JP2023132427A - 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】スピーカの音響特性や音質を向上させるスピーカ用振動板、スピーカ及びスピーカ用振動板の製造方法を提供する。【解決手段】種子外被由来のシリカ１０２と、添加剤としての相溶化剤とを含有する樹脂１０１とから、スピーカ用振動板１００を形成する。シリカ１０２を含有した熱可塑性樹脂に相溶化剤を添加することにより、スピーカ用振動板１００を成形する際の流れ性が良くなり、薄肉のスピーカ用振動板１００を容易に形成することができる。【選択図】図１

Description

本開示は、各種音響機器や映像機器等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、樹脂などが用いられている。例えば、特許文献１には、種子外被を焼成して得られるシリカを、相溶化剤を用いることなく樹脂と混練し、成形して製造されるスピーカ用振動板が提案されている。

特開２０１９－４７１５１号公報

ところが、種子外被を焼成して得られたシリカ樹脂は、流れ性が悪く、かつ樹脂に均一に分散させにくいため、スピーカ用振動板として薄肉成形することが困難であることを発明者は見出した。

本開示は、前記知見に基づきなされたものであり、薄肉整形が可能なスピーカ用振動板、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、本開示にかかるスピーカ用振動板は、種子外被由来のシリカと、添加剤としての相溶化剤と、を含有する樹脂からなることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本開示にかかるスピーカは、前記スピーカ用振動板と、磁気回路と、前記磁気回路、および前記スピーカ用振動板とを保持するフレームと、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、を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本開示にかかるスピーカ用振動板の製造方法は、種子外被を３００℃以上、７００℃以下の温度で非晶質のシリカを焼成し、前記シリカが配合された熱可塑性樹脂に相溶化剤を添加し、混練によりペレットを生成し、前記ペレットを成形してスピーカ用振動板を製造することを特徴とする。

本開示の構成により、種子外被由来のシリカを樹脂に混入し、相溶化剤を添加することで樹脂製の振動板の薄肉化を図ることができる。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。

実施の形態に係るスピーカ用振動板の断面を示した断面図である。 実施の形態に係るスピーカ用振動板を示した平面図である。 実施の形態に係るスピーカ用振動板の一部を拡大して示した断面図である。 実施の形態に係るスピーカ用振動板の製造方法を示す図である。 実施の形態に係るスピーカを示した断面図である。 実施の形態に係る電子機器の外観を示した図である。 実施の形態に係る移動体を示した断面図である。

次に、本開示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、本開示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。従って本開示は、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、本開示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。

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。スピーカ用振動板１００は、相溶化剤を添加した樹脂１０１と、種子外被由来のシリカ１０２と混練し成形されたものである。本実施の形態の場合、スピーカ用振動板１００は、熱可塑性の樹脂原料に種子外被由来のシリカ１０２を混入し、相溶化剤を添加した材料を混練してペレットを成形し、当該ペレットを用いて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にポリプロピレンなどのオレフィン樹脂を使用することにより、相溶化剤との相性がよく成形性が良好になり薄肉化が実現できる。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。なお、樹脂１０１の種類は、ポリプロピレンに限定されることなく、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。

種子外被由来のシリカ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中に種子外被由来のシリカ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、曲げ弾性率を調整することが可能となる。また、発泡により樹脂製のスピーカ用振動板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。

種子外被由来のシリカ１０２とは、種子外被を３００℃以上、７００℃以下で焼成させることにより得られる非晶質のシリカを意味している。図中には、シリカ１０２は、白い丸で記載されているが、実際には、シリカ１０２の形状は、種子外被の少なくとも一部の構造的特徴を呈している。これは、種子外被を３００℃以上、７００℃以下で焼成させ、粉砕しないことにより種子外被の構造がある程度維持されると考えられる。また、種子外被を３００℃以上、７００℃以下で焼成させて得られるシリカ１０２を含有した熱可塑性樹脂に相溶化剤を添加することにより、スピーカ用振動板１００を成形する際の流れ性が良くなり、薄肉のスピーカ用振動板１００を容易に形成することができる。

なお、種子外被を焼成させる温度は、４００℃以上、６００℃以下の範囲が好ましい。焼成温度が４００℃未満の場合、シリカ１０２を生成するために長い焼成時間が必要になり、効率的にシリカ１０２を生成することが困難である。また、６００℃を越えて焼成を行っても、出来上がったスピーカ用振動板１００の特性の向上は見られず、エネルギーの浪費となるため好ましくない。

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とシリカ１０２との相溶性を増大させ、シリカ１０２の特徴を効果的に発揮させるための添加剤である。相溶化剤としては、例えば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、シリカ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樹脂１０１に対し０．１～１０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。

種子外被とは、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、籾殻が採用されている。籾殻は、食用の米を生産する際に廃棄される物質であり、ＳＤＧｓ（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｇｏａｌｓ）に沿った材料である。なお、米以外の種子としては、穀物である小麦、トウモロコシ、オオムギ、ライムギなどイネ科作物の種子、大豆、小豆などマメ科作物の種子、蕎麦などのタデ科作物の種子などを挙示することができる。また外被とは、米における籾殻、豆における鞘なども含む。

シリカ１０２の粒子径は３００ミクロン以下が好ましい。籾殻を３００℃以上、７００℃以下の温度で焼成し、粉砕しなければ、得られるシリカ１０２の粒子径は３００ミクロン以下になる。

シリカ１０２の混入比率が、１重量％に満たない場合、スピーカ用振動板１００としてシリカ１０２の効果がほとんど現れない。一方、５０重量％より多い場合はスピーカ用振動板１００が脆化する。また、相溶化剤を添加しても製造時の樹脂の流動性が低下し、スピーカ用振動板１００の薄肉化が困難になる。また、シリカ１０２の混入比率は、１０重量％以上、３０重量％以下の範囲から選定されることが望ましい。

次に、スピーカ用振動板の製造方法について説明する。まず、種子外被として籾殻を選定し、これを３００℃以上、７００℃以下で焼成させる。本実施の形態の場合は、焼成温度が６００℃を越えないように６００℃近傍の温度に制御した。これにより、籾殻の形状が残存した多孔質の低温型石英であるシリカ１０２が生成された。焼成された段階でシリカ１０２の粒径は、３００μｍ以下となっていた。

次に、樹脂１０１としてポリプロピレンを用いる。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。

相溶化剤は、無水マレイン酸変性ＰＰを用いている。相溶化剤の添加量を、樹脂１０１に対して５重量％とした。

本実施の形態の場合、図３に示すように、樹脂１０１には、強化材１０３をフィラー材として添加している。強化材１０３により、樹脂１０１とシリカ１０２とを複合化した際に、スピーカ用振動板１００としての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。

強化材１０３は、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の種類は、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。

さらに、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高内部損失材を添加してもよい。

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。高内部損失材の種類は、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。

以上、樹脂１０１、シリカ１０２、強化材１０３、相溶化剤、高内部損失材、その他の混入材料については、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される。

次に、図４に示すように、樹脂１０１に対する籾殻由来のシリカ１０２の含有量を、３０ｗｔ％に調整し、相溶化剤を１ｗｔ％その他の強化剤１０３などを予め混練して得られたペレット１１０を射出成形機２０２により金型２０３の空洞２０４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。

本開示は、ポリプロピレンである樹脂１０１、籾殻由来のシリカ１０２、相溶化剤、強化材１０３を混練したペレット１１０を用い、射出成形によりスピーカ用振動板１００を構成することにより、均質かつ薄肉のスピーカ用振動板１００を形成することができる。

シリカ１０２は、樹脂製のスピーカ用振動板１００の密度や剛性などの物理的特性を調整することができる。

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、本来の樹脂や種子外被由来のシリカ１０２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。

次に、スピーカ３００について説明する。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。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、およびスピーカ用振動板１００を保持する構造部材である。フレーム３０２の形状は、特に限定されるものではないが、全体視漏斗形状となっている。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の外周縁が配置されており、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。また、スピーカ３００は、ダンパー３０５を備えない場合もある。

この構成により、スピーカ用振動板１００の特性を発揮することができ、スピーカ用振動板１００の薄肉化による音質の調整の自由度を広げることができる。また、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。

以下、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としてオーディオ用のミニコンポシステムを例示し説明する。

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などをアンプ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、液晶テレビや有機ＥＬ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。

以下、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として自動車を例示し説明する。

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、本開示は、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開示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開示の主旨、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開示に含まれる。

例えば、樹脂１０１に混入されるシリカ１０２の表面に、樹脂１０１との接着性を向上させるための表面処理などを施してもかまわない。

また、種子外被由来のシリカ１０２は、籾殻など単一種類の外被を焼成させて得られるものばかりでなく、複数種類の外被を焼成させて得たものでもかまわない。

また、焼成したシリカ１０２を粉砕し、粒径を小さくしても構わない。また、分級により粒径を均一化させても構わない。

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 シリカ
１０３ 強化材
１１０ ペレット
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 (13)

1. 種子外被由来のシリカと、添加剤としての相溶化剤と、を含有する樹脂からなる
   スピーカ用振動板。
2. 前記樹脂に対する前記種子外被由来の前記シリカの含有量は、１ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下であり、
   前記樹脂に対する前記相溶化剤の含有量は、０．１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下である
   請求項１に記載のスピーカ用振動板。
3. 前記種子外被由来のシリカは、
   ３００℃以上、７００℃以下の温度で種子外被を焼成して得られる非晶質のシリカである請求項１または２に記載のスピーカ用振動板。
4. 前記種子外被由来の前記シリカは、焼成後に粉砕されない
   請求項３に記載のスピーカ用振動板。
5. 前記種子外被由来の前記シリカは、種子外被の形状を呈する
   請求項１から４のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
6. 前記種子外被は、籾殻である
   請求項１から５のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
7. 前記種子外被由来の前記シリカの粒子径は３００ミクロン以下である
   請求項１から６のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
8. 前記相溶化剤は、無水マレイン酸変性ＰＰである
   請求項１から７のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
9. 前記相溶化剤は、加水分解性長鎖アルキルシランである
   請求項１から７のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
10. 前記相溶化剤は、シランカップリング剤である
    請求項１から７のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
11. 前記相溶化剤は、無水マレイン酸で変性した変性樹脂である
    請求項１から７のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のスピーカ用振動板と、
    磁気回路と、
    前記磁気回路、および前記スピーカ用振動板と、を保持するフレームと、
    前記スピーカ用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。
13. 種子外被を３００℃以上、７００℃以下の温度で非晶質のシリカを焼成し、
    前記シリカが配合された熱可塑性樹脂に相溶化剤を添加し、混練によりペレットを生成し、
    前記ペレットを成形してスピーカ用振動板を製造する
    スピーカ用振動板の製造方法。

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