JP2014127846A

JP2014127846A - 炭素質音響振動板とその製造方法

Info

Publication number: JP2014127846A
Application number: JP2012283091A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Ono; 俊樹大野; Atsunori Satake; 厚則佐竹
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP6195442B2; WO2014104003A1

Abstract

【課題】充分な機械的強度を有し、かつ、音響振動板としての特性に優れた炭素質音響振動板を提供する。
【解決手段】塩化ビニル樹脂、フラン樹脂などのアモルファス炭素の出発原料に平均長が１０μｍ以上１０ｍｍ以下の炭素繊維を混合し、スリットダイを有する押出成形機により平板状に成形して炭素繊維を押出方向に配向させ、非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響振動板としての特性に優れた炭素を素材とする炭素系音響振動板およびその製造方法、特に、テレビや携帯電話等のスピーカーに使用される振動板やソナーセンサーや超音波接触子等に使用される音響部材としての整合層に適した、耐薬品性に優れ、軽量であり、弾性が高いことによる高感度の炭素質音響振動板として好適な炭素系音響振動板とその製造方法に関する。

下記特許文献１には、アモルファス炭素の出発原料としての樹脂に長さ５μｍのカーボンナノ繊維を混合してスクリュー型押し出し機で脱気を行いつつフィルム状の押し出し成形を行い、ドーム状に成形した後に焼成することにより得られる、アモルファス炭素中にカーボンナノ繊維が分散した、ヤング率（弾性）、音速などの音響振動板としての特性に優れた複合炭素振動板が記載されている。

しかしながら、開示されている音響振動板の厚みが５０μｍと薄いので機械的強度が充分でない。開示されている手法によれば、充分な機械的強度を有し、かつ、音響振動板としての特性に優れた炭素質音響振動板を得ることが困難であると考えられる。

特開２００４−３２４２５号公報特開昭６２−１６３４９４号公報

本発明の目的は、充分な機械的強度を有し、かつ、音響振動板としての特性に優れた炭素質音響振動板を提供することにある。

本発明によれば、アモルファス炭素と、前記アモルファス炭素中に均一に分散した炭素繊維とを含み、面内の一方向における曲げ弾性率がその垂直方向における曲げ弾性率の２倍以上、好ましくは３倍以上である炭素質音響振動板が提供される。

本発明の炭素質音響振動板は、一方向に炭素繊維を高度に配向させることで、面内の一方向における曲げ弾性率がその垂直方向における曲げ弾性率の２倍以上、好ましくは３倍以上としたものである。炭素繊維が高度に配向することでシート中の炭素繊維の配向方向と繊維の配向に対して垂直方向とで弾性率に顕著に差を持たせることができる。例えばその形が長方形状である振動板において、繊維を長手方向に配向させると、音速があがり振動の伝播がへたりにくく音響特性が向上する。さらに、一般的な炭素材料よりも耐衝撃に強く割れにくい特徴を有している。

前記炭素繊維の平均長は、例えば、１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上で１０ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。

炭素繊維の長さがこれよりも短ければ、焼成前の樹脂混合物を平板状に成形するための、スリットダイを有する押出成形機のスリット幅例えば１ｍｍと比べて著しく短いので、押出成形により炭素繊維を押出方向（成形方向）に高度に配向させることが困難になる。また、アスペクト比（繊維の平均直径、例えば７μｍに対する比）が小さくなるので配向性が損われ、目的とする特性が得にくくなる。長すぎると混合時の作業性が劣り、更に分散・混練時のせん断で結果的に５００μｍ以下になる場合がある。

前記炭素繊維は、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維および／またはピッチ系炭素繊維である。

この炭素質音響振動板は、黒鉛粉末、クラスターダイヤモンド、フラーレンおよびカーボンブラックからなる群から選ばれた１種または２種以上の炭素粉末をさらに含むことが好ましい。

前述の炭素質音響振動板は、アモルファス炭素の出発原料に平均長が１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上で１０ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下の炭素繊維を混合し、押出成形機にて平板状に成形して前記炭素繊維を押出方向に配向させ、非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することを含む方法により製造される。

前記成形の前において、黒鉛粉末、クラスターダイヤモンド、フラーレンおよびカーボンブラックからなる群から選ばれた１種又は２種以上の炭素粉末を前記アモルファス炭素の出発原料にさらに混合しても良い。
前述のアモルファス炭素の出発原料としては、好ましくは不活性ガス雰囲気中での焼成により５％以上の炭化収率を示す有機物質が使用される。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体、ポリアミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、リグニン、セルロース、トラカントガム、アラビアガム、糖類等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内にもつ天然高分子物質、および前記には包含されない、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、コフナ樹脂等の縮合多環芳香族を分子の基本構造内にもつ合成高分子物質が挙げられる。使用する組成物の種類と量は、目的とする摺動材料の特性、強度、形状により適宜選択され、単独でも２種以上の混合体でも使用することができる。

（ａ）欄は実施例２で得られた炭素質音響振動板の成形方向に垂直な破断面の顕微鏡写真、（ｂ）欄は、成形方向に平行な破断面の顕微鏡写真である。

アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂４０％、フラン樹脂２０％、炭素粉末としての天然鱗状黒鉛（平均粒子径５μｍ）２０％、および炭素繊維としてのピッチ系黒鉛質炭素繊維（日本グラファイトファイバー製ＨＣ６００−１５Ｍ、平均直径７μｍ、平均長さ１５０μｍ）２０％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーで分散させた後、３本ロールにて混練し、ペレタイザーにてペレット化し成形用組成物を得た。これをスリット幅１ｍｍで横幅３４ｍｍのスリットダイを有する押出成形機にてシート状に成形し、１８０℃のエアオーブン中で３時間処理し炭素前駆体とした。その後窒素ガス中で毎時１５℃で昇温し、１０００℃で３時間保持し、厚み０．７ｍｍの板材を得た。

アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂４０％、フラン樹脂２０％、炭素粉末としての天然鱗状黒鉛（平均粒子径５μｍ）１０％、および炭素繊維としてのピッチ系黒鉛質炭素繊維（日本グラファイトファイバー製ＨＣ６００−１５Ｍ、平均直径７μｍ、平均長さ１５０μｍ）３０％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、実施例１と同様の方法で厚み０．７ｍｍの板材を得た。

アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂４０％、フラン樹脂２０％、および炭素繊維としてのピッチ系黒鉛質炭素繊維（日本グラファイトファイバー製ＨＣ６００−１５Ｍ、平均直径７μｍ、平均長さ１５０μｍ）４０％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、実施例１と同様の方法で厚み０．７ｍｍの板材を得た。
（比較例１）アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂３０％、フラン樹脂２０％、炭素粉末としての天然鱗状黒鉛（平均粒子径５μｍ）５０％に、可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、実施例１と同様の方法で厚み０．７ｍｍの板材を得た。

得られた板材を試験片として、支点間距離２０ｍｍ、ヘッドスピード１０ｍｍ／ｍｉｎの条件で３点曲げ試験を行って曲げ強度、曲げ弾性率を測定し、密度を測定した。

また、音速を下記の計算式より求めた

ｃ＝√（Ｍ／ρ）Ｍ：曲げ弾性率 ρ：密度

図１の（ａ）欄は、実施例２で得られた板材を成形方向（押出方向）に対して垂直な面で破断させたときの破断面の顕微鏡写真であり、図１の（ｂ）欄は成形方向に対して平行な面で破断させたときの破断面の顕微鏡写真である。図１から、アモルファス炭素中に均一に分散した炭素繊維が成形方向に良く配向していることがわかる。

上記の結果から明らかなように、本発明の一実施例としての炭素系音響振動板は、従来の炭素材の特性を損なうことなく成形方向における弾性率が大幅に向上し優れた特性を有している。また、成形方向における曲げ弾性率はその垂直方向における曲げ弾性率の２倍以上、さらに言えば、３倍以上である。
この炭素系音響振動板は押出成形による連続的な製造工程で製造されるので低コストである。

Claims

アモルファス炭素と、
前記アモルファス炭素中に均一に分散した炭素繊維とを含み、
面内の一方向における曲げ弾性率がその垂直方向における曲げ弾性率の２倍以上である炭素質音響振動板。
面内の一方向における曲げ弾性率がその垂直方向における曲げ弾性率の３倍以上である請求項１記載の炭素質音響振動板。
前記炭素繊維の平均長が１０μｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１または２記載の炭素質音響振動板。
前記炭素繊維の平均長が５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項３記載の炭素質音響振動板。
前記炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維および／またはピッチ系炭素繊維である請求項１〜４のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
黒鉛粉末、クラスターダイヤモンド、フラーレンおよびカーボンブラックからなる群から選ばれた１種または２種以上の炭素粉末をさらに含む請求項１〜５のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
前記アモルファス炭素は、アモルファス炭素の出発原料の焼成・炭素化により得られるものである請求項１〜６のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
アモルファス炭素の出発原料に平均長が１０μｍ以上１０ｍｍ以下の炭素繊維を混合し、押出成形機にて平板状に成形して前記炭素繊維を押出方向に配向させ、非酸化性雰囲気中で焼成・炭素化することを含む炭素質音響振動板の製造方法。
前記炭素繊維の平均長が５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項８記載の方法。
前記成形の前において、黒鉛粉末、クラスターダイヤモンド、フラーレンおよびカーボンブラックからなる群から選ばれた１種又は２種以上の炭素粉末と前記炭素含有樹脂にさらに混合することを含む請求項８または９記載の炭素質音響振動板の製造方法。