DE3540278A1

DE3540278A1 - Membran fuer elektro-akustische wandler

Info

Publication number: DE3540278A1
Application number: DE19853540278
Authority: DE
Inventors: Shuichi Tokio/Tokyo Aoki; Akihiko Haga; Minoru Yamagata Ito; Katsuyoshi Kumagai
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1984-11-14
Filing date: 1985-11-13
Publication date: 1986-05-15
Also published as: DE3540278C2; US4674592A; JPS61118098A

Description

REINHARD SKUHRA · WEISE

PATENTANWÄLTE ■ EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Reinhard · Skuhra ■ Weise · Leopoldstraße 51 ■ D-8000 München 40

DR. ERNST STURM (19S1-198O) DR. HORST REINHARD DIPL-ING. UDO SKUHRA DIPL-ING. REINHARD WEISE

LEOPOLDSTRASSE 51 D-8000 MÜNCHEN 40

TELEFON : 0 89/33 40 TELEX : 5 212 839isard

TELEFAX : 089/340 14 79 (Il + 111) TELEGFIAMM: ISARPATENT

Ihr Zeichen/your ref.

Unser Zeichen/our ref.

Datum/date

13. November 1985

Anmelder : Alpine Electronics Inc.

1-7, Ohtsukacho, Yukigaya, Ohta-ku, Tokio/ Japan

Membran für elektro-akustische Wandler

Die Erfindung betrifft eine Membran zur Verwendung bei elektro-akustischen Wandlern, beispielsweise einem Lautsprecher , einem Mikrophon oder dergleichen.

Membrane für elektro-akustische Wandler, wie beispielsweise ein Lautsprecher oder ein Mikrophon, müssen gewöhnlich die folgender Erfordernisse erfüllen :

(1) Leichtgewichtigkeit

(2) hohe dynamische Elastizität (Elastizitätsmodul E) und einen mäßigen inneren Verlustfaktor (tansgens δ)

(3) eine hohe Verhältniszahl zwischen dem Elastizitätsmodul E und der Dichte S*, d.h., einen hohen spezifischen Modul E/S bzw. eine große Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit

Zu den üblichen Werkstoffen zur Herstellung dieser Membrane gehören :

(a) hauptsächlich diejenigen, die aus Naturfasern, wie beispielsweise Pflanzenfasern, Tierfasern oder Mineralfasern bestehen;

(b) Naturfasern wie zuvor beschrieben, die mit einem thermisch aushärtenden Kunstharz getränkt sind, wie beispielsweise Phenolkunstharz oder Epoxydkunstharz;

(c) Kunststoffplatten, die aus Polypropylen, Polyethylen—Terephthalat, etc. hergestellt sind;

(d) ein metallisches Teil, beispielsweise aus Aluminium oder Titan hergestellt.

Unter den genannten Membranen können die aus den Naturfasern (a) als Hauptbestandteil hergestellten Membranen eine flache Frequenzkennlinie aufgrund ihres großen inneren Verlustfaktors tangens δ liefern, sind jedoch in hohem Maße hygroskopisch und verursachen Schwankungen bei dem Tonklang, die durch Alterung zu einem Schlechterwerden des Tons führen.

Die mit einem thermisch aushärtbarem Kunstharz, wie beispielsweise Phenol oder Epoxydkunstharz, wie oben unter Paragraph (b) beschriebenen Naturfasern , haben weiterhin einen geringen inneren Verlustfaktor tangens δ und eine hohe Dichte S . Dementsprechend muß die Plattendicke verringert werden, um das Gewicht der Membran zu verkleinern, was zu einem Spitzenwert-Senkungsfehler bei der Frequenzkennlinie führt. Obgleich ferner die Membran, die aus Kunst stoff platten, wie beispielsweise aus Polypropylen oder PoIy ethylen-Terephthalat , wie oben unter (c) beschrieben, eine hervorragende Wasserdichtigkeit aufweist, neigen sie zur Bildung einer Deformation in einer Umgebung mit hoher

Temperatur von etwa 100⁰C und erfordern erhöhte Herstellungskosten .

Obgleich weiterhin die Membran, die unter Verwendung von metallischen Aluminium oder Titanbestandteilen gestaltet ist, wie oben unter (d) beschrieben, einen großen Elastizitätsmodul E besitzt, da der innere Verlustfaktor tangens δ klein ist, ist es schwierig, die Resonanz in einem höheren Frequenzbereich zu dämpfen. Die Verformbarkeit des Materials ist im Hinblick auf die Verschlechterung der Verarbeitbarkeit begrenzt, und die Kosten liegen extrem hoch.

Wie zuvor beschrieben, sind die oben genannten Werkstoffe (a) - (d) als Werkstoff zur Herstellung der Membranen zur Verwendung bei elektro-akustischen Wandlern nicht geeignet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Membran zur Verwendung für elektro-akustische Wandler verfügbar zu machen, die die dargestellten Vorteile von Naturfasern aufweist und bei der die Nachteile von Naturfasern kompensiert sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichnenden Merkmale gelöst.

Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen .

Durch die Erfindung wird in günstiger Weise eine Membran für elektro-akustische Wandler verfügbar gemacht, die vorteilhaft keine Nadelstiche aufweist und vollständig wasserdicht ist, die in vorteilhafter Weise befriedigend verarbeitbar ist, in ihren Herstellungskosten verringert ist und die zudem vorteilhaft in der Lage ist, eine flache Frequenzkennlinie in einem hochfrequenten Bereich zu erzielen. Vorteilhaft besitzt die Membran große physikalische

Eigenschaftswerte, wie beispielsweise einen hohen Elastizitätsmodul E, einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul E/g und eine große Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit J E/g . Die Membran zur Verwendung für elektro-akustische Wandler besteht in günstiger Weise aus einer Laminatschicht, die durch Auflaminieren eines Polyamidkunstharzes auf einen nur oder hauptsächlich aus Naturfasern bestehenden Membranhauptkörper hergestellt ist, und aus einer synthetischen Kunstharzüberzugsschicht, die auf der Oberfläche der Laminatschicht gebildet ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigt :

Figur 1 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Membran zur Verwendung bei einem elektro-akustischen Wandler gemäß der Erfindung ;

Figur 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts innerhalb eines Kreises A in Figur 1;

Figur 3 eine Querschnittsansicht, die den Schritt zur Herstellung der oben gezeigten Ausbildungsform veranschaulicht;

Figur 4 eine Querschnittsansicht für das Stadium, bei dem eine Kunststoffolie auf den Membranhauptkörper laminiert wird; und

Figur 5 ein Kennliniendiagramm der entsprechenden Schalldruck-Frequenzkennlinie für die Membran, die aus Polyethylen Terepthalat Naturfaser gemäß der Erfindung hergestellt worden ist.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf mehrere Ausführungsbeispiele zusammen mit dem Herstellungsschritt in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.

Figur 3 zeigt eine Vorrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel , das zur Durchführung dieser Erfindung verwendet worden ist. Die Vorrichtung 1 weist eine untere Ziehform 2 und eine obere Ziehform 3 auf, welche zu der unteren Ziehform 2 paßt. Die untere Ziehform 2 weist an ihrer Innenseite eine Aufnahmeausnehmung 2b auf, die auf die Form eines gewünschten Membranhauptkörpers 4 abgestimmt ist und die mit einer Saugöffnung 2a in Verbindung steht, während die obere Ziehform 3 an ihrer Innenseite eine Luftzuführausnehmung 3b aufweist, welche in Verbindung mit einer Luftzuführöffnung 3a steht, die mit einem Druckgas, wie beispielsweise Druckluft,versorgt wird. Der Membranhauptskörper 4 besteht beispielsweise aus einem konischen Papier, das aus Naturfasern mittels eines Papierherstellungsverfahrens oder durch Spinnen der Naturfasern unter Zusatz von synthetischen oder halbsynthetischen Kunstharz hergestellt worden ist.

Auf dem Membranhauptkörper 4 ist eine Laminatschicht 5 gebildet, die aus einer wasserdichten und hitzebeständigen Kunststoffolie besteht, wie beispielsweise aus thermoplastischem Polyamidkunstharz. Eine synthetische Kunstharzüberzugsschicht 6 ist auf der Oberfläche der Laminatschicht 5 gebildet. Die synthetische Kunstharzüberzugsschicht 6 besteht beispielsweise aus einem nitrozelluloseartigem Lacküberzugsanstrich, der eine hohe Oberflächenhärte aufweist.

Für die Herstellung der Membran 7, wird der Membranhauptkörper 4 in die Aufnahmeausnehmung 2b der unteren Ziehform beim ersten Verfahrensschritt eingeschlossen, und es wird eine Polyamidkunstharzfolie 5a als wasserdichtes und hitzebeständiges thermoplastisches Material zur Bildung der Laminatschicht 5 darüber zwischen der unteren Ziehform 2 und der oberen Ziehform 3 angeordnet.

Danach wird die Folie 5a beim zweiten Verfahrensschritt erhitzt, um sie auf einen ausgewählten Erweichungspunkt weichzumachen.

Weiterhin wird die obere Ziehform 3 an der unteren Ziehform 2 befestigt, wobei die Folie 5a zwischen der oberen Ziehform 3 und der unteren Ziehform 2 im dritten Verfahrensschritt angeordnet wird. Während die obere Ziehform 3 üblicherweise auf die untere Ziehform 2 abgesenkt wird, kann in diesem Fall auch die untere Ziehform 2 relativ zu der oberen Ziehform 3 nach oben bewegt werden.

Dann wird beim dritten Verfahrensschritt unter Verwendung einer Vakuumpumpe oder der-gleichen Luft zum Entleeren der Aufnahmeausnehmung 2b der unteren Ziehform 2 an der Abgrenzung der Folie 5a durch die Saugöffnung 2a angesaugt und unter Verwendung eines Kompressors oder dergleichen Druckluft in das Innere der oberen Ziehform 3 durch die Druckluftöffnung 3a zu der Abgrenzung der Folie 5a zugeführt, wobei die durch Erwärmen erweichte Folie 5a zur Bildung einer Laminatschicht 5 auf der oberen Fläche des Membranhauptkörpers 4 deformiert wird.

Dann wird als fünfter Verfahrensschritt zur Herstellung der Membran 7 die synthetische Kunstharzüberzugsschicht gebildet.

Beispiel 1

Zunächst wird ein Membranhauptkörper 4, der unter Verwendung von Zellstoffasern UKP20'SR als Naturfaser zu einer konischen Form von etwa 30 - 400 um Dicke geformt ist, in das Innere der Aufnahmeausnehmung 2b der unteren Ziehform 2 eingesetzt, während eine Polyamidkunstharzfolie 5a von 20 - 50 um Dicke darüber zwischen der oberen Zieh-

form 3 und der unteren Ziehform 2 angeordnet und mittels eines Erhitzers mehrere Sekunden lang auf eine Temperatur von etwa 150 ⁰C zum Erweichen erhitzt wird. Dann wird das Innere der Aufnahmeausnehmung 2b durch Absaugen durch die Saugöffnung 2a der unteren Ziehform 2 mit einem Saugdruck entleert, beispielsweise bei etwa 20 cmHg, während Druckluft C der Innenseite der Druckversorgungsöffnung 3a der oberen Ziehform 3 unter Druck unter Verwendung eines Kompressors zugeführt wird, um eine Polyamidkunstharzfolie 5a von etwa 20 μπι Dicke auf die obere Fläche des Membranhauptkörpers 4 zur Bildung der Laminatschicht 5 zu laminieren. Dann wird eine synthetische Überzugsschicht 6 von etwa 100 μπι Dicke, die aus einem nitrozelluloseartigem Lacküberzug besteht, durch Sprühbeschichten auf die Oberfläche der auf diese Weise auf dem Membranhauptkörper 4 gebildeten Laminatschicht 5 hergestellt, um eine Membran 7 zu produzieren.

Bei diesem Beispiel wurde die Dicke der Polyamidkunstharzfolie 5a innerhalb eines Bereichs von 20 - 50 μπι gewählt. Wenn die Folie 5a mit einer Dicke von weniger als 20 μπι auf den Membranhauptkörper 4 laminiert ist, ist sie nicht für den Fall einer tiefen Form geeignet, da sich die Folie 5a selbst verlängert bzw. ausdehnt. Wenn demgegenüber eine Folie 5a mit einer Dicke von mehr als 50 μπι auf den Membranhauptkörper 4 laminiert ist, wird das Gewicht der Membran 7 erhöht, was die Empfindlichkeit verschlechtert, wodurch sie für die Verwendung unbrauchbar wird.

Beispiel 2

Zunächst wird ein Membranhauptkörper 4, der unter Verwendung von Zellstoffasern UKP20'SR als Naturfaser in eine konische Form mit einer Dicke von etwa 30 - 400 μπι gebracht ist, in das Innere der Aufnahmeausnehmung 2b der unteren

Ziehform 2 eingesetzt, während eine Polyamidkunstharzfolie 5a mit einer Dicke von 20 - 50 μπι darüber zwischen der oberen Ziehform 3 und der unteren Ziehform 2 angeordnet und zum Erweichen mittels eines Erhitzers einige Sekunden lang auf eine Temperatur von etwa 15O⁰C erwärmt wird. Dann wird das Innere der Aufnahmeausnehnaung 2b mit einem Unterdruck versehen, indem durch die Saugleitung 2a der unteren Ziehform 2 mit einem Saugdruck von beispielsweise 20 cmHg abgesaugt wird, während in das Innere der Druckzuführungsöffnung 3a der oberen Ziehform 3 unter Druck Druckluft unter Verwendung eines Kompressors eingeführt wird, um eine Polyamidkunstharzfolie 5a von etwa 20 μπι Dicke auf die obere Oberfläche des Membranhauptkörpers 4 zu laminieren, wodurch die Laminatschicht 5 gebildet wird. Dann wird eine synthetische Überzugsschicht 6 von etwa 100 μπι Dicke, die aus einem Venylacetatkunststoff besteht, durch Spraybeschichten auf die Oberfläche der Laminatschicht 5 aufgebracht, um auf den Membranhauptkörper 4 zur Herstellung einer Membran 7 gebildet zu werden.

Dann werden die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Dichte 3 ι der Elastizitätsmodul E, der innere Verlustfaktor tangens 6, die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit y E/S und dergleichen,für die Membran 7 bei der Verwendung in Lautsprechern, die auf diese Weise erhaltenen Beispiele 1 und 2 verglichen mit einer Membran, die nur aus Zellstoffasern ÜKP20'SR als Naturfaser ohne Laminat, einer üblichen Membran, die durch Laminierung eines Polyamidkunstharzes mit einer Dicke von 40 μπι auf die Zellstof fasern UKP20'SR als Naturfaser ohne Aufbringen einer Laminierung hergestellt worden ist, eine übliche Membran, die durch Laminierung eines Polyamidkunstharzes mit einer Dicke von 40 μπι auf Zellstoffasern UKP20'SR als Naturfaser gebildet worden ist, und mit einer üblichen Membran zur Verwendung in Lautsprechern, die unter Verwendung von 100 Gewichts-%

Polypropylen und 100 Gewichts-% Polyethylen Terephthalat als Kunststoffe hergestellt worden ist. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

\ physikalische \Eigenschaf- ^"\ten Membran ^s.	Dichte (g/cm³)	Elastizi tätsmodul E χ 10¹⁰ (dyn/cm")	Innerer Verlust faktor tangens δ χ 10-²	Vorpfanzungj geschwindig keit E/f χ 10⁵ (cm/sec)
UKP20'SR Zellstoffasern	0,60	2,0	5,0	1,8
ÜKP20'SR Zellstoffasern, gebildet mit einer laminierten Folie aus Polyamidkunst harz mit einer Dicke von 40 um	0,63	2,1	5,5	1,8
Polypropylen 100 Gewichts-%	0,90	1,8	9,0	1,4
Polyethylen Terephthalat 100 Gewichts-%	1 ,40	4,5	2,0	1,8
Beispiel 1	0,70	2,8	5,2	2,0
^: Beispiel 2 L-	0,72	1,5	6,0	1,4

Wie aus der obigen Tabelle 1 zu entnehmen ist, ist die Dichte der Membran in den Beispielen 1 und 2 geringfügig größer als die Dichte von 0,60 (g/cm³) und 0,63 (g/cm³) bei den Membranen, die aus den UKP20'SR Zellstoffasern als neutrale Faser bestehen und die Membran mit einem

Membranhauptkörper aus UKP20'SR Zellstoffaser, der nur mit einer Polyamidkunstharzlaminatschicht von 40 um Dicke gebildet ist. Die Dichte der Membranen in den Beispielen

1 und 2 ist jedoch erheblich niedriger als die Dichte von 0,90 (g/cm³) und 1,40 (g/cm³) der üblichen Membran, die aus Polypropylen oder Polyethylen-Terephthalat hergestellt ist, und die Membranen der Beispiele 1 und 2 sind demzufolge in ihrem Gewicht im großen Maße verringert.

Die Membran des Beispiels 1 gemäß der Erfindung weist einen großen Elastizitätsmodul von 2,8 χ 10¹⁰ (dyn/cm²) im Vergleich mit dem Elastizitätsmodul von 1,8 χ 10¹⁰ (dyn/cm³) der üblichen Membran auf, die aus Polypropylen gebildet ist. Während der innere Verlustfaktor tangens & der üblichen Membran, die aus Polyethylen-Terephthalat gebildet ist, 2,0 χ 10~2 beträgt, ist der innere Verlustfaktor bei

den Membranen der Beispiele 1 und 2 gemäß der Erfindung

-2 -2

5,2 χ 10 und 6,0 χ 10 , was erheblich größer ist.

Bei dem Beispiel 1 beträgt die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit J Έ,/S 2,0 χ 10 (cm/sec) und beim Beispiel 2 1,4 χ 10 (cm/sec). Die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit ist beim Beispiel 1 deutlich größer als bei irgendeinem üblichen in Tabelle 1 gezeigten Produkt, und die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit beim Beispiel

2 ist so groß wie die der aus Polypropylen hergestellten üblichen Membran.

Da weiterhin die Membran gemäß der Erfindung durch Aufbringen einer Laminatschicht 5 hergestellt ist, die aus eine Polyamidkunstharzfolie 5a besteht, welche auf die obere Fläche des UKP20'SR Zellstoffasern als Naturfasern hergestellten Membranhauptkörpers 4 gebildet igt, und da weiterhin an dessen Oberfläche eine synthetische Kunstharzüberzugsschicht aufgebracht ist, die aus einem nitrozelluloseartigem Lacküberzugsanstrich oder eine.m Venylacetat-Kunstharz besteht, werden Nadelstiche vollständig eliminiert/ um eine zufriedenstellende Wasserdichtigkeit

zu erreichen ,die nicht bei der üblichen nur aus Naturfasern bestehenden Membran oder bei den üblichen Membranen erhalten werden kann, die lediglich die Polyamid-Kunstharzlaminatschicht zu dem aus Naturfasern hergestellten Membranhauptkörper 4 bilden. Die erfindungsgemäße Membran weist auch eine hervorragende Gesamtoberfläche auf und zeigt weiterhin eine Hitzebeständigkeit, selbst bei einer hohen Temperatur von 100⁰C.

Weiterhin kann die Membran 7 in dem Beispiel 1 gemäß der Erfindung eine aus Naturfasern hergestellten Membranen immanente flache Frequenzkennlinie A im Vergleich mit der üblichen Frequenzkennlinie B einer Membran erreichen, die aus 100 % Polyethylen-Terephthalat hergestellt ist, wie in den Schalldruck-Frequenzkennlinien in Figur 5 dargestellt ist.

Obgleich bei den Beispielen 1 und 2 eine Erklärung für den Fall des Laminierens der thermoplastischen Folie 5a auf die obere Oberfläche des Membranhauptkörpers 4 gegeben worden ist, kann die Hitzebeständigkeit und die Wasserdichtigkeit der Kunststoffolie 5a selbstverständlich auf die untere Oberfläche und/oder die obere Oberfläche des Membranhauptkörpers 4 durch Anordnen der Folie 5a unterhalb des Membranhauptkörpers 4 und durch Verschließen derselben in die Aufnahmeausnehmung 2b der unteren Ziehform 2 und durch Abstimmen der oberen Ziehform 3 relativ zu der unteren Ziehform 2 laminiert werden.

Da,wie oben beschrieben, die Laminatschicht durch Laminieren des Polyamidkunstharzes auf den Membranhauptkörper gebildet ist, der allein oder hauptsächlich aus Naturfasern besteht, und da weiterhin die synthetische Kunstharzüberzugsschicht auf die Oberfläche der Laminatschicht gemäß dieser Erfindung aufgebracht wird, ist sie als Material zur Bildung einer nadelstichfreien Membran geeignet, die eine befriedigende

ΊΗ

Wasserdichtigkeit zeigt und nicht die physikalischen Eigenschaften beeinträchtigt, wie beispielsweise die Schallausbreitungsgeschwindigkeit V E/S über die gesamte Membran, die Naturfasern immanent ist. Da weiterhin im Unterschied zu einer üblichen Membran, die aus einem Metallelement gebildet ist, die Membran allein durch Laminieren des Membranhauptkörpers innerhalb der Ziehform hergestellt werden kann und danach die synthetische Kunstharzüberzugsschicht auf die Oberfläche der Laminatschicht aufgebracht werden kann, kann die Membran problemlos hergestellt werden, kann die Herstellungsarbeit erleichtert werden, wird die Produktionsmenge nicht verschlechtert und werden die Kosten verringert.

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Claims

Patentansprüche

Membran zur Verwendung in einem elektro-akustischen

Wandler,

gekennzeichnet durch einen Membrankörper (4) aus einem Gewebematerial, wobei zu dem Gewebematerial Naturfasern gehören; eine Polyamidkunstharzschicht (5), die über den Membrankörper (4) laminiert ist; und durch eine synthetische Kunstharzschicht (6), die über die Polyamidkunstharzschicht (5) aufgetragen ist.
2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die synthetische Kunstharzschicht (6) einen nitrozelluloseartigen Lacküberzug aufweist.
3. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetische Kunstharzschicht (6) einen Venylacetatkunstharz aufweist.