JPH01146498A - 全炭素質スピーカ用振動板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は全炭素質スピーカ用振動板の製造方法に関する
。詳しくは、本発明は、従来のスピーカー用振動板と比
較して、高硬度、高弾性、高強度、を有し、かつ軽量で
あり、適度な内部損失を有することから、外力による変
形が少なく、音の歪みが小さく、且つ再生音域が広く、
明瞭な音質を出すことが可能なディジタルオーディオ時
代に好適な全炭素質スピーカ用振動板を、工業的にも簡
便な方法を用いて安価に製造する方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、スピーカー等の振動板としては、次の各条件を
満たすことが要求される。

（１１音の伝播速度が大きいこと、 （２）振動の内部損失が適度に大きいこと、（３）曲げ
剛性率が大きいこと、 （４）外気条件の変化に対して安定であり、変形や変質
が無いこと。

即ち、振動板として広範な周波数帯域を忠実に再生でき
、音の能率が良く、明瞭な音質を発現させるためには、
振動板を構成する材料としては、高剛性かつ軽量で、外
部応力によるクリープ等の歪がない特性が要求される。

従来、その材料としては、紙、プラスチック、金属類が
使用されてきた。しかしながら、紙、プラスチックは内
部損失は適度に大きいが、音の伝播速度が小さく、外気
条件の変化に対して不安定な欠点を有し、金属類は祇、
プラスチックよりは音速は大きいが、それでも十分では
無く、かつ内部損失が極めて小さい欠点がある。

近年、炭素材料の優れた特徴、即ち、軽量、高剛性、適
度な内部損失を有すること、温度、湿度等の環境変化に
対して安定であること等に着目して、炭素質のスピーカ
用振動板を用いることが種々提案されている。即ち、炭
化可能な有機バインダー類を単独でシート加工するか、
又はこれに炭素微粉末を配合して混合、分散したものを
シート加工して、加熱による変形を利用して振動板形状
に成形し、炭化焼成するものである。

振動板の特性の中では、特に音の伝播速度が大きいこと
が重要なポイントであるが、炭素質振動板としては有機
バインダー単独で炭化させた物より、炭素微粉末、特に
高弾性率を有する炭素繊維の短繊維、または結晶質黒鉛
粉末、または黒鉛ウィスカー等をブレンドした複合材料
の方が、複合則により、好結果が得られることが良く知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、炭素微粉末、特に高弾性率なものほど炭
素元素が規則的に配列した結晶構造を持っており、その
表面エネルギーが非常に小さいので、有機バインダー表
面との親和性に乏しい。従って、マトリックスである有
機バインダーと炭素微粉末フィラーを単に分散、混合、
混練したのみでは両者間の結合が弱く、その結果、炭化
して得られる振動板の微細組織において、を機バインダ
ーが炭化したバインダーカーボンと炭素微粉末の界面間
には大きな結合力が存在しているとは考え難い。上記の
理由により、従来の振動板では複合則が成立し得ず、炭
素微粉末の優れた特性を生かしきれていない。

また、有機バインダーにフィラーを充填した場合、配合
組成物の粘性が上がるために、予備成形したシートの柔
軟性と伸び率が低下してしまい、非充填の物と比較して
成形性に劣る欠点があることが良く知られている。従っ
て、加えられるフィラーの量が制限されてしまう欠点が
ある。

従って、本発明の目的は、従来の方法では得られなかっ
たバインダーカーボンと炭素微粉末の界面間に化学的結
合状態、もしくは物理的結合状態を伴わせることによっ
て、炭素微粉末を大量に配合して、炭素微粉末の有する
優れた特性を複合則によって発揮させて、高硬度、高弾
性、高強度を有しかつ軽量であり、適度な内部損失を有
することから外力による変形が少なく、音の歪みが小さ
く、かつ再生音域が広く、明瞭な音質を出すことが可能
なディジタルオーディオ時代に好適な全炭素質スピーカ
用振動板を、工業的にも簡便に、且つ安価に製造する方
法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本願発明者は、上記目的を解決するために鋭意研究の結
果、焼成後炭素化する有機バインダーに炭素微粉末を配
合し、均一に混合、分散した配合組成物を混練した後、
シート状に予備成形し、該予備成形物を振動板形状に成
形し、不溶不融化処理を施した後に不活性雰囲気中で焼
成して得られる全炭素質スピーカ用振動板の製造方法に
於て、配合組成物中にチタネートカップリング剤を配合
することによって、先ず、配合組成物のグリーン状態に
おいて有機バインダーと炭素微粉末の界面間に強固な結
合力を介入させ、それをそのまま焼成することにより、
上記目的が達成されることに想到し、本発明を完成させ
るに至った。

次に本発明を具体的に説明する。

本発明に用いるチタネートカップリング剤は有機チタン
化合物であり下記の構造を有する。

（ＲＯ）　Ｍ　Ｔｔ　　　（−０Ｘ＋　　Ｒｚ　　Ｙ）
　Ｎ−無機相　−−有機相　　　　− チタネートカップリング剤は、上記構造式に示されたよ
うに、構造を決定する官能基や炭化水素基の種類によっ
て多種多様なものが得られるが、本発明においては、使
用する有機バインダーの種類によって有機相を、炭素微
粉末によって無機相を適宜選択するすると良い。

チタネートカップリング剤の配合組成物に対する添加率
は、使用する有機バインダー及び炭素微粉末の種類、目
的とする製品の品質特性にもよるが、炭素微粉末にたい
して０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜２重量％を
配合すると良い。

チタネートカップリング剤を有機バインダーと炭素微粉
末の配合組成物に添加する方法としては、配合物を、混
合、混練する際に、有機バインダーの可塑剤、プロセス
オイル、溶剤に溶解して加えるインテグラルブレンド法
、必要量のチタネートカップリング剤を直接、又は少量
の溶剤に溶解して炭素微粉末を撹拌しながら適下、又は
スプレー処理する乾式前処理法、多量の溶媒にチタネー
トカップリング剤を溶解し炭素微粉末と攪拌混合した後
、溶媒を乾燥除去するか、そのまま使用する湿式前処理
法があるが、本発明では添加法については格別に限定は
せず、最適な方法を適宜選択すると良い。

次に、本発明のその他の構成を説明する。

本発明における有機バインダーとしては、不活性雰囲気
中で炭素化する熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ピッチ類
、縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然、或は
合成化合物から選ばれる一種または二種以上を選定する
。

本発明に使用する炭素微粉末としては、人造、又は天然
黒鉛、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛ウ
ィスカー等の微粉末を、配合組成物の１０〜９０重量％
の範囲で使用すると良いが、その品種としては、得られ
る炭素質スピーカ用振動板の音響特性を考慮して、高弾
性率を有する炭素繊維の短繊維、又は結晶質黒鉛粉末、
又は黒鉛ウィスカーを選定すると好ましい結果が得られ
る。

より好ましくは、その理論弾性率が１０２０ＧＰａと他
の炭素微粉末と比較して極めて高い値を持ち、結晶形態
が板状且つ偏平で、２次元的な広がりを有するスピーカ
用振動板の強化材としては理想的な特徴を有する結晶質
黒鉛粉末を用いると良い。

また、粉末粒子の大きさについては、平均粒径が５０μ
以下、好ましくは２０μ以下のものを用い−た方が好結
果を得ることができる。

本発明においては、また、配合組成物中にチタネートカ
ップリング剤を投入する際や、有機バインダーと炭素微
粉末の混合、混練特性、予備成形であるシート化特性、
振動板形状への成形特性を上げる目的で、必要に応じて
、ＤＯＰ、ＤＢＰ。

ＴＣＰ、ＤＯＡＸＤＯ３，、ＤＡＰ、プロピレンカーボ
ネート、Ｎ−メチルピロリドン等の可塑剤、又は溶剤を
一種または二種以上、及び／又は塩素化ポリオレフィン
、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−アクリ
ルコポリマー、金属石鹸、脂肪族石鹸、天然ワックス、
石油系ワックス等の成形用助剤の一種または二種以上を
微量添加しても良い。

次に、上記素材を用いて全炭素質スピーカ用振動板を製
造する方法を具体的に説明する。

先ず、有機バインダー、炭素微粉末、゛必要に応じて加
えられる可塑剤、又は溶剤、成形用助剤、炭化調整剤を
計量し、前述した何れかの方法で、チタネートカップリ
ング剤処理を行い、混合機を用いて均一に分散、混合す
る。

次に、得られた混合物を混練する。好ましくは、配合組
成物中の有機バインダーと炭素微粉末がチタネートカッ
プリング剤を介して、強固な化学的結合、或は物理的結
合を生じさせるために、高セン弾力を加えることが出来
る混練機を用いると良い。その結果、機械的エネルギー
によって生じたメカノケミカル反応によって、焼成復炭
素化するバインダーが炭素微粉末表面に化学的、物理的
に結合した混練物を得ることができる。特に、表面が、
他のフィラーに比べて、比較的安定で不活性な炭素微粉
末を用いる場合には、高セン断力によって粉末粒子が摩
砕、或は襞間してできる面が極めて活性で、チタネート
カップリング剤との結合力が大きいことから、この方法
が有効である。

なお、炭素微粉末として炭素繊維を用いる場合には、繊
維を切断し過ぎないように留意しなければならない。高
セン断力を与える混練機としては、二本ロール機、三本
ロール機、加圧ニーグー、バンバリーミキサー、二輪ス
クリュー押出機、ボールミル等が用いられる。

次に、該混練物を圧延ロール、Ｔダイを先端に配置した
押出成形機、薯の他の製膜機を用いて均一な厚みにシー
ト化する。

次いで、目的とする振動板形状で炭化後の収縮を読み込
んだ型に該シートを装置し、常法による真空成形法、圧
縮成形法、ブロー成形法などを用いて所望の振動板形状
に成形する。

次に、グリーン成形体に不溶不融化処理を施す。

この不溶不融化処理の方法は、通常の炭素材料を製造す
る場合は、空気、又はオゾン等の酸化性雰囲気中で１５
０〜４００℃まで加熱処理する方法、アンモニアガス、
又は塩素ガス等の腐食性ガス雰囲気中で５０〜４００℃
まで加熱処理する方法、放射線を照射する方法等がある
が、本発明においては、この不溶不融化処理の方法は格
別に限定しない。また、用いた有機バインダーの種類に
よっては不溶不融化処理を省略しても良い。

次に、上記の処理を行った成形物は、窒素、又はアルゴ
ンガス等の不活性雰囲気中で室温から徐々に昇温し、７
００℃以上、好ましくは１０００℃以上に加熱して炭素
化し、その後冷却してこれを取り出して製品とする。

本発明によって得られるスピーカ用振動板は下記の優れ
た長所を有する。

（１）マトリックスである有機バインダーと炭素微粉末
フィラーをグリーン状態でチタネートカップリング剤を
介して化学的、物理的に両者間の結合を図り、その結果
、炭化して得られる振動板の微細組織において、有機バ
インダーが炭化したバインダーカーボンと炭素微粉末の
界面間に大きな結合力を存在させることにより、複合則
が成立し、炭素微粉末の優れた特性が生かされている。

（２）チタネートカップリング剤の作用によって、配合
組成物の粘性が低下する。その結果、下記の改良を行う
ことができる。

ａ）配合組成物中の炭素微粉末の割合を従来よりも大き
くすることができるので、振動板の特性がより向上する
。

ｂ）炭素微粉末の添加割合を従来と同じにしても、成形
性の自由度が増し、より 複雑な形状や深絞りの振動板を得るこ とができる。

Ｃ）炭素微粉末の添加割合を従来と同じにしても、配合
組成物の可塑性を出すた ・　めに必要に応じて加える可塑剤や溶剤の添加量を減
らすことが出来る。これ は、焼成前に行われる不溶不融化処理 にも有利に働き、省エネルギー、省コ ストにつながる。

（実施例） 次に、本発明を実施例によってより具体的に説明する。

尖廠倣−上 塩素化度６５重量％の塩素化塩化ビニル樹脂〔日本カー
バイド工業■製二カテンブＴ−７４２）４０重量部、天
然鱗状黒鉛粉末〔日本黒鉛工業側製Ｃ３Ｐ）６０重量部
、ステアリン酸アミド１重量部からなる配合組成物を、
ヘンシェルミキサーを用いて分散しながら、ＤＢＰｌ０
重量部にアシレート系チタネートカップリング剤〔日本
曹達■製チタコー）Ｓ−１８１’）　０．５重量部を溶
解した溶液を滴下して、更に１０分間分散混合した。そ
れを、加圧ニーダ−を用いて、加熱下で混練した後、更
に、三本ロール機を用いて十分に混練した。

次に、混練物を取り出し、圧延ロールを用いて厚さ１５
０μのシートに予備成形した。次に、得られたシートを
、加熱した金型を装置した真空成形機を用いて、直径３
６ｍｍのドーム状に成形した。

その後、成形物を金型から離型して、２００℃の加熱オ
ーブン中に投入、不溶不融化処理を行った後、窒素ガス
雰囲気中で室温から徐々に１０００°Ｃ迄昇温し炭素化
処理を行って、冷却後製品を取り出した。

得られた全炭素質スピーカ用振動板は、厚さ９０μで、
直径３５ｍｍのドーム状を正確に維持しており、比重１
．６５、ヤング率２８０ＧＰａ、音速１３Ｋｍ／Ｓｅｅ
、、内部損失０．０３の特性を示していた。

夫」Ｉ（−１ 天然鱗状黒鉛粉末〔日本黒鉛工業側型Ｃ３Ｐ）２５重量
部、ＰＡＮ系炭素短繊維〔東し■製トレカチョソプドフ
ァイバーＴＯＯ８Ａ）５重量部から成る炭素微粉末を、
ヘンシェルミキサーを用いて分散しながら、ＩＰＡ５重
量部にモノアルコキシ系チタネートカップリング剤〔味
の素■製ブレンアク１−ＴＴＳ’１０．５重量部を溶解
した溶液を滴下して、更に１０分間分分散会後、ＩＰＡ
を揮発させた。それにフラン樹脂〔日立化成■製ヒタフ
ランＶＦ−３０２）７０重量部を加え、ワーナーミキサ
ーを用いて室温で４０分間混練した後、水冷したインク
用三本ロール機を用いて混練した。

次に、混練物を取り出し、ｐ−）ルエンスルホン酸５０
重量％メタノール溶液を４重量部添加し、高速ホモミキ
サーを用いて、室温下において十分攪拌しながら減圧脱
泡操作を施した。次に、これを空気加熱による乾燥ゾー
ンを装置したコーテイング機を用いて、バックシート上
に厚さ１５０μ、　のシートを製膜した。次に、得られ
たシートをハックシートから剥離し、加熱した金型を装
置した真空成形機を用いて直径４０ｍｍのドーム状に成
形した。その後、成形物を金型から剥離して、２００℃
の加熱オーブン中に投入、不溶不融化処理を行った後、
窒素ガス雰囲気中で、室温から徐々に１０００℃まで昇
温し炭素化処理を行って、冷却後製品を取り出した。

得られた全炭素質スピーカ用振動板は、厚さ９０μで、
直径３５ｍｍのドーム状を正確に維持しており、比重１
．５０、ヤング率１２０ＧＰａ、音速８．９　Ｋｍ／　
Ｓｅｃ　、内部損失０．０１の特性を示していた。

此惠ぽＬ−上 実施例１の配合組成物のうち、チタネートカップリング
剤を除いた他は同一の配合組成物を用いて、実施例１と
同一条件で成形したところ、シートの柔軟性と伸びが小
さいために、成形の段階ドームの頭頂部に亀裂が生じて
、製品が得られなかった。

そこで、有機バインダーと炭素微粉末の配合比率を変え
て、即ち、塩素化塩化ビニル樹脂を５０重量部、天然鱗
状黒鉛粉末を５０重量部として成形用シートを調整し、
成形したところ製品が得られたので、以降は、実施例１
と同一条件で振動板を得た。

得られた全炭素質スピーカ用振動板は、厚さ９０μで、
直径３５ｍｍのドーム状を正確に維持していたが、比重
１．６５、ヤング率１００ＧＰａ、音速７．８　Ｋｍ／
　Ｓｅｃ　、内部損失０．０３の特性を示し、実施例１
よりも劣っていた。

ル較炎−叉 実施例２の配合組成物のうち、チタネートカップリング
剤を除いた他は同一の配合組成物を用いて、実施例２と
同一条件で成形したところ、シートの柔軟性と伸びが小
さいために、成形の段階でドームの頭頂部に亀裂が生じ
て、製品が得られなかった。

そこで、有機バインダーと炭素微粉末の配合比率を変え
て、即ち、フラン樹脂を８５重量部、天然鱗状黒鉛粉末
を１２重Ｖ部、Ｐ　Ａ　Ｎ系炭素短繊維を３重量部とし
て成形用シートを調整し、成形したところ製品が得られ
たので、以降は、実施例２と同一条件で振動板を得た。

得られた全炭素質スピーカ用振動板は、厚さ９０μで、
直径３５ＩＩＩＩ１１のドーム状を正確に維持していた
が、比重１．５０、ヤング率７０ＧＰａ、音速６．８　
Ｋｍ／Ｓｅｃ　、内部損失０．０１の特性を示し、実施
例２よりも劣っていた。

（発明の効果） 実施例に示されるように、本発明による全炭素質スピー
カ用振動板は、従来の方法とは異なり、マトリックスで
ある有機バインダーと炭素微粉末フィラーをグリーン状
態でチタネートカップリング剤を介して化学的、物理的
に両者間の結合を図り、その結果、炭化して得られる振
動板の微細組織において、有機バインダーが炭化したバ
インダーカーボンと炭素微粉末の界面間に大きな結合力
を存在させることにより、複合側が成立し、炭素微粉末
の配合比率を大きくし、炭素微粉末の優れた特性が生か
されている。

従って、本発明は、高硬度、高弾性、高強度を有しかつ
軽量で、適度な内部損失を有することから、外力による
変形が少なく、音の歪みが小さく、かつ再生音域が広く
、明瞭な音質を出すことが可能なディジタルオーディオ
時代に好適な、改良された全炭素質振動板を工業的にも
簡便な方法を用いて安価に提供することを可能とした。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼成後炭素化する有機バインダーに炭素微粉末を配合し
   、均一に混合、分散した配合組成物を混練した後、シー
   ト状に予備成形し、該予備成形物を振動板形状に成形し
   、不溶不融化処理を施した後に不活性雰囲気中で焼成し
   て得られる全炭素質スピーカ用振動板の製造方法におい
   て、該配合組成物中にチタネートカップリング剤が含ま
   れることを特徴とする全炭素質スピーカ用振動板の製造
   方法。