JP2022154778A - スピーカ用振動板、スピーカ、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い剛性や高い弾性率により高性能化を図ることにより、良好な特性と高音質を実現できるスピーカ用振動板及びその製造方法を提供する。【解決手段】スピーカ用振動板の製造方法であって、抄紙工法により熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに炭素繊維２７Ｂを混入させてシート状の樹脂部材を得る。得られたシート状の樹脂部材をさらに加熱プレス成形してスピーカ用振動板２７の形状に成形する。【効果】ベースとなる熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａの高い剛性や弾性率に加え、さらに炭素繊維２７Ｂの混入により剛性や弾性率を高くすることができ、高音質を実現できるスピーカ用振動板２７を得ることができる。【選択図】図１

Description

本開示は、各種音響機器に使用されるスピーカ用振動板やこれを用いたスピーカおよびこのスピーカを用いた電子機器や移動体に関するものである。

従来の技術を図６により説明する。図６は、従来の射出成形による樹脂製のスピーカ用振動板の断面図である。

図６に示すように、スピーカ用振動板２７は、あらかじめ形状が設定された金型に樹脂ペレットを熱溶解させて射出成形して得ていた。これらの射出成形による樹脂材料の種類としては、ポリプロピレン等の単一材料が一般的に使用されている。

このほか、スピーカ用振動板としての物性値の調整、すなわちスピーカとしての特性や音質の調整を目的として、種類の異なる樹脂を混入させたブレンドタイプの樹脂材料が用いられることもある。

さらに、これら樹脂材料では調整が難しい物性値の調整については、強化材を混入して物性値の調整を行ない、スピーカとしての特性や音質の調整を実施していた。

尚、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。

特開２００５－２３８７５８号公報 特開昭５５－１１５７９４号公報

一般的にブレンドタイプの樹脂材料のベースの樹脂にポリプロピレンを使用していることが多い。ポリプロピレンをベース樹脂とした場合は、安価で生産性は良好であるものの、スピーカ用振動板としての剛性や弾性率が低いという課題を有していた。

そして、剛性や弾性率を向上させるために、繊維状の強化材を混入することがあるが、射出成形時のスクリューにより繊維状の強化材が細かく砕かれてしまい、繊維状の強化材の本来の性能を活かしきれないという課題を有していた。

そこで本開示は、この問題を解決したもので、剛性や弾性率が高く高音質を実現できるスピーカ用振動板、当該スピーカ用振動板を備えるスピーカ、当該スピーカを備える電子機器および移動体を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するために、本開示は、熱可塑性エポキシ樹脂に炭素繊維を混入させてスピーカ用振動板を構成したものである。

この目的を達成するために、本開示の他の一つは、磁気回路と、前記磁気回路と結合されるフレームと、前記フレームの外周部に結合されるスピーカ用振動板と、前記スピーカ用振動板に結合されるとともに、前記スピーカ用振動板の一部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、を備えるスピーカであって、前記スピーカ用振動板は、熱可塑性エポキシ樹脂に炭素繊維を混入させて構成されるスピーカ。

この目的を達成するために、本開示の他の一つは、スピーカと、前記スピーカへの入力信号の増幅回路と、を備える電子機器であって、前記スピーカは、磁気回路と、前記磁気回路と結合されるフレームと、前記フレームの外周部に結合されるスピーカ用振動板と、前記スピーカ用振動板に結合されるとともに、前記スピーカ用振動板の一部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、を備え、前記スピーカ用振動板は、熱可塑性エポキシ樹脂に炭素繊維を混入させて構成される電子機器。

この目的を達成するために、本開示の他の一つは、スピーカと、前記スピーカが取り付けられる筐体と、前記スピーカ、および前記筐体を移動させる駆動手段と、を備える移動体であって、前記スピーカは、磁気回路と、前記磁気回路と結合されるフレームと、前記フレームの外周部に結合されるスピーカ用振動板と、前記スピーカ用振動板に結合されるとともに、前記スピーカ用振動板の一部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、を備え、前記スピーカ用振動板は、熱可塑性エポキシ樹脂に炭素繊維を混入させて構成される移動体。

以上のように本開示によれば、熱可塑性エポキシ樹脂に馴染みの良い炭素繊維を混入させて分散性を良好にすることで、炭素繊維を均一に配合することができる。よって、ベースとなる熱可塑性エポキシ樹脂の高い剛性や弾性率に加え、炭素繊維の混入により剛性や弾性率を高くすることができ、高音質を実現できるスピーカ用振動板を得ることができる。

実施の形態１におけるスピーカ用振動板の断面図である。 実施の形態１におけるスピーカ用振動板の平面図である。 実施の形態２におけるスピーカの断面図である。 実施の形態３における電子機器の外観図である。 実施の形態４における移動体の断面図である。 従来のスピーカ用振動板の断面図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本開示について説明する。

図１は、本開示の一実施形態の振動板の断面図を示したものである。図２は、本開示の一実施形態の振動板の平面図を示したものである。図１および図２に示すように、スピーカ用振動板２７は、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに炭素繊維２７Ｂを混入させて形成したものである。

本実施の形態の場合、抄紙工法により熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに炭素繊維２７Ｂを混入させてシート状の樹脂部材を得る。得られたシート状の樹脂部材をさらに加熱プレス成形してスピーカ用振動板２７の形状に成形している。このような製造方法によりスピーカ用振動板２７を製造することで、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに炭素繊維２７Ｂを均一に分散させることができる。熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａは、抄紙工法において炭素繊維２７Ｂとの相性が良く馴染みが良好であるため熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａが採用される。よって、ベースとなる熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａの高い剛性や弾性率に加え、さらに炭素繊維２７Ｂの混入により剛性や弾性率を高くすることができ、高音質を実現できるスピーカ用振動板２７を得ることができる。

また、このような製造方法とすることにより、従来の射出成型による製造方法のように、射出成形時のスクリューによる強化材としての炭素繊維２７Ｂが細かく砕かれてしまい、強化材の本来の性能を活かしきれないという課題を解決することができる。

さらに、従来では炭素繊維２７Ｂと相性や馴染みが良くないベース樹脂が採用されている。この場合、従来の樹脂材料により構成したシートを、加熱プレスして材料を引き伸ばしながらスピーカ用振動板の形状に成形すると、炭素繊維２７Ｂ同士が絡まった分散性が悪い状態が発生し、出来上がったスピーカ用振動板２７内において炭素繊維２７Ｂがムラになったり、スピーカ用振動板２７に割れや裂けが発生してしまうという課題が存在する。本実施の形態の場合、ベースとなる樹脂として熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａを用いることで炭素繊維２７Ｂの分散ムラやスピーカ用振動板２７の割れや避けの発生を解決することができる。

また、本実施の形態で採用される、エポキシ樹脂は、熱硬化性エポキシ樹脂ではなく、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａである。このため加熱プレス成形が可能となり、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに炭素繊維２７Ｂを均一に分散させて配合させることができ、ベースとなる熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａの高い剛性や弾性率に加え、さらに炭素繊維２７Ｂの混入により剛性や弾性率を高くすることができるという大きな効果を奏する。

次に詳細内容について説明する。

熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａへの炭素繊維２７Ｂの混入比率は、１０重量％以上、５０重量％以下の範囲から選定される。この混入比率とすることで、必要な特性をバランスよく得ることができ、高い剛性や弾性率を実現することができるという効果を得ることができる。熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａへの炭素繊維２７Ｂの混入比率が、１０％より小さい場合は、炭素繊維２７Ｂによる熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａの剛性や弾性率向上の効果が小さくなるという不具合を発生する可能性があり、所望のスピーカ用振動板２７としての音質や特性が得られにくくなる。一方、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａへの炭素繊維２７Ｂの混入比率が、５０％より大きい場合は、生産性が低下してしまう傾向となる。

混入する炭素繊維２７Ｂの繊維長の分布は、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲から選定される長さがピークとなる分布である。このような分布の繊維長の炭素繊維２７Ｂを用いることにより、炭素繊維２７Ｂの高い剛性や弾性率を維持したまま、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａと複合化したときの分散性が良好となり、炭素繊維２７Ｂを熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに対し均一に配合することができ、複合化効果が効率よく発揮される。これにより、得られるスピーカ用振動板２７の剛性や弾性率を高くすることができるという大きな効果を奏する。

混入する炭素繊維２７Ｂの繊維長の分布のピークが、２ｍｍより短い場合は、炭素繊維２７Ｂの効果を効率よく発揮させることができなくなり、著しい剛性や弾性率の向上は期待できない。一方、混入する炭素繊維２７Ｂの繊維長の分布のピークが、１０ｍｍより長い場合は、スピーカ用振動板２７の表面に炭素繊維２７Ｂの凝集体が現れて外観を損ねやすくなり、生産性と品質とが低下する傾向となる。

ベースとなる樹脂材料を、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂として、炭素繊維を混入してスピーカ用振動板を作成し、熱可塑性エポキシ樹脂へ炭素繊維を混入してスピーカ用振動板を作成したものと比較した結果を表１に示す

表１から、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａをベース樹脂としたスピーカ用振動板２７は、他の種類の樹脂をベース樹脂としたスピーカ用振動板に比べて、弾性率が向上していることが明らかであり、より高音質化傾向にある。詳細には、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａをベース樹脂としたスピーカ用振動板２７は、ＰＰ樹脂をベース樹脂としたスピーカ用振動板の約２倍、ＰＥＴ樹脂をベース樹脂としたスピーカ用振動板の約１．５倍の高い弾性率を得ることができた。また、ＡＢＳ樹脂をベース樹脂としたスピーカ用振動板よりも高い弾性率を得ることができた。

以上のように、本開示は、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに炭素繊維２７Ｂを混入させた樹脂材料に基づいたスピーカ用振動板である。これにより、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａに馴染みの良い炭素繊維２７Ｂを混入させて分散性を良好にすることで、炭素繊維２７Ｂを均一に配合することができる。このため、加熱プレス成形するときに、材料を引き伸ばしながらスピーカ用振動板２７の形状に成形しても、炭素繊維２７Ｂがムラになったり、スピーカ用振動板に割れや裂けが発生してしまうということもなくすことができる。よって、ベースとなる熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａの高い剛性や弾性率に加え、さらに炭素繊維２７Ｂの混入により剛性や弾性率を高くすることができ、高音質を実現できるスピーカ用振動板を得ることができる。

また、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａと炭素繊維２７Ｂを抄紙工法により混入させて得られるシート状の樹脂部材を、加熱プレス成形してスピーカ用振動板２７の形状に成形することで、射出成形のようにスクリューで炭素繊維２７Ｂを細かく砕いてしまうことがない。これにより、強化材としての炭素繊維２７Ｂの本来の性能を十分に発揮させることができるスピーカ用振動板２７を得ることができる。

また、スピーカ用振動板２７の物性を調整する手段として、熱可塑性エポキシ樹脂以外の樹脂をさらに混入させて構成しても良い。混入する熱可塑性エポキシ樹脂以外の樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａよりも柔らかい樹脂を選定することが好ましい。これにより剛性や弾性率を過剰な高さを抑制するなど音質や音響特性を容易に調整することができる。熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａより柔らかい樹脂としては、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂等が挙げられる。

また、これらの比較的柔らかい樹脂を1種類のみならず、複数種類をブレンドして混入しても良い。複数種類をブレンドして混入することで、各々の樹脂の物性を反映させることができるため、より細かく音質や音響特性を調整することができる。よって、これらの比較的柔らかい樹脂を混入させることで、従来では馴染みが良好ではなかった炭素繊維２７Ｂとの馴染みについても、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａが存在することの効果により、馴染みが良好となり、炭素繊維２７Ｂを均一に分散させて配合させることができる。そして、これらの比較的柔らかい樹脂を、抄紙工法により混入させて構成したシートを、加熱プレス成形してスピーカ用振動板の形状に成形する製造方法とすることで、炭素繊維２７Ｂを均一に分散させて配合させることができる。さらに、この製造方法とすることで、炭素繊維２７Ｂの繊維長の分布のピークが２ｍｍ以上で、かつ１０ｍｍ以下の範囲に収めることができるため、炭素繊維２７Ｂの効果を十分に発揮させることができる。

以上のように、これらの比較的柔らかい樹脂を混入させて構成することで、熱可塑性エポキシ樹脂２７Ａと炭素繊維２７Ｂとの混入効果に加え、スピーカ用振動板の物性を微調整することが可能となり、所望の音質や音響特性を実現することができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本開示について説明する。

図３は、実施の形態２のスピーカの断面図を示したものである。図３に示すように、着磁されたマグネット２１を上部プレート２２およびヨーク２３により挟み込んで内磁型の磁気回路２４を構成している。

磁気回路２４のヨーク２３は、フレーム２６に結合されている。フレーム２６の周縁部２６ａには、実施の形態１に記載されるスピーカ用振動板２７のエッジ２７ｅが接着されている。スピーカ用振動板２７の中心部は、ボイスコイル体２８の一端と結合される。ボイスコイル体２８の他端は、磁気回路２４の磁気ギャップ２５にはまり込むように配置されている。なお本実施の形態の場合、ボイスコイル体２８として、ボイスコイル２８ａとボイスコイル２８ａが巻き付けられるボビン２８ｂとを備えたものを例示したが、ボビン２８ｂを備えないボイスコイル体２８でもかまわない。

なお、実施の形態２では、内磁型の磁気回路２４を有するスピーカ１０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１０に適用してもよい。

実施の形態２で説明したスピーカ１０によれば、良好な特性や良好な音質のスピーカを実現することができる。特に、スピーカ用振動板２７の剛性や弾性率を高くすることができるため、スピーカの特性においては、高域限界周波数の向上を実現することができる。

また、スピーカ１０の音質においては、スピーカ用振動板２７の剛性や弾性率の向上から、高忠実再生が可能で明瞭度の高い音質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、本開示について説明する。

図４は、本開示の一実施形態の電子機器であるオーディオ用のミニコンポシステムの外観図を示したものである。

スピーカ１０は、エンクロジャー１１に組込まれてスピーカシステム１６が構成されている。

アンプ１２は、スピーカシステム１６に入力する電気信号の増幅回路を含む電子機器である。プレーヤ等の操作部１３は増幅回路であるアンプ１２に入力されるソースを出力する。電子機器であるオーディオ用のミニコンポシステム１４は、このようにアンプ１２、操作部１３、スピーカシステム１６を有する。アンプ１２、操作部１３、エンクロジャー１１は、ミニコンポシステム１４の本体部である。すなわちスピーカ１０は、ミニコンポシステム１４の本体部に装着されている。

またスピーカ１０のボイスコイル体２８は、本体部のアンプ１２から給電されてスピーカ用振動板２７を振動させて音を発する。これにより、従来では実現できなかった高忠実再生が可能で明瞭度の高い良好な音質や良好な特性を可能としたミニコンポシステム１４が得られる。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本開示について説明する。

図５は、実施の形態４の移動体である自動車１５の断面図を示したものである。図５に示すように、移動体である自動車１５は、実施の形態２に記載されるスピーカ１０をリアトレイやフロントパネルなどに備えている。スピーカ１０は、カーナビゲーションやカーオーディオの一部として使用される。自動車１５は、駆動手段１５ａを備え、スピーカ１０を収容する筐体として機能する車体１５ｂとともにスピーカ１０を移動させる。

これにより、スピーカ１０の特徴を活かし、高忠実再生が可能で明瞭度の高い良好な音質や良好な特性を可能とした自動車等の移動体を実現することができる。

本開示にかかるスピーカ用振動板、スピーカ、電子機器および移動体は、高音質が必要な電子機器、さらには自動車等の装置に適用できる。

１０ スピーカ
１１ エンクロジャー
１２ アンプ
１３ 操作部
１４ ミニコンポシステム
１５ 自動車
１５ａ 駆動手段
１５ｂ 車体
１６ スピーカシステム
２１ マグネット
２２ 上部プレート
２３ ヨーク
２４ 磁気回路
２５ 磁気ギャップ
２６ フレーム
２６ａ 周縁部
２７ スピーカ用振動板
２７Ａ 熱可塑性エポキシ樹脂
２７ｅ エッジ
２８ ボイスコイル体
２８ａ ボイスコイル
２８ｂ ボビン

Claims (10)

1. 炭素繊維を含有する熱可塑性エポキシ樹脂により構成される
   スピーカ用振動板。
2. 前記熱可塑性エポキシ樹脂に対する炭素繊維の含有比率は、１０重量％以上、５０重量％以下とした
   請求項１に記載のスピーカ用振動板。
3. 前記炭素繊維の繊維長の分布は、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の範囲から選定される長さがピークとなる分布である
   請求項１または請求項２に記載のスピーカ用振動板。
4. 前記熱可塑性エポキシ樹脂以外の樹脂を含む
   請求項１から３のいずれか１つに記載のスピーカ用振動板。
5. 前記熱可塑性エポキシ樹脂以外の樹脂は、ポリプロピレン樹脂である
   請求項４に記載のスピーカ用振動板。
6. 熱可塑性エポキシ樹脂に対し炭素繊維を抄紙工法により混入する
   スピーカ用振動板の製造方法。
7. 前記抄紙工法により得られるシート状の樹脂部材を加熱プレス成形する
   請求項６に記載のスピーカ用振動板の製造方法。
8. 磁気回路と、
   前記磁気回路と結合されるフレームと、
   前記フレームの外周部に結合される請求項１から５のいずれか１つに記載のスピーカ用振動板と、
   前記スピーカ用振動板に結合されるとともに、前記スピーカ用振動板の一部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、
   を備えるスピーカ。
9. 請求項８に記載のスピーカと、
   前記スピーカへの入力信号の増幅回路と、
   を備える電子機器。
10. 請求項８に記載のスピーカと、
    前記スピーカが取り付けられる筐体と、
    前記スピーカ、および前記筐体を移動させる駆動手段と、
    を備える移動体。

Images