JP2006013986A - スピーカ用振動板の製造方法およびこの製造方法によるスピーカ用振動板ならびにこのスピーカ用振動板を用いたスピーカおよび電子機器および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は各種音響機器に使用されるスピーカ用振動板の製造方法に関するものであり、音質の向上と振動板の生産性および品質の向上が課題であった。
【解決手段】本発明のスピーカ用振動板の製造方法は、圧空成形時の圧縮空気の圧力と流量を段階的に制御してシート状のフィルム材料を成形することにより、高精度成形を可能とし、振動板の寸法や形状安定性を向上させることで音質向上を図り、振動板の生産性、品質や信頼性の向上を実現す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に使用されるスピーカの中で、主に樹脂製のスピーカ用振動板の製造方法及びこれを用いたスピーカに関するものである。

スピーカ用振動板としては、紙、金属、樹脂等が従来から使用されており、夫々の材料が有する特徴や用途等によって適宜選定して用いられており、その中で小型軽量化や低コスト化の観点から樹脂を用いた振動板が多く用いられている。

図７はこの種の従来の樹脂を用いたスピーカ用振動板を示した断面図であり、図７において７は振動板を示し、この振動板７は中心に図示しないボイスコイルを嵌め込んで結合するための孔が設けられると共に、周縁にはこの振動板７を図示しないフレームに結合するための結合部であるエッジ部９が一体で設けられて構成されたものであり、最も一般的な構成のものである。

また、このような樹脂を用いたスピーカ用振動板の製造方法としては、比較的口径が大きくて厚みも厚いものに関しては射出成形方式によって製造されているが、この射出成形方式は精度が高く、複雑な形状にも対応可能であるが、厚みが薄いものに対しては難しく、また成形時間が長く必要なために生産性が悪いというものである。

また、口径が小さくて厚みも薄いものに関しては樹脂フィルムを用いて金型で成形する方法が一般に用いられており、この金型で成形する場合には、樹脂フィルムを所定の振動板形状に成形するための加工がなされた雄雌の一対の金型を用いるものと、同じく樹脂フィルムを所定の振動板形状に成形するための加工がなされた一つの金型を用いて圧空成形あるいは真空成形を行う方式がある。

なお、最近の市場要求では、低コスト化、高生産性の要求が強く、このために特に小型のスピーカ用振動板の製造方法においては、雄雌の一対の金型を用いてプレスを行う方式や、一つの金型を用いて圧空成形あるいは真空成形を行う方式が主流になりつつあり、この中でも、雄雌の一対の金型を用いてプレスを行う方式より、一つの金型を用いて圧空成形あるいは真空成形を行う方式の方が低コスト化や高生産性に関しては優れており、樹脂フィルムを用いたスピーカ用振動板の製造方法においてはこれらが主流になってきているといっても過言ではない状況である。

図８はこのような一つの金型を用いて圧空成形を行う従来のスピーカ用振動板の製造方法を示した製造工程図である。

同図に示すように、あらかじめ振動板材料として準備されたシート状のフィルム材料を投入し、金型加熱により温度をかけながら型締めして、空気圧により圧力を加えることにより金型に沿わせて成形し、その後、金型冷却により温度が下がって形状安定した時点で型開きし、金型から離型することにより振動板７を取出していた。

その後、抜き金型により振動板の外形を抜き加工して振動板７を得ていた。

ここで、空気圧により圧力を加える場合には、０．８ＭＰａ以下の圧力を一定時間変化することなく加えることにより金型に沿わせて成形していた。

なお、この出願の発明に関連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。
特開昭５５−１６２６９６号公報 特公平７−１０１９５３号公報

しかしながら上記一つの金型を用いて圧空成形を行う従来のスピーカ用振動板の製造方法では、予め準備されたシート状のフィルム材料を成形しているため、複雑な形状や精度を出すのが難しく、また成形時間や成形温度の厳しい管理が必要であり、この管理状態が悪いと、スプリングバックの発生により、形状安定性が低下して変形、形状歪、寸法外れ等の品質上の問題を発生するものであった。

なお、複雑な形状や精度、さらには形状安定性を確保するためには、圧空成形時の空気の圧力を上げ、金型に浮きなく沿わせ、一定時間加熱維持させる工程が必要であるが、空気の圧力を上げると、材厚が薄い場合はＴｇ（ガラス転移点）付近で急激に粘度が下がるため、フィルム材料が破れてしまうという品質上の課題を抱えるものであった。

本発明は、上記課題を解決するもので、複雑な形状の振動板であっても、破れ等の問題の発生がなく、精度良く成形でき、スピーカとしての性能向上と良好な生産性を両立できる優れたスピーカ用振動板の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明のスピーカ用振動板の製造方法は、圧空成形によりフィルムを成形して振動板を得るスピーカ用振動板の製造方法において、シート状のフィルム材料を金型に沿わせて成形する際に、圧縮空気の圧力と流量を段階的に制御して成形するようにしたものである。

以上のように本発明によるスピーカ用振動板の製造方法は、圧空成形時の圧縮空気の圧力と流量を段階的に制御してシート状のフィルム材料を成形することにより、複雑な振動板形状であっても精度良く成形することができる。

また、シート状のフィルム材料の破れをなくすることができると共に、振動板の寸法や形状安定性、品質や信頼性の向上を実現することができる。

さらには、これらの振動板を使用したスピーカの音圧周波数特性や歪特性等の諸特性の良好化を実現することができる。

さらに、振動板の材厚を薄く設定できることから、スピーカの小型化や高音圧化に適した振動板とすることができる。

このように本発明は、性能と品質の向上を実現できる優れたスピーカ用振動板やスピーカ、さらにはこれらのスピーカを搭載した電子機器や装置を提供することができ、その工業的価値は非常に大なるものである。

（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１〜１１に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１によるスピーカ用振動板の製造方法を示した製造工程図、図２は同じく、材料加熱工程を追加した製造工程図である。この図２に示す材料加熱工程は、図２の製造工程図に示した工程に限定されることなく、材料投入の前に追加してもよく、さらに材料投入と型締めの間に追加してもよい。すなわち、圧空成形である１次圧縮空気注入の前であれば、どの工程にでも追加することが可能であり、成形性向上に対して非常に有効である。

図１、図２において、あらかじめ振動板材料として準備されたシート状のフィルム材料を投入し、金型加熱により温度をかけながら型締めして、空気圧により圧力を加えることにより金型に沿わせて成形している。

ここで、この空気圧により圧力を加える方法として、従来では圧縮空気の圧力を常に一定値に保ちながら実施していたが、本発明は圧縮空気の圧力を段階的に制御して成形している。

これは、１次圧縮空気を注入し、次に圧力を変化させて２次圧縮空気を注入し、さらに圧力を変化させて３次圧縮空気を注入するというように、多段階に分けて圧縮空気の圧力を制御して成形している。

その後、金型冷却により温度が下がって形状安定した時点で型開きし、金型から離型することにより成形された振動板２７を取出している。

その後、抜き金型により振動板の外形を抜き加工して振動板２７を得ている。

ここで、圧縮空気の圧力の変化のさせ方としては、例えば、急激に圧力をかけてしまうと材料の破断を発生しやすい材料や薄い材料の場合には、低圧で１次圧縮空気を注入し、次に中圧で２次圧縮空気を注入し、さらに高圧で３次圧縮空気を注入するというように、その圧力を順次高めていくという制御が有効である。

このように、多段階に分けて圧縮空気の圧力を制御することで、破断を発生しやすい材料や薄い材料を少しずつ引延ばしながら成形することで、材料に与える負荷を低減させて成形することができ、材料破断の発生を防止することができる。

さらに、複雑な振動板形状であっても、射出成形や雌雄プレス金型成形に頼らずとも精度良く成形することができる。

またこの場合、圧縮空気の温度制御を、圧縮空気の圧力と連動させながら、成形する材料に最適な温度設定とすることで、より有効となり、さらに高精度に成形を実施することが可能となる。

この構成とすることにより、複雑な振動板形状であっても精度良く成形することができ、シート状のフィルム材料の破れをなくすることができると共に、振動板の寸法や形状安定性、品質や信頼性の向上を実現することができる。

以上の実施の形態については、圧縮空気の圧力を３段階に順次高めていく製造方法について説明したが、この実施の形態に限定されることなく、圧縮空気の圧力は２段階以上であれば製造方法としては有効である。

また、圧縮空気の圧力の制御方法についても、順次高めていく方法に限定されることなく、順次下げていく方法としたり、高低を繰返したりと、自由に設定でき、その制御パターンについては成形する材料の特性に応じて最適なパターンに設定することが望ましい。

以上説明した製造方法と同様の効果を得ることができ、異なった手段として、圧縮空気の流量を段階的に制御して成形する方法とすることもできる。

当製造方法も、前述した圧縮空気の圧力を段階的に制御して成形する方法と同様の効果があるため、その内容詳細の説明は省略するが、前述した圧力の代わりに、その流量を段階的に制御する、すなわち圧力が一定で時間を変化させて制御することで同様の効果を得ることができる。

よって、成形する材料の特性や物性、さらに生産設備の形態や性能に合わせて当製造方法とすることもでき、さらに前述の圧力制御方法と組合せて、さらに細やかな流量と圧力の制御を実施することができる。

この構成とすることにより、さらに高精度な成形、材料破断の防止ができると共に、振動板の寸法や形状安定性、品質や信頼性のさらなる向上を実現することができる。

また、圧縮空気の圧力を、最大圧力が０．８ＭＰａ以上として成形することで、シート状のフィルム材料を、より強く金型に沿わせて成形することができ、複雑な振動板形状や深い振動板形状であっても精度良く成形することができ、形状安定性も向上させることができる。

従来では、０．８ＭＰａ以上の圧力を一定時間変化することなく加えてしまうと、材料により、また材厚により破断を生じるものが非常に多かったが、本発明のように圧力や流量を段階的に制御できる製造方法と組合せることにより有効な方法とすることができる。

また、圧空成形の前に、フィルムを加熱して成形することにより、さらに材料温度を最適値に設定することができ、前記同様に材料破断を防止し、複雑な振動板形状や深い振動板形状であっても精度良く成形することができ、形状安定性も向上させることができる。

また、振動板の材厚は、３μｍ〜５００μｍの材料を使用することで、当製造方法は大きな効果を得ることができる。

振動板の材厚が３μｍ〜５００μｍの間のうち、薄い場合には、材料破断に対して大きな効果を得ることができ、厚い場合には、その成形性や生産性を向上させる効果がある。

５００μｍ以上の厚い振動板では、フィルム成形より、むしろ射出成形が適している。

また、振動板の成形時の加熱温度は、１００℃以上で、かつ４００℃以下とすることで当製造方法は大きな効果を得ることができる。

これは、フィルム材料から形成される振動板のほとんどの材料が成形できる温度範囲であり、また成形後の安定した形状保持性能を引出すために必要な温度範囲である。

よって、この温度範囲に設定することにより、生産性の向上と汎用性の向上を図ることができる。

もちろん、使用する材料により、その材料に応じて個別に精度高く温度設定することが成形性を向上させるうえで重要であることは言うまでもない。

また、振動板の成形時の冷却温度は、８０℃以上で、かつ３００℃以下とすることで当製造方法は大きな効果を得ることができる。

これは、フィルム材料から形成される振動板の成形が安定して形状保持できる温度範囲であり、金型から取出した後に、スプリングバックにより成形後の形状保持ができなくなるという問題をなくし、成形後の振動板の性能を引出すために必要な温度範囲である。

よって、この温度範囲に設定することにより、離型性および離型後の形状安定性を向上させ、生産性の向上と汎用性の向上を図ることができる。

もちろん、使用する材料により、その材料に応じて個別に精度高く温度設定することが離型性および離型後の形状安定性を向上させるうえで重要であることは言うまでもない。

また、振動板の材料は、全芳香族ポリイミド樹脂を主成分とするフィルムと、特にこの中で、ポリエチレンナフタレート樹脂を主成分とするフィルムを使用することで当製造方法は大きな効果を得ることができる。

これは、全芳香族ポリイミド樹脂を主成分とするフィルムや、特にポリエチレンナフタレート樹脂を主成分とするフィルム材料は、通常音響材料としては非常に優れた材料であるが、その成形を中心とする製造方法が非常にむつかしいものであり、成形性と生産性が良くない材料であるためである。

よって、このような材料に本発明の製造方法を適用することで、その成形性と生産性が大きく改善され、振動板としての性能向上と生産性の向上を図ることができる。

また、冷却方法については、水冷により行うことで、材料を急冷させることができ、冷却効率を向上させ、振動板の生産性の向上を図ることができる。

さらに、冷却方法を空冷により行うことで、材料を徐冷させることができ、材料の結晶化を安定させることができるため、振動板として優れた物性を確保することができる。

また、空冷により行うことで、設備コストを安価に抑えることが可能となり振動板の低コスト化を図ることができる。

（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１２に記載の発明について説明する。

図３は本発明の一実施形態のスピーカ用振動板の断面図を示したものである。

図３は、請求項１〜１１に記載のいずれか一つのスピーカ用振動板の製造方法により得られたスピーカ用振動板２７である。

このスピーカ用振動板２７は、実施の形態１でも説明したように、本発明のスピーカ用振動板の製造方法によれば、シート状のフィルム材料を、圧縮空気の圧力や流量を段階的に制御することで金型に沿わせて成形することができ、複雑な形状の振動板や深い形状の振動板を得ることができる。

また、寸法精度の高い振動板や、フィルム材料の破れのない振動板、成形後の形状安定性を向上できる品質や信頼性の高い振動板を得ることができる。

（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１３に記載の発明について説明する。

図４は本発明の一実施形態のスピーカの断面図を示したものである。

図４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により挟み込んで磁気回路２４を構成している。

この磁気回路２４のヨーク２３にフレーム２６を結合し、このフレーム２６の周縁部に本発明の振動板２７を接着し、この振動板２７にこれを駆動させるためのボイスコイル２８を結合している。

そして、このボイスコイル２８は磁気回路２４の磁気ギャップ２５にはまり込むように結合してスピーカを構成している。

ここで、この振動板２７は、請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載の振動板を用いて構成している。すなわち、複雑な形状や深い形状の振動板であっても、寸法精度が高く、フィルム材料の破れがなく、成形後の形状安定性を向上できる品質や信頼性の高い振動板にて構成している。

この構成とすることにより、スピーカは低歪化と高リニアリティ化を図ることができ、良好な音質を再生できる高性能スピーカを実現することができる。

また、スピーカとしての生産性の向上と、品質や信頼性の向上を実現させることができる。

以上、本発明の振動板２７をスピーカに使用した場合の効果について説明したが、この振動板２７の使用範囲としては、スピーカに限定されることなく、レシーバやマイクロホン等の電気音響変換器であれば、全てに使用可能である。

（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１４に記載の発明について説明する。

図５は、本発明の一実施形態の電子機器である携帯電話の要部断面図を示したものである。

図５に示すように、請求項１４に記載の電気音響変換器であるスピーカ３０を搭載して携帯電話８０を構成している。

ここで、この携帯電話８０の構成としては、スピーカ３０と、このスピーカ３０に入力する電気信号の増幅手段を備えた電子回路４０と、液晶等の表示モジュール６０等の各部品やモジュール等を外装ケース７０の内部に搭載して携帯電話８０の要部を構成している。

この構成とすることにより、電子機器の高音質化、生産性の向上と品質の向上を実現させることができる。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５を用いて、本発明の特に請求項１５に記載の発明について説明する。

図６は、本発明の一実施形態である移動手段を備えた装置である自動車９０の断面図を示したものである。

図６に示すように、本発明のスピーカ３０をリアトレイに組込んで、自動車９０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３０を含めた自動車９０の高音質化の実現、生産性の向上と品質の向上を実現させることができる。

本発明にかかるスピーカ用振動板は、高音質化および振動板の生産性の向上と品質の向上が必要な各種音響機器に使用される電気音響変換器用振動板およびスピーカ等の電気音響変換器、さらには各種電子機器や各種装置等の用途にも適用できる。

本発明の一実施の形態における振動板の製造工程図 本発明の一実施の形態における振動板の製造工程図 本発明の一実施の形態における振動板の断面図 本発明の一実施の形態におけるスピーカの断面図 本発明の一実施の形態における電子機器の要部断面図 本発明の一実施の形態における装置の断面図 従来の振動板の断面図 従来の振動板の製造工程図

符号の説明

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
２７ 振動板
２８ ボイスコイル
３０ スピーカ
４０ 電子回路
６０ 表示モジュール
７０ 外装ケース
８０ 携帯電話
９０ 自動車

Claims (15)

1. 圧空成形によりフィルムを成形して振動板を得るスピーカ用振動板の製造方法であって、圧縮空気の圧力を段階的に制御して成形するスピーカ用振動板の製造方法。
2. 圧空成形によりフィルムを成形して振動板を得るスピーカ用振動板の製造方法であって、圧縮空気の流量を段階的に制御して成形するスピーカ用振動板の製造方法。
3. 圧縮空気の圧力は、最大圧力が０．８ＭＰａ以上とした請求項１または請求項２に記載のスピーカ用振動板の製造方法。
4. 圧空成形の前に、フィルムを加熱した請求項１〜３のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
5. 振動板の材厚は、３μｍ〜５００μｍとした請求項１〜４のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
6. 振動板の成形時の加熱温度は、１００℃以上で、かつ４００℃以下とした請求項１〜５のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
7. 振動板の成形時の冷却温度は、８０℃以上で、かつ３００℃以下とした請求項１〜６のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
8. 振動板の材料は、ポリエチレンナフタレート樹脂を主成分とするフィルムである請求項１〜７のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
9. 振動板の材料は、全芳香族ポリイミド樹脂を主成分とするフィルムである請求項１〜７のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
10. 冷却方法は、水冷により行うようにした請求項１〜９のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
11. 冷却方法は、空冷により行うようにした請求項１〜９のいずれか一つに記載のスピーカ用振動板の製造方法。
12. 請求項１〜１１に記載のいずれか一つのスピーカ用振動板の製造方法により得られたスピーカ用振動板。
13. 磁気回路に結合されたフレームと、このフレームの外周部に結合された振動板と、この振動板に結合されるとともに、その一部が上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からなり、上記振動板は請求項１２に記載の振動板を用いて構成したスピーカ。
14. 請求項１３に記載のスピーカと、このスピーカに入力する電気信号の増幅手段を備えた電子機器。
15. 請求項１３に記載のスピーカを移動手段に搭載した装置。

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