JP6700221B2 - 防水通音膜、防水通音部材及び電子機器 - Google Patents

防水通音膜、防水通音部材及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、防水通音膜、防水通音部材及び電子機器に関する。
携帯電話、スマートフォン、ノートパソコン、電子手帳、デジタルカメラ、ゲーム機器などの電子機器は、音声機能を備えている。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、マイクロフォンなどの音声変換器が配置されている。筐体には、外部から音声変換器に音声を導くための開口、及び／又は、音声変換器から外部に音声を導くための開口が設けられている。筐体の内部に水滴などの異物が入ることを防止するために、筐体の開口には防水通音膜（以下、単に「通音膜」ともいう）が取り付けられている。
特許文献１には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の多孔質膜を通音膜として使用できることが記載されている。特許文献２には、ＰＴＦＥ、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる無孔フィルムを通音膜として使用できることが記載されている。
特開２００７−８１８８１号公報 特許第４７５１４７６号公報
近年、電子機器に求められる防水性は、年を追うごとに高まっている。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ている。電子機器の防水性を高めるためには、通音膜の改良が不可欠である。しかし、通音膜の性能に関して言えば、耐水性（防水性）と通音性との間にはトレードオフの関係がある。そのため、通音膜の耐水性及び通音性を同時に向上させることは非常に難しい。
本発明は、防水通音膜の耐水性及び通音性を向上させるための新規な技術を提供することを目的とする。
通音膜の耐水性及び通音性に関して本発明者らが鋭意検討を行ったところ、次のような技術課題があることが判明した。すなわち、高い水圧が通音膜に一定時間加わると、通音膜の通音性が大幅に低下する。通音膜にとって、水圧が加わる前の通音性だけでなく、水圧が加えられた後の通音性も重要である。そして、本発明者らは、通音膜の強度の異方性と耐水試験による通音性の低下との間に相関があることを突き止め、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、
音の通過を許容しつつ水の侵入を防止するための防水通音膜であって、
前記防水通音膜の通気度がガーレー数で表示して２０秒／１００ｍＬ以上であり、
前記防水通音膜の耐水圧が５００ｋＰａ以上であり、
ＭＤ方向に関する前記防水通音膜の引張破断強度をＴ１、前記ＭＤ方向に直交するＴＤ
方向に関する前記防水通音膜の引張破断強度をＴ２と定義したとき、強度比（Ｔ１／Ｔ２）が０．５〜２．０の範囲にある、防水通音膜を提供する。
別の側面において、本発明は、
上記本発明の防水通音膜と、
前記防水通音膜の表面上に配置された接着層と、
を備えた、防水通音部材を提供する。
さらに別の側面において、本発明は、
電気信号と音声との変換を行う音声変換部と、
前記音声変換部を収容しており、前記音声変換部と外部との間に位置する開口を有する筐体と、
前記開口を塞ぐように前記筐体に取り付けられた、上記本発明の防水通音膜又は上記本発明の防水通音部材と、
を備えた、電子機器を提供する。
上記の防水通音膜は、比較的低い通気性を有し、５００ｋＰａ以上の耐水圧を有する。また、引張破断強度の比率（Ｔ１／Ｔ２）が０．５〜２．０の範囲にある。このような構成によれば、通音性と耐水性とを高いレベルで両立させつつ、水圧が加わることによる通音性の低下（音響特性の劣化）を抑制することができる。
本発明の一実施形態にかかる防水通音部材の斜視図 本実施形態の防水通音部材又は防水通音膜が取り付けられた筐体を有するスマートフォンの正面図 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 サンプル２の通音膜の表面のＳＥＭ像（倍率２００００倍） サンプル３の通音膜の裏面のＳＥＭ像（倍率２００００倍） サンプル３の通音膜の透過Ｘ線回折像 サンプル３の通音膜の回折像の円周方向強度プロファイル サンプル８の通音膜の透過Ｘ線回折像 サンプル８の通音膜の回折像の円周方向強度プロファイル
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。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
図１に示すように、本実施形態の防水通音部材１０（以下、単に「通音部材」ともいう）は、通音膜１２及び接着層１４を備えている。通音部材１０及び通音膜１２は、平面視で円形の形状を有する。通音膜１２の一方の表面の外周部分にリング状の接着層１４が配置されている。接着層１４の内側の領域（接着層１４が設けられていない領域）が通音膜１２の通音領域（有効領域）である。通音部材１０の形状は円形に限定されず、楕円形、矩形などの他の形状であってもよい。
通音膜１２は、ＰＴＦＥ、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリイミドなどの樹脂で作られた膜である。これらの中でも、ＰＴＦＥを通音膜１２の材料として好適に使用できる。ＰＴＦＥで形成された通音膜１２は、質量と強度とのバランスが良好であるとともに、耐熱性に優れている。通音膜１２が十分な耐熱性を有してい
る場合、通音部材１０を筐体に取り付けた後に熱処理（例えば、半田リフロー工程）を実施することが可能である。
本実施形態において、通音膜１２は、単層の樹脂膜である。ただし、通音膜１２は、複数の膜を積層することによって得られた積層膜であってもよい。
本実施形態において、通音膜１２の通気度は、ガーレー数で表示して２０秒／１００ｍＬ以上である。すなわち、通音膜１２は、無孔膜又は微多孔膜でありうる。「無孔」とは、膜の一方の主面と他方の主面とを連通する細孔が存在しない、又は、細孔の数が極めて少ないことを意味する。例えば、ガーレー数で表示される通気度が１万秒／１００ｍＬより大きい膜を無孔膜と判断することができる。また、通気度が２０〜１万秒／１００ｍＬの範囲にある膜を微多孔膜と判断することができる。微多孔膜の通気度は、２０〜５０００秒／１００ｍＬの範囲にあってもよく、２０〜１０００秒／１００ｍＬの範囲にあってもよく、２０〜３００秒／１００ｍＬの範囲にあってもよい。通気度の下限値は４０秒／１００ｍＬであってもよい。本明細書において、「ガーレー数」は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｌ１０９６（２０１０）に規定されている通気性測定法のＢ法（ガーレー形法）によって与えられる値を意味する。
音声は、通音膜１２の振動によって伝播しうるので、通音膜１２が通気性を有していることは必須ではない。通音膜１２が無孔膜である場合、通音膜１２が取り付けられた筐体の内部に通気膜１２を通じて水蒸気が入ることを防止できる。また、無孔膜の耐水性は、通常、多孔膜の耐水性よりも優れている。ただし、通音膜１２が適度な通気性を有していることが望ましい場合もある。例えば、筐体の内部の温度変化が比較的大きい場合、適度な通気性は、筐体内部における結露を防止する効果を発揮しうる。この場合、通音膜１２が微多孔膜であることが望ましい。
通音膜１２の耐水圧（限界耐水圧）は、例えば、５００ｋＰａ以上である。５００ｋＰａの耐水圧は、５気圧の防水仕様に相当する。通音膜１２が５００ｋＰａ以上の耐水圧を有している場合、水に触れる機会の多い作業、水上スポーツなどのシチュエーションで電子機器を使用することが可能になる。耐水圧の上限値は特に限定されず、例えば、１０００ｋＰａである。耐水圧は、ＪＩＳ Ｌ１０９２（２００９）に規定されている耐水度試験のＢ法（高水圧法）に従って測定されうる。なお、膜の変形が大きすぎる場合には、ステンレスメッシュを膜の加圧面の反対側に配置して測定を行ってもよい。
また、通音膜１２の耐水性の指標として、水圧保持試験をクリアできるかどうかが挙げられる。水圧保持試験は、所定の水圧を所定時間にわたって膜に加え続けたときに、膜が破裂したり水漏れが生じたりしないかどうかを調べるための試験である。水圧保持試験は、耐水圧と同じくＪＩＳ Ｌ１０９２（２００９）に記載された耐水度試験装置を用いて行うことができる。本実施形態において、通音膜１２は、５００ｋＰａの水圧を１０分間にわたって加え続けたとしても、破裂したり水漏れが生じたりしない。
本実施形態の通音膜１２は、強度の異方性が小さいＰＴＦＥ膜でありうる。具体的には、ＭＤ方向（Machine Direction）に関する通音膜１２の引張破断強度をＴ１（ＭＰａ）、ＭＤ方向に直交するＴＤ方向（Transverse Direction）に関する通音膜１２の引張破断強度をＴ２（ＭＰａ）と定義したとき、比率（Ｔ１／Ｔ２）が０．５〜２．０の範囲にある。ＭＤ方向及びＴＤ方向は、通音膜１２の表面の走査電子顕微鏡像から判断することができる。本実施形態において、「ＭＤ方向」は、ＰＴＦＥ膜の圧延方向に平行な方向であり、「縦方向」又は「機械流れ方向」ともいう。「ＴＤ方向」は、ＭＤ方向に直交する方向であり、「幅方向」ともいう。
通音膜の強度に顕著な異方性があると、水圧が通音膜に加わったときの変形方向にも偏りが生じると考えられる。この場合、水圧から解放されたとしても、通音膜は、元の形状からかけ離れた形状になると予測される。そして、その音響特性も大幅に劣化したものとなることが予測される。
本実施形態の通音膜１２は、ガーレー数で表示して２０秒／１００ｍＬ以上の通気性を有し、５００ｋＰａ以上の耐水圧を有する。さらに、引張破断強度の比率（Ｔ１／Ｔ２）が０．５〜２．０の範囲にある。比率（Ｔ１／Ｔ２）は、望ましくは、０．７〜１．５の範囲にある。このような構成によれば、耐水試験後の通音膜１２の形状、構造などが耐水試験前の通音膜１２の形状、構造などから大きく乖離することを抑制できる。その結果、耐水試験による通音性の低下（音響特性の劣化）も抑制されうる。
引張破断強度は、ＪＩＳ Ｋ６２５１（２０１０）に基づいて測定することができる。具体的には、通音膜１２の原反からＪＩＳ Ｋ６２５１に規定されたダンベル状試験片（ダンベル状３号形）を準備する。引張試験機によって、引張速度３００ｍｍ／分、２５℃の条件で試験片の引張破断強度を測定する。縦方向（ＭＤ方向）の引張破断強度及び幅方向（ＴＤ方向）の引張破断強度をそれぞれ測定できるように、通音膜１２の原反から２種類の試験片を作製することができる。
通音膜１２の原反が入手できる場合には、上記の測定によって通音膜１２のＭＤ方向の引張破断強度及びＴＤ方向の引張破断強度を正確に測定することができる。通音膜１２のＭＤ方向の引張破断強度及びＴＤ方向の引張破断強度の少なくとも１つが、例えば、３０ＭＰａ以上である。通音膜１２の引張破断強度の上限値は特に限定されず、例えば、１５０ＭＰａである。
一方、通音膜１２が非常に小さい場合、所定のダンベル状試験片を準備できない。そのため、測定される引張破断強度は、通音膜１２の原反の引張破断強度と乖離している可能性がある。しかし、引張破断強度の比率（Ｔ１／Ｔ２）を算出することは可能である。例えば、複数の通音膜１２（例えば５個）を準備し、ＭＤ方向の引張破断強度を各通音膜１２について測定し、測定結果の平均値を算出する。同様に、複数の通音膜１２の準備し、ＴＤ方向の引張破断強度を各通音膜１２について測定し、測定結果の平均値を算出する。これらの平均値から、比率（Ｔ１／Ｔ２）を算出することができる。
本実施形態において、通音膜１２は、配向したＰＴＦＥから構成されうる。言い換えれば、通音膜１２は、ＭＤ方向及びＴＤ方向の両方向に配向した構造を有する。この構造は、引張破断強度の異方性を低減することに寄与していると考えられる。「配向」とは、ポリマーの分野で一般的である分子鎖（ここではＰＴＦＥ鎖）の配向を意味する。ＰＴＦＥが配向しているかどうかは、例えば、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ測定）によって確認できる。具体的には、通音膜１２の広角Ｘ線回折測定（ＷＡＸＤ測定）を実施し、得られたＸ線回折像（ＷＡＸＤプロファイル）から、通音膜１２においてＰＴＦＥが配向しているかどうかを調べることができる。例えば、広角Ｘ線回折測定で得られた回折像の円周方向強度プロファイルにおいて、ピークの存在を確認できる場合、通音膜１２においてＰＴＦＥが配向していると判断することができる。また、通音膜１２におけるＰＴＦＥの結晶配向度を求めることもできる。
通音膜１２の通音性は、例えば、１ｋＨｚでの挿入損失（周波数１ｋＨｚの音に対する挿入損失）によって評価することができる。本実施形態において、直径１．５ｍｍの円形の通音領域を有する通音膜１２について測定された１ｋＨｚでの挿入損失が１３ｄＢ以下である。
耐水試験による通音膜１２の通音性の劣化は比較的小さい。例えば、直径１．５ｍｍの円形の通音領域を有する通音膜１２の１ｋＨｚでの挿入損失を測定する。次に、先に説明した方法に従って、水圧保持試験を実施する。その後、１ｋＨｚでの挿入損失を再度測定する。水圧保持試験の後の挿入損失と水圧保持試験の前の挿入損失との差は、例えば６ｄＢ以下であり、望ましくは５ｄＢ以下である。
通音膜１２の挿入損失（音響特性）は、携帯電話の筐体を模した模擬筐体を用い、後述する方法によって測定することができる。
通音膜１２の面密度は、例えば、１〜３０ｇ／ｍ2の範囲にあり、１〜２５ｇ／ｍ2の範囲にあってもよい。通音膜１２の厚さは、例えば、１〜２５μｍの範囲にあり、１〜２０μｍの範囲にあってもよい。面密度及び厚さが適切な範囲に調整されていると、通音膜１２の耐水性と通音性とを両立させやすい。面密度は、単位面積あたりの膜の質量を意味し、膜の質量をその膜の面積（主面の面積）で除することによって算出される。
通音膜１２が微多孔膜である場合において、通音膜１２の平均孔径は、例えば、０．０１μｍ〜１μｍの範囲にある。通音膜１２の気孔率は、例えば、５〜５０％の範囲にある。平均孔径及び気孔率が適切な範囲に調整されていると、通音膜１２の通音性と耐水性とを両立させやすい。平均孔径は、ＡＳＴＭ（米国試験材料協会）Ｆ３１６−８６に準拠した方法によって測定することができる。気孔率は、通音膜１２の質量、体積及び真密度を下記式に代入することによって算出されうる。例えば、通音膜１２の材料がＰＴＦＥであるとき、真密度は２．１８ｇ／ｃｍ3である。
気孔率（％）＝｛１−（質量［ｇ］／（厚さ［ｃｍ］×面積［ｃｍ2］×真密度［２．１８ｇ／ｃｍ3］））｝×１００
接着層１４は、例えば、両面接着（粘着）テープで形成されている。両面接着テープは、例えば、基材と、基材の一方の面に塗布された接着剤層（粘着剤層）と、基材の他方の面に塗布された接着剤層とを含む。両面接着テープに使用される接着剤としては、エポキシ接着剤、アクリル接着剤、シリコーン接着剤などが挙げられる。また、接着層１４は、これらの接着剤のみで形成されていてもよい。接着層１４は、通音膜１２の一方の表面と他方の表面とのそれぞれに配置されていてもよい。
また、接着層１４を使用せず、通音膜１２を筐体に直接取り付けることも可能である。例えば、通音膜１２は、熱溶着、レーザー溶着などの溶着方法によって筐体に直接溶着される。
通音膜１２は、無孔膜又は微多孔膜に積層された通気性支持材を含んでいてもよい。通気性支持材は、無孔膜又は微多孔膜を支持する機能を有する。通気性支持材は、典型的には、金属、樹脂又はこれらの複合材料で形成された、織布、不織布、メッシュ、ネット、スポンジ、フォーム又は多孔体である。樹脂としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、フッ素樹脂、超高分子量ポリエチレンなどが挙げられる。通気性支持材は、熱ラミネート、加熱溶着、超音波溶着などの接合方法によって無孔膜又は微多孔膜に積層されうる。通気性支持材は、平面視で通音膜１２と同じ形状を有していてもよいし、接着層１４と同じ形状（リング状の形状）を有していてもよい。
通音膜１２には、着色処理が施されていてもよい。言い換えれば、通音膜１２には、カーボンブラックなどの着色剤が含まれていてもよい。例えば、カーボンブラックが含まれているとき、通音膜１２は、グレー又は黒色の色合いを有する。「グレー又は黒色の色合いを有する」とは、黒色に着色するための着色剤を含んでいることを意味する。一般的に
は、ＪＩＳ Ｚ８７２１（１９９３）に規定された黒色度で、１〜４を「黒」、５〜８を「グレー」、９以上を「白」と判断する。
次に、通音膜１２の製造方法の一例を説明する。
まず、ＰＴＦＥ粉末の分散液（ＰＴＦＥディスパージョン）を基板に塗布して塗布膜を形成する。分散液には、着色剤が含まれていてもよい。基板は、耐熱性プラスチック（ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンなど）、金属、セラミックなどの耐熱性材料で形成されうる。基板の形状は特に限定されず、例えば、シート状、管状又は棒状である。基板を分散液に浸漬して引き上げる方法、基板に分散液をスプレーする方法、基板に分散液を刷毛塗りする方法などにより、分散液を基板に塗布できる。分散液の基板表面への濡れ性を改善するために、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤などの界面活性剤が分散液に含まれていてもよい。
次に、塗布膜を加熱する。これにより、塗布膜に含まれた分散媒を除去するとともに、ＰＴＦＥ粒子を相互に結着させる。加熱後には、基板の片面又は両面に無孔のＰＴＦＥ膜が形成される。例えば、分散媒を蒸発させることができる温度で塗布膜を加熱して分散媒を除去し、その後、ＰＴＦＥの融点以上の温度で塗布膜を加熱して塗布膜を焼成する。分散媒が水のとき、第１段階において９０〜１５０℃で塗布膜を加熱し、第２段階において３５０〜４００℃で塗布膜を加熱する。ただし、ＰＴＦＥの融点以上の温度で塗布膜を所定時間加熱する一段加熱法を採用してもよい。
また、分散液を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、塗布膜を加熱する工程とを繰り返すことによって、所望の厚さのＰＴＦＥ膜を形成してもよい。これらの工程を一回ずつ実施してもよい。
次に、基板からＰＴＦＥ膜（樹脂薄膜）を剥離させる。さらに、ＰＴＦＥ膜をＭＤ方向（長手方向）に圧延する工程と、ＰＴＦＥ膜をＴＤ方向（幅方向）に延伸する工程とをこの順番で実施する。これにより、微多孔膜である通音膜１２が得られる。ＰＴＦＥ膜をＴＤ方向に延伸する工程と、ＰＴＦＥ膜をＭＤ方向に圧延する工程とをこの順番に実施してもよい。延伸工程の後で圧延工程を実施する場合、ＴＤ方向への延伸によって形成された細孔が圧延によって潰れ、無孔膜である通音膜１２が得られる。さらに、無孔膜又は微多孔膜を形成する過程において、ＰＴＦＥ膜をＭＤ方向に延伸してもよい。圧延倍率及び延伸倍率は、防水性と通音性とのバランスを考慮して適切に設定される。ＭＤ方向への圧延倍率は、例えば、１．２５〜３．５倍である。ＴＤ方向への延伸倍率は、例えば、１．２５〜３．５倍である。さらに、ＰＴＦＥ膜をＴＤ方向に延伸する工程に代えて、ＰＴＦＥ膜をＴＤ方向に圧延する工程を実施してもよい。
ＰＴＦＥ膜を圧延する方法は、例えば、プレス圧延又はロール圧延である。プレス圧延は、ＰＴＦＥ膜を一対の加熱板によって挟み込むことでＰＴＦＥ膜を加熱しながら圧延する熱板式圧延である。ロール圧延では、例えば、一対のロール（一方又は双方が加熱されている）の間にＰＴＦＥ膜を通すことでＰＴＦＥ膜を加熱しながら圧延する。この２つの圧延方法の中では、ＰＴＦＥの配向方向の制御が容易であるとともに、帯状のＰＴＦＥ膜に対して連続的に圧延を実施可能であることから、ロール圧延が望ましい。圧延は、必要に応じて２回以上実施してもよく、その際の圧延方向は、各回において同一であっても異なっていてもよい。
ＰＴＦＥ膜を圧延する際の加熱温度は、例えば、８０〜２００℃である。ＰＴＦＥ膜を延伸する工程においても、ＰＴＦＥ膜を加熱しながら延伸することができる。ＰＴＦＥ膜を延伸する際の加熱温度は、例えば、１００〜４００℃である。上記の温度は、圧延装置
又は延伸装置におけるＰＴＦＥ膜の周囲温度でありうる。
また、ＰＴＦＥ膜を基板から剥離した後、ＰＴＦＥ膜の表面の少なくとも一部を改質するための処理を実施してもよい。このような処理を実施すれば、通音膜１２と他の材料（例えば接着剤）との接着性が向上する。表面改質処理は、例えば、化学処理、スパッタエッチング処理などのＰＴＦＥ改質処理である。表面改質処理は、圧延工程及び延伸工程の前に実施してもよいし、これらの工程の後に実施してもよい。
化学処理は、例えば、ナトリウムなどのアルカリ金属を用いた処理（アルカリ金属処理）である。アルカリ金属処理では、例えば、金属ナトリウムを含むエッチング液とＰＴＦＥ膜とを接触させることにより、ＰＴＦＥ膜における当該エッチング液が接触した部分においてフッ素原子が引き抜かれて官能基が形成され、これにより接着性が向上する。エッチング液とＰＴＦＥ膜とを接触させるために、エッチング液にＰＴＦＥ膜を浸漬してもよい。
エッチング液は、例えば、金属ナトリウムを液体アンモニアに溶解させた金属ナトリウム／液体アンモニア溶液、又は、金属ナトリウムをナフタレン溶液に溶解させた金属ナトリウム／ナフタレン溶液である。この２つの溶液のなかでは、制御及び取扱が容易であるとともに処理の実施に−５０℃程度の低温を必要としないことから、金属ナトリウム／ナフタレン溶液が望ましい。
スパッタエッチング処理では、ガスに由来するエネルギー粒子をＰＴＦＥ膜の表面に衝突させる。ＰＴＦＥ膜における当該粒子が衝突した部分において、ＰＴＦＥ膜の表面に存在する原子又は分子が放出されて官能基が形成され、これにより接着性が向上する。スパッタエッチング処理は、例えば、ＰＴＦＥ膜をチャンバーに収容し、次いでチャンバー内を減圧した後、雰囲気ガスを導入しながら高周波電圧を印加することによって実施できる。
雰囲気ガスは、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンなどの希ガス、窒素ガス及び酸素ガスからなる群より選ばれる少なくとも１種である。印加する高周波電圧の周波数は、例えば１〜１００ＭＨｚ、望ましくは５〜５０ＭＨｚである。高周波電圧を印加する際のチャンバー内の圧力は、例えば０．０５〜２００Ｐａ、望ましくは１〜１００Ｐａである。スパッタエッチングのエネルギー（処理時間と印加した電力との積）は、例えば１〜１０００Ｊ／ｃｍ2、望ましくは２〜２００Ｊ／ｃｍ2である。
上記の方法によって通音膜１２を作製した後、両面接着テープを用いて通音膜１２の表面上に接着層１４を形成すれば、図１に示す通音部材１０が得られる。
図２は、通音部材１０が使用された電子機器の一例を示している。図２に示す電子機器は、スマートフォン２０である。スマートフォン２０の筐体２２の内部には、電気信号と音声との変換を行う音声変換部として音声変換器が配置されている。音声変換器としては、スピーカー、マイクロフォンなどが挙げられる。筐体２２には開口２３，２４が設けられている。開口２３，２４は、音声変換器と外部との間に位置している。開口２３，２４を塞ぐように、通音部材１０が筐体２２の内側から筐体２２に取り付けられている。これにより、筐体２２の内部への水、埃などの異物の侵入が阻止され、音声変換器が保護される。音声変換器への音、及び／又は音声変換器からの音は、通音部材１０及び通音膜１２を透過する。通音部材１０に代えて、熱溶着、超音波溶着などの方法によって通音膜１２が筐体２２に直接取り付けられていてもよい。
電子機器の例はスマートフォン２０に限定されない。本実施形態の通音部材１０及び通
音膜１２は、ノートパソコン、電子手帳、デジタルカメラ、ゲーム機器、携帯用オーディオ、ウェアラブル端末などの様々な電子機器に適用されうる。通音部材１０及び通音膜１２が取り付けられるべき筐体には、マイクロフォンが配置されたパッケージ、電子部品が実装された回路基板などが広く含まれる。
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、通音膜（サンプル１〜１２）の評価方法を示す。
［厚さ］
通音膜の厚さは、直径４８ｍｍの円形に打ち抜いた膜を１０枚重ね合わせてその厚さをマイクロメーターによって測定し、測定値を１０で割ることによって求めた。
［面密度］
通音膜の面密度は、直径４８ｍｍの円形に打ち抜いた通音膜の質量を測定し、主面の面積１ｍ2あたりの質量に換算して求めた。
［引張破断強度］
通音膜の引張破断強度は、ＪＩＳ Ｋ６２５１（２０１０）に基づいて測定した。具体的には、ＪＩＳ Ｋ６２５１に規定されたダンベル状試験片（ダンベル状３号形）の形状に打ち抜いた通音膜の引張破断強度を測定した。長手方向（ＭＤ）の引張破断強度及び幅方向（ＴＤ）の引張破断強度をそれぞれ測定できるように、２種類の試験片を作製した。測定は、卓上型精密万能試験機（島津製作所社製、オートグラフＡＧＳ−Ｘ）を使用し、２５℃、引張速度３００ｍｍ／分の条件で実施した。
［耐水圧］
直径２．０ｍｍの円形の通音領域を有する通音膜の耐水圧（限界耐水圧）は、ＪＩＳ Ｌ１０９２の耐水度試験Ｂ法（高水圧法）の規定に準拠して測定した。水圧保持試験は、先に説明した方法によって実施した。水圧保持試験においては、通音膜が破裂したり、水漏れが生じたりしなかった場合に「良（〇）」と判断し、そうでない場合を「不可（×）」と判断した。
［挿入損失］
水圧保持試験の実施前及び水圧保持試験の実施後において、直径１．５ｍｍの円形の通音領域を有する通音膜の挿入損失を測定した。具体的には、携帯電話の筐体を模した模擬筐体を用い、以下の方法で通音膜の挿入損失を測定した。
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、模擬筐体の中に収容するスピーカーユニット６５を作製した。具体的には、次の通りである。音源であるスピーカー６１（スター精密社製、SCC-16A）と、ウレタンスポンジからなり、スピーカー６１を収容するとともにスピーカーからの音声を不必要に拡散させない（通音膜を透過することなく評価用マイクロフォンに入力する音声を発生させない）ための充填材６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃと、を準備した。充填材６３Ａには、直径５ｍｍの円形の断面を有する通音孔６４がその厚さ方向に設けられており、充填材６３Ｂには、スピーカー６１を収容する、スピーカー６１の形状に対応する切り欠きと、スピーカーケーブル６２を収容するとともにユニット６５外へケーブル６２を導出するための切り欠きとが設けられている。次に、充填材６３Ｃ及び６３Ｂを重ね、充填材６３Ｂの切り欠きにスピーカー６１及びケーブル６２を収容した後、音声が通音孔６４を介してスピーカー６１からユニット６５の外部に伝達されるように、充填
材６３Ａを重ねてスピーカーユニット６５を得た（図３（ｂ））。
次に、図３の（ｃ）に示すように、携帯電話の筐体を模した模擬筐体５１（ポリスチレン製、外形６０ｍｍ×５０ｍｍ×２８ｍｍ）の内部に、上記作製したスピーカーユニット６５を収容した。具体的には、次の通りである。準備した模擬筐体５１は、２つの部分５１Ａ，５１Ｂからなり、部分５１Ａ，５１Ｂは互いに嵌め合わせることができる。部分５１Ａには、内部に収容したスピーカーユニット６５から発せられた音声を筐体５１の外部に伝達する通音孔５２（直径２ｍｍの円形の断面を有する）と、スピーカーケーブル６２を筐体５１の外部に導出する導通孔５３とが設けられている。部分５１Ａ，５１Ｂを互いに嵌め合わせることによって、筐体５１内に、通音孔５２及び導通孔５３以外に開口がない空間が形成される。作製したスピーカーユニット６５を部分５１Ｂ上に配置した後、さらに部分５１Ａを上から配置して部分５１Ｂと嵌め合わせて、筐体５１内にユニット６５を収容した。このとき、ユニット６５の通音孔６４と部分５１Ａの通音孔５２とを重ね合わせて、音声が双方の通音孔６４，５２を介してスピーカー６１から筐体５１の外部に伝達されるようにした。スピーカーケーブル６２は導通孔５３から筐体５１の外部に引き出し、導通孔５３はパテによって塞いだ。
これとは別に、作製した通音膜を、トムソン型を用いて直径５．８ｍｍの円形に打ち抜いて試験片８３とした。次に、試験片８３の一方の主面の周縁部に外形５．８ｍｍ、内径１．５ｍｍのリング状に打ち抜いた両面接着テープ８２（日東電工社製No.5603、厚さ０．０３ｍｍ、基材がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））を、他方の主面の周縁部に外径５．８ｍｍ、内径１．５ｍｍのリング状に打ち抜いた両面接着テープ８４（日東電工社製No.57120B、厚さ０．２０ｍｍ、基材がポリエチレン系発泡体）を、それぞれ外径を揃えて接合した。次に、両面接着テープ８２における試験片８３とは反対側の面に、上記外径及び内径のリング状に打ち抜いたＰＥＴシート８１（厚さ０．１ｍｍ）を、外径を揃えて接合して、積層体８を得た（図４参照）。積層体８では、リング状のＰＥＴシート８１、両面接着テープ８２及び８４におけるリング内側の領域を通音孔として、音声が試験片８３を透過する。
次に、図３の（ｄ）及び図４に示すように、試験片８３を有する積層体８を、両面接着テープ８４を介して、筐体５１の通音孔５２に固定した。このとき、試験片８３が通音孔５２の全体を覆うとともに、積層体８を構成する各部材間及び両面接着テープ８４と筐体５１との間に隙間が生じないようにした。また、両面テープ８４が通音孔５２にかからないようにした。
次に、図３の（ｅ）に示すように、試験片８３を有する積層体８を覆うようにマイクロフォン７１（Knowles Acoustics社製、Spm0405Hd4H-W8）を配置した。マイクロフォン７１を配置したときのスピーカー６１とマイクロフォン７１との距離は２１ｍｍであった。次に、スピーカー６１及びマイクロフォン７１を音響評価装置（Ｂ＆Ｋ社製、Multi-analyzerSystem 3560-B-030）に接続し、評価方式としてＳＳＲ（Solid State Response）モード（試験信号２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、sweep up）を選択して実行し、試験片８３の挿入損失を評価した。挿入損失は、音響評価装置からスピーカー６１に入力された試験信号と、マイクロフォン７１で受信された信号とから自動的に求められる。なお、試験片８３の挿入損失を評価するにあたっては、試験片８３を取り除いた場合の挿入損失の値（ブランク値）を予め求めた。ブランク値は、周波数１０００Ｈｚにおいて−２１ｄＢであった。通音膜の挿入損失は、音響評価装置での測定値からこのブランク値を引いた値である。また、通音膜の挿入損失は、周波数１０００Ｈｚの音に対する値とした。挿入損失の値が小さいほど、スピーカー６１から出力された音声のレベル（音量）が維持されていることになる。
［結晶配向度］
結晶配向度は、通音膜に対する広角Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定の結果から算出した。ＸＲＤ測定には、Ｘ線回折装置（Bruker社製、 D8 DISCOVER with GADDS Super Speed）を使用した。具体的には、試料（通音膜）を、そのＭＤ方向が把握できる状態でホルダーに固定し、試料の膜厚方向に透過するＸ線による当該膜の透過Ｘ線回折像（ＷＡＸＤ像；逆空間の二次元像）を取得した。取得したＷＡＸＤ像により、通音膜においてＰＴＦＥが配向しているか否かを判断するとともに、下記式（１）に基づき、ＰＴＦＥの配向度を求めた。
配向度（％）＝（１−ΣＦＷＨＭ／３６０）×１００（％）・・・（１）
式（１）のΣＦＷＨＭは、得られたＷＡＸＤ像に示されているＰＴＦＥの結晶構造に対応する回折角２θ＝１８°付近のピーク像について、その円周方向のピークの半値幅（単位：度）である。ＰＴＦＥが配向していない場合、得られたＷＡＸＤ像上で上記ピーク像は２θ＝１８°に対応する半径を有するリングとなる。この場合、リングの全周にわたってピークが存在することからΣＦＷＨＭは３６０°であり、式（１）の配向度は０％となる。ＰＴＦＥの配向が進むに従って、ＷＡＸＤ像に現れる上記ピーク像は上記リングの一部、配向方向に対応する位置に集合し、これによりΣＦＷＨＭの値が減少する。すなわち、式（１）の配向度が増加する。また、ピークの集合の状態から、通音膜における配向の方向を把握することができる。
測定条件は以下の通りであった。
・入射側光学系
Ｘ線：ＣｕＫα線（λ＝０．１５４２ｎｍ）、モノクロメーターとして多層膜ミラーを使用、コリメーター３００μｍ
Ｃｕターゲットへの印加電圧：５０ｋＶ
Ｃｕターゲットへの印加電流：１００ｍＡ
・受光側光学系
カウンタ：２次元／位置敏感型比例検出器（ＰＳＰＣ）；（Ｂｒｕｋｅｒ製、Ｈｉ−ＳＴＡＲ）
カメラ距離：９ｃｍ
・測定時間：１０分
（サンプル１）
ＰＴＦＥディスパージョン（ＰＴＦＥ粉末の濃度４０質量％、ＰＴＦＥ粉末の平均粒径０．２μｍ、ノニオン性界面活性剤をＰＴＦＥ１００質量部に対して６質量部含有）に、フッ素系界面活性剤（ＤＩＣ社製、メガファックＦ−１４２Ｄ）をＰＴＦＥ１００質量部に対して１質量部添加した。次に、ＰＴＦＥディスパージョンに長尺のポリイミドフィルム（厚さ１２５μｍ）を浸漬して引き上げ、当該フィルム上にＰＴＦＥディスパージョンの塗布膜を形成した。このとき、計量バーにより、塗布膜の厚さを２０μｍとした。次に、塗布膜を１００℃で１分間、続いて３９０℃で１分間加熱することにより、ディスパージョンに含まれる水を蒸発させて除去するとともに、残るＰＴＦＥ粒子同士を互いに結着させてＰＴＦＥ膜を得た。上記浸漬及び加熱をさらに２回繰り返した後、ポリイミドフィルムからＰＴＦＥ膜（厚さ２５μｍ）を剥離させた。
次に、得られたＰＴＦＥ膜をテンターによってＴＤ方向に２倍の延伸倍率で延伸した。さらに、ＭＤ方向に２．５倍の圧延倍率でＰＴＦＥ膜を圧延した。これにより、サンプル１の通音膜を得た。ロール圧延装置におけるロールの設定温度は１７０℃であった。延伸温度は１７０℃であった。
（サンプル２）
サンプル１と同じ方法でＰＴＦＥ膜を作製した。次に、ＭＤ方向に２．５倍の圧延倍率でＰＴＦＥ膜を圧延した。圧延されたＰＴＦＥ膜をテンターによってＴＤ方向に１．５倍の延伸倍率で延伸した。これにより、サンプル２の通音膜を得た。
（サンプル３）
ＴＤ方向の延伸倍率を２．０倍に変更したことを除き、サンプル２と同じ方法でサンプル３の通音膜を得た。
（サンプル４）
ＴＤ方向の延伸倍率を２．５倍に変更したことを除き、サンプル２と同じ方法でサンプル４の通音膜を得た。
（サンプル５）
ＴＤ方向の延伸倍率を３．０倍に変更したことを除き、サンプル２と同じ方法でサンプル５の通音膜を得た。
（サンプル６）
ＰＴＦＥモールディングパウダー（ダイキン工業社製、TFEM-12）１００質量部を、高さ８００ｍｍ、内径２００ｍｍの円筒状の金型（ただし、円筒の下端は閉鎖されている）に導入し、２８０ｋｇ／ｃｍ2の圧力で１時間予備成形した。次に、得られたＰＴＦＥの予備成形品を金型から取り出した後、温度３６０℃で４８時間焼成して、高さ約５００ｍｍ、直径約２００ｍｍの円柱状であるＰＴＦＥブロックを得た。次に、このブロックを、高さ７００ｍｍ、内径２００ｍｍのステンレス容器に収容し、容器内を窒素で置換した後、温度３４０℃で２０時間さらに焼成して、円柱状である切削用のＰＴＦＥブロックを得た。
次に、得られた切削用ＰＴＦＥブロックを切削旋盤により切削して、厚さ２５μｍのＰＴＦＥフィルム（スカイブフィルム）を得た。サンプル１と同じ方法でスカイブフィルムの圧延を実施し、サンプル６の通音膜を得た。
（サンプル７）
厚さ２μｍのＰＥＴフィルム（ＳＫＣ社製、ＳＣ７５）をサンプル７の通音膜として準備した。
（サンプル８）
ＴＤ方向への延伸を省略したことを除き、サンプル１と同じ方法でサンプル８の通音膜を得た。ただし、厚さが１０μｍとなるように圧延倍率を調整した。
（サンプル９）
ＭＤ方向への圧延を省略したことを除き、サンプル１と同じ方法でサンプル９の通音膜を得た。ただし、厚さが１１μｍとなるように延伸倍率を調整した。
（サンプル１０）
ＴＤ方向への延伸を省略したことを除き、サンプル１と同じ方法でサンプル１０の通音膜を得た。ただし、厚さが１３μｍとなるように圧延倍率を調整した。
（サンプル１１）
ＴＤ方向の延伸倍率を４．０倍に変更し、ＭＤ方向の圧延倍率を３．０倍に変更したことを除き、サンプル１と同じ方法でサンプル１１の通音膜を得た。
（サンプル１２）
ＰＴＦＥディスパージョン（ＰＴＦＥ粉末の濃度４０質量％、ＰＴＦＥ粉末の平均粒径０．２μｍ、ノニオン性界面活性剤をＰＴＦＥ１００質量部に対して６質量部含有）に、フッ素系界面活性剤（ＤＩＣ社製、メガファックＦ−１４２Ｄ）をＰＴＦＥ１００質量部に対して１質量部添加した。次に、ＰＴＦＥディスパージョンに長尺のポリイミドフィルム（厚さ１２５μｍ）を浸漬して引き上げ、当該フィルム上にＰＴＦＥディスパージョンの塗布膜を形成した。このとき、計量バーにより、塗布膜の厚さを１３μｍとした。次に、塗布膜を１００℃で１分間、続いて３９０℃で１分間加熱することにより、ディスパージョンに含まれる水を蒸発させて除去するとともに、残るＰＴＦＥ粒子同士を互いに結着させてＰＴＦＥ膜を得た。上記浸漬及び加熱をさらに３回繰り返した後、ポリイミドフィルムからＰＴＦＥ膜（厚さ１４μｍ）を剥離させた。
次に、得られたＰＴＦＥ膜をＭＤ方向に２．０倍の延伸倍率で延伸した。これにより、サンプル１２の通音膜を得た。延伸温度は１５０℃であった。
サンプル１〜１２の通音膜の通気度、限界耐水圧、面密度、厚さ及び引張破断強度を測定した。また、サンプル１〜１２の通音膜（φ２．０ｍｍ）の水圧保持試験を実施した。さらに、サンプル１〜１２の通音膜（φ１．５ｍｍ）の水圧保持試験を実施するとともに、水圧保持試験前の通音性及び水圧保持試験後の通音性を測定した。水圧保持試験後の通音性は、通音膜を試験終了から１０分間放置した後の通音性を測定した。結果を表１に示す。
表１に示すように、サンプル１，６〜１２の通音膜の通気度は、ガーレー数で表示して１万秒を超えていた。つまり、これらは無孔膜であった。他方、サンプル２〜５の通音膜の通気度は、ガーレー数で表示して２０〜１８５秒であった。つまり、サンプル２〜５の通音膜は、微多孔膜であった。
サンプル６，７の通音膜の限界耐水圧は５００ｋＰａ未満であった。また、サンプル６，７の通音膜は、水圧保持試験をクリアできなかった。他方、サンプル１〜５，９〜１１の通音膜の限界耐水圧は５００ｋＰａ以上であった。サンプル１〜４，９〜１０の通音膜の限界耐水圧は７００ｋＰａ以上であった。サンプル１〜５，９〜１１の通音膜は、水圧保持試験をクリアできた。
水圧保持試験前において、サンプル１〜５，９〜１１の通音膜は、良好な通音性を示した（１２．７ｄＢ以下）。水圧保持試験後において、サンプル１〜５，９〜１１の通音膜の通音性は、２０ｄＢ未満であった。サンプル１〜５，９〜１１の通音膜において、通音性の変化量は５．２ｄＢ以下であった。なかでも、サンプル１〜５，１０，１１の通音膜において、通音性の変化量は５．０ｄＢ以下であり、詳細には、４．９ｄＢ以下であった。特に、サンプル１〜５，１１の通音膜において通音性の変化量は４．８ｄＢ以下であった。一方、サンプル８，１２の通音膜において通音性の変化量は５．３ｄＢ以上となり、特に、サンプル８の通音膜の通音性は、水圧保持試験を経て大幅に低下した。サンプル６，７の通音膜は水圧保持試験をクリアできなかったため、試験後の通音性を測定できなかった。
ＴＤ方向の引張破断強度に対するＭＤ方向の引張破断強度の比（ＭＤ／ＴＤ）は、サンプル１〜５，９〜１１において、全て０．５〜２．０（詳細には、０．５８〜１．９２）の範囲にあった。また、サンプル１〜５，１１において、当該比は、０．７７〜１．２５の範囲にあった。これに対し、サンプル６，８，１２において、引張破断強度の比（ＭＤ／ＴＤ）は、２．０を超えていた。サンプル７（ＰＥＴフィルム）のＭＤ方向及びＴＤ方向は不明であったため、サンプル７の引張破断強度は測定できなかった。
図５は、サンプル２の通音膜の表面のＳＥＭ像である。図６は、サンプル３の通音膜の表面のＳＥＭ像である。
図５及び図６に示すように、サンプル３の通音膜もサンプル２の通音膜に類似する構造を有していた。サンプル３のＴＤ方向の延伸倍率は、サンプル２のＴＤ方向の延伸倍率よりも高かった。そのため、サンプル３の通音膜の気孔率は、サンプル２の通音膜の気孔率を上回ったと考えられる。
図７Ａ及び図８Ａは、それぞれ、サンプル３（微多孔膜）及びサンプル８（無孔膜）の透過Ｘ線回折像である。図７Ｂ及び図８Ｂは、それぞれ、サンプル３（微多孔膜）及びサンプル８（無孔膜）の回折像の円周方向強度プロファイルである。図７Ｂ及び図８Ｂにおいて、縦軸は回折強度（単位：ｃｐｓ）であり、横軸は角度（リング上の角度；単位は度）である。角度０°および１８０°が、測定試料のＭＤ方向に対応する。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、サンプル３の回折像（図７Ａ）においては、９０°及び２７０°方向が明るかった。さらに、図７Ｂにおける分離されたピークから理解できるように、サンプル３の回折像は、０°及び１８０°方向にもピークを持っていた。このことから、サンプル３の通音膜は、ＭＤ方向及びＴＤ方向の両方向に配向していると判断できる。これに対し、サンプル８の回折像（図８Ａ）においては、９０°及び２７０°方向のみが明るかった。図８Ｂから理解できるように、サンプル８の回折像は、９０°及び２７０°方向にのみピークを持っていた。つまり、サンプル８の通音膜は、これと直交する０°及び１８０°方向（ＭＤ方向）にのみ強く配向していると判断できる。ＭＤ方向の配向度を算出したと
ころ、サンプル３では７９％、サンプル８では８９％であった。なお、分子鎖が特定の方向に配向していない膜（無配向フィルム）は、明確な回折ピークを示さない。
本発明の技術は、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコン、電子手帳、デジタルカメラ、ゲーム機器、携帯用オーディオ、ウェアラブル端末などの様々な電子機器に適用されうる。
１０ 防水通音部材
１２ 防水通音膜
１４ 接着層
２０ スマートフォン
２２ 筐体
２３，２４ 開口
５１ 模擬筐体
５１Ａ，５１Ｂ （模擬筐体５１の）部分
５２ 通音孔
５３ 導通孔
６１ スピーカー
６２ スピーカーケーブル
６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ 充填材
６４ 通音孔
６５ ユニット
７１ マイクロフォン
８ 積層体
８１ ＰＥＴシート
８２ 両面接着テープ
８３ 試験片
８４ 両面接着テープ

Claims (8)

  1. 音の通過を許容しつつ水の侵入を防止する防水通音膜であって、
    前記防水通音膜の通気度がガーレー数で表示して２０秒／１００ｍＬ以上であり、
    前記防水通音膜の耐水圧が５００ｋＰａ以上であり、
    ＭＤ方向に関する前記防水通音膜の引張破断強度をＴ１、前記ＭＤ方向に直交するＴＤ方向に関する前記防水通音膜の引張破断強度をＴ２と定義したとき、強度比（Ｔ１／Ｔ２）が０．５〜２．０の範囲にあり、
    直径１．５ｍｍの円形の通音領域を有する前記防水通音膜について測定された１ｋＨｚでの挿入損失が１３ｄＢ以下である、防水通音膜。
  2. 前記防水通音膜がポリテトラフルオロエチレンで形成されている、請求項１に記載の防水通音膜。
  3. 前記防水通音膜は、前記ＭＤ方向及び前記ＴＤ方向の両方向に配向した構造を有する、請求項２に記載の防水通音膜。
  4. 前記防水通音膜の前記通気度が前記ガーレー数で表示して１万秒／１００ｍＬ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の防水通音膜。
  5. 前記防水通音膜の前記通気度が前記ガーレー数で表示して２０〜３００秒／１００ｍＬである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の防水通音膜。
  6. 前記防水通音膜が１〜３０ｇ／ｍ2の範囲の面密度を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の防水通音膜。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の防水通音膜と、
    前記防水通音膜の表面上に配置された接着層と、
    を備えた、防水通音部材。
  8. 電気信号と音声との変換を行う音声変換部と、
    前記音声変換部を収容しており、前記音声変換部と外部との間に位置する開口を有する筐体と、
    前記開口を塞ぐように前記筐体に取り付けられた、請求項１〜６のいずれか１項に記載の防水通音膜又は請求項７に記載の防水通音部材と、
    を備えた、電子機器。
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