CN114080823A - 用于硅树脂声学振动膜的表面处理 - Google Patents
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Abstract
一种处理用于电声驱动器的硅树脂部件的方法，该方法包括：形成具有聚合物主链的弹性体材料的主体，其中该聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子，该主体具有前表面和背表面，其中该前表面和该背表面具有第一表面粘性水平；以及在该前表面或该背表面的至少一部分上或之内形成最外层，该最外层具有小于该第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。该最外层包括：施加在该前表面或背表面上的持久硅树脂涂层；或使用紫外线/臭氧处理生成的在该前表面或该背表面内的改变的表面化学性质。
Description
背景技术
本公开涉及用于硅树脂声学振动膜的表面处理，以降低表面粘性和减少碎屑聚积。
由诸如橡胶的软材料制成的部件可具有发粘表面，该发粘表面可破坏制造过程和/或影响这些部件的功能性。例如，电声驱动器(例如，可在微型耳塞中使用的微型扬声器)具有由非常软的液态硅树脂橡胶(LSR)制成的顺应性振动膜，以实现期望的声学性能。在装配期间，由液态硅树脂橡胶制成的振动膜的发粘表面可从空气中收集粉尘或污垢，并且收集的粉尘或污垢可改变部件的声学特性和/或影响部件的美观性。另外，振动膜的发粘表面在下面装配期间和操作中可粘附到零件和固定装置(即，线轴)上并且撕裂(如果未被小心释放)。
用于降低表面粘性的常规方法涉及施加一种或多种抗粘附粉末。然而，此类粉末可引起产生粉尘，这是有问题的。
因此，本领域需要对声学性能具有最小的影响并且不造成任何脏乱的用于处理硅树脂部件的表面以降低表面粘性的廉价、高效和有效的方法。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
在一个方面，提供了一种处理用于电声驱动器的硅树脂部件的方法。该方法包括：形成具有聚合物主链的弹性体材料的主体，其中聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子，主体具有前表面和背表面，其中前表面和背表面具有第一表面粘性水平。该方法还包括：在前表面或背表面的至少一部分上或之内形成最外层，最外层具有小于第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。
各个具体实施可包括以下中的一者或多者。形成最外层的步骤可包括：氧化前表面或背表面的至少一部分，以在弹性体材料的聚合物主链上结合至少一个官能团。该至少一个官能团可由聚合物主链上的羟基二醇、羧酸、酮和/或醛组成。在另一具体实施中，形成最外层的步骤包括：在前表面或背表面的至少一部分上或之内生成SiO2。
形成最外层的步骤可包括：使用紫外线/臭氧处理生成表面氧化。紫外线/臭氧处理可包括：紫外光源以两种不同的波长发射能量。
在一些具体实施中，形成最外层的步骤包括：改变前表面或背表面内的最外层的表面化学性质。在其它具体实施中，形成最外层的步骤包括：在主体的顶部上形成硅树脂的持久涂层。
在另一方面，提供了一种用于电声驱动器的振动膜，其中包括具有聚合物主链的弹性体材料的主体。聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子。主体具有前表面和背表面，其中前表面和背表面具有第一表面粘性水平。在前表面或背表面的至少一部分上或之内的最外层具有小于第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。
各个具体实施可包括以下中的一者或多者。最外层可包括在主体的顶部上由硅树脂制成的持久涂层。持久涂层可均匀地分布在前表面和背表面上。最外层可包括在前表面或背表面内的最顶层。最外层可包括经由表面氧化结合在聚合物主链上的至少一个官能团。可使用紫外线/臭氧处理生成表面氧化。该至少一个官能团可由聚合物主链上的羟基二醇、羧酸、酮和/或醛组成。最外层可包括在前表面或背表面的至少一部分上或之内的SiO2。
在进一步的方面，提供了一种电声驱动器。该电声驱动器包括：外壳，该外壳在两端具有开口；线轴，该线轴布置于外壳内，该线轴在两端具有开口；以及振动膜，该振动膜固定到线轴和外壳，该振动膜由具有聚合物主链的弹性体材料形成。聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子，并且振动膜包括前表面和背表面，该前表面和该背表面具有第一表面粘性水平。在前表面或背表面的至少一部分上或之内的最外层具有小于第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。
各个具体实施可包括以下中的一者或多者。最外层可包括在前表面或背表面的顶部上由硅树脂制成的持久涂层。最外层可包括在前表面或背表面内的最顶层。最外层可包括：经由表面氧化结合在聚合物主链上的至少一个官能团；或SiO2。
其他特征和优点在具体实施方式和权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
图1A是电声驱动器的示例性透视图。
图1B是电声驱动器的示例性剖面图。
图1C是图1B的电声驱动器的示例性局部分解剖面图。
图2是图1A至图1C的振动膜的示例性透视图。
图3是处理电声驱动器的硅树脂部件以降低表面粘性的示例性方法的流程图。
图4是包括持久涂层的电声驱动器的振动膜的示意图。
图5是包括表面氧化的电声驱动器的振动膜的示意图。
具体实施方式
虽然硅树脂部件常常用于可穿戴设备，但是因为它们具有生物相容性、柔软且具有弹性，此类部件趋于具有高摩擦系数，这使得它们会收集粉尘或污垢或者自身粘附或粘附到其它部件。橡胶振动膜也可粘附到驱动器内的其它部件(例如，线轴)且易于撕裂。在历史上已有使用隔离剂，诸如滑石、云母、粘土和碳酸钙，以防止橡胶粘附在一起。在历史上也已将金属硬脂酸盐用作抗粘材料。遗憾的是，这些抗粘材料会引起产生粉尘、扬尘(snowing)和发泡，这是非常危险的且十分脏乱。本文所述的表面处理可降低由硅树脂制成的材料的表面粘性，同时避免与常规抗粘材料相关联的危险和脏乱。本文所述的表面处理还可降低表面粘性，而不会显著影响材料的声学特性。
本文公开或以其它方式设想的实施方案和具体实施可与任何现代入耳式耳机或耳塞一起使用，包括例如具有由硅树脂制成的弹性体部件的微型扬声器。然而，本公开不限于这些枚举的设备，并且因此本文所公开的公开内容和实施方案可涵盖任何包括一个或多个硅树脂部件的设备。
参考图1A、图1B和图1C，示出了可用于微型耳塞中的示例性电声驱动器10(例如，微型扬声器)。电声驱动器10包括外壳12，该外壳可以是柱形的并且在两端包括开口。线轴14可以被包括在外壳12的内部，并且线轴14可以是柱形的形状且在两端包括开口。外壳12可由不锈钢制成，并且线轴14可由聚酰亚胺(例如，
)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)(例如，
)制成。外壳12和线轴14可在其开口端之一处固定到由顺应性材料(诸如弹性体)形成的振动膜或膜16。电声驱动器10还可包括缠绕在线轴14的外侧表面上的线圈组件18。线圈组件18可包括电导体的绕组。电声驱动器10还可包括磁体组件20，该磁体组件固定到位于外壳12的与振动膜16相反的端部处的平台。磁体组件20可包括：磁体件20A和20B，其可以是例如钕磁体；以及居间线圈20C。磁体组件20沿外壳轴线24(即，柱体轴线)延伸并且进入到线轴14内部的开口区域中。线轴14的轴线可与外壳轴线24基本上同轴。外壳12的外径可约小于8mm，并且在一些实施方案中，约介于3.0mm和4.5mm之间。振动膜的直径φD可约小于4.7mm。磁体件20A、20B和20C可具有约介于1.5mm和4.5mm之间的直径φM。辐射面积约等于振动膜16的内部区域的面积。
用于形成振动膜16的顺应性材料通常发粘并且具有高摩擦系数，这可使振动膜16在装配期间从空气中收集粉尘或污垢。当使用时，此类碎屑可改变振动膜的声学特性。振动膜16的粘着性还可使该振动膜粘附到线轴14上并且撕裂(如果未被小心释放)。参考图2，振动膜16可由液态硅树脂橡胶形成，该液态硅树脂橡胶可固化以提供期望的厚度t，该期望的厚度可以为约几十微米到大于100μm。振动膜16包括前表面32、背表面34和虚线圆线36内的内部区域，该虚线圆线的半径Ri约等于线轴14的外径。外半径Ro约等于外壳12的外径。
当被装配时以及在使用中，响应于传导通过线圈组件18的绕组的电流，线轴14基本上沿其轴线和外壳轴线24运动。这个运动导致振动膜16的内区域轴向地运动，并且移位空气从而产生声学信号。振动膜16在静止时(也就是说，当没有电信号被施加到线圈组件18的绕组来产生声音时)具有基本上平面的形状。当微型扬声器10被电信号驱动而导致线轴14沿外壳轴线24运动时，振动膜16的柔顺性质导致其变形。
尽管振动膜16可由任何合适的顺应性材料制成，但是一种合适的材料是液态硅树脂橡胶(例如，
LR 3070/OO-20A/B材料，购自德国慕尼黑的Wacker ChemieAG)。通常，任何合适的聚合物有机硅化合物或硅树脂(也称为聚(二甲基)硅氧烷(PDMS))是合适的。ELASTOSIL液态硅树脂橡胶具有例如约20肖氏OO计示硬度的硬度，并且表现出电声驱动器10的期望的声学性能。
一种用于制造振动膜16的技术包括：将外壳12的开口端和线轴14的开口端放置到液态硅树脂的单个薄层中。然后使液态硅树脂固化以形成振动膜16。可使振动膜16的中心区域硬化，而围绕中心区域的环形区域保持为具有顺应性。本文所述的方法关注于在材料的外部亚微米水平上发生的表面化学性质的改变，以降低摩擦系数而不影响体特性。本文所述的方法还关注于将非常薄的涂层施加到材料的表面以降低摩擦系数而不会显著影响材料的声学性能。
图3是处理用于电声驱动器的硅树脂部件的示例性方法100的流程图表示。根据该方法，在步骤S100处，形成振动膜16，其中该振动膜由具有聚合物主链的弹性体材料制成。可通过产生至少部分地固化的一个或多个弹性体层22(如图4和图5所示)来形成振动膜。术语“部分地固化”是指在弹性体层的顶部上形成面涂层达到如下程度：该层中的弹性体材料将不流动或与沉积在部分地固化的层上的新的一层液态弹性体材料混合。弹性体材料可以是液态硅树脂橡胶(例如，
LR 3070/OO-20)，其包括聚合物主链，该聚合物主链包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子。振动膜16的形成还可包括：使用铂催化剂在150℃环境中固化液态硅树脂橡胶约45分钟。任选地，可重复产生一个或多个弹性体层的步骤，以通过如下方式形成多层膜：沉积一个或多个附加层的液态弹性体材料，然后在施加附加层之前部分地或完全地固化这些层中的每一层。
振动膜16包括具有第一摩擦系数的前表面32和背表面34。如本文所述，基于电声驱动器的期望的声学特性选择用于形成振动膜16的材料。然而，此类材料趋于具有高摩擦系数。因此，前表面32和背表面34具有第一高摩擦系数。
为了降低前表面32和/或背表面34的摩擦系数，该方法通过在前表面32和/或背表面34的至少一部分上或之内形成最外层36而在步骤S110处继续。如图4所示，最外层36可形成为前表面32和/或背表面34的顶部上的持久涂层。通过使用适当的硅树脂，该涂层可持久地粘结到基材。例如，由于其化学方面的相容性，硅树脂涂层可与硅树脂基材粘结。可在标准喷涂或浸渍过程期间借助于稀的溶剂来施加涂层。示例性的合适涂层包括但不限于：购自俄亥俄州阿克伦的Shin-Etsu Silicones of America,Inc.的产品名称X-93-1710-1，以及购自纽约州沃特福德的Momentive Performance Materials Inc.的产品名称HCD-25371。
根据应用，最外层36可在具有或不具有前表面32的情况下形成在背表面34上。类似地，根据应用，最外层36可在具有或不具有背表面34的情况下形成在前表面32上。尽管图4示出了在前表面32的顶部上均匀形成的最外层36，但是最外层36可形成在前表面32和/或背表面34的任何部分上，并且不一定包括整个任一表面。
如图5所示，最外层36也可形成在前表面32和背表面34的最外面纳米层(<20nm)内。换句话讲，如图4所示，最外层36可在前表面32和背表面34内是一体的，而不是搁置在这些表面的顶部上。例如，可使用紫外线/臭氧(UV/O)处理生成最外层36，该处理在前表面32和背表面34内生成表面氧化。用UV/O处理产生的表面氧化也可伴有在前表面32和/或背表面34的表面上或之内SiO2的生成。UV/O处理可在包括氧气的任何合适的气体室中进行。一般来讲，此类室包括发射多个波长的UV灯工位。此类室可填充有大气空气或氧气。例如，可用波长为184.9nm的紫外线照射此类室中的大气氧以形成臭氧(O3)。臭氧通过波长为253.7nm的紫外线的照射而分解。在这些过程中产生原子氧。虽然本文所公开或以其他方式设想的实施方案和具体实施包括UV灯，但也可使用任何合适的光源作为代替，诸如汞灯、电弧、日光、调谐至合适波长的激光、闪光管等。
为了实现降低的粘着性，可将电声驱动器或振动膜16在环境温度下暴露于UV/O处理至少4分钟，并且优选地至少5分钟至10分钟。延长的处理时间和升高的温度示出表面化学性质变化增加。在50摄氏度时观察到使用UV/O处理的有效的表面氧化，并且在100摄氏度和150摄氏度时观察到更进一步的表面氧化。使用不同的氧气流速对表面化学性质的影响最小。
有利地，UV/O处理改变前表面32和/或背表面34的最顶部纳米层(<20nm)的表面化学性质，而不改变振动膜16的总体声学特性。
其他具体实施都在以下权利要求书和申请人可能享有的其他权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种处理用于电声驱动器的硅树脂部件的方法，所述方法包括：
形成主体，所述主体包括具有聚合物主链的弹性体材料，其中所述聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子，所述主体具有前表面和背表面，其中所述前表面和所述背表面具有第一表面粘性水平；以及
在所述前表面或所述背表面的至少一部分上或之内形成最外层，所述最外层具有小于所述第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述最外层的步骤包括：氧化所述前表面或所述背表面的至少一部分，以在所述弹性体材料的所述聚合物主链上结合至少一个官能团。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个官能团由所述聚合物主链上的羟基二醇、羧酸、酮和/或醛组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述最外层的步骤包括：在所述前表面或所述背表面的至少一部分上或之内生成SiO2。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述最外层的步骤包括：使用紫外线/臭氧处理生成表面氧化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述紫外线/臭氧处理包括：紫外光源以两种不同的波长发射能量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述最外层的步骤包括：在所述主体的顶部上形成包括硅树脂的持久涂层。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成所述最外层的步骤包括：改变所述前表面或所述背表面内的所述最外层的表面化学性质。
9.一种用于电声驱动器的振动膜，所述振动膜包括：
主体，所述主体包括具有聚合物主链的弹性体材料，其中所述聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子，所述主体具有前表面和背表面，其中所述前表面和所述背表面具有第一表面粘性水平；以及
在所述前表面或所述背表面的至少一部分上或之内的最外层，所述最外层具有小于所述第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。
10.根据权利要求9所述的振动膜，其中所述最外层包括在所述主体的顶部上由硅树脂制成的持久涂层。
11.根据权利要求10所述的振动膜，其中所述持久涂层均匀地分布在所述前表面和所述背表面上。
12.根据权利要求9所述的振动膜，其中所述最外层包括在所述前表面或所述背表面内的最顶层。
13.根据权利要求9所述的振动膜，其中所述最外层包括经由表面氧化结合在所述聚合物主链上的至少一个官能团。
14.根据权利要求13所述的振动膜，其中所述至少一个官能团由所述聚合物主链上的羟基二醇、羧酸、酮和/或醛组成。
15.根据权利要求13所述的振动膜，其中所述最外层包括在所述前表面或所述背表面的至少一部分上或之内的SiO2。
16.根据权利要求13所述的振动膜，其中所述表面氧化是使用紫外线/臭氧处理生成的。
17.一种电声驱动器，所述电声驱动器包括：
外壳，所述外壳在两端具有开口；
线轴，所述线轴布置于所述外壳内，所述线轴在两端具有开口；
振动膜，所述振动膜固定到所述线轴和所述外壳，所述振动膜由具有聚合物主链的弹性体材料形成，其中所述聚合物主链的一部分包括交替的硅原子和氧原子而不含碳原子，并且其中所述振动膜包括前表面和背表面，所述前表面和所述背表面具有第一表面粘性水平；以及
在所述前表面或所述背表面的至少一部分上或之内的最外层，所述最外层具有小于所述第一表面粘性水平的第二表面粘性水平。
18.根据权利要求17所述的电声驱动器，其中所述最外层包括在所述前表面或所述背表面的顶部上由硅树脂制成的持久涂层。
19.根据权利要求17所述的电声驱动器，其中所述最外层包括在所述前表面或所述背表面内的最顶层。
20.根据权利要求19所述的电声驱动器，其中所述最外层包括：经由表面氧化结合在所述聚合物主链上的至少一个官能团；或SiO2。
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