JP3238693B2 - 射出発泡成形体によるスピーカ振動板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出発泡成形体による
スピーカ振動板に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、スピーカ振動板材料は、密度が
小さくヤング率（剛性）が大きいこと及び適度な内部損
失を有することや耐環境性能等が要求されている。

【０００３】オレフィン系樹脂であるＰＰ（ポリプロピ
レン）の振動板は、耐環境性、特に耐水性に優れ外観性
も良く、内部損失も大きく、スピーカ振動板としての物
性バランスもよいため、紙に次いで多く使用されてい
る。

【０００４】しかし、ＰＰの振動板では、ＰＰの比重が
０．９ｇ／ｃｍ³ であり、紙よりも大きく、ヤング率も
低いために、カーボンファイバー等のフィラーで強化す
ることにより剛性を高めるようにしているが、更に比重
が大きくなってしまうため、紙に比べると重くなって感
度が落ちてしまったり、高周波数帯域のエネルギーも出
しにくいものとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、剛性アップを
図る点で液晶ポリマー等を振動板材料とすることもある
が、比重が大きく、内部損失もＰＰに比べて低くなって
しまうという不具合がある。

【０００６】また、構造的に振動板の軽量、高剛性を求
めたものとして、ハニカム構造としたものや、発泡体を
平板のスキン層でサンドイッチした３層構造の振動板も
あるが、特に３層構造のものはそれぞれの層を接着する
必要があることから、製造工程上、コストアップを招い
てしまうという不具合がある。

【０００７】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、コストアップを招くことなく、軽量、高内
部損失、高剛性、耐環境性を向上させることができる射
出発泡成形体によるスピーカ振動板を提供することを目
的とする。

【０００８】請求項１記載の発明は、発泡剤を含む樹脂
を射出成形することにより形成される射出発泡成形体に
よるスピーカ振動板であって、内部が発泡層、表面が未
発泡層の３層構造からなり、発泡前のスピーカ振動板と
しての厚さが０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内、発泡
成形した後の上記未発泡層を含めた全体の平均の発泡倍
率が１．５〜２．５の範囲内、且つ上記未発泡層の各表
面の厚さが共に０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲内に
設定され、上記発泡層の発泡セルが厚さ方向に配向する
ことにより、上記未発泡層を補強し、ヤング率の低下を
穏やかにし、剛性を向上させた構造を有することを特徴
とする。

【０００９】

【００１０】かかる構造を有する射出発泡成形体による
スピーカ振動板にあっては、発泡剤を含む樹脂を射出成
形し、内部が発泡層、表面が未発泡層の３層構造とした
ので、低比重で面厚を厚くすることができることから、
軽量且つ高剛性が得られるばかりか、表面が未発泡層で
覆われているために耐環境性にも優れ、しかも従来のよ
うに３層を接着する必要がないため、低コストで製造す
ることができる。

【００１１】更に、未発泡層を含めたスピーカ振動板全
体の平均の発泡倍率を１．５〜２．５の範囲としたの
で、発泡による高剛性化、高内部損失化の特徴を生か
し、上記射出発泡成形体とスピーカ振動板の物性のばら
つきを小さくすることができる。すなわち、発泡倍率を
１．１倍以上にすると剛性が上がり、内部損失を高める
ことができるが、発泡倍率が３．０倍を越えると発泡セ
ルが大きくなりすぎ、発泡状態のばらつきが大きくな
り、上記物性のばらつきが大きくなってしまうためであ
る。

【００１２】更に、未発泡層の厚さを略０．０５ｍｍ〜
０．２０ｍｍとしたので、上記射出発泡成形体とスピー
カ振動板の物性のバランスを良好なものとすることがで
きる。すなわち、発泡層と未発泡層とのサンドイッチ構
造によって軽量且つ高剛性の構造体を得ようとすると、
強度を保つ範囲内で未発泡層をできるだけ薄くした方が
望ましいが、射出発泡成形の場合、未発泡層が薄すぎる
と、金型を後退させて発泡させるときに未発泡層が変形
したり、割れ易くなる等の問題があり、逆に厚くなる
と、発泡層を形成する樹脂が少なくなり、効果的な発泡
倍率がとれなくなってしまうためである（言い換えれば
発泡倍率が下がる）。このようなことから、最もバラン
スの良い未発泡層の厚さは発泡前の面厚の約１／３程度
の厚さが良く、振動板として使用される一般的な未発泡
のＰＰ振動板の厚さは０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍである
ことから、未発泡層の厚さとしては０．０５ｍｍ〜０．
２ｍｍに設定されている。

【００１３】ちなみに、上記スピーカ振動板の発泡層の
発泡セルを厚さ方向に配向させた構造にすることによ
り、未発泡層を補強し、ヤング率の低下を緩やかにし、
剛性アップ率を高めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、射出発泡成形体によるス
ピーカ振動板の実施形態を示すものである。同図に示す
ように、このスピーカ振動板１は、ＰＰ（ポリプロピレ
ン）に発泡剤を添加した樹脂混合材を金型内に射出し、
直後に金型を後退させて発泡させることにより、内部が
発泡して発泡層３が形成され、その表面は樹脂が充填す
る過程で金型の内面に接触しているため、発泡する前に
固化することにより未発泡であるスキン層２が形成され
た３層構造とされている。また、スピーカ振動板１の厚
さは０．１７ｍｍ〜１．８ｍｍであり、スキン層２の厚
さは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとされている。

【００１５】これは、スピーカ振動板１の物性のバラン
スを良好なものとすることができる寸法であって、その
詳細は後述する。

【００１６】図２は、図１の射出発泡成形体によるスピ
ーカ振動板１を製造するための射出成形機を示すもので
ある。また、同図に示す射出成形機は、図４に示す成形
特性を有している。

【００１７】同図に示す射出成形機における金型２０の
可動プラテン２４に保持された可動側金型２１と固定プ
ラテン２５に保持された固定側金型２２との締め圧は、
金型締め圧制御部３０によって制御された型締めシリン
ダー１０によってコントロールされている。

【００１８】固定側金型２２の射出口には、ＰＰ（ポリ
プロピレン）に発泡剤を添加した樹脂混合材を射出する
ための射出装置４０の射出口が差し込まれている。射出
装置４０は、射出プロセス制御部３１により制御された
射出条件によってコントロールされている。また、射出
装置４０側からは、成形プロセスの情報が出力されるよ
うになっており、その情報及び可動プラテン２４側の距
離の情報等に応じて金型締め圧制御部３０による金型締
め圧制御が行われる。

【００１９】続いて、以上のような構成の射出成形機に
よる振動板の製造方法について説明する。

【００２０】まず、図３（ａ）に示すように、型締め機
構１０によって金型２０の可動側金型２１と固定側金型
２２とを閉じ、射出装置４０からＰＰ（ポリプロピレ
ン）に発泡剤を入れた樹脂混合材を射出する。

【００２１】このとき、樹脂混合材の温度は、シリンダ
ー１０内で約２３０℃に保たれている。また、金型２０
のキャビティ面の温度は、約９０℃に保たれている。更
に、金型締め圧制御部３０によって制御されている型締
めシリンダー１０による締め圧は、約１００ｔに保たれ
ている。更にまた、金型２０の可動側金型２１と固定側
金型２２とによって形成されるキャビテイの一般厚みは
約０．３ｍｍ程度とされている。

【００２２】またこのとき、図３（ｂ）に示すように、
可動側金型２１と固定側金型２２との間のキャビティに
充填された樹脂混合材は、金型２０に接している部分か
ら固化が始まりスキン層２を形成し、溶融部分はスクリ
ューから押し出される圧力と可動側金型２１及び固定側
金型２２による締め圧が掛かるため、分解した発泡剤の
ガスは圧縮されて発泡が抑制されながら固化が進んでい
く。

【００２３】次いで、図３（ｃ）に示すように、樹脂混
合材の充填完了直後、溶融部分の発泡剤の発泡圧力がま
わりのスキン層（固化部分）２を押し広げるだけの力が
残っているうちに、金型締め圧制御部３０によって制御
されている型締めシリンダー１０による締め圧が瞬時に
０ｔ近くまで落とされる。これにより、溶融部分の圧縮
されていた発泡剤の分解ガスがまわりの樹脂を押し広げ
ながら膨らみ、発泡が開始される。

【００２４】ここで、可動側金型２１の型開きタイミン
グについて説明する。

【００２５】樹脂の充填が完全に終了する前に型開きを
行ってしまうと、樹脂混合材が金型２０の可動側金型２
１及び固定側金型２２のキャビティ内部に入り込み過
ぎ、製品の重量が重くなってしまい、反対にタイミング
が遅いと樹脂の固化が進みすぎ、発泡剤が発泡できない
まま完全固化してしまうため、この場合は射出開始から
０．３秒〜０．４秒後に型開きを行うことが好ましい。
但し、これらの要件は、樹脂混合材の樹脂温度、金型２
０の温度、製品肉厚、発泡剤の添加量等の条件により変
わってくる。

【００２６】上記の金型２０を開く量は、約０．１〜
１．５ｍｍ程度であり、これを０．０４〜０．０５秒の
高速で開く必要があるため、金型２０は約０．００２０
〜０．０３７５ｍｍ／ｍｓの速度で開くように、発泡
剤、バネの力及び締め圧がコントロールされる。薄型の
発泡成形振動板を成型するには、約０．００１ｍｍ／ｍ
ｓ以上の速度で金型を開くようにすれば十分である。

【００２７】更に、金型２０の可動側金型２１と固定側
金型２２との間にバネを埋め込み、型締め圧力を下げた
ときの可動側金型２１の開放力を上げてやると、発泡倍
率を上げることができる。

【００２８】ここで、本実施形態で採用した射出成形機
や発泡剤等の具体例について説明すると、ＰＰ（ポリプ
ロピレン）としては、ＭＡ０６三菱化学（株）にカーボ
ンファイバー７％を添加したものを用い、発泡剤として
は、ＥＥ−２０５ 永和化成工業（株）のものを用い、
配合比は発泡剤を０．１重量部とした。射出成形機とし
ては、ウルトラ２２０ 住友重機械工業（株）を用い
た。

【００２９】以上のような発泡成形体の成形方法により
得られた製品の特性は、図５乃至図８に示す通りであ
る。

【００３０】すなわち、図５は、製品重量を一定にしな
がら製品の発泡倍率を種々変えたときの比重、ヤング
率、内部損失、面厚、剛性率の測定結果を示したもので
あり、図６は発泡倍率によるヤング率変化、図７は発泡
倍率による内部損失変化、図８は発泡倍率による剛性率
変化をそれぞれ示したものである。

【００３１】これらの図から解る通り、発泡倍率を上げ
ていくと、ヤング率は低下するが、比重が下がり、面厚
が厚くなるため、剛性がヤング率に比例し、厚さの３乗
に比例することから発泡倍率が上がるほど剛性は高くな
っていく。また、発泡倍率を上げると内部損失も大きく
なっていく。

【００３２】発泡倍率が約１．１倍で現行ＰＰコーン
（ヤング率が６．４Ｅ＋９Ｎ／ｍ² の材料で面厚が０．
３ｍｍ）と同等の剛性が得られ、内部損失も上がり、更
に発泡倍率を増やすことにより、剛性は上がっていく。

【００３３】しかし、発泡倍率が約３．０倍を越えると
発泡セルが大きくなりすぎるため、発泡状態にばらつき
を生じてしまい、振動板の物性のばらつきが大きくなる
ことから、発泡倍率は１．１倍〜３．０倍程度が適切で
ある。

【００３４】また、発泡倍率を１．５倍以上にすること
により、図１のように、発泡層３の発泡セルが面厚方向
に対し縦長に配向し、スキン層２を補強する形となるた
め、ヤング率の低下が緩やかになり、剛性アップ率が急
激に上がる。これは、金型２０を高速で後退させて発泡
成形で作ることにも起因している。

【００３５】逆に、発泡倍率が２．５倍を越えると、ス
キン層２を補強する発泡層３の樹脂密度が小さくなりす
ぎて、ヤング率の低下率が大きくなり、製品の剛性のば
らつきも徐々に大きくなってくる。よって、この発泡成
形による構造的な剛性アップを効果的に使い、安定した
製品を得るためには、１．５倍〜２．５倍の発泡倍率と
することが好ましい。

【００３６】また、スキン層２と発泡層３とのサンドイ
ッチ構造による軽量且つ高剛性の構造体を得るには、ス
キン層２を強度を保つ範囲内で、できるだけ薄くした方
が望ましい。しかし、射出発泡成形の場合、あまり薄い
と、金型２０を後退させて発泡させるときにスキン層２
が変形したり、割れ易くなる等の問題がある。

【００３７】逆に厚くなると、発泡層３を形成する樹脂
が少なくなり、効果的な発泡倍率がとれない（言い換え
れば発泡倍率が下がる）。このようなことから、最もバ
ランスの良いスキン層２の厚さは発泡前の面厚の約１／
３の厚さが良く、振動板として使用される一般的な未発
泡のＰＰ振動板の厚さが０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍであ
ることから、スキン層の厚さとしては０．０５ｍｍ〜
０．２ｍｍが好ましい。

【００３８】このように、本実施形態では、発泡剤を含
む樹脂を射出成形し、発泡層３を未発泡層であるスキン
層２によって覆った３層構造としたので、低比重で面厚
を厚くすることができることから、軽量且つ高剛性の振
動板が得られるばかりか、表面がスキン層２で覆われて
いるために耐環境性にも優れ、しかも従来のように３層
を接着する必要がないため、低コストで製造することが
できる。

【００３９】また、未発泡層であるスキン層２を含めた
スピーカ振動板１全体の平均の発泡倍率を略１．１〜
３．０倍としたので、発泡による高剛性化、高内部損失
化の特徴を生かし、スピーカ振動板１の物性のばらつき
を小さくすることができる。すなわち、発泡倍率を１．
１倍以上にすると剛性が上がり内部損失を高めることが
できるが、発泡倍率が３．０倍を越えると発泡セルが大
きくなりすぎ、発泡状態のばらつきが大きくなり、スピ
ーカ振動板１の物性のばらつきが大きくなってしまうた
めである。

【００４０】更に、スキン層２の厚さを略０．０５ｍｍ
〜０．２０ｍｍとしたので、スピーカ振動板１の物性の
バランスを良好なものとすることができる。すなわち、
発泡層３とスキン層２とのサンドイッチ構造によって軽
量且つ高剛性の構造体を得ようとすると、強度を保つ範
囲内でスキン層２をできるだけ薄くした方が望ましい
が、射出発泡成形の場合、スキン層２が薄すぎると、金
型２０を後退させて発泡させるときにスキン層２が変形
したり、割れ易くなる等の問題があり、逆に厚くなる
と、発泡層３を形成する樹脂が少なくなり、効果的な発
泡倍率がとれなくなってしまうためである。

【００４１】更にまた、金型２０内に発泡剤を含む発泡
樹脂剤を射出した直後に、金型２０を高速で後退させる
ようにしたので、発泡層３の発泡セルが厚さ方向に配向
し、スキン層２を補強する形となるため、ヤング率の低
下が緩やかになり、剛性アップ率を高めることができ
る。

【００４２】なお、本実施形態では、金型２０内にＰＰ
（ポリプロピレン）に発泡剤を添加した樹脂混合材を射
出した直後に、型開きを行ってスキン層２と発泡層３と
のサンドイッチ構造とした得スピーカ振動板１を成形す
る方法について説明したが、この例に限らず、たとえば
未発泡の発泡剤が残るような樹脂温度で射出成形し、そ
の後、加熱プレス型又は真空成形型のような金型で発泡
剤の分解温度以上で加熱し、発泡剤を発泡させて成形す
る方法を用いてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の射出発泡
成形体によるスピーカ振動板によれば、発泡剤を含む樹
脂を射出成形することにより、内部が発泡層、表面が未
発泡層の３層構造に形成し、更に、発泡前のスピーカ振
動板としての厚さを０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内
に設定すると共に、発泡成形した後の未発泡層を含めた
全体の平均の発泡倍率を１．５〜２．５の範囲内、且つ
発泡成形した後の未発泡層の各表面の厚さを共に０．０
５ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲内に設定したので、低比重
で面厚が厚くでき、軽量且つ高剛性の振動板ができるば
かりか、表面がスキン層で覆われているため、耐環境性
にも優れ、しかも従来のように、３層を接着する必要が
ないため、低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の射出発泡成形体によるスピーカ振
動板の構造を模式的に示す図である。

【図２】図１の射出発泡成形体によるスピーカ振動板を
製造するための射出成形機を示す図である。

【図３】図２の射出成形機によるスピーカ振動板の製造
方法を示す図である。

【図４】図２の射出成形機の成形特性を示す図である。

【図５】図１の射出発泡成形体によるスピーカ振動板の
発泡倍率による物性変化を示す図である。

【図６】図１の射出発泡成形体によるスピーカ振動板の
ヤング率変化を示す図である。

【図７】図１のスピーカ振動板の発泡倍率による内部損
失変化を示す図である。

【図８】図１のスピーカ振動板の発泡倍率による剛性率
変化を示す図である。

【符号の説明】

１…スピーカ振動板 ２…スキン層（未発泡層） ３…発泡層 １０…型締めシリンダー ２０…金型 ２１…可動側金型 ２２…固定側金型 ２３…真空成形用金型 ２４…可動プラテン ２５…固定プラテン ３０…金型締め圧制御部 ３１…射出プロセス制御部 ４０…射出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 文雄 山形県天童市大字久野本字日光1105番地 東北パイオニア株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−88878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−23097（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−340594（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84 H04R 7/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発泡剤を含む樹脂を射出成形することに
   より形成される射出発泡成形体によるスピーカ振動板で
   あって、_ 内部が発泡層、表面が未発泡層の３層構造
   からなり、発泡前のスピーカ振動板としての厚さが０．１５ｍｍ〜
   ０．６ｍｍの範囲内、 発泡成形した後の前記未発泡層を
   含めた全体の平均の発泡倍率が１．５〜２．５の範囲
   内、且つ前記未発泡層の各表面の厚さが共に０．０５ｍ
   ｍ〜０．２０ｍｍの範囲内に設定され、 前記発泡層の発泡セルが厚さ方向に配向することによ
   り、前記未発泡層を補強し、ヤング率の低下を穏やかに
   し、剛性を向上させた構造を有する ことを特徴とする射
   出発泡成形体によるスピーカ振動板。