JP5568313B2 - 音響アクチュエータプレート構造 - Google Patents

Description

本発明は、エレクトレット材料を含むエレクトレット層と支持構造層とを含む音響アクチュエータプレート構造に関する。

エレクトレットプレート構造は、永久的な又は長持ちする電荷を有するプラスチックフィルムを含む。かかるエレクトレットフィルムは、マイクロホン又はラウドスピーカのような音響アプリケーションに使用される。

エレクトレットフィルムの材料は、ポリカーボネートＰＣ、ポリエステル、ポリプロペンＰＰのような従来のプラスチックである。しかし、かかるエレクトレットフィルムの電荷は、例えば湿度又は温度に起因して極めて急速に減少する。

極性プラスチック材料では、フィルムの外側で可視の電荷電場が縮小するだけでなく、その符号を反転させる。このため、アプリケーションの電気的特性は、電荷レベルが同じままであっても安定したままとはならない。ポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥのようなフルオロポリマーから作られたエレクトレットフィルムのエレクトレット特性は、高温度かつ高湿度の条件であっても極めて良好である。しかし、フルオロポリマーは極めて高価であり、その処理が極めて難しい。これにより、それをエレクトレットフィルムに使用することには制限がある。

特許文献１は、非極性ポリマー及び極性ポリマー並びに変性非極性ポリマーを含むエレクトレットを開示する。上述の物質全てが混合されて当該混合物が例えばフィルムに押出成形される。しかし、かかるエレクトレットの製造工程は全体的に極めて複雑である。さらに、エレクトレットの特性は、最も需要が高い音響アプリケーションに対しては特に、十分に良好というわけではない。

エレクトレットフィルム用材料としては環状オレフィンコポリマーＣＯＣが好適である。これは、環状オレフィンコポリマーＣＯＣが極めて良好にその電荷を維持するからであり、その価格も合理的だからである。エレクトレットフィルムの実用的なアプリケーションにとっては、環状オレフィンコポリマーＣＯＣを前処理なしで容易に金属めっきして導電性表面を形成できること、及び材料に水がほとんど浸透しないことも本質的な特性に含まれる。環状オレフィンコポリマーから作られたフィルムは電荷を良好に維持して高温度に耐えるが、極めて脆性である。このことが、フィルム製造及び実用的なアプリケーションの双方において材料の使用を制限する。

特許文献２は、環状オレフィンコポリマーＣＯＣの耐久性及び機械加工性を、環状オレフィンコポリマーＣＯＣ及び他の所定の異なるポリオレフィンの混合物を形成することによって改良するための解決策を開示する。当該混合物はその後エレクトレットフィルムに形成される。しかし、脆性を減らすべく環状オレフィンコポリマーＣＯＣにドーピングすること又はそれに添加物を加えることにより、実用的条件においてその電荷を維持する能力が損なわれる。したがって、開示の解決策は、最も需要が高い音響アプリケーションに対しては特に、十分良好なエレクトレットフィルムを製造することができない。

特許文献３は、ラウドスピーカ、イヤホンにおいて使用するためのエレクトレットフィルム又はマイクロホンにおいて使用される付勢されたフィルムを開示する。このエレクトレットフィルムは、エレクトレット材料として例えばポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ又はフルオロエチレンプロペンＦＥＰを備える２層要素である。その降伏点はかなり低く、それ単独では意図された使用には向かない。したがって、当該公報は、そのエレクトレット材料の降伏点よりも高い降伏点を備える支持層の使用を提案する。エレクトレット材料として使用される低降伏点の材料の密度は極めて高い。すなわち、当該構造物は質量に起因する慣性力をある程度有し、当該構造物の共振周波数は極めて低い。全体的には、特に高周波を生成する場合、エネルギー必要量が極めて高い。

米国特許第４，６２６，２６３号明細書 米国特許第６，４８９，０３３号明細書 英国特許出願公開第１，３９４，３４７号明細書 米国特許第３，７５５，０４３号明細書 米国特許第５，５８３，１９２号明細書

本発明の目的は、新規な音響アクチュエータプレート構造を与えることにある。

本発明の音響アクチュエータプレート構造は、エレクトレット材料の固有抵抗が少なくとも１０^１４ Ω・ｍであり、エレクトレット材料の降伏点が高く、及び、支持構造層の材料の塑性域がエレクトレット材料の塑性域よりも広いことを特徴とする。

本発明の着想は、音響アクチュエータプレート構造が、エレクトレット材料を備えるエレクトレット層と支持構造層とを含むことにある。エレクトレット材料の固有抵抗は、少なくとも１０^１４ Ω・ｍである。さらに、エレクトレット材料の降伏点は高い。支持構造層の材料の塑性域は、エレクトレット材料の塑性域よりも広い。すなわち、支持構造層の靱性がエレクトレット材料の靱性よりも高い。したがって、エレクトレット材料は脆性であってよく、製造エンジニアリングの観点からそのまま使用することが困難であってもよい。支持構造層は、降伏点を低下させることなく脆性を低減する。このようにして、音響アクチュエータプレート構造は、高温かつ多湿の条件であってもエレクトレット特性を極めて良好に保つように製造される。当該構造は全体的に、厳しい音響アプリケーションであっても極めて耐久性が高く有用である。全体的に、解決策は製造が単純かつ容易なものとなる。

一実施例の着想は、エレクトレット層が環状オレフィンコポリマーＣＯＣから作られることである。これにより、音響アクチュエータプレート構造のエレクトレット特性が極めて良好となり、かつ、その価格が合理的となる。

第２実施例の着想は、支持構造層が、ポリエチレンテレフタラートＰＥＴのような極性プラスチックから作られることである。エレクトレット層は、その電界によって、極性分子構造のプラスチックの特性を安定させる。そして、例えば、音響アクチュエータプレート構造の両方の外表面が同じ符号の電荷を示すようにできる。

第３実施例の着想は、支持構造層がプラスチックフィルムであることである。エレクトレット層もまたフィルムであることが好ましい。このタイプの構造は、可動フィルムを使用する音響アプリケーションでの使用に好適である。

本発明が添付の図面において詳細に記載される。

音響アクチュエータプレート構造の断面を示す側面図である。 第２音響アクチュエータプレート構造の断面を示す側面図である。 第３音響アクチュエータプレート構造の断面を示す側面図である。 第４音響アクチュエータプレート構造の断面を示す側面図である。

図面において、本発明のいくつかの実施例が、明確性を目的として単純化して示される。図面において、同様の部材には同じ参照番号が付される。

図１は、エレクトレット層１とそれを支持する支持構造層２とを備える音響アクチュエータプレート構造を示す。エレクトレット層１は、永久的な又は長持ちする電荷が形成可能なエレクトレット材料から作られる。

本音響アクチュエータプレート構造は、振動を検出及び／又は生成するべく使用される構造である。したがって、当該構造は例えば、音を生成するラウドスピーカ、振動による音響圧力を電気信号に変換するマイクロホンで使用される。または、当該構造は、吸音に使用される音響アクチュエータに用いられる。このため、音響アクチュエータプレート構造は、一定の振動すなわち変形及び屈曲に耐える必要がある。本文脈において、振動とは、当該装置が振動子又は振動受信器として作用する場合の当該装置の通常動作のことである。したがって、変形及び屈曲は、当該材料の弾性限界以下に維持される。

材料の弾性域とは、当該材料が引っ張られて応力がなくなったときに元の形状に戻る範囲のことである。塑性域においては、材料が引っ張られてもその単片は元の形状に戻らない。降伏点は、弾性域と塑性域との間の点である。塑性域を超えると、単片の構造が破壊される。材料の塑性域が狭いと当該材料は脆性である。

エレクトレット材料のエレクトレット特性は可能な限り良好である必要がある。したがって、エレクトレット材料の固有抵抗は少なくとも１０^１４ Ω・ｍである。必要であれば、エレクトレット材料のエレクトレット特性は、他の方法で定義することも当然可能である。例えば固有抵抗の逆数すなわち固有コンダクタンスを使用することができる。

さらに、エレクトレット材料の降伏点は高い。そして、音響アクチュエータプレート構造の特性は、厳しい音響アプリケーションであっても極めて良好である。本発明の解決策に十分となる降伏点の大きさ、すなわち弾性域と塑性域との境界値の大きさは、例えば、ポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ又はフルオロエチレンプロペンＦＥＰの降伏点が低すぎる一方で環状オレフィンコポリマーＣＯＣ又は環状オレフィンポリマーＣＯＰは十分高い、というように記載することができる。

支持構造層２の材料の塑性域はエレクトレット材料の塑性域よりも広い。塑性域の広さを定義すると、例えばポリエチレンテレフタラートＰＥＴ、ポリアミドＰＡ、ポリカーボネートＰＣ、ポリエチレンＰＥ、又はポリプロペンＰＰの塑性域は十分に広い。その代わりに、環状オレフィンコポリマーＣＯＣ又は環状オレフィンポリマーＣＯＰの塑性域は十分に広いわけではない。かかる材料はそれ自体があまりにも脆性であり、良好な最終結果が得られない。

好ましくは、支持構造層２の弾性域が可能な限り直線性であり、その降伏点が高い必要がある。塑性域は、音響アクチュエータプレート構造の製造が比較的容易となり、かつ、その最終製品が動作範囲を超える過剰な瞬時変形に耐えて移送及び設置中に破壊されることがない程度に広い必要がある。

エレクトレット層１は、その電荷を極めて良好に維持し、かつ、極めて合理的な価格の環状オレフィンコポリマーＣＯＣから形成されることが好ましい。また、環状オレフィンコポリマーは、前処理なしで容易に金属めっきして導電性表面を形成することができる。さらに、当該材料には水が浸透しにくい。

支持構造層２は、極性分子構造を備える材料から作られるのが好ましい。支持構造層２のための材料として好ましい代替例は、ポリエチレンテレフタラートＰＥＴである。ポリエチレンテレフタラートＰＥＴは、極性分子構造、高い弾性境界値かつ特に広い塑性域、及び容易な機械加工性を備える安価なプラスチックである。例えば、エレクトレット層１用材料としての環状オレフィンコポリマーと支持構造層２用材料としてのポリエチレンテレフタラートＰＥＴとはともに良好な実体を形成する。これは、環状オレフィンコポリマーがその正電荷を極めて良好に維持し、その電界により、分子構造が極性にあるポリエチレンテレフタラートＰＥＴの特性を安定させるからである。かかる解決策では、音響アクチュエータプレート構造の両方の外表面が正電荷を示すようにできる。

また、エレクトレット層１の材料は、環状オレフィンコポリマーＣＯＣ以外であってよい。例えば、環状オレフィンポリマーＣＯＰ又は他の適切な材料である。また、かかる材料は極めて脆性であってよい。支持構造層２と一緒に音響アクチュエータプレート構造に取り付けられるからである。支持構造層２の材料は、ポリエチレンテレフタラートＰＥＴ以外の極性ポリマーであってよい。例えば、ポリカーボネートＰＣ又は他の適切な極性ポリマーである。さらに、支持構造層２は必ずしも極性ポリマーから作られる必要はなく、ポリエチレンＰＥ、ポリプロペンＰＰ、ポリアミドＰＡ、又は他の適切な材料から作られてよい。

音響アクチュエータプレート構造はまた、図２に示される。ここで、フィルムは３層であり、中間層がエレクトレット層１、両方の外層が支持構造層２である。この場合も、例えばエレクトレット層が環状オレフィンコポリマーＣＯＣから作られて支持構造層２がポリエチレンテレフタラートＰＥＴから作られる場合は、当該構造の外表面は同じ符号の電荷を示すことができる。

音響アクチュエータプレート構造はさらに、図３に示される。ここで、中間層は支持構造層２であり、これがエレクトレット層１に挟まれる。また、支持構造層２及びエレクトレット層１の双方が２以上音響アクチュエータプレート構造に存在してよいことが明らかである。かかる層に加えて、音響アクチュエータプレート構造は、例えば導電層又は接着層のような他の層を有してよい。

エレクトレット層１は必ずしもフィルムである必要はない。溶液、粉末、蒸気、又は繊維が支持構造層２の表面上に組み込まれてよい。支持構造層２もまた必ずしもフィルムである必要はない。支持構造に適切な繊維構造又は他の解決策から形成されてよい。

図４は、音響アクチュエータプレート構造が異なる繊維により形成された実施例を示す。音響アクチュエータプレート構造のエレクトレット層１は例えば、環状オレフィンコポリマーの繊維から形成される一方で、支持構造層２はポリエチレンテレフタラートＰＥＴの繊維から形成される。図４の構造は空気が透過性又は非透過性のいずれかでよい。

音響アクチュエータプレート構造のエレクトレット層１の材料は、コロナ放電、電子衝撃、蒸発、電界、又は他のそれ自体で周知の方法を使用してエレクトレットにチャージされる。エレクトレットはまた、ほぼ溶融したポリマー又はゆるんだ構造物のチャージによって音響アクチュエータプレート構造の製造中にチャージされてよい。当該チャージ後に最終構造が形成される。

音響アクチュエータプレート構造は例えば、少なくとも１つのエレクトレット層１及び少なくとも１つの支持構造層２を備える２層又は多層のプラスチックフィルムを押出成形することによって形成することができる。音響アクチュエータプレート構造はまた、エレクトレット層１を形成する別個のフィルムと支持構造層２を形成する一のフィルムとを押出成形して、例えば接着によって２つのフィルムを一緒に結合することによって形成することもできる。そして、エレクトレット層１及び支持構造層３が双方の間に接着剤すなわち接着材料層を有する。音響アクチュエータプレート構造はまた、例えば積層法、スプレイ法、及びコーティング法を使用して構成することもできる。

音響アクチュエータプレート構造は、例えばマイクロホン又はラウドスピーカのような音響アプリケーションに使用することができる。さらに、音響アクチュエータプレート構造は、例えば吸音に使用される音響アクチュエータに用いることができる。本音響アクチュエータプレート構造は、音響アクチュエータプレート構造に変形又は動きが必要とされる厳しい音響アプリケーションであっても特に有用である。

音響アクチュエータプレート構造の層厚さは使用される技術によるが、各層の厚さは２００μｍよりも薄いことが好ましい。音響アクチュエータプレート構造の表面積もまた使用される技術による。しかし、表面積は、例えば数十平方センチメートル以上のような著しく大きな面積であってよい。得られた音響特性は、単位サイズから、壁、天井、及び床の全体のサイズまで倍増することにより表面積を増やすことができる。基本単位のサイズは当然、常識的な移送サイズによって制限される。

エレクトレット層１の材料及び支持構造層２の材料は、密度及び降伏点が同じ範囲内にある。これにより、全体として有利な音響アクチュエータプレート構造が得られる。

いくつかの場合には、本願に開示された特徴は、他の特徴に関係なく、そのまま使用することができる。本願に開示された特徴はまた、必要に応じて異なる組み合わせを形成するべく組み合わされてよい。エレクトレット層１と支持構造層２との界面は必ずしも仲介物なしである必要はない。したがって、エレクトレット層１と支持構造層２との間には、支持構造層材料及びエレクトレット材料の双方に関する中間層が存在してもよい。

図面及び関連する記載は、本発明の着想を説明することのみを意図している。本発明は、特許請求の範囲内で詳細に変更することができる。

Claims (9)

1. エレクトレット層（１）と支持構造層（２）の材料との形態をとる多層エレクトレットを含む音響アクチュエータプレート構造であって、
   前記支持構造層は、前記エレクトレット層に直接接続されかつ前記エレクトレット層とともに動き、
   前記エレクトレット層は、エレクトレット材料である環状オレフィンコポリマーＣＯＣ又は環状オレフィンポリマーＣＯＰから作られ、
   前記支持構造層は、支持構造層の材料であるポリエチレンテレフタラートＰＥＴから作られ、
   前記エレクトレット材料の応力ひずみ曲線は塑性域を有し、かつ、前記支持構造層（２）の材料もまた塑性域を有し、
   前記エレクトレット材料の固有抵抗は少なくとも１０^１４Ω・ｍであり、
   前記エレクトレット材料の降伏点は、環状オレフィンコポリマーＣＯＣ又は環状オレフィンポリマーＣＯＰの降伏点以上であり、かつ、前記支持構造層（２）の材料であるＰＥＴの塑性域は、前記エレクトレット材料の塑性域よりも前記応力ひずみ曲線のひずみ％において広い、音響アクチュエータプレート構造。
2. 前記支持構造層（２）はプラスチックフィルムである、請求項１に記載の音響アクチュエータプレート構造。
3. 前記エレクトレット層（１）はフィルムである、請求項２に記載の音響アクチュエータプレート構造。
4. 前記エレクトレット層（１）は多孔性構造である、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響アクチュエータプレート構造。
5. 前記支持構造層（２）は多孔性である、請求項１から４のいずれか１項に記載の音響アクチュエータプレート構造。
6. 前記音響アクチュエータプレート構造は空気非透過性である、請求項１から５のいずれか１項に記載の音響アクチュエータプレート構造。
7. 前記音響アクチュエータプレート構造は空気透過性である、請求項１から５のいずれか１項に記載の音響アクチュエータプレート構造。
8. 前記エレクトレット材料の密度及び降伏点は、前記支持構造層（２）の材料の密度及び降伏点と同じ範囲にある、請求項１から７のいずれか１項に記載の音響アクチュエータプレート構造。
9. 音響アクチュエータプレート構造であって、
   少なくとも１０^１４Ω・ｍである固有抵抗を有し、かつ、環状オレフィンコポリマーＣＯＣ又は環状オレフィンポリマーＣＯＰの降伏点以上である降伏点を有するエレクトレット材料から作られるエレクトレット層と、
   前記エレクトレット層がその幅全体で固定されるポリエチレンテレフタラートＰＥＴ重合体から作られる支持構造であって、前記エレクトレット材料よりも脆性ではないＰＥＴ材料で作られた支持構造と
   を含む音響アクチュエータプレート構造。

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