DE3307946C2

DE3307946C2 -

Info

Publication number: DE3307946C2
Application number: DE3307946A
Authority: DE
Inventors: Osamu Hirakata Osaka Jp Yamamoto; Takashi Suita Osaka Jp Takeda; Teruo Osaka Jp Kobayashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1991-06-13
Also published as: US4471085A; GB8305863D0; GB2117389B; GB2117389A; DE3307946A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Membranwerkstoff für Lautsprecher, der ein 4-Methylpenten-Polymer im Grundmaterial und ein Verstärkungsmaterial enthält.

Bislang wurde als Membran für Lautsprecher ein Papierkonus bzw. -trichter verwendet, da Papier eine niedrige Dichte, einen geeigneten Elastizitätsmodul und eine geeignete innere Dämpfung aufweist. Da jedoch der Papierkonus nicht mittels thermischer Formgebung geformt werden kann, müssen individuellePapierblätter beim Herstellvorgang gleichzeitig konisch bzw. trichterförmig geformt werden, was verhältnismäßig kompliziert ist, so daß die hergestellten Papierkonen in ihrer Qualität schwanken. Darüber hinaus sind Papierkonen nicht wasserbeständig, weisen einen niedrigen Luftfeuchtigkeitswiderstand auf und sind nicht witterungsbeständig. Es wurden in letzter Zeit zwar auch metallische Materialien wie beispielsweise Aluminium, Beryllium sowie makromolekulare Materialien wie Polypropylen, Polyäthylen anstelle von Papier als Membranwerkstoff für Lautsprecher verwendet, jedoch weisen die metallischen Materialien bei großem Elastizitätsmodul eine extrem niedrige innere Dämpfung auf, so daß sich eine deutliche Spitze in der Frequenzcharakteristik im hohen Frequenzbereich ergibt. Auf der anderen Seite weisen zwar makromolekulare Materialien ausgezeichnete Werte hinsichtlich der inneren Dämpfung sowie der Wasserbeständigkeit und Luftfeuchtigkeit auf, jedoch ergeben sich wegen des niedrigen Elastizitätsmoduls ein niedriger spezifischer Modul (E/p) und eine niedrige Biegesteifigkeit (EI).

Aus der Literaturstelle "Neues aus der Technik", Nr. 3 vom 15. Juni 1981, Seite 1, ist ein Membranwerkstoff für Lautsprecher bekannt, der als Grundmaterial 4-Methylpenten- Polymer sowie eine Verstärkung enthält. Obwohl 4- Methylpenten-Polymer ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich Dichte und Hitzebeständigkeit aufweist, führt die Benutzung dieses Materials allein (auch zusammen mit der Verstärkung) zu Problemen in der inneren Dämpfung, die bei 50°C einen Maximalwert ergibt. Diese Dämpfung variiert sehr stark mit der Temperatur, so daß sich die Wiedergabe und der Frequenzgang eines damit aufgebauten Lautsprechers stark mit der Temperatur ändern.

Außerdem ist es aus der DE 25 54 158 A1 bekannt, als Membranwerkstoff eine Mischung verschiedener Stoffe zu verwenden, insbesondere ein Harz als weiteren Werkstoff zuzusetzen. Darüber hinaus ist auch die Verwendung von schuppigem Glimmer zur Verstärkung hieraus bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Membranwerkstoff für Lautsprecher vorzuschlagen, der nicht nur günstige Werte für den Elastizitätsmodul, für die Biegesteifigkeit und die innere Dämpfung aufweist, sondern gleichzeitig die Abhängigkeit der inneren Verluste (der Dämpfung) gegenüber der Temperatur reduziert bzw. beseitigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Membranwerkstoff für Lautsprecher, der ein 4-Methylpenten- Polymer im Grundmaterial und ein Verstärkungsmaterial aufweist, dadurch gelöst, daß das Grundmaterial eine Mischung aus 4-Methylpenten-Polymer und Polypropylen in einem Mischungsverhältnis von 30-70 Gew.-% enthält, wobei das Mischungsverhältnis vom Gewicht des 4-Methylpenten- Polymer abhängt, und daß das Verstärkungsmaterial ein flockiger Stoff ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der vorliegenden Erfindung können die folgenden Vorteile erzielt werden:

1) Da das die niedrigste Dichte aller Polymerharze aufweisende 4-Methylpenten-Polymer als Grundwerkstoff verwendet wird, ist ein großer Wirkungsgrad und eine niedrige harmonische Verzerrung erreichbar. Darüber hinaus handelt es sich um einen Werkstoff mit großer Wetter-, Wasser- und Luftfeuchtigkeits-Beständigkeit, der sich insbesondere für eine Massenproduktion mit gleichbleibender Qualität eignet.

2) Durch Vermischung des Grundwerkstoffs, d. h. des 4-Methylpenten-Polymer mit einem oder einer Mischung der anderen Olefinharze, können die Formbarkeit und die temperaturabhängigen physikalischen Eigenschaften verbessert werden.

3) Durch die Verwendung einer Verstärkung in Form eines flockenförmigen Materials können der Elastizitätsmodul, die hohe Biegesteifigkeit und die inneren Verluste bzw. die innere Dämpfung gesteigert werden, so daß ein weiter Wiedergabe-Frequenzbereich erzielbar ist, wobei ein wachsender Widerstand gegenüber der Eingangsleistung und eine flache Frequenzcharakteristik in hohen Frequenzbereichen gewährleistet ist. Darüber hinaus wird nicht nur die Hitze- und Wetterbeständigkeit vergrößert, sondern es werden auch die temperaturabhängigen Eigenschaften verbessert.

4) Wird als Verstärkung eine Mischung aus flockenförmigem Graphit und Glimmer verwendet, so kann der spezifische Elastizitätsmodul weiter verbessert werden.

5) Wird als Verstärkung eine Mischung aus flockenförmigem Graphit und Talk verwendet, so wird nicht nur der spezifische Elastizitätsmodul verbessert, sondern darüber hinaus kann auch ein dünner Film geformt werden, während ein dünner Film nicht bei Verwendung eines Füllwerkstoffes anderer Art geformt werden kann.

6) Eine aus einer synthetischen 4-Methylpenten-Polymermasse geformte Lautsprechermembran weist eine ausgezeichnete Biegesteifigkeit und Dichte auf, und damit einen hohen Wirkungsgrad und einen großen Widerstand gegenüber der Eingangsleistung und eine niedrige Verzerrung.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 bis 3 graphische Darstellungen des Wechsels der physikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit von dem Mischungsverhältnis des 4-Methylpenten- Polymer und Polypropylens;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Änderung des Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit von dem Mischungsverhältnis von Graphit und Glimmer;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik eines mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Lautsprechers mit einem Durchmesser von 10 cm;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik eines aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Lautsprechers mit einem Durchmesser von 12 cm und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik eines mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellten Lautsprechers mit einem Durchmesser von 10 cm.

Nachstehend soll die vorliegende Erfindung detailliert anhand von Beispielen ohne Beschränkung des Schutzumfanges auf diese Beispiele, jedoch zur Verdeutlichung der Erfindung erläutert werden.

Beispiel 1

Es wurden 10 Vol.-% Glimmer, das durch ein 325maschiges Gittersieb gesiebt wurde, mit 60 Vol.% 4-Methylpenten- Polymer (TPX, hergestellt und vertrieben von der Firma Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., Japan) und 30 Vol.-% Polypropylen (hergestellt und vertrieben von der Firma Chisso Corp., Japan) unter Verwendung eines Zweischrauben-Extruders zur Formung eines Grundpellets vermischt. Das Grundpellet wurde anschließend unter Verwendung eines Extruders in eine zusammengesetzte Schicht mit einer Dicke von 400 Mikrometern extrudiert, die wiederum ca. 1 Minute lang mit Infrarot-Dunkelstrahlen erhitzt wurde. Mit der Erweichung der Schicht wurde die Schicht mit einer Membran für einen Lautsprecher mit einem Durchmesser von 16 cm vakuumgeformt. Die physikalischen Eigenschaften der Schicht sind in der Tabelle 1 aufgelistet und aus dieser Tabelle kann entnommen werden, daß die nach diesem Beispiel gefertigte dünne Schicht oder Folie einen höheren Elastizitätsmodul und eine höhere Biegesteifigkeit als eine vergleichbare Folie aus Polypropylen aufweist und einen weiteren Wiedergabe-Frequenzbereich und eine niedrigere Verzerrung als eine aus Polypropylen hergestellte Folie gewährleistet.

Eine Änderung der physikalischen Eigenschaften aufgrund einer Änderung des Mischungsverhältnisses des 4-Methylpenten- Polymers und des Polypropylens im Verhältnis zu 10 Vol.-% Glimmer ist den entsprechenden graphischen Darstellungen der Fig. 1 bis 3 zu entnehmen. Mit dem Anstieg des Polypropylenanteils wird die scharfe Spitze der inneren Verluste bzw. der inneren Dämpfung bei der Glasumwandlungstemperatur vermindert, wobei der absolute Wert vergrößert und demzufolge die Verformbarkeit erhöht wird. Auf der anderen Seite wird der Elastizitätsmodul und das Bindungsvermögen abgeschwächt. Demzufolge beträgt das bevorzugte Volumenverhältnis des 4-Methylpenten- Polymer im Verhältnis zum Polypropylen vorzugsweise 1/2 oder mehr. Dies trifft auch dann zu, wenn anstelle von Polypropylen Polyäthylen oder Polybutylen verwendet wird.

Beispiel 2

Zu diesem Versuch wurden 85 Vol.-% 4-Methylpenten-Polymer (TPX), 10 Vol.-% Polybutylen und 5 Vol.-% Talk, das unter Verwendung eines 400-maschigen Siebes gesiebt wurde, gemischt und zu einer Folie mit einer Dicke von 400 Mikrometern in der gleichen Weise wie beim ersten Beispiel geformt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Folie sind in Tabelle 1 aufgeführt und zeigen, daß sowohl die inneren Verluste bzw. die innere Dämpfung als auch das Bindungsvermögen gesteigert wurden.

Beispiel 3

Es wurde dieselbe Methode wie beim ersten Beispiel angewendet, jedoch wurden 80 Gew.-% 4-Methylpenten-Polymer (TPX) als Grundmaterial und eine Mischung aus 16 Gew.-% flockenförmigen Graphits mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 10 Mikrometern und 4 Gew.-% Glimmer mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 40 Mikrometern als Verstärkung einer Folie mit einer Dicke von 150 Mikrometern hergestellt. Die aus der Änderung des Mischungsverhältnisses des Graphit und des Glimmer resultierende Änderung des Elastizitätsmoduls ist in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 4 dargestellt, woraus zu entnehmen ist, daß bei einem Anteil von 10 bis 30 Gew.-% Glimmer im Vergleich zum flockenförmigen Graphit äußerst wirksam ist.

Als Grundwerkstoff hat sich die Verwendung von Olefinharz als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Dichte und die Biegesteifigkeit im Vergleich zu anderen Harzen erwiesen, so daß ein hoher Klangdruckpegel und eine niedrige harmonische Verzerrung erzielt werden kann.

Die in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 5 dargestellte Frequenzcharakteristik eines Membranwerkstoffes für einen 10 cm-Lautsprecher, der aus einer im dritten Beispiel beschriebenen Folie hergestellt wurde, zeigt, daß die Membran einen breiten Wiedergabe-Frequenzbereich bei niedriger harmonischer Verzerrung gewährleistet und daß sich somit die Verwendung des Olefinharz als wirksam erweist.

Beispiel 4

Nach demselben Verfahren wie beim ersten Beispiel angewendet, jedoch unter Verwendung einer Mischung aus 50 Gew.-% 4-Methylpenten-Polymer (TPX) und 25 Gew.-% Polypropylen (F301J hergestellt und vertrieben von der Firma Ube Industries, Ltd., Japan) sowie einer Mischung aus 22 Gew.-% flockenförmigem Graphit (mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 10 Mikrometer) und 3 Gew.-% Glimmer (mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 40 Mikrometer), wurde eine zusammengesetzte Folie mit einer Dicke von 160 Mikormetern hergestellt.

Die so zubereitete Folie wurde anschließend ca. 7 bis 8 Sekunden lang mit Infrarot-Dunkelstrahlen erhitzt und nach der Erweichung vakuumgeformt. Die physikalischen Eigenschaften der Folie sind in Tabelle 1 aufgelistet und dabei wurde herausgefunden, daß die Folie einen ausgezeichneten Elastizitätsmodul, spezifischen Elastizitätsmodul und eine ausgezeichnete Biegesteifigkeit im Vergleich zu einer Folie, bei der lediglich Graphit oder Glimmer als Verstärkung verwendet wurde, besitzt. Die Frequenz-Charakteristik eines 12 cm Lautsprechers mit einer nach diesem Beispiel hergestellten Folie ist in der graphischen Darstellung gemäß Fig. 6 dargestellt, woraus zu entnehmen ist, daß die Verzerrung niedriger ist als die einer Polypropylen-Membran und daß der Wiedergabe-Frequenzbereich angehoben wird.

Beispiel 5

Es wurde dasselbe Verfahren wie im ersten Beispiel angewendet, jedoch unter Anwendung einer Mischung von 35 Gew.-% 4-Methylpenten-Polymer und 45 Gew.-% Polypropylen als Grundwerkstoff und einer Mischung aus 5 Gew.-% flockenförmigem Graphit und 15 Gew.-% Glimmer als Verstärkung, woraus eine zusammengesetzte Folie mit einer Dicke von 100 Mikrometern hergestellt wurde.

Die so zubereitete Folie wurde anschließend mehrere Sekunden lang erhitzt, indem sie zwischen teflonbeschichteten und auf 220°C erhitzte Platten geschichtet wurde und nachdem sie erweicht wurde, einem Kaltpreßvorgang unterzogen wurde. Die physikalischen Eigenschaften der so hergestellten Folie sind in Tabelle 1 aufgeführt. Ein daraus hergestellter Hochtourenkegel mit einem Durchmesser von 40 mm weist eine niedrige Verzerrung und eine hohe Grenzfrequenz, die um ca. 2 kHz erhöht werden konnte, im Vergleich zu einem aus einer Polypropylen-Folie hergestellten Lautsprecher auf.

Beispiel 6

Unter Anwendung desselben beim ersten Beispiel angewendeten Verfahrens, jedoch unter Verwendung von 80 Gew.-% 4-Methylpenten-Polymer (TPX) als Grundwerkstoff und einer Mischung aus 10 Gew.-% flockenförmigem Graphit mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 45 Mikrometern und 10 Gew.-% Talk mit wenigen Mikrometern durchschnittlicher Partikelgröße als Verstärkung wurde eine zusammengesetzte Folie mit einer Dicke von 160 Mikrometern hergestellt. Die so bereitete Folie wurde anschließend unter Verwendung eines Infrarot-Dunkelstrahlers erhitzt und nach Erweichung einem Kaltpreßformvorgang unterworfen, um eine Vibrationsmembran für einen 10 cm Lautsprecher zu formen. Der bei diesem Beispiel verwendete verwendete Talk weist zwar ein hohes Elastizitätsmodul auf, ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß er eine hohe Dichte aufweist. Auf der anderen Seite wiegt der Vorteil des Graphit trotz seines nicht so hohen Elastizitätsmoduls den Vorteil auf, daß seine Dichte niedrig ist und er die inneren Verluste bzw. die innere Dämpfung erhöht. Durch Verwendung beider Materialien als Versteifungsmaterial konnte ein zusammengesetzter Film mit hohem Elastizitätsmodul und hoher innerer Dämpfung erzielt werden. Die physikalischen Eigenschaften dieses Filmes sind in der Tabelle 1 aufgeführt, während die Frequenz-Charakteristik eines 10 cm Lautsprechers der graphischen Darstellung gemäß Fig. 7 zu entnehmen ist. Im Vergleich zum Polypropylen konnte der Wiedergabe- Frequenzbereich bei niedriger harmonischer Verzerrung erhöht werden.

Beispiel 7

Mit dem im ersten Beispiel angewendeten Verfahren, jedoch unter Verwendung einer Mischung aus 50 Gew.-% 4-Methylpenten-Polymer (TPX) und 20 Gew.-% Polypropylen (hergestellt und vertrieben von der Firma Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., Japan) als Grundwerkstoff und einer Mischung aus 25 Gew.-% flockenförmigem Graphit und 5 Gew.-% Talk als Verstärkungsmaterial, wurde ein entsprechender Film hergestellt.

Die physikalischen Eigenschaften dieses Filmes sind der Tabelle 1 zu entnehmen, wobei festgestellt wurde, daß durch Verwendung des mit dem Polymer vermischten Polypropylen die Filmformungseigenschaften und die Formbarkeit des Filmes merkbar verbessert werden konnten.

Die Lautsprecher-Charakteristik der aus diesem Film hergestellten Membran war so, daß eine Wiedergabe über einen weiten Frequenzbereich erzielt werden konnte.

Beispiel 8

Bei diesem Beispiel wurde 4-Methylpenten-Polymer (TPX) in Kohlenstofftetrachlorid aufgelöst und das daraus resultierende Zwischenprodukt in Methanol extrudiert, um daraus Spinnfasern herzustellen. Die Spinnfasern wurden anschließend durch eine wäßrige Polyvinyl-Alkohol- Lösung geleitet, um ihnen hydrophile Eigenschaften zu verleihen und anschließend wurden sie zum Fibrilieren einem Mahlprozeß unterzogen, um daraus eine synthetische Masse zu formen. Als synthetische Polyäthylen-Masse wurde SWP (E-620) verwendet, das von der Firma Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., Japan, hergestellt und vertrieben wird.

Unter Verwendung einer Mischung aus 30 Gew.-% der synthetischen 4-Methylpenten-Polymer-Masse und 55 Gew.-% synthetischen Polyäthylen-Masse als Grundwerkstoff und 15 Gew.-% Glimmer (das mit einem 325-maschigen Sieb gesiebt wurde) als Verstärkungsmaterial wurde eine zusammengesetzte Folie mit einer Dichte von 0,46 g/cm³ durch gleichförmiges Vermischen des Grundwerkstoffes und des Verstärkungsmaterials in Verbindung mit der Verwendung einer Mahlvorrichtung und anschließender Papierformung der Mischung unter Verwendung einer Papierformungsmaschine hergestellt. Die so zubereitete Folie wurde anschließend für ca. 10 Sekunden unter Verwendung eines Infrarot-Dunkelstrahlers erhitzt und nach dem Erweichen einem Kaltpreßvorgang zum Formpressen einer Membran vorbestimmter Form unterworfen. Die physikalischen Eigenschaften dieser Folie sind in der Tabelle 1 aufgeführt, woraus zu entnehmen ist, daß diese Folie eine besonders ausgezeichnete Biegesteifigkeit aufweist und bei ihrer Anwendung eine Steigerung des Widerstandes gegenüber wachsender Eingangsleistung und eine niedrige Verzerrung erzielt werden kann.

Tabelle 1

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß eine nach dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung hergestellte Membran für Lautsprecher eine hohe innere Dämpfung bzw. hohe innere Verluste aufweist (die innere Dämpfung von Papier beträgt 0,030), eine niedrige Dichte und einen hohen Elastizitätsmodul. Aus diesem Grunde ist nicht nur ein Lautsprecher mit einer flachen Frequenzcharakteristik erreichbar, sondern auch ein Lautsprecher mit hoher Effizienz über einen weiten Wiedergabe- Frequenzbereich bei ausgezeichneter Wasser- und Verwitterungsbeständigkeit. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Materials besteht darin, daß es problemlos thermisch verformbar ist.

Vorstehend wurde ein Membranmaterial zur Herstellung von Lautsprechern dargestellt, das einen Grundwerkstoff aus Olefinharz und ein Verstärkungsmaterial in Form eines flockenförmigen Materials enthält. Der Grundwerkstoff besteht aus 4-Methylpenten-Polymer mit oder ohne Zusatz eines der anderen Olefinharze als des 4-Methylpenten- Polymers. Das flockenförmige Material besteht aus flockenförmigem Graphit, Glimmer oder Talk oder einer Mischung daraus.

Claims

1. Membranwerkstoff für Lautsprecher, der ein 4-Methylpenten- Polymer im Grundmaterial und ein Verstärkungsmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial eine Mischung aus 4-Methylpenten-Polymer und Polypropylen in einem Mischungsverhältnis von 30-70 Gew.-% enthält, wobei das Mischungsverhältnis vom Gewicht des 4-Methylpenten- Polymer abhängt, und daß das Verstärkungsmaterial ein flockiger Stoff ist.

2. Membranwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flockenförmige Verstärkungsmaterial aus einer Mischung aus Glimmer und flockenförmigem Graphit mit einem Mischungsverhältnis von 10-25 Gew.-% Glimmer besteht.

3. Membranwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flockenförmige Stoff aus flockenförmigem Graphit, Glimmer und/oder Talk besteht.

4. Membranwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial zwei oder mehr flockenförmige Stoffe enthält.

5. Membranwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flockenförmige Verstärkungsmaterial aus einer Mischung von flockenförmigem Graphit oder Talk besteht.

6. Membranwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial und das Verstärkungsmaterial mittels thermischer Formung in einen Film durch Verwendung eines Extruders miteinander compoundiert sind.

7. Membranwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial und das Verstärkungsmaterial durch Formung einer Mischung entsprechender Massen des Grundmaterials und des Verstärkungsmaterials miteinander compoundiert sind.