JP2018037918A - スピーカ用振動板とその製造方法、このスピーカ用振動板を用いた音響機器、および移動体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防水性能が良好で、しかも防水液を含浸させた従来のスピーカ用振動板よりも軽量で、高音圧のスピーカを実現できるスピーカ用振動板を提供することを目的とする。【解決手段】このスピーカ用振動板は、裏面層（４１）と表面層（４２）を有する多層構造であり、裏面層（４１）が、叩解した１３μｍ程度のセルロース紙料に防水剤が吸着した材料で構成され、表面層（４２）がセルロースファイバ材料で構成されていることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、過酷な環境下で使用されるスピーカのスピーカ用振動板に関する。

例えば電気自動車では、歩行者などへ車両の接近を知らせるために車両接近警報装置が搭載されている。車両接近警報装置は、スピーカと、このスピーカを収容するスピーカボックス、および前記スピーカを駆動する電子回路とで構成されている。

車両接近警報装置は、電気自動車の動力源のモータが搭載されているエンジンルームなどの高温環境下で、しかもオイルや走行中に跳ね上げた雨水などと接触する過酷な環境に取り付けられている。

そのため従来では、樹脂繊維の振動板や樹脂振動板が採用されている。

また特許文献１には、スピーカ用振動板の断面構造を二層構造または三層構造にしてスピーカの音質を向上させたものが開示されている。一次抄紙工程の紙料液はパルプ、二次抄紙工程の紙料液はパルプ、二次抄紙工程の紙料液はマニラ麻である。

特許３５１７７３６号公報

樹脂振動板では、音圧が低くなるため、音圧を上げるためにスピーカの磁気回路を大きくすることが必要であって、スピーカの製品重量が重くなる新たな問題が発生する。

そこで本発明は、防水性能が良好で、従来のスピーカ用振動板よりも軽量で、高音圧のスピーカを実現できるスピーカ用振動板を提供することを目的とする。

本発明のスピーカ用振動板は、裏面層と表面層を有する多層構造であり、前記裏面層は、叩解したセルロース紙料に防水剤が吸着した材料で構成され、前記表面層は、セルロースファイバ材料で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ベース層である裏面層は、内部のセルロース繊維まで防水剤が吸着しており、表面層は、樹脂ライクなセルロースファイバ材料で構成されているので、セルロース紙料を基材としたスピーカ用振動板でありながら、著しく防水性能を向上できるとともに、軽量で、高音圧のスピーカを実現できる。

本発明のスピーカ用振動板を用いたスピーカボックスの外観斜視図 同スピーカボックスの断面図 同スピーカボックスの一部の拡大断面図 本発明の実施の形態のスピーカ用振動板の断面図 本発明の実施の形態のスピーカボックスの正面図 本発明の実施の形態のスピーカボックスを搭載した移動体装置の概略図 比較例１のグリルの正面図 比較例２のグリルの正面図 本発明の実施の形態のスピーカ用振動板の製造工程図 直径８．０ｍｍの丸孔の水抜き孔７Ａと孔面積が水抜き孔７Ａよりも僅かに大きい水抜き孔７Ｂの拡大図 直径８．０ｍｍの丸孔の水抜き孔７Ａと孔面積が水抜き孔７Ａよりも僅かに小さい水抜き孔７Ｃの拡大図

以下、本発明のスピーカ用振動板を具体的な実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるスピーカ用振動板を用いた音響機器としてのスピーカボックス１の外観斜視図である。

スピーカボックス１は、樹脂製の箱部２と、箱部２の開口部を塞ぐ蓋部３を有している。蓋部３が取り付けられた箱部２には、図２に示すようにスピーカ４が収容されている。箱部２には図３に示すように、スピーカ４の背面外周部に対応して環状の凹部５が形成されている。この凹部５にはＯリング６がセットされており、蓋部３を箱部２にビス１６で取り付けることによってＯリング６が弾性変形してシールされている。

樹脂成形された蓋部３には、六角形の多数の水抜き孔７を形成したグリル８が、蓋部３の前面開口部９に一体に成形されている。

スピーカ４のスピーカ用振動板３０の外周部は、エッジ部３１を介してスピーカフレーム３２から支持されている。スピーカ用振動板３０は図４に示すように裏面層４１と表面層４２を有する二層構造であり、裏面層４１は、カナディアンフリーネスで５００〜７００ｃｃで繊維径が１３μｍ程度に叩解した紙料である木または竹のセルロースに、防水剤と樹脂材が吸着した材料で構成されている。表面層４２は、繊維径が平均１０ｎｍ〜１００ｎｍのセルロースファイバ材料で構成されている。

従来の紙振動板は、パルプを叩解して成型後に、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）で希釈した樹脂を表面吸着させ、その有機溶剤を乾燥で蒸発させることにより形成しているが、この実施の形態では、パルプ叩解工程で同時に水分散良好な撥水エマルジョン（ワックス）や樹脂エマルジョン（ワックス）を抄紙し、プレス成型の熱で水分を蒸発させ、形成している。これによってワックスが溶融し、パルプの交絡部に行き渡ることによって樹脂による接着効果、及び素材の撥水性によるセルロース水素結合部の補強がなされる。スピーカ用振動板３０の内部にある撥水性材料とスピーカ用振動板３０の外部にも撥水性材料があり、水分蒸発でＨ−Ｈの水素結合で強固な結合が形成されている。

図５はスピーカボックス取り付け姿勢の正面図を示している。矢印Ａ方向が取り付け姿勢の上方向である。

グリル８は、複数の水抜き孔７が定間隔、定ピッチで整列して配置されている。水抜き孔７の一つの形状は直径６．０ｍｍ〜９．０ｍｍの丸孔と同等の孔面積の六角形であって、仮想線で示すように水抜き孔７の間を仕切る環状枠１０の連続で構成されている。環状枠１０には、辺１１と、この辺１１と辺１１が接続される角部１２があって、前面開口部９が円形の場合に、前面開口部９の最下端では、辺１１の部分で環状枠１０が前面開口部９の内周面に接続されている。

図６はスピーカボックス１を車両接近警報装置として搭載した移動体装置を示す。

なお、スピーカ４へ供給される信号を発生する電子装置（図示せず）は、箱部２に収容されていても、箱部２に収容されていなくても、何れでも実施可能である。

移動体装置１３が電気自動車であるとして説明するが、移動体装置１３は、エンジンによって駆動される車両や、エンジンとモータを搭載したハイブリッドタイプの車両でも良い。さらに、移動体装置１３は、自動車に限らない。たとえば、バイク、電動自転車、フォークリフトなどでもかまわない。

移動体装置１３の動力源であるモータ１４が据え付けられているモータルーム１５に、スピーカボックス１が取り付けられている。

図７は比較例１を示している。この比較例１では水抜き孔７Ａの一つの形状を丸孔とした他は、図５と同じである。

図５の実施品と図７の比較例１のスピーカボックス１を移動体装置１３に搭載し、検証実験を行った。実施品の水抜き孔７は直径８．０ｍｍの丸孔と同等の孔面積の六角形とし、比較例１の水抜き孔７Ａは直径８．０ｍｍの丸孔とした。

なお、実施品の直径８．０ｍｍの丸孔と同等の孔面積の六角形の水抜き孔７とは、図１０に示した水抜き孔７Ｂのように直径８．０ｍｍの丸孔の水抜き孔７Ａの孔面積よりも僅かに大きく、または図１１に示した水抜き孔７Ｃのように僅かに小さくした形状の六角形ある。このように、実施品の六角形の水抜き孔７Ｂ，７Ｃの頂点Ｔは、比較例１の水抜き孔７Ａ（直径８．０ｍｍの丸孔）の外側に位置し、六角形の水抜き孔７Ｂ，７Ｃの辺ＯＳの一部が水抜き孔７Ａの内側に位置する六角形である。ここでは具体的な一例として、水抜き孔７の六角形の一辺を４．４０ｍｍとして実験した。

その結果、実施品と比較例１の何れも良好な放音特性を得られた。水抜き性能については、比較例１で雨水が十分に流れ出さない場合であっても、実施品では良好な水抜き性能を確認した。これは、形状が丸孔である水抜き孔７Ａの場合には、水抜き孔７Ａの周囲で発生する雨水による表面張力の影響で水抜き性能が悪化していると思われる。これに対し、実施品では水抜き孔７の形状が六角形であるため、水抜き孔７の周囲で発生する雨水による表面張力の大きさが、比較例１の丸孔の場合に比べて小さいためと考えられる。

実施品について、水抜き孔７の大きさを直径６．０ｍｍの丸孔と同等の孔面積の場合の六角形（一辺３．３０ｍｍ）の水抜き孔７の水抜き性能を確認すると、ほぼ良好な水抜き性能を確認した。水抜き孔７の大きさを直径６．０ｍｍ未満の丸孔と同等の孔面積とした場合には、水抜き性能の悪化を確認した。水抜き孔７の大きさを直径９．０ｍｍの丸孔と同等の孔面積とした場合の六角形（一辺４．９５ｍｍ）の水抜き孔７は、直径８．０ｍｍの丸孔と同等の孔面積とした場合と同様な性能を確認したが、水抜き孔７の大きさを直径９．０ｍｍよりも大きな丸孔と同等の孔面積とした場合には、グリル８の強度低下を確認した。

図８は比較例２を示している。この比較例２では蓋部３の前面開口部９の最下端でのグリル８の環状枠１０の前面開口部９の内周面への接続状態だけが図５とは異なり、その他は図５と同じである。比較例２では、環状枠１０の角部１２で前面開口部９の最下端の内周面に接続されている。この場合には、前面開口部９の最下端での水抜き孔７の面積Ｂが実施品の場合よりも小さくなるため、実施品に比べて水抜き性能が悪化した。

２層構造のスピーカ用振動板３０は、図９（ａ）〜（ｆ）の工程で製造できる。

（ａ）の工程では、漉き槽５１に一次抄紙網５２を固定して、漉き槽５１内へ一次の紙料液５３を投入する。木または竹のパルプの繊維径が１３μｍ程度であり、その繊維が固まっているのを叩解によりほぐして一次の紙料液５３を作成する。叩解は、フッ素エマルジョンまたはパラフィン系エマルジョンの少なくとも何れかの防水剤をパルプと同時に投入して、防水剤をパルプに吸着させながら叩解する。防水性をさらに向上させるために、樹脂エマルジョンを叩解機に追加しても良い。防水剤の紙料に対する混合の割合は、５〜１０重量％であった。上記の他に使用できる防水剤としては、シリコン／シラン系のものを使用できる。

樹脂エマルジョンは、エポキシ、アクリル、エステル系、あるいは合成樹脂、例えば、酢酸ビニル重合体、アクリル酸エステル共重合、エチレン・酢酸ビニル・アクリル酸共重合である。

（ｂ）の工程では、漉き槽５１の底部より排水して一次抄紙網５２の上に一次抄紙の裏面層４１を堆積する。さらに二次抄紙網５５が固定された抄紙台５６を漉き槽５１に配置する。従来の工法ではベース１層目が１００重量％堆積させるのに対して、この実施の形態では、ベース１層目である裏面層４１は８５〜９９重量％であった。

（ｃ）の工程では、一次抄紙網５２の上に堆積している裏面層４１を、抄紙台５６を降下させて二次抄紙網５５を介して吸着の後に上昇させて、裏面層４１を一次抄紙網５２から剥がして持ち上げる。この吸着した状態を（ｅ）の工程が終了するまで維持する。

（ｄ）の工程では、抄紙台５６の裏面層４１と二次抄紙網５５を漉き槽５７にある二次の紙料液５８の液中へ降下し、抄紙台５６の上方に排水しながら所定の時間にわたって堆積する。なお、この二次抄きは、一次抄きによって得られた裏面層４１がセミドライ後のウエット状態で実施する。セミドライ後のウエット状態は５〜３０重量％の含水率であった。

二次の紙料液５８は、水と、繊維径が平均１０ｎｍ〜１００ｎｍのセルロースファイバ材料のみで構成されている。使用したセルロースファイバ材料のヤング率は約５０００ＭＰａ以上であった。

通常の紙パルプのヤング率は７００〜２０００ＭＰａの範囲であり、ここでは２．５倍以上のヤング率が適正と想定した。厳密には、ヤング率はＬ／Ｄ（繊維長／繊維径）で大きくなる。通常、パルプをＬ＝２ｍｍ，Ｄ＝１３×ｅ−６ｍ（μ＝１０ｅ−６）、ナノファイバＬ＝０．３ｍｍ，Ｄ＝１００×ｅ−９ｍ（ナノ＝１０ｅ−９ｍ）、(通常パルプＬ／Ｄ)／（ナノファイバＬ／Ｄ）＝６．７倍、７００ＭＰａ×６．７＝４６６６ＭＰａであり、約５０００ＭＰａ以上とした。セルロースナノファイバの具体的な使用例は、ナタデココを水分散して叩解した繊維、竹を細かくした繊維、木材を細かくした繊維であった。

（ｅ）の工程では、二次抄紙の紙料液５８のセルロースファイバ材料の繊維が裏面層４１に絡み付いて表面層４２の堆積を完了する。表面層４２の厚みは、裏面層４１の厚みの１／４〜１／１０になるように（ｄ）の工程での堆積時間を調節した。

なお、表面層４２の厚みを裏面層４１の厚みの１／４〜１／１０にした点については、次の理由による。セルロースの理論比重は１．２程度、紙すきで０．５に軽くして音圧を上げる目的もあることから必要以上に厚みを増やすことは音圧が下がる。そこでこの実施の形態では、表面層４２の主目的は過酷条件に耐えられる耐信頼性であるため、裏面層４１の厚みの１／４〜１／１０もあれば十分であった。

（ｆ）の工程では、金型６０に固定した金網６１の上に、多層漉きして一体となっている表面層４２と裏面層４１を転写して、金型６２と重ね合わせて加熱プレス成形する。或いは、温風を用いてノンプレス成形する。

このような工程で作成されたスピーカ用振動板３０は、ベース層の裏面層４１の原材料がパルプであるがフッ素、樹脂がコーティングされており、スピーカ表面の表面層４２が繊維径平均１０ｎｍ〜１００ｎｍのセルロースファイバ材料で形成されているため、紙振動板に防水液を含浸させた従来の樹脂振動板よりも重量が軽く、エンジンルームなどの高温環境下、薬品がかかる環境下で信頼性が低い従来のパルプ振動板に比べて、信頼性を高めることができる。しかも、スピーカの磁気回路を大きくしなくても高音圧を実現でき、このスピーカ用振動板３０を使用したスピーカ４を搭載した車両接近警報装置は、米国運輸省が制定したＮＨＴＳＡ（National Highway Traffic Safety Administration）法令規格を満たす音圧と防水性、耐薬品性に優れたものが得られた。

実施の形態では重量が軽くできることによって、従来に比べて１〜１．５ｄＢ音圧を大きくできた。

なお、このスピーカ用振動板３０を使用した音響機器は、車両接近警報装置に限らない。たとえば、擬似エンジン音発生装置、あるいは能動型の騒音低減装置などに用いてもかまわない。

また、スピーカの設置場所は、モータルーム１５、エンジンルームに限らない。たとえば、ドアミラーのハウジング内や、バンパー内、さらにはトランクルーム内などに設置してもかまわない。

なお、上述した裏面層と表面層を有する多層構造で、裏面層は叩解したセルロース紙料に防水剤と樹脂材が吸着した材料で構成され、表面層はセルロースファイバ材料で構成されたスピーカ用振動板を使用したスピーカを、上述の蓋部に六角形の多数の水抜き孔を形成したグリルを有したスピーカボックスと組み合わせることで、防水性に対しては各々の効果が発揮されるため、その相乗効果で極めて高い防水性を実現させることができる。

さらに、音圧レベルについても、セルロース紙料を基材とした軽量化したスピーカ用振動板と、開口率が大きい六角形の多数の水抜き孔を形成したグリルとの組合せにより、その相乗効果で音圧レベルを著しく向上させることができる。

よって、本発明のスピーカ用振動板は、自動車のモータルームやエンジンルーム等の劣悪な環境下においても必要な音圧レベルの確保が可能であり、防水性やオイル等の耐油性についても顕著な効果を発揮させることができるため、従来のスピーカ用振動板では実現が不可能であった自動車のモータルームやエンジンルーム等の内部においても高い性能が実現できる。

上記の実施の形態では、２層目の表面層４２は単体のセルロースファイバ材料で構成したが、表面層４２に、炭素繊維やカーボンナノチューブのようなさらに軽くて硬い繊維を混抄することもできる。表面層４２に、炭素繊維，カーボンナノチューブ，カニやエビの殻に含まれるキチンファイバの少なくとも一つを混抄することもできる。

本発明のスピーカ用振動板は、厳しい環境下で使用される各種装置の長期間にわたる信頼性の向上、高音圧の実現に寄与する。

１ スピーカボックス
２ 箱部
３ 蓋部
４ スピーカ
５ 凹部
６ Ｏリング
７ 水抜き孔
８ グリル
９ 前面開口部
Ａ 取り付け姿勢の上方向
１０ 環状枠
１１ 辺
１２ 角部
１３ 移動体装置
１４ モータ
１５ モータルーム
１６ ビス
３０ スピーカ用振動板
３１ エッジ部
３２ スピーカフレーム
４１ 裏面層
４２ 表面層
５１ 漉き槽
５２ 一次抄紙網
５３ 一次の紙料液
５５ 二次抄紙網
５６ 抄紙台
５７ 漉き槽
５８ 二次の紙料液
６０ 金型
６１ 金網
６２ 金型

Claims (6)

1. 裏面層と表面層を有する多層構造であり、
   前記裏面層は、叩解したセルロース紙料に防水剤が吸着した材料で構成され、
   前記表面層は、セルロースファイバ材料で構成されている、スピーカ用振動板。
2. 前記裏面層のセルロース紙料が、１３μｍ程度の木または竹からなる、
   請求項１記載のスピーカ用振動板。
3. 前記表面層のセルロースファイバ材料が、セルロースナノファイバからなる、請求項１記載のスピーカ用振動板。
4. 請求項１記載のスピーカ用振動板を備えたスピーカを搭載した、音響機器。
5. 請求項１記載のスピーカ用振動板を備えたスピーカを搭載した、移動体装置。
6. セルロース紙料を叩解する際に、防水剤を同時に投入して、防水剤を前記セルロース紙料に吸着させながら叩解した一次の紙料液を使用して一次抄紙して裏面層を形成し、
   水とセルロースファイバ材料で構成されている二次の紙料液を使用して、前記裏面層がセミドライ後のウエット状態で二次抄紙して表面層を形成し、
   一体となっている裏面層と表面層を加熱プレス成形、或いは温風を用いてノンプレス成形する、スピーカ用振動板の製造方法。

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