JP6734529B2

JP6734529B2 - スピーカー振動板

Info

Publication number: JP6734529B2
Application number: JP2015235754A
Authority: JP
Inventors: 浩靖雲; 真哉香川
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: JP2017103632A

Description

本発明は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、内部損失（ｔａｎδ）が大きいことが挙げられる。このような要求に応えるべく、スピーカー振動板の材料および構造が継続的に検討されている。

例えば、ナノファイバーを含む材料により、スピーカー振動板を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１および２）。このような技術では、セルロースナノファイバーを添加することにより、ヤング率の向上が図れる。しかしながら、内部損失（ｔａｎδ）は、十分に向上せず、むしろ、特許文献２に示されるように低下する傾向も見られる。

特開２０１３−４２４０５号公報特開２０１１−１３０４０１号公報

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、その目的は、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）の両方に優れる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、木材パルプを主成分として抄紙された基材層と、該基材層の音波放射面側に設けられた表面層と、を有し、該表面層がセルロースナノファイバーを含む。
１つの実施形態においては、上記表面層は、バインダーと該バインダーに分散した前記セルロースナノファイバーとを含み、該セルロースナノファイバーが該表面層の総重量に対して０．５重量％〜３０重量％の割合で含有されている。１つの実施形態においては、上記表面層は、膠および合成樹脂から選択されるバインダーと、煤およびカーボンブラックから選択されるアモルファス炭素着色剤と、を含む。
１つの実施形態においては、上記表面層は上記セルロースナノファイバーからなる。
１つの実施形態においては、上記基材層はセルロースナノファイバーをさらに含む。
１つの実施形態においては、上記セルロースナノファイバーは上記基材層の総重量に対して０．１重量％〜１５重量％の割合で含有されている。

本発明によれば、音波放射側にセルロースナノファイバーを含む表面層を形成することにより、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）の両方に優れるスピーカー振動板を提供することができる。

本発明の実施形態によるスピーカー振動板は、基材層と該基材層の音波放射面側に設けられた表面層とを有する。基材層は、木材パルプを主成分として抄紙されて形成されている。本発明においては、表面層はセルロースナノファイバーを含む。本発明の実施形態によれば、基材層と表面層の２層構造を採用し、かつ、表面層にセルロースナノファイバーを導入することにより、優れたヤング率と優れた内部損失（ｔａｎδ）とを両立させることができる。

基材層の主成分となる木材パルプは特に限定されず、スピーカー振動板に通常用いられる木材パルプが採用され得る。本発明においては、基材層の木材パルプと表面層のセルロースナノファイバーとがともにセルロース系材料であって両者が親和性を有することに起因する特定の界面構造により、優れたヤング率と優れた内部損失（ｔａｎδ）とが実現されると推定される。さらに、セルロースナノファイバーは、木材パルプ繊維の１／１０００程度の細さを有するので、木材パルプ同士よりも水素結合がより緻密に形成され、さらに優れたヤング率と優れた内部損失（ｔａｎδ）とが実現される。

基材層は、必要に応じて、主成分の木材パルプと他の繊維とが混抄されて形成されてもよい。他の繊維は、目的に応じて適切に選択され得る。例えば機械的強度の向上を目的とする場合には、高強度繊維が混合され得る。さらに、目的に応じた繊維（例えば、消臭繊維、マイナスイオン放出繊維）が混合され得る。基材層が混抄により形成される場合、木材パルプの含有量は、基材層の総重量に対して好ましくは７０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上である。他の繊維は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

基材層は、必要に応じて、セルロースナノファイバーをさらに含んでいてもよい。すなわち、上記の混抄される他の繊維がセルロースナノファイバーであってもよく、セルロースナノファイバーを含んでいてもよい。表面層と基材層の両方にセルロースナノファイバーを用いることにより、内部損失（ｔａｎδ）が顕著に向上し得る。基材層にセルロースナノファイバーを用いる場合、その含有量は、基材層の総重量に対して好ましくは０．１重量％〜１５重量％であり、より好ましくは１重量％〜１０重量％である。なお、セルロースナノファイバーの詳細については後述する。

基材層の形成方法（抄紙方法および成形方法）は業界で周知であるので、詳細な説明は省略する。

１つの実施形態においては、表面層は、バインダーと該バインダーに分散したセルロースナノファイバーとを含む。このような表面層は、バインダーとセルロースナノファイバーとを含む分散液または懸濁液（塗布液）を基材層に塗布し、塗布膜を乾燥または硬化させることにより形成される。バインダーとセルロースナノファイバーとを含む表面層を形成することにより、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）の両方に優れたスピーカー振動板を実現することができる。

バインダーとしては、任意の適切な塗膜形成材料が用いられ得る。バインダーの代表例としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、活性エネルギー線（例えば、紫外線、可視光線、電子線）硬化型樹脂が挙げられる。具体例としては、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリルウレタン系樹脂、アセテート系樹脂が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。組み合わせの形態としては、ブレンド、共重合、変性が挙げられる。例えば、アクリル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体が用いられ得る。バインダーの別の代表例としては、膠が挙げられる。例えば、墨液（アモルファス炭素着色剤である煤またはカーボンブラックと膠または合成樹脂とを含む分散液）が塗布液として用いられ得る。

セルロースナノファイバーとは、繊維径がナノサイズのセルロース繊維をいう。セルロースナノファイバーの繊維径（数平均径）は、例えば３ｎｍ〜１００ｎｍである。セルロースナノファイバーの長さ（数平均長）は、例えば０．１μｍ〜１００μｍである。セルロースナノファイバーのアスペクト比（長さ／径）は、例えば５０〜１０００である。

セルロースナノファイバーの製造方法としては、例えば、パルプを水中に分散させた懸濁液同士を衝突させて解繊・微細化する水中対向衝突法（ＡＣＣ法）、セルロース原料を機械的処理により解繊する方法が挙げられる。該機械的処理としては、例えば、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ジェットミル、短軸押出機、２軸押出機、超音波攪拌機等を用いて、セルロース原料を微細化する処理が挙げられる。また、上記セルロースナノファイバーは、セルロース原料を酸素処理、酸処理等の化学的処理により解繊して、製造してもよい。

セルロース原料としては、特に限定されず、任意の適切なセルロース原料が用いられる。セルロース原料としては、例えば、広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、広葉樹未晒クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）等の広葉樹クラフトパルプ（ＬＫＰ）、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、針葉樹未晒クラフトパルプ（ＮＵＫＰ）等の木材由来のクラフトパルプ；サルファイトパルプ、脱墨パルプ（ＤＩＰ）などの古紙パルプ；グランドパルプ（ＧＰ）、加圧式砕木パルプ（ＰＧＷ）、リファイナー砕木パルプ（ＲＭＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、ケミメカニカルパルプ（ＣＭＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）等の機械パルプ等が挙げられる。また、これらのパルプを、粉砕して得られた粉末状セルロース、パルプを酸加水分解などの化学処理によって精製して得られた微結晶セルロースを用いてもよい。さらに、ケナフ、麻、イネ、バガス、葦、竹、綿等に由来する非木材パルプを使用してもよい。１つの実施形態においては、針葉樹由来のセルロースが、セルロースナノファイバーの原料として用いられる。針葉樹由来のセルロースを用いれば、よりヤング率の高いスピーカー振動板を得ることができる。

本実施形態においては、表面層におけるセルロースナノファイバーの含有量は、表面層の総重量に対して好ましくは０．５重量％〜３０重量％であり、より好ましくは１重量％〜７重量％である。含有量がこのような範囲であれば、バインダーとの相乗的な効果により、ヤング率と内部損失（ｔａｎδ）の両方を向上させることができる。

本実施形態においては、表面層の厚みは、好ましくは０．００１ｍｍ〜０．１００ｍｍであり、より好ましくは０．００１ｍｍ〜０．０７０ｍｍである。表面層の厚みがこのような範囲であれば、ヤング率と内部損失（ｔａｎδ）の両方を良好に向上させることができる。

表面層は、任意の適切な添加材をさらに含んでいてもよい。添加剤の具体例としては、着色剤（顔料、染料）、難燃剤、老化防止剤、帯電防止剤、抗菌剤、酸化防止剤、充填剤（無機充填剤、有機充填剤）、離型剤、光安定剤、が挙げられる。添加剤の数、種類、量および組み合わせは、目的に応じて適切に選択され得る。

別の実施形態においては、表面層は、セルロースナノファイバーからなる。このような表面層は、セルロースナノファイバーの懸濁液を基材層に塗布し、塗布膜を乾燥することにより形成される。本実施形態においては、表面層の厚みは、好ましくは０．００１ｍｍ未満である。セルロースナノファイバーからなる表面層を形成することにより、内部損失（ｔａｎδ）を所望の範囲に維持しつつ、ヤング率を向上させることができる。

本発明のスピーカー振動板は、任意の適切な製造方法により製造され得る。代表的な製造方法は、木材パルプを主成分とし必要に応じて他の繊維を含む組成物を抄紙または混抄して基材層を形成すること；当該基材層に、セルロースナノファイバーと好ましくはバインダーとを含む分散液を塗布し、塗布膜を乾燥または硬化させて表面層を形成すること；および、基材層／表面層の積層体を所定の形状に成形すること；を含む。成形方法としては、任意の適切な方法が挙げられる。具体例としては、熱プレス形成が挙げられる。

本発明のスピーカー振動板は、目的に応じて任意の適切な形状を有し得る。例えば、本発明のスピーカー振動板は、コーン形状であってもよく、ドーム形状であってもよく、その他の形状であってもよい。

本発明のスピーカー振動板は、あらゆる用途のスピーカーに適用され得る。例えば、本発明の振動板を用いるスピーカーは、車載用であってもよく、携帯電子機器用（例えば、携帯電話、携帯音楽プレーヤー）であってもよく、据置型であってもよい。また例えば、本発明の振動板を用いるスピーカーは、大口径であってもよく、中口径であってもよく、小口径であってもよい。また例えば、本発明の振動板を用いるスピーカーは、ウーハーであってもよく、ツイーターであってもよい。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。実施例における評価方法は以下のとおりである。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。

＜評価＞
１、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）の測定
振動リード法（片持梁、共振法）により、得られたスピーカー振動板のヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。具体的には、実施例および比較例で得られた積層体から、それぞれ、４０ｍｍ×１５ｍｍサイズのテストピースを５片切り出し、各テストピースについて、２３℃におけるヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。表中には、５片のテストピースの平均値を示す。

２、厚み測定
実施例および比較例で得られた積層体から、それぞれ、４０ｍｍ×１５ｍｍサイズのテストピースを５片切り出した。ダイアルシックネスゲージを用い、各片につき４点（すなわち、４点×５片の計２０点）の厚みを測定し、その平均値を求めた。

［参考例１］
ＵＫＰ（叩解度７００ｃｃ）１００部にセルロースナノファイバー（中越パルプ工業社製、針葉樹由来、繊維径：約２０ｎｍ）１０部を配合して混抄し、オーブン方式により、秤量１４６．７ｇ／ｍ^２（厚み０．４８２ｍｍ）の平板を得た。得られた平板について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、定法で密度を測定した。結果を表１に示す。

［実施例１］
参考例１で得られた平板を基材層として用いた。アクリル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン（中央理化工業社製、製品名「リカボンドＢＡ−８２０」、固形分５０％）４０部にセルロースナノファイバー懸濁液（中越パルプ工業社製、針葉樹由来、繊維径：約２０ｎｍ、固形分１％）４０部を混合し、さらに、粘度調整用の水２０部を添加し、表面層形成用塗布液を調製した。この塗布液を基材層に塗布し、乾燥させ、表面層を形成した。表面層の厚み（平板と基材層／表面層の積層体の厚みの差）は０．０６１ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［比較例１］
アクリル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン８０部と水２０部とを混合して表面層形成用塗布液としたこと（すなわち、表面層にセルロースナノファイバーを用いなかったこと）以外は実施例１と同様にして表面層を形成した。表面層の厚みは０．０５７ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［参考例２］
セルロースナノファイバーの配合量を５部としたこと以外は参考例１と同様にして秤量１３４．２ｇ／ｍ^２（厚み０．５７４ｍｍ）の平板を得た。得られた平板について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、定法で密度を測定した。結果を表１に示す。

［実施例２］
参考例２で得られた平板を基材層として用いた。アクリル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン２０部にセルロースナノファイバー懸濁液７０部を混合し、さらに、粘度調整用の水１０部を添加し、表面層形成用塗布液を調製した。この塗布液を基材層に塗布し、乾燥させ、表面層を形成した。表面層の厚みは０．００１ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［比較例２］
参考例２で得られた平板（基材層）に比較例１と同様の塗布液を塗布し表面層を形成した。表面層の厚みは０．００８ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［参考例３］
ＵＫＰ（叩解度５００ｃｃ）を抄紙し、オーブン方式により、秤量１５６．２ｇ／ｍ^２（厚み０．４５８ｍｍ）の平板を得た。得られた平板について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、定法で密度を測定した。結果を表１に示す。

［実施例３］
参考例３で得られた平板を基材層として用いた。アクリル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン２０部にセルロースナノファイバー懸濁液７０部を混合し、さらに、粘度調整用の水１０部を添加し、表面層形成用塗布液を調製した。この塗布液を基材層に塗布し、乾燥させ、表面層を形成した。表面層の厚みは０．００５ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［比較例３］
アクリル変性エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン８０部と水２０部とを混合して表面層形成用塗布液としたこと（すなわち、表面層にセルロースナノファイバーを用いなかったこと）以外は実施例３と同様にして表面層を形成した。表面層の厚みは０．００２ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［実施例４］
参考例３で得られた平板を基材層として用いた。墨液（固形分約１８％）８０部に
セルロースナノファイバー懸濁液２０部を混合し、表面層形成用塗布液を調製した。この塗布液を基材層に塗布し、乾燥させ、表面層を形成した。表面層の厚みは０．００５ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［比較例４］
墨液を表面層形成用塗布液としたこと（すなわち、表面層にセルロースナノファイバーを用いなかったこと）以外は実施例４と同様にして表面層を形成した。表面層の厚みは０．０１３ｍｍであった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

［実施例５］
参考例３で得られた平板を基材層として用いた。セルロースナノファイバー懸濁液を表面層形成用塗布液とした。この塗布液を基材層に塗布し、乾燥させ、表面層を形成した。表面層の厚みは検出限界（０．００１ｍｍ）未満であった。得られた基材層／表面層の積層体（スピーカー振動板用積層体）について、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）を測定した。さらに、積層体を定法で秤量し、密度を測定した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明のスピーカー振動板は、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）の両方に優れる。特に、樹脂バインダーとセルロースナノファイバーとを含む表面層を形成することにより、平板（基材層）のみの場合と比較して、ヤング率および内部損失（ｔａｎδ）の両方を顕著に向上させることができる。また、基材層および表面層の両方にセルロースナノファイバーを導入することにより、内部損失を格段に向上させることができる。

本発明のスピーカー振動板は、あらゆる用途のスピーカーに好適に用いられ得る。

Claims

木材パルプを主成分として抄紙された基材層と、該基材層の音波放射面側に設けられた表面層と、を有し、
該表面層がセルロースナノファイバーを含み、
該基材層が、該基材層の総重量に対して０．１重量％〜１５重量％の割合でセルロースナノファイバーをさらに含み、
該セルロースナノファイバーが針葉樹由来のセルロースから形成される、
スピーカー振動板。
前記表面層が、バインダーと該バインダーに分散した前記セルロースナノファイバーとを含み、該セルロースナノファイバーが該表面層の総重量に対して０．５重量％〜３０重量％の割合で含有されている、請求項１に記載のスピーカー振動板。
前記表面層が、膠および合成樹脂から選択されるバインダーと、煤およびカーボンブラックから選択されるアモルファス炭素着色剤と、を含む、請求項１または２に記載のスピーカー振動板。
前記表面層が前記セルロースナノファイバーからなる、請求項１に記載のスピーカー振動板。