JP2019054309A - スピーカ用振動板、スピーカ、および、スピーカ用振動板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化や高剛性化を実現し、音質調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度を確保することができるスピーカ用振動板の提供。【解決手段】樹脂１０１と、樹脂１０１に含有される中空ガラス部材１０２とを備えるスピーカ用振動板１００。【選択図】図１

Description

本開示は各種音響機器や映像機器に使用されるスピーカ用振動板、これを用いたスピーカ、および、スピーカ用振動板の製造方法に関する。

従来、スピーカ用振動板の材料としては紙などが用いられているが、車載用のスピーカ等は、吸湿性などの観点から樹脂製のスピーカ用振動板なども用いられている。この樹脂製のスピーカ用振動板は、あらかじめ形状設定された金型に、溶融状態の樹脂を射出成形することにより形成されている。また、樹脂製のスピーカ用振動板の材料の種類としては、ポリプロピレン等が一般的によく使用されている。

さらに、これら樹脂製のスピーカ用振動板による音響特性の調整については、スピーカ用振動板のマトリクス樹脂に繊維質の部材などを混入してスピーカとしての特性や音質の調整を実施したり、発泡させることによってスピーカ用振動板の比重を低下させて高音圧化を図ったりすることなどが試みられている。

例えば、特許文献１に記載のスピーカ用振動板は、炭化させた竹材料が音響特性調整のために樹脂内に混入されている。

特開２００９−１７１３８６号公報

音響機器や映像機器は、デジタル技術の著しい進歩により、従来と比較して飛躍的に性能向上が図られており、これらの機器に用いられ、最終的に音を放出するスピーカの音質についても、低歪化、広帯域化、高ダイナミックレンジ化とさらにリアルさを増すことが市場より強く要請されている。

またこれらの音響機器や映像機器は、自動車等の移動手段などに広く取り付けられるようになってきており、耐湿性や耐熱性などの向上も望まれている。

本開示は、前記要請に鑑み、スピーカとしての特性、音質の調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度を確保することができるスピーカ用振動板、スピーカ、スピーカ用振動板の製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本願発明にかかるスピーカ用振動板は、樹脂と、前記樹脂に含有される中空ガラス部材とを備えることを特徴とする。

本開示の構成により、中空ガラス部材を樹脂に混入することで軽量化と高剛性化を両立して音響特性と音質の調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度を確保し得るスピーカ用振動板を提供することができる。したがって、当該スピーカ用振動板を用いたスピーカの音響特性や音質を向上させることができる。

図１は、本開示の一実施形態の振動板の断面を示した断面図である。 図２は、本開示の一実施形態の振動板を示した平面図である。 図３は、本開示の一実施形態の振動板の一部を拡大して示した断面図である。 図４は、本開示の一実施の形態の振動板の製造方法を示す図である。 図５は、本開示の一実施形態にかかるスピーカを示した断面図である。 図６は、本開示の実施態様の一つである電子機器の外観を示した図である。 図７は、本開示の実施態様の一つである移動体を示した断面図である。

次に、本願発明に係るスピーカ用振動板、スピーカ、および、スピーカ用振動板の製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係るスピーカ用振動板、スピーカ、および、スピーカ用振動板の製造方法の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本願発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本開示の一実施形態の振動板の断面を示した断面図である。

図２は、本開示の一実施形態の振動板を示した平面図である。

これらの図に示すように、スピーカ用振動板１００は、樹脂１０１と樹脂１０１内に分散配置された中空ガラス部材１０２とを備えている。本実施の形態の場合、スピーカ用振動板１００は、ペレット状の樹脂原料に中空ガラス部材１０２を混入した材料を溶融し、射出成形することにより形成している。

スピーカ用振動板１００の形状は、特に限定されるものではない。例えばスピーカ用振動板１００の形状としては、円板形状や矩形の板形状など平面的な形状ばかりでなく、本実施の形態の場合のようなコーン形状など立体的な形状であってもかまわない。

スピーカ用振動板１００を主として構成する樹脂１０１、いわゆるマトリクス樹脂は、特に限定されるものではなく、所望の特性に応じて選定される。具体的に例えばスピーカ用振動板１００に採用される樹脂１０１は、結晶性または非晶性のオレフィン樹脂を挙示することができる。ここで、スピーカ用振動板１００にオレフィン樹脂を使用することにより、成形性が良好になる。また結晶性の樹脂と非晶性の樹脂を用途に応じて使い分けすることで、樹脂材料としての最適な物性値を満足させることが可能となる。

中空ガラス部材１０２は、樹脂製のスピーカ用振動板１００の例えば密度や剛性などの物理的特性を調整する充填剤である。スピーカ用振動板１００の樹脂１０１中に中空ガラス部材１０２を含有させることで、スピーカ用振動板１００を軽量化することができ、また、スピーカ用振動板１００の剛性を高めることが可能となる。また、発泡によりスピーカ用振動板１００に空房を形成する場合に比べて、スピーカ用振動板１００の薄肉化が可能となり、さらに軽量化を図ることができる。

ここで、ガラスとは、特に限定するものではないが、代表的な成分の例としてケイ酸塩ガラスの固体状態を挙示することができる。

また、中空ガラス部材１０２の形状は、中空であれば特に限定されるものではないが、例えば外側の形状が球形状の中空ガラス部材１０２を挙示することができる。

また、中空ガラス部材１０２の厚さは、０．６ミクロン以上が好ましい。これは、スピーカ用振動板１００を射出成形で形成する際に樹脂原料とともに射出される中空ガラス部材１０２を射出成形時の圧力で破壊することがなく、スピーカ用振動板１００としての所望の特性、特に軽量化や高剛性化を得ることができるという知見に基づく。

一方、中空ガラス部材１０２の平均粒子径は、３ミクロン以上、２０ミクロン以下の範囲から選定されることが好ましい。

中空ガラス部材１０２の平均粒子径が３ミクロン未満の場合、中空ガラス部材の中空部分の体積が十分に大きくないため、中空ガラス部材の比重が大きくなり、軽量化の効果がほとんど現れない。

中空ガラス部材１０２の平均粒子径が２０ミクロンを越える場合、表面に露出しやすくなり振動板が脆弱化する。さらに成型時の樹脂の流動を妨げることもある。

中空ガラス部材１０２の混入比率が、５重量％に満たない場合、中空ガラス部材１０２の効果がほとんど現れない。一方、４０重量％より多い場合は振動板の脆化、流動性の低下による生産性及び成形性の低下を招き形状設定の自由度が小さくなる。

本実施の形態の場合、スピーカ用振動板１００を構成する樹脂１０１は相溶化剤を含有している。相溶化剤は、非極性樹脂などの樹脂１０１と中空ガラス部材１０２との相溶性を増大させ、中空ガラス部材１０２の特徴を効果的に発揮させるための添加剤である。

例えば相溶化剤としては、加水分解性長鎖アルキルシランを挙示することができる。加水分解性長鎖アルキルシランが有する長鎖アルキル基は、その構造上非極性であるＰＰ（ポリプロピレン）などのオレフィン樹脂に類似しているため、中空ガラス部材１０２との相溶性を増大させることができる。なお、相溶化剤はこれに限定されることなく、その他シランカップリング剤や無水マレイン酸などで変性し、極性を持たせた、いわゆる変性樹脂を用いてもよい。

相溶化剤の添加量は一般的に１〜１０重量％が好ましい。相溶化剤が少なすぎるとその効果が得られない。一方、相溶化剤が多すぎる場合には、振動板の物性を低下させることもある。

また、強化材、および、高内部損失材の少なくとも一方を樹脂１０１に添加することにより、スピーカ用振動板１００の物性値を自由に、しかも高精度に調整することができ、所定の特性と音質を実現するスピーカ用振動板１００を得ることが可能となる。

強化材１０３は、図３に示すように、スピーカ用振動板１００の強化や、音にアクセントを付けたり、音圧周波数特性にピークを持たせて音響特性や音質調整するために樹脂１０１に含有させる添加剤である。強化材１０３は特に限定されるものではないが、マイカ、カーボン繊維、アラミド繊維、セルロース、ガラス繊維、および無機の繊維状物質などからいずれか１種類、または、複数の種類を組み合わせた強化材などを例示することができる。

具体的に例えば、強化材１０３にマイカを混入するとスピーカ用振動板１００の剛性や弾性率を高くすることができる。よって、スピーカの高域限界周波数の伸長や明るくメリハリのある高音質化を実現することができる。

高内部損失材は、スピーカ用振動板１００を柔らかくして内部損失を発生させ、音圧周波数特性のピークを低減させる方向に調整するための添加剤である。高内部損失材は特に限定されるものではないが、タルク、炭酸カルシウム、クレイなどからいずれか１種類、または、複数の種類を組み合わせた高内部損失材などを例示することができる。

次に、スピーカ用振動板の製造方法について説明する。

製造方法の説明においては、樹脂１０１としてポリプロピレンを使用した例に基づき説明する。ポリプロピレンは一般的に入手しやすく、射出成形が容易であるという特性を備えている。なお、本開示のスピーカ用振動板１００に用いられる樹脂の種類は、ポリプロピレンに限定されることなく、エンジニアリングプラスチックや環境配慮のためにポリ乳酸に代表される生分解性プラスチックを使用しても良い。

中空ガラス部材１０２の粒径は、３μｍ以上、２０μｍ以下の範囲から選定されることが好ましい。さらに中空ガラス部材１０２の粒径は、５μｍ以上、１５μｍ以下の範囲から選定されることが好ましい。中空ガラス部材１０２の粒径が３μｍよりも小さい場合は、スピーカ用振動板１００において中空ガラス部材１０２の効果を十分に発揮できない。一方、２０μｍより大きな場合は、樹脂１０１内において中空ガラス部材１０２の分散不良が生じ、スピーカ用振動板１００の外観を損ね、音響特性の不安定化を招く要因となる。

また強化材１０３は、ミクロフィブリル状態（平均繊維径は１０μｍ以下）まで微細化した繊維を選定した。この強化材１０３は、フィラー材として添加するものであり、樹脂１０１と中空ガラス部材１０２とを複合化した際に、強度向上の効果が効率良く発揮され、かつ、生産効率と品質が向上する。

一方、高内部損失材は、削除したい音圧周波数特性上の不要なピークを考慮し、ピークの周波数に内部損失を有している材料を選定する。

以上、これらの材料選定については樹脂１０１、中空ガラス部材１０２、強化材１０３、高内部損失材、その他の混入材料について、その材料特有の密度、弾性率、内部損失、音色、スピーカ用振動板１００の形状に成形したときの共振周波数等を考慮しながら選定する。

次に、図４に示すように、選定されたペレット状の樹脂原料１１０や、中空ガラス部材１０２を混練機２０１に投入して加熱、および、混練を行い、射出成形機２０２により金型２０３内に射出する。以上によりスピーカ用振動板１００が形成される。

ここで、射出成形の際は、第一状態の金型２０３の空洞２０４に樹脂１０１や中空ガラス部材１０２が混練された材料を注入し、その後、金型２０３を第一状態よりも空洞２０４の体積が小さくなるように第二状態にすることにより所望の形状のスピーカ用振動板１００を得る。

このように、射出成形の際に、従来のように一気に成形せずに、金型２０３のクリアランスである空洞２０４の状態を、第一状態から順次第二状態へと２段階に分けて時間経過を設けて射出成形することで、中空ガラス部材１０２の破壊が発生することなく、分散不良も防止することができ、良好な性能のスピーカ用振動板１００を安定して得ることができる。

以上のように本開示は、樹脂１０１と中空ガラス部材１０２とを混練した材料を射出成形してスピーカ用振動板１００を構成することにより、スピーカ用振動板の物性値設定の自由度が大きくなり、特に中空ガラス部材の特徴である低比重を活かしながら、樹脂の高内部損失、耐湿信頼性を確保し、外観に優れ、生産性や寸法安定性も向上できる振動板を得ることができる。

なお、混練や成型時の熱酸化によって樹脂物性が低下することもあるため、それを抑制するために酸化防止剤を追加して加えてもよい。酸化防止剤を追加することで、スピーカ用振動板の劣化を防止することができる。すなわち、本来の樹脂や中空ガラス部材が有する良好な物性の維持およびそれらを混錬して得られる良好な音響特性や音質を実現させることができる。

（実施の形態２）
次に、スピーカ３００について説明する。なお、前記実施の形態１と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの（部分）には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。

図５は、本開示の一実施形態にかかるスピーカを示した断面図である。

同図に示すように、スピーカ３００は、スピーカ用振動板１００と、磁気回路３０１と、フレーム３０２と、ボイスコイル体３０３とを備えている。

磁気回路３０１は、着磁された永久磁石である円柱状のマグネット３１２と、マグネット３１２の上部に取り付けられた円板状のプレート３１３と、マグネット３１２とプレート３１３とを収容する有底円筒状のヨーク３１４とを備えており、プレート３１３とヨーク３１４との間に円環状の磁気ギャップ３１６を形成している。

フレーム３０２は、磁気回路３０１のヨーク３１４に結合した漏斗形状の構造部材である。このフレーム３０２の上端周縁部に囲まれる位置に、スピーカ用振動板１００が配置されており、フレーム３０２とスピーカ用振動板１００とは円環状のエッジ３０４を介してそれぞれ接着されている。また、スピーカ用振動板１００の中心に設けられている孔を塞ぐようにセンターキャップ３０６が取り付けられている。

ボイスコイル体３０３は、円筒状のボビンとその外周に巻き付けられたコイルとで形成されており、スピーカ用振動板１００の中心部に一端が結合されるとともに、他端を磁気回路３０１の磁気ギャップ３１６にはまり込むように配置されている。また、ボイスコイル体３０３は、フレーム３０２とボイスコイル体３０３とを架橋状に接続するダンパー３０５によって支えられている。

以上は、内磁型の磁気回路３０１を有するスピーカについて説明したが、これに限定されず、外磁型の磁気回路を有するスピーカに適用しても良い。

この構成により、実施の形態１において説明したように、特性、音質の調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度が確保でき、外観の優れた、生産性の高いスピーカを実現することができる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本開示が適用される電子機器について説明する。

図６は、本開示の実施態様の一つである電子機器の外観を示した図である。

本実施の形態の場合、電子機器４００は、オーディオ用のミニコンポシステムとして説明する。

電子機器４００は、エンクロジャー４１１にスピーカ３００が二つ組込まれてスピーカシステム４１０を左右にそれぞれ備えている。

また、電子機器４００は、スピーカシステム４１０に入力する電気信号の増幅回路を含むアンプ４１２と、アンプ４１２に入力されるソースを出力するチューナー４１３や、ＣＤプレーヤ４１４を備えている。

オーディオ用のミニコンポシステムである電子機器４００は、チューナー４１３やＣＤプレーヤ４１４から入力される音楽信号をアンプ４１２により増幅し、スピーカシステム４１０に備えられたスピーカ３００から音が放出される。具体的にはスピーカ３００は、ボイスコイル体３０３に入力された電気信号により発生した動的な磁力と磁気回路３０１の磁気ギャップ３１６に発生する静的な磁力との相互作用により、フレーム３０２に対してボイスコイル体３０３が振動し、当該振動が伝えられることによりスピーカ用振動板１００が振動して音を発する。

この構成により、上述したように従来では実現できなかった良好で精度の高い特性づくり、音づくり、デザインを可能とした電子機器４００を実現することが可能となる。

なおスピーカ３００の電子機器４００への応用として、オーディオ用のミニコンポシステムについて説明したが、これに限定されない。例えば自動車用のオーディオシステムや持運び可能なポータブル用のオーディオ機器等への応用も可能である。さらに、液晶テレビやプラズマディスプレイテレビ等の映像機器、携帯電話等の情報通信機器、コンピュータ関連機器等の電子機器に広く応用、展開が可能である。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本開示が適用される移動体５００について説明する。

図７は、本開示の実施態様の一つである移動体を示した断面図である。

本実施の形態の場合、移動体５００は、自動車として説明する。

同図に示すように、本開示のスピーカ用振動板１００を備えたスピーカ３００は、移動体５００のリアトレイやフロントパネルに組込まれている。スピーカ３００からは、別途移動体に取り付けられているカーナビゲーションやカーオーディオから送信される音声信号に基づき移動体内に音を発するものとなっている。

このように移動体５００に取り付けられたスピーカ用振動板１００は、大きな温度差や、多湿、乾燥などの過酷な環境に放置される場合が想定されるが、樹脂製のスピーカ用振動板１００の特徴を活かした高い耐久性を備えると共に、良好で精度の高い特性づくり、音づくり、デザインを図ることが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、中空ガラス部材１０２の表面に事前に表面処理を施しておき、樹脂１０１への密着性を向上させてもよい。

本開示にかかるスピーカ用振動板、スピーカ、および、スピーカ用振動板の製造方法によれば映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、自動車等の移動体に適用できる。

１００ スピーカ用振動板
１０１ 樹脂
１０２ 中空ガラス部材
１０３ 強化材
１１０ 樹脂原料
２０１ 混練機
２０２ 射出成形機
２０３ 金型
２０４ 空洞
３００ スピーカ
３０１ 磁気回路
３０２ フレーム
３０３ ボイスコイル体
３０４ エッジ
３０５ ダンパー
３０６ センターキャップ
３１２ マグネット
３１３ プレート
３１４ ヨーク
３１６ 磁気ギャップ
４００ 電子機器
４１０ スピーカシステム
４１１ エンクロジャー
４１２ アンプ
４１３ チューナー
４１４ プレーヤ
５００ 移動体

Claims (9)

1. 樹脂と、
   前記樹脂に含有される中空ガラス部材と
   を備えるスピーカ用振動板。
2. 前記樹脂は、前記樹脂と前記中空ガラス部材との親和性を高める相溶化剤をさらに含有する
   請求項１に記載のスピーカ用振動板。
3. 前記中空ガラス部材の厚さは０．６ミクロン以上である
   請求項１または２に記載のスピーカ用振動板。
4. 前記中空ガラス部材の平均粒子径は２０ミクロン以下である
   請求項１または２に記載のスピーカ用振動板。
5. 前記樹脂は、強化材をさらに含有する
   請求項１に記載のスピーカ用振動板。
6. 前記樹脂は、高内部損失材をさらに含有する
   請求項１に記載のスピーカ用振動板。
7. 前記樹脂は、酸化防止剤をさらに含有する
   請求項１に記載のスピーカ用振動板。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の振動板と
   磁気回路と、
   前記磁気回路に結合されたフレームと、
   前記振動板に一端部が結合されるとともに、他端部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されるボイスコイル体と
   を備えたスピーカ。
9. 中空ガラス部材を含む樹脂を混練し、
   第一状態の金型に混練した前記樹脂を注入し、
   その後前記金型を前記第一状態よりも空洞の体積の小さくなる第二状態にする
   スピーカ用振動板の製造方法。

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