JPH0720312B2

JPH0720312B2 - 音響機器用振動板の製造法

Info

Publication number: JPH0720312B2
Application number: JP60078487A
Authority: JP
Inventors: 隆昌川窪
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 1985-04-15
Filing date: 1985-04-15
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPS61237598A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、黒鉛複合樹脂硬化体から成る音響機器用の振
動板の製造法に関する。詳しくは、本発明は、スピーカ
用及びマイクロフォン用の振動板として、従来の振動板
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、音響の歪が小さく、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
代に好適な黒鉛複合樹脂硬化体から成る音響機器用振動
板の製造法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点）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。

（１）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
の無いこと。

（６）製造方法が簡単で安価であること。

即ち、広範な周波数帯域に亘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: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
率の高い材料が求められる。従来の振動板材料として
は、紙（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、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E/ρ値が小さく、かつ
振動の内部損失が小さいので、高周波数領域において、
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、ボロンは優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ーやトゥイータ
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。これらの素材の外に、炭素材料の
E/ρ値が大きいことに着目して、ポリ塩化ビニル樹脂を
マトリックスとして、これに黒鉛粉末を複合させた素材
を用いた振動板が考案され、実用化されている。これ
は、E/ρ値が大きき、比較的大きな内部損失を有するの
でオーディオ用スピーカとして極めて好ましい性質を発
現するものである。しかしながら、この素材では、使用
するマトリックス材料であるポリ塩化ビニル樹脂の温度
依存性大きく、このため20℃前後の室内で使用する場合
には、初期の性能は発揮できるが、夏期30℃以上に気温
が上昇するに及んでその特性が急激に劣化し、追試に依
れば、60℃でヤング率は1/3以下になり、内部損失は数
倍に増加する。この事実から、酷しい環境下で使用され
るカーオーディオ用として搭載することは、締め切った
車内の温度が70℃を越えることから不可能であり、室内
用としても、30℃を越える日が多い夏期においては、好
ましくない性能を呈する等の不都合な点を有するもので
ある。

（問題点を解決するための手段）本願発明者は、前記の従来の欠点に鑑み、製造に際して
は煩雑な工程を避け、黒鉛結晶の有する高弾性率を最高
度に発揮させることにより高音速であり、適度な内部損
失を持つと共に、特に温度・湿度に対して安定した性能
を維持する振動板の製造法を開発すべく鋭意研究して、
本願発明を完成するに至った。

本願発明者は、高結晶度を有する黒鉛の結晶が板状かつ
偏平で、その理論弾性率が1020GPa.であり、他の素材に
比較して極めて高い値を持つことに着目し、この知見に
基づいて、賦形後高剛性であり高度の耐熱性を示すよう
に変化する樹脂をバインダーとし、高弾性率を有する黒
鉛の結晶を膜の面方向に対し平行に高度に配向させた炭
素複合樹脂の薄膜を任意の形状の賦形させるべく創意工
夫した。一方、バインダーの原料となる樹脂を探索する
間に、効化剤を添加しない熱効果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発生する分解成分
が熱硬化性樹脂成分と反応して、これを硬化させるよう
な熱反応性の官能基を有する熱可塑性樹脂を選択し、こ
れにこれら両樹脂を共溶する溶剤、もしくは比較的揮発
し易い可塑剤を添加してブレンドポリマー化させたもの
が、賦形時には通常の熱可塑性樹脂と同様の挙動を示
し、容易に熱可塑成形加工を施すことが可能であり、賦
形後空気中で加熱して含有する溶剤、もしくは可塑剤を
揮発させ、更に該熱可塑性樹脂の分解点近傍に昇温させ
ることで発生した熱反応性官能基によって熱硬化性樹脂
成分が硬化して、その後は、熱及び溶剤に対しても不溶
・不融の状態に変化することを見出した。しかも、この
複合樹脂バインダーを用い黒鉛粉末と複合させた成形用
素材は、硬化終了後全く収縮せず、賦形時の寸法・形状
を精度高く維持しており、高温下においても、安定した
耐熱性を示し、ヤング率及び内部損失等の特性を低下さ
せることなく初期の性能を維持することを発見した。

次に、本願発明による音響機器用振動板の製造方法につ
いて説明する。

樹脂バインダーの原料として、硬化剤を添加しない熱硬
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して硬化させる
官能基を有する熱可塑性樹脂とを選択し、これにこれら
両樹脂を共溶する溶剤、もしくは比較的揮発し易い可塑
剤を添加し、良く混練してブレンドポリマー化させたも
のを用い、これに高度な結晶性を有する黒鉛粉末を加え
た混合物をミキングロール等の高度な剪断力を発揮する
混練機を用いて十分に混練する。この操作によりメカノ
ケミカル反応（機械化学反応）が誘発され、劈開された
微粒黒鉛結晶とバインダー樹脂とが相互に強い親和性を
示すようになって十分に分散すると共に、劈開した微粒
黒鉛結晶がフイルムの両方向に平行して高度に配向した
シート状組成物が得られる。

このシート状組成物をさらにカレンダーロールに通し
て、所望の厚さを有するフイルム、又はシート状の賦形
用予備成形体として保存する。この段階の賦形用予備成
形体は、硬化剤が配合されていないので、冷暗所に長期
間保存しておくことが可能である。次に、目的とする振
動板の形状に賦形するに際しては、上記のフイルム、又
はシート状の賦形用予備成形体を適宜裁断し、常法によ
る熱間プレス成形法、真空成形法、ブロー成形法を適用
して、所望の振動板の形状に成形する。脱型した生成形
体をエアーオーブン中で加熱して、含有する溶剤及び可
塑剤を揮発させ、更に該官能基を有する熱可塑性樹脂の
分解温度近傍に昇温させて保留する。この段階で分解し
て発生する官能基により熱硬化性樹脂の硬化反応が進行
し、完全に硬化して、その後の加熱によっても変形する
ことの無い完全硬化体となる。この完全硬化体は、成形
時の形状及び寸法を殆ど変化させることなく維持する。
また、成形工程中に余剰となった残余素材は、再度カレ
ンダーロールに通すことによって十分に再利用が可能で
あった。

ここで、本願発明において使用される樹脂バインダーの
原料としては、熱硬化性樹脂成分としては、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、レゾルシノール樹脂類等のモノマー及び／又は初期
縮合物が好ましく、また、熱可塑性樹脂成分としては、
加熱分解によりハロゲン基、アルデヒド基、アセチル
基、メチルロール基等の熱反応官能基を離脱するものが
好ましく、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、ポリ
ビニルアセタール樹脂、又はビニル樹脂を主鎖として前
記熱反応性官能基を側鎖に導入した樹脂等が原料調製、
賦形性、熱時反応性において、特に好ましい。

また、本願発明に用いられる高結晶質の黒鉛としては、
マダガスカル産、スリランカ産等の天然黒鉛、キッシュ
黒鉛、パイログラファイト、黒鉛ウイスカー等の超高弾
性率黒鉛繊維が好ましく、これらの黒鉛粉末の粒度は平
均粒度1.0〜200μｍ（好ましくは、50μｍ以下）のもの
が用いられ、振動板成形用組成物への配合比率は、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、目的とする高音速が得ら
れず、また大きすぎると、賦形の自由度が減少し、かつ
最終製品の強度が劣化するので、好ましくない。

（実施例）以下本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例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（株）製VF-302）30重量％とポリ塩化ビニ
ル樹脂（日本ゼオン（株）製、平均重合度800）20重量
％とを、テトラヒドロフランで溶解した後、可塑剤とし
てジブチルフタレート20重量％を加えたものを樹脂バイ
ンダーの原料とし、これに結晶の良く発達した天然鱗状
黒鉛（平均粒度５μｍ）50重量％をニーダー中に配合し
て均一に分散させた後、表面温度を50℃に保ったミシキ
ング用二本ロールを用いロール間隙を十分に締めてバン
ク混練を行い、溶剤を揮発させて除去し、シート状にし
て取り出した。更に、このシートを数十回通過させて、
材料に強力な剪断力を作用させて劈開された黒鉛結晶と
バインダー樹脂相互を強固に親和、分散させると共に黒
鉛結晶面がシートの膜面方向に高度に配向したシート状
組成物とした。次に、この組成物をカレンダーロールに
通して厚さ80μｍのフイルムに予備成形した。

次に、得られた予備成形フイルムを真空成形機を用い
て、直径80mmのドーム状に賦形し、金型中で180℃まで
加熱して可塑剤の一部を除去すると共に、予備硬化を進
行させてから、冷却して脱型した。得られた成形体を20
0℃に加温したエアーオーブン中で10時間処理して可塑
剤を完全に除去し、更にポリ塩化ビニル樹脂の分解によ
って発生したHClガスによって、フラン樹脂が完全に硬
化した完全硬化体を得た。

このようにして得られた製品は、膜厚が65μｍに減少し
た外は外形的に全く収縮すること無く寸法・形状等の変
化は無く、直径 80mm、密度 1.60g/cm³、ヤング率 70Gpa、音速 6.6Km/秒 tanδ 0.02 の特性を示した。

実施例２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（株）製VF-302）20重量％とポリ塩化ビニ
ル／酢酸ビニル共重合樹脂（日本ゼオン（株）製400×1
50S、平均重合度800）25重量％とを、溶剤で溶解した
後、可塑剤としてジブチルフタレート20重量％を加えて
均一に混合したものを樹脂バインダーとし、これに結晶
の良く発達した天然鱗状黒鉛（平均粒度１μｍ）55重量
％をニーダー中に配合して均一に分散させた後、実施例
１と同様の工程で加工して、膜厚40μｍの予備成形フイ
ルムを得た。これを真空成形機を用いて直径35mmのセミ
ドーム型に賦形し、以後実施例１と同様に処理してセミ
ドーム型振動板を得た。このようにして得られた振動板
は、膜厚 35μｍ、直径 35mm、密度 1.72g/cm³、ヤング率 85Gpa 音速 7.1Km/秒、tanδ 0.02 の特性を示した。

実施例３レゾール系フェノール樹脂（群栄化学（株）製PL-238
2）30重量％とポリビニルホルマール樹脂（電気化学
（株）製ホルマール化度74モル％）20重量％を溶剤に溶
解した後、ジブチルフタレート20重量％を加えたものを
樹脂バインダーとして、これに結晶の良く発達した天然
鱗状黒鉛粉末（平均粒度10μｍ）50重量％をニーダー中
に均一に配合して分散させた後、実施例１と同様の工程
で加工して、膜厚1.5mmmの予備成形用シートを得た。こ
れを加熱プレス成形機を用いて直径30cmのコーン形状に
成形し、実施例１と同様に処理して完全硬化したウーハ
ー用コーン型振動板を得た。得られた振動板は、直径 30cm、密度 1.62g/cm³、ヤング率 65Gpa、音速 6.3Km/秒 tanδ 0.04 の特性を示した。

本願発明によって得られた振動板の特性を従来の振動板
素材と比較した結果を下の表に示す。

この表から判断されるように、本願発明によれば、音速
がアルミニウム、チタニウム、マグネシウム等の金属振
動板より優れた特性が得られた。また、tanδも大き
い。さらに、温度・湿度等の外部環境に対して極めて安
定な特性を維持し、200℃24時間を経過させた後も、特
性の変化は殆ど見られなかった。

（作用）本願発明の音響機器用振動板の製造法によれば（１）高弾性率を発現させる高結晶質の黒鉛粉末を多量
に配合させることができ、かつ両方向に高度に配向させ
得るので高音速材料が得られる。

（２）予備成形用フイルム又はシートは、単独で十分ハ
ンドリングに耐え得る強度を有し、かつフイルム又はシ
ートが展延性に富むので、賦形に際し形状の自由度が大
きい。

（３）賦形された成形体は硬化処理を行った後も、形状
変化及び寸法変化が殆ど無いので寸法精度の高い製品が
得易く、品質管理が容易である。

（４）硬化剤を使用しないため、熱可塑性樹脂成分の分
解が開始される以前の素材は、ポットライフが極めて長
いので、作業時間に制限を受けない。また、工程中での
残余材料は回収して再利用することが可能で経済的であ
る。

（５）所望の設計形状の基づいて賦形するに際し、従来
の樹脂成形加工技術を応用することができるので、工業
的量産性に優れている。

以上の説明から明らかなごとく、これらの振動板を採用
することにより、明瞭な音質と幅の広いダイナミックレ
ンジを誇る最近流行のコンパクトディスクプレーヤー等
のディジタル・オーディオ機器の能力を高性能に発揮す
る振動板を簡単な工程により極めて安価に製造する方法
を提供するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高弾性率を有する結晶の発達した黒鉛粉末
に、これを結合する樹脂バインダーの原料として熱硬化
性樹脂のモノマー及び／又は初期縮重合物と加熱時に分
解して上記熱硬化性樹脂成分と相互に反応して架橋硬化
する官能基を有する熱可塑性樹脂とを配合し、これにこ
れらの樹脂成分を共溶する溶剤、もしくは可塑剤を加え
た混合物を、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（機械化学的）反応により、
劈開された黒鉛結晶とバインダー樹脂相互とを強固に親
和、分散させ、かつ複合した黒鉛の結晶面が膜の面方向
に高度に配向したシート状とした後、さらにカレンダー
・ロールに通して所望の厚さを有するフイルム又はシー
トに予備成形し、得られた予備成形フイルム又はシート
を設計された振動板の形状に賦形してから成形物を加熱
空気中で処理して、含有する溶剤もしくは可塑剤を除去
すると共に、熱可塑性樹脂の分解成分による硬化反応を
進行させて熱変形性を示さない完全硬化体とすることを
特徴とする音響機器用振動板の製造法。
【請求項２】該熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂の反応性
官能基によって硬化する性質を有する第１項に記載の音
響機器用振動板の製造法。
【請求項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項の音響機器用振動板の製造法。
【請求項４】該熱可塑性樹脂は、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
ビニルホルマール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等の
ポリビニルアセタール樹脂、及びビニル樹脂を主鎖とし
てハロゲン基、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導入したものである第１項
に記載の音響機器用振動板の製造法。
【請求項５】該黒鉛粉末は、高弾性率を有する天然黒
鉛、人造黒鉛、キッシュ黒鉛及びパイロ・グラファイ
ト、超高弾性率黒鉛繊維（ウイスカー）等の高結晶度を
有する黒鉛質粉体である第１項に記載の音響機器用振動
板の製造法。