JP6744697B2 - 防水通音膜およびそれを用いた防水通音構造 - Google Patents

Description

本発明は、防水通音膜およびそれを用いた防水通音構造に関する。

携帯電話、スマートフォン、デジタルビデオカメラ等の電子機器では、音響装置が筐体に収容されている。これらの筐体は、音声の通過を許容するための開口を有する。水が筐体内に入り込むことを防ぐために、この開口に音の通過を許容しつつ水の通過を阻止する防水通音膜を取り付けることが行われている。防水通音膜としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜が用いられることが多い。

特許文献１には、低い音響伝送損失と高い耐水圧とを兼ね備えた防水通音膜が開示されている。特許文献１によると、焦点を絞るべき重要なパラメータは、防水通音膜の質量及び厚さであって、通気性（膜を通過する空気流）ではない。質量及び厚さをともに減少させると、防水通音膜の振動により伝播する音響エネルギーが増加する。このため、高い耐水圧を実現するために通気性を低下させても、音響伝送損失が増加することがない。特許文献１では、防水通音膜の厚さを３〜３３μｍ、質量を４０ｇ／ｍ²以下とし、さらに、ガーレー数により表示した通気度を１秒以上（フラジール数により表示して、約１．５７ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以下）とすることが開示されている。

特開２０１１−１４２６８０号公報

防水通音膜の通音特性は、音響伝送損失を指標として評価されていた。しかし、伝播する音の質、具体的には、いわゆる音割れの程度も、現実の使用においては重要な特性である。一方、防水通音膜に求められる防水特性の程度は、電子機器の種類及び用途によって異なる。例えば、水中における使用は考慮する必要はないが、雨水等の水滴に触れることのみが想定される電子機器には、１００ｋＰａ以上に至るような高い耐水圧は必要とされず、いわゆる生活防水レベルの耐水圧を達成できる防水通音膜が備えられていればよい。

本発明は、生活防水レベル以上の防水性と、音割れの発生の抑制とに適した防水通音膜を提供することを目的とする。

本発明者らの検討によると、音割れの発生の抑制には、防水通音膜の通気度を調整する必要がある。

本発明は、
ＰＴＦＥ多孔質膜を含む通音領域を有し、
JIS L1096に規定されている通気性測定法のＡ法（フラジール法）に準拠して測定した前記多孔質膜の厚さ方向の通気度が２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上であり、
JIS L1092に規定されている防水性試験方法のＢ法（高水圧法）に準拠して測定した前記多孔質膜の耐水圧が３ｋＰａ以上である、防水通音膜、を提供する。

また、本発明は、
開口を有する筐体と、
前記開口を塞ぐように前記筐体に取り付けられた、本発明の防水通音膜と、を備える防水通音構造、を提供する。

本発明によれば、ＰＴＦＥ多孔質膜の耐水圧が３ｋＰａ以上であり、かつＰＴＦＥ多孔質膜のフラジール数により表示した通気度が２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上（ガーレー数により表示して、約０．７９秒以下）であるため、生活防水レベル以上の防水性と、音割れの発生の抑制とに適した防水通音膜を提供できる。

本発明の防水通音膜の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の防水通音膜の一例を模式的に示す斜視図である。 本発明の防水通音構造の一例を模式的に示す拡大断面図である。 本発明の防水通音膜が適用された電子機器の一例を模式的に示す拡大断面図である。 実施例で用いた、防水通音膜の評価方法を説明するための模式図である。 実施例及び比較例における通気度と音歪みとの関係を示すグラフである。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図１は本実施形態の防水通音膜１０の断面図であり、図２は防水通音膜１０の斜視図である。防水通音膜１０は、音の通過を許容する通音領域１３ｃと、通音領域１３ｃを囲む周縁領域１３ｐと、を有している。通音領域１３ｃは、単層のＰＴＦＥ多孔質膜１１により構成されている。周縁領域１３ｐは、ＰＴＦＥ多孔質膜１１と、粘着層１２と、を備えている。粘着層１２は、粘着剤のみにより構成されていてもよいが、両面テープであってもよい。

ＰＴＦＥ多孔質膜１１の厚さ方向の通気度は、JIS L1096に規定されている通気性測定法のＡ法（フラジール法）により与えられる値にして、２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上である。ＰＴＦＥ多孔質膜１１の厚さ方向の通気度は、３ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上であることが好ましく、５ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上であることがより好ましい。本実施形態の防水通音膜１０では、ＰＴＦＥ多孔質膜１１の通気度の範囲が上記のように調整されているため、音割れの発生を抑制できる。なお、ＰＴＦＥ多孔質膜１１の厚さ方向の通気度は、２５ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以下であることが好ましく、６ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以下であることがより好ましい。

ＰＴＦＥ多孔質膜１１の耐水圧は、JIS L1092に規定されている防水性試験方法のＢ法（高水圧法）により与えられる値にして、３ｋＰａ以上である。ＰＴＦＥ多孔質膜１１の耐水圧が３ｋＰａ以上であるため、少なくともJIS C0920に規定されている水の浸入に対する保護等級が４級（ＩＰＸ４、生活防水レベルに相当する保護等級）以上の防水性を確保できる。なお、ＰＴＦＥ多孔質膜１１の耐水圧は、１５ｋＰａ以上７５ｋＰａ以下であることが好ましく、２０ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下であることがより好ましい。

音割れの発生を充分に抑制しつつ、防水性をさらに高める観点から、ＰＴＦＥ多孔質膜１１は、５ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上の通気度を有し、かつ、２０ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の耐水圧を有することがとりわけ好ましい。

ＰＴＦＥ多孔質膜１１の質量は、例えば、４ｇ／ｍ²以下である。ＰＴＦＥ多孔質膜１１の質量は、好ましくは、２ｇ／ｍ²以下であり、より好ましくは、１．５ｇ／ｍ²以下である。また、ＰＴＦＥ多孔質膜１１の厚さは、例えば、１７μｍ以下である。ＰＴＦＥ多孔質膜１１の厚さは、好ましくは、１５μｍ以下であり、より好ましくは、１１μｍ以下である。

本実施形態の防水通音膜１０は、ＰＴＦＥ多孔質膜１１を相手材（筐体等）に接着するための粘着層１２として両面テープを備えている。両面テープは、ＰＴＦＥ多孔質膜１１の周縁部１１ｐの表面１１ｆに貼り付けられている。両面テープ等の粘着層１２は、通音領域１３ｃを囲むようにＰＴＦＥ多孔質膜１１の表面１１ｆに配置される。なお、粘着層１２は、裏面１１ｂに形成されていてもよく、表面１１ｆおよび裏面１１ｂの両方に形成されていてもよい。

ＰＴＦＥ多孔質膜１１は、撥水処理または撥油処理が施されていてもよい。撥水処理または撥油処理は、例えば、表面１１ｆおよび／または裏面１１ｂからＰＴＦＥよりも表面張力が低い材料をＰＴＦＥ多孔質膜１１に含浸させることにより実施できる。

ＰＴＦＥ多孔質膜１１は、顔料、染料等の着色剤を含有していてもよい。染料としては、アゾ系染料、油溶性染料等が挙げられる。好ましい着色剤の一例は、カーボンブラックである。

図３に、防水通音膜１０が配置された防水通音構造２０を示す。防水通音構造２０は、開口２２を有する筐体２１と、開口２２を塞ぐように筐体２１に取り付けられた、防水通音膜１０と、を備えている。防水通音膜１０は、粘着層１２の粘着力により筐体２１に固定されている。なお、粘着層１２を省略して、超音波接着等により、ＰＴＦＥ多孔質膜１１を筐体２１に直接固定することもできる。この場合、防水通音膜１０は、周縁領域１３ｐにおいても単層のＰＴＦＥ多孔質膜１１により構成される。

ＰＴＦＥ多孔質膜１１を備える防水通音膜１１０が適用された電子機器の例として、図４に携帯電話３０を示す。なお、携帯電話３０中の防水通音膜１１０は、ＰＴＦＥ多孔質膜１１の裏面１１ｂにも粘着層１２として両面テープが貼り付けられている点を除いて、防水通音膜１０と同様である。

携帯電話３０の筐体３８内には、マイクロフォン３３が収容されている。筐体３８には、外部からの音声をマイクロフォン３３に導く第１集音口３９が設けられている。マイクロフォン３３のパッケージ３５内には、音声を電気信号に変換する集音部３４が収容されている。パッケージ３５の一つの面には、筐体３８の第１集音口３９から導入された音声を、マイクロフォン３３の集音部３４に導く第２集音口３６が設けられている。第１集音口３９および第２集音口３６は、防水通音膜１１０により隔てられている。マイクロフォン３３は、パッケージ３５の底面に設けられた端子（図示せず）によって、携帯電話３０の回路基板３１と電気的に接続されており、集音部３４によって音声から変換された電気信号が、端子を介して回路基板３１に出力される。携帯電話３０では、第１集音口３９および第２集音口３６を塞ぐように配置された防水通音膜１１０によって、第１集音口３９および第２集音口３６からマイクロフォン３３の集音部３４への塵芥や水等の異物の侵入を防ぎながら、集音部３４へ音声を通過させることができる。

次に、上述のような、通音領域が単層のＰＴＦＥ多孔質膜からなる防水通音膜の製造に適した製造方法の一例を説明する。

最初に、ＰＴＦＥ微粉末と加工助剤（液状潤滑剤）とを所定割合で含む混合物を十分に混練し、押出成形用のペーストを準備する。次に、予備成形されたペーストを公知の押出法により成形し、シート状またはロッド状の成形体を得る。次に、シート状またはロッド状の成形体を圧延し、帯状のＰＴＦＥシートを得る。次に、圧延されたＰＴＦＥシートを乾燥機内で乾燥させる。乾燥工程により加工助剤が揮発し、加工助剤の含有量が十分に減じられたＰＴＦＥシートが得られる。次に、乾燥させたＰＴＦＥシートを長手方向（ＭＤ）と、長手方向に直交する幅方向（ＴＤ）とについてそれぞれ延伸する。なお、２軸方向に延伸されたＰＴＦＥシートをＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成してもよい。

音歪みの小さい防水通音膜を製造する観点から、ＰＴＦＥの融点（例えば、３２７℃）以下の温度でＰＴＦＥシートの延伸を行った後、ＰＴＦＥの融点以上の温度でＰＴＦＥシートを熱固定することが好ましい。ＰＴＦＥシートを延伸するときの温度は、例えば、５０℃〜３２０℃であり、好ましくは、１００℃〜３００℃である。熱固定を行うときの温度は、例えば、３３０℃〜４００℃であり、好ましくは、３５０℃〜３８０℃である。

（実施例１）
ＰＴＦＥファインパウダー（Ｆ１０４、ダイキン工業社製）１００重量部に対して、液状潤滑剤（ｎ-ドデカン、ジャパンエナジー社製）２０重量部を均一に混合した。得られた混合物を、シリンダーで圧縮し、その後ラム押出してシートを得た。得られたシートを、液状潤滑剤を含んだ状態で、金属製圧延ロール間に通して厚さ０．２ｍｍに圧縮し、１５０℃での加熱により乾燥させて液状潤滑剤を除去した。これにより、未焼成のシート状成形体を得た。このシート状成形体を３００℃で長手方向に１０倍の倍率で延伸し、次いで、１００℃で幅方向に３０倍の倍率で延伸した。その後、ＰＴＦＥの融点以上の３６０℃でシート状成形体を静置して熱固定を行った。このようにして実施例１のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（実施例２）
長手方向に２０倍の倍率で延伸したこと、幅方向に４０倍の倍率で延伸したこと以外は、実施例１と同様の手順により、実施例２のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（実施例３）
長手方向に２５倍の倍率で延伸したこと、幅方向に４０倍の倍率で延伸したこと以外は、実施例１と同様の手順により、実施例３のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（実施例４）
長手方向に３０倍の倍率で延伸したこと、幅方向に４０倍の倍率で延伸したこと以外は、実施例１と同様の手順により、実施例４のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（比較例１）
長手方向に３倍の倍率で延伸したこと、幅方向に４０倍の倍率で延伸したこと以外は、実施例１と同様の手順により、比較例１のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（比較例２）
長手方向に５倍の倍率で延伸したこと、幅方向に５０倍の倍率で延伸したこと以外は、実施例１と同様の手順により、比較例２のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（比較例３）
長手方向に８倍の倍率で延伸したこと、幅方向に１０倍の倍率で延伸したこと以外は、実施例１と同様の手順により、比較例３のＰＴＦＥ多孔質膜を得た。

（比較例４）
無孔性のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（ルミラー（登録商標）Ｆ５３、東レ株式会社製）を準備した。

実施例１〜４および比較例１〜３のＰＴＦＥ多孔質膜、比較例４のＰＥＴフィルムにつき、次のようにして、厚さ、重量、通気度、耐水圧、音歪み、音損失および音割れの程度を調べた。

［厚さ］
ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルムの厚さは、目量０．００１ｍｍ、測定子外径１０ｍｍのダイヤルゲージを用いて測定した。

［重量］
ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルムの重量は、ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルムを１０ｃｍ四方に切り抜き、重量を測定した後、単位面積あたりの重量を求めた。

［通気度］
ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルムの通気度は、JIS L1096に規定されているＡ法（フラジール法）に準拠して、フラジール数（所定の圧力を加えた時の、単位面積・単位時間あたりの、ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルムを透過する空気量）により求めた。

［耐水圧］
ＰＴＦＥ多孔質膜の耐水圧は、JIS L1092に規定されている防水性試験方法のＢ法（高水圧法）に準拠して、耐水度試験装置（高水圧用）を用いて求めた。ただしJIS L1092に規定の面積では膜が著しく変形するため、ステンレスメッシュ（開口径２ｍｍ）を膜の加圧面の反対側に設置し、変形を抑制した状態で測定した。

［音歪み］
サンプルにおける音歪みは、以下のように評価した。

最初に、図５に示すような、携帯電話の筐体を模した模擬筐体４１（アクリル製、長さ７０ｍｍ×幅５０ｍｍ×高さ１５ｍｍ）を準備した。この模擬筐体４１は第１部分４１ａおよび第２部分４１ｂからなり、第１部分４１ａと第２部分４１ｂとは互いに嵌め合わせることができる。第１部分４１ａには、取付穴４２（口径１３ｍｍ）が設けられている。第１部分４１ａおよび第２部分４１ｂを互いに嵌め合わせることによって、模擬筐体４１内に、取付穴４２およびリード線４４の導通口４３以外の開口がない空間が形成される。

これとは別に、各実施例および比較例において作製したＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルム（図５では、ＰＴＦＥ多孔質膜に符号２１１を付している）を、トムソン型を用いて直径１６ｍｍの円形に打ち抜いた。次に、打ち抜いたＰＴＦＥ多孔質膜の双方の主面の周縁部に、外径１６ｍｍ、内径１３ｍｍのリング状に打ち抜いた両面テープ２１２をそれぞれ貼り付けた。その後、一方の両面テープ２１２を介してＰＴＦＥ多孔質膜を音源となるスピーカー４５（スター精密社製、ＳＣＣ−１６Ａ、口径１６ｍｍ）に貼り付けた。

次に、ＰＴＦＥ多孔質膜を貼り付けたスピーカー４５を、模擬筐体４１の第１部分４１ａにおける取付穴４２に、ＰＴＦＥ多孔質膜が取付穴４２に面するとともにＰＴＦＥ多孔質膜が取付穴４２を塞ぐように、第２部分４１ｂと嵌め合わせたときに内側となる面から固定した。スピーカー４５の第１部分４１ａへの固定は、ＰＴＦＥ多孔質膜におけるスピーカー４５側とは反対側の面に貼り付けられた両面テープ２１２により行い、その際に、両面テープ２１２が取付穴４２にかからないようにするとともに、取付穴４２がＰＴＦＥ多孔質膜によって完全に塞がれるように注意した。

次に、スピーカー４５のリード線４４を、導通口４３を通して模擬筐体４１の外部に導き出しながら、第１部分４１ａと第２部分４１ｂ部分とを嵌め合わせ、ＰＴＦＥ多孔質膜の音損失を測定するための模擬筐体４１を形成した。導通口４３は、リード線４４を導き出した後、パテで塞いだ。

次に、リード線４４とマイク（Ｂ＆Ｋ社製のＴｙｐｅ２６６９とＴｙｐｅ４１９２とを組み合わせたもの）とを通音性評価装置（Ｂ＆Ｋ社製、３５６０−Ｂ−０３０）に接続し、スピーカー４５から５０ｍｍ離れた位置にマイクを配置した。

上述したようにＰＴＦＥ多孔質膜を設置した状態で、音歪みとして高調波歪み（ＴＨＤ）を評価した。高調波歪みは、全高調波の測定値の、基本波の測定値に対する比率（％）で求めた。全高調波の測定値は、第２次高調波および第３次高調波を測定した測定値である。

［音損失］
サンプルにおける音損失は、上述した音歪みの評価装置と同様の評価装置を準備し、以下のように評価した。

上述したようにＰＴＦＥ多孔質膜を設置した状態でマイクが受音した音量と、ＰＴＦＥ多孔質膜を省略したこと以外は同様の状態でマイクが受音した音量とを測定し、これらの差から音損失（ｄＢ）を評価した。測定に用いた音の周波数は１０００Ｈｚとした。損失が５ｄＢ以下であれば、通音性が高いといえる。

［音割れ］
サンプルにおける音割れの程度は、上述した音歪みの評価装置と同様の評価装置を準備し、以下のように評価した。

上述したようにＰＴＦＥ多孔質膜を設置した状態で、耳で聞いた音が割れているか否かを官能試験により評価した。耳で聞いた音が割れていないとき、音割れがない（○）と判定し、耳で聞いた音がかすかに割れているとき、音割れが僅かにある（△）と判定し、耳で聞いた音が割れているとき、音割れがある（×）と判定した。

ＰＴＦＥ多孔質膜およびＰＥＴフィルムにつき、上記のようにして、厚さ、重量、通気度、耐水圧、音歪み、音圧損失および音割れの程度を評価した結果を表１に示す。

実施例１〜４では、音歪みおよび音損失が小さく、音割れがない（○）と判定された。従って、実施例１〜４のＰＴＦＥ多孔質膜は、ＰＴＦＥ多孔質膜を通過する際の音損失を低減しながら、従来のＰＴＦＥ多孔質膜よりも音割れの発生を抑制できたといえる。

実施例１〜４において音歪みおよび音損失が小さかった理由として、本発明者らは、ＰＴＦＥ多孔質膜の通気度が２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上となるように、ＰＴＦＥ多孔質膜の通気度が高くなるように形成されているからであると推定している。図６に示すように、フラジール数により表示した通気度が０〜２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓの範囲では、通気度の上昇に伴って音歪みが急激に減少する。これに対して、通気度が２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上の範囲では、音歪みの減少が緩やかになる。膜の振動に伴う音歪みを解消するためには、通気度を２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上に調整するとよいことが確認できる。

また、実施例１〜４では、ＰＴＦＥ多孔質膜の耐水圧が３ｋＰａ以上の範囲にあるため、ＰＴＦＥ多孔質膜において少なくとも生活防水レベルに相当する保護等級であるＩＰＸ４以上の防水性を確保できる。このため、実施例１〜４のＰＴＦＥ多孔質膜は、日常生活環境で使用される電子機器において十分な防水性を付与できる。したがって、実施例１〜４のＰＴＦＥ多孔質膜は、より音響特性を重視する電子機器に好適に使用できる。

本発明の防水通音膜は、音響装置が収容されている電子機器に、好適に使用できる。具体的には、携帯電話、スマートフォン、デジタルビデオカメラ等に好適に使用できる。

１０，１１０ 防水通音膜
１１，２１１ ＰＴＦＥ多孔質膜
１１ｂ 裏面
１１ｆ 表面
１１ｐ 周縁部
１２ 粘着層
１３ｃ 通音領域
１３ｐ 周縁領域
２０ 防水通音構造
２１ 筐体
２２ 開口
３０ 携帯電話
３１ 回路基板
３３ マイクロフォン
３４ 集音部
３５ パッケージ
３６ 第２集音口
３８ 筐体
３９ 第１集音口
４１ 模擬筐体
４１ａ 第１部分
４１ｂ 第２部分
４２ 取付穴
４３ 導通口
４４ リード線
４５ スピーカー
２１２ 両面テープ

Claims (4)

1. ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜を含み、６０．２％以下の音歪みを有するように通音領域を有し、
   JIS L1096に規定されている通気性測定法のＡ法（フラジール法）に準拠して測定した前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の厚さ方向の通気度が２ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上であり、
   JIS L1092に規定されている防水性試験方法のＢ法（高水圧法）に準拠して測定した前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の耐水圧が２０ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下であり、
   通音領域は、単層の前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜のみによって構成されており、
   前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜は、１７μｍ以下の厚みを有する、
   防水通音膜。
2. 前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の厚さ方向の通気度が６ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以下である、請求項１に記載の防水通音膜。
3. 前記ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜の厚さ方向の通気度が３ｃｍ³／ｃｍ²／ｓ以上である、請求項１または２に記載の防水通音膜。
4. 開口を有する筐体と、
   前記開口を塞ぐように前記筐体に取り付けられた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の防水通音膜と、を備える防水通音構造。

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