JP5336442B2 - オーディオの信号線及び音声再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオの信号線及び該オーディオの信号線を利用した音声再生装置に関するものである。

音声再生装置として、例えば信号発生器及びイヤホーンを備えている。該イヤホーンは、オーディオの信号線、該オーディオの信号線の一端と電気的に接続されたコネクター及び、前記オーディオの信号線の他端と電気的に接続されたスピーカーを含む。前記オーディオの信号線は、正極コード、負極コード及び前記正極コードと負極コードとを被覆している保護層を含む。前記正極コード及び負極コードは、例えば、銅又はアルミニウムなどの優れた電気伝導率を有する金属材料からなる。前記銅又はアルミニウムなどの優れた電気伝導率を有する金属材料は強靭性が優れておらず、前記オーディオの信号線が使用される過程において、外界の引張力及び自身の重力を受けたり、繰り返して折られたりすると、前記正極コード及び負極コードは、断裂しやすくなり、前記イヤホーンは使用できなくなる。

Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１

前記オーディオの信号線が故障すると、前記コネクター及び前記スピーカーが正常であっても、前記イヤホーンは使用できなくなる。これは、大きな浪費をもたらし、環境保護に悪い影響を与える。

従って、本発明は、高い引っ張り強さ及び高い抗折強度を有するオーディオの信号線及び該オーディオの信号線を利用した音声再生装置を提供する。

オーディオの信号線は、第一極線と、該第一極線と同軸を有して設置された第二極線と、前記第一極線及び前記第二極線の間に設置された絶縁層と、前記第二極線の外表面を被覆している保護層と、を含む。前記第一極線及び前記第二極線が、それぞれ少なくとも一本のリード線を含み、前記第一極線及び／又は前記第二極線が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。

音声再生装置は、前記オーディオの信号線、該オーディオの信号線の一端と電気的に接続されたスピーカーと、該オーディオの信号線の他端と電気的に接続された信号発生器を含む。

カーボンナノチューブワイヤは高い引っ張り強さ及び高い抗折強度を有するので、前記カーボンナノチューブワイヤを含むオーディオの信号線の引っ張り強さ及び抗折強度は高められる。従って、該オーディオの信号線の損傷率を低下させ、前記音声再生装置の寿命が高められる。また、前記カーボンナノチューブワイヤは、そのほかの材料からなる構造と比べて、直径が同じである場合、該カーボンナノチューブワイヤの方が、高い引っ張り強さを有する。従って、同じ引っ張り強さを有するオーディオの信号線と比べると、前記カーボンナノチューブワイヤを含むオーディオの信号線は、直径を小さくできる。前記カーボンナノチューブワイヤの密度は小さいので、前記カーボンナノチューブワイヤを含むオーディオの信号線の重さは軽い。

本発明の実施例１に係るイヤホーンの構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るイヤホーンにおけるオーディオの信号線が一組の極線を含む時の断面図である。 本発明の実施例１に係るイヤホーンにおけるオーディオの信号線の一本のリード線がカーボンナノチューブワイヤに巻き付いた構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。 図４中のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。 ドローン構造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セグメントの構造を示す図である。 本発明の実施例に係る非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例に係るねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。 本発明の実施例１に係るイヤホーンにおけるオーディオの信号線が複数組の極線を含む時の断面図である。

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。

本発明は、音声再生装置を提供する。該音声再生装置は、信号発生器（図示せず）と、該信号発生器と電気的に接続されたイヤホーン１００とを、備えている。図１を参照すると、該イヤホーン１００は、オーディオの信号線１０と、該オーディオの信号線１０の一端と電気的に接続されたスピーカー１１と、前記オーディオの信号線１０の他端と電気的に接続されたコネクター１２と、を含む。

前記コネクター１２は、携帯電話、ＭＰ３、ＭＰ４などの信号発生器（図示せず）に接続される。前記オーディオの信号線１０により、前記信号発生器からの電気信号を前記スピーカー１１に伝送する。該スピーカー１１は、前記信号発生器からの電気信号を音声信号に転換できる。前記スピーカー１１は、コイル（図示せず）及び該コイルに接着された振動フィルム（図示せず）を含む。電気信号が前記オーディオの信号線１０によって前記コイルに伝送されると、該コイルが繰り返して運動すると、該コイルに接着された振動フィルムが繰り返して振動する。これにより、該振動フィルムが発声できる。本実施例において、前記イヤホーン１００は、二つの前記スピーカー１１及び二つの前記オーディオの信号線１０を含む。

図２を参照すると、前記オーディオの信号線１０は、第一極線１０１と、第二極線１０２と、前記第一極線１０１及び前記第二極線１０２の間に設置された絶縁層１０３と、前記第一極線１０１及び前記第二極線１０２の外側を被覆する保護層１０４と、を含む。

前記第一極線１０１は、複数の第一リード線１０５及び、少なくとも一つの第一カーボンナノチューブワイヤ１０６を含む。前記第一リード線１０５は、前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６に平行して配列してもよく、該第一カーボンナノチューブワイヤ１０６に巻き付いてもよい。前記第一リード線１０５が前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６に巻き付く場合、前記オーディオの信号線１０の抗折強度を高めることができる。

図３は、一本の前記第一リード線１０５が前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６に巻き付く構造を示す図である。前記第一極線１０１が複数の第一リード線１０５を含む場合、前記第一リード線１０５の一部が前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６に巻き付いてもよく、前記第一リード線１０５の全てが前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６に巻き付いてもよい。本実施例において、前記第一リード線１０５及び前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６は、平行して配列され、円柱形の第一極線１０１が形成される。

前記第一リード線１０５は、銅、アルミニウム、金などの優れた電気伝導率を有する金属材料からなる。本実施例において、前記第一リード線１０５は、銅からなる。前記第一リード線１０５の電磁界が、それと隣接する第一リード線１０５に影響を与えることを防止するために、各々の前記第一リード線１０５の外側に絶縁塗料を塗布することもできる。前記絶縁塗料は、プラスチック、ゴム、高分子材料及びエナメル（ｅｎａｍｅｌ）などである。前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６の外側も前記絶縁塗料を塗布することもできる。

前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６は、外界の引張力、前記オーディオの信号線１０自身の重力、又は、前記オーディオの信号線１０が湾曲される時発生する力を受ける。前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６も優れた導電性を有するので、前記第一リード線１０５が切断されても、該第一カーボンナノチューブワイヤ１０６によって、導電できる。従って、前記イヤホーン１００の寿命を高めることができる。

前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６は、複数のカーボンナノチューブからなる非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。該カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。

前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを、有機溶剤で処理して形成したものである。前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、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。

前記製造方法は、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、均一的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。

前記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。

本実施例により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、少なくとも一枚のドローン構造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束からなる連続のドローン構造カーボンナノチューブフィルム（図４を参照）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束が端と端で接合され、連続的なドローン構造カーボンナノチューブフィルムが形成される（図５を参照）。

図４を参照すると、単一の前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、自立構造を有したものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブフィルムの表面に平行に、カーボンナノチューブフィルムを引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。

微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記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以外に、該同じ方向に沿っておらずランダムな方向を向いたカーボンナノチューブも存在している。ここで、該ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、前記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と比べて、割合は小さい。

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１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂ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１４３ｂ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１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さは実質的に同じである。

前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを、有機溶剤で処理することにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａをカーボンナノチューブワイヤに形成させる。

具体的には、有機溶剤を前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの表面に滴下し、該有機溶剤を前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａに浸漬させる。前記有機溶剤は、例えば、エタノール、メタノール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムなどの揮発性有機溶剤である。本実施例において、前記有機溶剤は、エタノールである。これにより、前記有機溶剤の表面張力によって、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおける複数のカーボンナノチューブを縮ませて、該カーボンナノチューブワイヤが形成される。

図７を参照すると、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、該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、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。該非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で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。各々の前記カーボンナノチューブセグメントは、該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、端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、直径が０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。

前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、機械外力で前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１４３ａを処理して形成されたものである。具体的には、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１４３ａの両端を異なる方向に沿って絞る。該ドローン構造カーボンナノチューブフィルム１４３ａが接着性を有するので、該カーボンナノチューブフィルム１４３ａがねじれ状カーボンナノチューブワイヤに形成される。

図８を参照すると、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、該カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で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。各々の前記カーボンナノチューブセグメントは、分子間力で端と端が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、直径が０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。

さらに、有機溶剤で前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを処理することができる。前記有機溶剤の表面張力によって、処理された前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおける隣接するカーボンナノチューブが分子間力で緊密に結合するので、該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、直径及び比表面積が小さくなり、その密度及び強度が高まれる。

前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６における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の一種又は多種である。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０．５ナノメートル〜５０ナノメートルであり、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１．０ナノメートル〜５０ナノメートルであり、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルである。

本実施例において、前記第一カーボンナノチューブワイヤ１０６は、図７に示すような非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。前記第一リード線１０５及び前記非ねじれ状第一カーボンナノチューブワイヤ１０６は、平行して配列される。

前記絶縁層１０３は、前記第一極線１０１を被覆する。即ち、該絶縁層１０３は、前記第一極線１０１の外側に設置される。該絶縁層１０３の材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）又はナノクレイ（ｎａｎｏ−ｃｌａｙ）−高分子複合材料である。前記ナノクレイは、ナノカオリンクレイ（ｎａｎｏ−ｋａｏｌｉｎ ｃｌａｙ）又はナノモンモリロナイト（ｎａｎｏ−ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ）である。前記高分子材料は、シリコーン樹脂、ポリアミド、ポリエチレン又はポリプロピレンなどである。本実施例において、前記絶縁層１０３は、ポリエチレンフォームからなる。

前記第二極線１０２は、複数の第二リード線１０７及び、少なくとも一本の第二カーボンナノチューブワイヤ１０８を含む。本実施例において、前記第二カーボンナノチューブワイヤ１０８は、図７に示すような非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。前記第二リード線１０７及び前記非ねじれ状第二カーボンナノチューブワイヤ１０８は、平行して配列される。該第二リード線１０７と前記第一リード線１０５の材料及び構造は同じである。前記複数の第二リード線１０７及び第二カーボンナノチューブワイヤ１０８は、前記絶縁層１０３の外側に設置される。即ち、前記第二極線１０２は、前記第一極線１０１と同軸を有してして設置され、前記第二極線１０２と前記第一極線１０１とは、同軸ケーブルを形成している。

前記スピーカー１１へ安定して電気信号を伝送するために、前記第一極線１０１及び前記第二極線１０２の抵抗が同じであることが好ましい。

前記コネクター１２は、正極（図示せず）及び負極（図示せず）を含む。電気信号を伝送するために、前記第一極線１０１及び前記第二極線１０２は、それぞれ正極及び負極に接続される。前記第一極線１０１、前記コネクター１２及び前記第二極線１０２は直列接続しており、前記第一極線１０１、前記スピーカー１１及び前記第二極線１０２は直列接続しているので、該第一極線１０１、該コネクター１２、該第二極線１０２及び該スピーカー１１は、直列回路に形成される。本実施例において、前記オーディオの信号線１０における第一極線１０１は、前記コネクター１２の正極と電気的に接続され、前記オーディオの信号線１０における第二極線１０２は、前記コネクター１２の負極と電気的に接続される。

前記保護層１０４は、オーディオの信号線１０、特に前記第二極線１０２における第二リード線１０７及び前記第二カーボンナノチューブワイヤ１０８を保護することに用いられる。該保護層１０４の材料は、ナノクレイ−高分子複合材料である。前記ナノクレイは、ナノカオリンクレイ又はナノモンモリロナイトである。前記高分子材料は、シリコーン樹脂、ポリアミド、ポリエチレン又はポリプロピレンなどである。本実施例において、前記保護層１０４は、ナノモンモリロナイト−ポリエチレン複合材料からなる。該ナノモンモリロナイト−ポリエチレン複合材料は、優れた機械性能、耐火性能及び難燃性能などを有するので、前記オーディオの信号線１０を保護することができ、環境の影響を受けない。

前記オーディオの信号線１０は、さらに、電磁妨害層（ＥＭＩ）１０９を含む。該電磁妨害層１０９は、前記保護層１０４と前記第二極線１０２との間に設置され、前記オーディオの信号線１０が外部の電磁界からの妨害を受けることを防止することができる。前記電磁妨害層１０９は、導電材料からなる。該導電材料は、金属、カーボンナノチューブワイヤ又はカーボンナノチューブフィルムである。該導電材料は、前記第二極線１０２の外表面を被覆している。

図９を参照すると、前記オーディオの信号線１０は、第一極線１０１及び第二極線１０２の組を複数含む場合、一組の第一極線１０１及び第二極線１０２と、他の第一極線１０１及び第二極線１０２との間の電磁界による妨害を減少するために、前記一組の第一極線１０１及び第二極線１０２と、他の第一極線１０１及び第二極線１０２との間に、前記電磁妨害層１０９を設置することもできる。また、前記オーディオの信号線１０を円柱形にするため、該オーディオの信号線１０の構造を一定で、丈夫にするため、そして、包装を便利にするために、前記オーディオの信号線１０は、前記第一極線１０１及び前記第二極線１０２と、他組の前記第一極線１０１及び前記第二極線１０２との間に充填物１４を添加することができる。

また、前記音声再生装置は、前記イヤホーンを含む装置に制限されず、例えば家庭用音響などの音響装置であってもよい。前記音響装置は、信号発生器と、該信号発生器と電気的に接続されたオーディオの信号線と、該オーディオの信号線と電気的に接続されたスピーカーと、を含む。前記オーディオの信号線により、前記信号発生器からの電気信号を前記スピーカーに伝送する。該スピーカーは、前記信号発生器からの電気信号を音声信号に転換できる。前記オーディオの信号線は、前記実施例１におけるオーディオの信号線を採用することができる。

前記カーボンナノチューブは高い引っ張り強さ及び高い抗折強度を有するので、該複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤも高い引っ張り強さ及び高い抗折強度を有する。従って、前記カーボンナノチューブワイヤを含むオーディオの信号線の引っ張り強さ及び抗折強度が高められるので、該オーディオの信号線の損傷率を低下させ、前記音声再生装置の寿命を高められる。また、前記カーボンナノチューブワイヤは、そのほかの材料からなる構造と比べて、直径が同じである場合、該カーボンナノチューブワイヤの方が、高い引っ張り強さを有する。従って、同じ引っ張り強さを有するオーディオの信号線と比べると、前記カーボンナノチューブワイヤを含むオーディオの信号線は、直径を小さくできる。前記カーボンナノチューブの密度は小さいので、該複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤの密度も小さい。従って、前記カーボンナノチューブワイヤを含むオーディオの信号線の重さは軽い。

１００ イヤホーン
１０、２０ オーディオの信号線
１１ スピーカー
１２ コネクター
１０１ 第一極線
１０２ 第二極線
１０３ 絶縁層
１０４ 保護層
１０５ 第一リード線
１０６ 第一カーボンナノチューブワイヤ
１０７ 第二リード線
１０８ 第二カーボンナノチューブワイヤ
１０９ 電磁妨害層
１４ 充填物
１４５ カーボンナノチューブ
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント

Claims (2)

1. 第一極線と、該第一極線と同軸を有して設置された第二極線と、前記第一極線及び前記第二極線の間に設置された絶縁層と、前記第二極線の外表面を被覆している保護層と、
   を含むオーディオの信号線において、
   前記第一極線及び前記第二極線が、それぞれ少なくとも一本のリード線を含み、
   前記第一極線及び／又は前記第二極線が、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、
   前記カーボンナノチューブワイヤが端と端で接続される複数のカーボンナノチューブからなり、
   前記リード線が金属材料からなることを特徴とするオーディオの信号線。
2. 請求項１に記載のオーディオの信号線と、該オーディオの信号線の一端と電気的に接続されたスピーカーと、該オーディオの信号線の他端と電気的に接続された信号発生器と、を含むことを特徴とする音声再生装置。