JP2011091797A - 振動板及びその製造方法、振動板を利用したスピーカー - Google Patents

振動板及びその製造方法、振動板を利用したスピーカー Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、振動板及びその製造方法、並びに振動板を利用したスピーカーに関し、特にカーボンナノチューブを利用した振動板及びその製造方法、並びに振動板を利用したスピーカーに関するものである。
【解決手段】本発明の振動板は、複数の孔を有するカーボンナノチューブ構造体と、該カーボンナノチューブ構造体と複合した無定形炭素構造体と、を含む。前記無定形炭素構造体における複数の無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブ構造体の孔に浸入している。本発明の振動板の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体を提供するステップＳ１０と、該カーボンナノチューブ構造体をポリマー溶液に浸漬させるステップＳ２０と、前記ポリマー溶液のポリマーを炭化させて、無定形炭素構造体を形成するステップＳ３０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動板及びその製造方法、並びに振動板を利用したスピーカーに関し、特にカーボンナノチューブを利用した振動板及びその製造方法、並びに振動板を利用したスピーカーに関するものである。
スピーカーは電気音響変換器として、電気信号を音に変換することができる。動作原理により、スピーカーは、ダイナミックスピーカー、マグネティックスピーカー、静電気スピーカー、圧電スピーカーなどの多種に分類される。前記多種のスピーカーは、全て機械的振動によって音波を生じ、即ち、電気―機械力―音の変換を実現する。ここで、ダイナミックスピーカーが広く利用されている。
従来のスピーカーにおいて、ボイスコイルには振動板が直結して、この振動板が一緒に振動することで音声信号と等しい波形の音が空気中に放射される。スピーカーの音量は、スピーカーに入力された電気信号のパワー及び該電気信号を音に転換する効率に関係がある。しかし、前記スピーカーに入力した電気信号のパワーが大きすぎると、前記振動板は変形又は損傷する可能がある。従って、振動板の靭性及びヤング率は、スピーカーの定格出力に関係する。即ち、スピーカーの定格出力は、振動板の変形又は損傷を発生させない程度までにおいて、前記スピーカーに入力される最大のパワーである。前記振動板の単位あたりの重量が小さければ、該振動板を振動させるためのエネルギーは小さく、前記スピーカーのエネルギー転換効率は高く、前記スピーカーの出力音量は大きくなる。
国際公開第２００７／０４３８３７号
Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
しかし、従来のスピーカーの振動板はポリマー、金属、セラミック又は紙からなる。ポリマー又は紙からなる振動板の靭性及びヤング率は、非常に低く、金属又はセラミックからなる振動板の重量は大きいので、前記振動板を利用したスピーカーの定格出力は低い（例えば、０．３Ｗ〜０．５Ｗ）という問題がある。また、従来の振動板の密度は高いので、スピーカーのエネルギー転換効率が低い。従って、スピーカーの定格出力及びエネルギー転換効率を高めるために、振動板のヤング率及び靭性を高め、振動板の密度を低減させることが必要となる。
特許文献１では、界面活性剤でカーボンナノチューブを膜（ステアリン酸又は脂肪酸）に分散させて形成した複合材を利用して振動板を製造している。しかし、カーボンナノチューブの比表面積は非常に大きいので、カーボンナノチューブは前記膜に集結しやすい。前記膜に添加したカーボンナノチューブの数量が多くなると、前記カーボンナノチューブの分散が困難となる。また、界面活性剤などの添加剤を利用するので、前記振動板において不純物が多くなる問題がある。また、該振動板の所定の場所だけに、カーボンナノチューブを設置することが難しい。
本発明は、前記課題を解決するために、高い靭性及びヤング率を有する振動板及びこれを利用したスピーカーを提供する。
本発明の振動板は、複数の孔を有するカーボンナノチューブ構造体と、該カーボンナノチューブ構造体と複合した無定形炭素構造体と、を含む。前記無定形炭素構造体における複数の無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブ構造体の孔に浸入している。
前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブからなり、前記無定形炭素構造体における複数の無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブの表面に被覆されている。
本発明の振動板の製造方法は、カーボンナノチューブ構造体を提供するステップＳ１０と、該カーボンナノチューブ構造体をポリマー溶液に浸漬させるステップＳ２０と、前記ポリマー溶液のポリマーを炭化させて、無定形炭素構造体を形成するステップＳ３０と、を含む。
従来の技術と比べて、本発明の振動板は次の優れた点がある。第一に、カーボンナノチューブは高い靭性、ヤング率及び小さい密度を有するので、カーボンナノチューブを利用した振動板の靭性及びヤング率が高い。第二に、本発明の振動板に利用したカーボンナノチューブ構造体は、自立構造を有し、該カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが均一に分散し、分子間力で接続されているので、該振動板においてカーボンナノチューブの凝集が生じず、それ故該振動板の靭性及びヤング率が高くなる。また、前記カーボンナノチューブ構造体を前記振動板の任意の場所に設置することができる。
本発明の実施例１におけるスピーカーの模式図である。 本発明の実施例１におけるスピーカーの断面図である。 本発明の実施例１における振動板の模式図である。 本発明の実施例１における振動板の断面図である。 本発明の実施例１における振動板の断面図である。 本発明の綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明のプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の積層した複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例２におけるスピーカーの模式図である。 本発明の実施例２における振動板の模式図である。 本発明の非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
（実施例１）
図１及び２を参照すると、本実施例のスピーカー１００は、フレーム１１０と、磁気ユニット１２０と、音声コイル１３０と、ボビン１４０と、振動板１５０と、ダンパー１６０と、を含む。前記フレーム１１０は、前記磁気ユニット１２０の一側に固定されている。前記音声コイル１３０は前記ボビン１４０に巻き付いて、前記磁気ユニット１２０の中に収容されている。前記振動板１５０の一つ外縁は、前記フレーム１１０の一つ内縁に固定され、前記振動板１５０の一つ内縁は前記ボビン１４０の一つ外縁に固定されている。前記振動板１５０は、前記磁気ユニット１２０の磁気ギャップ（図示せず）に嵌め込まれている。
前記フレーム１１０は、その一つ端部に開口が形成された錐台であり、中空孔１１１及び底部１１２を有する。前記中空孔１１１には、前記振動板１５０及びダンパー１６０が内蔵されている。前記底部１１２は、中心孔１１３を有する。中心柱１２４は、前記底部１１２の中心孔１１３に挿し込まれている。前記フレーム１１０の底部１１２は、前記磁気ユニット１２０に固定されている。
前記磁気ユニット１２０は、中心柱１２４が固定された第一平板１２１と、第二平板１２２と、マグネット１２３と、を含む。前記マグネット１２３は、前記第一平板１２１及び第二平板１２２の間に挟まれている。前記第二平板１２２及びマグネット１２３は円環状である。図１を参照すると、前記中心柱１２４は、前記第二平板１２２及びマグネット１２３の中心に挿し込まれている。
前記音声コイル１３０は、前記スピーカー１００を駆動する素子として、前記ボビン１４０に巻きつけられている。前記音声コイル１３０は、導電ワイヤからなることができる。前記音声コイル１３０に電気信号を入力すると、前記音声コイル１３０によって磁界を発生できる。前記音声コイル１３０で生じた磁界及び前記磁気ユニット１２０の相互作用により、前記音声コイル１３０を振動させる。
前記ボビン１４０は軽い中空の構造体である。前記中心柱１２４は、前記ボビン１４０と所定の距離で離れるように、前記ボビン１４０の中空部に設置されている。前記音声コイル１３０が振動するとき、前記ボビン１４０及び振動板１５０は同時に振動され、音を発生する。
前記ダンパー１６０は、スルーホール１６１を有する環状の構造体である。前記ダンパー１６０は、前記スルーホール１６１により機械的に前記ボビン１４０に係止されている。前記ダンパー１６０の外縁部は、前記フレーム１１０に固定されている。前記ボビン１４０に接続された振動板１５０は、前記ダンパー１６０で機械的に支えることができる。前記ダンパー１６０は、複数の同心環を含むことができる。前記ダンパー１６０の厚さは、１μｍ〜１ｍｍである。
前記ダンパー１６０には、複数の導電ワイヤ（図示せず）が設置されている。該複数の導電ワイヤは、接着剤又は機械力によって前記ダンパー１６０に固定されている。前記複数の導電ワイヤにより、前記音声コイル１３０を電源に接続させることができる。前記音声コイル１３０は振動すると、前記ダンパー１６０による緩衝の原因で、前記音声コイル１３０及び前記複数の導電ワイヤが接合する場所は裂けることがない。
さらに、前記フレーム１１０に入力端子が外接されている。また、前記振動板及び前記ボビン１４０の接合部を覆うように、カバー（図示せず）を設置することができる。
前記振動板１５０は、前記スピーカー１００の発音素子として設置されている。前記振動板１０の形状は、長方形、楕円形、円形、三角形などの形状に形成されている。大寸法のスピーカー１００に応用する場合、前記振動板１５０は錐体に形成されている。小寸法のスピーカー１００に応用する場合、前記振動板１５０は、平板状の円形又は長方形に形成されている。図３及び４を参照すると、本実施例において、前記振動板１５０は錐体に形成されている。前記振動板１５０の中心部は、接着剤又は機械力で前記ボビン１４０に固定されている。前記振動板１５０の外縁部は、前記フレーム１１０に固定されている。
図４を参照すると、前記振動板１５０は、カーボンナノチューブ構造体１５１及び無定形炭素構造体１５２を含む。該無定形炭素構造体１５２は、前記カーボンナノチューブ構造体１５１と複合して層状の複合構造体に形成されている。
図５を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１５１は、複数の孔１５１１を有し、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体１５１を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体１５１を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体１５１の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体１５１を懸架させることができることを意味する。
前記カーボンナノチューブ構造体１５１には、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブは、配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブが配向せずに配置されている場合、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。前記複数のカーボンナノチューブが配向している場合、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（三）のものが挙げられる。
(一)綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体１５１は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図６を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な孔１５１１が形成されている。ここで、単一の前記微小な孔１５１１の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体１５１の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度撹拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤を１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成される。
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図６を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体１５１は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図７を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置されることができる。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列されることができる。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
（三）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図８に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメントは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメントにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルムの靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなるので、その熱音響効果を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
図９を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１５１は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°より大きな角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体１５１に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施例において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ ａｒｒａｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直に生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
本実施例において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
本実施例から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもよい。
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記無定形炭素構造体１５２は複数の無定形炭素粒子１５２１を含み、該複数の無定形炭素粒子１５２１は、前記カーボンナノチューブ構造体１５１の孔１５１１に充填して、均一に前記カーボンナノチューブ構造体１５１に浸透している。前記無定形炭素粒子１５２１は、共有結合によって接合されている。前記無定形炭素構造体１５２の無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブ構造体１５１のカーボンナノチューブの表面に被覆されている。分子間力及び共有結合により、前記カーボンナノチューブ構造体１５１のカーボンナノチューブ及び前記無定形炭素粒子１５２１は接合することができる。前記共有結合は、炭素原子の間に形成したｓｐ2混成の結合又はｓｐ３混成の結合である。前記無定形炭素粒子１５２１を、それぞれ前記カーボンナノチューブ構造体１５１の対向する表面に付着させて、二層の前記無定形炭素構造体１５２を形成する。これにより、前記無定形炭素構造体１５２は、前記カーボンナノチューブ構造体１５１を包み、海綿状に形成することができる。この場合、前記カーボンナノチューブ構造体１５１は、前記無定形炭素構造体１５２の中に嵌み込まれている
前記無定形炭素構造体１５２は複数の無定形炭素粒子１５２１及び前記カーボンナノチューブ構造体１５１の前記カーボンナノチューブは、全て炭素材料であるので、前記スピーカー１００の密度が小さい。前記振動板１５０は振動する場合、前記振動板１５０に生じた応力及び張力は、前記無定形炭素粒子１５２１及び前記カーボンナノチューブによって担われるので、前記振動板１５０の靭性及びヤング率が高くなり、前記スピーカー１００からの音量は大きくなる。
（実施例２）
図１０を参照すると、本実施例のスピーカー２００は、フレーム２１０と、磁気ユニット２２０と、音声コイル２３０と、ボビン２４０と、振動板２５０と、ダンパー２６０と、を含む。前記フレーム２１０は、前記磁気ユニット２２０の一側に固定されている。前記音声コイル２３０は前記ボビン１４０に巻き付いて、前記磁気ユニット２２０の中に収容されている。前記振動板２５０の一つ外縁は、前記フレーム２１０の一つ内縁に固定され、前記振動板２５０の一つ内縁は前記ボビン２４０の一つ外縁に固定されている。
本実施例のスピーカー２００は実施例１のスピーカー１００と比べて、次の異なる点がある。即ち、前記振動板２５０はカーボンナノチューブ構造体を含み、該カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。図１１を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体は複数のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、一部の前記カーボンナノチューブワイヤは、放射状によって前記振動板２５０に分散して配列され、もう一部の前記カーボンナノチューブワイヤは、前記振動板２５０の中心を円心として環状に配列されている。これにより、前記カーボンナノチューブ構造体のカーボンナノチューブワイヤは、クモの巣状に織ることができる。
一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図１２を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図１３を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
（実施例３）
本実施例は、実施例１及び２の振動板１５０、２５０の製造方法を提供する。該方法は、カーボンナノチューブ構造体を提供するステップＳ１０と、該カーボンナノチューブ構造体をポリマー溶液に浸漬させるステップＳ２０と、前記ポリマー溶液のポリマーを炭化させて、無定形炭素構造体を形成するステップＳ３０と、を含む。
前記ステップＳ１０において、前記ポリマー溶液は、ポリアクリロニトリル、アスファルト、ビスコース、フェノール、ポリアクリル、ポリブタジエン、ポリスチレン又はそれらの一種の化合物の溶液である。前記ポリマーは、前記カーボンナノチューブ構造体の孔から浸入して、前記カーボンナノチューブ構造体と複合する。前記カーボンナノチューブ構造体をポリマー予備体の溶液に入れて、ポリマー予備体を重合させることにより、前記カーボンナノチューブ構造体の表面にポリマーを被覆させる。前記ポリマー予備体は、アクリロニトリル、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチル、スチレン、ブタジエン又はそれらの一種の化合物の溶液である。
前記ステップＳ３０において、室温で５００℃以下の温度で前記ポリマー溶液が付着した前記カーボンナノチューブ構造体を処理して、前記ポリマーを炭化させることができる。不活性ガスの雰囲気において、１０００℃以下の温度で前記ポリマーを炭化させる。前記ポリマーは炭化されて、無定形炭素粒子からなる無定形炭素構造体を形成する。前記無定形炭素構造体における無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブ構造体に浸透して、前記振動板１５０、２５０を形成する。
１００ スピーカー
１１０ フレーム
１１１ 中空孔
１１２ 底部
１１３ 中心孔
１２０ 磁気ユニット
１２１ 第一平板
１２２ 第二平板
１２３ マグネット
１３０ 音声コイル
１４０ ボビン
１５０ 振動板
１５１ カーボンナノチューブ構造体
１５１１ 孔
１５２１ 無定形炭素粒子
１５２ 無定形炭素構造体
１６０ ダンパー
１６１ スルーホール
２００ スピーカー
２１０ フレーム
２２０ 磁気ユニット
２２１ 第一平板
２２２ 第二平板
２２３ マグネット
２３０ 音声コイル
２４０ ボビン
２５０ 振動板

Claims (3)

  1. 複数の孔を有するカーボンナノチューブ構造体と、該カーボンナノチューブ構造体と複合した無定形炭素構造体と、を含み、
    前記無定形炭素構造体における複数の無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブ構造体の孔に浸入していることを特徴とする振動板。
  2. 前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブからなり、
    前記無定形炭素構造体における複数の無定形炭素粒子は、前記カーボンナノチューブの表面に被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動板。
  3. カーボンナノチューブ構造体を提供するステップと、
    該カーボンナノチューブ構造体をポリマー溶液に浸漬させるステップと、
    前記ポリマー溶液のポリマーを炭化させて、無定形炭素構造体を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする振動板の製造方法。
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