JP2020198472A - 振動板の製造方法、および電気音響変換器用の振動板 - Google Patents

Abstract

【課題】ヤング率の高い振動板を提供する。【解決手段】セルロースナノファイバ１２１、およびセルロースナノファイバ１２１が備えるＯＨ基と水素結合可能な官能基を複数備えるダイヤモンドイド１２２を含む液体である塗布溶液を紙製の基板１０１の表面に塗布し、乾燥させることにより基板１０１の表面にダイヤモンドイド１２２により架橋されたセルロースナノファイバ１２１を含む強化層１０２を形成する振動板の製造方法。【選択図】図１

Description

本開示は、スピーカやマイクなど各種音響機器や映像機器に使用される振動板の製造方法、および電気音響変換器用の振動板に関する。

従来、電気音響変換器用の振動板の材料としてはセルロースを含有する紙などが用いられている。また紙製の振動板については、音質を高めるために振動板の硬質化が図られる場合がある。

特許文献１に記載の紙製の振動板は、天然繊維を抄紙することによって製作された基板の表面にセルロースナノファイバによって構成されたコーティング層を備えることにより、振動板の硬質化を図っている。

また、特許文献２には、紙製の振動板の製造時にカーボンナノチューブ、カーボン短繊維もしくはナノダイヤモンドを混合することにより音響特性が調整される振動板の記載がある。

国際公開第２０１５／０１１９０３号 特開２０１８−１５７２８６号公報

ところが、音響機器や映像機器は、デジタル技術の著しい進歩により、従来と比較して飛躍的に性能向上が図られており、これらの機器に用いられる電気音響変換器の音質についても、音響特性の向上が強く要請されている。

本開示は、前記要請に鑑みなされたものであり、電気音響変換器に用いられる紙製の振動板の製造方法、および電気音響変換器用の振動板を提供する。

上記目的を達成するために、本開示の１つである振動板の製造方法は、セルロースナノファイバ、および前記セルロースナノファイバが備えるＯＨ基と水素結合可能な官能基を複数備えるダイヤモンドイドを含む液体である塗布溶液を紙製の基板の表面に塗布し、乾燥させることにより前記基板の表面に前記ダイヤモンドイドにより架橋されたセルロースナノファイバを含む強化層を形成する。

また、上記目的を達成するために、本開示の他の１つである電気音響変換器用の振動板は、紙製の基板と、前記基板の表面に設けられ、ダイヤモンドイドにより架橋されたセルロースナノファイバからなる強化層と、を備える。

本開示により、従前より硬質の紙製振動板を簡単な方法で提供することができる。したがって、比較的硬質の振動板を広く電気音響変換器に適用することができ、電気音響変換器の音響特性や音質を向上させることができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る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に係る振動板を示した平面図である。 図３は、本開示の一実施形態に係る強化層の架橋状態を示した図である。 図４は、本開示の一実施形態にかかる振動板を備えるスピーカを示した断面図である。 図５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。 図６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。

以下に、本開示に係る振動板の製造方法、および電気音響変換器用の振動板の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。

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。

図１は、本開示の一実施形態に係る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に係る振動板を示した平面図である。これらの図に示すように、電気音響変換器の１つであるスピーカ用の振動板１００は、基板１０１と強化層１０２とを備えている。スピーカの振動板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。

振動板１００を主として構成する基板１０１は、繊維を抄紙することにより得られる紙製である。なお、基板１０１を構成する物質の中で占める割合が最も高い成分は、セルロースである。セルロースを含む繊維としては、たとえば、木材パルプ、竹などの非木材パルプなどの天然繊維を例示することができる。

強化層１０２は、ダイヤモンドイド１２２（図３参照）により架橋されたセルロースナノファイバ１２１（図３参照）により形成されている。強化層１０２は、セルロースナノファイバ１２１、およびセルロースナノファイバ１２１が備えるＯＨ基と水素結合可能な官能基を複数備えるダイヤモンドイド１２２を含む液体である塗布溶液を紙製の基板１０１の表面に塗布し、乾燥させることにより形成される。なお、具体的な製造方法は後述する。

ダイヤモンドイド１２２とは、アダマンタン、およびアダマンタンが連なった物質の総称である。アダマンタンは、１０個の炭素がダイヤモンドの構造と同様に配置されている、かご型の分子である。

セルロースナノファイバ１２１が備えるＯＨ基と水素結合可能な官能基は、特に限定されるものではないが、ＯＨ基、ＮＨ基、カルボシキ基、エポキシ基などを例示することができる。具体的に、官能基を複数備えるアダマンタンとしては、１，３−アダマンタンジカルボキシックアシッド、１，３−アダマンタンジメタノール、エチル３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボキシエート、３−ヒドロキシメチル−１−アダマンタノール、メチル３−ヒドロキシアダマンタン−１−カルボキシエートなどを例示することができる。本実施の形態の場合、３−ヒドロキシメチル−１−アダマンタノールが採用されている。

強化層１０２は、基板１０１の少なくとも片面上に形成される。強化層１０２を構成する物質の中で占める割合が最も高い主成分は、セルロースナノファイバ１２１である。セルロースナノファイバ１２１は、繊維径がナノレベルの繊維である。本実施の形態の場合、繊維径が５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の範囲から選定された繊維径のセルロースナノファイバ１２１が強化層１０２に用いられる。

次に、振動板の製造方法について説明する。基板１０１は、従前の手法に基づき例えばセルロースを含む天然繊維の抄紙によって成形されている。

次に、基板１０１の表面に塗布される塗布溶液（「溶液」は、分散液も含む意味で用いている。）を調整する。塗布溶液は次の（１）〜（３）に記載される方法により調整される。

（１）セルロースナノファイバ溶液の調整
セルロースナノファイバ１２１を水に分散させることにより得る。分散させるセルロースナノファイバ１２１の量は、水に対し０．１重量％以上、２．０重量％以下の範囲から選定される。水に対するセルロースナノファイバ１２１の量が０．１重量％よりも少なければ、基板１０１の表面に塗布した際の塗布膜が薄くなり、所定の性能を得るまでには重ねて塗布する必要があり塗布に時間が掛かり過ぎる。一方２．０重量％よりも多ければ、スプレー塗布した場合に溶液の吐出口が詰まって塗布ができないなど、所望の塗布膜を得ることが困難になる。水に対するセルロースナノファイバ１２１の量は、好ましくは０．５重量％以上、１．５重量％以下の範囲内である。

（２）アダマンタン溶液の調整
官能基を複数備えるアダマンタンであるアダマンタン化合物をアルコールに溶解させることにより得る。溶解させるアダマンタン化合物の量は、アルコールに対し０．５重量％以上、５０重量％以下の範囲から選定される。アルコールに対するアダマンタン化合物の量が０．５重量％よりも少なければセルロースナノファイバ１２１の分散液に配合する際に溶解性が悪化する。一方、５０重量％よりも多くなると、アダマンタン化合物の溶解性が悪化する。なお、アダマンタン化合物を溶解するアルコールは、特に限定されるものではないが、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを例示することができる。これらのアルコールを用いると、セルロースナノファイバ１２１が分散した水溶液にアダマンタン溶液を容易に混合させてアダマンタン化合物を均等に溶解することが可能となる。

（３）塗布溶液の調整
セルロースナノファイバ１２１に対しアダマンタン化合物が１重量％以上、５０重量％以下となるようセルロースナノファイバ１２１溶液とアダマンタン溶液を配合する。セルロースナノファイバ１２１に対するアダマンタン化合物の量が１重量％より少ないと、アダマンタンによる架橋が無い場合との有意な差が認められなくなる。一方、５０重量％より多くなると、強化層１０２の膜質が脆くなる。

具体的に例えば基板１０１の表面に塗布する塗布溶液の具体的な配合例は、以下の通りである。水が９９重量％、セルロースナノファイバ１２１が１重量％、ヒドロキシメチルアダマンタノール：０．１重量％、イソプロピルアルコールが０．９重量％である。

次に塗布溶液を基板１０１の表面に塗布する。塗布方法は特に限定されるものではないが、スプレーにより塗布溶液を基板１０１の表面に吹き付けて塗布することで、基板１０１の形状にかかわらず強化層１０２を均一に形成することができるため好ましい。

塗布溶液を基板１０１表面に塗布後、吸引などによって脱水してもよい。その後、塗布液が塗布された基板１０１を加熱しながら厚さ方向にプレスすることによって乾燥と成形を実施する。以上の工程により、図３に示すように、アダマンタン化合物により架橋されたセルロースナノファイバ１２１からなる強化層１０２が基板１０１の表面に形成される。以上により、振動板１００が完成する。

以上の工程により製造された振動板１００は、例えば、抄紙工程において、パルプ固形分９０ｗｔ％に対しヒドロキシメチルアダマンタノールを１０ｗｔ％添加して製造された強化層１０２を備えない基板１０１と比較した場合、内部損失は同程度でヤング率は倍程度になる。つまり、基板１０１の全体に含まれるセルロースをヒドロキシメチルアダマンタノールで架橋した場合のヤング率が２ＧＰａ程度であった場合、これに比べ、ヒドロキシメチルアダマンタノールで架橋されない基板１０１に強化層１０２を設けた本実施の形態の振動板１００のヤング率は４ＧＰａ程度にすることが可能となる。

次に、電気音響変換器用の１つであるスピーカ３００であって、振動板１００を備えたスピーカ３００について説明する。

図４は、本開示の一実施形態にかかる電気音響変換器用の振動板を示した断面図である。同図に示すように、スピーカ３００は、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、振動板１００が配置されており、フレーム３０２と振動板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、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、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を有する電気音響変換器用の振動板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電気音響変換器用の振動板に適用しても良い。

以上のスピーカ３００は、強化層１０２により硬質化された振動板１００を備えているため、音質の向上を図ることができる。また、強化層１０２は、基板１０１に対し磁気回路３０１の反対側に設けられている。強化層１０２中のセルロースナノファイバの密度は非常に高く、光沢がある。この構成により、強化層１０２をスピーカの外側から見ることができる場合、強化層１０２特有の光沢によりスピーカの意匠性を向上させることが可能となる。また、強化層１０２によって、水滴などが基板１０１へしみ込むことを抑制できる。したがって、振動板１００に防水性能を向上させることができ、耐湿信頼性や強度が確保でき、外観の優れた、生産性の高い電気音響変換器を提供することができる。

また、硬質の振動板１００の弾性により速い音速が実現できるので、再生できる周波数範囲は広く、音圧レベルも大きい。また、振動板１００の内部損失の低下が抑制されているので、電気音響変換器用の振動板１００は、ピークやディップの発生が抑制された音圧周波数特性になる。さらに、振動板１００の強化層１０２は薄くできるため、アダマンタン化合物の使用量を抑制することが可能となる。

次に、振動板１００を備えたスピーカ３００が適用される電子機器について説明する。図５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である。

電子機器４００は、エンクロジャー４１１にスピーカ３００が二つ組込まれたスピーカシステム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などを備えている。

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振動板１００が振動して音を発する。

比較的硬質の振動板１００を電子機器４００に適用したことにより、上述したように従来では実現できなかった高い音響特性を実現することができ、意匠性を向上させることができる電子機器４００を提供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。

次にスピーカ３００が適用される移動体５００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、自動車である。

本開示の振動板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に取り付けられた振動板１００を備えたスピーカ３００は、全体として硬質の振動板１００の特徴を活かして高音質化を図ることができ、振動板１００が車内から見える場合でもデザイン性を向上させ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、塗布溶液を塗布する際の基板１０１は、乾燥状態でもよく、また水などを含んだ状態でもかまわない。例えば、水を含んだ基板１０１の表面に強化層１０２を形成することで、基板１０１に含まれているセルロースと強化層１０２のセルロースナノファイバ１２１とがアダマンタン化合物により架橋される場合がある。アダマンタン化合物の架橋によるアンカー効果によって、基板１０１と強化層１０２は強固に密着する。

また、強化層１０２を形成する位置は、スピーカ３００に取り付けられた場合の基板１０１の前面側に限られない。たとえば、強化層１０２は、基板１０１の後面側に形成してもかまわない。さらに、強化層１０２は、基板１０１の前面側と後面側の双方に形成してもかまわない。

また、電気音響変換器としてスピーカ３００を例示したが、振動板１００は電気信号を音に変換するスピーカ３００などに用いられるばかりでなく、音を電気信号に変換するマイク等に用いられてもかまわない。

本開示にかかる製造方法により製造された振動板、振動板を備えた電気音響変換器は、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利用することができる。

１００ 振動板
１０１ 基板
１０２ 強化層
１２１ セルロースナノファイバ
１２２ ダイヤモンドイド
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 (5)

1. セルロースナノファイバ、および前記セルロースナノファイバが備えるＯＨ基と水素結合可能な官能基を複数備えるダイヤモンドイドを含む液体である塗布溶液を紙製の基板の表面に塗布し、乾燥させることにより前記基板の表面に前記ダイヤモンドイドにより架橋されたセルロースナノファイバを含む強化層を形成する
   振動板の製造方法。
2. 水に対し０．１〜２．０重量％のセルロースナノファイバを分散させた液体と、アルコールに対し０．５〜５０重量％の複数の官能基を有するダイヤモンドイドを分散させた液体とを混合し、前記塗布溶液を調整する
   請求項１に記載の振動板の製造方法。
3. 前記塗布溶液は、セルロースナノファイバに対し、官能基を複数備えるダイヤモンドイドを１重量％以上、５０重量％以下の範囲で含む
   請求項２に記載の振動板の製造方法。
4. 官能基を複数備えたダイヤモンドイドは、ヒドロキシアダマンタノールである
   請求項１から３のいずれか１項に記載の振動板の製造方法。
5. 紙製の基板と、
   前記基板の表面に設けられ、ダイヤモンドイドにより架橋されたセルロースナノファイバからなる強化層と、
   を備える電気音響変換器用の振動板。

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