JP2010016736A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、植物由来の樹脂であるポリ乳酸と竹繊維とを複合化するに際して適正なバインダを混合し、十分な音速を得ることができるとともに環境負荷の少ない高音質な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。
【解決手段】本発明は、植物原料のポリ乳酸１Ａと、竹繊維１Ｂと、天然系のバインダ１Ｃとを複合化した材料を射出成形して形成したことを特徴とする。植物由来の樹脂であるポリ乳酸１Ａと竹繊維１Ｂとの相溶性が良くなって結合しやすくなり、剛性が上がるため、十分な音速が得られ、環境負荷の少ない高音質なスピーカ用の振動板を得ることができる。
【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。
一般的に、植物由来の樹脂であるポリ乳酸は比重が重く、十分な音速（音速１８００ｍ／ｓ以上）を得ることが困難であるため、スピーカ用の振動板に用いられてこなかった。
しかし、近年の脱石油化学の動きに伴い、植物由来の樹脂であるポリ乳酸にケナフ繊維を混合して音速を向上させるスピーカ用振動板が検討されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−２６０５４６号公報
しかし、植物由来の樹脂であるポリ乳酸にケナフ繊維を混合する場合、ケナフ繊維の重量％が総重量％の一定割合より大きくなると振動板が壊れやすくなる。このため、ケナフ繊維の重量％を総重量％の一定割合以下に抑えなければならず、十分な音速を得ることができなかった。また、混合物質の相溶性を高めて音速を向上させるためにバインダをさらに混合する場合、混合される物質の種類や配合比率によって適正なバインダの種類や重量比率も変化する。したがって、バインダを混合するとかえって音速が悪くなることもあり、混合される物質によって適正なバインダを選定するのが困難であった。
本発明の目的は、ポリ乳酸と竹繊維とを複合化するに際して適正なバインダを混合し、十分な音速を得ることができるとともに環境負荷の少ない高音質な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。
本発明の一局面であるスピーカ用振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとを複合化した材料を射出成形して形成したことを特徴とする。
また、本発明の他の局面であるスピーカは、磁気回路と、この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、その一部が磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルとを備えたスピーカであって、振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとから構成されたことを特徴とする。
また、本発明の他の局面である電子機器は、スピーカを備え、このスピーカが、磁気回路と、この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、その一部が磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルとを有する電子機器であって、振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとから構成されたことを特徴とする。
また、本発明の他の局面である電子機器は、スピーカと、このスピーカが設けられた移動手段とを備え、スピーカは、磁気回路と、この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、その一部が磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルとを有する装置であって、振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとから構成されたことを特徴とする。
本発明によれば、ポリ乳酸と竹繊維との相溶性が良くなって結合しやすくなり、剛性が上がるため、振動板の音速を十分に得ることができるとともに環境負荷の少ない高音質な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を得ることができる。
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）
図１は、スピーカ用の振動板の断面図を示したもの、図２は、スピーカ用の振動板の平面図を示したもの、図3は、スピーカ用の振動板の拡大図である。
図１から図３に示すように、振動板１は、ポリ乳酸１Ａをベース樹脂とする。このポリ乳酸１Ａに竹繊維１Ｂとバインダ１Ｃとが均一に分散された材料を射出成形して構成している。
ポリ乳酸１Ａは、植物原料で構成される。具体的には、トウモロコシ、イモ類、ビート、サトウキビなどの植物から取り出したデンプンを発酵することによって得られるＬ−乳酸をモノマーとして重合させて合成したポリマーによって構成される。ポリ乳酸１Ａは、曲げ弾性率が高いが、耐衝撃性や耐熱性が弱いという特徴を有する。
竹繊維１Ｂを用いる理由は、硬くて、しなやかさを兼ね備えているため、弾性率を向上させる効果と内部損失を向上させる効果があるからである。
また、竹繊維１Ｂを用いる理由は、脱臭効果も大きく植物繊維特有の臭いもないため、車載用スピーカや室内オーディオにおいて広範囲に使用することができるからである。
また、竹繊維１Ｂを用いる理由は、音質向上のために物性を調整する効果だけでなく、植物度が大きくなり、環境負荷を低減しながら、音質向上を図ることができるからである。ここで言う植物度とは植物原料からなる材料の重量％を示し、振動板１に含まれるポリ乳酸１Ａと竹繊維１Ｂとバインダ１Ｃとの総重量％のことである。植物度が大きくなると環境負荷が少なくなる理由としては、振動板を焼却廃棄する際に、二酸化炭素が新たに発生しにくくなり、もともと保持していた二酸化炭素を排出して、正味の二酸化炭素の排出量を低減することが可能となるためである。
竹繊維１Ｂの繊維長は０．２ｍｍ以上で、かつ５ｍｍ以下が望ましい。竹繊維１Ｂの繊維長が０．２ｍｍより短い場合は、竹繊維１Ｂ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。また、竹繊維１Ｂの繊維長が５ｍｍより長くなると、振動板１を薄肉にした際に外観を損なうことになる。従って高性能で高品位な振動板１を得るためには、竹繊維１Ｂの繊維長は０．２ｍｍ以上で、かつ５ｍｍ以下を選定するのが好ましい。
また、振動板１の総重量における竹繊維１Ｂの重量は５重量％以上で、かつ５５重量％以下が望ましいが、より望ましくは１０重量％以上、３０重量％以下である。
竹繊維１Ｂの重量が振動板１の総重量の５重量％より小さくなると、竹繊維１Ｂを用いることによる前述の効果が顕著に現れない。また、竹繊維１Ｂの重量が振動板１の総重量の５５重量％より大きくなると、ベース樹脂であるポリ乳酸１Ａ中への竹繊維１Ｂの均一分散が困難となる。
特に、竹繊維１Ｂの重量が振動板１の総重量の３０重量％以上であると、ベース樹脂であるポリ乳酸１Ａの流動性が低いことから射出成形によって面厚が０．３ｍｍ以下の振動板１を得ることが困難になる。
また、竹繊維１Ｂは平均繊維径が１０μｍ以下のミクロフィブリル状態まで微細化された竹繊維をさらに含むことがより好ましい。
ミクロフィブリル状態まで微細化された竹繊維１Ｂが振動板１に含まれることにより、竹繊維１Ｂの絡み合いが強くなるため強度が向上する。そのため弾性率も向上し、より高音質が実現可能となる。
また、一般に繊維は繊維長Ｌと繊維径Ｄの比であるアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が大きい方が高弾性であり、ミクロフィブリル状態まで微細にした竹繊維１Ｂはアスペクト比が大きいため高弾性率が望める。
その上、部分的にミクロフィブリル状態まで微細にした竹繊維１Ｂが振動板１に含まれることで、竹繊維１Ｂの繊維間の結合が強固になるという効果もあり、これらが相乗して高弾性率となる。
また、振動板１に含まれる竹繊維１Ｂを多くして、より自然で明るい音色にしたい場合は、竹繊維１Ｂの一部またはすべてに竹粉を使用してもよい。振動板１に含有される竹繊維１Ｂの重量が３０重量％を超えた場合の前述した欠点が、竹粉を活用することで軽減される。粉末状でない竹繊維１Ｂと竹粉のトータルの重量が振動板１の総重量の５５重量％以下である場合、容易に振動板１を射出成形することが可能になる。
しかも、材料の植物度が大きくなるために、より環境負荷の小さい振動板１を得ることができる。ここで言う植物度とはトウモロコシなどから製造される植物原料樹脂と竹繊維１Ｂなどの植物繊維の総重量を指し、いかに石油由来材料を使用せずに温室効果ガスである二酸化炭素の排出量を低減できるかの一つの目安となる。
また、炭化素材をさらに加えることで弾性率をさらに向上させることができ、特に竹炭を使用すると植物度を下げることなく、弾性率を上げることができる。
その上、竹炭は通常、黒系色の振動板１で使用している炭素系の顔料の役割を果たし、音質を向上させる効果だけでなく、高品位な外観にすることが可能である。
ここで言う竹炭とは竹材をあらかじめ適度な大きさまでカットして約８００℃の高温で炭化してから、粉砕した粒状材料を指す。
バインダ１Ｃは、天然系のバインダで構成される。天然系のバインダを用いる理由は、被着体である植物原料のポリ乳酸１Ａや竹繊維１Ｂと同じ天然系の材料であるため、ポリ乳酸１Ａや竹繊維１Ｂとの親和性、分散性、相溶性が良く、ポリ乳酸１Ａと竹繊維１Ｂと接着の際に相互作用が期待でき、強固な接着力が得られるからである。したがって、天然系のバインダは、竹繊維１Ｂへの定着性が優れている。
特に、天然系のバインダの中でも、デンプン系のバインダが、本実施例で用いられるバインダ１Ｃとして好適である。デンプン系のバインダは、粒状、粉末状の材料であり、熱可塑性を有する。デンプン系のバインダのガラス転移温度は、８５℃から１３０℃である。
デンプン系のバインダは、生デンプン、化学的に変性させたデンプン、物理的に変性させたデンプンで構成されたバインダを意味する。デンプンは、ジャガイモ、トウモロコシ、小麦、タピオカなどの少なくとも１つ以上によって構成される。具体的には、バインダ１Ｃを構成するデンプン系のバインダは、酸化澱粉、カチオン化澱粉、リン酸エステル化澱粉、エーテル化澱粉、ジャガイモ澱粉、タピオカ澱粉、小麦澱粉、トウモロコシ澱粉のうち少なくとも１つ以上によって構成される。
振動板１の総重量に対するデンプン系のバインダ１Ｃの重量は、０．５重量％以上、２０重量％以下が望ましい。デンプン系のバインダ１Ｃの重量が０．５重量％より小さくなると、デンプン系のバインダ１Ｃを用いてもポリ乳酸１Ａや竹繊維１Ｂに接着されにくくなる。また、デンプン系のバインダ１Ｃの重量が２０重量％より大きくなると、固形化して固まった部分が生じるため、ポリ乳酸１Ａや竹繊維１Ｂとの混合体が均一に分散しなくなる。
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
（実施例１）
ポリ乳酸１Ａの含有量を８０重量％、竹繊維１Ｂの含有量を１５重量％、デンプン系のバインダ１Ｃの含有量を５重量％の配合比率で、ポリ乳酸１Ａと竹繊維１Ｂとバインダ１Ｃとを溶融混練して樹脂ペレットを作製し、２００℃の成形温度で射出成形し、１６ｃｍ口径のスピーカ用の振動板１を得た。この振動板１の比重を測定したところ、比重は約１．１５であった。また、振動板１の一部である３２ｍｍ×５ｍｍの大きさの試料を抽出して音速を測定したところ、音速は約２０００ｍ／ｓであった。また、竹繊維１Ｂの含有量を１０〜３０重量％、デンプン系のバインダを１〜１０重量％、ポリ乳酸１Ａの含有量を残りの配合比率（６０重量％〜８９重量％の範囲内であって、総重量％である１００重量％から竹繊維１Ｂの含有量である重量％とバインダ１Ｃの含有量である重量％とを減算して得られる重量％）としたとき、振動板１の比重は、１．１０以上１．１８以下の範囲内となり、振動板１の音速は、十分な音速とされる１８００ｍ／ｓ以上であった。
（比較例）
石油由来のポリプロピレンを含むが、植物由来の原料を超えたバイオマスプラスチックとして環境に優しく、ポリプロピレンによって十分な音速が得られるスピーカ用の振動板１を比較例として示す。
この場合、ポリ乳酸１Ａの含有量が２５重量％、竹繊維１Ｂの含有量が１５重量％、デンプン系のバインダ１Ｃの含有量が５重量％、ポリプロピレンの含有量が４５重量％の組成で溶融混練して樹脂ペレットを作製し、２００℃の成形温度で射出成形し、１６ｃｍ口径のスピーカ用の振動板１を得た。この振動板１の比重を測定したところ、比重は約１．１６であった。また、振動板１の一部である３２ｍｍ×５ｍｍの大きさの試料を抽出して音速を測定したところ、音速は約１９００ｍ／ｓであった。
以上のように本発明は、植物原料のポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとを複合化した材料を射出成形してスピーカ用の振動板を形成したことにより、植物由来の樹脂であるポリ乳酸と竹繊維との相溶性が良くなって結合しやすくなり、剛性が上がるため、振動板の音速を十分に得ることができるとともに環境負荷の少ない高音質なスピーカ用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について、図４を用いて説明する。図４は、スピーカの断面図を示したものである。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
図４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、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よい。
この構成により、環境負荷の少ない高音質な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について、図５を用いて説明する。図５は、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。なお、前述した各実施の形態と同様の構成については説明を省略する。
スピーカ１０はエンクロジャー１１に組込まれてスピーカシステム２１が構成されている。アンプ１２はスピーカシステム２１に入力する電気信号の増幅回路を含む。プレーヤ等の操作部１３はアンプ１２に入力されるソースを出力する。電子機器であるオーディオ用のミニコンポシステム１４は、このようにアンプ１２、操作部１３、スピーカシステム２１を有する。アンプ１２、操作部１３、エンクロジャー１１は、ミニコンポシステム１４の本体部である。すなわちスピーカ１０は、ミニコンポシステム１４の本体部に装着されている。またスピーカ１０のボイスコイル８は、本体部のアンプ１２から給電されて振動板１から音を発する。この構成により、従来では実現できなかった環境負荷が少なく、高音質で高品位を可能としたミニコンポシステム１４が得られる。
なおスピーカ１０の機器への応用として、オーディオ用のミニコンポシステム１４について説明したが、これに限定されない。持運び可能なポータブル用のオーディオ機器やゲーム機器等への応用も可能である。さらに、液晶テレビやプラズマ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。
（実施の形態４）
以下、実施の形態４について、図６を用いて説明する。図６は、装置である自動車の断面図を示したものである。なお、前述した各実施の形態と同様の構成については説明を省略する。
図６に示すように、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の特長を活かし、環境負荷を少なくしながら、高音質で優れたデザインを図ることが可能となり、このスピーカ１０を搭載した自動車等の装置の環境負荷も低減することができる。
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、環境負荷を低減し、高音質なスピーカ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。
スピーカ用振動板の断面図 スピーカ用振動板の平面図 スピーカ用振動板の拡大図 スピーカの断面図 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 装置である自動車の断面図
符号の説明
１ 振動板
１Ａ ポリ乳酸
１Ｂ 竹繊維
１Ｃ バインダ
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 エンクロジャー
１２ アンプ
１３ 操作部
１４ ミニコンポシステム
１５ 自動車

Claims (14)

  1. ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとを複合化した材料を射出成形して形成したスピーカ用振動板。
  2. 前記天然系のバインダは、デンプン系のバインダであることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ用振動板。
  3. 前記竹繊維の含有量を１０〜３０重量％、前記デンプン系のバインダの含有量を１〜１０重量％、前記ポリ乳酸の含有量を残りの重量％としたことを特徴とする請求項２に記載のスピーカ用振動板。
  4. 前記竹繊維は、ミクロフィブリル状態まで微細化されたことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ用振動板。
  5. 前記ポリ乳酸、竹繊維、および、天然系のバインダは均一分散されたことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ用振動板。
  6. 比重が１．１０以上１．１８以下であることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ用振動板。
  7. 磁気回路と、
    この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、その一部が前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を備えたスピーカであって、
    前記振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとから構成されたことを特徴とするスピーカ。
  8. 前記天然系のバインダは、デンプン系のバインダであることを特徴とする請求項７に記載のスピーカ。
  9. 前記竹繊維の含有量を１０〜３０重量％、前記デンプン系のバインダの含有量を１〜１０重量％、前記ポリ乳酸の含有量を残りの重量％としたことを特徴とする請求項８に記載のスピーカ。
  10. 前記竹繊維は、ミクロフィブリル状態まで微細化されたことを特徴とする請求項７に記載のスピーカ。
  11. 前記ポリ乳酸、竹繊維、および、天然系のバインダは均一分散されたことを特徴とする請求項７に記載のスピーカ。
  12. 前記振動板の比重が１．１０以上１．１８以下であることを特徴とする請求項７に記載のスピーカ。
  13. スピーカを備え、
    このスピーカは、磁気回路と、この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、その一部が前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を有する電子機器であって、
    前記振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとから構成されたことを特徴とする電子機器。
  14. スピーカと、このスピーカが設けられた移動手段とを備え、
    前記スピーカは、磁気回路と、この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、その一部が前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を有する装置であって、
    前記振動板は、ポリ乳酸と、竹繊維と、天然系のバインダとから構成されたことを特徴とする装置。
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