JP2021164106A - 振動板及び振動板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐候性を向上させた電気音響変換器用の振動板を提供すること。【解決手段】セルロース繊維２０を主成分とする抄紙基材１０により構成される電気音響変換器用の振動板１において、抄紙基材１０の第１面から所定の厚みの領域である第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の質量の合計が、抄紙基材１０の第１面の反対の面である第２面から所定の厚みの領域である第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の質量の合計よりも大きい。【選択図】図３
Description
この開示は、スピーカやマイクロホン等に用いられる電気音響変換器用の振動板及び振動板の製造方法に関する。
電気音響変換器用の振動板では、一般的に低密度、高ヤング率、適度な内部損失等を有することが求められ、スピーカやマイクロホンの用途に応じ最適な物性を有する材料が適宜選択される。特にセルロース繊維は、安価かつ軽量であり、適度な内部損失を有するため、振動板としての優れた性能を発揮することから、広く採用されている。
また、振動板はスピーカの外観に表れるため、美観の点から着色されて用いられる場合がある。振動板の材料であるセルロース繊維の着色には、特許文献１で示すように直接染料を用いることが知られている。直接染料による着色は、振動板が容易に染まり、発色良好であり、振動板を軽量に維持しつつ、コストが安いというメリットがある。
しかし直接染料により着色された振動板は、例えば直射日光に曝されると退色しやすいという耐候性の問題がある。その対策として耐候性の高い染料として硫化染料を用いることが考えられるが、硫化染料はセルロース繊維を脆化させるおそれがある。
そこで、直接染料に替えて顔料による着色を行う技術が知られている。しかし、顔料はセルロース繊維に着色した際に発色の面で直接染料に劣る傾向にあり、そのため直接染料と同質量の顔料で着色した場合、直接染料と同等の発色をすることが難しい。その対策として顔料の質量を増やすことが考えられるが、振動板全体の質量の増加や振動板の物性の変化により、電気音響変換の特性を低下させるおそれがある。
この開示は、このような問題の少なくとも一部を解決するためになされたもので、その目的とするところは、耐候性を向上させた電気音響変換器用の振動板を提供することにある。
上記目的を達成するために本開示に係る振動板は、セルロース繊維を主成分とする抄紙基材により構成される電気音響変換器用の振動板において、前記抄紙基材の第１面から所定の厚みの領域である第１面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計が、前記第１面の反対の面である第２面から所定の厚みの領域である第２面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計よりも大きい。
また、前記着色用粒子は平均粒径が７００ｎｍ以下でもよい。
また、前記着色用粒子は平均粒径が４００ｎｍ以下でもよい。
また、前記抄紙基材は、直接染料により染色されていてもよい。
また、前記着色用粒子はカーボンブラックでもよい。
また、前記第１面側領域は、前記抄紙基材の厚みの少なくとも１／１０の厚みを有する領域でもよい。
また、前記第１面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計が、前記第２面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計よりも２倍以上大きくてもよい。
また、前記抄紙基材は略コーン形状であり、前記略コーン形状の裏面が前記抄紙基材の前記第２面となってもよい。
また振動板は、車載用スピーカに用いられてもよい。
また、上記目的を達成するために振動板の製造方法は、抄紙基材により構成される電気音響変換器用の振動板の製造方法において、セルロース繊維を主成分とする抄紙基材に着色用粒子を溶媒に分散させた着色塗料を含浸させる含浸ステップと、前記着色塗料を含浸させた抄紙基材を乾燥させる乾燥ステップと、を備え、前記乾燥ステップにおいて、前記抄紙基材の第１面に接する空間における溶媒の蒸気圧よりも前記抄紙基材の前記第１面の反対の面である第２面に接する空間における溶媒の蒸気圧が大きくなるように乾燥させることで、前記抄紙基材の第１面から所定の厚みの領域である第１面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計を、前記第２面から所定の厚みの領域である第２面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計よりも大きくする。
以上のように本開示によれば、耐候性を向上させた電気音響変換器用の振動板を提供することができる。
以下、本開示の実施例に係る電気音響変換器用の振動板について説明する。
図１は、本開示の実施例に係る電気音響変換器用の振動板の斜視図であり、図２はその断面図である。図３は、本開示の実施例に係る電気音響変換器用の振動板の断面の模式図であり、図４はその光学顕微鏡写真である。
図１、図２に示す振動板１は、スピーカ（電気音響変換器）用の振動板であり円錐台状（略コーン形状）をなしている。当該振動板１は径の小さい開口側が図示しないボイスコイル等のスピーカの振動源に取り付けられる。ボイスコイルに通電することにより振動板１が振動し、振動した振動板１が空気を振動させることで、音を放射することができる。すなわち電気音響変換を行うことができる。この振動板１の円錐部分の内面が音の放射面となり、外部から視認可能な表面（第１面１１）となる。一方、振動板１の円錐部分の外面すなわち裏面（第２面１３）側には図示しないスピーカの各種装置が配置される。
振動板１は、セルロース繊維２０を主とした繊維材料で構成された抄紙基材１０により形成される。
詳しくは、抄紙基材１０は叩解度１０°ＳＲ以上５０°ＳＲ以下で叩解したセルロース繊維２０（繊維材料）を調液し、振動板形状に抄紙したものである。本実施例のセルロース繊維２０は、主に針葉樹を原料としたパルプである。この他にも、セルロース繊維２０として、木材パルプ又はケナフなどの非木材パルプを用いることができ、その他の木材パルプと非木材パルプとの混合したもの、木材パルプ単体や非木材パルプ単体を用いてもよい。また、セルロース繊維２０の平均繊維径（最大幅）は５μｍ以上９０μｍ以下が好ましい。なお、セルロース繊維２０の繊維長は特に限定されるものではなく、一般的な抄紙に用いられる繊維長のものを適宜選択できる。
図２から図４において、抄紙基材１０は、厚み方向に第１面側領域１２、中間領域１５、第２面側領域１４の領域があるものとして説明する。抄紙基材１０は、黒色の直接染料（例えばＤｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９）で抄紙基材１０の全体のセルロース繊維２０が染色されている。図３の模式図で示すように抄紙基材１０には、セルロース繊維２０の表面やセルロース繊維２０の繊維間に着色用粒子２１である顔料が含まれる。顔料は、例えばカーボンブラックである。着色用粒子２１は、発色の観点から平均粒径が７００ｎｍ以下であることが望ましい。着色用粒子２１の粒径が大きくなると発色性が低下するためである。また、粒径が小さいことにより後述する乾燥ステップで、着色用粒子２１がセルロース繊維２０の間を移動しやすいためである。そのため、より好ましくは着色用粒子２１の平均粒径が４００ｎｍ以下であることが望ましい。なお図３は、セルロース繊維２０、着色用粒子２１の関係をわかりやすく説明するために、各要素を実際の寸法よりも誇張して示している。
図３で示すように、第１面１１から厚みｔの領域である第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の量は、第２面１３から同じ厚みｔの領域である第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の量よりも多い。すなわち個々の着色用粒子２１の質量を同じとした場合に、第１面１１から厚みｔの領域である第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の質量の合計は、第２面１３から厚みｔの領域である第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の質量の合計よりも多い。また、第１面側領域１２と第２面側領域１４の間の中間領域１５においても、同じ厚みｔの領域で区切った場合、すなわち第１面側領域１２と第２面側領域１４と中間領域１５とをすべて同じ厚みの領域で区画した場合、第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の量は、中間領域１５に含まれる着色用粒子２１の量よりも多い。すなわち、第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の質量の合計は、中間領域１５のうち厚みｔの領域に含まれる着色用粒子２１の質量の合計よりも多い。
図４は、振動板１の抄紙基材１０の断面の光学顕微鏡写真である。図４は、着色用粒子２１による着色状態をわかりやすくするため、抄紙基材１０を直接染料で着色せず、カーボンブラック（着色用粒子２１）のみで着色したものである。図４で示すように、抄紙基材１０の総厚は約０．２２ｍｍである。抄紙基材１０において、第１面１１の表面から０．０４ｍｍの厚みの領域である第１面側領域１２は黒く着色され、着色用粒子２１により濃く着色されていることがわかる。そして第１面側領域１２は、抄紙基材１０の厚み０．２２ｍｍに対して少なくとも１／１０の厚み以上の領域である。抄紙基材１０の第２面側領域１４は、第１面側領域１２に比較して黒の色が薄い。また、中間領域１５も第１面側領域１２に比較して黒の色が薄い。これは上述したように第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の量が、第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の量よりも多いことを示している。すなわち、第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の質量の合計は、第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の質量の合計よりも大きい。そして、その差は少なくとも２倍以上である。なお、抄紙基材１０内の各領域に含まれる着色用粒子２１の質量は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の画像から、所定の領域において観察される着色用粒子２１の量や密度を用いて算出しても良い。
以上のように、本開示の振動板１において、抄紙基材１０の着色用粒子２１の配置を第１面側領域１２に局在化することにより、抄紙基材１０に対する着色用粒子２１の使用量を低減しつつ、抄紙基材１０の表面の着色用粒子２１の量が多くなることにより振動板１の表面ムラを抑制し、かつ黒さを向上することができる。
着色用粒子２１のカーボンブラックは、Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９等の直接染料に比較して光照射、特に紫外線照射による変化が生じにくく、退色が抑制される。そのため、第１面１１側から振動板１を見たときに、退色による色の変化が生じにくく、耐候性（耐光性）の高い振動板を提供することができる。
また、カーボンブラックの使用量を低減することにより、振動板の質量の増加を抑制し、振動板１の物性の変化による電気音響変換の特性の低下、すなわち、音質の低下を防ぐことができる。さらに、カーボンブラックの使用量を低減することにより、コストダウンを図ることができる。また、抄紙基材１０の表面の着色用粒子２１の量が多くなることにより振動板１の光に対する耐候性が向上するため、耐環境性が要求される車載用スピーカに好適に用いることができる。
また、本開示の振動板１の抄紙基材１０は、直接染料で染色されているため、カーボンブラックのみで着色した場合に比較して、より黒色の発色を実現し、よりムラを抑制することができる。そして、第１面側領域１２に局在化するカーボンブラックが紫外線等を吸収や反射することにより、紫外線等が抄紙基材１０の内部への侵入することを防ぎ、直接染料の退色を抑制することができる。
（製造方法）
次に本開示の実施例に係る電気音響変換器用の振動板の製造工程について説明する。以下の説明では、直接染料としてＤｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９、着色用粒子としてカーボンブラックを用いて説明する。
次に本開示の実施例に係る電気音響変換器用の振動板の製造工程について説明する。以下の説明では、直接染料としてＤｉｒｅｃｔ Ｂｌａｃｋ １９、着色用粒子としてカーボンブラックを用いて説明する。
まず、直接染料を添加し着色したセルロース繊維２０（繊維材料）を調液し、振動板形状に抄紙し、乾燥させることで抄紙基材１０を成形する。
次に、着色用粒子であるカーボンブラックを有機溶媒である酢酸エチルに分散させた分散体を着色塗料として、抄紙基材１０の全体に５〜１０秒程度含浸させる（含浸ステップ）。本実施例における着色塗料は、カーボンブラックが１〜５質量％含まれるように調整された酢酸エチル溶液である。そして、着色塗料が含浸した抄紙基材１０を乾燥させ、酢酸エチルを揮発乾燥させることにより、抄紙基材１０を着色する（乾燥ステップ）。
乾燥ステップにおいて、抄紙基材１０の第１面１１に接触する空間における酢酸エチルの蒸気圧よりも抄紙基材１０の第２面１３に接触する空間における酢酸エチルの蒸気圧が大きくなるように乾燥させる。具体的には、第１面１１に接触する空間と、第２面１３に接触する空間とを治具等により物理的に区画し、第１面１１に接触する空間を開放空間（又は略開放空間）とし、第２面１３に接触する空間を密閉空間（又は略密閉空間）とする。また、第２面１３に接触する空間を第１面１１に接触する空間よりも小さくする。このような状態で抄紙基材１０を乾燥することで、第２面１３に接触する空間における酢酸エチルの蒸気圧は、早期に飽和蒸気圧に到達するが、第１面１１に接触する空間における酢酸エチルの蒸気圧は相対的に低く保たれる。そのため、抄紙基材１０の全体に含浸した着色塗料の溶媒である酢酸エチルは、第１面１１側から積極的に揮発する。それに伴い、抄紙基材１０の中で酢酸エチルは第２面１３側から第１面１１側へと移動する。酢酸エチルの移動に伴い、カーボンブラックも第２面１３側から第１面１１側へと移動する。そのため、酢酸エチルの揮発乾燥後、抄紙基材１０の第１面側領域１２は、第２面側領域１４に比較してカーボンブラックの量が多くなる。
ここで第１面１１に接する空間と第２面１３に接する空間を物理的に区画せず、両面から揮発乾燥を行った抄紙基材１０を比較例として説明する。比較例では、酢酸エチルは第１面１１及び第２面１３の両面から揮発するため、カーボンブラックも第１面側領域１２と、第２面側領域１４の双方に移動する。
図５は、本開示の実施例の揮発乾燥方法（片面乾燥）と比較例の揮発乾燥方法（両面乾燥）により作成した振動板の、それぞれの第１面（表面）のＬ値と第２面（裏面）のＬ値を示すグラフである。Ｌ値とは、物質が有する色の明度（ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ）を規定する値をいい、０〜１００の間の数値で表される指標である。Ｌ値が１００である場合は白色を示し、Ｌ値が小さくなるに従い色が濃くなり、Ｌ値が０である場合は黒色を示す。なお、図５のＬ値を測定した抄紙基材１０は、乾燥方法の違いによるＬ値の差異をわかりやすくするため、抄紙基材１０を直接染料で着色せず、着色用粒子のカーボンブラックのみで着色したものである。
比較例である両面乾燥を行った抄紙基材１０の表面のＬ値は約３３、裏面は約３２である。これに対して本開示の実施例の片面乾燥を行った抄紙基材１０の表面のＬ値は約３０、裏面は約４８である。比較例では、表面と裏面でＬ値にほぼ差がなかった。一方で、実施例では、表面のＬ値が裏面よりも小さくなり、表面側の方が黒色が濃く、カーボンブラックの量が多いことがわかる。
以上説明したように、本開示の実施例に係る振動板の製造方法によれば、第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の量は、第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の量より多く、すなわち、第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の質量の合計を、第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の質量の合計よりも大きくすることができる。なお、含浸ステップにおける抄紙基材１０への着色塗料の含浸方法は、着色塗料をスプレーにより抄紙基材１０の表面に塗布することにより含浸しても良いし、着色塗料を抄紙基材１０の表面又は裏面に滴下して塗り広げ含浸させても良いし、筆等で直接に着色塗料を抄紙基材１０の表面に塗り広げて含浸させても良く、着色塗料の塗布及び含浸の手段は限定されない。乾燥ステップにおいて、抄紙基材１０の第１面１１及び第２面１３に接する空間における溶媒の蒸気圧をコントロールすることにより、容易に振動板１の表面（第１面１１）全体に均一に着色用粒子２１を配置できる。第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の量が多くなり、一定の密度以上になると、第１面１１の見かけ上の黒さは飽和して変化しなくなる。片面乾燥により、その片面（表面）に着色用粒子２１を集めることができるので、表面全体の着色用粒子の密度を一定の密度以上にでき、ムラを生じにくい。また、着色塗料の溶媒に有機溶媒を用いることで揮発乾燥時の速乾性を確保し、工程作業時間の短縮を図ることができる。
なお、以上の実施例において溶媒として酢酸エチルを用いて説明したが、他の溶媒を用いても構わない。また、例えばカーボンブラック等の着色用粒子の表面に水酸基等の親水基を設け、水を溶媒として分散体を調整し、着色塗料としても構わない。
このように、本開示におけるセルロース繊維２０を主成分とする抄紙基材１０により構成される電気音響変換器用の振動板１は、抄紙基材１０の第１面１１から所定の厚みの領域である第１面側領域１２に含まれる着色用粒子２１の質量の合計が、抄紙基材１０の第１面１１の反対の面である第２面１３から所定の厚みの領域である第２面側領域１４に含まれる着色用粒子２１の質量の合計よりも大きい。
着色用粒子２１である顔料は、直接染料に比較して、光照射、特に紫外線照射による変化が生じにくく、退色が抑制される。そのため、振動板１を第１面１１側から見たときに、退色による色の変化が生じにくく、耐候性を向上させた振動板１を提供することができる。
以上の実施例の説明において、着色用粒子として黒色顔料であるカーボンブラックを例として説明してきたが、着色用粒子はこれに限られるものではない。例えば、亜鉛華、鉛白、二酸化チタン、沈降性硫酸バリウム等の白色顔料や、鉛丹、酸化鉄赤、ブリリアントカーミン、キナクリドンレッド等の赤色顔料、黄鉛、亜鉛黄、ジスアゾイエロー等の黄色顔料、ウルトラマリン青、フェロシアン化鉄カリ、フタロシアニンブルー等の青色顔料等の無機顔料や有機顔料からなるカラー顔料を用いても構わないし、これ以外の顔料を用いても構わない。また、それらの顔料の色調に合わせて、抄紙基材１０を染色する直接染料の色を選択しても構わない。
また、抄紙基材１０の直接染料による染色は必ずしも必要ではなく、振動板１に用いるスピーカの要求仕様に合わせて適宜選択できるものである。
なお、着色用粒子２１とニトロセルロースと溶剤をそれぞれ混ぜて調整した分散体を着色塗料として使用しても構わない。それにより、溶剤を揮発乾燥した後に、抄紙基材１０の第１面１１にニトロセルロースの膜（塗膜）が形成される。そのため、着色用粒子２１の抄紙基材１０への定着性を高めることができる。さらに振動板１の第１面１１に光沢を持たせることができる。また、ニトロセルロースに替えて、乾性油や、天然樹脂、合成樹脂、セルロース誘導体などの高分子物質を用いても構わない。
以上で本開示の実施例の説明を終えるが、本開示の態様はこの実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、振動板１の円錐部分の内面を第１面１１として、振動板１の円錐部分の外面を第２面として説明したが、円錐部分の外面を第１面１１とし、円錐部分の外面側に第１面側領域１２に着色用粒子２１を多く存在させてもよい。また上記実施例では、振動板１の形状を略コーン形状としていたが、振動板の形状はその他の形状のものであってもよい。
１ 振動板
１０ 抄紙基材
１１ 第１面
１２ 第１面側領域
１３ 第２面
１４ 第２面側領域
１５ 中間領域
２０ セルロース繊維（繊維材料）
２１ 着色用粒子
１０ 抄紙基材
１１ 第１面
１２ 第１面側領域
１３ 第２面
１４ 第２面側領域
１５ 中間領域
２０ セルロース繊維（繊維材料）
２１ 着色用粒子
Claims (10)
- セルロース繊維を主成分とする抄紙基材により構成される電気音響変換器用の振動板において、
前記抄紙基材の第１面から所定の厚みの領域である第１面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計が、前記第１面の反対の面である第２面から所定の厚みの領域である第２面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計よりも大きい振動板。 - 前記着色用粒子は平均粒径が７００ｎｍ以下である請求項１に記載の振動板。
- 前記着色用粒子は平均粒径が４００ｎｍ以下である請求項１に記載の振動板。
- 前記抄紙基材は、直接染料により染色されている請求項１から３のいずれか一項に記載の振動板。
- 前記着色用粒子はカーボンブラックである請求項１から４のいずれか一項に記載の振動板。
- 前記第１面側領域は、前記抄紙基材の厚みの少なくとも１／１０の厚みを有する領域である請求項１から５のいずれか一項に記載の振動板。
- 前記第１面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計が、前記第２面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計よりも２倍以上大きい請求項１から６のいずれか一項に記載の振動板。
- 前記抄紙基材は略コーン形状であり、前記略コーン形状の裏面が前記抄紙基材の前記第２面となる請求項１から７のいずれか一項に記載の振動板。
- 振動板は、車載用スピーカに用いられる請求項１から８のいずれか一項に記載の振動板。
- 抄紙基材により構成される電気音響変換器用の振動板の製造方法において、
セルロース繊維を主成分とする抄紙基材に着色用粒子を溶媒に分散させた着色塗料を含浸させる含浸ステップと、
前記着色塗料を含浸させた抄紙基材を乾燥させる乾燥ステップと、
を備え、
前記乾燥ステップにおいて、前記抄紙基材の第１面に接する空間における溶媒の蒸気圧よりも前記抄紙基材の前記第１面の反対の面である第２面に接する空間における溶媒の蒸気圧が大きくなるように乾燥させることで、前記抄紙基材の第１面から所定の厚みの領域である第１面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計を、前記第２面から所定の厚みの領域である第２面側領域に含まれる着色用粒子の質量の合計よりも大きくする振動板の製造方法。
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