JPH0484599A - 音響振動板の製造方法 - 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 この発明は、スピーカー、マイクロフォン等に用いられ
る音響振動板の製造方法に関する。

従来の技術 近年、音９機器のディジタル化が進行し、スビカー等の
振動板に対する要求性能はまずまず厳しくなっている。

たとえば、外力による変形が少なく音の歪みが小さいこ
と、再生音域が広く明瞭な音質が出せることが求められ
ており、そのためには軽く、しかも弾性率、剛性に優れ
ていることが要求されている。この事を具体的な物性値
の条件としてまとめると、 ■ヤング率（Ｅ）が大きいこと、 ■密度（ρ）が小さいこと、 ■音速（音波の伝搬速度■）が大きいこと、■振動の内
部損失（ｔａｎδ）が適当であること、０強度が大きい
こと、 などである。ただし、Ｖ、Ｅ、　　ρの間には、Ｖ−（
Ｅ／ρ）＋７ の関係がある。もちろん、ごれらの条件以外に、成型が
可能であること、製造が容易であること、熱や湿度など
の外部条件に対して安定であることが要求される。

振動板材料としては、従来、紙、プラスチック、アルミ
ニウム、チタン、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きた。これらは、単独であるいは
ガラス繊維や炭素繊維などとの複合体として使用された
り、金属合金などと言った形で使用されたりしてきた。

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十分ではなく、特に高周
波数帯域での周波数特性が著しく劣るものであって、ツ
イータ等の振動板としては明瞭な音質を得ることが困難
であった。また、アルミニウム、マグネシウム、チタン
などは、音速はかなり優れているものの、振動の内部損
失が小さいため、高周波共振現象を生じ、これもまた高
周波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
優れた物性値を有しているために、振動板として良質の
音質を発現する事が出来る。しかしながら、ボロンやブ
リリウムは、極めて高価で、しかも著しく加工性が劣っ
ていると言う欠点を有している。

以上のような従来の振動板材料の持つ欠点を克服し優れ
た高周波特性を有しかつ良質の音色の再現を目指して、
炭素材料を用いた振動板の開発が行われている。これは
、炭素（グラフアイｌ−）の持つ優れた物性値を活かし
て、ごれを振動板として使用するものである。この様な
振動板材料を得る方法には、つぎのようなものがある。

（１）黒鉛粉末と高分子樹脂を複合一体化する方法。

（２）黒鉛粉末と高分子樹脂を複合一体化したのち焼結
して黒鉛／炭素複合型とする方法。

（３）高分子フィルムを熱処理により炭素化する方法。

これらのうち、（１）の方法により得られる代表的なも
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。

これは優れた性質を有する振動板として知られている。

（２）の方法としては、原油分解ピッチの液晶成分に黒
鉛粉末を混合させて熱処理炭化する方法や、黒鉛粉末に
これを結合するバインダーを加えて熱処理炭化する方法
がある。後者の場合、バインダーを炭化する際には、熱
硬化性樹脂のモノマーまたは初期重合物を、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可塑
性樹脂と併せ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
処理時における収縮、変形を防止することを目的として
開発されたもので、優れた特性の振動板を得るこ七が出
来る。

（３）の方法の場合、いくつかの高分子フィルムが検討
されたが、大抵の高分子フィルムは高温で熱処理しても
中々グラフアイＩ・化しない、いわゆる難黒鉛化材料に
属するため、優れた音響振動板を得ることは難しいとい
う状況であった。

発明が解決しようとする課題 しかし、（１）の方法による音響振動板は、湿度、温度
特性に劣り、３０℃以」−では振動特性が著しく劣化し
てしまう。

（２）の方法は、いずれも複雑な製造工程を必要とし、
工業的Ｇこは量産を行う場合に著しく不利なものであっ
た。即ち、例えば、製造工程面では、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複雑な工程が必
要である点で問題があり、量産面では、黒鉛粉末とバイ
ンダー樹脂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り襞間された黒鉛結
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］・の面方向に配向させると言う高度な技
術が必要である点で問題があった。し２かも、これらの
方法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言うものの、その特性は現在最
高特性であると言われるベリリウムより僅かに劣り、黒
鉛単結晶の理論弾性率１０２０ＧＰａには描かに及ばな
いものであった。

（３）の方法は、縮合系高分子の一部は高温の熱処理に
よりグラファイト化する、いわゆる易グラファイト化材
料であるという最近の知見に基づくものである。ただ、
この方法で得られる振動板は平面状のものに限られてい
た。これは、原料となる高分子フィルムは成型が極めて
困難であるからである。平面状の音響振動板は、例えば
、ドーム状振動板に比べて音圧が劣るために大きな部屋
で使う場合、特に高音が十分に聞こえないというような
不都合があった。

このような事情に鑑み、この発明は、優れた音響特性を
有するドーム状ないしコーン状グラファイト製の音響振
動板を容易に得ることのできる方法を提供することを目
的とする。

課題を解決するだめの手段 前記目的を達成するため、請求項１〜３記載の発明にか
かる音響振動板の製造方法では、ポリアミド酸を熱縮重
合によりポリイミドに転化する際にドーム状ないしコー
ン状に加圧成型された高分子フィルムに、不活性雰囲気
中、２０００℃以上の温度域に達する熱処理を施しグラ
ファイト化するようムこしている。

成型工程で付けられる形状がドーム状の場合、真球曲面
に限らず偏平楕円曲面でもよい。

そして、この発明でのイミド化は、例えば、請求項２の
ように、ポリアミド酸を含む溶液をキャスティングし溶
剤の一部を蒸発除去することにより得られるフィルムを
７０〜４００℃で加熱することで行う。

この発明の場合、請求項３のように、２０００℃以−に
の温度域においてフィル１、を加圧するようにするごと
が好ましい。

なお、得られる音響振動板は１００％グラファイトであ
る必要はなく若干非グラフアイ］・カーボンが残留して
いてもよい。

この発明で使われるドーム状ないしコーン状に加圧成型
された高分子フィルムは、ポリイミド、特に好ましくは
芳香族ポリイミドである。芳香族ポリイミドには、例え
ば、下記の化合物が挙げられる。

一芳香族ポリイミド １１］１ ここでＲ，は、下記であられす置換基 Ｒ２は下記であられず置換基 上記芳香族ポリイミドは、例えば、以下のようにして得
られる。

まず、下記（８１式であられずピロメリット酸無水物と
下記（ｂＪ式であられずジアミノフェニルエーテルが使
われる。

（ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ） ］１１１ 両者を反応させ、下記（Ｃ）弐であられず可溶性ポリア
ミド酸を合成する。

つぎに、ポリアミド酸溶液を用いて、キャスＩ・法等に
よりポリアミド酸フィルムを作製する。例えば、ポリア
ミド酸溶液を基板上にキャスティングしてから乾燥（加
熱）して溶媒を一部除去しポリアミド酸フィルムを得る
。この場合、溶媒には、Ｎ−メチルピロリドンとジメチ
ルアセトアミドと芳香族炭化水素の混合液等が挙げられ
る。ついで、ポリアミド酸の種類により異なるが、通常
は７０〜４００℃（好ましくは１２０〜３００℃）の範
囲の温度下で加熱脱水しイミド化させ、下記（ｄ）式で
あられすポリイミドフィルムにする。

（ｄ） そして、この発明では、既にイミド化が完了したフィル
ムを成型するのではなく、例えば、請求項２のように、
ポリアミド酸を含む溶液をキャスティングし溶剤の一部
を蒸発除去するごとにより得られるフィルムを７０〜４
００℃の温度で加圧成型するようにする。

普通、成型は、ステンレス製等の金型を用いてイミド化
が多少進んだ段階（イミド化の途中）で行い、成型後も
さらに加熱処理してイミド化を完了させる。

成型済ポリイミドフィルムは、そのままで熱処理しグラ
ファイト化すると寸法収縮乙こより表面に皺が入ったり
形が崩れたりし易いので、グラファイト製の形状保持用
金型を用いてグラファイト他用熱処理の段階で加圧する
ことが好ましい。

不活性（ガス）雰囲気中で行う熱処理は、グラファイト
化が十分に進む２０００’Ｃ（より好ましくは２５００
℃）以」二に達するように行い、２０００℃以上に達し
てから、普通、０．１〜２００ｋｇ／ｃＪ程度の圧力を
かけるようにする。２００ｋｇ／ｃａを越ず圧力は一般
に必要ない。この加圧は、得られる音響振動板に皺が入
ったり等の不都合を防く作用だけでなくグラファイトの
結晶に欠陥が生しるのを防止する作用もある。

作用 この発明の音響振動板の製造方法では、ドーム状ないし
コーン状とする加圧成型をイミド化が完了してしまうイ
ミド化進行段階の延伸可能な状態で行うために、［゛−
ム状、コーン状といった適切な形状のものを容易に得る
ごとができる。また、高分子フィルムが芳香族ポリイミ
ドというグラファイト化の容易な材料であるため、優れ
たグラファイト製振動板が得られる。

実施例 以下、この発明の詳細な説明する。もちろん、この発明
は、下記の実施例Ｇこ限らない。

実施例１〜３ ポリアミド酸溶液（東し株式会社製　商品名トレニース
）を使い、ドクターブレード法により、ガラス基板」二
に厚み２５０μｍでキャスティングし、１２０℃まで加
熱して溶媒（Ｎ−メチルピロリドンとジメチルアセトア
ミドと芳香族炭化水素の混合液）を一部蒸発させポリア
ミド酸フィルムを得た。

得たフィルムをガラス基板から剥がし、延伸装置（柴山
科学機械製作所　高分子延伸装置）にセットし、２２０
℃の温度で１０分保持しイミド化を進める間に、直径３
０ｍｍでＲ１５ｍｍのドーム状ステンレス成型金型（実
施例１）、直径３０ｍｍ　’Ｔ：　Ｒ２５ｒｎｍのドー
ム状ステンレス成型金型（実施例２）、直径３０肛でＲ
４０ｍｍのドーム状ステンレス成型金型（実施例３）を
用いて、それぞれ加圧成型した後、温度を３５０℃に」
二げ、１０分間の熱処理を行ってイミド化を完了させ、
ドーム状の芳香族ポリイミドフィルムを得た。

ついで、得られたドーム状のポリイミドフィルムを、ホ
ットプレス炉（中外炉工業製Ｇ１５Ｘ１５ＨＴＢ−Ｇｌ
ｌ　・ＩＩＩ’１５）を用い、アルゴン雰囲気中、２０
℃／分の昇温速度で２８００℃まで昇温し、その温度で
、直径３０ｍｍでＲ１，５ｍｍのドーム状カーボン製形
状保持用金型（実施例１）、直径３０ｍｍでＲ２５＋ｍ
ｎのドーム状カーボン製形状保持用金型（実施例２）、
直径３０ｍｍでＲ４０ｍｍのドーム状カーボン製形状保
持用金型（実施例３）を用いて５０ｋｇ／ｃ＋Ｉｌの圧
力をかけ２時間保持し、ドーム状音響振動板を得た。

一実施例４ ポリアミド酸溶液（東し株式会社製　商品名トレニース
）を使い、ドクターブレード法により、ガラス基板上に
厚み２５０　ＩＩ　Ｉｌｌでキャスティングし、１２０
℃まで加熱して溶媒（Ｎ−メチルピロリドンとジメチル
アセトアミドと芳香族炭化水素の混合液）を一部蒸発さ
せポリアミド酸フィルムを得た。

得たフィルムをガラス基板から剥がし、延伸装置（柴山
科学機械製作所　高分子延伸装置）にセソ（〜し、　１
２０℃の温度に達した時点で２軸方向に１０％延伸をか
け１．に下方向から直径３０ｍｍでＲ１００ｍｍのドー
ム状ステンレス成型金型を用いて加圧成型し、その後、
温度を３５０℃に上げてＩ（１分間の熱処理を行いイミ
ド化を完了させ、ドーム状の芳香族ポリイミドフィルム
を得た。

ついで、得られたドーム状のポリイミドフィルムを、ホ
ットプレス炉（中外炉］二業製Ｇ　］、５　Ｘ　］、５
　ＩＩ　Ｔｎ−ｃｐ　−ｎｐｌ、５）を用い、アルゴン
雰囲気中、２０℃／分の昇温速度で２８０（１’（まで
昇温し、その温度で、直径３０＋ｎｍでＦ’？　１００
ｍｍのドーム状カーボン製形状保持用金型を用いて５０
ｋｇ／ｃ％の圧力をかけ２時間保持し、ドーム状音響振
動板を得た。

実施例１〜４の音響振動板について、東洋精器製ダイナ
ミックモジュラスターを用いて物性値（音速、内部損失
）を測定した。さらに、ボイスコイルを取り付け、（再
生）限界周波数を測定した。測定結果を第１表に示す。

なお、実施例１〜３の音響振動板の一部を切り出し、走
査型電子顕微鏡（日本電子製　Ｔ−３００型）で断面を
観察したとごろ、グラファイト特有の層状構造が見られ
た。

（以下余白） 第　　１　　表 第１表にみるように、実施例の音響振動板は優れた音響
特性を有し”ζいる。

発明の効果 以上に述べたように、この発明にかかる音響振動板の製
造方法では、イミド化終了前の延伸可能な状態で加圧成
型を行うために適切な形状となり、しかも、高分子フィ
ルＪ、がグラファイト化の容易なポリイミドであるため
に音響特性の良いグラファイト製振動板が得られる。

代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名Ｇ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリアミド酸を熱縮重合によりポリイミドに転化
   する際にドーム状ないしコーン状に加圧成型された高分
   子フィルムに、不活性雰囲気中、２０００℃以上の温度
   域に達する熱処理を施しグラファイト化するようにする
   音響振動板の製造方法。
2. （２）ポリアミド酸を含む溶液をキャスティングし溶剤
   の一部を蒸発除去することにより得られるフィルムを７
   ０〜４００℃の温度で加圧成型する請求項１記載の音響
   振動板の製造方法。
3. （３）２０００℃以上の温度域においてフィルムを加圧
   するようにする請求項１または２記載の音響振動板の製
   造方法。