CN1697569A - 制造电声换能器振动膜的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造具有多层结构的电声换能器的振动膜的方法，该多层结构的电声换能器振动膜包括第一振动膜层和第二振动膜层，所述第一振动膜层由合成树脂材料制成、并通过注模成型而模制成预定形状，所述第二振动膜层紧密接触地层叠在第一振动膜层上、并由不同于第一振动膜层的材料制成，该方法包括：将第二振动膜层插入用于注模成型的模具中，该第二振动膜层是由未成形的织布或预先模制成预定的振动膜形状的织布制成；以及将用于模制成第一振动膜层的合成树脂材料注射到用于注模成型的模具中，从而形成与第二振动膜层结合为一体的第一振动膜层。

Description

制造电声换能器振动膜的方法

技术领域

本发明涉及一种制造电声换能器振动膜的方法，特别是涉及一种用于制造具有多层结构的电声换能器振动膜的方法，所述多层结构的电声换能器振动膜包括第一振动膜层和第二振动膜层(表皮层)，所述第一振动膜层由合成树脂制成、并通过注模成型法模制成预定形状，所述第二振动膜层紧密接触地层叠在第一振动膜层上、并由不同于第一振动膜层的材料制成。

背景技术

电声换能器(例如扬声器或麦克风)的振动膜需要的特性包括高比模量(E/ρ)、高比弯曲刚性(E/ρ³)、适当的内部损耗，以及高抗机械疲劳性和高抗老化性。此外，最近几年，防水已经变成必不可少的特性，对于将主要被安装在车辆上的电声换能器的振动膜尤其如此。

鉴于这些要求，已经提出了包括金属、陶瓷、合成树脂、合成纤维、天然纤维素纤维，以及最近通过使用生物技术而生产的微生物纤维素纤维等各种不同材料，这些材料使用不同的加工方法来加工、并在实际中使用。

然而，每种材料具有其固有的特性，就振动膜所要求的特性而言，这些固有特性既有优点也有缺点。因而，在实际应用中，使单一材料形成的振动膜呈现出振动膜所要求的处于良好平衡状态的多种特性，这遇到了相当大的困难。

例如，由诸如木桨等纤维素纤维制造的所谓的纸制振动膜，就具有相对的轻重量、具有适当的弹性模量和适当的内部损耗，并且能够通过不同的制造方法来制造等优点，因此在设计上表现出高度的灵活性。另一方面，纸制振动膜具有的缺点包括难于确保防水，以及难于增大用于确保较大的最大功率输入的弹性模量。

反之，由合成树脂、金属或类似材料制成的振动膜，具有易于确保防水和易于赋予用于确保较大的最大功率输入的高弹性的优点。另一方面，这种振动膜也具有高密度和较小的内部损耗(虽然一些树脂具有比较大的内部损耗)的缺点。因而，这种振动膜并不最适合于在低频到中频范围内或者所有频率范围内使用，在这样的频率范围内，振动膜必须为轻重量和高硬度。

为此，人们建议通过采用由具有不同特性的多种材料构成的多层结构来制造各种性能得到良好平衡的振动膜，从而弥补了各种材料的缺点。

图1示出了这种电声换能器振动膜的一个实施例。

在双层结构的形式中，图1中所示的电声换能器振动膜1包括第一振动膜层3和第二振动膜层5(表皮层)，所述第一振动膜层3由合成树脂制成、并通过注模成型而模制成预定形状，所述第二振动膜层5紧密接触地层叠于第一振动膜层3上、并由不同于第一振动膜层3的材料制成。

例如，当用芳族聚酰胺纤维织布作为第二振动膜层5的材料时，树脂层的特性弥补了芳族聚酰胺纤维织布的缺点，因而能够生产具有平衡性良好的多种特性的振动膜。

同时，已经披露了一种制造具有这种多层结构的电声换能器振动膜1的方法，该方法包括：通过压模机或者类似机器预先形成预定尺寸和预定形状的第二振动膜层5，以及，在形成第一振动膜层3时，对如此形成的第二振动膜层5进行镶嵌造型，从而将第二振动膜层5与第一振动膜层3结合在一起(例如，参见JP-A-2000-4496)。

顺便提及，当具有类似特性的材料用作第一振动膜层3和第二振动膜层5的材料时，当已注入到注模中的第一振动膜层3从熔融状态开始固化时，这些材料被熔合成一体，因此，能够获得高的粘合强度。然而，在由具有类似特性的材料构成的多层结构中，不可能充分实现各种材料彼此相互弥补缺点的最初目的。

另一方面，当具有显著特性差异的材料被用作第一振动膜层3和第二振动膜层5的材料时，需要使用粘合膜或者类似的粘合剂来确保振动膜各层之间具有足够的粘合强度。因此，必须另外进行在将被插入到注模或者类似模具中的第二振动膜层5的表面上贴附粘合膜的过程，这样会出现诸如使注模成型过程复杂、重量增加，以及成本增加的问题。

本发明要解决的问题包括例如上面提到的现有技术中出现的如下问题。当彼此层叠在一起的第一振动膜层和第二振动膜层的特性彼此有很大差别时，需要使用粘合膜或类似的粘合剂来确保各振动膜层之间具有足够的粘合强度。因此，就出现了诸如注模成型过程复杂、重量增加，以及成本增加的问题。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供一种制造具有多层结构的电声换能器的振动膜的方法，该多层结构的电声换能器振动膜包括第一振动膜层和第二振动膜层，所述第一振动膜层由合成树脂材料制成、并通过注模成型而模制成预定形状，所述第二振动膜层紧密接触地层叠在第一振动膜层上、并由不同于第一振动膜层的材料制成，该方法包括：将第二振动膜层插入用于注模成型的模具中，该第二振动膜层是由未成形的织布或织布构成并预先模制成预定的振动膜形状；以及将用于模制成第一振动膜层的合成树脂材料注射到用于注模成型的模具中，从而形成与第二振动膜层结合为一体的第一振动膜层。

附图说明

图1是表示多层结构的电声换能器振动膜配置的纵向剖视图；

图2是根据本发明的制造电声换能器振动膜的方法的一个实施方式中使用的注模成型机的配置示意框图；

图3是图2中所示的注模成型机中使用的注模处于打开状态的纵向剖视图；

图4是沿图3中箭头A方向得到的视图；

图5是根据本发明实施方式的用于振动膜的第二振动膜层的片材的说明视图；

图6是作为第二振动膜层原材料的未成形的片材固定在图3所示注模的一个半模上的状态说明视图；

图7是沿图6中箭头B方向得到的视图；

图8是表示本发明的实施方式中未成形的片材形成预定形状过程的剖视图；

图9是表示本发明的实施方式中形成第一振动膜层的合成树脂被注射到注模中的初始状态的剖视图；

图10A到10C是表示根据本发明的实施方式的注射发泡成型流程的说明视图；

图11是表示本发明实施方式中注射到注模的合成树脂的结构在发泡前状态和发泡后状态之间的变化的说明视图；

图12是通过图10中所示的注射发泡成型形成的模制产品的纵向剖视图；

图13是关于根据本发明的实施方式的制造方法制造的试验产品，和根据现有技术的制造方法制造的传统产品的不同特性值的测量结果的说明视图；

图14是根据本发明的实施方式制造方法制造的试验产品和根据现有技术的制造方法制造的传统产品的杨氏模量值的比较图；

图15是根据本发明的实施方式制造方法制造的试验产品和根据现有技术的制造方法制造的传统产品的比模量值的比较图；以及

图16A到16F是表示根据本发明制造电声换能器振动膜的方法的实施方式中，利用已经形成的、预先插入到注模内的两片第二振动膜层来执行注射发泡成型过程的流程说明视图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明根据本发明的优选实施方式的制造电声换能器振动膜的方法。

图2是根据本发明的制造电声换能器振动膜的方法的一个实施方式中使用的注模成型机的配置示意框图。

图2所示的注模成型机6的注模11是用于制造图1所示的电声换能器振动膜1的模具。注模11包括阳模13和阴模15，所述阳模13具有沿着电声换能器振动膜1表面轮廓的圆锥形凸起部分13a，所述阴模15具有与圆锥形凸起部分13a相对应的圆锥形凹陷部分15a。

在本实施方式中，阳模13的作用是被可动压板12保持的可动模具，阴模15的作用是被固定压板14保持的固定模具。

阳模13和阴模15之间的合模压力由合模压缸8控制，该合模压缸8由合模压力控制部分7控制。

在阴模15的中央区域形成喷嘴(浇口)25以便贯穿该中央区域，通过喷嘴(浇口)25来注射合成树脂。注射单元9的注射喷嘴插入到浇口25中。该注射单元9是用于注射树脂混合物的设备，所述树脂混合物是通过将用作基材的、诸如PP(聚丙烯)的烯烃树脂与发泡剂和有机或无机填充料混合而获得的。根据注射过程控制部分10所控制的注射条件来控制注射单元9。此外，模制过程中的数据从注射单元9侧输出。合模压力控制部分7，根据这样输出的数据、可动压板12和固定压板14之间距离的数据等等来控制模具的合模压力。

在本实施方式中，如图3所示，阳模13包括四个片材定位销17和片材压紧单元19。每个片材定位销17末端的针17a穿透片材的周边部分，这样可将片材固定在适当的位置上，所述片材将在后面描述。片材压紧单元19挤压由片材定位销17定位的片材的表面，因此可防止该片材发生起皱。

如图3所示，片材定位销17垂直地设置在与阴模15相向的阳模13的邻接面的四角上。

在与阳模相向的阴模15的邻接面上，形成插入片材定位销17的间隙孔21，以避免在合模时片材定位销17与阴模15干涉。

如图3所示，片材压紧单元19是圆筒形状，它的中心轴与圆锥形凸起部分13a的中心轴重合。片材压紧单元19通过设置在阳模13中的导向孔13b而滑动地支撑在阴模15上，以及通过设置在导向孔13b后端的张紧部件(弹簧)23而压向阴模15。

在本实施方式中，通过将图5中所示的片状材料31形成预定的振动膜形状来构造第二振动膜层5。在本实施方式中，如图5所示，片状材料31是一种织布，其中，构成经纱41和纬纱42的两种纤维通过双轴编织(平纹编织)方法来编织。

此外，在本实施方式中，片状材料31是用芳族聚酰胺纤维分别作为纤维41和42来编织的芳族聚酰胺纤维织布。更具体地说，是由DUPONT-TORAY CO.，LTD制造的凯夫拉尔(Kevlar)K144的织布(经纱和纬纱的重量为：400旦尼尔，属于平纹编织，其中经纱和纬纱分别由30根细丝构成)。

然而，构成片状材料31的织布并不局限于芳族聚酰胺纤维织布。例如，可以采用碳纤维的织布，或是任何各种已知纤维的织布。

此外，织布的编织结构并不局限于平纹编织。

接下来，描述使由织布制成的片状材料31形成预定的振动膜形状的方法。

首先，如图6所示，在注模11的各个半模13和15处于打开状态时，将未成形的片状材料31(作为第二振动膜层的原材料)固定在模具13的片材定位销17上。

其次，执行预成形过程。如图8所示，在预成形过程中，通过使注模11合模，将片状材料31保持在圆锥形凸起部分13a和圆锥形凹陷部分15a之间。结果，片状材料31被赋予了预定的振动膜形状。

再其次，进行注模成型过程以形成第一振动膜层3。同时，如图9所示，注模成型可以如下方式进行。阳模13自图8所示的合模状态、沿两个半模彼此分开的方向移动预定距离，这样形成便于树脂流动的模具间隙S。于是，在注射的过程中，增加了再次使模具间隙S闭合的过程。

接着，参考图10A至10C描述用于使第一振动膜层3发泡的注射发泡成型过程。

首先，注模成型机6的合模机构将注模11的阳模13和阴模15之间的间隙调整到图9所示的注模成型状态。其后，如图10A所示，由注射单元9注入树脂混合物，所述树脂混合物是由PP(聚丙烯)与发泡剂和有机或无机填充料混合而成的。

此时，将注射单元9中树脂混合物的温度保持在大约230℃。另外，将注模11模腔表面的温度保持在大约90℃。此外，合模压缸8(由合模压力控制部分7控制)将合模压力保持在大约100t。再者，由注模11的阳模13和阴模15形成的模腔的厚度一般设定为大约0.2mm。

此时，如图10B所示，填充到阳模13和阴模15之间的模腔中的树脂混合物从与注模11或与第二振动膜层5接触的部分开始固化。这样固化的外表面层形成了如图11所示的表皮层3a。由注射单元9的螺杆挤出树脂混合物而产生的压力以及来自阳模13和阴模15的合模压力均施加到树脂混合物中仍然熔融的部分。因而，发泡剂分解产生的气体被压缩，由此在抑制了发泡的同时继续进行固化。

接着，如图10C所示，紧随树脂混合物注入完成之后，并且在熔融部分中的发泡剂的发泡压力依然足以使周围的表皮层(已固化部分)3a膨胀的同时，合模压缸8(在合模压力控制部分7的控制下)所施加的合模压力瞬间下降到大约0t。结果，在周围树脂膨胀的同时，已被压缩的熔融部分发泡剂所分解的气体也在膨胀，从而开始发泡。因而，如图11所示，形成夹在表皮层3a之间的发泡层3b。

下面，将描述打开阳模13的时机。如果在注射树脂完成之前打开模具，则过多的树脂混合物会注射到阳模13和阴模15之间的模腔中，因而会不合乎需要地增加产品的重量。反之，如果打开模具的时机太迟，则会过度地进行树脂的固化，这样树脂被完全固化而发泡剂仍然不能发泡。因此，优选的是在注射开始后0.3到0.4秒钟的时候打开模具。不过，也可以根据诸如树脂混合物的温度、注模11的温度、产品厚度、发泡剂的添加量等类似的条件来改变上述的要求。

注模11被高速地打开大约0.1mm到1.5mm的距离，即在0.04到0.05秒钟时间内打开。因此，对压板打开力和压板夹持压力进行控制，以便以大约0.0020mm/ms到0.0375mm/ms的速度打开注模11。大约0.001mm/ms或更快的速度足以模制薄型的发泡成型振动膜。

下面，将描述本实施方式中采用的注模成型机6和发泡剂的具体例子。PP(聚丙烯)由添加了7％碳纤维的MA06(由三菱化学株式会社(Mitsubishi Chemical Corporation)制造)组成。发泡剂由EE-205(由永和化成株式会社(Eiwa Chemical Ind.Co.Ltd.)制造)组成，并且按0.1重量份来添加。Ultra 220(由住友重机械工业株式会社(Sumitomo Heavy Industries，Ltd.)制造)被用作注模成型机6。

图12显示在注射发泡成型过程完成后，从打开的注模11中取出的模制产品35。

通过从模制产品35中除去不需要的部分(例如浇口残痕)，可以获得多层结构的电声换能器振动膜，其中，如图1所示，第二振动膜层5紧密接触地层叠在第一振动膜层3上。

在上面所描述的制造电声换能器振动膜的方法中，插入到注模内的第二振动膜层5是织布。因此，由于用来形成第一振动膜层3、并且在镶嵌造型时填充到模具中的合成树脂材料26使构成织布的纤维空隙饱和，因此，无需使用粘合膜或类似粘合剂就能够获得极高的粘合强度。

更具体地说，即使第一振动膜层3与层叠的第二振动膜层5的特性有很大差别，也能够确保振动膜层3和5之间有足够的粘合强度，即使是在镶嵌造型期间，也无需试图通过使用粘合膜或类似粘合剂来增加粘合强度。

因此，在将要插入到注模11中的第二振动膜层5的表面上贴附粘合膜的过程或类似的过程被略去，从而简化了注射发泡成型的过程，节省了制造成本。另外，增大了选择振动膜层3和5各自所使用材料的自由度，从而能够充分利用由不同类型材料构成的多层结构振动膜的优点。

在本实施方式的设置中，以高粘合强度被层叠并结合为一体的不同类型的材料，弥补了各自的缺点，因此实现了振动膜重量的减少和刚性的增加。

为了验证本实施方式的操作和效果，发明人对根据本实施方式的振动膜试验产品A1、A2，以及包括使用普遍的纸制振动膜作为第二振动膜层5的传统振动膜产品G1，分别就它们的厚度、密度、杨氏模量、内部损耗以及比模量进行测量和比较。图13显示了该测量结果。

使用指定的注入树脂材料，以便在注射发泡成型过程中(在该期间内，形成了第一振动膜层3)用苯酚来使构成第二振动膜层5的织布饱和，从而获得试验产品A1。使用指定的注入树脂材料，以便在注射发泡成型过程中(在该期间，形成第一振动膜层3)用密胺来使构成第二振动膜层5的织布饱和，从而获得试验产品A2。

图14显示了根据图13所示的测量结果，试验产品A1和传统产品G1的杨氏模量之间的对比。图15显示了根据同样的测量结果，试验产品A1和传统产品G1的比模量之间的比较。

如图13到15所示，已经实现特性的改善，即与传统产品G1相比，试验产品A1和A2具有更高的比模量，也能更容易地确保较大的最大功率输入。

另外，根据本实施方式中描述的制造方法，通过镶嵌造型而与第二振动膜层5结合为一体的第一振动膜层3具有分层结构，其中含有因注射发泡成型而产生的气泡。即使当填充到模具中的树脂的量保持恒定时，通过注射发泡成型形成的第一振动膜层3随着膨胀比率的增加，其比重减小、厚度增加。因此，提高了振动膜的刚性。

所以，通过在注射发泡成型时适当调节膨胀比率，而无需在镶嵌造型时增加形成第一振动膜层3的树脂填充量，就能够确保第一振动膜层3具有足够的刚性。为此，可以容易地得到重量轻和刚性高的振动膜，所述振动膜是再现全部频率范围所要求的。

此外，根据本实施方式，第二振动膜层5的模制过程并不是由专用的压力成形机或类似的机器来进行的，而是通过注模11(用于制造第一振动膜层3)的两个半模之间的挤压来进行的，随后进行用于制造第一振动膜层3的注模成型过程。因此，与现有技术的制造方法相比，减少了制造过程，其中，现有技术的制造方法中，第二振动膜层5独立地在另一条生产线上形成。因此，采用本方法能够节省成本。

如上面所述，未成形的片状材料31通过注模11的合模，而经过预成形以形成预定的形状，并且在此之后，通过在注模成型时所施加的树脂压力和热量，来精确地压制形成为模具的模腔形状。因此，在如此模制的第一振动膜层3和第二振动膜层5之间不会发生由诸如尺寸误差等引起的不良粘结等问题。

因此，在第一振动膜层3与第二振动膜层5层叠面的整个区域能够获得均匀地、紧密地接触。振动膜层之间粘合的均等性确保了振动膜在整个区域内特性的均等。结果，在振动膜整个区域，能够确保由于不同类型的材料构成的多层结构而提高了的特性，这样能够稳定地提高声音吸收特性。

另外，根据本实施方式的制造电声换能器振动膜的方法，可以在片材定位销17和片材压紧单元19对片状材料31施加适当张力的状态下执行合模，所述片状材料31被固定到半模13的邻接面上，以防止该片状材料31出现皱褶。因此，在预成形过程期间，能够抑制片材的不良成型，由此能够顺利地进行预成形过程。

再者，根据本实施方式的制造方法，在预成形过程的合模之后，半模13在使两个半模彼此分离的方向上移动预定的距离，从而形成间隙S，以便合成树脂材料26在被注入时能够顺利地流入。结果，能够降低流动应力，这样能够防止通过合模而使预成形的片材出现位移褶皱、变形和其他类似的问题。

同时，上述实施方式已经描述了制造具有圆锥形状的电声换能器振动膜1这样的情况。然而，本发明也可以应用于制造多层结构的圆顶型振动膜。

同时，上述的实施方式中假定第二振动膜层5是这样形成的，即通过注模11的合模来将未成形的片状材料31压制成形为预定的振动膜形状。此外，第二振动膜层5也可以按如下方式形成。即，第二振动膜层5是通过另外一个成形机或类似的机器预先形成的，然后将这样形成的第二振动膜层5插入到注模11中、来进行注射发泡成型。

另外，上述本实施方式中已经描述了双层结构(该双层结构是第二振动膜层5层叠在第一振动膜层3的一个表面上而构成的)的振动膜。然而，本发明中电声换能器的振动膜也可以是三层结构，该三层结构是第二振动膜层5层叠在第一振动膜层3的两个表面的每一个面上而构成的。

图16A到16F是表示将两片预先形成的第二振动膜层5插入到注模11中，来进行注射发泡成型过程的流程视图。

首先，如图16A所示，阳模13和阴模15被设定为打开状态。如图16B所示，将预先形成的第二振动膜层5分别固定在模具13和模具15各自的表面上。可以通过真空吸引方式，而不是通过如上述实施方式中所述的片材定位销17和片材压紧单元19的方式，来将第二振动膜层5分别固定在模具13和模具15上。

接着，如图16C所示，模具一旦被合模之后，如图16D所示，调整模具13和模具15之间的间隙，并利用树脂混合物32填充该间隙，所述树脂混合物32通过将诸如用作基材的PP(聚丙烯)的烯烃树脂与发泡剂和有机或无机填充料混合而获得的。如图16E所示，在填充该树脂混合物32时，通过驱使压力单元来使填充的树脂混合物32均匀地分布在模腔内，以便轻微地使两个半模13和15合模。此后，将模具13和15打开到适当程度，以便诱发填充树脂中未固化的层发泡。

如图16F所示，当注射发泡成型过程完成后，打开两个半模13和15，这样就能够获得多层结构的振动膜61，其中，第二振动膜层5一体地层叠在发泡树脂结构的第一振动膜层3的每一侧面上。

如上详细描述的，根据本发明实施方式的制造电声换能器振动膜的方法是制造多层结构的电声换能器振动膜的方法，其中，该多层结构包括由合成树脂制成、并通过注模成型而模制成预定形状的第一振动膜层3，以及紧密接触地层叠在该第一振动膜层3上、并由不同于第一振动膜层3的材料制成的第二振动膜层5(表皮层)。该方法包括将第二振动膜层5插入到用于注模成型的模具中，该第二振动膜层5通过形成织布来构造、并且预先成型为预定振动膜形状，以及将形成第一振动膜层的合成树脂材料注入到注模内，从而形成与第二振动膜层5结合为一体的第一振动膜层3。

这样，插入到注模内的第二振动膜层5是由织布制成的。因此，由于形成第一振动膜层3的、并且在镶嵌造型时填充到模具中的合成树脂材料使构成织布的纤维空隙饱和，因此，无需使用粘合膜或类似粘合剂就能够获得极高的粘合强度。

更具体地说，即使第一振动膜层5与层叠的第二振动膜层3的特性有很大差别，也能够确保振动膜层之间有足够的粘合强度，即使是在镶嵌造型期间，也无需试图通过使用粘合膜或类似粘合剂来增加粘合强度。

因此，在将要插入到注模中的第二振动膜层5的表面上贴附粘合膜的过程或类似的过程被略去，从而简化了注模成型的过程，节省了制造成本。另外，增大了选择振动膜层各自所使用材料的自由度，从而能够充分利用由不同类型材料构成的多层结构振动膜的优点。

Claims (1)

1.一种制造具有多层结构的电声换能器的振动膜的方法，该多层结构的电声换能器振动膜包括第一振动膜层和第二振动膜层，所述第一振动膜层由合成树脂材料制成、并通过注模成型而模制成预定形状，所述第二振动膜层紧密接触地层叠在第一振动膜层上、并由不同于第一振动膜层的材料制成，该方法包括：

将第二振动膜层插入用于注模成型的模具中，该第二振动膜层是由未成形的织布或预先模制成预定的振动膜形状的织布制成；以及

将用于模制成第一振动膜层的合成树脂材料注射到用于注模成型的模具中，从而形成与第二振动膜层结合为一体的第一振动膜层。

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