JPS6165596A - ガラス状硬質炭素質音響機器用振動板の製造方法 - 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】 皇呈上座五里分国 本発明はガラス状硬質炭素質音響機器用振動板の製造方
法に関する。詳しくは、スピーカー用及びマイクロフォ
ン用の振動板として、従来の振動板素材に比較して高硬
度、高強度、高弾性を有しかつ軽量であるため外力によ
る変形が少な（、音の歪が小さく、かつ再生音域が広く
、明瞭な音質を出すことが可能なディジタルオージオ時
代に好適なガラス状硬質炭素質音響機器用振動板の製造
方法に関するものである。

従来■艮街 一般に、スピーカー等の振動板としては次の条件を満た
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）音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
変質が無いこと。

（６）　　製造方法が簡単で安価であること。

すなわち、広範な周波数帯域を忠実に再生でき、音の能
率が良（、明瞭な音質を発現させるためには、高剛性か
つ軽量で、外部応力によるクリープ等の歪がなく、更に Ｖ＝　　Ｅ／ρ ■：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
率の高い素材が要求される。

従来の振動板材料としては、祇（パルプ）、プラスチッ
ク、アルミニウム、チタニウム、ベリリウム、ボロン等
の素材を基材として、さらにこれらにガラス繊維や炭素
繊維を複合させたものや、金属合金、金属炭化物、金属
硼化物等に加工され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材料はヤ
ング率と密度の比が小さく、また剛性が低いため特定の
モードで分割振動を起こして、特に音周波数帯域での周
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。また、近年宇宙航空分野
やスポーツ、レジャー分野で注目されている炭素繊維強
化プラスチック（ＣＦＲＲ）は高強度、高弾性であり、
繊維配向方向における音の伝播速度が大きいなど優れた
特性を有する複合材料であるが、炭素繊維の持つ高い異
方性により繊維配向方向と他方向における物理特性が著
しく異なるという欠点を有している。すなわち、炭素繊
維の配向方向（これをＸ軸方向とする）における音の伝
播速度は、炭素繊維に依存しているため音速は速く、こ
れに対し直角の方向（これをｙ軸方向とする）及びｘｙ
平面に対し垂直の方向（これを２軸方向とする）におけ
る音の伝播速度は、バインダーであるプラスチックに依
存しているため音速は遅く、ｙ軸及びｚ軸方向における
音速はＸ軸方向における音速に比較して約１７２〜１７
３程度の値である。

一方、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム等の金
属板を用いた場合は、音速が速く優れた性質を有するが
、振動板の内部損失が小さく高周波数領域において鋭い
共振現象を生したり、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る。

また、ポロン、ベリリウム及びそれらの窒化物、炭化物
、硼化物等は優れた物理特性を有する材料であり、これ
らを振動板に用いた高音域再生用のトウイークーは、再
生限界が可聴周波数帯域以上まで伸びているので、高周
波歪が可聴帯域を越えており、したがって可聴帯域にお
ける信号を忠実に再生でき自然な音質を発現させること
ができる。

しかし、これらの素材は極めて高価であり、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
ス成型による従来の振動板製造方法では実用性に乏しく
　、Ｃ，Ｖ、Ｄ、及びＰ、Ｖ、Ｄ、等の高等な技術を要
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、また低音域再生用の大型スピーカーの製
造が困難である等の欠点を有している。

本発明の目的は、従来の振動板材料の上記の欠点に鑑み
、炭素の持つ優れた物理特性を生がし、温度湿度等の外
的環境に左右されず、また材質のクリープ等の経時疲労
を発生せず、低音域から高音域に至る広範な周波数帯域
を忠実に再生でき、明瞭な音質を発現することのできる
振動板を工業的に安価に製造する方法を提供することに
ある。

発■がｑ決しようとする問題点 周知の如く、炭素はダイヤモンド、黒鉛の結晶質炭素か
らカーボンブランク、木炭等の非晶質炭素に至るまで極
めて広範な物理的、化学的性質を有している。

本発明者らは、これらの炭素材料を、要求される機能に
応じて、設計し組み合わせることにより、目的とする多
様な機能特性を発現させるへく鋭意研究し、先に、黒鉛
の理論弾性率は１０２０　ＧＰａで、他の素材の弾性率
に比較して極めて高いこと、また天然黒鉛／炭素バイン
ダーにより構成される極細鉛筆芯の弾性率は８０〜１５
０　ＧＰａであることに着目して、樹脂炭をマトリック
スとして高弾性率を有する天然黒鉛等の炭素粉末を複合
させた、炭素／炭素複合材料を素材とした全炭素質振動
板の製造方法を発明し、特許出願した（特願昭５８−２
２９３７８号）。炭素／炭素複合振動板は極めて優れた
物理特性を有するものであるが、賦形性にやや乏しく、
量産性に欠ける欠点があった。本発明者らは、より安価
な製造法を工夫すべくさらに鋭意研究を重ねた結果、前
記の特願昭５８−２２９３７８号における天然黒鉛を複
合させた炭素／炭素複合振動板はどの高い音速は得られ
ないが、樹脂のみを原料とするガラス状硬質炭素が高硬
度、高強度、高弾性率を示す等の優れた物理特性を有し
、かつ非晶質で等方性であり自由に精度の高い加工性を
有する点に着目し、ガラス状硬質炭素質音響機器用振動
板の製造方法を完成するに至った。

ガラス状硬質炭素は樹脂のみを原料とし、原料液の粘性
が低いので賦形の際の自由度が大きく、すなわち成型が
著しく容易である。これらの点から工業的に容易に量産
が可能となり、より低コストの製法が可能となった。ま
た、焼成後のガラス状硬質炭素の密度が１．３５〜１．
４０　ｇ／ｃｍ’　　と極めて低い値を示すことから、
振動板重量の軽量化が容易に可能となった。

通常の炭化物原料としては、ピッチ、タール及び熱可塑
性樹脂等があり、これらを用いることも可能ではあるが
、本発明においては、樹脂バインダーとして、特に熱硬
化性樹脂を選択した。その理由は、賦形の自由度が高く
、生成形体の強度があり、容易にハンドリングすること
ができ、更に炭化するに際して煩雑な前処理を行うこと
なく変形を防止させることができ工程を簡単に行い得る
からである。本発明に使用可能な熱硬化性樹脂としては
、フラン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、エポキ
シ樹脂、ビスマレイミド樹脂等があるが、原料調合、賦
形性、焼成時の形状維持等の作業性が良好で経済的に有
利なものとしては、フルフリルアルコール／フルフラー
ル系、フルフラール／フェノール系、フルフラール／エ
リア系等のフラン樹脂類及びレゾール系、ノホラソク系
のフェノール樹脂類又はそれらの混合樹脂が好ましい。

５　を解ンするための 次に、本発明による振動板の製造方法を具体的に説明す
る。

熱硬化性樹脂バインダーに所定量の硬化剤を°加え、音
速アジター又は三゛本ロールで混練して硬化剤の分散を
行い、必要に応じて減圧脱泡装置を通して介入した気泡
を除去する。振動板の賦形方法としては、通常のプラス
チックの賦形方法であるハンドレイアップ法、スプレィ
アップ法、注型成型法、射出成型法、遠心成型法、プレ
ス成型法、真空成型法、ブロー成型法等の簡易迅速な成
型手段を採用することができる。ハンドレイアップ法、
スプレィアップ法、注型成型法、射出成型法、遠心成型
法等を用いる場合には、得られた原料液を型表面上に塗
布し、又は型中に注入し、常温又は加温下で硬化反応を
進行させ成形する。またプレス成型法、真空成型法、ブ
ロー成型法等を用いる場合には、得られた原料液を剥離
剤ををするパックシートを用い、コーター又はカレンダ
ーロールにより所望の厚さのフィルム又はシート状に予
備成型加工する。次に、該フィルム又はシートが未だ硬
化せず可塑性を有する領域（Ｂステージ）においてバッ
クシートを取り除き、所望の振動板の形状に成形する。

この際に適宜加温して可塑性を増加させたり、硬化反応
を進行させたりすることができる。

素材が十分硬化した後、離型して生成形体を取り出す。

得られた生成形体を常温もしくは加温し　　′たエアオ
ープン中で炭素前駆体処理を施した後、焼成用サヤ中に
収納して窒素又はアルゴンガス等の不活性気相中で１’
ＯＯＯ〜１５００℃迄加熱焼成させる。この焼成炭化工
程においては、５００　’Ｃまでは５０℃／時　以下（
好ましくは２０°Ｃ／時）の昇温速度で徐々に加温する
ことが変形防止及びクラック等の欠損防止のために肝要
である。５００℃以上の領域においては、２０〜ｂ から、好ましくは５０〜１００’ｃ／時）の昇温速度で
加温させ、更に炭化反応の均一性を確保する目的で最高
温度において、１〜５時間保持した後自然放冷させて焼
成を完了する。

以下、本発明を実施例に゛より詳細に示すが、本発明は
この範囲に限定されるものではない。

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■製ＶＦ　３０２　＞　１００重量％に対
して硬化剤としてｐ−ｔ−ルエンスルフォン酸５０′Ａ
メタノール液を４重量％添加し高速ホモミキサーを用い
室温下において十分攪拌しながら減圧脱泡機を通して脱
泡毘作を施した。得られた原料液を膜厚が１００μｍに
なるように設定したドクターブレードを有するコーター
により剥離膜を有するバックシート状に塗布して予備硬
化させ未だ十分に柔軟な可塑性を有する（Ｂステージ状
態の）予備成型シートを得た。

次に、バックシートを取り除き３０ｍｍ　φの口径を有
するドーム形状の成形型を用いた真空成型機によりドー
ム型に成型し、８０℃の温風で加熱硬化させて脱型し生
成形体を得た。この成形体を更に１５０℃のエアオーブ
ン中にて５時間後硬化処理を行った後、焼成用サヤに納
め窒素ガス雰囲気炉で５００°Ｃ迄１５℃／時の昇温速
度で加熱し、５００℃以上１０００℃迄を５０℃／時の
昇温速度で加熱した。続いて、１０００℃で３時間保持
した後自然放冷して焼成を終了させた。

このようにして得られたガラス状硬質炭素質ドーム型振
動板（高音域再生用トウイータ−）は、口径２３　ｍｍ
φ、厚さ５０μｍ、型組３０ｍ８　　で、ヤング率７８
６　Ｐａ　、音速７．５　Ｋｍ／ｓｅｃ　、密度１．４
０　Ｂ７ｃｍ”　　の物性を全方向に等しく有するもの
であった。

去財：（＋１　２ ノボラック系フェノール樹脂（０増群栄化学工業Ｗ　Ｐ
Ｓ−１３７０）８５重量％に対して、ノボラック系フェ
ノール樹脂（（掬群栄化学工業製ＰＧＡ−４５００）１
５重ｉＸＤ添加する。次に、シリンダ一温度ｉｏｏ’ｃ
、ノズル温度１１０℃、金型温度１７０℃に保った射出
成型機を用いて、口径３５　ｃｍφ、膜厚１．２　ｍｍ
のコーン形状の金型中に溶融した原料液を射出し、１５
分間加熱硬化させた後、脱型し生成形体を得た。

得られた生成形体を実施例１と同様に１０００″Ｃ迄焼
成してガラス状硬質炭素質コーン型振動板（低音域再生
用ウーハ−）を得た。このようにして得られた振動板は
、口径２７．５　ｃｍφ、厚さ０．９　ｍｍ、重ｉ１５
０．Ｏｇ　、ヤング率６４　ＧＰａ　、音速６．８Ｋｍ
／ｓｅｃ、密度１．３８　ｇ／ｃｍ’の物性を全方向に
等しく有するものであった。

３３廊と火星 本発明の方法によって得られた振動板素材の特性を従来
のものと比較した結果を第１表に示す。

星上表 音速　　　ヤング率　　　密度 一旦一旦（Ｋｍ／５ｅｃ）　　　（ＧＰａ　）　　　」
ｄコ竺祇（パルプ）１．０〜２．４　０．２〜４．０　
０．２〜０．７ポリプロピレン　　１．３１゜５０，９
ＣＦＲＰ　（Ｘ軸方向）　　　　７．４　　　　９６．
０　　　　　１．７５ＣＦＲＰ　Ｃｙ軸軸輪軸方向　　
２．５　　　　１Ｌ、０　　　　１．７５アルミニウム
　　　５．１　　　　７０．０　　　　２．７チタニウ
ム　　　　４．９　　　１１０．０　　　　４゜５マグ
ネシウム　　　５．１　　　　４４．０　　　　１．７
ベリリウム　　　　１２．２　　　２７Ｑ、０　　　　
１．８炭素／炭素複合　　Ｌｌ、０　　　１７５．０　
　　　１．４５実施例１（全方向）　　７．５　　　　
７８．０　　　　１．４０実施例２（全方向）　　６．
８　　　　６４．０　　　　１．３８＊　ＣＦＲＰにお
いて、Ｘ軸方向とは炭素繊維配向方向、ｙ軸方向とは炭
素繊維配向方向に直角な方向、２軸方向とはｘｙ平面に
垂直方向を示す。

この表から判断されるように、実施例１．２とも得られ
た振動板はベリリウム及び炭素／炭素複合振動板に比較
して、音速は劣るが、ＣＦＲＰの繊維配向方向の音速と
ほぼ同程度の値を全方向に対し等しく有し、また従来の
金属振動板に比較すると約１．５倍の音速ををする。

ガラス状硬質炭素質振動板の持つこれらの優れた特性は
、炭素／炭素複合振動板と同様に、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ジオ機器用の振動板
として十分能力を発揮させることが可能であり、これら
の高性能を有する振動板が、本発明によって工業的にも
容易な方法で製造することができるのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼成後、高硬度不通気性を有するガラス状硬質炭素を生
   成し、かつ高い炭素残査収率を示す熱硬化性樹脂を用い
   、所望の振動板の形状に賦形し、得られた生成形体に炭
   素前駆体化処理を施した後、不活性雰囲気中で焼成する
   ことを特徴とするガラス状硬質炭素質音響機器用振動板
   の製造方法。