JP2022045715A

JP2022045715A - スピーカー用振動板、スピーカー用振動板の製造方法、及びスピーカー

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Publication number: JP2022045715A
Application number: JP2020151453A
Authority: JP
Inventors: 隆太酒井; Ryuta Sakai; 和美中原; Kazumi Nakahara; 和志黒柳; Kazushi Kuroyanagi; 朗重田; Akira Shigeta; 和幸稲垣; Kazuyuki Inagaki; 弘幸熊倉; Hiroyuki Kumakura; 伸一土井; Shinichi Doi
Original assignee: Mizuno Corp; JVCKenwood Corp; Mizuno Technics Corp; Oji Holdings Corp
Current assignee: Mizuno Corp; JVCKenwood Corp; Mizuno Technics Corp; Oji Holdings Corp
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-22

Abstract

【課題】音圧の高いスピーカー用振動板、スピーカーを得る。【解決手段】スピーカー用振動板１は、熱可塑性樹脂中に炭素繊維１１がランダムに配向された強化繊維層１０と、前記強化繊維層１０を挟むように配置された熱可塑性樹脂層２０とを備えている。スピーカー用振動板１の目付量が６０ｇ／ｍ２以上１２０ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。【選択図】図２

Description

本発明は、スピーカー用振動板、スピーカー用振動板の製造方法、及びスピーカーに関する。

スピーカー用振動板には、弾性率が高くて剛性があること、内部損失が大きいことといった機能面の特性が要求される。こうした特性を備えるスピーカー用振動板として、従来から、紙パルプシート、金属シート、樹脂シート等の材料が採用されている。しかし、従来のスピーカー用振動板は、必ずしも要求される特性を十分満足するものではないのが実情である。例えば、紙パルプシートは適度な内部損失を有しているが、弾性率及び剛性に関しては十分とは言えず、十分な音速を得ることができない。金属シートは高い剛性を有しているが、重量があって内部損失が小さいために金属特有の固有音が発生しやすい。また、樹脂シートは金属シートに比べて軽量であって内部損失は大きいものの、剛性が十分とは言えず十分な音速を得ることができない。

特許文献１には、熱可塑性樹脂をインジェクション成形することにより形成された樹脂製のスピーカー用振動板に係る発明が記載されている。ここでは、熱可塑性樹脂材料としてプロピレンのみからなる重合体に、マイカ系材料を含有させることで、軽量であっても剛性に優れた樹脂製のスピーカー用振動板が得られるとされている。

特開２００４－３６３８８２号公報

ところで、近年の車両の燃費効率およびデザイン性の観点から、車両に搭載するスピーカーに対して、軽量化、小型化の要請が大きくなっている。この点、スピーカー用振動板を軽量化することによって得られる音圧上昇により、スピーカーの駆動源を小型化、軽量化することができるため、車両燃費の向上や取付性の向上に貢献することができる。また、車載オーディオ機器の出力を下げることによる車両の消費電力の低下にも貢献することができる。こうした点から、車載スピーカーに適用するスピーカー用振動板の材料として、軽量な樹脂シートは有効である。

しかし、軽量化を追及して樹脂シートの厚みを薄くすると、スピーカー振動板に必要な剛性を確保することが難しいといった問題がある。また、特許文献１に記載されるようなインジェクション成形によるスピーカー振動板ではさらなる薄肉化が難しく、十分な軽量化を実現できないといった問題もある。そのため、剛性を確保しつつ音圧を上げるといった観点からはなお改善の余地があるものである。

本発明は、従来のこうした問題を解決するためになされたものであり、その目的は、音圧の高いスピーカー用振動板、スピーカー用振動板の製造方法、及びスピーカーを提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明のスピーカー用振動板は、熱可塑性樹脂中に炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、前記強化繊維層を挟むように配置された熱可塑性樹脂層とを備えている。

上記の構成によれば、樹脂材料とすることで軽量化を図りつつ、スピーカー用振動板に必要な剛性を、ランダムに配向された炭素繊維によって付与することができる。そのため、音圧の高いスピーカー用振動板を実現することができる。また、強化繊維層が熱可塑性樹脂層で挟まれているため、強化繊維層内への水透過を抑制することができる。車載用スピーカー等に適用する場合に必要な水密性を実現することができる。

上記の課題を解決するために、本発明のスピーカー用振動板の製造方法は、上記スピーカー用振動板の製造方法であって、炭素繊維を含有する不織布シートと、熱可塑性樹脂シートとを積層して積層体を形成する積層工程と、前記積層体を金型内でプレス成形するプレス成形工程とを備えている。

上記の構成によれば、薄肉で軽量であって音圧が高く、水密性に優れたスピーカー用振動板を容易に成形することができる。
上記の課題を解決するために、本発明のスピーカーは、上記スピーカー用振動板を備えている。

上記の構成によれば、軽量であり、音圧の高いスピーカーを得ることができる。

本発明によれば、音圧の高いスピーカー用振動板、及びスピーカーを得ることができる。

本実施形態のスピーカー用振動板が取り付けられた振動系の断面図。スピーカー用振動板の拡大断面図。強化繊維層と熱可塑性樹脂層の積層構造の音響特性について示す図。試験例での周波数スペクトルについて説明する図。

以下、本発明を具体化したスピーカー用振動板（以下、振動板という。）について説明する。本実施形態の振動板１は、車両に搭載される車載用スピーカーに適用されるものである。

図１に示すように、本実施形態の振動板１は、円錐（コーン）形状をしている。振動板１の外周はエッジ２により支持されているとともに、振動板１の中心部はフレーム３に固定されたダンパー４により支持されている。また、振動板１の中心部にはセンターキャップ５が取り付けられているとともに、音響信号電流を流すためのボイスコイル６が接着されている。これらによりスピーカーの振動系が構成されており、振動系の外周はフレーム３で支持されている。

振動板１は音響特性を左右する部材であるため、その材料の選定は重要である。
図２に示すように、本実施形態の振動板１は、熱可塑性樹脂中に炭素繊維１１が配向された強化繊維層１０と、強化繊維層１０を挟むように配置された熱可塑性樹脂層２０を有する積層構造をなしている。強化繊維層１０は、熱可塑性樹脂中に比較的短い炭素繊維１１がランダムに配向されて構成されている。炭素繊維１１の長さは、３～１３ｍｍ程度であることが好ましく、５～７ｍｍであることがより好ましい。炭素繊維１１の長さが１３ｍｍ程度以下であると、炭素繊維１１がこれより長い場合と比較して、熱可塑性樹脂中で炭素繊維１１の偏りが生じ難くなって炭素繊維１１が適度に分散する。これにより、成形された振動板１での炭素繊維１１の分散状態が良好となる。また、炭素繊維１１の長さが３ｍｍ程度以上であると、炭素繊維１１がこれより短い場合と比較して、振動板１の剛性が向上する。振動板１は、こうした長さの炭素繊維１１がランダムに配向された強化繊維層１０を有していることで、振動板１の軽量化と、振動板１に要求される剛性の向上の両立を図ることができる。これにより、音圧に優れた振動板１とすることができる。

強化繊維層１０を構成する熱可塑性樹脂の材質は特に限定されない。その材質としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート等が挙げられる。

熱可塑性樹脂層２０は、強化繊維層１０を挟むように強化繊維層１０の両面に積層されている。そのため、強化繊維層１０中に配向された炭素繊維１１は、振動板１の表面に露出しない状態となっており、これにより、振動板１の内部に水又は水蒸気等の湿気が浸入することが抑制されて振動板１の水密性が担保される。熱可塑性樹脂層２０を構成する熱可塑性樹脂の種類も特に限定されない。強化繊維層１０を構成する熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂層２０を構成する熱可塑性樹脂とは同じ種類であることが好ましい。

強化繊維層１０と熱可塑性樹脂層２０の境界は、明確に区別される場合も、明確に区別されない場合も含む。これは後に説明する製造工程において、強化繊維層１０を構成する熱可塑性樹脂と熱可塑性樹脂層２０を構成する熱可塑性樹脂が熱溶融して一体化して、その境界部分が明瞭に認識できなくなる場合があるからである。そのため、炭素繊維１１が存在する部分より外面側が熱可塑性樹脂層２０であり、炭素繊維１１が存在する部分が強化繊維層１０と定義する。

図２に点線で示すように、熱可塑性樹脂層２０が存在することにより、強化繊維層１０中の炭素繊維１１が振動板１の表面に露出しない状態となっている。熱可塑性樹脂層２０が振動板１の表面に存在していることで、振動板１の水密性を担保することができる。

強化繊維層１０と熱可塑性樹脂層２０とを備えた振動板１の目付量は、６０ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、７０ｇ／ｍ^２以上９０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましい。目付量がこの範囲であると、従来の熱可塑性樹脂製の振動板と比較して、中音域での音圧が上がることでクリアな音として知覚される。また、振動板１として必要な剛性が付与されて物理的強度が向上し、高音域での音圧の上がり幅が顕著となる。

振動板１の密度は、０．５ｇ／ｃｍ^３以上１．０ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．６ｇ／ｃｍ^３以上０．９ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。密度がこの範囲であると、従来の熱可塑性樹脂製の振動板と比較して、中音域での音圧がおおよそ３ｄＢ以上上がり、高音域での音圧がおおよそ１０ｄＢ以上上がる。

また、振動板１の厚みは、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。後に説明するように、振動板１をプレス成形で形成することにより、薄肉化することが可能であり、これにより、軽量でありながら適度な目付量、密度を備えた剛性に優れた振動板１となる。

次に、振動板１の製造方法について説明する。
振動板１の製造工程は、炭素繊維を含有する不織布シートと、熱可塑性樹脂シートとを積層して積層体を形成する積層工程と、前記積層体を金型内でプレス成形するプレス成形工程とを備えている。

積層工程で積層する不織布シートは、熱可塑性樹脂繊維と炭素繊維とを含有する不織布シート（以下、炭素繊維不織布シートという。）である。炭素繊維不織布シートは、従来公知の乾式法、湿式法のいずれで形成されたものであってもよく、熱可塑性樹脂繊維と炭素繊維とが絡み合った状態で内部に含有されている。

積層工程で使用する炭素繊維不織布シートのＶｆ（Fiber Volume Content、繊維体積含有率（％））は、１５％以上４５％以下であることが好ましく、２５％以上３５％以下であることがより好ましい。Ｖｆがこの範囲であると、炭素繊維が適度に分散して炭素繊維不織布シートでの炭素繊維の偏りが抑制される。これにより、成形された振動板１では、炭素繊維が良好な分散状態となる。

積層工程では、同形状に切断した炭素繊維不織布シート、及び２枚の熱可塑性樹脂シートを準備し、炭素繊維腐食シートの両面に熱可塑性樹脂シートを積層して積層体を形成する。このとき、必要に応じてプレシート成形してもよい。プレシート成形とは、プレス成形に先立って積層体を平板状にプレスする工程である。プレシート成形することにより、炭素繊維不織布シートと熱可塑性樹脂シートとが仮接合されて、互いのずれが抑制される。

次に、振動板１の形状のキャビティが形成された金型内に積層体を載置してプレス成形を行う。積層体のプレス成形により、炭素繊維不織布シートを構成する熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂が熱溶融して一体化して、強化繊維層１０及び熱可塑性樹脂層２０が積層された振動板１が成形される。

プレス成形時の温度、圧力、プレス時間等は適宜設定することができる。炭素繊維不織布シートを構成する熱可塑性樹脂繊維や、熱可塑性樹脂シートを構成する熱可塑性樹脂の種類に応じて調整すればよい。また、プレス成形時の温度、圧力、プレス時間等は、熱可塑性樹脂層２０を構成する熱可塑性樹脂と、強化繊維層１０を構成する熱可塑性樹脂とが完全に一体化しないように設定することが好ましい。熱可塑性樹脂層２０が振動板１の表面に存在するように設定することで、水密性が担保された振動板１を得ることができる。

プレス成形時には、炭素繊維不織布シートと熱可塑性樹脂シートの境界部分近傍では、これらシートの一部が熱溶融して一体化することにより、炭素繊維不織布シート由来の熱可塑性樹脂と熱可塑性樹脂シート由来の熱可塑性樹脂とが混在した状態となる。これにより、振動板１においては、強化繊維層１０を構成する熱可塑性樹脂と熱可塑性樹脂層２０を構成する熱可塑性樹脂が熱溶融して一体化して、その境界部分が明瞭に認識できなくなる状態となる。そのため、強化繊維層１０は、ほぼ炭素繊維不織布シート由来の部分で形成される場合もあれば、炭素繊維不織布シートに熱可塑性樹脂シート由来の熱可塑性樹脂が混在した状態で形成される場合がある。同様に、熱可塑性樹脂層２０は、ほぼ熱可塑性樹脂シート由来の部分で形成される場合もあれば、熱可塑性樹脂シートに炭素繊維不織布シート由来の熱可塑性樹脂が混在した状態で形成される場合もある。

プレス成形後に金型内から積層体を取り出し、周囲の余剰部分を切断等することにより振動板１が得られる。
次に、本実施形態の振動板１の作用について説明する。

図１に示すように、スピーカーの外部から、音響信号電流がボイスコイル６に入力されると、入力された電流値に応じて、ボイスコイル６が振幅する。このボイスコイル６の振幅に伴って、振動板１も振動する。振動板１の振動が、周囲の空気を振動させることによって音波を発生させる。

本実施形態の振動板１は、炭素繊維１１がランダムな方向に配向された強化繊維層１０を備えている。そのため、炭素繊維１１同士の過度の重なりが抑制され、その結果として、強化繊維層１０が薄肉化されている。これにより、振動板１全体の厚みが抑制されるとともに軽量化されることによって高い音圧が得られる。そして、炭素繊維１１を含有することで振動板１に剛性が付与されるために十分な音速が得られる。

この点、繊維強化樹脂製の振動板として、織物、編物状の炭素繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたプリプレグや、一方向に長い炭素繊維が配向されたプリプレグを使用したものが知られている。こうしたプリプレグから成形した振動板では、炭素繊維由来のうねりが発生して、振動板の内部にピンホールが発生し易い。ピンホールの発生を抑制するためには、ある程度の樹脂量が必要となって厚くなり易く、その分重量化が避けられない。剛性を備えている一方で、高い音圧が得られない。本実施形態の振動板１は、強化繊維層１０を挟むように配置された熱可塑性樹脂層２０により、強化繊維層１０のピンホールを熱可塑性樹脂層２０がカバーする積層構造を有し、振動板１の振動が周囲の空気を振動させる際の、ピンホールによる空気振動の漏れを抑制する。これにより、樹脂量を抑制した薄く軽い振動板１でありながら、振動板１の振動を効率よく空気の振動に変換することができ、振動板１の音圧を高くすることができる。

また、本実施形態の振動板１は、強化繊維層１０中の炭素繊維１１が良好な分散状態で配向されている。そのため、振動板１の振動時には、振動板１の内部で炭素繊維１１による効果的な内部摩擦が生じ、その結果、優れた内部損失が実現される。

次に、本実施形態の振動板１の効果について説明する。
（１）本実施形態の振動板１は、熱可塑性樹脂中に炭素繊維１１がランダムに配向された強化繊維層１０と、強化繊維層１０を挟むように配置された熱可塑性樹脂層２０とを備えている。そのため、軽量化を図りつつ、ランダムに配向された炭素繊維１１によって振動板１に剛性を付与することができる。これにより、振動板１の音圧を高くすることができる。

（２）強化繊維層１０が熱可塑性樹脂層２０で挟まれており、強化繊維層１０中の炭素繊維１１が振動板１の表面に露出しない状態となっている。そのため、強化繊維層１０内への水透過を抑制することができ、車載用スピーカー等に適用する場合に必要な水密性を実現することができる。

（３）本実施形態の振動板１の製造方法は、炭素繊維１１を含有する炭素繊維不織布シートと、熱可塑性樹脂シートとを積層して積層体を形成する積層工程と、積層体を金型内でプレス成形するプレス成形工程とを備えている。そのため、インジェクション成形による振動板に比べて薄肉とすることができる。軽量であって水密性に優れたスピーカー用振動板を容易に成形することができる。

上記実施形態は、以下のように変更することができる。なお、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて適用することができる。
・振動板１は、強化繊維層１０、熱可塑性樹脂層２０以外の他の層構成を有していてもよい。例えば、熱可塑性樹脂層２０の表面に加飾層を有していてもよく、補強層、接着層等を有していてもよい。これらの各層を有している場合であっても、目付量、密度、厚み等を所定範囲に調整することで、軽量で剛性に優れ、音圧の高い振動板１とすることができる。

・振動板１は、車載用スピーカー以外に適用されてもよい。
次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）熱可塑性樹脂中に炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、前記強化繊維層を挟むように配置された熱可塑性樹脂層とを備え、密度が０．５ｇ／ｃｍ^３以上１．０ｇ／ｃｍ^３以下であるスピーカー用振動板。

密度が上記範囲であることにより、中音域での高い音圧を実現できるだけでなく、高音域での伸びのある音を実現することができる。
（ロ）熱可塑性樹脂中に炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、前記強化繊維層を挟むように配置された熱可塑性樹脂層とを備え、厚みが２００μｍ以下であるスピーカー用振動板。

厚みが２００μｍ以下であることにより、軽量であり音圧の高い振動板が得られる。
（ハ）熱可塑性樹脂中に炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、前記強化繊維層を挟むように配置された熱可塑性樹脂層とを備え、炭素繊維の長さが約３～１０ｍｍであるスピーカー用振動板。

上記範囲の長さの炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層を有していることで、振動板の軽量化と、振動板に要求される剛性の向上の両立を図ることができる。これにより、音圧に優れた振動板とすることができる。

＜振動板の素材の選定＞
まず、振動板の音圧特性が、質量と厚みにより影響されることを踏まえ、振動板の素材を選定するために以下のシート状のサンプルを作成してその性能を評価した。

（サンプル１）
炭素繊維にポリカーボネート（ＰＣ）が含浸された炭素繊維不織布シートの両面に、熱可塑性樹脂シートとしてのポリカーボネートシートを積層してプレス成形したものをサンプル１として使用した。炭素繊維不織布シートは、長さが約６ｍｍの炭素繊維とポリカーボネート繊維とが浮遊した状態で湿式法で調製した。炭素繊維不織布シートの目付量は１１２ｇ／ｍ^２、Ｖｆは３５％である。また、サンプル１の総厚みは約１５０μｍであった。

（サンプル２）
炭素繊維にポリプロピレン（ＰＰ）が含浸された炭素繊維不織布シートの両面に、熱可塑性樹脂シートとしてのポリプロピレンシートを積層してプレス成形したものをサンプル２として使用した。炭素繊維不織布シートは、長さが約６ｍｍの炭素繊維とポリプロピレン繊維とが浮遊した状態で湿式法で調製した。炭素繊維不織布シートの目付量は７０ｇ／ｍ^２、Ｖｆは２５％である。また、サンプル２の総厚みはサンプル１と同程度である。

（サンプル３）
炭素繊維にポリプロピレンが含浸された炭素繊維不織布シートの両面に、熱可塑性樹脂シートとしてのポリプロピレンシートを積層してプレス成形したものをサンプル３として使用した。炭素繊維不織布シートは湿式法で調製し、炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍ、目付量は７０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ３０％である。サンプル３の総厚みはサンプル１と同程度である。

（サンプル４）
炭素繊維にポリプロピレンが含浸された炭素繊維不織布シートの両面に、熱可塑性樹脂シートとしてのポリプロピレンシートを積層してプレス成形したものをサンプル４として使用した。炭素繊維不織布シートは湿式法で調製し、炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍ、目付量は７０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ３６％である。サンプル４の総厚みはサンプル１と同程度とした。

（サンプル５）
エポキシ樹脂をマトリクスとした炭素繊維強化樹脂製シート材（テナックス（登録商標）プリプレグ製品番号１１２、帝人株式会社製）をプレス成形したものをサンプル５とした。サンプル５の総厚みはサンプル１と同程度とした。

（サンプル６）
ポリプロピレンシートをサンプル６とした。サンプル６の総厚みはサンプル１と同程度とした。

各サンプルについて、振動リード法によって、密度、弾性率、内部損失、及び音速を測定し、振動板としての音響特性を評価した。測定結果を表１に示した。

表１より、炭素繊維不織布シートと熱可塑性樹脂シートを積層してプレス成形したサンプル１～４は、炭素繊維強化樹脂製シート材やポリプロピレンシートと比較して、密度が小さく軽量であった。中でも、炭素繊維不織布シートとポリプロピレンシートとを積層して成形したサンプル２～４は、炭素繊維強化樹脂製シート材であるサンプル５と比較して、それぞれ密度が５４．０％、６９．８％、７１．７％小さく軽量であった。この結果から、炭素繊維不織布シートと熱可塑性樹脂製シートとを積層してプレス成形したものを振動板として使用した場合、炭素繊維の長繊維が一方向に配向されたいわゆる炭素繊維強化樹脂製プリプレグや、熱可塑性樹脂シートからなるものに比べて、音圧を高めることができることがわかった。

各サンプルの内部損失と音速の結果を図３に示した。サンプル１～４は、弾性率の大きい炭素繊維強化樹脂製シート材を使用したサンプル５と比べて内部損失が大きく、弾性率の小さいポリプロピレンシートを使用したサンプル６と比べて音速が大きい結果が得られた。この結果から、炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、強化繊維層の両面に熱可塑性樹脂層が積層されたサンプル１～４を使用した場合、サンプル５を使用した場合に比べて、共振しにくくバランスのとれた良好な音響特性を有する振動板が得られることがわかった。なお、目付量が１１２ｇ／ｍ^２の炭素繊維不織布シートを積層したサンプル１では、総目付量は約１００ｇ／ｍ^２程度となる。振動板としての目付量を１００ｇ／ｍ^２以下とすることで、内部損失、音速がともに良好な振動板となることがわかった。なお、図３では、従来から使用されている紙パルプ材料、金属材料、樹脂材料からなる振動板の音響特性の範囲を、点線、実線、二点鎖線で囲んで示している。

＜振動板の作成＞
素材選定での知見を踏まえ、実際に振動板を作成して音響特性を評価した。
（試験例１）
目付量６０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ３５％の炭素繊維不織布シートの両面に、厚さ１５μｍのポリプロピレンシートをそれぞれ積層した平板状のシートを、振動板形状のキャビティを有する金型内に配置した。金型内で常温でプレスしたまま加温し、温度１８０℃、圧力５ＭＰａで、５分間プレス成形して振動板を得た。炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍである。得られた振動板の総目付量、総厚み、密度、質量を測定した。また、振動リード法によって、弾性率、内部損失、及び音速を測定した。その結果を表２に示した。以下、同様である。

（試験例２）
試験例１と同様の炭素繊維不織布シートの両面に、厚さ１０μｍのポリプロピレンシートをそれぞれ積層した平板状のシートを、試験例１と同様の条件でプレス成形して振動板を得た。得られた振動板についての測定項目は試験例１と同様である。

（試験例３）
目付量６０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ２５％の炭素繊維不織布シートの両面に、厚さ１０μｍのポリプロピレンシートをそれぞれ積層した平板状のシートを、試験例１と同様の条件でプレス成形して振動板を得た。炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍである。

（試験例４）
目付量５０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ３５％の炭素繊維不織布シートの両面に、厚さ５μｍのポリプロピレン不織布シートをそれぞれ積層して平板状にプレスした（プレシート成形）。プレシート成形後のシートの両面に、厚さ１０μｍのポリプロピレン不織布シートをそれぞれ積層して、振動板形状のキャビティを有する金型内に配置し、試験例１と同様の条件でプレス成形して振動板を得た。炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍである。

（試験例５）
プレシート成形後のシートの両面に積層するポリプロピレン不織布シートの厚さをそれぞれ１５μｍとしたこと以外は、試験例４と同様である。

（試験例６）
目付量５０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ３５％の炭素繊維不織布シートの両面に、厚さ５μｍのポリプロピレンシートをそれぞれ積層してプレシート成形した。プレシート成形後のシートの表面を、３５０℃に調整したＩＲヒータで１０秒加熱し、すぐさま圧力０．２ＭＰａで、５秒プレス成形して振動板を得た。炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍである。

（試験例７）
目付量５０ｇ／ｍ^２、Ｖｆ３５％の炭素繊維不織布シートの両面に、厚さ５μｍのポリプロピレンシートをそれぞれ積層してプレシート成形した。その後、試験例１と同様の条件でプレス成形して振動板を得た。炭素繊維不織布シート中の炭素繊維の長さは約６ｍｍである。

（比較例１）
ポリプロピレンシートのみを金型内に積層して、試験例１と同様の条件でプレス成形して振動板を得た。振動板の総目付量、総厚み、密度、質量は表２に示したとおりである。

（比較例２）
現行の車載用のスピーカー用振動板として、ポリプロピレンを金型内でインジェクション成形したもの（株式会社ＪＶＣケンウッド製、ＫＦＣ－１６９６ＰＳ）を使用した。振動板の総目付量、総厚み、密度、質量は表２に示したとおりである。

（各振動板の音圧の測定）
試験例１～７、比較例１～２の各振動板について、音圧を測定した。音圧の測定は、一般社団法人電子情報技術産業協会のＪＥＩＴＡ規格ＲＣ－８１２４Ｃで規定する周波数レスポンス正弦波法により行い、中音域である５００Ｈｚでの音圧、及び高音域である１６ｋＨｚでの音圧を測定した。また、得られた音圧測定結果値を用いて、中音域５００Ｈｚを中心とした１／３オクターブ周波数の遮断周波数である４５０～５６０Ｈｚ、高音域１６ｋＨｚを中心とした１／３オクターブ周波数の遮断周波数である１４～１８ｋＨｚの周波数範囲内での音圧の平均値を算出した。

試験例１～７の振動板の音圧特性を、現行品である比較例２の音圧特性と比較して評価した。評価基準は以下のとおりとした。

◎；中音域で３ｄＢ以上、高音域で１０ｄＢ以上、現行品より音圧が上がっている。
〇；中音域で３ｄＢ以上、高音域で５ｄＢ以上、現行品より音圧が上がっている。
△；中音域で１ｄＢ以上、現行品より音圧が上がっている。

表２、表３より、炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、強化繊維層の両面に熱可塑性樹脂層が積層された試験例１～７の振動板では、現行品のスピーカー用振動板である比較例２と比較して、中音域での音圧が上がっていた。特に、試験例１～５では、比較例２に対して３ｄＢ以上上がっており、人の話し声のような周波数帯域での音圧の上がり幅が顕著であると言える。スピーカー用振動板に要求される性能として高い評価が得られるものであった。

試験例１～７の振動板は、これらと同程度の厚さとなるようにポリプロピレンシートのみで成形した比較例１の振動板と比較して、表３に示す４５０～５６０Ｈｚの周波数領域での音圧の変化は観察されなかったものの、３００～４５０Ｈｚの周波数領域での音圧が顕著に上がっていた。図４には、試験例３と比較例１、２との周波数スペクトルを示している。これによれば、試験例３の振動板は、比較例１の振動板に比べて、３００～４５０Ｈｚの周波数領域で最大で５ｄＢ程度の音圧の上昇が観察された。比較例１の振動板では、炭素繊維が存在しないことによって剛性がとれていないために強度が足りず、振動板が撓んだような振動になっているのに対し、炭素繊維不織布シート由来の炭素繊維を含有することによって振動板に必要な剛性が担保できているものと考えられる。

また、表２、表３より、振動板の目付量が６０ｇ／ｍ^２以上である試験例１～５の振動板では、現行品である比較例２の振動板と比較して、中音域での音圧が３ｄＢ以上上がっており、その上がり幅が顕著であった。また、高音域での音圧は現行品と比較して５ｄＢ以上上がっていた。１４～１８ｋＨｚの周波数領域での音圧が伸びており、こうした現象は、例えば紙パルプで形成された振動板とは大きく異なるものである。不織布シート由来の炭素繊維を含有することによって、振動板に必要な剛性が確保され、物理的強度の向上によって高音域での音圧が上がっているものと考えられる。この点は図４にも示されるように、試験例３の振動板は、３～１８ｋＨｚの周波数領域において、比較例１、２の振動板に比べて音圧の顕著な上昇が観察された。

表２、表３より、密度が０．６ｇ／ｃｍ^３以上０．９ｇ／ｃｍ^３以下である試験例１～３の振動板では、現行品である比較例２の振動板と比較して、中音域での音圧が３ｄＢ以上上がっており、かつ、高音域での音圧が１０ｄＢ以上上がっていた。密度がこの範囲であることにより高音域での音圧の上がり幅が顕著であった。

さらに、厚みが１００μｍ以下である試験例２、３の振動板では、比較例２の振動板と比較して、高音域での音圧が１５ｄＢ前後上がっていた。

１…振動板（スピーカー用振動板）

Claims

熱可塑性樹脂中に炭素繊維がランダムに配向された強化繊維層と、
前記強化繊維層を挟むように配置された熱可塑性樹脂層と
を備えたスピーカー用振動板。
目付量が６０ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下である請求項１に記載のスピーカー用振動板。
密度が０．６ｇ／ｃｍ^３以上０．９ｇ／ｃｍ^３以下である請求項２に記載のスピーカー用振動板。
厚みが１００μｍ以下である請求項３に記載のスピーカー用振動板。
請求項１～４のいずれか一項に記載のスピーカー用振動板の製造方法であって、
炭素繊維を含有する不織布シートと、熱可塑性樹脂シートとを積層して積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を金型内でプレス成形するプレス成形工程とを備えているスピーカー用振動板の製造方法。
請求項１～４のいずれか一項に記載のスピーカー用振動板を備えたスピーカー。