DE3011056C2

DE3011056C2 - Formkörper zur Verwendung als Bauelement in akustischen Instrumenten

Info

Publication number: DE3011056C2
Application number: DE19803011056
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Arai; Sumio Tokio/Tokyo Hagiwara; Kunio Tokorozawa Saitama Imai; Etsuro Nemoto; Tsunehiro Tsukagoshi; Shinichi Yokozeki; Toshikazu Yoshino
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3011056A1; GB2046274B; GB2046274A

Description

Die Erfindung betrifft einen Formkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Bauelemente akustischer Instrumente beispielsweise als Membran von Lautsprechern, rohrartige Arme oder Tonkopfp?häuse von Plattenspielern, sind Formkörper von geringem Gewicht mit hohem Elastizitätsmodul erforderlich. Ssfche Formkörper können aus Metallen, wie Aluminium, Titan und Beryllium, oder aus Verbundswerkstoffen wie kohlefaserverstärkten Kunststoffen oder Graphit In synthetischen Harzen bestehen.

Weil bei metallischen Materialien die Eigenverluste gering sind, haben beispielsweise daraus hergestellte Membrane für Lautsprecher insofern Nachteile, als der Schalldruck im Gebiet von Resonanzfrequenzen, die im oberen Teil des Wiedergabefrequenzbereichs liegen, überhöht ist. Außerdem sind die Dämpfiingscharakterlstlken schlecht. Andererseits ist es bekannt, daß Papier, synthetische Harze und daraus hergestellte Verbundmalerlallen zwar ausreichende Eigenv&fluste haben, jedoch keinen ausreichenden Elastizitätsmodul für Membranen von Lautsprechern aufweisen, um hohe Tonfrequenzen wiederzugeben und damit einen breiten Frequenzbereich zu ermöglichen.

Entsprechendes gilt für Bauelemente eines Tonannsystems. Dabei Ist wünschenswert, die Masse eines Schwlngungssyyreras zu vermindern, um die Führung des Tonabnehmers zu verbessern. Ein hoher Eigenverlust des Systems ist erwünscht, um Tellschwlngungen zu verhindern. Wenn jedoch zur Masseverminderung die Wandstärke eines solche.i Elen^nts gering gehalten wird, treten leicht Teilschwingungen auf, welche die

Tonqualität nachteilig beeinflussen. Deshalb sind Werkstoffe geringen Gewichts mit hoher Steifheit und damit

einem hinreichenden spezifischen .Elastizitätsmodul sowie gesteigertem Eigenverlust für die Herstellung von I

rohrartigen Armen und Tonkopfgehäusen erwünscht. I

Kohlefaser selbst hat zwar einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul und einen relativ hohen Eigenverlust, sie muß jedoch durch ein synthetisches Harz zu einem Verbundmaterial gebunden werden, um daraus Formkörper zu bilden. Die Zugabe von synthetischem Harz vermindert aber den spezifischen Elastizitätsmodul des Verbundmaterials.

4fl Es gehören auch Formkörper als harzgebundene Graphitkörper für Trockenzellen zum Stand der Technik (DE-AS 26 36 393). Für die Verwendung als Elektroden sollten die Graphitkörper eine hohe Querfestigkeit und eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. - Die speziellen gewünschten Eigenschaften von Formkörpern akustischer Instrumente sind dadurch aber nicht berührt.

Auch In der Masse eines bekannten phonographischen Aufzeichnungsträgers 1st einem thermoplastischen Polymer, Insbesondere Vinylchlorldpolymerlsat, lediglich Ruß zur Erhöhung dessen elektrischer Leitfähigkeit zugesetzt, wodurch eine Staub anziehende elektrostatische Aufladung vermieden werden soll, nicht aber, um die weiter oben geschilderten akustischen Eigenschaften von Formkörpern zu beeinflussen, die als schwingende Bauelemente in akustischen Instrumenten verwendet werden (US-PS 29 97 451).

Von der Anmelderin wurden schon Formkörper aus Jlner verkneteten Mischung von Graphitflocken und einer hochmolekularen Verbindung, Insbesondere zur Verwendung als Membrane, rohrförmlge Arme oder Tonkopfgehäuse vorgeschlagen. Unter der Verwendung solcher Massen geformte Formkörper, die an der Oberfläche oxidiert und carbonislert werden können, sind vorgeschlagen in den DE-OS 28 53 022, 29 26 648, 29 33 434, 29 33 435 und 29 38 182. Diese Materlallen haben relativ geringes Gewicht und einen hohen Elastizitätsmodul bei hohem Eigenverlust.

Zu der Erfindung gehört die Aufgabe, Formkörper der zuvor vorgeschlagenen Formmasse, die als Bauelemente akustischer Instrumente verwendet werden, hinsichtlich geringem spezifischem Gewicht, hohem Elastizitätsmodul und großem mechanischem Eigenverlust welter zu verbessern. Diese Formkörper sollen sich durch besonders gute akustische Eigenschaften auszeichnen.

Diese Aufgabe wurde mit der In dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung gelöst.
Diese Formkörper zeichnen sich durch eine für schwingende Bauelemente akustischer Instrumente besonders günstige Kombination eines verbesserten Elastizitätsmoduls und eines erhöhten mechanischen Elgenverlusts aus.
Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem Herstellungsverfahren der Formkörper als Bauelemente akustischer Gegenstände wird eine hochmolekulare Verbindung mit Graphitpulver und Ruß geknetet, das geknetete Gemisch wird zu einer Platte f>5 ausgerollt, und dann wird die Platte zu dem betreffenden Formkörper geformt. Für eine Membran des konischen oder kuppeiförmigen Typs oder ein Tcnkopfgehäuse kann die Platte in üblicher Welse geformt werden, wie etwa durch Vakuumverformung, Luftdruckformung oder Formpressen. Wenn der Gegenstand ein rohrförmleer Arm Ist, kann die Platte zu einem Zylinder gerundet werden. In jedem dieser Fälle kann der Formkörper

weiterhin einer Carbonisierung oder Graphitislerung unterzogen werden.

Die verwendeten hochmolekularen Verbindungen, die für Formkörper verwendet werden, sind Homopolymers und Mischpolymere des Vittylchlorids wie Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Vlnylchlorid-Vlnylacetat-Mlscbpqlymer, Vinylchlorid-Acrylnltrll-Mischpolymer, Vlnylidenchlorid-Acrylnltril-Mischpolymer sowie Mischungen aus diesen. Eingeschlossen sind auch Mischungen von solchen Homopolymeren oder Mischpolymeren mit einem gummiartigen Material wie etwa Acrylnltril-Butadien-Gummi. Von diesen werden als bevorzugt angesehen Polyvinylchlorid und ein Vlnylchlorid-Vlnylacetat-Mischpolymer und Mischungen dieser mit einem Acrylnitril-Butadien-Gumml.

Das eingesetzte Graphitpulver ist vom Flockentyp mit der Gestalt einer Scheibe von relativ großem Durchmesser und geringer Dicke. Vorzugswelse haben diese Graphitflocken bzw. -plättchen eine durchschnittliche to Korngröße von etwa 20 Mikron oder weniger, und besonders bevorzugt sind Größen von S Mikron oder weniger.

Der Ruß kann Ofenruß, Kanalruß, Gasruß und dergleichen sein. Im allgemeinen hat Ruß eine Korngröße unter 1 Mikron. Die bevorzugte Korngröße von Ruß beträgt 0,01-0,5 Mikron.

FQr die erfindungsgemäßen Formkörper werden 10-90 Gew.-% der Harzkomponente, welche das thetmoplastl- is sehe Harz und das wahlweise beigefügte gummiartlge Material einschließt, gemischt mit 90-10 Gew.-°6 der Kohlekomponente, welche Graphit und Ruß einschließt. Vorzugsweise werden 30-70 Gew.-96 der Harzkomponente mit 70-30 Gew.-* der Kohlekomponente gemischt. Ruß wird in Mengen von 0,1-2 Gew.-Telle auf 1 Teil Graphit verwendet. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Mengen von Ruß und Graphit im wesent-

f liehen gleich sind.

Nachstehend Ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar ζ,-.-^t
φ Flg. 1 einen Querschnitt durch eine Formmasse aus einer hochmolekularen Verbindung, welcher Graphit und

Jf Ruß gemäß der Erfindung beigemischt Ist;

§?' Flg. 2 einen Querschnitt durch eine Platte, weiche durch Auswalzen der Masse nach Fig. 1 erhalten ist;

|| FI g. 3 einen Querschnitt durch eine aus der Platte nach FI g. 2 geformte Membran;

fe Flg. 4 schematisch eine Ansicht eines Tonarmsystems;

M Flg. 5 einen Axialschnitt durch einen rohrartigen Arm;

j| Flg. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl der Flg. 5;

% Flg. 7 eine perspektivische Ansicht eines Tonkopfgehäuses; und

g FI g. 8 und 9 Schnitte nach den Linien VlII-VHI und IX-IX der FI g. 7.

% Die Formmasse für die Formkörper kann dadurch hergestellt werden, daß Anteile an Graphit und Ruß der

-·ί hochmolekularen Verbindung zugegeben werden. Ein geeigneter Weichmacher und/oder Stabilisator können |I nach Wunsch hinzugefügt werden. Die Mischung wird mit einem Kneter oder einer Walze durchgeknetet, £ während sie auf die Erweichungstemperatur der hochmolekularen Verbindung erhitzt wird, im allgemeinen auf v$ eine Temperatur von 130-200° C. Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Masse Graphitflocken 2 und Ruß 3 In einer f harzigen Matrix 1 In einer willkürlichen Verteilung. Tonkopfgehäuse, Tonabnehmerkörper oder andere Bauelemente akustischer Instrumente können unmittelbar aus dieser gekneteten Masse durch Formpressen oder ff Durckformung hergestellt werden.

■ Die geknetete Masse wird dann zu einer Platte 4 (Fig. 2) ausgewalzt. Das Auswalzen bewirkt, aaß diff

: Graphltflockerx 2 sich parallel zur Oberfläche der Platte 4 ausrichten, wodurch der Elastizitätsmodul und die

Steifheit der Platte erhöht werden. Diese Platte Ist ein Ausgapgsmaterial, aus dem Membranen, Tonkopfge-

■ häuse, rohrartige Arme, Lautsprechergehäuse, Lautsprechertrichter oder Plattentellergehäuse hergestellt werden f können, beispielsweise durch Vakuumverformung, Druckformung oder Formpressen.

a Die In Flg. 3 gezeigte Membran kann aus der Platte 4 durch ein geeignetes Verformungsverfahren hergestellt

H werden, z. B. durch Vakuumverformung, Druckverformung oder Formpressen. Die in Flg. 3 gezeigte Membran

> 11 hat konische Form. Die Platte 4 k-mn jedoch auch zu einer kuppeiförmigen Membran geformt werden. Das

• Formen erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 70-150° C oder in der Nähe des Erweichungspunkts des

■■'{ Kunstharzes.

\:' Flg. 4 ist eine schematische Darstellung eines Tonarmsystems. Ein rohrförmlger Arm 21 Ist bei einem Dreh-

Ϊ.Η punkt 22 schwenkbar geleert und trägt am hinteren Ende ein bewegbar montiertes Gegengewicht 23 sowie am so ΐ vorderen Ende fest daran angebracht ein ^Tonkopfgehäuse 31.

.^; Der rohrfCrmlge Arm 21 Ist aus der gewalzten Platte 4 hergestellt. Wie In FI g. 5 und 6 gezeigt, wurde die

Platte 4 zu einem hohlen Zylinder gebogen, dessen seitliche Kanten an ihren Stoßfi&chen 24 durch Hitze oder

ein Klebmittel verbunden sind. Die Graphitflocken 2 sind axial oder parallel zur Oberfläche des rohrartigen

Arms 21 ausgerichtet. Die Graphitflocken 2 und die winzigen Rußpartikel 3 sind gleichförmig über die Harz- : matrize 1 verteilt.

Das Tonkopfgehäuse 31 Ist auch aus der gewalzten Platte 4 durch ein geeignetes Formverfahren hergestellt,

z. B. durch Vakuumverformung, Druckverformung oder Formpressen.
^: Flg. 7, 8 und 9 zeigen, daß die Graphitflocken 2 parallel zur Oberfläche der entstandener! Tonkopfgehäuses

31 ausgerichtet sind. Die gleichmäßige Verteilung der Graphitflocken 2 und Rußteilchen 3 innerhalb der Harzmatrize Ist gleichfalls dargestellt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das Tonkopfgehäuse 31 aus der

gekneteten Masse herzustellen.
In diesem Fall sind die Graphltflocken und die Rußpartikel auch gleichförmig In der Harzmatrize verteilt,

aber die Graphitflocken sind nicht ausgerichtet.
Die Membran II, der rohrförmlge Arm 21 und das Tonkopfgehäuse 31 könnei. carbonislert oder graphltlsiert

werden, um Ihre Steifheit zu ei höhen.
Beispielswelse wird hljrzu die Membran In eine passende Abstützung eingesetzt, um eine unerwünschte

Verl'orniunii der Membran bei der nachfolgenden Wärmebehandlung zu vermelden. Die In der Abstützung

gehaltene Membran wird dann allmählich In einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt, z. B. In Luft, auf eine Temperatur von 250-350" C mit einer Rate von 1-10° C/Stunde, um eine Vorsinterung zu bewirken. Die Membran wird während dieser Vorsinterung an Ihrer Oberfläche oxydiert und dadurch unschmelzbar gemacht. Die unschmelzbare Membran kann dann carbonisiert werden durch Erhitzen in einer nichl-oxydierenden Atmo· Sphäre oder Im Vakuum auf eine Temperatur von 1000-1500° C mit einer Rate von 10-20° C/Stunde. Graphitisieren kann erfolgen durch Erhitzen der unschmelzbaren Membran auf eine Temperatur von 2000-3000° C unter ahnlichen Bedingungen, wie sie beim Carbonisieren angewendet werden. Natürlich kann der rohrförmlgc Arm und das Tonkopfgehäuse in gleicher Weise carbonisiert oder graphltlslert werden wie die Membran. Carbonisieren und Graphitisieren erhohen den Elastizitätsmodul des geformten Gegenstandes.

Die nachstehenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung. Beispiel 1

Eine Formmasse wurde hergestellt durch Kneten der folgenden Bestandteile zwischen Walzen und bei einer Temperatur von etwa 150° C.

Bestandteile	üewlchtstcllc
90/10 Vinylchlorld-Vinylacetat-Mlschpolymer	100
Blelstearat (Stabilisator)	2
Butyl-Phthalyl-Butyl-Glycolat (Weichmacher)	10
Graphltflocken	130
RuO	70

Das geknetete Gemisch wurde zu einer Platte mit einer Dicke von 100 Mikron ausgewalzt. Die Platte wurde dann durch Vakuumverformung konisch gestaltet In Form einer Membran.

Beispiel 2
Bestandteile Gewichtstellc

90/10 Vlnylchlorld-Vlnylacetat-Mlschpolymer 100

Ble'stearat 2 Butyl-Phthalyl-Butyl-Glycolat 10

*■ Graphltflocken 180

Ruß 20

Die obigen Bestandteile wurden geknetet, ausgewalzt und dann zu einer Gestalt geformt, wie es bei Beispiel I beschrieben ist.

Beispiel 3
Bestandteile Cewlchtstelle

Polyvinylchlorid 30 Acrylnitrll-Butadien-Gummi 70 Belistearat 0,3 Butyl-Phthalyl-Butyl-Glycolat 3 Graphitflocken 100

^<0 Ruß 100

Die obigen Bestandteile wurden geknetet, ausgewalzt und dann zu einer Gestalt geformt, wie In Beispiel I beschrieben.

Beispiel 4 Der gemäß Beispiel 1 geformte Formkörper wurde anschließend noch dadurch carbonisiert, daß er In einer Abstützung gehalten und allmählich in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von 300° C mit

einer Rate von 1-10° C/Stunde erhitzt wurde, um eine Vorsinterung zu erzielen bzw. das Muster unschmelzbar zu machen. Dann wurde der unschmelzbar gemachte Formkörper durch Erhitzen In einer nicht-oxydlerenden

Atmosphäre auf eine Temperatur von 1200° C mit einer Rate von 10-20° C/Stunde gesintert. Beispiel 5

Der gemäß dem Beispiel 1 geformte Formkörper wurde anschließend graphitislert. Zu diesem Zweck wurde der Formkörper vorgesintert, wie bei Beispiel 4 beschrieben. Danach wurde der unschmelzbare Formkörper gesintert durch Erhitzen Sn einer nicht-oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 2500° C.

Beispiele 6A, 6B und 6C (Verglelchsbelsplele)

IiIn Vlnylchlorld-Vlnylacetal-Mlschpolymer und Graphitpulver wurden gemischt und geknetet bei einem (icwlchtsvcrhältnls von I : 2. Die sich ergebende Innige Mischung wurde zu einer Platte ausgewalzt. In welcher die Graphltflockcn parallel zur Oberfläche ausgerichtet waren. Die Platte wurde dann zu einem Formkörper geformt. Messungen wurden durchgeführt nach dem Formen (6A), nach Oxydation (6B) und nach Carbonisation (6C).

D.i Ergebnisse sind In der nachstehenden Tabelle gezeigt. Im Vergleich zu Eigenschaften konventioneller Materlallen.

Tabelle

Dichte, ρ	Youngscher	Spezifischer	Eigenverlust
	Modul. E	Elastizitäts
		modul. /ETp
kg/m'	X 10¹⁰ N/m²	x 10^J m/sec	tan 6

Beispiel 2
Beispiel 3
Beispiel 4
Beispiel 5
Beispiel 6 A
Beispiel 6 B
Beispiel 6 C
Beryllium
Titan

Aluminium
Kraftpapier

1800 1500 1700 1700 1800 1800 1800 1800 4390 2690 570

6,0

2,0

8,0

12,0

5,9

8,8

15,7

23,0

11,9

7,1

0,2

4,8 5,8 3,6 6,8 8,3 5,7 7

9,3 11,3 5,2 5,1 1,9

0,10 0,05 0.25 0,05 0.03 0,05 0,02 0,015 0,005 0,003 0,003 0,10

20

25

30

Wie sich aus der Tabelle ergibt, haben die erfindungsgemäßen Formkörper geringes Gewicht und einen hohen Higcnvcrlust wegen der Zugabe von Ruß. Die spezifischen Elastizitätsmodule der Formkörper gemäß den Beispielen I und 2 sind vergleichbar denjenigen von Titan und Aluminium, während Ihre Eigenverluste um das lOfache oder mehr größer als die von Titan und Aluminium sind und Im wesentlichen dem von Papier vergleichbar sind. Beispiel 4 zeigt, daß die Carbonisierung den Elastizitätsmodul des Formkörpers verdoppelt, und Beispiel 5 zeigt, daß die Graphltlslerung den Elastizitätsmodul des Formkörpers verdreifacht, obwohl der Elgenvcrlust etwas vermindert 1st. Beispiel 3 zeigt, daß ein Formkörper aus einer Formmasse, welche ein gummiartiges Material zusätzlich zu dem thermoplastischen Kunststoff enthält, einen verringerten Elastizitätsmodul und Infolgedessen einen verminderten spezifischen Modul ergibt, der geringer als diejenigen von Metallen Ist aber höher als der von Papier, während der Eigenverlust groß genug 1st, um die Verringerung des spezifischen Moduls zu kompensieren. Dies bedeutet, daß eine Membran gemäß Beispiel 3 eine gute Wiedergabe bis zu einem höheren Frequenzbereich erreichen kann als übliche Papiermembranen.

Ein Vergleich von Beispiel I mit Beispiel 6A zeigt, daß der Eigenverlust durch Zugabe von Ruß zu einer Mischung von thermoplastischem Kunststoff und Graphit verbessert wird. Ein Vergleich von Beispiel 4 mit Beispiel 6C zeigt, daß der Eigenverlust durch Zugabe von Ruß erheblich vergrößert wird, und zwar auch nach der Carbonisierung.

Obwohl die gemäß den obigen Beispielen geformten Formkörper Membranen sind, versteht es sich, daß rohrartige Arme und Tonkopfgehäuse In gleicher Weise mit gleichen Ergebnissen erhalten werden können.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß Formkörper gemäß der Erfindung geringes Gewicht, hohe Steifigkeit, einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul und erhöhten Eigenverlust aufweisen. Die wesentlichen Komponenten der Formkörper sind hochmolekulare Verbindungen, Graphitpulver und Ruß, die alle im Handel erhältlich und billig sind. Die zur Herstellung verwendete Formmasse läßt sich leicht zu dem gewünschten Formkörper verformen durch Anwendung einer bekannten geeigneten Formtechnik. Die Eigenschaften des Fonnkörpers lassen sich steuern durch Wahl des Mischungsverhältnisses und der Komponenten. Bevorzugte Formmassen enthalten 10-90 Gew.-% Polyvinylchlorid oder ein Vlnylchlortd-Vinylacetat-Mlschpolymerisat und 90-iO Gew.-* an Graphltflocken plus Rußpartikeln in einer Größe von weniger als 1 Mikron. Dabei beträgt der Rußgehalt 0,1-2 Anteile je Anteil Graphltflocken. Es lassen sich daher in akustischen Geräten zu verwendende Bauelemente wie Membranen, rohrartige Arme und Tonkopfgehäuse von hoher Qualität mit geringen Kosten herstellen.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Formkörper zur Verwendung als Bauelement In akustischen Instrumenten auf der Basis von mit RuO gefülltem Vlnylchlorid-Polymerisat. dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper als zusätzlichen:

Füllstoff flockigen Graphit enthalt. ;·

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Formkörper enthaltenen' Graphitflocken parallel zur Oberfläche des Formkörpers ausgerichtet sind.

3. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein kautschukartiges Material enthält.

ίο

4. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper

carbonlsiert oder graphltislert worden ist.

S. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper als Membran, rohrartiger Arm für akustische Instrumente oder als Tonkopfgehäus? ausgebildet Ist.