JP4033048B2 - スピーカ振動板の製造方法及びスピーカ振動板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形されたスピーカ用の振動板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スピーカ用の振動板として、樹脂成形部品で構成されたものがある。ところで、振動板には、ピストン運動領域を拡大するために、比弾性率Ｅ／ρ（Ｅ：弾性率、ρ：密度）が大きいこと、周波数特性を滑らかにするための内部損失が大きいことが要求される。このため、樹脂成形部品で構成された振動板の場合には、従来から弾性率を向上させるため、内部損失が比較的大きい熱可塑性樹脂に高弾性繊維やフィラを高充填させた材料が射出成形、シート成形で多く使われている。しかし、これら添加量の増加に伴い材料比重が増え、比弾性率の向上に影響を与え、同時に射出成形では樹脂流動長が低下して薄肉充填が困難になることから、両物性の向上には限界がきている。
【０００３】
従来から比弾性率を向上させるため、密度を小さくする手法も取られている。高分子材料からなる振動板では、化学発泡剤を添加した成形振動板とすることが知られている。発泡により軽量化は実現されるが、発泡径が大きいためヤング率の低下が著しく、比弾性率の向上を望めないばかりでなく、発泡形態が不均一であり、外観的にも優れたものを作りにくいなど、問題点が多い。最近では射出成形と化学発泡、強化繊維を組み合わせた発泡振動板が提案されている。
【０００４】
一方、近年樹脂成形技術に関して、微細孔発泡セルを形成する方法として、超臨界流体を用い、発泡密度を１０⁹／cm²個以上均一分散させたマイクロセルラー技術が知られている。本方法によると、強度を低下させることなく樹脂製品の軽量化が可能である。
【０００５】
特許文献１には、上述したマイクロセルラー技術についての開示がある。
【０００６】
また、特許文献２には、上述した射出形成と化学発泡、強化繊維を組み合わせた発泡振動板についての開示がある。
【０００７】
【特許文献１】
特表平６−５０６７２４号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−３４０５９４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
射出成形と化学発泡、強化繊維を組み合わせた発泡振動板では、射出成形時に振動板のスキン層の内部で発泡セルが面厚方向に縦長に発泡することにより、スキン層を補強する効果を作り出している。しかし、化学発泡のため発泡セルは数百μｍと大きく、その大きさを制御して面全体に均一な発泡状態をつくることは極めて困難である。これを補強するために強化繊維も取り入れているが、繊維は内部発泡セルを補強せず、比弾性率の向上効果には限界があった。
【００１０】
一方、マイクロセルラー技術を用いた方法では、結晶性の熱可塑性シートに超臨界炭酸ガスを含浸させ、圧力開放と同時に１０μｍ程度に均一なマイクロセルラーシートを作り、シート成形した振動板が知られている。これは、従来からの発泡シートに比べると均一性があり、外観的にも優れたものであった。しかし、使用する未発泡の結晶性樹脂はポリエステル樹脂等の単一材料シートのため、従来の振動板材料に比べ弾性率が低く、発泡させることでさらに弾性率が低下していた。そのため比重は小さいものの弾性率の低下が大きく、振動板としての使用には問題があった。
【００１１】
また、この技術を応用した射出成形振動板も提案されている。マイクロセルラー技術の場合、炭酸ガスを超臨界状態（７．４ＭPa以上、３１℃以上）で成形機のシリンダ内に取り込み、溶け込んだ炭酸ガスが過飽和状態の溶融樹脂を作り、これらが金型内に成形されると同時に圧力開放がなされ、微細な発泡を作ることを特徴としている。しかし、振動板の様な薄肉射出成形の場合、樹脂の固化速度が速く、提案されている様な射出成形時に均一な発泡体を形成することはきわめて困難となる。
【００１２】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、軽量化を図り、比弾性率を高度に保ちつつ、剛性化を高めた樹脂成形されたスピーカ振動板を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂で成形され、表面と裏面との間の厚さが１ｍｍ以下で構成されるスピーカ振動板として、樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂に、所定の圧力で炭酸ガスを連続的に加えて金型に充填させ、樹脂充填後の金型の若干の移動を行うことで、表面から裏面までの厚みの間で順に、熱可塑性樹脂が未発泡で表面から所定厚さの第１のスキン層と、発泡形状が金型内の樹脂の流動方向の発泡径１に対し長さ２以上のほぼ円筒状を有する第１の発泡層と、熱可塑性樹脂が未発泡のコア層と、発泡形状が金型内の樹脂の流動方向の発泡径１に対し長さ２以上のほぼ円筒状を有する第２の発泡層と、熱可塑性樹脂が未発泡で裏面から所定厚さの第２のスキン層とを形成させるようにしたものである。
【００１４】
このようにしたことで、比弾性率と剛性率を高度に保ち、かつ軽量化を実現した樹脂成形部品が形成でき、スピーカ用の振動板に適した性質に成形できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図１から図７を参照して説明する。
【００１６】
本例の樹脂成形部品の一例として、スピーカ用の振動板に適用した例について説明する。図１は、本例の振動板の形状の例を示した図である。本例の振動板１００は、例えば外径１１０ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚み０．３０ｍｍのコーン型振動板である。成形時には、成形装置に配置された金型のコールドゲートからフィルムゲートを通じて、中央部１０１の樹脂注入部１０１ａから樹脂が充填されて、その中央部１０１から薄肉の振動部１０２へ均一に広がる形状としている。本例においては、この振動板１００を成形させる樹脂として、樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂を使用し、成形時の炭酸ガスの溶解で、振動板１００を構成する樹脂そのものの内部に、微細な発泡セルを有する発泡層を形成させるようにしてある。この発泡層を形成させるための処理については後述する。
【００１７】
図２及び図３は、図１に示した振動板１００の振動部１０２の断面を示すものである。図２は樹脂流動方向、即ち図１のＸ方向の断面図、図３は樹脂流動方向と直交する方向、即ち図１のＹ方向の断面図である。また、図６は図２に対応する顕微鏡写真、図７は図３に対応する顕微鏡写真である。この樹脂発泡構造は中心に形成された未発泡のコア層１と、このコア層１の両表面に形成された微細配向発泡層２，３と、その外側に位置する未発泡のスキン層４，５とからなる５層構造で、その全厚みが０．１〜１ｍｍ程度の薄さのものである。
【００１８】
微細配向発泡層２，３に形成された発泡セルは、直径が５０μｍ以下、長さが径の２倍以上の円筒形状を示している。即ち、成形時に樹脂が流動する方向である、図２に示したＸ方向の断面として見た場合に、それぞれの発泡セルが細長い形状となり、図３に示したＹ方向の断面として見た場合に、それぞれの発泡セルがほぼ円形となる。この図３に示した円形の発泡セルの径が５０μｍ以下になる。この発泡セルは微細配向発泡部に極めて多数分散しており、振動板全体の厚みの５０％以下を占めている。これらの発泡セルは微細配向発泡層２，３のみに存在し、同様に炭酸ガスを含んでいるコア層１やスキン層４，５には形成されない。
【００１９】
このような円筒形状の発泡セルができる原理について説明すると、一般には、振動板の様な薄肉成形品においては樹脂の固化速度が速く、炭酸ガスを溶解していても、発泡を形成させるだけの樹脂粘度が得られない。しかし、本例の様に樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂を使用して、充填時に結晶配向が進んでいる場合、樹脂部分がフィビリル化して溶解した炭酸ガスが樹脂流動方向に特異的に発泡することが可能となる。
【００２０】
このような樹脂は、樹脂流動方向に結晶化が促進される結晶性の熱可塑性樹脂のうち、例えば振動板の様な薄肉成形時に結晶配向部を形成しうる材料にかぎられるが、結晶層を形成しやすく、弾性率の向上が大きい超高分子量ポリオレフィンを含んだポリオレフィンなどが好ましい。具体的には、１３５℃デカリン溶液中での極限粘度が１０〜４０dl/gである超高分子量ポリオレフィンと、極限粘度が１〜５dl/gである高分子量ポリオレフィンとを多段階重合して得たポリオレフィン組成物を主体とする樹脂であるのが好ましい。
【００２１】
本例の振動板は、射出成形法によって成形される。使用する射出成形装置の概要を図４に示す。可塑化スクリュー部１１のホッパ投入部１３後に炭酸ガスを圧入できる炭酸ガス圧入部１４をもつ射出成形装置を使用し、ホッパ１２から原料となる樹脂を投入して可塑化スクリュー部１１で加熱、溶融する。炭酸ガス圧入部１４から可塑化スクリュー部１１へ炭酸ガスを圧入し、可塑化シリンダ１５内で炭酸ガスを溶融状態の樹脂に浸透させる。この時、ボンベ１６からの炭酸ガス圧力が樹脂圧力よりも低い場合、圧入は困難となる。従って、樹脂圧力を検知しながら昇圧ポンプ１７を用い、ガス圧を調整して圧入する必要がある。炭酸ガスは気体や、超臨界状態等であれば特に限定されないが、炭酸ガスの樹脂への溶解力を大きくすることが必要なため、圧力は高い方が望ましい。しかし必要以上な圧力の増加は成形品表面の大きなフクレ発生の原因となるため、好ましくない。
【００２２】
金型１８、１９には、炭酸ガスが溶解した圧力の高い状態の樹脂が高速射出されるため、閉じた状態ではカウンタープレッシャー等を与えておく。例えば金型内の圧力を調整するために、昇圧ポンプ１７から圧力調整用ガス注入部２０へ炭酸ガスを送る等により、射出する樹脂と同等の圧力に変えておくことが良い。従って樹脂注入時に金型から溶解した炭酸ガスが逃げない様に、ゴムなどでパッキンシールすることが望ましい。
【００２３】
また、射出成形機の型締め機構２１は、油圧の直圧式、または電動式等を用い、発泡厚みをコントロールするために樹脂充填後、瞬時に得たい厚みまで開放することが可能な装置とする。また、本例では、射出成形機が備える射出ユニットは最高射出圧力２８００kg／cm²、最高射出速度１５００mm／s 、立ち上がり速度１０msに調整された高速成形機である。
【００２４】
以下に本例を用いた振動板を成形させる実施例と、その比較例について説明する。
【００２５】
実施例１
使用した樹脂は、射出した際に微細配向発泡層が形成しやすい樹脂の１つである、超高分子量ポリオレフィンと他の高分子量オレフィンを多段階重合させた特殊ポリオレフィン樹脂（商品名：リュブマーＬ３０００、三井化学製）である。ホッパ１２から樹脂を投入し、可塑化スクリュー部１１で２８０℃に加熱、溶融させ、液化炭酸ガスをボンベ１６から昇圧ポンプ１７によって６ＭPaに昇圧して可塑化スクリュー部１１に圧入した。金型１８、１９は温度８０℃とし、射出速度８００mm／s で樹脂を充填、保圧後、金型１８，１９を０．２ｍｍ開き、冷却して振動板を取り出した。
【００２６】
このようにして得られた成形品は、外観はスキン層が形成され、振動板全体にわたり図２，図３に示した状態に均一に発泡した良好なものであった。得られた振動板の厚みは０．４９〜０．５２ｍｍで、金型の開き量とほぼ同様の厚みであり、約１．７倍の発泡が確認できた。これらを樹脂流動方向と直交する方向に切削すると円筒形状の発泡セルはスキン層の下部の微細配向発泡層に集中して起こり、コア層には発泡セルは見出せない。その発泡形状は、流動方向に沿って筒状に形成され、発泡径は５０μｍ以下である。この部分は高速薄肉成形を進めたために、結晶配向が促進された層である。
【００２７】
実施例２
実施例１と同様の樹脂を用いて成形を行うが、充填後に金型を０．４ｍｍ開き、さらに発泡倍率を向上させた。得られた振動板の厚みは約０．７ｍｍとなり、実施例１と同様な発泡形状を示した。
【００２８】
実施例３
実施例１、２と同様の樹脂を用いて、充填後に０．６ｍｍ金型を開き成形した。得られた振動板は表面にひけが生じ、均一な状態は得られなかったが、発泡の形態は実施例１，２と同様な形状を保っていた。
【００２９】
これらより、炭酸ガスを溶解させても一定以上には発泡せず、断面上でも発泡可能な部分が微細配向発泡層２，３に限られていることが判る。即ち、１ｍｍ以下の厚さに樹脂成形する場合に、良好な発泡状態で成形できることが判る。
【００３０】
比較例１
実施例１と同様の樹脂を用いて、充填後金型を開かず成形を行った。樹脂には炭酸ガスは溶解しているものの、薄肉のため樹脂は固化して発泡現象は全く見られなかった。
【００３１】
比較例２
材料に汎用のポリプロピレン樹脂（以下ＰＰと称する）を用い、成形温度２４０℃、射出速度８００mm／s で充填を行った。金型は実施例１と同様に充填後０．２ｍｍ開き圧力開放を行った。その結果、振動板にはほとんど発泡現象が現れず、厚みも初期状態の０．３ｍｍのままであったが、型を開いたことで不均一な様相を呈していた。また、ＰＰにマイカ等の無機フィラを導入した系でも同様であり、高速高圧の薄肉成形において樹脂に溶解した炭酸ガスの発泡を得ることはできなかった。
【００３２】
この結果から、炭酸ガスが溶解した汎用の樹脂は、振動板の様な薄肉成形においては樹脂の固化速度が速く、発泡現象を見出すことはできない。しかし、本例に示したように、充填時に結晶配向化を伴うフィビリル化現象が見られるものに対しては、発泡現象を助長することができる。
【００３３】
比較例３
同様のＰＰを用い、それらに化学発泡材を０．１重量部ドライブレンドし、振動板を成形した。成形温度２２０℃、金型温度８０℃に設定し、充填、保圧後金型を０．２ｍｍ開き発泡させた。発泡材は所定の温度で、分解により窒素ガスを発生し、表面外観は好ましくないが厚み０．５ｍｍ程度の発泡体が得られた。断面を見ると、発泡径は１００μｍ以上と大きく、球形に近い状態で数個ずつランダムに並んでいた。
【００３４】
上記の実施例１、実施例２、実施例３及び比較例１、比較例３の物性を振動リード法で測定した結果を図５に示している。測定試料は振動板の流動方向に幅７ｍｍに切削して用いた。また、剛性率は、比較例１の未発泡状態をリファレンスとして剛性率１として比較した。
【００３５】
測定結果によると、実施例１，実施例２，実施例３の振動板の比弾性率は発泡倍率（型開き）の増加に伴い低下するが、剛性率は大きく増加する。これに比べ、比較例３の発泡剤入りＰＰの振動板は、比弾性率が低く、剛性率も低い。従って、本例を用いれば、適切な発泡倍率の選定で、良好な特性の振動板が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によると、樹脂成形部品の全体に均一な状態でスキン層とコア層が形成された状態で、その間に微細発泡セルを作ることが可能となり、薄肉成形による結晶配向によって、微細配向発泡層を形成することが可能となるため、軽量化を実現するとともに、剛性率が高く、かつ比弾性率も高い値を保持することが可能となる。
【００３８】
従って、例えば本発明により得られた樹脂成形部品をスピーカ用の振動板に適用することで、振動板の共振周波数が高くなり、再生周波数帯域の拡大等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による振動板の形状を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態による振動板の樹脂流動方向の断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による振動板の樹脂流動方向に対する直交方向の断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態による射出成形機の構成例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態による振動板およびその他の振動板における物性の測定結果を示す特性図である。
【図６】図２に対応する顕微鏡写真である。
【図７】図３に対応する顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１…コア層、２、３…発泡層、４、５…スキン層、１１…可塑化スクリュー部、１２…ホッパ、１３…ホッパ投入部、１４…炭酸ガス圧入部、１５…可塑化シリンダ、１６…ボンベ、１７…昇圧ポンプ、１８、１９…金型、２０…圧力調整用ガス注入部、２１…型締め機構、１００…振動板、１０１…中央部、１０１ａ…樹脂注入部、１０２…振動部

Claims (5)

1. 樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂で成形され、表面と裏面との間の厚さが１ｍｍ以下で構成されるスピーカ振動板の製造方法において、
   樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂に、所定の圧力で炭酸ガスを連続的に加えて金型に充填させ、
   前記充填後の金型の若干の移動を行うことで、
   前記表面から前記裏面までの厚みの間で表面側から順に形成される層として、前記熱可塑性樹脂が未発泡で表面から所定厚さの第１のスキン層と、発泡形状が金型内の樹脂の流動方向の発泡径１に対し長さ２以上のほぼ円筒状を有する第１の発泡層と、前記熱可塑性樹脂が未発泡のコア層と、発泡形状が金型内の樹脂の流動方向の発泡径１に対し長さ２以上のほぼ円筒状を有する第２の発泡層と、前記熱可塑性樹脂が未発泡で裏面から所定厚さの第２のスキン層とを形成させる射出成形を行う
   スピーカ振動板の製造方法。
2. 請求項１記載のスピーカ振動板の製造方法において、
   前記樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂は、超高分子量ポリオレフィンを含んだポリオレフィン組成物を主体とする樹脂である
   スピーカ振動板の製造方法。
3. 樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂で成形され、表面と裏面との間の厚さが１ｍｍ以下で構成されるスピーカ振動板であって、
   前記表面と前記裏面との間の厚み方向の構成として、
   表面から所定厚さで形成されて、前記熱可塑性樹脂が未発泡の第１のスキン層と、
   裏面から所定厚さで形成されて、前記熱可塑性樹脂が未発泡の第２のスキン層と、
   前記第１のスキン層の前記表面とは反対側の端と連続して形成されて、前記熱可塑性樹脂の発泡形状が成形を行う際の樹脂の流動方向の発泡径１に対し長さ２以上のほぼ円筒状を有する第１の発泡層と、
   前記第２のスキン層の前記裏面とは反対側の端と連続して形成されて、前記熱可塑性樹脂の発泡形状が成形を行う際の樹脂の流動方向の発泡径１に対し長さ２以上のほぼ円筒状を有する第２の発泡層と、
   前記第１及び第２の発泡層の間に位置し、前記熱可塑性樹脂が未発泡のコア層とを備え
   た
   スピーカ振動板。
4. 請求項３記載のスピーカ振動板において、
   前記樹脂流動方向に結晶化が促進される熱可塑性樹脂は、超高分子量ポリオレフィンを含んだ、ポリオレフィン組成物を主体とする樹脂である
   スピーカ振動板。
5. 請求項３記載のスピーカ振動板において、
   前記第１及び第２の発泡層は、樹脂成形を行う際に炭酸ガスを所定の圧力で溶解させることで形成させた
   スピーカ振動板。

Images