JP3644947B2 - 耐熱性エレクトレット用材料、それを用いた耐熱性エレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、イヤホン、ヘッドホンまたはマイクロホン等に使用されるエレクトレット用材料、それを用いたエレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりイヤホン、ヘッドホンまたはマイクロホン等に使用されるエレクトレットとしては、金属シートにエレクトレットを構成しうる熱可塑性樹脂フィルムをラミネートし、この樹脂をエレクトレット化する方法が提案されている(特許文献1参照。)。
【0003】
また、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)の微粒子が分散された有機溶媒を金属板に塗布して薄膜を形成し、その薄膜をエレクトレット化する方法(特許文献2参照。)、また金属板にFEPの微粒子が分散されたスプレー液を噴霧した後、焼成してエレクトレット化する方法(特許文献3参照。)等も提案されている。
【0004】
【特許文献1】
特開昭64−44010号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平11−150795号公報
【0006】
【特許文献3】
特開2000−115895号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のエレクトレットを用いてマイクロホン等を製造する際にフロー装置やリフロー装置による半田付けを行うと、半田付けの際の高温によりエレクトレットの機能が低下するという問題があった。特に最近では鉛フリー半田が多用されるにともない、半田付け時の温度がさらに高温の260℃程度となり、エレクトレットの機能自体が喪失するという大きな問題が生じるおそれがある。
【0008】
本発明は、耐熱性が高いエレクトレット用材料、それを用いた耐熱性エレクトレットおよびその製造方法、並びに静電型音響センサーを提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、前記多孔性シートの多孔度が15〜80%であることを特徴とする耐熱性エレクトレット用材料を提供する。
【0010】
また、本発明は、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を配置したことを特徴とする耐熱性エレクトレットを提供する。
【0011】
また、本発明は、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【0012】
また、本発明は、金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を発泡させることにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【0013】
また、本発明は、金属板の表面にフッ素樹脂と、フッ素樹脂より低い温度で分解する添加樹脂とを含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を焼成することにより前記添加樹脂を分解・除去し、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【0014】
また、本発明は、金属板の表面に粉体状のフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングして空隙を形成した後、前記樹脂組成物を焼成することにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法を提供する。
【0015】
また、本発明は、上記耐熱性エレクトレットを備えたことを特徴とする静電型音響センサーを提供する。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の耐熱性エレクトレット用材料は、フッ素樹脂を含む多孔性シートからなり、その多孔性シートの多孔度が15〜80%、より好ましくは50〜80%であることを特徴とする。
【0017】
一般にフッ素樹脂は耐熱性が高い樹脂であり、さらに多孔度が15〜80%の多孔性フッ素樹脂シートをエレクトレット用材料に用いることにより、高温時におけるエレクトレットの表面電位の低下を抑制して、エレクトレットの耐熱特性を向上できる。ここで、多孔度が15%を下回ると高温でのエレクトレットの表面電位の低下が大きくなるおそれがあり、多孔度が80%を超えるとエレクトレット用材料としてのシートの作成が困難になる。なお、代表的なフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の融点は約327℃である。これにより、加工温度が300℃程度になるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いてマイクロホン等を製造できる。
【0018】
また、本発明の耐熱性エレクトレット用材料は、上記多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムをさらに貼り付けることもできる。これにより、エレクトレットの表面を平滑にすることができ、エレクトレットをマイクロホン等に使用した場合に振動板の動作を妨げない。
【0019】
また、本発明の耐熱性エレクトレット用材料は、上記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル(MFA)からなる群から選択された少なくとも1つであることが好ましい。
【0020】
これらを用いることにより、製品表面に防汚性、耐薬品性、撥水性、耐候性等の優れた機能を付与できる。また、エレクトレットのフレキシビリティが損なわれない。さらに、エレクトレットのエンボス加工なども比較的容易に出来る。
【0021】
また、上記多孔性シートの誘電率および体積抵抗率は、それぞれ2.1以下、1.0×1016Ωcm以上である。なお、誘電率の下限値は、空気の誘電率=1に近いほど好ましい。また、多孔性シートとすることにより、フッ素樹脂そのものの誘電率より、見かけ上の誘電率は低くなる。
【0022】
また、本発明の耐熱性エレクトレットは、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を配置したことを特徴とする。これにより、耐熱性に優れたエレクトレットを提供できる。
【0023】
上記多孔性シートの厚さは特に限定されないが、通常5〜400μm、好ましくは10〜50μmである。この範囲内であれば、エレクトレットの特性を維持しつつ、エレクトレットの薄型化、小型化が図れるからである。また、上記多孔性シートの形態としては、不織布、織布、ペーパー、延伸膜、未焼成テープ等を使用できる。
【0024】
また、本発明の耐熱性エレクトレットは、上記金属板が、黄銅、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、チタン、洋白、リン青銅、それらの合金、それらがメッキされた金属およびそれらが蒸着された金属からなる群から選択された少なくとも1つから形成されていることが好ましい。これらの金属は耐蝕性、電気伝導性、加工性の点で優れているからである。
【0025】
なお、上記金属板の使用にあたっては、先ず油脂等の付着のないものを用い、さらには上記多孔性シートとの接着性を良くするために下地処理を行うことが好ましい。下地処理は、例えば、陽極酸化、化成処理による皮膜の形成或いはカップリング剤の利用、その他接着性を改善する方法等が挙げられる。
【0026】
また、本発明の耐熱性エレクトレットの製造方法は、金属板の表面に、上記耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることを特徴とする。即ち、例えば、多孔度が15〜80%のフッ素樹脂を含む多孔性シートを準備し、加熱ロールおよび加熱源を有さないロールの一対からなる圧着ロールのうち、加熱ロール側に金属板を供給し、加熱源を有さないロール側に上記多孔性シートを供給しつつ、上記圧着ロールの間に上記金属板および上記多孔性シートを挿入し、上記金属板と上記多孔性シートとの接触時間を1〜3秒、接触帯幅を1〜20mmに制御し、上記金属板と上記多孔性シートとを熱圧着することができる。
【0027】
この方法により得られたエレクトレット用積層板は、所定の大きさに切断され、次にコロナ放電等により分極帯電された後、エージング処理が行われ、イヤホン、ヘッドホンまたはマイクロホン等に利用される。
【0028】
また、本発明の耐熱性エレクトレットの他の製造方法は、金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、この樹脂組成物を発泡させることにより、この金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする。即ち、例えば、フッ素樹脂と溶剤とを含む樹脂組成物をスプレー等を用いて金属板にコーティングし、その樹脂組成物を焼成する際に発泡させることにより、金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することができる。発泡させる手段としては、発泡剤を用いる方法、または減圧下で焼成する方法などを用いることができる。
【0029】
また、本発明の耐熱性エレクトレットのさらに他の製造方法は、金属板の表面にフッ素樹脂と、フッ素樹脂より低い温度で分解する添加樹脂とを含む樹脂組成物をコーティングした後、上記樹脂組成物を焼成することにより上記添加樹脂を分解・除去し、上記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする。
【0030】
上記添加樹脂の大きさ、形を変えることにより、多孔性樹脂層の形態を任意に制御できる。上記添加樹脂としては、ポリエチレン、シリコーンなどを用いることができる。通常、フッ素樹脂は400℃近い温度で焼成するため、焼成時に上記添加樹脂が分解・消失して空隙が形成される。
【0031】
また、本発明の耐熱性エレクトレットのさらに他の製造方法は、金属板の表面に粉体状のフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングして空隙を形成した後、この樹脂組成物を焼成することにより、この金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする。この方法では、発泡剤や添加樹脂を用いなくても、粉体の大きさ、形、コーティング層の厚さなどを変えることにより、多孔性樹脂層の形態を任意に制御できる。
【0032】
また、本発明の静電型音響センサーは、上記耐熱性エレクトレットを備えたことを特徴とする。静電型音響センサーとしては、例えば、マイクロホン、イヤホン、ヘッドホン、補聴器、超音波センサー、加速度センサーなどが含まれる。
【0033】
【実施例】
以下、実施例と比較例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【0034】
(実施例1)
ダイキン工業社製の目付量50g/m2のPTFE不織布をカレンダーロールで押し固め、このPTFE不織布をエレクトレット用材料として準備した。このPTFE不織布と、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、縦50cm、横20cmの大きさに切断して実施例1のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度330℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0035】
図1は、本実施例で作製したエレクトレットの断面図である。本実施例のエレクトレット1は、PTFE不織布2とステンレス鋼板3とが熱圧着されて形成されている。
【0036】
(実施例2)
ダイキン工業社製の目付量150g/m2のPTFE不織布をエレクトレット用材料として準備した。このPTFE不織布と、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例2のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力6kgf/cm2で行った。
【0037】
(実施例3)
ダイキン工業社製の目付量150g/m2のPTFE不織布をエレクトレット用材料として準備した。このPTFE不織布と、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例3のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0038】
(実施例4)
ダイキン工業社製の目付量250g/m2のPTFE不織布をエレクトレット用材料として準備した。このPTFE不織布と、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例4のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0039】
(実施例5)
ダイキン工業社製のPTFEペーパー“PA−5L”をエレクトレット用材料として準備した。このPTFEペーパーと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例5のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力6kgf/cm2で行った。
【0040】
(実施例6)
ダイキン工業社製のPTFEペーパー“PA−5L”をエレクトレット用材料として準備した。このPTFEペーパーと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例6のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0041】
(実施例7)
ダイキン工業社製の目付量150g/m2のPTFE不織布と、ダイキン工業社製の厚さ25μmのPFAフィルム“AF−0025”とを貼り合わせたシートをエレクトレット用材料として準備した。このシートのPTFE不織布側と、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例7のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度340℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0042】
(実施例8)
ダイキン工業社製の目付量250g/m2のPTFE不織布と、ダイキン工業社製の厚さ25μmのPFAフィルム“AF−0025”とを貼り合わせたシートをエレクトレット用材料として準備した。このシートのPTFE不織布側と、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して実施例8のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度340℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0043】
(比較例1)
ダイキン工業社製の厚さ50μmのPFAフィルムを3枚重ねたフィルム“AF−0050”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して比較例1のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0044】
(比較例2)
ダイキン工業社製の厚さ50μmのFEPフィルムを3枚重ねたフィルム“NF−0050”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して比較例2のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0045】
(比較例3)
日東電工社製の厚さ25μmのPTFEフィルムを6枚重ねたフィルム“920−UL”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して比較例3のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0046】
(比較例4)
ダイキン工業社製の厚さ25μmのPFAフィルム“AF−0025”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して比較例4のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度360℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0047】
(比較例5)
ダイキン工業社製の厚さ25μmのFEPフィルム“NF−0025”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して比較例5のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度330℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0048】
(比較例6)
日東電工社製の厚さ25μmのPTFEフィルム“920−UL”をエレクトレット用材料として準備した。このフィルムと、厚さ0.2mmのステンレス鋼板とを加熱ロールを用いて熱圧着し、実施例1と同様の大きさに切断して比較例6のエレクトレットを得た。熱圧着は、温度340℃、圧力3kgf/cm2で行った。
【0049】
次に、これらの実施例1〜8、比較例1〜6のエレクトレットを用いて、熱圧着したエレクトレット用材料の厚さ、その表面粗さ、その多孔度、およびエレクトレットの表面電位残存率を測定した。
【0050】
エレクトレット用材料の厚さは、マイクロメーターを用いてエレクトレットのステンレス鋼板以外の層厚さを測定して求めた。エレクトレット用材料の表面粗さは、ミツトヨ社製の表面粗さ計“Sufetest−201”を用いて測定した。エレクトレット用材料の多孔度は、日立製の電子顕微鏡“S−2380N/EMAX−7000”を用いた電子顕微鏡写真から測定した。
【0051】
また、エレクトレットの表面電位残存率は、次のようにして測定した。まず、マイナスのコロナ放電にて温度25℃で試料を分極処理し、その直後の表面電位をTrek社製の表面電位計“model 344”にて測定した。続いて、270℃または300℃にて10分間保持した後、その表面電位を同様にして測定した。そして、エレクトレットを分極処理した直後の表面電位を基準(100%)として、270℃または300℃で10分間保持した後の表面電位をその相対値(%)として求めた。
【0052】
以上の測定の結果を表1に示す。また、図2には、実施例3および比較例4〜6の表面電位残存率と温度との関係を示した。
【0053】
【表1】
【0054】
表1から明らかなように、実施例1〜6の表面電位残存率は、比較例1〜6の全てに比べて優れていることが分かる。また、実施例7および実施例8の300℃における表面電位残存率は、比較例1〜6の全てに比べて優れていることが分かる。
【0055】
また、実施例1〜6からエレクトレット用材料の多孔度が高くなるほど表面電位の残存率は向上することが分かる。特に、多孔度が50%以上が好ましい。
【0056】
また、実施例7および実施例8は、比較例1〜6と同程度の表面粗さであるが、その内部に多孔部を備えているので、表面電位の低下が抑えられている。
【0057】
また、エレクトレット用材料の厚さは、表面電位残存率にはあまり影響しなかった。
【0058】
【発明の効果】
以上のように本発明は、金属板の表面に、フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、上記多孔性シートの多孔度が15〜80%である耐熱性エレクトレット用材料を貼り合わせることにより、耐熱性に優れたエレクトレットおよびそれを用いた各種の静電型音響センサーを提供でき、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で作製したエレクトレットの断面図である。
【図2】エレクトレットの表面電位残存率と温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 エレクトレット
2 PTFE不織布
3 ステンレス鋼板
Claims (17)
- フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、前記多孔性シートの多孔度が15〜80%であり、前記多孔性シートの誘電率および体積抵抗率が、それぞれ2.1以下、1.0×10 16 Ωcm以上であることを特徴とする耐熱性エレクトレット用材料。
- 前記多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムをさらに貼り付けた請求項1に記載の耐熱性エレクトレット用材料。
- 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル(MFA)からなる群から選択された少なくとも1つである請求項1または2に記載の耐熱性エレクトレット用材料。
- フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、前記多孔性シートの多孔度が15〜80%である耐熱性エレクトレット用材料を、金属板の表面に配置したことを特徴とする耐熱性エレクトレット。
- 前記多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムをさらに貼り付けた請求項4に記載の耐熱性エレクトレット。
- 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル(MFA)からなる群から選択された少なくとも1つである請求項4または5に記載の耐熱性エレクトレット。
- 前記多孔性シートの誘電率および体積抵抗率が、それぞれ2.1以下、1.0×10 16 Ωcm以上である請求項4〜6のいずれかに記載の耐熱性エレクトレット。
- 前記金属板が、黄銅、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、チタン、洋白、リン青銅、それらの合金、それらがメッキされた金属およびそれらが蒸着された金属からなる群から選択された少なくとも1つから形成されている請求項4〜7のいずれかに記載の耐熱性エレクトレット。
- フッ素樹脂を含む多孔性シートであって、前記多孔性シートの多孔度が15〜80%である耐熱性エレクトレット用材料を、金属板の表面に貼り合わせることを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 前記耐熱性エレクトレット用材料が、前記多孔性シートに、フッ素樹脂を含むフィルムをさらに貼り付けたものである請求項9に記載の耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル(MFA)からなる群から選択された少なくとも1つである請求項9または10に記載の耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 前記多孔性シートの誘電率および体積抵抗率が、それぞれ2.1以下、1.0×10 16 Ωcm以上である請求項9〜11のいずれかに記載の耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 金属板の表面にフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を発泡させることにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 金属板の表面にフッ素樹脂と、フッ素樹脂より低い温度で分解する添加樹脂とを含む樹脂組成物をコーティングした後、前記樹脂組成物を焼成することにより前記添加樹脂を分解・除去し、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 金属板の表面に粉体状のフッ素樹脂を含む樹脂組成物をコーティング して空隙を形成した後、前記樹脂組成物を焼成することにより、前記金属板の表面にフッ素樹脂を含む多孔性樹脂層を形成することを特徴とする耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 前記多孔性樹脂層の多孔度が、15〜80%である請求項13〜15のいずれかに記載の耐熱性エレクトレットの製造方法。
- 請求項4〜8のいずれかに記載の耐熱性エレクトレットを備えたことを特徴とする静電型音響センサー。
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