DE69206875T2

DE69206875T2 - Akustische Membran und deren Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE69206875T2
Application number: DE69206875T
Authority: DE
Inventors: Masaru Uryu
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1992-05-07
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2012-05-08
Also published as: JPH04340896A; DE69206875D1; JP3030914B2; US5473121A; EP0513667A1; EP0513667B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine akustische Membran und eine Methode zur Herstellung der akustischen Membran.

Beschreibung des Stands der Technik

Andere Materialien als Papier, wie beispielsweise Hochpolymermaterial, Metall und Keramik kommen als Material für akustische Membranen zum Einsatz. Die Papiermembran, die mit einer Technik zur Papierherstellung aus Cellulosefasern hergestellt wird, macht jedoch immer noch einen Hauptanteil der zur Zeit eingesetzten akustischen Membranen aus, weil die Papiermembran Vorteile aufweist, wie einfache Herstellung, mäßige Eigenverluste und Anpassung an einen großen Bereich von Anforderungen an die Klangqualität, denn sie entspricht einer Vielzahl von Faktoren, die die Klangqualität bestimmen, wie beispielsweise Art des Zellstoffs bzw. der Pulpe, Mahlgrad und Füllstoffe
Da Papiermembranen mit der Technik zur Papierherstellung gefertigt werden, ist es unvermeidbar, daß diese einen mehr oder minder großen Raum einnehmen und eine gewisse Luftdurchlässigkeit aufweisen Daher wird, um Luftdichtigkeit der Papiermembran zu gewährleisten, ein als Füllen bezeichneter Verarbeitungsvorgang ausgeführt.
Herkömmliche Füllvorgänge umfassen Laminieren der Oberfläche der Papiermembran mit einem Film oder einer Folie, die hauptsächlich aus einem Hochpolymermaterial besteht und luftundurchlässig ist, oder Aufbringen einer Beschichtung, die aus einem Hochpolymermaterial besteht, das in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst oder emulgiert wird, auf die Papiermembran.
Diese Füllvorgänge stellen jedoch Abstriche an die Vorteile von Papiermembranen dar, nämlich geringe Dichte, hohe Festigkeit und niedrige Verluste. Da das Material der Papiermembran mit heterogenen Materialien vermischt wird, wird außerdem die hohe Klangqualität, die Papiermembranen aufweisen, ungünstig beeinflußt.
Zur Überwindung dieser Nachteile kann man erwägen, Papiermembranen mit einer sogenannten Mischpapier-Fertigungstechnik zu fertigen, indem während der Fertigung der Papiermembran stark gemahlener Zellstoff oder mikrofibrillierte Cellulose zugefügt wird.
Bei dieser Methode werden keine heterogenen Materialien zugemischt, während die Klangqualität nicht bedeutend beeinträchtigt wird.
Da diese Methode jedoch im wesentlichen auf der Papierherstellungstechnik beruht, ist es schwierig, das Problem der Luftdurchlässigkeit der Membran vollständig zu überwinden.
Andererseits nimmt bei der Methode der Mischpapierherstellung die Dichte der Membran zu, obwohl die charakteristische Klangqualität der Papiermembran nicht verlorengeht.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

DE-A-3 018 659 offenbart eine akustische Membran, die eine erste Membranschale und eine zweite Membranschale aufweist, wobei die beiden Teile aus Papier hergestellt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine akustische Membran und eine Methode zur Herstellung einer akustischen Membran zu schaffen, die eine verbesserte Luftundurchlässigkeit aufweist, ohne die Eigenschaften der Papiermembran zu beeinträchtigen, nämlich geringe Dichte, hohe Steifigkeit und geringe Verluste.
Die obige Aufgabe wird entsprechend der Erfindung durch die unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 4 gelöst. Die Unteransprüche 2 und 3 beschreiben vorteilhafte Weiterentwicklungen der akustischen Membran gemäß Anspruch 1, während die Unteransprüche 5 bis 7 vorteilhafte Entwicklungen der Methode nach Anspruch 4 beschreiben.
Die vorliegende Erfindung sieht das Eintauchen eines Substrats, das mit der Technik zur Papierherstellung aus Papier geformt wurde, in eine flüssige Lösung aus mikrofibril liertem Zellstoff und Ablagerung des mikrofibrillierten Zellstoffs durch Saugwirkung auf dem Substrat vor. Wenn der mikrofibrillierte Zellstoff durch Saugwirkung auf dem Substrat abgelagert wird, werden Hohlräume in der Papiermembran mit dem mikrofibrillierten Zellstoff gefüllt, um die Luftdurchlässigkeit zu verringern
Da mikrofibrillierter Zellstoff, der aus dem gleichen Material wie das Papier besteht, als Füllmaterial verwendet wird, gehen die erwünschten klanglichen Eigenschaften der Papiermembran nicht verloren, während die erwünschten Eigenschaften der Papiermembran, nämlich geringe Dichte, hohe Steifigkeit und geringe Verluste, nicht beeinträchtigt werden. Durch die Ablagerung des mikrofibrillierten Zellstoffs wird eine große Anzahl von Wasserstoffverbindungen zwischen den Fasern erzeugt, die einen hohen Elastizitätsmodul ergeben. Da das Material, das den hohen Elastizitätsmodul aufweist, an der Oberfläche vorhanden ist, kann die nach der vorliegenden Erfindung erhaltene Membran bezüglich des Elastizitätsmoduls verbessert werden.
Da der mikrofibrillierte Zellstoff auf der Oberfläche der Papiermembran zum Füllen abgelagert wird, kann die Membran bezüglich der Luftdichtigkeit verbessert werden, ohne die Klangqualität zu verringern und ohne die erwünschten Eigenschaften der Papiermembran zu beeinträchtigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht, die einen typischen Aufbau einer Saug-Papierherstellungsvorrichtung zum Ansaugen und Ablagern von mikrofibrilliertem Zellstoff darstellt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die eine konische akustische Membran darstellt, auf die mikrofibrillierter Zellstoff gesaugt und abgelagert wird.
Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die eine kalottenförmige akustische Membran darstellt, auf die mikrofibrillierter Zellstoff gesaugt und abgelagert wird.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht, die einen typischen Aufbau einer Vorrichtung zum Messen des Vakuums darstellt, das mit der Membran erreicht werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter bezug auf Beispiele in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ergebnissen von Experimenten erläutert.

Technik der Ansaugung und Ablagerung

Nach der vorliegenden Erfindung wird mikrofibrillierte(r) Pulpe oder Zellstoff auf die Oberfläche der Papiermembran gesaugt und abgelagert. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Papierherstellungsvorrichtung in Saugausführung zum Ansaugen und Ablagern von mikrofibrilliertem Zellstoff.
Die in Fig. 1 dargestellte Saug-Papierherstellungsvorrichtung besteht aus einem Flüssigkeitssuspensionstank 1, der eine dispergierte Lösung von mikrofibrilliertem Zellstoff enthält, einem Ansauggehäuse 3, das in die im Flüssigkeitssuspensionstank 1 enthaltene Dispersion von Zellstoff in Flüssigkeit 2 eingetaucht ist, und einer nicht dargestellten Unterdruckpumpe zum Evakuieren des Inneren des Ansauggehäuses mittels eines Saugrohrs 4, das an einer Rückseite 3a des Ansauggehäuses vorhanden ist.
Eine Vorderseite 3b des Ansauggehäuses 3 ist mit einer Öffnung ausgebildet, die der Form eines Papiermembran-Substrats entspricht, so daß die Öffnung fest vom Papiermembran Substrat verschlossen wird. Das Ansauggehäuse 3 wird von einer vertikal beweglichen Tragachse 6 getragen, so daß das Gehäuse zu einer Position über der Flüssigkeitsoberfläche der Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit 2 zum Aufsetzen des Membransubstrats 5 hochgehoben und nach dem Aufsetzen des Membransubstrats auf das Gehäuse 3 in die Dispersion von Zellstoff in Flüssigkeit 2 eingetaucht wird.
Das Substrat 5 muß Luftdurchlässigkeit aufweisen, so daß es beispielsweise eine Papiermembran sein kann. Die Papiermembran wird mit der üblichen Papierherstellungstechnik aus jedem gewünschten Zellstoffmaterial hergestellt. Auch die Form des Substrats ist als Funktion der gewünschten Membranform optional. Das hier dargestellte Substrat ist ein gewöhnlicher Papierkegel.
Der in der Dispersion von Zellstoff in Flüssigkeit 2 enthal tene mikrofibrillierte Zellstoff kann Cellulose sein, die aus Pflanzen erhalten wurde (gewöhnlicher Zellstoff als Ausgangsmaterial bei der Papierherstellung> , die zu einem Mahlgrad nach dem kanadischen Standard von nicht mehr als 300 ml gemahlen wurde, oder kann mikrofibrillierte Cellulose sein, die den Mahlgrad nach dem kanadischen Standard von nicht mehr als 300 ml von Anfang an aufweist, das heißt ohne Mahlen. Ein Beispiel der letzteren ist Bakteriencellulose, die mit einer bakteriellen Kultivierung produziert wurde.
Zum Ansaugen und Ablagern des mikrofibrillierten Zellstoffs auf dem Membransubstrat 5 wird dieses so aufgesetzt, daß die Öffnung im Ansauggehäuse 3 fest verschlossen wird, und wird in die Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit 2 eingetaucht, während das Innere des Gehäuses von der Unterdruckpumpe luftleer gemacht wird.
Die Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit 2 wird von der Rückseite des Membransubstrats 5 angesaugt, um das Membransubstrat 5 zu durchdringen. Dabei wird der mikrofibrillierte Zellstoff in der Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit abgelagert und füllt im Substrat 5 vorhandene Hohlräume, so daß eine abgelagerte Schicht 7, wie in Fig. 2 dargestellt, auf der Oberfläche des Papiermembran-Substrats 5 gebildet wird.
Die abgelagerte Schicht 7 kann in Abhängigkeit von der Anbringungsrichtung des Membransubstrats 5 in bezug zum Ansauggehäuse 3 auf einer vorderen Seite oder einer hinteren Seite des Membransubstrats 5 gebildet werden.
Obwohl die abgelagerte Schicht 7 jede gewünschte Dicke aufweisen kann, ist eine trockene Dicke der abgelagerten Schicht 7 von 5 um oder mehr vorzuziehen, um eine ausreichende Füllwirkung zu erzielen.
Die Dicke oder das Volumen der abgelagerten Schicht 7 kann durch den Grad des Unterdrucks, der bei der Evakuierung erreicht wird, der Zeitdauer der Evakuierung oder der Konzentration der Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit 2 gesteuert werden. Zum Beispiel ist, je höher die Konzentration der Flüssigkeitszellstoffdispersion 2 ist, die zum Bilden einer dicken abgelagerten Schicht 7 erforderliche Zeitdauer desto kürzer. Die Konzentration der Dispersion von Zellstoff in Flüssigkeit 2 beträgt jedoch vorzugsweise 1 % oder weniger. Wenn die Konzentration übermäßig ist, erhöht sich die Viskosität der Flüssigkeit, wodurch der Umgang damit schwierig wird.
Nach der Bildung der abgelagerten Schicht 7 durch Luftleermachung erfolgt die Weiterverarbeitung des Substrats durch Pressen, um Feuchtigkeit zu entfernen, und Trocknen, um die akustische Membran fertigzustellen.
Das Membransubstrat 5 kann auch kalottenförmig sein, wie in Fig. 3 dargestellt, anstatt einen Papierkegel, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform darzustellen. In diesem Fall kann eine abgelagerte Schicht 12 von mikrofibrilliertem Zellstoff auf der Oberfläche eines flachen Papiermembran- Substrats durch Saugwirkung unter Anwendung der gleichen Technik, die oben beschrieben wurde, abgelagert werden, und das resultierende Substrat wird durch Ziehen mittels einer Metallform mit einer halbkugelförmigen Vertiefung und einem Stempel mit einer passenden Erhöhung zu einer gewünschten Kalottenform verarbeitet.

Fertigung eines Papiermembran-Substrats

Für die Fertigung einer akustischen Membran auf die oben beschriebene Weise wurde zunächst ein Papiermembran-Substrat entsprechend einer in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung erstellt. TABELLE 1 ZUSAMMENSETZUNG (%) MAHLGRAD (ml) KRAFTZELLSTOFF SULFITZELLSTOFF MANILAFASER
Zwei Papiermembran-Muster mit einem Gewicht von 2,0 g und 2,5 g und beide mit einem Durchmesser von 12 cm wurden hergestellt.

Beispiel 1

Der Kraft-Zellstoff, der bei der Erstellung der Muster des Papiermembran-Substrats eingesetzt wurde, wurde mit einem Mahlholländer zu einem Mahlgrad nach der kanadischen Norm von 300 ml gemahlen, um eine Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit mit einer Konzentration von 0,2 % zu erzeugen.
Der Vorgang der Ansaugung und Ablagerung auf dem Muster des Papiermembran-Substrats wurde in dieser Dispersion von Zellstoff in der Flüssigkeit durchgeführt, um ein Muster einer akustischen Membran zu fertigen. Die Dauer der Ansaugung und Ablagerung betrug eine Minute. Das in diesem Beispiel verwendete Substrat-Muster war das mit einem Gewicht von 2,5 g. Auf diesem Muster wurden 0,5 g des Kraft-Zellstoffs, der zum Mahlgrad nach der kanadischen Norm von 300 ml gemahlen wurde, abgelagert.

Beispiel 2

1,0 g des Kraft-Zellstoffs, der zum Mahlgrad nach der kanadischen Norm von 300 ml gemahlen wurde, wurde auf der Oberfläche des Musters des Papiermembran-Substrats mit einem Gewicht von 2,0 g auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 abgelagert, mit dem Unterschied, daß eine abweichende Zeitdauer der Ansaugung und Ablagerung zur Anwendung kam.

Beispiel 3

Unter Verwendung des mikrofibrillierten Zellstoffs in einem pastösen Zustand mit dem Mahlgrad von nicht mehr als 300 ml nach der kanadischen Norm, der von DAISEL KAGAKU KOGYO KK unter dem Handelsnamen MFC hergestellt und vertrieben wird, wurde eine Dispersion von Zellstoff in Flüssigkeit mit einer Konzentration von 0,2 % hergestellt, und der Vorgang der An- saugung und Ablagerung auf der Oberfläche des Papiermembran-- Musters wurde in dieser Dispersion von Zellstoff in Flüssigkeit durchgeführt, um eine akustische Membran herzustellen.
0,5 g des obigen Zellstoffs wurden auf dem oben angeführten Muster eines Papiermembran-Substrats mit einem Gewicht von 2,0 g abgelagert.

Vergleichendes Beispiel 1

Ein Muster eines Papiermembran-Substrats mit der gleichen Zusammensetzung wie in den vorhergehenden Beispielen, aber mit einem Gewicht von 3,0 g, wurde hergestellt und direkt als vergleichendes Beispiel verwendet.

Vergleichendes Beispiel 2

30 Gew.% des stark gemahlenen Kraft-Zellstoffs, der in Beispiel 1 eingesetzt wurde, wurden der Zusammensetzung des Musters des Papiermembran-Substrats der vorhergehenden Beispiele hinzugefügt, und es wurde ein Papiermembran-Muster mit einem Gewicht von 3,0 g unter Anwendung der Papierherstellungstechnik erstellt.

Vergleichendes Beispiel 3

30 Gew.% der mikrofibrillierten Cellulose, die von DAISEL KAGAKU KOGYO KK unter dem Handelsnamen MFC hergestellt und vertrieben wird und die in Beispiel 2 eingesetzt wurde, wurden der Zusammensetzung des Musters des Papiermembran- Substrats, das in den vorhergehenden Beispielen verwendet wurde, hinzugefügt, um die Herstellung einer Papiermembran mit der Papierherstellungstechnik zu versuchen. Es war jedoch aufgrund des extrem schlechten Mahlgrads unmöglich, die Membran herzustellen.

Vergleichendes Beispiel 4

Ein Nylonfilm von einer Dicke von 50 um wurde auf die Oberfläche des Musters des Papiermembran-Substrats, das das gleiche Muster wie das in Beispiel 1 darstellte, kaschiert, um eine zusammengesetzte Membran zu erzeugen.
Die Eigenverluste 1, die Dichte D, der Elastizitätsmodul, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Längswellen (Schallgeschwindigkeit) C und der Grad des erreichten Vakuums wurden für die Membranen gemessen, die in den obigen Beispielen und vergleichenden Beispielen hergestellt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Der Elastizitätsmodul wurde mit einer Vibrationsblattmethode gemessen, während die Luftdurchlässigkeit durch Messung des Grads der erreichten Luftleere mit einer in Fig. 4 dargestellten Meßvorrichtung genau berechnet wurde. Die in Fig. 4 dargestellte Meßvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 13, das dem bei der Ansaugung und Ablagerung verwendeten Gehäuse 3 entspricht, einer Unterdruckpumpe, einer nicht dargestellten Rotationsölpumpe mit einem Fördervolumen von 20 Liter pro Minute und einem Unterdruckmesser 14, der in der Mitte des Sy stems zur Evakuierung vorgesehen wurde. Ein Membran-Muster 15 wurde wie abgebildet auf das Gehäuse 13 gesetzt, und das Innere des Gehäuses wurde evakuiert, um den Vorgang der Ansaugung und Ablagerung durchzuführen. Der Grad des Vakuums, der nach drei Minuten seit dem Beginn der Evakuierung erreicht wurde, wurde mit dem Unterdruckmesser 14 gemessen. TABELLE 2 Bsp. vergl. Bsp
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß mit den Membranen der Beispiele im Vergleich mit denen der vergleichenden Beispiele hohe Luftdichtigkeit und verbesserte physikalische Eigenschaften realisiert werden.

Claims

1. Akustische Membran mit:

einem als vollständige Membran ausgeformten luftdurchlässigen Substrat (5), und

einem auf dem Substrat aufgebrachten Teil (7) aus Mikrofaserpulpe.

2. Akustische Membran nach Anspruch 1, bei der das Substrat (5) aus Papier hergestellt ist.

3. Akustische Membran nach Anspruch 1 oder 2, bei der die auf dem Substrat (5) aufgebrachte Mikrofaserpulpe aus Papier be steht.

4. Verfahren zur Herstellung einer akustischen Membran (5, 7) mit den Schritten

Eintauchen eines Papier-Substrats (5) in eine flüssige

Dispersion einer Mikrofaserpulpe und

Ablagerung der Mikrofaserpulpe auf dem Substrat (5) durch Absaugung.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Papier-Substrat (5) als vollständige Membran ausgeformt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Mikrofaserpulpe eine Trocken-Dicke von zumindest 5 µm aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, weiter mit den Schritten

Pressen des Substrats (5) mit der darauf aufgebrachten Mikrofaserpulpe und

Trocknen des gepreßten Substrats einschließlich der aufgebrachten Mikrofaserpulpe.