JP2012205198A - Thermoacoustic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱音響装置に関する。 The present invention relates to a thermoacoustic apparatus.
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。 As a device for generating sound waves, a sound wave generating device using mechanical vibration such as an electrodynamic conversion device including a magnet and a coil, a capacitor conversion device, and a conversion device using a piezoelectric material is widely used. In recent years, unlike these sound wave generators, development of sound wave generators (thermoacoustic devices) using a thermoacoustic effect that does not perform mechanical vibration at all has been underway.
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。 This thermoacoustic apparatus usually includes a heat insulating layer and a heating element layer provided on the surface of the heat insulating layer. In a thermoacoustic apparatus having such a structure, the temperature of the air layer on the surface of the heat generating element layer is changed by applying heat to the heat generating element layer, and sound waves are generated due to the air density due to the temperature change. Is configured to occur. Since such a thermoacoustic apparatus does not involve mechanical vibration, there are advantages such as a wide frequency band, being hardly affected by the surrounding environment, and being relatively easy to miniaturize.
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。 In this thermoacoustic apparatus, it has been proposed to use carbon nanotubes (hereinafter also referred to as “CNT”) as a heating element for forming a heating element layer in order to increase the efficiency of sound wave generation (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-93805). No., JP 2009-268108 A). According to this thermoacoustic apparatus, CNT having a small heat capacity and a large specific surface area are used as a heating element, so that a high-speed temperature change corresponding to an electric signal or the like is possible, and sound waves can be generated satisfactorily. It is said that. However, the thermoacoustic apparatus using CNT as the heating element as described above cannot be said to have sufficient high-speed reactivity, and has a large harmonic distortion, so there is room for improvement for practical use.
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。 The present invention has been made based on the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermoacoustic apparatus having excellent high-speed reactivity and low harmonic distortion.
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。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that when CNT is used as a heating element, contact resistance occurs at a portion where CNT molecules are connected to each other, and heat generation at this contact portion increases non-uniformity of the heat generation state, and high speed. The inventors have found that it affects the generation of reactivity and harmonic distortion, and has completed the present invention. That is, the presence of a large number of connecting parts between the molecules increases the heat capacity and lowers the high-speed reactivity, and the transient response decreases due to the heat generated by the connecting parts, and harmonic distortion is likely to occur. The headline and improvement of this point led to the completion of the present invention.
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。
The invention made to solve the above problems is
A pair of electrodes;
A thermoacoustic apparatus comprising: a CNT film composed of a plurality of independent long carbon nanotube molecules connecting the two electrodes;
Each of the carbon nanotube molecules is electrically connected between both electrodes as a single unit.
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。 In the thermoacoustic apparatus, each CNT molecule is electrically connected between both electrodes alone, and the CNT film does not have a connection portion between the CNT molecules. Therefore, according to the thermoacoustic apparatus, the heat capacity of the CNT film is reduced and the high-speed reactivity is excellent. Moreover, according to the thermoacoustic apparatus, since the decrease in transient response due to heat generation from the connection portion between the CNT molecules is suppressed, the generation of harmonic distortion is reduced. Further, according to the thermoacoustic apparatus, the CNT film has a high mechanical strength because the CNT film does not have a connecting portion between molecules.
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。 The CNT film may be formed in a stripe shape. According to the thermoacoustic apparatus, by forming the CNT film in a stripe shape, the heat dissipation of the film is further increased, and as a result, the high-speed reactivity can be further increased and the generation of harmonic distortion can be further reduced. .
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。 It is preferable to further include a heat-dissipating CNT film provided in a slit of the CNT film formed in a stripe shape. According to the thermoacoustic apparatus, the CNT film for heat dissipation is alternately arranged in the vicinity of the CNT film, so that the heat dissipation of the CNT film is further improved, and more excellent high-speed reactivity and the ability to reduce harmonic distortion. It can be demonstrated.
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。 It is preferable to further include a heat insulating layer laminated on the back surface of the CNT film. According to the thermoacoustic apparatus, since the back surface of the CNT film is covered with the heat insulating layer, the generated heat can be prevented from flowing to the back surface side, and the ability to generate sound waves such as high-speed reactivity can be improved. .
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。 It is good to further provide the heat dissipation layer laminated on the back of the above-mentioned heat insulation layer. According to the thermoacoustic apparatus, by further providing a heat dissipation layer on the back surface of the heat insulating layer, the heat dissipation of the CNT film can be further increased, and as a result, further improvement in high-speed reactivity and reduction in generation of harmonic distortion can be achieved. it can.
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。 As described above, the thermoacoustic device of the present invention is excellent in high-speed reactivity because each CNT molecule is electrically connected as a single body and there is no connection portion between the CNT molecules in the CNT film. And the harmonic distortion is small. Therefore, the thermoacoustic apparatus of the present invention can be suitably used as a speaker, particularly an ultrasonic speaker.
<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。
<First embodiment>
Hereinafter, embodiments of the thermoacoustic apparatus of the present invention will be described in detail as first to third embodiments and other embodiments.
A thermoacoustic apparatus 1 in FIG. 1 includes a substrate 2, a pair of spacers 3, a CNT film 4, and a pair of electrodes 5.
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。 The substrate 2 fixes the arrangement state of the CNT film 4 and the like, and protects the back surface of the CNT film 4 and the like.
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。 The substrate 2 is a rectangular plate-like body in plan view. The size of the substrate 2 is not particularly limited, and can be set as appropriate according to the application of the thermoacoustic apparatus 1. For example, the vertical and horizontal lengths are 1 mm to 10 cm and the thickness is about 0.1 mm to 5 mm. It is.
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。 The material of the substrate 2 is not particularly limited as long as it has a certain strength, and a metal material such as iron or aluminum, a non-metal material such as glass or synthetic resin, or the like can be used. This substrate 2 may or may not have flexibility. In addition, when the board | substrate 2 has a softness | flexibility, the said thermoacoustic apparatus can expand the range of use as a flexible apparatus.
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。 The pair of spacers 3 are rectangular plate-like bodies in plan view. The spacers 3 are stacked in parallel with each other on opposite end edges on the surface of the substrate 2. The pair of spacers 3 separates the substrate 2 and the CNT film 4 and thermally insulates the CNT film 4 from the substrate 2.
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。 The size of the spacer 3 is not particularly limited and can be appropriately set according to the size of the substrate 2 or the like. For example, the length is about the same as the length of one side of the substrate 2 and the width is about 1 mm to 1 cm. The thickness is about 0.05 mm to 3 mm.
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。 The material of the spacer 3 is not particularly limited, and metals, metal oxides, other inorganic substances, synthetic resins, and the like can be used. However, in order to improve the thermal insulation of the CNT film 4, glass, silicon, synthetic resin A material with low thermal conductivity such as is preferable. In addition, when the spacer 3 is formed from electroconductive materials, such as a metal, the spacer 3 can also be functioned as an electrode. In addition, an adhesive or a pressure-sensitive adhesive can be used as the spacer 3, and in this case, it is easy to fix the CNT film 4 during production.
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。 The CNT film 4 is constructed between the spacers 3. The pair of electrodes 5 has a strip shape, and is superimposed on the surfaces of the pair of spacers 3 so as to sandwich the end of the CNT film 4. That is, the CNT film 4 connects both electrodes 5.
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。 The CNT film 4 is composed of a plurality of independent long CNT molecules 6. Each CNT molecule 6 is electrically connected between both electrodes 5 by itself. Specifically, each CNT molecule 6 is arranged in the opposing direction of both electrodes 5, that is, substantially perpendicular to both electrodes 5. In the thermoacoustic apparatus 1, since the CNT molecules 6 are arranged in this way, there is no contact portion between the end portions of the CNT molecules 6 or a portion where the CNT molecules 6 are randomly overlapped. Therefore, according to the thermoacoustic apparatus 1, the heat capacity of the CNT film 4 is reduced and the high-speed reactivity is excellent.
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。 In addition, since the CNT film 4 has no connection portion between the CNT molecules 6 as described above, the thermoacoustic apparatus 1 suppresses a decrease in transient response due to heat generated from the connection portion between the CNT molecules 6. It has been. Therefore, according to the thermoacoustic apparatus 1, generation of harmonic distortion is reduced. Furthermore, according to the thermoacoustic apparatus 1, the CNT film 4 has high mechanical strength because the CNT film 4 does not have a connection portion between the CNT molecules 6 as described above.
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。 The lower limit of the opposing direction length of the electrodes 5 of the CNT film 4 is preferably 1 mm, more preferably 1.5 mm, and particularly preferably 2 mm. On the other hand, the upper limit of the length of the CNT film 4 is preferably 10 mm, and more preferably 6 mm. Note that the length of the CNT film 4 is the length of each independent CNT molecule forming the CNT film 4. When this length of the CNT film 4 is less than the lower limit, it may be difficult to convert the generated heat into sound waves. Conversely, when the length of the CNT film 4 exceeds the upper limit, it is difficult to produce such CNT molecules.
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。 The lower limit of the average thickness of the CNT film 4 is preferably 0.05 μm, and more preferably 0.1 μm. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the CNT film 4 is preferably 100 μm, and more preferably 20 μm. When the average thickness of the CNT film 4 is less than the above lower limit, it may be difficult to form such a thin film. On the other hand, when the average thickness of the CNT film 4 exceeds the above upper limit, the heat dissipation of the CNT film 4 may be reduced, and the high-speed reactivity and the ability to suppress harmonic distortion may be reduced.
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。 Note that the CNT film 4 preferably has a single-layer structure in which CNT molecules are arranged substantially in parallel in a planar shape. By adopting a single layer structure, the surface area of the CNT film 4 is expanded. As a result, the heat capacity of the CNT film 4 is reduced, and the high-speed reactivity of the thermoacoustic device 1 can be further increased.
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。 The lower limit of the impedance of the CNT film 4 is preferably 1Ω, and more preferably 5Ω. On the other hand, the upper limit of this impedance is preferably 1,000Ω, and more preferably 100Ω. If the impedance of the CNT film 4 is less than the lower limit, current may easily flow and may ignite and burn. On the other hand, when this impedance exceeds the upper limit, current does not flow easily, heat is not generated easily, and no sound is generated, and a high voltage is required when current is to flow.
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。 As the CNT molecules constituting the CNT film 4, either single-walled single-wall nanotubes (SWNT) or multi-walled multi-wall nanotubes (MWNT) can be used. MWNT having a diameter of 1.5 nm or more and 100 nm or less is more preferable.
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。 Note that the CNT molecules are those in which the individual molecules are independent and unspun. By using such independent CNT molecules, the uniformity of the CNT film 4 is increased and the surface area is increased. Therefore, the temperature change rate of the CNT film 4 is high, and the high-speed reactivity can be further increased.
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。 The CNT (molecule) can be produced by a known method, for example, by a CVD method, an arc method, a laser ablation method, a DIPS method, a CoMoCAT method, or the like. Among these, it is preferable to produce by a CVD method using iron as a catalyst and a substrate and ethylene gas from the point that CNT (MWNT) having a desired size can be efficiently obtained. In this case, a CNT molecule crystal having a desired length which is grown in a vertical orientation on an iron or nickel thin film as a catalyst formed on a quartz glass substrate or a silicon substrate with an oxide film can be obtained.
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。 The material of the pair of electrodes 5 is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, a conductive adhesive containing silver particles can be used. The pair of electrodes 5 energize the CNT film 4 to generate heat.
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。 In the thermoacoustic apparatus 1, the CNT film 4 generates heat by applying an alternating signal voltage to the pair of electrodes 5. Due to this heat generation, a temperature change of the air layer on the surface of the CNT film 4 occurs, and sound waves are generated due to air density due to this temperature change. In the thermoacoustic apparatus 1, each CNT molecule 6 is electrically connected between the electrodes 5 as a single unit, and thus has excellent high-speed reactivity and low harmonic distortion. Therefore, the thermoacoustic apparatus 1 can be suitably used as a speaker, particularly an ultrasonic speaker.
(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。
(Production method)
The thermoacoustic apparatus 1 can be suitably manufactured by the following method, for example. A pressure-sensitive adhesive is laminated on both ends of the surface of the substrate 2 to form a pair of spacers 3. CNT molecules are bridged between the spacers 3 to form a CNT film 4. Specifically, for example, the above-described vertically aligned CNT molecules are peeled off from a substrate on which iron or nickel is formed as a catalyst, and the CNT molecules are fixed between the adhesives as the spacers 3 to thereby form the CNT film 4. Can be formed. Thereafter, a pair of electrodes 5 is formed by laminating a conductive adhesive on both end edges (spacer 3) of the CNT film 4, and the thermoacoustic device 1 can be obtained.
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。 In the above process, after the vertically aligned CNT molecules are peeled off from the iron substrate, a solvent such as isopropyl alcohol is sprayed on or immersed in a bundle of CNTs composed of a plurality of CNT molecules. A dried product may be used as the CNT film. Through such a process, the bundle of CNTs shrinks. Such a bundle of shrinked CNTs has little resistance change with time in a high-temperature environment, and when used as a CNT film, the high-speed reactivity of the resulting thermoacoustic device and the ability to suppress the occurrence of harmonic distortion are further improved. To do.
<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。
<Second embodiment>
The thermoacoustic device 11 in FIG. 2 includes a CNT film 4, a pair of electrodes 5, a heat insulating layer 7, and a heat dissipation layer 8. The CNT film 4 and the pair of electrodes 5 are the same as those provided in the thermoacoustic apparatus 1 of FIG.
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。 The heat insulating layer 7 is laminated on the back surface of the CNT film 4. According to the thermoacoustic device 11, since the back surface of the CNT film 4 is covered with the heat insulating layer 7, the generated heat is prevented from flowing to the back surface side, and the sound wave generation capability such as high-speed reactivity is increased. be able to.
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。 The material for forming the heat insulating layer 7 is not particularly limited as long as it has heat insulating properties, but a porous material is preferably used in order to exhibit excellent heat insulating properties. In addition, it is preferable to use a material having electrical insulation in order to prevent current from flowing to the heat insulating layer 7 side.
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。 Examples of such materials include glass, zeolite, alumina, silica, ceramics, other metal oxides, engineering plastics, carbon materials (carbon, silicon carbide, titanium carbide, etc.), nitrogen materials (silicon nitride, etc.), surface Can be a porous metal coated with an insulating material such as oxide.
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。 As the silica, for example, silica aerogel obtained by drying a hydrated gel obtained from a mixed reaction of tetramethyl orthosilicate (TMOS), aqueous ammonia and ethanol using a supercritical drying method is preferable. This silica airgel can exhibit particularly excellent heat insulation.
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。 As the engineering plastic, the heat resistance temperature of polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), fluororesin, etc. is 150 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher. Resins are preferred.
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。 The thermal conductivity at 25 ° C. of the material forming the heat insulating layer 7 is preferably 0.1 W / mK or less, more preferably 0.06 W / mK or less, and particularly preferably 0.03 W / mK or less. The thermal conductivity can be measured by the flash method described in JIS-R1611 (2010).
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。 As a minimum of the porosity of heat insulation layer 7, 50 volume% is preferred, 80 volume% is more preferred, and 90 volume% is still more preferred. When the heat insulation layer 7 has such a porosity, the heat insulation performance can be effectively exhibited. The upper limit of the porosity of the heat insulating layer 7 is preferably 99% by volume and more preferably 97% by volume in order to suppress a decrease in strength. The porosity can be calculated by the Archimedes method.
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。 Moreover, as a minimum of the average diameter of the hole of the heat insulation layer 7, 5 nm is preferable and 10 nm is more preferable. On the other hand, the upper limit of the average diameter of the holes of the heat insulating layer 7 is preferably 1,000 nm, and more preferably 200 nm. When the average diameter of the holes is less than 5 nm, sufficient heat insulating properties may not be exhibited. On the other hand, when the average diameter of the holes exceeds 1,000 nm, the strength may decrease.
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。 As an average thickness of the heat insulation layer 7, it can be 0.1 mm or more and 3 mm or less, for example. When the average thickness of the heat insulation layer 7 is less than the said minimum, there exists a possibility that heat insulation and intensity | strength may fall. On the contrary, when the average thickness of the heat insulation layer 7 exceeds the said upper limit, there exists a possibility that the heat dissipation of the heat insulation layer 7 may fall.
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。 The heat radiation layer 8 is laminated on the back surface of the heat insulation layer 7. According to the thermoacoustic device 11, the heat dissipation layer 8 is further provided on the back surface of the heat insulation layer 7, thereby further improving the heat dissipation of the CNT film 4, and as a result, further improving high-speed reactivity and reducing the generation of harmonic distortion. Can be achieved.
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。 The material of the heat dissipation layer 8 is not particularly limited, and examples thereof include metals, metal oxides, metal nitrides, resin materials in which these powders are mixed, etc., but metals having high thermal conductivity such as copper and aluminum. Is preferred. The thickness of the heat dissipation layer 8 is not particularly limited and is, for example, about 100 nm to 1 mm. In order to increase the surface area and enhance the heat dissipation, an uneven shape or the like may be formed on the back surface of the heat dissipation layer 8 (the surface not in contact with the heat insulating layer 7).
<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。
<Third embodiment>
3 includes a substrate 2, a pair of spacers 3, a CNT film 24, a radiating CNT film 9, and a pair of electrodes 25. Since the board | substrate 2 and the spacer 3 are the same as that of the thermoacoustic apparatus 1 of FIG. 1, description is abbreviate | omitted.
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。 The CNT film 24 is installed between the spacers 3 and connects the electrodes 25 together. The CNT film 24 is formed in a stripe shape. That is, a plurality of strip-like CNT films 24 are formed in parallel and spaced apart. According to the thermoacoustic device 21, by forming the CNT film 24 in a stripe shape and having a plurality of slits, the heat dissipation of the CNT film 24 is further enhanced, and as a result, the high-speed reactivity is further enhanced. The generation of harmonic distortion can be further reduced.
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。 The width of each of the CNT films 24 formed in a stripe shape is not particularly limited, but is, for example, about 0.1 μm or more and 100 μm or less. The CNT film 24 is the same as the CNT film 4 provided in the thermoacoustic device 1 of FIG. 1 except that the CNT film 24 is formed in a stripe shape.
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。 The heat-dissipating CNT film 9 has a strip shape and is provided in each slit of the CNT film 24. That is, the strip-shaped CNT films 24 and the strip-shaped heat-dissipating CNT films 9 are alternately arranged in a planar shape. The adjacent CNT films 24 and the heat-dissipating CNT films 9 may be in contact with each other or may be separated from each other. The heat-dissipating CNT film 9 is composed of CNT molecules arranged in the facing direction of the spacer 3 like the CNT film 24, but both ends are not in contact with the electrode 25. That is, the heat-dissipating CNT film 9 does not generate heat.
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。 A pair of electrodes 25 are laminated on the surface of each spacer 3 via both ends of the CNT film 24. However, the electrode 25 is not in contact with the heat-dissipating CNT film 9. The pair of electrodes 25 energize the CNT film 24 to generate heat.
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。 According to the thermoacoustic device 21, the heat dissipation CNT films 9 are alternately arranged in the vicinity of the CNT film 24 in this manner, so that the heat dissipation of the CNT film 24 is further enhanced, and more excellent high-speed reactivity and The ability to reduce harmonic distortion can be exhibited.
<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。
<Other embodiments>
The thermoacoustic apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, as in the thermoacoustic device 31 in FIG. 4A, each CNT molecule forming the CNT film 34 may not be arranged perpendicular to the pair of electrodes 5. Further, like the thermoacoustic device 41 in FIG. 4B, the CNT film 44 may be formed from CNT molecules bent on the electrode 5. Furthermore, the pair of electrodes 55 need not be provided in parallel as in the thermoacoustic device 51 of FIG. Moreover, in the thermoacoustic apparatus 1 of FIG. 1, even if there is no spacer 3, the thermoacoustic apparatus of this invention can be comprised.
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。 In any of the thermoacoustic apparatuses described above, each CNT molecule is electrically connected between both electrodes as a single unit, so that high-speed reactivity is excellent and generation of harmonic distortion is reduced.
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。 Furthermore, the heat insulating material may be provided not only on the back surface of the CNT film as a heat insulating layer but also on the side surface side or the front surface side of the CNT film. In this way, by surrounding the CNT film with a heat insulating material, or by adopting a structure in which the CNT film is disposed inside the heat insulating material, the heat insulating property of the CNT film can be improved and the high-speed reactivity of the thermoacoustic apparatus can be further improved. .
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。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
[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。
[Example]
A substrate having a size of 60 mm in length, 60 mm in width, and 0.5 mm in thickness was prepared. Two double-sided tapes (spacers) were affixed in parallel on the surface of the substrate with an interval of slightly less than 2 mm. Vertically oriented CNT (MWNT: length 2 mm, average diameter 25 nm) was peeled off from the side surface on a substrate in which iron was deposited as a catalyst on quartz glass, and was stuck so as to be bridged between the double-sided tapes to form a CNT film. .
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。 The size of this CNT film was 2 mm wide and 50 mm long. In this lateral direction, CNT molecules having a length of 2 mm are arranged. The thickness of the CNT film was 0.05 μm to 0.5 μm as measured by SEM.
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。 On the double-sided tape, a copper wire adhesive containing silver particles was laminated via both ends of CNT molecules to form a pair of electrodes, and a thermoacoustic device of an example was obtained.
[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。
[Comparative example]
As shown in FIG. 5, the vertically aligned CNTs 102 were pulled out from the side surface on a substrate 101 in which iron was deposited on quartz glass as a catalyst to form a CNT bundle 104 in which there were many portions 103 where CNT molecules were connected. Except that this CNT bundle was used as the CNT film, the same operation as in the example was performed to obtain a thermoacoustic device of a comparative example. FIG. 6 shows an SEM photograph in a state where the CNTs are pulled out from the substrate.
[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。
[Evaluation]
The apparatus of FIG. 7 was assembled, and the thermoacoustic apparatuses of Examples and Comparative Examples were evaluated. The input signals were Vdc = 10V and Vp−p = 10V. The sound pressure when using the generated thermoacoustic apparatus of the example with respect to the input of a sine wave with a frequency of 10 kHz was about 1.7 times larger than that of the comparative example.
[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。
[Reference example]
Temperature of (1) CNT bundle as CNT film, (2) Shrinked CNT bundle (CNT bundle (S)), (3) Carbon fiber (CF) and (4) Spinned CNT (CNT spinning) as a comparison The resistance change rate with respect to the change was measured. In addition, the CNT bundle of (1) is the CNT film | membrane in the said Example. The CNT bundle (S) of (2) is obtained by spraying isopropyl alcohol on the CNT bundle of (1) and then drying. The CF of (3) is a trading card T700 manufactured by Toray. The CNT spinning of (4) is the CNT film in the comparative example.
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。 In the measurement, each CNT film (CNT bundle or the like) was placed on a hot plate to change the temperature, and the resistance at each temperature was measured using a digital multimeter. FIG. 8 shows the resistance value and the change rate of the resistance value for each temperature. FIG. 9 shows the resistance value and the rate of change of the resistance value when the temperature is held at 120 ° C. for 20 minutes in (2) CNT bundle (S), (3) CF, and (4) CNT spinning.
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。 As shown in FIG. 8, it can be seen that (1) the CNT bundle and (2) the CNT bundle (S) have the same rate of change in resistance at the time of temperature rise and at the time of high temperature, and are suitable as thermoacoustic films. In addition, as shown in FIG. 9, it can be seen that CNT (S) is stable with a small change in resistance over time in a high temperature environment as compared with a CNT bundle.
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。 The thermoacoustic apparatus of the present invention can be suitably used as a speaker, particularly an ultrasonic speaker.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11, 21, 31, 41, 51 Thermoacoustic apparatus 2 Substrate 3 Spacer 4, 24, 34, 44 CNT film 5, 25, 55 Electrode 6 CNT molecule 7 Heat insulation layer 8 Heat radiation layer 9 CNT film for heat radiation
Claims (5)
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。 A pair of electrodes;
A thermoacoustic apparatus comprising: a CNT film composed of a plurality of independent long carbon nanotube molecules connecting the two electrodes;
A thermoacoustic apparatus, wherein each of the carbon nanotube molecules is electrically connected between both electrodes as a single unit.
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014084255A (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Hokkaido Univ | Carbon nanotube thin film, transparent electrode and electrode for lithography |
| JP2014131258A (en) * | 2012-12-29 | 2014-07-10 | Qinghua Univ | Thermoacoustic device |
| JP2014187528A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Pixel structure of display device and manufacturing method of the same |
| WO2017086395A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | リンテック株式会社 | Sheet, heating element, and heating device |
| WO2017086487A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | リンテック株式会社 | Method for manufacturing sheet |
| WO2017188228A1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | リンテック株式会社 | Carbon nanotube sheet structure and laminate |
| WO2018146951A1 (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | ヤマハファインテック株式会社 | Thermoacoustic device and acoustic inspection device |
| CN109195087A (en) * | 2018-10-12 | 2019-01-11 | 大连理工大学 | A kind of multilayer carbon nanotube films stack loudspeaker based on thermoacoustic effect |
| KR20200109300A (en) * | 2017-11-08 | 2020-09-22 | 카나투 오와이 | Apparatus containing film with free-standing regions |
| CN115175030A (en) * | 2022-06-30 | 2022-10-11 | 歌尔股份有限公司 | Shell of sound generating device, sound generating device with shell and electronic equipment |
-
2011
- 2011-03-28 JP JP2011069802A patent/JP2012205198A/en not_active Withdrawn
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014084255A (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Hokkaido Univ | Carbon nanotube thin film, transparent electrode and electrode for lithography |
| JP2014131258A (en) * | 2012-12-29 | 2014-07-10 | Qinghua Univ | Thermoacoustic device |
| JP2014187528A (en) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Pixel structure of display device and manufacturing method of the same |
| WO2017086395A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | リンテック株式会社 | Sheet, heating element, and heating device |
| WO2017086487A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | リンテック株式会社 | Method for manufacturing sheet |
| JP6178948B1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-08-09 | リンテック株式会社 | Sheet, heating element, and heating device |
| US12070931B2 (en) | 2015-11-20 | 2024-08-27 | Lintec Corporation | Sheet, heating element, and heating device |
| TWI824186B (en) * | 2015-11-20 | 2023-12-01 | 日商琳得科股份有限公司 | Sheet, heating element and heating device |
| US11654651B2 (en) | 2015-11-20 | 2023-05-23 | Lintec Corporation | Sheet, heating element, and heating device |
| US11479020B2 (en) | 2016-04-25 | 2022-10-25 | Lintec Corporation | Carbon nanotube sheet structure and laminate |
| JPWO2017188228A1 (en) * | 2016-04-25 | 2019-03-07 | リンテック株式会社 | Carbon nanotube sheet structure and laminate |
| WO2017188228A1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | リンテック株式会社 | Carbon nanotube sheet structure and laminate |
| TWI752023B (en) * | 2016-04-25 | 2022-01-11 | 日商琳得科股份有限公司 | Carbon nanotube sheet structure and laminate |
| CN110268725A (en) * | 2017-02-13 | 2019-09-20 | 雅马哈精密科技株式会社 | Thermoacoustic devices and sonic inspection devices |
| KR102193548B1 (en) | 2017-02-13 | 2020-12-22 | 야마하 파인 테크 가부시키가이샤 | Thermoacoustic device and sound wave inspection device |
| KR20190051040A (en) * | 2017-02-13 | 2019-05-14 | 야마하 파인 테크 가부시키가이샤 | Thermoacoustic equipment and sound wave test equipment |
| CN110268725B (en) * | 2017-02-13 | 2021-06-15 | 雅马哈精密科技株式会社 | Thermoacoustic device and acoustic wave inspection device |
| WO2018146951A1 (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-16 | ヤマハファインテック株式会社 | Thermoacoustic device and acoustic inspection device |
| JP2021502233A (en) * | 2017-11-08 | 2021-01-28 | カナトゥ オイ | A device with a film having a self-supporting area |
| JP7350732B2 (en) | 2017-11-08 | 2023-09-26 | カナトゥ オイ | Device with a film with free-standing areas |
| KR102668220B1 (en) * | 2017-11-08 | 2024-05-29 | 카나투 오와이 | Apparatus containing a film with independent regions |
| KR20200109300A (en) * | 2017-11-08 | 2020-09-22 | 카나투 오와이 | Apparatus containing film with free-standing regions |
| US12291447B2 (en) | 2017-11-08 | 2025-05-06 | Canatu Oy | Apparatuses comprising films with free-standing region |
| CN109195087A (en) * | 2018-10-12 | 2019-01-11 | 大连理工大学 | A kind of multilayer carbon nanotube films stack loudspeaker based on thermoacoustic effect |
| CN115175030A (en) * | 2022-06-30 | 2022-10-11 | 歌尔股份有限公司 | Shell of sound generating device, sound generating device with shell and electronic equipment |
| CN115175030B (en) * | 2022-06-30 | 2024-06-11 | 歌尔股份有限公司 | Housing of sound-generating device, sound-generating device and electronic device having the same |
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