JP2005328297A - スピーカの振動板及びスピーカの振動板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 密度を小さくして高剛性とし、低音域から高音域までの再生周波数域を広げることができるスピーカの振動板を得ることを目的とする。
【解決手段】 射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂の溶融状態に炭酸ガス又は窒素ガスを溶解させ超高速射出成形することで発泡構造を有するスピーカの振動板であって、一表面側及び他表面側の第１及び第２のスキン層３ａ及び３ｂと、この第１及び第２のスキン層３ａ及び３ｂの夫々の内側に発泡形状が樹脂の流動方向と平行に配置され発泡径１に対し長さ２以上の円筒状を有する第１及び第２の配向微細発泡層２ａ及び２ｂと、この第１及び第２の配向微細発泡層２ａ及び２ｂの内側の発泡方向を補強するコア部の補強発泡層１との５層構造からなるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低音域から高音域までの再生周波数域を広げるようにしたスピーカの振動板及びスピーカの振動板の製造方法に関する。

一般に、低音域から高音域までの再生周波数域を広げるようにしたスピーカの振動板には、ピストン運動領域を拡大するために比弾性率Ｅ／ρ（Ｅは弾性率、ρは密度（比重））が大きいこと、周波数特性を滑らかにするための内部損失が大きいことが要求される。

従来から弾性率を向上させるため、内部損失が比較的大きいポリプロピレン材料に高弾性繊維やフィラを充填させた材料が、射出成形、シート成形により得る振動板の材料として多く使われている。

しかし、この高弾性繊維やフィラ等の添加物の量の増加に伴いこの材料の比重が増加するため、比弾性率の向上が抑えられ、同時に射出成形では樹脂の流動長が低下して薄肉充填が困難となることから、両物性の向上には限界があった。

そこで従来、比弾性率を向上させるため、ポリプロピレン材料に化学発泡剤を添加し、このポリプロピレン材料を発泡させ密度を小さくして剛性を高めるようにしたものが提案されている（特許文献１）。

また、射出成形と化学発泡剤と強化繊維とを組み合わせた射出発泡成形体よりなる振動板が提案されている（特許文献２）。この特許文献２の記載によれば射出成形時に振動板のスキン層を内部の発泡セルが面厚方向に縦長に発泡させ、スキン層の補強する効果を作り出している。

一方、近年微細孔発泡セルを形成する方法として特許文献３に超臨界流体を用い、発泡密度を１０^９／ｃｍ^３個以上均一分散させたマイクロセルラー技術が開示されている。

この特許文献３に開示された技術を使い結晶性の熱可塑性シートに超臨界炭酸ガスを含浸させ、圧力開放と同時に１０μｍ程度に均一なマイクロセルラーシートを作り、このシート成形した振動板が特許文献４に開示されている。この特許文献４に記載の振動板は従来の発泡シートの振動板に比べ均一性があり、外観的にも優れたものである。

特許第３２３８６９３号公報 特開平８−３４０５９４号公報 特許第２６２５５７６号公報 特開２００２−３００３９号公報

然しながら、特許文献１記載の発明においては、発泡による軽量化（密度（比重）を小）は実現されるが、発泡径のばらつきが大きく、発泡倍率も３倍程度が限界となる。相対的な振動板の曲げ剛性値はヤング率（弾性率）と厚みの３乗根で表現されるので、厚みが３倍となる効果は大きい。

しかし、化学発泡剤による発泡のため発泡セルの径が大きく、この発泡セルの壁面が薄いため、このヤング率の低下が著しく、期待するほどの周波数特性の向上は望めない。又発泡形態が不均一で、外観的に優れたものを作りにくい不都合があった。

また特許文献２記載のものも化学発泡剤による発泡のため発泡セルの径が数百μｍと大きくその大きさを制御して面全体に均一な発泡状態をつくることは極めて困難であった。

また、特許文献２の記載では、補強するために強化繊維を取り入れているが、この強化繊維は内部発泡セルを補強せず、比弾性率の向上効果には限界があり周波数特性の向上は望めない。

また製法的にも化学発泡剤を用いて薄肉の振動板を発泡させようとした場合、樹脂溶融時に分解した化学発泡剤の発泡する時間が極めて短く、また発泡力も弱いため金型温度を高くし、瞬時に金型を開く等製造的には困難なことが多い不都合がある。

また特許文献４に記載の発明では、使用する未発泡の結晶性樹脂はポリエステル樹脂等の単一材料のため、従来の振動板の材料に比べ弾性率が低く、発泡させることで、更に弾性率が低下している。そのため比重は小さいものの弾性率の低下が大きく、比弾性率は大きくならず、この振動板を使用したスピーカの周波数特性を向上することが望めない。

本発明は斯る点に鑑み密度を小さくして高剛性とし、低音域から高音域までの再生周波数域を広げることができるスピーカの振動板を得ることを目的とする。

本発明スピーカの振動板は射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂の溶融状態に炭酸ガス又は窒素ガスを溶解させ超高速射出成形することで発泡構造を有するスピーカの振動板であって、一表面側及び他表面側の第１及び第２のスキン層と、この第１及び第２のスキン層の夫々の内側に発泡形状がこの樹脂の流動方向と平行に配置され発泡径１に対し長さ２以上の円筒状を有する第１及び第２の配向微細発泡層と、この第１及び第２の配向微細発泡層の内側の発泡方向を補強するコア部の補強発泡層との５層構造からなるものである。

また、本発明スピーカの振動板の製造方法は、射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂の溶融状態に炭酸ガス又は窒素ガスを溶解させ、超高速射出成形し、表層にスキン層、この表層付近に円筒状の配向微細発泡層を形成すると共にコア部に補強発泡層を形成するようにしたものである。

本発明によれば射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂の溶融状態に炭酸ガス又は窒素ガスを溶解させ超高速射出成形して発泡構造のスピーカの振動板としたので、外観も良好で高発泡倍率例えば８倍程度の高発泡が実現され、例えば０．１０３程度の低比重と高剛性が実現でき、低音域から高音域までの再生周波数域を広げるようにしたスピーカの振動板を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明スピーカの振動板及びスピーカの振動板の製造方法を実施するための最良の形態の例につき説明する。

図４は本例によるスピーカの振動板を製造するための射出成形機の構成例を示す。この図４に示す射出成形機におけるスピーカの振動板を形成する金型２０の可動プラテン２４に保持された可動側金型２１と固定プラテン２５に保持された固定側金型２２との締め圧は、金型締め圧制御部（図示せず）によって制御された型締め機構２３によってコントロールされている。

固定側金型２２の射出口には射出装置２６の射出口が差し込まれている。この射出装置２６は射出プロセス制御部（図示せず）により制御された射出条件によって、コントロールされる。また、射出装置２６側からは、成形プロセスの情報が出力されるようになっており、その情報及び可動プラテン２４側の距離の情報等に応じて金型締め圧制御部による金型締め圧制御が行われる。

本例の射出成形機の仕様は、
最高射出圧力 ：２８００ｋｇ／ｃｍ²
最高射出速度 ：１５００ｍｍ／ｓｅｃ
立ち上がり速度：１０ｍｓｅｃ
型締め力 ：１６０トン
スクリュー径 ：Φ３２ｍｍ
に調整された超高速射出成形機である。

図４において、２７は炭酸ガスが入っている炭酸ガスボンベを示し、この炭酸ガスボンベ２７よりの炭酸ガスを超臨界状態（７．４ＭＰａ以上、３１℃以上）とする昇圧ポンプとヒータとより成る超臨界状態生成装置２８を介して射出装置２６の可塑化スクリュー２６ａのホッパー２９の投入部の射出口側及び固定金型２２に供給する如くする。

この場合、ホッパー２９からの射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂例えば射出した際に配向層が形成しやすい超高分子量ポリオレフィンと高分子量オレフィンを多段階重合させた特殊ポリオレフィン樹脂、リュブマーＬ３０００（三井化学製）を投入して、この可塑化スクリュー２６ａ部で加熱、溶融する。

この射出装置２６の可塑化スクリュー２６ａ部のシリンダー内に炭酸ガスを圧入し、このシリンダー内でこの炭酸ガスを溶融状態の樹脂に浸透し溶解する。

この場合、炭酸ガスボンベ２７よりの炭酸ガスの圧力が溶融状態の樹脂の圧力よりも低い場合、圧入は困難となる。このため、樹脂の圧力を検出しながら超臨界状態生成装置２８の昇圧ポンプにて炭酸ガス圧を調整して圧入する必要がある。

この炭酸ガスは気体、超臨界状態であれば特に限定されないが、炭酸ガスの樹脂への溶解力を大きくすることが必要なため、この炭酸ガス圧は高い方が望ましい。しかし、必要以上な圧力の増加は成形品表面の大きな膨れ発生の原因となるため好ましくない。

また金型２０は溶融状態の樹脂に炭酸ガスが溶解した圧力の高い状態で超高速射出されるため、固定側金型２２と可動側金型２１とを閉じた状態では同等の炭酸ガスで同等の圧力としておくことが良い。

この場合、金型２０に溶融状態の樹脂の注入時にこの金型２０から溶解した炭酸ガスが逃げない様に、この金型をゴムなどでパッキングシールすることが望ましい。

またこの射出成形機の型締め機構２３は、油圧の直圧式、又は電動式を用い、後述する補強発泡層の厚みをコントロールするために樹脂充填後、瞬時に得たい厚みまで開放することができるものとした。

この金型２０の可動側金型２１と固定側金型２２を閉じた状態では、図３に示すような外形１１５ｍｍ、厚み０．３５ｍｍのコーン型振動板が得られる型とし、中央部のコールドゲートからフィルムゲートを通じて薄肉の振動板部分へ均一に広がる形状とした。

上述図４に示す射出成形機を用い、表１に示す如き実施例１〜４のスピーカの振動板を形成した。この実施例１〜４のスピーカの振動板は、射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂として、射出した際に配向層が形成しやすい超高分子量ポリオレフィンと高分子量オレフィンを多段階重合させた特殊ポリオレフィン樹脂、リュブマーＬ３０００（三井化学製）を用いた。

ホッパー２９から、この樹脂を投入する射出条件は、
可塑化スクリュー２６ａ部：２４０℃
射出速度 ：１５００ｍｍ／ｓｅｃ
金型温度 ：４５℃
炭酸ガス圧力 ：８ＭＰａ

実施例１は、上述の条件で炭酸ガスを溶解した溶融状態の樹脂を可動側金型２１及び固定側金型２２を閉じた状態で充填し、保圧後、可動側金型２１を１．５ｍｍ開く条件で、射出成形を行い振動板を得た。

この実施例１の振動板は外観はスキン層が形成され良好なものであった。この振動板の厚さは表１に示す如く、０．９０５ｍｍで、発泡倍率は０．９０５÷０．３５＝２．５８倍であり、比重は０．２６４、内部損失は０．０２０、曲げ剛性比率は２．８であった。

実施例２は、上述条件で、炭酸ガスを溶解した溶融状態の樹脂を可動側金型２１及び固定側金型２２を閉じた状態で充填し、保圧後、可動側金型２１を２ｍｍ開く条件で射出成形を行い振動板を得た。

この実施例２の振動板は、外観はスキン層が形成され良好なものであった。この振動板の厚さは表１に示す如く、１．８５２ｍｍで発泡倍率は５．２９倍であり、比重は０．１５３、内部損失は０．０２３、曲げ剛性比率は１５．８であった。

またこの実施例２の振動板を用いたスピーカの周波数特性は図５の曲線ａに示す如く再生周波数域を広げる良好なものであった。

実施例３は、上述条件で、炭酸ガスを溶解した溶融状態の樹脂を可動側金型２１及び固定側金型２２を閉じた状態で充填し、保圧後、可動側金型２１を３ｍｍ開く条件で射出成形を行い振動板を得た。

この実施例３の振動板は、外観はスキン層が形成され良好なものであった。この振動板の厚さは表１に示す如く、２．７９５ｍｍで発泡倍率は、略８倍であり、比重は０．１０３、内部損失は０．０２６、曲げ剛性比率は４６．４であった。

また、この実施例３の振動板を用いたスピーカの周波数特性は図５の曲線ｂに示す如く再生周波数域を広げる良好なものであった。

実施例４は、上述条件で炭酸ガスを溶解した溶融状態の樹脂を可動側金型２１及び固定側金型２２を閉じた状態で充填し、保圧後、可動側金型２１を４ｍｍ開く条件で射出成形を行い振動板を得た。

この実施例４の振動板は、外観はスキン層が形成され良好なものであった。この振動板の厚さは表１に示す如く、３．４５３ｍｍで発泡倍率は９．８７倍であり、内部損失は０．０２８、比重は０．１０１で紙振動板より軽く、曲げ剛性比率は６２．０で高剛性が実現できた。

また、比較例は、同じ金型を使用し炭酸ガスを溶解しない樹脂で射出成形した発泡を有さない振動板である。

この比較例の振動板の厚さは０．３５ｍｍ、比重は０．９５２、ヤング率は７．９０×１０⁹Ｐａ、内部損失は０．０１５、曲げ剛性比率は１である。またこの比較例の振動板を使用したスピーカの周波数特性は図５の曲線ｄに示す如くであった。

また、図１は、この実施例１〜４の振動板の樹脂の流動方向に垂直方向（図３の矢印Ｘ方向）断面模式図を示し、図２はこの実施例１〜４の振動板の樹脂の流動方向（図３の矢印Ｙ方向）断面模式図を示す。

図１、図２からわかる実施例１〜４の振動板の構造は、コア部の補強発泡層１、このコア部の補強発泡層１の両表面側に形成された配向微細発泡層２ａ及び２ｂ、この配向微細発泡層２ａ及び２ｂの夫々の表面側のスキン層３ａ及び３ｂとからなる５層構造で構成されている。

スキン層３ａ，３ｂは金型２０，２１，２２による冷却により形成される。

この配向微細発泡層２ａ，２ｂは気泡の直径が５０μｍ以下で、この気泡の長さが径の２倍以上の円筒形状で、樹脂配向部に極めて多数分散した気泡層であり、流動方向の弾性率低下を抑制し、またスキン層３ａ，３ｂとコア部の補強発泡層１とのクッションの役目をはたしている。

特にコア部の補強発泡層１は内部に溶解した高い圧力を維持したガスが発泡するためスキン層３ａ，３ｂを突き破り、表面に露出することがあるが、この配向微細発泡層２ａ，２ｂはこれを防ぐ働きももっている。

本例の如く、振動板を薄肉に超高速で射出成形するとせん弾力のかかるスキン層３ａ，３ｂの内部には樹脂流動方向に特異的に発泡させる配向微細発泡層２ａ，２ｂが形成される。

また、コア部の補強発泡層１は高圧ガス状態の金型２０，２１，２２へ樹脂充填後、一挙に可動側金型２１を必要な量だけ開放させることにより厚み方向に強度を保持した発泡構造をとる。特に化学発泡剤による発泡と異なり、発泡倍率３倍〜１０倍程度の薄肉の高発泡が実現できる。

本例によれば、射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂例えば特殊ポリオレフィン樹脂の溶融状態に炭酸ガスを溶解させ超高速射出成形して発泡構造のスピーカの振動板としたので外観も良好で、高発泡倍率例えば３倍〜１０倍程度の高発泡が実現され、低比重例えば０．１０１〜０．２６４程度と高剛性が実現でき、再生周波数特性を向上するスピーカの振動板を得ることができる。

尚、上述例では溶融状態の樹脂に炭酸ガスを溶解した例につき述べたが、この炭酸ガスの代わりに窒素ガスを使用することができる。

上述例の炭酸ガスの代わりに窒素ガスを使用するときの射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂として、ノバテックＰＰＢＣ１０（日本ポリプロ株式会社製）を用いた。

射出成形機として図４と同様のものを使用し、射出条件は
可塑化スクリュー２６ａ部：２００℃
射出速度 ：１５００ｍｍ／ｓｅｃ
金型温度 ：４５℃
窒素ガス圧力 ：１０ＭＰａ
とし、その他は炭酸ガスを用いた上述と同様にして振動板を形成した。

この窒素ガスを使用したときも炭酸ガスを使用したときと同様の作用効果が得られ、また、この振動板を使用してスピーカを構成したときの周波数特性は図５の曲線ｃに示す如く良好なものであった。

また本発明は上述例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明スピーカの振動板の樹脂流動方向の垂直方向の断面模式図である。 本発明スピーカの振動板の樹脂流動方向の断面模式図である。 スピーカの振動板の例を示す正面図である。 本例による射出成形機の構成図である。 周波数特性を示す線図である。

符号の説明

１‥‥補強発泡層、２ａ，２ｂ‥‥配向微細発泡層、３ａ，３ｂ‥‥スキン層、２０‥‥金型、２１‥‥可動側金型、２２‥‥固定側金型、２６‥‥射出装置、２６ａ‥‥可塑化スクリュー、２７‥‥炭酸ガスボンベ、２８‥‥超臨界状態生成装置

Claims (3)

1. 射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂の溶融状態に炭酸ガス又は窒素ガスを溶解させ超高速射出成形することで発泡構造を有するスピーカの振動板であって、
   一表面側及び他表面側の第１及び第２のスキン層と、
   前記第１及び第２のスキン層の夫々の内側に発泡形状が前記樹脂の流動方向と平行に配置され発泡径１に対し長さ２以上の円筒状を有する第１及び第２の配向微細発泡層と、前記第１及び第２の配向微細発泡層の内側の発泡方向を補強するコア部の補強発泡層との５層構造からなることを特徴とするスピーカの振動板。
2. 請求項１記載のスピーカの振動板において、
   前記第１及び第２の配向微細発泡層の円筒径が５０μｍ以下であり、前記補強発泡層を含め、３倍以上１０倍以下の発泡倍率としたことを特徴とするスピーカの振動板。
3. 射出成形可能な熱可塑性高分子材料より成る樹脂の溶融状態に炭酸ガス又は窒素ガスを溶解させ、超高速射出成形し、表層にスキン層、該表層付近に円筒状の配向微細発泡層を形成すると共にコア部に補強発泡層を形成するようにしたことを特徴とするスピーカの振動板の製造方法。

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