(57)【要約】【課題】電荷保持性に優れた静電型音響変換器用エレクトレット材を提供する。【解決手段】電極１０、固定部１１およびエレクトレット材層１２を有し、エレクトレット材層１２が帯電状態にあるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）層である静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材１００を、ＰＴＦＥ粒子の分散液を基材上に塗布する塗布工程と、基材上の分散液を乾燥した後、当該分散液中に含有されていたＰＴＦＥ粒子を焼成する乾燥焼成工程と、を含むことによってＰＴＦＥ層を形成する工程と、当該ＰＴＦＥ層の主面を化学エッチングすることによって当該層の帯電性を向上させる工程と、化学エッチング後にＰＴＦＥ層を帯電処理する工程と、を含むことによって製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、前記電極上に配置されたエレクトレット材層と、前記電極と前記エレクトレット材層との間に配置され、前記エレクトレット材層を前記電極上に固定する固定部とを有し、前記エレクトレット材層が、帯電状態にあるポリテトラフルオロエチレン層である、静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法であって、
基材上にポリテトラフルオロエチレン層を形成する工程と、前記ポリテトラフルオロエチレン層の前記基材側と反対側の主面上に固定部を形成する工程と、当該固定部を介して前記ポリテトラフルオロエチレン層を電極上に配置する工程と、前記電極上の前記ポリテトラフルオロエチレン層を帯電処理する工程と、を有し、
前記固定部を形成する工程の前に、前記ポリテトラフルオロエチレン層の帯電性を向上させる工程をさらに有し、
前記ポリテトラフルオロエチレン層を形成する工程が、ポリテトラフルオロエチレン粒子を含有する分散液を前記基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上の前記分散液を乾燥した後、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子を焼成する乾燥焼成工程と、を含み、
前記ポリテトラフルオロエチレン層の帯電性を向上させる工程が、アルカリ性金属イオンと、当該金属イオンの対アニオンまたは対アニオンラジカルと、を含有する溶液を前記ポリテトラフルオロエチレン層の前記基材側と反対側の主面に接触させることによって、当該反対側の主面を化学エッチングする工程を含む、
静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法。
【請求項２】
前記アルカリ性金属イオンがナトリウムイオン、リチウムイオンまたはカリウムイオンであり、前記対アニオンがアミドイオンであり、前記対アニオンラジカルがナフタレンのアニオンラジカルまたはフェナントレンのアニオンラジカルであり、前記溶液が溶媒としてアンモニア、テトラヒドロフランまたはトルエンを含有する、請求項１に記載の静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法。
【請求項３】
前記ポリテトラフルオロエチレン層の厚さが、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲にある、請求項１または２に記載の静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法。
【請求項４】
前記帯電処理が、コロナ放電処理である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法。
【請求項５】
コンデンサ部を備えた静電型音響変換器の製造方法であって、
前記コンデンサ部が、振動板と、前記振動板の背面上に、当該背面にポリテトラフルオロエチレン層が面するように配置されたエレクトレットと、を有し、
前記エレクトレットを、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法によって得る、
静電型音響変換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型音響変換器用の耐熱性エレクトレット材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機のような小型の電子機器において、エレクトレットコンデンサマイクロホン（Erectret Condenser Microphone:ＥＣＭ）に代表される、エレクトレット材を備えた静電型音響変換器が使用されている。
【０００３】
電子機器の製造コストを低下させる観点からは、静電型音響変換器を電子機器内に実装するために、リフロー半田付け装置に代表される自動半田付け装置を使用することが望ましい。しかし、従来の静電型音響変換器は、リフロー半田付け装置を使用することによって実装すると、エレクトレット材内に保持されている電荷（電荷保持率）が著しく減少するという問題があった。電荷保持率の低下は、リフロー半田付け時にエレクトレット材が２６０℃程度の高温に加熱されることに起因すると考えられている。
【０００４】
特許文献１は、こうした高温での加熱に起因した電荷保持率の低下の防止を目的としたＥＣＭの製造方法を開示する。この製造方法では、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とヘキサフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキレンビニルエーテルとの共重合体といったフッ素樹脂によって構成された樹脂フィルムの表面を、湿式または乾式の化学エッチングによって処理した後、当該表面に粘着剤層を形成し、粘着剤層を介して樹脂フィルムを電極（金属板）に貼付けることによって、エレクトレット材の前駆体を形成している。なお、エレクトレット材は、前駆体の樹脂フィルムを帯電処理することによって得る。
【特許文献１】特開２００７−２９５３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の製造方法によれば、リフロー実装時の高温加熱によるエレクトレット材の電荷保持率の低下を一定程度まで防止できるものの、こうした電荷保持性をさらに向上する観点からは未だ改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、電荷保持性に優れたＥＣＭ用エレクトレット材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、キャスティング成形法によって得たＰＴＦＥフィルムが、一般的なＰＴＦＥフィルムである、ＰＴＦＥスカイブシートに比べて、高温加熱に対する電荷保持性が高いことを見出した。さらに、本発明者は、キャスティング成形によって得たＰＴＦＥフィルムの表面を、アルカリ性金属イオンを含有する溶液を用いて化学エッチングすることにより、高温加熱に対する電荷保持性が顕著に向上することを見出した。こうした傾向は、キャスティング成形法によってＰＴＦＥフィルムを形成すると、フィルムにボイドが発生しにくいことに起因すると考えられる。従来、こうした製造方法の相違に基づくＰＴＦＥフィルムの種類の相違と、エレクトレット材の電荷保持性の優劣との関係は知られていなかった。
【０００８】
本発明者は、こうした知見に基づき本発明を完成させた。すなわち、本発明は、電極と、前記電極上に配置されたエレクトレット材層と、前記電極と前記エレクトレット材層との間に配置され、前記エレクトレット材層を前記電極上に固定する固定部とを有し、前記エレクトレット材層が、帯電状態にあるポリテトラフルオロエチレン層である、静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法であって、基材上にポリテトラフルオロエチレン層を形成する工程と、前記ポリテトラフルオロエチレン層の前記基材側と反対側の主面上に固定部を形成する工程と、当該固定部を介して前記ポリテトラフルオロエチレン層を電極上に配置する工程と、前記電極上の前記ポリテトラフルオロエチレン層を帯電処理する工程と、を有し、前記固定部を形成する工程の前に、前記ポリテトラフルオロエチレン層の帯電性を向上させる工程をさらに有し、前記ポリテトラフルオロエチレン層を形成する工程が、ポリテトラフルオロエチレン粒子を含有する分散液を前記基材上に塗布する塗布工程と、前記基材上の前記分散液を乾燥した後、前記ポリテトラフルオロエチレン粒子を焼成する乾燥焼成工程と、を含み、前記ポリテトラフルオロエチレン層の帯電性を向上させる工程が、アルカリ性金属イオンと、当該金属イオンの対アニオンまたは対アニオンラジカルと、を含有する溶液を前記ポリテトラフルオロエチレン層の前記基材側と反対側の主面に接触させることによって、当該反対側の主面を化学エッチングする工程を含む、静電型音響変換器用耐熱性エレクトレット材の製造方法を提供する。
【０００９】
また、本発明は、別の側面から、コンデンサ部を備えた静電型音響変換器の製造方法であって、前記コンデンサ部が、振動板と、前記振動板の背面上に、当該背面にＰＴＦＥ層が面するように配置されたエレクトレット材と、を有し、前記エレクトレット材を、上記の製造方法によって得る、静電型音響変換器の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高温加熱に対するエレクトレット材の電荷保持性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の製造方法によって得られるエレクトレット材の一例の断面図である。エレクトレット材１００は、電極１０、固定部（粘着剤層）１１およびエレクトレット材層１２を有している。エレクトレット材１００は、次のようにして形成する。
【００１２】
まず、ＰＴＦＥ粒子の分散液（ＰＴＦＥディスパージョン）を用意する。ＰＴＦＥディスパージョンは、例えば、ダイキン工業社製Ｄ−１（固形分濃度６０質量％）として入手できる。
【００１３】
次に、ＰＴＦＥディスパージョンを基材上に塗布する。基材は、アルミに代表される金属の箔、ポリイミドに代表される樹脂のフィルムを使用できる。後述する表面処理をより簡便に実施する観点からは、基材はポリイミドフィルムであることが好ましい。続いて、基材上のディスパージョンを乾燥した後、ディスパージョンに含有されていたＰＴＦＥ粒子を焼成する。これにより、基材上にＰＴＦＥ層が形成される。こうして形成したＰＴＦＥ層は、純粋なＰＴＦＥ（いわゆるホモＰＴＦＥ）からなる層であり、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキレンビニルエーテルとの共重合体に代表される変性ＰＴＦＥを含有した状態にはない。
【００１４】
乾燥は、ディスパージョンの溶媒が気化する温度であって、ＰＴＦＥおよび基材の材料の融点未満の温度（例えば１８０℃程度）の雰囲気下に基材を保持することによって実施できる。焼成は、ＰＴＦＥの融点以上であって基材の材料の融点未満の温度の雰囲気下に基材を保持することによって実施できる。ディスパージョンは、ＰＴＦＥ層に空孔が形成されることを回避した状態で、乾燥および焼成することとする。こうして形成したＰＴＦＥ層は多孔構造を有しない。上記の塗布から焼成までの一連の操作は、クリーンルームにおいて実施することが好ましい。
【００１５】
基材上へのＰＴＦＥディスパージョンの塗布は、例えば、基材をＰＴＦＥディスパージョン中に所定の速度で移動させながら浸すことによって実施できる。ＰＴＦＥ層の生産性を高める観点からは、塗布から焼成までの一連の工程は、複数個のローラーおよび軸と、乾燥焼成炉とを備えた公知の装置を使用し、基材シートロールから繰り出した基材を、ディスパージョンおよび乾燥焼成炉を通過させた後、捲回軸に巻き取ることによって実施することが好ましい。
【００１６】
ＰＴＦＥ層の厚さは、実用に十分な量の電荷をエレクトレット材に保持させると共に、薄型のエレクトレット材を提供する観点からは、５〜１００μｍの範囲にあることが好ましく、１０〜５０μｍの範囲にあることがより好ましい。こうした厚さ範囲のＰＴＦＥ層を形成するためには、上記の塗布から焼成までの一連の工程を、例えば２回以上、また例えば３回以上、実施することが好ましい。
【００１７】
続いて、アルカリ性金属イオンと、当該金属イオンの対アニオンまたは対アニオンラジカルとを含有する溶液を、ＰＴＦＥ層の基材側と反対側の主面に接触させることによって、当該反対側の主面を化学エッチング（表面処理）する。これにより、後述する実施例に示すように、ＰＴＦＥ層の帯電性が顕著に向上する。アルカリ性金属イオンとしては、ナトリウムイオン、リチウムイオンおよびカリウムイオンを例示できる。対アニオンとしては、アミドイオンを例示できる。対アニオンラジカルとしては、ナフタレンのアニオンラジカルおよびフェナントレンのアニオンラジカルを例示できる。当該溶液の溶媒としては、アンモニア、テトラヒドロフランおよびトルエンを例示できる。すなわち、当該溶液は、例えば、テトラヒドロフラン中でナトリウムおよびナフタレンを反応させることによって調製した溶液（溶液Ａ）であってもよいし、また例えば、液化させたアンモニア（アンモニア液）中にナトリウムを溶解させることによって調製した溶液（溶液Ｂ）であってもよい。溶液Ａを用いて表面処理する場合、例えば室温（２５℃）下で約１５分間、溶液をＰＴＦＥ層に接触させる。溶液Ｂを用いて表面処理する場合、例えば室温下で１〜５秒間、溶液をＰＴＦＥ層に接触させる。表面処理後、ＰＴＦＥ層は、例えばキシレンおよびアセトンといった有機溶媒を用いて、洗浄する。
【００１８】
その後、ＰＴＦＥ層における、表面処理を施した主面上、換言すれば、基材側と反対側の主面上に、エレクトレット材層を当該電極上に固定する固定部としての粘着剤層を形成する。粘着剤層の材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびシリコーン樹脂といった、接着剤に使用される公知の樹脂が挙げられる。ＰＴＦＥ層は、固定部の形成前に、基材から剥離された状態にあってもよい。
【００１９】
次に、固定部としての粘着剤層が配置されたＰＴＦＥ層を、当該粘着剤層を介した状態で電極上に配置する。その後、粘着剤層を加熱することによって硬化させ、ＰＴＦＥ層を電極上に固着させる。電極は金属板であってよい。
【００２０】
続いて、ＰＴＦＥ層を帯電処理する。これにより、帯電状態にあるＰＴＦＥ層である、エレクトレット材層を得る。帯電処理は、例えば、ＰＴＦＥ層における、固定部が配置された側と反対側の主面を、コロナ放電処理することによって実施できる。このように、帯電処理はコロナ放電処理であってよい。なお、基材は、帯電処理の前までにＰＴＦＥ層から剥離しておく。
【００２１】
以上により、静電型音響変換器用のエレクトレット材が得られる。このエレクトレット材は、後述する実施例に示すように、高温加熱に対する電荷保持性に優れる。この理由は明らかではないが、本発明者は次のように考えている。高温加熱に対するエレクトレット材の電荷保持性を高めるには、エレクトレット材層の材料、すなわちＰＴＦＥの融点付近まで、電荷のトラップ部位の構造が維持される必要がある。ＰＴＦＥの結晶部と非晶部との界面は、こうしたトラップ部位の一つであると考えられる。ＰＴＦＥスカイブシートに代表されるボイドの多いＰＴＦＥフィルムは、高温加熱によってボイドを起点とした応力緩和が発生しやすく、結晶の流動が生じやすい。このため、こうしたフィルムでは、結晶部と非晶部との界面の構造が維持されにくい。これに対し、本発明の製造方法によって形成されるＰＴＦＥフィルムは、ボイドが少ないため、フィルムを高温加熱しても電荷のトラップ部位の構造が維持されやすいと考えられる。さらに、本発明によるＰＴＦＥフィルムは、アルカリ性金属イオンと、当該金属イオンの対アニオンまたは対アニオンラジカルとを含有する溶液を用いた表面処理によって、トラップ部位における電荷の安定性がさらに高められているものと考えられる。
【００２２】
本発明の製造方法により得られるエレクトレット材は、バックエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＢＥ）、フロントエレクトレットコンデンサマイクロホンおよびホイルエレクトレットコンデンサマイクロホンといった静電型音響変換器の製造に好適に適用できる。図２は、本発明の製造方法によって得られるＢＥの一例の断面図である。ＢＥ２００は、シールドケース２０、コンデンサ部３０、集積回路２６が形成された回路基板２７を有している。コンデンサ部３０は、本発明の製造方法によって得られるエレクトレット材１００と、振動板２１とを有している。より詳しくは、コンデンサ部３０は、振動板２１が形成された振動板ユニット２２、スペーサ２３、エレクトレット材１００および背面電極基板２５によって、構成されている。エレクトレット材１００は、図２に示すように、エレクトレット材層１２が振動板２１の背面に面する状態でＢＥ２００内に配置される。
【００２３】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２４】
（実施例１）
ＰＴＦＥディスパージョン（ダイキン工業社製Ｄ−１（固形分濃度６０質量％））に蒸留水を添加することによって、コーティング液を調製した。コーティング液の比重は１．５０である。厚さ７５μｍのポリイミドフィルム（宇部興産社製ユーピレックス７５Ｓ）を、コーティング液中にディッピング速度１００ｍｍ／分で浸すことによって、ポリイミドフィルム上にコーティング液を塗布した。その後、ポリイミドフィルムを１８０℃の雰囲気下に１０分間保持することによって、フィルム上のコーティング液を乾燥した。次に、ポリイミドフィルムを３６０℃の雰囲気下に１０分間保持することによって、コーティング液に含有されていたＰＴＦＥ粒子を焼成した。続いて、ポリイミドフィルムを冷却した。コーティング液の塗布からポリイミドフィルムの冷却までの操作を合計３回行うことによって、ポリイミドフィルム上に、厚さ３５μｍのＰＴＦＥフィルムを形成した。こうして、キャスティング成形によってＰＴＦＥフィルムを得た。このＰＴＦＥフィルムの表面にはボイドが観察されなかった。
【００２５】
続いて、ＰＴＦＥフィルムの一方の主面を次のようにして表面処理した。まず、当該表面に、２５℃のＮａ／ナフタレン錯塩溶液（潤工社製テトラＨ）を３０秒間接触させた。潤工社製テトラＨは、アルカリ性金属イオンとしてナトリウムイオンを含有し、当該金属イオンの対アニオンラジカルとしてナフタレンのアニオンラジカルを含有し、溶媒としてテトラヒドロフランを含有する溶液である。続いて、当該表面にメタノール、水、メタノールを、この順でそれぞれ１０秒間接触させることによって、当該表面を洗浄した。その後、当該表面を乾燥した。こうして、ＰＴＦＥフィルムの一方の主面を金属ナトリウム処理した。
【００２６】
（比較例１）
スパッタエッチングによって表面処理を実施したこと以外は実施例１と同様にして、表面処理された状態にあるＰＴＦＥフィルムを得た。スパッタエッチングは次のようにして実施した。まず、キャスティング成形によって得たＰＴＦＥフィルムを、スパッタエッチング処理装置のチャンバに取り付けた。次に、アルゴンガスを導入することによってチャンバ内の雰囲気圧を５×１０-3Ｔｏｒｒに調整した。続いて、雰囲気に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより、ＰＴＦＥフィルムの一方の表面上に１ワット／ｃｍ2の放電を１５秒間発生させた。こうして、ＰＴＦＥフィルムの表面をスパッタエッチング処理した。
【００２７】
（比較例２）
キャスティング成形に代えて、スカイブ成形によってＰＴＦＥフィルムを得たこと以外は実施例１と同様にして、表面処理された状態にあるＰＴＦＥフィルムを得た。スカイブ成形は次のようにして実施した。ＰＴＦＥモールディングパウダー（ダイキン工業社製ポリフロンＭ１８）２５キログラムを、ビレット金型（１１５Φ×２６５Φ）内に充填した後、プランジャー速度１０ｍｍ／分、加圧圧力１５ＭＰａ、保持時間３０分という条件で圧縮成形した。その後、こうして得た圧縮成形物を３６０℃の雰囲気下に１６時間保持することによって、当該圧縮成形物を焼成した。次に、焼成後の圧縮成形物を、切削旋盤を用いてフィルム状に切削することによって、厚さ５０μｍのＰＴＦＥフィルムを得た。こうして得たＰＴＦＥフィルムの表面には、多くのボイドが観察された。
【００２８】
（比較例３）
スパッタエッチングによって表面処理を実施したこと以外は比較例２と同様にして、表面処理された状態にあるＰＴＦＥフィルムを得た。スパッタエッチングは比較例１と同様にして実施した。
【００２９】
〔電荷保持性試験〕
実施例１および比較例１〜３のフィルムについて、次のようにして、高温加熱に対する電荷保持性を調べた。まず、各フィルムの他方の主面（表面処理していない側の主面）に向けて、マイナスのコロナ放電を２５℃で実施することによって、各フィルムを分極処理した。当該分極処理の直後に、表面電位計を用いて各フィルムの表面電位を測定することによって、基準電位を得た。続いて、各フィルムを２１０℃の雰囲気下に３０分間保持（熱処理）した後、それぞれの表面電位を測定した。その後、同様の熱処理をさらに２回実施した。各回における、基準電位を１００％にしたときの熱処理後の表面電位の割合を算出することによって、表面電位残存率（％）を得た。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2009267649.tif 000003
【００３１】
表１に示すように、実施例１のフィルムは、比較例１〜３のフィルムに比べて表面電位残存率が高かった。
【００３２】
なお、実施例１のフィルムは、表面処理した主面上に固定部（粘着剤層）を形成し、当該固定部を介して電極上に貼付けた状態に加工した場合も、比較例１〜３のフィルムを同様の状態に加工した場合に比べて、高い表面電位残存率を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、高温加熱に対する電荷保持性に優れた静電型音響変換器用エレクトレット材を提供するものとして、静電型音響変換器が実装される電子機器の分野において多大な利用価値を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の製造方法によって得られるエレクトレット材の一例の断面図である。
【図２】本発明の製造方法によって得られる静電型音響変換器の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  電極
１１  固定部（粘着剤層）
１２  エレクトレット材層
２０  シールドケース
２１  振動板
２２  振動板ユニット
２３  スペーサ
２４  音響孔
２５  背面電極基板
２６  集積回路
２７  回路基板
３０  コンデンサ部
１００  エレクトレット材
２００  バックエレクトレットコンデンサマイクロホン（ＢＥ）
【図１】
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【図２】
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