JP4637965B2 - 防水通音膜とその製造方法ならびにそれを用いた電気製品 - Google Patents

防水通音膜とその製造方法ならびにそれを用いた電気製品 Download PDF

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Description

本発明は、音声機能を備えた電気製品に使用される防水通音膜と、その製造方法とに関する。本発明は、さらに、その防水通音膜を用いた電気製品に関する。
携帯電話、ノートパソコン、電子手帳、デジタルカメラ、ゲーム機器といった電気製品は、しばしば屋外で使用されるため、防水構造とすることが望まれる。電気製品において防水構造とすることが最も困難な部分は、スピーカ、マイク、ブザーなどの発音部および受音部である。音声機能を備えた電気製品の筐体には、通常、発音部および受音部に対応する位置に開口が設けられ、この開口において、発音部および受音部と外部との間で音声が伝達される。
良好な通音性を確保しつつ、発音部および受音部のための開口から筐体内部への水の侵入を防ぐ部材として、防水通音膜が知られている。防水通音膜は、音の透過を阻害しにくい材料からなる薄膜である。筐体に設けられた開口を防水通音膜で塞ぐことにより、当該開口における通音性と防水性との両立を図ることができる。防水通音膜には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜が好適である（特開2004-83811号公報参照）。
ＰＴＦＥ多孔質膜の平均孔径を小さくすると、当該膜の防水性が向上する一方で、膜の面密度が大きくなって通音性が低下する。即ち、防水通音膜における防水性と通音性とはトレードオフの関係にあり、通音性を低下させることなく防水性を高めることは容易ではない。特開2004-83811号公報では、ＰＴＦＥ多孔質膜の平均孔径と面密度とを規定することで、防水性と通音性との両立が図られている。
近年、電気製品に求められる防水性は、年を追うごとに高まってきている。具体的には、生活防水レベルにとどまらず、水中に浸漬可能なレベル、さらには所定の水深で一定時間の使用が可能なレベルの防水性が求められるようになってきている。しかし、特開2004-83811号公報に開示された防水通音膜は、電気製品が水に浸漬した状況までは想定していない。
ところで、特開平7-292144号公報には、防水通音膜ではないが、空気中の微粒子を除去するための高性能エアフィルター（いわゆるＵＬＰＡまたはＨＥＰＡフィルター）用ＰＴＦＥ複合多孔膜の製造方法が開示されている。特開平7-292144号公報に記載の製造方法（請求項参照）では、最初に、乳化重合法によって得られたＰＴＦＥ粉末および液状潤滑剤を含んでなる混合物をペースト押出成形してＰＴＦＥフィルムを形成する。次に、得られたフィルムをＰＴＦＥ焼成体の融点以下の温度で押出方向（長手方向、ＭＤ方向）に延伸することにより、少なくとも２枚の延伸されたＰＴＦＥフィルムが重なっている複合体を形成する。次に、得られた複合体を幅方向（長手方向に垂直な方向、ＴＤ方向）に延伸することにより、長手方向延伸および幅方向延伸による伸長面積倍率が少なくとも５０倍となるようにして延伸された複合体を形成する。最後に、必要に応じて、この複合体を熱固定して高性能エアフィルタを得る。また、特開平7-292144号公報には、上述した製造方法によって、圧力損失が小さく（通気性が高く）、孔径が小さく、ピンホールなどの欠陥部が非常に少ないＰＴＦＥ多孔質膜が得られること、ならびにこの多孔質膜が高性能エアフィルターに好適であることが記載されている（段落0014参照）。
特開2004-83811号公報 特開平7-292144号公報
本発明は、ＰＴＦＥ多孔質膜を含む防水通音膜であって、通音性をなるべく低下させることなく防水性をさらに向上させた、例えば水に浸漬可能な電気製品を実現できる、防水通音膜の提供を目的とする。
本発明者らは、水に浸漬可能な電気製品を実現するために、次のような検討結果を得た。
第１に、水への浸漬によって高い水圧が防水通音膜に一定時間以上加わると、水圧によって膜が伸び、膜の微孔が変形することで水が膜を透過したり、膜が破裂しやすくなったりする。ここで、一定の水圧にも耐えうるような高い防水性（耐水圧性）を実現するには、膜の引張強度が重要なファクターとなる。膜の面密度を大きくすれば引張強度も向上するが、面密度の増加により通音性が低下することは上述のとおりである。バッキング材のラミネートによる引張強度の向上も可能であるが、ラミネートしたバッキング材が防水通音膜の振動を阻害するために、通音性の極端な低下が生じる。なお、ここでいう「高い水圧」とは、一般に０．０１ＭＰａ以上、特に０．０５ＭＰａ以上、さらには０．１５ＭＰａ以上程度の水圧をいうが、これより低い値であっても長時間、膜に水圧が加わることによって、同様の現象が生じることがある。
第２に、防水通音膜は、通常、電気製品の筐体に設けられた開口に取り付けられるため、その表面が外部に露出している。このため、外部からの異物の接触による破損のおそれがある。膜が破損すると防水性が失われ、また、破損しないまでも膜の表面が傷ついたり膜が変形したりすれば、水圧が加わった際にそこを起点に水漏れや膜の破裂が生じやすくなる。この傾向は、通音性の確保を目的として防水通音膜の面密度を小さくした場合に、特に顕著である。ここで、外部からの異物の接触に対応するためには、膜の突き刺し強度が重要なファクターとなる。膜の面密度を大きくすれば突き刺し強度も向上するが、面密度の増加により通音性が低下することは上述のとおりである。
本発明者らは、判明したこれら問題を鋭意検討し、本発明の防水通音膜を完成させた。本発明の防水通音膜は、ＰＴＦＥ多孔質膜を含む防水通音膜であって、前記ＰＴＦＥ多孔質膜が、第１多孔質層と、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて前記第１多孔質層と積層および一体化された第２多孔質層とを備える。前記第１および第２多孔質層は、標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のＰＴＦＥにより構成される。前記第１および第２多孔質層から選ばれる少なくとも１つの層の平均孔径は１μｍ以下である。前記防水通音膜の面密度は１〜１０ｇ／ｍ2であり、前記防水通音膜の引張強度は１０〜１００ＭＰａである。前記防水通音膜の突き刺し強度を当該膜の面密度で除した値が、２５〜５０ｋＰａ・ｍ 2 ／ｇである。
本発明の製造方法は、上記本発明の防水通音膜の製造方法であって、標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のＰＴＦＥからなるＰＴＦＥ微粉末と、加工助剤と、を含むペーストを押出成形する工程と、前記ペーストの成形体であるシートまたは前記ペーストの成形体を圧延して得られるシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度で第１方向に延伸する工程と、前記第１方向への延伸後のシートを複数枚重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた複数枚のシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度で前記第１方向と交差する第２方向に延伸する工程と、前記第２方向への延伸後の複数枚のシートを、ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成して、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて一体化する工程と、を含む。
他の側面から見た本発明の製造方法は、上記本発明の防水通音膜の製造方法であって、標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のＰＴＦＥからなるＰＴＦＥ微粉末と、加工助剤と、を含むペーストを押出成形する工程と、前記ペーストの成形体であるシートまたは前記ペーストの成形体を圧延して得られるシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度で二軸延伸する工程と、前記二軸延伸後のシートを複数枚重ね合わせる工程と、前記重ね合わせた複数枚のシートを、ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成して、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて一体化する工程と、を含む。
本発明の電気製品は、音声機能を備えた電気製品であって、音声を出力するための発音部および音声を入力するための受音部から選ばれる少なくとも１つと、前記発音部および／または受音部と外部との間で音声を伝達できるとともに、前記発音部および／または受音部への水の侵入を抑制する防水通音膜とを備え、前記防水通音膜が上記本発明の防水通音膜である。
上述したように、ＰＴＦＥ多孔質膜を含む防水通音膜の通音性および防水性を高いレベルで両立させるためには、ＰＴＦＥ多孔質膜の平均孔径を小さくするとともに面密度を低下させ、さらに、面密度を低く保ったまま、引張強度および突き刺し強度の向上を図らねばならない。
本発明の防水通音膜では、複数の多孔質層（ＰＴＦＥ多孔質層）を、防水通音膜としての面密度が１〜１０ｇ／ｍ2となるように、積層および一体化している。ここで、少なくとも１つの多孔質層が、１μｍ以下の十分に小さい平均孔径を有する。そして、複数の多孔質層を積層および一体化していること、ならびに各多孔質層を、標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のＰＴＦＥにより構成すること、によって、良好な通音性が得られる１〜１０ｇ／ｍ2の範囲に面密度を低く保ちながらも、高い引張強度（１０〜１００ＭＰａ）および突き刺し強度（面密度で除した値にして２５〜５０ｋＰａ・ｍ2／ｇ）を実現している。
面密度を低く保ったままＰＴＦＥ多孔質膜の強度を向上させる１つの方法として、当該膜の延伸倍率を高めることがある。なぜなら、ＰＴＦＥ多孔質膜は、延伸倍率が高くなるほどＰＴＦＥ分子の配向が進み、マトリクス強度が増加する傾向を示すからである。したがって、面密度が同一であっても、延伸倍率が低い膜と高い膜とを比較すると、後者の方が高強度となる。
また、面密度と延伸倍率とが同一である場合、単層膜と積層膜とでは、積層膜の方が高強度となる。例えば、厚さ２００μｍのＰＴＦＥシートを二軸延伸および積層して得られる２層膜と、厚さ４００μｍのＰＴＦＥシートを同倍率で二軸延伸して得られる単層膜とを比較した場合、両者の面密度および延伸倍率は等しくなるが、２層膜の方が高強度となる。それは以下の理由による。例えば、ペーストの成形体を圧延することによって延伸前のＰＴＦＥシートを得る場合において、厚さ２００μｍのＰＴＦＥシートを得るためにペーストの成形体に加えられる圧力は、厚さ４００μｍのＰＴＦＥシートを得るためにペーストの成形体に加えられる圧力よりも大きい。ペーストの成形体に加えられる圧力が大きいと、ＰＴＦＥ間に働く結着力が増大し、最終的に得られるＰＴＦＥ多孔質膜の強度も高くなる。圧延を行わない場合、例えば、Ｔダイによりペーストをシートに押出成形する場合も同様である。即ち、高強度のＰＴＦＥ多孔質膜を得るためには、延伸倍率だけではなく、延伸前のＰＴＦＥシートの加圧履歴が極めて重要である。
本発明の防水通音膜では、これを利用し、高い延伸倍率で延伸した、平均孔径および面密度が小さいＰＴＦＥ多孔質膜（多孔質層）を複数層積層および一体化することで、通音性および防水性を高いレベルで両立させた防水通音膜としている。ここで、ＰＴＦＥ多孔質膜を構成するＰＴＦＥの平均分子量が所定の値以上であることが重要であり、平均分子量が小さいＰＴＦＥを用いた場合、本発明の効果は得られない。
ところで、ＰＴＦＥの分子量が高くなるほど、得られた多孔質膜の通気性が低下する（圧力損失が増大する）。その理由はよくわかっていないが、ＰＴＦＥの分子量の増大により、得られた多孔質膜の網目構造が通気性を低下させる方向に変化するためであると考えられる。このため、特開平7-292144号公報に開示されているような、通気性の高さが非常に重要となる高性能エアフィルター用多孔質膜に対しては、高分子量のＰＴＦＥを適用できない。高分子量のＰＴＦＥを無理に適用した場合、延伸倍率を上げることで多孔質膜の気孔率を増加させれば、当該膜の通気性が少しは上昇すると考えられるが、今度は、特開平7-292144号公報にも記載されているように（段落0010参照）、ピンホール発生の可能性が増大してしまう。
これに対して本発明は、高い通気性を必要としない防水通音膜に関するものであり（音声は、膜自体の振動により伝播される）、エアフィルタには適していない高分子量ＰＴＦＥを、あえて使用することでなされたものである。
本発明の実施形態に係る防水通音膜の製造方法を示す工程説明図である。 図１Ａに続く工程説明図である。 本発明の防水通音膜の一例を示す斜視図である。 図２Ａに示す防水通音膜の断面図である。 本発明の防水通音膜の別の一例を示す斜視図である。 防水通音膜が適用された携帯電話の一例を示す正面図である。 防水通音膜が適用された携帯電話の一例を示す背面図である。 ２枚のセパレータの間に保持された防水通音膜の一例を示す断面図である。 図５Ａに示す防水通音膜の平面図である。 セパレータおよび防水通音膜の別の一例を示す平面図である。 セパレータおよび防水通音膜のまた別の一例を示す平面図である。 セパレータおよび防水通音膜のさらに別の一例を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１Ａは、本発明の実施形態にかかる防水通音膜の製造方法を示す工程説明図である。
（１）ペースト準備工程
最初に、ＰＴＦＥ微粉末２０と加工助剤２１（液状潤滑剤）とを所定割合で含む混合物を十分に混練し、押出成形用のペースト２２を準備する。ＰＴＦＥ微粉末２０を構成するＰＴＦＥの平均分子量は、標準比重法により算出した数平均分子量にして５．０×１０7以上であり、７．０×１０7以上が好ましく、９．０×１０7以上がより好ましく、１．０×１０8以上がさらに好ましく、１．１×１０8以上が最も好ましい。平均分子量の上限は特に限定されないが、上記数平均分子量にして、例えば２．０×１０8である。平均分子量に関するこの規定を満たす限り、ＰＴＦＥ微粉末２０は、乳化重合法のような公知の方法によって製造された市販品でよい。ＰＴＦＥ微粉末２０の平均粒径は、例えば０．２〜１．０μｍである。加工助剤２１には、ナフサや流動パラフィンなどの有機溶剤を用いることができる。ＰＴＦＥ微粉末２０と加工助剤２１との混合比率は、１００質量部のＰＴＦＥ微粉末２０に対して、例えば、加工助剤２１が１５〜３０質量部である。
（２）予備成形工程
次に、ＰＴＦＥ微粉末と加工助剤とを含むペースト２２を円筒状に予備成形する。予備成形は、ペースト２２に１０〜３０ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力を加えて行うとよい。十分な圧力を加えることにより、ペースト内部のボイド（空隙）が圧縮され、物性が安定化する。
（３）押出成形工程
次に、予備成形されたペースト２２を公知の押出法により成形し、シート状またはロッド状の成形体２３ａを得る。
シート状の成形体２３ａを得る場合、当該成形体の引張強度が、好ましくは１ＭＰａ以上、より好ましくは１．３ＭＰａ以上となるように成形を行うことが好ましく、このとき、最終的に得られるＰＴＦＥ多孔質膜１の強度がより高く、平均孔径がより小さくなる。
（４）圧延工程
次に、シート状またはロッド状の成形体２３ａを圧延し、帯状のＰＴＦＥシート２３ｂを得る。この時点でのＰＴＦＥシート２３ｂの厚さは、例えば、０．１〜１．０ｍｍである。圧延工程においては、シート状またはロッド状の成形体２３ａに十分な圧力を加えるとよい。具体的には、（圧延後の面積）／（圧延前の面積）で表される引き延ばし率が３〜３０（あるいは５〜２０）となるように、圧延ロール２５，２５の隙間を調整するとよい。これによりＰＴＦＥの粒子間に働く結着力が強くなり、最終的に得られるＰＴＦＥ多孔質膜の強度が向上する。
なお、圧延前の成形体２３ａがシート状である場合には、圧延工程を省略することも可能である。すなわち、押出法によってシート状に成形された成形体２３ａを乾燥させ、圧延を行うことなく延伸してもよい。
（５）乾燥工程
次に、圧延されたＰＴＦＥシート２３ｂを乾燥機２６内で乾燥させる。乾燥機２６の雰囲気温度は、ＰＴＦＥの融点未満の温度、例えば、５０〜２００℃に保たれる。乾燥工程により加工助剤が揮発し、加工助剤の含有量が十分に減じられたＰＴＦＥシート２３ｃが得られる。
（６）第１の延伸工程
次に、図１Ｂに示すように、乾燥させたＰＴＦＥシート２３ｃを長手方向（ＭＤ）に延伸する。長手方向の延伸倍率は、例えば３〜３０倍であり、５〜２０倍としてもよい。長手方向の延伸倍率をこの程度まで高くすることにより、ＰＴＦＥ分子の配向を十分に促進でき、ひいてはＰＴＦＥ多孔質膜の強度を高めることができる。第１の延伸工程は、ＰＴＦＥシート２３ｃの柔軟性が十分に発揮される温度であって、ＰＴＦＥの融点未満の温度、例えば、１５０〜３００℃の雰囲気温度で行うことができる。図１Ａに示す乾燥工程で用いた乾燥機２６内で第１の延伸工程を行ってもよい。
（７）重ね合わせ工程
次に、長手方向に延伸された２枚のＰＴＦＥシート２３ｄ，２３ｄを重ね合わせる。重ね合わせは、一方のＰＴＦＥシート２３ｄの搬送経路と、他方のＰＴＦＥシート２３ｄの搬送経路とを合流させる形で行うとよい。そのようにすれば、２枚のＰＴＦＥシート２３ｄ，２３ｄの長手方向を揃えて重ね合わせを行うことになるので、重ね合わせるべきＰＴＦＥシート２３ｄを裁断する必要がなく、生産性に優れる。ここで、ＰＴＦＥシート２３ｄの重ね合わせ枚数は、工程が煩雑にならない範囲内で定めることができる。
上述したように、ＰＴＦＥ多孔質膜の強度は、延伸前にＰＴＦＥシートが受けた加圧履歴と延伸倍率とによって変化する。より高い圧力で圧延されたＰＴＦＥシート２３ｂを得るには、圧延工程において、圧延ロール２５，２５の隙間を狭くするとよい。圧延ロール２５，２５の隙間を狭くすると、得られるＰＴＦＥシート２３ｂの厚さが小さくなるが、この場合、最終的に必要な面密度が確保されるように、重ね合わせ工程における重ね合わせ枚数を増やせばよい。また、延伸倍率の上昇に対しても、重ね合わせ枚数の増加で対応できる。具体的には、後述の実施例に示すように、３層構造や４層構造のＰＴＦＥ多孔質膜を防水通音膜に好適に使用できる。
（８）第２の延伸工程
次に、重ね合わされた２枚のＰＴＦＥシート２３ｄ，２３ｄを、その重ね合わせ状態を維持しつつ、長手方向と直交する幅方向（ＴＤ）に延伸する。幅方向の延伸倍率は、例えば３〜１００倍であり、２０〜８０倍としてもよい。幅方向の延伸倍率をこの程度まで高くすることにより、長手方向の高い延伸倍率とあいまって、ＰＴＦＥ多孔質膜のさらなる高強度化を図ることができる。幅方向の延伸工程は、ＰＴＦＥの融点未満の温度、例えば、５０〜３００℃の雰囲気温度で、公知のテンター法により行うことができる。
（９）焼成工程
最後に、２軸方向に延伸された２枚のＰＴＦＥシート２３ｅ，２３ｅをＰＴＦＥの融点以上の温度、例えば、３５０〜５００℃（炉２７の雰囲気温度）で焼成する。焼成工程を行うことにより、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づき、２枚のＰＴＦＥシート２３ｅ，２３ｅが両者の境界面の全体にわたって一体化する。これにより、防水通音膜に用いられるＰＴＦＥ多孔質膜１が得られる。この焼成工程は、２枚のＰＴＦＥシート２３ｅ，２３ｅを加圧しながら行ってもよいし、プレス型または熱ロールに接触させることによって行ってもよい。
第１および第２の延伸工程ならびに圧延工程は、焼成工程後におけるＰＴＦＥシート（多孔質層）２３ｅ，２３ｅの平均孔径が１μｍ以下となるように行う。また、第１および第２の延伸工程、圧延工程ならびに重ね合わせ工程は、焼成工程後に得られるＰＴＦＥ多孔質膜１の面密度が１〜１０ｇ／ｍ2となり、引張強度が１０〜１００ＭＰａとなり、突き刺し強度を面密度で除した値が２５〜５０ｋＰａ・ｍ2／ｇとなるように行う。
本実施形態では、ＰＴＦＥの融点以下の温度にて高延伸倍率で延伸を行うことで平均孔径を小さくかつマトリクス強度を向上させた延伸膜を、複数枚積層する。これにより、同じ面密度で単層の膜よりも高い防水性を示す防水通音膜を提供できる。ここで、高延伸倍率の延伸とは、第１および第２の延伸工程ならびに圧延工程を積算して、面積延伸倍率にして５００〜１００００倍、好ましくは１０００〜１００００倍、より好ましくは２０００〜１００００倍の延伸である。
図１Ａおよび図１Ｂに示す製造方法によれば、第１の延伸工程と第２の延伸工程との間に重ね合わせ工程を挟んでいるが、第１の延伸工程と第２の延伸工程とを連続的に行うようにしてもよい。すなわち、未延伸のＰＴＦＥシートを複数枚重ね合わせた後、重ね合わされたＰＴＦＥシートをテンター法のような公知の延伸方法により２軸延伸してもよい。
ただし、重ね合わせ工程の後で２軸延伸工程を行う場合、多孔質構造が不均一になる可能性がある。なぜなら、重ね合わされたＰＴＦＥシートの界面近傍の部分と、界面から離れた部分とで張力のかかり方が相違するからである。多孔質構造が不均一になると、通音性に影響がでる。これに対して、本実施形態によれば、長手方向の延伸で微孔を形成した後に、重ね合わせおよび幅方向の延伸を行うため、従来の単層の場合と比較しても遜色のない良質な多孔質構造が形成される。また、長手方向に延伸されたＰＴＦＥシートのハンドリング性は、未延伸のＰＴＦＥシートのハンドリング性よりも高い。したがって、本実施形態によれば、正確に重ね合わせ工程を行うことができるとともに、シート間に空気泡が挟まれるような問題も生じにくい。また、未延伸のシートを重ね合わせても容易に接着しないが、長手方向に延伸した後のシートは容易かつ均一に接着できる。
また、本実施形態のように、長手方向の延伸工程と、幅方向の延伸工程との間に、重ね合わせ工程を挟むことにより、長手方向の延伸倍率が互いに相違する２つの層を有するＰＴＦＥ多孔質膜を製造できる。このような特殊なＰＴＦＥ多孔質膜は、面密度および膜厚の微調整が必要となる製品（防水通音膜）に有効である。
また、予め２軸延伸された複数枚のＰＴＦＥシートを重ね合わせ、焼成により一体化するようにしてもよい。ただし、現実の生産過程において、幅方向への延伸を行った後のＰＴＦＥシートの面積は非常に大きくなるので、当該順序によれば、重ね合わせが困難となる可能性がある。
これに対し、幅方向の延伸の前に重ね合わせを行う場合には、ＰＴＦＥシートの幅が狭いので重ね合わせが容易であり、重ね合わせ時にＰＴＦＥシートにシワが生じたり、亀裂が入ったりするなどの不具合が生じにくく、ひいては重ね合わせ工程の追加に伴う歩留まりの低下を抑制することが可能となる。図１Ｂに示すように、本実施形態によれば、重ね合わせの前に長手方向の延伸を行っているが、ＰＴＦＥシートの長手方向は、通常、圧延方向や搬送方向に沿う方向であるから、長手方向の面積拡大はＰＴＦＥシートのハンドリング容易性に大した影響を及ぼさず、重ね合わせの困難性を高める要因となりにくい。
本発明の製造方法では、上述した各工程以外の工程を、必要に応じ、任意の時点で実施してもよく、当該工程は、第１および第２の延伸工程以外の延伸工程であってもよい。
以上に説明した方法により、図２Ａおよび図２Ｂに示す防水通音膜１０を製造することができる。
図２Ａに示す防水通音膜１０は、円板状のＰＴＦＥ多孔質膜１で作られている。図２Ｂに示すように、防水通音膜１０としてのＰＴＦＥ多孔質膜１は、第１多孔質層１ａと、第２多孔質層１ｂとを備える。第２多孔質層１ｂは、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて第１多孔質層１ａに積層および一体化されている。図１Ａおよび図１Ｂで説明した製造方法によれば、第１多孔質層１ａと第２多孔質層１ｂとは、実質的に同一のマトリクス構造を有したものとなる。言い換えれば、第１多孔質層１ａの延伸方向と第２多孔質層１ｂの延伸方向とが一致するとともに、延伸倍率が各延伸方向に関して等しくなる。また、第１多孔質層１ａの厚さと第２多孔質層１ｂの厚さも同一となる。
防水通音膜１０の面密度は（複数層の合計で）１〜１０ｇ／ｍ2である。面密度がこのような範囲内にある防水通音膜１０は、物理的強度が十分であるとともに、音響透過損失が小さく、通音性に優れる。防水通音膜１０の面密度は、２〜１０ｇ／ｍ2が好ましく、２〜７ｇ／ｍ2がより好ましい。
第１多孔質層１ａおよび第２多孔質層１ｂから選ばれる少なくとも１つの層の平均孔径は、１μｍ以下である。防水性向上のためには、両方の層の平均孔径が１μｍ以下であることが好ましい。防水通音膜１０を構成する多孔質層１ａ，１ｂの平均孔径が１μｍ以下であることによって、防水性が高い防水通音膜１０となる。多孔質層１ａ，１ｂの平均孔径は、０．７μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下がより好ましい。多孔質層１ａ，１ｂの平均孔径が小さくなることによって防水通音膜１０の通気性は低下するが、音声は膜自体の振動により伝播されるため、膜の通気性は通音性にそれほど影響を与えない。平均孔径の下限は特に限定されないが、例えば０．１μｍである。
なお、平均孔径の測定方法は、ＡＳＴＭ Ｆ３１６−８６に記載されている測定法が一般的に普及しており、自動化された測定装置が市販されている（例えば、米国Porous Material Inc.より入手可能なPerm-Porometer）。この方式は、既知の表面張力を持つ液体に浸漬したＰＴＦＥ多孔質膜をホルダに固定し、一方から加圧することによって膜から液体を追い出し、その圧力から平均孔径を求めるものである。この方式は簡便かつ再現性が高いだけでなく、測定装置を完全に自動化できるという点で優れている。
第１多孔質層１ａおよび第２多孔質層１ｂの気孔率は特に限定されないが、６０〜９５％が好ましく、７５〜９５％がより好ましい。
防水通音膜１０の引張強度は、１０〜１００ＭＰａである。引張強度がこの範囲にあることによって、防水性（耐水圧特性）が高い防水通音膜１０となる。防水通音膜１０の引張強度は２０〜７５ＭＰａが好ましい。なお、防水通音膜１０の引張強度は、本来、高ければ高いほど膜の耐水圧性にとって好ましいが、上記面密度の範囲、即ち防水通音膜１０の通音性を考慮すると、上記範囲となる。また、防水通音膜１０の引張強度が方向により異なる場合、最も低くなる方向への引張強度が１０〜１００ＭＰａであればよい。
防水通音膜１０の突き刺し強度は、面密度で除した値にして２５〜５０ｋＰａ・ｍ2／ｇである。突き刺し強度がこの範囲にあることによって、防水性が高い防水通音膜１０となる。なお、防水通音膜１０の突き刺し強度は、本来、高ければ高いほど膜の防水性にとって好ましいが、上記面密度の範囲、即ち防水通音膜１０の通音性を考慮すると、上記範囲となる。また、面密度で除した値を突き刺し強度として用いているのは、引張強度に比べて、突き刺し強度が膜の面密度に大きな影響を受けるためである。面密度で除していない突き刺し強度の値としては、例えば１００〜５００ｋＰａである。
防水通音膜１０には、その防水性をさらに高めるために、含フッ素ポリマーなどの撥水剤を用いて撥水処理を行ってもよい。
本発明の防水通音膜は、ＰＴＦＥ多孔質膜１の周縁に固着された枠を備えていてもよい。図３は、ＰＴＦＥ多孔質膜１の周縁部に、リング状の枠３が取り付けられた防水通音膜１２を示している。このように、リング状の枠３を設けた形態によれば、ＰＴＦＥ多孔質膜１を補強することができ、防水通音膜１２の取り扱いが容易となる。また、この枠３が電気製品の筐体への取付しろとなるため、防水通音膜１２の筐体への取り付け作業が容易となる。さらに、防水通音膜１２における通音部分がＰＴＦＥ多孔質膜１単体であることから、ＰＴＦＥ多孔質膜１の全面に支持体としてネットなどを貼り合わせた形態よりも、高い通音性を確保できる。
枠３の材質は特に限定されないが、熱可塑性樹脂あるいは金属が好適である。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル；ポリカーボネート（ＰＣ）；ポリイミド；あるいはこれらの複合材である。金属は、例えば、ステンレスやアルミニウムのような耐蝕性に優れる金属である。
リング状の枠３の厚さは、例えば５〜５００μｍであり、２５〜２００μｍが好ましい。また、リング幅（外径と内径の差）は０．５〜２ｍｍ程度が、電気製品の筐体への取付しろとして適当である。また、リング状の枠３には、上記樹脂からなる発泡体を使用してもよい。
ＰＴＦＥ多孔質膜１と枠３との接着方法は特に限定されず、例えば、加熱溶着、超音波溶着、接着剤による接着、両面テープによる接着などの方法を適用できる。特に、両面テープによる接着が、ＰＴＦＥ多孔質膜１と枠３との接着が容易であることから好ましい。
図４Ａおよび図４Ｂは、防水通音膜１０が用いられた電気製品の一例を示している。図４Ａおよび図４Ｂに示す電気製品は、携帯電話５である。携帯電話５の筐体９には、スピーカー６、マイク７、ブザー８などの発音部および受音部のための開口が設けられている。それらの開口を塞ぐ形で、防水通音膜１０が内側から筐体９に取り付けられている。これにより、筐体９の内部への水や埃の侵入が阻止され、発音部および受音部が保護される。防水通音膜１０の筐体９への取り付けは、筐体９との接合部から水が浸入することのないように、例えば、両面テープを用いた貼付、熱溶着、高周波溶着、超音波溶着などの方法により行われる。
防水通音膜１０は、携帯電話５だけでなく、音声の出力を行うための発音部および音声の入力を行うための受音部から選ばれる少なくとも１つを備えた電気製品に適用できる。具体的には、ノートパソコン、電子手帳、デジタルカメラ、携帯用オーディオのような音声機能を備えた各種電気製品に適用可能である。
防水通音膜１０は、その表裏に両面テープを貼り付けることによって形成されたアセンブリの形で提供されうる。図５Ａに示すように、アセンブリ４０は、防水通音膜１０と、防水通音膜１０の表裏に貼り付けられた２つの両面テープ３０とを有する。両面テープ３０は、平面視でリングまたは枠の形状を有する。両面テープ３０の開口部３０ｈに防水通音膜１０が露出している。アセンブリ４０の一方の面に台紙セパレータ３４が設けられ、他方の面にタブ付きセパレータ３２が設けられている。アセンブリ４０が２枚のセパレータ３２，３４の間に保持されているので、防水通音膜１０を確実に保護できるとともに、携帯電話の筐体などの対象物への取り付け作業が容易となる。
セパレータ３２は、アセンブリ４０とともに台紙セパレータ３４から剥離されうる。図５Ｂの平面図に示すように、セパレータ３２のタブ３２ｔは、アセンブリ４０の外縁から外向きに突出するように形成されている。セパレータ３２のタブ３２ｔの部分を掴んだまま、アセンブリ４０を携帯電話の筐体などの対象物に貼り付けることができる。そして、タブ３２ｔを引き上げることにより、アセンブリ４０からセパレータ３２を容易に剥離できる。このように、防水通音膜１０に直接触れることなく、防水通音膜１０を対象物に取り付けることができるので、作業時に防水通音膜１０にダメージが及びにくい。また、対象物を傷付ける可能性も低減する。
セパレータ３２，３４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂製であってもよいし、紙製であってもよい。台紙セパレータ３４におけるアセンブリ４０を載せる部分に、エンボス加工が施されていてもよい。台紙セパレータ３４と両面テープ３０との間の接着力（１８０°ピール接着強度）よりも、タブ付きセパレータ３２と両面テープ３０との間の接着力が強いことが好ましい。この場合、タブ付きセパレータ３２を、アセンブリ４０とともに、台紙セパレータ３４から容易に剥離できる。
通常、１つのアセンブリ４０に対して１つのタブ付きセパレータ３２が設けられる。一方で、台紙セパレータ３４は、多数個のアセンブリ４０に共有されていてもよいし、１つのアセンブリ４０に対して１つの台紙セパレータ３４が設けられていてもよい。後者の製品は、タブ付きセパレータ３２をアセンブリ４０の上に載せた後、タブ付きセパレータ３２よりも大きく台紙セパレータ３４を打ち抜くことによって得られる。
アセンブリ４０およびタブ付きセパレータ３２の形状は特に限定されない。図６Ａに示すように、アセンブリ４０が円形であってもよい。また、図６Ｂに示すように、アセンブリ４０の全周に渡って円形のタブ３２ｔが形成されていてもよい。また、図６Ｃに示すように、アセンブリ４０が矩形であり、平面視でタブ３２ｔがアセンブリ４０を取り囲む枠の形状を有していてもよい。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。
最初に、標準比重法によるＰＴＦＥの数平均分子量の算出方法、および作製したＰＴＦＥ多孔質膜の諸特性の評価方法を説明する。
［標準比重法によるＰＴＦＥの数平均分子量の算出］
ＪＩＳ Ｋ６９３５−２に準拠して求めたＰＴＦＥの標準比重（ＳＳＧ）を、以下の式（１）に代入することにより、ＰＴＦＥの数平均分子量Ｍｎを算出した。なお、式（１）は、ふっ素樹脂ハンドブック（里川孝臣編、日刊工業新聞社、１９９０年発行）３６頁に記載されている。
ＳＳＧ＝−０．０５７９Ｍｎ＋２．６１１３ （１）
［平均孔径］
ＰＴＦＥ多孔質膜を構成する各多孔質層の平均孔径は、上述したように、Porous Material Inc.製Perm-Porometerを用い、ＡＳＴＭ Ｆ３１６−８６に準拠して求めた。測定には、フッ素系溶媒（スリーエム社製、ＦＣ−４０、表面張力１６ｍＮ／ｍ）を用いた。
［面密度］
ＰＴＦＥ多孔質膜の面密度は、φ４７ｍｍのポンチで多孔質膜を打ち抜いた後、打ち抜いた部分の質量を測定し、１ｍ2あたりの質量に換算して求めた。
［引張強度］
ＰＴＦＥ多孔質膜の引張強度は、ＪＩＳ Ｋ７１１３に記載されている２号形試験片の形状に多孔質膜を打ち抜いた後、得られた試験片を引張試験機（エー・アンド・ディー社製、テンシロン万能試験機MODEL:RTC-1310A-PL）により、以下の条件で引張試験を行って求めた。引張強度は、ＰＴＦＥ多孔質膜の長手方向（ＭＤ）および幅方向（ＴＤ）のそれぞれに対して測定した。
チャック間距離：９５ｍｍ
引張速度：２００ｍｍ／分
測定温度：２５℃
引張強度は、引張試験によってＰＴＦＥ多孔質膜が破断したときの最大負荷加重（Ｎ）を、ＰＴＦＥ多孔質膜の引張試験前の断面積（ｍｍ2）で除した値とした。なお、試験片の幅は６ｍｍであり、試験片の厚さは、試験片ごとにダイヤルゲージにより測定した。
［突き刺し強度］
ＰＴＦＥ多孔質膜の突き刺し強度は、以下のように求めた。
最初に、両面テープ（３０ｍｍ×３０ｍｍの正方形）の中央部をφ１６ｍｍで丸く打ち抜き、打ち抜いた部分に、測定対象であるＰＴＦＥ多孔質膜を、当該膜にしわが入らないように貼り付けた。次に、圧縮試験機（カトーテック社製、ＫＥＳ−Ｇ５）を用いて、ＰＴＦＥ多孔質膜の露出部分に針（針径２．０ｍｍ）を突き刺し（突き刺し速度２ｃｍ／秒）、その際に測定された荷重変位曲線から最大荷重を読み取って、これを針径で除した値を突き刺し強度（ｋＰａ）とした。突き刺し試験は２５℃で行った。
［耐水圧］
ＰＴＦＥ多孔質膜の耐水圧は、ＪＩＳ Ｌ１０９２に記載されている耐水度試験機（高水圧法）を用いて求めた。ただし、ＪＩＳ Ｌ１０９２に規定の面積では膜が著しく変形するため、ステンレスメッシュ（開口径２ｍｍ）を膜の加圧面の反対側に設置し、変形を抑制した状態で測定した。
［耐水圧保持試験］
ＰＴＦＥ多孔質膜の耐水圧保持試験は、耐水圧試験と同じく、ＪＩＳ Ｌ１０９２に記載されている耐水度試験機を用いて行った。具体的には、１５０ｋＰａの水圧（深度１５ｍの水圧に相当する）をＰＴＦＥ多孔質膜に印加し、１時間保持した後に水漏れの有無を観察し、良否判定を行った。ただし、ＪＩＳ Ｌ１０９２に規定の面積では膜が著しく変形するため、ステンレスメッシュ（開口径３ｍｍ）を膜の加圧面の反対側に設置し、変形をある程度抑制した状態で測定した。良否の判定基準は次の通りである。
１：水漏れ無し
２：３０分〜１時間の間にごく僅かな水漏れが発生
３：３０分以内に水漏れが発生
４：破裂
（実施例１）
ＰＴＦＥ微粉末（ダイキン工業社製 ポリフロンＦ１０１ＨＥ）１００重量部と、液状潤滑剤（ナフサ）２０重量部とを均一に混練し、ＰＴＦＥ微粉末とナフサとを含むペーストを準備した。このペーストを２０ｋｇ／ｃｍ2の条件で円筒状に予備成形した。次に、得られた円筒状の予備成形体を押出成形し、シート状の成形体を得た。得られたシート状の成形体の引張強度を測定したところ（測定にあたっては、チャック間距離１０ｍｍ、サンプル幅１０ｍｍとした）、長手方向（ＭＤ）、幅方向（ＴＤ）ともに、１．８ＭＰａであった。
次に、シート状の成形体を、液状潤滑剤を含んだ状態で１対の金属圧延ロールの間に通し、厚さ２００μｍの長尺シートを得た。この長尺シートを温度１５０℃の乾燥機内に５分間滞留するように連続的に通して液状潤滑剤を乾燥除去し、ＰＴＦＥシートを作製した。
用いたＰＴＦＥ微粉末の数平均分子量を標準比重法により算出したところ、１．１×１０8であった。
上記のように作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に１３倍延伸した。さらに、長手方向に延伸したＰＴＦＥシートを４枚重ね合わせ、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に４５倍延伸した。その後、二軸延伸したＰＴＦＥシートを焼成し（焼成温度４００℃、以降の実施例および比較例においても同じ）、４層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
（実施例２）
実施例１で作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に８倍延伸した。さらに、長手方向に延伸したＰＴＦＥシートを２枚重ね合わせ、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に３１．５倍延伸した。その後、二軸延伸したＰＴＦＥシートを焼成し、２層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
（実施例３）
実施例１で作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に１０倍延伸し、さらに、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に６０倍延伸した。その後、二軸延伸したＰＴＦＥシートを３枚重ね合わせて焼成し、３層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
（実施例４）
実施例１で作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に６．５倍延伸した。さらに、長手方向に延伸したＰＴＦＥシートを２枚重ね合わせ、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に４５倍延伸した。その後、二軸延伸したＰＴＦＥシートを焼成し、２層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
（比較例１）
実施例１で作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に６倍延伸し、さらに、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に２０倍延伸した。その後、これを焼成して、単層のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
（比較例２）
実施例１で作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に４倍延伸し、さらに、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に２０倍延伸した。その後、これを焼成して、単層のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
（比較例３）
ＰＴＦＥ微粉末（ダイキン工業社製 ポリフロンＦ１０１ＨＥ）の代わりに、別のＰＴＦＥ微粉末（ダイキン工業社製 ポリフロンＦ１０４）を用いた以外は実施例１と同様にして、ＰＴＦＥシートを作製した。用いたＰＴＦＥ微粉末の数平均分子量を標準比重法により算出したところ、４．０×１０7であった。
上記のように作製したＰＴＦＥシートを、２９０℃の雰囲気温度の乾燥機中で長手方向に１３倍延伸した。さらに、長手方向に延伸したＰＴＦＥシートを４枚重ね合わせ、テンター法により１５０℃の雰囲気温度で幅方向に４５倍延伸した。その後、二軸延伸したＰＴＦＥシートを焼成し、４層構造を有するＰＴＦＥ多孔質膜を得た。
実施例１〜４および比較例１〜３で作製したＰＴＦＥ多孔質膜の延伸倍率、多孔質層積層数、膜厚、平均孔径および気孔率を表１に、その他の諸特性の評価結果を表２に示す。
Figure 0004637965
Figure 0004637965
表１、２に示すように、全てのＰＴＦＥ多孔質膜における面密度はほぼ同等となり、全サンプルがほぼ同レベルの通音性を有していると考えられる。しかし、標準比重法により算出した数平均分子量が４．０×１０7のＰＴＦＥを用いた比較例３では、多層構造であるにもかかわらず、その防水性（耐水圧性）が大きく低下した。また、比較例１、２は、実施例と同じＰＴＦＥを用いているものの単層構造であるため、その防水性（耐水圧性）が低くなった。面密度が同程度であっても、多層構造を有する実施例の方が高い防水性を示すことがわかる。また、実施例の各多孔質膜を比較すると、積層数が増加するにつれて防水性が高くなる傾向を示した。
本発明の防水通音膜は、例えば、音声機能を備えた電気製品の通音性を確保したまま、当該製品に高い防水性を付与できる。本発明の防水通音膜は、その高い防水性から、海岸、森林など、近年、使用場所が通常の屋内外から大きく広がりつつある電気製品への使用に好適である。
１ ＰＴＦＥ多孔質膜
１ａ 第１多孔質層
１ｂ 第２多孔質層
３ 枠
５ 携帯電話
６ スピーカー
７ マイク
８ ブザー
９ 筐体
１０、１２ 防水通音膜
２０ ＰＴＦＥ微粉末
２１ 加工助剤（液状潤滑剤）
２２ ペースト
２３ａ 成形体
２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ ＰＴＦＥシート
２５ 圧延ロール
２６ 乾燥機
２７ 炉
３０ 両面テープ
３０ｈ 開口部
３２ （タブ付き）セパレータ
３２ｔ タブ
３４ （台紙）セパレータ
４０ アセンブリ

Claims (6)

  1. ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜を含む防水通音膜であって、
    前記ＰＴＦＥ多孔質膜は、第１多孔質層と、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて前記第１多孔質層と積層および一体化された第２多孔質層と、を備え、
    前記第１および第２多孔質層は、標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のＰＴＦＥにより構成され、
    前記第１および第２多孔質層から選ばれる少なくとも１つの層の平均孔径が１μｍ以下であり、
    前記防水通音膜の面密度が１〜１０ｇ／ｍ2であり、
    前記防水通音膜の引張強度が１０〜１００ＭＰａであり、
    前記防水通音膜の突き刺し強度を前記防水通音膜の面密度で除した値が、２５〜５０ｋＰａ・ｍ 2 ／ｇである防水通音膜。
  2. 前記第１および第２多孔質層は、それぞれ二軸延伸された層であり、
    前記第１および第２多孔質層の延伸倍率が互いに等しい、請求項１に記載の防水通音膜。
  3. 前記第１および第２多孔質層の延伸方向が互いに一致するとともに、前記第１および第２多孔質層の延伸倍率が、各延伸方向に関して互いに等しい、請求項２に記載の防水通音膜。
  4. 請求項１に記載の防水通音膜の製造方法であって、
    標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるＰＴＦＥ微粉末と、加工助剤と、を含むペーストを押出成形する工程と、
    前記ペーストの成形体であるシートまたは前記ペーストの成形体を圧延して得られるシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度で第１方向に延伸する工程と、
    前記第１方向への延伸後のシートを、複数枚重ね合わせる工程と、
    前記重ね合わせた複数枚のシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度で前記第１方向と交差する第２方向に延伸する工程と、
    前記第２方向への延伸後の複数枚のシートを、ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成して、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて一体化する工程と、を含む、防水通音膜の製造方法。
  5. 請求項１に記載の防水通音膜の製造方法であって、
    標準比重法により算出した数平均分子量が５．０×１０7以上のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるＰＴＦＥ微粉末と、加工助剤と、を含むペーストを押出成形する工程と、
    前記ペーストの成形体であるシートまたは前記ペーストの成形体を圧延して得られるシートを、ＰＴＦＥの融点未満の温度で二軸延伸する工程と、
    前記二軸延伸後のシートを、複数枚重ね合わせる工程と、
    前記重ね合わせた複数枚のシートを、ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成して、ＰＴＦＥのマトリクス間に働く結着力に基づいて一体化する工程と、を含む、防水通音膜の製造方法。
  6. 音声機能を備えた電気製品であって、
    音声を出力するための発音部および音声を入力するための受音部から選ばれる少なくとも１つと、前記発音部および／または受音部と外部との間で音声を伝達できるとともに、前記発音部および／または受音部への水の侵入を抑制する防水通音膜と、を備え、
    前記防水通音膜が請求項１に記載の防水通音膜である、電気製品。
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