(57)【要約】フッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の一方の面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の他方の面に形成されたシリカ層２０と、を有し、シリカ層２０が、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１を被覆する複数の島状シリカ領域２０１からなり、この島状シリカ領域２０１に負電荷が付着されているエレクトレット構体１を提供する。このエレクトレット構体１を用いた静電誘導型変換素子はＰｂフリー半田を用いたリフローで基板に実装できる。【選択図】図１
2013157505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂フィルムと、
前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された電極と、
前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層と、
を有し、前記シリカ層が、互いに孤立した状態で前記フッ素樹脂フィルムを被覆する複数の島状シリカ領域からなり、前記島状シリカ領域に負電荷が付着されていることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項２】
請求項１に記載のエレクトレット構体であって、前記フッ素樹脂フィルムが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（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）又はポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）の少なくとも１を含むことを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項３】
請求項２に記載のエレクトレット構体であって、前記島状シリカ領域のすべてによって被覆される被覆面積の前記フッ素樹脂フィルムの表面積に対する被覆比率が、５％以上、９０％以下であり、
１つの前記島状シリカ領域によって被覆される被覆面積と前記被覆比率との積が０．５ｍｍ2以下であることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項４】
請求項３に記載のエレクトレット構体であって、前記島状シリカ領域の相互間の間隔が１００ｎｍ以上であることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項５】
請求項４に記載のエレクトレット構体であって、前記島状シリカ領域が非晶質シリカ微粒子のシリカ凝集体からなることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項６】
請求項４に記載のエレクトレット構体であって、前記島状シリカ領域が非晶質シリカ又は多結晶シリカの薄膜からなることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項７】
請求項６に記載のエレクトレット構体であって、前記薄膜が多孔質膜であることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項８】
請求項１に記載のエレクトレット構体であって、前記シリカ層が形成された前記フッ素樹脂フィルムの面を覆う被覆フィルムを有し、該被覆フィルムが、前記島状シリカ領域の上面、及び、前記島状シリカ領域の間の前記フッ素樹脂フィルムの上面に被着されていることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項９】
請求項１に記載のエレクトレット構体であって、前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成される前記電極の表面が、平滑化処理されていることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項１０】
請求項１に記載のエレクトレット構体であって、前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成される前記電極の表面が、絶縁層で被覆されていることを特徴とするエレクトレット構体。
【請求項１１】
フッ素樹脂フィルムと、前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された電極と、前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層とを有するエレクトレット構体の製造方法であって、
非晶質シリカの微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルを前記フッ素樹脂フィルムの前記他方の面に吹き付けて、複数の島状シリカ領域を互いに孤立した状態で前記他方の面上に形成し、前記複数の島状シリカ領域によって前記シリカ層を形成し、
前記島状シリカ領域に負電荷が付着させること、
を含むことを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、前記フッ素樹脂フィルムの上方に前記島状シリカ領域の形状を規定するマスクを配置し、該マスクを通して前記シリカゾルを前記フッ素樹脂フィルムに吹き付けることを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、前記シリカゾルを吹き付けるスプレーノズル、及び、金属で形成した前記マスクを負電位に設定し、前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成した電極を正電位に設定して、前記シリカゾルを前記フッ素樹脂フィルムに吹き付けることを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、非晶質シリカの微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルをインクジェットプリンティングで前記フッ素樹脂フィルムに塗布し、前記島状シリカ領域を形成することを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、非晶質シリカの微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルをスクリーン印刷で前記フッ素樹脂フィルムに塗布し、前記島状シリカ領域を形成することを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１、１４又は１５に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、前記フッ素樹脂フィルム上に前記島状シリカ領域が形成された前記エレクトレット構体を加熱することを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、前記島状シリカ領域に負電荷が付着される前の前記エレクトレット構体を１００℃以上に加熱して、前記島状シリカ領域から余剰な水分を除去することを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、前記島状シリカ領域に負電荷が付着された後の前記エレクトレット構体を１８０℃以上、３００℃以下に加熱し、その後に、前記島状シリカ領域への負電荷の付着を再び行うことを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載のエレクトレット構体の製造方法であって、前記島状シリカ領域に負電荷を付着する際に、前記エレクトレット構体を１８０℃以上、３００℃以下に加熱しながら前記負電荷の付着を行うことを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項２０】
フッ素樹脂フィルムと、前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された電極と、前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層とを有するエレクトレット構体の製造方法であって、
ＰＶＤ又はＣＶＤにより非晶質シリカ又は多結晶シリカの薄膜からなる複数の島状シリカ領域を前記フッ素樹脂フィルムの前記他方の面上に互いに孤立した状態で形成し、前記複数の島状シリカ領域によって前記シリカ層を形成し、
前記島状シリカ領域に負電荷が付着させること
を含むことを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項２１】
フッ素樹脂フィルムと、前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成されたシリカ層と、前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成された電極とを有するエレクトレット構体の製造方法であって、
前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に前記シリカ層を構成する複数の島状シリカ領域を互いに孤立した状態で形成し、
その後、前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に前記電極を溶着で形成するときに、同時に、前記島状シリカ領域への負電荷の付与を行うこと
を含むことを特徴とするエレクトレット構体の製造方法。
【請求項２２】
フッ素樹脂フィルムと、
前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された背面電極と、
前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層と、
前記フッ素樹脂フィルムの他方の面上の前記シリカ層に対向して配置された振動電極と、
該振動電極の前記シリカ層への対向面に設けられた絶縁層と、
を備え、前記シリカ層が、互いに孤立した状態で前記フッ素樹脂フィルムを被覆する複数の島状シリカ領域からなり、前記島状シリカ領域に負電荷が付着されていることを特徴とする静電誘導型変換素子。
【請求項２３】
請求項２２に記載の静電誘導型変換素子であって、前記島状シリカ領域が、前記絶縁層と前記フッ素樹脂フィルムとの間隔を保つスペーサを兼ねていることを特徴とする静電誘導型変換素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の静電誘導型変換素子であって、前記背面電極が折曲可能な厚さを有し、全体が柔軟性を有することを特徴とする静電誘導型変換素子。
【請求項２５】
フッ素樹脂フィルムと、
前記フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された背面電極と、
前記フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層と、
前記フッ素樹脂フィルムの他方の面上の前記シリカ層に対向して配置された振動電極と、
を備え、前記シリカ層が、互いに孤立した状態で前記フッ素樹脂フィルムを被覆する複数の島状シリカ領域からなり、
該複数の島状シリカ領域の前記フッ素樹脂フィルム上での分布密度が、前記振動電極の周辺部に対向する領域で高く、前記振動電極の中央部に対向する領域で低いことを特徴とする静電誘導型変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温に晒されたり、絶縁層と強く接触したりしても高い電荷保持率が維持できる、耐熱性及び耐圧性を備えたエレクトレット構体と、その製造方法と、そのエレクトレット構体を用いて構成するエレクトレットコンデンサマイクロフォン（ＥＣＭ）等の静電誘導型変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
帯電された電荷を半永久的に保持し続けるエレクトレットは、ＥＣＭを始めとして、超音波センサ、加速度センサ、地震計、発電素子、エレクトレットフィルターなどに広く用いられている。図２４は、ＥＣＭの構造の一例を示している。このＥＣＭは、音圧で振動する振動電極１０と、スペーサリング１４で保持されるギャップを介して振動電極１０に対向するエレクトレットフィルム１１と、エレクトレットフィルム１１の背面に固定された背面電極１２と、背面電極１２から出力される信号を増幅するＦＥＴ１３と、振動電極１０と電気的に接続する金属ケース１５とを備えている。【０００３】
なお、本明細書では、図２４に示されたようなエレクトレットフィルム１１と、それに一体化された背面電極１２との構造体及びこれに類似の構造体を「エレクトレット構体」と称する。【０００４】
エレクトレットフィルム１１及び背面電極１２には、振動電極１０の振動を抑制しないように、ギャップ空間に通じる孔１６ａ，１６ｂが設けられている。又、金属ケース１５は接地され、ＦＥＴ１３を駆動する直流電源Ｅが抵抗Ｒと共に外付けされている。ＦＥＴ１３のゲート電極は背面電極１２に接続し、ソース電極は金属ケース１５を通じて接地され、増幅された音声信号を出力するドレイン電極は、結合容量Ｃを介して外部機器に接続している。エレクトレットフィルム１１には、高い電荷保持特性を持つフッ素樹脂のフィルムが広く用いられている。代表的なエレクトレット材料としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（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）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などのフッ素樹脂が挙げられる。【０００５】
このＥＣＭの製造過程で、背面電極１２を取り付けたエレクトレットフィルム１１に対し、コロナ放電やプラズマ放電により負電荷が注入される。この負電荷は、エレクトレットフィルム１１の表面や内部にトラップされ、エレクトレットフィルム１１は、この負電荷を保持し続ける。エレクトレットフィルム１１にトラップされた負電荷から電界が生じるため、振動電極１０及び背面電極１２により、外部からのバイアス電圧の印加を必要としないコンデンサが形成される。振動電極１０が音圧で振動すると、このコンデンサの静電容量が変化し、それによって生ずる振動電極１０と背面電極１２との間の電圧変化がＦＥＴ１３で増幅されて外部に出力されることで、音声信号を電気信号として取り出すことができる。【０００６】
しかし、エレクトレット材料としてフッ素樹脂フィルムを使用したＥＣＭは、基板への実装に際して、Ｐｂフリー半田を用いたリフローが実施できない、と言う欠点がある。図２５は、携帯電話等の基板に部品を実装する際に用いられるリフローの温度プロファイルの一例を示している。近年、有害物質除去の観点からＰｂフリー半田を用いたリフローが行われているが、この場合、実装部品は、リフロー過程で、２１７〜２６０℃に３０〜６０秒程度保持され、２６０℃において５〜１０秒程度加熱される。フッ素樹脂フィルムは、このように２５０℃を超える高温に晒されると、トラップしていた負電荷を保持することができず、その多くが失われる。【０００７】
このフッ素樹脂の高温における電荷保持率の低下を抑えるため、放射線を照射してフッ素樹脂を改質したり（特許文献１参照。）、フッ素樹脂に無機微粒子を含めたりする（特許文献２参照。）試みが行われている。又、フッ素樹脂に代えて、高温でも良好な帯電安定性を有するシリコン酸化膜をエレクトレット材料に用いたＥＣＭも提案されている（特許文献３参照。）。なお、本発明の発明者は、先に、背面電極を下面に有するエレクトレット層の上面にエレクトレット絶縁層を接合し、振動電極の下面に振動電極絶縁フィルムを設け、エレクトレット絶縁層と振動電極絶縁フィルムとの間に粒径が１０ｎｍ〜４０μｍの絶縁体の微粒子をスペーサとして介在させた機械電気変換素子を提案している（特許文献４参照。）。【０００８】
エレクトレットフィルム１１の電荷保持率は、高温時に、次のような原因で低下する。図２６に示すように、エレクトレット構体１ｐを構成するエレクトレットフィルム１１にトラップされた負電荷ａは、高温時に、エレクトレットフィルム１１の欠陥準位を経由して、その一部がエレクトレットフィルム１１の表面方向に拡散し、電荷保持率が低下する。又、トラップされた負電荷ａの他の一部は、高温時に、エレクトレットフィルム１１の欠陥準位を経由して、エレクトレットフィルム１１の厚さ方向に拡散する。一方、背面電極１２に誘起された正電荷ｂは、背面電極１２とエレクトレットフィルム１１との界面欠陥（又は背面電極１２の表面粗さに起因する電界集中部）からエレクトレットフィルム１１に注入され、厚さ方向に拡散する。拡散した負電荷と正電荷とが結合すると、負電荷は消滅し、電荷保持率が低下する。【０００９】
又、特許文献３には、従来のシリコン酸化膜エレクトレットについて、耐湿特性が大きく低下し、実用に耐えない、と記載されている。これは、親水性が高いシリカの性質が影響している。空気中の水分は、親水性が高いシリコン酸化膜に吸着され、この吸着水を介して電極の正電荷がシリコン酸化膜の表面を経由して拡散し、負電荷と結合して負電荷が消滅する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２８７２７９号公報
【特許文献２】特開２００９−２５３０５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３３２４１号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／１２５７７３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、高温でも高い電荷保持率を維持できる新たなエレクトレット構体、このエレクトレット構体の製造方法、さらに、このエレクトレット構体を用いた静電誘導型変換素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、フッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された電極と、フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ（酸化ケイ素、ＳｉＯx、ｘ＝１〜２）層とを有するエレクトレット構体であることを要旨とする。本発明の第１の態様に係るエレクトレット構体のシリカ層は、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルムを被覆する複数の島状シリカ領域からなり、この島状シリカ領域に負電荷が付着されている。ここで、第１の態様に係るエレクトレット構体の「電極」とは、例えば、本発明のエレクトレット構体をエレクトレットコンデンサマイクロフォン（ＥＣＭ）に適用した場合には、ＥＣＭの「背面電極」又は「振動電極」のいずれか一方の、エレクトレット構体を構成する側の電極が対応する。【００１３】
コロナ放電やプラズマ放電により島状シリカ領域に注入された負電荷は島状シリカ領域の深いトラップ準位に固定されるため、リフロー処理温度においても、負電荷がフッ素樹脂フィルムに拡散することはない。その結果、図２６に示す負電荷の表面及び厚さ方向への拡散が発生しない。そのため、島状シリカ領域で保持された負電荷の消失は、電極から拡散する正電荷（正孔）との結合による消失だけとなり、高温時の電荷保持特性が向上する。さらに、島状シリカ領域は、表面抵抗が高いフッ素樹脂フィルム上で各々が孤立しているため、室温において、図２６に示す負電荷の表面方向への拡散は殆ど発生せず、又、室温における電極からの正電荷の拡散は、フッ素樹脂フィルムにより遮られる。そのため、高湿下においても島状シリカ領域の吸着水による耐湿特性の低下は生じない。【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様で説明したフッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された電極と、フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層とを有するエレクトレット構体の製造方法に関する。第２の態様に係るエレクトレット構体の製造方法は、非晶質シリカの微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルをフッ素樹脂フィルムの他方の面に吹き付けて、複数の島状シリカ領域を互いに孤立した状態で他方の面上に形成し、複数の島状シリカ領域によってシリカ層を形成し、島状シリカ領域に負電荷が付着させることを含むエレクトレット構体の製造方法であることを要旨とする。【００１５】
本発明の第３の態様は、第１の態様で説明したフッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された電極と、フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層とを有するエレクトレット構体の製造方法の製造方法に関する。第３の態様に係るエレクトレット構体の製造方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）又は化学的気相堆積（ＣＶＤ）により非晶質シリカ又は多結晶シリカの薄膜からなる複数の島状シリカ領域をフッ素樹脂フィルムの他方の面上に互いに孤立した状態で形成し、複数の島状シリカ領域によってシリカ層を形成し、島状シリカ領域に負電荷が付着させることを含むエレクトレット構体の製造方法であることを要旨とする。【００１６】
本発明の第４の態様は、第１の態様で説明したフッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成されたシリカ層と、フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成された電極とを有するエレクトレット構体の製造方法の製造方法に関する。第４の態様に係るエレクトレット構体の製造方法は、フッ素樹脂フィルムの一方の面にシリカ層を構成する複数の島状シリカ領域を互いに孤立した状態で形成し、その後、フッ素樹脂フィルムの他方の面に電極を溶着で形成するときに、同時に、島状シリカ領域への負電荷の付与を行うことを含むエレクトレット構体の製造方法であることを要旨とする。【００１７】
本発明の第５の態様は、フッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された背面電極と、フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層と、フッ素樹脂フィルムの他方の面上のシリカ層に対向して配置された振動電極と、この振動電極のシリカ層への対向面に設けられた絶縁層と、を備える静電誘導型変換素子であることを要旨とする。第５の態様に係る静電誘導型変換素子のシリカ層は、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルムを被覆する複数の島状シリカ領域からなり、島状シリカ領域に負電荷が付着されている。第５の態様に係る静電誘導型変換素子では、音圧で振動電極が振動し、振動電極側の絶縁層が島状シリカ領域に接触した場合でも、島状シリカ領域の深いトラップ準位に付着した負電荷は絶縁層に拡散せず、ＥＣＭの劣化が回避できる。そのため、ＥＣＭの最大許容音圧を大幅に向上させることができる。【００１８】
本発明の第６の態様は、フッ素樹脂フィルムと、フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成された背面電極と、フッ素樹脂フィルムの他方の面に形成されたシリカ層と、フッ素樹脂フィルムの他方の面上のシリカ層に対向して配置された振動電極と、を備える静電誘導型変換素子であることを要旨とする。第６の態様に係る静電誘導型変換素子のシリカ層は、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルムを被覆する複数の島状シリカ領域からなり、この複数の島状シリカ領域のフッ素樹脂フィルム上での分布密度が、振動電極の周辺部に対向する領域で高く、振動電極の中央部に対向する領域で低いことを特徴とする。第６の態様に係る静電誘導型変換素子における島状シリカ領域の配置は、インクジェットプリンティングやスクリーン印刷で任意に設定することができる。周辺部の島状シリカ領域の面密度を高めると、周辺部の電界が中心部よりも高くなるため、ＥＣＭの有効エリアが振動電極の周辺部にまで広がり、静電容量の変化が増大する。その結果、ノイズの低減や感度の向上が可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高温でも高い電荷保持率を維持できる新たなエレクトレット構体、このエレクトレット構体の製造方法、さらに、このエレクトレット構体を用いた静電誘導型変換素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）を示す模式的な断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る静電誘導型変換素子に用いるエレクトレット構体の測定試験用サンプルを示す平面図である。
【図３】第１の実施形態に係るエレクトレット構体を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の製造方法として、スプレー法によるシリカ凝集体の形成方法を示す模式的な断面図である。
【図５】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の耐湿試験結果を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の被覆比率と被覆面積の積と、電荷保持率の関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の加熱試験結果を示す図である。
【図８】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の被覆面積と被覆比率との関係を調べるための加熱試験に用いられた昇温−降温の温度プロファイルを示す図である。
【図９】図８の昇温−降温の温度プロファイルを用いて加熱試験を行った結果得られた、第１の実施形態に係るエレクトレット構体の保持時間と電荷保持率の関係を示す図である。
【図１０】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の被覆面積と電荷保持率の関係を示す図である。
【図１１】フッ素樹脂フィルムの厚さを７μｍまで薄くした第１の実施形態に係るエレクトレット構体を、室温に放置した場合の電荷保持率の変化を示す図である。
【図１２】第１の実施形態に係るエレクトレット構体への熱処理が、電荷保持率に与える影響を示す図である。
【図１３】第１の実施形態に係るエレクトレット構体の熱処理による電荷保持率ｒの変化を、溶着不良部を導入したサンプル（□印）と溶着良好なサンプル（○印）を比較して示す図である。
【図１４】図８の昇温−降温特性と同様のリフロー試験を繰り返し行ったときの、第１の実施形態に係るエレクトレット構体の電荷保持率の変化を、シリカ凝集体があるサンプル（□印）とシリカ凝集体がないサンプル（○印）を比較して示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、島状シリカ領域の脱落防止用被覆を設けた本発明の第１の実施形態の変形例（第１変形例）に係るエレクトレット構体を示す模式的な断面図図で、図１５（ｂ）は、第１の実施形態の第２変形例に係るエレクトレット構体を示す模式的な断面図図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態の変形例（第３変形例）に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）を示す模式的な断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）を示す模式的な断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）を示す模式的な断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子を示す模式的な断面図である。
【図２０】図２０（ａ）は、第４の実施形態に係るフレキシブルな静電誘導型変換素子を２つ折りにするための第１の折り曲げ線の位置を示す模式的な断面図で、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）で２つ折りした静電誘導型変換素子をさらに２つ折りにするための第２の折り曲げ線の位置を示す側面図で、 図２０（ｃ）は、図２０（ｂ）で２つ折りにされ、最終的に４つ折りに畳み込まれた静電誘導型変換素子に、引出電極を取り付けた第４の実施形態に係る変換素子の完成図を示す側面図である。
【図２１】図２０（ｃ）で４つ折りに畳み込まれた第４の実施形態に係る変換素子を加速度センサとして用いて、市販の加速度センサとの出力比の周波数特性を測定するための実験装置の主要部の概略を説明する模式的なブロック図である。
【図２２】図２１に示す実験装置を用いて、第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子と市販の加速度センサとの出力比の周波数特性を測定した結果を示す図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子を示す模式的な断面図である。
【図２４】従来のＥＣＭを示す断面図である。
【図２５】Ｐｂフリー半田によるリフロー処理の温度プロファイルを示す図である。
【図２６】従来のエレクトレット構体の負電荷消失の原因を説明する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第５の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
又、以下に示す第１〜第５の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動電極（振動子）１０と、振動電極１０の振動面に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で定義されたフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面（第１主面）に形成されたシリカ層２０と、フッ素樹脂フィルム２１の下面（第２主面）に接合された背面電極２２と、振動電極１０の振動面の変位に伴い振動電極１０と背面電極２２間に誘導される電荷を測定する静電誘導電荷測定手段（１３，Ｒ，Ｃ，Ｅ）とを備えるマイクロフォンカプセルである。シリカ層２０は、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１に被着された複数の島状シリカ領域２０１で構成されているが、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように背面電極２２から複数の島状シリカ領域２０１のそれぞれの下面に向かうフッ素樹脂フィルム２１中の分極方向が揃っている。
【００２３】
第１の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）においては、図１に示すフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の上面（第１主面）に形成されたシリカ層２０とを備える積層構造体の全体を「エレクトレット構体」と称する。なお、図１６を用いて後述するように、「エレクトレット構体」を構成するフッ素樹脂フィルム２１の一方の面に形成される電極は、振動電極１０であっても構わない。即ち、本発明の「エレクトレット構体」を定義する構成の一部をなす「フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成される電極」は、振動電極でも背面電極でも構わない。
【００２４】
フッ素樹脂フィルム２１及び背面電極２２には、振動電極１０の振動を抑制しないように、フッ素樹脂フィルム２１と振動電極１０との間に定義される「ギャップ空間」に通じる孔１６ａ，１６ｂが設けられている。第１の実施形態に係るエレクトレット構体１及び振動電極１０は、導電性（金属製）の金属ケース１５に収納されているが、金属ケース１５は接地されている。無負荷時には、フッ素樹脂フィルム２１の第１主面（上面）は、振動電極１０の振動面に平行に対向している。ここで、静電誘導電荷測定手段（１３，Ｒ，Ｃ，Ｅ）は、背面電極２２に接続され。金属ケース１５の内部に収納された増幅器（ＦＥＴ）１３と、ＦＥＴ１３に接続された出力回路（Ｒ，Ｃ，Ｅ）を備える。出力回路（Ｒ，Ｃ，Ｅ）は、金属ケース１５の外部に外付けされ、一方の端子を接地し、ＦＥＴ１３を駆動する直流電源Ｅと、この直流電源ＥとＦＥＴ１３との間に接続された出力抵抗Ｒと、出力抵抗ＲとＦＥＴ１３との接続ノードに一方の電極を接続し、他方の電極を出力端子とする結合容量Ｃを備える。
【００２５】
ＦＥＴ１３のゲート電極は背面電極２２に接続され、ソース電極は金属ケース１５を通じて接地され、増幅された音声信号を出力するドレイン電極が、結合容量Ｃを介して、図示を省略した外部回路（外部機器）に接続している。即ち、静電誘導電荷測定手段（１３，Ｒ，Ｃ，Ｅ）の出力端子となる結合容量Ｃの出力端子には、外部回路が接続され、外部回路によりマイクロフォンに接続される通信装置や記録装置に必要な信号処理がなされる。第１の実施形態に係るＥＣＭの静電誘導電荷測定手段（１３，Ｒ，Ｃ，Ｅ）は、エレクトレット構体１を構成する背面電極２２と振動電極１０間の電位をＦＥＴ１３で増幅することにより、振動電極１０の振動面の変位に伴い、シリカ層２０に静電誘導される静電誘導電荷を測定している。
【００２６】
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図１に示すマイクロフォンカプセルの振動電極１０、フッ素樹脂フィルム２１及び背面電極２２はそれぞれ半径３〜４０ｍｍの円板形状である。図１に示すように、円板状のフッ素樹脂フィルム２１と振動電極１０の間には絶縁体のスペーサリング１４が挟み込まれている。スペーサリング１４の上端面には、円板状の振動電極１０の周辺部が接続されている。このため、エレクトレット構体１、スペーサリング１４及び振動電極１０が金属ケース１５に収納されてマイクロフォンカプセルを構成している。
【００２７】
即ち、スペーサリング１４は、互いに平行に対向する振動電極１０とフッ素樹脂フィルム２１との間隔を規定している。フッ素樹脂フィルム２１の厚さは例えば１０〜４００μｍ程度、背面電極２２の厚さは例えば１０〜５００μｍ程度、振動電極１０の厚さは例えば１〜１００μｍ程度に選定することができるが、振動電極１０、フッ素樹脂フィルム２１及び背面電極２２の具体的な厚さや半径は、要求される性能や仕様に応じて決定されるものである。
【００２８】
なお、図１では図示を省略しているが、エレクトレット構体１、を絶縁体のスペーサリング１４とホルダとの間に挟み込むようにしてもよい。ホルダは金属ケース１５の内壁に外周が接する、ほぼスペーサリング１４と同様な円筒形状をなすように絶縁体で構成すればよい。
【００２９】
ＦＥＴ１３は、背面電極２２の中央部近傍に融着された半田を介して、背面電極２２に電気的に接続されている。背面電極２２及びフッ素樹脂フィルム２１には、背面電極２２及びフッ素樹脂フィルム２１を貫通する孔１６ａ，１６ｂが設けられているが、孔１６ａ，１６ｂは、フッ素樹脂フィルム２１と振動電極１０とのギャップ空間に、（必要に応じて）絶縁性の高い気体（絶縁ガス）を封入し、孔１６ａ，１６ｂ等を用いて封じるようにしてもよい。絶縁ガスとしては、窒素，６フッ化硫黄などが採用可能である。絶縁ガスの他、シリコーンオイルなど絶縁流体をフッ素樹脂フィルム２１と振動電極１０とのギャップ空間を満たしても、絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着するフッ素樹脂フィルム２１の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。絶縁ガスや絶縁流体を満たす代わりに、フッ素樹脂フィルム２１と振動電極１０とのギャップ空間を真空状態としても、感度を向上させることができる。
【００３０】
なお、振動電極１０、エレクトレット構体１はそれぞれ円板形状である必要はなく、楕円形、矩形等他の幾何学的形状でも構わないし、この場合、金属ケース１５等他の部材も、振動電極１０、エレクトレット構体１の幾何学的形状に適合するように設計されることは勿論である。
【００３１】
なお、島状シリカ領域２０１をそれぞれ構成するシリカは、ＳｉＯx（ｘ＝１〜２）で表される酸化ケイ素である。フッ素樹脂フィルム２１には、表面抵抗が１０16Ω／ｓｑ．以上であり、耐熱性、絶縁性に優れ、撥水性が高いことが求められるが、エレクトレットとして一般的に使用されているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（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）又はポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等であれば、その条件を満たしている。これらの樹脂は、表面抵抗が１０16Ω／ｓｑ．以上であり、耐熱性・絶縁性に優れているため、高温や高湿下での表面方向への電荷の拡散が抑制される。又、撥水性が高いため、島状シリカ領域２０１の形成が容易である。又、背面電極２２には、導電性でリフロー温度に耐えられることが求められる。例えば、Ａｌ合金、ステンレス、Ｔｉ合金、Ｎｉ合金、Ｃｒ合金、Ｃｕ合金などが使用可能である。
【００３２】
図２（ａ）は、シリカ凝集体を塗付していない厚さ１２．５μｍのＰＦＡからなるフッ素樹脂フィルム２１を厚さ０．１ｍｍのＡｌ板の片面に真空溶着したサンプルＮと、サンプルＮのＰＦＡからなるフッ素樹脂フィルム２１の全面にシリカゾル（コロイダルシリカ、２０ｗｔ％、一次粒子径４０〜５０ｎｍ、スノーテックス２０Ｌ、日産化学社製）を吹き付けてフッ素樹脂フィルム上の全面にシリカ凝集体を形成したサンプルＵ０を示すが、図２（ｂ）、（ｃ）には、フッ素樹脂フィルム２１上に配置された島状シリカ領域２０１の平面図を示している。
【００３３】
図２（ｂ）は、サンプルＮに用いたのと同じＰＦＡからなるフッ素樹脂フィルム２１の上に、図４（ｂ）に示すようなＡｌパンチ板のマスク３１を置き、コロイダルシリカをフッ素樹脂フィルム上に吹き付けて、孤立したシリカ凝集体を三角格子状に形成したサンプルＵ１（凝集体の径：１．５ｍｍ）及びサンプルＵ２（凝集体の径：０．５ｍｍ）を示す。図２（ｃ）は、コロイダルシリカをインクジェットプリンティング装置（LabJet，マイクロジェット社製）により１点３６０ｐｌ（ピコリットル）の吐出量でフッ素樹脂フィルム上に塗付して、孤立したシリカ凝集体を１００μｍピッチの正方格子状に形成したサンプルＩを示す。なお、サンプルＵ０、Ｕ１、Ｕ２の形成に当たり、超音波ネブライザーによって霧化されたコロイダルシリカを吹き付けているが、 図２（ｂ）、（ｃ）は実験用に形成したものであり、実際のＥＣＭに使用するエレクトレット構体の島状シリカ領域２０１の配置及び形状は、これに限らない。
【００３４】
又、図３（ａ）は、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の断面構造の詳細を模式的に説明するもので、断面から見た島状シリカ領域２０１とフッ素樹脂フィルム２１と背面電極２２との関係を示している。この島状シリカ領域２０１は、非晶質シリカ微粒子の凝集体からなる。非晶質シリカ微粒子は、一次粒子の平均粒径が４〜４５０ｎｍの微粒子であるが、溶液中で数百ｎｍ〜数μｍの凝集体となって分散する。この凝集体が分散された溶液をフッ素樹脂フィルム２１上に塗布すれば、非晶質シリカ微粒子の凝集体からなる島状シリカ領域２０１を形成することができる。非晶質シリカの凝集体は、表面積が大きいため、多量の水分子が表面に吸着し、その影響で凝集体の見掛けの誘電率が増加する。その結果，コロナ放電やプラズマ放電でエレクトレット化するときに、非晶質シリカの凝集体に電界が集中し、負電荷が島状シリカ領域２０１に選択的に付着することができる。
【００３５】
なお、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の島状シリカ領域２０１は非晶質シリカの凝集体に限定されるものではなく、例えば、島状シリカ領域２０１を図３（ｂ）に示すように、非晶質シリカや多結晶シリカの薄膜で形成してもよい。図３（ｂ）に示す非晶質シリカや多結晶シリカの薄膜は、真空蒸着、スパッタリング、化学的気相堆積（ＣＶＤ）法や物理的気相堆積（ＰＶＤ）法等で形成することができる。後述するように、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法やＰＶＤ法に際し、フッ素樹脂フィルム２１の表面をマスキングすれば、フッ素樹脂フィルム２１上に島状シリカ領域を選択的に形成することができる。
【００３６】
図４（ａ）は、マスクを用いずに、フッ素樹脂フィルム上に水溶性のシリカゾルをスプレーノズル３０からの噴霧量を調節して塗布する例を示す。図２（ｂ）、（ｃ）に示すは、サンプルＵ１，Ｕ２，Ｉの形成では、図４（ｂ）に示すように、フッ素樹脂フィルム２１の上に島状シリカ領域２０１の形状・位置を規定するマスク３１を配置し、スプレーノズル３０からシリカゾルの水溶液の液滴の霧（ミスト）２０１ｒをマスク３１越しにフッ素樹脂フィルム２１に吹き付けて島状シリカ領域２０１を形成している。フッ素樹脂は撥水性が高いので、フッ素樹脂フィルム２１に到達したシリカゾルの水溶液の液滴の霧（ミスト）２０１ｒは、球に近い形状の水滴となってフッ素樹脂フィルム２１に付着する。シリカ凝集体の大きさは、フッ素樹脂上に形成される水滴の大きさ、及び、シリカゾルのシリカ濃度（１０〜５０ｗｔ％）により決まる。水滴の大きさは、スプレーノズル３０で散布されるシリカゾル液滴の大きさ（１μｍ〜１ｍｍ）だけでなく、フッ素樹脂フィルム上に付着したシリカゾル水溶液の液滴の霧（ミスト）２０１ｒに、別の霧（ミスト）２０１ｒが繰り返し付着して合体することも影響する。フッ素樹脂フィルム２１に付着した水滴が乾燥すると、孤立したシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１が形成される。
【００３７】
島状シリカ領域２０１を形成したエレクトレット構体に対して、次に、コロナ放電やプラズマ放電により負電荷を帯電させるエレクトレット化の処理が行われる。このエレクトレット化の処理自体は従来から広く行われており、ここでは詳述しないが、エレクトレット化の処理を施すことにより、図３（ａ）に示すように、島状シリカ領域２０１に選択的に負電荷が付着する。これは、表面積が大きいシリカ凝集体の表面に、空気中に含まれる多量の水分子が化学的に吸着し、島状シリカ領域２０１の見掛けの誘電率が増加するためである。その結果、エレクトレット化の処理時には、島状シリカ領域２０１に電界が集中し、負電荷が島状シリカ領域２０１に引き寄せられて、大部分の負電荷が島状シリカ領域２０１に付着する。
【００３８】
第１の実施形態に係るエレクトレット構体１は、表面抵抗が高いフッ素樹脂フィルム２１の上に島状シリカ領域２０１が各々孤立しているため、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度においても、図１８に示す負電荷の表面方向への拡散やフッ素樹脂フィルム２１の厚さ方向への拡散が殆ど発生しない。そのため、島状シリカ領域２０１で保持された負電荷は、背面電極２２から拡散する正電荷（正孔）と結合するときにだけ消失する。
【００３９】
フッ素樹脂フィルム２１中には一定の割合で絶縁性に劣る欠陥部が存在しており、その欠陥部を通じて背面電極２２から正孔（正電荷）が拡散し易い。そのため、島状シリカ領域２０１がフッ素樹脂フィルム２１の欠陥部の上に存在すると、その島状シリカ領域２０１に付着した負電荷は、高温時に失われる可能性が高くなる。島状シリカ領域２０１がフッ素樹脂フィルム２１の欠陥部の上に存在する確率は、個々の島状シリカ領域２０１の面積に依存し、その面積が広いと確率は高くなり、面積が狭いと確率は低くなる。したがって、島状シリカ領域２０１全体の合計面積が小さくなり過ぎない範囲で、個々の島状シリカ領域２０１の面積を小さくすることにより、正電荷（正孔）との結合による負電荷の消失を減らすことができ、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度における電荷保持率を高めることができる。そのため、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１を組み込んだＥＣＭは、基板への実装に際してＰｂフリー半田のリフロー処理が可能である。
【００４０】
なお、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１では、シリカゾルをフッ素樹脂フィルム２１に吹き付けて、孤立状態のシリカ凝集体を形成しているが、シリカゾルをインクジェットプリンティングやスクリーン印刷でフッ素樹脂フィルム２１上に塗布して、孤立状態のシリカ凝集体を形成することもできる。
【００４１】
次に、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の各種特性に関する測定結果を説明する。
（耐湿特性）
親水性が高いシリカを含むことで懸念されるエレクトレット構体の耐湿特性について測定した。ここでは、図２（ａ）に示すように、シリカ凝集体を塗付していない厚さ１２．５μｍのＰＦＡフィルムを厚さ０．１ｍｍのＡｌ板の片面に真空溶着したサンプルＮと、サンプルＮのＰＦＡフィルムの全面にシリカゾル（コロイダルシリカ、２０ｗｔ％、一次粒子径４０〜５０ｎｍ、スノーテックス２０Ｌ、日産化学社製）を吹き付けてフッ素樹脂フィルム上の全面にシリカ凝集体を形成したサンプルＵ０と、図２（ｂ）に示すように、サンプルＮのＰＦＡフィルムの上にＡｌパンチ板のマスクを置き、コロイダルシリカをフッ素樹脂フィルム上に吹き付けて、孤立したシリカ凝集体を三角格子状に形成したサンプルＵ１（凝集体の径：１．５ｍｍ）及びサンプルＵ２（凝集体の径：０．５ｍｍ）と、図２（ｃ）に示すように、コロイダルシリカをインクジェットプリンティング装置（LabJet）により１点３６０ｐｌ（ピコリットル）の吐出量でフッ素樹脂フィルム上に塗付して、孤立したシリカ凝集体を１００μｍピッチの正方格子状に形成したサンプルＩとを用意した。なお、サンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２の形成に当たり、超音波ネブライザーによって霧化されたコロイダルシリカを吹き付けている。
【００４２】
これらのサンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２，Ｉに対してコロナ放電によるチャージを行い、負電荷を付着させた。このとき、サンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２，Ｉの表面電位は、いずれも−１ｋＶとした。そして、各サンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２，Ｉを室温（１５〜２５℃）で湿度３０〜９０％の雰囲気中に１１０日間放置し、その間、サンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２，Ｉの表面電位を随時測定し、各サンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２，Ｉの電荷保持率（表面電位測定値と当初表面電位との比率）を調べた。この測定結果を図５に示している。
【００４３】
サンプルＩ及びサンプルＵ２は、サンプルＮ（シリカ凝集体無し）と比較しても、電荷保持特性に変化がなく、シリカ凝集体による耐湿性の低下が解消されている。サンプルＵ１は、サンプルＮより若干電荷保持率が低下したが、１０日程度経過するとそれ以上の電荷保持率の低下は見られなかった。サンプルＵ０（シリカ凝集体全面塗布）は、単調に電荷保持率が低下しており、シリカ凝集体により耐湿性が大きく悪化したことを示している。
【００４４】
表１には、１１０日後のサンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２及びＩの測定結果を示している。表１では、サンプルＵ０，Ｕ１，Ｕ２及びＩの電荷保持量とサンプルＮの電荷保持量との比を電荷保持率として示している。又、Ｄｓは凝集体の径、Ａｓは凝集体１個当たりの塗布面積（＝被覆面積）、Ｒｓはフッ素樹脂フィルム表面積に対するシリカ凝集体の塗布面積の比率（塗布面積比（＝被覆比率））を示している。
【表１】
2013157505.tif 000003
サンプルＵ１の電荷保持率がサンプルＵ２やサンプルＩの値より若干低下したのは、シリカ凝集体の被覆面積Ａｓが大きいことに起因する。
【００４５】
（被覆面積と被覆比率との関係）
前述するように、シリカ凝集体１個当たりの被覆面積Ａｓが大きくなると、フッ素樹脂フィルム２１の欠陥部の上に位置する確率が高まり、電荷保持率が低下する。表１において、サンプルＵ１の電荷保持率がサンプルＵ２やサンプルＩの値より低下しているのは、そのためである。そうかと言って、シリカ凝集体１個当たりの被覆面積Ａｓを小さくし、その結果、すべてのシリカ凝集体の被覆面積Ａｓの合計面積がフッ素樹脂フィルム２１の表面積に占める割合（被覆比率）Ｒｓが極めて小さくなると、シリカ凝集体を設ける効果が薄れるのは明らかである。
【００４６】
そこで、被覆面積Ａｓと被覆比率Ｒｓとの関係について考察する。フッ素樹脂フィルムの表面積をＡｆ、フッ素樹脂フィルム表面での単位面積当たりの欠陥の数をＰｄ、単位面積当たりの凝集体の数をＮｓ、フッ素樹脂フィルムの欠陥部上に塗布されたシリカ凝集体の一定時間後の電荷保持量の低下率をｆｓとすると、サンプル全体の一定時間後の電荷保持率rは、以下の式（１）で表される：
ｒ＝１−Ｎｓ・Ａｓ・Ｐｄ（Ａｓ／Ａｆ）ｆｓ
＝１−Ｒｓ・Ａｓ・Ｐｄ・ｆｓ              ………（１）
よって、電荷保持率ｒは、被覆比率Ｒｓと被覆面積Ａｓの積Ｒｓ・Ａｓに比例する。図６は、表１の測定結果から求めた、積Ｒｓ・Ａｓと、電荷保持率ｒとの関係を示している。
【００４７】
この関係から、積Ｒｓ・Ａｓが０．５ｍｍ2以下であれば、フッ素樹脂フィルムにシリカ凝集体を塗付しても、それを塗布しないフッ素樹脂フィルムと比較して、電荷保持率ｒは１０％以下の低下率で抑えられることが分かる。フッ素樹脂フィルム２１中には一定の割合で絶縁性に劣る欠陥部が存在し、そこを通じて電極から正孔（正電荷）が容易に拡散する。そのため、島状シリカ領域２０１がフッ素樹脂フィルム２１の欠陥部の上にあると、その島状シリカ領域２０１に付着した負電荷は高温時に失われ、電荷保持率が低下する。よって、電荷保持率ｒが、島状シリカ領域２０１のすべてによる被覆比率Ｒｓと、島状シリカ領域１個当たりの被覆面積Ａｓとの積に比例することとなり、この積Ｒｓ・Ａｓが０．５ｍｍ2以下であれば、高温での電荷保持率ｒの低下が抑えられるのである。
【００４８】
（耐熱特性）
第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の耐熱特性を次の方法で測定した。サンプルＮ及びサンプルＩと同じ条件のサンプルを用意し、コロナ放電により表面電位が−１ｋＶになるようにエレクトレット化した。そして、各サンプルをホットプレート上で４℃／ｍｉｎの昇温速度で緩やかに３００℃まで加熱し、その間、５分置きにサンプルの表面電位を測定して電荷保持特性を調べた。図７（ｂ）には、測定時の昇温特性を示している。この測定結果を図７（ａ）に示している。サンプルＮと同じ条件のサンプルの電荷保持率ｒを○印、サンプルＩと同じ条件のサンプルの電荷保持率ｒを△印で示している。
【００４９】
シリカ凝集体を持たないサンプルＮと同じ条件のサンプルは、１８０℃付近から電荷保持率ｒの低下が始まり、２６０℃では電荷がほぼ消滅した。一方、シリカ凝集体を有するサンプルＩと同じ条件のサンプルは、１８０℃付近から電荷保持率ｒの低下が始まるものの、低下率はサンプルＮと同じ条件のサンプルよりも小さい。その結果、２６０℃でも４２％の電荷を保持していた。
【００５０】
この実験の昇温速度は実際のリフロー処理よりも大幅に遅く、２１７〜２６０℃への昇温に６５０秒を要している。一般的なリフロー処理では、２１７〜２６０℃の温度区間が６０秒程度である。電荷の保持率は加熱時間のべき乗に依存することから、図７（ａ）の結果から２１７〜２６０℃℃の保持時間が６０秒のときの電荷保持率ｒを算出すると、サンプルＮと同じ条件のサンプルでは５９％であるのに対して、サンプルＩと同じ条件のサンプルでは９２％となり、大幅に耐熱性が向上することが分かる。
【００５１】
次に，リフロー炉を用いて、サンプルＮ及びサンプルＩと同じ条件のサンプルとを用意して、バッチ式リフロー炉によりリフロー処理を想定した加熱試験（以下，リフロー試験）を行った。このときの昇温−降温の温度プロファイルを図８に示す。このとき，ピーク温度は２６２℃，２１７℃以上の保持時間は１５１秒であった。図９は図７の結果と、図８の結果から、２１７℃以上の保持時間と電荷保持率ｒの関係をプロットしたものである。又、図９の曲線は電荷保持率ｒが加熱時間のべき乗に依存するとして図７の結果から予想した電荷保持率ｒと保持時間の関係である。○印で示したサンプルＩと同じ条件のサンプルは，電荷保持率ｒが保持時間のべき乗に依存していることが図９から分かる。
【００５２】
しかし、△印で示したサンプルＮと同じ条件のサンプルは，リフロー試験時の電荷保持率ｒは保持時間のべき乗則から予想された値より大幅に低くなっている。この原因は不明であるが、トラップ準位に捕獲された負電荷の加熱時のホッピング伝導が関係していると推測される。トラップ準位に捕獲された負電荷は加熱時他のトラップ準位にホッピング伝導することを繰り返し、最終的に伝導帯に達して、フィルム内部を拡散していく。このとき，昇温速度が遅いと、低温でのホッピングで逆により深いトラップ準位に負電荷が捕獲され，安定化する可能性がある。したがって、サンプルＮと同じ条件のサンプルは，昇温速度が遅いホットプレートによる加熱時は負電荷が安定化し易かったため図９のような結果となったと考えられる。
【００５３】
一方，サンプルＩと同じ条件のサンプルについては，シリカ凝集体表面には深いトラップ準位が豊富に存在するため、容易に負電荷が安定化し、昇温速度に関わらず電荷保持率ｒが保持時間のべき乗則の関係を示したと考えられる。したがって、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を形成することで，昇温速度に関わらず安定した電荷保持特性が得られる。又、新たに作成したサンプルＮ及びＩと同じ条件のサンプルをコロナ放電により表面電位-０．３ｋＶとし、上記条件でのリフロー試験の前後に，サンプルＮ及びＩと同じ条件のサンプルを、図１のエレクトレット構体１として、外径１０ｍｍの図１のような第１の実施形態に係るＥＣＭを製造した。そのときの１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの平均感度を測定した結果を表２に示す。
【表２】
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サンプルＩと同じ条件のエレクトレット構体１は、感度低下は３ｄＢに抑えられている。通常，ＥＣＭは２回のリフロー処理後の感度低下を３ｄＢ以内とすることが求められており、これを達成するために厚さ２５μｍのＰＴＦＥがエレクトレットに用いられている。
【００５４】
表２の結果は，２１７℃以上の保持時間は１５１秒であり、これは２回のリフロー処理の保持時間の合計を上回る。したがって、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を形成することで，ＰＴＦＥより安価なＰＦＡを用い，さらに半分の厚さ１２．５μｍでもリフロー処理に耐えうるエレクトレット構体１が製造可能であることが分かる。
【００５５】
又、図１０には、被覆比率Ｒｓと電荷保持率ｒとの関係を測定した結果について示している。ここでは、インクジェットプリンティングによるシリカ凝集体の塗布間隔を変えることで、被覆比率Ｒｓの異なる複数のサンプルを用意し、これらのサンプルを図７（ｂ）の昇温特性に従って２５０℃まで加熱し、２５０℃における電荷保持率ｒを測定した。図１０では、横軸に被覆比率Ｒｓを示し、縦軸に２５０℃の電荷保持率ｒを示している。リフロー処理のピーク温度は少なくとも２５０℃を見込む必要があり、２１７℃〜２５０℃の保持時間を６０秒として電荷保持率ｒを９０％以上とするためには、図１０において４０％以上の電荷保持率ｒが必要になる。
【００５６】
図１０から、被覆比率Ｒｓが５％以上あれば、上記の条件を満たすことが分かる。島状シリカ領域２０１のすべてによる被覆面積の被覆比率Ｒｓが５％以上存在しないと、高温での電荷保持特性の向上が見込めない。図１０に示すように、被覆比率Ｒｓが５％であっても高温時の電荷保持特性が大幅に向上するのは、前述するように、シリカ凝集体の表面に多量の水分子が化学的に吸着して誘電率が増加し、エレクトレット化の処理時に、大部分の負電荷がシリカ凝集体に付着するためである。
【００５７】
なお、被覆比率Ｒｓが９０％を超えると、表面抵抗が一桁落ちてしまい、図２６に示す表面方向への電荷の漏れが無視できなくなる。エレクトレットとして使用するためには、表面抵抗は１０16以上が必要である。そのため、被覆比率Ｒｓは、５〜９０％の範囲に設定する必要がある。図１０から明らかなように、被覆比率Ｒｓの望ましい範囲は６〜２５％である。又、シリカ凝集体同士の間隔（シリカ凝集体から別のシリカ凝集体までのフッ素フィルム上に沿った最短距離）が１００ｎｍ以下になるとトンネル効果による漏れ電流が無視できなくなる。そのため、シリカ凝集体同士の間隔は１００ｎｍ以上が必要であり、１μｍ以上が望ましい。
【００５８】
（表面電位の大きさ）
フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を形成したエレクトレット構体１は、シリカ凝集体を有しないフッ素樹脂フィルム２１のみの従来のエレクトレット構体に比べて、大きい表面電位を維持することができ、高い電界を放出することができる。比較のために、Ａｌ電極に厚さ１２．５μｍのＰＦＡフィルムを溶着したエレクトレット構体に対し、コロナ放電により、ＰＦＡフィルムが絶縁破壊を生じない範囲で、負電荷を可能な限り付着させたところ、表面電位は−１．７６ｋＶに達した。
【００５９】
しかし、そのまま放置すると、表面電位の大きさは徐々に減り、１時間放置すると−１．２６ｋＶにまで減少した。一方、サンプルＩと同条件でシリカ凝集体をフッ素樹脂フィルム２１上に形成した第１の実施形態に係るエレクトレット構体１に対し、コロナ放電により可能な限り負電荷を付着させたところ、表面電位は−１．９８ｋＶに達した。そして、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１を放置しても、表面電位は変化しなかった。したがって、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１によれば、最終的には、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を形成することで表面電位の大きさは凡そ５０%以上向上したことになる。
【００６０】
これは、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１において、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を形成することで、一定の表面電位を得るために必要なフッ素樹脂フィルム２１の厚さを３４％以上減らせることを意味する。したがって、フッ素樹脂フィルム２１の厚さをより薄くすることができる。フッ素樹脂フィルム２１の薄膜化はＥＣＭの静電容量の増加につながり、その結果、ノイズの低減、又は、さらに小型化が可能となる。
【００６１】
フッ素樹脂フィルム２１に用いるＰＦＡフィルムの厚さを７μｍまで薄くし、Ａｌ電極に溶着したエレクトレット構体（サンプルＮ（７μｍ））と、サンプルＩと同条件でシリカ凝集体を厚さ７μｍのＰＦＡフィルム上に形成したエレクトレット構体（サンプルＩ（７μｍ））に対し、コロナ放電により表面電位を-１．４ｋＶとし、室温で放置したときの電荷保持率ｒの挙動を図１１に示す。過大なチャージを行った場合，フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を塗布することにより、表面電位の劣化が大幅に抑制されている。通常、フッ素樹脂フィルム２１の厚さを１０μｍ以下とすると厚さのばらつきやピンホールなどの欠陥の増加により、安定したエレクトレットとして機能する誘電分極板を作製することはできない。しかし、図１１の結果から、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１によれば、シリカ凝集体により、フッ素樹脂フィルム２１の薄膜化が可能となることが分かる。
【００６２】
（耐熱特性のさらに向上）
第１の実施形態に係るエレクトレット構体１は、次のような処理を施すことで高温時の電荷保持特性のさらに向上が可能である：
ａ．シリカゾルを用いてフッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を塗付した場合、シリカ凝集体内部の毛細管などに過剰な水分が保持されたままになっている場合がある。特にインクジェットプリンティングやスクリーン印刷においては、その傾向が顕著である。このようにフッ素樹脂フィルム２１上のシリカ凝集体に物理的に吸着した余分な水分が存在すると、余分な水分を介してシリカ凝集体からフッ素樹脂フィルム２１表面に一部の負電荷が拡散するため、耐熱特性が低下する。そのため、エレクトレット化処理の前にエレクトレット構体１を加熱してシリカ凝集体に吸着した余分な水分を除去することで高温時の電荷保持率ｒが向上する。
【００６３】
図７（ａ）では、インクジェットプリンティングでフッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を塗付してシリカ層２０を形成したサンプルを２５０℃まで加熱（予加熱）して余剰な水分を除去し、その後にチャージを行った場合の特性を四角で示している。図７（ａ）から明らかなように、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の耐熱特性はさらに向上している。予加熱の温度は、化学的な吸着水以外の不必要な水分を除去できればよいので、１００℃以上でよいが、水分の除去時間を短縮するためにはより高温の方が好ましい。逆に３００℃以上に加熱して、フッ素樹脂フィルム２１が溶融しても、フッ素樹脂とシリカの密度に大きな差はないことから、シリカ凝集体がフッ素樹脂フィルム２１中に沈み込むことはない。したがって、フッ素樹脂フィルム２１が分解を始める４００℃まで加熱することも可能である。
【００６４】
ｂ．エレクトレット化処理を行ったエレクトレット構体１を加熱し、その後、再びエレクトレット化処理を行うことで高温での電荷保持特性が向上する。これは、１度エレクトレット化した後に、加熱処理を行うと、シリカ凝集体の深いトラップ準位に付着した負電荷が加熱後も残存するためであり、残存した負電荷に対して、さらに再度のエレクトレット化で負電荷が加わるため、電荷保持特性が向上する。図１２には、インクジェットプリンティングによりフッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を塗付したエレクトレット構体１について、１度エレクトレット化した後に、３００℃までの加熱試験を行ったときの電荷保持率ｒの測定値（△）と、そのサンプルを再度エレクトレット化して、３００℃までの加熱試験を再び行ったときの電荷保持率ｒの測定値（四角）とを示している。図１２から明らかなように、加熱処理及び再エレクトレット化を行うことにより、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の電荷保持特性が向上している。このチャージ後の加熱温度は、図１２において電荷保持率ｒが低下を始める１８０℃以上とし、３００℃以下とすれば高温での電荷保持特性が向上する。実際上は、リフロー処理温度である２５０〜２６０℃で熱処理することが望ましい。
【００６５】
ｃ．シリカ凝集体のエレクトレット化処理を高温中で行うことにより、高温での第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の電荷保持特性が向上する。これは、高温中でのエレクトレット化処理で、シリカ凝集体の深いトラップ準位に負電荷が捕捉され、負電荷が拡散し難くなるためである。図１２には、コロナ放電によるエレクトレット化を２５０℃で行ったエレクトレット構体１の加熱試験結果を○印で示している。図１２から明らかなように、エレクトレット化を２５０℃で行うことで電荷保持特性が向上している。シリカ凝集体を塗布しない通常のフッ素樹脂フィルム２１では、２５０℃でチャージすることができないが、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体を塗布した場合は、２５０℃の温度でもシリカ凝集体に負電荷を付着させることが可能であり、実際、表面電位−１ｋＶのエレクトレットが得られている。第１の実施形態に係るエレクトレット構体１においては、フッ素樹脂フィルム２１として用いるＰＦＡフィルムの融点３１０℃直下の３００℃でも−０．７ｋＶまでチャージすることができた。このチャージ中の加熱温度は、図１２において電荷保持率ｒが低下を始める１８０℃以上とし、３００℃以下とすれば高温での電荷保持特性が向上する。実際上は、リフロー処理温度である２５０〜２６０℃に設定することが望ましい。
【００６６】
ｄ．フッ素樹脂フィルム２１と接合する背面電極を改善することで、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の高温での電荷保持特性を向上させることができる。フッ素樹脂フィルム２１上に互いに孤立した島状シリカ領域２０１を設けることで、図２６に示す表面方向の負電荷の漏れを防ぐことができるが、背面電極２２からの正孔の注入は防ぐことができない。そのため、高温での電荷保持特性の向上を図るためには背面電極２２からの正孔の注入を防ぐことが重要である。背面電極２２からの正孔の注入の原因は、大きく分けて二つあり、１つは、界面の欠陥及び不純物層に起因するトラップ準位を介して正孔が注入されることであり、他の１つは、背面電極２２の表面粗さに起因してフッ素樹脂フィルム２１と背面電極２２との密着性が低下し、局部的な電界集中が発生して正孔が注入されることである。
【００６７】
フッ素樹脂フィルム２１と背面電極２２との密着性については、図１３に示すような加熱試験による電荷保持率ｒの変化が示される。図１３では、背面電極２２としてのＡｌ電極に、フッ素樹脂フィルム２１として厚さ１２．５μｍのＰＦＡフィルムを溶着したエレクトレット構体に対し、フッ素樹脂フィルム２１の溶着温度を下げ，意図的に溶着不良部を導入したサンプル（□印）と○印で示した溶着良好な通常サンプルについて電荷保持率ｒの変化をそれぞれ示す。図１３では、図７（ｂ）に示したのと同様な昇温特性で加熱試験を行った。□印で示した溶着不良サンプルは、２００℃以下から電荷保持率ｒの低下が始まっており、背面電極２２とフッ素樹脂フィルム２１との接合部の密着性が電荷保持特性の改善において重要であることが分かる。以下においては、高温での電荷保持特性の向上を図るための３つの手法（ｄ−１，ｄ−２，ｄ−３）について述べる。
【００６８】
ｄ−１．背面電極の平滑化（電界集中の低減）：
（１）背面電極２２を研磨して表面粗さを低減した後にフッ素樹脂フィルム２１を溶着する。
（２）フッ素樹脂フィルム２１に蒸着、物理的気相堆積（ＰＶＤ），スパッタリングにより導電性材料（Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇなどの金属やカーボン）をコートして平滑な背面電極２２を形成する。
（３）背面電極２２に蒸着、ＰＶＤ、スパッタリングにより導電性コーティング（導電性フッ素樹脂、カーボン、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｇなどの金属）を施して平滑化処理した後にフッ素樹脂フィルム２１を溶着する。
【００６９】
このように、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１では、フッ素樹脂フィルム２１の一方の面に形成される背面電極２２の表面を、平滑化処理することが望ましい。エレクトレット構体１を構成する背面電極２２の表面が粗いと、背面電極２２とフッ素樹脂フィルム２１との界面の密着性が低下し、局部的な電界集中が発生する。この局部的な電界集中により、背面電極２２からフッ素樹脂フィルム２１に正孔が容易に注入され、エレクトレット構体の電荷保持率が低下する。背面電極２２の表面を平滑化することで、局部的な電界集中による背面電極２２からフッ素樹脂フィルム２１への正孔の注入が抑制できる。
【００７０】
ｄ−２．絶縁コーティング（欠陥層の低減）：
あらかじめ背面電極２２に耐熱性の高い絶縁材料をコーティングし、背面電極２２と密着性が良好な絶縁層を形成する。絶縁層形成のために、以下の方法が考えられる：
（１）ＰＴＦＥディスパージョンやポリイミドワニスをスピンコーティングやディッピングで背面電極２２に塗付し加熱して絶縁層を形成する、
（２）酸化物（アルミナ、酸化クロム、チタニア、ジルコニアなど）を蒸着、ＰＶＤ、化学的気相堆積（ＣＶＤ）、スパッタリングで背面電極２２にコーティングする。そして、その上にフッ素樹脂フィルム２１をさらに溶着した後にシリカ層２０を塗布する。ＰＴＦＥコーティングの場合、その上に直接シリカ層２０を塗布してもよい。
【００７１】
このように、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１では、フッ素樹脂フィルム２１の一方の面に形成される背面電極２２の表面を、耐熱性が高く密着性の良好な絶縁層で被覆することが好ましい。エレクトレット構体１を構成する背面電極２２に密着性の良好な絶縁層をコーティングすることによって、背面電極２２とフッ素樹脂フィルム２１との界面欠陥を減らすことができ、界面欠陥による背面電極２２からフッ素樹脂フィルム２１への正孔の注入が抑制できる。背面電極２２を絶縁コーティングした場合は、 図１に示すフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の下面に形成された背面電極２２と、背面電極２２とフッ素樹脂フィルム２１の間に設けられた絶縁層と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成されたシリカ層２０とで、第１の実施形態に係るエレクトレット構体が定義されることは勿論である。
【００７２】
ｄ−３．溶着時にチャージ：
フッ素樹脂フィルム２１に背面電極２２を溶着する前に、フッ素樹脂フィルム２１にシリカ凝集体を塗付し、それからフッ素樹脂フィルム２１を背面電極２２に溶着し、この溶着時に同時にコロナ放電によるチャージを行い、負電荷の付着を行う。こうすることで、欠陥や電界集中部のないフッ素樹脂フィルム２１上に塗布されたシリカ凝集体の深いトラップ準位に負電荷を付着させることができる。なお、フッ素樹脂フィルム２１に背面電極２２を溶着する前にコロナ放電によるチャージをしてから溶着を行っても、同様の効果が得られるが、溶着時にチャージした方が効果は大きい。
【００７３】
次に、島状シリカ領域２０１の形成方法について説明する。
（１）スプレーを用いたシリカゾルの塗付
フッ素樹脂フィルム２１上にスプレーで水溶性のシリカゾルを塗布する例は、先に説明した（図４（ｂ））。そのとき、マスク３１を用いてシリカ凝集体の形状や形成位置を規制したが、図４（ａ）に示すように、スプレーからの噴霧量を調節して、マスクを用いずに孤立状態のシリカ凝集体をフッ素樹脂フィルム２１上に形成することも可能である。フッ素樹脂は撥水性が高いので、シリカゾルの液滴又は霧２０１ｒは、フッ素樹脂に付着して球形に近い形状の水滴になり、乾燥すると孤立したシリカ凝集体が形成される。又、シリカゾルの散布には、園芸用の散水ノズル、塗料の吹付け用のノズル、ミスト生成用のノズルなど様々なものを用いることができ、粒子径に応じて選択する。又、超音波ネブライザーに用いられるような超音波による霧化も有効な手法である。
【００７４】
フッ素樹脂フィルム２１としての厚さ２５μｍのＰＴＦＥを、背面電極２２としてのステンレス電極に焼き付けたエレクトレット構体に対して、ノズル口径０．３ｍｍのスプレーガンとコロイダルシリカ（日産化学工業，２０Ｌ）を用いて図４（ａ）に示すような手法で，図２（ｂ）のようなシリカ凝集体を塗布したエレクトレット構体１を作製した。そして、コロナ放電により表面電位を-０．４ｋＶとし、図８の昇温−降温特性と同様のリフロー試験を繰り返し行ったときの電荷保持率ｒの挙動を調べた。その結果を図１４に示す。○印で示したシリカ凝集体を塗付しないサンプルは，３回のリフロー試験後に電荷保持率ｒは８０％を下回った。一方，□印で示した、シリカ凝集体をスプレーガンで塗布してシリカ層２０を構成したエレクトレット構体１は，３回のリフロー試験を行った後も電荷保持率ｒは９０％を上回った。この結果から、スプレーガンのような簡便な手法でも，第１の実施形態に係るエレクトレット構体１によれば、シリカ凝集体によりフッ素樹脂フィルム２１上にシリカ層２０を構成することにより、電荷保持率ｒの改善が有効であることが分かる。
【００７５】
シリカゾルの一次粒子径は、コロイド溶液としての状態を維持するために、４〜４５０ｎｍの範囲で選択可能である。一次粒子径が小さいほど、コロナ放電によるチャージ時に負電荷がシリカ凝集体に集まり易いため塗付面積比を小さくできるが、凝集体内部の余分な水分が抜け難くなるため、余分な水分除去のための熱処理又は加熱中のチャージが必要になる。シリカ凝集体の高さは、第１の実施形態に係るＥＣＭのギャップ幅より小さくすることが必要である。一般的にＥＣＭのギャップ幅は２５μｍ以下である。ギャップ幅を増すことも可能であるが、シリカ凝集体の高さが５０μｍ以上となるとフッ素樹脂フィルム２１上から脱落し易くなる（通常、シリカ凝集体はエレクトレット化することで、静電力によりフッ素樹脂上に強く付着している）。又、シリカゾルの一次粒子径が４ｎｍ以上であることから、これ以下の高さとすることはできない。さらにコロイド溶液中でシリカ微粒子は既に凝集が始まっており、そのサイズは数百ｎｍ〜数μｍと考えられる。したがって、凝集体の高さは４ｎｍ〜５０μｍであり、１μｍ〜２５μｍが望ましい。
【００７６】
なお、図４（ｂ）に示すように、スプレーノズル３０とフッ素樹脂フィルム２１との間にマスク３１を置く場合は、マスク３１により必ず孤立したシリカ凝集体が散布されるので、水溶性のシリカゾルだけでなく、有機溶媒を分散剤としたシリカゾルも使用可能である。有機溶媒としてはエタノール、メタノール、アセトン、イソプロパノール、エチレングリコールなどが挙げられる。有機溶媒を使用すると乾燥が速く、余分な水分を除去する熱処理も不要となる。
【００７７】
（２）エレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）を用いてシリカゾルを塗付：
図４（ｂ）に示すように、スプレーノズル３０とフッ素樹脂フィルム２１との間にマスク３１を置く場合、スプレーノズル３０をフッ素樹脂フィルム２１に設置された電極より負の電位にすることで、負電荷を有する液滴を複数の島状シリカ領域２０１としてフッ素樹脂フィルム２１に付着させることができる。これは、エレクトロスプレーデポジションと呼ばれる手法であるが、これによりナノレベルの径の複数の島状シリカ領域２０１を散布できるので、シリカ凝集体の塗付パターンの精度が向上することが期待できる。さらに、負電荷を有する液滴からなる複数の島状シリカ領域２０１がフッ素樹脂フィルム２１上に付着するため、エレクトレット化を同時に行うことが可能である。なお、エレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）は、静電噴霧法、静電塗付法とも呼ばれる。
【００７８】
この手法は、図４（ｂ）の噴霧装置において、スプレーノズル３０又は噴霧液体の霧２０１ｒを負の電位（塗布するフッ素樹脂フィルム２１に取り付けた背面電極２２に対して負）に設定し、さらに、金属板などの導体で形成したマスク３１を負の電位に保持して塗布を行う方法に対応する。又、これは通常のコロナ放電によるエレクトレット化と類似した手法である（針電極から負電荷を放出させ一定電位のマスク３１を通してフッ素樹脂フィルム２１上に負電荷を付着させることにより表面電位を制御する）。そのため、スプレーノズル３０とマスク３１の電位を適切に設定することにより、フッ素樹脂フィルム２１上のシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１の塗布量とエレクトレットの表面電位の両方を制御することができる（通常、背面電極２２に対するスプレーノズル３０の電位は−１〜−５０ｋＶ、背面電極２２に対するマスク３１の電位は−０．１〜−５ｋＶに設定される）。又、このとき、霧２０１ｒの液滴の大きさは、スプレーノズル３０から噴射される溶液の流量、溶液の誘電率、温度などにより決定されるため、霧２０１ｒの大きさを数ｎｍから数ｍｍオーダに制御することができる。スプレーノズル３０から噴射されるシリカゾルは水溶性及び有機溶媒分散性のいずれでも構わない。
【００７９】
図４（ａ）の噴霧装置において、スプレーノズル３０又は噴霧液体を負の電位（塗布するフッ素樹脂フィルム２１に取り付けた背面電極２２に対して負）に設定しても、フッ素樹脂フィルム２１の撥水性により、シリカゾルは球に近い形状の水滴の霧２０１ｒとなってフッ素樹脂フィルム２１に付着する。この場合、シリカ層２０の大きさは、付着する霧２０１ｒの大きさに依存するため、均一な大きさとはならない。しかし、フッ素樹脂フィルム２１の表面電位は、塗付した霧２０１ｒの塗付量と背面電極２２に対するスプレーノズル３０の電位の積に比例する。そのため、マスク３１がなくても霧２０１ｒの塗布量とスプレーノズル３０の電位により表面電位を容易に制御できる。この手法を用いると、ナノレベルの凝集体を塗布させることができるので、凝集体高さを１μｍ以下とすることが可能である。
【００８０】
（３）インクジェットプリンティング及びスクリーン印刷によるシリカゾルの塗付：
インクジェットプリンティング技術及びスクリーン印刷技術を用いれば、フッ素樹脂フィルム２１上の任意の場所にシリカゾル液滴からなるシリカ層２０を描画することが可能になる。この手法を用いると均一なシリカ凝集体からなるシリカ層２０を得ることができる。このとき、シリカゾルは水溶性及び有機溶媒分散性のいずれでも構わない。
【００８１】
（４）真空蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリングによる薄膜状の島状シリカ領域２０１の形成：
ガスバリアフィルムに使用されるシリカコーティング技術を用いて薄膜状の島状シリカ領域２０１を形成することも可能である。真空蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリングによりマスキングされたフッ素樹脂フィルム２１上に薄膜状の島状シリカ領域２０１を形成すればよい。図３（ｂ）には、この方法で形成した薄膜状の島状シリカ領域２０１とフッ素樹脂フィルム２１と背面電極２２との関係を模式的に示している。ただし、この場合、シリカ凝集体と比較すると吸着水が少ないため、チャージ時に負電荷をシリカ層２０のみに選択的に付着させることはできない。そのため、被覆比率Ｒｓは高くする必要があり、Ｒｓ＝８０〜９０％が望ましい。なお、シリカの多孔質膜が形成できれば、シリカ層２０への吸着水が増加し、負電荷のシリカ層２０への選択的な付着が可能になる。
【００８２】
薄膜状の島状シリカ領域２０１の高さは、シリカのバンドギャップ構造が形成される必要があるため１ｎｍ以上必要である。又、１０μｍを越える厚さの薄膜状の島状シリカ領域２０１を真空蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリングで形成するのは非常に時間を要するために現実的ではない。したがって、高さは１ｎｍ〜１０μｍであり、１ｎｍ〜１μｍが望ましい。又、この場合も、薄膜状の島状シリカ領域２０１は、被覆比率Ｒｓ×被覆面積Ａｓが０．５ｍｍ2以下となるように塗布することが必要である。
【００８３】
第１の実施形態に係るエレクトレット構体１において、薄膜状の島状シリカ領域２０１が多孔質膜であることが望ましい。多孔質膜は、表面積が大きいため、多量の水分子が表面に吸着して見掛けの誘電率が増加する。その結果，コロナ放電やプラズマ放電でエレクトレット化するときに、多孔質膜からなる薄膜状の島状シリカ領域２０１に電界が集中し、負電荷が島状シリカ領域２０１に選択的に付着することができる。
【００８４】
以上述べたとおり、第１の実施形態に係る静電誘導型変換素子のエレクトレット構体１によれば、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度に晒されても高い電荷保持率ｒを維持することができる。そのため、このエレクトレット構体１を有する第１の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、Ｐｂフリー半田を用いたリフローで基板に実装することが可能になる。又、第１の実施形態に係るエレクトレット構体１は、負電荷が島状シリカ領域２０１の深い準位にトラップされるため、電荷はフッ素樹脂フィルム２１に拡散せず、高い電荷保持率ｒが維持できる。そのため、このエレクトレット構体１を有する静電誘導型変換素子の最大許容変位が向上する。
【００８５】
次に、フッ素樹脂フィルム２１からの島状シリカ領域２０１の脱落防止策について、図１５に示す第１及び第２の変形例を用いて説明する。フッ素樹脂フィルム２１を被覆する島状シリカ領域２０１は、負電荷が付着することでフッ素樹脂フィルム２１を介して背面電極２２との間に強い静電力が働く。例えば、フッ素樹脂フィルム２１の厚さ１２．５μｍ、比誘電率２．２で表面電位−１ｋＶの場合、島状シリカ領域２０１には１２４ｋＰａ以上の静電力が作用する（静電力は、誘電率と電界強度の二乗の積で表される）。このような強い静電力により吸着しているため、日常生活での振動や落下程度の衝撃では、島状シリカ領域２０１が脱落することはない。それでも島状シリカ領域２０１の脱落が懸念されるような衝撃が加わる場合は、図１５（ａ）に示すように、シリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１の上に、フッ素樹脂からなる被覆フィルム３０１を積層することで脱落を防ぐことができる。
【００８６】
図１５（ａ）に示す本発明の第１の実施形態の変形例（第１変形例）に示すように、島状シリカ領域２０１からなるシリカ層２０が形成されたフッ素樹脂フィルム２１の面を覆う被覆フィルム３０１を設け、この被覆フィルム３０１を、島状シリカ領域２０１の上面、及び、島状シリカ領域２０１の間のフッ素樹脂フィルム２１の上面（表面）に被着されるようにすれば、このエレクトレット構体１ａでは、負電荷が付着した島状シリカ領域２０１と背面電極２２との間に、フッ素樹脂フィルム２１を介して強い静電力が働くため、日常生活での振動や落下程度の衝撃では、島状シリカ領域２０１がフッ素樹脂フィルム２１から脱落する恐れはない。それでも島状シリカ領域２０１の脱落が懸念されるような衝撃が加わる場合は、シリカ層２０が形成されたフッ素樹脂フィルム２１上にフッ素樹脂などの被覆フィルム３０１を積層することで脱落を防ぐことができる。
【００８７】
図１５（ａ）に示す第１の実施形態の第１変形例においては、フッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成されたシリカ層２０を構成する島状シリカ領域２０１と、島状シリカ領域２０１を被覆する被覆フィルム３０１によって、エレクトレット構体１ａが定義される。
【００８８】
島状シリカ領域２０１の上に積層する被覆フィルム３０１は、基材のフッ素樹脂フィルム２１上に単に積層し、被覆フィルム３０１とフッ素樹脂フィルム２１とが乾燥接触しているだけでもよく、又、加熱して被覆フィルム３０１とフッ素樹脂フィルム２１を溶着しても構わない。又、エレクトレット化するときは、基材のフッ素樹脂フィルム２１上にシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１を塗布後、コロナ放電によるチャージを行って島状シリカ領域２０１に負電荷を付着させてから、被覆フィルム３０１を積層してもよいし、被覆フィルム３０１を積層後に、チャージを行い、積層した被覆フィルム３０１上に負電荷を付着させた後に、１５０℃〜３００℃の加熱により負電荷を拡散させて島状シリカ領域２０１に付着させてもよい。
【００８９】
電極のない被覆フィルム３０１では、１５０℃から正孔（正電荷）の拡散が始まる。島状シリカ領域２０１に接した被覆フィルム３０１の表面では、負電荷が島状シリカ領域２０１に拡散し、フッ素樹脂表面に残存する正孔（正電荷）により中和されている。そのため、加熱により正孔が拡散すると島状シリカ領域２０１に拡散した負電荷だけが残存する。又は、１５０℃〜３００℃に加熱しながら、コロナ放電によりチャージすることでもシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１に負電荷を拡散させることができる。
【００９０】
又、図１５（ｂ）に示すように、真空蒸着やスパッタリングで島状シリカ領域２０１を形成した場合は、島状シリカ領域２０１の脱落の恐れはさらに少なくなるが、島状シリカ領域２０１の上に上述した手法でフッ素樹脂からなる被覆フィルム３０１を積層してもよい。図１５（ｂ）に示す本発明の第１の実施形態の変形例（第２変形例）においても、図１５（ａ）の第１変形例と同様に、フッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成されたシリカ層２０を構成する島状シリカ領域２０１と、島状シリカ領域２０１を被覆する被覆フィルム３０１によって、エレクトレット構体１ｂが定義される。又、第１の実施形態の第２変形例に係るエレクトレット構体１ｂでは、島状シリカ領域２０１の形成後に、ＰＴＦＥディスパージョン（ＡＤ９１１Ｌ、旭硝子など）をスピンコーティング、ディッピング、スプレーコーティングなどで塗布し、加熱してＰＴＦＥ膜からなる被覆フィルム３０１を形成してもよい。
【００９１】
なお、図１では、エレクトレット構体１の電極が背面電極２２である場合を示したが、図１６に示すように、エレクトレット構体１ｃの電極は、振動電極１０であっても構わない。図１６に示す本発明の第１の実施形態の変形例（第３変形例）においては、フッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成された振動電極１０と、フッ素樹脂フィルム２１の下面に形成されたシリカ層２０とによって、エレクトレット構体１ｃが定義される。第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１ｃにおいては、フッ素樹脂フィルム２１の下面に形成されたシリカ層２０は、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１に被着された、複数の島状シリカ領域２０１で構成されている。図１６に示した第１の実施形態の第３変形例から理解できるように、本発明の「エレクトレット構体」の構成の一部を定義する「フッ素樹脂フィルムの一方の面に形成される電極」は、振動電極でも背面電極でも構わない。
【００９２】
（第２の実施形態）
図１７に示すように、本発明の第２の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動電極（振動子）１０と、振動電極１０の下面に設けられた絶縁層４０と、絶縁層４０に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で定義されたフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面（第１主面）に形成され、分極方向を揃えたシリカ層２０と、フッ素樹脂フィルム２１の下面（第２主面）に接合された背面電極２２と、振動電極１０の振動面の変位に伴い振動電極１０と背面電極２２間に誘導される電荷を測定する静電誘導電荷測定手段（１３，Ｒ，Ｃ，Ｅ）とを備えるマイクロフォンカプセルである。シリカ層２０は、互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１に被着されたシリカ凝集体からなる複数の島状シリカ領域２０１で構成されているが、背面電極２２から複数の島状シリカ領域２０１のそれぞれの下面に向かうフッ素樹脂フィルム２１中の分極方向が揃っている。
【００９３】
第１の実施形態に係るＥＣＭと同様に、第２の実施形態に係るＥＣＭにおいても、図１７に示すフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成されたシリカ層２０とを備える積層構造体の全体によって「エレクトレット構体」が定義されるが、図１に示した第１の実施形態に係るＥＣＭの構造と比べて、振動電極１０の島状シリカ領域２０１との対向面側に絶縁層４０が形成されている点だけが相違している。フッ素樹脂フィルム２１及び背面電極２２には、振動電極１０の振動を抑制しないように、フッ素樹脂フィルム２１と振動電極１０との間に定義されるギャップ空間に通じる孔１６ａ，１６ｂが設けられ、さらに、エレクトレット構体１及び振動電極１０が、金属ケース１５に収納されている等の他の特徴は、第１の実施形態に係るＥＣＭと同様であるので、重複した説明を省略する。
【００９４】
図１７に示す第２の実施形態に係るＥＣＭでは、過大な音圧により振動電極１０及び絶縁層４０が大きく撓み、シリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１が絶縁層４０に接触しても、島状シリカ領域２０１の深いトラップ準位に付着した負電荷は絶縁層４０に拡散することはない。図７（ａ）で説明した第１の実施形態に係るエレクトレット構体１に対する加熱試験の場合と同様に、第２の実施形態に係るエレクトレット構体１においても、フッ素樹脂フィルム２１上の負電荷は２６０℃で漏れてしまうが、島状シリカ領域２０１を構成するシリカ凝集体の負電荷は漏れない。これは、第２の実施形態に係るエレクトレット構体１においても、負電荷が島状シリカ領域２０１を構成するシリカ凝集体の深いトラップ準位に付着しているためであり、その結果、フッ素樹脂フィルム２１に負電荷が拡散することはない。
【００９５】
そのため、第２の実施形態に係るＥＣＭによれば最大許容音圧が向上したマイクロフォンカプセルを作製することができる。一般的にＥＣＭは、音圧により振動電極１０がエレクトレットであるフッ素樹脂フィルム２１に接触し、負電荷が漏れることで劣化が生じる。そのため、ＥＣＭの最大許容音圧は、このような接触が生じない音圧とされている。しかし、図１７に示した第２の実施形態に係るＥＣＭでは、振動電極１０の下面に設けられた絶縁層４０が島状シリカ領域２０１に接触しても、島状シリカ領域２０１に付着した負電荷は、絶縁層４０に拡散することがないため、ＥＣＭは劣化しない。そのため、第２の実施形態に係るＥＣＭによれば、最大許容音圧を大幅に向上させることができる。
【００９６】
第２の実施形態に係るＥＣＭの絶縁層４０は、リフロー温度に耐える耐熱性の高い材料で構成する必要がある。第２の実施形態に係るＥＣＭの絶縁層４０の形成には、次のような方法が考えられる：
（１）フッ素樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、 ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などのフィルムに振動電極１０を蒸着、ＰＶＤ，スパッタリングで形成し、フィルムを絶縁層４０とする、
（２）フッ素樹脂フィルム２１を振動電極１０に溶着する、
（３）ＰＴＦＥディスパージョンやポリイミドワニスをスピンコーティングやディッピングで振動電極１０に塗付し加熱して絶縁層４０を形成する、
（４）酸化物（アルミナ、酸化クロム、チタニア、ジルコニアなど）を蒸着、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スパッタリングで振動電極１０にコーティングする。
【００９７】
以上述べたとおり、第２の実施形態に係るエレクトレット構体１によれば、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度に晒されても高い電荷保持率ｒを維持することができる。そのため、このエレクトレット構体１を有する第２の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、Ｐｂフリー半田を用いたリフローで基板に実装することが可能になる。又、第２の実施形態に係るエレクトレット構体１は、負電荷が島状シリカ領域２０１の深い準位にトラップされるため、島状シリカ領域２０１に振動電極１０側の絶縁層４０が強く接触しても、負電荷は絶縁層４０に拡散せず、高い電荷保持率ｒが維持できる。そのため、このエレクトレット構体１を有する静電誘導型変換素子は、振動電極１０側の絶縁層４０が島状シリカ領域２０１に接触する程の大きな変位にも対応可能であり、静電誘導型変換素子の最大許容変位が、第２の実施形態に係るエレクトレット構体１を用いることで向上する。
【００９８】
（第３の実施形態）
図１８に示すように、本発明の第３の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動電極（振動子）１０と、振動電極１０の振動面に対向した平坦な上面及びこの上面に平行に対向する下面で定義されたフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成され、複数の島状シリカ領域２０１と、フッ素樹脂フィルム２１の下面に接合された背面電極２２と、振動電極１０の振動面の変位に伴い振動電極１０と背面電極２２間に誘導される電荷を測定する静電誘導電荷測定手段（１３，Ｒ，Ｃ，Ｅ）とを備えるマイクロフォンカプセルである。互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１に被着された複数の島状シリカ領域２０１がシリカ層を構成しているが、背面電極２２から複数の島状シリカ領域２０１のそれぞれの下面に向かうフッ素樹脂フィルム２１中の分極方向が揃っている。
【００９９】
第３の実施形態に係るＥＣＭにおいても、第１及び第２の実施形態に係るＥＣＭと同様に、図１８に示すフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成された複数の島状シリカ領域２０１とを備える積層構造体の全体によって、「エレクトレット構体」が定義されるが、第１及び第２の実施形態に係るＥＣＭの構造と比べて、フッ素樹脂フィルム２１上のシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１の分布密度が均一でない点だけが相違しているが、エレクトレット構体１及び振動電極１０等が金属ケース１５に収納されている等他の特徴は、図１に示した第１の実施形態に係るＥＣＭと同様であるので、重複した説明を省略する。
【０１００】
図１に示した第１の実施形態に係るＥＣＭのようにフッ素樹脂フィルム２１上の島状シリカ領域２０１の分布密度が均一なＥＣＭでは、振動電極１０の中心部が大きく撓んでギャップ幅が狭まり、中心部のみがＥＣＭとして有効なエリアとなる。これに対して、図１８に示す第３の実施形態に係るＥＣＭでは、周辺部のシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１の面密度を高めているため、周辺部の電界が中心部より高くなり、振動電極１０の周辺部の撓が大きくなる。
【０１０１】
その結果、第３の実施形態に係るＥＣＭによれば、ＥＣＭとして有効なエリアが広がり、図１に示した第１の実施形態に係るＥＣＭの構造と比べてギャップ間の静電容量が増加する。そのため、ノイズを低減でき、感度の向上につながる。又、面積あたりの静電容量が増加することにより、ＥＣＭを小型化することが可能となる。このように、第３の実施形態に係るＥＣＭのエレクトレット構体１は、複数の島状シリカ領域２０１を構成するシリカ凝集体の形成パターンを制御してエレクトレット構体１の電位分布を制御することが可能である。
【０１０２】
以上述べたとおり、第３の実施形態に係るのエレクトレット構体１によれば、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度に晒されても高い電荷保持率ｒを維持することができる。そのため、このエレクトレット構体（（２０１，２１，２２）を有する第３の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、Ｐｂフリー半田を用いたリフローで基板に実装することが可能になる。又、第３の実施形態に係るエレクトレット構体１は、負電荷が島状シリカ領域２０１の深い準位にトラップされるため、電荷はフッ素樹脂フィルム２１に拡散せず、高い電荷保持率ｒが維持できる。そのため、このエレクトレット構体１を有する静電誘導型変換素子の最大許容変位が向上する。
【０１０３】
（第４の実施形態）
図１９に示すように、本発明の第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動電極（振動子）１０と、振動電極１０の下面に設けられた絶縁層４０と、絶縁層４０に対向した平坦な上面及びこの上面に平行に対向する下面で定義されたフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成され、複数の島状シリカ領域２０１と、フッ素樹脂フィルム２１の下面に接合された背面電極２２とを備える。互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１に被着され、それぞれがシリカ凝集体からなる複数の島状シリカ領域２０１で、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ層を構成しているが、背面電極２２から複数の島状シリカ領域２０１のそれぞれの下面に向かうフッ素樹脂フィルム２１中の分極方向が揃っている。図示を省略しているが、振動電極１０の振動面の変位に伴い振動電極１０と背面電極２２間に誘導される電荷を測定するＦＥＴ等の静電誘導電荷測定手段が設けられている。
【０１０４】
第１〜第３の実施形態に係るＥＣＭと同様に、第４の実施形態に係るＥＣＭにおいても、図１９に示すフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成された複数の島状シリカ領域２０１からなるシリカ層とを備える積層構造体の全体によって「エレクトレット構体」が定義される。第４の実施形態に係るＥＣＭは、振動電極１０の下面に絶縁層４０が設けられている点では、図１７に示した第２の実施形態に係るＥＣＭと類似な構造ではあるが、フッ素樹脂フィルム２１上に形成した島状シリカ領域２０１を、振動電極１０側の絶縁層４０とフッ素樹脂フィルム２１との間隔を保つスペーサとしても利用している点が、第２の実施形態に係るＥＣＭとは異なる。
【０１０５】
第４の実施形態に係るＥＣＭにおいて、島状シリカ領域２０１の深いトラップ準位に付着した負電荷は、島状シリカ領域２０１が絶縁層４０と接触しても、絶縁層４０に拡散することはない。したがって、第４の実施形態に係るＥＣＭは、振動電極１０と背面電極２２との間に極めて狭いギャップ（マイクロギャップ）を有するように構成することが可能であり、耐圧に優れている。このため、第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子はＥＣＭの他、超音波などを検出する検出装置に適用することも可能であり、広帯域に対応できる。
【０１０６】
第４の実施形態に係るＥＣＭの製造は、次のように行う。振動電極１０のギャップ空間側にフッ素樹脂フィルム等からなる絶縁層４０を形成する。次に、フッ素樹脂フィルム２１を背面電極２２に溶着し、フッ素樹脂フィルム２１上に島状シリカ領域２０１を形成してコロナ放電によりチャージを行う。次に、島状シリカ領域２０１をスペーサとして、絶縁層４０を形成した振動電極１０を積層し、ＥＣＭを組み立てる。なお、島状シリカ領域２０１は、振動電極１０側の絶縁層４０上に形成してもよい。
【０１０７】
図１９に示す第４の実施形態に係るＥＣＭの構造をすべてフッ素樹脂フィルムで作製し、折り畳むことにより高性能で薄くフレキシブルな加速度センサを製造することができる。具体的なフレキシブルな加速度センサの製造例を以下に示す。
【０１０８】
振動電極１０及び背面電極２２はいずれも厚さ１０μｍのＡｌフィルムとし、絶縁層４０及びフッ素樹脂フィルム２１は厚さ１２．５μｍのＰＦＡフィルムとした。ＰＦＡフィルムからなる絶縁層４０はＡｌフィルムからなる振動電極１０に溶着し、ＰＦＡフィルムからなるフッ素樹脂フィルム２１はＡｌフィルムからなる背面電極２２に溶着した。シリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１は図７のサンプルＩと同様の手順と条件でインクジェットプリンティングによりフッ素樹脂フィルム２１に塗布した。
【０１０９】
そして、エレクトレット構体１にコロナ放電によるチャージを行い、その表面電位を-１ｋＶとした。そして、エレクトレット構体１と対向する電極層（１０、４０）を積層し、図２０（ａ）に示すような４０×４０ｍｍの大きさのフレキシブル構造を実現した。図２０（ａ）に示すように、このフレキシブル構造は、振動電極（振動子）１０と、振動電極１０の下面に設けられた絶縁層４０と、絶縁層４０に対向したフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成された複数の島状シリカ領域２０１と、フッ素樹脂フィルム２１の下面に接合された背面電極２２とを備える。
【０１１０】
その後さらに、銅テープを用いて背面電極２２の一部に背面電極側引出電極５１を設けた後，図２０（ａ）に示すように、背面電極２２の側が折り込まれるように、第１の折り曲げ線I−Iを介して、この４０×４０ｍｍの大きさのセンサを両面テープ５２を用いて２つ折りに折り畳んで接着すると、図２０（ｂ）に示すように４０×２０ｍｍの大きさになる。さらに、図２０（ｂ）に示すように、第２の折り曲げ線II−IIを介して、この４０×２０ｍｍの大きさのセンサを両面テープ５３を用いて２つ折りに折り畳んで接着し、最終的に４つ折りに畳み込んで、図２０（ｃ）に示すように、２０×２０ｍｍの大きさに小型化した。
【０１１１】
そして、銅テープを用いて振動電極１０に振動電極側引出電極５４を設け、表面保護のために表面に厚さ４０μｍのＰＰテープを接着して、第４の実施形態に係る変換素子６４を製造した。
【０１１２】
この４つ折りに畳み込まれた第４の実施形態に係る変換素子６４を加速度センサとして用いて、図２１のような測定を行った。厚さ２ｍｍ，３００ｘ４００ｍｍのアルミニウム板６１に、第４の実施形態に係る変換素子６４と市販の加速度センサ６３（富士セラミックス，Ｓ２ＳＧ）６３を、振動発生点６２から対照の位置となるように取付た。第４の実施形態に係る変換素子６４と市販の加速度センサ６３のそれぞれの出力は、電荷増幅器（チャージアンプ）６５を介してオシロスコープ６６に接続した。そして、アルミニウム板６１の振動発生点６２を手で叩く、アルミニウム板６１の振動発生点６２の上にゴム球や鉄球を落下させる、アルミニウム板６１の振動発生点６２を圧電アクチュエータで振動させるなどして、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚまでの振動をアルミニウム板６１の振動発生点６２に発生させ，その際のアルミニウム板６１の表面の加速度を測定した。
【０１１３】
その結果を図２２に示す。図２２は、市販の加速度センサ６３に対する製造した第４の実施形態に係る変換素子６４の出力比の周波数特性を示しているが、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚにおいて、市販の加速度センサ６３より第４の実施形態に係る変換素子６４の感度が高いことが分かり、その平均出力比は１０ｄＢであった。
【０１１４】
市販の加速度センサ６３の体積は、１２３ｍｍ3に対して、製造した第４の実施形態に係る変換素子６４の体積は２００ｍｍ3であり、やや大きいが十分小型化されている。又、第４の実施形態に係る変換素子６４の厚さが０．５ｍｍであることから容易に変形可能であり、第４の実施形態に係る変換素子６４は曲面などにも取り付け可能である。市販の加速度センサ６３は取付のためにネジなどの固定具が必要であるが、第４の実施形態に係る変換素子６４は両面テープで強固に取り付けることが可能である。
【０１１５】
以上述べたとおり、第４の実施形態に係るエレクトレット構体１によれば、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度に晒されても高い電荷保持率ｒを維持することができる。そのため、このエレクトレット構体１を有する第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、Ｐｂフリー半田を用いたリフローで基板に実装することが可能になる。又、第４の実施形態に係るエレクトレット構体１は、負電荷が島状シリカ領域２０１の深い準位にトラップされるため、島状シリカ領域２０１に振動電極１０側の絶縁層４０が強く接触しても、負電荷は絶縁層４０に拡散せず、高い電荷保持率ｒが維持できる。そのため、第４の実施形態に係るエレクトレット構体１を有する静電誘導型変換素子は、振動電極１０側の絶縁層４０が島状シリカ領域２０１に接触する程の大きな変位にも対応可能であり、静電誘導型変換素子の最大許容変位が、第４の実施形態に係るエレクトレット構体１を用いることで向上する。
【０１１６】
さらに、市販のＥＣＭと同等のコストで第４の実施形態に係る変換素子６４を製造できることから、第４の実施形態に係る変換素子６４は市販の加速度センサ６３より大幅にコストを削減できる。このように図１９に示した第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子の構造を利用することで、高性能かつ安価な加速度センサの製造が可能となる。又、第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子に交流電圧を負荷すると、静電力により静電誘導型変換素子が振動し、スピーカとして使用することができる。第４の実施形態に係る静電誘導型変換素子によれば、エレクトレット構体１によりギャップ部に高電界が作用しているため、エレクトレット構体１を使用しない静電スピーカより大幅に大きな静電力を得ることができる。
【０１１７】
（第５の実施形態）
図２３に示すように、本発明の第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動電極（振動子）１０と、振動電極１０の下面に設けられた絶縁層４０と、絶縁層４０に対向した平坦な上面及びこの上面に平行に対向する下面で定義されたフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成され、複数の島状シリカ領域２０１と、フッ素樹脂フィルム２１の下面に接合された背面電極２２１とを備える。互いに孤立した状態でフッ素樹脂フィルム２１に被着され、それぞれがシリカ凝集体からなる複数の島状シリカ領域２０１で、フッ素樹脂フィルム２１上にシリカ層を構成しているが、背面電極２２から複数の島状シリカ領域２０１のそれぞれの下面に向かうフッ素樹脂フィルム２１中の分極方向が揃っている。
【０１１８】
図示を省略しているが、振動面の変位に伴い振動電極１０と背面電極２２１間に誘導される電荷を測定するＦＥＴ等の静電誘導電荷測定手段が設けられている。第１〜第４の実施形態に係るＥＣＭと同様に、第５の実施形態に係るＥＣＭにおいても、図２３に示すフッ素樹脂フィルム２１と、フッ素樹脂フィルムの下面に形成された背面電極２２１と、フッ素樹脂フィルム２１の上面に形成された複数の島状シリカ領域２０１からなるシリカ層とを備える積層構造体の全体によって「エレクトレット構体１ｄ」が定義される。
【０１１９】
第５の実施形態に係るＥＣＭは、図１９に示した第４の実施形態に係るＥＣＭとほぼ類似な構造をなしているが、図１９に示した第４の実施形態に係るＥＣＭと違って、背面電極２２１の厚さを振動電極１０と同程度の厚さに設定し、フレキシブルなＥＣＭを構成している。又、フッ素樹脂フィルム２１と絶縁層４０との間に定義されるギャップ空間を、複数の空間に分けるための空洞部４１１が設けられたフッ素樹脂フィルムからなるスペーサ層４１ｆが、絶縁層４０とフッ素樹脂フィルム２１との間に配置されており、スペーサ層４１ｆの空洞部４１１の位置に、スペーサを兼ねるシリカ凝集体からなる島状シリカ領域２０１が配置されている。このフッ素樹脂フィルムからなるスペーサ層４１ｆは、ＥＣＭが曲げられたりしたときに、振動電極１０と背面電極２２１との間に大きなずれが発生する可能性があるため、それを防ぐ目的で設けられている。スペーサ層４１ｆと絶縁層４０、及び、スペーサ層４１ｆとフッ素樹脂フィルム２１の間は、接着するようにしてもよい。
【０１２０】
第５の実施形態に係るＥＣＭの製造は、次のように行われる。振動電極１０のギャップ空間側にフッ素樹脂フィルムからなる絶縁層４０を形成する。次に、フッ素樹脂フィルム２１を背面電極２２に溶着し、フッ素樹脂フィルム２１に、空洞部４１１が設けられたフッ素樹脂フィルムからなるスペーサ層４１ｆを積層して一体化する。次いで、空洞部４１１の位置のフッ素樹脂フィルム２１上に島状シリカ領域２０１を形成してコロナ放電によりチャージする。次に、その上に振動電極１０を重ね、フッ素樹脂フィルムからなるスペーサ層４１ｆを加熱・溶着して、振動電極１０と背面電極２２同士を接着し、変形によるずれを防ぐ。
【０１２１】
スペーサ層４１ｆの加熱には、スペーサ層４１ｆのみに接触する孔の空いた金属板や金属製の突起をスペーサ層４１ｆに押し当て、金属板又は突起を加熱する。この処理で溶融したスペーサ層４１ｆに対し、振動電極１０の絶縁層４０を押し付けて、絶縁層４０をスペーサ層４１ｆに溶着する。このとき、溶着には３１０〜４００℃程度の温度に加熱することが必要となるため、スペーサ層４１ｆの周辺部も３００℃近い温度に達する恐れがある。しかし、島状シリカ領域２０１をエレクトレット化すれば、高温での電荷保持特性が向上するので、このような溶着にも耐えられるフレキシブルＥＣＭを作製することが可能となる。なお、スペーサ層４１ｆを挿入せずに、孔の空いた金属板や金属製の突起を島状シリカ領域２０１が形成されていないフッ素樹脂フィルム２１の部位に押し当てて加熱溶融し、溶融箇所に振動電極１０の絶縁層４０を押し付けて、絶縁層４０をフッ素樹脂フィルム２１に溶着しても構わない。
【０１２２】
第５の実施形態に係るＥＣＭは、非常に薄く製造することが可能である。例えば、フッ素樹脂フィルム２１と絶縁層４０に、厚さ１２．５μｍのＰＦＡフィルムを使用し、島状シリカ領域２０１の高さを２５μｍとし、振動電極１０と背面電極２２１をアルミニウム蒸着層とした場合、厚さ５０μｍ程度のフィルム状センサとなる。これは容易に折り畳み可能な厚さであるため、大面積のフィルム状センサを、図２０に示したのと同様に、折り畳んで小型化することが可能である。この場合、センサの静電容量を飛躍的に高めることができるので、回路の寄生容量の影響が無視できるようになる。そのため、図１６等に示す増幅器（ＦＥＴ）１３を第５の実施形態に係るフィルム状センサから離して設置することや、増幅器（ＦＥＴ）１３を用いずに直接電気信号を得ることが可能となる。
【０１２３】
なお、本発明者が先に提案した特許文献４には、絶縁体の微粒子の粒径によって規定される極めて狭いギャップを有しているため、超音波プローブとして使用することができる機械電気変換素子について記載されている。この特許文献４に記載の機械電気変換素子においては、エレクトレット層と絶縁層との間に定義されるギャップ空間に配置された絶縁体の微粒子が、ギャップ空間のスペーサとして機能している点で、第５の実施形態に係るＥＣＭとは異なる。即ち、第５の実施形態に係るＥＣＭのような、絶縁体の微粒子に負電荷を選択的に付着させ、負電荷が保持された絶縁体の微粒子をエレクトレット構体の一部として用いるというような技術的思想は、特許文献４に記載された発明には開示も示唆もされていない。しかしながら、特許文献４に記載された機械電気変換素子と同様な手法を用いれば、第５の実施形態に係るＥＣＭを、マイクロフォン以外の超音波プローブ等に応用できることも可能である。即ち、第５の実施形態に係るＥＣＭも、スペーサ層４１ｆと島状シリカ領域２０１とによって規定される極めて狭いギャップ空間を有しているため、超音波プローブとして使用することができる。
【０１２４】
本発明の第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、ギャップ空間のスペーサを兼ねる島状シリカ領域２０１がエレクトレット化されている点で、特許文献４に記載された機械電気変換素子と全く異なっているが、狭いギャップ空間を有する点では類似しており、特許文献４に記載された機械電気変換素子と同様に、超音波プローブとしても使用することができる。第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子（ＥＣＭ）は、島状シリカ領域２０１の深いトラップ準位に負電荷が付着しているため、高温での電荷保持特性が優れており、リフロー処理に耐えられる超音波プローブを作製することができる。又、この超音波プローブの島状シリカ領域２０１に付着した負電荷は、島状シリカ領域２０１が絶縁層４０と接触しても、絶縁層４０に拡散することがないため、特許文献４に記載された機械電気変換素子と同様に耐圧性に優れている。
【０１２５】
第５の実施形態に係るエレクトレット構体１ｄによれば、Ｐｂフリー半田のリフロー処理温度に晒されても高い電荷保持率ｒを維持することができる。そのため、第５の実施形態に係るエレクトレット構体１ｄを有する第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、Ｐｂフリー半田を用いたリフローで基板に実装することが可能になる。又、第５の実施形態に係るエレクトレット構体１ｄは、負電荷が島状シリカ領域２０１の深い準位にトラップされるため、島状シリカ領域２０１に振動電極１０側の絶縁層４０が強く接触しても、負電荷は絶縁層４０に拡散せず、高い電荷保持率ｒが維持できる。そのため、第５の実施形態に係るエレクトレット構体１ｄを有する静電誘導型変換素子は、振動電極１０側の絶縁層４０が島状シリカ領域２０１に接触する程の大きな変位にも対応可能であり、静電誘導型変換素子の最大許容変位が、第５の実施形態に係るエレクトレット構体１ｄを用いることで向上する。
【０１２６】
又、第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、耐圧性に優れることから振動電極１０の厚さを増せば、振動による振動電極１０の慣性力を電気信号に変換することで、加速度センサとして使用することも可能である。第５の実施形態に係る加速度センサは、折り曲げ可能であるため、従来の加速度センサでは設置が困難な曲面などの複雑な形状面にも容易に貼り付けて使用することができる。又、図２３のような構造で大面積に製造することも容易であり、例えば安価な平面スピーカとしての利用が考えられる。第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、４つ折り等に折り畳めることから持ち運びが容易であり、表面保護層を印刷面とすればポスターとしても利用できる。即ち，第５の実施形態に係る静電誘導型変換素子は、平面スピーカの特長である高い指向性と、表面が印刷可能な高いデザイン性，折り畳や貼り付けが容易な高い携帯性を併せ持つフレキシブルスピーカとしての利用することも可能である。
【０１２７】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１〜第５の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【０１２８】
例えば、図１５（ａ）に示した第１の実施形態の第１変形例、又は図１５（ｂ）に示した第１の実施形態の第２変形例の構造を、図１６に示す第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１ｃに適用してもよい。第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１ｃに適用した場合も、島状シリカ領域２０１が形成されたフッ素樹脂フィルム２１の面を覆う被覆フィルムを設け、この被覆フィルムを、島状シリカ領域２０１の上面、及び、島状シリカ領域２０１の間のフッ素樹脂フィルム２１の表面に被着されるようにすれば、このエレクトレット構体１では、負電荷が付着した島状シリカ領域２０１と振動電極１０との間に、フッ素樹脂フィルム２１を介して強い静電力が働くため、日常生活での振動や落下程度の衝撃では、島状シリカ領域２０１がフッ素樹脂フィルム２１から脱落する恐れはないように構成できる。それでも島状シリカ領域２０１の脱落が懸念されるような衝撃が加わる場合は、シリカ層２０が形成されたフッ素樹脂フィルム２１上にフッ素樹脂などの被覆フィルム３０１を積層することで脱落を防ぐことができる。
【０１２９】
同様に、上述した第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の背面電極２２の表面の平滑化処理を、図１６に示す第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１ｃに適用してもよい。図１６に示す第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１ｃでは、フッ素樹脂フィルム２１の一方の面に形成される振動電極１０の表面を、平滑化処理すればよい。振動電極１０の表面が粗いと、振動電極１０とフッ素樹脂フィルム２１との界面の密着性が低下し、局部的な電界集中が発生する。この局部的な電界集中により、振動電極１０からフッ素樹脂フィルム２１に正孔が容易に注入され、エレクトレット構体の電荷保持率が低下するので、振動電極１０の表面を平滑化することで、局部的な電界集中による振動電極１０からフッ素樹脂フィルム２１への正孔の注入が抑制できる。
【０１３０】
同様に、上述した第１の実施形態に係るエレクトレット構体１の背面電極２２の表面の絶縁層コーティングの処理を、図１６に示す第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１ｃに適用してもよい。図１６の第１の実施形態の第３変形例に係るエレクトレット構体１では、フッ素樹脂フィルム２１の一方の面に形成される振動電極１０の表面を、耐熱性が高く密着性の良好な絶縁層で被覆すればよい。エレクトレット構体１を構成する振動電極１０に、密着性の良好な絶縁層をコーティングすることによって、振動電極１０とフッ素樹脂フィルム２１との界面欠陥を減らすことができ、界面欠陥による振動電極１０からフッ素樹脂フィルム２１への正孔の注入が抑制できる。
【０１３１】
よって、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明のエレクトレット構体は、Ｐｂフリー半田のリフロー処理が可能であり、エレクトレット構体が組み込まれるＥＣＭ、超音波センサ、加速度センサ、地震計、発電素子，スピーカ、イヤホンなどの技術分野に利用可能であり、これらの技術分野における製造工程を大幅に改善することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１，１ａ，１ｂ．１ｃ，１ｄ，１ｐ…エレクトレット構体
１０…振動電極
１１…エレクトレットフィルム
１２…背面電極
１３…ＦＥＴ
１４…スペーサリング
１５…金属ケース
１６ａ，１６ｂ…孔
２０…シリカ層
２１…フッ素樹脂フィルム
２２…背面電極
３０…スプレーノズル
３１…マスク
４０…絶縁層
４１ｆ…スペーサ層
５１…背面電極側引出電極
５２，５３…両面テープ
５４…振動電極側引出電極
６１…アルミニウム板
６２…振動発生点
６３…加速度センサ
６４…変換素子
６６…オシロスコープ
２０１…島状シリカ領域
２０１ｒ…霧
２２１…背面電極
３０１…被覆フィルム
４１１…空洞部
６３…加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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