JP2003078990A - 繊維音響板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製造に大きな追加費用を要さずに繊維音響板の
弾性率、密度、内部損失を改善し、音響特性が向上した
スピーカー用振動板などの繊維音響板を得る。 【解決手段】セルロース繊維を含む繊維音響板１０であ
って、前記セルロース繊維が１００℃〜２００℃の範囲
内の水蒸気で１〜１２０分間処理されている。パルプを
この水蒸気処理した後、抄紙、成形してもよく、あるい
はパルプを抄紙、成形したのち水蒸気処理してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピーカコーンな
どとして用いるとき音響特性が優れた繊維音響板、およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４、は一般的なスピーカの一例を示す
断面図である。図４において、このスピーカは音響放射
部材としてコーン１０１、センターキャップ１０２およ
びサブコーン１０３を有している。コーン１０１は外方
に向けて拡径する円錐台状の音響板で、小径側の端部に
はボイスコイル４が装着され、大径側の周辺部は、エッ
ジ部材５を介してフレーム６に接合されている。コーン
１０１はボイスコイル４が発生する振動の大部分を音響
として放射するように設計されている。センターキャッ
プ１０２は外方に凸の半球状に成形され、ボイスコイル
４の内側に非接触に挿入されている磁石部材を覆うと共
に音響的には高周波音を放射し、スピーカの周波数特性
や放射特性を改善する機能を有している。サブコーン１
０３はコーン１０１の内面に設けられ、コーン１０１と
共に振動し、音響的には主として中音域〜高音域の周波
数特性や放射特性を改善する目的で装着されている。セ
ンターキャップ１０２やサブコーン１０３は装着しない
スピーカもある。

【０００３】前記コーン１０１、センターキャップ１０
２およびサブコーン１０３はいずれも音響を放射する部
材であるから、以下一般に「音響板」と称する。これら
の音響板は、多くの場合木材パルプを抄いて製造され
る。すなわち木材パルプを水中でサイズ剤、紙力増強剤
などと共に叩解してセルロース繊維を水中に均一に分散
し、濃度を調整して得られたスラリーを、対応する音響
板の形状を有する網型上に流して抄き、網型と共に熱圧
を加えて乾燥し、網型から離型して製造される。以下、
主としてセルロース繊維を抄いて製造された音響板を特
に「繊維音響板」と称する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】音響板には常に、より
原音に近い音響を効率よく発生する性能、すなわち良好
な音響特性が求められている。音響板の音響特性に係わ
る素性として、低密度、高弾性率、および高内部損失が
挙げられている。密度が低いと効率（入力エネルギーに
対する出力音圧）が向上すると共に高音特性が改善され
る。弾性率が高いと効率が向上すると共に音域特性が改
善される。内部損失が大きいと分割振動が抑制され主と
して音質特性が改善される。音響板におけるこれらの特
性は一般に、一方を改善しようとすると他方が劣化す
る、いわゆる背反関係にある。繊維音響板は、他の素材
から作られた音響板に比べ前記の音響特性やコストの観
点からバランスがとれていているので一般に多く用いら
れているが、繊維音響板における一つの問題として弾性
率が比較的低いことが指摘されている。そこで繊維音響
板の弾性率を向上するために従来から、（ａ）繊維間に
フィラーを充填する方法、（ｂ）セルロース繊維に他の
繊維を混抄する方法、（ｃ）セルロース繊維を化学的に
変性する方法などが試みられている。

【０００５】しかし、（ａ）繊維間にフィラーを充填す
る方法では、音響板の密度が高くなりまた内部損失が低
下して音響特性のバランスが崩れやすい。（ｂ）セルロ
ース繊維に他の繊維を混抄する方法は製造条件が複雑と
なり、製品ムラが起こりやすくコストも嵩む。（ｃ）セ
ルロース繊維を化学的に変性する方法は、セルロース繊
維を化学的に変性する過程で多くの経費を要する。そこ
で、製造に大きな追加費用を要さずに弾性率を向上さ
せ、密度や内部損失を含めた音響特性を総合的に向上さ
せた繊維音響板およびその製造方法が求められていた。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであ
って、従ってその目的は、製造に大きな追加費用を要さ
ずにしかも弾性率、密度、内部損失を総合的に改善し音
響特性を向上させた繊維音響板、およびその製造方法を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明は、セルロース繊維を含み、前記セルロース
繊維が１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理され
てなる繊維音響板を提供する。繊維音響板を形成するセ
ルロース繊維が１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で
処理されていると、未処理のものに比べ弾性率が高くな
り、密度が低下し、内部損失が増大し、結果として総合
的な音響特性が向上することがわかった。その理由につ
いては必ずしも明確でないが、高温水蒸気の処理によ
り、セルロースの非結晶領域に水素イオンや水酸化物イ
オン、およびラジカル等の活性種が進入し、非結晶領域
の分子鎖を部分的に切断すると共に規則的に再配列し、
結晶化度を高めることにより結果として弾性率が向上す
ると考えられる。同時に、この水蒸気処理によってセル
ロース繊維どうしを結束している成分や介在成分が部分
的に分解・離脱して除去され、低密度化すると共に内部
損失が増大すると考えられる。

【０００７】水蒸気処理の温度が１００℃未満では水素
イオンや水酸化物イオンおよびラジカル等の活性種の濃
度が低く、分子鎖の切断・再配列が行われないので弾性
率は向上しない。また同時に介在成分の分解・離脱も十
分に行われないので低密度化、高内部損失も実現しな
い。水蒸気処理の温度が２００℃を越えると、セルロー
ス等の分解反応が過剰となり、物性、音響特性が共に劣
化する。この観点から水蒸気処理の温度は１２０℃〜２
００℃の範囲内であることが好ましい。特に良好な音響
特性を得るためにはセルロース繊維が１５０℃〜１８５
℃の範囲内の水蒸気で処理されていることが好ましい。

【０００８】本発明はまた、前記の繊維音響板を製造す
るに際して、セルロース繊維からなるパルプを１００℃
〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理する水蒸気処理工程
と、前記水蒸気処理工程により水蒸気処理されたパルプ
を叩解し抄いて成形する成形工程とを含む製造方法を提
供する。本発明の製造方法によれば、パルプを叩解し抄
いて成形する通常の製造工程に原料として用いるパルプ
を予め水蒸気処理しておくだけで、音響特性が向上した
繊維音響板が得られる。パルプの水蒸気処理は、例えば
シート状または破砕したパルプを耐圧容器等に入れ、高
温水蒸気と接触させるだけで完了する。従って大きな追
加費用を要することなく、音響特性が向上した繊維音響
板を得ることができる。水蒸気処理工程に用いる水蒸気
の温度は、先に説明した理由から１２０℃〜２００℃の
範囲内とすることが好ましく、更に１５０℃〜１８５℃
の範囲内とすることがより好ましい。

【０００９】本発明は更に、前記の繊維音響板を製造す
るに際して、セルロース繊維からなるパルプを叩解し抄
いて成形する成形工程と、前記成形工程により成形され
た成形物を１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理
する水蒸気処理工程とを含む製造方法を提供する。本発
明の製造方法によれば、パルプを叩解し抄いて成形する
通常の成形工程の後に水蒸気処理工程が付加される。こ
の水蒸気処理工程は、例えば通常の成形工程においてパ
ルプを叩解し抄いて成形し、得られた未乾燥の成形物
を、好ましくは成形に用いた型に付着したままの状態で
耐圧容器等に入れ、高温水蒸気と接触させることにより
完了する。水蒸気処理工程を終了した成形物は、好まし
くは成形型に付着したまま乾燥し、乾燥後に離型すれば
本発明の繊維音響板が得られる。従ってこの製造方法に
よっても、大きな追加費用を要せずに音響特性が向上し
た繊維音響板を得ることができる。水蒸気処理工程に用
いる水蒸気の温度は、先に説明した理由から１２０℃〜
２００℃の範囲内とすることが好ましく、更に１５０℃
〜１８５℃の範囲内とすることがより好ましい。

【００１０】前記何れかの水蒸気処理工程において、水
蒸気処理の時間は１分〜１２０分の範囲内とすることが
好ましい。ここでの水蒸気には、主に飽和水蒸気が使用
される。飽和水蒸気では、温度と圧力が一義的に定まる
ので、温度が１００℃では圧力は約０．１ＭＰａであ
り、２００℃では約１．５ＭＰａとなる。高温加圧下の
水蒸気処理によりセルロース分子の結晶化度を向上さ
せ、また介在成分などを分解・離脱するには、処理する
際の水蒸気温度と係わって処理時間が問題になる。処理
時間は用いるパルプの性質にもよるが、一般的には水蒸
気温度が低いほど処理時間を長く、水蒸気温度が高いほ
ど処理時間を短く設定するべきである。水蒸気温度が低
く処理時間が短ければ所定の改善効果が得られないし、
水蒸気温度が高く処理時間が長ければ、セルロース等の
分解反応が過剰になる可能性が増大し好ましくない。水
蒸気の温度が１００℃〜２００℃の範囲内で特定の温度
に設定されれば、処理時間はその設定温度に対応して１
分〜１２０分の範囲内で実験的に設定することが好まし
い。

【００１１】本発明の繊維音響板は、スピーカのコー
ン、センターキャップ、サブコーンなどスピーカ用音響
部材として用いることができる他に、平板型スピーカの
音響板、他の音源の音響と共鳴することにより音響を増
幅または変調する共鳴板、他の音源の音響と干渉するこ
とにより音響を減衰する消音板、特定波長の音響を透過
または遮断する音響フィルタなどとしても用いることが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を具体例
によって説明する。ただしこれらの具体例は本発明を何
ら限定するものではない。図１は本発明の繊維音響板を
用いたスピーカの一例を示す断面図である。図１におい
てこのスピーカは概略、コーン１、センターキャップ
２、サブコーン３、ボイスコイル４、エッジ部材５、フ
レーム６および磁石部材７からなっている。コーン１は
外方に向けて拡径する円錐台状の繊維音響板で、小径側
の端部にはボイスコイル４が装着され、大径側の周辺部
は、エッジ部材５を介してフレーム６に接合されてい
る。センターキャップ２は、ボイスコイル４の内側に非
接触に挿入されている磁石部材７の円柱状部分（センタ
ーポール）を覆うように、外方に凸の半球状に成形され
た繊維音響板で、コーン１の小径側の端部に接着されて
いる。サブコーン３はコーン１の内面に設けられた繊維
音響板で、、コーン１と共に振動するようになってい
る。なお図示しないがコーン１の小径側端部とフレーム
６との間には、コーンの横揺れを防止するダンパーが設
けられ、またボイスコイル４からは配線がコーン１の小
径側端部に設けられた端子に延び、この端子を経てフレ
ーム６に導出されている。図１のスピーカにおいて、コ
ーン１、センターキャップ２およびサブコーン３は何れ
も、総括的に符号１０で示す本発明の繊維音響板の一実
施形態である。この内、コーン１はボイスコイル４が発
生する振動の大部分を音響として放射するように設計さ
れている。センターキャップ２およびサブコーン３は何
れも音域的には中音〜高音を放射し、スピーカの周波数
特性や放射特性を改善する機能を有している。

【００１３】コーン１、センターキャップ２およびサブ
コーン３、すなわち図１のスピーカにおける繊維音響板
１０は、何れもパルプを叩解し抄いてそれぞれの形状に
成形する成形工程を経て製造されたものであり、その製
造過程で、それぞれの繊維音響板を構成するセルロース
繊維は、１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理さ
れている。

【００１４】前記繊維音響板１０におけるセルロース繊
維が１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理された
ことにより、繊維音響板１０は何れも、未処理の同様な
繊維音響板に比べて弾性率が高くなり、密度は低下し内
部損失は増大していた。水蒸気処理した実施例（コーン
１）の音響特性を未処理の対照例と比較した。実施例の
コーンは、以下の製造例１で詳しく説明するように、原
料となる木材パルプを予め１７０℃の水蒸気で処理し、
この水蒸気処理されたパルプを叩解し抄いて成形・乾燥
して製造した。水蒸気処理時間は実施例１では１０分
間、実施例２では９０分間とした。対照例は木材パルプ
の水蒸気処理を行わず常法通りに叩解し抄いて成形・乾
燥したものである。実施例１，２と対照例について密度
を測定すると共に、動的粘弾性測定によりtanδとＥ'
（dyne/cm² ）とを求め、それぞれ弾性率および内部損
失の指標とした。測定結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１の結果から、水蒸気処理という単純な
処理によって実施例１，２は、対照例に比べ何れも密
度、弾性率、内部損失が音響特性を向上させる方向に変
化していることがわかる。表１はコーン１に関する測定
結果であるが、センターキャップ２およびサブコーン３
についても同様な結果が得られた。

【００１７】（製造例１）以下の製造方法により図１の
コーン１を製造した。図２に製造例１の製造工程を示
す。図２において製造例１は概略、（１）水蒸気処理工
程、（２）成形工程、および（３）乾燥工程からなる。（１）水蒸気処理工程 マット状のスピーカ用木材パルプを適当な大きさに裁断
してパルプ片１２とし、蒸圧釜１１に仕込んだ。この蒸
圧釜１１内を温度１７０℃、圧力約０．８２MPaの水蒸
気雰囲気とし、１０分間（実施例１）または９０分間
（実施例２）の水蒸気処理を行った。（２）成形工程 水蒸気処理を終了したパルプ片１２は製紙用ビータ１３
に投入し、定法に従って染料、サイズ剤、紙力増強剤お
よびｐＨ調整剤を加え、パルプ繊維を２枚の鉄刃の間で
擦り潰して均一なスラリーとなるまで叩解した。１時間
の叩解で得られた均一なスラリー中で、水蒸気処理され
たセルロース繊維１４の濃度は２．５％であった。得ら
れたスラリーをスラリー槽１５に移し、抄紙に好適な濃
度に調整した後ポンプ１６によって抄紙槽１７に供給し
た。抄紙槽１７には、上下動可能な漏斗状の抄製器１８
が設置されている。この抄製器１８は上部開口に８０メ
ッシュの金網で成形されたコーン状の網型１９が装着さ
れている。また抄製器１８は下部導管が吸引ポンプに接
続されている。この抄製器１８を吸引しながら、抄紙槽
１７に供給されたスラリー中で上下動すると、スラリー
中のセルロース繊維１４は網型１９上に堆積した。適当
な厚さに堆積したとき、セルロース繊維１４が堆積した
ままの網型１９を抄製器１８から取り外した。（３）乾燥工程 セルロース繊維１４が堆積した網型１９をそのままコー
ン型プレス乾燥機２０に挟み込み、１５０℃〜２００℃
で１０秒〜１分間乾燥した。乾燥終了後に網型１９から
離型して本実施形態のコーン１を得た。得られたコーン
１は次に、図示しない仕上げ工程において内・外径の整
形、ボイスコイル４、エッジ部材５、センターキャップ
２、サブコーン３などの接合、配線、補強シーリングな
どを行い、スピーカに装着できる形状に仕上げることが
できる。従ってこの仕上げされたスピーカ用コーンおよ
びこれを用いたスピーカが本発明に属するものであるこ
とはいうまでもない。

【００１８】（製造例２）図３に製造例２の製造工程を
示す。図３において製造例２は概略、（１）成形工程、
（２）水蒸気処理工程、および（３）乾燥工程からな
る。（１）成形工程 マット状のスピーカ用木材パルプを適当な大きさに裁断
してパルプ片とし、製紙用ビータ１３に投入し、以下製
造例１と同様に叩解し、水蒸気処理されていない未処理
セルロース繊維２１を含むスラリーをスラリー槽１５に
移し、濃度調整後にポンプ１６によって抄紙槽１７に供
給した。抄製器１８を吸引しながら、抄紙槽１７に供給
されたスラリー中で上下動すると、スラリー中の未処理
セルロース繊維２１は網型１９上に堆積した。適当な厚
さに堆積したとき、未処理セルロース繊維２１が堆積し
たままの網型１９を抄製器１８から取り外した。（２）水蒸気処理工程 網型１９の上に未処理セルロース繊維２１が堆積したま
まの状態で、更にこの堆積物の上にコーン状の金網から
なる治具２２を被せ、蒸圧釜２３に入れた。この蒸圧釜
２３内を温度１７０℃、圧力約０．８２MPaの水蒸気雰
囲気とし、１０分間の水蒸気処理を行った。治具２２
は、この水蒸気処理の期間中にセルロース繊維の堆積物
が変形しないように網型１９と共に両側から挟んで保持
するためのものである。（３）乾燥工程 網型１９と治具２２とに挟まれた状態で水蒸気処理され
たセルロース繊維の堆積物をそのままコーン型プレス乾
燥機２０に挟み込み、１５０℃〜２００℃に１０秒〜１
分間乾燥した。乾燥終了後に網型１９および治具２２か
ら離型して本実施形態のコーン１を得た。製造例２の方
法で製造したコーン１も、実質的に製造例１の方法で製
造したものと同様な密度、弾性率および内部損失を有し
ていた。

【００１９】

【発明の効果】本発明の繊維音響板は、セルロース繊維
が１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理されてな
るものであるので、製造に大きな追加費用を要さずに弾
性率、密度、内部損失が改善され音響特性が向上したも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の繊維音響板を用いたスピーカの一例
を示す断面図である。

【図２】 前記スピーカのコーンを製造する方法の一例
を示す工程図である。

【図３】 前記コーンを製造する他の方法を示す工程図
である。

【図４】 一般的なスピーカの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…繊維音響板、１…コーン、２…センターキャッ
プ、３…サブコーン。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルロース繊維を含む繊維音響板であっ
   て、前記セルロース繊維が１００〜２００℃の範囲内の
   水蒸気で処理されてなることを特徴とする繊維音響板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の繊維音響板を製造する
   に際して、セルロース繊維からなるパルプを１００℃〜
   ２００℃の範囲内の水蒸気で処理する水蒸気処理工程
   と、前記水蒸気処理工程により水蒸気処理されたパルプ
   を叩解し抄いて成形する成形工程とを含むことを特徴と
   する繊維音響板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の繊維音響板を製造する
   に際して、セルロース繊維からなるパルプを叩解し抄い
   て成形する成形工程と、前記成形工程により成形された
   成形物を１００℃〜２００℃の範囲内の水蒸気で処理す
   る水蒸気処理工程とを含むことを特徴とする繊維音響板
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記水蒸気処理工程において、水蒸気処
   理の時間を１分〜１２０分の範囲内とすることを特徴と
   する請求項２または請求項３に記載の繊維音響板の製造
   方法。