炭素質音響振動板
【課題】低密度でありながら充分な剛性を有する炭素質音響振動板を提供する。
【解決手段】炭素質音響振動板の外表面に、縦方向および横方向の２方向において周期的な凹凸２０を設ける。
【解決手段】炭素質音響振動板の外表面に、縦方向および横方向の２方向において周期的な凹凸２０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素質音響振動板に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種音響機器や映像機器、携帯電話等のモバイル機器等に使用されているスピーカの振動板には、広範囲な周波数帯域、特に高音域において明瞭な音を忠実に再生できる性質が要求される。そのため振動板の材質には、振動板に充分な剛性を付与すべく弾性率が高いことと、振動板を軽量化すべく密度が低いこと、という一見相反する性質が求められる。特に、近年注目されているデジタルスピーカ用の振動板には、振動応答性への要請から、これらの性質が強く求められている。
【０００３】
下記特許文献１および２には、アモルファス炭素中にカーボンナノ繊維（気相生長炭素繊維）と黒鉛を均一に分散させた材料からなる振動板が記載されている。しかしながらこの材料は、密度が１．０ｇ／cm3以上と高いために、所望の音響特性を得るためには、高価なカーボンナノ繊維や黒鉛を多く配合して弾性率を高くする必要があり、肉厚もより薄くする必要がある。そのため、ハンドリング等により破損する問題があり、生産性にも課題を残している。
【０００４】
特許文献３には、焼成（炭素化）してガラス状炭素（アモルファス炭素）とする前の樹脂の粉末を加熱して点融着させて多孔体とし、その後、炭素化して低密度のアモルファス炭素多孔体とすることが記載されている。しかしながらこの手法では４０％以上の高い気孔率の多孔体を得ることは困難であり、振動板全体の密度が１．０ｇ／cm3以下のものは得られていない。
【０００５】
特許文献４には、炭素繊維の不織布または織布に樹脂を含浸して炭素化したものに気相の熱分解炭素を堆積させた音響用炭素振動板が記載されている。この手法においても４０％以上の高い気孔率の多孔体を得ることは困難である。
【０００６】
特許文献５には、発泡状態のグラファイトフィルムの表面をエッチングしてプラスチックを含浸させた音響振動板が記載されている。この発泡グラファイトとは、高分子を高温で炭素化する際に内部で生じるガスがグラファイト特有の層状構造を乱すことによりできた状態を指し、気孔の設計及び制御が困難である。そのために、発泡状態のグラファイトに樹脂を含浸して、部分的に薄くなっているグラファイトの欠陥部を補強することにより、再生周波数の平坦化をするものであり、樹脂によりグラファイトの欠陥を補強することが主旨である。また、エッチングを施して樹脂の含浸を実施しているので、工程も長く、管理も煩雑になりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２４２５号公報（特許第３６３０６６９号）
【特許文献２】特開２００２−１７１５９３号公報
【特許文献３】特開平０１−１８５０９８号公報
【特許文献４】特開昭６２−１６３４９４号公報
【特許文献５】特開平０５−２２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有し、良好な音響特性を呈し、工業的に安価に製造することのできる炭素質音響振動板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、アモルファス炭素を含み、少なくとも一方の表面に凹凸が設けられている炭素質音響振動板が提供される。
この凹凸は周期的であることが望ましく、互いに交差する２方向において周期的であることがさらに望ましい。
【００１０】
前述の炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率が４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層をそれらの間に挟む２つの高密度層とを具備し、前記凹凸は、前記高密度層の少なくとも一方の外側表面に設けられることが好適である。
【００１１】
ここで気孔率とは気孔を含む多孔体全体の体積に対する気孔の体積の百分率であり、骨格となるアモルファス炭素の密度を１．５ｇ／ｃｍ３として、多孔体全体の体積および質量から計算される気孔率と定義する。
【００１２】
上記のような表面の凹凸は、例えば、焼成して炭素化する前の、シート状に成形した樹脂の片面または両面に、例えば、ガラスファイバをシート状に編んだガラスクロスにＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）を含浸させて焼成したもの（以下ＰＴＦＥ含浸クロスと称する）を押し付けることによって形成することができる。同様な表面形状の型を用いても良い。
【発明の効果】
【００１３】
表面に凹凸を設けることにより、剛性を損なわずに軽量化することができて、良好な音響特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例において得られる音響振動板の概念的な断面図である。
【図２】ＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果のグラフである。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてのＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらに両面にフラン樹脂をコーティングした後、ＰＴＦＥ含浸クロス９７０−４ＵＬ（日東電工（株）製）を両面に押し付けて硬化させ、硬化後にＰＴＦＥ含浸クロスをはがして多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中１４００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了した。これにより、図１に概念的に示すように、アモルファス炭素１０中にカーボンナノ繊維の粉末１２が均一に分散し、ＰＭＭＡの粒子が消失した後に残った球状の気孔１４を有する多孔体の低密度層１６と、その両面を覆い、外表面に周期的な凹凸２０を有するアモルファス炭素からなる高密度層１８とを有する音響振動板が得られた。
【００１６】
このようにして得られた音響振動板の低密度層１６の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。表面に周期的な凹凸を形成するために用いたＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果のグラフを図２（ａ）に示す。振動板全体の厚み、曲げ弾性、密度、およびＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従う表面粗さの測定結果を表１に示す。
（実施例２）ＰＴＦＥ含浸クロスとして品番９７０−４ＵＬのものに代えて、平滑タイプの９７００ＵＬを用い、それ以外は実施例１と同様な工程で音響振動板を得た。用いたＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果のグラフを図２（ｂ）に示す。振動板全体の厚み、曲げ弾性、密度、およびＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従う表面粗さの測定結果を表１に示す。
（比較例）ＰＴＦＥ含浸クロスに代えてＰＥＴフィルムを用い、それ以外は実施例１と同じ工程で音響振動板を得た。振動板全体の厚み、曲げ弾性、密度、およびＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従う表面粗さの測定結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
表１の結果から明らかなように、表面に周期的な凹凸を設けることにより、曲げ弾性が向上し、密度が低下する。表面粗さのパラメータに関しては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上、最大高さＲｚが３．１μｍ以上であることが望ましく、Ｒａが１μｍ以上、Ｒｚが５μｍ以上であることがさらに望ましいことがわかる。
【００１９】
図２には表面に周期的な凹凸を形成するために用いたＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果が示されている。ＰＴＦＥ含浸クロスには、たて方向と横方向の２方向に、図２に示すような、３０数μｍ周期、すなわち５０μｍ以下の周期で周期的な凹凸があり、これが多層シートの両面に転写される。
【００２０】
図２からわかるように、ＰＴＦＥ含浸クロスでは、図中上方の凸部を定める線よりも下方の凹部を定める線の方が鋭く曲がっている。すなわち、ＰＴＦＥ含浸クロスの凸部を定める面の曲率は凹部を定める面の曲率よりも小さい。これが転写される多層シートでは逆に、凹部を定める面の曲率の方が凸部を定める面の曲率よりも小さい。このような形状であることにより、構造剛性が維持されると考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素質音響振動板に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種音響機器や映像機器、携帯電話等のモバイル機器等に使用されているスピーカの振動板には、広範囲な周波数帯域、特に高音域において明瞭な音を忠実に再生できる性質が要求される。そのため振動板の材質には、振動板に充分な剛性を付与すべく弾性率が高いことと、振動板を軽量化すべく密度が低いこと、という一見相反する性質が求められる。特に、近年注目されているデジタルスピーカ用の振動板には、振動応答性への要請から、これらの性質が強く求められている。
【０００３】
下記特許文献１および２には、アモルファス炭素中にカーボンナノ繊維（気相生長炭素繊維）と黒鉛を均一に分散させた材料からなる振動板が記載されている。しかしながらこの材料は、密度が１．０ｇ／cm3以上と高いために、所望の音響特性を得るためには、高価なカーボンナノ繊維や黒鉛を多く配合して弾性率を高くする必要があり、肉厚もより薄くする必要がある。そのため、ハンドリング等により破損する問題があり、生産性にも課題を残している。
【０００４】
特許文献３には、焼成（炭素化）してガラス状炭素（アモルファス炭素）とする前の樹脂の粉末を加熱して点融着させて多孔体とし、その後、炭素化して低密度のアモルファス炭素多孔体とすることが記載されている。しかしながらこの手法では４０％以上の高い気孔率の多孔体を得ることは困難であり、振動板全体の密度が１．０ｇ／cm3以下のものは得られていない。
【０００５】
特許文献４には、炭素繊維の不織布または織布に樹脂を含浸して炭素化したものに気相の熱分解炭素を堆積させた音響用炭素振動板が記載されている。この手法においても４０％以上の高い気孔率の多孔体を得ることは困難である。
【０００６】
特許文献５には、発泡状態のグラファイトフィルムの表面をエッチングしてプラスチックを含浸させた音響振動板が記載されている。この発泡グラファイトとは、高分子を高温で炭素化する際に内部で生じるガスがグラファイト特有の層状構造を乱すことによりできた状態を指し、気孔の設計及び制御が困難である。そのために、発泡状態のグラファイトに樹脂を含浸して、部分的に薄くなっているグラファイトの欠陥部を補強することにより、再生周波数の平坦化をするものであり、樹脂によりグラファイトの欠陥を補強することが主旨である。また、エッチングを施して樹脂の含浸を実施しているので、工程も長く、管理も煩雑になりやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２４２５号公報（特許第３６３０６６９号）
【特許文献２】特開２００２−１７１５９３号公報
【特許文献３】特開平０１−１８５０９８号公報
【特許文献４】特開昭６２−１６３４９４号公報
【特許文献５】特開平０５−２２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、低密度で軽量でありながら充分な剛性を有し、良好な音響特性を呈し、工業的に安価に製造することのできる炭素質音響振動板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、アモルファス炭素を含み、少なくとも一方の表面に凹凸が設けられている炭素質音響振動板が提供される。
この凹凸は周期的であることが望ましく、互いに交差する２方向において周期的であることがさらに望ましい。
【００１０】
前述の炭素質音響振動板は、アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率が４０％以上の多孔体からなる低密度層と、アモルファス炭素を含み、前記低密度層をそれらの間に挟む２つの高密度層とを具備し、前記凹凸は、前記高密度層の少なくとも一方の外側表面に設けられることが好適である。
【００１１】
ここで気孔率とは気孔を含む多孔体全体の体積に対する気孔の体積の百分率であり、骨格となるアモルファス炭素の密度を１．５ｇ／ｃｍ３として、多孔体全体の体積および質量から計算される気孔率と定義する。
【００１２】
上記のような表面の凹凸は、例えば、焼成して炭素化する前の、シート状に成形した樹脂の片面または両面に、例えば、ガラスファイバをシート状に編んだガラスクロスにＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）を含浸させて焼成したもの（以下ＰＴＦＥ含浸クロスと称する）を押し付けることによって形成することができる。同様な表面形状の型を用いても良い。
【発明の効果】
【００１３】
表面に凹凸を設けることにより、剛性を損なわずに軽量化することができて、良好な音響特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例において得られる音響振動板の概念的な断面図である。
【図２】ＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果のグラフである。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）アモルファス炭素源としての塩化ビニル樹脂３５質量％と平均粒径０．１μｍで長さ５μｍのカーボンナノ繊維１．４質量％、気孔形成のための穴開け材としてのＰＭＭＡを複合した組成物に対して可塑剤としてジアリルフタレートモノマーを添加して、ヘンシェルミキサーを用いて分散させた後、加圧ニーダーを用いて十分に混練を繰り返して組成物を得、ペレタイザーによってペレット化し成形用組成物を得た。この成型用組成物のペレットを押出成形で厚さ４００μｍのシート状の成型物とし、さらに両面にフラン樹脂をコーティングした後、ＰＴＦＥ含浸クロス９７０−４ＵＬ（日東電工（株）製）を両面に押し付けて硬化させ、硬化後にＰＴＦＥ含浸クロスをはがして多層シートとした。この多層シートを２００℃のエアオーブン中で５時間処理しプリカーサー（炭素前駆体）とした。その後、窒素ガス中で２０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１０００℃で３時間保持した。自然冷却したのちに、真空中１４００℃で３時間保持した後、自然冷却して焼成を完了した。これにより、図１に概念的に示すように、アモルファス炭素１０中にカーボンナノ繊維の粉末１２が均一に分散し、ＰＭＭＡの粒子が消失した後に残った球状の気孔１４を有する多孔体の低密度層１６と、その両面を覆い、外表面に周期的な凹凸２０を有するアモルファス炭素からなる高密度層１８とを有する音響振動板が得られた。
【００１６】
このようにして得られた音響振動板の低密度層１６の気孔率は７０％、数平均気孔径は６０μｍであった。表面に周期的な凹凸を形成するために用いたＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果のグラフを図２（ａ）に示す。振動板全体の厚み、曲げ弾性、密度、およびＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従う表面粗さの測定結果を表１に示す。
（実施例２）ＰＴＦＥ含浸クロスとして品番９７０−４ＵＬのものに代えて、平滑タイプの９７００ＵＬを用い、それ以外は実施例１と同様な工程で音響振動板を得た。用いたＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果のグラフを図２（ｂ）に示す。振動板全体の厚み、曲げ弾性、密度、およびＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従う表面粗さの測定結果を表１に示す。
（比較例）ＰＴＦＥ含浸クロスに代えてＰＥＴフィルムを用い、それ以外は実施例１と同じ工程で音響振動板を得た。振動板全体の厚み、曲げ弾性、密度、およびＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従う表面粗さの測定結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
表１の結果から明らかなように、表面に周期的な凹凸を設けることにより、曲げ弾性が向上し、密度が低下する。表面粗さのパラメータに関しては、算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上、最大高さＲｚが３．１μｍ以上であることが望ましく、Ｒａが１μｍ以上、Ｒｚが５μｍ以上であることがさらに望ましいことがわかる。
【００１９】
図２には表面に周期的な凹凸を形成するために用いたＰＴＦＥ含浸クロスの表面粗さの測定結果が示されている。ＰＴＦＥ含浸クロスには、たて方向と横方向の２方向に、図２に示すような、３０数μｍ周期、すなわち５０μｍ以下の周期で周期的な凹凸があり、これが多層シートの両面に転写される。
【００２０】
図２からわかるように、ＰＴＦＥ含浸クロスでは、図中上方の凸部を定める線よりも下方の凹部を定める線の方が鋭く曲がっている。すなわち、ＰＴＦＥ含浸クロスの凸部を定める面の曲率は凹部を定める面の曲率よりも小さい。これが転写される多層シートでは逆に、凹部を定める面の曲率の方が凸部を定める面の曲率よりも小さい。このような形状であることにより、構造剛性が維持されると考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス炭素を含み、少なくとも一方の表面に凹凸が設けられている炭素質音響振動板。
【請求項２】
前記凹凸は周期的である請求項１記載の炭素質音響振動板。
【請求項３】
前記凹凸は互いに交差する２方向において周期的である請求項２記載の炭素質音響振動板。
【請求項４】
前記凹凸が設けられた表面の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従って測定された算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上、最大高さＲｚが３．１μｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項５】
前記算術平均粗さＲａが１μｍ以上、最大高さＲｚが５μｍ以上である請求項４記載の炭素質音響振動板。
【請求項６】
前記凹凸における凹部を定める面の曲率は凸部を定める面の曲率よりも小さい請求項１〜５のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項７】
アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率が４０％以上の多孔体からなる低密度層と、
アモルファス炭素を含み、前記低密度層をそれらの間に挟む２つの高密度層とを具備し、
前記凹凸は、前記高密度層の少なくとも一方の外側表面に設けられる請求項１〜６のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項８】
前記凹凸の周期は５０μｍ以下である請求項１〜７のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項１】
アモルファス炭素を含み、少なくとも一方の表面に凹凸が設けられている炭素質音響振動板。
【請求項２】
前記凹凸は周期的である請求項１記載の炭素質音響振動板。
【請求項３】
前記凹凸は互いに交差する２方向において周期的である請求項２記載の炭素質音響振動板。
【請求項４】
前記凹凸が設けられた表面の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に従って測定された算術平均粗さＲａが０．５μｍ以上、最大高さＲｚが３．１μｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項５】
前記算術平均粗さＲａが１μｍ以上、最大高さＲｚが５μｍ以上である請求項４記載の炭素質音響振動板。
【請求項６】
前記凹凸における凹部を定める面の曲率は凸部を定める面の曲率よりも小さい請求項１〜５のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項７】
アモルファス炭素と該アモルファス炭素中に均一に分散した炭素粉末とを含み、気孔率が４０％以上の多孔体からなる低密度層と、
アモルファス炭素を含み、前記低密度層をそれらの間に挟む２つの高密度層とを具備し、
前記凹凸は、前記高密度層の少なくとも一方の外側表面に設けられる請求項１〜６のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【請求項８】
前記凹凸の周期は５０μｍ以下である請求項１〜７のいずれか１項記載の炭素質音響振動板。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−７７９９８（Ｐ２０１１−７７９９８Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２９５９２（Ｐ２００９−２２９５９２）
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（０００００５９５７）三菱鉛筆株式会社 (692)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（０００００５９５７）三菱鉛筆株式会社 (692)
【Ｆターム（参考）】
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