JP3947321B2

JP3947321B2 - 発泡成形体およびその成形方法およびそれによるスピーカ振動板

Info

Publication number: JP3947321B2
Application number: JP05663699A
Authority: JP
Inventors: 政敏佐藤; 美隆小林; 次郎中園
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP2000246756A; US6742622B2; DE10010491B4; CN1267679A; US20020027040A1; CN1118505C; US6334504B1; DE10010491A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発泡剤を含む樹脂を射出成形することによって形成された発泡成形体およびその成形方法およびそれによるスピーカ振動板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−２０７０７４号公報および特開平８−３４０５９４号公報には、発泡剤を含む樹脂を射出成形することによって形成された発泡成形体の成形方法および発泡成形体によるスピーカ振動板が開示されている。
【０００３】
上記公報においては、金型内に発泡剤を含む樹脂を射出し、射出充填完了後に金型と接触した部分の樹脂が硬化し、内部の樹脂は未硬化の状態となる所定時間後に金型を開けることによって未硬化部分が発泡し、内部に発泡層が、また表面には未発泡のスキン層の３層構造の発泡成形体およびスピーカ振動板を形成させている。
このような３層構造とすることにより、軽くて剛性の高い成形体およびスピーカ振動板を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述した方法による発泡成形体およびスピーカ振動板の表面の色調は一色となる。
今日では、このように形成された発泡成形体およびスピーカ振動板の表面に異なる色調でデザインしたいという要望がある。
【０００５】
このように要望に対処する方法としては、形成された発泡成形体またはスピーカ振動板に異なる色でペインティングする方法が考えられるが、このようなペインティングによる方法はコスト的に高くなる欠点がある。
本発明は、表面に安価で容易にデザインを施すことができる発泡成形体およびその成形方法およびそれによるスピーカ振動板を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、請求項１の発明においては、発泡剤を含む樹脂を射出成形することによって形成された発泡成形体によるスピーカ振動板であって、内部が発泡層で表面が未発泡層の３層構造に形成された発泡領域と未発泡層の１層構造の未発泡領域とを有する。
【０００７】
請求項２の発明においては、前記樹脂は半透光性樹脂とする。
【０００８】
請求項３の発明においては、前記未発泡領域の厚さが０．５ｍｍ以下とする。請求項４の発明においては、前記スピーカ振動板は全体が略円形に形成され、前記発泡領域が振動板の中心に対して対象となる領域に形成する。
【０００９】
請求項５の発明においては、発泡剤を含む樹脂を金型内に射出し、射出充填完了後所定時間が経過した後に金型全体を開かせることで、発泡領域と未発泡領域を有する発泡成形体を形成する発泡成形体の成形方法であって、前記金型のキャビティは前記発泡領域に対応する厚肉空間と前記未発泡部に対応する薄肉空間を有し、前記所定時間は、前記薄肉空間に充填された樹脂は硬化し、前記厚肉空間に充填された樹脂が硬化し終わらないまでの時間に設定する。
【００１１】
請求項６の発明においては、発泡剤を含む樹脂を金型内に射出し、射出充填完了後所定時間が経過した後に金型全体を開かせることで、発泡領域と未発泡領域を有する発泡成形体を形成する発泡成形体によるスピーカ振動板の製造方法であって、前記金型のキャビティは前記発泡領域に対応する厚肉空間と前記未発泡部に対応する薄肉空間を有し、前記所定時間は、前記薄肉空間に充填された樹脂は硬化し、前記厚肉空間に充填された樹脂が硬化し終わらないまでの時間に設定する。
【００１２】
請求項７の発明においては、前記金型は前記所定時間経過後に型締め力を落とす。また、請求項８の発明においては、前記発泡領域は内部が発泡層で表面が未発泡層による３層構造で、前記発泡領域は未発泡層による１層構造とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、先ず本発明の原理を図１を参照して説明する。
図１において、１は発泡成形体であり、該発泡成形体１は内部が発泡層３で表面が未発泡層（スキン層２）の３層構造に形成された発泡領域４と未発泡層（スキン層２）の１層構造に形成された未発泡領域５とを有する。
【００１４】
したがって、図１に示すように、光Ａが発泡成形体１に照射されると、照射された光Ａの一部は表面で反射されて反射光Ｂとなり、残りの光は発泡成形体１内に入り込む透過光Ｃとなる。
未発泡領域５では、照射された光の透過光Ｃはそのまま発泡成形体１内を通過する。したがって、未発泡領域５では反射光Ｂのみが反射され、樹脂によって決まる色調となる。
【００１５】
一方、発泡領域４では、透過光Ｃは発泡層３内の発泡で乱反射され、反射光Ｂに乱反射光Ｄが加わる。したがって、発泡領域４の色調は不透明な白色光となる。
したがって、発泡成形体１を発泡領域４と未発泡領域５とを希望する領域に分けて構成することによって発泡成形体１の表面に異なる色調のデザインを施すことができる。
【００１６】
次に本発明の発泡成形体の製造方法について説明する。本発明の発泡成形体の製造方法は、発泡領域と未発泡領域を有する発泡成形体を成型するにあたり、複雑な金型を用いず簡易な手段で成型できるものであるが、まず、本発明の製造方法を説明する前に、全体が発泡領域である３層構造の発泡成形体を製造する方法を図２を基にして説明し、次に、発泡領域と未発泡領域を区別して成型するための基礎となる、樹脂の充填から金型の開放までの時間と出来上がる発泡成形体との関係についてを、図３〜図４を基に説明する。
【００１７】
図２において、２０は金型で、金型２０は可動金型２１と固定金型２２とで構成され、該可動金型２１と固定金型２２によってキャビティ６が構成される。また、可動金型２１と固定金型２２は図示しない金型締め圧制御部によって型締め力を制御されている。キャビティ６は厚み幅が均一であり、これにより、幅が均一な発泡体が成形される。
先ず図２（Ａ）に示すように、キャビティ６内に発泡剤を含む樹脂７を射出し、図２（Ｂ）に示すようにキャビティ６内に充填する。
【００１８】
この状態においては、金型２０に接している部分から硬化が始まりスキン層が形成されていくが、金型２０には金型締め圧制御部によって型締め圧が掛かっていることから、キャビティ６内部の樹脂の溶融部分では分解した発泡剤のガスが圧縮されるため、発泡が抑制される。その後、所定時間が経過しスキン層が適度な厚みに形成された後に、型締め圧を落として金型を開くと、キャビティ６内部の樹脂の溶融部分は、発泡が促進され発泡層として形成される。以上により、表面がスキン層で内部が発泡層となる３層構造の発泡成形体が形成される。
【００１９】
この３層構造の発泡成形体を形成するにあたり、金型２０に射出を完了してから金型２０を開くまでの時間を変えることによって出来上がる発泡成形体は次のようになる。
まず、図３に示されるように、充域後ｔ₁時間内に可動金型２１を開くと、図４（Ａ）に示されるように、硬化したスキン層２の厚さが薄く、発泡層３のセルが大きく厚みのある３層構造が形成される。
【００２０】
図３に示すｔ₁〜ｔ₂時間内に可動金型２１を開くと、図４（Ｂ）に示すように、スキン層２の厚みが図４（Ａ）の場合より厚くなり、かつ内部にも発泡層３が形成された３層構造が形成される。この状態が発泡成形体として最も好適である。
【００２１】
次に図３で示すｔ₂〜ｔ₃時間内に可動金型２１を開くと、図４（Ｃ）に示すように、スキン層２の厚さが更に厚くなり、溶融部分が少なくなる。したがって発泡力が残っている部分は所定量発泡し発泡層となるが、発泡力の弱い部分は、そのまま硬化する。
【００２２】
更に図３で示すｔ₃時間以後に可動金型２１を開くと、図４（Ｄ）に示すように、ほぼ全体が硬化しているためスキン層２のみとなる。
このように、射出完了から金型の開放までの時間を長くすることによって、スキン層２はより厚く形成されるが、スキン層２の形成速度は材料の性質に依存していることから、キャビティ６の厚みを変えれば、射出完了からキャビティ内全体が硬化してスキン層のみからなる１層構造の成形体が得られるまでの時間は変化する。本発明の製造方法はこの現象を利用してなされるものであり、その原理について、図５、図６を基にして説明する。
【００２３】
図５は同時に発泡領域４と未発泡領域５とを形成させる金型２０を示している。
図５に示すように、金型２０のキャビティ６内に、図１で説明した発泡領域４に対応する部分の厚さ６Ａを未発泡領域５に対応する部分の厚さ６Ｂより厚くする。
【００２４】
このような金型２０のキャビティ６内に発泡剤を含む樹脂７を充填させると、時間の経過と共に図６で示す状態となる。なお図６の厚さ０．１ｍｍは図５の６Ｂに対応し、厚さ０．２ｍｍは図５の６Ａの厚さに対応させている。
前述した図４の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）の状態となる時間ｔ₁，ｔ₂およびｔ₃は、キャビティ６の厚さに関係し、厚さが厚くなるに従って相対的に時間が長くなる。
【００２５】
すなわち、図６で示す厚さ０．１ｍｍに対する時間ｔ₁，ｔ₂およびｔ₃に対して、厚さ０．２ｍｍの場合はｔ₁′，ｔ₂′およびｔ₃′となる。
したがって、図５の厚さ６Ｂの未発泡領域５が、その全体が硬化しスキン層の１層構造となるｔ３以降であって、且つ、厚さ６Ａの発泡領域４が、スキン層と発泡層の好適な３層構造として形成されるｔ２′までの時間（図６でＡ−Ｂ間）に、可動金型２１を開くことによって、図１で示した状態の発泡成形体１が得られる。
【００２６】
つぎに、図７〜図９を参照して、スピーカ振動板を発泡成形体で形成させる場合の実施例を説明する。
図７は可動金型２１の正面図であり、全体が略円形に形成され、図７（Ａ）では中心および中心より放射状に延びる部分を対象にキャビティの厚さを厚くして発泡領域４に、その他の部分を未発泡領域５としている。また図７（Ｂ）では中心部分より円周方向にキャビティの厚さを厚くし、厚くした部分の形状の一例を示しており、形状を変えることによって所望の音響特性を得るための補強がなされた振動板を得ることができるとともに、振動板上に図形をデザインすることができる。
【００２７】
図８は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。
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に保持された可動金型２１と固定プラテン２５に保持された固定金型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。
【００２８】
固定金型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。
【００２９】
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。
まず、図９（Ａ）に示すように、型締め機構１０によって金型２０の可動金型２１と固定金型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。
【００３０】
このとき、樹脂混合材の温度は約２４０℃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の可動金型２１と固定金型２２とによって形成されるキャビティの厚みは発泡部が０．２２ｍｍ、未発泡部が０．１ｍｍ程度とされている。
【００３１】
またこのとき、同図（Ｂ）に示すように、可動金型２１と固定金型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金型２１及び固定金型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。
【００３２】
次いで、同図（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脹らみ、発泡が開始される。
【００３３】
ここで、可動金型２１の型開きタイミングについて説明する。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の可動金型２１及び固定金型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。
【００３４】
このため、図６で説明したように、未発泡領域５では硬化し、発泡領域４では良好な発泡が行われる時間ＡＢ間である０．１０〜０．１５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２０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。
【００３５】
上記の金型２０を開く量は０．５ｍｍ程度とし、０．５ｍｍ開くことにより発泡部は０．５ｍｍ、未発泡部に金型と同じ０．１ｍｍの成形体が得られる。また金型の開き速度は０．５ｍｍを０．２０秒、すなわち約２．５ｍｍ／ｓ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。
【００３６】
更に、金型２０の可動金型２１と固定金型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。
【００３７】
ここで、この実施例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、ＭＡ０４三菱化学（株）にガラスファイバ５％、マイカ５％を添加したものを用い、発泡剤としては、ＥＥ−２０６永和化成工業（株）のものを用い、配合比は発泡剤を０．１重量比とした。また、金型のキャビティの厚みは、発泡領域４に対応する部分６Ａを０．３０ｍｍ、未発泡領域に対応する部分６Ｂを０．１５ｍｍ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。
【００３８】
以上のような発泡成形体の成形方法により、発泡領域４が約１．７倍の厚みとなるように発泡して肉厚が０．５０ｍｍとなり、未発泡領域５は０．１５ｍｍとなる円錐型コーン形状が得られた。発泡領域４は表面にスキン層、内部に発泡層が形成された３層構造であり、発泡層による乱反射で白色不透明となる。一方、未発泡領域５はスキン層の１層構造であり、ポリプロピレンの半透明膜として形成される。このように、発泡領域４と未発泡領域５は色調が異なるため、所望のデザインを形成することができる。
【００３９】
このように、この実施例では、型締め圧を与えた固定側金型２１と可動側金型２２との間のキャビティ内に射出装置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した後、固定側金型２１と可動側金型２２との締め圧を落とすことにより金型を開かせて発泡剤の発泡を行わせた。
【００４０】
したがって、スピーカ振動板用の樹脂に添加した発泡剤の発泡によって発泡成形振動板が得られるため、比重が下げられることから、剛性を下げずに軽量化を図ることが可能となる。
【００４１】
また、従来の振動板全面が発泡領域となるように形成した振動板に比べて、音響特性上においても優れたものとすることができる。これを説明するにあたってまず、従来の発泡成形体による振動板の利点、欠点について説明する。成形体の剛性は材料のヤング率の１乗と厚さの３乗に比例するが、従来の発泡成形体による振動板は、比重を下げ厚さを増すことで、振動板に望まれる軽量且つ高剛性が達成され、分割共振周波数を高域にシフトできるため、歪み、ハイパワー時のなきのない振動板を実現していた。
【００４２】
しかし、分割共振が発生した場合のピークディップは大きくなるという欠点があった。すなわち、図１０は全体が未発泡の樹脂振動板の音響特性、図１１は図１０の振動板と同径、同重量である全体を発泡させた従来の発泡振動板の音響特性を示しているが、これらの図に示されるように、従来の発泡振動板は高域で発生した分割共振のレベルは大きくなっていた。
【００４３】
そこで、本発明のように振動板の一部分を発泡させることで、軽量且つ高剛性であり分割共振レベルを抑えた発泡振動板を実現することができる。具体的には、図７（Ａ）のように発泡領域４を半径方向に延在するリブとして形成するのが好適であり、発泡領域の部分的な形成で振動板の剛性をより高めることができる。しかも、リブの形成にあたって振動板の重量はほとんど増加することがないため、高域特性の劣化はない。
【００４４】
また、発泡領域と未発泡領域を有する二色成形体を形成するための効果的条件としては、未発泡部が０．５ｍｍ以上になると、完全に固化する間での時間が長くなり、発泡の原理で説明した不安定な発泡が長く、発泡しない時間帯がくるのが遅くなる。これに対し、この時間帯に開いても発泡させたい部分が良好な発泡になるようにするには、未発泡部に対して３倍以上の厚さに設定しなければならなくなり、重くなってしまう。さらに、樹脂圧で発泡剤の発泡を抑えることが難しくなり、成形条件のばらつきなどで微細発泡が生じやすくなるため、未発泡領域の透明性が損なわれてしまう。従って、あまり重量を上げることなく効果的な補強効果を持たせるためには未発泡部が０．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４５】
なお実施例では可動金型２１を開かせるのにバネを用いるようにしたが、機械的に開かせるようにしてもよい。
また実施例では金型２０を閉じた状態で樹脂を射出充填させるようにしていたが、樹脂の射出前に所定量開いておき、樹脂を所定量射出してから金型を閉じて充填させ、その後金型を再び開き樹脂を発泡させるようにしてもよい。このようにすることによって、薄厚でも樹脂を均一に充填させることができ、歪みがなくなる。
【００４６】
また実施例では、図５で説明したように、金型２０のキャビティ６に、発泡領域となる部分の厚さを厚くするようにしていたが、図１２に示すように、発泡領域となる部分２１Ａ′のみを移動可能とし、該発泡領域となる部分２１Ａを図３で説明した時間ｔ₁〜ｔ₂間に開くようにしてもよい。この場合は、２色成形体として施されるデザインが複雑になると、金型２０の形成が難しく金型形成コストも上がるため、図５で説明した金型による成形の方がより好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
内部が発泡層で表面が未発泡層の３層構造に形成された発泡領域と未発泡層の１層構造の未発泡領域を有するようにしたので、剛性を劣化させることなく、表面に異なる色調でデザインされ、軽量で薄肉化されたスピーカ振動板を得ることができる。
【００４８】
また金型のキャビティの厚さを、発泡領域に対しては厚くし、充填した樹脂が未発泡領域では硬化し、未発泡領域では内部に未硬化の状態となる時間で金型を開くようにしたので、容易に内部が発泡層で表面が未発泡層の３層構造に形成された発泡領域と未発泡層の１層構造の未発泡領域を有する発泡成形体およびスピーカ振動板を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発泡成形体の断面図である。
【図２】本発明の原理を説明するための金型の断面図である。
【図３】本発明の原理を説明するための時間スケール図である。
【図４】本発明の原理を説明するための樹脂硬化状態説明図である。
【図５】本発明の金型の断面図である。
【図６】本発明の金型を開く時間を説明するための図である。
【図７】本発明のスピーカ振動板用金型の正面図である。
【図８】本発明の発泡成形体の成形方法の一実施例に係る射出成形機を示すものである。
【図９】スピーカ振動板の成形方法について説明するための図である。
【図１０】未発泡領域のみで構成されたスピーカ振動板の周波数特性の一例を示す図である。
【図１１】本発明によるスピーカ振動板の周波数特性の一例を示す図である。
【図１２】本発明の金型の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１発泡成形体
２スキン層（未発泡層）
３発泡層
４発泡領域
５未発泡領域
６キャビティ
７樹脂
２０金型
２１可動金型
２２固定金型

Claims

発泡剤を含む樹脂を射出成形することによって形成された発泡成形体によるスピーカ振動板であって、内部が発泡層で表面が未発泡層の３層構造に形成された発泡領域と未発泡層の１層構造の未発泡領域とを有することを特徴とする発泡成形体によるスピーカ振動板。
前記樹脂は半透光性樹脂であることを特徴とする請求項１記載のスピーカ振動板。
前記未発泡領域の厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発泡成形体によるスピーカ振動板。
前記スピーカ振動板は全体が略円形に形成され、前記発泡領域が振動板の中心に対して対称となる領域に形成されることを特徴とする請求項１または２または３記載の発泡成形体によるスピーカ振動板。
発泡剤を含む樹脂を金型内に射出し、射出充填完了後所定時間が経過した後に金型全体を開かせることで、発泡領域と未発泡領域を有する発泡成形体を形成する発泡成形体の成形方法であって、前記金型のキャビティは前記発泡領域に対応する厚肉空間と前記未発泡部に対応する薄肉空間を有し、前記所定時間は、前記薄肉空間に充填された樹脂は硬化し、前記厚肉空間に充填された樹脂が硬化し終わらないまでの時間に設定されることを特徴とする発泡成形体の成形方法。
発泡剤を含む樹脂を金型内に射出し、射出充填完了後所定時間が経過した後に金型全体を開かせることで、発泡領域と未発泡領域を有する発泡成形体を形成する発泡成形体によるスピーカ振動板の製造方法であって、前記金型のキャビティは前記発泡領域に対応する厚肉空間と前記未発泡部に対応する薄肉空間を有し、前記所定時間は、前記薄肉空間に充填された樹脂は硬化し、前記厚肉空間に充填された樹脂が硬化し終わらないまでの時間に設定されることを特徴とする発泡成形体によるスピーカ振動板の製造方法。
前記金型は前記所定時間経過後に型締め力を落とすことを特徴とする請求項６記載の発泡成形体によるスピーカ振動板の製造方法。
前記発泡領域は内部が発泡層で表面が未発泡層による３層構造で、前記未発泡領域は未発泡層による１層構造であることを特徴とする請求項６または７記載の発泡成形体によるスピーカ振動板の製造方法。