DE19921210A1 - Verfahren zur Herstellung von Membranen für die Verwendung in elektroakustischen Wandlern - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Membranen zur Verwendung in elektroakustischen Wandlern werden eine Sicke und ein Membrankörper gleichzeitig mit dem Gießen des Membrankörpers durch ein Spritzgießen mit einem Satz zusammenpassender Formteile zur Formung des Membrankörpers verbunden, wobei die aus einer Zellstruktursicke gebildete Sicke auf eines der zusammenpassenden Formteile abgelegt, die Sicke vorbereitend gegossen und in eine vorbestimmte Form geschnitten und das andere Formteil mit dem einen Formteil zusammengeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Membranen für die Verwendung in elektroakustischen Wandlern wie Lautsprechern, insbesondere ein solches Herstellungsverfahren, bei dem gleichzeitig mit dem Spritzgießen eines Membrankörpers eine aus einer Zellstruktur gebildete Sicke mit diesem verbunden wird.

Gewünschte technische Voraussetzungen für die Membran zur Verwen­ dung in solchen elektroakustischen Wandlern wie Lautsprechern und der­ gleichen sind, daß die Membran einen Membrankörper umfaßt, der leicht ist und geeignete Dämpfungseigenschaften hat, wobei er eine hohe Elas­ tizität zeigt, und eine Randeinspannung umfaßt, die leicht ist und eine hohe Dämpfung hat, so daß er eine optimale Linearität zeigt. Wei­ tere Voraussetzungen sind, daß die Membran eine ausgezeichnete Bestän­ digkeit hat, leicht herzustellen ist, eine reproduzierbare Produktqua­ lität hat und dennoch kostengünstig ist. In den letzten Jahren wurde ferner die Wasserbeständigkeit eine wichtige Eigenschaft von Membra­ nen, die hauptsächlich in Fahrzeugen verwendet werden.

Um die vorgenannten technischen Voraussetzungen zu verwirklichen, wurden verschiedene Typen von Membranen ohne getrennte Sicke vorge­ schlagen und benutzt. Im speziellen wurde eine Membranstruktur in ver­ schiedenen Ausführungen vorgeschlagen, die durch gleichzeitiges Gießen und Verbinden des Membrankörpers mit der Sicke unter Verwendung des Spritzgießens erhalten wird, im Hinblick darauf, daß die Struktur die ausgezeichneten Eigenschaften von Kunstharzmembranen beibehalten und wirtschaftlich hergestellt werden kann, wobei kaum eine von ihnen die vorgenannten technischen Voraussetzungen in einem zufriedenstellenden Maß erfüllen konnte.

Beispielsweise wurde in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 63-42300 eine Membran vorgeschlagen, bei der eine Sicke, die durch einen Trimmprozeß in eine vorbestimmte Form gebracht wird, vor­ bereitend in zwei Spritzgußformteile eingebracht wird und gleichzeitig mit dem Spritzgießen des Membrankörpers verbunden wird, um in diesen integriert zu werden. Bei einer solchen, in dieser Veröffentlichung im Detail gezeigten Membran wird die Sicke mit dem Membrankörper verbun­ den, indem ein innerer Bereich der Sicke im wesentlichen in die Mitte bezogen auf die Dicke des Membrankörpers eingeführt wird. Weil in die­ ser Verbundstruktur die Position des Verbindungsbereichs der Sicke nicht immer konstant sein kann, da sie von den Einspritzbedingungen abhängt, entstehen dadurch viele Probleme, etwa, daß im schlimmsten Fall die Sicke in dem Formteil bricht und daß ein solches gebrochenes Stück gleichzeitig gegossen und verbunden wird, so daß bei weitem nicht die Membran gemäß dieser Veröffentlichung erhalten wird.

In der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2-239799 wurde eine Verbesserung bezüglich der vorangegangenen Probleme der Veröf­ fentlichung 63-42300 vorgeschlagen. Da bei dieser Verbesserung als Sickenmaterial jedoch ein gewebter Bespannstoff aus Baumwolle, Seide oder dergleichen aus einer chemischen Faser mit der gewünschten Hitze­ beständigkeit eingesetzt wird, besteht weiterhin das Problem in bezug auf die ausgezeichnete Linearität, die mit der optimalen Dämpfung erhalten werden soll, sowie der angestrebten Wasserbeständigkeit.

Ferner wurde ein gleichzeitiges Spritzgießen und Verbinden einer Sicke aus einem festen (aber nicht geschäumten) Elastomer mit dem Mem­ brankörper vorgeschlagen, der vorbereitend in eine vorbestimmte Form gegossen und in die Formteile abgelegt wird. In diesem Fall kann jedoch ein verbleibender Druck auf die Sicke, der hauptsächlich durch die Kontraktion nach dem Gießen bedingt ist, nicht leicht entlastet werden, so daß das Problem einer deutlichen Verformung auftritt. Wenn das feste (aber nicht geschäumte) Material als Sicke verwendet wird, entsteht ferner das Problem, daß aufgrund dieses Materials ein spezi­ fischer Ton auftritt und ein abnormaler Klang erzeugt wird, insbeson­ dere bei der Aufnahme einer großen Eingangsleistung.

Um das Problem der Sickenverformung zu beseitigen, wurde ein gleichzeitiges Verbinden der Sicke in Form eines Schaumgummis mit dem Gießen des Membrankörpers in der Japanischen Patent-Offenlegungs­ schrift Nr. 9-102998 derselben Anmelderin wie im vorliegenden Fall vorgeschlagen, wobei der Offenlegungsschrift das U.S. Patent Nr. 5 705 108 entspricht. Bei dem dort gezeigten gleichzeitigen Gießen und Verbinden ist es wesentlich, daß der Membrankörper eine ausreichende Hitzebeständigkeit in bezug auf eine Gußtemperatur der Sicke hat. Wenn ein Kunstharz wie Polypropylen oder dergleichen für den Membrankörper eingesetzt wird, das eine verhältnismäßig niedrige thermische Verfor­ mungstemperatur hat, ist es deshalb erforderlich, die Gußtemperatur für die Sicke niedriger einzustellen. Es tritt das Problem auf, daß die Herstellung zeitaufwendig ist, was zu einer Erhöhung der Kosten führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Herstellungsver­ fahren zu schaffen, das die vorangegangenen Probleme vermeidet und mit dem man eine Membran erhält, die leicht ist, eine hohe Elastizität und eine ausgezeichnete Linearität aufweist, bei der selbst bei einer gro­ ßen Eingangsleistung kein abnormaler Klang induziert wird, die form­ stabil und dennoch kostengünstig ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die obige Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Membran gelöst werden, die durch Spritzgießen hergestellt wird, wobei das Verfahren dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß eine aus einer Zellstruktur gebildete Sicke, die vorbereitend gegossen und in eine vorbestimmte Form geschnitten wurde, vorbereitend in eines von zwei zusammenpassenden Spritzgußformteilen abgelegt wird, das andere Formteil mit einem dazwischen vorgesehenen vorbestimmten Spalt darauf aufgelegt wird und danach die Sicke und der Membrankörper gleichzeitig mit einem Spritzgießen des Membrankörpers miteinander verbunden werden. In diesem Fall werden vorzugsweise offe­ ne Zellen der Zellstruktur in die Verbindungsoberfläche der Sicke zu dem Membrankörper eingeschlossen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der weiteren detaillierten Beschreibung in bezug auf Arbeits­ schritte der Erfindung ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeich­ nungen gezeigt sind.

Fig. 1 und 2 zeigen jeweils Schritte für die Anfertigung der Sicke in dem Verfahren zur Herstellung von Membranen zur Verwendung in elektroakustischen Wandlern gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ist eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Sicke nach dem Schneiden in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht für den Schritt des gleich­ zeitigen Gießens in dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist ein Ausschnitt einer vergrößerten Schnittansicht um einen verbundenen Bereich des Membrankörpers und der Sicke gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6a - 6d sind erläuternde Schnittansichten für die Ver­ bindung zwischen dem Membrankörper und der Sicke;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das einen Vergleich der Frequenz- Schalldruck-Eigenschaften der Membran gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Diagramm gemäß einem herkömmlichen Verfahren zeigt; und

Fig. 8 ist eine erläuternde Ansicht für einen Test auf Wasser­ beständigkeit der Membran gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Membran zur Verwendung in elektroakustischen Wandlern geschaffen werden, bei der der Membrankörper aus einem Kunstharz fest mit der Sicke verbunden wird, die eine Zellstruktur hat.

Als Sickenmaterial wird am besten ein Schaumgummi unter Be­ rücksichtigung einer Verwendung eingesetzt, bei der eine hohe Verläß­ lichkeit in bezug auf die Wasserbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und dergleichen verlangt wird. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz eines vulkanisierten Gummis, thermoplasti­ schen Elastomers oder dergleichen als Hauptkomponente des Schaumgum­ mis. Als vulkanisierter Gummi kann einer aus der Gruppe gewählt wer­ den, die aus Styrol-Butadien-Gummi, Nitril-Butadien-Gummi, Ethylen- Propylenterpolymer-Gummi, Isopren-Gummi, Chloropren-Gummi, Isobutylen- Isopren-Gummi, Ethylen-Propylen- und Silicon-Gummi besteht. Als ther­ moplastisches Elastomer kann eines aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Polyethylenen, Polystyrolen, Polyolefinen, Polyurethanen, Polyestern, Polyamiden, Polybutadienen, Ethylen-Vinylacetaten und Polyvinylchlorid besteht.

Ein zu mischendes Schäummittel sollte vorzugsweise ein gaserzeu­ gendes mit einer thermischen Zersetzung sein, und eine gewonnene gegossene und geschäumte Sicke sollte am besten ein spezifisches Gewicht im Bereich von 0,07-1,2 haben. Als anderes Sickenmaterial kann ein geschäumtes Urethan eingesetzt werden.

Die Zellstruktur der Sicke ist eine zelluläre Struktur, die ein geschäumtes Teil darstellt, in dem Zellen jeweils mit einer Zellwand gebildet sind. Die zelluläre Struktur enthält eine Struktur aus geschlossenen Zellen, in der jede Zelle vollständig von der Zellwand umgeben ist, und eine andere Struktur aus miteinander verbundenen Zel­ len, in der die Zellen jeweils nicht vollständig von der Zellwand ein­ geschlossen sind, aber mit der oder den benachbarten Zellen in Verbin­ dung stehen. Die vorliegende Erfindung übernimmt die Struktur aus geschlossenen Zellen oder die eines gemischten Typs aus geschlossenen und miteinander verbundenen Zellen.

BEISPIELE

Zunächst wurde eine Sicke, die durch Gießen und Schneiden einer aus der Zellstruktur gebildeten Sicke in eine vorbestimmte Form erhal­ ten wurde, vorbereitend in ein Formteil 1 von zwei zusammenpassenden Formteilen zum Spritzgießen eines Membrankörpers abgelegt. Das andere Formteil 3 wurde mit dem Formteil 1 zusammengeführt, und die Sicke wurde mit dem Membrankörper gleichzeitig mit einem Spritzgießen des Membrankörpers mit einem Kunstharz in eine Ausnehmung zwischen den zusammengeführten Formteilen 1 und 3 verbunden.

Im einzelnen wurde der Sickengrundkörper 2a, der aus einer innigen Gummi-Mischung aus beispielsweise Ethylen-Propylenterpolymer-Gummi mit einem zugeführten Vulkanisiermittel, Schäummittel und dergleichen, in eine vorbestimmte Form geformt, wie etwa im vorliegenden Fall in eine Streifenform. Der Sickengrundkörper 2a wurde auf dem Formteil 1 von zwei zusammenpassenden Formteilen plaziert, wie in Fig. 1 gezeigt. Danach wurde, wie in Fig. 2 gezeigt, der Sickengrundkörper 2a aus der innigen Gummi-Mischung durch das andere Formteil 3 gegenüber dem zusammenpassenden Formteil 1 gehalten und unter Hitze und Druck gegos­ sen. Es wurde eine Sicke 2 aus einem geschäumten und vulkanisierten Gummi in einer vorbestimmten Form erhalten. In diesem Beispiel wurde die Sicke 2 unter einem Druck von 4 kg/cm² und einer Temperatur von 200°C über eine Zeitdauer von 60 Sekunden hergestellt.

Falls erforderlich, wird der Sicke 2, der mit dem geschäumten und vulkanisierten Gummi wie oben angegeben hergestellt wurde, weiter in eine vorbestimmte Form geschnitten. In Fig. 3 ist die Sicke 2 vergrö­ ßert gezeigt, woraus ersichtlich wird, daß die Sicke 2 Hautschichten 4a und einen Zellbereich 4b aufweist, die ein geschlossenes Zellenteil bilden. Weiterhin wird diese Sicke 2 entlang einer Scherlinie 4L geschnitten. Ein Membrankörper 5 wird mit dem so geschnittenen Abschnitt der Sicke 2 verbunden, wobei ein Material 5a des Körpers 5 in die Sicke 2 eingearbeitet wird, wie in Fig. 4 gezeigt, um eine festere Verbindung zu erhalten. Weiterhin ist zu sehen, daß im Inneren des Zellteils 4b die geschlossenen Zellen zu einer Reduzierung des Gewichts der Sicke 2 beitragen.

Als nächstes wird die Verbindung der Sicke 2 in bezug auf den Mem­ brankörper 5 im Detail beschrieben.

Die Sicke 2 aus dem geschäumten und vulkanisierten Gummi wurde in einer geeigneten Position in dem einen Formteil 1 der zwei zusammen­ passenden Formteile zum Spritzgießen in eine vorbestimmte Form pla­ ziert und an eine nicht gezeigte Spritzgußmaschine angeschlossen. Die Sicke 2 wurde an dem einen Formteil 1 mit Hilfe einer nicht gezeigten, an die Formteile angeschlossenen Vakuum-Absorptionsvorrichtung befes­ tigt. Das eine Formteil 1 wurde dann zu einer vorbestimmten Position bewegt. Das andere Formteil 3 wurde auf das Formteil 1 plaziert mit einem dazwischenliegenden Spalt. Ein Material, das unter Zugabe von 30% Glimmer zu Polypropylen hergestellt wurde (z. B. ein Produkt MRP230-LL2B von KURALAY), wurde bei einer Harztemperatur von 230°, einem Einspritzdruck von 150 MPa, einer Spritzdauer von 0,05 Sekunden, einer Gußtemperatur von 60°C und einer Abkühlzeit von 10 Sekunden in den Spalt eingespritzt. Der Membrankörper 5 wurde, während er gegossen wurde, an seinem äußeren Rand hauptsächlich mit dem geschnittenen In­ nenbereich der Sicke 2 verbunden. Die Verbindung wurde so hergestellt, daß eine feste Haftung durch gegenseitiges Fusionsbonden der beiden Materialien durchgeführt wurde. Dann wurde das Gußmaterial des Mem­ brankörpers 5 dazu gebracht, in den Zellteil 4b an dem inneren Bereich der Sicke 2 einzutreten, wobei der Spalt der Formteile zu diesem Bereich hin fortgesetzt wurde. So wurde die feste Haftung zwischen der Sicke und dem Membrankörper erreicht.

Im obigen Fall wurde festgestellt, daß bei einem Membrankörper 5 aus bekanntem Olefin-Harz, wie das oft angesichts des spezifischen Gewichts, der Dämpfungseigenschaften usw. eingesetzte Polypropylen, am besten das gleiche Material wie das für den Membrankörper, das Polyme­ re aus olefinischen Kohlenwasserstoffen einschließt, für den Sicke­ grundkörper 2a angesichts der Hafteigenschaften und der Verläßlichkeit verwendet werden sollte.

Ferner wird es ermöglicht, das Gießen unter einem geringeren Druck durchzuführen, indem der Gußspalt größer gemacht wird als ursprünglich für das Spritzgießen des Membrankörpers vorgesehen, und indem das Pressen im wesentlichen gleichzeitig mit dem Abschluß des Spritzgie­ ßens ausgeführt wird, wodurch das Auftreten von Verformungen in der Sicke 2 deutlich reduziert werden kann und eine stabilere Produktion der Membran ermöglicht wird.

Andererseits zeigen die Fig. 6a-6d verschiedene andere Aspekte des Verbindens der Sicke 2 mit dem Membrankörper 5. Im einzelnen zeigt ein schraffierter Abschnitt in den entsprechenden Zeichnungen einen Zustand, in dem das Material 5a der Membran in den Zellteil 4b der Sicke 2 eingeführt wird. Das heißt, während in den Fig. 3-5 die Sicke 2 entlang der Linie 4L an dem aufsteigenden Teil der Sicke geschnitten und an diesem geschnittenen Bereich mit dem Membrankörper 5 verbunden wird, zeigen die entsprechenden Aspekte in den Fig. 6a-­ 6d, daß die Sicke 2 an einer Zwischenposition des inneren flachen Bereichs geschnitten wird, so daß ein nach innen gerichteter flacher Abschnitt übrig bleibt. Die Sicke 2 wird an der inneren Oberfläche eines solchen flachen inneren Bereichs mit dem Membrankörper 5 verbun­ den.

Als nächstes wird ein Leistungstest der Membran zur Verwendung in dem elektroakustischen Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorangegangene Membran, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, sowie eine bekannte Membran mit einer Verbindung, bei der ein Haftmittel eingesetzt wurde, wurden jeweils in Lautsprecher mit dem gleichen Durchmesser von 13 cm eingebaut. Bei beiden Membranen wurden die Frequenz-Schalldruck-Eigenschaften gemes­ sen, wobei das Ergebnis in Fig. 7 gezeigt ist. Es wurde festgestellt, daß, obwohl die erfinderische Membran um etwa 16% (1,0 g) leichter als die bekannte Membran ist, die charakteristische, mit durchgezogener Linie dargestellten Kurve der Membran PI gemäß der vorliegenden Erfin­ dung im wesentlichen die gleichen ausgezeichneten Frequenz-Schall­ druck-Eigenschaften auf dem gleichen oder sogar einem besseren Niveau zeigt wie die charakteristische, mit gestrichelter Linie dargestellte Kurve der bekannten Membran OI.

Ferner wird ein Wasserbeständigkeitstest der Membran zur Verwen­ dung in dem elektroakustischen Wandler gemäß der vorliegenden Erfin­ dung beschrieben. Im vorliegenden Fall wurde, wie in Fig. 8 gezeigt, die Membran PI der vorliegenden Erfindung in einer Wasserbeständig­ keitstestvorrichtung 7 mittels einer Membranauflage 8 gelagert, wobei die rückseitige Oberfläche der Membran PI nach oben zeigt. Eine bestimmte Wassermenge 9 wurde auf der rückseitigen Oberfläche aufbe­ wahrt. Die Membran wurde in diesem Zustand für 48 Stunden in ein Regal gestellt und die Wasserbeständigkeit wurde anschließend ausgewertet. Als Wasserbeständigkeitstestvorrichtung 7 wurde eine Vorrichtung ein­ gesetzt, in der ein zylindrischer Körper 11 aus transparentem Acryl­ harz vorgesehen war und ein Gewicht 10 trug, mit einer Einlage 12 zur Halterung eines Außenbereichs der Membran PI.

Im Ergebnis zeigten sowohl die erfinderische Membran PI als auch die bekannte Membran OI eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit, ohne daß selbst nach dem Regaltest über 48 Stunden ein Ausschwitzen von Wasser oder eine Verformung auftrat.

Ferner wurde die Haftstärke des Verbindungsabschnitts bei der er­ finderischen und bei der bekannten Membran hinsichtlich der Scher­ festigkeit durch einen Zugtest ausgewertet. Im Ergebnis zeigte die erfinderische Membran eine höhere Haftfestigkeit als die bekannte Membran, wie die folgende Tabelle zeigt:

TABELLE

Scherkraft-Haftfestigkeitsprüfung des Verbindungsteils (kg/cm2)
Erfinderische Membran:	2,08
Bekannte Membran:	1,48

In bezug auf die Gesamtgüte konnte ermittelt werden, daß das erfinderische Produkt eine ausgezeichnete Membran ist, wie die bessere Güte im Vergleich zu der der bekannten Membran zeigt. Beim Herstel­ lungsverfahren können ferner die Schritte des Auftragens des Haft­ mittels und des Zusammenbringens der beiden Bereiche zum Aneinander­ haften ausgelassen werden. Es konnte die Zuversicht gewonnen werden, daß das Verfahren noch wirtschaftlicher gemacht werden kann.

Während im vorangegangenen der Schaumgummi als Material für die Sicke beschrieben wurde, ist es möglich, Schaum-Urethan am besten dann einzusetzen, wenn beabsichtigt ist, die ausgezeichnete akustische Güte, die anders als die des Schaumgummis ist, zu nutzen, da Schaum- Urethan den gleichen oder sogar einen höheren Grad der Gewichtsmini­ mierung erreicht und dennoch eine ausgezeichnete Güte bietet, die anders als des Schaumgummis ist. Dagegen ist Schaum-Urethan in der Verläßlichkeit, wie etwa der Wasserbeständigkeit und den Witterungs­ eigenschaften dem Schaumgummi unterlegen, so daß es in der Einsatz­ umgebung eingeschränkt ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Membranen zur Verwendung in elek­ troakustischen Wandlern, bei dem die Membran durch Spritzgießen herge­ stellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer gegossenen und in eine vorbestimmte Form geschnittenen Zellstruktur gebildete Sicke vorbereitend auf eines von zwei zusammenpassenden Spritzgußformteilen abgelegt wird und gleichzeitig mit einem Spritzgießen des Membrankör­ pers die Sicke und der Membrankörper nach dem Auflegen des anderen Formteils auf dem einen Formteil unter Freilassung wenigstens eines vorbestimmten Spaltes für das Spritzgießen miteinander verbunden wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zel­ lenbereich der Zellstruktur-Sicke einen Teil einer Verbindungsober­ fläche der Sicke zu dem Membrankörper bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vor­ bestimmte Spalt wenigstens während des Spritzgießens zur Bildung des Membrankörpers größer als eine vorbestimmte Dicke des Membrankörpers gemacht wird und der so spritzgegossene Membrankörper so gepreßt wird, daß er spätestens nach dem Spritzgießen die vorbestimmte Dicke auf­ weist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur-Sicke aus einem Schaumgummi besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur-Sicke aus einem geschäumten Urethan besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Sicke als auch der Membrankörper in ihren Komponenten ein Polymer aus olefinischen Kohlenwasserstoffen enthalten.