JP2022046706A - 硬化性サポート層を含む音響保護カバー - Google Patents

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Abstract

Figure 2022046706000001
【課題】膜を歪め又は損傷することなく設置することができる音響保護カバーアセンブリを提供する。
【解決手段】ケーシング310に挿入された層状アセンブリ320を含む保護カバーアセンブリ300において、膜322は、音響経路308内に配置され、第一の側及び第二の側を有する。膜の第一の側は、音響キャビティ306に面し、第二の側は音響経路の開口部316に面する。層状アセンブリ320は、膜の1つの側に結合され、ポリマー接着剤から形成され、そして音響経路のための壁の少なくとも一部を画定する少なくとも1つの硬化性サポート層324を含む。
【選択図】図3

Description

技術分野
本開示は、一般に、膜を含む音響保護カバーに関する。より詳細には、限定するわけではないが、本開示は、膜及び硬化性サポート層を含む保護カバーアセンブリに関する。
背景
音響カバー技術は、環境条件から音響デバイスの感受性構成要素を保護するために、多くの用途及び環境で利用されている。音響デバイスの様々な構成要素は、外部環境からのデブリ、水又はその他の汚染物質と接触していないときに最適に動作する。特に、音響トランスデューサ(例えば、マイクロホン、スピーカ)はファウリングの影響を受けやすいことがある。これらの理由により、しばしば、音響デバイスの作動部品を音響カバーで包囲することが必要になる。
限定するわけではないが、ラジオ、テレビ、コンピュータ、タブレット、カメラ、おもちゃ、無人乗物、携帯電話及び他のマイクロ電気機械システム(MEMS)を含む現代のエレクトロニクスデバイスとしては、内部トランスデューサ、例えば、マイクロホン、リンガー、スピーカ、ブザー、センサ、加速度計、ジャイロスコープなどが挙げられ、それらは開口部を通じて外部環境と通信する。これらのトランスデューサの近くにある開口部は、音を送信又は受信できるようにするだけでなく、エレクトロニクスデバイスに損傷を与える可能性のある液体、デブリ及び粒子の侵入点を創出する。保護カバーアセンブリは、開口部からの液体、デブリ及び粒子の侵入による損傷からトランスデューサを含む内部エレクトロニクス機器を保護するために開発されてきた。
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)などの膜も保護カバーとして使用されてきた。保護カバーは2つの方法で音を伝達することができる:第一は、抵抗性保護カバーとして知られている、音波を通過させることによる方法であり、第二は、振動音響又は反応性の保護カバーとして知られている、振動させて音波を生成することによる方法である。水の浸入に対する音響保護アセンブリにおける膜の弾力性を高めると、アセンブリが音を適切に伝達する能力を低下させる可能性がある。
既知の保護音響カバーは、非多孔質フィルム及び多孔質膜、例えば延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)を含む。保護音響カバーは、米国特許第6,512,834号及び同第5,828,012号明細書にも記載されている。
特開2015-142282号公報は、防水性通音可能フィルムを備えた防水性部品を開示している。防水性通音可能フィルムの少なくとも片側の表面にサポート層は接着されている。サポート層は損失弾性率が1.0×107Pa未満のポリオレフィン系樹脂フォームである。
米国特許第6,188,773号明細書は、受音開口部を有するユニット収容チャンバを備えたマイクロホンケーシングと、前記ユニット収容チャンバ中に収容されたマイクロホンユニットと、前記受音開口部上に気密的に取り付けられた防水性膜とを含む、防水型マイクロホンを開示している。
米国特許出願公開第2014/0270273号明細書は、MEMSマイクロホンの低周波応答を制御及び調整するためのシステム及び方法を開示している。MEMSマイクロホンは、膜及び複数の通気口を含む。膜は、膜に作用する音圧が膜の動きを引き起こすように構成されている。
米国特許出願公開第2015/0163572号明細書は、音響膜及び少なくとも1つの圧力ベントを含むスピーカ又はマイクロホンモジュールを開示している。
存在する継続的な問題は、多くの音響カバー膜が、膜を歪め又は損傷することなく設置することが難しいことが判明していることである。しかしながら、音響保護アセンブリにおける膜の機械的弾性を高めると、アセンブリが音を適切に伝達する能力が低下する可能性がある。
幾つかの例示的な実施形態の簡単な要約
本発明の1つの実施形態によれば、音響デバイスのための保護カバーアセンブリが開示される。保護カバーアセンブリは、第一の側及び第二の側を有する音響経路における膜を含み、第一の側は音響キャビティに面し、膜の第二の側は音響経路の開口部に面する。膜は、硬化性サポート層を含む少なくとも1つの層状アセンブリに結合され、該層状アセンブリは前記硬化性サポート層によって膜の周囲に沿って膜の第一の側又は第二の側の一方に結合されている。硬化性サポート層は、熱に暴露されると硬化及び剛性化するポリマー接着剤から形成され、そして該層状アセンブリは、音響経路のための壁の少なくとも一部を画定している。アセンブリは音響デバイスにおいて使用して、マイクロ電気機械(MEMS)マイクロホン、音響センサ又は音響スピーカなどの適切な音感受性音響デバイスを保護することができる。
様々な実施形態によれば、保護カバーアセンブリは、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂又はポリエステル樹脂から構成される熱硬化型接着剤である。層状アセンブリは、硬化性サポート層に隣接する接着剤層を含むことができ、ここで、前記硬化性サポート層は前記接着剤層よりも硬い。少なくとも1つの実施形態において、硬化性サポート層の剛性は、8,000グラム力(gf)以上のせん断剛性によって規定することができる。幾つかの実施形態において、硬化性サポート層のせん断剛性は、12,900グラム力(gf)以上又は13,000gf以上であることができる。保護カバーアセンブリは、さらに、音響キャビティの壁のための少なくとも一部を画定することができ、好ましくは音響キャビティを包囲するリング形状に構成される。
保護カバーアセンブリは、膜の反対側で硬化性サポート層に結合された接着剤層、又は、複数の硬化性サポート層をさらに含むことができる。幾つかの実施形態によれば、保護カバーアセンブリの外層は、膜の周囲に沿って膜の第二の側に結合された第二の硬化性サポート層を含むことができ、そして該第二の硬化性サポート層に隣接して接着剤層を追加することができ、該硬化性サポート層は熱硬化型ポリマーである。上記のような保護カバーアセンブリの膜は、微孔質であるか、又は、好ましくは、ポリエステル、ポリエチレン、フルオロポリマー、ポリウレタン又はシリコーンのうちの少なくとも1つから形成されうる。特定の実施形態において、膜は:延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)、膨張ポリエチレン又は膨張ポリプロピレンなどの膨張オレフィン、ポリフッ化ビニリデン(「PVDF」)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(「FEP」)又はテトラフルオロエチレン-(ペルフルオロアルキル)ビニルエーテルコポリマー(「PFA」)などのフルオロポリマー、ポリエチレン(「PE」)、高密度ポリエチレン(「HDPE」)、低密度ポリエチレン(「LDPE」)、ポリエチレンテレフタレート(「PET」)、二軸配向ポリエチレンテレフタレート(「BoPET」)などの様々なポリエステルから形成されたフィルム、ポリプロピレン(「PP」)及び二軸配向ポリプロピレン(「BOPP」)、シリコーン材料、例えば、エチレン-プロピレン-ジエン-モノマー(「EPDM」)、及び上記のいずれかの適切な複合材のうちの少なくとも1つから形成することができる。
上述のとおりの保護カバーアセンブリは、アセンブリが10Nの圧縮力を受けたときに、4kHzで1dB以下の挿入損失ピークを有することができる。より好ましくは、保護カバーアセンブリは、アセンブリが15Nの圧縮力を受けたときに、4kHzで1dB以下の挿入損失ピークを有することができる。保護カバーアセンブリの実施形態は、8.0kgを超えるせん断力を受けたときに、0.5mm歪みに可逆的に変形できる硬化性サポート層を使用することもできる。
本明細書に記載されるとおりの保護カバーアセンブリの実施形態はまた、耐クリープ性であることができる。例えば、保護カバーアセンブリの少なくとも1つの実施形態は、硬化性サポート層が、2.5kgfのせん断力を少なくとも10分間受けたときに、90ミクロン未満(又はそれに等しい量)、好ましくは23ミクロン以下、より好ましくは11ミクロン以下だけ変形するように、耐クリープ性があるサポート層を含むことができる。
図面の簡単な説明
本発明は、添付の非限定的な図を考慮してよりよく理解されるであろう。
図1は、本明細書に開示される実施形態による保護カバーアセンブリを有するエレクトロニクスデバイスの正面図を示す。
図2は、本明細書に開示された実施形態による図1の保護カバーアセンブリの上面図を示す。
図3は、図1のエレクトロニクスデバイスに組み立てられた線A-Aに沿って取った図1及び図2の保護カバーアセンブリの断面図を示す。
図4は、本明細書に開示された実施形態による、除去可能な層と組み合わせた保護カバーアセンブリの第一の例の側断面図である。
図5は、本明細書に開示された実施形態による、除去可能な層と組み合わせた保護カバーアセンブリの第二の例の側断面図である。
図6は、変動する圧縮力の下での音響保護カバーの実施形態についての挿入損失(すなわち、遮られていないマイクロホンと比較した音圧レベルの差)をグラフで示すチャートである。
図7は、せん断荷重下の音響保護カバーの様々な実施形態についての硬化性層の挿入損失及び耐クリープ性をグラフで示すチャートである。
図8は、せん断荷重下の音響保護カバーのための硬化性層の様々な実施形態についての挿入損失及びせん断剛性をグラフで示すチャートである。
詳細な説明
本明細書に記載される様々な実施形態は、多孔質膜に結合された硬化性サポート層を含む層状アセンブリを有する多孔質膜を含むエレクトロニクスデバイスのための保護カバーアセンブリに関する。1つの実施形態において、硬化性サポート層は、音響膜を通過する音響経路の壁の少なくとも一部を画定するポリマー接着剤である。
多孔質膜
本明細書に記載の多孔質延伸膜は、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)などの延伸フルオロポリマー、又は膨張ポリエチレン又は膨張ポリプロピレンなどの膨張オレフィンであることができる。他のフルオロポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン(「PVDF」)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(「FEP」)、テトラフルオロエチレン-(ペルフルオロアルキル)ビニルエーテルコポリマー(「PFA」)などを挙げることができ、それらを使用することができる。というのは、ePTFEと同様に、これらのフルオロポリマーは、疎水性、化学的不活性、温度耐性があり、優れた処理特性を有することができるからである。他の適切な音響材料としては、ポリエチレン(「PE」)、高密度ポリエチレン(「HDPE」)、低密度ポリエチレン(「LDPE」)、ポリエチレンテレフタレート(「PET」)、二軸配向ポリエチレンテレフタレート(「BoPET」)などの様々なポリエステル、ポリプロピレン(「PP」)、二軸配向ポリプロピレン(「BOPP」)、シリコーン材料、例えば、エチレン-プロピレン-ジエン-モノマー(「EPDM」)、及び、上記のいずれかの適切な複合材から形成されたフィルムを挙げることができる。必要な保護を提供するために、多孔性延伸膜は湿分及び他の液体に対して耐性であるべきである。1つの実施形態において、多孔質延伸膜は疎水性であるが、コーティング又は層を追加することにより親水性であることができる。同時に、多孔質延伸膜により、有意な音の減衰なしに空気が通過できる。1つの実施形態において、ePTFE膜は、米国特許出願公開第2007/0012624号及び同第2013/0183515号明細書に記載されており、その全体の内容及び開示は参照により本明細書に組み込まれ、それを使用することができる。
軽量特性に加えて、多孔質膜はまた、薄くてもよい。これにより、膜を小さなプロファイルを有するエレクトロニクスデバイスにおいて使用できる。1つの実施形態において、多孔質膜は、第一の表面から反対側の表面、すなわち第二の表面まで測定して、20ミクロン以下、例えば、10ミクロン以下、5ミクロン以下、2ミクロン以下、1ミクロン以下の厚さを有する。薄い膜は優れた音響性能に寄与する。
薄さ及び軽量の特性に加えて、膜は、水の侵入を防止しながら音の伝達に適した特性も有する。膜は非常に開いた構造を有することができ、広範囲の孔サイズを有することができる。そのような膜の公称孔サイズは0.05~5μm、例えば0.05~1μmの範囲であることができる。細孔体積は、20~99パーセントの範囲、例えば、好ましくは50~95パーセントの範囲であることができる。1つの実施形態において、膜は、少なくとも50%の多孔度(すなわち、細孔体積≦50%)である材料の連続シートである微孔質膜であることができ、細孔の50%以上は公称直径が5μm以下である。空気透過率は、0.15~50ガーレー秒、例えば、1~10ガーレー秒の範囲であることができる。水浸入圧力抵抗は、5~200psi、例えば20~150psiの範囲であることができる。これらの膜の長期間の水浸入圧力は、1m水圧で0.5時間を超える持続時間を有することができ、例えば、1m水圧で4時間を超える持続時間を有することができる。
硬化性サポート層
少なくとも1つの実施形態によれば、音響保護カバーは多孔質膜の片側に結合された硬化性サポート層を含む。幾つかの実施形態において、2つの硬化性サポート層は多孔質膜の反対側に結合されうる。硬化性サポート層は、硬化性ポリマー層又は硬化性ポリマー接着剤であることができ、例えば、熱硬化型ポリマーであることができ、それは層を硬化させて応力下で形状を保持することができる硬化済みサポート層にする熱処理工程の前に、硬化性サポート層前駆体として膜に結合されうる。硬化性サポート層は、膜の融点よりも低い200℃以下の温度で硬化される。特定の実施形態において、硬化性サポート層は、170℃以下又は130℃以下又は110℃以下の温度で硬化される。硬化すると、硬化性サポート層は、圧縮下及びせん断下の両方での変形に対して結合膜を支持することができる。
適切な硬化性サポート層としては、限定するわけではないが、ポリマー接着剤、特に熱硬化型接着剤を挙げることができる。適切な硬化性接着剤としては以下のクラスの接着剤を挙げることができ、例えば、ニトリルフェノール、エポキシ、ポリマー、アクリル、シリコーン、ポリウレタン、又はアクリル/シリコーン/エポキシなどの組み合わせである。幾つかの特定の硬化性ポリマーとしては、3M, Inc.により供給されるニトリルフェノール接着剤583、Rogers Corporation, Inc.により供給されるエポキシ接着剤3232、HB Fuller、Inc.により供給されるエポキシ接着剤RFA 7001、HB Fuller, Incにより供給されるポリマー接着剤RFA 1005、Avery Dennison, Inc.により供給される接着剤TS8905、Lintec, Inc.により供給されるアクリル/シリコン/エポキシ接着剤LC2824、HB Fuller, Inc.により供給されるポリウレタン接着剤EM9002、Adhesives Research Inc.により供給される接着剤7970-39、及びTesa, Inc.により供給されるニトリルフェノール接着剤58480、58471及び58470が挙げられる。
音響保護カバーアセンブリ
少なくとも1つの実施形態によれば、音響保護カバーは、任意の適切な膜及び硬化性サポート層のアセンブリを含む。保護カバーアセンブリの膜は、保護カバーアセンブリの硬化性サポート層(単数層又は複数層)が保護カバーアセンブリの取り付け中又は保護カバーアセンブリがデバイス内で圧縮又はせん断下に置かれたときに膜の変形を防止しながら、音響エネルギーを最小限の減衰で通過させることができる。保護カバーアセンブリは、保護カバーアセンブリをデバイスに固定するための1つ以上の硬化性サポート層及び/又は追加の接着剤層の様々な特定の層構成を含むことができる。取り付ける前に、接着剤を保存し、膜を保護するための除去可能なフィルムを含む保護カバーアセンブリを調製することができる。
特に、本明細書に記載のとおりの音響保護カバーアセンブリの実施形態は、1.6×3.3mm接着剤領域にわたって、少なくとも10Nの線形圧縮、好ましくは少なくとも15Nの線形圧縮に耐えることができる一方で、最小限の減衰で音響エネルギーを通過させることができる。硬化性サポート層(又は二層アセンブリにおける複数の層)の剛比は膜を支持し、音響保護カバーアセンブリが設置されそして圧縮力を受けたときに、膜における張力が変化するのを防止する。本明細書に記載のとおりの音響保護カバーアセンブリの実施形態は、圧縮応力に耐えるのと同じ理由で、一般にせん断応力にも耐性があり、硬化した接着剤なしの従来の膜よりも高いせん断剛性、及び、一定のせん断応力を受けたときにクリープに対する高い耐性を示す。
図1は、小さな開口部12を有する、携帯電話として表されるエレクトロニクスデバイス10の外部正面図を示す。開口部は、狭いスロット又は円形のアパチャであることができる。1つの開口部12が示されているが、エレクトロニクスデバイス10の開口部における数、サイズ及び形状は変更可能であることを理解されたい。1つの実施形態において、開口部12の最大直径は、0.1mm~500mmであり、例えば、0.3mm~25mm又は0.5mm~13mmである。保護カバーアセンブリ100は、エレクトロニクスデバイス10への湿分、デブリ又は他の粒子の侵入を防止するために開口部12を覆って示されている。保護アセンブリカバー100はあらゆるサイズの開口部に適し、特に限定されない。本明細書に開示される構造は、ラップトップコンピュータ、タブレット、カメラ、携帯用マイクロホンなどの同等のエレクトロニクスデバイスの保護カバーにおける音響通過用の開口部にも同様に適用できる。保護カバーアセンブリ100を取り付けることを可能にするために、保護カバーアセンブリのサイズは、開口部12の最大直径よりも大きい。
保護カバーアセンブリ100は、図2に、より詳細に示されている。示されるように、保護カバーアセンブリ100は、支持領域102によって囲まれた活性領域104を含む。活性領域104は膜のみを含み、音が膜を容易に通過することを可能にする。支持領域102は、保護カバーアセンブリ100をエレクトロニクスデバイス10に接続するための外部接着剤層の間に挟まれた膜、及び、該膜とアセンブリに機械的支持を提供するための接着剤層との間で膜に結合された少なくとも1つの硬化性サポート層を含む。
図3は、エレクトロニクスデバイス10のケーシング310に挿入された層状アセンブリ320を含む保護カバーアセンブリ100の例示的なアセンブリ300の断面図を示す。ケーシング310における開口部316は開口部12(図1)に対応し、そして音響経路308を画定し、該音響経路にわたって、保護カバーアセンブリ100は配置され、ケーシング310の内部環境312から外部環境314を分離し、そして音響キャビティ306から外部環境314を分離している。ケーシング310は、モバイルデバイス、携帯電話、タブレットなどのための回路板などのエレクトロニクスデバイス302の周囲に配置されてそしてそれを保護するように構成されており、層状アセンブリ320は水又はデブリが内部環境312に入るのを防止し、特にトランスデューサ304を保護するために配置される。トンランスデューサ304は音を発生又は受信するために開口部12内の活性領域104の下に配置される。
層状アセンブリ320は、膜322、硬化性サポート層324及び2つの外部接着剤層326、328を含む。1つの実施形態において、層状アセンブリ320は、膜322に直接結合された単一のサポート層324とともに組み立てられ、外部接着剤326、328はそれぞれ硬化性サポート層及び膜に結合されている。外部接着剤326、328は、外部環境314から内部環境312への水の侵入を防止しながら、層状アセンブリ320を内部エレクトロニクス機器302及びケーシング310と接続させる。一般に、層状アセンブリ320の層の数及び同時にその厚さは、音響保護カバーアセンブリが配置されているエレクトロニクスデバイスを小型化するために最小化される。しかしながら、内部エレクトロニクス機器302のトポロジー及びケーシング310のサイズに応じて、外部接着剤326、328と内部回路及びケーシングのいずれか又は両方との間に、ガスケット層などの追加の層を設けることができる。外部接着剤326、328は一般に透水性ではなく、さらに疎水性であることができる。
音波は、音響キャビティ306を通過し、音響経路308に沿ってトランスデューサ304と外部環境314との間の膜322を通過することができる。音響経路308は、一般に、ケーシング310の開口部316によって画定される。この開口部316は、一般に、膜322の遮られていない部分とほぼ同じサイズである。しかしながら、硬化性サポート層324及び外部接着剤層326、328は、開口部316よりも大きい内部ボイドを画定することができる。
音響経路308はまた、通気を提供しうる。通気は、音響キャビティ306と外部環境314との間の圧力均等化を提供することができる。通気は、層状アセンブリ320が音波を通過させる能力に影響を及ぼす音響キャビティ306と外部環境314との間に圧力差が生じるときに有用である。例えば、音響キャビティ306内の温度変化は、音響キャビティ内の空気の膨張又は収縮を引き起こすことができ、これは、層状アセンブリ320を変形させ、音響歪みを引き起こす傾向がある。膜322に多孔質又は微孔質材料を提供することにより、層状アセンブリ320は、圧力を均一にするために、空気を通過させうることができる。保護カバーアセンブリの平衡化速度は、空気が通気により音響キャビティに出入りすることを可能にするほど十分に高く、そのような歪みを実質的に防止又は緩和することができる。特に、この通気性は、設置又は使用中に変形又は損傷しやすい、より薄い膜と相関関係がある。膜322に結合された硬化性サポート層324を提供することにより、層状アセンブリ320は、設置又は使用中の膜の引き裂き、層間剥離又は変形の事例を有意に減らすことができる。
1つの実施形態において、層状アセンブリ320の総厚は、50μm~1000μmであり、例えば、120μm~300μmであることができる。限定するわけではないが、幾つかの例示的な用途では、保護カバーアセンブリは、例えば、100μm~1000μm程度の比較的薄い厚さを有するMEMSトランスデューサと組み合わせて使用されうる。したがって、保護カバーアセンブリ100を取り込んだエレクトロニクスデバイスは、0.2~1.2mmなど、非常に薄くすることができ、これは、携帯電子デバイスなどの多くの小型ファクタ用途に含めるのに適している。
エレクトロニクスデバイスにおける設置前の、除去可能な保護層と組み合わせた保護カバーアセンブリのさらなる例は図4~5に示されている。例えば、図4は、2つの剥離ライナ402、404の間の層状アセンブリ320(図3)のアセンブリ400を示す。実際には、層状アセンブリ320は、エレクトロニクスデバイス(例えば、デバイス10、図1)とともに、第一の剥離ライナ404を除去し、そして中に保護カバーアセンブリを配置し、次いで、保護カバーアセンブリをエレクトロニクスデバイスに封入する前に、第二の剥離ライナ402を除去することによって組み立てることができる。一般に、層状アセンブリ320はエレクトロニクスデバイスとともに組み立てることができ、硬化性サポート層324は「下に」、すなわち、エレクトロニクスデバイスのトランスデューサに面し、音響キャビティ(例えば、音響キャビティ306、図3)の壁の一部を形成する。しかしながら、幾つかの代替実施形態において、硬化性サポート層は反対方向を向いてもよい。
図5は、少なくとも1つの実施形態による、除去可能な保護層とともに保護カバーアセンブリ520の同様のアセンブリ500を示す。保護カバーアセンブリ520は、膜522と、膜の両側に結合された2つの硬化性サポート層524、530とを含む。外部接着剤層526、528は、ここでも、膜522の両側で、剥離ライナ504、502の間で硬化性サポート層524、530に結合される。使用時に、保護カバーアセンブリ520は、層状アセンブリ320(図3~4)と同様に、エレクトロニクスデバイス(例えば、エレクトロニクスデバイス10、図1)とともに組み立てることができる。
方法及び例
剛性及びクリープ試験のためのサンプル調製
各サンプルを2枚の試験プレートに接着することにより、剛性試験を行った。サンプルを第一の試験プレートに接続するために、厚さ0.016インチのアルミニウムプレートをホットプレート上で加熱した。ホットプレートの設定は、接着剤データシートの処理推奨に応じて、室温から約200℃まで様々であった。例えば、H.B. Fuller, Inc.により提供されるFlexel(商標) EM9002接着剤を接着するために、ホットプレートを約100℃に設定した。接着剤の1平方インチのサンプルを、ホットプレート上でハンドローラを使用してアルミニウムプレートに貼り付けた。次に、接着剤が備えられた剥離ライナを除去し、ハンドローラを使用して、接着剤の反対側に、適合するアルミニウムプレートを貼り付けた。
アルミニウムプレートが接着剤によって一緒に粘着されたら、アセンブリをオーブンに入れた。この場合も、硬化プロセスのための時間及び温度は、データシートに提供されている推奨事項に基づいて調整された。例えば、Flexel(商標) EM9002サンプルでは、オーブンを110℃に設定し、サンプルをオーブン内で少なくとも1.5分間硬化した。
耐クリープ性試験
耐クリープ性は、Stable Micro Systems, Inc., TA.XT plus Texture Analyzerを使用して測定した。2.5kgfの一定のせん断応力を課し、その間に、歪みを10分間にわたって記録した。テストの最後の100秒間で測定された平均歪みを使用して、接着剤のクリープ性能を比較した。
せん断剛性試験
せん断剛性は、Stable Micro Systems, Inc., TA.XT plus Texture Analyzerを使用して測定した。サンプルを0.01mm/sの速度で歪みをかけ、その間に、得られたせん断力を測定した。サンプルを比較するために、0.5mmの歪みによって発生する力を記録した。
圧縮試験による挿入損失の変化:
円形音響カバーは、それぞれが1.6mmの内径(ID)及び3.3mmの外径を有する各試験接着剤タイプ(表1を参照されたい)から形成された。「一層」構造は、片側が感圧接着剤(PSA)の接着剤リング(すべてのPSA層はNitto Denko 5065R)で支持され、もう一方の側にはPSAでラミネートされたテスト接着剤から構成されたリングがあった。試験接着剤を音響膜に隣接して取り付けた。すべてのサンプルに使用された音響膜は、Gore&Associates, Inc.から入手可能な微孔質ePTFE膜であり、それは、適切な保護特性、音響特性及び構造特性を有し、例えば、厚さが1~20μm程度であり、そして1kHzでの音響透過損失が1.5dB未満である微孔質ePTFEであった。「二層」構造は、PSAでラミネートされたテスト接着剤から構成された接着剤リングによって両側で支持されており、テスト接着剤は音響膜に隣接していた。外向きのPSA層は、サンプルを室温でテスト固定具に一時的に取り付けることができるように設計した。比較のために、膜の両側のPSA接着剤リングで支持されたサンプルを作成した。
テスト接着剤を含むサンプルを作成するために、PSAにラミネート化された試験接着剤の層を通して、最初にID特徴を切った。次いで、テスト接着剤を音響膜に粘着するために、加熱プレスを使用して音響膜を試験接着剤にラミネート化した。次いで、ID特徴を接着剤の第二の層を通して切断した。「一層」構造の場合に、接着剤の第二の層はPSAであった。「二層」構造の場合に、接着剤の第二の層は同じテスト接着剤及びPSAから構成されており、音響膜にテスト接着剤の第二の層を粘着するために、追加の加熱加圧工程を行った。
サンプルは、1.3mmのアパチャサイズを有する第一の固定プレートに取り付けられた。次いで、サンプルが固定プレートの間で結合されるように、第一の固定プレートを第二のサンプルプレートに取り付けた。第二の固定プレートは、、第一のアパチャ及びサンプルの中心に位置合わせされた0.9mmのアパチャを有した。第二のアパチャの後ろに、Knowles(登録商標)SPA2410LF5H測定マイクロホン(Knowles Electronics, LLC. Itasca, IL, USA)をはんだ付けによって組み立てた。ばねを含む追加の固定具は、第一の固定プレートを第二の固定プレートに向かって引っ張ることによって圧縮力を提供した。蝶ネジ及びTE Connectivity Corporationから入手可能なFC22力センサにより、サンプルに作用する2つの固定プレート間の力を制御できた。
固定具アセンブリは、内部ドライバ又はスピーカから6.5cmの距離にあるB&Kタイプ4232無響試験ボックス(Bruel & Kjaer, Naerum, Denmark)内に配置された。この距離は、固定ピンを備えたベースプレートに固定具を取り付けることによって維持された。スピーカは励起されて、100Hz~11.8kHzの周波数範囲にわたって0.5Paの音圧(88dB SPL)で外部刺激を生成した。測定用マイクは、音響応答を、周波数範囲全体にわたるdB単位の音圧レベルとして測定した。テストを校正するために、音響膜が存在しない接着リングのサンプルを使用して測定値を取得した。
当初設置時に、PSA層が両方の固定プレートに対して完全にシールすることを確実にするために、蝶ネジを使用して15秒間5Nに力を設定した。15秒後に、力は2Nに低下された。接着剤の動きを安定化させるために、圧縮力の設定とスピーカの励起の初期化の間に1分の遅延があった。次に、同じサンプルを5N、10N及び15Nの圧縮設定でテストした。
上述のように、様々な保護カバーアセンブリを調製し、テストした。特定の材料、それらのパラメータ及びそれらの性能特性を、表1及び2に示すように、そして以下の説明によって以下に要約する。一層構造は、図3及び4に示されるようなアセンブリを指す。二層構造は、上記の図5に示されるようなアセンブリを指す。各サンプルを形成するために使用した方法を以下に示す。
Figure 2022046706000002
Figure 2022046706000003
実験結果:
サンプルを、88dBの較正された開始音圧に基づいて、圧縮によって誘発される音響損失について試験し、ある範囲の周波数及び圧縮状態にわたって試験した。一般に、圧縮の影響はより高い周波数で最も見られた(Avery Dennison,Inc.から入手可能な複合接着剤であるAvery Dennison TS8905と呼ばれる例9を参照されたい)。サンプル間の性能を比較するために、4kHzでの挿入損失を記録した。歪みを回避するために、全体的な音響損失を最小限に抑えることと、音響損失が圧力の範囲にわたって一定であることの両方が重要である。したがって、圧縮による挿入損失の変化は、2N及び15N圧縮レベルでの4kHz挿入損失の差として計算した。例示の目的で、図6は、この例9についての様々な力レベル及び周波数帯域にわたる挿入損失をグラフで示すチャート600であり、2N(602)、5N(604)、10N(606)及び15N(608)の圧縮における挿入損失の変化を示す明確な曲線を含む。
一般に、一層構造及び二層構造の性能は、耐クリープ性及びせん断剛性に関して類似していた(図7~8)。示されているように、ほとんどのテストされた材料は、4kHzでの10Nの両方の圧縮力下での圧縮による挿入損失(すなわち、挿入損失のピーク)の小さな変化のみを示し、典型的に1dB未満であった。さらに、ほとんどのテストされた材料は、15Nの圧縮力下での圧縮による4kHzでの挿入損失の変化も1dB未満を示した。さらに、ほとんどすべての試験材料は、2N及び15Nの圧縮力の間の挿入損失の変化が1dB未満であっても、2.5kgfの一定印加せん断力で500~600秒で0.03mmクリープ未満の耐クリープ性を示した(図7)。これらの材料はまた、0.5mmのせん断歪みを受けたときに高いせん断剛性を示し、0.5mm歪み以上で約13,000gf程度の値を示した(図8)。一層構造は、処理が容易で、表面エネルギーの低い膜に取り付けやすく、コストが低いという利点があり、一方、二層構造は、一般に、圧縮及びせん断抵抗の点でより優れた技術的結果を実現する。
音響カバーサンプル:
比較例:
標準的なCO2レーザを使用して、NittoDenkoから入手可能な5605R接着剤の層を通して1.6mmの穴を得た。接着剤を備えた剥離ライナの1つを除去し、露出した接着剤にePTFE膜の層をハンドローラで室温にてラミネートした。次いで、第二の剥離ライナを除去し、Flexconn,Inc.から提供された6.5mmのシリコーン剥離コーティングされたPETライナをその場所に置いた。CO2レーザを使用して、5605R接着剤の第二の層に別の1.6mmの穴を開けた。接着剤を備えた剥離ライナの1つを除去し、2つの1.6mmの穴が位置合わせされるように、接着剤を室温で膜の第二の側にラミネート化した。最後に、CO2レーザを使用して、音響カバーの外形寸法を作成するために、6.5mmシリコーン剥離ライナ以外のすべての層を通して3.3mmの円を切断した。
例1:
二層の音響硬化性接着剤サンプルを以下の方法で作製した。3M, Inc.から入手可能な硬化性サポート層として使用するための583熱接着フィルムの層を、Nitto Denko, Inc.から入手可能な外部接着剤層としての5605R接着剤の層に室温にてハンドローラを用いてラミネート化した。CO2レーザでラミネートを通して切断して1.6mmの穴を開けた。次いで、583フィルムを備えた剥離ライナを除去し、上記のePTFE膜の層を、40psi及び100℃に設定したGeo Knight&Co, Inc.から入手可能なGeo Knight 394 Shuttleプレスを使用して583硬化性接着剤層に10秒間ラミネート化した。CO2レーザを使用して、同じラミネートに第二の1.6mmの穴を開けた。583フィルムを備えた剥離ライナを除去し、同じシャトルプレスを同じ設定で使用して、2つの1.6mmの穴が位置合わせされるように、フィルムを膜の第二の側にラミネート化した。最後に、CO2レーザを使用して、3.3mmの円を6.5mmシリコーン剥離ライナ以外のすべての層を通して切断し、最上層として5605R接着剤を備えた剥離ライナの1つを含む音響カバーの外形寸法を作成した。583接着剤を硬化させるために、層状アセンブリを、次いで、Insulectro,Inc.から入手可能な2層の圧力/温度均等化パッドの間に配置し、次いで、それを2枚のアルミニウムプレートの間に配置した。次に、層状アセンブリを170℃のオーブンに約2時間入れてプレートを所定の温度にし、接着剤を硬化させた。
例2:
一層の音響接着剤サンプルを以下の方法で作製した。硬化性接着剤層として使用するための3M Inc.から入手可能な583熱接着フィルムの層を、Nitto Denko, Inc.から入手可能な外部接着剤層としての使用のための5605R接着剤の層に室温にてハンドローラを用いてラミネート化した。CO2レーザでラミネートを通して切断して1.6mmの穴を開けた。次いで、583フィルムを備えた剥離ライナを除去し、例1のために提供されたePTFE膜を、40psi及び100℃に設定したGeo Knight 394 Shuttleプレスを使用して硬化性接着剤層に10秒間ラミネート化した。第二の1.6mmの穴を5605R接着剤の層を通して切断した。外部接着剤層を備えた剥離ライナを除去し、同じ設定でシャトルプレスを使用して、2つの1.6mmの穴が位置合わせされるように、膜の第二の側にフィルムをラミネート化した。最後に、CO2レーザを使用して、3.3mmの円を6.5mmシリコーン剥離ライナ以外のすべての層を通して切断し、最上層として5605R接着剤を備えた剥離ライナの1つを含む音響カバーの外形寸法を作成した。次に、583接着剤を硬化させるために、層状アセンブリを、Insulectro,Inc.から入手可能な2層の圧力/温度均等化パッドの間に配置し、2枚のアルミニウムプレートの間に配置した。層状アセンブリを、170℃のオーブンに約2時間入れて、プレートを所定の温度にし、接着剤を硬化させた。
例3:
熱硬化型フィルムがRogers Corporationから入手可能なRXP 3232 Bondplyであり、硬化プロセスが150℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例4:
熱硬化型フィルムがRogers Corporationから入手可能なRXP 3232 Bondplyであり、硬化プロセスが150℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例5:
熱硬化型フィルムがH. B. Fullerから入手可能なFlexel(商標)RFA7001であり、硬化プロセスが110℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例6:
熱硬化型フィルムがH. B. Fullerから入手可能なFlexel(商標)RFA7001であり、硬化プロセスが110℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例7:
熱硬化型フィルムがH. B. Fullerから入手可能なFlexel(商標)RFA1005であり、硬化プロセスが110℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例8:
熱硬化型フィルムがH. B. Fullerから入手可能なFlexel(商標)RFA1005であり、硬化プロセスが110℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例9:
Avery Dennisonから入手可能な熱硬化型フィルムTS8905であり、硬化プロセスが110℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。また、TS8905は硬化工程後でも室温で適度に粘着性があるため、接着剤は5605R接着剤にラミネート化されていなかった。
例10:
熱硬化型フィルムがLintec Corporationから入手可能なAdwill LC2850(25)であり、硬化プロセスが130℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例11:
熱硬化型フィルムがLintec Corporationから入手可能なAdwill LC2850(25)であり、硬化プロセスが130℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例12:
熱硬化型フィルムがLintec Corporationから入手可能なAdwill LC2824H(25)であり、硬化プロセスが130℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例13:
熱硬化型フィルムがLintec Corporationから入手可能なAdwill LC2824H(25)であり、硬化プロセスが130℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例14:
熱硬化型フィルムがH. B. Fullerから入手可能なFlexel(商標)EM9002であり、硬化工程が110℃で行れたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例15:
熱硬化型フィルムがH. B. Fullerから入手可能なFlexel(商標)EM9002であり、硬化プロセスが110℃で行れたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例16:
熱硬化型フィルムがAdhesives Researchから入手可能なARclad(登録商標)IS-7970-39であり、硬化プロセスが160℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例17:
熱硬化型フィルムがTesa(登録商標)から入手可能なHAF58480であり、硬化プロセスが100℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例18:
熱硬化型フィルムがTesa(登録商標)から入手可能なHAF58480であり、硬化プロセスが100℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例19:
熱硬化型フィルムがTesa(登録商標)から入手可能なHAF58471であり、硬化プロセスが200℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例20:
熱硬化型フィルムがTesa(登録商標)から入手可能なHAF58471であり、硬化プロセスが200℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
例21:
熱硬化型フィルムがTesa(登録商標)から入手可能なHAF58470であり、硬化プロセスが200℃で行われたことを除いて、例1により二層の音響接着剤サンプルを製造した。
例22:
熱硬化型フィルムがTesa(登録商標)から入手可能なHAF58470であり、硬化プロセスが200℃で行われたことを除いて、例2により一層の音響接着剤サンプルを製造した。
本発明は、ここまで、明確化及び理解の目的で詳細に記載されてきた。しかしながら、当業者は、添付の特許請求の範囲内で特定の変更及び修正を実施できることを理解するであろう。
上記の記載において、説明の目的で、本発明の様々な実施形態の理解を提供するために、多くの詳細が示されてきた。しかしながら、特定の実施形態は、これらの詳細のうちの幾つかなしで、又は、追加の詳細を用いて実施されうることが当業者に明らかであろう。
幾つかの実施形態を開示したが、実施形態の主旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構造及び均等形態を使用できることは当業者に理解されるであろう。さらに、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、幾つかの周知の方法及び要素は記載されていない。したがって、上記の記載は、本発明の範囲又は特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
値の範囲が提供される場合に、文脈が明確に他のことを指示しない限り、その範囲の上限と下限の間の各介在値も下限値の単位の最小端数まで詳細に開示されているものと理解される。記載された値又は記載された範囲内の記載されていない介在値と、記載された範囲内の他の記載された値又は介在値との間のより狭い範囲は包含される。これらのより小さな範囲の上限及び下限は、独立して範囲に含まれるか又は除外されることができ、いずれかの又は両方の限定値がより小さい範囲に含まれるか又は両方の限定値がより小さい範囲に含まれない各範囲も、特に記載された範囲の除外された限定に従い、本発明に含まれる。記載された範囲が1つ又は両方の限定値を含む場合に、それらの含まれた限定値のいずれか又は両方を除外する範囲も包含される。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるときに、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の言及を含む。また、「備える(comprise)」、「備える(comprising)」、「含む(contain)」、「含む(containing)」、「含む(inclde)」、「含む(including)」、及び「含む(includes)」という用語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるときに、記載された特徴、完全体、構成要素又は工程の存在を特定することを意図しているが、1つ以上の他の特徴、完全体、構成要素、工程、動作又は群の存在又は追加を排除するものではない。
以下、本発明の好適な態様を列挙する。
(1)音響デバイスのための音響保護カバーアセンブリであって、
第一の側及び第二の側を有する音響経路内の膜であって、前記第一の側は音響キャビティに面しており、前記膜の第二の側は前記音響経路の開口部に面している、膜、及び、
前記膜の第一の側又は第二の側の一方にその周囲に沿って結合された硬化性サポート層を含む少なくとも1つの層状アセンブリ、
を含み、ここで、前記硬化性サポート層はポリマー接着剤を含み、前記層状アセンブリは前記音響経路のための壁の少なくとも一部を画定しており、前記サポート層は0.5mmの歪みで少なくとも8000gfのせん断剛性を有する、音響保護カバーアセンブリ。
(2)前記ポリマー接着剤はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂又はポリエステル樹脂を含む熱硬化型接着剤である、(1)記載のアセンブリ。
(3)前記層状アセンブリは前記硬化性サポート層に隣接する接着剤層を含み、前記硬化性サポート層は該接着剤層よりも硬い、(1又は2)記載のアセンブリ。
(4)前記硬化性サポート層は、0.5mmの歪みで、12,900gf以上、好ましくは13,000gf以上の剛性を有する、(1~3)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(5)前記層状アセンブリは、前記音響キャビティのための壁の少なくとも一部を画定し、好ましくは前記音響キャビティを包囲するリング形状を画定している、(1~4)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(6)前記層状アセンブリは、前記膜の反対側で前記硬化性サポート層に結合された接着剤層をさらに含む、(1~5)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(7)前記硬化性サポート層は前記膜の第一の側に結合されている、(1~6)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(8)前記硬化性サポート層は第一の硬化性サポート層であり、前記第一の硬化性サポート層の反対側で前記膜の周囲に沿って膜の第二の側に結合された第二の硬化性サポート層をさらに含む、(7)記載のアセンブリ。
(9)前記第二の硬化性サポート層に隣接する第二の接着剤層をさらに含み、前記硬化性サポート層は熱硬化型ポリマーを含む、(8)記載のアセンブリ。
(10)前記膜は微孔性であり、好ましくは、前記膜はポリエステル、ポリエチレン、フルオロポリマー、ポリウレタン又はシリコーンの1つを含む、(1~9)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(11)前記アセンブリは、該アセンブリが10Nの圧縮力を受けたときに、4kHzで1dB以下の挿入損失ピークを有する、(1~10)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(12)前記アセンブリは、該アセンブリが15Nの圧縮力を受けたときに、4kHzで1dB以下の挿入損失ピークを有する、(1~11)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(13)前記硬化性サポート層は、8.0kgfを超えるせん断力を受けたときに、0.5mmの歪みに可逆的に変形する、(1~12)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(14)前記硬化性サポート層は、前記硬化性サポート層が少なくとも10分間2.5 kgfのせん断力を受けたときに、90ミクロン以下、好ましくは23ミクロン以下、より好ましくは11ミクロン以下で変形するように、耐クリープ性である、(1~13)のいずれか1項記載のアセンブリ。
(15)前記音響デバイスはマイクロ電気機械(MEMS)マイクロホン、トランスデューサ、音響センサ又は音響スピーカを含む、(1~14)のいずれか1項記載のアセンブリ。

Claims (14)

  1. 音響デバイスのための音響保護カバーアセンブリであって、
    第一の側及び第二の側を有する音響経路内の膜であって、前記第一の側は音響キャビティに面しており、前記膜の第二の側は前記音響経路の開口部に面している、膜、及び
    少なくとも1つの層状アセンブリ、を含んでなり、
    前記少なくとも1つの層状アセンブリは、前記膜の前記第一の側又は前記第二の側の周囲に沿って前記膜の前記第一の側又は前記第二の側の一方に結合されており、
    前記少なくとも1つの層状アセンブリは、硬化性サポート層と、第一の外部接着剤と、第二の外部接着剤とを含み、
    前記第一の外部接着剤は前記硬化性サポート層に結合されており、
    前記第二の外部接着剤は前記膜に結合されており、
    前記層状アセンブリは前記音響経路のための壁の少なくとも一部を画定しており、前記サポート層は0.5mmの歪みで少なくとも8000gfのせん断剛性を有する、音響保護カバーアセンブリ。
  2. 前記硬化性サポート層はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂又はポリエステル樹脂を含む熱硬化型接着剤である、請求項1記載のアセンブリ。
  3. 前記硬化性サポート層は該第一の外部接着剤よりも硬い、請求項1又は2記載のアセンブリ。
  4. 前記硬化性サポート層は、0.5mmの歪みで、12,900gf以上の剛性を有する、請求項1~3のいずれか1項記載のアセンブリ。
  5. 前記層状アセンブリは、前記音響キャビティのための壁の少なくとも一部を画定している、請求項1~4のいずれか1項記載のアセンブリ。
  6. 前記硬化性サポート層は前記膜の第一の側に結合されている、請求項1~5のいずれか1項記載のアセンブリ。
  7. 前記硬化性サポート層は第一の硬化性サポート層であり、前記第一の硬化性サポート層の反対側で前記膜の周囲に沿って膜の第二の側に結合された第二の硬化性サポート層をさらに含む、請求項6記載のアセンブリ。
  8. 前記第二の硬化性サポート層に隣接する第二の接着剤層をさらに含み、前記硬化性サポート層は熱硬化型ポリマーを含む、請求項7記載のアセンブリ。
  9. 前記膜は微孔性である、請求項1~8のいずれか1項記載のアセンブリ。
  10. 前記アセンブリは、該アセンブリが10Nの圧縮力を受けたときに、4kHzで1dB以下の挿入損失ピークを有する、請求項1~9のいずれか1項記載のアセンブリ。
  11. 前記アセンブリは、該アセンブリが15Nの圧縮力を受けたときに、4kHzで1dB以下の挿入損失ピークを有する、請求項10記載のアセンブリ。
  12. 前記硬化性サポート層は、8.0kgfを超えるせん断力を受けたときに、0.5mmの歪みに可逆的に変形する、請求項1~11のいずれか1項記載のアセンブリ。
  13. 前記硬化性サポート層は、前記硬化性サポート層が少なくとも10分間2.5 kgfのせん断力を受けたときに、90ミクロン以下で変形するように、耐クリープ性である、請求項1~12のいずれか1項記載のアセンブリ。
  14. 前記音響デバイスはマイクロ電気機械(MEMS)マイクロホン、トランスデューサ、音響センサ又は音響スピーカを含む、請求項1~13のいずれか1項記載のアセンブリ。
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