JP2008193370A - スピーカ用振動板およびこれを用いたスピーカならびにこのスピーカを用いた電子機器および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は音響機器に使用されるスピーカ用振動板、スピーカ、電子機器および装置に関するものであり、精度の高い特性つくり、音つくりが課題であった。
【解決手段】本発明は、少なくとも樹脂材料とアラミド繊維とを混入した材料を有機珪素化合物により結着させ、射出成形してスピーカ用振動板を構成することにより、振動板の物性値設定の自由度が大きく高弾性率、高内部損失を有した耐湿信頼性や強度が確保でき、外観に優れ、生産性や寸法安定性も向上した振動板を実現することができる構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明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やこれを用いたスピーカおよびステレオセットやテレビセット等の電子機器および装置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１６はポリプロピレン等の樹脂を使用して、あらかじめ形状設定された金型に、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よく使用されている。

このほか、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使用したブレンドタイプのものも存在していた。

さらに、これら樹脂では調整が難しい物性値の調整については、マイカ等の強化材を混入して物性値の調整、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と特許文献２が知られている。
特開平２−２２８１９７号公報 特開平６−１２５５９３号公報

最近の音響機器や映像機器、さらにはこれらの機器を搭載した自動車等の装置に関しては、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きた。

その音質については、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し、映像についても高精細化やプラズマディスプレイ等の大型モジュールの出現と普及により、目覚ましい性能向上が図られてきた。

そのため、前述の電子機器の性能向上により、これら電子機器に使用されるスピーカについても、その性能向上が市場より強く要請されている。

一方、その性能向上が市場より強く要請されているスピーカについては、スピーカの構成部品の中で、その音質を決定する大きなウエイトを占める振動板の高性能化への対応が必要不可欠である。

ところがこの振動板は、昔ながらの抄紙による製法や、樹脂の射出成形やプレスによる製法を用いており、よって、紙振動板か樹脂振動板が中心であり、それぞれの特徴を活かしながら、その用途に合った使い分けをしてきたが、それぞれ欠点を有していた。

すなわち、紙振動板では、湿式混抄により容易にアラミド繊維やマイカなどを混入することが可能であるため物性値を細かく設定でき、スピーカとしての特性、音質の調整の自由度が大きくなる利点はあるが、紙特有の欠点である耐湿、耐水信頼性に劣り、またその生産には抄紙という非常に多くの工程を必要としなければ得られないという欠点を有していた。

一方、射出成形により得られる樹脂振動板においては、耐湿、耐水信頼性や寸法安定性が確保でき生産性も向上できるが、物性調整のためにマイカなどの無機質フィラーが使用されるため画一的な物性値しか確保できず、スピーカとしての特性、音質の調整範囲が非常に狭くなるという欠点を有していた。

本発明は前記課題を解決し、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、耐水信頼性や寸法安定性が確保でき、外観も優れたものとでき、生産性も向上できるスピーカ用振動板を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも樹脂とミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維とからなるスピーカ用振動板であって、前記振動板は射出成形により得られる。

この構成により、アラミド繊維自体が有する高弾性率をさらに上げることができ、高内部損失を保持することで、振動板の物性設定の自由度が大きくなり、さらに、樹脂による耐湿、耐水信頼性が確保できるスピーカ用振動板を得ることができる。

以上のように本発明は、少なくとも樹脂とミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維とを射出成形により構成したものである。

この構成により、アラミド繊維同士の絡み合いが向上し、アラミド繊維の特長である高弾性率をさらに上げることができ、高内部損失を保持することで、振動板の物性値設定の自由度が大きくなり、耐湿信頼性や強度が確保でき、外観も優れた振動板を得ることができる。

また、上記振動板を射出成形により得ることで、生産性や寸法安定性が向上した振動板を得ることができる。

また、これらの樹脂、さらには混入材である強化材料を、多岐にわたる材料の中から選定し適切に配合比率を設定していくことで、従来では不可能であった精度の高い特性や音質の調整が可能となる。

以下、本発明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、本発明の特に請求項１から請求項１９に記載の発明について説明する。

図１は、本発明の一実施の形態の振動板の断面図を示したもの、図２は、本発明の一実施の形態の振動板の断面拡大図を示したものである。

図１および図２に示すように、振動板１は、樹脂１Ａとアラミド繊維１Ｂとミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維１Ｃを混入した材料を射出成形して構成している。

ミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維１Ｃはアラミド繊維１Ｂと絡み、結果として繊維同士の絡み合いが向上してより高強度で高剛性な振動板を得ることができる。

この振動板１の材料については、樹脂１Ａに結晶性または非晶性のオレフィン樹脂を使用している。

オレフィン樹脂を使用することにより、成形性を良好化でき、また結晶性と非晶性の樹脂材料を、その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。

今回は、このうち樹脂１Ａは、ポリプロピレンを使用した場合の実施例について説明する。

また、ポリプロピレンは一般的に入手しやすく、射出成形も容易であるが、本発明は当樹脂に限定されることなく、その所望の特性値に応じて他の樹脂を使用するなど、自由に使い分けすることができる。

例えば、高い耐熱性や、高い耐溶剤性が必要な場合は、その用途に合致したエンジニアリングプラスチックを使用することも可能である。

ここで、アラミド繊維は、明瞭感のある明るい音色を再生することができ、樹脂特有の暗くて画一的な音色を抑えることができる。

一般に繊維はアスペクト比（繊維長／繊維径）が大きいほど弾性率が向上する。特に、アラミド繊維のような剛直な繊維の場合は繊維径が小さくても十分な強度を有するため、この傾向が顕著に現れる。そのためアラミド繊維をミクロフィブリル状態まで微細化し、繊維径を５μｍ以下にすることでアスペクト比が大きくなり高弾性率を確保した振動板を得ることができる。

また、本発明のアラミド繊維の繊維長は、０．３ｍｍ〜６ｍｍとして構成している。この構成により、樹脂と造粒複合化して混練したときの効果を効率よく引出し、かつ生産性と品質を向上させることができる。

なお、チョップドファイバー状のアラミド繊維とは繊維長の分布がシャープであるために均一な繊維長を有しており、ミクロフィブリル状態まで微細化する前の繊維径が１０〜１５μｍのものである。

ここで、アラミド繊維の繊維長が０．３ｍｍより短い場合は、アラミド繊維の効果を効率よく出すことができなくなり高弾性率が期待できない。

一方、６ｍｍより長い場合は繊維どうしの絡みから生じる二次凝集により分散性不良が発生しやすくなるため、樹脂との混練工程が長く必要となったり、振動板の表面にアラミド繊維のダマすなわち塊が現れて外観を損ねる等の生産性と品質上の問題を発生する。

なお、好ましくは３ｍｍ以下のアラミド繊維と複合化することであり、これより繊維長が長いと振動板を薄く成形することが困難となる。

また、チョップドファイバー状のアラミド繊維には繊維長が１．５ｍｍ以上の長繊維と繊維長が１．５ｍｍに満たない短繊維を組合わせて使用することで、共振を和らげることができ、細かい音質調整が可能となる。

そして、チョップドファイバー状のアラミド繊維とミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維が含まれていることで、アラミド繊維同士の絡み合いが増すために結合強度が増し、より高弾性率を確保した振動板を得ることができる。

さらに、振動板の強化や、音に多少の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質調整したい場合には、強化材としてマイカ、グラファイト、タルク、さらにはセルロース繊維を混入して構成することもできる。

この場合、強化材にマイカを混入すると弾性率を高くすることができる。また、グラファイトを混入すると弾性率と内部損失を上げることができる。また、タルクを混入すると内部損失を上げることができる。さらに、セルロース繊維を混入することで、セルロース繊維とアラミド繊維が絡み合い、弾性率を下げずに内部損失を上げることができる。また、セルロース繊維の一部またはすべてをミクロフィブリル状態まで微細化したセルロース繊維を使用することで繊維間の結合力が増し、弾性率を上げることができる。また、その他には炭酸カルシウム、クレイなどの無機鉱物や炭素繊維のような高強度繊維を使用して弾性率を向上させてもよい。

そして、前述の材料をそれぞれ組合わせることで、振動板の物性値を自由に、しかも高精度に調整することができ、所望の特性と音質を実現することが可能となる。

また、樹脂とアラミド繊維の密着度を向上させるには相溶化剤を使用すればよい。相溶化剤に有機珪素化合物を使用することで、樹脂とアラミド繊維の結合力を大きくし、密着性を向上させることで、エネルギーの損失が減少し、より有効にアラミド繊維の特性が活き、高強度で高弾性率を確保した振動板を得ることができる。

また、アミノ基を有した有機珪素化合物を混入することで樹脂とアラミド繊維をより強固に結着させることができ、アラミド繊維の物性が有効に機能した弾性率のより高い振動板を得ることができる。なお、ここで使用するアミノ基を有した有機珪素化合物は３−アミノプロピルトリエトキシシランまたは、３−アミノプロピルトリメトキシシランがより有効的である。

また、加水分解性長鎖アルキルシランもアルキル基の長鎖部分がオレフィン系樹脂との相溶性が良好であるため、樹脂にポリプロピレンを用いた際に効果的であり、結果的にポリプロピレンとアラミド繊維の密着性が向上するため、弾性率も向上する。なお、ここで使用する加水分解性長鎖アルキルシランは炭素数が６以上のものが望ましく、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランがより有効的である。

また、流動性改質材を混入してもよい。このような改質材としては例えば、流動性パラフィンやステアリン酸カルシウムが利用可能である。特に、アミノ基を有する脂肪酸が望ましく、ステアリン酸アマイドやオレイン酸アマイドを用いることで、射出成形により形成される振動板の薄肉化が可能となる。

この所望の特性と音質の実現については、特性つくり、音つくりに関しての深いノウハウが必要であるが、一般に以下に示す手段により実施されることが多い。

スピーカの特性つくり、音つくりに関しては、その構成部品のパラメータを可変させることで、ある程度の変更が可能であり、所望の特性と音質に近付けることができる。

例えば、スピーカの構成部品中、振動板を除く他の部品のパラメータを一定に固定した場合、振動板での可変可能なパラメータとしては、その物性値以外に、面積や形状、重量、面厚等がある。

そこで、この振動板の面積や形状、重量、面厚を、スピーカ設計上の概略段階と仮定して一定に固定した場合を考えると、振動板の物性値以外の条件で、スピーカの音圧周波数特性と音質が概略決定される。

この場合、その音圧周波数特性上に必要なピークやディップが発生し、歪も特定の周波数帯域で大きく発生することが多い。

また、音質については、その音圧周波数特性に大きく左右された音色となる。

これらの原因は、この振動板の面積や形状、重量、面厚に起因しており、特に、振動板の振動モードによるものが多い。

前述の不要なピークやディップ、歪を改善し、良好な音質を得るための振動板材料の選択手段として本発明を適用すると以下のようになる。

先ず、そのスピーカに要求されている音圧周波数特性や音質、信頼性グレードを満足できると思われる材料を、樹脂、アラミド繊維、さらにはその他の混入材料として選定する。

この場合、ベースとなる樹脂に関しては、特にその耐熱グレード等信頼性に傾注して選定し、またそれぞれの樹脂の固有の音色が、所望の音色に近い材料を選定する。

そして、削除したい音圧周波数特性上の不要なピークやディップについて、材料選定する。

ディップ対策の場合は、その周波数に共振を有している材料を選定し、逆にピーク対策の場合は、その周波数に内部損失を有している材料を選定する。

この材料選定については、樹脂、アラミド繊維、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、振動板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。

そして、前述の選定した材料を混練して、射出成形のためのアラミド繊維高充填量のマスターバッチペレットを生産する。

次に、このアラミド繊維高充填量のマスターバッチペレットを使用して、射出成形により本考案の振動板を得る。

このようにして得られた振動板の物性値等の計測、評価を実施するとともに、この振動板を使用してスピーカを試作し、実際のスピーカとしての特性、音質の計測および試聴により、最終的な評価を実施する。

前述の評価により、所望の特性と音質が満足できない場合は、何度もこの試作プロセスを繰返す。

そしてその中で、材料選定はもとより、それらの配合比率について改善を加え、順次目標とする特性と音質に近付けていく。

以上のようなプロセスを繰返すことにより、所望の特性と音質を満足できるか、または非常に近いものに仕上げることができる。

さらに、本発明の樹脂へのアラミド繊維の混入比率は、５重量％から５０重量％として構成している。この構成により、樹脂と混練したときの効果を効率よく引出し、かつ生産性と品質を向上させることができる。

ここで、アラミド繊維の混入比率は、５重量％に満たない場合は、アラミド繊維の効果がほとんど現れない。

一方、５０重量％より多い場合は、混練工程が長く必要となり、また射出成形が困難となることから生産性と寸法安定性が低下し、形状の自由度が小さくなる。

また、ミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維は５重量％から２０重量％として構成している。

ここで、ミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維が５重量％に満たない場合は、ミクロフィブリル状態まで微細化して、繊維間にネットワークを形成するのが困難であり、強度や弾性率の増大が望めない。また、２０重量％より多い場合は顕著な弾性率向上が見受けられない。

アラミド繊維量を２０重量％より多くして弾性率を効果的に増大させるためにはミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維とチョップドファイバー状のアラミド繊維を混入して使用すれば良い。

以上のように本発明は、樹脂と少なくとも部分的にミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維とを混入した材料を射出成形してスピーカ用振動板を構成することにより、振動板の物性値設定の自由度が大きくなりアラミド繊維の特長である高弾性率、高内部損失を有し、耐湿信頼性や外観に優れ、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。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２０に記載の発明について説明する。

図３は、本発明の一実施の形態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２を上部プレート３およびヨーク４により挟み込んで内磁型の磁気回路５を構成している。

この磁気回路５のヨーク４にフレーム７を結合している。このフレーム７の周縁部に、請求項１から請求項１９記載のいずれか１つの振動板１の外周をエッジ９を介して接着している。そして、この振動板１の中心部にボイスコイル８の一端を結合するとともに、反対の一端を上記磁気回路５の磁気ギャップ６にはまり込むように結合して構成している。

以上は、内磁型の磁気回路５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、アラミド繊維の特長である高弾性率、高内部損失を有し、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、本発明の特に請求項２１に記載の発明について説明する。

図４は、本発明の一実施の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。

図４に示すように、本発明のスピーカ１０をエンクロージャー１１に組込んで、スピーカシステムを構成し、このスピーカに入力する電気信号の増幅手段であるアンプ１２と、このアンプ１２に入力されるソースを出力するプレーヤ１３とを備えて、電子機器であるオーディオ用のミニコンポシステム１４を構成したものである。

この構成とすることにより、従来では実現できなかった精度の高い特性つくり、音つくり、デザインを可能とした電子機器を実現させることができる。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項２２に記載の発明について説明する。

図５は、本発明の一実施の形態の装置である自動車１５の断面図を示したものである。

図５に示すように、本発明のスピーカ１０をリアトレイやフロントパネルに組込んで、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して自動車１５を構成したものである。

この構成とすることにより、スピーカ１０のアラミド繊維の特長を活かした精度の高い特性つくり、音つくり、デザインを図ることで、このスピーカ１０を搭載した自動車等の装置の音響設計自由度を向上させることができる。

本発明にかかるスピーカ用振動板、スピーカ、電子機器および装置は、精度の高い特性つくり、音つくりが必要な映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、さらには自動車等の装置に適用できる。

本発明の一実施の形態におけるスピーカ用振動板の断面図 本発明の一実施の形態におけるスピーカ用振動板の断面拡大図 本発明の一実施の形態におけるスピーカの断面図 本発明の一実施の形態における電子機器の外観図 本発明の一実施の形態における装置の断面図 従来のスピーカ用振動板の断面図

符号の説明

１ 振動板
１Ａ 樹脂
１Ｂ アラミド繊維
１Ｃ ミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維
２ マグネット
３ 上部プレート
４ ヨーク
５ 磁気回路
６ 磁気ギャップ
７ フレーム
８ ボイスコイル
９ エッジ
１０ スピーカ
１１ エンクロージャー
１２ アンプ
１３ プレーヤー
１４ ミニコンポシステム
１５ 自動車

Claims (22)

1. 樹脂と少なくとも部分的にミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維とを混入し、射出成形により形成されたスピーカ用振動板。
2. ミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維の繊維径が５μｍ以下とした請求項１記載のスピーカ用振動板。
3. 樹脂は、結晶性または非晶性のオレフィン樹脂とした請求項１記載のスピーカ用振動板。
4. 樹脂は、ポリプロピレンとした請求項１記載のスピーカ用振動板。
5. 樹脂は、エンジニアリングプラスチックとした請求項１記載のスピーカ用振動板。
6. アラミド繊維の一部がチョップドファイバー状繊維である請求項１記載のスピーカ用振動板。
7. アラミド繊維は、繊維長が０．３ｍｍ以上６ｍｍ以下とした請求項６記載のスピーカ用振動板。
8. アラミド繊維は繊維長が１．５ｍｍ以上の長繊維と１．５ｍｍに満たない短繊維とを組合わせた請求項６記載のスピーカ用振動板。
9. 強化材をさらに含む請求項１記載のスピーカ用振動板。
10. 強化材はマイカ、グラファイト、タルク、炭酸カルシウム、クレイ、セルロース繊維、炭素繊維のいずれか、またはこれらを組合わせて使用した請求項９記載のスピーカ用振動板。
11. セルロース繊維の一部またはすべてをミクロフィブリル状態まで微細化した請求項１０記載のスピーカ用振動板。
12. 相溶化剤をさらに含む請求項１記載のスピーカ用振動板。
13. 相溶化剤は有機珪素化合物である請求項１２記載のスピーカ用振動板。
14. 有機珪素化合物はアミノ基を有する有機珪素化合物または加水分解性長鎖アルキルシランである請求項１３記載のスピーカ用振動板。
15. 加水分解性長鎖アルキルシランは炭素数が６以上である請求項１４記載のスピーカ用振動板。
16. 流動性改質材をさらに含む請求項１記載のスピーカ用振動板。
17. 流動性改質材はアミノ基を有する脂肪酸とした請求項１６記載のスピーカ用振動板。
18. 樹脂へのアラミド繊維の混入比率は、５重量％以上５０重量％以下である請求項１記載のスピーカ用振動板。
19. 樹脂へのアラミド繊維の混入比率のうち、ミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維が５重量％以上、２０重量％以下とした請求項１記載のスピーカ用振動板。
20. 磁気回路と前記磁気回路に結合されたフレームと、前記フレームの外周部に結合された、樹脂と少なくとも部分的にミクロフィブリル状態まで微細化したアラミド繊維とを混入し、射出成形からなる振動板と、前記振動板に結合されるとともに、その一部が前記磁気回路から発生する磁束の作用範囲内に配置されたボイスコイルとを備えたスピーカ。
21. 請求項２０記載のスピーカと、少なくとも前記スピーカへの入力信号の増幅回路とを備えた電子機器。
22. 請求項２０記載のスピーカを移動手段に搭載した装置。

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