CN104782141B - 透声膜和具备透声膜的电子设备 - Google Patents

透声膜和具备透声膜的电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种透声膜(1)，其为允许声音通过并且阻止异物通过的透声膜(1)，其具备支撑材料(12)以及层叠在支撑材料(12)上并以聚四氟乙烯作为主要成分的树脂多孔膜(11)，支撑材料(12)为含有弹性体的无纺布。通过支撑材料(12)为含有弹性体的无纺布，能够减小透声膜(1)对3000Hz的声音的插入损耗。

Description

透声膜和具备透声膜的电子设备
技术领域
本发明涉及透声膜和具备该透声膜的电子设备。
背景技术
近年来，手机、笔记本电脑、电子记事本、数码照相机或游戏机等电子设备通常具备声音功能。在具备声音功能的电子设备的壳体的内部，配置有扬声器、蜂鸣器等声发射部或麦克风等声接收部等，在对应于电子设备的壳体的声发射部或声接收部的位置设置有开口。声音通过该开口而传播。另外，为了阻止水滴等异物进入电子设备的壳体的内部，配置有允许声音通过并且阻止异物通过的透声膜以覆盖壳体的开口。
作为透声膜，已知将聚四氟乙烯(以下，有时称为“PTFE”)膜或超高分子聚乙烯膜多孔化而得到的塑料多孔膜(参见专利文献1)。
专利文献1中，考虑切割、冲裁、与壳体的接合等透声膜的二次加工的容易性，提出了在塑料多孔膜上接合支撑体而得到的透声膜。作为支撑体，例示了网、无纺布和织布。另外，专利文献1中，提出了以不使透声膜的透声性降低的方式在塑料多孔膜上接合支撑体、面密度在规定范围内的透声膜。
专利文献2中，提出了作为包含塑料膜和支撑体的层叠物的防水透声膜。作为支撑体，例示了网、泡沫橡胶、海绵片等多孔体、无纺布和织布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-53872号公报
专利文献2：日本特开2004-83811号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述任意一篇专利文献中，均未对使用无纺布作为支撑体的透声膜的声学特性进行具体的研究。特别是，对高频范围(例如，3000Hz)的声学特性没有进行任何研究。
本发明的目的在于提供使用无纺布作为支撑体、并且在高频范围内显示出良好的声学特性的透声膜。另外，本发明的目的还在于提供具备这样的透声膜的电子设备。
用于解决问题的手段
本发明提供一种透声膜，其为允许声音通过并且阻止异物通过的透声膜，
其具备：支撑材料、和层叠在上述支撑材料上并以聚四氟乙烯作为主要成分的树脂多孔膜，
上述支撑材料为含有弹性体的无纺布。
另外，本发明提供一种电子设备，其为具备声发射部或声接收部的电子设备，其中，以覆盖设置在对应于上述声发射部或上述声接收部的位置的开口的方式配置有上述透声膜。
发明效果
使用含有弹性体的无纺布作为支撑材料的透声膜与使用其它无纺布作为支撑材料的透声膜相比，能够减小对3000Hz的声音的插入损耗。
附图说明
图1是表示本发明的透声膜的一个实施方式的剖视图。
图2是表示本发明的透声膜的另一实施方式的剖视图。
图3是表示本发明的透声构件的实施方式的一例的立体图。
图4是表示透声膜的声学特性的测定步骤的工序图。
图5是说明声学特性的测定中的透声膜的配置的截面图
图6是表示实施例的透声膜的声学特性的图。
图7是表示比较例的透声膜的声学特性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的说明涉及本发明的一例，本发明不受其限制。
如图1所示，本实施方式的透声膜1具备支撑材料12和以PTFE作为主要成分的树脂多孔膜11。本说明书中，“主要成分”是指以质量比计含量最多的成分。树脂多孔膜11层叠在支撑材料12上。支撑材料12由含有弹性体的无纺布构成。透声膜1通过树脂多孔膜11所具有的多孔结构而具有阻止水或粉尘等异物通过并且使气体透过的特性。另外，透声膜1允许声音通过。因此，透声膜1适合用于例如在具备声发射部或声接收部的电子设备中，配置在对应于该电子设备的声发射部或声接收部的壳体的开口，确保该开口的透声性、防水性和防尘性。
树脂多孔膜11例如可以通过如下方法制作：通过挤出成形和压延将PTFE微粉和成形助剂的混炼物制成片状，除去成形助剂而得到成形体的片体，然后将该片体进一步拉伸。这样制作的树脂多孔膜11具有以形成的大量PTFE微细纤维(原纤维)之间的空隙作为孔的多孔结构。树脂多孔膜11的多孔结构的平均孔径和孔隙率可以通过改变片的拉伸条件来调节。
从兼顾防水性或防尘性与透声性的观点出发，树脂多孔膜11的平均孔径优选为1μm以下，更优选为0.7μm以下，进一步优选为0.5μm以下。树脂多孔膜11的平均孔径的下限值没有特别限定，例如为0.1μm。在此，树脂多孔膜11的“平均孔径”可以根据ASTM(美国试验材料协会)F316-86的规定来测定，例如可以使用能够根据该规定进行自动测定的市售的测定装置(Porous Material公司制造的Perm-Porometer等)来测定。
从透声性的观点出发，树脂多孔膜11的面密度优选为2～10g/m2，更优选为2～8g/m2，进一步优选为2～5g/m2。
树脂多孔膜11可以实施着色处理。树脂多孔膜11的主要成分为PTFE，因此，树脂多孔膜11本来的颜色为白色。因此，在配置树脂多孔膜11以覆盖壳体的开口的情况下，树脂多孔膜11容易变得醒目。因此，根据该壳体的颜色对树脂多孔膜11实施着色处理，由此能够实现在配置于壳体上时不易醒目的树脂多孔膜11。树脂多孔膜11例如着色为黑色。
树脂多孔膜11可以进行拒液处理。这种情况下，能够实现拒水性能或拒油性能优良的多孔膜。这样的多孔膜适合于具有防水性的透声膜等用途。拒液处理可以通过公知的方法来实现。拒液处理中使用的拒液剂没有特别限定，典型地为含有具有全氟烷基的聚合物的材料。
支撑材料12只要显示出不妨碍基于树脂多孔膜11的振动的透声机制的程度的柔软性即可，支撑材料12的弹性体优选为热塑性弹性体。该热塑性弹性体例如为苯乙烯类热塑性弹性体(SBC)、烯烃类热塑性弹性体(TPO)、氯乙烯类热塑性弹性体(TPVC)、氨基甲酸酯类热塑性弹性体(TPU)、酯类热塑性弹性体(TPEE)或酰胺类热塑性弹性体(TPAE)等。具体而言，可以列举：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、乙烯-乙酸乙烯酯弹性体(EVA)、聚酰胺弹性体或聚氨酯弹性体等。支撑材料12可以由包含弹性体的无纺布构成。支撑材料12的弹性体可以含有选自乙烯-乙酸乙烯酯弹性体、聚氨酯弹性体和聚酰胺弹性体中的至少一种。
支撑材料12例如可以通过如下所示的方法制作。在脱模膜上以纤维状涂布加热熔融的弹性体材料而形成支撑材料。脱模膜提供用于涂布弹性体材料的平坦表面。脱模膜没有特别限定，可以使用聚硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯等的树脂膜。例如，通过将EVA树脂在高温(170℃～200℃)、高压(2～5kg/cm2)下喷吹到脱模膜上来涂布。以这样的方式涂布弹性体材料时，能够容易地在脱模膜上形成厚度均匀的无纺布。将该无纺布从脱模膜剥离，由此，能够得到支撑材料12。
透声膜1可以通过将以上述方式得到的支撑材料12与树脂多孔膜11使用例如热压机进行层叠而得到。从透声性的观点出发，透声膜1的面密度优选为5～50g/m2，更优选为5～30g/m2，进一步优选为5～15g/m2。
关于插入损耗，透声膜1显示出对3000Hz的声音的插入损耗为5dB以下的声学特性。因此，尽管透声膜1为在含有无纺布的支撑材料上12层叠有树脂多孔膜11的结构，但仍显示出在较高的频率范围内插入损耗低的良好的声学特性。在此，插入损耗为在声音传播的路径中存在透声膜1时的声压水平与在声音传播的路径中不存在透声膜1时的声压水平的差值。另外，透声膜1显示出对3000Hz的声音的插入损耗与对1000Hz的声音的插入损耗之比为1.0～2.0的声学特性。因此，透声膜1对1000Hz的声音和3000Hz的声音这两者能够显示出相同程度的插入损耗。透声膜1所显示的对3000Hz的声音的插入损耗与对1000Hz的声音的插入损耗之比优选为1.0～1.5，更优选为1.0～1.2。此外，透声膜1显示出对100Hz～4000Hz的声音的插入损耗的最大值与最小值之差为5dB以下的声学特性。因此，透声膜1能够显示出对频率范围为100Hz～4000Hz的声音的插入损耗的变动小的声学特性。
如图2所示，透声膜1的树脂多孔膜11例如可以具有将2个树脂多孔膜层叠而得到的层叠结构。树脂多孔膜11具有第一树脂多孔膜11A与第二树脂多孔膜11B的层叠结构。另外，如上述中说明的那样，第一树脂多孔膜11A和第二树脂多孔膜11B各自具有以形成的大量PTFE微细纤维(原纤维)彼此之间的空隙作为孔的多孔结构。第一树脂多孔膜11A或第二树脂多孔膜11B可以进行着色为任意颜色的着色处理，也可以不实施着色处理。
形成透声膜1的一个主面的第一树脂多孔膜11A例如可以着色为黑色。在这种情况下，如果将透声膜1配置在电子设备的壳体的开口以使第一树脂多孔膜11A面向壳体外部，则透声膜1不易醒目。透声膜1也可以具有将3层以上的树脂多孔膜层叠而得到的层叠结构。在这种情况下，形成透声膜1的一个主面的树脂多孔膜可以根据壳体的颜色(例如黑色)进行着色。另外，第一树脂多孔膜11A或第二树脂多孔膜11B可以实施拒液处理。
第一树脂多孔膜11A和第二树脂多孔膜11B各自的平均孔径在作为树脂多孔膜11的平均孔径的上述范围内即可。另外，第一树脂多孔膜11A和第二树脂多孔膜11B各自的平均孔径可以相同也可以不同。另外，从确保透声性的观点出发，通过将多个树脂多孔膜层叠而构成的树脂多孔膜11的面密度优选为2～10g/cm2，更优选为2～8g/cm2，进一步优选为2～5g/cm2。
树脂多孔膜11也可以如图1所示为单层结构。根据该方式，能够将透声膜1的面密度抑制得较低。因此，传声损失减小，因此透声膜1的透声性变得更良好。
如图3所示，可以通过在透声膜1的周缘部安装环状的增强构件14来构成透声构件3。根据该方式，能够增强透声膜1，透声构件3的处理变得容易。另外，增强构件14作为用于向壳体上安装的部位，因此，透声膜1安装到壳体上的操作性提高。增强构件14的形状只要能够支撑透声膜1则没有特别限定。增强构件14的材质没有特别限定，可以使用树脂、金属或它们的复合材料。透声膜1与增强构件14的接合方法没有特别限定，可以采用例如加热焊接、超音波焊接、利用胶粘剂胶粘以及利用双面胶带胶粘等。
本实施方式的电子设备具备声发射部或声接收部。作为声发射部，可以列举扬声器或蜂鸣器等。另外，作为声接收部，可以列举麦克风等。电子设备具有以对应于该声发射部或声接收部的方式形成有开口的壳体。通过以覆盖对应于该声发射部或声接收部的开口的方式配置上述透声膜，构成了本实施方式的电子设备。
[实施例]
通过实施例详细地对本发明进行说明。但是，以下的实施例示出本发明的一例，本发明不限于以下的实施例。首先，对实施例和比较例的树脂多孔膜或透声膜的评价方法进行说明。
<透气度>
根据JIS(日本工业标准)L 1096规定的透气性测定法的B法(葛尔莱法)对树脂多孔膜或透声膜的透气度进行评价。
<耐水压>
使用JIS L 1092:2009中记载的耐水度试验机(高水压法)测定树脂多孔膜或透声膜的耐水压。但是，在该规定所示的试验片的面积的情况下，树脂多孔膜显著变形，因此，在如下状态下测定树脂多孔膜的耐水压：在树脂多孔膜的加压面的相反侧设置不锈钢网(开口直径：2mm)，由此将树脂多孔膜的变形抑制在一定程度。
<50kPa耐水压时的变形量>
以覆盖形成有直径为2.5mm的通孔的板材的通孔的方式安装透声膜，使用JIS L1092:2009中记载的耐水度试验机(高水压法)对透声膜施加水压。该水压达到50kPa后，静置10分钟，然后，从透声膜的与受到水压的面相反的一侧，使用CCD激光位移计(キーエンス公司制造，LK-G87)求出加压前后的透声膜的变形量。
<拒液性>
将复印用纸(普通纸)和树脂多孔膜以复印用纸在下的方式层叠，使用滴管在树脂多孔膜上滴加一滴灯油，然后放置1分钟。然后，除去树脂多孔膜，并确认复印用纸的状态，将复印用纸被灯油润湿的情况评价为无拒液性，将复印用纸未被灯油润湿的情况评价为有拒液性。
<声学特性>
以下述方式评价所制作的透声膜的声学特性。首先，如图4所示，准备模拟手机壳体的聚苯乙烯制的模拟壳体20(外形为60mm×50mm×28mm)。在该模拟壳体20上设置有直径为2mm的扬声器安装孔22和扬声器电缆44的导通孔24各一个，除此以外未形成开口。接着，如图4所示，在形成有直径为5mm的透声孔32的聚氨酯海绵制的填充材料30上安装扬声器40(STAR精密公司制造，SCG-16A)，并将其封入模拟壳体20的内部。将扬声器电缆42从导通孔24导出至模拟壳体20的外部。然后，将导通孔24用油灰塞住。
接着，如图5所示，使用各实施例或比较例的透声膜1、厚度为0.1mm的PET膜5、PET支撑材料双面胶带6(日东电工公司制造的No.5603，厚度：0.03mm)和聚乙烯类发泡体支撑材料双面胶带7(日东电工公司制造的No.57120B，厚度：0.20mm)，制作冲裁加工为内径2.5mm、外径5.8mm的评价用样品10。然后，将该评价用样品10粘贴到模拟壳体20的扬声器安装孔22的外侧。将透声膜1粘贴到模拟壳体20上以使得透声膜1覆盖整个扬声器安装孔22、并且双面胶带7与模拟壳体20之间以及透声膜1与双面胶带7之间不产生间隙。
接着，在透声膜1的上方设置麦克风50(Knowles Acoustic公司制造，Spm0405Hd4H-W8)以覆盖透声膜1，将麦克风50连接到声学评价装置(B&K公司制造，Multi-analyzer System 3560-B-030)上。扬声器40与麦克风50的距离为21mm。接着，作为评价方式，选择SSR分析(试验信号：20Hz～10kHz，扫描)来实行，评价透声膜1的声学特性(插入损耗)。在通过弄破透声膜1而形成直径为2.5mm的通孔的状态下测定的空白声压水平在1000Hz下为-21dB。插入损耗根据从声学评价装置输入到扬声器40中的试验信号与麦克风50中接收的信号自动地求出，通过从上述的空白声压水平中减去在粘贴有透声膜1的状态下测定的声压水平来求出。另外，可以判断，插入损耗越小，越能够保持从扬声器40输出的音量。
<实施例1>
将PTFE微粉(大金工业公司制造，F-104)100重量份和作为成形助剂的正十二烷(日本能源公司制造)20重量份均匀混合，将所得到的混合物利用气缸压缩后，通过柱塞挤出而得到片状混合物。接着，使所得到的片状混合物从一对金属辊之间通过而压延至厚度为0.16mm，然后通过150℃的加热将成形助剂干燥除去，从而得到PTFE的片成形体。
接着，将所得到的片成形体沿其长度方向(压延方向)在260℃的拉伸温度下以10倍的拉伸倍率拉伸，从而得到PTFE多孔膜。将该PTFE多孔膜在将黑色染料(东方化学工业公司制造，SP BLACK 91-L、25重量％的乙醇稀释溶液)20重量份与作为染料溶剂的乙醇(纯度95％)80重量份混合而得到的染色液中浸渍数秒钟，然后将它们加热至100℃而将溶剂干燥除去，从而得到着色为黑色的PTFE多孔膜。
接着，将如上制作的PTFE多孔膜在拒液处理液中浸渍数秒钟，然后在100℃下加热而干燥除去溶剂，由此得到经拒液处理的PTFE多孔膜。拒油处理液如下制备。将下述(式1)所示的具有直链氟烷基的化合物100g、作为聚合引发剂的偶氮二异丁腈0.1g和溶剂(信越化学公司制造，FS Thinner)300g投入到安装有氮气导入管、温度计和搅拌机的烧瓶中，导入氮气并在70℃下搅拌，同时进行16小时加成聚合，从而得到含氟聚合物80g。该含氟聚合物的数均分子量为100000。使用稀释剂(信越化学公司制造，FS Thinner)稀释以使该含氟聚合物的浓度达到3.0质量％，从而制备出拒液处理液。
CH2＝CHCOOCH2CH2C6F13 (式1)
接着，将经拒液处理的PTFE多孔膜在150℃的拉伸温度下以10倍的拉伸倍率沿宽度方向拉伸，然后将整体在作为超过PTFE的熔点(327℃)的温度的360℃下焙烧，从而得到实施例1的树脂多孔膜(PTFE多孔膜)。所得到的树脂多孔膜的平均孔径为0.5μm，面密度为5g/m2，透气度为1.0秒/100mL，耐水压为80kPa。
接着，对所得到的树脂多孔膜和乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)树脂(乙烯-乙酸乙烯酯弹性体)制的无纺布(纤维直径10～15μm、面密度5g/m2)进行利用热压的层压加工，由此得到实施例1的透声膜。在此，层压加工通过在加热温度200℃、且0.5MPa的条件下加压2秒来实施。另外，EVA树脂制的无纺布通过将在200℃下加热熔融的EVA树脂以5kg/cm2的压力以纤维状涂布在厚度为0.075mm的PET制的脱模膜上而得到。这样得到的透声膜显示出面密度为10g/cm2、透气度为2.0秒/100mL、耐水压为110kPa、拒液性为“有”的特性。
<实施例2>
除了使用面密度为10g/cm2、纤维直径为10～15μm的EVA树脂(乙烯-乙酸乙烯酯弹性体)制的无纺布以外，与实施例1同样地得到了实施例2的透声膜。
<实施例3>
除了使用面密度为15g/cm2、纤维直径为10～15μm的EVA树脂(乙烯-乙酸乙烯酯弹性体)制的无纺布以外，与实施例1同样地而得到了实施例3的透声膜。
<实施例4>
除了使用面密度为25g/cm2、纤维直径为25～30μm的聚氨酯树脂(聚氨酯弹性体)制的无纺布(KB Seiren公司制造，Espansione FF)以外，与实施例1同样地得到了实施例4的透声膜。
<实施例5>
除了使用面密度为40g/cm2、纤维直径为18～25μm的聚酰胺类弹性体树脂制的无纺布(出光统一科技公司制造，STRAFLEX P PN5065R)以外，与实施例1同样地得到了实施例5的透声膜。
<比较例1>
除了使用面密度为6g/cm2、纤维直径为20～22μm的聚丙烯(PP)与聚乙烯(PE)的芯鞘纤维的无纺布(广濑制纸公司制造，HOP6)以外，与实施例1同样地得到了比较例1的透声膜。
<比较例2>
除了使用面密度为30g/cm2、纤维直径为20～25μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与聚乙烯(PE)的芯鞘纤维的无纺布(Unitika公司制造，Eleves T0303WDO)以外，与实施例1同样地得到了比较例2的透声膜。
实施例2～5、比较例1、2中，层压加工的温度采用适合各自的无纺布材料的温度，加热时间和加压压力与实施例1同样地进行。
<比较例3>
将用甲苯稀释双组分加热固化聚硅氧烷树脂(东丽道康宁公司制造)而得到的甲苯稀释物流延到聚硅氧烷脱模处理隔片(三菱树脂公司制造，MRS50)上，并使用涂布器形成薄膜。将该聚硅氧烷树脂的薄膜和与实施例1同样制作的树脂多孔膜层叠，并加热干燥，从而得到聚硅氧烷树脂片与树脂多孔膜(PTFE多孔膜)的层叠体。这样，得到了比较例3的透声膜。
表1示出各实施例和各比较例的透声膜的特性。另外，将表示实施例1～5中的声音的频率与插入损耗的关系的图示于图6，将表示比较例1～3中的声音的频率与插入损耗的关系的图示于图7。
如表1所示，实施例1～5的透声膜对3000Hz的声音的插入损耗均为5dB以下。另外，实施例1～5的透声膜对3000Hz的声音的插入损耗与对1000Hz的声音的插入损耗之比为1.00～1.32。换言之，实施例1～5的透声膜对1000Hz的声音和3000Hz的声音这两者显示出同等程度的插入损耗。此外，实施例1～5的透声膜对100Hz～4000Hz的声音的插入损耗的最大值与最小值之差为1.92～4.11dB。因此暗示，实施例1～5的透声膜对频率范围为100Hz～4000Hz的声音显示出插入损耗的变动小的声学特性。
[表1]

Claims (6)

1.一种透声膜，其为允许声音通过并且阻止异物通过的透声膜，
其具备：支撑材料、和层叠在所述支撑材料上并以聚四氟乙烯作为主要成分的树脂多孔膜，
所述支撑材料为含有弹性体的无纺布。
2.如权利要求1所述的透声膜，其中，对3000Hz的声音的插入损耗为5dB以下。
3.如权利要求2所述的透声膜，其中，对3000Hz的声音的插入损耗相对于对1000Hz的声音的插入损耗之比为1.0～2.0。
4.如权利要求1所述的透声膜，其中，对100Hz～4000Hz的声音的插入损耗的最大值与最小值之差为5dB以下。
5.如权利要求1所述的透声膜，其面密度为5～50g/m2。
6.一种电子设备，其为具备声发射部或声接收部的电子设备，其中，以覆盖对应于所述声发射部或所述声接收部的开口的方式配置有权利要求1所述的透声膜。
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