WO2014175329A1 - 炭素質音響振動板とその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a carbonaceous acoustic diaphragm and a manufacturing method thereof.
- diaphragms that require acoustic characteristics, particularly high-frequency characteristics, are required to have seemingly contradictory properties of high elastic modulus and low density.
- Patent Document 1 discloses that both sides of a low-density layer made of a porous carbon material obtained by mixing and firing spherical particles such as PMMA that disappears in the process of firing and carbonizing the resin and leaves pores are mixed with the resin.
- a carbonaceous acoustic diaphragm is described in which a high-density layer not using PMMA is disposed to reduce the density while maintaining rigidity. Since the pores of the carbon porous body are formed by the disappearance of the spherical particles, the formed pores are also spherical.
- An object of the present invention is to provide a carbonaceous acoustic diaphragm excellent in acoustic characteristics, particularly in a high sound range, and a manufacturing method thereof.
- a low-density layer made of a porous carbon body and at least one high-density layer provided on at least one surface of the low-density layer are thinner than the low-density layer and have a low-density layer.
- the low-density layer has pores of the carbon porous body that expand in a plane perpendicular to the thickness direction of the plate, and the expanded pores and the carbon walls are alternately layered.
- a carbonaceous acoustic diaphragm having a structure formed is provided.
- the carbon portion of the low density layer and the carbon portion of the high density layer are continuous without any boundary. Such continuity can be confirmed, for example, from the SEM image of the cross section of the diaphragm of the present invention.
- the method of the present invention for producing a carbonaceous acoustic diaphragm comprises at least one sheet-like polymer on at least one surface of a sheet-like polymer porous body. It includes carbonizing by stacking a polymer material and firing the sheet-shaped polymer porous material on which the sheet-shaped polymer material is stacked in a non-oxidizing atmosphere.
- This method is a sheet-like polymer porous body having a structure in which pores are expanded in a plane perpendicular to the thickness direction of the plate, and the expanded pores and the wall of the polymer substance are alternately layered. It is preferable to use a porous polymer.
- the sheet-like polymer porous body having such a structure has a load in the thickness direction of the sheet-like polymer porous body during firing in a non-oxidizing atmosphere or during the previous heat treatment, for example, 0 It can be obtained by applying a load of 1 to 1.5 kPa.
- the sheet-like polymer porous body may be formed of any polymer material, such as a thermoplastic resin or a thermosetting resin, particularly a thermoplastic resin, more particularly polyvinyl alcohol (PVA).
- a thermoplastic resin particularly a thermoplastic resin, more particularly polyvinyl alcohol (PVA).
- PVA polyvinyl alcohol
- the sheet-like polymer porous body preferably has a porosity of 70% or more, 80% or more, or 85% or more in order to produce a low density carbonaceous acoustic diaphragm. Further, the porosity may be 99% or less, 95% or less, or 93% or less. In particular, a sponge-like polymer porous body can be used as such a sheet-like polymer porous body.
- a material having a lower porosity than the sheet-like polymer porous body particularly a material having a porosity of 10% or more, 30% or more, or 50% or more can be used, In particular, a substantially solid material can be used.
- the method further includes heat-treating the sheet-like polymer porous body on which the sheet-like polymer substance is stacked before firing at a temperature lower than the firing temperature.
- the carbon portion in the carbon porous body also extends in a plane perpendicular to the thickness direction of the plate, that is, carbon is also oriented in a plane perpendicular to the thickness direction. By doing so, bending elasticity and sound speed can be improved, maintaining a low density.
- a sheet-like high-profile is formed on both surfaces of the sheet-like polymer porous body (22).
- Overlapping molecular material (20) is composed of a polymer material portion (26) and pore portions (28) dispersed therein, and the polymer substance (20) It is composed of a solid polymer material (24).
- a load (50) is applied in the thickness direction to the laminate of the sheet-like polymer porous body (22) and the sheet-like polymer substance (20).
- the pores (28) in the porous polymer body (22) are expanded in a plane perpendicular to the thickness direction, and the expanded pores (28a) and the walls of the polymer material portion (26) are alternately layered.
- the low-density layer (12) is made of a porous carbon porous material (18).
- a carbonaceous acoustic diaphragm having a structure in which the expanded pores (18) and the carbon walls (16) are alternately layered in a plane perpendicular to the thickness direction can be obtained.
- the carbon portion (14) in the high-density layer (10) and the carbon portion (16) in the low-density layer (12) are preferably continuous.
- a cellophane film (G-3 (# 300), manufactured by Futamura Chemical Co., Ltd.) is applied to both sides of a 0.5 mm thick PVA sponge sheet (Aeon Co., Ltd., Bell Eater D (D), porosity: 89%).
- a precursor was heat-treated at 250 ° C. for 3 hours while applying a 1.0 kPa load in the thickness direction. After that, this precursor was carbonized by heating at 800 ° C. for 1 hour while applying a load of 0.25 kPa in the thickness direction in a nitrogen atmosphere, and further heated at 1400 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere.
- a diaphragm was obtained.
- FIG. 1 shows an SEM (scanning electron microscope) image of a cross section of the obtained carbonaceous acoustic diaphragm.
- the carbon (14) in the high-density layer (10) derived from the cellophane film and the carbon portion (16) in the low-density layer (12) derived from the PVA sponge sheet are continuously connected.
- the pores (18) in the low density layer (12) are expanded in a plane perpendicular to the thickness direction of the plate, and the expanded pores (18) and the wall of the carbon portion (16) are alternately layered. There is no.
- Table 1 shows the thickness and density of the obtained carbonaceous acoustic diaphragm, the measurement result of the bending elasticity measured by the three-point bending test, and the value of the sound velocity together with the results described in the above-mentioned Patent Document 1. Show.
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Abstract
低密度でかつ曲げ弾性および音速の値が高い炭素質音響振動板を提供する。 炭素質音響振動板は、炭素多孔体からなる低密度層12とその両面に設けられた炭素からなる高密度層10とを具備する。低密度層12中の気孔18は板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔18と炭素16の壁とが交互に層をなす構造を有している。
Description
本発明は炭素質音響振動板とその製造方法に関する。
下記特許文献1において説明されているように、音響特性、特に高音域の特性が要求される振動板には、弾性率が高いことと密度が低いことという、一見相反する性質が求められる。
特許文献1には、樹脂を焼成して炭素化する過程で消失して気孔を残すPMMAなどの球状粒子を樹脂に混合して焼成することにより得られる炭素多孔体からなる低密度層の両面に、PMMAを使用しない高密度層を配することで、剛性を維持しつつ低密度化した炭素質音響振動板が記載されている。炭素多孔体の気孔が球状粒子の消失により形成されることから、形成される気孔の形状も球状である。
本発明の目的は、音響特性、特に高音域の特性に優れた炭素質音響振動板とその製造方法を提供することにある。
本発明によれば、炭素多孔体からなる低密度層と、この低密度層の少なくとも一方の面に設けられた少なくとも1つの高密度層であって、低密度層よりも薄く、かつ低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備し、低密度層は、炭素多孔体の気孔が板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔と炭素の壁とが交互に層をなす構造を有する、炭素質音響振動板が提供される。
低密度層の炭素の部分と高密度層の炭素とが境目なく連続していることが好適である。このような連続性は例えば、本発明の振動板の断面のSEM画像から確認することができる。
炭素質音響振動板を製造する本発明の方法、特に本発明の炭素質音響振動板を製造する本発明の方法は、シート状の高分子多孔体の少なくとも一方の面に少なくとも1つのシート状の高分子物質を重ね、シート状の高分子物質が重ねられたシート状の高分子多孔体を、非酸化性雰囲気中で焼成して炭素化することを含む。
この方法は、シート状の高分子多孔体として、気孔が板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔と高分子物質の壁とが交互に層をなす構造を有するシート状の高分子多孔体を用いることが好ましい。
またこのような構造を有するシート状の高分子多孔体は、非酸化雰囲気中での焼成の間に又はその前の熱処理の間に、シート状の高分子多孔体の厚み方向に荷重、例えば0.1~1.5kPaの荷重をかけることによって、得ることができる。
シート状の高分子多孔体は、任意の高分子材料、例えば熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂、特に熱可塑性樹脂、より特にポリビニルアルコール(PVA)で形成されていてよい。
シート状の高分子多孔体は、70%以上、80%以上、又は85%以上の気孔率を有することが、低密度の炭素質音響振動板を製造するために好ましい。また、この気孔率は、99%以下、95%以下、又は93%以下であってよい。このようなシート状の高分子多孔体としては特に、スポンジ状の高分子多孔体を用いることができる。
また、シート状の高分子物質としては、シート状の高分子多孔体よりも気孔率が低い材料、特に気孔率が10%以上、30%以上、又は50%以上低い材料を用いることができ、特に実質的に中実の材料を用いることができる。
焼成の前において、シート状の高分子物質が重ねられたシート状の高分子多孔体を焼成の温度よりも低い温度で熱処理することをさらに含むことがさらに好ましい。
低密度層が上記のような構造を有することにより、炭素多孔体中の炭素の部分もまた板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、すなわち、炭素もまた厚み方向に垂直な面内に配向することにより、低密度を維持しつつ曲げ弾性及び音速を向上させることができる。
また、低密度層の炭素部分と高密度層の炭素とが境目なく連続していることにより、層間の剥離や欠陥の発生がなくなり、一体感のある音質が得られる。
本発明の炭素質音響振動板の製造方法の1つの態様においては、始めに、図2(a)で示すように、シート状の高分子多孔体(22)の両方の面にシート状の高分子物質(20)を重ねる。ここでは、シート状の高分子多孔体(22)は、高分子材料部分(26)とその中に分散している気孔部分(28)とから構成されており、高分子物質(20)は、中実の高分子材料(24)で構成されている。
その後、図2(b)で示すように、このシート状の高分子多孔体(22)とシート状の高分子物質(20)との積層体に対して、厚み方向に荷重(50)をかけることによって、高分子多孔体(22)中の気孔(28)が、厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔(28a)と高分子材料部分(26)の壁とが交互に層をなす構造になるようにする。
そして、随意に焼成の温度よりも低い温度での熱処理をした後で、図2(c)で示すように、シート状の高分子多孔体(22)とシート状の高分子物質(20)との積層体を非酸化性雰囲気中で焼成して炭素化する。
これによれば、本発明の炭素質音響振動板、特に炭素多孔体からなる低密度層(12)と、低密度層の両面に設けられた高密度層(10)であって、低密度層(12)よりも薄く、かつ低密度層(12)よりも密度が高い高密度層(10)とを具備し、かつ低密度層(12)が、炭素多孔体の気孔(18)が板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔(18)と炭素の壁(16)とが交互に層をなす構造を有する、炭素質音響振動板を得ることができる。
この本発明の炭素質音響振動板では、好ましくは高密度層(10)における炭素部分(14)と低密度層(12)における炭素部分(16)とが境目なく連続している。
0.5mm厚のPVAスポンジシート(アイオン株式会社製、ベルイーターD(D)、気孔率89%)の両面に、セロファンフィルム(フタムラ化学株式会社製、G-3(#300))を液状糊(ヤマト株式会社製、アラビックヤマト)で貼り合わせ、厚み方向に1.0kPaの荷重をかけつつ、250℃で3時間熱処理して前駆体とした。その後、この前駆体を窒素雰囲気中、厚み方向に0.25kPaの荷重をかけつつ、800℃で1時間加熱して炭素化し、さらに、窒素雰囲気中、1400℃で3時間加熱して炭素質音響振動板を得た。
得られた炭素質音響振動板の断面のSEM(走査型電子顕微鏡)画像を図1に示す。図1からわかるように、セロファンフィルム由来の高密度層(10)における炭素(14)とPVAスポンジシート由来の低密度層(12)における炭素部分(16)とが境目なく連続している。また、低密度層(12)内の気孔(18)は板の厚み方向に垂直な面内に拡がっており、かつ拡がった気孔(18)と炭素部分(16)の壁とが交互に層をなしている。
表1に、得られた炭素質音響振動板の厚さ、密度、三点曲げ試験により測定される曲げ弾性の測定結果、および音速の値を、前述の特許文献1に記載されている結果と共に示す。
なお、音速は、密度と曲げ弾性の値から下記の式によって求められ、音速が大きいことは広範な周波数帯域を忠実に再生するために好ましい:
V=(E/ρ)1/2
(V:音速
E:ヤング率
ρ:密度)
V=(E/ρ)1/2
(V:音速
E:ヤング率
ρ:密度)
表1に示す結果から、低密度を維持しつつ曲げ弾性及び音速が著しく改善されていることがわかる。
Claims (7)
- 炭素多孔体からなる低密度層と、前記低密度層の少なくとも一方に設けられた少なくとも1つの高密度層であって、前記低密度層よりも薄く、かつ前記低密度層よりも密度が高い高密度層とを具備し、
前記低密度層は、前記炭素多孔体の気孔が板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔と炭素の壁とが交互に層をなす構造を有する、
炭素質音響振動板。 - 前記低密度層の炭素の部分と前記高密度層の炭素とが境目なく連続している、請求項1記載の炭素質音響振動板。
- 前記気孔は連続気孔である、請求項1または2記載の炭素質音響振動板。
- シート状の高分子多孔体の少なくとも一方の面に少なくとも1つのシート状の高分子物質を重ね、
前記シート状の高分子物質が重ねられた前記シート状の高分子多孔体を非酸化性雰囲気中で焼成して炭素化すること
を含む、炭素質音響振動板の製造方法。 - 前記シート状の高分子多孔体が、気孔が板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔と高分子物質の壁とが交互に層をなす構造を有する、請求項4記載の方法。
- 前記シート状の高分子多孔体の厚み方向に荷重をかけることによって、気孔が板の厚み方向に垂直な面内に拡がり、かつ拡がった気孔と高分子物質の壁とが交互に層をなす構造とすることをさらに含む、請求項5記載の方法。
- 前記焼成の前において、前記シート状の高分子物質が重ねられた前記シート状の高分子多孔体を前記焼成の温度よりも低い温度で熱処理することをさらに含む、請求項4~6のいずれか一項記載の方法。
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