JP4515829B2

JP4515829B2 - スピーカー振動板

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Publication number: JP4515829B2
Application number: JP2004164719A
Authority: JP
Inventors: 祐司小野
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: JP2005348045A

Description

本発明は、スピーカー振動板に関する。より詳細には、本発明は、剛性と内部損失とのバランスに優れ、かつ、成形性に優れたスピーカー振動板に関する。

一般に、スピーカー振動板に要求される特性としては、ヤング率（弾性率、剛性）が高いこと、および、適度な内部損失（ｔａｎδ）を有することが挙げられる。ヤング率を改善する手段としては、代表的には、カーボン繊維とエポキシ樹脂との組み合わせによるＦＲＰを用いた振動板が挙げられる。内部損失を改善する手段としては、代表的には、ポリプロピレンのような合成樹脂を用いた振動板が挙げられる。

上記のような振動板は、それぞれに問題を有している。具体的には、ＦＲＰ振動板は高いヤング率を有しているが、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂の内部損失が小さいので、結果として、振動板全体の内部損失が小さくなる。従って、このような振動板は、共振が発生しやすく、ピークディップの多い周波数特性を有することなり、材料固有の音の発生を防止することは困難である。合成樹脂振動板は、内部損失が大きいので良好な周波数特性を有する場合が多いが、剛性および耐熱性が不十分である。

剛性を改善するために、高弾性率繊維（例えば、アラミド繊維）の織布に熱硬化性樹脂を含浸・硬化させてなる振動板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２７０４９０号公報

しかし、特許文献１に記載の技術によれば、特に大口径のコーン型振動板の成形において非常に大きな問題が発生する。具体的には、成形時に織布の目ズレが起こり、劣悪な外観の振動板しか得られないことが多い。目ズレを起こさないよう繊維を目止めすると、成形時に歪みが残ってしまい、振動板が糸目に沿って非常に大きく変形してしまうことが多い。

以上のように、剛性と内部損失とのバランスに優れ、かつ、成形性に優れたスピーカー振動板が強く望まれている。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、剛性と内部損失とのバランスに優れ、かつ、成形性に優れたスピーカー振動板を提供することにある。

本発明のスピーカー振動板は、ポリトリメチレンテレフタレート繊維の織布を含む基材と、該基材に含浸および硬化された熱硬化性樹脂とを有する。

好ましい実施形態においては、上記熱硬化性樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂である。

好ましい実施形態においては、上記ポリトリメチレンテレフタレート繊維は、撚りのない繊維である。

好ましい実施形態においては、上記ポリトリメチレンテレフタレート繊維の少なくとも一部は、第２の熱硬化性樹脂でコーティングされている。

好ましい実施形態においては、上記第２の熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂である。

好ましい実施形態においては、上記ポリトリメチレンテレフタレート繊維を構成する１，３−プロパンジオールは、トウモロコシ由来である。

本発明の別の局面においては、上記スピーカー振動板を備えるスピーカーが提供される。

本発明によれば、基材に織布を使用することにより振動時に繊維同士がずれやすくなるので、振動エネルギーが熱エネルギーに変換され内部損失が大きくなる。さらに、本発明に用いられるポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）織布は織り密度が非常に大きいので、成形後の振動板においては、バインダーとしての熱硬化性樹脂が織布を構成する繊維間に少量しか存在しない。その結果、基材に実質的に織布層と樹脂層とを有する積層構造が形成されることになり、このような構造が内部損失のさらなる向上に寄与する。加えて、ＰＴＴ織布の織り密度が非常に大きいことにより、優れたヤング率も維持される。従って、従来技術では困難であったヤング率と内部損失との両立が達成される。しかも、ＰＴＴは非常に優れた柔軟性（伸び）を有するので、良好な深絞り成形が可能となり、その結果、非常に優れた特性を有する大口径コーン振動板が得られる。

本発明のスピーカー振動板は、基材と、該基材に含浸および硬化された熱硬化性樹脂とを有する。熱硬化性樹脂は、任意の適切な熱硬化性樹脂が採用され得るが、好ましくは不飽和ポリエステル樹脂またはメラミン樹脂である。不飽和ポリエステル樹脂は、硬化速度が速く、硬化温度が低いので製造が容易であり、かつ、優れた内部損失を有するスピーカー振動板が得られる。メラミン樹脂は、強度の向上に大きく寄与する。

基材は、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維の織布を含む。ＰＴＴは非常に柔軟で伸びやすいので、良好な深絞り成形が可能となる。その結果、非常に優れた特性を有する大口径のコーン型振動板が得られる。好ましくは、ＰＴＴの破断伸度は４２〜４８％である。このような範囲の破断伸度を有することにより、きわめて良好な深絞り成形が可能となる。さらに、ＰＴＴ繊維は、風合いに優れるので、優れた外観を有する振動板が得られる。加えて、ＰＴＴ繊維は耐光性に非常に優れているので、紫外線を直接受ける環境下（例えば、屋外）で使用しても外観が変色し難いスピーカー振動板が得られる。

周知のように、ＰＴＴは１，３−プロパンジオールとポリエチレンテレフタレートとから得られる。好ましくは、１，３−プロパンジオールは、石油由来ではなく、トウモロコシ由来である。具体的には、１，３−プロパンジオールは、トウモロコシを発酵させることにより得られる。より詳細には、トウモロコシから得られる糖がグリセリンに転化され、さらに、１，３−プロパンジオールに変換される。このような一連の反応は、遺伝子修飾された単一微生物によって行われる。このようなプロセスを用いることにより、１，３−プロパンジオールの大量生産が可能である。しかも、このプロセスは、自発的な発酵によって進行するので、外部から大量のエネルギーを導入する必要がなく、非常に環境負荷が少ない。したがって、このようなトウモロコシ由来の原料を用いることは、環境問題を解決する観点からもきわめて好ましい。また、得られるＰＴＴ自体も生分解性を有するので、振動板を廃棄する際にも環境への悪影響が少ない。

このＰＴＴ織布の織り組織としては任意の適切な組織（例えば、平織り、綾織り、朱子織り、これらの組合せ）が採用され得るが、好ましくは平織りである。縦／横の強度が強く深絞り成形し易いからである。従って、特に大口径のコーン型振動板用途において好ましい。平織りの場合の織り密度（目付け）は、好ましくは１５０〜１９０ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは１６０〜１８０ｇ／ｍ^２である。このような範囲の織り密度は、通常の織布の織り密度に比べて顕著に大きいので、強度の増大効果が大きいからである。さらに、成形性にも優れるからである。

好ましくは、上記織布を構成するＰＴＴ繊維は、撚りがかかっていない繊維（無撚繊維）である。無撚繊維を用いることにより、目付け当りの厚みを極端に薄くすることができるので、結果として、軽量で、かつ非常に優れた強度を有する振動板を得ることができる。例えば、通常の熱可塑性樹脂繊維は撚りがかかっており、その織布の厚みは目付けが約１７０ｇ／ｍ^２の場合には約１ｍｍであるが、無撚ＰＴＴ繊維の平織り織布は、同じ目付けの厚みが約０．１８ｍｍであり、５分の１未満の厚みとなる。さらに、このような織布を用いれば、含浸樹脂の量を大幅に減らすことができるので（振動板の繊維／樹脂比率を大幅に大きくすることができるので）、内部損失が顕著に向上する（樹脂比率の詳細については後述する）。ＰＴＴ繊維の太さは、目的に応じて任意の適切な太さの繊維が採用され得るが、好ましくは８００〜１２００デニールである。繊維の太さが８００デニール未満である場合には、目付けが低下し強度が不十分となる場合が多い。繊維の太さが１２００デニールを超えると、重量が増大し、結果として音圧が低下する場合が多い。好ましくは、ＰＴＴ繊維はモノフィラメントである。モノフィラメントを用いることにより、繊維内面で乱反射が起こるので、意匠性に優れた（具体的には、光沢のある繊維模様の）外観を有するスピーカー振動板が得られるからである。

好ましくは、上記ＰＴＴ繊維の少なくとも一部は、第２の熱硬化性樹脂でコーティングされている。第２の熱硬化性樹脂は、上記の含浸される熱硬化性樹脂以外の任意の適切な熱硬化性樹脂が採用され得る。例えば、含浸される熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステル樹脂である場合には、好ましい第２の熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂またはメラミン樹脂である。エポキシ樹脂またはメラミン樹脂でコーティングを施すことにより、不飽和ポリエステル樹脂に対するＰＴＴ繊維表面の濡れ性が改善されるので、ＰＴＴ繊維による不飽和ポリエステル樹脂の繊維強化度が非常に大きくなる。その結果、非常に優れたヤング率を有するスピーカー振動板が得られる。一方で、コーティングされたＰＴＴ繊維と不飽和ポリエステル樹脂とは、振動時に適度にずれるので、適切な内部損失は維持される。このようなコーティングは、通常の含浸操作によって行われる。コーティング量は、含浸する樹脂の量を変化させることにより調整される。適切なコーティング量の一例としては、基材１００部に対して樹脂量が３〜７重量部、好ましくは５重量部前後である。

本発明の振動板の繊維／樹脂比率は、好ましくは６０／４０〜８０／２０の範囲、さらに好ましくは７０／３０〜８０／２０の範囲である。繊維／樹脂比率が高いことにより、ヤング率を低下させることなく、きわめて優れた内部損失を有するスピーカー振動板が得られる。ここで、繊維／樹脂比率とは、含浸前の織布の重量と含浸樹脂の重量との比のことである。上記のように、このようなきわめて高い繊維／樹脂比率は、基材を構成する繊維（ＰＴＴ繊維）を無撚繊維とすることにより達成される。

基材は、上記ＰＴＴ繊維織布単独であってもよく、ＰＴＴ繊維織布を含む積層体であってもよい。好ましくは、基材は、積層体である。ＰＴＴ織布単独（単一材料）の場合に発生し易い固有音の発生を防止することが可能となり、ピークディップのない周波数特性を有するスピーカー振動板が得られるからである。基材を積層体とする場合には、ＰＴＴ織布を最外層（音波を放射する側）とすることが好ましい。意匠性に優れた、光沢ある繊維模様の外観を有するスピーカー振動板が得られるからである。積層体において、ＰＴＴ織布以外の各層は、織布、不織布またはフィルムのいずれの形態であってもよい。ＰＴＴ織布以外の各層は、目的に応じて適宜選択され得る。このような層の代表例としては、綿織布、液晶ポリマー不織布、熱可塑性樹脂織布、不織布またはフィルム、あるいは、熱可塑性エラストマー織布、不織布またはフィルムが挙げられる。基材を積層体とする場合には、２層（例えば、ＰＴＴ織布／綿織布、ＰＴＴ織布／液晶ポリマー不織布、ＰＴＴ織布／熱可塑性樹脂フィルム）が代表的であるが、３層以上であってもよいことは言うまでもない。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例には限定されない。なお、特に示さない限り、実施例中の部およびパーセントは重量基準である。

以下の組成を有する熱硬化性樹脂組成物を調製した：
不飽和ポリエステル樹脂（日本触媒（株）製、Ｎ３５０Ｌ）１００部
低収縮化剤（日本油脂（株）製、モディパーＳ５０１）５部
硬化剤（日本油脂（株）製、パーオクタＯ）１．３部

撚りのないポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維の平織り織布（旭化成／帝人（株）製、糸番手：１１００×１１００（dtex）、密度：１７×１７（本／inch）、目付け：１６６ｇ／ｍ^２）１００部に対してメラミン樹脂３０部を含浸させて、ＰＴＴ繊維をコーティングした。このＰＴＴ織布を表側として、ＰＴＴ織布と綿織布（綿番手：２０番手、打ち込み本数：縦４０本×横４０本、目付け：１１０ｇ／ｍ^２）とを積層した。この積層体を約１５ｃｍ×１５ｃｍに切断して、基材とした。

約１６ｃｍ×１６ｃｍのステンレス板の中央部分に直径約１３ｃｍの穴を開けた冶具を２つ用意し、この２つの冶具の間に上記基材を挟み込んだ。次いで、上記不飽和ポリエステル樹脂組成物（約５ｇ）を、クランプした基材の中央付近に滴下した。次いで、所定の形状のマッチドダイ金型を用いて、１３０℃で３０秒間、圧力９０〜１４０ｋｇ／ｃｍ^２で成形した。金型を冷却後、金型を開いて成形品を取り出した。このようにして、口径１２ｃｍ、厚さ０．２９ｍｍ、ボイスコイル径２．５ｃｍ、高さ３．０ｃｍのスピーカー振動板を得た。

得られた振動板について、密度、重量、ヤング率および内部損失（tanδ）を通常の方法で測定した。得られた結果を、後述の比較例１および２の結果と併せて下記表１に示す。さらに、得られた振動板を用いたスピーカーの周波数特性を測定した。結果を図１に示す。加えて、得られた振動板の耐湿性を以下の手順で測定した：得られた振動板を４０℃、９０％ＲＨの環境下で９６時間および常温・常湿環境下で２４時間放置した後、高さの変化を測定した。高さは、コーンの内径部の高さを３０度間隔でそれぞれ４回測定した。結果を図２に示す。

（比較例１）
綿織布（綿番手：２０番手、打ち込み本数：縦４０本×横４０本、目付け：１１０ｇ／ｍ^２）を２層積層して基材としたこと以外は実施例１と同様にして、口径１２ｃｍ、厚さ０．２９ｍｍのスピーカー振動板を得た。得られたスピーカー振動板を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表１に示す。さらに、得られた振動板を用いたスピーカーの周波数特性を測定した。結果を図３に示す。

（比較例２）
ＰＴＴ織布の代わりにアラミド繊維（商品名：ケブラー）の平織り織布（東レ・デュポン（株）製、糸番手：１１００×１１００（dtex）、密度：１７×１７（本／inch）、目付け：１６６ｇ／ｍ^２）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、口径１２ｃｍ、厚さ０．２９ｍｍのスピーカー振動板を得た。得られたスピーカー振動板を実施例１と同様の評価に供した。結果を上記表１に示す。

（比較例３）
ＰＴＴ織布の代わりにポリエチレンナフタレート繊維の平織り織布（帝人（株）製、糸番手：１１００×１１００（dtex）、密度：１７×１７（本／inch）、目付け：１６６ｇ／ｍ^２）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、口径１２ｃｍ、厚さ０．２９ｍｍのスピーカー振動板を得た。得られたスピーカー振動板の耐湿性を、実施例１と同様にして評価した。結果を図４に示す。

表１から明らかなように、実施例１のスピーカー振動板は、密度が低く（すなわち、軽量で）、かつ、剛性（ヤング率）と内部損失とのバランスに優れていることがわかる。また、図１と図３とを比較すると明らかなように、実施例１のスピーカーは、内部損失が優れていることに起因して歪みが減少しており、音質の改善が認められる。さらに、図２と図４とを比較すると明らかなように、実施例１の振動板は、耐湿試験後の変形が比較例３に比べて小さい。加えて、織布の目ズレに関しても、比較例３の振動板は目視における目ズレが顕著であるのに対し、実施例１の振動板は目視では目ズレが確認できなかった。

（深絞り特性）
実施例１と同様の材料を用いて、外径２００ｍｍ、深さ５０ｍｍの深絞り成形を行い、振動板を得た。一方、比較例２と同様の材料を用いて、外径２００ｍｍ、深さ５０ｍｍの深絞り成形を行い、振動板を得た。実施例１の材料を用いた振動板は、深絞りにおいても目ズレは起こらず、外観的に問題はなかった。一方、比較例２の材料を用いた振動板は、目ズレがひどく、縦、横および４５度方向で外観が大きく異なっていた。さらに、それぞれの振動板について、耐湿試験（４０℃、９５％ＲＨ、９６時間）を行ったところ、実施例１の材料を用いた振動板は、耐湿試験後も変形は認められなかった。一方、比較例２の材料を用いた振動板は、成形時の歪みが残っているので、基材の綿織布の吸水に伴い、縦、横および４５度方向で大幅に収縮変形が起こった。

本発明のスピーカー振動板は、あらゆる用途の（すなわち、小口径、大口径を問わず）スピーカーに好適に用いられ得、大口径コーン形状のスピーカーに特に好適に用いられ得る。

本発明の実施例の振動板を用いたスピーカーの周波数特性を示すグラフである。本発明の実施例の振動板の耐湿性を示すグラフである。比較例１の振動板を用いたスピーカーの周波数特性を示すグラフである。比較例３の振動板の耐湿性を示すグラフである。

Claims

ポリトリメチレンテレフタレート繊維の織布を含む基材と、該基材に含浸および硬化された熱硬化性樹脂とを有し、
該ポリトリメチレンテレフタレート繊維の少なくとも一部が、第２の熱硬化性樹脂でコーティングされ、
該熱硬化性樹脂が不飽和ポリエステル樹脂であり、該第２の熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂である、スピーカー振動板。
前記ポリトリメチレンテレフタレート繊維が、撚りのない繊維である、請求項１に記載のスピーカー振動板。
前記ポリトリメチレンテレフタレート繊維を構成する１，３−プロパンジオールが、トウモロコシ由来である、請求項１または２に記載のスピーカー振動板。
請求項１から３のいずれかに記載のスピーカー振動板を備える、スピーカー。