JPH01185099A - 疎蜜構造を有する全炭素質振動板の製造方法 - 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） 本発明は全炭素質から成る音響機器用振動板の製造方法
に関する。詳しくは、本発明は、スピーカー用及びマイ
クロフォン用の振動板として、従来の振動板素材に比較
して、軽さと弾性に富んでおり、音の伝達速度が速く、
しかも剛性に優れているため外力による変形が少なく、
音の歪が小さく、かつ再生音域が広く、明瞭な音質を出
すことが可能であり、ディジタルオーディオ時代に好適
な全炭素質音響機器用振動板の製造方法に関する。

（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
満たすことが望ましい。

（１１密度が小さいこと。

（２）ヤング係数が大きいこと。

（３）縦波の伝播速度が大きいこと。

（４）振動の内部損失が適度に大きいこと、（５）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
。

（６）製造方法が簡単で安価であること。

すなわち、広範な周波数帯域にわたって忠実に再生でき
る音域が広く、効率的であり、明瞭な音質を発現させる
ためには高剛性であって、外部応力によるクリープ等の
歪がなく、音の伝播速度が大きいことが要求される。

Ｖ＝　（Ｅｌｇ）Ｉ７２ 〔但し、Ｖ：音速；Ｅ：ヤング係数；ρ；密度〕の式か
ら音速を高めるためには、密度が小さく、ヤング率の高
い素材が求められる。従来の振動板材料としては、祇（
パルプ）、プラスチック及びそれらの素材を基材として
、これにガラス繊維や炭素繊維を複合させたもの、アル
ミニウム、チタニウム、マグネシウム、ベリリュウム、
ボロン等の金属やそれらの金属の合金、及び窒化物、炭
化物、硼化物等の素材を加工したものが使用されていた
。しかしながら、紙（パルプ）、プラスチック及びそれ
らの複合素材等は、ヤング率と密度の比が小さく、従っ
て音速が遅く、特定のモードで分割振動を起こして、特
に高周波数帯域での周波数特性が著しく低下するので、
明瞭な音質を得ることが困難であり、その上温度、湿度
等の外的環境に左右され易く、素材の質的劣化や経時疲
労が発生して特性を低下させる等の欠点を有している。

一方、アルミニウム、チタニウム、マグネシウム等の金
属板を用いた場合は、紙やプラスチックに比べて音速が
速く、優れた性能を有するが、なおＥｌｇ値が小さく、
かつ振動の内部損失が小さいので、高周波数帯域におい
て、鋭い共振現象を生じたり、材質のクリープ等の経時
疲労が発生して特性を低下させる欠点があり、またベリ
リュウム、ボロンは傍れた物理定数を有する理想的な材
料であり、これらを振動板に用いたスコーカ−やトウイ
ークーは再生限界が可聴周波数帯域以上まで伸びている
ので、可聴帯域における信号を過渡現象なく正しく再生
でき、自然な音質を発現させることができる。しかしな
がら、これらの素材は資源的に乏しく、極めて高価であ
り、かつ工業的にもその加工が著しく困難であって、ロ
ール圧延とプレス成形による従来の振動板製造法では実
用性に乏しく　、Ｃ，Ｖ、Ｄ、、Ｐ、Ｖ、Ｄ、等の高度
な技術が要求される蒸着法に依らざるを得ないので、加
工費も極めて高価になり、また大型のスピーカーの製造
が困難である等の欠点を有している。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、従来の振動板材料の上記の欠点に鑑み
、炭素の持つ優れた物理特性を生かし、優れた音響特性
を有する振動板を工業的に安価に製造する方法を提供す
るごとにある。

（問題点を解決するための手段） 炭素は極めて広範な物理的、化学的性質を有している。

本発明者らは、この炭素を要求された機能に応じて設計
し組み合わせることによって、目的とする多様な機能特
性を発現させるべく鋭意研究し、先に熱硬化性樹脂と熱
可塑性樹脂と黒鉛粉末との混合物を原料とし、これをフ
ィルム状に予備成形した後、振動板形状に賦形し、不活
性ガス雰囲気中で焼成することによって得られる全炭素
ｆ：を振動板の製造方法を発明し特許出願した。（特開
昭６０−１２１８９５号）。この発明による振動板は、
優れた物理特性を有するものであるが、本願発明者らは
、この振動板の物理特性をさらに向上させるべく鋭意研
究の結果、ヤング係数が大きいまま、密度を小さくし、
振動板の内部頃失を大きくするためには、密構造炭素か
らなる振動板中に、疎構造である炭素多孔体層を構築す
ることが有益であることに着目して、疎構造炭素層と密
構造炭素層とが一体化した炭素振動板を作成し、全炭素
質振動板より音響特性の優れた振動板を発明するに至っ
た。

本願発明者は、高音速を発生させるために重要な、高弾
性率を有する高結晶性黒鉛の結晶を膜の面方向に対して
高度に配向させた密構造炭素層と密度を小さくし振動の
内部損失を大きくするために重要な疎構造炭素層とが一
体化した複合炭素を任意の形状に賦形させるべく創意工
夫した。

次に、本発明の疎密構造を有する全炭素質振動板の製造
方法について説明する。

まず、不活性ガス雰囲気中での焼成に密構造炭素が得ら
れるフィルムを作成する。これは、有機物質の一種又は
二種以上を混合した混合物と高弾性率を有する結晶の発
達した黒鉛粉末との配合物を、ヘンシェルミキサー等の
混合機で均一混合し、次に、この混合物をミキシングロ
ール等の高度の剪断力を発揮する混練機を用いて十分に
混練し、黒鉛結晶がフィルムの面方向に高度に配向した
シート状組成物を得、さらにカレンダーロールにより所
望の厚さ有するフィルムを得る。

ここで使用する有機物質としては、フラン樹脂類、フェ
ノール樹脂類、キシレン樹脂類、トルエン樹脂類、レゾ
ールシノール樹脂類等のモノマー及び／又は初期縮合物
、ポリ塩化ビニル樹脂、後塩素化ポリ塩化ビニル樹脂、
ポリ塩化ビニル／酢酸ビニル共重合樹脂が好ましい。ま
た高結晶質の黒鉛としては、天然鱗状黒鉛、キッシュ黒
鉛、パイログラファイト、黒鉛ウィスカー等の超高弾性
率黒鉛繊維が好ましく、粒度は平均粒度１．０〜２００
μｍ（好ましくは５０μ以下）のものを用い、配合比率
は、１０〜９０％の範囲で添加されるが、２０〜７０％
の範囲がより良好であり、黒鉛比率が小さいと高音速が
得られず、大きすぎると賦形性に劣り好ましくない。

次に、不活性ガス雰囲気中での焼成により疎構造炭素が
得られる有機多孔体フィルムを作成する。

これは、有機物質粒子の粒子間に点接着を生じさせたこ
とより成る有機物質多孔体フィルムである。

ここで使用する有機物質粒子は、塩素化ビニル、ポリア
クリロニトリル、ポリジビニルアルコール、ポリフェニ
レンエーテル、ボリジビニルヘンゼン等の粒子、フラン
、フェノール、ビスマレイミド・トリアジン等のモノマ
ー又は初期縮合体を熱変形可能な程度迄硬化しまたもの
を粉砕した粒子、トラガントガム、アラビアガム、ｔｅ
ａの如き縮合多環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然
高分子粒子、石油アスファルト、コールタールピンチ、
合成樹脂等の乾留ピッチを３００〜５００℃で熱処理し
、低分子化合物を溶剤で除去したものを粉砕した粒子の
うち一種又は二種以上の混合物である粒子である。

次に、密構造フィルムと疎構造用フィルムとを積層接合
する。

これは、熱融着もしくは、不活性ガス雰囲気中での焼成
により高い炭素残香を残す液状組成物を用いての接着に
より、積層一体化フィルムを得るものである。ここでの
液状組成物は、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル
等の熱可塑性樹脂、フェノール、フラン等の熱硬化性樹
脂、トラガントガム等の天然高分子物質、ピンチ類、黒
鉛等の炭素粉末等の組み合わせからなり、常温で液状を
呈しないものは、その樹脂の初期縮合物や溶剤に溶解し
たものを使用する。得られた積層フィルムを熱間プレス
成形法、真空成形法、ブロー成形法等により所望の振動
板の形状に成形する。

脱型した生成形体は、エアーオーブン中で加熱すること
で、含有する溶剤及び可塑剤を揮発させると同時に、架
橋反応を完了させ、その後の加熱によっても変形のない
焼成前駆体となる。

これを、窒素又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で５
００℃以上、好ましくは１０００〜１５００℃まで加熱
して炭化し、必要に応じて、２５００℃以上に加熱し黒
鉛化する。このようにして得られた疎密構造を有する全
炭素質振動板は、賦形時の形状を精度高く維持すると共
に炭素材料の機能特性を最高度に発揮する。

（実施例） 以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発
明は、実施例によって限定されるものではない。

実力」Ｌ−１ フルフリルアルコール／フルフラール系樹脂の初期縮合
物（日立化成＠１）ＶＦ−３０２）　２０重量％、ポリ
塩化ビニル樹脂（日本ゼオン■製、平均重合度８００）
４０重量％、可塑剤ジブチルフタレート２０重四％、天
然鱗状黒鉛（平均粒度５μｍ）４０重蓋％をヘンシェル
ミキサー中に配合して均一に分散させた後、ミキシング
用二本ロールを用いて混練を行い黒鉛結晶がフィルムの
膜°方向に高度に配向したフィルム状組成物とし、これ
をカレンダーロールに通して３０μｍ厚みの密構造フィ
ルムを得た。一方、塩素化塩化ビニル樹脂粉末（＠日本
カーバイト製）を平板容器中にバイブレータ−を用いて
投入後１８０℃加熱オーブン中に保持することによって
６０μｍ厚みの点融着により成る多孔体フィルムを得た
。

次に、密構造フィルム−多孔フィルム−密構造フィルム
の順に積層して積層フィルムを得た。この時、フルフリ
ルアルコール／フルフラール初期縮合物７０重量％、天
然鱗状黒鉛３０重量％よりなる液状組成物を接合剤とし
て用いた。得られた積層フィルムを真空成形機を用いて
、直径５０ｍｍのドーム状に賦形、金型中で２００℃迄
加熱し可塑剤の一部を除去すると共に、予備硬化させた
後脱型した。

次ニ、この成形体をエアーオーブン中で２８０℃まで熱
処理して完全硬化した後、窒素ガス雰囲気の焼成炉中で
１０００℃まで焼成し、疎密構造を有する全炭素質振動
板を得た。得られた振動板は、膜厚７０μｍ１直径４５
ｍｍであった。また物理特性は、密度１．２５　ｇ７ｃ
ｍ３ヤング率２００ＧＰａ、音速１２．６Ｋｍ／秒、内
部損失ｊａｎ　６０．１であった。

ル較斑−１ 実施例１での密構造フィルムのみから成る振動板を作成
し、焼成して得た全炭素質振動板の物理特性は、密度１
．７”’５　ｇ／ｃｍ’　、ヤング率２０５ＧＰａ。

音速１０．６Ｋｍ／秒、内部損失ｔａｎδ０．０５であ
った。

この実施例１と比較例１とから内部に多孔層の存在する
疎密構造を有する全炭素質振動板が、物理特性のよりイ
憂れることか判った。

夫施五−主 塩化ビニル／酢酸ビニル共重合樹脂（日本ゼオン■平均
重合度８００）４０重量％に、架橋剤として６−アニリ
ツー１．３．５−　トリアジン２．４−ジチオール４重
量％加え、さらに天然鱗状黒鉛（平均粒度１００μｍ）
６０重量％を加え、ヘンシェルミキサーで十分に混合し
た後ミキシングロール混練、カレンダーロール製膜によ
り、２５μｍ厚みの密構造フィルムを得た。

一方、粉砕した精製トラガントガム粉末９６重量％、精
製水４重量％をヘンシェルミキサーに投入分散混合した
後、湿粉をバイブレータ−を用いて平板容器中に投入後
、１１０℃オーブン中で水を蒸発した後１８０℃オープ
ン中で加熱し７０μｍ厚みの多孔フィルムを得た。

次に、密構造フィルム−多孔フィルム−密構造フィルム
の順に積層して積層フィルムを得た。次に、実施例１と
同様の操作により、疎密構造を有する全炭素質振動板を
得た。得られた振動板は、膜厚８０μｍ１直径４７ｍｍ
であった。又物理特性は、密度１．３０　ｇ／ｃｍ’　
、ヤング率２１０ＧＰａ、音速１２．７にｍ７秒、内部
損失ｊａｎ６０．１２であった。

此ｌ引−１ 実施例２での密構造フィルムからなる振動板を作成し、
焼成して得た振動板の物理特性は、密度１、７８　ｇ／
ｃｍｆｆヤング率２１５ＧＰａ、音速１１．０Ｋｍ／秒
、内部損失ｔａｎδ０．０６であった。

この実施例２と比較例２とでも内部に多孔層の存在する
、疎密構造を有する全炭素質振動板が、より物理特性の
優れることが判った。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）不活性ガス雰囲気中での焼成により密構造炭素が
   得られる有機物質と高弾性率を有する結晶の発達した黒
   鉛粉末との配合物からなるフィルムと、不活性ガス雰囲
   気中での焼成により疎構造炭素が得られる有機多孔体の
   フィルムとを積層一体化した後、加熱空気中で処理し、
   硬化反応を進行させて熱変形を示さない硬化体とし、不
   活性ガス雰囲気中で焼成することからなる疎密構造を有
   する全炭素質振動板の製造方法。
2. （２）該有機物質は、熱硬化性樹脂のモノマー及び／又
   は初期縮合物と加熱時に分解して熱硬化性樹脂成分と相
   互に反応架橋硬化する官能基を有する熱可塑性樹脂とか
   ら成る第１項記載の疎密構造を有する全炭素質振動板の
   製造方法。
3. （３）該熱硬化性樹脂は、フルフリルアルコール樹脂、
   フルフリルアルコール／フルフラール共縮合樹脂、フル
   フラール／フェノール共縮合樹脂等のフラン樹脂、及び
   レゾール系、ノボラック系等のフェノール樹脂、又はキ
   シレン樹脂、トルエン樹脂、レゾールシノール樹脂等の
   モノマー及び／又は初期縮合物から選ばれる第２項の疎
   密構造を有する全炭素質振動板の製造方法。
4. （４）該熱硬化性樹脂は、ハロゲン基、アルデヒド基、
   アセチル基、メチロール基等の反応性官能基を側鎖に有
   し、これらの官能基が加熱により他の熱硬化性樹脂成分
   と反応して架橋硬化するものでポリ塩化ビニル樹脂、後
   塩素化塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル／酢酸ビニル共
   重合樹脂等のハロゲン化ビニル樹脂及びポリビニルアセ
   タール樹脂及びビニル基を主鎖としハロゲン基、アルデ
   ヒド基、アセチル基、メチロール基等を側鎖に導入した
   ものである第２項に記載の疎密構造を有する全炭素質振
   動板の製造方法。
5. （５）該黒鉛粉末は、高弾性率を有する、キッシュ黒鉛
   、天然黒鉛、人造黒鉛、パイログラファイト等の高結晶
   度を有する黒鉛質粉末である第１項に記載の疎密構造を
   有する全炭素質振動板の製造方法。
6. （６）該有機多孔体は、塩素化塩化ビニル、ポリアクリ
   ロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエ
   ーテル、ポリジビニルベンゼン等の熱可塑性樹脂の粒子
   、フラン樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド・トリ
   アジン樹脂等の熱硬化性樹脂のモノマーまたは初期縮合
   体を熱変形可能な程度まで硬化させたものを粉砕した粒
   子、トラガントガム、アラビアガム、糖類の如き縮合多
   環芳香族を分子の基本構造内に持つ天然高分子粒子、又
   は前記には含まれない縮合多環芳香族を分子の基本構造
   内に持つ合成高分子粒子のうち、直径又は最大辺が２ｍ
   ｍ以下であり、かつ粒子の９０％以上の直径または最大
   辺が３０μｍ以上である粒子の一種又は二種以上の混合
   物粒子を加熱による溶融又は溶剤による溶解によってそ
   の表面層を梳かし点接着を生じさせて粒子同士を結合さ
   せたのち不融化処理を行うことにから成る第１項に記載
   の疎密構造を有する全炭素質振動板の製造方法。
7. （７）該積層一体化は、高い炭素残査を残す有機高分子
   物質の一種又は二種以上の混合物に、必要に応じて、溶
   剤を添加した液状混合物に微粒黒鉛粉末を配合した液状
   組成物を用い接着することからなる第１項に記載の疎密
   構造を有する全炭素質振動板の製造方法。
8. （８）該焼成は５００℃以上の温度で行われる第１項に
   記載の疎密構造を有する全炭素質振動板の製造方法。