KR20210121209A

KR20210121209A - 전기 음향 변환기

Info

Publication number: KR20210121209A
Application number: KR1020217027898A
Authority: KR
Inventors: 데츠 미요시
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-10-07
Also published as: JP7470765B2; CN113508605A; EP3937511A1; TW202034709A; JP2022188296A; KR102633884B1; WO2020179353A1; JP7166428B2; JPWO2020179353A1; US20210400395A1; CN113508605B; EP3937511A4

Abstract

진동판과 익사이터로 이루어지는, 양호한 가요성을 갖는 전기 음향 변환기의 제공을 과제로 한다. 진동판과 익사이터를 갖고, 익사이터의 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트의, 0~50℃의 온도 범위에 있어서의 극댓값이 0.08 이상이며, 익사이터의 두께와, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 두께와, 영률의 곱의, 3배 이하임으로써, 과제를 해결한다.

Description

전기 음향 변환기

본 발명은, 익사이터를 이용하는 전기 음향 변환기에 관한 것이다.

각종 물품에 접촉하여 장착함으로써, 물품을 진동시켜 소리를 내는, 이른바 익사이터(여기자)가, 각종 용도에 이용되고 있다.

예를 들면, 오피스이면, 프레젠테이션 및 전화 회의 등의 경우에, 회의용 테이블, 화이트 보드 및 스크린 등에 익사이터를 장착함으로써, 스피커 대신에 소리를 낼 수 있다. 자동차 등의 차량이면, 콘솔, A필러 및 천장 등에 익사이터를 장착함으로써, 가이드음, 경고음 및 음악 등을 울릴 수 있다. 또, 하이브리드차 및 전기 자동차와 같이, 엔진음이 나지 않는 자동차의 경우에는, 범퍼 등에 익사이터를 장착함으로써, 범퍼 등으로부터 차량 접근 통보음을 낼 수 있다.

이와 같은 익사이터에 있어서 진동을 발생시키는 가변 소자로서는, 코일과 마그넷의 조합, 및, 편심 모터 및 선형 공진 모터 등의 진동 모터 등이 알려져 있다.

이들 가변 소자는, 박형화가 곤란하다. 특히, 진동 모터는, 진동력을 증가하기 위해서는 질량체를 크게 할 필요가 있으며, 진동의 정도를 조절하기 위한 주파수 변조가 어려워 응답 속도가 느린 등의 난점이 있다.

한편, 최근에는, 예를 들면, 가요성을 갖는 디스플레이에 대응하는 요구 등에 따라, 스피커에도, 가요성이 요구되고 있다. 그러나, 이와 같은 익사이터와 진동판으로 이루어지는 구성으로는, 가요성을 갖는 스피커에 대한 대응은 곤란하다.

가요성을 갖는 진동판에, 가요성을 갖는 익사이터를 첩착함으로써, 가요성을 갖는 스피커로 하는 것도 생각할 수 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 유기 일렉트로 루미네선스 디스플레이 등의 가요성을 갖는 디스플레이와, 폴리 불화 바이닐리덴(PVDF: Poly VinyliDene Fluoride) 등의 압전막을 전극으로 협지한 가요성을 갖는 스피커를 일체화하여 이루어지는 플렉시블 디스플레이가 기재되어 있다. 이 가요성을 갖는 스피커는, PVDF를 여기자(익사이터)로 하고, 디스플레이를 진동판으로 하여 소리를 출력하는 익사이터형 스피커로 위치시키는 것이 가능하다.

일본 특허공보 제4960765호

가요성을 갖는 스피커는, 2단으로 접히거나, 운반을 위하여 권취되거나, 구부리고 펴는 것이 반복하여 행해지는 등, 다양한 형태에서의 이용이 예상된다. 또, 가요성을 갖는 스피커는, 접힌 상태, 및, 권취되도록 둥글게 말린 상태 등으로, 장시간, 유지되는 것도 생각할 수 있다.

따라서, 가요성을 갖는 스피커에는, 다양한 용도 및 상황 등에 대응하여, 매우 높은 가요성이 요구된다. 그러나, 현재 상황에서는, 다양한 용도 및 상황 등에 대응하여, 충분한 가요성(플렉시블성)을 갖는 스피커는, 실현되어 있지 않다.

본 발명의 목적은, 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것에 있으며, 진동판과 익사이터를 갖는 전기 음향 변환기로서, 다양한 용도 및 상황 등에 대응 가능한, 높은 가요성을 갖는 전기 음향 변환기를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이하의 구성을 갖는다.

[1] 진동판의 일방의 주면(主面)에, 익사이터를 구비하는 전기 음향 변환기로서,

익사이터의 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가, 0~50℃의 온도 범위 내에 극댓값을 갖고, 극댓값이 0.08 이상이며, 또한,

익사이터의 두께와, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 두께와, 영률의 곱의, 3배 이하인 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환기.

[2] 익사이터의 두께와, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 두께와, 영률의 곱의, 0.3배 이상인, [1]에 기재된 전기 음향 변환기.

[3] 익사이터의 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 손실 탄젠트가, 0.08 미만인, [1] 또는 [2]에 기재된 전기 음향 변환기.

[4] 익사이터가, 압전체층과, 압전체층의 양면에 마련된 전극층을 갖는, 압전 필름을 갖는, [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.

[5] 압전체층이, 고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에, 압전체 입자를 분산시켜 이루어지는 고분자 복합 압전체인, [4]에 기재된 전기 음향 변환기.

[6] 압전 필름이, 전극층의 표면에 마련된 보호층을 갖는, [4] 또는 [5]에 기재된 전기 음향 변환기.

[7] 압전 필름이, 압전 특성의 면내 이방성을 갖지 않는, [4] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.

[8] 익사이터가, 압전 필름을, 복수 층, 적층한 적층체를 갖는, [4] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.

[9] 압전 필름이, 두께 방향으로 분극된 것이며, 또한, 적층체에 있어서, 인접하는 압전 필름의 분극 방향이 반대인, [8]에 기재된 전기 음향 변환기.

[10] 적층체가, 압전 필름을, 1회 이상, 되접어 꺾음으로써, 압전 필름을, 복수 층, 적층한 것인, [8] 또는 [9]에 기재된 전기 음향 변환기.

[11] 적층체가, 인접하는 압전 필름을 첩착하는 첩착층을 갖는, [8] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.

[12] 진동판과, 익사이터를 첩착하는 첩착층을 갖는, [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.

이와 같은 본 발명에 의하면, 진동판과 익사이터를 갖고, 다양한 용도 및 상황 등에 대응 가능한, 높은 가요성을 갖는 전기 음향 변환기를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 전기 음향 변환기의 일례를 개념적으로 나타내는 도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 전기 음향 변환기의 익사이터를 구성하는 압전 필름의 일례를 개념적으로 나타내는 도이다.
도 3은, 압전 필름의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는, 압전 필름의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는, 압전 필름의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은, 압전 필름의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은, 압전 필름의 제작 방법의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은, 본 발명의 전기 음향 변환기에 이용되는 익사이터의 다른 예를 개념적으로 나타내는 도이다.
도 9는, 본 발명의 전기 음향 변환기에 이용되는 익사이터의 다른 예를 개념적으로 나타내는 도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 본 발명의 전기 음향 변환기에 대하여, 첨부한 도면에 나타나는 적합 실시형태를 기초로, 상세하게 설명한다.

이하에 기재하는 구성 요건의 설명은, 본 발명의 대표적인 실시형태에 근거하여 이루어지는 경우가 있지만, 본 발명은 그와 같은 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 있어서, "~"를 이용하여 나타나는 수치 범위는, "~"의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

도 1에, 본 발명의 전기 음향 변환기의 일례를 개념적으로 나타낸다.

도 1에 나타내는 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)와, 진동판(12)을 갖는다. 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)와 진동판(12)은, 첩착층(16)에 의하여 첩착되어 있다.

전기 음향 변환기(10)의 익사이터(14)(후술하는 압전 필름(18))에는, 구동 전압을 인가하기 위한 전원(PS)이 접속되어 있다.

이후에 상세하게 설명하지만, 이와 같은 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)(압전 필름(18))에 구동 전압을 인가함으로써, 익사이터(14)가 면방향으로 신축된다. 이 익사이터(14)의 면방향의 신축에 의하여, 진동판(12)이 휘고, 그 결과, 진동판(12)이, 두께 방향으로 진동한다. 이 두께 방향의 진동에 의하여, 진동판(12)은, 소리를 발생한다. 즉, 진동판(12)은, 압전 필름(18)에 인가한 전압(구동 전압)의 크기에 따라 진동하여, 압전 필름(18)에 인가한 구동 전압에 따른 소리를 발생한다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 진동판(12)은, 바람직한 양태로서, 가요성을 갖는 것이다. 또한, 본 발명에 있어서, 가요성을 갖는다는 것은, 일반적인 해석에 있어서의 가요성을 갖는 것과 동일한 의미이며, 구부리는 것, 및, 휘게 하는 것이 가능한 것을 나타내고, 구체적으로는, 파괴 및 손상을 발생시키지 않으며, 구부리고 펴는 것을 할 수 있는 것을 나타낸다.

진동판(12)은, 바람직하게는 가요성을 갖고, 후술하는 익사이터(14)와의 관계를 충족시키는 것이면, 제한은 없으며, 각종 시트상물(판상물, 필름)이 이용 가능하다.

진동판(12)으로서는, 일례로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌설파이트(PPS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에터이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트라이아세틸셀룰로스(TAC) 및 환상 올레핀계 수지 등으로 이루어지는 수지 필름, 발포 폴리스타이렌, 발포 스타이렌 및 발포 폴리에틸렌 등으로 이루어지는 발포 플라스틱, 베니어판, 코르크 보드, 소가죽 등의 피혁류, 카본 시트, 일본 전통 종이 등의 각종 판지, 및, 파상(波狀)으로 한 판지의 편면 또는 양면에 다른 판지를 첩부하여 이루어지는 각종 골판지재 등이 예시된다.

또, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에서는, 가요성을 갖는 것이면, 진동판(12)으로서, 유기 일렉트로 루미네선스(OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이, 액정 디스플레이, 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, 무기 일렉트로 루미네선스 디스플레이 등의 표시 디바이스, 및, 프로젝터용 스크린 등도 적합하게 이용 가능하다.

도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 바람직한 양태로서, 이와 같은 진동판(12)과, 익사이터(14)는, 첩착층(16)에 의하여 첩착되어 있다.

본 발명에 있어서, 첩착층(16)은, 진동판(12)과 익사이터(14)를 첩착 가능하면, 공지의 것이, 각종, 이용 가능하다.

따라서, 첩착층(16)은, 첩합할 때에는 유동성을 갖고, 그 후, 고체가 되는, 접착제로 이루어지는 층이어도 되며, 첩합할 때에 젤상(고무상)의 부드러운 고체이고, 그 후도 젤상의 상태가 변화하지 않는, 점착제로 이루어지는 층이어도 되며, 접착제와 점착제의 양방의 특징을 가진 재료로 이루어지는 층이어도 된다. 또, 첩착층(16)은, 액체 등의 유동성을 갖는 첩착제를 도포하여 형성하는 것이어도 되고, 시트상의 첩착제를 이용하여 형성하는 것이어도 된다.

여기에서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에서는, 익사이터(14)를 신축시킴으로써, 진동판(12)을 휘게 하여 진동시키고, 소리를 발생시킨다. 따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에서는, 익사이터(14)의 신축이, 직접적으로 진동판(12)에 전달되는 것이 바람직하다. 진동판(12)과 익사이터(14)의 사이에, 진동을 완화하는 것 같은 점성을 갖는 물질이 존재하면, 진동판(12)에 대한 익사이터(14)의 신축의 에너지의 전달 효율이 낮아져 버려, 전기 음향 변환기(10)의 구동 효율이 저하되어 버린다.

이 점을 고려하면, 첩착층(16)은, 점착제로 이루어지는 점착제층보다, 고체이며 단단한 첩착층(16)이 얻어지는, 접착제로 이루어지는 접착제층인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 첩착층(16)으로서는, 구체적으로는, 폴리에스터계 접착제 및 스타이렌·뷰타다이엔 고무(SBR)계 접착제 등의 열가소 타입의 접착제로 이루어지는 첩착층이 적합하게 예시된다.

접착은, 점착과는 달리, 높은 접착 온도를 구할 때에 유용하다. 또, 열가소 타입의 접착제는 "비교적 저온, 단시간, 및, 강접착"을 겸비하고 있어, 적합하다.

첩착층(16)의 두께에는, 제한은 없고, 첩착층(16)의 재료에 따라, 충분한 첩착력(접착력, 점착력)이 얻어지는 두께를, 적절히, 설정하면 된다.

여기에서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 첩착층(16)이 얇은 편이, 진동판(12)에 전달하는 익사이터(14)의 신축 에너지(진동에너지)의 전달 효과를 높게 하여, 에너지 효율을 높게 할 수 있다. 또, 첩착층(16)이 두껍고 강성이 높으면, 익사이터(14)의 신축을 구속(拘束)할 가능성도 있다.

이 점을 고려하면, 첩착층(16)은, 얇은 편이 바람직하다. 구체적으로는, 첩착층(16)의 두께는, 첩착 후의 두께로 0.1~50μm가 바람직하고, 0.1~30μm가 보다 바람직하며, 0.1~10μm가 더 바람직하다.

또한, 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 첩착층(16)은, 바람직한 양태로서 마련되는 것이며, 필수의 구성 요소는 아니다.

따라서, 전기 음향 변환기(10)는, 첩착층(16)을 갖지 않고, 공지의 압착 수단, 체결 수단, 및, 고정 수단 등을 이용하여, 진동판(12)과 익사이터(14)를 고정해도 된다. 예를 들면, 익사이터(14)가 직사각형인 경우에는, 네 모서리를 볼트 너트와 같은 부재로 체결하여 전기 음향 변환기를 구성해도 되고, 또는, 네 모서리와 중심부를 볼트 너트와 같은 부재로 체결하여 전기 음향 변환기를 구성해도 된다.

그러나, 이 경우에는, 전원(PS)으로부터 구동 전압을 인가했을 때에, 진동판(12)에 대하여 익사이터(14)가 독립적으로 신축되어 버리고, 경우에 따라서는, 익사이터(14)만이 휘어, 익사이터(14)의 신축이 진동판(12)에 전달되지 않는다. 이와 같이, 진동판(12)에 대하여 익사이터(14)가 독립적으로 신축한 경우에는, 익사이터(14)에 의한 진동판(12)의 진동 효율이 저하되어 버려. 진동판(12)을 충분히 진동시킬 수 없게 되어 버릴 가능성이 있다.

이 점을 고려하면, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서는, 진동판(12)과 익사이터(14)는, 도시예와 같이 첩착층(16)으로 첩착하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 진동판(12) 및 익사이터(14)를 갖는다. 상술한 바와 같이, 익사이터(14)는, 진동판(12)을 진동시켜, 소리를 출력시키기 위한 것이다. 또한, 본 발명에 있어서는, 진동판(12) 및 익사이터(14)는, 바람직하게는, 모두, 가요성을 갖는다.

도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 압전 필름(18)을, 3매, 적층하고, 인접하는 압전 필름(18)을, 첩착층(19)으로 첩착한 구성을 갖는다. 각 압전 필름(18)에는, 압전 필름(18)을 신축시키는 구동 전압을 인가하는 전원(PS)이 접속된다.

도시예의 익사이터(14)에 있어서, 압전 필름(18)은, 고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에 압전체 입자를 분산시켜 이루어지는 고분자 복합 압전체를, 전극층으로 협지하고, 또한, 바람직한 양태로서, 보호층으로 협지한 것이다. 이와 같은 압전 필름(18)에 관해서는, 이후에 상세하게 설명한다.

또한, 도 1에 나타내는 익사이터(14)는, 압전 필름(18)을, 3층, 적층한 것이지만, 본 발명은, 이것에 제한은 되지 않는다. 즉, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터는, 압전 필름(18)을, 1층만, 갖는 것이어도 된다. 또, 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터가, 압전 필름(18)을, 복수 층, 적층한 것인 경우에는, 압전 필름(18)의 적층수는, 2층이어도 되고, 혹은, 4층 이상이어도 된다. 이 점에 관해서는, 후술하는 도 8에 나타내는 익사이터(56) 및 도 9에 나타내는 익사이터(60)도, 동일하다.

본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 익사이터(14)는, 압전 필름(18)을 적층한 것에 한정은 되지 않는다. 즉, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 익사이터는, 바람직하게는 가요성을 갖고, 또한, 후술하는 저주파수(1Hz)에 있어서의, 손실 탄젠트, 및, 진동판에 대한 스프링 상수의 관계를 충족시키는 것이면, 각종 구성의 것이 이용 가능하다.

바람직하게는, 익사이터는, 후술하는 고주파수(1kHz)에 있어서의, 진동판에 대한 스프링 상수의 관계, 및, 손실 탄젠트의 일방, 보다 바람직하게는 양방의 조건을 충족시킨다.

이와 같은 조건을 충족시키는, 본 발명에 이용 가능한 익사이터로서는, 일례로서, 상온에서 점탄성을 갖는 점탄성 매트릭스 중에 고분자 복합 압전체 등으로 이루어지는 압전체층의 양면에 전극을 마련한 압전 필름을 1층 갖거나, 혹은, 복수 층 적층한, 익사이터, 및, 여기자 등이 예시된다.

또한, 이하에 압전 필름(18)에 있어서 설명하는, 압전체층 내의 분극 방향, 압전 특성의 면내 이방성, 적층 및 첩착층, 및, 되접어 꺾은 적층 등에 관해서는, 이들 익사이터에 있어서도 동일하다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트(tanδ)가, 0~50℃의 온도 범위 내에 극댓값을 가지며, 또한, 0~50℃의 온도 범위 내에 있어서의 극댓값이 0.08 이상이다. 또한, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률(E')의 곱이, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 3배 이하이다.

바람직하게는, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 0.3배 이상이다.

또, 바람직하게는, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 손실 탄젠트가, 0.08 미만이다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 이와 같은 구성을 가짐으로써, 우수한 가요성을 갖고, 나아가서는, 바람직하게는 음향 특성에도 우수한 전기 음향 변환기를 실현하고 있다.

본 발명에 있어서, 저장 탄성률(영률) 및 손실 탄젠트의 측정(동적 점탄성 측정)은, 동적 점탄성 측정기를 이용하여, 공지의 방법으로 행하면 된다. 동적 점탄성 측정기로서는, 일례로서 SII 나노 테크놀로지사제의 DMS6100 점탄성 스펙트로미터가 예시된다.

측정 조건으로서는, 일례로서, 측정 주파수는 0.1~20Hz(0.1Hz, 0.2Hz, 0.5Hz, 1Hz, 2Hz, 5Hz, 10Hz 및 20Hz)가, 측정 온도는 -20~100℃가, 승온 속도는 2℃/분(질소 분위기 중)이, 샘플 사이즈는 40mm×10mm(클램프 영역 포함)가, 척간 거리는 20mm가, 각각, 예시된다.

가요성을 갖는 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 다음의 용건을 구비한 것인 것이 바람직하다.

(i) 가요성

예를 들면, 휴대용으로서 신문이나 잡지와 같이 서류 감각으로 느슨하게 휜 상태에서 파지하는 경우, 끊임없이 외부로부터, 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받게 된다. 이때, 익사이터(14)가 단단하면 그만큼, 큰 굴곡 응력이 발생하여, 파괴로 이어질 우려가 있다. 따라서, 익사이터(14)에는 적당한 부드러움이 요구된다. 또, 변형 에너지를 열로서 외부로 확산시킬 수 있으면 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 익사이터(14)는, 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받았을 때에는, 손실 탄젠트가 적당히 클 것이 요구된다.

(ii) 음질

전기 음향 변환기(10)에서는, 20Hz~20kHz의 오디오 대역의 주파수로 익사이터(14)를 신축시키고, 그 신축의 에너지에 의하여 진동판(12)이 진동함으로써 소리가 재생된다. 따라서, 진동에너지의 전달 효율을 높이기 위하여, 오디오 대역의 주파수에서는 익사이터(14)에는 적당한 단단함이 요구된다.

익사이터(14)는, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가, 0~50℃의 온도 범위 내에 0.08 이상의 극댓값을 갖고, 또한, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 3배 이하이다. 즉, 익사이터(14)는, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가 0.08 이상이 되는 극댓값이, 0℃~50℃의 온도 범위에 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 0~50℃의 온도 범위는, 상온의 온도 범위이다.

이것은, 익사이터(14)가, 상온에 있어서, 느린 주파수의 움직임에 관해서는, 부드럽고, 또한, 손실 탄젠트가 큰 것, 즉, 구부렸을 때에 탄성 변형 에너지가 신속하게 열로 되어 확산되는 것을 나타내고 있다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 가요성을 갖는다. 그 때문에, 비사용 시에는, 접힌 상태, 및, 권취되도록 둥글게 말아진 상태 등으로, 장시간, 유지되는 것도 생각할 수 있다. 이 때에 있어서, 익사이터(14)의 손실 탄젠트(내부 손실)가 작으면, 구부려진 것에 의한 탄성 변형 에너지가 열로서 확산되지 않는다. 그 결과, 압전 필름(18)에 크랙 및 파괴 등이 발생하고, 또, 적층하여 첩착된 압전 필름(18)끼리의 박리 등이 발생한다.

이에 대하여, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)의 익사이터(14)는, 상온, 즉 0~50℃의 온도 범위에 있어서의, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트의 극댓값이 0.08 이상이다. 그 결과, 익사이터(14)는, 외력에 의한 느린 움직임에 대해서는, 구부려진 것에 의한 탄성 변형 에너지를 적합하게 열로서 확산시킬 수 있으므로, 상술과 같은 손상을 방지할 수 있다, 즉, 높은 가요성이 얻어진다.

익사이터(14)의, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트의, 0~50℃의 온도 범위에 있어서의 극댓값은, 0.1 이상이 바람직하고, 0.3 이상이 보다 바람직하다.

또한, 0~50℃에 있어서의, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트의 극댓값의 상한에는, 제한은 없다. 익사이터(14)에 이용 가능한 재료, 바람직한 익사이터(14)의 구성 등을 고려하면, 0~50℃에 있어서의, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트의 극댓값은, 0.8 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상술한 효과가, 보다 적합하게 얻어지는 점에서, 익사이터(14)는, 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트의 최댓값이, 0~50℃의 온도 범위 내에 존재하는 것이 바람직하다.

한편, 진동판(12)은, 어느 정도의 강성을 갖는 것이다. 이와 같은 진동판(12)에 강성의 높은 익사이터가 조합되면, 단단하고, 굽히기 어려워져, 전기 음향 변환기의 가요성은 나빠진다.

이에 대하여, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 3배 이하이다. 즉, 익사이터(14)는, 상온에 있어서의 느린 움직임에 대해서는, 스프링 상수가, 진동판(12)의 3배 이하이다.

이와 같은 구성을 가짐으로써, 익사이터(14)는, 절곡하는 것, 및 둥글게 마는 것 등의 외력에 의한 느린 움직임에 대해서는, 유연하게 작동할 수 있다, 즉, 느린 움직임에 대하여, 양호한 가요성을 발현한다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱은, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 1배 이하인 것이 바람직하고, 0.3배 이하인 것이 보다 바람직하다.

진동판(12)의 두께와 영률의 곱에 대한, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱의 하한에는, 제한은 없다. 익사이터(14)에 이용되는 재료, 바람직한 익사이터(14)의 구성 등을 고려하면, 진동판(12)의 두께와 영률의 곱에 대한, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱은, 0.1배 이상인 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 사용자가 절곡하는 것, 및 둥글게 마는 것 등의, 외력에 의한 느린 움직임에 관해서는, 부드러우며, 또한 구부려진 것에 의한 탄성 변형 에너지를 신속하게 열로서 확산시킬 수 있는, 우수한 가요성을 갖는다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 0.3배 이상인 것이 바람직하다. 즉, 익사이터(14)는, 상온에 있어서의 빠른 움직임에서는, 스프링 상수가, 진동판(12)의 0.3배 이상인 것이 바람직하다.

전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 면방향의 신축에 의하여 진동판(12)을 진동시킴으로써, 소리를 발생시킨다. 따라서, 익사이터(14)는, 오디오 대역의 주파수(20Hz~20kHz)에서는, 진동판(12)에 대하여, 어느 정도의 강성(경도, 탄성)을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱을, 진동판(12)의 두께와, 영률의 곱의, 바람직하게는 0.3배 이상, 보다 바람직하게는 0.5배 이상, 더 바람직하게는 1.0배 이상으로 한다. 즉, 익사이터(14)는, 상온에 있어서의 빠른 움직임에 대해서는, 스프링 상수가, 진동판(12)의 0.3배 이상인 것이 바람직하고, 0.5배 이상인 것이 보다 바람직하며, 1.0배 이상인 것이 더 바람직하다.

이로써, 오디오 대역의 주파수에 있어서, 진동판(12)에 대한 익사이터(14)의 강성을 충분히 확보하고, 전기 음향 변환기(10)가, 높은 에너지 효율로, 높은 음압의 소리를 출력할 수 있다.

진동판(12)의 두께와 영률의 곱에 대한, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱의 상한에는, 제한은 없다. 익사이터(14)에 이용 가능한 재료, 바람직한 익사이터(14)의 구성 등을 고려하면, 진동판(12)의 두께와 영률의 곱에 대한, 익사이터(14)의 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱은, 10배 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 손실 탄젠트가, 0.08 미만인 것이 바람직하다. 즉, 익사이터(14)는, 상온에 있어서의 빠른 움직임에서는, 손실 탄젠트가 작은 것이 바람직하다.

상술과 같이, 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 면방향의 신축에 의하여 진동판(12)을 진동시킴으로써, 소리를 발생시킨다. 따라서, 익사이터(14)는, 오디오 대역의 주파수에서는, 에너지가 높은 편이 바람직하다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 익사이터(14)의 손실 탄젠트를, 바람직하게는 0.08 미만, 보다 바람직하게는 0.05 미만, 더 바람직하게는 0.03 미만이다. 이로써, 오디오 대역의 주파수에 있어서, 익사이터(14)의 신축에 의한 열에너지가 확산되기 어려워져, 진동판(12)에, 보다 높은 에너지를 부여하고, 전기 음향 변환기(10)가, 높은 에너지 효율로, 높은 음압의 소리를 출력할 수 있다.

또한, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 익사이터(14)의 손실 탄젠트의 하한에는, 제한은 없다. 익사이터(14)에 이용 가능한 재료, 바람직한 익사이터(14)의 구성 등을 고려하면, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 익사이터(14)의 손실 탄젠트는, 0.01 이상인 것이 바람직하다.

상술과 같이, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 압전 필름(18)을, 3매, 적층하고, 인접하는 압전 필름(18)을, 첩착층(19)으로 첩착한 구성을 갖는다.

도 2에, 압전 필름(18)을 단면도에 의하여 개념적으로 나타낸다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 압전 필름(18)은, 압전성을 갖는 시트상물인 압전체층(20)과, 압전체층(20)의 일방의 면에 적층되는 하부 박막 전극(24)과, 하부 박막 전극(24) 상에 적층되는 하부 보호층(28)과, 압전체층(20)의 타방의 면에 적층되는 상부 박막 전극(26)과, 상부 박막 전극(26) 상에 적층되는 상부 보호층(30)을 갖는다. 후술하겠지만, 압전 필름(18)은, 바람직한 양태로서, 두께 방향으로 분극되어 있다.

또한, 도면을 간결하게 하여, 익사이터(14)의 구성을 명확하게 나타내기 위하여, 도 1에서는, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)은, 생략하고 있다.

압전 필름(18)에 있어서, 압전체층(20)은, 바람직한 양태로서, 도 2에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료로 이루어지는 점탄성 매트릭스(34) 중에, 압전체 입자(36)를 분산시켜 이루어지는 고분자 복합 압전체로 이루어지는 것이다. 또한, 본 명세서에 있어서, "상온"이란, 0~50℃ 정도의 온도역을 가리키는 것은, 상술과 같다.

여기에서, 고분자 복합 압전체(압전체층(20))는, 다음의 용건을 구비한 것인 것이 바람직하다.

(i) 가요성

예를 들면, 휴대용으로서 신문이나 잡지와 같이 서류 감각으로 느슨하게 휜 상태에서 파지하는 경우, 끊임없이 외부로부터, 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받게 된다. 이때, 고분자 복합 압전체가 단단하면, 그만큼 큰 굽힘 응력이 발생하고, 점탄성 매트릭스(34)와 압전체 입자(36)의 계면에서 균열이 발생하여, 결국 파괴로 이어질 우려가 있다. 따라서, 고분자 복합 압전체에는 적당한 유연함이 요구된다. 또, 변형 에너지를 열로서 외부로 확산시킬 수 있으면 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트가 적당히 클 것이 요구된다.

이상을 정리하면, 익사이터(14)에 이용하는 플렉시블 고분자 복합 압전체는, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 진동에 대해서는 유연하게 작동할 것이 요구된다. 또, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트는, 20kHz 이하의 모든 주파수의 진동에 대하여, 적절히 클 것이 요구된다.

또한, 첩부하는 상대재(진동판)의 강성에 맞추어, 적층함으로써, 간편하게 스프링 상수를 조절할 수 있는 것이 바람직하고, 그 때, 첩착층(19)은 얇으면 얇을수록, 에너지 효율을 높일 수 있다.

일반적으로, 고분자 고체는 점탄성 완화 기구를 갖고 있으며, 온도 상승 혹은 주파수의 저하와 함께 큰 스케일의 분자 운동이 저장 탄성률(영률)의 저하(완화) 혹은 손실 탄성률의 극대(흡수)로서 관측된다. 그중에서도, 비정질 영역의 분자쇄의 마이크로 브라운 운동에 의하여 야기되는 완화는, 주(主)분산이라고 불리며, 매우 큰 완화 현상이 보인다. 이 주분산이 일어나는 온도가 유리 전이점(Tg)이며, 가장 점탄성 완화 기구가 현저하게 나타난다.

고분자 복합 압전체(압전체층(20))에 있어서, 유리 전이점이 상온에 있는 고분자 재료, 바꾸어 말하면, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료를 매트릭스에 이용함으로써, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 느린 진동에 대해서는 부드럽게 거동하는 고분자 복합 압전체가 실현된다. 특히, 이 거동이 적합하게 발현하는 등의 점에서, 주파수 1Hz에서의 유리 전이 온도가 상온, 즉, 0~50℃에 있는 고분자 재료를, 고분자 복합 압전체의 매트릭스에 이용하는 것이 바람직하다.

상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료로서는, 공지의 각종의 것이 이용 가능하다. 바람직하게는, 고분자 재료는, 상온에 있어서, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트(Tanδ)의 극댓값이, 0.5 이상인 고분자 재료를 이용한다.

이로써, 고분자 복합 압전체가 외력에 의하여 천천히 구부러졌을 때에, 최대 굽힘 모멘트부에 있어서의 고분자 매트릭스와 압전체 입자의 계면의 응력 집중이 완화되어, 높은 가요성을 기대할 수 있다.

또, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료는, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')이, 0℃에 있어서 100MPa 이상, 50℃에 있어서 10MPa 이하인 것이 바람직하다.

이로써, 고분자 복합 압전체가 외력에 의하여 천천히 구부러졌을 때에 발생하는 굽힘 모멘트를 저감시킬 수 있음과 동시에, 20Hz~20kHz의 음향 진동에 대해서는 단단하게 거동할 수 있다.

또, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료는, 비유전율이 25℃에 있어서 10 이상 존재하면, 보다 적합하다. 이로써, 고분자 복합 압전체에 전압을 인가했을 때에, 고분자 매트릭스 중의 압전체 입자에는 보다 높은 전계가 가해지기 때문에, 큰 변형량을 기대할 수 있다.

그러나, 그 반면, 양호한 내습성의 확보 등을 고려하면, 고분자 재료는, 비유전율이 25℃에 있어서 10 이하인 것도, 적합하다.

이와 같은 조건을 충족시키는 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료로서는, 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올(사이아노에틸화 PVA), 폴리아세트산 바이닐, 폴리바이닐리덴 클로라이드 코아크릴로나이트릴, 폴리스타이렌-바이닐폴리아이소프렌 블록 공중합체, 폴리바이닐메틸케톤, 및, 폴리뷰틸메타크릴레이트 등이 예시된다. 또, 이들 고분자 재료로서는, 하이브라 5127(구라레사제) 등의 시판품도, 적합하게 이용 가능하다. 그중에서도, 고분자 재료로서는, 사이아노에틸기를 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 사이아노에틸화 PVA를 이용하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 이들 고분자 재료는, 1종만을 이용해도 되고, 복수 종을 병용(혼합)하여 이용해도 된다.

이와 같은 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료를 이용하는 점탄성 매트릭스(34)는, 필요에 따라, 복수의 고분자 재료를 병용해도 된다.

즉, 점탄성 매트릭스(34)에는, 유전 특성이나 기계적 특성의 조절 등을 목적으로 하여, 사이아노에틸화 PVA 등의 점탄성 재료에 더하여, 필요에 따라, 그 외의 유전성 고분자 재료를 첨가해도 된다.

첨가 가능한 유전성 고분자 재료로서는, 일례로서, 폴리 불화 바이닐리덴, 불화 바이닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 불화 바이닐리덴-트라이플루오로에틸렌 공중합체, 폴리 불화 바이닐리덴-트라이플루오로에틸렌 공중합체 및 폴리 불화 바이닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체 등의 불소계 고분자, 사이안화 바이닐리덴-아세트산 바이닐 공중합체, 사이아노에틸셀룰로스, 사이아노에틸하이드록시사카로스, 사이아노에틸하이드록시셀룰로스, 사이아노에틸하이드록시풀루란, 사이아노에틸메타크릴레이트, 사이아노에틸아크릴레이트, 사이아노에틸하이드록시에틸셀룰로스, 사이아노에틸아밀로스, 사이아노에틸하이드록시프로필셀룰로스, 사이아노에틸다이하이드록시프로필셀룰로스, 사이아노에틸하이드록시프로필아밀로스, 사이아노에틸폴리아크릴아마이드, 사이아노에틸폴리아크릴레이트, 사이아노에틸풀루란, 사이아노에틸폴리하이드록시메틸렌, 사이아노에틸글리시돌풀루란, 사이아노에틸사카로스 및 사이아노에틸소비톨 등의 사이아노기 또는 사이아노에틸기를 갖는 폴리머, 및 나이트릴 고무나 클로로프렌 고무 등의 합성 고무 등이 예시된다.

그중에서도, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료는, 적합하게 이용된다.

또, 압전체층(20)의 점탄성 매트릭스(34)에 있어서, 사이아노에틸화 PVA 등의 상온에서 점탄성을 갖는 재료에 더하여 첨가되는 유전성 폴리머는, 1종에 한정은 되지 않고, 복수 종을 첨가해도 된다.

또, 점탄성 매트릭스(34)에는, 유전성 폴리머 이외에도, 유리 전이점 Tg를 조절할 목적으로, 염화 바이닐 수지, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 메타크릴 수지, 폴리뷰텐, 및, 아이소뷰틸렌 등의 열가소성 수지, 및, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 알카이드 수지, 및 마이카 등의 열경화성 수지를 첨가해도 된다.

또한, 점탄성 매트릭스(34)에는, 점착성을 향상시킬 목적으로, 로진에스터, 로진, 터펜, 터펜페놀, 및 석유 수지 등의 점착 부여제를 첨가해도 된다.

압전체층(20)의 점탄성 매트릭스(34)에 있어서, 사이아노에틸화 PVA 등의 점탄성을 갖는 고분자 재료 이외의 재료를 첨가할 때의 첨가량에는, 특별히 한정은 없지만, 점탄성 매트릭스(34)에서 차지하는 비율로 30질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

이로써, 점탄성 매트릭스(34)에 있어서의 점탄성 완화 기구를 저해하지 않고, 첨가하는 고분자 재료의 특성을 발현할 수 있기 때문에, 고유전율화, 내열성의 향상, 압전체 입자(36) 및 전극층과의 밀착성 향상 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

압전체 입자(36)는, 페로브스카이트형 또는 우르자이트(wurtzite)형의 결정 구조를 갖는 세라믹스 입자로 이루어지는 것이다.

압전체 입자(36)를 구성하는 세라믹스 입자로서는, 예를 들면 타이타늄산 지르코늄산 납(PZT), 타이타늄산 지르코늄산 란타넘산 납(PLZT), 타이타늄산 바륨(BaTiO₃), 산화 아연(ZnO), 및, 타이타늄산 바륨과 비스무트 페라이트(BiFe₃)의 고용체(BFBT) 등이 예시된다.

이들 압전체 입자(36)는, 1종만을 이용해도 되고, 복수 종을 병용(혼합)하여 이용해도 된다.

이와 같은 압전체 입자(36)의 입경에는 제한은 없고, 압전 필름(18)의 사이즈, 및 익사이터(14)의 용도 등에 따라, 적절히, 선택하면 된다. 압전체 입자(36)의 입경은, 1~10μm가 바람직하다.

압전체 입자(36)의 입경을 이 범위로 함으로써, 압전 필름(18)이 높은 압전 특성과 플렉시빌리티를 양립할 수 있는 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 도 2에 있어서는, 압전체층(20) 중의 압전체 입자(36)는, 점탄성 매트릭스(34) 중에, 균일하고 또한 규칙성을 갖고 분산되어 있지만, 본 발명은, 이것에 제한은 되지 않는다.

즉, 압전체층(20) 중의 압전체 입자(36)는, 바람직하게는 균일하게 분산되어 있으면, 점탄성 매트릭스(34) 중에 불규칙하게 분산되어 있어도 된다.

압전 필름(18)에 있어서, 압전체층(20) 중에 있어서의 점탄성 매트릭스(34)와 압전체 입자(36)의 양비에는, 제한은 없고, 압전 필름(18)의 면방향의 크기 및 두께, 익사이터(14)의 용도, 및, 압전 필름(18)에 요구되는 특성 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.

압전체층(20) 중에 있어서의 압전체 입자(36)의 체적분율은, 30~80%가 바람직하다. 또, 압전체층(20) 중에 있어서의 압전체 입자(36)의 체적분율은, 50% 이상이 보다 바람직하며, 따라서, 50~80%로 하는 것이, 더 바람직하다.

점탄성 매트릭스(34)와 압전체 입자(36)의 양비를 상기 범위로 함으로써, 높은 압전 특성과 플렉시빌비티를 양립할 수 있는 등의 점에서 바람직하다.

압전 필름(18)에 있어서, 압전체층(20)의 두께에는, 특별히 한정은 없고, 전기 음향 변환기(10)의 용도, 익사이터(14)에 있어서의 압전 필름의 적층수, 압전 필름(18)에 요구되는 특성 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.

압전체층(20)이 두꺼울수록, 이른바 시트상물의 탄성의 강도 등의 강성 등의 점에서는 유리하지만, 동일한 양만큼 압전 필름(18)을 신축시키기 위하여 필요한 전압(전위차)은 커진다.

압전체층(20)의 두께는, 10~300μm가 바람직하고, 20~200μm가 보다 바람직하며, 30~150μm가 더 바람직하다.

압전체층(20)의 두께를, 상기 범위로 함으로써, 강성의 확보와 적당한 유연성의 양립 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 도시예의 압전 필름(18)은, 이와 같은 압전체층(20)의 일면에, 하부 박막 전극(24)을 갖고, 그 위에 하부 보호층(28)을 가지며, 압전체층(20)의 타방의 면에, 상부 박막 전극(26)을 갖고, 그 위에 상부 보호층(30)을 가져 이루어지는 구성을 갖는다. 여기에서, 상부 박막 전극(26)과 하부 박막 전극(24)이 전극쌍을 형성한다.

또한, 본 발명에 있어서, 하부 박막 전극(24) 및 하부 보호층(28), 및, 상부 박막 전극(26) 및 상부 보호층(30)에 있어서의 상부 및 하부란, 압전 필름(12)을 설명하기 위하여, 편의적으로 도면에 맞추어 명칭을 붙이고 있는 것이다. 따라서, 압전 필름(12)에 있어서의 상부 및 하부에는, 기술적인 의미는 없으며, 또, 실제의 사용 상태와는 무관하다.

압전 필름(18)은, 이들 층에 더하여, 예를 들면, 상부 박막 전극(26), 및, 하부 박막 전극(24)으로부터의 전극의 인출을 행하는 전극 인출부를 갖고, 전극 인출부가 전원(PS)에 접속된다. 또, 압전 필름(18)은, 압전체층(20)이 노출되는 영역을 덮어, 쇼트 등을 방지하는 절연층 등을 갖고 있어도 된다.

즉, 압전 필름(18)은, 압전체층(20)의 양면을 전극쌍, 즉, 상부 박막 전극(26) 및 하부 박막 전극(24)으로 협지하고, 이 적층체를, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)으로 협지하여 이루어지는 구성을 갖는다.

이와 같이, 압전 필름(18)에 있어서, 상부 박막 전극(26) 및 하부 박막 전극(24)으로 협지된 영역은, 인가된 전압에 따라 신축된다.

익사이터(14)에 있어서, 압전 필름(18)의 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)은, 필수의 구성 요건은 아니고, 바람직한 양태로서 마련되는 것이다.

압전 필름(18)에 있어서, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)은, 상부 박막 전극(26) 및 하부 박막 전극(24)을 피복함과 함께, 압전체층(20)에 적당한 강성과 기계적 강도를 부여하는 역할을 담당하고 있다. 즉, 압전 필름(18)에 있어서, 점탄성 매트릭스(34)와 압전체 입자(36)로 이루어지는 압전체층(20)은, 느린 굽힘 변형에 대해서는, 매우 우수한 가요성을 나타내는 한편으로, 용도에 따라서는, 강성이나 기계적 강도가 부족한 경우가 있다. 압전 필름(18)은, 그것을 보완하기 위하여 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)이 마련된다.

또한, 도 1에 나타내는 익사이터(14)는, 바람직한 양태로서, 모든 압전 필름(18)이, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 양방을 갖고 있다. 그러나, 본 발명은, 이것에 제한은 되지 않고, 보호층을 갖는 압전 필름과, 갖지 않는 압전 필름이 혼재해도 된다. 또한, 압전 필름이 보호층을 갖는 경우에는, 압전 필름은, 하부 보호층(28)만을 가져도 되고, 상부 보호층(30)만을 가져도 된다. 일례로서, 도 1에 나타내는 바와 같은 3층 구성의 익사이터(14)이면, 도면 중 최상층의 압전 필름이 상부 보호층(30)만을 갖고, 한가운데의 압전 필름이 보호층을 갖지 않으며, 최하층의 압전 필름이 하부 보호층(28)만을 갖는 것 같은 구성이어도 된다.

하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)에는, 제한은 없고, 각종 시트상물이 이용 가능하며, 일례로서, 각종 수지 필름이 적합하게 예시된다.

그중에서도, 우수한 기계적 특성 및 내열성을 갖는 등의 이유에 의하여, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌설파이트(PPS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에터이미드(PEI), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트라이아세틸셀룰로스(TAC), 및 환상 올레핀계 수지 등으로 이루어지는 수지 필름이, 적합하게 이용된다.

하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 두께에도, 제한은 없다. 또, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 두께는, 기본적으로 동일하지만, 달라도 된다.

여기에서, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 강성이 과도하게 높으면, 압전체층(20)의 신축을 구속할뿐만 아니라, 가요성도 저해된다. 그 때문에, 기계적 강도나 시트상물로서의 양호한 핸들링성이 요구되는 경우를 제외하면, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)은, 얇을수록 유리하다.

압전 필름(18)에 있어서는, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 두께가, 압전체층(20)의 두께의 2배 이하이면, 강성의 확보와 적당한 유연성의 양립 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

예를 들면, 압전체층(20)의 두께가 50μm이며 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)이 PET로 이루어지는 경우, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 두께는, 100μm 이하가 바람직하고, 50μm 이하가 보다 바람직하며, 25μm 이하가 더 바람직하다.

압전 필름(18)에 있어서, 압전체층(20)과 하부 보호층(28)의 사이에는 하부 박막 전극(24)이, 압전체층(20)과 상부 보호층(30)의 사이에는 상부 박막 전극(26)이, 각각 형성된다. 이하의 설명에서는, 하부 박막 전극(24)을 하부 전극(24), 상부 박막 전극(26)을 상부 전극(26)이라고도 한다.

하부 전극(24) 및 상부 전극(26)은, 압전체층(20)(압전 필름(18))에 전압을 인가하기 위하여 마련된다.

본 발명에 있어서, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 형성 재료에는 제한은 없고, 각종 도전체가 이용 가능하다. 구체적으로는, 탄소, 팔라듐, 철, 주석, 알루미늄, 니켈, 백금, 금, 은, 구리, 타이타늄, 크로뮴 및 몰리브데넘 등, 이들의 합금, 이들의 금속 및 합금의 적층체 및 복합체, 및, 산화 인듐 주석 등이 예시된다. 그중에서도, 구리, 알루미늄, 금, 은, 백금, 및, 산화 인듐 주석은, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)으로서 적합하게 예시된다.

또, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 형성 방법에도 제한은 없고, 진공 증착 및 스퍼터링 등의 기상 퇴적법(진공 성막법)이나 도금에 의한 성막이나, 상기 재료로 형성된 박을 첩착하는 방법 등, 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.

그중에서도 특히, 압전 필름(18)의 가요성을 확보할 수 있는 등의 이유에서, 진공 증착에 의하여 성막된 구리 및 알루미늄 등의 박막은, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)으로서 적합하게 이용된다. 그중에서도 특히, 진공 증착에 의한 구리의 박막은, 적합하게 이용된다.

하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 두께에는, 제한은 없다. 또, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 두께는, 기본적으로 동일하지만, 달라도 된다.

여기에서, 상술한 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)과 동일하게, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 강성이 과도하게 높으면, 압전체층(20)의 신축을 구속할뿐만 아니라, 가요성도 저해된다. 그 때문에, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)은, 전기 저항이 과도하게 높아지지 않는 범위이면, 얇을수록 유리하다.

압전 필름(18)에 있어서는, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 두께와, 영률의 곱이, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 두께와 영률의 곱을 하회하면, 가요성을 크게 저해하는 경우가 없기 때문에, 적합하다.

예를 들면, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)이 PET(영률: 약 5GPa)이고, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)이 구리(영률: 약 130GPa)인 것으로 한다. 이 경우에, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 두께가 25μm라고 하면, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)의 두께는, 1.0μm 이하가 바람직하고, 0.3μm 이하가 보다 바람직하며, 그중에서도 0.1μm 이하로 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 압전 필름(18)은, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료를 포함하는 점탄성 매트릭스(34)에 압전체 입자(36)를 분산시켜 이루어지는 압전체층(20)을, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)으로 협지하고, 또한, 이 적층체를, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)을 협지하여 이루어지는 구성을 갖는다.

이와 같은 압전 필름(18)은, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트(Tanδ)의 극댓값이 상온에 존재하는 것이 바람직하고, 0.1 이상이 되는 극댓값이 상온에 존재하는 것이 보다 바람직하다.

이로써, 압전 필름(18)이 외부로부터 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받았다고 해도, 변형 에너지를 효과적으로 열로서 외부로 확산시킬 수 있기 때문에, 고분자 매트릭스와 압전체 입자의 계면에서 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

압전 필름(18)은, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')이, 0℃에 있어서 10~30GPa, 50℃에 있어서 1~10GPa인 것이 바람직하다.

이로써, 상온에서 압전 필름(18)이 저장 탄성률에 큰 주파수 분산을 가질 수 있다. 즉, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 진동에 대해서는 부드럽게 거동할 수 있다.

또, 압전 필름(18)은, 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률의 곱이, 0℃에 있어서 1.0×10⁶~2.0×10⁶N/m, 50℃에 있어서 1.0×10⁵~1.0×10⁶N/m인 것이 바람직하다.

이로써, 압전 필름(18)이 가요성 및 음향 특성을 저해하지 않는 범위에서, 적당한 강성과 기계적 강도를 구비할 수 있다.

또한, 압전 필름(18)은, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서, 25℃, 주파수 1kHz에 있어서의 손실 탄젠트가, 0.05 이상인 것이 바람직하다.

이로써, 압전 필름(18)을 이용한 스피커의 주파수 특성이 평활해져, 스피커의 곡률의 변화에 따라 최저 공진 주파수 f₀이 변화했을 때의 음질의 변화량을 작게 할 수 있다.

이하, 도 3~도 7을 참조하여, 압전 필름(18)의 제조 방법의 일례를 설명한다.

먼저, 도 3에 나타내는 바와 같이, 하부 보호층(28) 위에 하부 전극(24)이 형성된 시트상물(18a)을 준비한다. 이 시트상물(18a)은, 하부 보호층(28)의 표면에, 진공 증착, 스퍼터링, 및, 도금 등에 의하여, 하부 전극(24)으로서 구리 박막 등을 형성하여 제작하면 된다.

하부 보호층(28)이 매우 얇고, 핸들링성이 나쁠 때 등은, 필요에 따라, 세퍼레이터(가지지체) 부착 하부 보호층(28)을 이용해도 된다. 또한, 세퍼레이터로서는, 두께 25~100μm의 PET 등을 이용할 수 있다. 세퍼레이터는, 상부 전극(26) 및 상부 보호층(30)을 열압착한 후, 하부 보호층(28)에 어떠한 부재를 적층하기 전에, 제거하면 된다.

한편, 유기 용매에, 사이아노에틸화 PVA 등의 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료(이하, 점탄성 재료라고도 한다)를 용해하고, 또한, PZT 입자 등의 압전체 입자(36)를 첨가하며, 교반하여 분산시켜 이루어지는 도료를 조제한다. 유기 용매에는 제한은 없고, 다이메틸폼아마이드(DMF), 메틸에틸케톤, 사이클로헥산온 등의 각종 유기 용매가 이용 가능하다.

시트상물(18a)을 준비하고, 또한, 도료를 조제하면, 이 도료를 시트상물(18a)에 캐스팅(도포)하여, 유기 용매를 증발시켜 건조한다. 이로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 하부 보호층(28) 위에 하부 전극(24)을 갖고, 하부 전극(24) 위에 압전체층(20)을 형성하여 이루어지는 적층체(18b)를 제작한다. 또한, 하부 전극(24)이란, 압전체층(20)을 도포할 때의 기재 측의 전극을 가리키며, 적층체에 있어서의 상하의 위치 관계를 나타내는 것은 아니다.

이 도료의 캐스팅 방법에는, 특별히, 한정은 없고, 슬라이드 코터 및 닥터 나이프 등의 공지의 방법(도포 장치)이, 모두, 이용 가능하다.

또한, 점탄성 재료가 사이아노에틸화 PVA와 같이 가열 용융 가능한 것이면, 점탄성 재료를 가열 용융하여, 이것에 압전체 입자(36)를 첨가/분산시켜 이루어지는 용융물을 제작하고, 압출 성형 등에 의하여, 도 3에 나타내는 시트상물(18a) 위에 시트상으로 압출하여, 냉각함으로써, 도 4에 나타내는 바와 같은, 하부 보호층(28) 위에 하부 전극(24)을 가지며, 하부 전극(24) 위에 압전체층(20)을 형성하여 이루어지는 적층체(18b)를 제작해도 된다.

상술한 바와 같이, 압전 필름(18)에 있어서, 점탄성 매트릭스(34)에는, 사이아노에틸화 PVA 등의 점탄성 재료 이외에도, PVDF 등의 고분자 압전 재료를 첨가해도 된다.

점탄성 매트릭스(34)에, 이들 고분자 압전 재료를 첨가할 때에는, 상술한 도료에 첨가하는 고분자 압전 재료를 용해하면 된다. 또는, 상술한 가열 용융한 점탄성 재료에, 첨가하는 고분자 압전 재료를 첨가하여 가열 용융하면 된다.

하부 보호층(28) 위에 하부 전극(24)을 갖고, 하부 전극(24) 위에 압전체층(20)을 형성하여 이루어지는 적층체(18b)를 제작하면, 압전체층(20)의 분극 처리(폴링)를 행한다.

압전체층(20)의 분극 처리의 방법에는, 제한은 없고, 공지의 방법이 이용 가능하다. 바람직한 분극 처리의 방법으로서, 도 5 및 도 6에 나타내는 방법이 예시된다.

이 방법에서는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 적층체(18b)의 압전체층(20)의 상면(20a) 위에, 간격(g)을 예를 들면 1mm 두고, 이 상면(20a)을 따라 이동 가능한 봉상 혹은 와이어상의 코로나 전극(40)을 마련한다. 그리고, 이 코로나 전극(40)과 하부 전극(24)을 직류 전원(42)에 접속한다.

또한 적층체(18b)를 가열 유지하는 가열 수단, 예를 들면, 핫플레이트를 준비한다.

그 후에, 압전체층(20)을, 가열 수단에 의하여, 예를 들면, 온도 100℃로 가열 유지한 상태에서, 직류 전원(42)으로부터 하부 전극(24)과 코로나 전극(40)의 사이에, 수 kV, 예를 들면 6kV의 직류 전압을 인가하여 코로나 방전을 발생시킨다. 또한, 간격(g)을 유지한 상태에서, 압전체층(20)의 상면(20a)을 따라, 코로나 전극(40)을 이동(주사)하여, 압전체층(20)의 분극 처리를 행한다.

이로써, 압전체층(20)은 두께 방향으로 분극된다.

이와 같은 코로나 방전을 이용하는 분극 처리(이하, 편의적으로, 코로나 폴링 처리라고도 한다)에 있어서, 코로나 전극(40)의 이동은, 공지의 봉상물의 이동 수단을 이용하면 된다.

또, 코로나 폴링 처리에서는, 코로나 전극(40)을 이동하는 방법에도, 제한은 되지 않는다. 즉, 코로나 전극(40)을 고정하고, 적층체(18b)를 이동시키는 이동 기구를 마련하여, 이 적층체(18b)를 이동시켜 분극 처리를 행해도 된다. 이 적층체(18b)의 이동도, 공지의 시트상물의 이동 수단을 이용하면 된다.

또한, 코로나 전극(40)의 수는, 1개에 한정은 되지 않고, 복수 개의 코로나 전극(40)을 이용하여, 코로나 폴링 처리를 행해도 된다.

또, 분극 처리는, 코로나 폴링 처리에 제한은 되지 않고, 분극 처리를 행하는 대상에, 직접, 직류 전계를 인가하는, 통상의 전계 폴링도 이용 가능하다. 단, 이 통상의 전계 폴링을 행하는 경우에는, 분극 처리 전에, 상부 전극(26)을 형성할 필요가 있다.

또한, 이 분극 처리 전에, 압전체층(20)의 표면을 가열 롤러 등을 이용하여 평활화하는, 캘린더 처리를 실시해도 된다. 이 캘린더 처리를 실시함으로써, 후술하는 열압착 공정이 순조롭게 행해진다.

이와 같이 하여 적층체(18b)의 압전체층(20)의 분극 처리를 행하는 한편, 상부 보호층(30) 위에 상부 전극(26)이 형성된 시트상물(18c)을, 준비한다. 이 시트상물(18c)은, 상부 보호층(30)의 표면에, 진공 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 상부 전극(26)으로서 구리 박막 등을 형성하여, 제작하면 된다.

이어서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(26)을 압전체층(20)을 향하여, 시트상물(18c)을, 압전체층(20)의 분극 처리를 종료한 적층체(18b)에 적층한다.

또한, 이 적층체(18b)와 시트상물(18c)의 적층체를, 상부 보호층(30)과 하부 보호층(28)을 협지하도록 하여, 가열 프레스 장치나 가열 롤러쌍 등으로 열압착하여, 압전 필름(18)을 제작한다.

후술하겠지만, 도 1에 나타내는 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 이와 같은 압전 필름(18)을 적층하여, 바람직한 양태로서 첩착층(19)으로 첩착한 구성을 갖는다. 여기에서, 도시예의 익사이터(14)는, 바람직한 양태로서, 도 1에 압전체층(20)에 붙인 화살표로 나타내는 바와 같이, 인접하는 압전 필름(18)에 있어서의 분극 방향이 서로 반대이다.

압전 세라믹스를 적층한 일반적인 적층 세라믹 압전 소자는, 압전 세라믹스의 적층체를 제작한 후에 분극 처리를 행한다. 각 압전층의 계면에는 공통 전극밖에 존재하지 않고, 그 때문에, 각 압전층의 분극 방향은 적층 방향으로 교대로 된다.

이에 대하여, 도시예의 익사이터(14)를 구성하는 압전 필름(18)은, 적층 전의 압전 필름(18)의 상태에서 분극 처리를 행할 수 있다. 압전 필름(18)은, 바람직하게는, 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 상부 전극(26) 및 상부 보호층(30)을 적층하기 전에, 코로나 폴링 처리에 의하여 압전체층(20)의 분극 처리를 행한다.

따라서, 익사이터(14)는, 분극 처리가 완료된 압전 필름(18)을 적층하여 제작할 수 있다. 바람직하게는, 분극 처리를 실시한 장척의 압전 필름(대면적의 압전 필름)을 제작하고, 절단하여 개개의 압전 필름(18)으로 한 후에, 압전 필름(18)을 적층하여 익사이터(14)로 한다.

그 때문에, 익사이터(14)는, 인접하는 압전 필름(18)에 있어서의 분극 방향을, 적층 방향으로 정렬할 수도 있고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 교대로도 할 수 있다.

도 1에 나타내는 익사이터(14)는, 바람직한 양태로서, 인접하는 압전 필름(18)의 분극 방향을 서로 반대로 하여, 복수 층(도시예는 3층)의 압전 필름(18)을 적층하고, 인접하는 압전 필름(18)을 첩착층(19)으로 첩착한 구성을 갖는다.

본 발명에 있어서, 첩착층(19)은, 인접하는 압전 필름(18)을 첩착 가능하면, 공지의 것이, 각종, 이용 가능하다.

따라서, 첩착층(19)은, 상술한, 접착제로 이루어지는 층이어도 되고, 점착제로 이루어지는 층이어도 되며, 접착제와 점착제의 양방의 특징을 가진 재료로 이루어지는 층이어도 된다. 또, 첩착층(19)은, 액체 등의 유동성을 갖는 첩착제를 도포하여 형성하는 것이어도 되고, 시트상의 첩착제를 이용하여 형성하는 것이어도 된다.

여기에서, 익사이터(14)는, 적층한 복수 매의 압전 필름(18)을 신축시킴으로써, 예를 들면 후술하는 바와 같이 진동판(12)을 진동시켜, 소리를 발생시킨다. 따라서, 익사이터(14)는, 각 압전 필름(18)의 신축이, 직접적으로 전달되는 것이 바람직하다. 압전 필름(18)의 사이에, 진동을 완화하는 것 같은 점성을 갖는 물질이 존재하면, 압전 필름(18)의 신축의 에너지의 전달 효율이 낮아져 버려, 익사이터(14)의 구동 효율이 저하되어 버린다.

이 점을 고려하면, 첩착층(19)은, 점착제로 이루어지는 점착제층보다, 고체이고 단단한 첩착층(19)이 얻어지는, 접착제로 이루어지는 접착제층인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 첩착층(19)으로서는, 구체적으로는, 폴리에스터계 접착제 및 스타이렌·뷰타다이엔 고무(SBR)계 접착제 등의 열가소 타입의 접착제로 이루어지는 첩착층이 적합하게 예시된다.

접착은, 점착과는 달리, 높은 접착 온도를 요구할 때에 유용하다. 또, 열가소 타입의 접착제는 "비교적 저온, 단시간, 및 강접착"을 겸비하고 있어, 적합하다.

익사이터(14)에 있어서, 첩착층(19)의 두께에는 제한은 없고, 첩착층(19)의 형성 재료에 따라, 충분한 첩착력을 발현할 수 있는 두께를, 적절히, 설정하면 된다.

여기에서, 도시예의 익사이터(14)는, 첩착층(19)이 얇은 편이, 압전체층(20)의 신축 에너지(진동 에너지)의 전달 효과를 높게 하여, 에너지 효율을 높게 할 수 있다. 또, 첩착층(19)이 두껍고 강성이 높으면, 압전 필름(18)의 신축을 구속할 가능성도 있다.

이 점을 고려하면, 첩착층(19)은, 압전체층(20)보다 얇은 것이 바람직하다. 즉, 익사이터(14)에 있어서, 첩착층(19)은, 단단하고, 얇은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 첩착층(19)의 두께는, 첩착 후의 두께로 0.1~50μm가 바람직하고, 0.1~30μm가 보다 바람직하며, 0.1~10μm가 더 바람직하다.

또한, 후술하겠지만, 도시예의 익사이터(14)는, 인접하는 압전 필름의 분극 방향이 서로 반대이며, 인접하는 압전 필름(18)끼리가 쇼트할 우려가 없기 때문에, 첩착층(19)을 얇게 할 수 있다.

도시예의 익사이터(14)에 있어서는, 첩착층(19)의 스프링 상수(두께×영률)가 높으면, 압전 필름(18)의 신축을 구속할 가능성이 있다. 따라서, 첩착층(19)의 스프링 상수는 압전 필름(18)의 스프링 상수와 동등하거나, 그 이하인 것이 바람직하다.

구체적으로는, 첩착층(19)의 두께와, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')의 곱이, 0℃에 있어서 2.0×10⁶N/m 이하, 50℃에 있어서 1.0×10⁶N/m 이하인 것이 바람직하다.

또, 첩착층의 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 내부 손실이, 점착제로 이루어지는 첩착층(19)의 경우에는 25℃에 있어서 1.0 이하, 접착제로 이루어지는 첩착층(19)의 경우에는 25℃에 있어서 0.1 이하인 것이 바람직하다.

또한, 전기 음향 변환기(10)를 구성하는 익사이터(14)에 있어서, 첩착층(19)은, 바람직한 양태로서 마련되는 것이며, 필수의 구성 요소는 아니다.

따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)를 구성하는 익사이터가, 압전 필름(18)을 적층한 것인 경우에는, 첩착층(19)을 갖지 않고, 공지의 압착 수단, 체결 수단, 및, 고정 수단 등을 이용하여, 익사이터를 구성하는 압전 필름(18)을 적층하고, 밀착시켜, 익사이터를 구성해도 된다. 예를 들면, 압전 필름(18)이 직사각형인 경우에는, 네 모서리를 볼트 너트와 같은 부재로 체결하여 익사이터를 구성해도 되고, 또는 네 모서리와 중심부를 볼트 너트와 같은 부재로 체결하여 익사이터를 구성해도 된다. 혹은, 압전 필름(18)을 적층한 후, 주변부(단면)에 점착 테이프를 첩착함으로써, 적층한 압전 필름(18)을 고정하고, 익사이터를 구성해도 된다.

그러나, 이 경우에는, 전원(PS)으로부터 구동 전압을 인가했을 때에, 개개의 압전 필름(18)이 독립적으로 신축해 버려, 경우에 따라서는, 각 압전 필름(18) 각층이 반대 방향으로 휘어 공극이 발생해 버린다. 이와 같이, 개개의 압전 필름(18)이 독립적으로 신축한 경우에는, 익사이터로서의 구동 효율이 저하되어 버려, 익사이터 전체 체적으로의 신축이 작아져, 맞닿은 진동판 등을 충분히 진동시킬 수 없게 되어 버릴 가능성이 있다. 특히, 각 압전 필름(18) 각층이 반대 방향으로 휘어 공극이 발생해 버린 경우에는, 익사이터로서의 구동 효율의 저하는 크다.

이 점을 고려하면, 본 발명의 전기 음향 변환기를 구성하는 익사이터는, 도시예의 익사이터(14)와 같이, 인접하는 압전 필름(18)끼리를 첩착하는 첩착층(19)을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 익사이터(14)의 두께와, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판(12)의 두께와 영률의 곱의 3배 이하이다. 즉, 익사이터(14)는, 상온에 있어서의 느린 움직임에 대해서는, 스프링 상수가, 진동판(12)의 3배 이하이다.

상술한 설명으로부터 명확한 바와 같이, 익사이터(14)의 두께와, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱에는, 첩착층(19)의 두께는 물론, 첩착층(19)의 저장 탄성률 등의 물성도, 크게 영향을 준다.

다른 한편, 진동판(12)의 두께와 영률의 곱, 즉, 진동판의 스프링 상수에는, 진동판의 두께는 물론, 진동판의 물성도, 크게 영향을 준다.

따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에서는, 상온에 있어서의 느린 움직임에 대하여, 익사이터(14)의 스프링 상수가 진동판(12)의 스프링 상수의 3배 이하가 되도록, 첩착층(19)의 두께 및 재료(종류), 및, 진동판(12)의 두께 및 재료를, 적절히, 선택하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 압전 필름(18)의 특성 등에 따라, 첩착층(19)의 두께 및 재료, 및 진동판(12) 두께 및 재료를, 적절히, 선택함으로써, 적합하게, 상온에 있어서의 느린 움직임에 대한 익사이터(14)의 스프링 상수를, 진동판(12)의 스프링 상수의 3배 이하로 할 수 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 각 압전 필름(18)의 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)에는, 압전 필름(18)을 신축시키는 구동 전압을 인가하는 전원(PS)이 접속된다.

전원(PS)에는, 제한은 없고, 직류 전원이어도 되며 교류 전원이어도 된다. 또, 구동 전압도, 각 압전 필름(18)의 압전체층(20)의 두께 및 형성 재료 등에 따라, 각 압전 필름(18)을 적정하게 구동할 수 있는 구동 전압을, 적절히, 설정하면 된다.

후술하겠지만, 도시예의 익사이터(14)는, 인접하는 압전 필름(18)의 분극 방향이 반대이다. 그 때문에, 인접하는 압전 필름(18)에서는, 하부 전극(24)끼리 및 상부 전극(26)끼리가 대면한다. 따라서, 전원(PS)은, 교류 전원이어도 직류 전원이어도, 대면하는 전극에는, 항상 동일한 극성의 전력을 공급한다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 익사이터(14)에서는, 도면 중 최하층의 압전 필름(18)의 상부 전극(26)과, 2층째(한가운데)의 압전 필름(18)의 상부 전극(26)에는, 항상 동일한 극성의 전력이 공급되고, 2층째의 압전 필름(18)의 하부 전극(24)과, 도면 중 최상층의 압전 필름(18)의 하부 전극(24)에는, 항상 동일한 극성의 전력이 공급된다.

하부 전극(24) 및 상부 전극(26)으로부터 전극의 인출 방법에는, 제한은 없고, 공지의 각종 방법이 이용 가능하다.

일례로서, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)에 구리박 등의 도전체를 접속하여 외부에 전극을 인출하는 방법, 및, 레이저 등에 의하여 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)에 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 도전성 재료를 충전하여 외부에 전극을 인출하는 방법 등이 예시된다.

적합한 전극의 인출 방법으로서, 일본 공개특허공보 2014-209724호에 기재되는 방법, 및, 일본 공개특허공보 2016-015354호에 기재되는 방법 등이 예시된다.

상술한 바와 같이, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 복수 층의 압전 필름(18)을 적층하여, 인접하는 압전 필름(18)끼리를 첩착층(19)으로 첩착한 구성을 갖는다.

또, 도시예의 익사이터(14)는, 인접하는 압전 필름(18)의 분극 방향이, 서로 반대이다. 즉, 도시예의 익사이터(14)는, 압전 필름(18)의 적층 방향(두께 방향)을 향하여, 분극 방향이 교대로 되도록, 압전 필름(18)이 적층된다.

상술한 바와 같이, 이와 같은 익사이터(14)에 첩착층(16)에 의하여 진동판(12)을 첩착함으로써, 도 1에 나타내는 본 발명의 전기 음향 변환기(10)가 구성된다.

익사이터(14)는, 복수 층의 압전 필름(18)을 적층한 것이다. 압전 필름(18)을 구성하는 압전체층(20)은, 점탄성 매트릭스(34)에 압전체 입자(36)를 분산시켜 이루어지는 것이다. 또, 압전체층(20)을 두께 방향으로 사이에 두도록, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)이 마련된다.

이와 같은 압전체층(20)을 갖는 압전 필름(18)의 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)에 전압을 인가하면, 인가한 전압에 따라 압전체 입자(36)가 분극 방향으로 신축한다. 그 결과, 압전 필름(18)(압전체층(20))이 두께 방향으로 수축한다. 동시에, 푸아송비의 관계로, 압전 필름(18)은, 면내 방향으로도 신축한다.

이 신축은, 0.01~0.1% 정도이다.

상술한 바와 같이, 압전체층(20)의 두께는, 바람직하게는 10~300μm 정도이다. 따라서, 두께 방향의 신축은, 최대여도 0.3μm 정도로 매우 작다.

이에 대하여, 압전 필름(18) 즉 압전체층(20)은, 면방향으로는, 두께보다 훨씬 큰 사이즈를 갖는다. 따라서, 예를 들면 압전 필름(18)의 길이가 20cm이면, 전압의 인가에 의하여, 최대로 0.2mm 정도, 압전 필름(18)은 신축한다.

상술한 바와 같이, 진동판(12)은, 첩착층(16)에 의하여 익사이터(14)에 첩착되어 있다. 따라서, 압전 필름(18)의 신축에 의하여, 진동판(12)은 휘고, 그 결과, 진동판(12)은, 두께 방향으로 진동한다.

이 두께 방향의 진동에 의하여, 진동판(12)은, 소리를 발생한다. 즉, 진동판(12)은, 압전 필름(18)에 인가한 전압(구동 전압)의 크기에 따라 진동하여, 압전 필름(18)에 인가한 구동 전압에 따른 소리를 발생한다.

여기에서, PVDF 등의 고분자 재료로 이루어지는 일반적인 압전 필름은, 분극 처리 후에 1축 방향으로 연신 처리함으로써, 연신 방향에 대하여 분자쇄가 배향하고, 결과적으로 연신 방향으로 큰 압전 특성이 얻어지는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 일반적인 압전 필름은, 압전 특성에 면내 이방성을 갖고, 전압이 인가된 경우의 면방향의 신축량에 이방성이 있다.

이에 대하여, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)를 구성하는, 점탄성 매트릭스(34) 중에 압전체 입자(36)를 분산시켜 이루어지는 고분자 복합 압전체로 이루어지는 압전 필름(18)은, 분극 처리 후에 연신 처리를 하지 않아도 큰 압전 특성이 얻어지기 때문에, 압전 특성에 면내 이방성이 없고, 면내 방향에서는 전체 방향으로 등방적으로 신축한다. 즉, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)를 구성하는 압전 필름(18)은, 등방적으로 이차원적으로 신축한다. 이와 같은 등방적으로 이차원적으로 신축하는 압전 필름(18)을 적층한 익사이터(14)에 의하면, 일방향으로밖에 크게 신축하지 않는 PVDF 등의 일반적인 압전 필름을 적층한 경우에 비하여, 큰 힘으로 진동판(12)을 진동할 수 있다. 그 결과, 진동판(12)은, 보다 크고, 또한 아름다운 소리를 발생할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도시예의 익사이터(14)는, 이와 같은 압전 필름(18)을, 복수 매, 적층한 것이다. 도시예의 익사이터(14)는, 바람직한 양태로서, 또한 인접하는 압전 필름(18)끼리를, 첩착층(19)으로 첩착하고 있다.

그 때문에, 1매마다의 압전 필름(18)의 강성이 낮고, 신축력은 작아도, 압전 필름(18)을 적층함으로써, 강성이 높아져, 익사이터(14)로서의 신축력은 커진다. 그 결과, 익사이터(14)는, 진동판(12)이 어느 정도의 강성을 갖는 것이어도, 큰 힘으로 진동판(12)을 충분히 휘게 하고, 두께 방향으로 진동판(12)을 충분히 진동시켜, 진동판(12)에 소리를 발생시킬 수 있다.

또, 압전체층(20)이 두꺼운 편이, 압전 필름(18)의 신축력은 커지지만, 그만큼, 동일한 양, 신축시키는 데에 필요한 구동 전압은 커진다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 익사이터(14)에 있어서, 바람직한 압전체층(20)의 두께는, 최대여도 300μm 정도이므로, 개개의 압전 필름(18)에 인가하는 전압이 작아도, 충분히, 압전 필름(18)을 신축시키는 것이 가능하다.

여기에서, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 상술한 바와 같이, 익사이터(14)는, 인접하는 압전 필름(18)의 압전체층(20)의 분극 방향이, 서로 반대이다.

압전 필름(18)에 있어서, 압전체층(20)에 인가하는 전압의 극성은, 분극 방향에 따른 것이 된다. 따라서, 인가하는 전압의 극성은, 도 1에 화살표로 나타내는 분극 방향에 있어서, 화살표가 향하는 방향 측(화살표의 하류 측)의 전극의 극성과, 반대 측(화살표의 상류 측)의 전극의 극성은, 모든 압전 필름(18)에서 일치시킨다.

도시예에 있어서는, 분극 방향을 나타내는 화살표가 향하는 방향 측의 전극을 하부 전극(24), 반대 측의 전극을 상부 전극(26)으로 하여 모든 압전 필름(18)에 있어서, 상부 전극(26)과 하부 전극(24)의 극성을 동일 극성으로 한다.

따라서, 인접하는 압전 필름(18)의 압전체층(20)의 분극 방향이, 서로 반대인 익사이터(14)에 있어서는, 인접하는 압전 필름(18)에서는, 일방의 면에서 상부 전극(26)끼리가 대면하고, 타방의 면에서 하부 전극끼리가 대면한다. 그 때문에, 도시예의 익사이터(14)에서는, 인접하는 압전 필름(18)의 전극끼리가 접촉해도, 쇼트(단락)할 우려가 없다.

상술한 바와 같이, 익사이터(14)를 양호한 에너지 효율로 신축하기 위해서는, 첩착층(19)이 압전체층(20)의 신축을 방해하지 않도록, 첩착층(19)을 얇게 하는 것이 바람직하다.

이에 대하여, 인접하는 압전 필름(18)의 전극끼리가 접촉해도, 쇼트할 우려가 없는 도시예의 익사이터(14)에서는, 첩착층(19)이 없어도 되고, 바람직한 양태로서 첩착층(19)을 갖는 경우에서도, 필요한 첩착력이 얻어지면, 첩착층(19)을 매우 얇게 할 수 있다.

그 때문에, 높은 에너지 효율로 익사이터(14)를 신축시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 압전 필름(18)에 있어서는, 두께 방향의 압전체층(20)의 신축의 절대량은 매우 작고, 압전 필름(18)의 신축은, 실질적으로, 면방향만이 된다.

따라서, 적층되는 압전 필름(18)의 분극 방향이 반대여도, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)에 인가하는 전압의 극성만 정확하다면, 모든 압전 필름(18)은 동일한 방향으로 신축한다.

또한, 익사이터(14)에 있어서, 압전 필름(18)의 분극 방향은, d33 미터 등으로 검출하면 된다.

또는, 상술했을 때의 코로나 폴링 처리의 처리 조건으로부터, 압전 필름(18)의 분극 방향을 지견(知見)해도 된다.

도시예의 익사이터(14)는, 바람직하게는, 상술한 바와 같이, 장척(대면적)의 압전 필름을 제작하고, 장척의 압전 필름을 절단하여, 개개의 압전 필름(18)으로 한다. 따라서, 이 경우는, 익사이터(14)를 구성하는 복수 매의 압전 필름(18)은, 모두 동일한 것이다.

그러나, 본 발명은, 이것에 제한은 되지 않는다. 즉, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 익사이터는, 예를 들면, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)을 갖는 압전 필름과 갖지 않는 압전 필름 등, 다른 층 구성의 압전 필름을 적층한 구성, 및, 압전체층(20)의 두께가 다른 압전 필름을 적층한 구성 등, 각종 구성이 이용 가능하다.

도 1에 나타내는 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 익사이터(14)는, 복수 매의 압전 필름(18)을, 인접하는 압전 필름끼리로 분극 방향을 반대로 하여 적층하고, 바람직한 양태로서, 인접하는 압전 필름(18)을 첩착층(19)으로 첩착한 것이다.

본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 압전 필름을 적층하여 이루어지는 익사이터는, 이것에 제한은 되지 않고, 각종 구성이 이용 가능하다.

도 8에, 그 일례를 나타낸다. 또한, 도 8에 나타내는 익사이터(56)는, 상술한 익사이터(14)를 동일한 부재를, 복수, 이용하므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 설명은, 다른 부위를 주로 행한다.

도 8에 나타내는 익사이터(56)는, 본 발명의 전기 음향 변환기에 이용되는 익사이터의 것보다 바람직한 양태이며, 장척의 압전 필름(18L)을, 예를 들면 길이 방향으로, 1회 이상, 바람직하게는 복수 회, 되접어 꺾음으로써, 압전 필름(18L)을 복수 층, 적층한 것이다. 또, 상술한 도 1 등에 나타내는 익사이터(14)와 같이, 도 8에 나타나는 익사이터(56)도, 바람직한 양태로서, 되접어 꺾음에 의하여 적층된 압전 필름(18L)을, 첩착층(19)에 의하여 첩착하고 있다.

두께 방향으로 분극된 장척의 1매의 압전 필름(18L)을, 되접어 꺾어 적층함으로써, 적층 방향으로 인접(대면)하는 압전 필름(18L)의 분극 방향은, 도 8 중에 화살표로 나타내는 바와 같이, 반대 방향이 된다.

이 구성에 의하면, 1매의 장척의 압전 필름(18L)만으로 익사이터(56)를 구성할 수 있다. 또, 이 구성에 의하면, 구동 전압을 인가하기 위한 전원(PS)이 1개에 그치고, 또한, 압전 필름(18L)으로부터의 전극의 인출도, 1개소이면 된다.

그 때문에, 도 8에 나타내는 익사이터(56)에 의하면, 부품 개수를 저감하고, 또한, 구성을 간략화하여, 압전 소자(모듈)로서의 신뢰성을 향상시키며, 또한, 비용 절감을 도모할 수 있다.

도 8에 나타내는 익사이터(56)와 같이, 장척의 압전 필름(18L)을 되접어 꺾은 익사이터(56)에서는, 압전 필름(18L)의 되접어 꺾음부에, 압전 필름(18L)에 맞닿아 심봉(58)을 삽입하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 압전 필름(18L)의 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)은, 금속의 증착막 등으로 형성된다. 금속의 증착막은, 예각으로 절곡되면, 금(크랙) 등이 가기 쉽고, 전극이 단선해 버릴 가능성이 있다. 즉, 도 8에 나타내는 익사이터(56)에서는, 굴곡부의 내측에 있어서, 전극에 금 등이 가기 쉽다.

이에 대하여, 장척의 압전 필름(18L)을 되접어 꺾은 익사이터(56)에 있어서, 압전 필름(18L)의 되접어 꺾음부에 심봉(58)을 삽입함으로써, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)이 절곡되는 것을 방지하여, 단선이 발생하는 것을 적합하게 방지할 수 있다.

본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 익사이터는, 도전성을 갖는 첩착층(19)을 이용해도 된다. 특히, 도 8에 나타내는 바와 같은, 장척의 1매의 압전 필름(18L)을, 되접어 꺾어 적층한 익사이터(56)에서는, 도전성을 갖는 첩착층(19)은, 바람직하게 이용된다.

도 1 및 도 8에 나타내는 바와 같은, 인접하는 압전 필름(18)의 분극 방향이 반대인 익사이터에 있어서는, 적층되는 압전 필름(18)에 있어서, 대면하는 전극에는, 동일한 극성의 전력이 공급된다. 따라서, 대면하는 전극 사이에서 단락이 발생하는 경우는 없다.

한편, 상술한 바와 같이, 압전 필름(18L)을, 되접어 꺾어 적층한 익사이터(56)는, 예각적으로 되접어 꺾이는 굴곡부의 내측에 있어서, 전극의 단선이 발생하기 쉽다.

따라서, 도전성을 갖는 첩착층(19)에 의하여, 적층한 압전 필름(18L)을 첩착함으로써, 굴곡부의 내측에 있어서 전극의 단선이 발생해도, 첩착층(19)에 의하여 도통을 확보할 수 있으므로, 단선을 방지하여, 익사이터(56)의 신뢰성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.

여기에서, 익사이터(56)를 구성하는 압전 필름(18L)은, 바람직하게는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)에 대면하여 적층체를 협지하도록, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)을 갖는다.

이 경우에는, 도전성을 갖는 첩착층(19)을 이용해도, 도전성을 확보할 수 없다. 그 때문에, 압전 필름(18L)이 보호층을 갖는 경우에는, 적층되는 압전 필름(18L)의 하부 전극(24)끼리 및 상부 전극(26)끼리가 대면하는 영역에 있어서, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)에 관통 구멍을 마련하여, 하부 전극(24) 및 상부 전극(26)과, 도전성을 갖는 첩착층(19)을 접촉시키면 된다. 바람직하게는, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)에 형성한 관통 구멍을 은 페이스트 또는 도전성의 첩착제로 막고, 그 위에, 도전성을 갖는 첩착층(19)으로 인접하는 압전 필름(18L)을 첩착한다.

하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 관통 구멍은, 레이저 가공, 및, 용제 에칭 및 기계 연마 등에 의한 보호층의 제거 등에 의하여 형성하면 된다.

하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 관통 구멍은, 바람직하게는 압전 필름(18L)의 굴곡부 이외에서, 적층되는 압전 필름(18L)의 하부 전극(24)끼리 및 상부 전극(26)끼리가 대면하는 영역에 1개소여도 되고, 복수 개소여도 된다. 또는, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 관통 구멍은, 하부 보호층(28) 및 상부 보호층(30)의 전체면에, 규칙적 또는, 불규칙하게 형성해도 된다.

도전성을 갖는 첩착층(19)에는, 제한은 없고, 공지의 것이, 각종, 이용 가능하다.

이상의 전기 음향 변환기의 익사이터는, 적층된 압전 필름(18)의 분극 방향이, 인접하는 압전 필름(18)과 반대 방향이지만, 본 발명은, 이것에 제한은 되지 않는다.

즉, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 압전 필름(18)을 적층한 익사이터는, 도 9에 나타내는 익사이터(60)와 같이, 압전 필름(18)(압전체층(20))의 분극 방향이, 모두 동일한 방향이어도 된다.

단, 도 9에 나타내는 바와 같이, 적층하는 압전 필름(18)의 분극 방향이, 모두 동일한 방향인 익사이터(60)에서는, 인접하는 압전 필름(18)끼리에서는, 하부 전극(24)과 상부 전극(26)이 대면한다. 그 때문에, 첩착층(19)을 충분히 두껍게 하지 않으면 첩착층(19)의 면방향의 외측의 단부에 있어서, 인접하는 압전 필름(18)의 하부 전극(24)과 상부 전극(26)이 접촉하여, 쇼트해 버릴 우려가 있다.

그 때문에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 적층하는 압전 필름(18)의 분극 방향이, 모두 동일한 방향인 익사이터(60)에서는, 첩착층(19)을 얇게 할 수 없어, 도 1 및 도 8에 나타내는 익사이터에 대하여, 에너지 효율의 점에서, 불리하다.

이상, 본 발명의 전기 음향 변환기에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상술한 예에 한정은 되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변경을 행해도 되는 것은, 물론이다.

실시예

이하, 본 발명의 구체적 실시예를 들어, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

[압전 필름의 제작]

상술한 도 3~도 7에 나타내는 방법에 따라, 도 2에 나타내는 바와 같은 압전 필름을 제작했다.

먼저, 하기의 조성비로, 사이아노에틸화 PVA(CR-V 신에쓰 가가쿠 고교사제)를 메틸에틸케톤(MEK)에 용해했다. 그 후, 이 용액에, PZT 입자를 하기의 조성비로 첨가하여, 프로펠러 믹서(회전수 2000rpm)로 분산시켜, 압전체층을 형성하기 위한 도료를 조제했다.

·PZT 입자…………………………1000질량부

·사이아노에틸화 PVA……………100질량부

·MEK…………………………………600질량부

또한, PZT 입자는, 시판 중인 PZT 원료 분말을 1000~1200℃에서 소결한 후, 이것을 평균 입경 3.5μm가 되도록 해쇄 및 분급 처리한 것을 이용했다.

한편, 폭이 23cm, 두께 4μm의 장척의 PET 필름에, 두께 0.1μm의 구리 박막을 진공 증착하여 이루어지는, 도 3에 나타내는 바와 같은 시트상물을 준비했다. 즉, 본 예에 있어서는, 상부 전극 및 하부 전극은, 두께 0.1m의 구리 증착 박막이며, 상부 보호층 및 하부 보호층은 두께 4μm의 PET 필름이 된다.

또한, 프로세스 중, 양호한 핸들링을 얻기 위하여, PET 필름에는 두께 50μm의 세퍼레이터(가지지체 PET)가 부착된 것을 이용하고, 박막 전극 및 보호층의 열압착 후에, 각 보호층의 세퍼레이터를 제거했다.

이 시트상물의 하부 전극(구리 증착 박막) 위에, 슬라이드 코터를 이용하여, 앞서 조제한 압전체층을 형성하기 위한 도료를 도포했다. 도료는, 건조 후의 도막의 막 두께가 40μm가 되도록, 도포했다.

이어서, 시트상물 위에 도료를 도포한 것을, 120℃의 오븐에서 가열 건조함으로써 MEK를 증발시켰다. 이로써, 도 4에 나타내는 바와 같은, PET제의 하부 보호층 위에 구리제의 하부 전극을 갖고, 그 위에, 두께가 40μm인 압전체층을 형성하여 이루어지는 적층체를 제작했다.

이 적층체의 압전체층을, 상술한 도 5 및 도 6에 나타내는 코로나 폴링에 의하여, 두께 방향으로 분극 처리했다. 또한, 분극 처리는, 압전체층의 온도를 100℃로 하고, 하부 전극과 코로나 전극의 사이에 6kV의 직류 전압을 인가하여 코로나 방전을 발생시켜 행했다.

분극 처리를 행한 적층체 위에, 도 7에 나타내는 바와 같이, PET 필름에 구리 박막을 진공 증착하여 이루어지는 동일한 시트상물을 적층했다.

이어서, 적층체와 시트상물의 적층체를, 래미네이터 장치를 이용하여 120℃에서 열압착함으로써, 압전체층과 상부 전극 및 하부 전극을 접착하여, 압전체층을 상부 전극과 하부 전극으로 협지하고, 이 적층체를, 상부 보호층과 하부 보호층으로 협지했다.

이로써, 도 2에 나타내는 바와 같은 압전 필름을 제작했다.

[실시예 1]

도 10에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 제작한 압전 필름을 5×100cm로 절단하여, 장척의 압전 필름(F)을 제작했다.

길이 방향의 일방의 단부에 있어서, 소정의 보호층만을 박리하여 전극면을 노출시키고, 전극 인출용의 구리박(C)을 전극면에 적층하여, 인출 전극으로 했다.

압전체층에 적층하고, 시트상물을, 원래대로 첩착했다.

이어서, 열접착 시트(도요 켐사제, 리오엘름 TSU41SI-25DL, 두께 25μm)를 5×20cm 정도로 절단하여, 열접착 시트 A로 했다.

이어서, 도 10 및 도 11에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 이 열접착 시트 A를 끼우도록, 압전 필름(F)의 구리박과 반대 측의 단부를 되접어 꺾어, 가열 프레스기로 접착했다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 이와 같은, 압전 필름(F)을 되접어 꺾고 열접착 시트 A를 끼워, 가압 프레스기로 접착하는 조작을, 압전 필름(F)을 길이 방향으로 표리 반전하고, 반복하여, 행했다. 이로써, 압전 필름(F)을 4회 되접어 꺾고, 5층 적층한, 도 11의 하단에 나타내는 바와 같은 익사이터를 제작했다.

제작한 익사이터의 두께는, 350μm였다.

두께 300μm의 PET 필름을 준비했다.

이 PET 필름을 30×20cm로 절단하여, 진동판으로 했다.

제작한 익사이터 및 진동판에 대하여, 1×4cm의 단책(短冊)상의 시험편을 제작하고 동적 점탄성 측정을 행하여, 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트(tanδ), 주파수 1kHz에 있어서의 손실 탄젠트, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률(E'), 및, 주파수 1kHz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률을 측정했다.

또한, 재료의 응답이 충분히 탄성적인 경우, 저장 탄성률은 영률과 일치한다. 그 때문에, 진동판에 대해서는, 얻어진 측정 데이터로부터, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 진동판의 저장 탄성률을, 진동판의 영률로 했다.

측정은, 동적 점탄성 측정기(SII 나노테크놀로지사제, DMS6100 점탄성 스펙트로 미터)를 이용하여 행했다.

측정 조건은, 측정 온도 범위는 -20~100℃로 하고, 승온 속도는 2℃/분(질소 분위기 중)으로 했다. 측정 주파수는 0.1Hz, 0.2Hz, 0.5Hz, 1Hz, 2Hz, 5Hz, 10Hz 및 20Hz로 했다. 측정 모드는 인장 측정으로 했다. 또한, 척간 거리는 20mm로 했다.

그 결과, 익사이터는, 주파수 1Hz의 손실 탄젠트가, 0~50℃의 온도 범위에 있어서, 18℃에 0.2의 극댓값(최댓값)을 갖고 있었다. 또, 익사이터의 주파수 1kHz, 25℃에 있어서의 손실 탄젠트는, 0.07이었다.

또, 익사이터의 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률은, 5.1GN/m²였다. 상술과 같이, 익사이터의 두께는, 350μm이다. 따라서, 익사이터의, 두께와, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률의 곱은, 350μm×5.1GN/m²이며, 1.8MN/m이다.

또한, 익사이터의 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의, 익사이터의 주파수 1kHz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률은, 15.4GN/m²였다. 익사이터의 두께는, 350μm이다. 따라서, 익사이터의, 두께와, 주파수 1kHz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률의 곱은, 350μm×15.4GN/m²이며, 5.4MN/m이다.

다른 한편, 진동판(두께 300μm의 PET 필름)의 영률은, 5GPa였다.

진동판의 두께는 300μm이므로, 진동판의 두께와 영률의 곱, 즉, 진동판의 스프링 상수는, 1.5MN/m이다.

따라서, 진동판의 스프링 상수의 3배는, 4.5MN/m이다. 또, 진동판의 스프링 상수의 0.3배는, 0.45MN/m이다.

열접착 시트(도요 켐사제, 리오엘름 TSU41SI-25DL, 두께 25μm) 및 가열 프레스기를 이용하여, 30×20cm의 진동판의 중앙에, 익사이터를 첩착하여, 전기 음향 변환기를 제작했다.

[비교예 1]

두께 50μm의 PET 필름을 준비했다. 이 PET 필름을 30×20cm로 절단하여, 진동판으로 했다.

진동판의 영률을, 실시예 1과 동일하게 측정했다. 그 결과, 진동판의 영률은, 5GPa였다.

진동판의 두께는 50μm이므로, 진동판의 두께와 영률의 곱, 즉, 진동판의 스프링 상수는, 0.25MN/m이다. 따라서, 진동판의 스프링 상수의 3배는, 0.75MN/m이다.

이 진동판을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게, 전기 음향 변환기를 제작했다.

[비교예 2]

열접착 시트 A를, 닛토 신코사제의 FB-ML4(두께 70μm판)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게, 익사이터를 제작했다. 제작한 익사이터의 두께는, 530μm였다.

제작한 익사이터에 대하여, 실시예 1과 동일하게, 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트의 0~50℃에 있어서의 극댓값, 및 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률을 측정했다.

그 결과, 익사이터는, 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가, 0~50℃의 온도 범위에 있어서, 15℃에 0.07의 극댓값(최댓값)을 갖고 있었다.

또, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률은, 4.7GN/m²였다. 상술과 같이, 익사이터의 두께는, 530μm이다. 따라서, 익사이터의 두께와, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률의 곱은, 530μm×4.7GN/m²이며, 2.5MN/m이다.

이 익사이터를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게, 전기 음향 변환기를 제작했다.

[비교예 3]

비교예 2의 익사이터와, 비교예 1의 진동판을 이용하여, 실시예 1과 동일하게 전기 음향 변환기를 제작했다.

[실시예 2]

두께 4000μm의 PET 필름을 준비했다. 이 PET 필름을 30×20cm로 절단하여, 진동판으로 했다.

진동판의 두께는 4000μm이므로, 진동판의 두께와 영률의 곱, 즉, 진동판의 스프링 상수는, 20MN/m이다. 따라서, 진동판의 스프링 상수의 3배는, 60MN/m이다. 또, 진동판의 스프링 상수의 0.3배는, 6MN/m이다.

[평가]

제작한 전기 음향 변환기에 대하여, 이하와 같이 하여, 가요성의 평가를 행했다.

철제의 환봉을 이용하여, 진동판의 중앙부가 곡률 반경 5cm가 되도록 180° 되접어 꺾는 굴곡 시험을, 10000회, 행했다.

10000회의 굴곡 시험을 행해도, 어느 계면으로부터도 박리를 발생시키지 않는 경우를 A;

1000~9999회의 굴곡 시험 동안에, 어느 하나의 계면으로부터 박리를 발생시킨 경우를 B;

999회까지의 굴곡 시험 동안에, 어느 하나의 계면으로부터 박리를 발생시킨 경우를 C;

로 평가했다.

또, 실시예 1과 실시예 2의 전기 음향 변환기에 관해서는, 음압의 측정도 행했다.

음압의 측정은, 전기 음향 변환기에 사인파를 인가하고, 진동판의 중앙으로부터, 진동판의 표면과 직교하는 방향으로 1m 떨어진 장소에 측정 마이크를 배치하여, 행했다.

결과를 하기의 표에 나타낸다.

[표 1]

상기의 표에 나타내는 바와 같이, 익사이터의 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가 0~50℃의 온도 범위 내에 극대를 갖고, 또한, 이 극대가 0.08 이상이며, 또한, 익사이터의 두께와, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 스프링 상수(두께×영률)의 3배 이하인 본 발명의 전기 음향 변환기는, 양호한 가요성을 갖는다.

이에 대하여, 익사이터의 두께와, 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 스프링 상수의 3배를 초과하는 비교예 1, 및 익사이터의 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가 0~50℃의 온도 범위 내에 극대를 갖지만, 이 극대가 0.08 미만인 비교예 2는, 가요성이 뒤떨어진다.

또한, 익사이터의 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가 0~50℃의 온도 범위 내에 극대를 갖지만, 이 극대가 0.08 미만이며, 또한, 익사이터의 두께와 주파수 1Hz, 25℃에 있어서의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 스프링 상수의 3배를 초과하는 비교예 3은, 가요성이 매우 나쁘다.

또, 익사이터의 두께와, 주파수 1kHz, 25℃에서의 익사이터의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 스프링 상수의 0.3배 이상이며, 또한, 익사이터의 주파수 1kHz, 25℃에서의 손실 탄젠트가, 0.08 미만인, 실시예 1은, 높은 음압이 얻어지며, 음향 특성도 우수하다.

한편, 익사이터의 주파수 1kHz, 25℃에서의 손실 탄젠트가, 0.08 미만이지만, 익사이터의 두께와, 주파수 1kHz, 25℃에서의 익사이터의 저장 탄성률의 곱이, 진동판의 스프링 상수의 0.3배 미만인 실시예 4는, 실시예 1에 비교하여, 약간, 음압이 낮다.

다른 실시예 및 비교예로서, 장척의 압전 필름을 되접어 꺾는 것이 아니라, 컷 시트상의 압전 필름을 이용하여, 동일한 전기 음향 변환기를 제작했다.

즉, 제작한 압전 필름으로부터, 5×20cm로 절단한 압전 필름을 5매, 잘라냈다. 이 압전 필름을 5매, 실시예 1 및 실시예 2, 및, 비교예 1~3과 동일하게, 접착제 시트를 끼워 적층, 접착하여, 5매의 압전 필름을 적층한 익사이터를 제작했다.

이 익사이터를 이용한 것 이외에는, 실시예 1 및 실시예 2, 및, 비교예 1~3과 동일하게, 진동판을 첩착하여, 전기 음향 변환기를 제작했다. 제작한 전기 음향 변환기에 대하여, 동일하게 평가를 행했다. 또한, 전극의 인출은, 개개의 압전 필름으로부터, 동일하게 행했다.

그 결과, 어느 전기 음향 변환기로도, 익사이터를 5×100cm의 장척의 압전 필름을 되접어 꺾어 제작한 실시예 1 및 실시예 2, 및, 비교예 1~3과, 대략 동일한 결과가 얻어졌다.

또한, 25×20cm의 압전 필름을 준비하여, 이것도 교대로 표리 반전하고, 4회 반복하여 되접어 꺾음으로써, 5×20cm의 익사이터를 제작했다. 이 경우에서도, 실시예 1 및 실시예 2, 및, 비교예 1~3과, 대략 동일한 결과가 얻어졌다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 효과는, 명확하다.

산업상 이용가능성

가요성을 갖는 스피커로서, 각종 용도에 적합하게 이용 가능하다.

10 전기 음향 변환기
12 진동판
14, 56, 60 익사이터
16, 19 첩착층
18, 18L 압전 필름
18a, 18c 시트상물
18b 적층체
20 압전체층
24 하부(박막) 전극
26 상부(박막) 전극
28 하부 보호층
30 상부 보호층
34 점탄성 매트릭스
36 압전체 입자
40 코로나 전극
42 직류 전원
50 진동판
58 심봉
PS 전원

Claims

진동판의 일방의 주면에, 익사이터를 구비하는 전기 음향 변환기로서,
상기 익사이터의 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트가, 0~50℃의 온도 범위 내에 극댓값을 갖고, 상기 극댓값이 0.08 이상이며, 또한,
상기 익사이터의 두께와, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 상기 진동판의 두께와, 영률의 곱의, 3배 이하인 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환기.
청구항 1에 있어서,
상기 익사이터의 두께와, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 저장 탄성률의 곱이, 상기 진동판의 두께와, 영률의 곱의, 0.3배 이상인, 전기 음향 변환기.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 익사이터의 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서의 주파수 1kHz, 25℃에서의 손실 탄젠트가, 0.08 미만인, 전기 음향 변환기.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 익사이터가, 압전체층과, 상기 압전체층의 양면에 마련된 전극층을 갖는, 압전 필름을 갖는, 전기 음향 변환기.
청구항 4에 있어서,
상기 압전체층이, 고분자 재료를 포함하는 매트릭스 중에, 압전체 입자를 분산시켜 이루어지는 고분자 복합 압전체인, 전기 음향 변환기.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 압전 필름이, 상기 전극층의 표면에 마련된 보호층을 갖는, 전기 음향 변환기.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 필름이, 압전 특성의 면내 이방성을 갖지 않는, 전기 음향 변환기.
청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 익사이터가, 상기 압전 필름을, 복수 층, 적층한 적층체를 갖는, 전기 음향 변환기.
청구항 8에 있어서,
상기 압전 필름이, 두께 방향으로 분극된 것이며, 또한, 상기 적층체에 있어서, 인접하는 상기 압전 필름의 분극 방향이 반대인, 전기 음향 변환기.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 적층체가, 상기 압전 필름을, 1회 이상, 되접어 꺾음으로써, 상기 압전 필름을, 복수 층, 적층한 것인, 전기 음향 변환기.
청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적층체가, 인접하는 상기 압전 필름을 첩착하는 첩착층을 갖는, 전기 음향 변환기.
청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진동판과, 상기 익사이터를 첩착하는 첩착층을 갖는, 전기 음향 변환기.