有機材料が挙げられる。音響センサ20は、該ダイヤフラム12の聴診器ヘッドケース10の内側を向く面12bに接着されている。電気回路15は、音響センサ20を構成する基板に固定されている。電気回路15と各イヤフォン2とは、イヤフォンコード3で接続されている。
The stethoscope head 1 includes a cylindrical
〔音響センサの構成〕
図1に、音響センサ20の断面図を示す。
音響センサ20は、円筒状を成し、両端が開口(21a、21b)しているスペーサ21と、スペーサ21の一方の開口21aを塞ぐ円板状の振動板23と、振動板23に対向し、スペーサ21の他方の開口21bを塞ぐ円板状の背面板26と、振動板23の背面板側の面23bに形成されている振動電極膜27と、背面板26の振動板側の面26aに形成されている背面電極膜28と、振動電極膜27の振動板側の面27bに形成されているエレクトレット膜29と、振動板23の背面板26とは反対側の面23aに固定されている錘31と、スペーサ21の一方の開口21a側の端面21cと振動板23との間に配置されている弾性部材32と、備えている。
[Configuration of acoustic sensor]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the
The
スペーサ21は、振動板23の外周縁部と背面板26の外周縁部との間隔を保持するためのものである。該スペーサ21の材質は、特に限定されず、金属等の導電材料でも絶縁材料でもよい。ただし、音響センサ20の軽量化およびエレクトレット膜29の耐久性(放電のしにくさ)の点から、スペーサ21の材質は絶縁材料であることが好ましい。また、絶縁材料としては、有機材料が好ましい。
The
振動板23および背面板26は、絶縁材料で形成されている。絶縁材料の抵抗値としては、体積固有抵抗値で1010Ωcm以上が好ましく、1012Ωcm以上が特に好ましい。絶縁材料として具体的には、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の有機材料が挙げられる。
The
円板状の振動板23および背面板26、さらに円筒状のスペーサ21は、いずれも外径D1が本実施形態において20mmである。また、振動板23の厚さD2は0.4mm、背面板26の厚さD3は0.4mmである。スペーサ21の厚さと弾性部材32の厚さを加えた厚さD4は0.1mmである。
The disk-shaped
円板状の振動板23の背面板側の面23bには、背面板側とは反対側に凹む溝24が形成されている。該溝24は、たとえば、エッチング、場合によっては機械加工で形成される。該溝24の溝幅および溝深さD5は、該振動板23がガラスで形成されている場合、振動板23の厚さD2の1/20〜1/8の厚さが好ましく、振動板23の厚さD2の1/13〜1/10の厚さが特に好ましい。具体的に、本実施形態の場合、振動板23の厚さD4が0.4mmであることから、溝24の溝幅および溝深さD3は、0.02(20μm)〜0.05(50μm)が好ましく、0.03(30μm)〜0.04(40μm)が特に好ましい。
A
図2は、図1のII矢視図である。溝24は、円板状の振動板23の中心Cを基準にした周方向Dcに延びている。このため、振動板23は、該溝24により、内側領域23iと外側領域23oに分けられている。ただし、該溝24は、円板状の振動板23の中心Cを基準して360°形成されておらず、該中心Cを基準として周方向Dcの一部(以下、平坦部25とする。)には形成されていない。これは、後述するように、振動板23の背面板側の面23b中であって、振動板23の内側領域23i中に形成される振動電極膜27からの信号線18を、溝24が形成されていない平坦部25を介して、溝24の外側、つまり外側領域23oへ延ばすためである。周方向Dcに延びている溝24の内周縁の径D6(図1参照)は、本実施形態において、たとえば、10mmである。
FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow II in FIG. The
振動電極膜27は、振動板23の背面板側の面23b中であって、振動板23の内側領域23i中に形成されている。また、背面電極膜28は、背面板26の振動板側の面26a中であって、振動板23の内側領域23iと対向する領域を含む領域に形成されている。
The
振動電極膜27および背面電極膜28(以下、振動電極膜27および背面電極膜28を単に電極膜と言う場合がある)は、いずれも、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよく、組成に分布のある構造を形成していてもよい。
電極膜の厚さ(複数の層よりなる場合は合計の厚さ)は、いずれも、10〜1,000nmが好ましく、100〜500nmが特に好ましい。該厚さが上記範囲内であると、導電性、生産性に優れる。該厚さは、たとえば、触針式表面形状測定器(ULVAC社製DEKTAK8等)により測定できる。
Each of the vibrating
The thickness of the electrode film (in the case of a plurality of layers, the total thickness) is preferably 10 to 1,000 nm, and particularly preferably 100 to 500 nm. When the thickness is within the above range, the conductivity and productivity are excellent. The thickness can be measured by, for example, a stylus type surface shape measuring instrument (such as DEKTAK8 manufactured by ULVAC).
電極膜を形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。該材料の抵抗値としては、体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下が好ましく、0.01Ωcm以下が特に好ましい。
導電性材料として具体的には、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、錫、コバルト、パラジウム、白金、これらのうちの少なくとも1種を主成分とする合金等が挙げられる。また、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン系導電性ポリマー(PEDOT/PSS)、カーボンナノチューブ等からなる有機導電膜も例示できる。
The material for forming the electrode film is not particularly limited as long as it has conductivity. The resistance value of the material is preferably 0.1 Ωcm or less, particularly preferably 0.01 Ωcm or less in terms of volume resistivity.
Specific examples of the conductive material include gold, silver, copper, nickel, chromium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, tin, cobalt, palladium, platinum, and alloys containing at least one of these as a main component. Can be mentioned. Moreover, organic conductive films composed of metal oxide conductive films such as ITO (Indium Tin Oxide) and IZO (Indium Zinc Oxide), polyaniline, polypyrrole, polythiophene conductive polymer (PEDOT / PSS), carbon nanotubes and the like can also be exemplified.
電極膜の形成方法は特に限定されず、物理的蒸着法、無電解めっき法等の、導電性薄膜の形成方法として公知の方法を利用できる。
物理蒸着法としては、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
無電解めっき法とは、金属塩、還元剤等を含む無電解めっき液に、表面に触媒が付着した基板を浸漬し、還元剤から生じる電子の還元力によって、触媒が付着した基板表面において選択的に金属を析出させ、無電解めっき膜を形成する方法である。
無電解めっき液に含まれる金属塩としては、ニッケル塩(硫酸ニッケル、塩化ニッケル、次亜リン酸ニッケル等。)、第二銅塩(硫酸銅、塩化銅、ピロリン酸等。)、コバルト塩(硫酸コバルト、塩化コバルト等。)、貴金属塩(塩化白金酸、塩化金酸、ジニトロジアンミン白金、硝酸銀等。)等が挙げられる。
無電解めっき液に含まれる還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ホルムアルデヒド、テトラヒドロほう酸ナトリウム、ジアルキルアミンボラン、ヒドラジン等が挙げられる。
無電解めっき法により導電性薄膜を形成する場合、導電性薄膜を形成する前に、予め、基板の表面に触媒を付着させておくことが好ましい。該触媒としては、金属微粒子、金属を担持した微粒子、コロイド、有機金属錯体等が挙げられる。
The formation method of an electrode film is not specifically limited, A well-known method can be utilized as a formation method of an electroconductive thin film, such as a physical vapor deposition method and an electroless plating method.
Examples of physical vapor deposition include sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating.
The electroless plating method is selected on the surface of the substrate on which the catalyst has adhered by immersing the substrate with the catalyst on the surface in an electroless plating solution containing a metal salt, reducing agent, etc., and the reducing power of electrons generated from the reducing agent. In this method, a metal is deposited to form an electroless plating film.
As metal salts contained in the electroless plating solution, nickel salts (nickel sulfate, nickel chloride, nickel hypophosphite, etc.), cupric salts (copper sulfate, copper chloride, pyrophosphoric acid, etc.), cobalt salts ( Cobalt sulfate, cobalt chloride, etc.), noble metal salts (chloroplatinic acid, chloroauric acid, dinitrodiammine platinum, silver nitrate, etc.).
Examples of the reducing agent contained in the electroless plating solution include sodium hypophosphite, formaldehyde, sodium tetrahydroborate, dialkylamine borane, hydrazine and the like.
When forming a conductive thin film by an electroless plating method, it is preferable to attach a catalyst to the surface of the substrate in advance before forming the conductive thin film. Examples of the catalyst include metal fine particles, metal-supported fine particles, colloids, and organometallic complexes.
エレクトレット膜29は、正極性または負極性の電荷を注入することにより、内部にホモ電荷(独立した電荷)を保持させた膜状の電荷保持媒体である。エレクトレット膜29は、振動電極膜27の表面、つまり振動電極膜27の背面電極膜側の面27b上に形成されている。なお、電荷保持体、膜の形成方法、電荷の注入方法については、後ほど詳細に説明する。
The
弾性部材32は、リング状を成し、前述したように、スペーサ21の一方の開口21a側の端面21cと振動板23の外周縁部との間に配置されている。該弾性部材32は、スペーサ21の一方の開口21a側の端面21cと振動板23の外周縁部とに接着されている。つまり、振動板23は、該弾性部材32を介してスペーサ21に取り付けられている。
弾性部材32の形成材料としては、柔軟性を有する公知の材料を使用できる。弾性部材32としては、振動板23をスペーサ21に接着する機能を有する点で、接着剤が形成材料からなる基材の両面に塗布された、両面テープが好ましい。該基材はフィルムや不織布であることが好ましい。たとえば、3M社製の9347(製品番号)等が挙げられる。該弾性部材32の厚さは、たとえば、150μmである。
The
As a material for forming the
錘31は、振動板23の背面板26と反対側の面23a中であって、円板状の振動板23の中心部分に接着されている。錘31の形成材料は、比較的安価でかつ取り扱いが容易な金属のうち、比較的比重が大きい、たとえば、銅が好ましい。該錘31は、さらに、図4に示すように、ダイヤフラム12の聴診器ヘッドケース10の内側を向く面12bに接着されている。音響センサ20は、該錘31がダイヤフラム12に接着されていることで、該ダイヤフラム12に取り付けられている。
The
錘31は、ダイヤフラム12の振動に伴って振動する振動板23、振動電極膜27およびエレクトレット膜29を含む振動系の固有振動数を調節するためのものである。このため、錘31の重さは、該振動系の固有振動数をどのような値にするかによって適宜設定される。
The
〔電気回路の構成〕
図3に、電気回路15の回路図を示す。電気回路15は、アンプ16と、該アンプ16の駆動用バッテリ17と、を有している。
振動電極膜27および背面電極膜28は、いずれも、イヤフォン2と信号線18で電気的に接続されている。アンプ16は、該信号線18中に設けられている。信号線18のうち、電気回路15よりもイヤフォン2側の信号線18は、前述のイヤフォンコード3の一部を構成している。
電気回路15は、図5に示すように、音響センサ20の錘31と反対側、つまり背面板26の振動板側とは反対側の面に固定されている。
[Configuration of electrical circuit]
FIG. 3 shows a circuit diagram of the
The vibrating
As shown in FIG. 5, the
〔音響モニタ装置および音響センサの動作〕
たとえば、人体の対象部位に音響モニタ装置である電子聴診器の聴診器ヘッド1を接触させると、対象部位の振動や対象部位近傍から発生する音により、聴診器ヘッド1のダイヤフラム12が振動する(図4)。音響センサ20は、ダイヤフラム12に取り付けられているため、ダイヤフラム12の振動に伴って音響センサ20全体も振動する。ただし、音響センサ20の構成要素のうちで、振動板23の振幅は、背面板26の振幅よりも大きい。これは、ダイヤフラム12との間に介在する部材が、振動板23に関しては、錘31のみであるのに対して、背面板26に関しては、錘31、振動板23、弾性部材32、スペーサ21と多数存在するからである。よって、振動板23は、背面板26に対して相対的に振動する。この振動の振幅方向Vは、振動板23と背面板26とが並んでいる方向である。
[Operations of acoustic monitor device and acoustic sensor]
For example, when the stethoscope head 1 of an electronic stethoscope that is an acoustic monitor device is brought into contact with a target part of a human body, the
振動板23が背面板26に対して相対的に振動していない状態では、背面板26の表面に形成されている背面電極膜28には、振動板23に取り付けられているエレクトレット膜29の表面電荷によって、該表面電荷とは逆極性を持つ一定の電荷が静電誘導されている。振動板23が背面板26に対して相対的に振動している状態では、エレクトレット膜29と背面電極膜28との間の距離が変化する。このため、背面電極膜28に静電誘導される電荷量は、この距離変化に伴って変化する。この結果、エレクトレット膜29が形成されている振動電極膜27と背面電極膜28との間の電位差は、振動に伴って変化する。該電位差の変化は、電気信号として、信号線18によりイヤフォン2に送られ、該イヤフォン2により音に再生されて出力される。
When the
〔音響モニタ装置および音響センサの作用、効果〕
音響センサ20の集音感度は、ダイヤフラム12の振動に伴う振動板23の振動における振幅が大きくなるほど、高くなる。振動板23の外周縁部がスペーサ21にしっかりと固定されると、ダイヤフラム12に振動に伴う振動板23の振動における振幅が基本的に小さくなる。しかし、本実施形態では、振動板23を外側領域23oと内側領域23iとに分ける溝24が該振動板23に形成されているため、該振動板23の外側領域23o中の外周縁部がスペーサ21にしっかりと固定されていても、溝24を起点として振動板23の内側領域23iは振動し易い。このため、本実施形態では、振動板23の外周縁部がスペーサ21にしっかりと固定されていても、ダイヤフラム12に振動に伴う振動板23の振動における内側領域23iの振幅が大きくなり、音響センサ20の集音感度を高めることができる。
[Operations and effects of acoustic monitoring device and acoustic sensor]
The sound collection sensitivity of the
また、音響センサ20の集音感度は、エレクトレット膜29の表面電荷密度が高くなるほど高くなる。後ほど詳細に説明するが、エレクトレット膜29を構成する電荷保持媒体として、含フッ素重合体、特に含フッ素重合体(a)、または含フッ素重合体(a)の誘導体(a’)を用いた樹脂膜を用いることにより、該電荷保持媒体の電荷保持性能が高まり、該電荷保持媒体に電荷を注入してなるエレクトレット膜29は高い表面電荷密度を有する。電荷保持媒体として、含フッ素重合体、特に含フッ素重合体(a)、または含フッ素重合体(a)の誘導体(a’)を用いた樹脂膜を用いることにより、音響センサ20の集音感度を高めることができる。
In addition, the sound collection sensitivity of the
音響センサ20の集音周波数帯域は、振動板23、振動電極膜27およびエレクトレット膜29を含む振動系の固有振動数を中心とする周波数帯域である。このため、該振動系の固有周波数を変えることで、音響センサ20の集音周波数帯域を変えることができる。
該振動系の振動を考察する場合、両持ち支持梁を該振動系のモデルにすることができる。両持ち支持梁は、梁の支持点間の距離が大きくなるほど固有振動数が小さくなる。また、梁の密度が大きくなるほど固有振動数が小さくなる。このため、本実施形態の音響センサ20における振動系では、梁の支点間の距離に相当する溝24の内周縁の径D6(図1参照)が大きくなるほど固有振動数が小さくなる。また、該振動系では、振動系の密度に影響を与える錘31の重さが重くなるほど固有振動数が小さくなる。
よって、本実施形態では、溝24の内周縁の径D6を変える、または、錘31の重さを変えることで、集音周波数帯域を効率的に調整できる。
The sound collection frequency band of the
When considering the vibration of the vibration system, a doubly supported beam can be used as a model of the vibration system. The dual-support beam has a lower natural frequency as the distance between the beam support points increases. In addition, the natural frequency decreases as the beam density increases. For this reason, in the vibration system in the
Therefore, in the present embodiment, the sound collection frequency band can be efficiently adjusted by changing the diameter D6 of the inner peripheral edge of the
音響センサ20を電子聴診器に適用する場合、心臓の心音、過剰心音、心雑音、血管音、コロトフ音、肺音等の他、腹部内臓音等を集音できることが好ましい。これらの音は、いずれも比較的低周波数であるため、該音響センサ20の集音周波数帯域は1〜100Hz程度の低い周波数帯域であることが好ましい。
本実施形態の音響センサ20では、溝24の内周縁の径D6を大きくすることで、振動系の固有振動数が小さくなり、集音周波数帯域は低くなる。しかし、溝24の内周縁の径D6を大きくすることは、音響センサ20の径となるスペーサ21の径を大きくすることであるため、該音響センサ20を内蔵する聴診器ヘッド1の大型化につながる。そこで、本実施形態では、振動板23に錘31を取り付けて、音響センサ20の振動系の重さを重くすることで、音響センサ20およびこれを内蔵する聴診器ヘッド1を大型化することなく、音響センサ20の集音周波数帯域を0.1〜100Hz程度にしている。
When the
In the
ところで、音響センサ20における振動系は、振動板23が無くても、振動電極膜27のみでも構成することができる。しかし、音響センサ20を大型化することなく、音響センサ20の集音周波数帯域を0.1〜100Hz程度にするために錘31を設ける場合、振動電極膜27には錘31を取り付けても振動に耐え得るだけの強度がないため、該振動電極膜27のみで振動系を構成することができない。そこで、本実施形態では、錘31を取り付けても振動に耐え得る強度を確保するために振動板23を設け、該振動板23に錘31を取り付けている。
By the way, the vibration system in the
振動板23は、錘31を取り付けても振動に耐え得る強度を有する必要があるため、振動板23の外周縁部をスペーサ21にしっかりと固定しまうと、前述したように、ダイヤフラム12の振動に伴う振動板23の振動における振幅が小さくなり、音響センサ20の集音感度が低下する。しかし、本実施形態では、繰り返すことになるが、振動板23には、スペーサ21に固定される外周縁部よりも内側に溝24が形成され、該溝24を起点として振動板23の内側領域23iが振動し易く、振動板23の中心部分の振幅が大きくなるため、音響センサ20を高感度化することができる。
Since the
すなわち、本実施形態では、音響センサ20およびこれを内蔵する聴診器ヘッド1を大型化することなく、音響センサ20の集音周波数帯域を0.1〜100Hz程度の低い周波数帯域にし、しかも、高感度化を実現するために、音響センサ20の振動系に振動電極膜27のみならず振動板23を設けて、該振動板23に錘31を取り付けと共に該振動板23に溝24を形成している。
That is, in the present embodiment, the sound collection frequency band of the
また、本実施形態では、振動板23は弾性部材32を介してスペーサ21に取り付けられているため、聴診器ヘッド1を人体の表面上を滑らせた際に生じる高周波の摩擦音の集音を抑えることができる。
振動板23は、聴診器ヘッド1のダイヤフラム12の振動に伴って振動する。該振動板23の振動は、弾性部材32、スペーサ21を介して、背面電極膜28が形成されている背面板26に伝わる。しかし、該振動板23の振動が背面板26に伝わる過程で、高周波振動の多くは弾性部材32に吸収される。このため、ダイヤフラム12が高周波振動しても、振動板23に対して、背面電極膜28が形成されている背面板26はあまり相対振動しない。よって、本実施形態では、聴診器ヘッド1を人体の表面上を滑らせた際に生じる高周波の摩擦音の集音を抑えることができる。
Further, in this embodiment, since the
The
〔エレクトレット膜〕
エレクトレット膜を構成する電荷保持媒体には、従来からエレクトレットに用いられている絶縁材料が利用できる。絶縁材料は、有機絶縁材料であっても無機絶縁材料であってもよい。
有機絶縁材料としては、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−ペル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)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)等の含フッ素重合体(フッ素樹脂);ポリプロピレン、ポリスチレン、シクロオレフィンコポリマー等の炭化水素系重合体;ポリカーボネート;これらの重合体に由来する材料等が挙げられる。
重合体に由来する材料としては、重合体と該重合体以外の他の成分との混合物、重合体と該重合体以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。
無機絶縁材料としては、熱酸化またはプラズマCVDにより形成されるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が挙げられる。
電荷保持媒体は、高い絶縁性を有し、吸水性が低いことから、含フッ素重合体を用いた樹脂膜が好ましい。また、表面電位値や電荷保持の安定性(常温安定性、加熱時の安定性の両方)等に優れることから、主鎖に脂肪族環構造を有する重合体または該重合体に由来する材料を用いた樹脂膜が好ましい。主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)の誘導体(a’)を用いた樹脂膜(以下、樹脂膜(A)ということがある。)が特に好ましい。
樹脂膜(A)は、含フッ素重合体(a)または誘導体(a’)を用いることにより、高い電荷保持性能を有し、樹脂膜(A)に電荷を注入してなるエレクトレットは高い表面電荷密度を有する。
[Electret film]
An insulating material conventionally used for electrets can be used for the charge retention medium constituting the electret film. The insulating material may be an organic insulating material or an inorganic insulating material.
Examples of organic insulating materials include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene-ethylene copolymer. Fluoropolymers (fluorine resins) such as (ETFE); hydrocarbon polymers such as polypropylene, polystyrene, and cycloolefin copolymers; polycarbonates; materials derived from these polymers.
Examples of the material derived from the polymer include a mixture of the polymer and other components other than the polymer, a reaction product of the polymer and other components other than the polymer, and the like.
Examples of the inorganic insulating material include a silicon oxide film and a silicon nitride film formed by thermal oxidation or plasma CVD.
The charge retention medium is preferably a resin film using a fluoropolymer because it has high insulating properties and low water absorption. In addition, since it has excellent surface potential and charge retention stability (both room temperature stability and heating stability), a polymer having an aliphatic ring structure in the main chain or a material derived from the polymer is used. The resin film used is preferred. A resin film (hereinafter sometimes referred to as resin film (A)) using a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a derivative (a ′) of the fluoropolymer (a). Particularly preferred.
The resin film (A) has high charge retention performance by using the fluoropolymer (a) or derivative (a ′), and the electret formed by injecting charge into the resin film (A) has a high surface charge. Has a density.
(樹脂膜(A))
樹脂膜(A)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)の誘導体(a’)を用いて形成されている、つまりこれらを主として含有する。
誘導体(a’)としては、詳しくは後述するが、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との混合物、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。樹脂膜(A)が前記反応生成物を含む場合、該樹脂膜(A)中には、前記反応生成物の形成に用いた含フッ素重合体(a)または他の成分の一部が未反応のまま残留していてもよい。
(Resin film (A))
The resin film (A) is formed using a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a derivative (a ′) of the fluoropolymer (a), that is, mainly containing them. To do.
The derivative (a ′), which will be described in detail later, is a mixture of the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a), the fluoropolymer (a) and the fluoropolymer. The reaction product with other components other than (a), etc. are mentioned. When the resin film (A) contains the reaction product, the fluoropolymer (a) used for forming the reaction product or a part of other components is unreacted in the resin film (A). It may remain as it is.
<含フッ素重合体(a)>
含フッ素重合体(a)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体である。
含フッ素重合体(a)において、フッ素原子は、主鎖を構成する炭素原子に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。低吸水率・低誘電率で絶縁破壊電圧が高く、体積抵抗率の高いエレクトレット化に適していることから、フッ素原子が、主鎖を構成する炭素原子に結合していることが好ましい。
<Fluoropolymer (a)>
The fluorinated polymer (a) is a fluorinated polymer having an aliphatic ring in the main chain.
In the fluorine-containing polymer (a), the fluorine atom may be bonded to the carbon atom constituting the main chain or may be bonded to the side chain. The fluorine atom is preferably bonded to the carbon atom constituting the main chain because it is suitable for electretization with a low water absorption and low dielectric constant, high dielectric breakdown voltage, and high volume resistivity.
「主鎖に脂肪族環を有する」とは、脂肪族環の環骨格を構成する炭素原子のうち、少なくとも1つが、含フッ素重合体(a)の主鎖を構成する炭素原子であることを意味する。
たとえば含フッ素重合体(a)が、重合性二重結合を有する単量体の重合により得られたものである場合、重合に用いられた単量体が有する重合性二重結合に由来する炭素原子のうちの少なくとも1つが、前記主鎖を構成する炭素原子となる。たとえば含フッ素重合体(a)が、後述するような環状単量体を重合させて得た含フッ素重合体の場合は、該環状単量体が有する重合性二重結合を構成する2個の炭素原子が主鎖を構成する炭素原子となる。また、2個の重合性二重結合を有する単量体を環化重合させて得た含フッ素重合体の場合は、2個の重合性二重結合を構成する4個の炭素原子のうちの少なくとも2個が主鎖を構成する炭素原子となる。
“Having an aliphatic ring in the main chain” means that at least one of the carbon atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring is a carbon atom constituting the main chain of the fluoropolymer (a). means.
For example, when the fluoropolymer (a) is obtained by polymerization of a monomer having a polymerizable double bond, carbon derived from the polymerizable double bond of the monomer used for the polymerization At least one of the atoms becomes a carbon atom constituting the main chain. For example, when the fluorine-containing polymer (a) is a fluorine-containing polymer obtained by polymerizing a cyclic monomer as described later, two polymerizable double bonds constituting the cyclic monomer are included. The carbon atom becomes the carbon atom constituting the main chain. Further, in the case of a fluorinated polymer obtained by cyclopolymerizing a monomer having two polymerizable double bonds, among the four carbon atoms constituting the two polymerizable double bonds At least two are carbon atoms constituting the main chain.
「脂肪族環」とは、芳香族性を有さない環を示す。脂肪族環は、飽和であってもよく、不飽和であってもよい。脂肪族環は、環骨格が、炭素原子のみから構成される炭素環構造のものであってもよく、環骨格に、炭素原子以外の原子(ヘテロ原子)を含む複素環構造のものであってもよい。該ヘテロ原子としては酸素原子、窒素原子等が挙げられる。
脂肪族環の環骨格を構成する原子の数は、4〜7個が好ましく、5〜6個が特に好ましい。すなわち、脂肪族環は4〜7員環が好ましく、5〜6員環が特に好ましい。
脂肪族環は置換基を有していてもよく、有さなくてもよい。「置換基を有していてもよい」とは、該脂肪族環の環骨格を構成する原子に置換基(水素原子以外の原子または基)が結合してもよいことを意味する。
“Aliphatic ring” refers to a ring having no aromaticity. The aliphatic ring may be saturated or unsaturated. The aliphatic ring may have a carbocyclic structure in which the ring skeleton is composed only of carbon atoms, and has a heterocyclic structure that includes atoms other than carbon atoms (heteroatoms) in the ring skeleton. Also good. Examples of the hetero atom include an oxygen atom and a nitrogen atom.
The number of atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring is preferably 4 to 7, and particularly preferably 5 to 6. That is, the aliphatic ring is preferably a 4- to 7-membered ring, particularly preferably a 5- to 6-membered ring.
The aliphatic ring may or may not have a substituent. The phrase “which may have a substituent” means that a substituent (an atom or group other than a hydrogen atom) may be bonded to an atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring.
脂肪族環は、非含フッ素脂肪族環であってもよく、含フッ素脂肪族環であってもよい。
非含フッ素脂肪族環は、構造中にフッ素原子を含まない脂肪族環である。非含フッ素脂肪族環として、具体的には、飽和または不飽和の脂肪族炭化水素環、該脂肪族炭化水素環における炭素原子の一部が酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換された脂肪族複素環等が挙げられる。
含フッ素脂肪族環は、構造中にフッ素原子を含む脂肪族環である。含フッ素脂肪族環としては、脂肪族環の環骨格を構成する炭素原子に、フッ素原子を含む置換基(以下、含フッ素基という。)が結合した脂肪族環が挙げられる。含フッ素基としては、フッ素原子、ペルフルオロアルキル基、ペルフルオロアルコキシ基、=CF2等が挙げられる。
該含フッ素脂肪族環または非含フッ素脂肪族環は、含フッ素基以外の置換基を有していてもよい。
脂肪族環としては、電荷保持性能に優れる点から、含フッ素脂肪族環が好ましい。
The aliphatic ring may be a non-fluorinated aliphatic ring or a fluorinated aliphatic ring.
The non-fluorinated aliphatic ring is an aliphatic ring that does not contain a fluorine atom in the structure. Specifically, as the non-fluorinated aliphatic ring, a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon ring, and a part of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon ring is substituted with a hetero atom such as an oxygen atom or a nitrogen atom. An aliphatic heterocyclic ring etc. are mentioned.
The fluorine-containing aliphatic ring is an aliphatic ring containing a fluorine atom in the structure. Examples of the fluorinated aliphatic ring include an aliphatic ring in which a substituent containing a fluorine atom (hereinafter referred to as a fluorinated group) is bonded to a carbon atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring. Examples of the fluorine-containing group include a fluorine atom, a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkoxy group, and ═CF 2 .
The fluorine-containing aliphatic ring or non-fluorine-containing aliphatic ring may have a substituent other than the fluorine-containing group.
As the aliphatic ring, a fluorine-containing aliphatic ring is preferable from the viewpoint of excellent charge retention performance.
好ましい含フッ素重合体(a)として、下記含フッ素環状重合体(I)、含フッ素環状重合体(II)が挙げられる。
含フッ素環状重合体(I):環状含フッ素単量体に基づく単位を有する重合体。
含フッ素環状重合体(II):ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する重合体。
「環状重合体」とは環状構造を有する重合体を意味する。
「単位」は、重合体を構成する繰り返し単位を意味する。
以下、式(1)で表される化合物を「化合物(1)」とも記す。他の式で表される単位、化合物等についても同様に記し、たとえば式(3−1)で表される単位を「単位(3−1)」とも記す。
Preferred fluorine-containing polymers (a) include the following fluorine-containing cyclic polymers (I) and fluorine-containing cyclic polymers (II).
Fluorinated cyclic polymer (I): a polymer having units based on a cyclic fluorinated monomer.
Fluorine-containing cyclic polymer (II): a polymer having units formed by cyclopolymerization of a diene fluorine-containing monomer.
“Cyclic polymer” means a polymer having a cyclic structure.
“Unit” means a repeating unit constituting a polymer.
Hereinafter, the compound represented by the formula (1) is also referred to as “compound (1)”. The same applies to units, compounds and the like represented by other formulas. For example, the unit represented by formula (3-1) is also referred to as “unit (3-1)”.
含フッ素環状重合体(I)は、環状含フッ素単量体に基づく単位を有する。
「環状含フッ素単量体」とは、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体、または、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子と含フッ素脂肪族環外の炭素原子との間に重合性二重結合を有する単量体である。
環状含フッ素単量体としては、下記の化合物(1)または化合物(2)が好ましい。
The fluorinated cyclic polymer (I) has units based on a cyclic fluorinated monomer.
“Cyclic fluorine-containing monomer” means a monomer having a polymerizable double bond between carbon atoms constituting a fluorine-containing aliphatic ring, or a carbon atom constituting a fluorine-containing aliphatic ring and a fluorine-containing fat. It is a monomer having a polymerizable double bond with a carbon atom outside the group ring.
As the cyclic fluorine-containing monomer, the following compound (1) or compound (2) is preferable.
X1、X2、X3、X4、Y1およびY2におけるペルフルオロアルキル基は、炭素数が1〜7であることが好ましく、炭素数が1〜4であることが特に好ましい。該ペルフルオロアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、直鎖状が特に好ましい。具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
X1、X2、X3、X4、Y1およびY2におけるペルフルオロアルコキシ基としては、トリフルオロメトキシ基が特に好ましい。
The perfluoroalkyl group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 preferably has 1 to 7 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 4 carbon atoms. The perfluoroalkyl group is preferably linear or branched, and particularly preferably linear. Specific examples include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, and the like, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.
The perfluoroalkoxy group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 is particularly preferably a trifluoromethoxy group.
式(1)中、X1は、フッ素原子であることが好ましい。
X2は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、または炭素数1〜4のペルフルオロアルコキシ基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることが特に好ましい。
X3およびX4は、それぞれ独立に、フッ素原子または炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基であることが特に好ましい。
X3およびX4は相互に結合して環を形成してもよい。前記環の環骨格を構成する原子の数は、4〜7個が好ましく、5〜6個であることが特に好ましい。
化合物(1)の好ましい具体例として、化合物(1−1)〜(1−5)が挙げられる。
In formula (1), X 1 is preferably a fluorine atom.
X 2 is preferably a fluorine atom, a trifluoromethyl group, or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a fluorine atom or a trifluoromethoxy group.
X 3 and X 4 are each independently preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
X 3 and X 4 may be bonded to each other to form a ring. The number of atoms constituting the ring skeleton of the ring is preferably 4-7, and particularly preferably 5-6.
Preferable specific examples of compound (1) include compounds (1-1) to (1-5).
式(2)中、Y1およびY2は、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基または炭素数1〜4のペルフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基が特に好ましい。
化合物(2)の好ましい具体例として、化合物(2−1)〜(2−2)が挙げられる。
In Formula (2), Y 1 and Y 2 are each independently preferably a fluorine atom, a C 1-4 perfluoroalkyl group or a C 1-4 perfluoroalkoxy group, and a fluorine atom or a trifluoromethyl group is preferred. Particularly preferred.
Preferable specific examples of compound (2) include compounds (2-1) to (2-2).
含フッ素環状重合体(I)は、上記環状含フッ素単量体により形成される単位のみから構成されてもよく、該単位と、それ以外の他の単位とを有する共重合体であってもよい。
ただし、該含フッ素環状重合体(I)中、環状含フッ素単量体に基づく単位の割合は、該含フッ素環状重合体(I)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、20モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、100モル%であってもよい。
該他の単量体としては、上記環状含フッ素単量体と共重合可能なものであればよく、特に限定されない。具体的には、ジエン系含フッ素単量体、側鎖に反応性官能基を有する単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)等が挙げられる。ジエン系含フッ素単量体としては、後述する含フッ素環状重合体(II)の説明で挙げるものと同様のものが挙げられる。側鎖に反応性官能基を有する単量体としては、重合性二重結合および反応性官能基を有する単量体が挙げられる。重合性二重結合としては、CF2=CF−、CF2=CH−、CH2=CF−、CFH=CF−、CFH=CH−、CF2=C−、CF=CF−等が挙げられる。反応性官能基としては、後述する含フッ素環状重合体(II)の説明で挙げるものと同様のものが挙げられる。
なお、環状含フッ素単量体とジエン系含フッ素単量体との共重合により得られる重合体は含フッ素環状重合体(I)として考える。
The fluorinated cyclic polymer (I) may be composed only of units formed by the cyclic fluorinated monomer, or may be a copolymer having the units and other units. Good.
However, the proportion of units based on the cyclic fluorinated monomer in the fluorinated cyclic polymer (I) is 20 mol% or more based on the total of all repeating units constituting the fluorinated cyclic polymer (I). Is preferable, 40 mol% or more is more preferable, and 100 mol% may be sufficient.
The other monomer is not particularly limited as long as it is copolymerizable with the cyclic fluorine-containing monomer. Specific examples include diene fluorine-containing monomers, monomers having a reactive functional group in the side chain, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), and the like. Examples of the diene-based fluorine-containing monomer include the same as those mentioned in the description of the fluorine-containing cyclic polymer (II) described later. Examples of the monomer having a reactive functional group in the side chain include monomers having a polymerizable double bond and a reactive functional group. The polymerizable double bond, CF 2 = CF-, CF 2 = CH-,
A polymer obtained by copolymerization of a cyclic fluorinated monomer and a diene fluorinated monomer is considered as a fluorinated cyclic polymer (I).
含フッ素環状重合体(II)は、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する。
「ジエン系含フッ素単量体」とは、2個の重合性二重結合およびフッ素原子を有する単量体である。該重合性二重結合としては、特に限定されないが、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。
ジエン系含フッ素単量体としては、下記化合物(3)が好ましい。
CF2=CF−Q−CF=CF2 ・・・(3)。
式(3)中、Qは、エーテル性酸素原子を含んでいてもよく、フッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜5、好ましくは1〜3の、分岐を有してもよいペルフルオロアルキレン基である。該フッ素以外のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
Qは、エーテル性酸素原子を含むペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。その場合、該ペルフルオロアルキレン基におけるエーテル性酸素原子は、該基の一方の末端に存在していてもよく、該基の両末端に存在していてもよく、該基の炭素原子間に存在していてもよい。環化重合性の点から、該基の一方の末端に存在していることが好ましい。
The fluorinated cyclic polymer (II) has units formed by cyclopolymerization of a diene fluorinated monomer.
The “diene fluorine-containing monomer” is a monomer having two polymerizable double bonds and fluorine atoms. Although it does not specifically limit as this polymerizable double bond, A vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group are preferable.
As the diene fluorine-containing monomer, the following compound (3) is preferable.
CF 2 = CF-Q-CF =
In formula (3), Q may contain an etheric oxygen atom, and a part of fluorine atoms may be substituted with a halogen atom other than fluorine atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms. These are perfluoroalkylene groups which may have a branch. Examples of halogen atoms other than fluorine include chlorine atom and bromine atom.
Q is preferably a perfluoroalkylene group containing an etheric oxygen atom. In that case, the etheric oxygen atom in the perfluoroalkylene group may be present at one end of the group, may be present at both ends of the group, and is present between the carbon atoms of the group. It may be. From the viewpoint of cyclopolymerizability, it is preferably present at one end of the group.
化合物(3)の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
CF2=CFOCF2CF=CF2、
CF2=CFOCF(CF3)CF=CF2、
CF2=CFOCF2CF2CF=CF2、
CF2=CFOCF2CF(CF3)CF=CF2、
CF2=CFOCF(CF3)CF2CF=CF2、
CF2=CFOCFClCF2CF=CF2、
CF2=CFOCCl2CF2CF=CF2、
CF2=CFOCF2OCF=CF2、
CF2=CFOC(CF3)2OCF=CF2、
CF2=CFOCF2CF(OCF3)CF=CF2、
CF2=CFCF2CF=CF2、
CF2=CFCF2CF2CF=CF2、
CF2=CFCF2OCF2CF=CF2。
Specific examples of the compound (3) include the following compounds.
CF 2 = CFOCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCFClCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCCl 2 CF 2 CF =
CF 2 = CFOCF 2 OCF = CF 2 ,
CF 2 = CFOC (CF 3) 2 OCF =
CF 2 = CFOCF 2 CF (OCF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 OCF 2 CF =
化合物(3)の環化重合により形成される単位として、下記単位(3−1)〜(3−4)等が挙げられる。 Examples of the unit formed by the cyclopolymerization of the compound (3) include the following units (3-1) to (3-4).
含フッ素重合体(a)は、反応性官能基を有することが好ましい。
「反応性官能基」とは、加熱等を行った際に、当該含フッ素重合体(a)の分子間、または含フッ素重合体(a)とともに配合されている他の成分と反応して結合を形成し得る反応性を有する基を意味する。
たとえば、該他の成分として、後述するシランカップリング剤または極性官能基を2個以上有する分子量50〜2,000の化合物(ただしシランカップリング剤は除く。)(以下、多価極性化合物という。)を混合し、それらを反応させて反応生成物とする場合は、含フッ素重合体(a)が、シランカップリング剤が有する官能基または多価極性化合物が有する極性官能基と反応し得る反応性官能基を有することが好ましい。
含フッ素重合体(a)が有する反応性官能基としては、重合体中への導入のしやすさ、シランカップリング剤または多価極性化合物との相互作用の強さ等を考慮すると、カルボキシ基、酸ハライド基、アルコキシカルボニル基、カルボニルオキシ基、カーボネート基、スルホ基、ホスホノ基、ヒドロキシ基、チオール基、シラノール基およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、カルボキシ基またはアルコキシカルボニル基が特に好ましい。
反応性官能基は、含フッ素重合体(a)の主鎖の末端に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。製造しやすい点からは、主鎖の末端に結合していることが好ましい。すなわち、含フッ素重合体(a)として最も好ましい様態は、主鎖の末端にカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有することである。
The fluorinated polymer (a) preferably has a reactive functional group.
The “reactive functional group” is bonded by reacting with other components blended between the molecules of the fluoropolymer (a) or together with the fluoropolymer (a) when heating or the like is performed. Means a reactive group capable of forming.
For example, as the other component, a silane coupling agent described later or a compound having a molecular weight of 50 to 2,000 having two or more polar functional groups (excluding the silane coupling agent) (hereinafter referred to as a polyvalent polar compound). ) And reacting them to form a reaction product, the reaction in which the fluoropolymer (a) can react with the functional group of the silane coupling agent or the polar functional group of the polyvalent polar compound It preferably has a functional functional group.
As the reactive functional group possessed by the fluoropolymer (a), in view of ease of introduction into the polymer, strength of interaction with the silane coupling agent or the polyvalent polar compound, etc., a carboxy group , An acid halide group, an alkoxycarbonyl group, a carbonyloxy group, a carbonate group, a sulfo group, a phosphono group, a hydroxy group, a thiol group, a silanol group, and an alkoxysilyl group, preferably at least one selected from the group consisting of a carboxy group or an alkoxy group A carbonyl group is particularly preferred.
The reactive functional group may be bonded to the terminal of the main chain of the fluoropolymer (a) or may be bonded to the side chain. From the viewpoint of easy production, it is preferably bonded to the end of the main chain. That is, the most preferable embodiment as the fluoropolymer (a) is to have a carboxy group or an alkoxycarbonyl group at the end of the main chain.
含フッ素重合体(a)の比誘電率は1.8〜8が好ましく、1.8〜5がより好ましく、1.8〜3がさらに好ましく、1.8〜2.7が特に好ましく、1.8〜2.3が最も好ましい。該比誘電率が上記範囲の下限値以上であると、エレクトレットとして蓄え得る電荷量が高く、上限値以下であると、電気絶縁性、およびエレクトレットとしての電荷保持安定性に優れる。該比誘電率は、ASTM D150に準拠し、周波数1MHzにおいて測定される。
また、樹脂膜(A)は、エレクトレットとしての電荷保持を担う部分であることから、含フッ素重合体(a)としては、体積固有抵抗が高く、絶縁破壊強度が大きいものが好ましい。
含フッ素重合体(a)の体積固有抵抗は、1010〜1020Ωcmが好ましく、1016〜1019Ωcmが特に好ましい。該体積固有抵抗は、ASTM D257により測定される。
含フッ素重合体(a)の絶縁破壊強度は、10〜25kV/mmが好ましく、15〜22kV/mmが特に好ましい。該絶縁破壊強度は、ASTM D149により測定される。
含フッ素重合体(a)の屈折率は、基板との屈折率差を小さくし、複屈折等による光の干渉を抑え、透明性を確保する点から、1.2〜2が好ましく、1.2〜1.5が特に好ましい。
The relative dielectric constant of the fluoropolymer (a) is preferably 1.8 to 8, more preferably 1.8 to 5, further preferably 1.8 to 3, particularly preferably 1.8 to 2.7. .8 to 2.3 is most preferable. When the relative dielectric constant is not less than the lower limit of the above range, the amount of charge that can be stored as an electret is high, and when it is not more than the upper limit, the electrical insulation and the charge retention stability as an electret are excellent. The relative dielectric constant is measured at a frequency of 1 MHz in accordance with ASTM D150.
In addition, since the resin film (A) is a part responsible for charge retention as an electret, it is preferable that the fluoropolymer (a) has a high volume resistivity and a high dielectric breakdown strength.
The volume resistivity of the fluoropolymer (a) is preferably from 10 10 to 10 20 Ωcm, particularly preferably from 10 16 to 10 19 Ωcm. The volume resistivity is measured according to ASTM D257.
The dielectric breakdown strength of the fluoropolymer (a) is preferably from 10 to 25 kV / mm, particularly preferably from 15 to 22 kV / mm. The dielectric breakdown strength is measured according to ASTM D149.
The refractive index of the fluorinated polymer (a) is preferably 1.2 to 2 from the viewpoint of reducing the difference in refractive index from the substrate, suppressing light interference due to birefringence and the like, and ensuring transparency. 2 to 1.5 is particularly preferable.
含フッ素重合体(a)の重量平均分子量(Mw)は、5万以上が好ましく、15万以上がより好ましく、20万以上がさらに好ましく、25万以上が特に好ましい。Mwが5万以上であると、製膜しやすい。特に20万以上であると、膜の耐熱性が向上し、エレクトレットとした際、保持した電荷の熱安定性が向上する。一方、重量平均分子量(Mw)が大きすぎると、溶媒に溶けにくくなり、製膜プロセスが制限される等の問題が生じるおそれがある。したがって、含フッ素重合体(a)の重量平均分子量(Mw)は、100万以下が好ましく、85万以下がより好ましく、65万以下がさらに好ましく、55万以下が特に好ましい。
本明細書において、含フッ素重合体(a)の重量平均分子量(Mw)は、日本化学会誌、2001,NO.12,P.661に記載される、Mwと固有粘度[η](30℃)との関係式([η]=1.7×10−4×Mw0.60)を用いて算出される値である。
固有粘度[η](30℃)(単位:dl/g)は、30℃で、ペルフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)を溶媒として、ウベローデ型粘度計により測定される値である。
The weight average molecular weight (Mw) of the fluoropolymer (a) is preferably 50,000 or more, more preferably 150,000 or more, further preferably 200,000 or more, and particularly preferably 250,000 or more. When Mw is 50,000 or more, film formation is easy. In particular, when it is 200,000 or more, the heat resistance of the film is improved, and the thermal stability of the retained charge is improved when an electret is formed. On the other hand, if the weight average molecular weight (Mw) is too large, it is difficult to dissolve in a solvent, and there is a possibility that problems such as limitation of the film forming process may occur. Therefore, the weight average molecular weight (Mw) of the fluoropolymer (a) is preferably 1 million or less, more preferably 850,000 or less, further preferably 650,000 or less, and particularly preferably 550,000 or less.
In this specification, the weight average molecular weight (Mw) of the fluorine-containing polymer (a) is determined by the Chemical Society of Japan, 2001, NO. 12, p. It is a value calculated using the relational expression ([η] = 1.7 × 10 −4 × Mw 0.60 ) between Mw and intrinsic viscosity [η] (30 ° C.) described in 661.
Intrinsic viscosity [η] (30 ° C.) (unit: dl / g) is a value measured by an Ubbelohde viscometer at 30 ° C. using perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) as a solvent.
含フッ素重合体(a)は、前述した単量体を重合させることにより合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
主鎖にエーテル性酸素原子を含む含フッ素脂肪族環を有し、主鎖の末端にカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する含フッ素重合体の市販品としては、CYTOP(登録商標、旭硝子社製)が挙げられる。
As the fluoropolymer (a), one synthesized by polymerizing the above-described monomers may be used, or a commercially available product may be used.
CYTOP (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) is a commercially available fluoropolymer having a fluorine-containing aliphatic ring containing an etheric oxygen atom in the main chain and having a carboxy group or an alkoxycarbonyl group at the end of the main chain. Is mentioned.
<誘導体(a’)>
誘導体(a’)としては、上述したように、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との混合物、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。
前記混合物とは、反応生成物と異なり、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分とが、反応せずに混合した状態をいう。
前記反応生成物としては、たとえば含フッ素重合体(a)および前記他の成分を溶媒に溶解したコーティング液を加熱(溶媒を揮発させて成膜する際のベーク等)した際に、各成分が反応して生成するものが挙げられる。なお、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分とを反応させた際に、反応できずに残存する含フッ素重合体(a)および含フッ素重合体(a)以外の他の成分は、混合物ということになる。
含フッ素重合体(a)と混合または反応させる他の成分としては、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。これにより、形成される樹脂膜(A)の電荷保持性能(保持した電荷の熱安定性、経時安定性等)が向上する。電荷保持性能の向上効果は、特に、含フッ素重合体(a)が主鎖の末端にカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する場合に顕著である。
電荷保持性能の向上効果は、含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤または多価極性化合物とがナノ相分離を引き起こし、シランカップリング剤または多価極性化合物由来のナノクラスタ構造が形成され、当該ナノクラスタ構造が、エレクトレットにおける電荷を蓄える部位として機能するためであると推察される。
誘導体(a’)中、シランカップリング剤または多価極性化合物は、分子同士が反応した状態で存在していてもよい。
<Derivative (a ′)>
As the derivative (a ′), as described above, a mixture of the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a), a fluoropolymer (a) and a fluoropolymer ( Reaction products with other components other than a) and the like can be mentioned.
Unlike the reaction product, the mixture means a state in which the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a) are mixed without reacting.
As the reaction product, for example, when the coating liquid in which the fluoropolymer (a) and the other components are dissolved in a solvent is heated (e.g., when the solvent is evaporated to form a film), each component is What is produced | generated by reacting is mentioned. In addition, when the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a) are reacted, the fluoropolymer (a) and the fluoropolymer (a The other components other than) will be a mixture.
As other components to be mixed or reacted with the fluoropolymer (a), a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is particularly preferable. As a result, the charge retention performance (thermal stability of the retained charge, stability over time, etc.) of the formed resin film (A) is improved. The effect of improving the charge retention performance is particularly remarkable when the fluoropolymer (a) has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group at the end of the main chain.
The effect of improving the charge retention performance is that the fluoropolymer (a) and the silane coupling agent or polypolar compound cause nanophase separation, and a nanocluster structure derived from the silane coupling agent or polypolar compound is formed. The nanocluster structure is presumed to function as a site for storing charges in the electret.
In the derivative (a ′), the silane coupling agent or the polyvalent polar compound may be present in a state where molecules are reacted with each other.
シランカップリング剤としては、特に限定されず、従来公知または周知のものを含めて広範囲にわたって利用できる。
シランカップリング剤としては、アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
入手の容易性等を考慮すると、特に好ましいシランカップリング剤は、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、およびN−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、から選択される1種以上である。
It does not specifically limit as a silane coupling agent, It can utilize over a wide range including a conventionally well-known or well-known thing.
As the silane coupling agent, a silane coupling agent having an amino group is preferable.
Considering availability, etc., particularly preferred silane coupling agents are γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, and N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxy One or more selected from silane.
シランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シランカップリング剤の配合量は、含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤との合計量に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.3〜10質量%がより好ましく、0.5〜5質量%が特に好ましい。前記範囲であると、含フッ素重合体(a)とともに溶媒に溶解してコーティング液とした際に、簡便に均一な溶液とすることができる。
A silane coupling agent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
0.1-20 mass% is preferable with respect to the total amount of a fluoropolymer (a) and a silane coupling agent, and, as for the compounding quantity of a silane coupling agent, 0.3-10 mass% is more preferable, 0.5-5 mass% is especially preferable. When the amount is within the above range, a uniform solution can be easily obtained when dissolved in a solvent together with the fluoropolymer (a) to form a coating solution.
多価極性化合物は、極性官能基を2個以上有する分子量が50〜2,000の化合物(ただし前記シランカップリング剤は除く。)が好ましく、分子量が100〜2,000の化合物(ただし前記シランカップリング剤は除く。)が特に好ましい。多価極性化合物の分子量が上記範囲の下限値以上であると、分子量が高いために揮発しにくく、製膜後に膜中に残存させることが容易になる。また、上記範囲の上限値以下であると、含フッ素重合体(a)との相溶性が良好になる。
「極性官能基」とは、下記の(1a)および(1b)の何れか一方または両方の特性を有する官能基である。
(1a)電気陰性度の異なる2種類以上の原子を含み、当該官能基中に分極による極性を有する。
(1b)当該官能基と結合した炭素との電気陰性度の差により分極を生じさせる。
The polyvalent polar compound is preferably a compound having two or more polar functional groups and a molecular weight of 50 to 2,000 (excluding the silane coupling agent), and a compound having a molecular weight of 100 to 2,000 (however, the silane The coupling agent is excluded.) Is particularly preferable. When the molecular weight of the polyvalent polar compound is not less than the lower limit of the above range, the molecular weight is high, so that it is difficult to volatilize and it is easy to remain in the film after film formation. Moreover, compatibility with a fluoropolymer (a) becomes favorable as it is below the upper limit of the said range.
The “polar functional group” is a functional group having one or both of the following properties (1a) and (1b).
(1a) Two or more types of atoms having different electronegativity are included, and the functional group has polarity due to polarization.
(1b) Polarization is caused by the difference in electronegativity with carbon bonded to the functional group.
上記特性(1a)のみを有する極性官能基の具体例としては、ヒドロキシフェニル基等が挙げられる。
上記特性(1b)のみを有する極性官能基の具体例としては、1級アミノ基(−NH2)、2級アミノ基(−NH−)、ヒドロキシル基、チオール基等が挙げられる。
上記特性(1a)および(1b)の両方を有する極性官能基の具体例としては、スルホ基、ホスホノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、酸ハライド基、ホルミル基、イソシアナート基、シアノ基、カルボニルオキシ基(−C(O)−O−)カーボネート基(−O−C(O)−O−)等が挙げられる。
Specific examples of the polar functional group having only the above characteristic (1a) include a hydroxyphenyl group.
Specific examples of the polar functional group having only the characteristic (1b) include a primary amino group (—NH 2 ), a secondary amino group (—NH—), a hydroxyl group, and a thiol group.
Specific examples of the polar functional group having both the above characteristics (1a) and (1b) include sulfo group, phosphono group, carboxyl group, alkoxycarbonyl group, acid halide group, formyl group, isocyanate group, cyano group, carbonyl group. And an oxy group (—C (O) —O—) carbonate group (—O—C (O) —O—).
多価極性化合物としては、ペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、シクロヘキサン−1,2−ジアミン、シクロヘキサン−1,3−ジアミン、シクロヘキサン−1,4−ジアミン、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、トリアミノメチルアミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(3−アミノプロピル)アミン、シクロヘキサン−1,3,5−トリアミン、シクロヘキサン−1,2,4−トリアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、2,4,6−トリアミノトルエン、1,3,5−トリス(2−アミノエチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(2−アミノエチル)ベンゼン、2,4,6−トリス(2−アミノエチル)トルエン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンおよびポリエチレンイミンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(3−アミノプロピル)アミン、シクロヘキサン−1,3−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、ジエチレントリアミンおよびポリエチレンイミンからなる群から選ばれる少なくとも1種が特に好ましい。 Examples of the polyvalent polar compound include pentane-1,5-diamine, hexane-1,6-diamine, cyclohexane-1,2-diamine, cyclohexane-1,3-diamine, cyclohexane-1,4-diamine, and 1,2. -Diaminobenzene, 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, triaminomethylamine, tris (2-aminoethyl) amine, tris (3-aminopropyl) amine, cyclohexane-1,3,5-triamine , Cyclohexane-1,2,4-triamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 2,4,6-triaminotoluene, 1,3,5-tris (2 -Aminoethyl) benzene, 1,2,4-tris (2-aminoethyl) benzene, 2,4,6-tris (2-aminoethyl) to At least one selected from the group consisting of ene, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, and polyethyleneimine is preferable, and tris (2-aminoethyl) amine, tris (3-aminopropyl) amine, cyclohexane-1,3 -At least one selected from the group consisting of diamine, hexane-1,6-diamine, diethylenetriamine and polyethyleneimine is particularly preferred.
多価極性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。たとえば、極性官能基を2個有する化合物と、極性官能基を3個以上有する化合物とを混合して用いてもよい。
多価極性化合物の配合量は、含フッ素重合体(a)の配合量の0.01〜30質量が好ましく、0.05〜10質量%が特に好ましい。該配合量が上記範囲の下限値以上であると、多価極性化合物を配合することによる効果が充分に得られる。該配合量が上記範囲の上限値以下であると、含フッ素重合体(a)との混和性が良好であり、コーティング液中での分布が均一となる。
A polyvalent polar compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. For example, a compound having two polar functional groups and a compound having three or more polar functional groups may be mixed and used.
The blending amount of the polyvalent polar compound is preferably from 0.01 to 30% by weight, particularly preferably from 0.05 to 10% by weight, based on the blending amount of the fluoropolymer (a). The effect by mix | blending a polyvalent polar compound is fully acquired as this compounding quantity is more than the lower limit of the said range. When the blending amount is not more than the upper limit of the above range, the miscibility with the fluoropolymer (a) is good and the distribution in the coating liquid becomes uniform.
(樹脂膜(A)の形成方法)
樹脂膜(A)の形成方法としては特に限定されず、公知の方法を利用できる。たとえば、含フッ素重合体(a)を溶媒に溶解してなるコーティング液、または含フッ素重合体(a)と該含フッ素重合体(a)以外の他の成分とを溶媒に溶解してなるコーティング液を用いて樹脂膜(A)を形成する。前記他の成分としては、上述したとおり、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。
(Method for forming resin film (A))
It does not specifically limit as a formation method of a resin film (A), A well-known method can be utilized. For example, a coating solution obtained by dissolving the fluorinated polymer (a) in a solvent, or a coating obtained by dissolving the fluorinated polymer (a) and other components other than the fluorinated polymer (a) in a solvent. A resin film (A) is formed using the liquid. As said other component, as above-mentioned, a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is especially preferable.
溶媒としては、少なくとも含フッ素重合体(a)を溶解する溶媒が用いられ、他の成分を含む場合、前記含フッ素重合体(a)を溶解する溶媒が、該他の成分を溶解するものであれば、該溶媒単独で均一な溶液とすることができる。また、該他の成分を溶解する他の溶媒を併用してもよい。
溶媒として具体的には、プロトン性溶媒、非プロトン性溶媒等が挙げられ、それらの中から当該コーティング液に配合される成分を溶解するものを適宜選択すればよい。
「プロトン性溶媒」とは、プロトン供与性を有する溶媒である。「非プロトン性溶媒」とは、プロトン供与性を有さない溶媒である。
As the solvent, a solvent that dissolves at least the fluoropolymer (a) is used, and when it contains other components, the solvent that dissolves the fluoropolymer (a) dissolves the other components. If present, the solvent alone can be a uniform solution. Moreover, you may use together the other solvent which melt | dissolves this other component.
Specific examples of the solvent include a protic solvent, an aprotic solvent, and the like, and a solvent that dissolves a component to be blended in the coating liquid may be appropriately selected.
The “protic solvent” is a solvent having a proton donating property. An “aprotic solvent” is a solvent that does not have proton donating properties.
プロトン性溶媒としては、以下に示すプロトン性非含フッ素溶媒、プロトン性含フッ素溶媒等が挙げられる。
メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタオール、t−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、1−オクタノール、2−オクタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、乳酸メチル等のプロトン性非含フッ素溶媒。
2−(ペルフルオロオクチル)エタノール等の含フッ素アルコール、含フッ素カルボン酸、含フッ素カルボン酸のアミド、含フッ素スルホン酸等のプロトン性含フッ素溶媒。
Examples of the protic solvent include the following protic non-fluorinated solvents and protic fluorinated solvents.
Methanol, ethanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, pentanol, hexanol, 1-octanol, 2-octanol, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene Protic non-fluorinated solvents such as glycol monobutyl ether, propylene glycol, and methyl lactate.
Protic fluorine-containing solvents such as 2- (perfluorooctyl) ethanol and other fluorine-containing alcohols, fluorine-containing carboxylic acids, amides of fluorine-containing carboxylic acids, and fluorine-containing sulfonic acids.
非プロトン性溶媒としては、以下に示す非プロトン性非含フッ素溶媒、非プロトン性含フッ素溶媒等が挙げられる。
ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、デカリン、アセトン、シクロヘキサノン、2−ブタノン、ジメトキシエタン、モノメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジグライム、トリグライム、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート(PGMEA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、アニソール、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン等の非プロトン性非含フッ素溶媒。
Examples of the aprotic solvent include the following aprotic non-fluorinated solvents and aprotic fluorinated solvents.
Hexane, cyclohexane, heptane, octane, decane, dodecane, decalin, acetone, cyclohexanone, 2-butanone, dimethoxyethane, monomethyl ether, ethyl acetate, butyl acetate, diglyme, triglyme, propylene glycol monomethyl ether monoacetate (PGMEA), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, anisole, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, Aprotic non-fluorine-containing solvents such as mesitylene, tetralin and methylnaphthalene.
1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等のポリフルオロ芳香族化合物、ペルフルオロトリブチルアミン等のポリフルオロトリアルキルアミン化合物、ペルフルオロデカリン等のポリフルオロシクロアルカン化合物、ペルフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)等のポリフルオロ環状エーテル化合物、ペルフルオロポリエーテル、ポリフルオロアルカン化合物、ハイドロフルオロエーテル(HFE)等の非プロトン性含フッ素溶媒。 Polyfluoroaromatic compounds such as 1,4-bis (trifluoromethyl) benzene, polyfluorotrialkylamine compounds such as perfluorotributylamine, polyfluorocycloalkane compounds such as perfluorodecalin, and perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) Aprotic fluorine-containing solvents such as polyfluorocyclic ether compounds, perfluoropolyethers, polyfluoroalkane compounds, hydrofluoroethers (HFE);
これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。またこれらの他にも広範な化合物が使用できる。
これらのうち、含フッ素重合体(a)の溶解の用いる溶媒としては、含フッ素重合体(a)の溶解度が大きく、良溶媒であることから、非プロトン性含フッ素溶媒が好ましい。
シランカップリング剤または多価極性化合物を溶解する溶媒としては、プロトン性含フッ素溶媒が好ましい。
該溶媒の沸点は、コーティングの際に均一な膜を形成しやすいことから、65〜220℃が好ましく、100〜220℃が特に好ましい。
These solvents may be used alone or in combination of two or more. In addition to these, a wide range of compounds can be used.
Among these, the solvent used for dissolving the fluoropolymer (a) is preferably an aprotic fluorine-containing solvent because the solubility of the fluoropolymer (a) is large and a good solvent.
The solvent for dissolving the silane coupling agent or the polyvalent polar compound is preferably a protic fluorine-containing solvent.
The boiling point of the solvent is preferably 65 to 220 ° C., and particularly preferably 100 to 220 ° C., because a uniform film can be easily formed during coating.
コーティング液の調製に用いる溶媒は、水分含量が少ないことが好ましい。該水分含量は、100質量ppm以下が好ましく、20質量ppm以下が特に好ましい。
コーティング液における含フッ素重合体(a)の濃度は、0.1〜30質量%が好ましく、0.5〜20質量%が特に好ましい。
コーティング液の固形分濃度は、形成しようとする膜厚に応じて適宜設定すればよい。通常、0.1〜30質量%であり、0.5〜20質量%が好ましい。
なお、固形分は、質量を測定したコーティング液を常圧下200℃で1時間加熱することで、溶媒を留去し、残存する固形分の質量を測定して算出する。
The solvent used for preparing the coating liquid preferably has a low water content. The water content is preferably 100 mass ppm or less, and particularly preferably 20 mass ppm or less.
The concentration of the fluoropolymer (a) in the coating liquid is preferably from 0.1 to 30% by mass, particularly preferably from 0.5 to 20% by mass.
What is necessary is just to set the solid content concentration of a coating liquid suitably according to the film thickness to form. Usually, it is 0.1-30 mass%, and 0.5-20 mass% is preferable.
The solid content is calculated by heating the coating liquid whose mass was measured at 200 ° C. for 1 hour under normal pressure to distill off the solvent and measuring the mass of the remaining solid content.
コーティング液は、各成分を含む組成物を予め調製し、これを溶媒に溶解して得てもよく、各成分をそれぞれ溶媒に溶解し、各溶液を混合して得てもよい。
各成分を含む組成物を予め調製する場合の該組成物の製造方法としては、固体と固体、または固体と液体を混練、共融押し出し法等により混合してもよく、それぞれを可溶な溶媒に溶解した各溶液を混合してもよい。これらの中でも、各溶液を混合することが特に好ましい。
含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤とを併用する場合、コーティング液は、含フッ素重合体(a)を非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した重合体溶液と、シランカップリング剤をプロトン性含フッ素溶媒に溶解したシランカップリング剤溶液とを各々調製し、該重合体溶液とシランカップリング剤溶液とを混合することによって得ることが好ましい。
The coating liquid may be obtained by preparing a composition containing each component in advance and dissolving it in a solvent, or by dissolving each component in a solvent and mixing each solution.
As a method for producing the composition in the case of preparing a composition containing each component in advance, the solid and the solid, or the solid and the liquid may be mixed by kneading, eutectic extrusion, etc. Each solution dissolved in may be mixed. Among these, it is particularly preferable to mix each solution.
When the fluorine-containing polymer (a) and the silane coupling agent are used in combination, the coating liquid is a polymer solution obtained by dissolving the fluorine-containing polymer (a) in an aprotic fluorine-containing solvent, and the silane coupling agent is protonated. It is preferable to obtain a silane coupling agent solution dissolved in a fluorinated solvent and to mix the polymer solution and the silane coupling agent solution.
コーティング膜の製膜は、たとえば、コーティング液を基板の表面にコーティングし、ベーク等により乾燥させることにより実施できる。
コーティング方法としては、溶液から膜を形成させる従来公知の方法が利用でき、特に限定されない。たとえば、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディッピング法、水上キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、ダイコート法、インクジェット法、スプレーコート法等が挙げられる。また、凸版印刷法、グラビア印刷法、平板印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法等の印刷技術も用いることができる。
乾燥は、常温での風乾により行ってもよいが、加熱してベークすることにより行うことが好ましい。ベーク温度は、溶媒の沸点以上であることが好ましく、特に230℃以上の高温で行うことが、添加したシランカップリング剤や多価極性化合物と含フッ素重合体(a)との反応を充分に完結させる点で特に好ましい。
The coating film can be formed, for example, by coating the surface of the substrate with a coating liquid and drying it by baking or the like.
As the coating method, a conventionally known method for forming a film from a solution can be used and is not particularly limited. For example, a spin coat method, a roll coat method, a cast method, a dipping method, a water cast method, a Langmuir-Blodget method, a die coat method, an ink jet method, a spray coat method and the like can be mentioned. Printing techniques such as letterpress printing, gravure printing, lithographic printing, screen printing, flexographic printing, and the like can also be used.
Drying may be performed by air drying at normal temperature, but is preferably performed by heating and baking. The baking temperature is preferably equal to or higher than the boiling point of the solvent, and particularly at a high temperature of 230 ° C. or higher, the reaction between the added silane coupling agent or polyvalent polar compound and the fluoropolymer (a) is sufficiently performed. It is particularly preferable in terms of completion.
以上で説明した含フッ素重合体(a)または誘導体(a’)を用いて樹脂膜(A)を形成する場合、該樹脂膜(A)を形成する基板の表面は、基板との接合性を確保するため、クロム、アルミニウム、銅等で形成されていることが好ましい。仮に、該樹脂膜(A)を形成する基板の表面が金、白金、純ニッケルで形成されている場合、該樹脂膜(A)は基板に接合しない。このため、該樹脂膜(A)を振動板23上に形成する場合、振動板23の表面は、電極膜の形成材料として前述した材料のうち、金、白金、純ニッケルを除く導電性材料で形成されていることが好ましい。したがって、仮に、振動板23の主要形成材として金、白金、純ニッケルを採用する場合には、金、白金、純ニッケルの表面にクロムやアルミニウム等の膜を形成することが好ましい。
When the resin film (A) is formed using the fluoropolymer (a) or derivative (a ′) described above, the surface of the substrate on which the resin film (A) is formed has bonding properties with the substrate. In order to ensure, it is preferable to form with chromium, aluminum, copper, etc. If the surface of the substrate on which the resin film (A) is formed is formed of gold, platinum, or pure nickel, the resin film (A) is not bonded to the substrate. Therefore, when the resin film (A) is formed on the
(電荷の注入)
樹脂膜(A)に電荷を注入することで、該樹脂膜(A)は、エレクトレット膜29になる。
樹脂膜(A)への電荷の注入方法としては、一般的に絶縁体を帯電させる方法であれば特に限定されない。たとえば、G.M.Sessler, Electrets Third Edition,pp20,Chapter2.2“Charging and Polarizing Methods”(Laplacian Press, 1998)に記載のコロナ放電法、電子ビーム衝突法、イオンビーム衝突法、放射線照射法、光照射法、接触帯電法、液体接触帯電法等が適用可能である。本発明においては、特にコロナ放電法、電子ビーム衝突法を用いることが好ましい。
電荷を注入する際の温度条件としては、樹脂膜(A)に含まれる含フッ素重合体(a)または誘導体(a’)のガラス転移温度(Tg)以上で行うことが、注入後に保持される電荷の安定性の点から好ましく、該Tg+10℃〜該Tg+20℃程度の温度条件で行うことが特に好ましい。
電荷を注入する際の印加電圧としては、樹脂膜(A)の絶縁破壊電圧以下であれば、高圧を印加することが好ましい。本発明において、樹脂膜(A)への印加電圧は、正電荷では6〜30kV、好ましくは8〜15kVであり、負電荷では−6〜−30kV、好ましくは−8〜−15kVである。
含フッ素重合体(a)または誘導体(a’)は、正電荷より負電荷をより安定に保持できることから、印加電圧は負電荷であることが好ましい。この場合、エレクトレットの表面電位はマイナスとなる。
(Charge injection)
By injecting charges into the resin film (A), the resin film (A) becomes the
The method for injecting charges into the resin film (A) is not particularly limited as long as it is a method for charging an insulator generally. For example, the corona discharge method described in GMSessler, Electrets Third Edition, pp20, Chapter 2.2 “Charging and Polarizing Methods” (Laplacian Press, 1998), electron beam collision method, ion beam collision method, radiation irradiation method, light irradiation method, A contact charging method, a liquid contact charging method, or the like is applicable. In the present invention, it is particularly preferable to use a corona discharge method or an electron beam collision method.
As a temperature condition for injecting the charge, it is maintained after the injection that the temperature is higher than the glass transition temperature (Tg) of the fluoropolymer (a) or the derivative (a ′) contained in the resin film (A). It is preferable from the viewpoint of charge stability, and it is particularly preferable to carry out under a temperature condition of about Tg + 10 ° C. to Tg + 20 ° C.
As an applied voltage at the time of injecting electric charges, it is preferable to apply a high voltage as long as it is not higher than the dielectric breakdown voltage of the resin film (A). In the present invention, the applied voltage to the resin film (A) is 6 to 30 kV, preferably 8 to 15 kV for a positive charge, and -6 to -30 kV, preferably -8 to -15 kV for a negative charge.
Since the fluoropolymer (a) or the derivative (a ′) can hold a negative charge more stably than a positive charge, the applied voltage is preferably a negative charge. In this case, the electret surface potential is negative.
なお、ここでは、振動板23上に形成されている振動電極膜27の表面に直接樹脂膜(A)を形成し、電荷を注入する例を示したが、エレクトレット膜29の製造方法はこれに限定されない。たとえば、任意の基板上に樹脂膜(A)を形成し、基板から剥離した後、これを振動板23上に形成されている振動電極膜27の表面に配置し、該樹脂膜(A)に電荷を注入してエレクトレット膜29としてもよい。また、任意の基板上に樹脂膜(A)を形成し、電荷を注入してエレクトレット膜29とした後、該エレクトレット膜29を基板から剥離し、これを振動板23上に形成されている振動電極膜27の表面上に配置してもよい。
振動板23とは別の基板に樹脂膜(A)を形成する場合であって該基板上で電荷の注入を行う場合、該基板としては、得られた積層体に電荷を注入する際にアースに接続できるような基板が用いられる。好ましい材質としては、たとえば、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、錫、コバルト、パラジウム、白金、これらのうちの少なくとも1種を主成分とする合金等の導電性の金属が挙げられる。また、材質が導電性の金属以外のもの、たとえばガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の有機材料等の絶縁性の材料の基板(絶縁性基板)であっても、その表面にスパッタリング、蒸着、ウエットコーティング等の方法で金属膜、またはITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、PEDOT/PSS、カーボンナノチューブ等からなる有機導電材料等をコーティングしたものであれば用いることができる。また、シリコン等の半導体材料も同様の表面処理を行ったものであるか、または、半導体材料そのものの抵抗値が低いものであれば、基板として用いることができる。基板材料の抵抗値としては、体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下であることが好ましく、特に0.01Ωcm以下であることが特に好ましい。このような低抵抗値の基板材料であれば、当該基板上に形成された積層体にそのまま電荷を注入してエレクトレット膜29とすることができる。
Here, an example in which the resin film (A) is directly formed on the surface of the vibrating
When the resin film (A) is formed on a substrate different from the
〔実施形態の変形例〕
以上の実施形態の音響センサ20のスペーサ21は、円筒形状である。しかし、本発明は、これに限定されず、多角筒形状等であってもよい。この場合、振動板23や背面板、26は、多角筒形状のスペーサ21の開口21a、21bに対応した形状となる。
[Modification of Embodiment]
The
以上の実施形態では、振動板23は弾性部材32を介してスペーサ21に接着され、背面板26はスペーサ21に接着されている。しかし、振動板23や背面板26は、接着剤を用いずに、その枠材によりスペーサ21にしっかりと固定されていてもよい。
In the above embodiment, the
以上の実施形態では、エレクトレット膜29を振動電極膜27の背面電極膜側の表面に形成している。しかし、エレクトレット膜29を背面電極膜28の振動電極膜側の表面に形成してもよい。
In the above embodiment, the
以上の実施形態において、図1を用いて説明した音響センサ20の各部の寸法は、電子聴診器用の音響センサの寸法であり、しかも、集音周波数帯域を0.1〜100Hz程度にするために適した寸法である。このため、音響センサ20を電子聴診器用として用いない場合や、集音周波数帯域を0.1〜100Hz程度にしない場合には、先に例示した寸法とは異なる寸法を採用してもよい。
特に、集音周波数帯域の調整パラメータの一つである溝24の内周縁の径D6は、目的とする集音周波数帯域が得られるよう適宜変更してもよい。
In the above embodiment, the dimensions of each part of the
In particular, the diameter D6 of the inner peripheral edge of the
以上の実施形態の音響モニタ装置は、振動電極膜27および背面電極膜28とイヤフォン2とを電気的に接続する信号線18中にアンプ16を配置した電気回路15を有している。しかし、本実施形態のように、集音感度の高い音響センサ20を用い、しかも再生音の出力をあまり大きくする必要がない場合には、図4に示すように、振動電極膜27および背面電極膜28とイヤフォン2とを電気的に接続する信号線18中にアンプ16を配置しなくてもよい。つまり、電気回路15を設けなくてもよい。
The acoustic monitor device of the above embodiment includes the
以上の実施形態では、弾性部材32を介して、振動板23をスペーサ21に取り付けている。しかし、高周波音の集音を抑える必要がない場合には、弾性部材32を介さずに、振動板23を直接スペーサ21に取り付けてもよい。
In the above embodiment, the
以上の実施形態では、振動板23およびスペーサ21の外径を大きくすることなく、集音周波数帯域を低くするため、振動板23に錘31を取り付けている。しかし、振動板23およびスペーサ21の外径を大きくしてもよい場合や、集音周波数帯域を低くする必要がない場合には、振動板23に錘31を取り付けなくてもよい。
In the above embodiment, the
以上の実施形態の音響モニタ装置は、電子聴診器である。しかし、本発明はこれに限定されない。たとえば、電子聴診器のイヤフォン2の替わりに、発生音を多数の者が同時に聞くことができるスピーカを音響センサ20に接続してもよい。また、イヤフォン2の替わりに、音情報としての音響特性を表示するディスプレイや、音響特性を紙に印刷するプリンタを音響センサ20に接続してもよい。すなわち、音情報出力器は、イヤフォン2以外でもよく、スピーカ、ディスプレイ、プリンタ等でもよい。
また、音響モニタ装置は、人体からの発生音のみならず、他の音、たとえば、配管中の流動体音、容器や建屋等の内部音等をモニタするための装置であってもよい。
よって、音響センサ20も、電子聴診器用としてのみならず、他の音響モニタ装置用であってもよい。
The acoustic monitor apparatus of the above embodiment is an electronic stethoscope. However, the present invention is not limited to this. For example, instead of the
The acoustic monitor device may be a device for monitoring not only the sound generated from the human body but also other sounds, for example, fluid sound in piping, internal sounds of containers, buildings, and the like.
Therefore, the
1…聴診器ヘッド、2…イヤフォン、3…イヤフォンコード、10…聴診器ヘッドケース、11…開口、12…ダイヤフラム、15…電気回路、16…アンプ、17…バッテリ、18…信号線、20…音響センサ、21…スペーサ、23…振動板、23i…内側領域、23o…外側領域、24…溝、25…平坦部、26…背面板、27…振動電極膜、28…背面電極膜、29…エレクトレット膜、31…錘、32…弾性部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stethoscope head, 2 ... Earphone, 3 ... Earphone cord, 10 ... Stethoscope head case, 11 ... Opening, 12 ... Diaphragm, 15 ... Electric circuit, 16 ... Amplifier, 17 ... Battery, 18 ... Signal line, 20 ... Acoustic sensor, 21 ... spacer, 23 ... diaphragm, 23i ... inner region, 23o ... outer region, 24 ... groove, 25 ... flat part, 26 ... back plate, 27 ... vibrating electrode film, 28 ... back electrode film, 29 ... Electret film, 31 ... weight, 32 ... elastic member
Claims (12)
前記スペーサの一方の開口を塞ぐように該スペーサに取り付けられている振動板と、
前記振動板に対向し、前記スペーサの他方の開口を塞ぐ背面板と、
導電材で形成され、前記振動板の前記背面板側に設けられている振動電極膜と、
導電材で形成され、前記背面板の前記振動板側に設けられている背面電極膜と、
エレクトレット膜と、
を備え、
前記振動板には、前記スペーサの内面よりも内側に、該振動板を内側領域と外側領域とに分ける溝が形成され、
前記エレクトレット膜が、前記振動電極膜と前記背面電極膜とのうち一方の電極膜の他方の電極膜側であって、前記溝よりも内側に形成されている、
ことを特徴とする音響センサ。 A spacer that is cylindrical and open at both ends;
A diaphragm attached to the spacer so as to block one opening of the spacer;
A back plate facing the diaphragm and closing the other opening of the spacer;
A vibrating electrode film formed of a conductive material and provided on the back plate side of the diaphragm;
A back electrode film formed of a conductive material and provided on the diaphragm side of the back plate;
An electret film;
With
In the diaphragm, a groove that divides the diaphragm into an inner region and an outer region is formed inside the inner surface of the spacer,
The electret film is formed on the other electrode film side of one of the vibrating electrode film and the back electrode film, and on the inner side of the groove,
An acoustic sensor.
前記振動板が前記弾性部材を介して前記スペーサに取り付けられている、請求項1から3のいずれか一項に記載の音響センサ。 An elastic member having elasticity, and being arranged between the one opening side end face of the spacer and the diaphragm;
The acoustic sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the diaphragm is attached to the spacer via the elastic member.
前記振動板の振動による前記振動電極膜と前記背面電極膜との間の電位差の変化を音情報として出力する音情報出力器と、
を備えている音響モニタ装置。 The acoustic sensor according to any one of claims 1 to 9,
A sound information output device for outputting a change in potential difference between the vibrating electrode film and the back electrode film due to vibration of the diaphragm as sound information;
An acoustic monitor device comprising:
前記聴診器ヘッドケースの前記開口を塞ぐダイヤフラムと、
を備え、
前記音響センサは、前記聴診器ヘッドケース内に配置され、該音響センサの前記振動板における前記溝よりも内側の領域が前記ダイヤフラムに取り付けられ、
前記音情報出力器として、前記電位差の変化を音として出力する左右一対のイヤフォンを有する、
請求項10に記載の音響モニタ装置。 A cylindrical stethoscope head case having an opening formed on at least one end;
A diaphragm that closes the opening of the stethoscope head case;
With
The acoustic sensor is disposed in the stethoscope head case, and an area inside the groove of the diaphragm of the acoustic sensor is attached to the diaphragm,
The sound information output device has a pair of left and right earphones that output the change in potential difference as sound,
The acoustic monitor device according to claim 10.
前記聴診器ヘッドケースの前記開口を塞ぐダイヤフラムと、
前記聴診器ヘッドケース内に配置されている請求項3に記載の音響センサと、
前記振動板の振動による前記振動電極膜と前記背面電極膜との間の電位差の変化である電気信号を音として出力する左右一対のイヤフォンと、
を備え、
前記音響センサの前記振動板に設けられている前記錘が、前記ダイヤフラムに取り付けられている、
音響モニタ装置。 A cylindrical stethoscope head case having an opening formed on at least one end;
A diaphragm that closes the opening of the stethoscope head case;
The acoustic sensor according to claim 3 disposed in the stethoscope head case;
A pair of left and right earphones that output an electric signal as sound, which is a change in potential difference between the vibrating electrode film and the back electrode film due to vibration of the diaphragm;
With
The weight provided on the diaphragm of the acoustic sensor is attached to the diaphragm;
Acoustic monitor device.
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