DE3840705A1 - DIAPHRAGMA FOR AN ACOUSTIC DEVICE - Google Patents

DIAPHRAGMA FOR AN ACOUSTIC DEVICE

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DE3840705A1
DE3840705A1 DE19883840705 DE3840705A DE3840705A1 DE 3840705 A1 DE3840705 A1 DE 3840705A1 DE 19883840705 DE19883840705 DE 19883840705 DE 3840705 A DE3840705 A DE 3840705A DE 3840705 A1 DE3840705 A1 DE 3840705A1
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Hideo Odajima
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    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
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    • HELECTRICITY
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Abstract

A diaphragm for acoustic equipment wherein a surface-hardened layer of SiC film is formed, eg by vapour deposition, on the surface of a diaphragm substrate comprising a full or glassy carbonaceous layer. The diaphragm has superior acoustic characteristics by utilising the superior physical characteristics of carbon and can be used effectively as a diaphragm for digital-audio equipment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diaphragma für ein akustisches Gerät. Sie betrifft insbesondere ein Diaphragma für ein akustisches Gerät mit überlegenen akustischen Eigenschaften, z.B. ein Diaphragma für Lautsprecher und Mikrophone, weil es auf Grund seiner größeren Härte, größeren Festigkeit, höheren Elastizität und des sehr leichten Gewichtes im Vergleich zu den üblichen Diaphragma Materialien für diese Zwecke besser geeignet ist.The present invention relates to a diaphragm for a acoustic device. It particularly affects a diaphragm for an acoustic device with superior acoustic Properties, e.g. a diaphragm for speakers and Microphones because of its greater hardness, greater strength, higher elasticity and the very light weight compared to the usual diaphragm Materials are more suitable for these purposes.

Im allgemeinen soll ein Diaphragma für Lautsprecher (Lautsprechermembran) und dergleichen folgenden Anforderungen genügen:In general, a diaphragm for loudspeakers (Speaker diaphragm) and the like following Requirements met:

  • 1. es soll eine kleine Dichte haben;1. it should have a low density;
  • 2. das Young′s Modul ist klein;2. the Young's module is small;
  • 3. die Fortpflanzungsgeschwindigkeit für longitudinale Wellen ist hoch;3. the reproductive rate for longitudinal Waves is high;
  • 4. der inner Vibrationsverlust ist ausreichend groß.4. The internal vibration loss is sufficiently large.

Die FormelThe formula

V = (E / rho)1/2 V = ( E / rho) 1/2

(worin V die Schallgeschwindigkeit, E das Young′s Modul und rho die Dichte bedeutet), erfordert ein Material mit einer geringen Dichte und einem hohen Young′s-Modul, um die Schallgeschwindigkeit zu erhöhen.(where V is the speed of sound, E is the Young's module and rho the density), requires a material with a low density and a high Young's module to increase the speed of sound.

Bisher hat man als akustische Diaphragmen mit hohem Young′s Modul solche angewendet, bei denen Leichtmetalle wie Aluminium, Titan, Magnesium, Beryllium, Bor etc. verwendet wurden.So far you have acoustic diaphragms with high young's Module applied those where light metals like Aluminum, titanium, magnesium, beryllium, boron etc. are used were.

Akustische Diaphragmen, bei denen man Aluminium, Titan, Magnesium etc. verwendet, sind hinsichtlich des spezifischen Young′s-Moduls E/rho unbefriedigend und akustische Diaphragmen, bei denen man Beryllium, Bor etc. verwendet, haben ein großes spezifisches Young′s-Modul, aber diese Materialien sind außerordentlich teuer und auch nur sehr schwierig technisch zu bearbeiten und dadurch sind die Kosten im Vergleich zu der Verwendung anderer Materialien sehr hoch.Acoustic diaphragms using aluminum, titanium, magnesium etc. are unsatisfactory with regard to the specific Young's module E / rho and acoustic diaphragms using beryllium, boron etc. have a large specific Young’s Module, but these materials are extremely expensive and very difficult to machine technically and therefore the costs are very high compared to the use of other materials.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Diaphragma mit überlegenen akustischen Eigenschaften, bei dem man die überlegenen physikalischen Eigenschaften dadurch erzielt, daß man Kohlenstoff im Hinblick auf die Nachteile der üblichen Diaphragma-Materialien verwendet.The present invention relates to a diaphragm superior acoustic properties, in which the superior physical properties achieved by that one carbon in view of the disadvantages of usual diaphragm materials used.

Es ist bekannt, daß Kohlenstoff in kristalliner Form wie bei Diamanten oder in Graphit und in einer nichtkristallinen Form wie in Ruß, Holzkohle etc. vorkommt und sehr weite physikalische und chemische Eigenschaften aufweist.It is known that carbon in crystalline form like for diamonds or in graphite and in one  non-crystalline form such as occurs in soot, charcoal, etc. and very broad physical and chemical properties having.

Der Erfinder hat deshalb große Anstrengungen unternommen um verschiedene funktionelle Charakteristika zu erzielen und diese Materialien entsprechend den gewünschten Funktionen zu kombinieren. Der Erfinder hat bereits ein Verfahren zur Herstellung eines vollständig aus Kohlenstoff aufgebauten Diaphragmas erfunden, bei dem man eine Mischung aus wärmehärtbarem Harz und Kohlenstoffpulver als Rohmaterial zu einem Film verformt und den Film dann in Diaphragmaform bringt und ihn in einer inerten Atmosphäre sintert. Dies wird in der JP-OS 6 01 21 895 beschrieben. Weiterhin hat der Erfinder ein Verfahren zur Herstellung eines Diaphragmas aus glasförmigem Kohlenstoff erfunden, bei dem man lediglich ein wärmehärtbares Harz als Rohmaterial verwendet. Dies wird in der JP-OS 61 65 596 beschrieben. Obwohl Diaphragmen unter Anwendung der vorgenannten Erfindungen technisch leicht hergestellt werden können und bereits überlegene physikalische Eigenschaften aufweisen, beruht die vorliegende Erfindung darauf, die physikalischen Eigenschaften dieser Diaphragmen noch zu verbessern. Es ist nunmehr gelungen, ein Diaphragma mit überlegenen Eigenschaften im Vergleich zu solchen Diaphragmen, bei denen lediglich ein Film der vollständig aus Kohlenstoff aufgebaut ist, verwendet wird, herzustellen, indem man einen SiC-Film aus einer Gasphase auf die Oberfläche eines Diaphragmamaterials, das vollständig aus kohlenstoffhaltigem Film aufgebaut ist, verdampft. SiC weist eine sehr hohe Fortpflanzungsgeschwindigkeit von 11 000 m/sek. auf. Die bekannten Synthesemethoden zum Verdampfen eines SiC-Films aus einer Gasphase schließen die thermische CVD-Methode, die Laser-CVD-Methode, die Plasma-CVD-Methode etc. ein, wobei man alle diese Methoden bei der vorliegenden Erfindung anwenden kann. Der Wärmeausdehnungskoeffizient eines SiC-Films ist vorzugsweise gleich oder ähnlich dem eines Films, der vollständig aus Kohlenstoff besteht. Der Wärmeausdehnungskoeffizient aus SiC ist 3,5 bis 5,5× 10-6/°C, während der von glasförmigem Kohlenstoff 2 bis 3,5×10-6/°C ist und bei einem Kohlenstoff/Kohlenstoffverbundmaterial aus Kohlenstoffpulver kann er im Bereich von 3 bis 5×10-6 je nach der Menge des zugegebenen Kohlenstoffpulvers liegen. Bei der Methode zur Herstellung von SiC gibt es einige Fälle, bei denen der Wärmeausdehnungskoeffizient eines kohlenstoffhaltigen Substrates angepaßt werden muß, indem man das Mischungsverhältnis von Kohlenstoffpulver in optimaler Weise wählt.The inventor has therefore made great efforts to achieve various functional characteristics and to combine these materials according to the desired functions. The inventor has already invented a method for producing a diaphragm made entirely of carbon, in which a mixture of thermosetting resin and carbon powder as a raw material is molded into a film, and then the film is brought into diaphragm form and sintered in an inert atmosphere. This is described in JP-OS 6 01 21 895. Furthermore, the inventor invented a method for manufacturing a glass carbon diaphragm using only a thermosetting resin as a raw material. This is described in JP-OS 61 65 596. Although diaphragms can be easily manufactured technically using the aforementioned inventions and already have superior physical properties, the present invention is based on still improving the physical properties of these diaphragms. It has now been possible to produce a diaphragm with superior properties compared to those using only a film made entirely of carbon by applying a SiC film from a gas phase onto the surface of a diaphragm material which is made completely is built up from carbon-containing film, evaporates. SiC has a very high reproductive speed of 11,000 m / sec. on. The known synthetic methods for evaporating an SiC film from a gas phase include the thermal CVD method, the laser CVD method, the plasma CVD method, etc., all of which can be used in the present invention. The coefficient of thermal expansion of an SiC film is preferably the same as or similar to that of a film made entirely of carbon. The thermal expansion coefficient made of SiC is 3.5 to 5.5 × 10 -6 / ° C, while that of glassy carbon is 2 to 3.5 × 10 -6 / ° C, and for a carbon / carbon composite made of carbon powder, it can be in the range from 3 to 5 × 10 -6 depending on the amount of carbon powder added. In the method for producing SiC, there are some cases where the coefficient of thermal expansion of a carbon-containing substrate has to be adjusted by optimally selecting the mixing ratio of carbon powder.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beispiele erläutert, wobei diese Beispiele nicht limitierend auszulegen sind.The invention is illustrated below using the examples explained, these examples are not limiting are to be interpreted.

Beispiel 1:Example 1:

4 Gew.% einer 50%igen flüssigen p-Toluolsulfonsäure in Methanol wurde als ein Härter zu 100 Gew.% eines Anfangskondensates aus Furylalkohol/Furfurolharz gegeben (UF-302 hergestellt von HITACHI KASEI CO. LTD.). Nach gründlichem Rühren mit einem Hochgeschwindigkeitsmischer wurde die Mischung mit einem Doktorrakel auf ein Blatt aufgetragen und vorgehärtet unter Erhalt eines forgeformten Blattes im B-Stadium. 4% by weight of a 50% liquid p-toluenesulfonic acid in Methanol was 100% by weight of a hardener Initial condensates made of furyl alcohol / furfural resin (UF-302 manufactured by HITACHI KASEI CO. LTD.). To stir thoroughly with a high speed mixer was the mixture with a doctor blade on a sheet applied and pre-hardened to obtain a molded Leaf in the B stage.  

Nach der Entfernung des rückseitig aufgetragenen Blattes wurde das vorgebildete Blatt in einer Vakuumverformungsvorrichtung domartig geformt, durch Wärmen gehärtet und aus der Form unter Erhalt einer Diaphragmaform entfernt. Eine Nachhärtungsbehandlung wurde 5 Stunden in einem Luftofen bei 150°C vorgenommen. Dann wurde der Formling durch Erhitzen in einem Ofen in einer Stickstoffgasatmosphäre mit einer Erhitzungsrate von 15°C/h bis zu 500°C und von 50°C/h zwischen 500 und 1000°C vervollständigt, wobei man die Temperatur weitere 3 Stunden bei 1000°C hielt und dann den Formling natürlich abkühlen ließ. Das dabei erhaltene glasförmige kohlenstoffhaltige Diaphragma hatte einen Durchmesser von 25 mm und eine Filmdicke von 25 µm und wurde als Substrat verwendet. Auf dieses Substrat wurde ein SiC-Film nach der bekannten CVD-Methode aufgedampft.After removing the sheet on the back was the preformed sheet in one Vacuum forming device shaped like a dome by heating hardened and out of shape to obtain a diaphragm shape away. A post-curing treatment was carried out in 5 hours an air oven at 150 ° C. Then the Molded by heating in an oven in one Nitrogen gas atmosphere with a heating rate of 15 ° C / h up to 500 ° C and from 50 ° C / h between 500 and 1000 ° C completed, taking the temperature another 3 hours held at 1000 ° C and then naturally cool the molding let. The resulting glassy carbonaceous Diaphragm had a diameter of 25 mm and one Film thickness of 25 microns and was used as a substrate. An SiC film according to the known method was applied to this substrate CVD method evaporated.

Bei der Synthese des SiC-Films soll die Fließrate des Wasserstoffs, des Methans and des Siliziumtetrachlorids bei 1 l/min., 3 ml/min. bzw. 3 ml/min. betragen und die Mischung wird unter einem Druck von 1 Torr in eine Glasglocke eingeführt. Das Substrat wird bei einer Temperatur von 500°C gehalten und das Plasma wurde mittels Mikrowellen von 2,45 GHz eingeführt und die Verdampfung wurde 2 Stunden durchgeführt. Der erhaltene Sic-Film hat eine Dicke von 5 µm.In the synthesis of the SiC film, the flow rate of the Hydrogen, methane and silicon tetrachloride at 1 l / min., 3 ml / min. or 3 ml / min. amount and the Mixture is placed under a pressure of 1 torr Bell jar introduced. The substrate is at a Temperature kept at 500 ° C and the plasma was by means of Microwaves of 2.45 GHz introduced and the evaporation was carried out for 2 hours. The Sic film obtained has a thickness of 5 µm.

Beispiel 2:Example 2:

80 Gew.% eines Anfangskondensates aus Furfurylalkohol/Furfuralharz (UF 302 hergestellt von HITACHI KASEI CO., LTD.) und 20 Gew.% eines natürlichen flockigen Graphits (durchschnittliche Korngröße 1 µm) wurden vermischt und homogen in einem Warner Mischer dispergiert und anschließend erfolgte eine Feindispergierung unter Verwendung von 3 Druckfarbenknetwalzen, wobei man eine Rohmaterialpaste erhielt. 4 Gw.% von 50%iger flüssiger p-Toluolsulfonsäure in Methanol wurden als Härter zu 100 Gw.% der Rohmaterialpastenzusammensetzung gegeben und das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei man ein Diaphragma, das vollständig aus Kohlenstoff bestand, mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Filmdicke von 40 µm erhielt. Dieses vollständig aus Kohlenstoff aufgebaute Diaphragma wurde als Substrat verwendet und darauf wurde nach der bekannten CVD-Methode ein SiC-Film aufgedampft.80% by weight of an initial condensate Furfuryl alcohol / furfural resin (UF 302 manufactured by HITACHI KASEI CO., LTD.) And 20% by weight of a natural  flaky graphite (average grain size 1 µm) were mixed and homogeneous in a Warner mixer dispersed and then followed Fine dispersion using 3 Ink kneading rollers, using a raw material paste received. 4% by weight of 50% liquid p-toluenesulfonic acid 100% by weight of the Given raw material paste composition and the process of Example 1 was repeated using a diaphragm, that was made entirely of carbon, with one Diameter of 25 mm and a film thickness of 40 µm received. This is made entirely of carbon Diaphragm was used as a substrate and was placed on it an SiC film is deposited by the known CVD method.

Zur Synthese des SiC-Films wurden die Fließraten von Wasserstoff, Methan und Siliziumtetrachlorid auf 1 l/min, 1 ml/min. bzw. 3 ml/min. eingestellt. Die Mischung wurde in eine Glasglocke unter einem Druck von 30 Torr eingeführt. Das vollständig auf Kohlenstoff aufgebaute Substrat wurde bei einer Temperatur von 1500°C durch Hochfrequenzinduktionsheizung gehalten und die Verdampfung wurde 40 Minuten durchgeführt. Der erhaltene SiC-Film hatte eine Dicke von 5 µm.For the synthesis of the SiC film, the flow rates of Hydrogen, methane and silicon tetrachloride to 1 l / min, 1 ml / min. or 3 ml / min. set. The mixture was in a glass bell under a pressure of 30 torr introduced. The completely built on carbon Substrate was passed through at a temperature of 1500 ° C High frequency induction heating kept and the evaporation was carried out for 40 minutes. The SiC film obtained had a thickness of 5 µm.

Die Eigenschaften von erfindungsgemäßen Diaphragmen werden mit denen von üblichen Diaphragmen in der nachfolgenden Tabelle verglichen.The properties of diaphragms according to the invention are with those of common diaphragms in the following Compared table.

Aus dieser Tabelle wird ersichtlich, daß sowohl im Beispiel 1 also auch im Beispiel 2 die physikalischen Eigenschaften des Substrats hinsichtlich des Young′s-Moduls um etwa 40% und hinsichtlich der Schallgeschwindigkeit um etwa 10% verbessert wurden, im Vergleich zu dem Substrat vor dem Aufdampfen.This table shows that both in the example 1 So in Example 2 the physical properties of the substrate with respect to the Young's module by about 40% and in terms of the speed of sound by about 10% have been improved compared to the substrate before Evaporation.

Die erfindungsgemäß erzielte Wirkung ist nicht auf die in den Beispielen gezeigte beschränkt. Man kann vielmehr die physikalischen Eigenschaften noch weiter verbessern, indem man die Dicke des aufgedampften Filmes erhöht.The effect achieved according to the invention is not on the in limited to the examples shown. Rather, you can further improve physical properties by the thickness of the vapor-deposited film is increased.

Wegen der hervorragenden Eigenschaften kann man die erfindungsgemäßen Diaphragmen besonders wirksam als Diaphragmen für Digitalaudiovorrichtungen, wie sie derzeit sehr populär sind, verwenden.Because of the excellent properties you can Diaphragms according to the invention are particularly effective as Diaphragms for digital audio devices, as they are currently are very popular use.

Claims (1)

Diaphragma für ein akustisches Gerät mit einer auf der Oberfläche eines Diaphragmasubstrates, das vollständig aus kohlenstoffhaltigem Film aufgebaut ist, oberflächengehärteten Schicht aus einem SiC-Film.Diaphragm for an acoustic device with one on the Surface of a diaphragm substrate made entirely of carbon film is built up surface-hardened layer of an SiC film.
DE19883840705 1987-05-15 1988-12-02 DIAPHRAGMA FOR AN ACOUSTIC DEVICE Withdrawn DE3840705A1 (en)

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