JPH0385898A - 音響振動板 - 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 本発明はスピーカー、マイクロホン等の音響機器等に使
用される音響振動板に関する。

従来の技術 近年、音響機器のディジタル化が進行し、スピーカー等
の振動板に対する要求性能は１す１すきびしくなってい
る。このような振動板には、外力による変形が少なく音
の歪みが小さい事、再生音域が広く明瞭な音質を出す事
が求められて釦り、そのためには軽く、シかも弾性率、
剛性にすぐれている事が要求されている。この事を具体
的な物性値の条件として１とめると、 ■　ヤング率（Ｅ）が大きい事。

■　密度（ρ）が小さい事。

■　音速（音波の伝搬速度Ｖ）が大きい事。

■　振動の内部損失（ｔａｎδ）が適当である事。

■　強度が大きい事。

などである。ただし、Ｖ、　Ｅ、　　ρの間にはＶ−ｖ
Ｅ／ρの関係がある。もちろんこれらの条件以外に、製
造が容易である事、熱や湿度などの外部条件に対して安
定である事などでも大切である事は７７う１でもない。

さて、この様な振動板材料としては、従来、紙、プラス
チック、アルミニウム、チタニウム、ベリリウム、ボロ
ン、シリカ等がその素材として用いられて来た。これら
は単独に、あるーはガラス繊維や炭素繊維などとの複合
体として、あるいは金属合金などとして多様な形で使用
されて来た。しかしながら、紙やプラスチックはヤング
率や密度、音速などの特性が振動板としては十分でなく
、特に高周波数帯域での周波数特性は著しく劣るもので
あって、ツイータ等の振動板として明瞭な音質を得る事
は困難であった。また、アルミニウム、マダイ・シウム
、チタニウムなどは音速はかなりすぐれているものの振
動の内部損失が小さいため、高周波共振現象等を生じ、
これもまた高周波用振動板としては不十分な特性しか得
られていなかった。一方、ボロン、ベリリウム等は上記
の素材に比べすぐれた物性値を有しているために、振動
板として良質の音質を発現することができる。しかしな
がら、ボロンやベリリウムは極めて高価でしかも著しく
加工性が劣っていると五う欠点を有している。

以上の様な、従来の振動板材料のもつ欠点を克服しすぐ
れた高周波特性を有しかつ良質の音色の再現を目ざして
、炭素材ｆ４を用いた振動板の開発が行われている。こ
れは炭素（グラフディト）の持つ優れた物性値を生かし
て、これを振動板として使用しようとするものである。

この様な手法には、 （１）　　黒鉛粉末と高分子樹脂とから成る複合型。

（２１高分子シートを単独で炭化・黒鉛化する方法。

（３）黒鉛粉末と高分子樹脂とからなる複合材をさらに
焼結した黒鉛／炭素複合型。

などがある。

このうち（１１の方法の代表的名ものとして塩化ビニル
樹脂をマトリックスとして、これに黒鉛粉末を複合させ
た振動板がある。これはすぐれた性質を有する振動板と
して知られているｏ（２）の方法としては、いくつかの
高分子フィルムが検討されている。

また、（３１の方法としては原油分解ピッチの液晶成分
に黒鉛粉末を混合させ、しかる後に熱処理炭化する方法
、及び黒鉛粉末にこれを結合するバインダーを加える方
法がある。この様な炭化バインダーの原料として、熱硬
化性樹脂のモノマー、又は初期重合物と加熱時に分解し
、相互に反応して架橋硬化する官能基を有する熱硬化性
樹脂を用いて熱処理炭化する方法等が知られている。こ
れらの方法は有機材料としての炭素収率を高め熱処理時
にむける収縮、変形を防止する事を目的として開発され
たものですぐれた特性の振動板を得る事が出来る。

しかし、（１）の方法による振動板は、湿度、温度特性
に劣り、３０°Ｃ以上ではその振動特性は著しく劣化し
てし渣う。

（２）の方法のプラスチックフィルムはいずれも難黒鉛
化材料であるため当初予想したほどの特性は得られず、
しかも、用いられたプラスチック材の炭素収率が低く、
熱処理時の寸法収縮が大きく、変形、ひび割れなどがし
ばしば生じてし１うど；；う欠点があった。すなわち、
この方法では十分な品質管理に耐え、しかもすぐれた特
性を有する振動板を得る事は極めて困難であった。

捷た、（３１に於ける方法はいずれも複雑な製造工程を
必要とし、工業的な量産には著しく不利なものであった
。例えば前者の方法の場合原料として用いる原油分解ピ
ッチ及びその液晶成分を工業的に得るためには高温熱処
理や溶剤分別抽出等の極めて煩雑な工程が必要巾あるし
、後者の方法でも黒鉛粉末とバインダーを高度の剪断力
を有する混練機を用いて十分に混練し、メカノケミカル
反応によって襞間された黒鉛結晶とバインダー樹脂を相
互に強固に親和分散させ黒鉛の結晶面をシート面方向に
配向させると言う高度な技術が必要であった。またこれ
らの方によって得られた振動板は従来にない極めて優れ
た特性を有しているとはごうものの、その特性は現在最
高特性出あると言われているべＩＪ　＋Ｊウムよりはわ
ずかに劣り、黒鉛単結晶の理論弾性率１０２０ＧＰａに
は、はるかに及ばないものであった。第１表には従来振
動板として使用されて来た各種の素材の音速、ヤング率
、密度、内部損失を１とめて示す。

第１表 発明が解決しようとする課題 この様な状況に鑑み、我々は従来の振動板の持つ欠点を
改良し、非常に簡単な方法で、しかも従来のどの様な振
動板よりもすぐれた特性を有する炭素質（グラファイト
負）の振動板の製造方法を開発した。そり、は特殊な高
分子フィルムを特定の温度で熱処理する事によって得ら
れるグラファイトフィルムをそのま１振動板として利用
しようとするものであった。

従来、はとんどの高分子材料は高温処理によってもグラ
ノアイト化しないいわゆる難グラファイト化有機材料で
ある、と言われており、またほとんどの高分子が分解に
よって蒸発するため収率が非常に低くなると言う欠点を
有していた０フラン樹脂、フェノール樹脂、キンレン樹
脂、エボキン樹脂などはすべてこの範に属している。し
かしながら我々は数多くの高分子フィルムのグラファイ
ト化の検討を行った結果いくつかの高分子フィルムがあ
る鮎度領域での直温処理によってすぐれたグラファイト
フィルムに転換する事を発見し、かつそれらの振動板と
してのＭＥを測定した結果、それらがすぐれた振動特性
を有している事の知見を得てその発明に至った。それら
の高分子フィルムはポリフェニレンオキサジアゾールフ
ィルム（以下ＰＯＤと記す）、ポリイミド（ＰＩと略す
）、ポリアミド（ＰＡと略す）、ポリベンゾイミダゾー
ル（ＦＢ　Ｉ　ト略ｔ）、ポリパラフェニレンビニレン
（ＰＰＶと略す）、である。例えば、第２表（（２５μ
ｍの厚さのＰＯＤフィルムを熱処理して得られたグラフ
ァイト化ＰＯＤ〕にルムのＥ、ρ、Ｖ、　　ｔａｎδの
値をまとめて示す。

第２表 ＰＯＤフィルムの音速、ヤング率の値は１８００００以
上の温度で処理したものの値が大きくなる。

例えば、２８００°Ｃ以上の温度で処理したものの値が
大きくなる。例えば、２８００°Ｃで処理したものの特
性は音速１６．　：３　ｆａｎ／　ｓｅｅ　、　　ヤン
グ率３・１０ＧＰａとなる。これらの値は、第１表に示
した様に従来段もすぐれた振動板としての特性を有する
と言われたべＩＪ　ＩＪウムの値と比較して音速、ヤン
グ率共により大きくなっており、熱処理されたＰＯＤフ
ィルムがすぐれた振動板としての特性を有している事が
分かる。

この様に特別な構造の高分子を直接グラファイト化する
事により得られる振動板は特性的には優れたものである
。しかしながらこの振動板を実際に振動板として使用す
る際には強度の点で問題がをることか分かった。グラフ
ァイトばぞのａ−ｂ面方向は共有結合に基づいているの
で比較的強・靭であるが、Ｃ軸方向はファンデアワール
ス結合であるので本質的に弱いものである。すなわちグ
ラファイトには本質的に層間剥離の問題が存在する。

さらに音響振動板にかいては振動板にボイスコイルが接
着されて使用されるが、その部分の接着性も大きな問題
である。

本発明はこの様な高分子フィルムの直接グラファイト化
によって得られる振動板を実際に使用する場合の強度の
問題を解決するためになされたものである。

課題を解決するための手段 −」二記目的を達成するために我〃は１．さきに述べた
グラファイトフィルムといろいろな金属フィルムとの接
着、複合化を試みた。すなわち、グラファイトフィルム
と２層構造になる振動板を作成しその特性を測定した。

その結果、先に述べた多くの金属においてその欠点が補
われ、優れた性質の振動ｆＪ（が出来る事を発見し本発
明を成すに至った。

即ち、本発明は、ボリフェニレンオキザジアゾール、ポ
リイミド、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリ
パラフェニレンビニレンのうちから選択された少なくと
も一種類の高分子フィルムを］８００°Ｃ以上の温度領
域で熱処理して得られる炭素質フィルムが金属フィルム
と接着されている事を特徴とする音響振動板である。

更に、上記の高分子フィルムが厚さ１０〜２００ミクロ
ンの範囲にあることを特徴とする音響振動板で、金属フ
ィルムがアルミニウム、ステンレス、銅、チタニウム、
ベリリウム、ボロン、マグネシウム、より選択された少
なくとも１種であることを特徴とする音響振動板である
。

筐た、上記グラファイトフィルムの重量が金属フィルム
の重量の１０％以上あることを特徴とする音響振動板で
あり、金属がハニカム構造を持ったものである事を特徴
とする音響振動板である。

作　　　　用 上記の構成により、すぐれた特性と強靭性を兼ね備えた
が振動板が得られる。

例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタニウムなど
において観察された振動の内部損失が小さいための高周
波共振現象はグラファイトフィルムとの２重層構造とす
ることにより解決され高周波用振動板として十分な特性
がえられた。一方、ボロン、べＩＪ　ＩＪウムにおける
加工性の問題は同様な２重層構造とすることによシある
程度解決された。この様に特定の金属との複合はグラフ
ァイトの優れた音響特性をほとんど失うことなく金属振
動板の欠点を補いさらにその強度を向上させ得ることが
明らかになった。

本発明になる高分子フィルムはポリフェニレンオキサジ
アゾールフィルム（ＰＯＤ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポ
リアミド（ＰＡ）、　ポリベンゾイミダゾール（ＦＢＩ
）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、である。

な釦、ここに言うポリイミドとは一般式 ％式％ 表される高分子である。

ここでＲ１は １ Ｒ２は で表される置換基である。

また、 ここに言うポリ アミドとは一般式 で表される高分子である。

ここでＲ３は Ｒ４は で表される置換基である。

これらのＰＯＤ。

ＰＩ、 ＰＡ。

ＦＢＩ、 ｐｐｖ。

等の高分子の処理温度は 表２に例示したように、 程度の差は多少あるもの の一般に処理温度は１８０００Ｃ以上であることが必要
である。一方、この様なグラファイトの作成に使用され
る高分子はその厚さが厚さ１０〜２００ミクロンの範囲
にある事が必要である。この範囲より厚いフィルムを出
発原料として使用した場合、得られたグラファイトはも
はや１枚のフィルムの形態をとることは出来ずボロボロ
の状態のフィルムとなる。また１０μｍよりも薄いフィ
ルムを出発原料として使用すると得られたグラファイト
フィルムは４−６μｍ程度の非常に薄い物となり、事実
上振動板として使用するのがむつかしくなる。

本発明の金属フィルムとしては、アルミニウム、ステン
レス、銅、チタニウム、ベリリウム、ボロン、マグネシ
ウム、より選択された少なくとも１挿である。これらの
金属フィルムはその重量がグラファイトフィルムの１０
倍を越えない事が望ましい。１０倍を越えるとその振動
特性は事実上金属単体のものと大差ないものになり、２
重層構造としたことの意味が失われてし１う。渣た、こ
の金属フィルムは平板フィルムでも良いし、ノ１ニカム
構造の様な凹凸を有する形のものでも良い。

実施例 次に本発明による振動板の製造方法を具体的に説明する
。本発明に使用されるグラファイト板を作成するための
高分子フィルムは、通常炭素化の過程に釦いて約２割程
度収縮するのでその事を考慮して切断しておく。こうし
て得られたフィルムを石英板あるいはグラファイト板に
はさみ窒素中で１ｏｏｏ０ｃｔで処理し炭素化した。こ
の炭素化の過程において試料を面方向で加圧する事、あ
るいは張力を加えてひっばりながら炭素化する事はしば
しば良好な結果を与える。こうして得られた炭素化フィ
ルムを次ぎにグラファイト基板にはさんでカーボンヒー
ターを用いた超高温炉を用いて３０００°Ｃ１でのいろ
いろな温度で熱処理した。

２００００Ｃ以下の熱処理は専ら真空中あるいはアルゴ
ン中で行われる。

次にこうして得られたグラファイト振動板を金属フィル
ム上に接着剤を用いて張り付ける。また、グラファイト
振動板は金属フィルムの片面に張り付けられた構造でも
よく、さらに両面に張り付けられたサンドイッチ構造で
も良い、片面のみに張り付けた構造ではボイスコイルは
金属側に取り付けるほうがよい。一方、サンドイッチ構
造ではボイスコイルはグラファイト面に接着される。本
発明になるこれらの構造を第１図に示す。図にふ−いて
、■はグラファイトフィルム、２及び４は金属フィルム
、３はボイスコイルであり、第１図（ａｔは片面のみに
グラファイトフィルムＩが張り付けられた構造、同図（
ｂｌはグラファイトフィルム１で金属フィルム２で挾ん
だサンドイッチ構造、同図（ｃｌは金属フィルム２が凸
凹のある構造を有している場合である。この様な凹凸構
造はボイスコイル３の振動をスムーズに振動板に伝える
のに非常に有効である。同図Ｆｄ）はグラファイトフィ
ルム１とボイスコイル３の接着性を向上させるためグラ
ファイトフィルム１面とボイスコイル３０間にさらに金
属フィルム４をはさんだ構造の例である。この様な構造
を取ることによりグラファイトフィルム本体の優れた音
響特性を損なう事なく強靭性を兼ね備えた音響振動板を
実現できた。

以下に具体的実施例を示し本発明をさらにくわしく説明
する。

〔実施例１〕 古河電工■社製のＰＯＤフィルム（厚さ５０μｍ）を３
０１！１φの大きさに切断し、これを石英仮にはさんで
、電気炉（産協電炉製作所製ＬＴＦ−８型）を用いて熱
処理した。処理温度は１０００°Ｃ１昇温速度は２０’
Ｃ／分、雰囲気は窒素である。

１０００°Ｃで１０分間処理後室温にもどして試料を取
り出した。得られた試料は比較的硬くもろいフィルムで
あった。こうして得られた試料をグラファイト基板には
さみ、進成電炉社製■４６−５型カーボンヒーター炉を
１吏用して２６００°Ｃ１で昇温、熱処理した。２００
００ＣＪでは真空、２０００°Ｃ以上はアルゴン雰囲気
中であり、昇ζ１□Ａ速度は４０’Ｃ／分である。熱処
理後のＰＯＤフィルムは２８Ｍφの大きさに縮んでお・
り比較的柔軟性のあるフィルムであった。フィルムの物
性を東洋精器製ダイナミックモジュラステスターを用い
て測定した。得られた値は音速１４．６　ｔａｎ／　ｓ
ｅｅ　＊ヤング率３４０　ＧＰａ、密度２．２ｇ／ｃｍ
、　　内部損失５．３　Ｘ　１０　＝で、重量は０．０
３ｇであった。

この様にして作成したグラファイトフィルムを２８ｍφ
のアルミニウムフィルム＜　ｆｆ１ｆｆｉｏ、ｏ　８　
ｇ　）にエポキシ樹脂を用いて接着した。こうして得ら
れたグラファイトとの複合フィルムの重量は０．１２ｇ
であった。次にこの振動板にボイスコイルを取り付けそ
の音圧−周波数特性を測定した。その結果限界周波数は
４５ＫＨｚであった。アルミニウムフィルム単独では限
界周波数は２５ＫＨｚであり、グラファイトフィルムの
優れた音響特性が周波数特性を実現されている事が分か
った。

〔実施例２〕 実施例１と同様の方法でチタニウムフィルム（重ｊｉＨ
０，１０ｇ）にグラファイトフィルムを張りイ４け同様
に限界周波数を測定した。限界周波数は５０　Ｈｚであ
った。チタニウムフィルム単独では限界周波数は４０Ｋ
Ｈ７であり、グラファイトフィルムの優れた音響特性が
周波数特性に実現されている事が分かった。

〔実施例３〕 実施例と同様の方法でエポキシ樹脂とシリカ粉末より成
るハニカム構造を有するフィルム（シリカ６０重量％、
重ｆｆ１０．０７３ｇ）の両面にアルミニウムフィルム
を張り付は更にその上にグラファイトフィルムを張り付
は同様に限界周波数を測定した。限界周波数は５２　Ｋ
Ｈ７，であり、グラファイトフィルムの優れた音響特性
が周波数特性に実現されている事が分かった。

〔実施例４〕 実施例１と同様の方法でポリイミドフィルム（Ｄｏｐｏ
ｎｔ社製、ＫａｐｔｏｎＨｎ　　フィルム２００Ｈ１厚
さ５０μｍ）を熱処理し、グラファイトフィルムを作成
した。フィルムの物性を東洋精器製ダイナミックモジュ
ラステスターを用いて測定した。得られた値は音速１５
．２　ｂｎ／　ｓｅｅ　ｓヤング率３５３ＧＰａ％密度
２．２３ｇ／ｃｍ１　内部損失５３ＸＩＯ”−２で、重
石は０．０３４ｇであった。次に、アルミニウムより成
るハニカム構造を有するフィルム（ｍｍｏ、ｌｓ　ｇ　
）の両面に上記グラファイトフィルムを張り付は同様に
限界周波数を測定した。

限界周波数は５４ＫＨｚであり、グラファイトフィルム
の優れた音響特性が周波数特性に実現されている事が分
かった。

〔実施例５〕 実施例１と同様の方法でＰＢＩ、ＰＡｔたはＰＰＶより
成るフィルムを２５０００Ｃで熱処理し、グラファイト
フィルムを作成した。次に、ハニカム構造を自するアル
ミニウムの両面にグラファイトフィルムを張り付は同様
に限界周波数を測定した。限界周波数はＰＢＩでは４３
ＫＨｚであり、ＰＡでは４８ＫＨｚ、ＰＰＶでは４５Ｋ
Ｈｚであり、グラファイトフィルムの優れた音響特性が
周波数特性に実現されている事が分かった。

発明の効果 以上のように、本発明は特定の構造の高分子フィルムを
１８００’Ｃ以上の密度で熱処理して成るグラファイト
フィルムが金属フィルムと接着して使用される事を４徴
とする振動板であって、本発明によって得られた振動板
従来の方法によって作成された振動板よりもはるかにす
ぐれた特性を宵している。本発明によって得られた振動
板はスピーカー、マイクロホン等の音響機器に最適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｄｉは本発明の一実施例における音響
振動板の概略図である。 １・・・グラファイトフィルム、２，４・・・金属フィ
ルム、３・・・ボイスコイル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリフェニレンオキサジアゾール、ポリイミド、
   ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリパラフェニ
   レンビニレンのうちから選択された少なくとも一種類の
   高分子フィルムを１８００℃以上の温度領域で熱処理し
   て得られる炭素質フィルムが金属フィルムと接着されて
   いる事を特徴とする音響振動板。
2. （２）請求項１記載の高分子フィルムが厚さ１０〜２０
   ０ミクロンの範囲にあることを特徴とする音響振動板。
3. （３）請求項１記載の金属フィルムがアルミニウム、ス
   テンレス、銅、チタニウム、ベリリウム、ボロン、マグ
   ネシウムより選択された少なくとも１種であることを特
   徴とする音響振動板。
4. （４）請求項１記載のグラファイトフィルムの重量が請
   求項３記載の金属フィルムの重量の１０％以上あること
   を特徴とする音響振動板。
5. （５）請求項１記載の金属フィルムがハニカム構造を持
   ったものである事を特徴とする音響振動板。