JP5244257B1 - 通音膜、及び通音膜を備えた電子機器 - Google Patents

通音膜、及び通音膜を備えた電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】音響特性に優れた通音膜を提供する。
【解決手段】
本発明は、音の通過を許容しつつ、異物が通過することを阻止する通音膜1であって、支持材12と、支持材12に積層され、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂多孔質膜11と、を備え、支持材12がエラストマーを含む不織布である、通音膜1を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、通音膜、及びその通音膜を備えた電子機器に関する。
近年、携帯電話、ノートパソコン、電子手帳、デジタルカメラ又はゲーム機器などの電子機器が音声機能を備えることが一般的である。音声機能を備えた電子機器の筐体の内部には、スピーカー、ブザーなどの発音部、又はマイクロフォンなどの受音部などが配置されており、電子機器の筐体の発音部又は受音部に対応する位置に開口が設けられている。この開口を通して音声が伝わる。また、電子機器の筐体の内部に水滴等の異物が進入することを阻止するため、音の通過を許容しつつ異物の通過を阻止する通音膜が、その開口を塞ぐように配置されている。
通音膜としては、ポリテトラフルオロエチレン(以下、「PTFE」ということがある)フィルム又は超高分子ポリエチレンフィルムを多孔化したプラスチック多孔質膜が知られている(特許文献1参照)。
特許文献1には、切断、打ち抜き、ケースへの接着等の通音膜の二次加工の容易性を考慮して、プラスチック多孔質膜に支持体が接着された通音膜が提案されている。支持体としては、ネット、不織布、及び織布が例示されている。また、特許文献1には、通音膜の通音性が低下しないように、プラスチック多孔質膜に支持体が接着され、面密度が所定の範囲である通音膜が提案されている。
特許文献2には、プラスチック膜と支持体とからなる積層物である防水通音膜が提案されている。支持体としては、ネット、フォームラバー、スポンジシート等の多孔体、不織布、及び織布が例示されている。
特開2003−53872号公報 特開2004−83811号公報
上記のいずれの特許文献においても、支持体として不織布を用いた通音膜の音響特性に関する具体的な検討はなされていない。特に、高周波領域(例えば、3000Hz)における音響特性については何ら検討されていない。
本発明は、支持体として不織布を用いつつ、高周波領域において良好な音響特性を示す通音膜を提供することを目的とする。また、そのような通音膜を備えた電子機器を提供することを目的とする。
本発明は、
音の通過を許容しつつ、異物が通過することを阻止する通音膜であって、
支持材と、
前記支持材に積層され、ポリテトラフルオロエチレンを主成分する樹脂多孔質膜と、を備え、
前記支持材がエラストマーを含む不織布である、通音膜を提供する。
また、本発明は、
発音部又は受音部を備えた電子機器であって、
前記発音部又は前記受音部に対応する位置に設けられた開口を塞ぐように上記の通音膜が配置されている、電子機器を提供する。
エラストマーを含む不織布を支持材として用いた通音膜は、その他の不織布を支持材として用いた通音膜と比較して、3000Hzの音に対する挿入損失を低減できる。
本発明の通音膜の一の実施形態を示す断面図 本発明の通音膜の他の実施形態を示す断面図 本発明の通音部材の実施形態の一例を示す斜視図 通音膜の音響特性の測定手順を示す工程図 音響特性の測定における通音膜の配置を説明する断面図 実施例に係る通音膜の音響特性を示すグラフ 比較例に係る通音膜の音響特性を示すグラフ
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。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
図1に示すように、本実施形態の通音膜1は、支持材12とPTFEを主成分とする樹脂多孔質膜11とを備えている。本明細書で「主成分」とは、質量比で最も多く含まれている成分をいう。樹脂多孔質膜11は、支持材12に積層されている。支持材12は、エラストマーを含む不織布で構成されている。通音膜1は、樹脂多孔質膜11が有する多孔質構造によって、水又は粉塵等の異物が通過することを阻止し、気体を透過させる特性を有する。また、通音膜1は、音の通過を許容する。このため、通音膜1は、例えば発音部又は受音部を備えた電子機器において、その発音部又は受音部に対応する筐体の開口に配置され、その開口における通音性、防水性及び防塵性を確保するために好適に用いられる。
樹脂多孔質膜11は、例えば、PTFEファインパウダーと成形助剤との混練物を押出し成形及び圧延によりシート状にし、形成助剤を除去して成形体のシート体を得た後、このシート体をさらに延伸することによって、作製することができる。このようにして作製した樹脂多孔質膜11は、無数に形成されたPTFEの微細な繊維(フィブリル)同士の間の空隙を細孔とする多孔質構造を有する。樹脂多孔質膜11の多孔質構造の平均孔径及び空孔率は、シートの延伸条件を変更することによって、調整することができる。
樹脂多孔質膜11の平均孔径は、防水性又は防塵性と通音性との両立を図る観点から、好ましくは1μm以下であり、より好ましくは0.7μm以下であり、さらに好ましくは0.5μm以下である。樹脂多孔質膜11の平均孔径の下限値は特に限定されないが、例えば0.1μmである。ここで、樹脂多孔質膜11の「平均孔径」は、ASTM(米国試験材料協会) F316−86の規定に準拠して測定でき、例えばこの規定に準拠した自動測定が可能な市販の測定装置(Porous Material社製のPerm-Porometer等)を用いて測定できる。
通音性の観点から、樹脂多孔質膜11の面密度は、好ましくは2〜10g/m2であり、より好ましくは2〜8g/m2であり、さらに好ましくは2〜5g/m2である。
樹脂多孔質膜11は、着色処理が施されていてもよい。樹脂多孔質膜11の主成分はPTFEであるので、樹脂多孔質膜11の本来の色は白色である。従って、樹脂多孔質膜11が筐体の開口を塞ぐように配置された場合、樹脂多孔質膜11が目立ちやすい。そこで、その筐体の色に応じて樹脂多孔質膜11に着色処理が施されていることにより、筐体に配置された場合に目立ちにくい樹脂多孔質膜11を実現することができる。樹脂多孔質膜11は、例えば黒色に着色されている。
樹脂多孔質膜11は、撥液処理されていてもよい。この場合、撥水性能又は撥油性能が優れた多孔質膜を実現できる。このような多孔質膜は、防水性を有する通音膜等の用途に好適である。撥液処理は、公知の方法によって実現することができる。撥液処理に用いる撥液剤は特に限定されず、典型的にはパーフルオロアルキル基を有する高分子を含む材料である。
支持材12は、樹脂多孔質膜11の振動による通音メカニズムを妨げない程度に柔軟性を示せばよく、支持材12のエラストマーは、熱可塑性エラストマーであることが望ましい。この熱可塑性エラストマーは、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー(SBC)、オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー(TPVC)、ウレタン系熱可塑性エラストマー(TPU)、エステル系熱可塑性エラストマー(TPEE)、又はアミド系熱可塑性エラストマー(TPAE)などである。具体的には、スチレン・ブタジエン・スチレンブロックコポリマー(SBS)、スチレン・イソプレン・スチレンブロックコポリマー(SIS)、エチレン酢酸ビニルエラストマー(EVA)、ポリアミドエラストマー、又はポリウレタンエラストマー等を挙げることができる。支持材12は、エラストマーからなる不織布で構成されていてもよい。支持材12のエラストマーは、エチレン酢酸ビニルエラストマー、ポリウレタンエラストマー及びポリアミドエラストマーから選ばれる少なくとも1つを含むとよい。
支持材12は例えば以下に示す方法で作製できる。離型フィルム上に加熱溶融したエラストマー材料を繊維状に塗布して形成する。離型フィルムは、エラストマー材料を塗布するための平坦な表面を提供する。離型フィルムは、特に限定されないが、シリコーン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムを用いるとよい。例えば、EVA樹脂は、高温(170℃〜200℃)、高圧(2〜5kg/cm2)で離型フィルムに吹き付けることによって塗布される。このようにエラストマー材料を塗布すれば、離型フィルム上に厚さが均一な不織布を容易に形成することができる。この不織布を離型フィルムから剥離することによって、支持材12を得ることができる。
通音膜1は、上記の様にして得られた支持材12及び樹脂多孔質膜11を例えば加熱プレスを用いて積層することによって、得ることができる。通音性の観点から、通音膜1の面密度は、好ましくは5〜50g/m2であり、より好ましくは5〜30g/m2であり、さらに好ましくは5〜15g/m2である。
通音膜1は、挿入損失に関し、3000Hzの音に対する挿入損失が5dB以下という音響特性を示す。このため、通音膜1は、不織布を含む支持材12に樹脂多孔質膜11を積層している構造であるにもかかわらず、比較的高い周波数領域において挿入損失の低い良好な音響特性を示す。ここで、挿入損失は、音が伝わる経路に通音膜1が存在する場合の音圧レベルと音が伝わる経路に通音膜1が存在しない場合の音圧レベルとの差分である。また、通音膜1は、1000Hzの音の損入損失に対する3000Hzの音の挿入損失の比が1.0〜2.0である音響特性を示す。このため、通音膜1は、1000Hzの音及び3000Hzの音の双方に対して、同程度の挿入損失を示すことができる。通音膜1が示す1000Hzの音の損入損失に対する3000Hzの音の挿入損失の比は、好ましくは1.0〜1.5であり、より好ましくは1.0〜1.2である。さらに、通音膜1は、100Hz〜4000Hzの音に対する挿入損失の最大値と最小値の差が5dB以下という音響特性を示す。このため、通音膜1は、周波数領域が100Hz〜4000Hzである音に対して、挿入損失のばらつきが少ない音響特性を示すことができる。
図2に示すように、通音膜1の樹脂多孔質膜11は、例えば2つの樹脂多孔質膜が積層された積層構造を有していてもよい。樹脂多孔質膜11は、第1樹脂多孔質膜11Aと第2樹脂多孔質膜11Bとの積層構造を有している。また、第1樹脂多孔質膜11A及び第2樹脂多孔質膜11Bのそれぞれは、上記で説明したとおり、無数に形成されたPTFEの微細な繊維(フィブリル)同士の間の空隙を細孔とする多孔質構造を有する。第1樹脂多孔質膜11A又は第2樹脂多孔質膜11Bは、任意の色に着色処理されていてもよく、着色処理が施されていなくてもよい。
通音膜1の一方の主面を形成している第1樹脂多孔質膜11Aは、例えば黒色に着色されているとよい。この場合、第1樹脂多孔質膜11Aが筐体の外部に面するように通音膜1を電子機器の筐体の開口に配置すれば、通音膜1が目立ちにくい。通音膜1は、3層以上の樹脂多孔質膜が積層された積層構造を有していてもよい。この場合に、通音膜1の一方の主面を形成している樹脂多孔質膜が筐体の色(例えば黒色)に応じて着色されているとよい。また、第1樹脂多孔質膜11A又は第2樹脂多孔質膜11Bは、撥液処理が施されていてもよい。
第1樹脂多孔質膜11A及び第2樹脂多孔質膜11Bのそれぞれの平均孔径は、樹脂多孔質膜11の平均孔径として上述した範囲であるとよい。また、第1樹脂多孔質膜11A及び第2樹脂多孔質膜11Bのそれぞれの平均孔径は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、通音性を確保する観点から、複数の樹脂多孔質膜が積層されることによって構成された樹脂多孔質膜11の面密度は、好ましくは2〜10g/cm2であり、より好ましくは2〜8g/cm2であり、さらに好ましくは2〜5g/cm2である。
樹脂多孔質膜11は、図1に示すように単層構造であってもよい。この態様によれば、通音膜1の面密度を低く抑えることができる。このため、音響透過損失が小さくなるので、通音膜1の通音性がより良好となる。
図3に示すように、通音膜1の周縁部にリング状の補強部材14を取り付けることによって、通音部材3を構成してもよい。この態様によれば、通音膜1を補強することができ、通音部材3の取扱いが容易になる。また、補強部材14が筐体への取付けしろとなるので、通音膜1の筐体への取付け作業が向上する。補強部材14の形状は、通音膜1を支持できる限り特に限定されない。補強部材14の材質は特に限定されず、樹脂、金属又はこれらの複合材料を用いることができる。通音膜1と補強部材14との接合方法は特に限定されず、例えば、加熱溶着、超音波溶着、接着剤による接着及び両面テープによる接着などを採用することができる。
本実施形態に係る電子機器は、発音部又は受音部を備えている。発音部としてスピーカー又はブザーなどを挙げることができる。また、受音部としてはマイクロフォンなどを挙げることができる。電子機器は、この発音部又は受音部に対応するように開口が形成された筐体を有する。この発音部又は受音部に対応する開口を塞ぐように、上記の通音膜が配置されることによって、本実施形態の電子機器が構成されている。
実施例により、本発明を詳細に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明の一例を示すものであり、本発明は以下の実施例に限定されない。まず、実施例及び比較例に係る樹脂多孔質膜又は通音膜の評価方法を説明する。
<通気度>
樹脂多孔質膜又は通音膜の通気度をJIS(日本工業規格) L 1096に規定されている通気性測定法のB法(ガーレー法)に準拠して評価した。
<耐水圧>
樹脂多孔質膜又は通音膜の耐水圧を、JIS L 1092:2009に記載されている耐水度試験機(高水圧法)を用いて測定した。ただし、この規定に示された試験片の面積では樹脂多孔質膜が著しく変形するので、ステンレスメッシュ(開口径:2mm)を樹脂多孔質膜の加圧面の反対側に設けることによって樹脂多孔質膜の変形をある程度抑制した状態で、樹脂多孔質膜の耐水圧を測定した。
<50kPa耐水圧時の変形量>
径が2.5mmの貫通孔が形成された板材のその貫通孔を塞ぐように通音膜を取り付けて、JIS L 1092:2009に記載されている耐水度試験機(高水圧法)を用いて、通音膜に対して水圧をかけた。この水圧が50kPaに達してから10分間静置した後、通音膜の水圧を受けた面に対して反対側からCCDレーザー変位計(キーエンス社製、LK−G87)を用いて加圧前後での通音膜の変形量を求めた。
<撥液性>
コピー用紙(普通紙)及び樹脂多孔質膜を、コピー用紙が下になるように積層し、スポイトを用いて樹脂多孔質膜に灯油を一滴垂らした後1分間放置した。その後、樹脂多孔質膜を取り除いてコピー用紙の状態を確認し、コピー用紙が灯油で濡れている場合を撥液性なし、コピー用紙が灯油で濡れていない場合を撥液性ありと評価した。
<音響特性>
作製した通音膜の音響特性を以下のように評価した。最初に、図4に示すように、携帯電話の筐体を模したポリスチレン製の模擬筐体20(外形60mm×50mm×28mm)を準備した。この模擬筐体20には、径が2mmであるスピーカー取付穴22及びスピーカーケーブル44の導通孔24が1つずつ設けており、これ以外に開口は形成しなかった。次に、図4に示すように、径が5mmの通音孔32が形成されたウレタンスポンジ製の充填材30にスピーカー40(スター精密社製、SCG−16A)を取り付け、模擬筐体20の内部に封入した。スピーカーケーブル42を導通孔24から模擬筐体20の外部へ導き出した。その後、導通孔24をパテで塞いだ。
次に、図5に示すように、各実施例又は比較例に係る通音膜1、厚みが0.1mmであるPETフィルム5、PET支持材両面テープ6(日東電工社製No.5603、厚み:0.03mm)及びポリエチレン系発泡体支持材両面テープ7(日東電工社製No.57120B、厚み:0.20mm)を用いて、内径2.5mm、外形5.8mmに打ち抜き加工した評価用サンプル10を作製した。そして、この評価用サンプル10を模擬筐体20のスピーカー取付穴22の外側に貼り付けた。通音膜1がスピーカー取付穴22の全体を覆うとともに、両面テープ7と模擬筐体20との間及び通音膜1と両面テープ7との間に隙間が生じないように、通音膜1を模擬筐体20に貼り付けた。
次に、通音膜1を覆うように通音膜1の上方にマイクロフォン50(Knowles Acoustic社製、Spm0405Hd4H-W8)を設置し、マイクロフォン50を音響評価装置(B&K社製、Multi-analyzer System 3560-B-030)に接続した。スピーカー40とマイクロフォン50との距離は21mmであった。次に、評価方式として、SSR分析(試験信号:20Hz〜10kHz、sweep)を選択して実行し、通音膜1の音響特性(挿入損失)を評価した。通音膜1を破ることによって径が2.5mmである貫通孔を形成した状態で測定したブランクの音圧レベルは、1000Hzにおいて−21dBであった。挿入損失は、音響評価装置からスピーカー40に入力された試験信号と、マイクロフォン50で受信された信号とから自動的に求められ、上記のブランクの音圧レベルから通音膜1を貼り付けた状態で測定された音圧レベルを引くことによって求めた。なお、挿入損失が小さいほど、スピーカー40から出力された音量が維持されていると判断できる。
<実施例1>
PTFEファインパウダー(ダイキン工業社製、F−104)100重量部と、成形助剤であるn−ドデカン(ジャパンエナジー社製)20重量部とを均一に混合し、得られた混合物をシリンダーによって圧縮した後にラム押出してシート状の混合物とした。次に、得られたシート状の混合物を一対の金属ロールを通して厚さ0.16mmに圧延し、さらに150℃の加熱によって成形助剤を乾燥除去してPTFEのシート成形体を得た。
次に、得られたシート成形体を、その長手方向(圧延方向)に延伸温度260℃、延伸倍率10倍で延伸し、PTFE多孔質膜を得た。このPTFE多孔質膜に、黒色染料(オリエント化学工業社製、SP BLACK 91−L、エタノール希釈溶液25重量%)20重量部と、染料の溶剤であるエタノール(純度95%)80重量部とを混合して得た染色液に数秒間浸漬した後、これらを100℃に加熱して溶剤を乾燥除去して、黒色に着色されたPTFE多孔質膜を得た。
次に、上記のように作製したPTFE多孔質膜を、撥液処理液に数秒間浸漬した後、100℃で加熱して溶媒を乾燥除去することにより、撥液処理されたPTFE多孔質膜を得た。撥油処理液は、以下のようにして調製した。下記の(式1)で示す直鎖状フルオロアルキル基を有する化合物100g、重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリル0.1g、及び溶媒(信越化学社製、FSシンナー)300gを窒素導入管、温度計及び攪拌機を装着したフラスコの中に投入し、窒素ガスを導入して70℃で撹拌しながら16時間付加重合を行い、フッ素含有重合体80gを得た。このフッ素含有重合体の数平均分子量は、100000であった。このフッ素含有重合体の濃度が3.0質量%となるように、希釈剤(信越化学社製、FSシンナー)で希釈して撥液処理液を調製した。
CH2=CHCOOCH2CH2613 (式1)
次に、撥液処理されたPTFE多孔質膜を延伸温度150℃、延伸倍率10倍で幅方向に延伸し、さらに全体をPTFEの融点(327℃)を超える温度である360℃で焼成して、実施例1に係る樹脂多孔質膜(PTFE多孔質膜)を得た。得られた樹脂多孔質膜の平均孔径は0.5μm、面密度は5g/m2、通気度は1.0秒/100mL、耐水圧は80kPaであった。
次に、得られた樹脂多孔質膜と、エチレン酢酸ビニル(EVA)樹脂(エチレン酢酸ビニルエラストマー)製の不織布(繊維径10〜15μm、面密度5g/m2)とを加熱プレスによるラミネート加工を行うことによって、実施例1に係る通音膜を得た。ここで、ラミネート加工は、加熱温度200℃、かつ、0.5MPaの条件で2秒間加圧することによって実施した。また、EVA樹脂製の不織布は、厚みが0.075mmであるPET製の離型フィルム上に200℃で加熱溶融したEVA樹脂を繊維状に5kg/cm2の圧力で塗布することによって、得られた。この様にして得られた通音膜は、面密度10g/cm2、通気度2.0秒/100mL、耐水圧110kPa、撥液性「あり」という特性を示した。
<実施例2>
面密度が10g/cm2であり、繊維径が10〜15μmであるEVA樹脂(エチレン酢酸ビニルエラストマー)製の不織布を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2に係る通音膜を得た。
<実施例3>
面密度が15g/cm2であり、繊維径が10〜15μmであるEVA樹脂(エチレン酢酸ビニルエラストマー)製の不織布を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例3に係る通音膜を得た。
<実施例4>
面密度が25g/cm2であり、繊維径が25〜30μmであるポリウレタン樹脂(ポリウレタンエラストマー)製の不織布(KBセーレン社製、エスパンシオーネFF)を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例4に係る通音膜を得た。
<実施例5>
面密度が40g/cm2であり、繊維径が18〜25μmであるポリアミド系エラストマー樹脂製の不織布(出光ユニテック社製、ストラフレックスP PN5065R)を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例5に係る通音膜を得た。
<比較例1>
面密度が6g/cm2であり、繊維径が20〜22μmである、ポリプロピレン(PP)とポリエチレン(PE)の芯鞘繊維の不織布(廣瀬製紙社製、HOP6)を用いた以外は、実施例1と同様にして比較例1に係る通音膜を得た。
<比較例2>
面密度が30g/cm2であり、繊維径が20〜25μmである、ポリエチレンテレフタレート(PET)とポリエチレン(PE)の芯鞘繊維の不織布(ユニチカ社製、エルベスT0303WDO)を用いた以外は、実施例1と同様にして比較例2に係る通音膜を得た。
実施例2〜5、比較例1、2において、ラミネート加工の温度は、それぞれの不織布の材料に適合した温度を採用し、加熱時間及び加圧圧力は実施例1と同様にして行った。
<比較例3>
2液加熱硬化シリコーン樹脂(東レ・ダウコーニング社製)をトルエンで希釈したものを、シリコーン離型処理セパレータ(三菱樹脂社製、MRS50)上に流延し、アプリケータを用いて薄膜を形成した。このシリコーン樹脂の薄膜を実施例1と同様に作製した樹脂多孔質膜と積層し、加熱乾燥させてシリコーン樹脂のシートと樹脂多孔質膜(PTFE多孔質膜)との積層体を得た。このようにして、比較例3に係る通音膜を得た。
表1に、各実施例及び各比較例に係る通音膜の特性を示す。また、実施例1〜5に関する音の周波数と挿入損失との関係を示すグラフを図6に示し、比較例1〜3に関する音の周波数と挿入損失との関係を示すグラフを図7に示す。
表1に示す通り、実施例1〜5に係る通音膜の3000Hzの音の挿入損失はいずれも5dB以下であった。また、実施例1〜5に係る通音膜の1000Hzの音の挿入損失に対する3000Hzの音の損入損失の比は、1.00〜1.32であった。換言すると、実施例1〜5に係る通音膜は、1000Hzの音及び3000Hzの音の双方に対して、同程度の挿入損失を示した。さらに、実施例1〜5に係る通音膜は、100Hz〜4000Hzの音に対する挿入損失の最大値と最小値の差が1.92〜4.11dBであった。このため、実施例1〜5に係る通音膜は、周波数領域が100Hz〜4000Hzである音に対して、挿入損失のばらつきが少ない音響特性を示すことが示唆された。
Figure 0005244257
1 通音膜
11 樹脂多孔質膜
12 支持材

Claims (6)

  1. 音の通過を許容しつつ、異物が通過することを阻止する通音膜であって、
    支持材と、
    前記支持材に積層され、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする樹脂多孔質膜と、を備え、
    前記支持材がエラストマーを含む不織布である、通音膜。
  2. 3000Hzの音に対する挿入損失が5dB以下である、請求項1に記載の通音膜。
  3. 1000Hzの音の挿入損失に対する3000Hzの音の損入損失の比が、1.0〜2.0である、請求項2に記載の通音膜。
  4. 100Hz〜4000Hzの音に対する挿入損失の最大値と最小値との差が5dB以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の通音膜。
  5. 面密度が5〜50g/m2である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の通音膜。
  6. 発音部又は受音部を備えた電子機器であって、
    前記発音部又は前記受音部に対応する開口を塞ぐように請求項1〜5のいずれか1項に記載の通音膜が配置されている、電子機器。
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