JP2019047151A - スピーカ用の振動板、スピーカ、および、スピーカ用の振動板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境に優しく低コストで軽量化や高剛性化を実現し、音質調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度を確保することができるスピーカ用の振動板を提供する。【解決手段】スピーカ用の振動板１００は、樹脂１０１と樹脂１０１内に分散配置された種子外被由来のシリカ１０２とを備える。スピーカ用の振動板１００は、熱可塑性の樹脂原料に種子外被由来のシリカ１０２を混入した材料を混練してペレットを成形し、ペレットを用いて射出成形することにより形成している。【選択図】図１

Description

本開示は、各種音響機器や映像機器等に使用されるスピーカ用の振動板、これを用いたスピーカ、および、スピーカ用の振動板の製造方法に関する。

従来、スピーカ用の振動板の材料としては紙、樹脂などが用いられている。例えば、特許文献１、２のように、種子外被の１つである籾殻を１０００℃以上、１５００℃以下の酸素中にて燃焼させて得られるセラミクス系残留物を、樹脂バインダーを介してパルプ繊維と混抄させ、これを抄造し成型することによって、高い弾性率を実現するスピーカ用の振動板が提案されている。

特開平５−２３６５９０号公報 特開平６−１６５２８７号公報

ところが、籾殻を１０００℃以上の高温で燃焼して得られたセラミクスは、多孔質であるために抄紙の際に水面上に浮上し、均一に混抄することが困難である。従って、スピーカ用の振動板としての所望の性能を任意に調整することが困難であり、スピーカ用の振動板として実用は難しい。

また、籾殻を１０００℃以上の高温で燃焼するとトリディマイトが多量に生成されるため、人体に対する影響も懸念される。

本開示は、前記課題に鑑み、スピーカとしての特性、音質の調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度を確保することができるスピーカ用の振動板、スピーカ、スピーカ用の振動板の製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本開示にかかるスピーカ用の振動板は、樹脂と、前記樹脂に含有される種子外被由来のシリカとを備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本開示にかかるスピーカは、前記振動板と、磁気回路と、前記磁気回路に結合されたフレームと、前記振動板に一端部が結合されるとともに、他端部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されるボイスコイル体とを備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本開示にかかるスピーカ用の振動板の製造方法は、種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させて非晶質のシリカを生成し、前記シリカが配合された熱可塑性樹脂を混練してペレットを生成し、前記ペレットを成形してスピーカ用の振動板を得ることを特徴とする。

本開示の構成により、種子外被由来のシリカを樹脂に混入することで樹脂製の振動板の低比重化を図ることができ、また、高い曲げ弾性率の確保と高剛性化を図ることができる。従って、耐湿信頼性や強度を確保し得るスピーカ用の振動板を提供することができ、当該スピーカ用の振動板を用いたスピーカの音響特性や音質を向上させることができる。

本開示の一実施形態の振動板の断面を示した断面図である。 本開示の一実施形態の振動板を示した平面図である。 本開示の一実施形態の振動板の一部を拡大して示した断面図である。 本開示の一実施の形態の振動板の製造方法を示す図である。 本開示の一実施形態にかかるスピーカを示した断面図である。 本開示の実施態様の一つである電子機器の外観を示した図である。 本開示の実施態様の一つである移動体を示した断面図である。

次に、本開示に係るスピーカ用の振動板、スピーカ、および、スピーカ用の振動板の製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本開示に係るスピーカ用の振動板、スピーカ、および、スピーカ用の振動板の製造方法の一例を示したものに過ぎない。従って本開示は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本開示を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本開示の一実施形態の振動板の断面を示した断面図である。

図２は、本開示の一実施形態の振動板を示した平面図である。

これらの図に示すように、スピーカ用の振動板１００は、樹脂１０１と樹脂１０１内に分散配置された種子外被由来のシリカ１０２とを備えている。本実施の形態の場合、スピーカ用の振動板１００は、熱可塑性の樹脂原料に種子外被由来のシリカ１０２を混入した材料を混練してペレットを成形し、前記ペレットを用いて射出成形することにより形成している。

スピーカ用の振動板１００の形状は、特に限定されるものではない。例えばスピーカ用の振動板１００の形状としては、円板形状や矩形の板形状など平面的な形状ばかりでなく、本実施の形態の場合のようなコーン形状など立体的な形状であってもかまわない。

スピーカ用の振動板１００を主として構成する樹脂１０１、いわゆるマトリクス樹脂は、特に限定されるものではなく、所望の特性に応じて選定される。具体的に例えばスピーカ用の振動板１００に採用される樹脂１０１は、結晶性または非晶性のオレフィン樹脂を挙示することができる。ここで、スピーカ用の振動板１００にポリプロピレンなどのオレフィン樹脂を使用することにより、成形性が良好になる。また結晶性の樹脂と非晶性の樹脂を用途に応じて使い分けすることで、樹脂材料としての最適な物性値を満足させることが可能となる。なお、樹脂１０１の種類は、ポリプロピレンに限定されることなく、環境配慮のためにポリ乳酸に代表される生分解性プラスチックを使用しても良い。

種子外被由来のシリカ１０２は、樹脂製のスピーカ用の振動板１００の例えば密度や剛性などの物理的特性を調整する充填剤である。スピーカ用の振動板１００の樹脂１０１中に種子外被由来のシリカ１０２を含有させることで、スピーカ用の振動板１００を軽量化することができ、また、スピーカ用の振動板１００の剛性を高め、曲げ弾性率を調整することが可能となる。また、発泡により樹脂製の振動板１００に空房を形成する場合に比べて、スピーカ用の振動板１００の薄肉化が可能となり、さらに軽量化を図ることができる。

種子外被由来のシリカ１０２とは、種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させることにより得られる非晶質のシリカを意味している。シリカ１０２は、いわゆる低温型石英を多く含有しており、トリディマイトの含有量は２０重量％以下である。これは、種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させることにより得られた組成であると考えられる。また、図中には、シリカ１０２は、白い丸で記載されているが、実際には、シリカ１０２の形状は、種子外被の少なくとも一部の形状を呈している。これは、種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させることにより種子外被の形状がある程度維持されると考えられる。また、種子外被を９００℃よりも高温で燃焼させたシリカはほぼ白色であるが、種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させて得られるシリカ１０２は、灰色、黒色などである。これは、シリコンと酸素の他に炭素などの成分が残存しているためであると考えられる。また、種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させて得られるシリカ１０２は、相溶化剤などを用いなくても熱可塑性樹脂と馴染みがよく、シリカ１０２の含有量を高くしても振動板１００を容易に形成できる。これは、炭素などの残存成分が影響していると考えられる。

なお、種子外被を燃焼させる温度は、３５０℃以上、６００℃以下の範囲が好ましい。燃焼温度が３５０℃未満の場合、シリカ１０２を生成するために長い燃焼時間が必要になり、効率的にシリカ１０２を生成することが困難である。また、６００℃を越えて燃焼を行うと、トリディマイトの生成を適切に制御することが困難となる。好ましいトリディマイトの含有量は、５重量％以下である。

種子とは、特に限定されるものではないが、具体的に例えば種子として、穀物である米、小麦、トウモロコシ、オオムギ、ライムギなどイネ科作物の種子、大豆、小豆などマメ科作物の種子、蕎麦などのタデ科作物の種子などを挙示することができる。また外被とは、米における籾殻、豆における鞘などを意味する。特に、スピーカ用の振動板１００の添加剤に用いる場合、環境などの観点から、種子は穀物など食用の種子であって、外被は、種子を食用とするために廃棄されるような部分が望ましい。

一方、シリカ１０２の平均粒子径は、３ミクロン以上、２０ミクロン以下の範囲から選定されることが好ましい。シリカ１０２の平均粒子径が３ミクロン未満の場合、シリカ１０２の体積が十分に大きくないため、振動板１００の軽量化の効果がほとんど現れない。一方、シリカ１０２の平均粒子径が２０ミクロンを越える場合、振動板１００が脆弱化する恐れがある。また、振動板１００を成型する際の樹脂の流動を妨げることにもなる。

シリカ１０２の混入比率が、０．５重量％に満たない場合、振動板１００としてシリカ１０２の効果がほとんど現れない。一方、５０重量％より多い場合は振動板１００の脆化、製造時の流動性の低下による生産性及び成形性の低下を招き、振動板１００の形状設定の自由度が小さくなる。また、シリカ１０２の混入比率は、１重量％以上、３０重量％以下の範囲から選定されることが望ましい。

次に、スピーカ用の振動板の製造方法について説明する。

まず、種子外被として籾殻を選定し、これを３００℃以上、９００℃以下で燃焼させる。本実施の形態の場合は、燃焼温度が６００℃を越えないように制御した。これにより、籾殻の形状が残存した多孔質の低温型石英であるシリカ１０２が生成され、トリディマイトの含有量は５重量％以下となる。シリカ１０２の粒径は、３μｍ以上、２０μｍ以下の範囲から選定されることが好ましい。さらにシリカ１０２の粒径は、５μｍ以上、１５μｍ以下の範囲から選定されることが好ましい。シリカ１０２の粒径が３μｍよりも小さい場合は、スピーカ用の振動板１００においてシリカ１０２の効果を十分に発揮できない。一方、２０μｍより大きな場合は、樹脂１０１内においてシリカ１０２の分散不良が生じ、スピーカ用の振動板１００の外観を損ね、音響特性の不安定化を招く要因となる。

次に、樹脂１０１としてポリプロピレンを用いる。ポリプロピレンは一般的に入手しやすく、射出成形が容易であるという特性を備えている。

本実施の形態の場合、図３に示すように、樹脂１０１には、強化材１０３をフィラー材として添加している。強化材１０３により、樹脂１０１とシリカ１０２とを複合化した際に、振動板１００としての強度向上の効果が効率良く発揮され、かつ、生産効率と品質が向上する。

強化材１０３は、スピーカ用の振動板１００の強化や、音にアクセントを付けたり、音圧周波数特性にピークを持たせて音響特性や音質調整するために樹脂１０１に含有させる添加剤である。強化材１０３の種類は、特に限定されるものではないが、マイカ、カーボン繊維、アラミド繊維、セルロース、ガラス繊維、および無機の繊維状物質などからいずれか１種類、または、複数の種類を組み合わせた強化材などを例示することができる。具体的に例えば、強化材１０３にマイカを混入するとスピーカ用の振動板１００の剛性や弾性率を高くすることができる。よって、スピーカの高域限界周波数の伸長や明るくメリハリのある高音質化を実現することができる。

さらに、削除したい音圧周波数特性上の不要なピークを考慮し、ピークの周波数に内部損失を有している高内部損失材を添加してもよい。

高内部損失材は、スピーカ用の振動板１００を柔らかくして内部損失を発生させ、音圧周波数特性のピークを低減させる方向に調整するための添加剤である。高内部損失材の種類は、特に限定されるものではないが、タルク、炭酸カルシウム、クレイなどからいずれか１種類、または、複数の種類を組み合わせた高内部損失材などを例示することができる。

以上、樹脂１０１、シリカ１０２、強化材１０３、高内部損失材、その他の混入材料については、その材料特有の密度、弾性率、内部損失、音色、スピーカ用の振動板１００の形状に成形したときの共振周波数等を考慮しながら選定される。なお、本実施の形態の場合、樹脂１０１には、相溶化剤は添加されない。

次に、図４に示すように、樹脂１０１に対する種子外被由来のシリカ１０２の含有量を、０．５ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下に調整し、その他添加剤などを予め混練して得られたペレット１１０を射出成形機２０２により金型２０３の空洞２０４内に射出する。以上によりスピーカ用の振動板１００が形成される。

本開示は、ポリプロピレンなどのである樹脂１０１と籾殻由来のシリカ１０２、その他の添加剤とを混練したペレット１１０を用い、射出成形によりスピーカ用の振動板１００を構成することにより、均質な性質の振動板１００を形成することができる。例えば、得られた振動板１００の曲げ弾性率は、いずれの部分でも１．７ＧＰａ以上、２．１ＧＰａ以下となっている。

なお、混練や成型時の熱酸化によって樹脂物性が低下することもあるため、それを抑制するために酸化防止剤を追加して加えてもよい。酸化防止剤を追加することで、スピーカ用の振動板の劣化を防止することができる。すなわち、本来の樹脂や種子外被由来のシリカ１０２が有する良好な物性の維持、および、それらを混錬して得られる良好な音響特性や音質を実現させることができる。

（実施の形態２）
次に、スピーカ３００について説明する。なお、前記実施の形態１と同様の作用や機能、同様の形状や機構や構造を有するもの（部分）には同じ符号を付して説明を省略する場合がある。また、以下では実施の形態１と異なる点を中心に説明し、同じ内容については説明を省略する場合がある。

図５は、本開示の一実施形態にかかるスピーカを示した断面図である。

同図に示すように、スピーカ３００は、スピーカ用の振動板１００と、磁気回路３０１と、フレーム３０２と、ボイスコイル体３０３とを備えている。

磁気回路３０１は、着磁された永久磁石である円柱状のマグネット３１２と、マグネット３１２の上部に取り付けられた円板状のプレート３１３と、マグネット３１２とプレート３１３とを収容する有底円筒状のヨーク３１４とを備えており、プレート３１３とヨーク３１４との間に円環状の磁気ギャップ３１６を形成している。

フレーム３０２は、磁気回路３０１のヨーク３１４に結合した漏斗形状の構造部材である。このフレーム３０２の上端周縁部に囲まれる位置に、スピーカ用の振動板１００が配置されており、フレーム３０２とスピーカ用の振動板１００とは円環状のエッジ３０４を介してそれぞれ接着されている。また、スピーカ用の振動板１００の中心に設けられている孔を塞ぐようにセンターキャップ３０６が取り付けられている。

ボイスコイル体３０３は、円筒状のボビンとその外周に巻き付けられたコイルとで形成されており、スピーカ用の振動板１００の中心部に一端が結合されるとともに、他端を磁気回路３０１の磁気ギャップ３１６にはまり込むように配置されている。また、ボイスコイル体３０３は、フレーム３０２とボイスコイル体３０３とを架橋状に接続するダンパー３０５によって支えられている。

以上は、内磁型の磁気回路３０１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良い。

この構成により、実施の形態１において説明したように、特性、音質の調整の自由度が大きく、耐湿信頼性や強度が確保でき、外観の優れた、生産性の高い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を用いて、本開示が適用される電子機器について説明する。

図６は、本開示の実施態様の一つである電子機器の外観を示した図である。

本実施の形態の場合、電子機器４００は、オーディオ用のミニコンポシステムとして説明する。

電子機器４００は、エンクロジャー４１１にスピーカ３００が二つ組込まれてスピーカシステム４１０を左右にそれぞれ備えている。

また、電子機器４００は、スピーカシステム４１０に入力する電気信号の増幅回路を含むアンプ４１２と、アンプ４１２に入力されるソースを出力するチューナー４１３や、ＣＤプレーヤ４１４を備えている。

オーディオ用のミニコンポシステムである電子機器４００は、チューナー４１３やＣＤプレーヤ４１４から入力される音楽信号をアンプ４１２により増幅し、スピーカシステム４１０に備えられたスピーカ３００から音が放出される。具体的にはスピーカ３００は、ボイスコイル体３０３に入力された電気信号により発生した動的な磁力と磁気回路３０１の磁気ギャップ３１６に発生する静的な磁力との相互作用により、フレーム３０２に対してボイスコイル体３０３が振動し、当該振動が伝えられることによりスピーカ用の振動板１００が振動して音を発する。

この構成により、上述したように従来では実現できなかった良好で精度の高い特性づくり、音づくり、デザインを可能とした電子機器４００を実現することが可能となる。

なおスピーカ３００の電子機器４００への応用として、オーディオ用のミニコンポシステムについて説明したが、これに限定されない。例えば自動車用のオーディオシステムや持運び可能なポータブル用のオーディオ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を用いて、本開示が適用される移動体５００について説明する。

図７は、本開示の実施態様の一つである移動体を示した断面図である。

本実施の形態の場合、移動体５００は、自動車として説明する。

同図に示すように、本開示のスピーカ用の振動板１００を備えたスピーカ３００は、移動体５００のリアトレイやフロントパネルに組込まれている。スピーカ３００からは、別途移動体に取り付けられているカーナビゲーションやカーオーディオから送信される音声信号に基づき移動体内に音を発するものとなっている。

このように移動体５００に取り付けられたスピーカ用の振動板１００は、大きな温度差や、多湿、乾燥などの過酷な環境に放置される場合が想定されるが、樹脂製のスピーカ用の振動板１００の特徴を活かした高い耐久性を備えると共に、良好で精度の高い特性づくり、音づくり、デザインを図ることが可能となる。

なお、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。

例えば、樹脂１０１に混入されるシリカ１０２の表面に、樹脂１０１との接着性を向上させるための表面処理を施してもかまわない。

また、種子外被由来のシリカ１０２は、籾殻など単一種類の外被を燃焼させて得られるものばかりでなく、複数種類の外被を燃焼させて得たものでもかまわない。

本開示にかかるスピーカ用の振動板、スピーカ、および、スピーカ用の振動板の製造方法によれば映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、自動車等の移動体に適用できる。

１００ 振動板
１０１ 樹脂
１０２ シリカ
１０３ 強化材
１１０ ペレット
２０２ 射出成形機
２０３ 金型
２０４ 空洞
３００ スピーカ
３０１ 磁気回路
３０２ フレーム
３０３ ボイスコイル体
３０４ エッジ
３０５ ダンパー
３０６ センターキャップ
３１２ マグネット
３１３ プレート
３１４ ヨーク
３１６ 磁気ギャップ
４００ 電子機器
４１０ スピーカシステム
４１１ エンクロジャー
４１２ アンプ
４１３ チューナー
４１４ プレーヤ
５００ 移動体

Claims (12)

1. 樹脂と、
   前記樹脂に含有される種子外被由来のシリカと
   を備えるスピーカ用の振動板。
2. 種子外被由来の前記シリカは、
   ３００℃以上、９００℃以下で種子外被を燃焼して得られる非晶質のシリカである
   請求項１に記載のスピーカ用の振動板。
3. 種子外被由来の前記シリカは、種子外被の形状を呈する
   請求項１または２に記載のスピーカ用の振動板。
4. 種子外被由来の前記シリカのトリディマイトの含有量は、２０％以下である
   請求項１から３のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
5. 種子外被由来の前記シリカは、炭素を含有する
   請求項１から４のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
6. 種子外被由来の前記シリカは、低温型石英である
   請求項１から５のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
7. 前記樹脂は、相溶化剤を含有しない
   請求項１から６のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
8. 前記樹脂に対する種子外被由来の前記シリカの含有量は、０．５ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下である
   請求項１から７のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
9. 前記樹脂はポリプロピレンである
   請求項１から８のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
10. 前記樹脂の曲げ弾性率が１．７ＧＰａ以上、２．１ＧＰａ以下である
    請求項１から９のいずれか一項に記載のスピーカ用の振動板。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の振動板と、
    磁気回路と、
    前記磁気回路に結合されたフレームと、
    前記振動板に一端部が結合されるとともに、他端部が前記磁気回路の磁気ギャップに配置されるボイスコイル体と
    を備えたスピーカ。
12. 種子外被を３００℃以上、９００℃以下で燃焼させて非晶質のシリカを生成し、
    前記シリカが配合された熱可塑性樹脂を混練してペレットを生成し、
    前記ペレットを成形してスピーカ用の振動板を得る
    スピーカ用の振動板の製造方法。

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