JP5689654B2 - スピーカー - Google Patents
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Description
本発明は、振動板及びそれを利用したスピーカーに関し、特にカーボンナノチューブを利用した振動板及びそれを利用したスピーカーに関するものである。
スピーカーは電気音響変換器として、電気信号を音に変換することができる。動作原理により、スピーカーは、ダイナミックスピーカー、マグネティックスピーカー、静電気スピーカー、圧電スピーカーなどの多種に分類される。前記多種のスピーカーは、全て機械的振動によって音波を生じ、即ち、電気―機械力―音の変換を実現する。ここで、ダイナミックスピーカーが広く利用されている。
従来のスピーカーにおいて、ボイスコイルには振動板が直結して、この振動板が一緒に振動することで音声信号と等しい波形の音が空気中に放射される。スピーカーの音量は、スピーカーに入力された電気信号のパワー及び該電気信号を音に転換する効率に関係がある。しかし、前記スピーカーに入力した電気信号のパワーが大きすぎると、前記振動板は変形又は損傷する可能がある。従って、振動板の靭性及びヤング率は、スピーカーの定格出力に関係する。即ち、スピーカーの定格出力は、振動板の変形又は損傷を発生させない程度までにおいて、前記スピーカーに入力される最大のパワーである。前記振動板の単位あたりの重量が小さければ、該振動板を振動させるためのエネルギーは小さく、前記スピーカーのエネルギー転換効率は高く、前記スピーカーの出力音量は大きくなる。
Ｋａｉｌｉ Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ Ｆａｎ、"Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｙａｒｎｓ"、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
しかし、従来のスピーカーの振動板はポリマー、金属、セラミック又は紙からなる。ポリマー又は紙からなる振動板の靭性及びヤング率は、非常に低く、金属又はセラミックからなる振動板の重量は大きいので、前記振動板を利用したスピーカーの定格出力は低い（例えば、０．３Ｗ〜０．５Ｗ）という問題がある。また、従来の振動板の密度は高いので、スピーカーのエネルギー転換効率が低い。従って、スピーカーの定格出力及びエネルギー転換効率を高めるために、振動板のヤング率及び靭性を高め、振動板の密度を低減させることが必要となる。
特許文献１では、界面活性剤でカーボンナノチューブを膜（ステアリン酸又は脂肪酸）に分散させて形成した複合材を利用して振動板を製造している。しかし、カーボンナノチューブの比表面積は非常に大きいので、カーボンナノチューブは前記膜に集結しやすい。前記膜に添加したカーボンナノチューブの数量が多くなると、前記カーボンナノチューブの分散が困難となる。また、界面活性剤などの添加剤を利用するので、前記振動板において不純物が多くなる問題がある。また、該振動板の所定の場所だけに、カーボンナノチューブを設置することが難しい。
本発明は、前記課題を解決するために、高い靭性及びヤング率を有する振動板及びこれを利用したスピーカーを提供する。
本発明の振動板は、中心部と、前記中心部を囲んで接合した縁部と、を含む。前記中心部は、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブを含む。
前記中心部は、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構造体を含む。
前記中心部は、カーボンナノチューブ構造体及び基材を含む。
本発明のスピーカーは、音声コイルと、振動板と、を含む。前記音声コイルは、前記振動板に接続され、前記振動板は、中心部と、前記中心部を囲んで接合した縁部と、を含み、前記中心部は、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブを含む。
従来の技術と比べて、本発明の振動板は次の優れた点がある。第一に、本発明の振動板にカーボンナノチューブ複合構造体を利用し、カーボンナノチューブは高い靭性、ヤング率及び小さい密度を有するので、振動板の靭性及びヤング率が高い。第二に、カーボンナノチューブは非常に軽いので、カーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合構造体を利用した振動板は、従来の振動板より非常に軽薄である。第三に、振動板の中央部にカーボンナノチューブ構造体又はカーボンナノチューブ複合構造体を利用するので、音量及びエネルギー転換を高めることができる。
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。
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例のスピーカー１００は、フレーム１０と、磁石１１と、加強板１２と、音声コイル１３と、振動板１４と、を含む。
図１を参照すると、本実施例のスピーカー１００は、フレーム１０と、磁石１１と、加強板１２と、音声コイル１３と、振動板１４と、を含む。
前記フレーム１０は、円形の金属板をプレスして形成したものである。前記フレーム１０は、上方板１０ａと、側壁１０ｂと、縁部１０ｃと、を含む。前記側壁１０ｂは、前記上方板１０ａの周辺から延伸している。前記側壁１０ｂ及び上方板１０ａは、チャンバ１０１を形成している。該チャンバ１０１は、前記上方板１０ａに向ける開口（図示せず）を有する。前記縁部１０ｃは、前記側壁１０ｂの一方の周辺を囲むように、前記側壁１０ｂに対して垂直に設けられている。空気を前記チャンバ１０１の中に入れるために、前記縁部１０ｃに複数の換気口１０３を設けている。前記磁石１１を設置するために、前記上方板１０ａと垂直に、その中央に固定柱１０４を設置する。
前記磁石１１は、中心孔１１ａを有するリング形のものであり、前記固定柱１０４は、前記磁石１１の中心孔１１ａを貫通して固定されている。前記磁石１１の外直径は、前記チャンバ１０１の内直径より小さい。前記磁石１１の厚さは、前記固定柱１０４の長さより小さいので、前記加強板１２によって前記固定柱１０４を固定させることができる。
前記磁石１１が前記固定柱１０４から脱離することを防止するために、前記加強板１２を前記固定柱１０４の末端に固定させることが好ましい。前記加強板１２は、衝撃吸収材料からなるので、前記磁石１１の損傷を防止することができる。前記加強板１２の外直径は、前記磁石１１の外直径より少し大きく設けられている。前記加強板１２と、前記上方板１０ａと、前記固定柱１０４と、により、前記磁石１１を前記チャンバ１０１に固定させることができる。
前記音声コイル１３は前記スピーカー１００を駆動する素子として、前記磁石１１と前記側壁１０ｂとの間に形成した隙間に設置されている。前記音声コイル１３は導電ワイヤからなる。前記音声コイル１３に電気信号を入力すると、前記音声コイル１３によって磁界を発生できる。前記音声コイル１３で生じた磁界及び前記磁石１１の相互作用により、前記音声コイル１３を振動させる。
前記振動板１４は、前記スピーカー１００の発音素子として設置されている。前記振動板１０の形状は、長方形、楕円形、円形、三角形などの形状に形成されている。大寸法のスピーカー１００に応用する場合、前記振動板１４は錐体に形成されている。小寸法のスピーカー１００に応用する場合、前記振動板１４は、平板状の円形又は長方形に形成されている。
図２及び３を参照すると、前記振動板１４は凸形の中心部１４２と、円形の縁部１４１と、を含む。前記縁部１４１の裏縁部は、前記中心部１４２の外周辺に接合され、前記縁部１４１の外周辺は、前記フレーム１０の縁部１０ｃに固定されているので、前記振動板１４は前記フレーム１０に固定されている。この場合、前記振動板１４の中心部１４２の中心部１４２は、前記チャンバ１０１の開口を覆うことができる。さらに、前記音声コイル１３は、前記振動板１４の中心部１４２の外周に接合され、前記振動板１４の中心部１４２及び縁部１４１の接合部に接合されていることができる。これにより、前記振動板１４の中心部１４２及び縁部１４１は、前記音声コイル１３と共に振動される。
前記振動板１４の縁部１４１は、布、紙、紙状のウール又はポリプロピレンである。前記振動板１４の中心部１４２は、厚さが１μｍ〜１ｍｍのカーボンナノチューブ複合構造体からなる。本実施例において、前記振動板１４の中心部１４２は、基材及び該基材に複合されたカーボンナノチューブ構造体を含む。前記基材及びカーボンナノチューブ構造体の関係により、前記カーボンナノチューブ複合構造体を次の通りに分類することができる。
第一種には、基材の材料がカーボンナノチューブ構造体に浸透されてカーボンナノチューブ複合構造体に形成されている。該カーボンナノチューブ複合構造体において、前記基材は、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ビチューメン、tenasco、フェノールファイバーポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、エポキシド樹脂、ポリエステルのいずれか一種のポリマーである。
第二種には、基材は層状の構造体であり、カーボンナノチューブ構造体が該層状の基材の中に分散されている。前記基材は、布、紙又は紙状のウールであるか、又はセルロース、テレフタル酸ポリエチレン、ポリエチレン、スチレン樹脂、フェノール樹脂、エポキシド樹脂、ポリエステルのいずれか一種のポリマーである。
図３を参照すると、一つの例として、前記振動板１４の中心部１４２はカーボンナノチュー複合構造体である。前記振動板１４の縁部１４１は、布、紙、紙状のウール又はポリプロピレンである。前記振動板１４の縁部１４１は、接着剤で前記振動板１４の中心部１４２の外周辺に接合されている。
図４を参照すると、もう一つの例として、前記振動板１４の中心部１４２は基材１４３及びカーボンナノチューブ構造体１４４を含む。該カーボンナノチューブ構造体１４４は、前記基材１４３の一つの表面に設置されている。前記基材１４３の一部は、前記カーボンナノチューブ構造体１４４に浸透されてカーボンナノチューブ複合構造体に形成されている。
前記基材１４３及び前記振動板１４の縁部１４１は、同じ材料からなることができる。この場合、前記材料を一体成型加工して一つの板状構造体を形成した後、前記カーボンナノチューブ構造体１４４を該板状構造体の中央部に設置する。最後に、前記カーボンナノチューブ構造体１４４及び前記板状構造体を熱プレスして、前記板状構造体の一部を前記カーボンナノチューブ構造体１４４に浸透させ、前記振動板１４の中心部１４２を形成する。
前記カーボンナノチューブ構造体１４４は、複数の孔を有し、複数のカーボンナノチューブを含む自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体１４４を独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブ構造体１４４を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体１４４の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体１４４を懸架させることができることを意味する。
前記カーボンナノチューブ構造体１４４には、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブは、配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブが配向せずに配置されている場合、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。前記複数のカーボンナノチューブが配向している場合、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。前記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０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、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１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、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１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは図５に示すドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であることができる。前記カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメントは、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を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメントにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルムの靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムは、単位面積当たりの熱容量が低くなる。前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは図５に示すドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であることができる。前記カーボンナノチューブフィルムは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメントは、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を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメントにおいて、前記複数のカーボンナノチューブの長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルムの靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムは、単位面積当たりの熱容量が低くなる。前記カーボンナノチューブフィルムの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
前記カーボンナノチューブ構造体１４４は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記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は、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記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が０°より大きな角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体１４４に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
前記カーボンナノチューブフィルム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。該製造方法は、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。該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。
本実施例から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セグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
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ベースから脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続の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５及び図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の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位体積当たりの熱容量が小さくなる。
前記カーボンナノチューブ構造体の機械強度及び強靭性を高めるために、二枚以上の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させて前記カーボンナノチューブ構造体を形成することができる。この場合、隣接する前記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は、０〜９０°で交叉している。前記カーボンナノチューブ構造体の光透過率は、積層された前記カーボンナノチューブフィルムの枚数に関係する。即ち、積層された前記カーボンナノチューブフィルムの枚数は多いほど、前記カーボンナノチューブ構造体が厚くなり、その光透過率が低くなる。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さが、０．５ｎｍ〜９９ｎｍである場合、前記カーボンナノチューブ構造体の光透過率は８６％〜９５％に達することができる。
(二)綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体１４４は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であることができる。図７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において、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な孔が形成されている。ここで、単一の前記微小な孔の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体１４４の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
前記カーボンナノチューブ構造体１４４は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であることができる。図７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において、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な孔が形成されている。ここで、単一の前記微小な孔の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体１４４の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度撹拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤を１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成される。
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図７を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体１４４は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、図８に示すプレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であることができる。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記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の配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
前記カーボンナノチューブ構造体１４４は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、図８に示すプレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であることができる。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記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の配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
単一の前記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が配向せずに配置されることができる。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
単一の前記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が配向して配列されることができる。該カーボンナノチューブフィルムは、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を含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
前記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の傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記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と該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記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が該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
（四）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含むことができる。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図９を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、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。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは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ている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含むことができる。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図９を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、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。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは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ている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記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の長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
前記カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは平行に並列され、又は交叉して織られ、又はねじれていることができる。
前記カーボンナノチューブ構造体の機械強度及び強靭性を高めるために、二枚以上の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させて前記カーボンナノチューブ構造体を形成することができる。しかし、前記カーボンナノチューブ構造体は厚すぎると、その比表面積が低くなり、その熱容量が高くなる。反対に、前記カーボンナノチューブ構造体は薄すぎると、その靭性が低くなり、その使用寿命が短くなる。従って、前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍに設定されることが好ましい。本実施例において、前記カーボンナノチューブ構造体は、四枚の前記カーボンナノチューブフィルムを積層させて形成したものであり、その厚さは、４０ｎｍ〜１００μｍである。隣接する前記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は、平行して配列されている。
（実施例２）
図１１を参照すると、本実施例の振動板２４は実施例１の振動板１４と比べて、次の異なる点がある。前記振動板２４は凸形の中心部２４２と、円形の縁部２４１と、を含む。前記振動板２４の中心部２４２及び縁部２４１は、実施例１のカーボンナノチューブ複合構造体からなり、一体成型したものである。
図１１を参照すると、本実施例の振動板２４は実施例１の振動板１４と比べて、次の異なる点がある。前記振動板２４は凸形の中心部２４２と、円形の縁部２４１と、を含む。前記振動板２４の中心部２４２及び縁部２４１は、実施例１のカーボンナノチューブ複合構造体からなり、一体成型したものである。
（実施例３）
図１２を参照すると、本実施例の振動板３４は実施例１の振動板１４と比べて、次の異なる点がある。前記振動板３４は凸形の中心部３４２と、円形の縁部３４１と、を含む。前記振動板３４の中心部３４２は、実施例１のカーボンナノチューブ複合構造体を含む。前記振動板３４の中心部３４２は、複数の実施例１のカーボンナノチューブフィルムを積層してなるものであり、その厚さは、１μｍ〜１ｍｍである。
図１２を参照すると、本実施例の振動板３４は実施例１の振動板１４と比べて、次の異なる点がある。前記振動板３４は凸形の中心部３４２と、円形の縁部３４１と、を含む。前記振動板３４の中心部３４２は、実施例１のカーボンナノチューブ複合構造体を含む。前記振動板３４の中心部３４２は、複数の実施例１のカーボンナノチューブフィルムを積層してなるものであり、その厚さは、１μｍ〜１ｍｍである。
１００ スピーカー
１０ フレーム
１０ａ 上方板
１０ｂ 側壁
１０ｃ 縁部
１０１ チャンバ
１０３ 換気口
１０４ 固定柱
１１ 磁石
１２ 加強板
１３ 音声コイル
１４ 振動板
１４１ 縁部
１４２ 中心部
１４３ 基材
１４４ カーボンナノチューブ構造体
２４ 振動板
２４１ 縁部
２４２ 中心部
３４ 振動板
３４１ 縁部
３４２ 中心部
１０ フレーム
１０ａ 上方板
１０ｂ 側壁
１０ｃ 縁部
１０１ チャンバ
１０３ 換気口
１０４ 固定柱
１１ 磁石
１２ 加強板
１３ 音声コイル
１４ 振動板
１４１ 縁部
１４２ 中心部
１４３ 基材
１４４ カーボンナノチューブ構造体
２４ 振動板
２４１ 縁部
２４２ 中心部
３４ 振動板
３４１ 縁部
３４２ 中心部
Claims (1)
- 音声コイルと、振動板と、を含むスピーカーにおいて、
前記音声コイルは、前記振動板に接続され、
前記振動板は、中心部と、前記中心部を囲んで前記中心部の外周辺に接合された縁部と、を含み、
前記中心部は、分子間力で接続された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構造体に基材の材料であるポリマーが浸透されてなる複合体のみからなり、
前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブフィルムを積層してなるものであり、
前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、１μｍ〜１ｍｍであり、
各カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが配向して配置されていて、
前記縁部は、前記基材のみからなることを特徴とするスピーカー。
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