KR20220084352A - 전기 음향 변환기 - Google Patents

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KR20220084352A
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piezoelectric element
diaphragm
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유스케 가가와
가즈오 히라구치
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

진동판과 압전 소자를 가지며, 압전 소자의 교환이 가능하고, 또한, 흡습에 의한 압전 소자의 열화도 방지할 수 있는 전기 음향 변환기의 제공을 과제로 한다. 진동판과, 진동판의 일방의 주면에 첩착되는, 가스 배리어성을 갖고, 또한, 개봉 및 개봉 후의 폐쇄가 가능한 밀봉 부재와, 밀봉 부재에 밀봉되며, 밀봉 부재 내에 있어서 진동판과 대면하여 첩착되는, 압전체층의 양면에 전극층을 구비하는 압전 필름을 이용하는 압전 소자를 가짐으로써, 과제를 해결한다.

Description

전기 음향 변환기
본 발명은, 압전 소자를 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 증가시키기 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 구성에서는, 가요성을 갖는 스피커에 대한 대응은 곤란하다.
가요성을 갖는 진동판에, 가요성을 갖는 익사이터를 첩착함으로써, 가요성을 갖는 스피커로 하는 것도 생각된다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 가요성을 갖는 유기 일렉트로 루미네선스 디스플레이 등의 가요성을 갖는 디스플레이와, 폴리 불화 바이닐리덴(PVDF: Poly VinyliDene Fluoride) 등의 압전체층(압전막)을 전극으로 협지한 가요성을 갖는 스피커를 일체화하여 이루어지는 플렉시블 디스플레이가 기재되어 있다. 이 가요성을 갖는 스피커는, PVDF를 전극으로 협지한 압전 소자를 익사이터로 하고, 디스플레이를 진동판으로 하여 소리를 출력하는 익사이터형 스피커로 자리매김하는 것이 가능하다.
일본 특허공보 제4960765호
여기에서, 익사이터형 스피커에 있어서는, 익사이터가 고장난 경우에는, 익사이터만을 교환 가능한 것이 바람직하다.
또, 익사이터를 구성하는 압전 소자는, 압전 소자를 구성하는 재료에 따라서는, 내습성이 불충분하여, 흡습으로부터 익사이터를 보호할 필요가 있다.
그러나, 진동판과 압전 소자를 갖는 익사이터형 스피커 등의 전기 음향 변환기에 있어서, 익사이터를 교환 가능하게 하고, 또한, 흡습에 의한 익사이터의 열화를 방지할 수 있는 전기 음향 변환기는, 실현되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것에 있으며, 진동판과 익사이터로서 작용하는 압전 소자를 갖는 전기 음향 변환기로서, 압전 소자의 교환이 가능하고, 또한, 흡습에 의한 압전 소자의 열화도 방지할 수 있는 전기 음향 변환기를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 이하의 구성을 갖는다.
[1]
진동판과,
진동판의 일방의 주면(主面)에 첩착되는, 가스 배리어성을 갖고, 또한, 개봉 및 개봉 후의 폐쇄가 가능한 밀봉 부재와,
밀봉 부재에 밀봉되며, 밀봉 부재 내에 있어서 진동판과 대면하여 첩착되는, 압전체층의 양면에 전극층을 구비하는 압전 필름을 이용하는 압전 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환기.
[2]
밀봉 부재와 압전 소자의 첩착력이, 진동판과 밀봉 부재의 첩착력보다 약하거나, 또는,
밀봉 부재와 압전 소자의 첩착력이, 진동판과 밀봉 부재의 첩착력보다 약해질 수 있는, [1]에 기재된 전기 음향 변환기.
[3]
압전 소자와 밀봉 부재를 첩착하는 첩착제는, 흡습에 의하여 첩착력이 저하되는 것인, [1] 또는 [2]에 기재된 전기 음향 변환기.
[4]
압전 소자는, 압전 필름을, 복수 층, 적층한 것인, [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.
[5]
압전 소자는, 압전 필름을, 1회 이상, 되접어 꺾음으로써, 압전 필름을, 복수 층, 적층한 것인, [4]에 기재된 전기 음향 변환기.
[6]
밀봉 부재는, 개봉 후, 열용착(溶着)에 의하여 폐쇄 가능한 것인, [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.
[7]
압전 필름의 압전체층이, 고분자 재료 중에 압전체 입자를 갖는 고분자 복합 압전체인, [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.
[8]
고분자 재료가, 사이아노에틸기를 갖는, [7]에 기재된 전기 음향 변환기.
[9]
고분자 재료가, 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올인, [8]에 기재된 전기 음향 변환기.
[10]
압전 필름이, 전극층의 표면에 보호층을 갖는, [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 전기 음향 변환기.
이와 같은 본 발명에 의하면, 진동판과 익사이터로서 작용하는 압전 소자를 갖는 전기 음향 변환기이며, 압전 소자의 교환이 가능하고, 또한, 흡습에 의한 압전 소자의 열화도 방지할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 전기 음향 변환기의 일례를 개념적으로 나타내는 도이다.
도 2는, 압전 소자를 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, 전기 음향 변환기의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은, 본 발명의 전기 음향 변환기의 다른 예를 개념적으로 나타내는 도이다.
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.
또, 이하에 나타내는 도면은, 본 발명의 전기 음향 변환기를 설명하기 위한 개념적인 도면으로서, 각 부재의 크기, 두께, 형상, 및, 위치 관계 등은, 실제의 것과는 상이하다.
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, 진동판(12)과, 압전 소자(14)와, 밀봉 부재(16)를 갖는다.
밀봉 부재(16)는, 첩착층(18)에 의하여 진동판(12)에 첩착된다. 압전 소자(14)는, 밀봉 부재(16)에 의하여 밀봉되어 있다. 압전 소자(14)는, 밀봉 부재(16) 내에 있어서, 첩착층(20)에 의하여, 진동판(12)과 대면하는 위치에 첩착된다.
이후에 상세하게 설명하겠지만, 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 압전 소자(14)는, 상술한, 진동판(12)을 진동시키는 익사이터로서 작용하는 것이다.
즉, 전기 음향 변환기(10)는, 압전 소자(14)(후술하는 압전 필름(24))에 구동 전압을 인가함으로써, 압전 소자(14)가 면방향으로 신축한다. 이 압전 소자(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 발생시킨다. 즉, 진동판(12)은, 압전 소자(14)에 인가한 전압(구동 전압)의 크기에 따라 진동하여, 압전 소자(14)에 인가한 구동 전압에 따른 소리를 발생시킨다.
본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 진동판(12)에는, 제한은 없고, 이른바 익사이터에 의하여 진동함으로써 음성을 출력하는, 익사이터형 스피커에 이용 가능한 각종 시트상물(판상물, 필름)이 이용 가능하다.
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, 및, 파상(波狀)으로 한 판지(板紙)의 편면 또는 양면에 다른 판지를 첩부하여 이루어지는 각종 골판지재 등이 예시된다.
또, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에서는, 진동판(12)으로서, 유기 일렉트로 루미네선스(OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이, 액정 디스플레이, 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 디스플레이, 및, 무기 일렉트로 루미네선스 디스플레이 등의 표시 디바이스 등도 적합하게 이용 가능하다.
진동판(12)은, 가요성을 가져도 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 가요성을 갖는다란, 일반적인 해석에 있어서의 가요성을 갖는다와 동일한 의미이며, 굽히는 것, 및, 휘게 하는 것이 가능한 것을 나타내고, 구체적으로는, 파괴 및 손상을 발생시키지 않아, 굽히고 펴는 것을 할 수 있는 것을 나타낸다.
압전 소자(14)는, 압전체층(26)의 일방의 면에 제1 전극층(28)을 갖고, 타방의 면에 제2 전극층(30)을 갖는, 압전 필름(24)을 이용하는 것이다.
도시예의 압전 소자(14)는, 압전 필름(24)을, 4회, 되접어 꺾음으로써, 5층의 압전 필름(24)을 적층한 것이다. 또, 적층되어 인접하는 압전 필름(24)끼리는, 첩착층(27)에 의하여 첩착되어 있다.
또한, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 압전 소자(14)는, 압전 필름(24)을 5층 적층한 것에 제한은 되지 않는다. 즉, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 압전 소자(14)는, 압전 필름(24)을 3회 이하, 되접어 꺾은 4층 이하의 압전 필름(24)을 적층한 것이어도 되고, 혹은, 압전 필름(24)을 5회 이상, 되접어 꺾은, 6층 이상의 압전 필름(24)을 적층한 것이어도 된다.
후술하겠지만, 이와 같이, 복수의 압전 필름(24)을 적층함으로써, 1매의 압전 필름을 이용한 경우에 비하여, 큰 힘으로 진동판을 휘게 하는 것이 가능해진다. 또, 1매의 압전 필름(24)을 되접어 꺾어 적층함으로써, 전극의 인출을 1개소로 할 수 있어, 전기 음향 변환기(10)의 구성을 간이화할 수 있다.
도 2에, 압전 필름(24)의 일례를 단면(斷面)도로 개념적으로 나타낸다. 도 2 등에 있어서는, 도면을 간략화하여 구성을 명확하게 나타내기 위하여, 해칭은 생략한다.
또한, 이하의 설명에서는, 특별히 설명이 없는 경우에는, "단면"이란, 압전 필름의 두께 방향의 단면을 나타낸다. 압전 필름의 두께 방향이란, 각층(各層)의 적층 방향이다.
도 2에 나타내는 압전 필름(24)은, 압전체층(26)과, 압전체층(26)의 일방의 면에 적층되는 제1 전극층(28)과, 제1 전극층(28)에 적층되는 제1 보호층(32)과, 압전체층(26)의 타방의 면에 적층되는 제2 전극층(30)과, 제2 전극층(30)에 적층되는 제2 보호층(34)을 갖는다.
또한, 도면을 간략화하여 구성을 명확하게 나타내기 위하여, 도 1에 있어서는, 압전 필름(24)의 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)은, 생략되어 있다.
압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)은, 공지의 압전체층이, 각종, 이용 가능하다.
압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)은, 도 2에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 고분자 재료를 포함하는 고분자 매트릭스(38) 중에, 압전체 입자(40)를 포함하는, 고분자 복합 압전체인 것이 바람직하다.
여기에서, 고분자 복합 압전체(압전체층(26))는, 다음의 용건을 구비한 것인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 상온이란, 0~50℃이다.
(i) 가요성
예를 들면, 휴대용으로서 신문 및 잡지 등과 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, 고분자 매트릭스와 압전체 입자의 계면에서 균열이 발생하여, 결국에는 파괴로 이어질 우려가 있다. 따라서, 고분자 복합 압전체에는 적절한 부드러움이 요구된다. 또, 왜곡 에너지를 열로서 외부로 확산시킬 수 있으면 응력을 완화할 수 있다. 따라서, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트가 적절히 클 것이 요구된다.
(ii) 음질
스피커는, 20Hz~20kHz의 오디오 대역의 주파수에서 압전체 입자를 진동시키고, 그 진동 에너지에 의하여 진동판(고분자 복합 압전체) 전체가 일체가 되어 진동함으로써 소리가 재생된다. 따라서, 진동 에너지의 전달 효율을 높이기 위하여 고분자 복합 압전체에는 적절한 경도가 요구된다. 또, 스피커의 주파수 특성이 평활하면, 곡률의 변화에 따라 최저 공진 주파수 f0이 변화했을 때의 음질의 변화량도 작아진다. 따라서, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트가 적절히 클 것이 요구된다.
스피커용 진동판의 최저 공진 주파수 f0은, 하기 식에서 부여되는 것은 주지(周知)이다. 여기에서, s는 진동계의 스티프니스, m은 질량이다.
[수학식 1]
Figure pct00001
이때, 압전 필름의 만곡 정도 즉 만곡부의 곡률 반경이 커질수록 기계적인 스티프니스 s가 낮아지기 때문에, 최저 공진 주파수 f0은 작아진다. 즉, 압전 필름의 곡률 반경에 의하여 스피커의 음질(음량, 주파수 특성)이 바뀌게 된다.
이상을 정리하면, 고분자 복합 압전체는, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 진동에 대해서는 부드럽게 거동할 것이 요구된다. 또, 고분자 복합 압전체의 손실 탄젠트는, 20kHz 이하의 모든 주파수의 진동에 대하여, 적절히 클 것이 요구된다.
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(26))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 발현되는 등의 점에서, 주파수 1Hz에서의 유리 전이점 Tg가 상온에 있는 고분자 재료를, 고분자 복합 압전체의 매트릭스에 이용하는 것이 바람직하다.
고분자 매트릭스(38)가 되는 고분자 재료는, 상온에 있어서, 동적 점탄성 시험에 의한 주파수 1Hz에 있어서의 손실 탄젠트 Tanδ의 극댓값이, 0.5 이상인 것이 바람직하다.
이로써, 고분자 복합 압전체가 외력에 의하여 천천히 굽혀졌을 때에, 최대 굽힘 모멘트부에 있어서의 고분자 매트릭스/압전체 입자 계면의 응력 집중이 완화되어, 높은 가요성을 기대할 수 있다.
또, 고분자 매트릭스(38)가 되는 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 굽혀졌을 때에 발생하는 굽힘 모멘트를 저감시킬 수 있음과 동시에, 20Hz~20kHz의 음향 진동에 대해서는 단단하게 거동할 수 있다.
또, 고분자 매트릭스(38)가 되는 고분자 재료는, 비유전율이 25℃에 있어서 10 이상이면, 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 고분자 재료로서는, 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올(사이아노에틸화 PVA), 폴리아세트산 바이닐, 폴리바이닐리덴 클로라이드 코아크릴로나이트릴, 폴리스타이렌-바이닐폴리아이소프렌 블록 공중합체, 폴리바이닐메틸케톤, 및, 폴리뷰틸메타크릴레이트 등이 적합하게 예시된다.
또, 이들 고분자 재료로서는, 하이브라 5127(구라레사제) 등의 시판품도, 적합하게 이용 가능하다.
고분자 매트릭스(38)를 구성하는 고분자 재료로서는, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 사이아노에틸화 PVA를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)은, 고분자 매트릭스(38)로서, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 사이아노에틸화 PVA를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
이하의 설명에서는, 사이아노에틸화 PVA를 대표로 하는 상술한 고분자 재료를, 통틀어 "상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료"라고도 한다.
또한, 이들 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료는, 1종만을 이용해도 되고, 복수 종을 병용(혼합)하여 이용해도 된다.
압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)의 고분자 매트릭스(38)에는, 필요에 따라, 복수의 고분자 재료를 병용해도 된다.
즉, 고분자 복합 압전체를 구성하는 고분자 매트릭스(38)에는, 유전 특성 및 기계적 특성 등의 조절 등을 목적으로 하여, 상술한 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 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 고무 및 클로로프렌 고무 등의 합성 고무 등이 예시된다.
그중에서도, 사이아노에틸기를 갖는 고분자 재료는, 적합하게 이용된다.
또, 압전체층(26)의 고분자 매트릭스(38)에 있어서, 이들 유전성 고분자 재료는, 1종에 제한은 되지 않고, 복수 종을 첨가해도 된다.
또, 유전성 고분자 재료 이외에도, 고분자 매트릭스(38)의 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, 알키드 수지 및 마이카 등의 열경화성 수지 등을 첨가해도 된다.
또한, 점착성을 향상시킬 목적으로, 로진에스터, 로진, 터펜, 터펜페놀, 및, 석유 수지 등의 점착 부여제를 첨가해도 된다.
압전체층(26)의 고분자 매트릭스(38)에 있어서, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료 이외의 고분자 재료를 첨가할 때의 첨가량에는 제한은 없지만, 고분자 매트릭스(38)에서 차지하는 비율로 30질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이로써, 고분자 매트릭스(38)에 있어서의 점탄성 완화 기구를 저해하지 않고, 첨가하는 고분자 재료의 특성을 발현할 수 있기 때문에, 고유전율화, 내열성의 향상, 압전체 입자(40) 및 전극층과의 밀착성 향상 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
압전체층(26)이 되는 고분자 복합 압전체는, 이와 같은 고분자 매트릭스에, 압전체 입자(40)를 포함하는 것이다. 압전체 입자(40)는, 고분자 매트릭스에 분산되어 있고, 바람직하게는, 균일(대략 균일)하게 분산된다.
압전체 입자(40)는, 바람직하게는, 페로브스카이트형 또는 우르자이트(wurtzite)형의 결정 구조를 갖는 세라믹스 입자로 이루어지는 것이다.
압전체 입자(40)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.
압전체 입자(40)의 입경은, 압전 필름(24)의 사이즈 및 용도 등에 따라, 적절히, 선택하면 된다. 압전체 입자(40)의 입경은, 1~10μm가 바람직하다.
압전체 입자(40)의 입경을 상기 범위로 함으로써, 높은 압전 특성과 플렉시빌리티를 양립할 수 있는 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26) 중에 있어서의 고분자 매트릭스(38)와 압전체 입자(40)의 양비는, 압전 필름(24)의 면방향의 크기 및 두께, 압전 필름(24)의 용도, 압전 필름(24)에 요구되는 특성 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
압전체층(26) 중에 있어서의 압전체 입자(40)의 체적분율은, 30~80%가 바람직하고, 50~80%가 보다 바람직하다.
고분자 매트릭스(38)와 압전체 입자(40)의 양비를 상기 범위로 함으로써, 높은 압전 특성과 플렉시빌리티를 양립할 수 있는 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
또, 압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)의 두께에는 제한은 없고, 압전 필름(24)의 사이즈, 압전 필름(24)의 용도, 압전 필름(24)에 요구되는 특성 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
압전체층(26)의 두께는, 8~300μm가 바람직하고, 8~200μm가 보다 바람직하며, 10~150μm가 더 바람직하고, 15~100μm가 특히 바람직하다.
압전체층(26)의 두께를, 상기 범위로 함으로써, 강성의 확보와 적절한 유연성의 양립 등의 점에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
압전체층(26)은, 두께 방향으로 분극 처리(폴링)되어 있는 것이 바람직하다. 분극 처리에 관해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
또한, 압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)은, 상술한 바와 같은, 사이아노에틸화 PVA와 같은 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료로 이루어지는 고분자 매트릭스(38)에, 압전체 입자(40)를 포함하는 고분자 복합 압전체에 제한은 되지 않는다.
즉, 압전 필름(24)에 있어서, 압전체층은, 공지의 압전체층이, 각종, 이용 가능하다.
일례로서, 상술한 폴리 불화 바이닐리덴, 불화 바이닐리덴-테트라플루오로에틸렌 공중합체 및 불화 바이닐리덴-트라이플루오로에틸렌 공중합체 등의 유전성 고분자 재료를 포함하는 매트릭스에 동일한 압전체 입자(40)를 포함하는 고분자 복합 압전체, 폴리 불화 바이닐리덴으로 이루어지는 압전체층, 폴리 불화 바이닐리덴 이외의 불소 수지로 이루어지는 압전체층, 및, 폴리 L 락트산으로 이루어지는 필름과 폴리 D 락트산으로 이루어지는 필름을 적층한 압전체층 등도 이용 가능하다.
그러나, 상술한 바와 같이, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 느린 진동에 대해서는 부드럽게 거동할 수 있어, 우수한 음향 특성이 얻어지거나, 가요성이 우수하다는 등의 점에서, 상술한 사이아노에틸화 PVA와 같은 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료로 이루어지는 고분자 매트릭스(38)에, 압전체 입자(40)를 포함하는 고분자 복합 압전체가, 적합하게 이용된다.
도 2에 나타내는 압전 필름(24)은, 이와 같은 압전체층(26)의 한 면에, 제2 전극층(30)을 갖고, 제2 전극층(30)의 표면에 제2 보호층(34)을 가지며, 압전체층(26)의 타방의 면에, 제1 전극층(28)을 갖고, 제1 전극층(28)의 표면에 제1 보호층(32)을 가져 이루어지는 구성을 갖는다. 압전 필름(24)에서는, 제1 전극층(28)과 제2 전극층(30)이 전극쌍을 형성한다.
바꾸어 말하면, 압전 필름(24)을 구성하는 적층 필름은, 압전체층(26)의 양면을 전극쌍, 즉, 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)으로 협지하고, 또한, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)으로 협지하여 이루어지는 구성을 갖는다.
이와 같이, 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)으로 협지된 영역은, 인가된 전압에 따라 구동된다.
또한, 본 발명에 있어서, 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30) 등에 있어서의 제1 및 제2란, 압전 필름(24)을 설명하기 위하여, 편의적으로 붙이고 있는 것이다.
따라서, 압전 필름(24)에 있어서의 제1 및 제2에는, 기술적인 의미는 없으며, 또, 실제의 사용 상태와는 무관하다.
압전 필름(24)은, 이들 층에 더하여, 예를 들면, 전극층과 압전체층(26)을 첩착하기 위한 첩착층, 및/또는, 전극층과 보호층을 첩착하기 위한 첩착층을 가져도 된다.
첩착제는, 접착제여도 되고 점착제여도 된다. 또, 첩착제는, 압전체층(26)으로부터 압전체 입자(40)를 제거한 고분자 재료 즉 고분자 매트릭스(38)와 동일한 재료도, 적합하게 이용 가능하다. 또한, 첩착층은, 제1 전극층(28) 측 및 제2 전극층(30) 측의 양방에 가져도 되고, 제1 전극층(28) 측 및 제2 전극층(30) 측의 일방에만 가져도 된다.
압전 필름(24)에 있어서, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)은, 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)을 피복함과 함께, 압전체층(26)에 적절한 강성과 기계적 강도를 부여하는 역할을 담당하고 있다. 즉, 압전 필름(24)에 있어서, 고분자 매트릭스(38)와 압전체 입자(40)를 포함하는 압전체층(26)은, 느린 굽힘 변형에 대해서는, 매우 우수한 가요성을 나타내는 한편, 용도에 따라서는, 강성 및 기계적 강도 등이 부족한 경우가 있다. 압전 필름(24)은, 그것을 보완하기 위하여 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)이 마련된다.
제1 보호층(32)과 제2 보호층(34)은, 배치 위치가 상이할 뿐이며, 구성은 동일하다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 양(兩)부재를 통틀어, 보호층이라고도 한다.
보호층에는, 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), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트라이아세틸셀룰로스(TAC), 및, 환상 올레핀계 수지 등으로 이루어지는 수지 필름이 적합하게 이용된다.
보호층의 두께에도, 제한은 없다. 또, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)의 두께는, 기본적으로 동일하지만, 상이해도 된다.
보호층의 강성이 과도하게 높으면, 압전체층(26)의 신축을 구속할 뿐만 아니라, 가요성도 저해된다. 그 때문에, 기계적 강도 및 시트상물로서의 양호한 핸들링성 등이 요구되는 경우를 제외하면, 보호층은, 얇을수록 유리하다.
제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)의 두께가, 각각, 압전체층(26)의 두께의 2배 이하이면, 강성의 확보와 적절한 유연성의 양립 등의 점에서 바람직한 결과가 얻어진다.
예를 들면, 압전체층(26)의 두께가 50μm이며 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)이 PET로 이루어지는 경우, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)의 두께는 각각, 100μm 이하가 바람직하고, 50μm 이하가 보다 바람직하며, 25μm 이하가 더 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)은, 바람직한 양태로서 마련되는 것이며, 필수의 구성 요건은 아니다. 즉, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 압전 필름은, 제1 보호층(32)만을 갖는 것이어도 되고, 제2 보호층(34)만을 갖는 것이어도 되며, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)을 갖지 않는 것이어도 된다.
그러나, 압전 필름(24)의 강도, 핸들링성 및 전극층의 보호 등을 고려하면, 압전 필름은, 도시예와 같이 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)의 양방을 갖는 것이 바람직하다.
압전 필름(24)에 있어서, 압전체층(26)과 제1 보호층(32)의 사이에는 제1 전극층(28)이, 압전체층(26)과 제2 보호층(34)의 사이에는 제2 전극층(30)이, 각각 형성된다. 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)은, 압전 필름(24)(압전체층(26))에 전계를 인가하기 위하여 마련된다.
제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)은, 위치가 상이한 것 이외에는, 기본적으로 동일한 것이다. 따라서, 이하의 설명에 있어서는, 제1 전극층(28)과 제2 전극층(30)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 양부재를 통틀어, 전극층이라고도 한다.
압전 필름에 있어서, 전극층의 형성 재료에는 제한은 없고, 각종 도전체가 이용 가능하다. 구체적으로는, 탄소, 팔라듐, 철, 주석, 알루미늄, 니켈, 백금, 금, 은, 구리, 크로뮴, 몰리브데넘, 이들의 합금, 산화 인듐 주석, 및, PEDOT/PPS(폴리에틸렌다이옥시싸이오펜-폴리스타이렌설폰산) 등의 도전성 고분자 등이 예시된다.
그중에서도, 구리, 알루미늄, 금, 은, 백금, 및, 산화 인듐 주석은, 적합하게 예시된다. 그중에서도, 도전성, 비용 및 가요성 등의 관점에서 구리가 바람직하다.
또, 전극층의 형성 방법에도 제한은 없고, 진공 증착 및 스퍼터링 등의 기상(氣相) 퇴적법(진공 성막법), 도금에 의한 성막, 상기 재료로 형성된 박(箔)을 첩착하는 방법, 및, 도포에 의한 방법 등, 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.
그중에서도 특히, 압전 필름(24)의 가요성을 확보할 수 있는 등의 이유에서, 진공 증착에 의하여 성막된 구리 및 알루미늄 등의 박막은, 전극층으로서, 적합하게 이용된다. 그중에서도 특히, 진공 증착에 의한 구리의 박막은, 적합하게 이용된다.
제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)의 두께에는, 제한은 없다. 또, 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)의 두께는, 기본적으로 동일하지만, 상이해도 된다.
여기에서, 상술한 보호층과 동일하게, 보호층의 강성이 과도하게 높으면, 압전체층(26)의 신축을 구속할 뿐만 아니라, 가요성도 저해된다. 그 때문에, 전극층은, 전기 저항이 과도하게 높아지지 않는 범위이면, 얇을수록 유리하다.
압전 필름(24)에서는, 전극층의 두께와 영률의 곱이, 보호층의 두께와 영률의 곱을 하회하면, 가요성을 크게 저해하는 경우가 없기 때문에, 적합하다.
예를 들면, 보호층이 PET(영률: 약 6.2GPa)이고, 전극층이 구리(영률: 약 130GPa)로 이루어지는 조합의 경우, 보호층의 두께가 25μm라고 하면, 전극층의 두께는, 1.2μm 이하가 바람직하고, 0.3μm 이하가 보다 바람직하며, 0.1μm 이하가 더 바람직하다.
압전 필름(24)은, 압전체층(26)을 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)으로 협지하고, 또한, 이 적층체를 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)으로 협지한 구성을 갖는다.
이와 같은 압전 필름(24)은, 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 손실 탄젠트(Tanδ)가 0.1 이상이 되는 극댓값이 상온에 존재하는 것이 바람직하다.
이로써, 압전 필름(24)이 외부로부터 수 Hz 이하의 비교적 느린, 큰 굽힘 변형을 받았다고 해도, 왜곡 에너지를 효과적으로 열로서 외부로 확산시킬 수 있기 때문에, 고분자 매트릭스와 압전체 입자의 계면에서 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
압전 필름(24)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(24)이 저장 탄성률(E')에 큰 주파수 분산을 가질 수 있다. 즉, 20Hz~20kHz의 진동에 대해서는 단단하고, 수 Hz 이하의 진동에 대해서는 부드럽게 거동할 수 있다.
또, 압전 필름(24)은, 두께와 동적 점탄성 측정에 의한 주파수 1Hz에서의 저장 탄성률(E')의 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(24)이 가요성 및 음향 특성을 저해하지 않는 범위에서, 적절한 강성과 기계적 강도를 구비할 수 있다.
또한, 압전 필름(24)은, 동적 점탄성 측정으로부터 얻어진 마스터 커브에 있어서, 25℃, 주파수 1kHz에 있어서의 손실 탄젠트(Tanδ)가, 0.05 이상인 것이 바람직하다.
이하, 도 3~도 5를 참조하여, 압전 필름(24)의 제조 방법의 일례를 설명한다.
먼저, 도 3에 개념적으로 나타내는, 제2 보호층(34)의 표면에 제2 전극층(30)이 형성된 적층체(42b)를 준비한다. 또한, 도 5에 개념적으로 나타내는, 제1 보호층(32)의 표면에 제1 전극층(28)이 형성된 적층체(42a)를 준비한다.
적층체(42b)는, 제2 보호층(34)의 표면에, 진공 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 제2 전극층(30)으로서 구리 박막 등을 형성하여, 제작하면 된다. 동일하게, 적층체(42a)는, 제1 보호층(32)의 표면에, 진공 증착, 스퍼터링, 도금 등에 의하여 제1 전극층(28)으로서 구리 박막 등을 형성하여, 제작하면 된다.
혹은, 보호층 위에 구리 박막 등이 형성된 시판품의 시트상물을, 적층체(42b) 및/또는 적층체(42a)로서 이용해도 된다.
적층체(42b) 및 적층체(42a)는, 동일한 것이어도 되고, 상이한 것이어도 된다.
또한, 보호층이 매우 얇아, 핸들링성이 나쁠 때 등은, 필요에 따라, 세퍼레이터(가지지체)가 부착된 보호층을 이용해도 된다. 또한, 세퍼레이터로서는, 두께 25~100μm의 PET 등을 이용할 수 있다. 세퍼레이터는, 전극층 및 보호층의 열압착 후, 제거하면 된다.
이어서, 도 4에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 적층체(42b)의 제2 전극층(30) 상에, 압전체층(26)을 형성하여, 적층체(42b)와 압전체층(26)을 적층한 압전 적층체(46)를 제작한다.
압전체층(26)은, 압전체층(26)에 따른 공지의 방법으로 형성하면 된다.
예를 들면, 도 2에 나타내는, 고분자 매트릭스(38)에 압전체 입자(40)를 분산시켜 이루어지는 압전체층(고분자 복합 압전체층)이면, 일례로서, 이하와 같이 제작한다.
먼저, 유기 용매에, 상술한 사이아노에틸화 PVA 등의 고분자 재료를 용해하고, 또한, PZT 입자 등의 압전체 입자(40)를 첨가하며, 교반하여 도료를 조제한다. 유기 용매에는 제한은 없고, 다이메틸폼아마이드(DMF), 메틸에틸케톤, 및, 사이클로헥산온 등의 각종 유기 용매가 이용 가능하다.
적층체(42b)를 준비하고, 또한, 도료를 조제하면, 이 도료를 적층체(42b)에 캐스팅(도포)하여, 유기 용매를 증발시켜 건조한다. 이로써, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제2 보호층(34) 위에 제2 전극층(30)을 갖고, 제2 전극층(30) 위에 압전체층(26)을 적층하여 이루어지는 압전 적층체(46)를 제작한다.
도료의 캐스팅 방법에는 제한은 없고, 바 코터, 슬라이드 코터, 및, 닥터 나이프 등의 공지의 방법(도포 장치)이, 모두, 이용 가능하다.
혹은 고분자 재료가 가열 용융 가능한 것이면, 고분자 재료를 가열 용융하고, 이것에 압전체 입자(40)를 첨가하여 이루어지는 용융물을 제작하며, 압출 성형 등에 의하여, 도 3에 나타내는 적층체(42b) 위에 시트상으로 압출하여, 냉각함으로써, 도 5에 나타내는 바와 같은, 압전 적층체(46)를 제작해도 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 압전 필름(24)에 있어서, 고분자 매트릭스(38)에는, 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료 이외에도, PVDF 등의 고분자 압전 재료를 첨가해도 된다.
고분자 매트릭스(38)에, 이들 고분자 압전 재료를 첨가할 때에는, 상기 도료에 첨가하는 고분자 압전 재료를 용해하면 된다. 혹은, 가열 용융한 상온에서 점탄성을 갖는 고분자 재료에, 첨가하는 고분자 압전 재료를 첨가하여 가열 용융하면 된다.
압전체층(26)을 형성하면, 필요에 따라, 캘린더 처리를 행해도 된다. 캘린더 처리는, 1회여도 되고, 복수 회, 행해도 된다.
주지와 같이, 캘린더 처리란, 가열 프레스 및 가열 롤러 등에 의하여, 피처리면을 가열하면서 압압하여, 평탄화 등을 실시하는 처리이다.
또, 제2 보호층(34) 위에 제2 전극층(30)을 갖고, 제2 전극층(30) 위에 압전체층(26)을 형성하여 이루어지는 압전 적층체(46)의 압전체층(26)에, 분극 처리(폴링)를 행한다.
압전체층(26)의 분극 처리의 방법에는 제한은 없고, 공지의 방법이 이용 가능하다. 예를 들면, 분극 처리를 행하는 대상에, 직접, 직류 전계를 인가하는, 전계 폴링이 예시된다. 또한, 전계 폴링을 행하는 경우에는, 분극 처리 전에, 제1 전극층(28)을 형성하고, 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)을 이용하여, 전계 폴링 처리를 행해도 된다.
또, 압전 필름(24)을 제조할 때에는, 분극 처리는, 압전체층(26)의 면방향이 아닌, 두께 방향으로 분극을 행한다.
이어서, 도 5에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 압전 적층체(46)의 압전체층(26) 측에, 먼저 준비한 적층체(42a)를, 제1 전극층(28)을 압전체층(26)을 향하게 하여 적층한다.
또한, 이 적층체를, 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)을 협지하도록 하여, 가열 프레스 장치 및 가열 롤러 등을 이용하여 열압착하여, 압전 적층체(46)와 적층체(42a)를 첩합한다.
이로써, 압전체층(26), 압전체층(26)의 양면에 마련되는 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30), 및, 전극층의 표면에 형성되는 제1 보호층(32) 및 제2 보호층(34)으로 이루어지는 압전 필름(24)을 제작한다.
이와 같은 제작 공정을 행하여 제작되는 압전 필름(24)은, 면방향이 아닌 두께 방향으로 분극되어 있고, 또한, 분극 처리 후에 연신 처리를 하지 않아도 큰 압전 특성이 얻어진다. 그 때문에, 압전 필름(24)은, 압전 특성에 면내 이방성이 없어, 구동 전압을 인가하면, 면방향에서는 전체 방향으로 등방적으로 신축한다.
상술한 바와 같이, 도시예의 압전 소자(14)는, 압전 필름(24)을, 4회, 되접어 꺾음으로써, 5층의 압전 필름을 적층한 것이다. 또, 적층되어 인접하는 압전 필름(24)끼리는, 바람직한 양태로서, 첩착층(27)에 의하여 첩착되어 있다.
본 발명에 있어서, 첩착층(27)은, 인접하는 압전 필름(24)을 첩착 가능하면, 공지의 첩착제(첩착재(材))가, 각종, 이용 가능하다.
따라서, 첩착층(27)은, 접착제로 이루어지는 층이어도 되고, 점착제로 이루어지는 층이어도 되며, 접착제와 점착제의 양방의 특징을 가진 재료로 이루어지는 층이어도 된다. 접착제(접착재)란, 첩합할 때에는 유동성을 갖고, 그 후, 고체가 되는 첩착제이다. 한편, 점착제(점착재)란, 첩합할 때에 젤상(고무상)의 부드러운 고체이며, 그 후에도 젤상의 상태가 변화하지 않는 첩착제이다.
또, 첩착층(27)은, 액체 등의 유동성을 갖는 첩착제를 도포하여 형성하는 것이어도 되고, 시트상의 첩착제를 이용하여 형성하는 것이어도 된다.
여기에서, 압전 소자(14)는, 익사이터이고, 적층한 복수 매의 압전 필름(24)을 신축시킴으로써 압전 소자(14)를 신축시켜, 예를 들면, 후술하는 바와 같이 진동판(12)을 진동시켜, 소리를 발생시킨다. 따라서, 압전 소자(14)에서는, 각 압전 필름(24)의 신축이, 직접적으로 전달되는 것이 바람직하다. 압전 필름(24)의 사이에, 진동을 완화하는 것 같은 점성을 갖는 물질이 존재하면, 압전 필름(24)의 신축의 에너지의 전달 효율이 낮아져 버려, 압전 소자(14)의 구동 효율이 저하되어 버린다.
이 점을 고려하면, 첩착층(27)은, 점착제로 이루어지는 점착제층보다, 고체이고 단단한 첩착층(27)이 얻어지는, 접착제로 이루어지는 접착제층인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 첩착층(27)으로서는, 구체적으로는, 폴리에스터계 접착제 및 스타이렌·뷰타다이엔 고무(SBR)계 접착제 등의 열가소 타입의 접착제로 이루어지는 첩착층이 적합하게 예시된다.
접착은, 점착과는 상이하게, 높은 접착 온도를 요구할 때에 유용하다. 또, 열가소 타입의 접착제는 "비교적 저온, 단시간, 및, 강접착"을 겸비하고 있어, 적합하다.
압전 소자(14)에 있어서, 첩착층(27)의 두께에는 제한은 없고, 첩착층(27)의 형성 재료에 따라, 충분한 첩착력을 발현할 수 있는 두께를, 적절히, 설정하면 된다.
여기에서, 압전 소자(14)는, 첩착층(27)이 얇은 편이, 압전체층(26)의 신축 에너지(진동 에너지)의 전달 효과를 높게 하여, 에너지 효율을 높게 할 수 있다. 또, 첩착층(27)이 두껍고 강성이 높으면, 압전 필름(24)의 신축을 구속할 가능성도 있다.
이 점을 고려하면, 첩착층(27)은, 압전체층(26)보다 얇은 것이 바람직하다. 즉, 압전 소자(14)에 있어서, 첩착층(27)은, 단단하고, 얇은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 첩착층(27)의 두께는, 첩착 후의 두께로 0.1~50μm가 바람직하고, 0.1~30μm가 보다 바람직하며, 0.1~10μm가 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)를 구성하는 압전 소자(14)에 있어서, 첩착층(27)은, 바람직한 양태로서 마련되는 것이며, 필수의 구성 요소는 아니다.
따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)를 구성하는 압전 소자가, 압전 필름(24)을 적층한 것인 경우에는, 첩착층(27)을 갖지 않아, 공지의 압착 수단, 체결 수단, 및, 고정 수단 등을 이용하여, 압전 소자를 구성하는 압전 필름(24)을 적층하고, 밀착시켜, 압전 소자를 구성해도 된다. 예를 들면, 압전 필름(24)이 직사각형인 경우에는, 네 모서리를 볼트 너트와 같은 부재로 체결하여 압전 소자를 구성해도 되고, 또는, 네 모서리와 중심부를 볼트 너트와 같은 부재로 체결하여 압전 소자를 구성해도 된다. 혹은, 압전 필름(24)을 적층한 후, 주변부(단면(端面))에 점착 테이프를 첩착함으로써, 적층한 압전 필름(24)을 고정하여, 압전 소자를 구성해도 된다.
그러나, 이 경우에는, 전원으로부터 구동 전압을 인가했을 때에, 개개의 압전 필름(24)이 독립적으로 신축해 버려, 경우에 따라서는, 각 압전 필름(24) 각층이 반대 방향으로 휘어 공극이 발생해 버린다. 이와 같이, 개개의 압전 필름(24)이 독립적으로 신축한 경우에는, 압전 소자로서의 구동 효율이 저하되어 버려, 압전 소자 전체로서의 신축이 작아져, 맞닿은 진동판 등을 충분히 진동시킬 수 없게 되어 버릴 가능성이 있다. 특히, 각 압전 필름(24) 각층이 반대 방향으로 휘어 공극이 발생해 버린 경우에는, 압전 소자로서의 구동 효율의 저하는 크다.
이 점을 고려하면, 본 발명의 전기 음향 변환기를 구성하는 압전 소자를, 복수의 압전 필름(24)을 적층하여 구성하는 경우에는, 도시예의 압전 소자(14)와 같이, 인접하는 압전 필름(24)끼리를 첩착하는 첩착층(27)을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 압전 소자는, 압전 필름(24)을 되접어 꺾음으로써, 복수 층의 압전 필름(24)을 적층한 것에 제한은 되지 않는다.
예를 들면, 압전 소자는, 컷시트상의 압전 필름(24)을, 복수 매, 적층하여, 바람직하게는 인접하는 압전 필름끼리를 첩착층(27)으로 첩착한 것이어도 된다. 이때에 있어서, 적층수에 제한은 없는 것은, 되접어 꺾음에 의하여 압전 필름(24)을 적층한 압전 소자(14)와 동일하다. 또, 컷시트상의 압전 필름(24)을, 복수 매, 적층하여, 압전 소자로 하는 경우에는, 예를 들면, 보호층을 갖는 압전 필름(24)과, 보호층을 갖지 않는 압전 필름을 적층하는 구성 등, 상이한 압전 필름을 적층하여, 압전 소자를 구성해도 된다.
또는, 압전 소자는, 진동판(12)의 진동에 충분한 신축력이 얻어지는 것이면, 1매의 압전 필름(24)으로 구성되는 것이어도 된다.
도 1에 나타내는 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 압전 소자(14)는, 압전 필름(24)을 되접어 꺾음으로써, 압전 필름을 복수 층, 적층하고 있다. 이와 같은 압전 소자(14)에서는, 인접하는 압전 필름에 있어서 대면하는 전극층은, 동일 극성이 되므로, 전극층끼리가 접촉해도, 쇼트는 일어나지 않는다. 또, 도 2에 나타내는 압전 필름(24)은, 보호층을 가지므로, 기본적으로, 인접하는 압전 필름의 전극층끼리가 직접, 접촉하는 경우는 없다.
또, 컷시트상의 압전 필름(24)을 적층할 때에, 극성이 상이한 전극층이 대면해도, 도 2에 나타내는 압전 필름(24)은, 보호층을 가지므로, 보호층이 절연층으로서 작용하여, 전극층끼리의 접촉 즉 쇼트를 방지할 수 있다.
또, 압전 필름이 보호층을 갖지 않는 경우에는, 적층되는 압전 필름의 사이에 절연층이 마련되는 방법, 및, 첩착층(27)과 절연성의 재료로 형성하는 방법 등, 각종 방법으로 인접하는 압전 필름 간의 절연을 도모하면 된다.
압전 소자(14)의 압전 필름(24)에는, 전원 장치 등의 외부의 장치와 전기적으로 접속하기 위한 제1 인출 배선(24a) 및 제2 인출 배선(24b)이 접속된다. 제1 인출 배선(24a)은, 제1 전극층(28)으로부터 전기적으로 인출되는 배선이며, 제2 인출 배선(24b)은, 제2 전극층(30)으로부터 전기적으로 인출되는 배선이다. 이하의 설명에서는, 제1 인출 배선(24a)과 제2 인출 배선(24b)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 간단히 인출 배선이라고도 한다.
본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 전극층과 인출 배선의 접속 방법, 즉 인출 방법에는, 제한은 없고, 각종 방법이 이용 가능하다.
일례로서, 보호층에 관통 구멍을 형성하고, 관통 구멍을 메우도록 은 페이스트 등의 금속 페이스트로 형성한 전극 접속 부재를 마련하며, 이 전극 접속 부재에 인출 배선을 마련하는 방법이 예시된다. 다른 방법으로서, 전극층과 압전체층의 사이, 또는, 전극층과 보호층의 사이에, 봉상 및 시트상 등의 인출용의 전극을 마련하고, 이 인출용의 전극에 인출 배선을 접속하는 방법이 예시된다. 혹은, 인출 배선을, 직접, 전극층과 압전체층의 사이, 또는, 전극층과 보호층의 사이에 삽입하여, 인출 배선을 전극층에 접속해도 된다. 다른 방법으로서, 보호층 및 전극층의 일부를 면방향으로 압전체층으로부터 돌출시키고, 돌출된 전극층에, 인출 배선을 접속하는 방법이 예시된다. 또한, 인출 배선과 전극층의 접속은, 은 페이스트 등의 금속 페이스트를 이용하는 방법, 땜납을 이용하는 방법, 도전성의 접착제를 이용하는 방법 등의 공지의 방법으로 행하면 된다.
적합한 전극의 인출 방법으로서, 일본 공개특허공보 2014-209724호에 기재되는 방법, 및, 일본 공개특허공보 2016-015354호에 기재되는 방법 등이 예시된다.
이와 같은 압전 소자(14)는, 가스 배리어성을 갖고, 또한, 개봉 및 개봉 후의 폐쇄가 가능한 밀봉 부재(16)에 수용되어, 밀봉된다.
밀봉 부재(16)는, 예를 들면, 가스 배리어성을 갖는 시트상물로 형성된 자루체 또는 케이스(상자체)이다. 밀봉 부재(16)는, 개구를 갖지 않거나, 혹은, 덮개체 및 지퍼 등에 의하여 개방 및 기밀하게 폐쇄 가능한 개구를 갖는다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물에는, 제한은 없고, 습도에 의한 압전 소자(14)(압전 필름(24))의 열화를 방지할 수 있는 가스 배리어성을 갖는 것이면, 각종 재료로 이루어지는 시트상물이 이용 가능하다.
일례로서, 가스 배리어 필름으로서 이용되는 각종 수지 필름, 수지 필름에 금속 박막을 증착하여 이루어지는 시트상물, 및, 수지 필름에 산화물막을 형성하여 이루어지는 시트상물 등이 예시된다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물의 가스 배리어성에는, 제한은 없고, 습도에 의한 압전 소자(14)의 열화를 방지할 수 있는 것이면 된다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물은, JIS K 7129B(모콘법(MOCON법))에 준거하여 측정한 수증기 투과도(투습도)가, 40℃, 90%RH의 환경하에서 5g/(m2·day) 이하인 것이 바람직하고, 0.1g/(m2·day) 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.01g/(m2·day) 이하인 것이 더 바람직하고, 0.005g/(m2·day) 이하인 것이 특히 바람직하다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물의 수증기 투과도를 5g/(m2·day) 이하로 함으로써, 습도에 의한 압전 소자(14)의 열화를 적합하게 방지할 수 있다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물의 수증기 투과도는, 기본적으로, 낮을수록 바람직하고, 하한은 없다. 그러나, 밀봉 부재(16)의 비용 등을 고려하면, 밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물의 수증기 투과도는 0.1×10-6g/(m2·day) 이상이 바람직하다.
밀봉 부재(16)는, 압전 소자(14)를 밀봉하는 것이며, 개봉 및 개봉 후의 폐쇄가 가능한 것이다.
밀봉 부재(16)에 있어서, 개봉 및 개봉 후의 폐쇄를 행하는 방법에는, 제한은 없고, 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.
일례로서, 밀봉 부재(16)를 열용융 가능한 재료로 형성하여, 커터 등을 이용한 절단에 의한 개봉 후, 열용착에 의하여 폐쇄 가능하게 하는 방법이 예시된다. 다른 방법으로서, 개구를 갖는 케이스와 케이스의 개구를 기밀하게 밀봉 가능한 덮개체에 의하여 개봉/폐쇄 가능하게 하는 방법이 예시된다. 다른 방법으로서, 기밀성을 갖는 공지의 지퍼(패스너, 척)에 의하여 개봉/폐쇄 가능하게 하는 방법이 예시된다. 다른 방법으로서, 히트 시일재에 의한 접착 등이 예시된다.
또한, 제1 인출 배선(24a) 및 제2 인출 배선(24b)은, 시일재를 이용하는 방법 등의 공지의 방법으로, 기밀한 상태를 유지하여, 밀봉 부재(16)를 삽통하고 있다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물의 두께에도, 제한은 없고, 형성 재료에 따라, 충분한 가스 배리어성을 발현할 수 있는 두께를, 적절히, 선택하면 된다.
여기에서, 후술하는 첩착층(18) 등과 동일한 이유에서, 밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물은, 필요한 기능을 확보할 수 있는 범위에서, 얇은 편이 바람직하다.
밀봉 부재(16)를 형성하는 시트상물의 두께는, 0.1~50μm가 바람직하고, 1~20μm가 보다 바람직하며, 5~15μm가 더 바람직하다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 밀봉 부재(16)는, 첩착층(18)에 의하여, 진동판(12)의 일방의 주면에 첩착된다. 또한, 주면이란, 시트상물의 최대면이다.
또, 압전 소자(14)는, 밀봉 부재(16)의 내부에 있어서, 첩착층(20)에 의하여, 진동판(12)과 대면하는 위치에 첩착된다.
본 발명에 있어서, 첩착층(18)은, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)를 첩착 가능하면, 공지의 것이, 각종, 이용 가능하다. 또, 첩착층(20)은, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)(압전 필름(24))를 첩착 가능하면, 공지의 것이, 각종, 이용 가능하다.
따라서, 첩착층(18) 및 첩착층(20)은, 상술한, 접착제로 이루어지는 층이어도 되고, 점착제로 이루어지는 층이어도 되며, 접착제와 점착제의 양방의 특징을 가진 재료로 이루어지는 층이어도 된다. 또, 첩착층(18) 및 첩착층(20)은, 액체 등의 유동성을 갖는 첩착제를 도포하여 형성하는 것이어도 되고, 시트상의 첩착제를 이용하여 형성하는 것이어도 된다.
여기에서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 적층한 복수 매의 압전 필름(24)을 신축시킴으로써 압전 소자(14)를 신축시키고, 이 압전 소자(14)의 신축에 의하여, 진동판(12)을 휘게 하여 진동시켜, 소리를 발생시킨다. 따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에서는, 압전 소자(14)의 신축이, 직접적으로 진동판(12)에 전달되는 것이 바람직하다. 진동판(12)과 압전 소자(14)의 사이에, 진동을 완화하는 것 같은 점성을 갖는 물질이 존재하면, 진동판(12)에 대한 압전 소자(14)의 신축의 에너지의 전달 효율이 낮아져 버려, 전기 음향 변환기(10)의 구동 효율이 저하되어 버린다.
이 점을 고려하면, 첩착층(18) 및 첩착층(20)은, 점착제로 이루어지는 점착제층보다, 고체이고 단단한 첩착층(18) 및 첩착층(20)이 얻어지는, 접착제로 이루어지는 접착제층인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 첩착층(18) 및 첩착층(20)으로서는, 구체적으로는, 폴리에스터계 접착제 및 스타이렌·뷰타다이엔 고무(SBR)계 접착제 등의 열가소 타입의 접착제로 이루어지는 첩착층이 적합하게 예시된다.
접착은, 점착과는 상이하게, 높은 접착 온도를 요구할 때에 유용하다. 또, 열가소 타입의 접착제는 "비교적 저온, 단시간, 및, 강접착"을 겸비하고 있어, 적합하다.
본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 첩착층(18) 및 첩착층(20)의 두께에는 제한은 없고, 첩착층(27)의 형성 재료에 따라, 충분한 첩착력을 발현할 수 있는 두께를, 적절히, 설정하면 된다.
여기에서, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에서는, 첩착층(18) 및 첩착층(20)이 얇은 편이, 압전체층(26)의 신축 에너지(진동 에너지)의 전달 효과를 높게 하여, 에너지 효율을 높게 할 수 있다. 또, 첩착층(18) 및 첩착층(20)이 두껍고 강성이 높으면, 압전 소자(14)의 신축을 구속할 가능성도 있다.
이 점을 고려하면, 첩착층(18) 및 첩착층(20)은, 얇은 편이 바람직하다.
구체적으로는, 첩착층(18)의 두께는, 10~1000μm가 바람직하고, 30~500μm가 보다 바람직하며, 50~300μm가 더 바람직하다. 한편, 첩착층(20)의 두께는, 10~1000μm가 바람직하고, 30~500μm가 보다 바람직하며, 50~300μm가 더 바람직하다. 또한, 이상의 첩착층(18) 및 첩착층(20)의 두께는, 모두, 첩착 후의 두께이다.
본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 첩착층(18)은, 항구적(恒久的)으로, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)를 첩착한다. 즉, 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 기본적으로, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)를 박리하는 경우는 없다.
한편, 후술하겠지만, 압전 소자(14)가 고장난 경우, 및, 열화에 의하여 소정의 성능을 발휘할 수 없게 된 경우 등에는, 압전 소자(14)는, 박리되어, 밀봉 부재(16)로부터 취출된다. 그 후, 후술하는 바와 같이, 적정한 압전 소자(14)가 밀봉 부재(16)에 삽입되고, 첩착층(20)에 의하여, 첩착된다.
또한, 이때에 있어서, 압전 소자(14)의 박리는, 첩착층(20)과 함께 행해도 되고, 혹은, 첩착층(20)을 밀봉 부재(16)에 남겨, 압전 소자(14)만을 박리해도 된다. 그러나, 첩착층(20)을 충분히 얇게 하고, 또한, 충분한 첩착력이 얻어지는 점에서는, 압전 소자(14)의 박리 및 첩착은, 첩착층(20)과 함께 행하는 것이 바람직하다. 즉, 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 압전 소자(14)를 교환하면, 동시에, 첩착층(20)도 신규의 것으로 교환하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)의 첩착력이, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)의 첩착력보다 약한 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서는, 첩착층(20)에 의한 첩착력이, 첩착층(18)에 의한 첩착력보다, 약한 것이 바람직하다.
밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)의 첩착력을, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)의 첩착력보다 약하게 하는 방법에는, 제한은 없고, 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.
일례로서, 사용하는 접착제의 선택에 의한 방법, 사용하는 점착제의 선택에 의한 방법, 첩착층(20)으로서 접착제를 이용하고 첩착층(18)으로서 점착제를 이용하는 방법, 및, 첩착층(18) 및 첩착층(20)의 두께를 조절하는 방법 등, 공지의 방법이, 각종, 이용 가능하다.
또, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 첩착층(20)에, 첩착력을 조절 가능한 첩착제를 이용함으로써, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)를 첩착한 상태로, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)를 박리 가능하게 해도 된다.
일례로서, 첩착층(20)에, 흡습에 의하여 첩착력이 저하되는 첩착제를 이용하는 방법이 예시된다. 이로써, 통상은, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14), 및, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)를, 충분한 첩착력으로 첩착한다. 압전 소자(14)를 분리할 때에는, 밀봉 부재(16)를 개방하여, 분무기 등에 의하여 내부에 물을 분무함으로써, 첩착층(20)의 첩착력을 저하시킨다. 이로써, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)의 첩착력을, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)의 첩착력보다 약하게 하여, 압전 소자(14)를 밀봉 부재(16)로부터 박리한다.
흡습에 의하여 첩착력이 저하되는 첩착제로서는, 에멀션계 접착제 등이 예시된다.
밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)의 첩착력, 및, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)의 첩착력에는, 제한은 없다. 즉, 첩착층(18) 및 첩착층(20)의 첩착력에는 제한은 없다. 또, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)의 첩착력과, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)의 첩착력의 차에도, 제한은 없다. 즉, 첩착층(18)과 첩착층(20)의 첩착력의 차에도 제한은 없다.
본 발명의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 첩착층(18) 및 첩착층(20)의 첩착력은, 밀봉 부재(16)와 진동판(12), 및, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)를, 전기 음향 변환기(10)의 진동판(12)의 진동을 가능하게 하는 충분한 힘으로 첩착하고, 또한, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)가 박리되지 않으며, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)를 박리할 수 있는 첩착력을, 적절히, 설정하면 된다.
도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 압전 필름(24)은, 압전체층(26)을 제1 전극층(28) 및 제2 전극층(30)으로 협지한 것이다.
압전체층(26)은, 바람직하게는, 고분자 매트릭스(38) 중에, 압전체 입자(40)를 갖는 것이다. 바람직하게는, 압전체층(26)은, 고분자 매트릭스(38) 중에, 압전체 입자(40)를 분산시킨 것이다.
이와 같은 압전체층(26)을 갖는 압전 필름(24)의 제2 전극층(30) 및 제1 전극층(28)에 전압을 인가하면, 인가한 전압에 따라 압전체 입자(36)가 분극 방향으로 신축한다. 그 결과, 압전 필름(24)(압전체층(26))이 두께 방향으로 수축한다. 동시에, 푸아송비의 관계에서, 압전 필름(24)은, 면방향으로도 신축한다.
이 신축은, 0.01~0.1% 정도이다.
상술한 바와 같이, 압전체층(26)의 두께는, 바람직하게는 10~300μm 정도이다. 따라서, 두께 방향의 신축은, 최대여도 0.3μm 정도로 매우 작다.
이에 대하여, 압전 필름(24) 즉 압전체층(26)은, 면방향으로는, 두께보다 훨씬 큰 사이즈를 갖는다. 따라서, 예를 들면, 압전 필름(24)의 길이가 20cm이면, 전압의 인가에 의하여, 최대로 0.2mm 정도, 압전 필름(24)은 신축한다.
상술한 바와 같이, 압전 소자(14)는, 되접어 꺾음으로써, 압전 필름(24)을, 5층, 적층한 것이다. 또, 진동판(12)은, 첩착층(18)에 의하여 밀봉 부재(16)에 첩착되고, 밀봉 부재(16)에는, 첩착층(20)에 의하여 압전 소자(14)가 첩착된다.
압전 필름(24)의 신축에 의하여, 압전 소자(14)도 동일 방향으로 신축한다. 이 압전 소자(14)의 신축에 의하여, 진동판(12)은 휘고, 그 결과, 진동판(12)은, 두께 방향으로 진동한다.
이 두께 방향의 진동에 의하여, 진동판(12)은, 소리를 발생시킨다. 즉, 진동판(12)은, 압전 필름(24)에 인가한 전압(구동 전압)의 크기에 따라 진동하여, 압전 필름(24)에 인가한 구동 전압에 따른 소리를 발생시킨다.
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, 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 도 2에 나타내는 고분자 매트릭스(38) 중에 압전체 입자(36)를 분산시켜 이루어지는 고분자 복합 압전체로 이루어지는 압전 필름(24)은, 분극 처리 후에 연신 처리를 하지 않아도 큰 압전 특성이 얻어지기 때문에, 압전 특성에 면내 이방성이 없고, 면방향에서는 전체 방향으로 등방적으로 신축한다. 즉, 도시예의 전기 음향 변환기(10)에 있어서, 압전 소자(14)를 구성하는 도 2에 나타내는 압전 필름(24)은, 등방적으로 2차원적으로 신축한다. 이와 같은 등방적으로 2차원적으로 신축하는 압전 필름(24)을 적층한 압전 소자(14)에 의하면, 한 방향으로밖에 크게 신축하지 않는 PVDF 등의 일반적인 압전 필름을 적층한 경우에 비하여, 큰 힘으로 진동판(12)을 진동시킬 수 있다. 그 결과, 등방적으로 2차원적으로 신축하는 압전 필름(24)을 적층한 압전 소자(14)에 의하면, 보다 크고, 또한, 아름다운 소리를 발생시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 도시예의 압전 소자(14)는, 이와 같은 압전 필름(24)을, 5층, 적층한 것이다. 도시예의 압전 소자(14)는, 바람직한 양태로서, 또한, 인접하는 압전 필름(24)끼리를, 첩착층(27)으로 첩착하고 있다.
그 때문에, 1매마다의 압전 필름(24)의 강성이 낮고, 신축력은 작아도, 압전 필름(24)을 적층함으로써, 강성이 높아져, 압전 소자(14)로서의 신축력은 커진다. 그 결과, 압전 소자(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(26)이 두꺼운 편이, 압전 필름(24)의 신축력은 커지지만, 그만큼, 동일한 양, 신축시키는 데 필요한 구동 전압은 커진다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 압전 소자(14)에 있어서, 바람직한 압전체층(26)의 두께는, 최대여도 300μm 정도이므로, 개개의 압전 필름(24)에 인가하는 전압이 작아도, 충분히, 압전 필름(24)을 신축시키는 것이 가능하다.
여기에서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 압전 소자(14)는, 가스 배리어성을 갖는 밀봉 부재(16)에 밀봉되어 있다.
그 때문에, 압전 소자(14)를 구성하는 압전 필름(24)이 흡습에 의하여 열화되는 것이어도, 흡습에 의한 압전 소자(14)의 열화를 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 흡습에 의한 열화를 방지하여, 장기에 걸친 안정된 동작이 가능하다.
그러나, 전기 음향 변환기(10)는, 사용 및 시간경과와 함께, 다양한 요인으로, 압전 소자(14)가 열화되고, 또, 고장난다. 예를 들면, 밀봉 부재(16)에 밀봉되어 있어도, 전기 음향 변환기(10)의 사용 환경 등에 따라서는, 압전 소자(14)를 구성하는 압전 필름(24)이 흡습에 의하여 열화되는 경우도 있다.
이때에 있어서, 본 발명의 전기 음향 변환기(10)는, 용이하게, 압전 소자(14)의 교환을 행할 수 있다. 이하, 도 6의 개념도를 참조하여 설명한다.
전기 음향 변환기(10)는, 압전 소자(14)가 열화되면, 도 6의 좌측 및 좌측에서 2번째에 개념적으로 나타내는 바와 같이, 압전 소자(14)를 밀봉하고 있는 밀봉 부재(16)를 개방하고, 밀봉 부재(16)로부터 압전 소자(14) 및 첩착층(20)을 박리하여, 밀봉 부재(16)로부터 취출한다.
밀봉 부재(16)의 개방은, 상술한 공지의 방법으로 행하면 된다. 일례로서, 커터 나이프 또는 가위에 의하여, 밀봉 부재(16)를 절단하여 개방하고, 밀봉 부재(16)로부터 압전 소자(14) 및 첩착층(20)을 박리하여, 취출한다.
또, 예를 들면, 첩착층(20)이 흡습에 의하여 첩착력이 저하되는 첩착제로 이루어지는 것인 경우에는, 분무기 등에 의하여 밀봉 부재(16)의 내부를 가습하여, 첩착층(20)의 첩착력을 저하시킨 후에, 밀봉 부재(16)로부터 압전 소자(14)를 박리한다.
이어서, 도 6의 좌측에서 3번째에 나타내는 바와 같이, 신규(적정)의 압전 소자(14)에 첩착층(20)을 첩착하고, 밀봉 부재(16)에 수용한다. 또한, 첩착층(20)에 의하여, 밀봉 부재(16)의 진동판(12)과 대면하는 위치에, 첩착층(20)에 의하여, 압전 소자(14)를 첩착한다.
밀봉 부재(16)에 압전 소자(14)를 첩착하면, 도 6의 우측에 나타내는 바와 같이, 밀봉 부재(16)의 개봉부를 재폐쇄함으로써, 밀봉 부재(16)에 압전 소자(14)를 밀봉한다. 밀봉 부재(16)의 재폐쇄는, 상술한 공지의 방법으로 행하면 된다. 일례로서, 밀봉 부재(16)가 열용융 가능한 재료로 형성되어, 커터 나이프에 의하여, 밀봉 부재(16)를 절단하여 개방한 경우에는, 밀봉 부재(16)의 절단부를 열용착함으로써, 개봉한 밀봉 부재(16)를 폐쇄하여, 밀봉 부재(16)에 압전 소자(14)를 밀봉한다.
도 7에, 본 발명의 전기 음향 변환기의 다른 예를 개념적으로 나타낸다.
또한, 도 7에 나타내는 전기 음향 변환기(50)는, 도 1 등에 나타내는 전기 음향 변환기(10)와 동일한 부재를 다용(多用)하므로, 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 설명은, 상이한 부위를 주로 행한다.
도 7에 나타내는 전기 음향 변환기(50)는, 밀봉 부재(16)의 내부에, 첩착층(20) 즉 압전 소자(14)를 첩착하기 위한 첩착부(52)를 갖는다.
이와 같은 첩착부(52)를 가짐으로써, 밀봉 부재(16) 내에 있어서의 압전 소자(14)의 고정 위치를 안정화시킬 수 있다. 또, 첩착부(52)는, 첩착층(20)의 첩착용으로 마련하는 부재이므로, 첩착부(52)를 가짐으로써, 밀봉 부재(16)에 대한 첩착층(20)의 첩착 즉 압전 소자(14)의 첩착을 안정화시킬 수 있다.
또한, 첩착부(52)의 첩착층(20)과의 첩착면의 표면 조도를 크게 함으로써, 첩착층(18)과 첩착층(20)에서 동일한 첩착제를 이용한 경우에서도, 밀봉 부재(16)와 압전 소자(14)의 첩착력을, 진동판(12)과 밀봉 부재(16)의 첩착력보다 약하게 할 수 있다.
첩착부(52)의 형성 재료에는, 제한은 없고, 공지의 각종 재료로 이루어지는 시트상물이 이용 가능하다.
첩착부(52)의 형성 재료로서는, 실리콘계 수지 접착제 및 아크릴계 수지 접착제 등의 수지 재료 등이 예시된다.
첩착부(52)의 두께에도 제한은 없다. 그러나, 첩착층(18) 등과 동일한 이유에서, 첩착부(52)가 기능을 발현할 수 있는 범위에서, 얇은 편이 바람직하다.
첩착부(52)의 두께는, 5~1000μm가 바람직하고, 20~700μm가 보다 바람직하며, 50~500μm가 더 바람직하다.
또한, 첩착부(52)의 크기는, 밀봉 부재(16)의 내부에 첩착하는 압전 소자(14)의 크기에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서, 하나의 진동판(12)에 첩착하는 압전 소자(14)는, 하나여도 되고, 복수여도 된다. 하나의 진동판(12)에 첩착하는 압전 소자(14)의 수에는, 제한은 없고, 진동판(12)의 종류, 진동판(12)의 용도, 진동판(12)의 크기 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
또, 진동판(12)에 대한 밀봉 부재(16) 즉 압전 소자(14)의 첩착 위치에도, 제한은 없고, 진동판(12)의 종류, 진동판(12)의 용도, 진동판(12)의 크기 등에 따라, 적절히, 설정하면 된다.
또한, 본 발명의 전기 음향 변환기에 있어서는, 하나의 밀봉 부재(16) 내에, 복수의 압전 소자(14)를 첩착해도 된다.
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.
스피커 등으로서, 각종 용도에 적합하게 이용 가능하다.
10, 50 전기 음향 변환기
12 진동판
14 압전 소자
16 밀봉 부재
18, 20, 27 첩착층
24 압전 필름
24a 제1 인출 배선
24b 제2 인출 배선
26 압전체층
28 제1 전극층
30 제2 전극층
32 제1 보호층
34 제2 보호층
38 고분자 매트릭스
40 압전체 입자
42a, 42b 적층체
46 압전 적층체
52 첩착부

Claims (10)

  1. 진동판과,
    상기 진동판의 일방의 주면에 첩착되는, 가스 배리어성을 갖고, 또한, 개봉 및 개봉 후의 폐쇄가 가능한 밀봉 부재와,
    상기 밀봉 부재에 밀봉되며, 상기 밀봉 부재 내에 있어서 상기 진동판과 대면하여 첩착되는, 압전체층의 양면에 전극층을 구비하는 압전 필름을 이용하는 압전 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 음향 변환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉 부재와 상기 압전 소자의 첩착력이, 상기 진동판과 상기 밀봉 부재의 첩착력보다 약하거나, 또는,
    상기 밀봉 부재와 상기 압전 소자의 첩착력이, 상기 진동판과 상기 밀봉 부재의 첩착력보다 약해질 수 있는, 전기 음향 변환기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 압전 소자와 상기 밀봉 부재를 첩착하는 첩착제는, 흡습에 의하여 첩착력이 저하되는 것인, 전기 음향 변환기.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 소자는, 상기 압전 필름을, 복수 층, 적층한 것인, 전기 음향 변환기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 압전 소자는, 상기 압전 필름을, 1회 이상, 되접어 꺾음으로써, 상기 압전 필름을, 복수 층, 적층한 것인, 전기 음향 변환기.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는, 개봉 후, 열용착에 의하여 폐쇄 가능한 것인, 전기 음향 변환기.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 필름의 압전체층이, 고분자 재료 중에 압전체 입자를 갖는 고분자 복합 압전체인, 전기 음향 변환기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 고분자 재료가, 사이아노에틸기를 갖는, 전기 음향 변환기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고분자 재료가, 사이아노에틸화 폴리바이닐알코올인, 전기 음향 변환기.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 필름이, 상기 전극층의 표면에 보호층을 갖는, 전기 음향 변환기.
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