JP2002171593A - 音響機器用振動板とその製造方法 - Google Patents
音響機器用振動板とその製造方法Info
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- JP2002171593A JP2002171593A JP2000363496A JP2000363496A JP2002171593A JP 2002171593 A JP2002171593 A JP 2002171593A JP 2000363496 A JP2000363496 A JP 2000363496A JP 2000363496 A JP2000363496 A JP 2000363496A JP 2002171593 A JP2002171593 A JP 2002171593A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動板としての特性および加工性に優れ、か
つ安価な音響機器用振動板を提供する。 【解決手段】 高分子樹脂に平均粒径０．１μｍで平均
長さが５μｍの気相成長炭素繊維を混合し、所要の形状
に成形した後焼成する。
つ安価な音響機器用振動板を提供する。 【解決手段】 高分子樹脂に平均粒径０．１μｍで平均
長さが５μｍの気相成長炭素繊維を混合し、所要の形状
に成形した後焼成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアモルファス炭素お
よび気相成長炭素繊維を含む音響機器用振動板とその製
造方法に関する。
よび気相成長炭素繊維を含む音響機器用振動板とその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にスピーカー等の振動板には、広範
な周波数帯域において忠実に再生でき明瞭な音を発現さ
せるために、高剛性であり、かつ音の伝播速度が大きい
ことが求められている。音の伝播速度は下式で表され
る。 Ｖ＝（Ｅ／ρ）1/2 （Ｖ：音速 Ｅ：ヤング率 ρ：密度） 上式より音の伝播速度を大きくするためには、密度が小
さくヤング率の大きなものが求められる。
な周波数帯域において忠実に再生でき明瞭な音を発現さ
せるために、高剛性であり、かつ音の伝播速度が大きい
ことが求められている。音の伝播速度は下式で表され
る。 Ｖ＝（Ｅ／ρ）1/2 （Ｖ：音速 Ｅ：ヤング率 ρ：密度） 上式より音の伝播速度を大きくするためには、密度が小
さくヤング率の大きなものが求められる。
【０００３】従来の振動板材料としては、紙、プラスチ
ック、金属合金、金属炭化物、ボロン等にガラス繊維や
炭素繊維を複合させたものなどが用いられている。しか
しながら、それらの材料は密度とヤング率の比が小さ
い、剛性が不足である、または振動板の内部損失が小さ
く高周波数領域における鋭い共振を生じさせてしまうな
どの欠点を有している。
ック、金属合金、金属炭化物、ボロン等にガラス繊維や
炭素繊維を複合させたものなどが用いられている。しか
しながら、それらの材料は密度とヤング率の比が小さ
い、剛性が不足である、または振動板の内部損失が小さ
く高周波数領域における鋭い共振を生じさせてしまうな
どの欠点を有している。
【０００４】ボロンやそれらの炭化物、窒化物はその優
れた物理性能により上記欠点を克服するものであるが、
コスト的に非常に高価であると同時に加工が著しく困難
であるという欠点がある。
れた物理性能により上記欠点を克服するものであるが、
コスト的に非常に高価であると同時に加工が著しく困難
であるという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、振動板としての特性および加工性に優れ、かつ安
価な音響機器用振動板とその製造方法を提供することに
ある。
的は、振動板としての特性および加工性に優れ、かつ安
価な音響機器用振動板とその製造方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、それらの欠点
を克服するために、ガラス状炭素が軽量であり高剛性、
高弾性を有する点に着目し、それに低比重かつ高剛性を
有する気相成長炭素繊維をハイブリッド化することによ
り高剛性を持ち、音の伝播速度が大きく、かつ加工性、
コストも含めた生産性に優れた音響機器用振動板を提供
するものである。
を克服するために、ガラス状炭素が軽量であり高剛性、
高弾性を有する点に着目し、それに低比重かつ高剛性を
有する気相成長炭素繊維をハイブリッド化することによ
り高剛性を持ち、音の伝播速度が大きく、かつ加工性、
コストも含めた生産性に優れた音響機器用振動板を提供
するものである。
【０００７】本発明に用いる気相成長炭素繊維は、従来
ある炭素繊維のように直径５〜１０μｍと太く、長さ数
mm以上と長いものではない。それらは、その太さと大き
さのために複合時に多量に混合する事はできず、また数
十ミクロン単位の厚さの音響機器用振動板には使用が容
易ではない。本発明において用いる気相成長炭素繊維と
は、水素をキャリアガスとしたベンゼン、メタン等の炭
化水素系ガスを１０００℃付近で熱分解し、数百Åの超
微粒金属の触媒効果を利用して炭素繊維を成長させて得
られるものであり、ＰＡＮ系炭素繊維などのような有機
繊維を炭化処理することにより得られるものとは異な
る。このような気相成長炭素繊維は、結晶学的に完全な
ウィスカーではないが、炭素層面が繊維軸に優先配列し
た年輪構造を有しており、さらに２５００℃以上の温度
で熱処理によって、高度に発達した黒鉛構造と形成され
たものは、特にグラフィトウィスカーと類似構造を有し
ている（該気相成長炭素繊維は本願発明者の一人である
開発者の名前にちなみ“エンドウファイバー”と呼ばれ
ている）。そのため引っ張り強度、弾性率が大きく、良
好な熱伝導性、電気伝導性、および自己潤滑性を有す
る。本発明において、気相成長炭素繊維の寸法は、平均
径が０．２μｍ以下が好ましい。径が０．２μｍを超え
るとアモルファス炭素からなるマトリックス中に分散し
た際の各種特性の向上が困難となる。また平均長さは２
０μｍ以下が好ましい。２０μｍを超えると繊維同士の
絡みが発生しやすく、絡みによる欠陥が発生するという
問題が生ずる。
ある炭素繊維のように直径５〜１０μｍと太く、長さ数
mm以上と長いものではない。それらは、その太さと大き
さのために複合時に多量に混合する事はできず、また数
十ミクロン単位の厚さの音響機器用振動板には使用が容
易ではない。本発明において用いる気相成長炭素繊維と
は、水素をキャリアガスとしたベンゼン、メタン等の炭
化水素系ガスを１０００℃付近で熱分解し、数百Åの超
微粒金属の触媒効果を利用して炭素繊維を成長させて得
られるものであり、ＰＡＮ系炭素繊維などのような有機
繊維を炭化処理することにより得られるものとは異な
る。このような気相成長炭素繊維は、結晶学的に完全な
ウィスカーではないが、炭素層面が繊維軸に優先配列し
た年輪構造を有しており、さらに２５００℃以上の温度
で熱処理によって、高度に発達した黒鉛構造と形成され
たものは、特にグラフィトウィスカーと類似構造を有し
ている（該気相成長炭素繊維は本願発明者の一人である
開発者の名前にちなみ“エンドウファイバー”と呼ばれ
ている）。そのため引っ張り強度、弾性率が大きく、良
好な熱伝導性、電気伝導性、および自己潤滑性を有す
る。本発明において、気相成長炭素繊維の寸法は、平均
径が０．２μｍ以下が好ましい。径が０．２μｍを超え
るとアモルファス炭素からなるマトリックス中に分散し
た際の各種特性の向上が困難となる。また平均長さは２
０μｍ以下が好ましい。２０μｍを超えると繊維同士の
絡みが発生しやすく、絡みによる欠陥が発生するという
問題が生ずる。
【０００８】前述の通り、気相成長炭素繊維の生成は、
炭化水素系ガスの熱分解と、超微粒金属の触媒作用によ
る炭素繊維の成長とにより行われる。炭素繊維の成長に
用いられる超微粒金属としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の
超微粒子が挙げられる。また、上記遷移金属を含むアル
キル金属等の有機遷移金属化合物も、用いられる。超微
粒金属は基板上に担持して用いることができるが、流動
床方式を用いると量産性を著しく向上することができ
る。このため、従来の炭素繊維より工業的に効率よく生
産することができる。
炭化水素系ガスの熱分解と、超微粒金属の触媒作用によ
る炭素繊維の成長とにより行われる。炭素繊維の成長に
用いられる超微粒金属としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の
超微粒子が挙げられる。また、上記遷移金属を含むアル
キル金属等の有機遷移金属化合物も、用いられる。超微
粒金属は基板上に担持して用いることができるが、流動
床方式を用いると量産性を著しく向上することができ
る。このため、従来の炭素繊維より工業的に効率よく生
産することができる。
【０００９】本願発明によれば、アモルファス炭素およ
び気層成長炭素繊維を含み、振動するに適した形状を有
する音響機器用振動板が提供される。本発明によれば、
高分子樹脂と気層成長炭素繊維を混合し所要の形状に成
形した後焼成して、振動するに適した形状とする音響機
器用振動板の製造方法も提供される。本発明に用いたガ
ラス状炭素自体は、加工性にとぼしく生産性に優れてい
るものではない。しかしながら、本発明においてはガラ
ス状炭素を樹脂から成形後焼成して製造するのであり、
その樹脂の段階で成型加工するために、結果的に加工
性、生産性の優れたガラス状炭素を得ることが出来る。
び気層成長炭素繊維を含み、振動するに適した形状を有
する音響機器用振動板が提供される。本発明によれば、
高分子樹脂と気層成長炭素繊維を混合し所要の形状に成
形した後焼成して、振動するに適した形状とする音響機
器用振動板の製造方法も提供される。本発明に用いたガ
ラス状炭素自体は、加工性にとぼしく生産性に優れてい
るものではない。しかしながら、本発明においてはガラ
ス状炭素を樹脂から成形後焼成して製造するのであり、
その樹脂の段階で成型加工するために、結果的に加工
性、生産性の優れたガラス状炭素を得ることが出来る。
【００１０】前述の焼成は、不活性雰囲気中、非酸化性
雰囲気中、又は真空中で１０００℃以上の温度で行われ
ることが好ましい。
雰囲気中、又は真空中で１０００℃以上の温度で行われ
ることが好ましい。
【００１１】
【実施例】以下に、実施例１〜３として振動板の製造の
過程および得られた振動板の特性を説明する。 （実施例１）高分子樹脂としての塩素化塩化ビニル樹脂
（日本カーバイト社製Ｔ−７４１）２０質量％およびフ
ラン樹脂（日立化成社製 ヒタフランＶＦ−３０２）４
０質量％と、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛社製 平均粒度
１０μｍ）２０質量％、および平均粒径０．１μｍで長
さ５μｍの気相成長炭素繊維２０質量％から成る組成物
に対し、可塑材としてジアリルフタレートモノマーを２
０質量％を添加して、ヘンシェル・ミキサーを用いて分
散し、ミキシング用二本ロールを用いて十分に混練を繰
り返した後製膜機により厚み１００μｍのフィルムを成
形した。得られたフィルムを真空成形機を用いて直径２
０mmの円盤状に賦形し、治具に固定して１８０℃に加熱
されたエアー・オーブン中で１０時間処理して炭素前駆
体化処理を施した。次に、これを窒素ガスの中で１００
℃迄を２５℃／時の昇温速度で昇温し、その後１５００
℃迄を１００℃／時で昇温し、１５００℃で３時間保持
した後自然冷却して焼成を完了した。
過程および得られた振動板の特性を説明する。 （実施例１）高分子樹脂としての塩素化塩化ビニル樹脂
（日本カーバイト社製Ｔ−７４１）２０質量％およびフ
ラン樹脂（日立化成社製 ヒタフランＶＦ−３０２）４
０質量％と、天然黒鉛微粉末（日本黒鉛社製 平均粒度
１０μｍ）２０質量％、および平均粒径０．１μｍで長
さ５μｍの気相成長炭素繊維２０質量％から成る組成物
に対し、可塑材としてジアリルフタレートモノマーを２
０質量％を添加して、ヘンシェル・ミキサーを用いて分
散し、ミキシング用二本ロールを用いて十分に混練を繰
り返した後製膜機により厚み１００μｍのフィルムを成
形した。得られたフィルムを真空成形機を用いて直径２
０mmの円盤状に賦形し、治具に固定して１８０℃に加熱
されたエアー・オーブン中で１０時間処理して炭素前駆
体化処理を施した。次に、これを窒素ガスの中で１００
℃迄を２５℃／時の昇温速度で昇温し、その後１５００
℃迄を１００℃／時で昇温し、１５００℃で３時間保持
した後自然冷却して焼成を完了した。
【００１２】得られた炭素系振動板は、直径１６mm、厚
み６０μｍで、密度０．９ｇ／cm3、弾性率１００Gpa
であり、音速１０．５km／秒の特性を示した。 （実施例２）高分子樹脂としてのフラン樹脂（日立化成
社製 ヒタフランＶＦ−３０２）８８質量％と、天然黒
鉛微粉末（日本黒鉛社製 平均粒度１０μｍ）１０質量
％、および平均粒径０．１μｍで長さ５μｍの気相成長
炭素繊維２質量％から成る組成物を、ミキシング用二本
ロールを用いて十分に混合した後、硬化剤としてｐ−ト
ルエンスルフォン酸を１．５質量％加え十分に攪拌し
た。得られた組成物をコーター方式の製膜機により厚み
１００μｍのフィルムに成形した。得られたフィルムを
真空成形機を用いて直径２０mmの円盤状に賦形し、治具
に固定して９０℃に加熱されたエアー・オーブン中で固
化処理後、更に１５０℃中１０時間熱処理を施した。次
に、これを窒素ガス中で１００℃迄を２５℃／時の昇温
速度で昇温し、１５００℃で３時間保持した後自然冷却
して焼成を完了した。
み６０μｍで、密度０．９ｇ／cm3、弾性率１００Gpa
であり、音速１０．５km／秒の特性を示した。 （実施例２）高分子樹脂としてのフラン樹脂（日立化成
社製 ヒタフランＶＦ−３０２）８８質量％と、天然黒
鉛微粉末（日本黒鉛社製 平均粒度１０μｍ）１０質量
％、および平均粒径０．１μｍで長さ５μｍの気相成長
炭素繊維２質量％から成る組成物を、ミキシング用二本
ロールを用いて十分に混合した後、硬化剤としてｐ−ト
ルエンスルフォン酸を１．５質量％加え十分に攪拌し
た。得られた組成物をコーター方式の製膜機により厚み
１００μｍのフィルムに成形した。得られたフィルムを
真空成形機を用いて直径２０mmの円盤状に賦形し、治具
に固定して９０℃に加熱されたエアー・オーブン中で固
化処理後、更に１５０℃中１０時間熱処理を施した。次
に、これを窒素ガス中で１００℃迄を２５℃／時の昇温
速度で昇温し、１５００℃で３時間保持した後自然冷却
して焼成を完了した。
【００１３】得られた炭素系振動板は、直径１６mm、厚
み５５μｍで、密度１．０５ｇ／cm 3 、弾性率３０Gpa
であり、音速５．３km／秒の特性を示した。 （実施例３）高分子樹脂源としてのフラン樹脂（日立化
成社製 ヒタフランＶＦ−３０２）９５質量％と、平均
粒径０．１μｍで長さ５μｍの気相成長炭素繊維５質量
％とから成る組成部をミキシング用ポニーミキサーを用
いて十分に撹拌混合した後、硬化剤としてｐ−トルエン
スルフォン酸を１．５質量％加え十分に攪拌した。得ら
れた組成物をコーター方式の製膜機により厚み１００μ
ｍのフィルムに成形した。得られたフィルムを真空成形
機を用いて直径２０mmの円盤状に賦形し、治具に固定し
て９０℃に加熱されたエアー・オーブン中で固化処理
後、更に１５０℃中１０時間熱処理を施した。次に、こ
れを窒素ガス中で１００℃迄を２５℃／時の昇温速度で
昇温し、その後１５００℃迄を１００℃／時で昇温し、
１５００℃で３時間保持した後自然冷却して焼成を完了
した。
み５５μｍで、密度１．０５ｇ／cm 3 、弾性率３０Gpa
であり、音速５．３km／秒の特性を示した。 （実施例３）高分子樹脂源としてのフラン樹脂（日立化
成社製 ヒタフランＶＦ−３０２）９５質量％と、平均
粒径０．１μｍで長さ５μｍの気相成長炭素繊維５質量
％とから成る組成部をミキシング用ポニーミキサーを用
いて十分に撹拌混合した後、硬化剤としてｐ−トルエン
スルフォン酸を１．５質量％加え十分に攪拌した。得ら
れた組成物をコーター方式の製膜機により厚み１００μ
ｍのフィルムに成形した。得られたフィルムを真空成形
機を用いて直径２０mmの円盤状に賦形し、治具に固定し
て９０℃に加熱されたエアー・オーブン中で固化処理
後、更に１５０℃中１０時間熱処理を施した。次に、こ
れを窒素ガス中で１００℃迄を２５℃／時の昇温速度で
昇温し、その後１５００℃迄を１００℃／時で昇温し、
１５００℃で３時間保持した後自然冷却して焼成を完了
した。
【００１４】得られた炭素系振動板は、直径１６mm、厚
み５５μmで、密度１．０ｇ／cm3、弾性率２０Gpa であ
り、音速４．５km／秒の特性を示した。
み５５μmで、密度１．０ｇ／cm3、弾性率２０Gpa であ
り、音速４．５km／秒の特性を示した。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の音響機器
用炭素系振動板は、成形性の優れる高分子樹脂を炭素化
することで得られアモルファス炭素中に低比重かつ高剛
性を有する気相成長炭素繊維をハイブリッド化すること
により高剛性を持ち、音の伝播速度が大きく、かつ加工
性、コストも含めた生産性に優れたものであるため、従
来の炭素製品と比べても効率よく安価に製品を提供する
ことが可能であり、工業的価値が非常に大である。
用炭素系振動板は、成形性の優れる高分子樹脂を炭素化
することで得られアモルファス炭素中に低比重かつ高剛
性を有する気相成長炭素繊維をハイブリッド化すること
により高剛性を持ち、音の伝播速度が大きく、かつ加工
性、コストも含めた生産性に優れたものであるため、従
来の炭素製品と比べても効率よく安価に製品を提供する
ことが可能であり、工業的価値が非常に大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐竹 厚則 群馬県藤岡市立石1091 三菱鉛筆株式会社 群馬研究開発センター内 (72)発明者 遠藤 守信 長野県須坂市北原町615 Ｆターム(参考） 4G032 AA04 AA13 AA52 BA04 GA12 5D016 CA02 EA05 EC28 JA04
Claims (9)
- 【請求項１】 アモルファス炭素と、気相から形成され
た気相成長炭素繊維とを含む音響機器用振動板。 - 【請求項２】 黒鉛をさらに含む請求項１記載の音響機
器用振動板。 - 【請求項３】 前記気相成長炭素繊維は１質量％以上３
０質量％以下含まれる請求項１または２記載の音響機器
用振動板。 - 【請求項４】 前記気相成長炭素繊維の平均径が０．２
μｍ以下であり平均長さが２０μｍ以下である請求項１
〜３のいずれか１項に記載の音響機器用振動板。 - 【請求項５】 アモルファス炭素と、平均径が０．２μ
ｍ以下であり平均長さが２０μｍ以下である炭素繊維と
を含む音響機器用振動板。 - 【請求項６】 黒鉛をさらに含む請求項５記載の音響機
器用振動板。 - 【請求項７】 前記炭素繊維は１質量％以上３０質量％
以下含まれる請求項５または６記載の音響機器用振動
板。 - 【請求項８】 高分子樹脂と、気相から形成された気相
成長炭素繊維とを混合し、所要の形状に形成した後焼成
する音響機器用振動板の製造方法。 - 【請求項９】 焼成が不活性雰囲気中、非酸化性雰囲気
中又は真空中で１０００℃以上の温度で行われる請求項
８に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000363496A JP2002171593A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 音響機器用振動板とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000363496A JP2002171593A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 音響機器用振動板とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002171593A true JP2002171593A (ja) | 2002-06-14 |
Family
ID=18834604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000363496A Withdrawn JP2002171593A (ja) | 2000-11-29 | 2000-11-29 | 音響機器用振動板とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002171593A (ja) |
Cited By (22)
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|---|---|---|---|---|
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| US8345914B2 (en) | 2009-08-28 | 2013-01-01 | Tsinghua University | Voice coil bobbin and loudspeaker using the same |
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-
2000
- 2000-11-29 JP JP2000363496A patent/JP2002171593A/ja not_active Withdrawn
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