JP2014514828A - モノフィラメント織物の音響サスペンション要素 - Google Patents

Abstract

音響ドライバ用のサスペンション要素を形成するための方法である。この方法は、軟化点および融点で特徴付けられるモノフィラメントポリマー繊維で形成された非含浸織物をモールド内に設置するステップと、前記モールド及び前記非含浸織物を前記軟化点よりも高くて前記融点よりも低い温度まで加熱するステップと、前記モールドを冷却するステップと、を含む。

Description

本明細書は、電気音響変換器の可動部用のサスペンションに関する。

米国特許第５，８７８，１５０号明細書

本明細書の１つの態様では、音響ドライバ用のサスペンション要素を形成するための方法は、モノフィラメントポリマー繊維で形成された非含浸（unimpregnated）織物をモールド内に設置するステップを含む。モノフィラメント繊維は、軟化点および融点で特徴付けられる。前記方法は、モールド及び非含浸織物を軟化点よりも高くて融点よりも低い温度まで加熱するステップと、モールドを冷却するステップと、をさらに含む。前記方法は、繊維交差部を接合させるが融合させないようにしてサスペンション要素をエラストマーでコーティングするステップをさらに含んでもよい。コーティングするステップは、織物における複数の開口を封止することができるようにサスペンション要素をコーティングするステップを含んでもよい。コーティングするステップは、空気が織物における複数の開口を通って流れるようにしてサスペンション要素をコーティングするステップを含んでもよい。コーティングするステップは、非含浸織物をモールド内に設置するステップの前に行ってもよい。前記方法は、モールドから織物を取り出すステップをさらに含んでもよい。コーティングするステップは、モールドから織物を取り出すステップの後で行ってもよい。前記方法は、サスペンション要素に縒り（convolutions）を形成するステップをさらに含んでもよい。前記方法は、サラウンド（surround）に、内周縁に最も近い溝部の位置でサラウンドの内縁の法線に対してある角度をなして内周縁から外周縁まで延在する一連の溝部を有する半円筒部を形成するステップをさらに含んでもよい。織物は、モノフィラメントポリマー繊維束で形成されてもよい。

本明細書の別の態様では、音響ドライバ用のサスペンション要素は、モノフィラメントポリマー繊維で形成された織物であって複数の繊維が複数の繊維の交差部で融合されないように織られた織物を備える。織物は、非含浸であってもよい。サスペンションは、放射状の縒りを備えることができる。サスペンション要素は、内周縁に最も近い溝部の位置でサスペンション要素の内縁の法線に対してある角度をなす複数の溝部を有する半円筒状の幾何学的形状を備えることができる。ポリマーは、ポリエステルにすることができる。ポリマーは、ＰＥＥＫにすることができる。ポリマーは、ＰＰＳにすることができる。サスペンション要素は、軟質ポリマーからなるコーティングをさらに備えてもよい。サスペンションは、空気が織物を通り抜けて流れないように封止されてもよい。サスペンション要素は、空気が織物を通り抜けて流れるように封止されていなくてもよい。軟質ポリマーは、合成ゴムにすることができる。軟質ポリマーは、１００メガパスカル以下の弾性係数を有することができる。軟質ポリマーは、１メガパスカル以下の弾性係数を有することができる。織物は、モノフィラメント繊維束で形成されてもよい。
サスペンション要素は、サラウンドにすることができる。サスペンション要素は、スパイダー（spider）にすることができる。

他の特徴、目的、及び効果は、下記の図面に関連して読解すれば、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は様々な種類の繊維を示した図である。 図２Ａは、変換器の簡略化した縦断面図である。 図２Ｂは、サラウンドの等角図である。 図３は、変換器の簡略化した縦断面図である。 図４は、受動ラジエータを有するラウンドスピーカーの簡略化した縦断面図である。 図５は、様々な種類の織目の平面図である。 図６は、サスペンション要素を形成するためのプロセスを示すブロック図である。 図７は、加熱前及び加熱後の繊維を示す先行技術の図である。

本明細書で使用される「フィラメント」は、柔軟性、細かさ、および厚さに対する長さの比率がかなり高いこと（一般的に少なくとも１００：１以上）によって特徴付けられた物体をいう。複数のフィラメントは、より高いレベルの要素、例えば繊維、糸（thread）、糸（yarns）、ロープ、コード、ひも等のような、より高い水準の要素のための構成要素である。本明細書で使用される「繊維」は、少なくとも１本のフィラメントを備えているが、多くのフィラメントを備えていてもよい。繊維は、織物を作るための基本要素としてよく使用される。フィラメントと繊維とが同じとなるように１本のフィラメントのみを有する繊維は、モノフィラメント繊維である。モノフィラメント繊維の一例としては、モノフィラメント釣り糸がある。

マルチフィラメント繊維は、モノフィラメント繊維束やステープル繊維束であってもよい。２本以上のモノフィラメントを有する繊維を「モノフィラメント繊維束」と称し、前記２本以上のモノフィラメントは、それらが１本の繊維として使用されたり（例えば織られたり）処理されたり（例えばスプールに巻かれたり）することができるように集合している。繊維集合体の各々は、一端から他端へと連続している。仮にモノフィラメント繊維束が個々のモノフィラメント繊維に分解されると、分解されたモノフィラメント繊維束の各々が、繊維集合体の束と実質的に同じ長さか、或いはそれよりも長くなる。モノフィラメント繊維束の個々のモノフィラメント繊維は、ねじられたり編組まれたりしてもよい。モノフィラメント繊維束に相似する構造の一例としては編組みワイヤケーブルがあり、この編組みワイヤケーブルにおいて、個々のワイヤが個々のモノフィラメント繊維に類似する。モノフィラメント繊維束の端部は、一般に融合されたり括られたりしている。

本明細書で使用される「ステープル繊維」は、繊維の長さよりも短い（実質的に短くてもよい）フィラメントを備える繊維をいう。複数のフィラメントがねじれたり紡がれたりしてマルチフィラメントステープル繊維を形成してもよい。マルチフィラメントステープル繊維の例としては、綿糸や毛糸がある。
モノフィラメント繊維、モノフィラメント繊維束、及びステープル繊維の例が図１に示されている。

図２Ａは、第１の電気音響変換器の構成を示す簡略化した縦断面図である。ラウンドスピーカー１０Ａは円筒形のボビンを備えており、このボビンの第１の端部は例えば接着剤などによって音響振動板１４に機械的に連結されている。音響振動板の外周部は、サスペンション要素１６によって、メカニカルグラウンドとしてここに表現されたフレームに機械的に連結される。ボビン１５の周りにボイスコイル巻線１８が巻き付けられることにより、ボイスコイルアセンブリ２０が形成される。ボイスコイルアセンブリ２０は、磁気構造部２４の空隙２２に配置されている。

音響振動板１４の外周部をフレームに機械的に連結させるサスペンション要素１６は、「サラウンド」と称される。理想的には、サラウンドは、矢印２６によって示された方向への動きを可能にするが、矢印２８によって示された横方向の動きを阻止する。図２Ａの構成は、短距離で動いて比較的に少ない量の空気を動かすように設計された電気音響変換器、例えば小型変換器（例えばヘッドホン変換器）などに適している。

サラウンドの典型的な幾何学的形状は、図２Ａに示すように「半円筒」状のサラウンドである。他の一般的な幾何学的形状は、多数の半円筒、交互の凹凸状の半円筒、その他の複雑な幾何学的形状を含む。例えば、図２Ｂのサラウンド１００において、一連の溝部１２５は、半径方向に対してある角度をなして、より一般的には、内周縁に最も近い溝部の位置でサラウンドの内縁の法線に対してある角度をなして、内周縁１０５から外周縁１１０まで延在する。サラウンド１００は、内側の取付けフランジ１１５と外側の取付けフランジ１２５とを備える。

図３は、第２の電気音響変換器の構成を示す簡略化した縦断面図を示している。図３の構成では、音響振動板が円錐台形状となっている。図２Ａの構成と同様に、音響振動板の外周部は、サスペンション要素１６によって、メカニカルグラウンドとしてここに表現されたフレームに機械的に連結される。図３の構成では、音響振動板１４の内縁３２が、ボイスコイルアセンブリ２０の第１の端部１１に、例えば接着剤によって機械的に連結されている。音響振動板の内縁３２に連結されたボイスコイルアセンブリの端部１１は、一般的に、音響放射面の一部を形成する「ダストカバー」３５によって覆われている。ボイスコイルアセンブリ２０は、一般的に「スパイダー」と呼ばれる第２のサスペンション要素３４によって、メカニカルグラウンドとしてここに表現されたフレームに機械的に連結される。図３の構成は、長距離で動いて図２Ａの構成の変換器よりも多量の空気を動かすように設計された電気音響変換器に適している。

スパイダーの典型的な幾何学的形状は、図３に示すような波形パターンである。サスペンション要素１６と同様に、サスペンション要素３４は、矢印２６によって示された方向への動きを可能にすると同時に、横の動きを阻止してボイスコイルアセンブリ２０を磁気空隙２２内に保持する。

図２Ａ及び図３の構成は、同じように作動する。ボイスコイルアセンブリ２０及び磁気構造部２４は、リニアモータとして機能する。ボイスコイル巻線におけるオーディオ信号に対応する交流電流が、磁気構造部の空隙内の磁場と相互作用することによって、ボイスコイル構造が矢印２６によって示された軸線に沿って動かされる。ボイスコイルの動作によって、音響振動板１４の動作が生じる。音響振動板１４の動作は、空気を圧縮すると共に稀薄にし、発生する圧力波を引き起こす。圧力波は、音として認識される。

受動ラジエータは、一般的にはサラウンドを有しており、いくつかの複雑な幾何学的形状においてスパイダーを有してもよい。図４は、サラウンドを有する受動ラジエータを具備するラウンドスピーカーを示す簡略化された縦断面図である。電気音響変換器１１０は、例えば図３の電気音響変換器と同様に、筐体１１２における開口部内に取り付けられている。また、筐体１１２の開口部には、サスペンション要素１６によって外周部が筐体１１２に機械的に連結された音響振動板１４を備える受動ラジエータ構造が取り付けられている。電気音響変換器１１０は、図３の説明に記載された方法で作動する。電気音響変換器の作動によって、筐体１１２の中に圧力変動が生じる。圧力変動によって、音響振動板が矢印２６の方向に振動する。音響振動板の振動は、空気を圧縮すると共に稀薄にし、発生する圧力波を引き起こす。圧力波は、音として認識される。スパイダーおよびサラウンドを有する受動ラジエータは、一般的には、磁気構造部２４およびボイスコイル１８が無ければ、場合によってはボビン１５が無ければ、図４の構成と類似している。

いくつかの性質は、サラウンドサスペンション要素１６およびスパイダーサスペンション要素３４の両方にとって望ましい。サラウンドおよびスパイダーは両方とも、所望の移動量を可能にするように、矢印２６によって示された方向（音響振動板の動きの意図する方向）に十分に対応しているべきである。また、サラウンドおよびスパイダーには、音響振動板を中立位置の方向へ促すための復元力が付与されるべきである。最高の音響性能のために、復元力は、変位を直線的にすべきである。サラウンドおよびスパイダーは両方とも、意図する動きの方向に直交する方向２８に剛性を有するべきである。変換器の場合、磁気空隙２２をできるだけ小さくしつつその空隙内にボイスコイルを保持するのに十分な剛性にするべきである。受動ラジエータの場合、横の動きに抵抗すると共に例えば揺動モード等のような望ましくないモードに抵抗するのに十分な剛性にするべきである。つまり、復元力は、過剰な「ブレイクイン（break-in）」を受けるべきではなく、つまり、復元力は、何百万にもなる時間や作動サイクルと共に変化するべきではない。また、軽量は、サラウンドおよびスパイダーの両方にとって所望の特性である。

サラウンドにとって重要になる場合があるいくつかの性質は、スパイダーにとってそれほど重要ではないか、もしくは望ましくない場合があり、またその逆もあり得る。例えば、サラウンドサスペンション要素は、音響振動板の放射面の一部であってもよいので、サラウンドは、一般的に空気圧で封止される必要がある。一方、スパイダーにとって「通気性」があることが望ましい場合がある。スパイダーもしくはサラウンド、またはその両方にとって、耐水性もしくは耐洗剤性、またはその両方があることが望ましい場合があり、そして、スパイダーにとって比較的に高温で作動することが望ましい場合がある。

スパイダーおよびサラウンドに共通している所望の性質であって、サラウンド特有の又はスパイダー特有の性質をもたらすように容易に変更され得る所望の性質をもたらす材料の１つの部類は、モノフィラメント繊維で織られた織物である。

モノフィラメント繊維は、様々な織目を持つ織物に織り込まれる。例えば、図５は５つの異なる織目：平織（「スクエア」とも呼ばれる）、綾織、逆平畳織、三軸織、四軸織を示している。

図６は、モノフィラメント繊維から織られた織物によってサスペンション要素を形成するためのプロセスを示している。ブロック４０Ａは、後述されるだろう。ブロック４２において、織物がモールドの中に設置される。織物は、予めコーティングされてもよいが、後述されるように非含浸である。ブロック４４において、モールドに加えられると共に熱が加えられ、それにより、サスペンション要素の特徴、例えば図２Ａ及び図２Ｂのサラウンドの特徴、又は図３の波形が形成される。加えられる熱は、モノフィラメント繊維を融解させないが柔らかくさせるのに十分であり、それにより、繊維同士が接触するところで繊維が接合され得るが融合されない。ブロック４６において、モールドが冷却され、ブロック４８において、サスペンション要素がモールドから取り出される。ブロック５０において、サスペンション要素が所望の形状および大きさにトリミングされる。

織物は、モノフィラメント繊維をその交差部で融合させないエラストマーまたは軟質エラストマーでコーティングされてもよい。コーティングは、織物がモールドの形状を維持することを可能にする必要がなく、よって、コーティングは、任意の都合の良い時点で塗布されてもよく、例えばブロック４０Ａのようなモールド内への挿入前や、ブロック４０Ｂのようなモールドからの取り出し後や、ブロック４０Ｃのようなトリミング後に塗布されてもよい。また、コーティングは、繊維を織物に形成する前に繊維に塗布されてもよい。

コーティング材料は、さまざまな方法で織物の性質を変更することができる。例えば、コーティングは、空気圧もしくは油圧、またはその両方で織物を封止したり、織物の減衰性を変更したり、織物を補強したり、織物のせん断係数を変更したりするなどしてもよい。

コーティング材料は脆弱であってはならない。コーティング用の特定材料は、モノフィラメント繊維の特性、及びサスペンション要素の所望の特性に依存している。上述したように、コーティング材料は、織物に剛性または成形性をもたらす必要がなく、よって、その材料は、例えば１００メガパスカル以下の弾性係数、または１メガパスカル以下の弾性係数を有するかなり軟質であってもよい。幅広い種類の応用に使用可能な幅広い種類の変換器サスペンション要素に役立つ１つの材料部類は、合成ゴムである。

コーティングは、さまざまな方法で塗布することができる。例えば、コーティングが溶剤に溶解されて織物が溶液に浸してもよい。コーティングはローラーで塗布されてもよい。コーティングは、織物に吹き付けてもよい。コーティングの厚さをサスペンション要素上の箇所で変化させることができるように、浸したりローラーで塗布したり吹き付けたりする前に、織物にマスクを当てることができる。例えば、コーティングの厚さは、中心からの半径距離に応じて変化させてもよい。織物に通気性を持たせるために、浸したりローラーで塗布したり吹き付けたりした後に、織物がエアブラシにさらされてもよい。

ブロック４２においてモールドに加えられる圧力は、織物に応力をかける。ブロック４２において加えられる熱は、織物を弛緩させると共に非弾性的に変形させるには十分であり、それにより、織物がモールドから取り出されたときにモールドの形状を維持することが可能となるが、前記熱は、繊維が融合するように織物を融解させるには十分ではない。

図６のプロセスは、従来の非プラスチック製のステープル繊維で織られた織物でサスペンション要素を形成するためのプロセスと比較して有利な点がある。従来のマルチフィラメントステープル繊維は、それらが形成されたときに形状が維持されないので、従来のマルチフィラメント繊維は、上述のようにサスペンション要素に形成する前に樹脂を含浸させる。あるいは、いくつかの従来のマルチフィラメントステープル繊維は、例えば米国特許第５，８７８，１５０号明細書に記載されたり図７に示されたりしているように、１つの樹脂からなるコアと他の樹脂からなるシースとを有するコア／シース構造の形での含浸となっている場合がある。樹脂が含浸された繊維で形成されたサスペンション要素は、樹脂の弾性係数が約１ギガパスカル以上であって硬くて脆弱であり、ブレイクインの問題が度々あり、疲労を受ける（つまり、サスペンション要素が、時間や多くのサイクルと共に復元力を失う）。

また、図６のプロセスは、織物を織るための材料の融解温度（あるいは、繊維が例えば米国特許第５，８７８，１５０号明細書に記載されたり図７に示されたりしているようなコア／シース構造となっている場合には、シース材料の融解温度）よりも高い温度までサスペンション要素を加熱するステップを含む、サスペンション要素を形成するためのプロセスと比較して有利な点がある。材料の融解温度よりも高い温度までサスペンション要素を加熱するステップによって、繊維の交差するところを融合させる。融合によって、サスペンションの使用中に応力集中点が生じる結果となる。これに対し、軟化温度よりも高いが融解温度よりも低い温度までモノフィラメント織物製のサスペンション要素を加熱するステップは、織物が所望の幾何学的形状に形成されることを可能にするが、繊維の交差するところを融合させない。モノフィラメント織物のサスペンションは、繊維の融合、樹脂含浸、又は何らかの追加のコーティングを必要とせずにモールドの形状を維持する。

サスペンション要素に適している織物や、サスペンション要素用の織物に織られるのに適しているモノフィラメント繊維は多数ある。望ましい特性としては、高い引張強さ、熱安定性、クリープ抵抗、耐疲労性、延性、低吸湿性、環境安定性などが挙げられる。適切な材料の例としては、Ｖｉｃｔｒｅｘ社（ＵＲＬ：ｖｉｃｔｒｅｘ.ｃｏｍ）製の「Ａｐｔｉｖｅ（登録商標）１０００−３００」として販売されているポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）、ＤｕＰｏｎｔ社製の「ＭＹＬＡＲ（登録商標）Ａ」として販売されているポリエステル、Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ ＬＬＣ社製の「ＲＹＴＯＮ（登録商標）」として販売されているポリフェニレン硫化物（ＰＰＳ）が挙げられる。

表１は、融点および軟化点を持ったいくつかのサンプル材料を示している。

軟化点は、一般的には４０−１５０℃の範囲である変換器の使用範囲をはるかに上回ることが望ましい。

一実施例では、サラウンドは、２５４℃の融点及び２２０℃の軟化点を有するＰＥＴで形成されている。サラウンドは、モールド内に設置され、２２０℃で１０秒間加熱され、２分間冷却される。サラウンドは、合成ゴムを含むゴムでコーティングされる。一実施例では、スパイダーは、２５４℃の融点及び２２０℃の軟化点を有するＰＥＴで形成されている。スパイダーは、モールド内に設置され、２２０℃で３０秒間加熱され、２分間冷却される。それから、スパイダーは合成ゴムでコーティングされる。

本明細書に開示された特定の装置及び技術の使用および発展は、本発明の概念から逸脱せずに行われることが可能である。したがって、本発明は、本明細書に開示された夫々及び全ての新規な特徴および特徴の新規な組み合わせを包含するものと解釈されるものであり、添付の特許請求の範囲の真意および範囲によってのみ限定される。

１０Ａ ラウンドスピーカー
１４ 音響振動板
１５ ボビン
１６ サスペンション要素
１８ ボイスコイル
２０ ボイスコイルアセンブリ
２２ 磁気空隙
２４ 磁気構造部
３４ サスペンション要素
１００ サラウンド
１０５ 内周縁
１１０ 外周縁
１２５ 溝部

Claims (25)

1. 音響ドライバ用のサスペンション要素を形成するための方法であって、
   軟化点および融点で特徴付けられるモノフィラメントポリマー繊維で形成された非含浸織物をモールド内に設置するステップと、
   前記モールド及び前記非含浸織物を前記軟化点よりも高くて前記融点よりも低い温度まで加熱するステップと、
   前記モールドを冷却するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 繊維交差部を融合させないようにして前記サスペンション要素をエラストマーでコーティングするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記コーティングするステップが、前記織物における複数の開口を封止することができるように前記サスペンション要素をコーティングするステップを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記コーティングするステップが、空気が前記織物における複数の開口を通って流れるようにして前記サスペンション要素をコーティングするステップを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
5. 前記コーティングするステップが、前記非含浸織物を前記モールド内に設置するステップの前に行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 前記モールドから前記織物を取り出すステップをさらに含み、前記コーティングするステップが、前記モールドから前記織物を取り出すステップの後に行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
7. 前記サスペンション要素に縒りを形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. サラウンドに、内周縁に最も近い溝部の位置で前記サラウンドの内縁の法線に対してある角度をなして前記内周縁から外周縁まで延在する一連の溝部を有する半円筒部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記織物が、モノフィラメントポリマー繊維束で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 音響ドライバ用のサスペンション要素であって、
    モノフィラメントポリマー繊維で形成された織物であって複数の前記繊維が前記複数の繊維の交差部で融合されないように織られた織物を備えることを特徴とするサスペンション要素。
11. 前記織物が非含浸であることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
12. 放射状の縒りを備えることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
13. 内周縁に最も近い溝部の位置で前記サスペンション要素の内縁の法線に対してある角度をなす複数の溝部を有する半円筒状の幾何学的形状を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
14. 前記ポリマーがＰＥＴであることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
15. 前記ポリマーがＰＥＥＫであることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
16. 軟質ポリマーからなるコーティングをさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
17. 空気が前記織物を通り抜けて流れないように前記サスペンション要素が封止されることを特徴とする、請求項１６に記載のサスペンション要素。
18. 空気が前記織物を通り抜けて流れるように前記サスペンション要素が封止されないことを特徴とする、請求項１６に記載のサスペンション要素。
19. 前記軟質ポリマーが合成ゴムであることを特徴とする、請求項１６に記載のサスペンション要素。
20. 前記軟質ポリマーが１００メガパスカル以下の弾性係数を有することを特徴とする、請求項１６に記載のサスペンション要素。
21. 前記軟質ポリマーが１メガパスカル以下の弾性係数を有することを特徴とする、請求項２０に記載のサスペンション要素。
22. 前記織物がモノフィラメント繊維束で形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
23. 前記サスペンション要素がサラウンドであることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
24. 前記サスペンション要素がスパイダーであることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。
25. 前記ポリマーがＰＰＳであることを特徴とする、請求項１０に記載のサスペンション要素。

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