CN112866879B - 球顶、振膜及扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球顶，包括第一表层、第二表层和碳泡沫芯层，碳泡沫芯层设在第一表层和第二表层之间，碳泡沫芯层为以树脂为原料，依次经过发泡和碳化处理的碳泡沫，碳泡沫芯层的泡孔呈五边形十二面体结构；或，碳泡沫芯层为以中间相沥青为原料，依次经过发泡、碳化和石墨化处理的碳泡沫，碳泡沫芯层的泡孔为网状球形气孔结构。本发明还提出包括该球顶的振膜、扬声器。本发明技术方案通过采用碳泡沫作为球顶的芯层，不仅能够明显提升球顶的导热和散热性能，还能使球顶保持较轻的质量，保证扬声器的声学性能和可靠性。

Description

球顶、振膜及扬声器

技术领域

本发明涉及电声转换技术领域，特别涉及一种球顶、振膜及扬声器。

背景技术

为提升扬声器的高频频率响应，提高截止频率，要求球顶材料具有质量轻，刚性大的特点。随着扬声器振幅越来越大，电压越来越大，音圈做功越来越多，发热量明显增加，球顶温度可达到120℃以上，使得球顶的导热及散热变得尤其重要。

现有扬声器的球顶多采用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等有机发泡体作为芯层。采用上述两种发泡体制成的球顶的导热及散热性能较差，导致扬声器工作产生的热量无法及时散发出去，产品整体温度升高。另外，PMI及PET的耐温性较差，在高温下存在失效的风险。而使用纯金属可有效解决导热及耐温问题，但金属材料普遍密度较大，造成球顶质量过大，影响产品中频性能。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种球顶，旨在解决现有的球顶导热和散热性能差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种球顶，所述球顶包括：

第一表层和第二表层；及

碳泡沫芯层，所述碳泡沫芯层设在所述第一表层和所述第二表层之间，所述碳泡沫芯层为以树脂为原料，依次经过发泡和碳化处理的碳泡沫，所述碳泡沫芯层的泡孔呈五边形十二面体结构；或，所述碳泡沫芯层为以中间相沥青为原料，依次经过发泡、碳化和石墨化处理的碳泡沫，所述碳泡沫芯层的泡孔为网状球形气孔结构。

可选地，所述碳泡沫芯层的导热系数大于0.5W/m·K。

可选地，所述碳泡沫芯层的导热系数大于120W/m·K。

可选地，所述碳泡沫芯层的密度为0.04～1g/cm³。

可选地，所述碳泡沫芯层的压缩强度大于1Mpa。

可选地，所述碳泡沫芯层的压缩强度大于30Mpa，抗拉强度大于0.7Mpa。

可选地，所述碳泡沫芯层的泡孔为开孔或半开孔结构，泡孔的直径范围为10～500μm，总孔隙率≥50％，开孔率≥70％。

可选地，所述碳泡沫芯层的厚度范围为0.02～1mm。

可选地，所述第一表层的材料为铝箔、铝合金箔、钛箔、钛合金箔、镁箔、镁合金箔、铜箔、铜合金箔、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种；和/或，所述第二表层的材料为铝箔、铝合金箔、钛箔、钛合金箔、镁箔、镁合金箔、铜箔、铜合金箔、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种。

可选地，所述第一表层与所述碳泡沫芯层之间还设有第一胶层；和/或，所述第二表层与所述碳泡沫芯层之间还设有第二胶层。

本发明还提出一种振膜，所述振膜包括：

振膜本体；以及，

前述的球顶，所述球顶设置于所述振膜本体的中心。

本发明还提出一种扬声器，其特征在于，所述扬声器包括前述的振膜。

本发明提供一种球顶，包括碳泡沫芯层、第一表层和第二表层，第一表层和第二表层分别设置于碳泡沫芯层的相对的两侧表面。其中，碳泡沫具有导热系数高、密度小、比导热高于铜和铝、压缩强度高、热膨胀系数小和耐温性好等优点。本发明技术方案通过采用碳泡沫作为球顶的芯层，不仅能够明显提升球顶的导热和散热性能，还能使球顶保持较轻的质量，保证扬声器的性能和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中球顶的剖面结构示意图；

图2为本发明另一实施例中球顶的剖面结构示意图；

图3为本发明扬声器与现有的扬声器(球顶采用PMI发泡芯层)的温升曲线对比图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	碳泡沫芯层	101	泡孔
210	第一表层	220	第二表层
				310	第一胶层	320	第二胶层

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提出一种球顶，应用于扬声器中。

在本发明一实施例中，如图1和图2所示，所述球顶包括：

第一表层210和第二表层220；以及，

碳泡沫芯层100，所述碳泡沫芯层100设在所述第一表层210和所述第二表层220之间，即所述第一表层210和所述第二表层220分别设置于所述碳泡沫芯层100的相对的两侧表面。

可以理解，球顶通常是由中间芯层，以及分别设置在中间芯层上下两侧面的第一表层210和第二表层220构成的复合结构。球顶的整体结构可以为平板结构或凸包结构。其中，第一表层210与第二表层220主要用以提升球顶整体的强度和刚度。因此，第一表层210和第二表层220的材料可以分别选自铝箔、铝合金箔、钛箔、钛合金箔、镁箔、镁合金箔、铜箔、铜合金箔、碳纤维和芳纶纤维等中的任意一种。

中间芯层作为球顶的主体层，通常要求其具有质量轻的特点，以减轻整个球顶的质量。因此，球顶的中间芯层通常采用发泡体芯层，而发泡体材料可以是泡沫塑料、泡沫橡胶和泡沫树脂等中的任意一种。比如，聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等发泡体材料。但目前球顶中发泡体芯层的导热及散热性能依然较差，导致扬声器工作产生的热量无法及时散发出去，产品整体温度升高。

而本实施例技术方案通过采用碳泡沫作为球顶的芯层，不仅能够明显提升球顶的导热和散热性能，还能使球顶保持较轻的质量，保证扬声器的性能和可靠性。具体的，碳泡沫是一种由无定型碳或石墨组成，泡孔101和相互连接在一起的泡孔101壁组成的具有三维网状结构的材料。碳泡沫具有导热系数高、密度小、比导热高于铜和铝、压缩强度高、热膨胀系数小和耐温性好等优点。因此，使用该球顶的扬声器，热量可有效导出，降低产品温度。

具体的，碳泡沫芯层100采用以树脂为原料，依次经过发泡和碳化处理的碳泡沫，碳泡沫芯层100的泡孔101呈五边形十二面体结构；或者，碳泡沫芯层100采用以中间相沥青为原料，依次经过发泡、碳化和石墨化处理的碳泡沫，所述碳泡沫芯层100的泡孔101为网状球形气孔结构。通过比较上述两种碳泡沫可以发现，以树脂为原料经发泡、碳化制成的碳泡沫，由于无法进行石墨化，因此机械强度一般较低，脆性较大，导热率较小。而由于中间相沥青的内部片层结构与石墨晶体相似，因此，中间相沥青经过热处理可以转化为良好的石墨片层结构，最终得到的碳泡沫导热率较高。具体的，中间相沥青在高温高压下分解释放出小组分气体，在外界压力的影响下，释放出的小组分气体在沥青中成为气泡核。当外界压力及温度下降时，包埋在沥青中的气泡核不断长大，形成微孔结构，气泡继续长大。随着气泡的不断长大，气泡之间相遇概率增加，不同气泡相遇时形成开孔结构。温度继续下降，气泡停留在固化沥青中，成为网状球形发泡体。碳化过程中，泡沫中的中间相结构在高温下发生重排，形成有序晶体。碳化泡沫进行石墨化处理过程中，中间相向石墨片层结构转化，有序晶体不断生长，晶面间距不断减小，石墨微晶尺寸增加，晶格缺陷减少，石墨微晶排列规则，对声子的散射减弱，进而材料的导热系数增加。

在本发明的一些实施例中，碳泡沫芯层100的导热系数大于0.5W/m·K。可以理解，碳泡沫芯层100的导热系数越大，球顶整体的导热性能越好，散热和降温效果越明显。可选地，碳泡沫芯层100的导热系数可以为10W/m·K、50W/m·K、100W/m·K等。本实施例中，碳泡沫芯层100的导热系数大于120W/m·K。可以理解，经过石墨化处理后的碳泡沫的导热系数能够显著增大，因此，采用该碳泡沫制成的中间芯层的导热系数也明显增大，并远大于采用其它发泡体材料制成的中间芯层。进一步地，碳泡沫芯层100的导热系数可以为200W/m·K。

在本发明的一些实施例中，碳泡沫芯层100的密度为0.04～1g/cm³。需要说明的是，碳泡沫的导热系数与其密度成正比，当碳泡沫芯层100的密度小于0.04g/cm³时，碳泡沫芯层100的密度过小，导热系数也会较小，对球顶的导热效果无明显改善；当碳泡沫芯层100的密度大于1g/cm³时，碳泡沫芯层100的密度过大，使得球顶整体的质量过大，而影响扬声器的中高频性能。因此，本实施例技术方案通过将碳泡沫芯层100的密度优选在此范围内，可保证具有该碳泡沫芯层100的球顶的质量适中，同时兼具优异的导热性能及机械性能。可选地，碳泡沫芯层100的密度可以为0.5g/cm³、0.7g/cm³、0.8g/cm³等。

在本发明的一些实施例中，碳泡沫芯层100的压缩强度大于1Mpa。本实施例中，碳泡沫芯层100的压缩强度大于30Mpa，抗拉强度大于0.7Mpa。碳泡沫芯层100的压缩强度越高，球顶的刚性越大，使用该球顶的扬声器具有更好的高频性能。而碳泡沫芯层100的抗拉强度越高，材料的抗拉伸性能越好，使用过程中能够避免出现断裂的现象。可选地，碳泡沫芯层100的压缩强度可以为30Mpa，碳泡沫芯层100的抗拉伸强度可以为2Mpa。

在其它实施例中，为提高碳泡沫芯层100的机械性能，也可在碳泡沫的成型材料中加入碳纤维、石墨片、碳纳米管、金属颗粒和无机非金属颗粒等增强材料进行改性。

在本发明的一些实施例中，碳泡沫芯层100的泡孔101为开孔或半开孔结构，泡孔101的直径范围为10～500μm，总孔隙率≥50％，开孔率≥70％。其中，总孔隙率＝(1-真密度/体积密度)*100％，开孔率＝开孔体积比率/总孔隙率。应该说明，当泡孔101的直径小于10μm时，泡孔101的尺寸过小，使得碳泡沫芯层100的整体密度过大，球顶的质量也会过大，从而影响扬声器中频性能；当泡孔101的直径大于500μm时，泡孔101的尺寸过大，使得碳泡沫芯层100的压缩强度变差，球顶的刚性也会变差，从而影响扬声器高频性能。本实施例技术方案通过将碳泡沫芯层100的泡孔101的尺寸进一步限制在此范围内可保证球顶具有较轻的质量，同时具有较高的刚性，从而使扬声器获得较好的中高频性能。

可选地，泡孔101的直径可以为20μm、250μm、300μm等。另外，相较于泡孔101为闭孔结构的碳泡沫芯层100，泡孔101为开孔或半开孔结构的碳泡沫芯层100内部的空气流动更为顺畅，而有利于加快球顶的散热。因此，泡孔101为开孔结构利于碳泡沫芯层100进行导热，并且开孔率越高，碳泡沫芯层100的导数系数越大。一实施例中，碳泡沫芯层100的总孔隙率＞60％，开孔率＞90％时，其热导率可高达200W/m·K。

一实施例中，碳泡沫芯层100的厚度范围为0.02～1mm。需要说明的是，扬声器的高频截止频率Fh与球顶的厚度成正比。当碳泡沫芯层100的厚度小于0.02mm时，碳泡沫芯层100的厚度过薄，使得球顶的厚度也过薄，使用该球顶的扬声器的高频截止频率Fh就会过低。当碳泡沫芯层100的厚度大于1mm时，碳泡沫芯层100的厚度过大，使得球顶的整体厚度也会过大，从而会影响扬声器的振动空间。进一步地，碳泡沫芯层100的厚度可以为0.5mm。

在本发明的一些实施例中，第一表层210与碳泡沫芯层100之间还设有第一胶层310；和/或，第二表层220与碳泡沫芯层100之间还设有第二胶层320。可以理解，一实施例中，如图1所示，球顶为三层结构，包括碳泡沫芯层100、及第一表层210和第二表层220。在另一实施例中，如图2所示，球顶为五层结构，包括碳泡沫芯层100、第一表层210、第二表层220，以及用以粘接碳泡沫芯层100与第一表层210的第一胶层310、用以粘接碳泡沫芯层100与第二表层220的第二胶层320。当然，在其它实施例中，球顶还可以为五层以上的结构，除了包括碳泡沫芯层100、第一表层210和第二表层220和胶层之外，还可以包括其它弹性层。

具体的，如果第一表层210和第二表层220的材料为铝及铝合金箔、钛及钛合金箔、镁及镁合金箔、铜及铜合金箔、碳纤维、芳纶纤维等高模量高强度材料，表层与碳泡沫芯层100之间通过胶层粘接。如果第一表层210和第二表层220的材料为碳纤维预浸料、芳纶纤维预浸料时，可不用外加胶层，第一表层210和第二表层220与碳泡沫芯层100可以直接形成复合结构，有利于提升球顶的整体刚度。

下面将结合具体的实施例与对比例，以对本发明球顶的导热效果进一步说明。值得理解的是，下面描述仅是示例性的，而不是对本发明的具体限制。

实施例1：扬声器中的球顶为五层结构，包括碳泡沫芯层100、第一表层210、第二表层220，以及第一胶层310和第二胶层320，其中第一表层210及第二表层220均选用铝箔。其中，碳泡沫芯层100为以中间相沥青为原料，依次经过发泡、碳化和石墨化处理的碳泡沫，且碳泡沫芯层的泡孔为网状球形气孔结构，碳泡沫芯层的导热系数为123W/m·k，密度为0.8g/cm³、厚度为0.6mm、泡孔101的平均直径为300μm，总孔隙率为60％，开孔率为80％。

对比例1：扬声器中的球顶为五层结构，包括PMI发泡芯层、第一表层210、第二表层220，以及第一胶层310和第二胶层320，其中第一表层210及第二表层220均选用铝箔。

测试过程：通过测试实施例1中扬声器及对比例1中扬声器工作过程中音圈阻值变化，经软件计算拟合出扬声器工作过程中音圈温度变化。可以理解，由于在扬声器中球顶与音圈粘接，因此，音圈的温度变化可以反映出球顶的温度变化。

如图3所示，通过对比上述两种扬声器的温升曲线，可以发现：相较于球顶采用PMI发泡芯层的球顶，采用碳泡沫芯层100的球顶在使用过程中，温度上升较为缓慢，最高温度可相对于对比例中的球顶降低3～5℃。由此说明，相较于PMI发泡芯层，碳泡沫芯层100能够明显提升球顶的导热性能，使得扬声器能够及时散热，减缓温度的上升。

本发明实施例还提出一种振膜，所述振膜包括振膜本体和前述的球顶。具体的，球顶设置于振膜本体的中心位置，球顶与振膜本体之间可以通过胶水或胶膜进行粘接。其中，所述球顶的具体结构参照上述实施例，由于该振膜采用了上述任一实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本发明实施例还提出一种扬声器，所述扬声器包括前述的振膜，而所述振膜包括所述球顶。所述球顶的具体结构参照上述实施例，由于该扬声器采用了上述实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本发明实施例还提出一种电子设备，所述电子设备包括前述的扬声器，而所述扬声器的振膜包括所述球顶。所述球顶的具体结构参照上述实施例，由于该电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。所述电子设备包括手机、平板电脑和笔记本电脑等任意一种需要发声的电子产品。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种球顶，其特征在于，所述球顶包括：

第一表层和第二表层；及

碳泡沫芯层，所述碳泡沫芯层设在所述第一表层和所述第二表层之间，所述碳泡沫芯层为以树脂为原料，依次经过发泡和碳化处理的碳泡沫，所述碳泡沫芯层的泡孔呈五边形十二面体结构；或，所述碳泡沫芯层为以中间相沥青为原料，依次经过发泡、碳化和石墨化处理的碳泡沫，所述碳泡沫芯层的泡孔为网状球形气孔结构。

2.如权利要求1所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的导热系数大于0.5W/m·K。

3.如权利要求2所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的导热系数大于120W/m·K。

4.如权利要求1所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的密度为0.04～1g/cm³。

5.如权利要求1所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的压缩强度大于1Mpa。

6.如权利要求5所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的压缩强度大于30Mpa，抗拉强度大于0.7Mpa。

7.如权利要求1所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的泡孔为开孔或半开孔结构，泡孔的直径范围为10～500μm，总孔隙率≥50％，开孔率≥70％。

8.如权利要求1所述的球顶，其特征在于，所述碳泡沫芯层的厚度范围为0.02～1mm。

9.如权利要求1-8中任一项所述的球顶，其特征在于，所述第一表层的材料为铝箔、铝合金箔、钛箔、钛合金箔、镁箔、镁合金箔、铜箔、铜合金箔、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种；和/或，所述第二表层的材料为铝箔、铝合金箔、钛箔、钛合金箔、镁箔、镁合金箔、铜箔、铜合金箔、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种。

10.如权利要求9所述的球顶，其特征在于，所述第一表层与所述碳泡沫芯层之间还设有第一胶层；和/或，所述第二表层与所述碳泡沫芯层之间还设有第二胶层。

11.一种振膜，其特征在于，所述振膜包括：

振膜本体；以及，

如权利要求1至10中任意一项所述的球顶，所述球顶设置于所述振膜本体的中心。

12.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器包括如权利要求11所述的振膜。

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