(57)【要約】【課題】高速反応性に優れ高調波歪みが小さい熱音響装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、一対の電極と、上記両電極間に連結され、複数の独立した長尺カーボンナノチューブ分子からなるＣＮＴ膜とを備える熱音響装置であって、上記各カーボンナノチューブ分子が、単体で両電極間に電気的に接続されていることを特徴とする。上記ＣＮＴ膜がストライプ状に形成されているとよい。ストライプ状に形成された上記ＣＮＴ膜のスリットに設けられる放熱用ＣＮＴ膜をさらに備えることが好ましい。【選択図】図１
2012205198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、
上記両電極を連結し、複数の独立した長尺カーボンナノチューブ分子からなるＣＮＴ膜と
を備える熱音響装置であって、
上記各カーボンナノチューブ分子が、単体で両電極間に電気的に接続されていることを特徴とする熱音響装置。
【請求項２】
上記ＣＮＴ膜がストライプ状に形成されている請求項１に記載の熱音響装置。
【請求項３】
ストライプ状に形成された上記ＣＮＴ膜のスリットに設けられる放熱用ＣＮＴ膜をさらに備える請求項２に記載の熱音響装置。
【請求項４】
上記ＣＮＴ膜の裏面に積層される断熱層をさらに備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載の熱音響装置。
【請求項５】
上記断熱層の裏面に積層される放熱層をさらに備える請求項４に記載の熱音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音波を発生させる装置としては、磁石とコイルとを備える動電変換装置、コンデンサ変換装置、圧電材料を用いた変換装置等の機械振動を利用した音波発生装置が広く普及している。近年では、これらの音波発生装置とは異なり、機械振動を全く行わない熱音響効果を利用した音波発生装置（熱音響装置）の開発が進められている。
【０００３】
この熱音響装置は、通常、断熱層とこの断熱層表面に設けられた発熱体層とを備える。このような構造を有する熱音響装置においては、電圧を印加すること等により発熱体層が発熱することで発熱体層表面の空気層の温度変化が生じ、この温度変化による空気の疎密により音波が発生するよう構成されている。このような熱音響装置は機械振動を伴わないため、周波数帯域が広い、周囲環境の影響を受けにくい、微細化が比較的容易であるといった利点がある。
【０００４】
この熱音響装置においては、音波の発生効率を高めるため、発熱体層を形成する発熱体としてカーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」ともいう。）を用いることが提案されている（特開２０１０−９３８０５号公報、特開２００９−２６８１０８号公報参照）。この熱音響装置によれば、熱容量が小さく、かつ、比表面積が大きいＣＮＴを発熱体に用いているため、電気信号等に対応した高速な温度変化が可能であり、音波の良好な発生ができるとされている。しかし、このように発熱体としてＣＮＴを用いた熱音響装置も、高速反応性が十分であるとはいえず、また、高調波歪みが大きいため、実用化のためには改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９３８０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６８１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、高速反応性に優れ、高調波歪みが小さい熱音響装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、ＣＮＴを発熱体として用いた場合、ＣＮＴ分子同士が連結する部分で接触抵抗が生じ、この接触部分における発熱が発熱状態の不均一性を増加させ、高速反応性及び高調波歪みの発生に影響を与えることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、この分子同士の連結部分が多数存在することにより熱容量が大きくなり高速反応性が低下すること、及び、連結部分の発熱により過渡応答性が低下し、高調波歪みが発生し易くなることを見出し、この点を改良することで本発明の完成に至った。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた発明は、
一対の電極と、
上記両電極を連結し、複数の独立した長尺カーボンナノチューブ分子からなるＣＮＴ膜と
を備える熱音響装置であって、
上記各カーボンナノチューブ分子が、単体で両電極間に電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
当該熱音響装置においては、各ＣＮＴ分子が単体で両電極間に電気的に接続されており、ＣＮＴ膜にＣＮＴ分子同士の連結部分が無い。従って、当該熱音響装置によれば、ＣＮＴ膜の熱容量が小さくなり、高速反応性に優れる。また、当該熱音響装置によれば、このＣＮＴ分子同士の連結部分からの発熱による過渡応答性の低下が抑えられているため、高調波歪みの発生が低減される。さらに、当該熱音響装置によれば、このようにＣＮＴ膜に分子同士の連結部分が無いためＣＮＴ膜の機械的強度が高い。
【００１０】
上記ＣＮＴ膜がストライプ状に形成されているとよい。当該熱音響装置によれば、ＣＮＴ膜をストライプ状に形成することで、この膜の放熱性がさらに高まり、その結果、高速反応性をさらに高め、高調波歪みの発生をより低減することができる。
【００１１】
ストライプ状に形成された上記ＣＮＴ膜のスリットに設けられる放熱用ＣＮＴ膜をさらに備えることが好ましい。当該熱音響装置によれば、放熱用ＣＮＴ膜がＣＮＴ膜に近接して交互に配置されることで、ＣＮＴ膜の放熱性がさらに高まり、より優れた高速反応性及び高調波歪みの低減能を発揮することができる。
【００１２】
上記ＣＮＴ膜の裏面に積層される断熱層をさらに備えるとよい。当該熱音響装置によれば、ＣＮＴ膜の裏面が断熱層で被われていることで、発熱した熱が裏面側に流れることを抑制し、高速反応性等、音波の発生能を高めることができる。
【００１３】
上記断熱層の裏面に積層される放熱層をさらに備えるとよい。当該熱音響装置によれば、断熱層の裏面にさらに放熱層を備えることで、ＣＮＴ膜の放熱性をさらに高め、その結果、さらなる高速反応性の向上及び高調波歪みの発生低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の熱音響装置は、各ＣＮＴ分子が単体で両電極間に電気的に接続されており、ＣＮＴ膜にＣＮＴ分子同士の連結部分が無いため、高速反応性に優れ、かつ、高調波歪みが小さい。従って、本発明の熱音響装置は、スピーカー、特に超音波スピーカー等として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る熱音響装置の模式的斜視図（ａ）及び模式的側面図（ｂ）である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る熱音響装置の模式的断面図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係る熱音響装置の模式的平面図である。
【図４】本発明のその他の実施形態に係る熱音響装置の模式的平面図である。
【図５】比較例のＣＮＴ膜を形成する方法を示す模式図である。
【図６】比較例のＣＮＴ膜を形成する方法を示すＳＥＭ写真である。
【図７】実施例の評価に用いた装置を表す模式図である。
【図８】参考例において、ＣＮＴ膜を温度変化させた際のＣＮＴ膜の抵抗値及び変化率を示す表及びグラフである。
【図９】参考例において、ＣＮＴ膜の温度を１２０℃に維持した際のＣＮＴ膜の抵抗値及び変化率を示す表及びグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の熱音響装置の実施の形態を、第一〜第三実施形態及びその他の実施形態として詳説する。
図１の熱音響装置１は、基板２、一対のスペーサー３、ＣＮＴ膜４及び一対の電極５を備える。
【００１７】
基板２は、ＣＮＴ膜４等の配置状態を固定し、また、ＣＮＴ膜４の裏面等を保護している。
【００１８】
この基板２は、平面視で矩形状の板状体である。基板２のサイズは特に限定されず、当該熱音響装置１の用途等に応じて適宜設定することができるが、例えば、縦及び横の長さが１ｍｍ〜１０ｃｍ、厚みが０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００１９】
基板２の材質としては、一定の強度を有するものであれば特に限定されず、鉄、アルミニウム等の金属材料、ガラス、合成樹脂等の非金属材料などを用いることができる。この基板２は、柔軟性を有していても、有していなくてもよい。なお、基板２が柔軟性を有する場合、当該熱音響装置は、フレキシブルな装置として用途の幅を広げることができる。
【００２０】
一対のスペーサー３は平面視で長方形状の板状体である。各スペーサー３は、基板２の表面における対向する両端縁上に、互いに平行に積層されている。この一対のスペーサー３は、基板２とＣＮＴ膜４とを離間させ、ＣＮＴ膜４を基板２から熱絶縁させている。
【００２１】
スペーサー３のサイズとしては、特に限定されず、基板２等のサイズ等に応じて適宜設定することができるが、例えば、長さが基板２の一辺の長さと同程度、幅が１ｍｍ〜１ｃｍ程度、厚みが０．０５ｍｍ〜３ｍｍ程度である。
【００２２】
スペーサー３の材質も、特に限定されず、金属、金属酸化物、その他の無機物、合成樹脂等を用いることができるが、ＣＮＴ膜４の熱絶縁性を高めるためには、ガラス、シリコン、合成樹脂等の熱伝導性が低い材料が好ましい。なお、スペーサー３が金属等の導電性材料から形成されている場合、スペーサー３を電極として機能させることもできる。また、このスペーサー３としては、接着剤や粘着剤を用いることもでき、この場合、製造の際のＣＮＴ膜４の固定が容易である。
【００２３】
ＣＮＴ膜４は、両スペーサー３間に架設されている。また、一対の電極５は、帯状形状を有し、このＣＮＴ膜４の端部を挟持するよう、一対のスペーサー３の表面に重畳されている。つまり、ＣＮＴ膜４は両電極５を連結している。
【００２４】
ＣＮＴ膜４は、複数の独立した長尺のＣＮＴ分子６からなる。各ＣＮＴ分子６は、単体で両電極５間に電気的に接続されている。具体的には、各ＣＮＴ分子６は、両電極５の対向方向、すなわち、両電極５に対して略垂直に配置されている。当該熱音響装置１においては、このように各ＣＮＴ分子６が配設されているため、ＣＮＴ分子６の端部同士の接触部分や、ＣＮＴ分子６がランダムに重なり合う部分が無い。従って、当該熱音響装置１によれば、ＣＮＴ膜４の熱容量が小さくなり、高速反応性に優れる。
【００２５】
また、ＣＮＴ膜４には、上述のようにＣＮＴ分子６同士の連結部分が存在しないため、当該熱音響装置１においては、ＣＮＴ分子６同士の連結部分からの発熱による過渡応答性の低下が抑えられている。従って、当該熱音響装置１によれば、高調波歪みの発生が低減される。さらに、当該熱音響装置１によれば、このようにＣＮＴ膜４にＣＮＴ分子６同士の連結部分が無いためＣＮＴ膜４の機械的強度が高い。
【００２６】
上記ＣＮＴ膜４の両電極５の対向方向長さの下限としては、１ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがさらに好ましく、２ｍｍが特に好ましい。一方、このＣＮＴ膜４の長さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、６ｍｍがさらに好ましい。なお、このＣＮＴ膜４の長さは、このＣＮＴ膜４を形成する各独立したＣＮＴ分子の長さとなる。ＣＮＴ膜４のこの長さが上記下限未満の場合は、生じた熱からの音波への変換が困難になる場合がある。逆に、ＣＮＴ膜４のこの長さが上記上限を超える場合は、このようなＣＮＴ分子の製造が困難になる。
【００２７】
上記ＣＮＴ膜４の平均厚みの下限としては、０．０５μｍが好ましく、０．１μｍがさらに好ましい。一方、ＣＮＴ膜４の平均厚みの上限としては、１００μｍが好ましく、２０μｍがさらに好ましい。ＣＮＴ膜４の平均厚みが上記下限未満の場合は、このような薄膜の形成が困難になるおそれがある。逆に、ＣＮＴ膜４の平均厚みが上記上限を超える場合は、ＣＮＴ膜４の放熱性が低下し、高速反応性及び高調波歪みの抑制能が低下するおそれがある。
【００２８】
なお、ＣＮＴ膜４は、ＣＮＴ分子を平面状に略平行に配置した単層構造からなることが好ましい。単層構造とすることで、ＣＮＴ膜４の表面積が拡大する。その結果、ＣＮＴ膜４の熱容量が小さくなり、当該熱音響装置１の高速反応性をより高めることができる。
【００２９】
ＣＮＴ膜４のインピーダンスの下限としては、１Ωが好ましく、５Ωがさらに好ましい。一方、このインピーダンスの上限としては１，０００Ωが好ましく、１００Ωがさらに好ましい。ＣＮＴ膜４のインピーダンスが上記下限未満の場合は、電流が流れやすく発火して燃えてしまうおそれがある。一方、このインピーダンスが上記上限を超えると、電流が流れにくくなり発熱しにくく発音せず、電流を流そうとする場合には高電圧が必要となる。
【００３０】
ＣＮＴ膜４を構成するＣＮＴ分子としては、単層のシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）や、多層のマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれも用いることができるが、導電性及び熱容量等の点から、ＭＷＮＴが好ましく、直径１．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＭＷＮＴがさらに好ましい。
【００３１】
なお、ＣＮＴ分子は個々の分子が独立した、紡がれていない状態のものである。このような独立したＣＮＴ分子を用いることで、ＣＮＴ膜４の均一性が高まると共に、表面積が拡がるため、ＣＮＴ膜４の温度変化速度が速く、高速反応性をより高めることができる。
【００３２】
上記ＣＮＴ（分子）は、公知の方法で製造することができ、例えば、ＣＶＤ法、アーク法、レーザーアブレーション法、ＤＩＰＳ法、ＣｏＭｏＣＡＴ法等により製造することができる。これらの中でも、所望するサイズのＣＮＴ（ＭＷＮＴ）を効率的に得ることができる点から、鉄を触媒かつ基板とし、エチレンガスを用いたＣＶＤ法により製造することが好ましい。この場合、石英ガラス基板や酸化膜付きシリコン基板等の基板に、触媒となる鉄あるいはニッケル薄膜を成膜した上に、垂直配向成長した所望する長さのＣＮＴ分子の結晶を得ることができる。
【００３３】
一対の電極５の材質としては、導電性を有する限り特に限定されず、例えば銀粒子を含有する導電性接着剤等を用いることができる。一対の電極５は、ＣＮＴ膜４に通電し、発熱させる。
【００３４】
当該熱音響装置１においては、一対の電極５に交流の信号電圧を印加することで、ＣＮＴ膜４が発熱する。この発熱により、ＣＮＴ膜４の表面の空気層の温度変化が生じ、この温度変化による空気の疎密により音波が発生する。当該熱音響装置１は、各ＣＮＴ分子６が単体で両電極５間に電気的に接続されているため、高速反応性に優れ、かつ、高調波歪みが小さい。従って、当該熱音響装置１は、スピーカー、特に超音波スピーカー等として好適に利用することができる。
【００３５】
（製造方法）
当該熱音響装置１は、例えば以下の方法で好適に製造することができる。基板２の表面両端縁に粘着剤を積層させ、これを一対のスペーサー３とする。このスペーサー３間にＣＮＴ分子を架け渡し、ＣＮＴ膜４を形成する。具体的には、例えば上述した垂直配向したＣＮＴ分子を、触媒として鉄やニッケルが成膜された基板から剥がして、このＣＮＴ分子をスペーサー３としての粘着剤間に固定させることで、ＣＮＴ膜４を形成することができる。その後、ＣＮＴ膜４の両端縁（スペーサー３）上に導電性接着剤を積層させること等により一対の電極５を形成し、熱音響装置１を得ることができる。
【００３６】
なお、上記工程において、垂直に配向したＣＮＴ分子を鉄製基板から剥がした後、複数のＣＮＴ分子からなるＣＮＴの束に対して、例えばイソプロピルアルコール等の溶媒を噴霧する、又はこの溶媒に浸した後、乾燥させたものをＣＮＴ膜として使用しても良い。このような工程を経ることで、ＣＮＴの束がシュリンクする。このようなシュリンクしたＣＮＴの束は、高温環境での抵抗の経時変化が小さく、ＣＮＴ膜として使用することで、得られる熱音響装置の高速反応性や、高調波歪みの発生抑制能がさらに向上する。
【００３７】
＜第二実施形態＞
図２の熱音響装置１１は、ＣＮＴ膜４、一対の電極５、断熱層７及び放熱層８を備える。ＣＮＴ膜４及び一対の電極５は、図１の熱音響装置１が備えるものと同様であるので、説明を省略する。
【００３８】
断熱層７は、ＣＮＴ膜４の裏面に積層されている。当該熱音響装置１１によれば、ＣＮＴ膜４の裏面が断熱層７で被われていることで、発熱した熱が裏面側に流れることを抑制し、高速反応性等、音波の発生能を高めることができる。
【００３９】
断熱層７を形成する材料としては、断熱性を有するものであれば特に限定されないが、優れた断熱性を発揮させるべく、多孔質状の材料を用いることが好ましい。また、電流がこの断熱層７側へ流れることを防ぐべく、電気絶縁性を有する材料を用いることが好ましい。
【００４０】
このような材料としては、例えば、ガラス、ゼオライト、アルミナ、シリカ、セラミックス、その他金属酸化物、エンジニアリングプラスチック、炭素材料（カーボン、炭化ケイ素、炭化チタン等）、窒素材料（窒化ケイ素等）や、表面が酸化物などの絶縁材で被覆されたポーラス金属等を挙げることができる。
【００４１】
上記シリカとしては、例えば、オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）、アンモニア水及びエタノールの混合反応から得られる水和ゲルを、超臨界乾燥法を用いて乾燥させることで得られるシリカエアロゲルが好ましい。このシリカエアロゲルは、特に優れた断熱性を発揮することができる。
【００４２】
上記エンジニアリングプラスチックとしては、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フッ素樹脂等の耐熱温度が１５０℃以上、好ましくは２００℃以上の樹脂が好ましい。
【００４３】
断熱層７を形成する素材の２５℃下の熱伝導率としては、０．１Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、０．０６Ｗ／ｍＫ以下がさらに好ましく、０．０３Ｗ／ｍＫ以下が特に好ましい。なお、熱伝導率は、ＪＩＳ−Ｒ１６１１（２０１０）に記載のフラッシュ法により測定することができる。
【００４４】
断熱層７の空隙率の下限としては、５０体積％が好ましく、８０体積％がより好ましく、９０体積％がさらに好ましい。断熱層７がこのような空隙率を有することで、断熱性能を効果的に発揮することができる。なお、断熱層７の空隙率の上限は、強度の低下を抑えるため、９９体積％が好ましく、９７体積％がより好ましい。なお、空隙率は、アルキメデス法により算出することができる。
【００４５】
また、断熱層７の孔の平均径の下限としては、５ｎｍが好ましく、１０ｎｍがさらに好ましい。一方、断熱層７の孔の平均径の上限としては、１，０００ｎｍが好ましく、２００ｎｍがさらに好ましい。孔の平均径が５ｎｍ未満の場合は、十分な断熱性が発揮されない場合がある。逆に、孔の平均径が１，０００nｍを超える場合は強度が低下するおそれがある。
【００４６】
断熱層７の平均厚さとしては、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。断熱層７の平均厚さが上記下限未満の場合は、断熱性及び強度が低下するおそれがある。逆に、断熱層７の平均厚さが上記上限を超える場合は、断熱層７の放熱性が低下するおそれがある。
【００４７】
放熱層８は、上記断熱層７の裏面に積層されている。当該熱音響装置１１によれば、断熱層７の裏面にさらに放熱層８を備えることで、ＣＮＴ膜４の放熱性をさらに高め、その結果、さらなる高速反応性の向上及び高調波歪みの発生低減を図ることができる。
【００４８】
この放熱層８の材質としては特に限定されず、例えば金属、金属酸化物、金属窒化物、これらの粉末が混合された樹脂材料等が挙げられるが、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属が好ましい。放熱層８の厚さとしては、特に限定されず、例えば１００ｎｍ以上１ｍｍ以下程度である。なお、表面積を広げ、放熱性を高めるために、放熱層８の裏面（断熱層７と接しない側の面）に凹凸形状等が形成されていてもよい。
【００４９】
＜第三実施形態＞
図３の熱音響装置２１は、基板２、一対のスペーサー３、ＣＮＴ膜２４、放熱用ＣＮＴ膜９及び一対の電極２５を備える。基板２及びスペーサー３は、図１の熱音響装置１と同様であるので、説明を省略する。
【００５０】
ＣＮＴ膜２４は、両スペーサー３間に架設され、両電極２５を連結している。このＣＮＴ膜２４は、ストライプ状に形成されている。すなわち、複数の帯状のＣＮＴ膜２４が、平行に、かつ離間して形成されている。当該熱音響装置２１によれば、ＣＮＴ膜２４をこのようにストライプ状に形成し、複数のスリットを有することで、このＣＮＴ膜２４の放熱性がさらに高まり、その結果、高速反応性をさらに高め、高調波歪みの発生をより低減することができる。
【００５１】
このストライプ状に形成されたＣＮＴ膜２４のそれぞれの幅としては、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上１００μｍ以下程度である。なお、このＣＮＴ膜２４は、ストライプ状に形成されていること以外は、図１の熱音響装置１が備えるＣＮＴ膜４と同様である。
【００５２】
放熱用ＣＮＴ膜９は、帯状形状であり、上記ＣＮＴ膜２４の各スリットに設けられている。つまり、帯状のＣＮＴ膜２４と帯状の放熱用ＣＮＴ膜９とは交互に平面状に配置されている。なお、隣り合うＣＮＴ膜２４と放熱用ＣＮＴ膜９とは、接していても、離間していてもよい。また、放熱用ＣＮＴ膜９は、ＣＮＴ膜２４と同様にスペーサー３の対向方向に配設されたＣＮＴ分子からなるが、両端が電極２５と接していない。すなわち、放熱用ＣＮＴ膜９は、発熱しない。
【００５３】
一対の電極２５は、各スペーサー３の表面にＣＮＴ膜２４の両端を介して積層されている。但し、この電極２５は、放熱用ＣＮＴ膜９とは接していない。一対の電極２５は、ＣＮＴ膜２４に通電し、発熱させる。
【００５４】
当該熱音響装置２１によれば、このように放熱用ＣＮＴ膜９がＣＮＴ膜２４に近接して交互に配置されることで、ＣＮＴ膜２４の放熱性がさらに高まり、より優れた高速反応性及び高調波歪みの低減能を発揮することができる。
【００５５】
＜その他の実施形態＞
本発明の熱音響装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）の熱音響装置３１のように、ＣＮＴ膜３４を形成する各ＣＮＴ分子が、一対の電極５に対して垂直に配置されていなくてもよい。また、図４（ｂ）の熱音響装置４１のように、ＣＮＴ膜４４を、電極５上で折り曲げたＣＮＴ分子から形成してもよい。さらには、図４（ｃ）の熱音響装置５１のように、一対の電極５５を平行に設けなくてもよい。また、図１の熱音響装置１において、スペーサー３は無くても、本発明の熱音響装置を構成することができる。
【００５６】
上記いずれの熱音響装置においても、各ＣＮＴ分子が単体で両電極間に電気的に接続されているため、高速反応性に優れ、また、高調波歪みの発生が低減される。
【００５７】
さらには、断熱材をＣＮＴ膜の裏面に断熱層として設けるだけではなく、ＣＮＴ膜の側面側や表面側にも設けてもよい。このようにＣＮＴ膜を断熱材で囲う、又は、断熱材の内部にＣＮＴ膜を配置した構造とすることで、ＣＮＴ膜の断熱性を高め、熱音響装置の高速反応性をさらに高めることができる。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５９】
［実施例］
縦６０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのサイズの基板を用意した。この基板表面に、２ｍｍ弱の間隔を設けて、２本の両面テープ（スペーサー）を平行に貼った。石英ガラスに触媒として鉄を成膜した基板上に垂直配向したＣＮＴ（ＭＷＮＴ：長さ２ｍｍ、平均径２５ｎｍ）を側面から剥がし、上記両面テープ間に架け渡すように貼り付け、ＣＮＴ膜を形成した。
【００６０】
このＣＮＴ膜のサイズは横２ｍｍ、縦５０ｍｍであった。この横方向に、長さ２ｍｍのＣＮＴ分子が配置されている。また、ＣＮＴ膜の厚みは、ＳＥＭで測定したところ、０．０５μｍ〜０．５μｍであった。
【００６１】
上記両面テープ上に、ＣＮＴ分子の両端を介して銀粒子を含む銅電線接着剤を積層して一対の電極を形成し、実施例の熱音響装置を得た。
【００６２】
［比較例］
図５に示すように、石英ガラスに触媒として鉄を成膜した基板１０１上に垂直配向したＣＮＴ１０２を側面から引き出し、ＣＮＴ分子同士の連結する部分１０３が多数存在するＣＮＴ束１０４を形成した。このＣＮＴ束をＣＮＴ膜として用いたこと以外は、実施例と同様の操作をして比較例の熱音響装置を得た。図６にＣＮＴを基板から引き出している状態のＳＥＭ写真を示す。
【００６３】
［評価］
図７の装置を組み、実施例及び比較例の熱音響装置の評価を行った。入力信号は、Ｖｄｃ＝１０Ｖ、Ｖｐ−ｐ＝１０Ｖとした。周波数１０ｋＨｚのサイン波の入力に対して、発生された実施例の熱音響装置を用いた場合の音圧は、比較例のものより約１．７倍と大きかった。
【００６４】
［参考例］
ＣＮＴ膜として（１）ＣＮＴ束、（２）シュリンクさせたＣＮＴ束（ＣＮＴ束（Ｓ））、（３）カーボンファイバー（ＣＦ）及び比較としての（４）紡糸されたＣＮＴ（ＣＮＴ紡糸）の温度変化に対する抵抗変化率を測定した。なお、（１）のＣＮＴ束は、上記実施例におけるＣＮＴ膜である。（２）のＣＮＴ束（Ｓ）は、（１）のＣＮＴ束にイソプロピルアルコールを噴霧した後、乾燥させたものである。（３）のＣＦは、東レ製のトレカＴ７００である。（４）のＣＮＴ紡糸は、上記比較例におけるＣＮＴ膜である。
【００６５】
測定は、ホットプレート上に各ＣＮＴ膜（ＣＮＴ束等）を乗せて温度変化させ、デジタルマルチメータを用いて、各温度毎の抵抗を測定した。図８に温度毎の抵抗値及び抵抗値の変化率を示す。また、図９に、（２）ＣＮＴ束（Ｓ）、（３）ＣＦ及び（４）ＣＮＴ紡糸において、温度を１２０℃に２０分間保持した間の抵抗値及び抵抗値の変化率を示す。
【００６６】
図８に示されるように、（１）ＣＮＴ束、及び（２）ＣＮＴ束（Ｓ）は昇温時と高温時の抵抗変化率が等しく、熱音響膜として好適であることがわかる。また、図９に示されるように、ＣＮＴ（Ｓ）はＣＮＴ束に比べ高温環境での抵抗の経時変化が小さく、安定していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の熱音響装置は、スピーカー、特に超音波スピーカー等として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１、１１、２１、３１、４１、５１  熱音響装置
２  基板
３  スペーサー
４、２４、３４、４４  ＣＮＴ膜
５、２５、５５  電極
６  ＣＮＴ分子
７  断熱層
８  放熱層
９  放熱用ＣＮＴ膜
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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