JP5270466B2 - 熱音響装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱音響装置に関し、特にカーボンナノチューブを利用した熱音響装置に関するものである。

一般的に、音響装置は信号装置及び音波発生器を含む。前記信号装置は、信号を前記音波発生器（例えばスピーカー）に伝送する。スピーカーは電気音響変換器として、電気信号を音に変換することができる。

動作原理により、スピーカーは、ダイナミックスピーカー、マグネティックスピーカー、静電気スピーカー、圧電スピーカーなどの多種に分類される。前記多種のスピーカーは、全て機械的振動によって音波を生じ、即ち、電気―機械力―音の変換を実現する。ここで、ダイナミックスピーカーが広く利用されている。

図２１を参照すると、従来のダイナミックスピーカー１００は、ボイスコイル１０２と、マグネット１０４と、コーン１０６と、を含む。前記ボイスコイル１０２は導電部品として、前記マグネット１０４の間に設置されている。前記ボイスコイル１０２へ電流を流す場合、前記ボイスコイル１０２による電磁場及びマグネット１０４による磁場の相互作用により、前記コーン１０６が振動して空気の圧力変動が連続して生じるので、音波を発生することができる。しかし、前記ダイナミックスピーカー１００は、磁場の作用に依存している。

熱音響現象とは、音と熱が関わり合う現象であり、エネルギー変換とエネルギー輸送という２つの側面がある。熱音響装置に信号を転送すると、熱音響装置に熱が生じ、周辺の媒体へ伝播される。伝播された熱によって生じた熱膨張及び圧力波が原因で、音波が発生することができる。

Ｈ．Ｄ．Ａｒｎｏｌｄ、Ｉ．Ｂ．Ｃｒａｎｄａｌｌ， "Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｎｅ ａｓ ａ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｓｏｕｎｄ"， Ｐｈｙｓ． １９１７年、第１０巻， 第２２−３８頁、 Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

非特許文献１に、熱音響現象によって製造されたサーモホン（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｎｅ）が掲載されている。ここで、厚さが７×１０^−５ｃｍの白金片が熱音響部品として利用されている。しかし、厚さが７×１０^−５ｃｍの白金片に対して、単位面積当たりの熱容量は２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。白金片の単位面積当たりの熱容量が非常に高いので、白金片を利用したサーモホンは室外に利用される場合、音が非常に弱いという課題がある。

本発明は、前記課題を解決するために、軽量な熱音響装置を提供する。本発明の熱音響装置は、磁場に依存せず、機械的振動によらずに音を発生することができる。

本発明の熱音響装置は、信号装置と、カーボンナノチューブ構造体を含む音波発生器と、支持体と、を含む。前記音波発生器の少なくとも一部は前記支持体で支持される。前記カーボンナノチューブ構造体が前記信号装置に接続されている。

前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量が０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。

前記音波発生器の一部は前記支持体に設置されて、その他の部分が懸架されている。

前記カーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されている。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。

前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブワイヤを含む。

前記装置は少なくとも二つの電極を含み、前記少なくとも二つの電極が所定の距離で分離して、それぞれ前記音波発生器に電気的に接続されている。

本発明の熱音響システムは、信号装置と、媒体に接するカーボンナノチューブ構造体と、支持体と、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部が前記支持体で支持される。前記カーボンナノチューブ構造体が前記信号装置に接続されている。

前記カーボンナノチューブ構造体は前記媒体を加熱することにより音を発生する。

従来の技術と比べて、本発明の熱音響装置は次の優れた点がある。第一は、本発明の熱音響装置はカーボンナノチューブ構造体を含むので、従来のスピーカーと比べて、構成が簡単であり、軽量化及び小型化が可能である。第二は、本発明の熱音響装置はカーボンナノチューブ構造体を加熱することにより音波を発生するので、マグネットを利用する必要がない。第三は、カーボンナノチューブ構造体は、単位面積当たりの熱容量が小さく、比表面積が大きく、熱交換の速度が速いので、音を良好に発生することができる。第四は、カーボンナノチューブ構造体は薄いので、透明な音響装置を製造することができる。

本発明の実施例１における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブセグメントの模式図である。 本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブフィルムのセグメントのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１におけるカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１におけるねじれたカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１における複数のカーボンナノチューブフィルム又は／及びカーボンナノチューブワイヤからなる織物の模式図である。 本発明の実施例１における熱音響装置の周波数応答曲線である。 本発明の実施例１における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例２における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例３における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例４における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例５における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例６における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例６における回路図である。 本発明の実施例６における電力増幅器を使用したバイアス電圧を示すグラフである。 本発明の実施例７における熱音響装置の模式図である。 本発明の実施例７における熱音響装置の模式図である。 本発明の音波発生方法のチャートである。 従来のスピーカーの模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（実施例１）
図１を参照すると、本発明の熱音響装置１０は、信号装置１２と、音波発生器１４と、第一電極１４２と、第二電極１４４と、を含む。前記第一電極１４２及び第二電極１４４は所定の距離で離れるように、それぞれ前記音波発生器１４に電気的に接続されている。且つ、前記第一電極１４２及び第二電極１４４はそれぞれ前記信号装置１２に電気的に接続されている。前記第一電極１４２及び第二電極１４４により、前記信号装置１２からの信号を前記音波発生器１４へ転送する。

前記音波発生器１４はカーボンナノチューブ構造体を含む。該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ^２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０^−６Ｊ／ｃｍ^２・Ｋである。さらに、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に、金属層を形成することができる。前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、金属型のカーボンナノチューブを含む必要がある。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。

前記カーボンナノチューブ構造体は平板型であり、その厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられている。前記カーボンナノチューブ構造体の比表面積が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量が高くなる。前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量が高くなるほど、前記熱音響装置の音圧が低くなる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、図２に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献３を参照する）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図２及び図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、その熱音響効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。

前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。

又は、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ｎｍ〜１００μｍである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列され、相互に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は０〜５μｍである。前記距離が０μｍである場合、隣接する前記カーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブフィルムにおける各々の前記カーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムの長さと同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１ｃｍ以上であり、１ｃｍ〜３０ｃｍであることが好ましい。さらに、各々の前記カーボンナノチューブ１４５に結節がない。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは１０μｍである。単一の前記カーボンナノチューブ１４５の長さは１０ｃｍである。

前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。

前記カーボンナノチューブ構造体は、一つのカーボンナノチューブフィルムのセグメントを含む。図５を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおけるカーボンナノチューブは、相互に平行し、所定の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントにおいて、少なくとも一本のカーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの全長と同じである。従って、前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの一つの寸法は、前記カーボンナノチューブの長さによって制限されている。前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントは、分子間力で結合されている。前記カーボンナノチューブフィルムのセグメントの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍである。

前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０^−４Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであり、５×１０^−５Ｊ／ｃｍ^２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図７を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非−ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。

前記カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に並列され、又は交叉して織られ、又はねじれ状とされることができる。図８に複数のカーボンナノチューブワイヤ１４６からなる織物が示されている。該織物の対向する両端に、それぞれ第一電極１４２及び第二電極１４４を設置する。前記第一電極１４２及び第二電極１４４は前記カーボンナノチューブワイヤ１４６と電気的に接続されている。

前記カーボンナノチューブ構造体は柔軟であるので、前記カーボンナノチューブ構造体を多種の形状に形成でき、さらに、前記カーボンナノチューブ構造体を硬い絶縁体又は柔軟な絶縁体（例えば旗又は布）の表面に設置することができる。前記カーボンナノチューブ構造体が設置された旗が風にはためく場合、前記音波発生器１４として利用されることができる。前記カーボンナノチューブ構造体が設置された布は、ＭＰ３のようなプレーヤーとして音楽を再生することができる。さらに、前記カーボンナノチューブ構造体が設置された布を利用することにより、身体障害者（例えば聴覚障害者）を助けることができる。

前記音波発生器１４に利用したカーボンナノチューブ構造体の一部が破損した場合でも、前記カーボンナノチューブ構造体により音波を発生することもできる。これに対して、従来のスピーカーの振動板又はコーンが損傷した場合、音波を発生することができない。

図１に示されるように、本実施例の音波発生器１４はカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブフィルムを含む。該カーボンナノチューブフィルムにおいて、カーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。前記音波発生器１４の長さは３ｃｍであり、その幅は３ｃｍであり、その厚さは５０ｎｍである。前記音波発生器１４が薄く（厚さが１０μｍ以下）設けられる場合、該音波発生器１４は優れた透明性を有する。従って、前記透明な音波発生器１４を利用することにより、透明な熱音響装置を製造することができる。前記透明な熱音響装置は、例えば携帯電話又はＬＣＤの表面に設置されることができる。又は、前記透明な熱音響装置は絵の表面に貼ることができる。前記透明な音波発生器１４を利用することにより、熱音響装置は小型及び軽量であるという優れた点がある。

前記第一電極１４２及び第二電極１４４は金属、導電接着剤、カーボンナノチューブ、ＩＴＯのいずれかの導電材料からなる。本実施例において、前記第一電極１４２及び第二電極１４４は棒状の金属電極である。前記音波発生器１４はそれぞれ前記第一電極１４２及び第二電極１４４に電気的に接続されている。前記音波発生器１４に利用したカーボンナノチューブ構造体は接着性を有するので、前記音波発生器１４を直接前記第一電極１４２及び第二電極１４４に接着させることができる。さらに、前記第一電極１４２及び第二電極１４４は、導電線１４９によってそれぞれ前記信号装置１２の両端に接続されている。

前記第一電極１４２又は第二電極１４４と前記音波発生器１４とを良好に電気的に接続させるために、前記第一電極１４２又は第二電極１４４と前記音波発生器１４との間に導電性接着層（図示せず）を設置することもできる。前記導電性接着層は、前記音波発生器１４の表面に設置されることができる。前記導電性接着層は銀ペーストからなる。

前記信号装置１２は、電気信号装置、直流電流脈動信号装置、交流電流装置、電磁波信号装置（例えば、光学信号装置、レーザー）のいずれかの一種である。前記信号装置１２から前記音波発生器１４へ転送された信号は、例えば、電磁波（例えば、光学信号）、電気信号（例えば、交流電流、直流電流脈動信号、オーディオ電気信号）又はそれらの混合信号である。前記信号はカーボンナノチューブ構造体に受信されて熱として放射される。熱の放射によって周辺媒体（環境）の圧力強度が変化するので、検出可能信号を発生することができる。前記熱音響装置１０をイヤホンに利用した場合、前記入力信号はＡＣ電気信号又はオーディオ電気信号である。前記熱音響装置１０を光音響スペクトルデバイスに利用した場合、前記入力信号は光学信号である。本実施例において、前記信号装置１２は光音響スペクトルであり、入力信号は電気信号である。

異なるタイプの前記信号装置１２に対して、前記第一電極１４２及び第二電極１４４の設置は選択的である。例えば、前記信号装置１２からの信号が電磁波又は光である場合、前記信号装置１２は前記第一電極１４２及び第二電極１４４を利用せず、信号を前記音波発生器１４に転送することができる。

前記信号装置１２において、前記音波発生器１４の前記カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブを含み、単位面積当たりの熱容量が小さいので、前記音波発生器１４で生じた温度波により周辺の媒体に圧力振動を発生させることができる。前記音波発生器１４のカーボンナノチューブ構造体に信号（例えば、電気信号）を転送すると、信号強度及び／又は信号によって前記カーボンナノチューブ構造体に熱が生じる。温度波の拡散により、周辺の空気が熱膨張されて音が生じる。この原理は、従来のスピーカーにおける振動板の機械振動によって生じた圧力波により音を発生させる原理とは大きく異なる。前記入力信号が電気信号である場合、前記熱音響装置１０は、電気―熱―音の変換方式によって作動するが、前記入力信号が光学信号である場合、前記熱音響装置１０は、光―熱―音の変換方式によって作動する。前記光学信号のエネルギーは前記音波発生器１４で吸収されて、熱として放射される。熱の放射によって周辺媒体（環境）の圧力強度が変化するので、検出可能信号を発生させることができる。

図９は本発明の実施例１における熱音響装置の周波数応答曲線である。この場合、５０Ｖの交流電気信号を前記カーボンナノチューブ構造体に提供する。前記熱音響装置１０の性能を検出するために、前記音波発生器１４と５ｃｍの距離で分離して、前記音波発生器１４の一側に対向してマイクロホンを設置する。図９から、前記熱音響装置１０の周波数応答範囲が広く、音圧レベルが高いことが理解できる。前記熱音響装置１０の音圧レベルは５０ｄＢ〜１０５ｄＢである。前記熱音響装置１０に４．５Ｗの電圧を印加する場合、前記熱音響装置１０の周波数応答範囲は、１Ｈｚ〜１００ＫＨｚである。前記熱音響装置１０の高調波歪みは非常に小さく、例えば、５００Ｈｚ〜４０ＫＨｚの範囲においてわずか３％に達することができる。

前記熱音響装置１０の前記カーボンナノチューブ構造体が、五本の前記カーボンナノチューブワイヤを含む場合、隣接する前記カーボンナノチューブワイヤの間の距離は１ｃｍであり、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は５０μｍである。前記カーボンナノチューブ構造体に５０Ｖの交流電気信号を転送する場合、前記熱音響装置１０で生じた音圧レベルは５０ｄＢ〜１００ｄＢである。前記熱音響装置１０に４．５Ｗの電圧を印加する場合、前記熱音響装置１０の周波数応答範囲は、１００Ｈｚ〜１００ＫＨｚである。

さらに、前記カーボンナノチューブ構造体が優れた機械強度及び強靭性を有するので、前記カーボンナノチューブ構造体を、所望の形状及び寸法に設けることが可能であり、これにより、多数の所望の形状及び寸法の熱音響装置１０を得ることが可能である。前記熱音響装置１０は、例えば音響システム、携帯電話、ＭＰ３、ＭＰ４、ＴＶ、コンピューターなどに利用できる。

（実施例２）
図１０を参照すると、本実施例の熱音響装置２０は、信号装置２２と、音波発生器２４と、第一電極２４２と、第二電極２４４と、第三電極２４６と、第四電極２４８と、を含む。本実施例の熱音響装置２０の構成、特性、機能は、実施例１の熱音響装置１０と同じである。本実施例と実施例１との異なる点は、本実施例の熱音響装置２０は四つの電極（第一電極２４２、第二電極２４４、第三電極２４６、第四電極２４８）を含むことである。前記四つの電極は棒状であり、それぞれ所定の距離で分離して設置されている。前記音波発生器２４は前記四つの電極を囲むように、前記四つの電極に電気的に接続されている。さらに、前記第一電極２４２及び第三電極２４６は第一導電線２４９で前記信号装置２２の一つの端部に電気的に並列接続されている。前記第二電極２４４及び第四電極２４８は第二導電線２４９’で前記信号装置２２のもう一つの端部に電気的に並列接続されている。前記電極を前記信号装置２２に並列接続させるので、前記熱音響装置２０に印加される電圧が低い。

図１１を参照すると、前記四つの電極は同じ平面に設置されることができる。この場合、前記四つの電極に制限されず、前記熱音響装置２０に複数の電極を設置することができる。

（実施例３）
図１２を参照すると、本実施例の熱音響装置３０は、信号装置３２と、音波発生器３４と、第一電極３４２と、第二電極３４４と、を含む。本実施例の熱音響装置３０の構成、特性、機能は、実施例１の熱音響装置１０と同じである。本実施例と実施例１との異なる点は、本実施例の熱音響装置２０は支持体３６を含むことである。前記音波発生器３４は前記支持体３６の表面に設置される。前記音波発生器３４の形状に応じ、前記支持体３６の形状が決定される。前記支持体３６は平面状又は／及び湾曲面状である。前記支持体３６は、スクリーン、壁、机、ディスプレイのいずれか一種である。前記音波発生器３４を前記支持体３６に接触させることができる。

前記支持体３６は、ダイヤモンド、ガラス、石英のような固い材料、又はプラスチック、樹脂、織物のような柔軟な材料からなる。前記支持体３６は熱絶縁性を有し、前記音波発生器３４で生じた熱を吸収することができない。さらに、前記支持体３６と前記音波発生器３４と接触する表面が粗く設けられることが好ましい。これにより、前記音波発生器３４と周辺の触媒とが接触する面積を増加させることができる。前記カーボンナノチューブ構造体は比表面積が大きいので、前記音波発生器３４を直接前記支持体３６に接着させることができる。

前記音波発生器３４及び前記支持体３６を良好に接続させるために、前記音波発生器３４及び前記支持体３６の間に接着層（図示せず）を設置することができる。前記接着層は、前記音波発生器３４の表面に設置されることができる。本実施例において、前記導電な接着層は銀ペーストからなる。

前記第一電極３４２及び第二電極３４４は、前記音波発生器３４の同じ表面に設置され、又はそれぞれ前記音波発生器３４の対向する表面に設置されている。前記二つの電極に制限されず、前記熱音響装置２０に複数の電極を設置することができる。前記信号装置３２は導電線３４９によって前記音波発生器３４に接続されている。

（実施例４）
図１３を参照すると、本実施例の熱音響装置４０は、信号装置４２と、音波発生器４４と、支持体４６と、第一電極４４２と、第二電極４４４と、第三電極４４６と、第四電極４４８と、を含む。本実施例の熱音響装置３０の構成、特性、機能は、実施例１の熱音響装置１０と同じである。本実施例と実施例３との異なる点は、前記音波発生器４４は前記支持体４６を囲むように設置されることである。前記支持体４６は、例えば、立方体、錐体、円筒状のような三次元又は二次元の構造である。本実施例において、前記支持体４６は円筒状であり、第一電極４４２と、第二電極４４４と、第三電極４４６と、第四電極４４８とは、それぞれ所定の距離で分離して、前記音波発生器４４に電気的に接続される。第一電極４４２、第二電極４４４、第三電極４４６、及び第四電極４４８が前記信号装置４２と接続する方式は、実施例１と同じである。勿論、前記四つの電極に制限されず、前記熱音響装置４０に複数の電極を設置することができる。

（実施例５）
図１４を参照すると、本実施例の熱音響装置５０は、信号装置５２と、音波発生器５４と、支持体５６と、第一電極５４２と、第二電極５４４と、を含む。本実施例の熱音響装置５０の構成、特性、機能は、実施例３の熱音響装置３０と同じである。本実施例と実施例３との異なる点は、前記音波発生器５４の一部を前記支持体５６に設置することにより、前記音波発生器５４及び前記支持体５６から音収集のスペースを形成することである。前記音波発生器５４の周辺が前記支持体５６に固定され、その他の部分が懸架されているので、前記音波発生器５４の懸架された部分が周辺の媒体と接触する面積は大きい。図２２を参照すると、二枚の図２に示されたカーボンナノチューブフィルムは、枠部７２２に接着されている。前記スペースは、閉鎖的な空間又は開放的な空間である。前記支持体５６はＵ形又はＬ形である。前記熱音響装置５０は二つ以上の前記支持体５６を含むことができる。前記支持体５６は、木、プラスチック、金属、ガラスのいずれか一種である。図１４を参照すると、本実施例において、前記支持体５６はＬ形であり、前記音波発生器５４は前記支持体の第一端５６２から前記第二端５６４に延伸するので、前記音波発生器５４及び前記支持体５６から音収集のスペースを形成することができる。前記第一電極５４２及び第二電極５４４は前記音波発生器５４の表面に設置され、且つ前記信号装置５２に電気的に接続されている。これにより、前記音波発生器５４によって生じた音は、前記支持体５６の内壁で反射されるので、前記熱音響装置５０の音響機能を高めることができる。

（実施例６）
図１５及び図１６を参照すると、本実施例の熱音響装置６０は、信号装置６２と、音波発生器６４と、二つの電極６４２と、電力増幅器６６と、を含む。本実施例の熱音響装置６０の構成、特性、機能は、実施例１の熱音響装置１０と同じである。本実施例と実施例１との異なる点は、本実施例の熱音響装置６０は電力増幅器６６を含むことである。前記電力増幅器６６は前記信号装置６２と電気的に接続されている。さらに、前記信号装置６２は、信号出力装置（図示せず）を含み、該信号出力装置は前記信号装置６２と電気的に接続されている。前記電力増幅器６６により、前記信号装置６２からの信号の出力を増幅させて、前記音波発生器６４へ転送することができる。前記電力増幅器６６は二つの出力部６６４及び入力部６６２を含む。前記入力部６６２は前記信号装置６２に電気的に接続され、前記出力部６６４は前記音波発生器６４に電気的に接続されている。

図１７を参照すると、前記熱音響装置６０に交流電流を提供する場合、前記音波発生器６４の出力信号の周波数は入力信号の周波数より二倍程度高くなることができる。この原因は、前記音波発生器６４に交流電流が流れ、前記音波発生器６４を正電流及び負電流で交互に加熱させるので、二倍の周波数温度振動及び二倍の周波数音圧が生じる。従って、従来の電力増幅器（例えば、バイポーラ増幅器）を利用する場合、出力信号（人声又は音楽）が入力信号の二倍程度になるので、変に聞こえる。

前記電力増幅器６６は、増幅信号（例えば、電圧信号）及びバイアス電圧を前記音波発生器６４に提供して、入力信号を減少させることができる。図１６を参照すると、前記電力増幅器６６はＡ級の電力増幅器であり、第一抵抗Ｒ１と、第二抵抗Ｒ２と、第三抵抗Ｒ３と、コンデンサと、三極管と、を含む。前記三極管は、ベースＢと、エミッタＥと、コレクターＣと、を含む。前記コンデンサは前記信号装置６２の信号出力端及び前記三極管のベースＢに接続されている。ＤＣ電圧Ｖｃｃ及び前記第一抵抗Ｒ１は、前記三極管のベースＢに接続されている。前記三極管のベースＢは、前記第二抵抗Ｒ２に接続されている。前記エミッタＥは前記電力増幅器６６の一つの出力部６６４に電気的に接続されている。ＤＣ電圧Ｖｃｃは前記電力増幅器６６のもう一つの出力部６６４に電気的に接続されている。前記コレクターＣは前記第三抵抗Ｒ３に接続されている。前記電力増幅器６６の二つの出力部６６４はそれぞれ前記二つの電極６４２に接続されている。前記抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３はそれぞれ接地されている。

前記音波発生器６４に複数の電極が電気的に接続されることができる。隣接する前記電極は、前記電力増幅器６６の異なる端部６６４に接続されている。前記電極を設置しない場合、前記電力増幅器６６の二つの出力部６６４は、導電線により前記音波発生器６４に電気的に接続されている。

図１５を参照すると、前記信号装置６２からの信号の周波数を減少させるために、周波数低減回路６９を設置する。前記周波数低減回路６９は、例えば信号周波数を半分に低減させた後、前記信号を前記電力増幅器６６へ転送することができる。前記電力増幅器６６は例えば従来の電力増幅器であり、増幅した電圧信号及びバイアス電圧を前記音波発生器６４に提供しない。前記周波数低減回路６９は電力増幅器６６に集積して設置されることができる。

（実施例７）
図１８及び図１９を参照すると、本実施例の熱音響装置６０は実施例６と比べて、複数の音波発生器６４と検量器６８とを含む。前記検量器６８は前記電力増幅器６６の入力部６６２又は出力部６６４に接続されている。図１８を参照すると、前記検量器６８が前記電力増幅器６６の出力部６６４に接続される場合、前記検量器６８は前記電力増幅器６６からの増幅した信号を、複数の周波数帯域のサブ信号に分け、前記サブ信号をそれぞれ前記複数の音波発生器６４に転送する。図１９を参照すると、前記検量器６８が前記電力増幅器６６の入力部６６２に接続される場合、前記熱音響装置６０は複数の電力増幅器６６を含む。前記検量器６８は前記信号装置６２からの信号を、複数の周波数帯域のサブ信号に分け、前記サブ信号をそれぞれ前記複数の電力増幅器６６に転送する。各々の前記電力増幅器６６は、一つの音波発生器６４に対応している。

図２０を参照すると、本発明による音波を発生させる方法は、カーボンナノチューブ構造体を提供する第一ステップと、前記カーボンナノチューブ構造体に信号を転送して、前記カーボンナノチューブ構造体に熱が生じる第二ステップと、熱が前記カーボンナノチューブ構造体に接触する媒体へ放射される第三ステップと、熱音響効果が発生する第四ステップと、を含む。

前記第一ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記熱音響装置１０に利用したカーボンナノチューブ構造体と同じである。前記第二ステップにおいて、前記信号は、少なくとも二つの電極により前記信号装置に転送される。前記第三及び第四ステップにおいて、前記カーボンナノチューブ構造体に生じた熱は、周辺の媒体を加熱させる。周辺の媒体を繰り返し加熱させることにより、音波を発生させることができる。上述は熱音響効果というものである。

１０ 熱音響装置
１００ スピーカー
１０２ ボイスコイル
１０４ マグネット
１０６ コーン
１２ 信号装置
１４ 音波発生器
１４２ 第一電極
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４４ 第二電極
１４５ カーボンナノチューブ
１４６ カーボンナノチューブワイヤ
１４９ 導電線
２０ 熱音響装置
２２ 信号装置
２４ 音波発生器
２４２ 第一電極
２４４ 第二電極
２４６ 第三電極
２４８ 第四電極
２４９ 第一導電線
２４９’ 第二導電線
３０ 熱音響装置
３２ 信号装置
３４ 音波発生器
３４２ 第一電極
３４４ 第二電極
３４９ 導電線
３６ 支持体
４０ 熱音響装置
４２ 信号装置
４４ 音波発生器
４４２ 第一電極
４４４ 第二電極
４４６ 第三電極
４４８ 第四電極
４４９ 導電線
５０ 熱音響装置
５２ 信号装置
５４ 音波発生器
５４２ 第一電極
５４４ 第二電極
５４９ 導電線
５６ 支持体
５６２ 第一端
５６４ 第二端
６０ 熱音響装置
６２ 信号装置
６４ 音波発生器
６６ 電力増幅器
６６２ 入力部
６６４ 出力部
６９ 周波数低減回路

Claims (7)

1. 信号装置と、カーボンナノチューブ構造体を含む音波発生器と、支持体と、を含み、
   前記音波発生器の少なくとも一部が前記支持体で支持され、
   前記カーボンナノチューブ構造体が前記信号装置に接続されていて、
   前記音波発生器の周辺は前記支持体に設置されて、その他の部分が懸架されていることを特徴とする熱音響装置。
2. 前記カーボンナノチューブ構造体において、カーボンナノチューブが分子間力で接続され、均一に分布されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱音響装置。
3. 前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱音響装置。
4. 前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブワイヤを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の熱音響装置。
5. 前記装置は少なくとも二つの電極を含み、
   前記少なくとも二つの電極が所定の距離で分離して、それぞれ前記音波発生器に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱音響装置。
6. 信号装置と、媒体に接するカーボンナノチューブ構造体と、支持体と、を含み、
   前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部が前記支持体で支持され、
   前記カーボンナノチューブ構造体が前記信号装置に接続されていて、
   前記カーボンナノチューブ構造体の周辺は前記支持体に設置されて、その他の部分が懸架されていることを特徴とする熱音響システム。
7. 前記カーボンナノチューブ構造体は前記媒体を加熱して音を発生することを特徴とする、請求項６に記載の熱音響システム。