JPS63303599A - 高分子液晶圧電体マイクロフオン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は小型、軽量、高出方の音響マイクロフォンに関
する。

〔従来の技術〕

従来音響マイクロフォンとしてはムービイングコイル型
マイクロフォン、コンデンサーマイクロフォンカ使用さ
れている。ムービイングコイル型マイクロフォンはマイ
クロフォンの中で４％に一般的に用いられるものであっ
て、その構造は振動板にコイルを付け、そのコイルを磁
石内で動かすことＫより出力を得るものである。

この型のマイクロフォンは用いる磁石の磁力の強さにも
依存するが、一般に高い出力を得られることと音質の良
いことが特徴とされている。しかしながら、この型のマ
イクロフォンは、磁石部分を有するため、小屋、軽量、
薄膜化ができないという欠点を有する。

一方、コンデンサーマイクロフォンは磁石部分を有して
いないため、小型、軽量、薄膜化が可能であることから
、小屋、軽量用途に使用されている。しかしながら、こ
のコンデンサーマイクロフォンは出力電圧が低く、かつ
音質が悪いという欠点を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

小型、軽量、薄膜化が可能なマイクロフォンとして、圧
電性を有する材料を用いたマイクロフォンが提案されて
いる。ここで圧電性とはよく知られているように、物質
Ｋ、力学的な力、音波等の外部力を加えた場合に１電圧
を発生する現象である。この圧電性を有する材料として
は、ＰＺＴ、ＰＬＺＴなどで総称される無機化合物およ
びポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ　）、ビニＩ
Ｊ　７’ンシアナイド一酢酸ビニル共重合体（ＶＤＣＮ
−ＶＡｃ　）などの高分子化合物が知られている。圧電
材料によるマイクロフォンは、圧電材料を用いたフィル
ムの両面に蒸着等の方法によシミ極を付けるという極め
て簡単な構造であるため作製が容易に行えるという長所
もある。しかしながらこのように有用な特徴を有する圧
電性を利用した音響マイクロフォンは実際にはほとんど
使用されていない。その理由としては以下の点が挙げら
れる。すなわちＰＺＴ、ＰＬＺＴ等の無機材料を用いた
場合には、材料の弾性率が高いために音波の低周波成分
の損失が大きく、このために無機材料の圧電体を用いた
マイクロフォンでは高音域が強調されてしまう。

さらに無機材料は比重が３〜８と大なために振動板が重
くなり音波をひろいにくいという欠点があった。上記の
欠点は無機圧電材料を用いる場合には必然的なものであ
る。そこで高分子圧電材料（ＰＶＤＦ、ＶＤＣＮ−ＶＡ
ｃ　等Ｏ電場配向体）を用いたマイクロフォンが考えら
れるが、高分子圧電材料は圧電定数（ｄａｘあるいはｄ
３３）が無機材料に比較し約−桁低く、高い出力電圧が
得られないという欠点があった。圧電材料から得られる
出力電圧はフィルムの厚さに比例するために、振動板で
ある圧電体の厚さを厚くすることによシ出力電圧を高く
できるが、振動板を厚くすれば振動板の重量が重くなり
音波をひろいにくくなるという欠点となった。

圧電性を利用するマイクロフォンにおいて音質が良好で
高い出力を有するものを得ようとすれば高分子材料より
なる圧電材料であって圧電定数が従来の高分子圧電材料
（ＰＶＤＦあるいはＶＤＣＮ−ＶＡｃ電場配向体）より
も大幅に大きなものを用いる必要があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、小型、軽量、薄膜化が可能であシ、かつ
、高出力が得られ、音質のすぐれたマイクロフォンを得
んものと鋭意検討を加えた結果、本発明を完成するに至
った。本発明に従えば高分子液晶化合物よりなる圧電体
を用いることを特徴とする高分子液晶圧電体マイクロフ
ォンが提供される。高分子液晶化合物よりなる圧電体は
、本発明者らによし新たに見い出された圧電材料であり
、本高分子液晶化合物圧電体を用いたマイクロフォンは
、従来提案されている無機化合物および有機化合物圧電
体を用いたマイクロフォンに較べて高出力であり、かつ
音質が極めてすぐれているという特徴を有している。

本発明において用いられる高分子液晶化合物圧電体に関
しては、本発明者ら及び本出願人による本願と同日付の
特許出願「高分子液晶圧電体およびその展性」を参考文
献として挙げることができる。即ち、該高分子液晶化合
物圧電体は、光学的し１次いで温度を低下させることに
より得られる。

ここで脈流電場とは、電界強度が主として一方向であり
、その強度が周期的又は非周期的に変動したものをいい
、例えば交流電場のプラス側電圧もしくはマイナス側電
圧のいずれか一方を除いた電場などである。用いる光学
的に異方性の溶融相を形成する高分子液晶化合物とは、
謂ゆるサーモトロピック液晶高分子化合物であり、公知
の主鎖型高分子液晶および側鎖型高分子液晶化合物いず
れであってもよい。高分子液晶化合物のガラス転移温度
、また結晶性である場合には結晶から液晶への転移温度
が２０℃以上、好ましくは３０℃以上の高分子液晶化合
物から得られた圧電体を用いた場合に、スピーカーの出
力の長期安定性の面で好ましい。

電場を印加する温度は、電場として、直流電場を用いる
場合には、使用する高分子液晶化合物の分子が該電場に
よって容易に運動しない温度領域で印加する必要があシ
、脈流電場を用いる場合には、該高分子液晶のガラス転
移温度以上、光学的に等方相となる温度以下の温度範囲
で印加されるが、好ましくは、該高分子液晶化合物が結
晶性である場合には結晶から液晶への転移温度以上で行
なわれる。

以下図面に従い本発明をより詳細に説明する。

第１図及び第２図は本発明のマイクロフォンの基本構造
を説明する模式断面図である。本発明のマイクロフォン
は高分子液晶圧電体のフィルム又はシート（以下単にシ
ートという）　Ｑｌの両面に電極（２）を付けたものが
基本構造である。該基本構造よりなるマイクロフォンは
圧電体シートの任意の外面に任意の振動板（９）を付す
ことができる（第２図晃該振動板を付すことにより、周
知のマイクロフォンと同様に音声電圧変換効率を大とす
ることができる。電極及び／又は振動板の位置が任意に
設定できることは公知の圧電型マイクロフォンと同様で
ある。用いる高分子液晶圧電体のシートの厚さは５〜１
００μｍ１好ましくは１０〜３０μｍのものを用いるの
がよい。圧電体の発生電圧は圧電体の厚さと圧電体の歪
の大きさに比例する。このため適当な厚さの圧電体シー
トを用いるのが大きな出力電圧が得られるのでよいう 本発明の音響マイクロフォンは高インピーダンス型であ
る。このためマイクロフォン自体に電磁波シールドを施
すのがよい。

本発明のマイクロフォンは大きな出力電圧を有するため
、得られる出力そのままでムービイングコイル型マイク
ロフォンと同様に使用することができる。また本マイク
ロフォンはインピーダンスが高いためにアンプを一段取
り付は低インピーダンス型として用いても良い。

〔実施例〕

以下実施例によυ本発明を具体的に説明する。

実施例１ モル比で３：１の４′−シアノビフェニル−４−イル　
７−オクテノエート、ｐ−”−へキシルオアり）し７４
１ｉジ キシフェニル　ｐ−（’　　　　　）ペンゾエートオよ
びポリメチルヒドロシロキサン（平均くり返し単位数４
０）より、塩化白金酸６水和物を触媒として平均的には
以下の式で表わされる構造のポリシロキサン骨格側鎖屋
高分子液晶を合成した０　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　以下余白１−＝９、　　ｎ　”ｗ　２７、
　　ｎ−４このポリマーの薄膜を加熱装置を備えた偏光
顕微鏡、直交ニコル下で観察したところ１６２℃で光の
透過量が最大となった後急激に透過光量は減少し、視野
は暗黒になり、本ポリマーはサーモトロピック液晶を形
成することが確認された。またＤＳＣによる分析の結果
、６４℃に結晶から液晶の転移に基づく吸熱ピーク、お
よび１６２℃に液晶から等方相への転移に基づく吸熱ピ
ークが観察された。

このようにして得られた高分子液晶に圧電性を付与する
ために第３図のセルを組み立てた。即ち、スペーサー（
４）として直径１．５１の穴をあけた厚さ２０μｍのポ
リイミドフィルムを用い、電極として直径２３、厚さ７
．５μｍのポリイミドフィルムを補強材（１）とし、内
面に金を蒸ｆｔ２）したフィルムを用いた。また−万の
電極内面には絶縁膜−として厚さ７．５μｍのポリイミ
ドフィルムを用いた。

このセルを上下より厚さ１−のガラス板にて圧力を加え
ることにより固定し、このセルを１５７℃にまで温度を
上げた後に最高電圧１０００Ｖ、周波数５　ＫＨｚの図
４に示す波形を有する脈流電場を５分間印加した。電場
を印加した１１で６０℃／　ｍｉｎの速度で２０℃まで
該セルを冷却した。次いで絶縁膜を取り除き、両方の電
極で高分子液晶圧電体をはさみこんだ（第５図）、、一
方の電極は微量の瞬間接着剤を用いて高分子液晶圧電体
に接着させた。

このようＫして得られた圧電シートの圧電性の有無を確
認するために以下の実験を行った。圧電シートを厚さ１
■のガラス板ではさみ込んだ後に１−の底面積を有する
重さ６ｔの円筒状金属おもりを落下させ、発生する電圧
を１メｇオーム（ＭΩ）のインピーダンスを有する電圧
計（横河電気製　フア 蓼ンクションメモリー３６　ｓ　５Ｗ）　を用イテ、　
ｏ、　１ミリ秒当り１回のデータを取シ込むようにして
測定したところ最大５０■の電圧が発生し高分子液晶圧
電体が大きな圧電性を有することを確認した。

得られた直径２備の圧電シートを内径１．９　ｃｍ、外
径２．１１のプラスチック製の中空円盤（８）に瞬間接
着剤を用いて固定し圧電マイクロフォンを得た（第６図
）。

この圧電マイクロフォンを金網によって電磁波７−ルド
を施した後にマイクロフォントシての性能を評価した。

音源であるスピーカーから約０．５ｍの距離をおいて、
上記マイクロフォンを設置した。このスピーカーはＩＷ
の入力を与えた時に９２　ｄＢ　／Ｗｍ　の出力音圧レ
ベルを有するものである。スピーカーにｌ　Ｗ　、　３
　ＫＨｚの正弦波を与えたところマイクロフォンからは
マイナス側最大電圧とプラス側最大電圧との差において
２０ｍＶの出力の正弦波が得られた。なお、マイクロフ
ォンの出力の測定にはインピーダンスＩＭΩのオシロス
コープを用いた。

スピーカーに入力する信号を１００〜２００００Ｈｚま
で変化させマイクロフォンの周波数特性を測定したが、
１００〜２００００　Ｈｚ　においてマイクロフォン出
力が低下することはなく、良好な周波数特性を有するこ
とがわかった０さらに音声の変換能力について検討した
ところムービイングコイル型マイクロフォンと同等の極
めて優れた音質を有することが確認できた。

比較例 ＶＤＣＮ−ＶＡｃ（ビニリデンサイアナイド酢ビ共重合
体）は高分子材料の中でも特に犬ｔｋ−’！圧電性を有
することがすでに知られている〔日経ニューマテリアル
、ｋ　６　（１９８６）、　Ｐ　５０　〕ｏ　Ｖ　Ｄ　
ＣＮ　−ＶＡｃ　共重合体を用いて圧電マイクロフォン
を作製し高分子液晶圧電体を用いたマイクロフォンと比
較したＯＶ　Ｄ　ＣＮ　−ＶＡｃの厚さ３０μｍのフィ
ルムをキャスト法によって作製し、十分に溶媒を除去し
た後に直径２　ｃｍ　（０円盤状に切り出した。さらに
この円盤状シートの両面に直径２−の金電極を蒸着によ
って付けた。このシー）Ｋｌ　７０℃の温度において１
２００Ｖの直流電圧を１時間印加し、電場を印加し表か
ら室温まで冷却したつ 得られた圧電体フィルムの圧電性を実施例に示したのと
同一の方法で上から重シを落下させることにより測定し
たところ最大４ｖの出力電圧が得られた。

この圧電体フィルムを実施例と同様にプラスチック製の
中空円盤に瞬間接着剤を用いて固定し、圧電マイクロフ
ォンを得た。

このマイクロフォンの性能を実施例とまったく同様にし
て評価したところ１．５ｍＶの出力の正弦波が得られた
。また周波数特性は良好であった。

以上の実施例においては特定の側鎖型高分子液晶よりな
る圧電体を用いた例が示されたが、全く同様の処理を施
こすことによシ、他の公知の主鎖型及び側鎖型高分子液
晶よりなる圧電体よシマイクロフォンを作製したところ
、該高分子液晶圧電体を用いたマイクロフォンは従来の
高分子圧電体を用いたマイクロフォンと比較し格段に大
きな出力電圧を有し、実際上極めて有用であった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に従えば、高分子圧電体と
して高分子液晶圧電体を用いることにより高出力であり
、低周波数から高周波数までの広い範囲の周波数特性が
良好であり、且つ優れた音質のマイクロフォンが提供さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のマイクロフォンの基本構造
を示す模式断面図、第３図は高分子液晶化合物に電場を
印加するためのセルの構造を示す断面図、第４図は高分
子液晶化合物に印加した電場の波形を示す図、第５図は
圧電体の圧電特性　゛を測定するためのセルの構造を示
す断面図、第６図はマイクロフォンの一例を示す斜視図
である。 図中、２は電極である金蒸着膜、５は高分子液晶、１０
は高分子液晶圧電体を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電材料よりなるフィルム又はシートの両面に電極を設
   けてなる圧電性を利用した音響マイクロフォンにおいて
   、圧電体としてサーモトロピック高分子液晶化合物より
   なる圧電体を用いることを特徴とする高分子液晶圧電体
   マイクロフォン。