JP5385184B2 - Thermoacoustic device - Google Patents
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Description
本発明は、熱音響装置に関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱音響装置に関するものである。 The present invention relates to a thermoacoustic apparatus, and more particularly to a thermoacoustic apparatus using carbon nanotubes.
一般的に、音響装置は信号装置及び音波発生器を含む。前記信号装置は、信号を前記音波発生器（例えばスピーカー）に伝送する。スピーカーは電気音響変換器として、電気信号を音に変換することができる。 In general, the acoustic device includes a signal device and a sound wave generator. The signal device transmits a signal to the sound wave generator (for example, a speaker). The speaker can convert an electrical signal into sound as an electroacoustic transducer.
動作原理により、スピーカーは、ダイナミックスピーカー、マグネティックスピーカー、静電気スピーカー、圧電スピーカーなどの多種に分類される。前記多種のスピーカーは、全て機械的振動によって音波を生じ、即ち、電気―機械力―音の変換を実現する。ここで、ダイナミックスピーカーが広く利用されている。 Depending on the principle of operation, speakers are classified into various types such as dynamic speakers, magnetic speakers, electrostatic speakers, and piezoelectric speakers. The various types of speakers all generate sound waves by mechanical vibration, that is, realize electrical-mechanical force-sound conversion. Here, dynamic speakers are widely used.
しかし、ダイナミックスピーカーは、重いマグネット及び磁場の作用に依存しているので、ダイナミックスピーカーの構造は複雑である。また、ダイナミックスピーカーのマグネットは、スピーカーの近くに配置された電子装置に、悪い影響を与えるという問題がある。さらに、ダイナミックスピーカーは電気信号の入力の条件により作動するので、電気信号を提供しない場合、ダイナミックスピーカーは作動できないという問題がある。 However, since the dynamic speaker relies on the action of a heavy magnet and a magnetic field, the structure of the dynamic speaker is complicated. Further, the magnet of the dynamic speaker has a problem that it adversely affects an electronic device disposed near the speaker. Furthermore, since the dynamic speaker operates according to the input condition of the electric signal, there is a problem that the dynamic speaker cannot be operated when the electric signal is not provided.
非特許文献１に、熱音響現象によって製造されたサーモホン（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｎｅ）が掲載されている。熱音響現象とは、音と熱が関わり合う現象であり、エネルギー変換とエネルギー輸送という２つの側面がある。熱音響装置に信号を転送すると、熱音響装置に熱が生じ、周辺の媒体へ伝播される。伝播された熱によって生じた熱膨張及び圧力波により音波を発生させることができる。ここで、厚さが７×１０−５ｃｍの白金片が熱音響部品として利用されている。しかし、厚さが７×１０−５ｃｍの白金片に対して、単位面積当たりの熱容量は２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。白金片の単位面積当たりの熱容量が非常に高いので、白金片を利用したサーモホンを室外で利用する場合、音が非常に弱いという課題がある。 Non-Patent Document 1 discloses a thermophone manufactured by a thermoacoustic phenomenon. The thermoacoustic phenomenon is a phenomenon in which sound and heat are involved, and has two aspects, energy conversion and energy transport. When a signal is transferred to the thermoacoustic device, heat is generated in the thermoacoustic device and propagated to the surrounding medium. Sound waves can be generated by thermal expansion and pressure waves caused by the propagated heat. Here, a platinum piece having a thickness of 7 × 10 −5 cm is used as a thermoacoustic component. However, for a platinum piece having a thickness of 7 × 10 −5 cm, the heat capacity per unit area is 2 × 10 −4 J / cm 2 · K. Since the heat capacity per unit area of the platinum piece is very high, there is a problem that the sound is very weak when a thermophone using the platinum piece is used outdoors.
本発明は、前記課題を解決するために、軽量な熱音響装置を提供する。本発明の熱音響装置は、磁場に依存せず、機械的振動によらずに音を発生することができる。 The present invention provides a lightweight thermoacoustic apparatus in order to solve the above problems. The thermoacoustic apparatus of the present invention does not depend on a magnetic field and can generate sound without depending on mechanical vibration.
本発明の熱音響装置は、少なくとも一つの第一電極と、少なくとも一つの第二電極と、音波発生器と、熱反射素子と、を含む。前記音波発生器は、前記第一電極及び第二電極に電気的に接続されている。前記熱反射素子は、前記音波発生器と所定の距離で分離して対向して、前記第一電極及び第二電極と電気絶縁的に設置されている。 The thermoacoustic apparatus of the present invention includes at least one first electrode, at least one second electrode, a sound wave generator, and a heat reflecting element. The sound wave generator is electrically connected to the first electrode and the second electrode. The heat reflecting element is separated from the sound wave generator by a predetermined distance and is opposed to the first electrode and the second electrode so as to be electrically insulated.
前記音波発生器は、カーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブワイヤを含む。 The sound wave generator includes a carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure includes a carbon nanotube film or a carbon nanotube wire made of carbon nanotubes.
前記カーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されている。 In the carbon nanotube structure, the carbon nanotubes are connected by an intermolecular force and are uniformly distributed.
前記音波発生器は、熱音響原理により音を発生する。 The sound wave generator generates sound according to the thermoacoustic principle.
従来の技術と比べて、本発明の熱音響装置に熱反射素子を設置することにより、音波発生器から生じた熱を反射して、熱音響装置の音波発生器に対向する領域の温度を低減させ、熱音響装置の損傷を防止し、熱音響装置の使用時間を長くすることができる。 Compared with the prior art, by installing a heat reflecting element in the thermoacoustic device of the present invention, the heat generated from the sound wave generator is reflected and the temperature of the region facing the sound wave generator of the thermoacoustic device is reduced. Thus, damage to the thermoacoustic device can be prevented, and the use time of the thermoacoustic device can be extended.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（実施例１）
図１を参照すると、本発明の熱音響装置１００は、音波発生器１３０と、第一電極１１０と、第二電極１２０と、熱反射素子１４０と、を含む。前記音波発生器１３０は、第一表面１３１及び第二表面１３２を有する。前記熱反射素子１４０は、第一表面１４１及び第二表面１４２を有する。前記音波発生器１３０の第二表面１３２を、前記熱反射素子１４０の第一表面１４１に隣接するように、前記音波発生器１３０を前記熱反射素子１４０に対向して設置する。前記第一電極１１０及び第二電極１２０は所定の距離で離れるように、それぞれ前記音波発生器１３０に電気的に接続されている。且つ、前記第一電極１１０及び第二電極１２０はそれぞれ前記熱反射素子１４０に絶縁的に接続されている。前記第一電極１１０及び第二電極１２０は金属、導電接着剤、カーボンナノチューブ、ＩＴＯのいずれかの導電材料からなる。前記第一電極１１０及び第二電極１２０の高さは、それぞれ１００μｍより大きい。本実施例において、前記第一電極１１０及び第二電極１２０は棒状の金属電極である。前記音波発生器１３０の、前記第一電極１１０及び第二電極１２０と接続する領域に、それぞれ絶縁層（図示せず）を設置することができる。
Example 1
Referring to FIG. 1, the thermoacoustic apparatus 100 of the present invention includes a sound wave generator 130, a first electrode 110, a second electrode 120, and a heat reflecting element 140. The sound wave generator 130 has a first surface 131 and a second surface 132. The heat reflecting element 140 has a first surface 141 and a second surface 142. The sound wave generator 130 is placed facing the heat reflecting element 140 such that the second surface 132 of the sound wave generator 130 is adjacent to the first surface 141 of the heat reflecting element 140. The first electrode 110 and the second electrode 120 are each electrically connected to the sound wave generator 130 so as to be separated by a predetermined distance. The first electrode 110 and the second electrode 120 are insulatively connected to the heat reflecting element 140, respectively. The first electrode 110 and the second electrode 120 are made of a conductive material of metal, conductive adhesive, carbon nanotube, or ITO. The heights of the first electrode 110 and the second electrode 120 are each greater than 100 μm. In the present embodiment, the first electrode 110 and the second electrode 120 are rod-shaped metal electrodes. An insulating layer (not shown) may be provided in each region of the sound wave generator 130 that is connected to the first electrode 110 and the second electrode 120.
さらに、前記第一電極１１０及び第二電極１２０は、信号装置（図示せず）と電気的に接続されている。該信号装置からの信号を、前記音波発生器１３０へ転送することができる。前記信号装置は、電気信号装置、直流電流脈動信号装置、交流電流装置、電磁波信号装置（例えば、光学信号装置、レーザー）のいずれかの一種である。前記信号装置から前記音波発生器１３０へ転送された信号は、例えば、電磁波（例えば、光学信号）、電気信号（例えば、交流電流、直流電流脈動信号、オーディオ電気信号）又はそれらの混合信号である。前記信号は前記音波発生器１３０に受信されて熱として放射される。熱の放射によって周辺媒体（環境）の圧力強度が変化するので、検出可能信号を発生させることができる。前記熱音響装置１００をイヤホンに利用した場合、前記入力信号はＡＣ電気信号又はオーディオ電気信号である。前記熱音響装置１００を光音響スペクトルデバイスに利用した場合、前記入力信号は光学信号である。 Furthermore, the first electrode 110 and the second electrode 120 are electrically connected to a signal device (not shown). A signal from the signal device can be transferred to the sound wave generator 130. The signal device is one of an electric signal device, a direct current pulsation signal device, an alternating current device, and an electromagnetic wave signal device (for example, an optical signal device, a laser). The signal transferred from the signal device to the sound wave generator 130 is, for example, an electromagnetic wave (for example, an optical signal), an electrical signal (for example, an alternating current, a direct current pulsation signal, an audio electrical signal) or a mixed signal thereof. . The signal is received by the sound wave generator 130 and radiated as heat. Since the pressure intensity of the surrounding medium (environment) changes due to the radiation of heat, a detectable signal can be generated. When the thermoacoustic device 100 is used as an earphone, the input signal is an AC electric signal or an audio electric signal. When the thermoacoustic apparatus 100 is used for a photoacoustic spectrum device, the input signal is an optical signal.
異なるタイプの前記信号装置に対して、前記第一電極１１０及び第二電極１２０の設置は選択的である。例えば、前記信号装置からの信号が電磁波又は光である場合、前記信号装置は前記第一電極１１０及び第二電極１２０を利用せず、信号を前記音波発生器１３０に転送することができる。 The placement of the first electrode 110 and the second electrode 120 is selective for different types of the signaling device. For example, when the signal from the signal device is an electromagnetic wave or light, the signal device can transfer the signal to the sound wave generator 130 without using the first electrode 110 and the second electrode 120.
図２を参照すると、前記熱音響装置１００に複数の前記第一電極１１０及び第二電極１２０を設置する場合、前記複数の第一電極１１０及び第二電極１２０は、所定の距離で離れて、交互に、並んで配列されている。前記複数の第一電極１１０は、直列に接続されており、前記複数の第二電極１２０は、直列に接続されている。また、直列に接続された前記複数の第一電極１１０及び前記複数の第二電極１２０は、それぞれ前記信号装置と電気的に接続されている。これにより、前記信号装置からの信号は、前記複数の第一電極１１０及び第二電極１２０により、前記音波発生器１３０へ転送される。 Referring to FIG. 2, when the plurality of first electrodes 110 and second electrodes 120 are installed in the thermoacoustic device 100, the plurality of first electrodes 110 and second electrodes 120 are separated by a predetermined distance. They are arranged side by side alternately. The plurality of first electrodes 110 are connected in series, and the plurality of second electrodes 120 are connected in series. Further, the plurality of first electrodes 110 and the plurality of second electrodes 120 connected in series are electrically connected to the signal device, respectively. Thereby, signals from the signal device are transferred to the sound wave generator 130 by the plurality of first electrodes 110 and the second electrodes 120.
前記音波発生器１３０はカーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。 The sound wave generator 130 includes a carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure has a large specific surface area (for example, 100 m 2 / g or more). The carbon nanotube structure has a heat capacity per unit volume of 0 (not including 0) to 2 × 10 −4 J / cm 2 · K, and preferably 0 (not including 0) to 1.7. × 10 −6 J / cm 2 · K, and in the present example, it is 1.7 × 10 −6 J / cm 2 · K. A plurality of carbon nanotubes are uniformly dispersed in the carbon nanotube structure. The plurality of carbon nanotubes are connected by intermolecular force. In the carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged with or without orientation. According to the arrangement method of the plurality of carbon nanotubes, the carbon nanotube structure is classified into two types: a non-oriented carbon nanotube structure and an oriented carbon nanotube structure. In the non-oriented carbon nanotube structure in the present embodiment, the carbon nanotubes are arranged or entangled along different directions. In the oriented carbon nanotube structure, the plurality of carbon nanotubes are arranged along the same direction. Alternatively, in the oriented carbon nanotube structure, when the oriented carbon nanotube structure is divided into two or more regions, a plurality of carbon nanotubes in each region are arranged along the same direction. In this case, the arrangement directions of the carbon nanotubes in different regions are different. The carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, a double-walled carbon nanotube, or a multi-walled carbon nanotube. When the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube, the diameter is set to 0.5 nm to 50 nm. When the carbon nanotube is a double-walled carbon nanotube, the diameter is set to 1 nm to 50 nm. In the case of a nanotube, the diameter is set to 1.5 nm to 50 nm.
前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブ構造体は平板型であり、その厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。前記カーボンナノチューブ構造体の比表面積が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量が大きくなる。前記カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量が大きくなるほど、前記熱音響装置の音圧が低くなる。 The carbon nanotube structure is formed in the shape of a self-supporting thin film. Here, the self-supporting structure is a form in which the carbon nanotube structure can be used independently without using a support material. That is, it means that the carbon nanotube structure can be suspended by supporting the carbon nanotube structure from opposite sides without changing the structure of the carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure has a flat plate shape and a thickness of 0.5 nm to 1 mm. As the specific surface area of the carbon nanotube structure decreases, the heat capacity per unit volume of the carbon nanotube structure increases. The greater the heat capacity per unit volume of the carbon nanotube structure, the lower the sound pressure of the thermoacoustic device.
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）及び（二）のものが挙げられる。 Examples of the carbon nanotube structure of the present invention include the following (1) and (2).
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図３に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献２を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む（図５を参照する）。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブがカーボンナノチューブフィルムの表面に平行し、該複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。ここで、極少のカーボンナノチューブは、ランダム配列されている。この極少のカーボンナノチューブより、隣接する平行なカーボンナノチューブを連通させて、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａをネット状構造に形成させることができる。しかし、図３に示されるように、前記極少のカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの構造に対して影響を与えない。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
(1) Drone Structure Carbon Nanotube Film The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube film 143a shown in FIG. This carbon nanotube film is a drone structure carbon nanotube film. The carbon nanotube film 143a is obtained by pulling out from a super aligned carbon nanotube array (see Non-Patent Document 2). The single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotubes whose end portions in the length direction are connected to each other by intermolecular force (see FIG. 5). In the single carbon nanotube film, a plurality of carbon nanotubes are parallel to the surface of the carbon nanotube film, and the ends of the plurality of carbon nanotubes are connected in the same direction. Here, the minimal carbon nanotubes are randomly arranged. The carbon nanotube film 143a can be formed in a net-like structure by communicating adjacent parallel carbon nanotubes from the extremely small number of carbon nanotubes. However, as shown in FIG. 3, the extremely small number of carbon nanotubes does not affect the structure of the carbon nanotube film 143a. The carbon nanotube film 143a has a width of 100 μm to 10 cm and a thickness of 0.5 nm to 100 μm.
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。 The carbon nanotube structure may include a plurality of stacked carbon nanotube films. In this case, the adjacent carbon nanotube films are bonded by intermolecular force. The carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films intersect each other at an angle of 0 ° to 90 °. When the carbon nanotubes in the adjacent carbon nanotube films intersect at an angle of 0 ° or more, a plurality of micropores are formed in the carbon nanotube structure. Alternatively, the plurality of carbon nanotube films may be juxtaposed without gaps.
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。 The method for manufacturing the carbon nanotube film includes the following steps.
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らなベースを提供し、該ベースはＰ型のシリコンベース、Ｎ型のシリコンベース及び酸化層が形成されたシリコンベースのいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコンベースを選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記ベースの表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成されたベースを７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされたベースを反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２）を生長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、ベースに垂直に生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。 In the first step, a carbon nanotube array is provided. The carbon nanotube array is a super aligned carbon nanotube array (see Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 2), and the method for manufacturing the super aligned carbon nanotube array employs a chemical vapor deposition method. The manufacturing method includes the following steps. In step (a), a flat base is provided, and the base is one of a P-type silicon base, an N-type silicon base, and a silicon base on which an oxide layer is formed. In this embodiment, it is preferable to select a 4 inch silicon base. In step (b), a catalyst layer is uniformly formed on the surface of the base. The material of the catalyst layer is any one of iron, cobalt, nickel and two or more alloys thereof. In step (c), the base on which the catalyst layer is formed is annealed with air at 700 ° C. to 900 ° C. for 30 minutes to 90 minutes. In step (d), the annealed base is placed in a reaction furnace, heated with a protective gas at a temperature of 500 ° C. to 740 ° C., and then a gas containing carbon is introduced to react for 5 minutes to 30 minutes. In addition, it is possible to grow a super aligned carbon nanotube array (Superaligned array of carbon nanotubes, Non-Patent Document 2). The carbon nanotube array has a height of 100 micrometers or more. The carbon nanotube array is composed of a plurality of carbon nanotubes that are parallel to each other and grow perpendicular to the base. Since the carbon nanotubes are long, the carbon nanotubes are partially entangled with each other. By controlling the growth conditions, the carbon nanotube array does not contain impurities such as amorphous carbon and remaining metal particles as a catalyst.
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。 In this embodiment, as the gas containing carbon, for example, active hydrocarbons such as acetylene, ethylene, and methane are selected, and it is preferable to select ethylene. The protective gas is nitrogen gas or inert gas, preferably argon gas.
本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造することに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。 The carbon nanotube array provided from this example is not limited to being manufactured by the above-described manufacturing method, and may be manufactured by an arc discharge method or a laser evaporation method.
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。 In the second step, at least one carbon nanotube film is stretched from the carbon nanotube array. First, using a tool such as tweezers, a plurality of carbon nanotube ends are provided. For example, a plurality of carbon nanotube ends are used by using a tape having a certain width. Next, the plurality of carbon nanotubes are pulled out at a predetermined speed to form a continuous carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotube segments.
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記ベースから脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。図３及び図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位体積当たりの熱容量が小さくなるので、その熱音響効果を高めることができる。 In the step of drawing out the plurality of carbon nanotubes, when the plurality of carbon nanotubes are detached from the base, the carbon nanotube segments are joined to each other by an intermolecular force to form a continuous carbon nanotube film. 3 and 4, the single carbon nanotube film 143a includes a plurality of carbon nanotube segments 143b. The plurality of carbon nanotube segments 143b are connected to each other by an intermolecular force along the length direction. Each carbon nanotube segment 143b includes a plurality of carbon nanotubes 145 connected in parallel to each other by intermolecular force. In the single carbon nanotube segment 143b, the plurality of carbon nanotubes 145 have the same length. By soaking the carbon nanotube film 143a in an organic solvent, the toughness and mechanical strength of the carbon nanotube film 143a can be increased. Since the heat capacity per unit volume of the carbon nanotube film immersed in the organic solvent is reduced, the thermoacoustic effect can be enhanced.
（二）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
(2) Carbon nanotube wire The carbon nanotube structure includes at least one carbon nanotube wire. The heat capacity of one carbon nanotube wire is 0 (not including 0) to 2 × 10 −4 J / cm 2 · K, and preferably 5 × 10 −5 J / cm 2 · K. The diameter of one carbon nanotube wire is 4.5 nm to 1 cm. Referring to FIG. 6, the carbon nanotube wire includes a plurality of carbon nanotubes connected by intermolecular force. In this case, one carbon nanotube wire (non-twisted carbon nanotube wire) includes a plurality of carbon nanotube segments (not shown) in which ends are connected. The carbon nanotube segments have the same length and width. Further, a plurality of carbon nanotubes having the same length are arranged in parallel in each of the carbon nanotube segments. The plurality of carbon nanotubes are arranged parallel to the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 1 μm to 1 cm. Referring to FIG. 7, the carbon nanotube wire can be twisted to form a twisted carbon nanotube wire. Here, the plurality of carbon nanotubes are arranged in a spiral shape around the central axis of the carbon nanotube wire. In this case, the diameter of one carbon nanotube wire is 1 μm to 1 cm. The carbon nanotube structure is made of any one of the non-twisted carbon nanotube wire, the twisted carbon nanotube wire, or a combination thereof.
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出すことにより形成されるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。 The method of forming the carbon nanotube wire uses a carbon nanotube film formed by drawing from the carbon nanotube array. There are the following three methods for forming the carbon nanotube wire. In the first type, the carbon nanotube film is cut with a predetermined width along the longitudinal direction of the carbon nanotube in the carbon nanotube film to form a carbon nanotube wire. In the second type, the carbon nanotube film can be formed by immersing the carbon nanotube film in an organic solvent and shrinking the carbon nanotube film. In the third type, the carbon nanotube film is machined (for example, a spinning process) to form a twisted carbon nanotube wire. More specifically, first, the carbon nanotube film is fixed to a spinning device. Next, the spinning device is operated to rotate the carbon nanotube film to form a twisted carbon nanotube wire.
前記カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に並列され、又は交叉して織られ、又はねじれ状とされることができる。 When the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotube wires, the plurality of carbon nanotube wires may be arranged in parallel, cross-woven, or twisted.
本実施例の音波発生器１３０はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。前記音波発生器１３０の長さは３ｃｍであり、その幅は３ｃｍであり、その厚さは５０ｎｍである。前記音波発生器１３０が薄く（厚さが１０μｍ以下）設けられる場合、該音波発生器１３０は優れた透明性を有する。従って、前記透明な音波発生器１３０を利用することにより、透明な熱音響装置を製造することができる。 The sound wave generator 130 of this embodiment includes a carbon nanotube structure. The carbon nanotube structure includes a carbon nanotube film. In the carbon nanotube film, the carbon nanotubes are arranged along the same direction. The sound wave generator 130 has a length of 3 cm, a width of 3 cm, and a thickness of 50 nm. When the sound wave generator 130 is thin (thickness is 10 μm or less), the sound wave generator 130 has excellent transparency. Therefore, by using the transparent sound wave generator 130, a transparent thermoacoustic device can be manufactured.
前記音波発生器１３０の前記カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブを含み、単位面積の熱容量が小さいので、前記音波発生器１３０で生じた温度波により周辺の媒体に圧力振動を発生させることができる。前記音波発生器１３０のカーボンナノチューブ構造体に信号（例えば、電気信号）を転送すると、信号強度及び／又は信号によって前記カーボンナノチューブ構造体に熱が生じる。温度波の拡散により、周辺の空気が熱膨張されて音が生じる。この音を発生させる原理は、従来のスピーカーにおいて振動板の機械振動によって生じた圧力波により音を発生させる原理と大きく異なる。前記入力信号が電気信号である場合、前記熱音響装置１００は、電気―熱―音の変換方式によって作動するが、前記入力信号は光学信号である場合、前記熱音響装置１００は、光―熱―音の変換方式によって作動する。前記光学信号のエネルギーは前記音波発生器１３０で吸収されて、熱として放射される。熱の放射によって周辺媒体（環境）の圧力強度が変化するので、検出可能信号が発生することができる。 The carbon nanotube structure of the sound wave generator 130 includes a plurality of carbon nanotubes and has a small heat capacity per unit area. Therefore, pressure vibration can be generated in a surrounding medium by a temperature wave generated by the sound wave generator 130. . When a signal (for example, an electrical signal) is transferred to the carbon nanotube structure of the sound wave generator 130, heat is generated in the carbon nanotube structure according to the signal intensity and / or the signal. Due to the diffusion of the temperature wave, the surrounding air is thermally expanded and a sound is generated. The principle of generating this sound is very different from the principle of generating sound by pressure waves generated by mechanical vibration of the diaphragm in a conventional speaker. When the input signal is an electrical signal, the thermoacoustic device 100 operates according to an electrical-thermal-sound conversion method. When the input signal is an optical signal, the thermoacoustic device 100 -Operates according to the sound conversion method. The energy of the optical signal is absorbed by the sound wave generator 130 and radiated as heat. Since the pressure intensity of the surrounding medium (environment) changes due to the radiation of heat, a detectable signal can be generated.
前記音波発生器１３０に利用したカーボンナノチューブ構造体は接着性を有するので、前記音波発生器１３０を直接前記第一電極１１０及び第二電極１２０に接着させることができる。さらに、前記第一電極１１０及び第二電極１２０は、導電線（図示せず）によってそれぞれ前記信号装置の両端に接続されている。前記第一電極１１０又は第二電極１２０と前記音波発生器１３０とを良好に電気的に接続させるために、前記第一電極１１０又は第二電極１２０と前記音波発生器１３０との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。前記導電性接着層は、前記音波発生器１３０の表面に設置されることができる。前記導電性接着層は銀ペーストからなる。 Since the carbon nanotube structure used for the sound wave generator 130 has adhesiveness, the sound wave generator 130 can be directly bonded to the first electrode 110 and the second electrode 120. Further, the first electrode 110 and the second electrode 120 are respectively connected to both ends of the signal device by conductive wires (not shown). In order to satisfactorily electrically connect the first electrode 110 or the second electrode 120 and the sound wave generator 130, a conductive property is provided between the first electrode 110 or the second electrode 120 and the sound wave generator 130. An adhesive layer (not shown) can also be installed. The conductive adhesive layer may be installed on the surface of the sound wave generator 130. The conductive adhesive layer is made of a silver paste.
前記熱反射素子１４０は、前記音波発生器１３０と所定の距離で離れるように、前記音波発生器１３０と対向して設置されている。前記熱反射素子１４０の第一表面１４１は、平面又は湾曲面である。前記熱反射素子１４０及び前記音波発生器１３０の間の距離は、１００μｍより大きい。従って、前記音波発生器１３０へ転送された信号は、前記熱反射素子１４０で干渉されない。前記熱反射素子１４０の赤外線反射率は、３０％より高くなることができる。前記熱反射素子１４０の反射角度は、１８０°より小さい。本実施例において、前記熱反射素子１４０の第一表面１４１は平面であり、前記音波発生器１３０の第二表面１３２に平行している。前記熱反射素子１４０の第一表面１４１の面積は、前記音波発生器１３０の第二表面１３２より大きく設けることができる。前記熱反射素子１４０はフィルム状に形成され、金属（Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ）、合金（アルミニウム−亜鉛合金）、化合物（酸化亜鉛）又はそれらの混合物からなる。前記熱反射素子１４０はＺｎからなる場合、その赤外線反射率は３８％より高くなるが、前記熱反射素子１４０はアルミニウム−亜鉛合金からなる場合、その赤外線反射率は７５％より高くなることができる。 The heat reflecting element 140 is disposed to face the sound wave generator 130 so as to be separated from the sound wave generator 130 by a predetermined distance. The first surface 141 of the heat reflecting element 140 is a flat surface or a curved surface. The distance between the heat reflecting element 140 and the sound wave generator 130 is greater than 100 μm. Therefore, the signal transferred to the sound wave generator 130 is not interfered by the heat reflecting element 140. The infrared reflectance of the heat reflecting element 140 may be higher than 30%. The reflection angle of the heat reflecting element 140 is smaller than 180 °. In the present embodiment, the first surface 141 of the heat reflecting element 140 is flat and parallel to the second surface 132 of the sound wave generator 130. The area of the first surface 141 of the heat reflecting element 140 may be larger than the second surface 132 of the sound wave generator 130. The heat reflecting element 140 is formed in a film shape and is made of a metal (Cr, Zn, Al, Ag, Au), an alloy (aluminum-zinc alloy), a compound (zinc oxide), or a mixture thereof. When the heat reflecting element 140 is made of Zn, its infrared reflectance is higher than 38%, but when the heat reflecting element 140 is made of an aluminum-zinc alloy, its infrared reflectance can be higher than 75%. .
前記熱反射素子１４０及び前記音波発生器１３０の間に、複数のスペーサーを設置することができる。各々の前記スペーサーは、対向する二つの端部を有する。前記スペーサーの一つ端部は、前記熱反射素子１４０に固定され、そのもう一つ端部は、前記音波発生器１３０に接着されている。前記複数のスペーサーにより、前記熱反射素子１４０と前記音波発生器１３０とを分離させ、また、前記音波発生器１３０を支持することができる。 A plurality of spacers may be installed between the heat reflecting element 140 and the sound wave generator 130. Each said spacer has two opposite ends. One end of the spacer is fixed to the heat reflecting element 140, and the other end is bonded to the sound wave generator 130. The heat reflecting element 140 and the sound wave generator 130 can be separated by the plurality of spacers, and the sound wave generator 130 can be supported.
前記熱反射素子１４０により、前記音波発生器１３０で生じた熱を反射させ、前記熱音響装置１００の前記熱反射素子１４０に隣接する領域の温度を低減させることができる。同時に、前記熱反射素子１４０により、前記音波発生器１３０で生じた音波を反射することができる。これにより、前記熱音響装置１００の発声効率を高めることができる。 The heat reflecting element 140 can reflect the heat generated by the sound wave generator 130 to reduce the temperature of the region adjacent to the heat reflecting element 140 of the thermoacoustic device 100. At the same time, the heat reflecting element 140 can reflect the sound wave generated by the sound wave generator 130. Thereby, the voice production efficiency of the thermoacoustic device 100 can be increased.
（実施例２）
図８を参照すると、本実施例の熱音響装置２００は、音波発生器２３０と、第一電極２１０と、第二電極２２０と、熱反射素子２４０と、を含む。本実施例の熱音響装置２００の特性、機能は、実施例１の熱音響装置１００と同じである。本実施例と実施例１との異なる点は、本実施例の熱音響装置２００はさらに支持体２５０を含むことである。前記熱反射素子２４０は、前記支持体２５０に設置されている。
(Example 2)
Referring to FIG. 8, the thermoacoustic apparatus 200 of the present embodiment includes a sound wave generator 230, a first electrode 210, a second electrode 220, and a heat reflecting element 240. The characteristics and functions of the thermoacoustic apparatus 200 of the present embodiment are the same as those of the thermoacoustic apparatus 100 of the first embodiment. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the thermoacoustic apparatus 200 of the present embodiment further includes a support body 250. The heat reflecting element 240 is installed on the support body 250.
前記支持体２５０は、ダイヤモンド、ガラス、石英のような固い材料、又はプラスチック、樹脂、織物のような柔軟な材料からなる。前記支持体２５０は電気絶縁性を有し、前記音波発生器２３０及び前記熱反射素子２４０の間の電気絶縁性を保持することができる。また、前記支持体２５０は熱絶縁性を有し、前記音波発生器２３０で生じた熱を吸収することができない。前記支持体２５０は、平板状である。前記支持体２５０の前記熱反射素子２４０と隣接する表面２５１は、前記音波発生器２３０の第二表面２３２に対向している。前記前記熱反射素子２４０はフィルム状である場合、前記前記熱反射素子２４０は、前記支持体２５０の表面２５１に接着され、又は塗布されている。前記熱反射素子２４０の面積は、前記支持体２５０の面積より小さく設けることができる。これにより、第一電極２１０及び第二電極２２０は、前記前記熱反射素子２４０と電気絶縁的に接続できる。 The support body 250 is made of a hard material such as diamond, glass, or quartz, or a flexible material such as plastic, resin, or fabric. The support 250 has electrical insulation, and can maintain electrical insulation between the sound wave generator 230 and the heat reflecting element 240. In addition, the support body 250 has a heat insulating property and cannot absorb heat generated by the sound wave generator 230. The support body 250 has a flat plate shape. A surface 251 of the support body 250 adjacent to the heat reflecting element 240 faces the second surface 232 of the sound wave generator 230. When the heat reflecting element 240 is in the form of a film, the heat reflecting element 240 is adhered or applied to the surface 251 of the support 250. The area of the heat reflection element 240 may be smaller than the area of the support 250. Accordingly, the first electrode 210 and the second electrode 220 can be electrically insulated from the heat reflecting element 240.
（実施例３）
図９を参照すると、本実施例の熱音響装置３００は、音波発生器３３０と、第一電極３１０と、第二電極３２０と、熱反射素子３４０と、支持枠３５０と、を含む。本実施例の熱音響装置３００の特性、機能は、実施例２の熱音響装置２００と同じである。本実施例と実施例２との異なる点は、本実施例の支持枠３５０は、第一支持部３５１及び第二支持部３５２を有する。前記支持枠３５０の第一支持部３５１は、第二支持部３５２の一端から延伸して形成されている。即ち、前記支持枠３５０の第一支持部３５１と第二支持部３５２とは、所定の角度で交叉している。前記支持枠３５０の第一支持部３５１と前記第二支持部３５２とは、同じ長さを有する。前記音波発生器３３０は、前記支持枠３５０の第一支持部３５１及び前記第二支持部３５２と接触している。本実施例において、前記音波発生器３３０は、前記支持枠３５０の第一支持部３５１の、前記第二支持部３５２に接続する第一端（図示せず）と反対の第二端（図示せず）と接触し、同時に、前記音波発生器３３０は、前記支持枠３５０の第二支持部３５２の、前記第一支持部３５１に接続する第一端（図示せず）と反対の第二端（図示せず）と接触している。これにより、前記音波発生器３３０の前記支持枠３５０と接触しない部分は、懸架されている。前記音波発生器３３０と前記支持枠３５０とは、空間３６０を形成している。前記熱反射素子３４０は、前記空間３６０の中に内蔵されるように、前記支持枠３５０に設置されている。前記熱反射素子３４０は、前記音波発生器３３０と分離している。
(Example 3)
Referring to FIG. 9, the thermoacoustic apparatus 300 of the present embodiment includes a sound wave generator 330, a first electrode 310, a second electrode 320, a heat reflecting element 340, and a support frame 350. The characteristics and functions of the thermoacoustic apparatus 300 of the present embodiment are the same as those of the thermoacoustic apparatus 200 of the second embodiment. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that the support frame 350 of the present embodiment has a first support portion 351 and a second support portion 352. The first support portion 351 of the support frame 350 is formed by extending from one end of the second support portion 352. That is, the first support portion 351 and the second support portion 352 of the support frame 350 intersect at a predetermined angle. The first support part 351 and the second support part 352 of the support frame 350 have the same length. The sound wave generator 330 is in contact with the first support portion 351 and the second support portion 352 of the support frame 350. In this embodiment, the sound wave generator 330 has a second end (not shown) opposite to a first end (not shown) connected to the second support portion 352 of the first support portion 351 of the support frame 350. At the same time, the sound wave generator 330 has a second end of the second support portion 352 of the support frame 350 opposite to a first end (not shown) connected to the first support portion 351. (Not shown). Thereby, a portion of the sound wave generator 330 that does not come into contact with the support frame 350 is suspended. The sound wave generator 330 and the support frame 350 form a space 360. The heat reflecting element 340 is installed on the support frame 350 so as to be built in the space 360. The heat reflecting element 340 is separated from the sound wave generator 330.
前記支持枠３５０はＵ形又はＬ形である。本実施例において、前記支持枠３５０はＬ形であり、前記音波発生器３３０は前記支持枠３５０の第一支持部３５１の第二端（図示せず）から前記第二支持部３５２の第二端（図示せず）に延伸するので、前記音波発生器３３０及び前記支持枠３５０から音収集のスペースを形成することができる。前記第一電極３１０及び第二電極３２０は前記音波発生器３３０の表面に設置され、且つ前記音波発生器３３０に電気的に接続されている。これにより、前記音波発生器３３０が生じた音は、前記支持枠３５０の内壁で反射されるので、前記音波発生器３３０の音響機能を高めることができる。 The support frame 350 is U-shaped or L-shaped. In this embodiment, the support frame 350 is L-shaped, and the sound wave generator 330 is connected to the second end of the second support portion 352 from the second end (not shown) of the first support portion 351 of the support frame 350. Since it extends to the end (not shown), a sound collection space can be formed from the sound wave generator 330 and the support frame 350. The first electrode 310 and the second electrode 320 are installed on the surface of the sound wave generator 330 and are electrically connected to the sound wave generator 330. Accordingly, since the sound generated by the sound wave generator 330 is reflected by the inner wall of the support frame 350, the acoustic function of the sound wave generator 330 can be enhanced.
（実施例４）
図１０及び図１１を参照すると、本実施例の熱音響装置４００は、音波発生器４３０と、第一電極４１０と、第二電極４２０と、熱反射素子４４０と、支持体４５０と、を含む。本実施例の熱音響装置４００の特性、機能は、実施例２の熱音響装置２００と同じである。本実施例と実施例２との異なる点は、前記支持体４５０は、例えば、中空の立方体、錐体、円筒状のような三次元構造体であることである。本実施例において、前記支持体４５０が一つの開口を有し、“コ”状に形成されている。前記音波発生器４３０は、前記第一電極４１０及び第二電極４２０により、前記支持体４５０の開口に固定されている。前記音波発生器４３０は、熱反射素子４４０と分離して設置されている。前記音波発生器４３０は、前記支持体４５０の開口を覆うので、前記音波発生器４３０と前記支持体４５０とは、スペースを形成している。前記熱反射素子４４０は、前記音波発生器４３０に対向するように、前記支持体４５０の裏壁に設置され、前記スペースの中に内蔵されている。
Example 4
Referring to FIGS. 10 and 11, the thermoacoustic apparatus 400 according to the present embodiment includes a sound wave generator 430, a first electrode 410, a second electrode 420, a heat reflecting element 440, and a support body 450. . The characteristics and functions of the thermoacoustic apparatus 400 of the present embodiment are the same as those of the thermoacoustic apparatus 200 of the second embodiment. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that the support 450 is a three-dimensional structure such as a hollow cube, a cone, or a cylinder. In the present embodiment, the support body 450 has one opening and is formed in a “U” shape. The sound wave generator 430 is fixed to the opening of the support 450 by the first electrode 410 and the second electrode 420. The sound wave generator 430 is installed separately from the heat reflecting element 440. Since the sound wave generator 430 covers the opening of the support body 450, the sound wave generator 430 and the support body 450 form a space. The heat reflecting element 440 is installed on the back wall of the support 450 so as to face the sound wave generator 430 and is built in the space.
（実施例５）
図１２及び図１３を参照すると、本実施例の熱音響装置５００は、音波発生器５３０と、複数の第一電極５１０と、複数の第二電極５２０と、熱反射素子５４０と、支持体５５０と、を含む。本実施例の熱音響装置５００の特性、機能は、実施例２の熱音響装置２００と同じである。本実施例と実施例２との異なる点は、前記熱音響装置５００は複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０を含むことである。前記音波発生器５３０と、前記複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０とは、三次元空間を形成している。即ち、前記音波発生器５３０は、前記複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０と接触するように、前記複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０を囲んでいる。前記空間の中に、支持体５５０及び熱反射素子５４０が設置されている。前記支持体５５０は、前記音波発生器５３０と同心するように、前記前記空間の中で設置されている。前記熱反射素子５４０は、前記持体５５０の表面に設置され、前記音波発生器５３０の裏表面に対向している。前記熱反射素子５４０は、前記音波発生器５３０と同心して設置されている。従って、前記熱反射素子５４０により、前記音波発生器５３０から生じた熱を反射して、前記支持体５５０が熱で損傷されることを防止することができる。さらに、前記持体５５０は、複数の固定素子５５１によって前記複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０と固定されている。本実施例において、前記熱音響装置５００は、二つの第一電極５１０と、二つの第二電極５２０と、を含む。前記複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０は、それぞれ平行している。これにより、前記音波発生器５３０の電気抵抗を低減させ、前記音波発生器５３０に印加される電圧を低減させることができる。さらに、前記音波発生器５３０と、前記複数の第一電極５１０及び複数の第二電極５２０とは、三次元空間を形成し、前記音波発生器５３０から生じた音波は、該三次元の空間で繰返して反射されるので、前記熱音響装置５００の発声効率を高めることができる。
(Example 5)
Referring to FIGS. 12 and 13, the thermoacoustic apparatus 500 of this embodiment includes a sound wave generator 530, a plurality of first electrodes 510, a plurality of second electrodes 520, a heat reflecting element 540, and a support 550. And including. The characteristics and functions of the thermoacoustic apparatus 500 of the present embodiment are the same as those of the thermoacoustic apparatus 200 of the second embodiment. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that the thermoacoustic device 500 includes a plurality of first electrodes 510 and a plurality of second electrodes 520. The sound wave generator 530, the plurality of first electrodes 510, and the plurality of second electrodes 520 form a three-dimensional space. That is, the sound wave generator 530 surrounds the plurality of first electrodes 510 and the plurality of second electrodes 520 so as to be in contact with the plurality of first electrodes 510 and the plurality of second electrodes 520. A support body 550 and a heat reflecting element 540 are installed in the space. The support 550 is installed in the space so as to be concentric with the sound wave generator 530. The heat reflecting element 540 is installed on the surface of the holder 550 and faces the back surface of the sound wave generator 530. The heat reflecting element 540 is installed concentrically with the sound wave generator 530. Accordingly, the heat reflecting element 540 reflects the heat generated from the sound wave generator 530, thereby preventing the support 550 from being damaged by heat. Further, the holder 550 is fixed to the plurality of first electrodes 510 and the plurality of second electrodes 520 by a plurality of fixing elements 551. In the present embodiment, the thermoacoustic device 500 includes two first electrodes 510 and two second electrodes 520. The plurality of first electrodes 510 and the plurality of second electrodes 520 are parallel to each other. Accordingly, the electrical resistance of the sound wave generator 530 can be reduced, and the voltage applied to the sound wave generator 530 can be reduced. Further, the sound wave generator 530, the plurality of first electrodes 510 and the plurality of second electrodes 520 form a three-dimensional space, and sound waves generated from the sound wave generator 530 are generated in the three-dimensional space. Since it is repeatedly reflected, the voice production efficiency of the thermoacoustic device 500 can be increased.
１００ 熱音響装置
１１０ 第一電極
１２０ 第二電極
１３０ 音波発生器
１３１ 第一表面
１３２ 第二表面
１４０ 熱放射素子
１４１ 第一表面
１４２ 第二表面
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
２００ 熱音響装置
２１０ 第一電極
２２０ 第二電極
２３０ 音波発生器
２４０ 熱放射素子
２５０ 支持体
３００ 熱音響装置
３１０ 第一電極
３２０ 第二電極
３３０ 音波発生器
３４０ 熱放射素子
３５０ 支持枠
３５１ 第一支持部
３５２ 第二支持部
３６０ 空間
４００ 熱音響装置
４１０ 第一電極
４２０ 第二電極
４３０ 音波発生器
４４０ 熱放射素子
４５０ 支持体
５００ 熱音響装置
５１０ 第一電極
５２０ 第二電極
５３０ 音波発生器
５４０ 熱放射素子
５５０ 支持体
５５１ 固体素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Thermoacoustic apparatus 110 1st electrode 120 2nd electrode 130 Sound wave generator 131 1st surface 132 2nd surface 140 Thermal radiation element 141 1st surface 142 2nd surface 143a Carbon nanotube film 143b Carbon nanotube segment 145 Carbon nanotube 200 Thermoacoustic Device 210 First electrode 220 Second electrode 230 Sound wave generator 240 Heat radiation element 250 Support body 300 Thermoacoustic device 310 First electrode 320 Second electrode 330 Sound wave generator 340 Heat radiation element 350 Support frame 351 First support portion 352 First Two support portions 360 Space 400 Thermoacoustic device 410 First electrode 420 Second electrode 430 Sound wave generator 440 Heat radiation element 450 Support body 500 Thermoacoustic device 510 First electrode 520 Second electrode 530 Sound wave generator 540 Heat radiation element 5 50 Support 551 Solid Element
Claims (2)
前記音波発生器は、前記第一電極及び第二電極に電気的に接続され、
前記熱および音波反射素子は、前記音波発生器と所定の距離で分離して対向して、前記第一電極及び第二電極と電気絶縁的に設置されており、
前記熱および音波反射素子と前記音波発生器との間の距離は、１００μｍより大きく、
前記熱および音波反射素子の反射角度は、１８０°より小さく、
前記音波発生器は、カーボンナノチューブ構造体を含み、
該カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする熱音響装置。 At least one first electrode, at least one second electrode, a sound wave generator that generates sound according to a thermoacoustic principle, and a heat and sound wave reflection element that reflects heat and sound waves generated from the sound wave generator, Including
The sound wave generator is electrically connected to the first electrode and the second electrode;
The heat and sound wave reflection elements are separated from the sound wave generator at a predetermined distance and face each other, and are electrically insulated from the first electrode and the second electrode ,
The distance between the heat and sound wave reflecting element and the sound wave generator is greater than 100 μm,
The reflection angle of the heat and sound wave reflection element is smaller than 180 °,
The sound wave generator includes a carbon nanotube structure,
The carbon nanotube structure includes a carbon nanotube film or a carbon nanotube wire made of carbon nanotubes .
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