(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板上に厚さが約１２．５μｍ〜２５μｍのフルオルエチレンプロピレン（ＦＥＰ）フィルムが溶融接着されていて、前記ＦＥＰフィルム上に厚さが約３０μｍ〜１００μｍのポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムが溶融接着されていることを特徴とする超高電荷保存特性を有する多層エレクトレット。
【請求項２】
前記ＰＴＦＥフィルムは、ＰＴＦＥ樹脂を成形し、前記成形されたＰＴＦＥ樹脂を薄く切ることにより製造されることを特徴とする請求項１に記載の超高電荷保存特性を有する多層エレクトレット。
【請求項３】
金属板上にＦＥＰフィルムを積層する第１の段階と、
前記積層されたＦＥＰフィルムが前記金属板と接着するように、前記ＦＥＰフィルムが積層された金属板を高温で加熱すると共に高圧を加えて溶融接着する第２の段階と、
前記金属板に接着されたＦＥＰフィルム上にＰＴＦＥフィルムを積層する第３の段階と、
前記積層されたＰＴＦＥフィルムが前記ＦＥＰフィルムと接着するように、前記ＰＴＦＥフィルムが積層された金属板を高温で加熱すると共に高圧を加えて溶融接着する第４の段階と、
溶融接着された前記板を冷却する第５の段階と、
冷却されたエレクトレットを荷電する第６の段階と、
を含むことを特徴とする超高電荷保存特性を有する多層エレクトレットの製造方法。
【請求項４】
前記第４の段階は加圧ローラによる圧力が約３０Ｋｇｆ〜１５０Ｋｇｆであり、誘導加熱ローラによる加熱温度が４００℃〜５００℃であることを特徴とする請求項３に記載の超高電荷保存特性を有する多層エレクトレットの製造方法。
【請求項５】
前記製造方法は作業速度が０．３ｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項３に記載の超高電荷保存特性を有する多層エレクトレットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンデンサーマイクロホンに使われるエレクトレット及びその製造方法に関するものである。より詳細には、表面実装技術（ＳＭＴ：ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）による作業が可能なように、耐熱性に優れる超高電荷保存特性（Ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を有するマルチレーヤエレクトレット及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロホンは音を電気信号に変換する機械であり、音を受けるマイクカプセルの中にある振動板が音圧や音波を拾って振動し、その振動が電気信号に変換される。振動板を振動させるのには様々な方式があり、それぞれの方式で電気信号への変換も行われる。例として、炭素粒子の電気的抵抗特性を利用して炭素粒子間の接触抵抗を音圧によって変化させるカーボン型、ロッシェル塩（ｒｏｃｈｅｌｌｅ  ｓａｌｔ）の圧電気効果を利用する決定型、コイルが装着された振動板を磁場中で振動させて誘導電流を発生させる稼動コイル型、磁場内に装置された金属箔が音波を受けて振動して誘導電流を発生させる速度型、音波による膜の振動で静電容量が変わることを利用したコンデンサー型、などがある。
【０００３】
コンデンサー型マイクロホンは、静電容量を利用して音圧を電気信号に変換する。即ち、振動膜と固定極の間に外部直流電源によって静電気を蓄えてコンデンサーを形成し、音圧によって振動膜が振動すると、振動膜と固定極との距離が変化して静電容量も変化する。小型マイクロホンにはコンデンサー型が広く使われているが、コンデンサー型にはコンデンサーに電圧をかけるための直流電源（バッテリー）が必要となる、という問題点がある。
【０００４】
最近では、このような問題点を解決するために半永久的な電荷を有するエレクトレット（ｅｌｅｃｔｒｅｔ）を利用したエレクトレットコンデンサーマイクロホンが広く使われている。エレクトレットマイクロホンはバイアス電源が必要でないため、前置き増幅器の組込みが簡単になり小型化および計量化を実現でき、また、価格面でも安いというメリットがある。
【０００５】
一方、電子製品の製造技術が発達し製品が一層小型化されると、このような小型製品の製造のために表面実装技術（ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が広く使われるようになった。表面実装技術は、電子基板（ＰＢＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）の表面に各種電子部品をハンダ付けする技術のことである。
【０００６】
従来は基板上に電子部品を固定する際には、基板に穴を開け、そこにリード線を通して裏面でハンダ付けをすることで、パーツの固定を行っていた。しかし、この方法ではパーツ取り付け位置にホールが必須になり配線上の制限が大きくなるので、穴開け無しでパーツを基板表面にハンダ付けできるように開発されたのが、表面実装技術である。表面実装プリント基板は、以下のようにして製造される。まず最初にプリント基板の表面にハンダペースト（ハンダ材料を糊状にしたもの）を配線パターン通りに印刷塗布し、この上に表面実装用の部品（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｕｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）を機械で自動的に取り付ける。これを赤外線リフロー炉という高温の熱風炉に通すと、ハンダが溶けて部品がハンダ付けされる。
【０００７】
表面実装技術は、電子基板の配線上の制約が少なくなるだけでなく、パーツを小型化できる、リードの加工（カットや折り曲げ）が不要になるなどの、他のメリットもある。即ち、表面実装技術を適用すれば製品の価格と性能を向上させることができる。しかし一方では、表面実装技術はリフロー時に部品に高温が加えられるので、温度に弱い部品に適用することができない、というデメリットがある。
【０００８】
ところが、コンデンサーマイクロホンに使われる従来のエレクトレットは、高温に弱いフルオルエチレンプロピレン（ＦＥＰ：Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）で構成されているため、表面実装技術によって部品をハンダ付けすることができない。従って、マイクロホンを利用した様々な製品、例えば携帯電話の端末機など、の製造原価を低くすることができない、という問題点がある。
【０００９】
図５は、従来のマイクロホン用のバックエレクトレットの構造を示す断面図である。バックエレクトレットは、エレクトレット処理をコンデンサーの固定電極（バックプレート）に施したものである。既存のエレクトレット１６は金属板１１の上にフルオルエチレンプロピレン（ＦＥＰ）フィルム１２が積層されており、ポリエチレンテレフタレート（ＰＴＥ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルム１４上に金属１５が蒸着された振動板１７と、スペーサ１３とで空間を形成している。しかし、ＦＥＰフィルム１２は溶融圧出方法で製造されるために、結晶化度（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）を高くすることができない。また、ＦＥＰフィルム１２は溶融点が約２６０℃であり、低い温度で液状になってしまうので、表面実装技術を施すのには適していない。
【００１０】
このような問題点を改善するために、高温特性に優れたエレクトレットの素材としてＳｉＯ２（酸化けい素）やＳｉ３Ｎ４（窒化けい素）などのセラミック素材が開発されたが、セラミック素材には製造工程が難しく、かつ製造原価も高いという問題点がある。また、セラミック素材は密度が高いため、誘電体（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）をエレクトレットに変換させる工程である充電工程が非常に難しくなり、たとえ充電されたとしても表面のみに充電されるため、湿度や他の異質物の接触によって電荷の減少が簡単に発生してしまう、という問題点もある。即ち、セラミック素材は、熱には強く表面実装技術には適するものの、湿度や周囲の環境の影響を受けやすいので、マイクロホンのエレクトレットとしての実用には問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述した従来の問題点を解決するために、温度及び湿度に強い超高電荷保存特性（Ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を有するマルチレーヤポリマーエレクトレットを提供することである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、表面実装技術（ＳＭＴ）を施すことが可能なマルチレーヤエレクトレットの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の主たる観点によれば、金属板上に厚さが約１２．５μｍ〜２５μｍのフルオルエチレンプロピレン（ＦＥＰ）フィルムが溶融接着されていて、前記ＦＥＰフィルム上に厚さが約３０μｍ〜１００μｍのポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムが溶融接着されている超高電荷保存特性を有する多層エレクトレットが提供される。
【００１４】
上記記載の発明では、前記ＰＴＦＥフィルムが耐熱性に優れるので、表面実装技術（ＳＭＴ）による部品のハンダ付けが可能となる。更に、前記ＰＴＦＥフィルムは結晶化度が高いので内部に多くの結晶粒界が存在し、これにより電荷保存特性が増加して多くの電荷を蓄えられるようになり、エレクトレットの性能を向上させることができる。
【００１５】
また、前記ＰＴＦＥフィルムは、ＰＴＦＥ樹脂を成形し、前記成形されたＰＴＦＥ樹脂を薄く切ることにより製造される、如く構成すれば、前記ＰＴＦＥフィルムに多量の微細結晶粒が生成されて結晶化度が高くなり、電荷保存特性を向上させることができる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の他の観点によれば、金属板上にＦＥＰフィルムを積層する第１の段階と、前記積層されたＦＥＰフィルムが前記金属板と接着するように、前記ＦＥＰフィルムが積層された金属板を高温で加熱すると共に高圧を加えて溶融接着する第２の段階と、前記金属板に接着されたＦＥＰフィルム上にＰＴＦＥフィルムを積層する第３の段階と、前記積層されたＰＴＦＥフィルムが前記ＦＥＰフィルムと接着するように、前記ＰＴＦＥフィルムが積層された金属板を高温で加熱すると共に高圧を加えて溶融接着する第４の段階と、溶融接着された前記板を冷却する第５の段階と、冷却されたエレクトレットを荷電する第６の段階と、を含む超高電荷保存特性を有する多層エレクトレットの製造方法が提供される。
【００１７】
上記記載の発明では、同じフルオル化系列のＦＥＰとＰＴＦＥが互いに強い接着力を有することを利用して、前記金属板の上に先ず前記ＦＥＰフィルムを接着させてから前記ＰＴＦＥフィルムを接着させることにより、接着力の劣るＰＴＦＥフィルムをエレクトレットの素材として用いることができる。
【００１８】
また、前記第４の段階は加圧ローラによる圧力が約３０Ｋｇｆ〜１５０Ｋｇｆであり、誘導加熱ローラによる加熱温度が４００℃〜５００℃である、如く構成すれば、前記ＦＥＰフィルムとＰＴＦＥフィルムの接触面に部分的な溶融が生じ、ここに電荷がトラップされてエレクトレットの電荷保存特性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記製造方法は作業速度が０．３ｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍ／ｍｉｎである、如く構成すれば、前記電荷がトラップされる部分溶融の位置と大きさがエレクトレットの電荷保存特性を向上させるのに最も適するようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの製造概念を示す概略図であり、図２は、本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの構造を示す断面図である。
【００２２】
本実施形態にかかる電荷保存特性（Ｃｈａｒｇｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）に優れるマルチレーヤポリマーエレクトレットは、図１に示されるように、金属板１１上に約１２．５〜２５μｍのフルオルエチレンプロピレン（Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ：以下ＦＥＰと称する）フィルム１２を接着させた後に、その上に高結晶化度（Ｈｉｇｈ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）を有する３０μｍ〜１００μｍのポリテトラフルオルエチレン（Ｐｏｌｙ  Ｔｅｔｒａ  Ｆｌｕｏｒｏ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ：以下ＰＴＦＥと称する）フィルム２０をラミネート加工により積層した多層の構成を有する。
【００２３】
ＦＥＰとＰＴＦＥフィルムにより構成されるエレクトレットに表面実装技術が適用可能なのは、ＰＴＦＥが耐熱性に優れ、また、結晶化度（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）が高いからである。ＰＴＦＥフィルムとＦＥＰフィルムはその製造方法が異なるため、異なる特性を有する。
【００２４】
ＦＥＰフィルムは溶融圧出方法で製造されるために結晶化度を高くするのが難しく、仮に高い結晶化度を得られたとしても一つの結晶粒（Ｇｒａｉｎ）が巨大になるため微細結晶粒を全体的に生成できず、高い電荷保存特性を得るのが困難である。
【００２５】
一方、ＰＴＦＥフィルムの場合は、ＰＴＦＥ樹脂（Ｒｅｓｉｎ）を成形した後に成形体を薄く切る方法で製造される。ＰＴＦＥ樹脂は、サイズが１０μｍ〜２０μｍの非常に微細な結晶の塊りである。また、成形時に強い圧力と熱を受けて結晶粒がさらに微細に形成される。このように多量の微細結晶粒が生成されているＰＴＦＥ樹脂は、結晶化度が高くなり、電荷保存特性を向上させることができる。
【００２６】
本実施形態にかかるマルチレーヤポリマーエレクトレットは、図２に示されたように、金属板１１上にＦＥＰフィルム１２とＰＴＦＥフィルム２０が積層されたエレクトレット２２と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＴＥ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルム１４上に金属１５が蒸着された振動板１７と、振動板１７とエレクトレット２２との間に空間を形成するためのスペーサ１３と、で構成される。
【００２７】
図３は、本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの製造工程を示す工程図であり、図４は、本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの製造方法を示す概略図である。
【００２８】
一般的に、金属板と薄膜（フィルム）の溶融接着はラミネート加工（Ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ）により行われるが、ＰＴＦＥフィルムは溶融点が約３２７℃と高いため金属板との接着が困難である。また、ＰＴＦＥフィルムと金属板とが接着されたとしても、ラミネート加工時に強い熱と圧力が加えられるため、エレクトレットの特性である電荷保存特性が著しく減少してしまう。
【００２９】
従って、本実施形態においては、まず接着性の高いＦＥＰフィルムを金属板の上に接着させた後に、ＦＥＰフィルム上に再びＰＴＦＥフィルムを接着させて多層のエレクトレット（マルチレーヤエレクトレット）を構成する。ＦＥＰとＰＴＦＥは同一のフルオル（Ｆｌｕｏｒｏ）化系列であるため、熱と圧力を加えると強い接着力を有する特性がある。また、ＦＥＰフィルム上にＰＴＦＥフィルムが接着されたマルチレーヤ（ＦＥＰ−ＰＴＦＥ）ポリマーエレクトレットは電荷保存特性に非常に優れるといった長所を有する。ＰＴＦＥフィルムの電荷保存特性が優れているのは、前述したように結晶化度が高いからである。結晶化度が高いと、物質の内部には多くの結晶粒界（Ｇｒａｉｎ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）が存在するようになるが、これら結晶粒界は充電時に電子が移動する経路となり、また電子が安定的にトラップ（Ｔｒａｐ）されるトラッピングサイト（Ｔｒａｐｐｉｎｇ  Ｓｉｔｅ）にもなり得る。したがって、電荷が安定的に物質内に残留することになり、エレクトレットの電荷保存特性が増加する。
【００３０】
図３を参照すると、本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットを製造する工程は、金属板上にＦＥＰフィルムを接着する１次ラミネート加工工程（Ｓ１およびＳ２）と、ＦＥＰフィルム上に再びＰＴＦＥフィルムを接着する２次ラミネート加工工程（Ｓ３およびＳ４）と、冷却工程（Ｓ５）と、荷電工程（Ｓ６）と、から成る。
【００３１】
一次ラミネート加工工程は、図４に図示されたように、金属板１１上にロールに巻かれたＦＥＰフィルム１２を積層した後、誘導加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間を通過させて溶融接着されるようにする。この時、ＦＥＰフィルムの厚さは１２．５μｍ〜２５μｍであるのが望ましい。
【００３２】
すなわち、段階Ｓ１にて、まず、金属板１１上にロール形態で巻かれたＦＥＰフィルム１２を解いて積層する。次に、段階Ｓ２にて、金属板１１の下面からは誘導加熱ローラ５２にて熱を加えると同時に、金属板１１に積層されているＦＥＰフィルム１２の上面からは加圧ローラ５４で圧力を加えながら、ローラを通過させて金属板１１とＦＥＰフィルム１２を溶融接着させる。この時、加圧ローラ５４の圧力は約１０Ｋｇｆ〜１００Ｋｇｆであり、誘導加熱ローラ５２の加熱温度は３３０℃〜４００℃であるのが望ましい。このように圧力を加えると同時に高温で加熱することにより、ＦＥＰフィルムと金属板が接触される部分では全体的に溶融が生じ、ＦＥＰフィルムの内部では部分的な溶融が生じる。
【００３３】
二次ラミネート加工工程は、図４に図示されたように、一次ラミネート加工工程でＦＥＰフィルム１２が溶融接着された金属板１１のＦＥＰフィルム上にロールに巻かれたＰＴＦＥフィルム２０を積層した後、誘導加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間を通過しながら溶融接着されるようにする。この時、ＰＴＦＥフィルムの厚さは３０μｍ〜１００μｍであるのが望ましい。
【００３４】
すなわち、段階Ｓ３にて、まず、金属板１１に接着されたＦＥＰフィルム１２上に、ロール形態で巻かれたＰＴＦＥフィルム２０を解いて積層する。次に、段階Ｓ４にて、金属板１１の下面からは誘導加熱ローラ５２にて熱を加えると同時に、ＦＥＰフィルム１２上に積層されているＰＴＦＥフィルム２０の上面からは加圧ローラ５４で圧力を加えながら、ローラを通過させて金属板１１に接着されたＦＥＰフィルム１２とＰＴＦＥフィルム２０を溶融接着させる。この時、加圧ローラ５４による圧力は約３０Ｋｇｆ〜１５０Ｋｇｆであり、誘導加熱ローラ５２の加熱温度は４００℃〜５００℃であるのが望ましい。
【００３５】
このようなラミネート加工工程では、フィルムの金属板との接触面や、フィルムとフィルムとの接触面で、全体的な溶融あるいは部分的な溶融が生じる。この時、部分的に溶融された界面では高分子の非晶質と格子が融和されておらず、このような状態の界面に電荷がトラップされることを利用して、この界面の位置と大きさを制御することによりエレクトレットの電荷保存特性を向上させることができる。
【００３６】
段階Ｓ５では、溶融接着された金属板１１とＦＥＰフィルム１２とＰＴＦＥフィルム２０とから成るエレクトレット２２を、冷却器５６にて冷却する。このとき、冷却速度を制御することにより、前述した界面の位置と大きさを制御することができる。
【００３７】
最後に、段階Ｓ６の荷電工程にて、積層されたフィルムを充電してフィルム内に電荷を蓄える。
【００３８】
前述した、連続する一連のエレクトレット製造工程においては、ラインの移送速度（作業速度）は、０．３ｍ／ｍｉｎ〜０．７ｍ／ｍｉｎであることが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明にかかるフルオルエチレンプロピレン（ＦＥＰ）とポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）で製造されたマルチレーヤポリマーエレクトレットは、ＰＴＦＥが耐熱性に優れるので、表面実装技術（ＳＭＴ）による部品のハンダ付けが可能となる。また、ＰＴＦＥは結晶化度が高いので内部に多くの結晶粒界が存在し、これにより電荷保存特性が増加して多くの電荷を蓄えられるようになり、エレクトレットの性能を向上させる。
【００４０】
また、本発明にかかるマルチレーヤポリマーエレクトレットは、ポリマーであるため加工性に非常に優れるので、製造工程を簡素化でき、製造費用も削減できる、という利点がある。
【００４１】
また、マルチレーヤポリマーエレクトレットは、既存のエレクトレットコンデンサーマイクロホン（ＥＣＭ）で使用されているバックエレクトレットと形態が同一であるため、既存のあらゆるエレクトレットコンデンサーマイクロホンに適用することができる。
【００４２】
以上、本発明に係る好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術思想の範囲内において、各種の修正例および変更例を想定し得るものであり、それらの修正例および変更例についても本発明の技術範囲に包含されるものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの製造概念を示す概略図である。
【図２】  本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの構造を示す断面図である。
【図３】  本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの製造工程を示す工程図である。
【図４】本実施形態にかかるマルチレーヤエレクトレットの製造方法を示す概略図である。
【図５】    従来のマイクロホン用のバックエレクトレットの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  金属板
１２  ＦＥＰフィルム
１３  スペーサ
１４  ＰＥＴフィルム
１５  金属
１７  振動板
２０  ＰＴＦＥフィルム
１６,２２  エレクトレット
５２  誘導加熱ローラ
５４  加圧ローラ
５６  冷却器
【図１】
0003692090.tif 000002
【図２】
0003692090.tif 000003
【図３】
0003692090.tif 000004
【図４】
0003692090.tif 000005
【図５】
0003692090.tif 000006