TWI420917B

TWI420917B - 音圈骨架及使用該音圈骨架的揚聲器

Info

Publication number: TWI420917B
Application number: TW98127655A
Authority: TW
Inventors: Liang Liu; Jia-Ping Wang
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2009-08-18
Publication date: 2013-12-21
Also published as: TW201108761A

Description

音圈骨架及使用該音圈骨架的揚聲器

本發明涉及一種音圈骨架及使用該音圈骨架的揚聲器。

揚聲器係將電能轉化為機械能的電子元件，應用廣泛，如電話、移動通訊終端、電腦、電視機、盒式磁帶、聲音設備和汽車等。

先前技術中的揚聲器大部分採用電動式揚聲器。電動式揚聲器通常包括一音圈、一音圈骨架（Bobbin）、一磁場系統及一振動膜。所述音圈纏繞於音圈骨架一端的週邊。所述音圈骨架與振動膜相連接。通過固定於音圈骨架上的音圈於磁場系統產生的磁場下的運動，推動振動膜振動並發出聲波。

揚聲器的音量係評價揚聲器優劣的一個重要指標。揚聲器的音量與輸入功率及電聲轉換效率相關。當輸入功率越大，電聲轉換效率越高，揚聲器發出的音量越大。然而，當輸入功率增大時，揚聲器中的元件如音圈骨架及與音圈骨架相連的振動膜易發生變形甚至破裂，從而使發出的聲音產生失真。故，揚聲器中各元件的強度係決定其額定功率的因素。額定功率即不使揚聲器產生失真的輸入功率。另外，揚聲器的電聲轉換效率與揚聲器中的元件的重量尤其係單位面積振動膜的重量及推動振動膜振動的音圈骨架的重量有關。單位面積振動膜的重量及推動振動膜振動的音圈骨架的重量越輕，則使振動膜產生振動所消耗的能量越小，揚聲器的電聲轉換效率越高，進而相同輸入功率產生的音量越大。故，推動振動膜振動發聲的音圈骨架的強度和重量係影響揚聲器的音量的一重要因素。音圈骨架的重量與其厚度及密度相關。故，音圈骨架的強度愈大，厚度及密度愈小，則揚聲器的音量越大。一般來說，音圈骨架的比強度（強度和密度之比）愈大，厚度愈小，則揚聲器的音量越大。

先前的音圈骨架的材料通常採用紙、布、聚合物或者複合材料等。然而，先前的音圈骨架受材料的比強度的限制，其輸入功率無法進一步提高。一般的微型揚聲器的輸入功率僅為 0.3 W~0.5W。另一方面，先前的音圈骨架欲達到一定的比強度，在材料密度一定的情況下，必然要求其具有較大的強度，從而使其具有較大的厚度，進而導致音圈骨架的重量較大，使揚聲器的電聲轉換效率無法進一步提高。故，為提高輸入功率及轉換效率，進而提高揚聲器的音量，則需要進一步提高音圈骨架的比強度及降低音圈骨架的重量。

有鑒於此，確有必要提供一種具有較大的比強度且重量較輕的音圈骨架及應用該音圈骨架的揚聲器。

一種音圈骨架，其中，所述音圈骨架包括一紙基體及分散於該紙基體中的複數個奈米碳管。

一種音圈骨架，其中，所述音圈骨架為一奈米碳管紙圍成的一中空管狀結構。

一種揚聲器，其包括：一音圈；一音圈骨架，所述音圈設置於該音圈骨架上；一振動膜，該振動膜與所述音圈骨架一端相連接；一定心支片，該定心支片套設於所述音圈骨架上；及一磁場系統，該磁場系統具有一磁場間隙，所述音圈設置於所述磁場間隙中；其中，所述音圈骨架包括一紙基體及分散於該紙基體中的複數個奈米碳管。

一種揚聲器，其包括：一音圈；一音圈骨架，所述音圈設置於該音圈骨架上；一振動膜，該振動膜與所述音圈骨架一端相連接；一定心支片，該定心支片套設於所述音圈骨架上；及一磁場系統，該磁場系統具有一磁場間隙，所述音圈設置於所述磁場間隙中；其中，所述音圈骨架為一奈米碳管紙圍成的一中空管狀結構。

與先前技術相比較，本發明提供的音圈骨架及使用該音圈骨架的揚聲器具有以下優點：第一，由於奈米碳管具有優異的強度，故將奈米碳管均勻分散於音圈骨架的基體中，可提高基體的比強度或在保持強度不變的條件下可減小音圈骨架的厚度，從而減小音圈骨架的重量。第二，由於奈米碳管具有較小的密度，將奈米碳管均勻分散於音圈骨架的基體中，在維持甚至提高音圈骨架的強度的同時減小音圈骨架的重量，從而減小揚聲器的重量，尤其在微型揚聲器中，該效果更加明顯。

下面將結合附圖對本發明實施例提供的音圈骨架及使用該音圈骨架的揚聲器作進一步的詳細說明。

請參閱圖1及圖2，本發明實施例提供一種音圈骨架100。所述音圈骨架100為中空管狀結構。所述音圈骨架100的直徑與長度不限，可根據實際需要製備。所述音圈骨架100管壁的厚度可大於等於1微米且小於等於2毫米。所述音圈骨架100採用奈米碳管紙製作，該奈米碳管紙包括一紙基體106及分散於該紙基體106中的複數個奈米碳管108。

所述紙基體106包括各種纖維材料及添加材料。所述纖維材料可包括木纖維、碳纖維、玻璃纖維、尼龍纖維、聚丙烯纖維、棉纖維及竹纖維中的一種或多種。所述添加材料可包括半纖維素、木素、樹脂、色素、果膠和灰分等物質中的一種或多種。應當指出的係，其他任何雖未記載於本申請的造紙用的纖維材料及添加材料，採用本發明構思用於音圈骨架100的，皆應在本發明保護範圍之內。

所述奈米碳管108均勻分散於紙基體106中。進一步，所述奈米碳管108表面可帶有功能團。該功能團包括羧基(-COOH)、羥基(-OH)、醛基(-CHO)及氨基(-NH₂ )等中的一種或多種。該功能團可形成於奈米碳管108管壁上。可理解，該功能團為親水性功能團，使奈米碳管108在泡料過程中可更好地分散於紙漿中。所述奈米碳管108可為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或其任意組合。其中，所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管108的長度不限。優選地，所述奈米碳管108的長度大於200微米。可理解，採用長度大於200微米奈米碳管108可有效發揮奈米碳管108的增強作用，提高音圈骨架100的強度。本實施例中，所述奈米碳管108的長度為200微米~900微米。

所述紙基體106在整個音圈骨架100中的質量百分比含量為10%~99.9%，所述奈米碳管108在整個音圈骨架100中的質量百分比含量為0.1%~90%。優選地，所述紙基體106的質量百分比含量為60%~90%，所述奈米碳管108的質量百分比含量為10%~40%。例如：所述紙基體106可為木纖維與果膠，在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為70%，所述奈米碳管108在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為30%；所述紙基體106的材料為碳纖維與樹脂，所述紙基體106在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為80%，所述奈米碳管108在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為20%；所述紙基體106的材料為聚丙烯纖維與果膠，所述紙基體106在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為90%，所述奈米碳管108在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為10%。本實施例中，所述紙基體106為木纖維，所述紙基體106在整個音圈骨架100中的質量百分比含量為85%，所述奈米碳管108在整個音圈骨架100中的質量百分比含量可為15%。

所述音圈骨架100可通過熱壓的方式直接形成或先製備一奈米碳管紙，再將該奈米碳管紙卷成一中空管狀結構。

請參見圖3，本發明進一步提供一種所述音圈骨架100的製備方法，其具體包括以下步驟：

步驟一：打漿。

將造紙用的纖維材料放入盛有水的打漿機內，進行打漿細化得到紙漿。所述打漿細化的時間可大於5小時。本實施例中，將20克的木纖維與1500克的水放入打漿機內打漿細化10小時。可理解，打漿前還可採用氫氧化鈉和硫化鈉混合液對纖維材料進行蒸煮。在蒸煮過程中，因為藥液作用比較和緩，纖維不會受強烈侵蝕，故強韌有力，所製成的紙的耐折、耐破和耐撕裂強度極好。

進一步，本實施例中還可將打漿細化後的紙漿放入一密閉容器內施加一高壓，然後瞬間打開密閉容器使其降至常壓，壓力急劇變化可促使紙漿內的纖維裂解細化。

步驟二：泡料。

將打漿細化後的紙漿放入一泡料池中，加入奈米碳管及添加材料後，浸泡一段時間。

所述奈米碳管可通過電弧放電法、鐳射蒸發法或者化學氣相沈積法等方法製備。本實施例中，通過化學氣相沈積法生長奈米碳管陣列，然後將該奈米碳管陣列中的奈米碳管刮落。由於奈米碳管陣列中的奈米碳管定向排列而沒有相互纏繞，故，有利於奈米碳管於溶液中分散。本實施例中，將3.53克的奈米碳管加入到打漿細化後的紙漿中浸泡1天~3天。

另外，將奈米碳管加入到漿料中之前，可進一步包括一對上述奈米碳管提純的步驟。所述提純奈米碳管的方法包括以下步驟：在空氣流中加熱奈米碳管以除去無定型碳；用濃酸浸泡該奈米碳管以除去金屬催化劑及反復洗滌過濾得到提純的奈米碳管。

本實施例中，將奈米碳管放於350℃的爐中，在空氣流中加熱2小時以除去奈米碳管中殘留的無定型碳；將奈米碳管浸泡於36%的濃鹽酸中約1天，除去奈米碳管中殘留的金屬催化劑；將鹽酸浸泡後的奈米碳管進行離心分離；將分離所得的奈米碳管沉澱物用去離子水反復洗滌；再將洗滌後的奈米碳管沉澱物經由0.2mm孔徑的聚四氟乙烯膜過濾，得到提純的奈米碳管。

提純的目的主要係除去奈米碳管中殘留的無定型碳和金屬催化劑等雜質。通過提純，可得到純淨的奈米碳管。

進一步，將奈米碳管提純之後，還包括一對奈米碳管功能化處理的步驟。所述對奈米碳管功能化處理的方法包括以下步驟：將提純的奈米碳管在強酸中回流及清洗過濾得到帶有功能團的奈米碳管。

所述強酸包括濃硫酸、濃硝酸或濃鹽酸中的一種或幾種。功能化處理的目的係使奈米碳管表面引入功能團。按上述功能化方法處理後的奈米碳管，在管壁上引入親水性的功能團。所述功能團包括羧基(-COOH)、羥基(-OH)、醛基(-CHO)及氨基(-NH₂ )等中的一種或多種。在奈米碳管管壁上引入親水性的功能團後的奈米碳管在泡料過程中可更均勻地分散於紙漿中。

本實施例中，將提純後的奈米碳管放置於500ml圓底燒瓶中，量取150ml濃硫酸和濃硝酸混合液(濃硫酸和濃硝酸的體積為3:1)倒入圓底燒瓶內，回流反應4小時~20小時。該回流反應過程使奈米碳管表面帶有官能團。然後，將反應後的液體倒入水中，再經濾紙過濾後得到一奈米碳管濾餅。最後，用去離子水將該奈米碳管濾餅洗至pH 值為中性，得到羧基化的奈米碳管。

步驟三：抄紙。

將浸泡後的紙漿通過抄紙工序打撈至金屬模具或配置於金屬模具的篩網上，排除水分，堆積材料，形成奈米碳管紙預製體。然後將該奈米碳管紙預製體自然晾乾或烘乾，得到一奈米碳管紙。

請參見圖4，本實施例中，將浸泡後的紙漿202裝入一抄紙裝之20的計量槽200內。通過供給管204將紙漿202引入一抄紙槽206內。通過第一控制閥208可控制進入抄紙槽206內紙漿202的量，從而控制奈米碳管紙預製體的厚度。向抄紙槽206內加入適量的水稀釋紙漿202，並攪拌均勻。通過稀釋可使紙漿202分散更均勻，並在之後的步驟中均勻沈積於抄紙模具214上。打開第二控制閥210，使水通過排列水管212排出抄紙槽206，同時使紙漿202沈積於抄紙槽206內的抄紙模具214上。可理解，本實施例中可將稀釋好的紙漿202直接裝入一計量槽200內，然後通過第一控制閥208控制，使一定量的紙漿202進入抄紙槽206內。

可理解，本實施例中還可將紙漿202用水稀釋後裝入一容器（圖未示）中，將一抄紙網（圖未示）放入該容器中再取出，從而使紙漿202沈積於該抄紙網上以形成奈米碳管紙預製體。

進一步，本實施例可通過熱壓工序將奈米碳管紙預製體加熱加壓，使剩下的水分蒸發，得到一奈米碳管紙。本實施例中，將奈米碳管紙預製體加熱至100℃~200℃範圍內，並施加1000牛頓~6000牛頓的壓力保持10秒~100秒，得到一奈米碳管紙。

步驟四：成型。

將該奈米碳管紙卷成中空管狀結構。本實施例中，先提供一圓柱體，然後將一奈米碳管紙環繞設置於該圓柱體上。所述奈米碳管紙可多層環繞設置於該圓柱體上，此時，可在相鄰兩層奈米碳管紙之間塗敷黏結劑以使相鄰兩層奈米碳管紙牢固結合。可理解，本實施例中，也可通過選擇抄紙模具214經過熱壓成型的工序直接製備音圈骨架100。

步驟五：後續處理。

進一步，通過沖裁工序裁剪得到具有預定尺寸的音圈骨架100。

請參見圖5及圖6，本發明實施例進一步提供一應用所述音圈骨架100的揚聲器10。該揚聲器10包括一支架110、一磁路系統120、一音圈130、一定心支片140、一振動膜150及一音圈骨架100。所述支架110固定於所述磁路系統120。所述振動膜150的一邊緣固定於所述支架110，中心固定於音圈骨架100上。所述定心支片140的邊緣固定於所述支架110，另通孔102套設於音圈骨架100上。所述音圈130設置於音圈骨架100靠近所述磁路系統120的一端之外表面，且收容於所述磁路系統120。

所述支架110可為一錐體結構，其具有一中心孔111用於套設所述磁路系統120，使該支架110與磁路系統120相對固定。

所述磁路系統120包括一導磁下板121、一導磁上板122、一磁體123及一導磁芯柱124，所述磁體123相對的兩端分別由同心設置的導磁下板121及導磁上板122所夾持。所述導磁上板122及磁體123均為環狀結構，所述導磁上板122及磁體123於所述磁路系統中圍成一柱形空間。所述導磁芯柱124容置於所述柱形空間。該導磁芯柱124與所述導磁下板121為一體，且由導磁下板121往導磁上板122延伸。該導磁芯柱124與所述磁體123之間形成一環形磁場間隙125用於容置所述音圈130。所述該導磁芯柱124延伸至所述中心孔111中。

所述音圈130為揚聲器10的驅動單元，其設置於音圈骨架100上。所述設置於音圈骨架100上的音圈130可容置於所述磁場間隙125中，並於磁場間隙125中上下運動。該音圈130為較細的導線於所述音圈骨架100上繞製而形成，優選地，所述導線可為漆包線。當所述音圈130接收到音頻電信號時，該音圈130產生隨音頻電信號的強度變化而變化的磁場，此變化的磁場與磁場間隙125中由磁路系統120產生的磁場之間發生相互作用，迫使該音圈130產生振動。

所述音圈骨架100為中空管形結構，其與所述導磁芯柱124同心設置且間隔套設於所述導磁芯柱124上。所述音圈骨架100可收容於所述磁場間隙125中。該音圈骨架100與所述音圈130固定連接，且音圈骨架100遠離所述磁路系統120的一端固定連接於所述振動膜150的中心位置，從而當所述音圈骨架100隨音圈130振動時，帶動所述振動膜150振動，從而使所述振動膜150周圍的空氣運動，產生聲波。

所述振動膜150為所述揚聲器10的發聲單元。該振動膜150的形狀不限，與其具體應用有關，如當所述振動膜150應用於大型揚聲器10時，該振動膜150可為一空心圓錐體結構；當所述振動膜150應用於微型揚聲器10時，該振動膜150可為一圓片狀結構。所述振動膜150的頂端與所述音圈骨架100通過黏結的方式固定連接，其另一端的外緣與所述支架110活動連接。本實施例中，該振動膜150為一空心圓錐體結構。

所述定心支片140藉由通孔102套設於所述音圈骨架100上，該定心支片140的外緣固定於所述定心支架110靠近所述中心孔111的一端，該定心支片140用於支持所述音圈骨架100，且對該音圈骨架100起橫向限位的作用。該定心支片140具有較大的彈性及強度，由於所述音圈130纏繞於所述音圈骨架100，所以該音圈130於所述磁場間隙125中可以自由地上下移動而不做橫向移動，避免該音圈130與磁路系統120碰觸。由於所述定心支片140其設置於磁路系統120與振動膜150之間，並將所述磁場間隙125的覆蓋，故該定心支片140還具有防止灰塵進入該磁場間隙125的作用。

可理解，應用所述音圈骨架100的揚聲器10並不限於上述結構，所述音圈骨架100也可應用於採用平面振動膜的微型揚聲器中。

本發明實施例提供的音圈骨架及使用該音圈骨架的揚聲器具有以下優點：第一，由於奈米碳管具有優異的強度，故將奈米碳管均勻分散於音圈骨架的基體中，可提高基體的比強度或在保持比強度不變的條件下可減小音圈骨架的厚度，從而減小音圈骨架的重量。第二，由於奈米碳管具有較小的密度，將奈米碳管均勻分散於音圈骨架的基體中，在維持甚至提高音圈骨架的強度的同時減小音圈骨架的重量，從而減小揚聲器的重量，尤其在微型揚聲器中，該效果更加明顯。第三，由於奈米碳管具有良好的耐濕性及耐燃性能，將奈米碳管均勻分散於音圈骨架的基體中，使本發明實施例提供的音圈骨架也具有良好的耐濕性及耐燃性。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧揚聲器
100‧‧‧音圈骨架
106‧‧‧紙基體
108‧‧‧奈米碳管
110‧‧‧支架
111‧‧‧中心孔
120‧‧‧磁架系統
121‧‧‧導磁下板
122‧‧‧導磁上板
123‧‧‧磁體
124‧‧‧導磁芯柱
125‧‧‧磁場間隙
130‧‧‧音圈
140‧‧‧定心支片
150‧‧‧振動膜
20‧‧‧抄紙裝置
200‧‧‧計量槽
202‧‧‧紙漿
204‧‧‧供給管
206‧‧‧抄紙槽
208‧‧‧第一控制閥
210‧‧‧第二控制閥
212‧‧‧排水管
214‧‧‧抄紙模具

圖1為本發明實施例提供的音圈骨架的結構示意圖。

圖2為圖1的音圈骨架沿線II-II剖開的的剖面圖。

圖3為本發明實施例提供的音圈骨架的製備方法流程圖。

圖4為圖3中的抄紙步驟中採用的抄紙裝置的結構示意圖。

圖5為應用本發明實施例的音圈骨架的揚聲器的結構示意圖。

圖6為圖5所示的揚聲器的剖面圖。

100‧‧‧音圈骨架

106‧‧‧紙基體

108‧‧‧奈米碳管

Claims

一種音圈骨架，其改良在於，所述音圈骨架包括一紙基體及分散於該紙基體中的複數個奈米碳管。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體包括纖維材料及添加材料。
如申請專利範圍第2項所述的音圈骨架，其中，所述纖維材料包括木纖維、碳纖維、玻璃纖維、尼龍纖維、聚丙烯纖維、棉纖維及竹纖維中的一種或多種。
如申請專利範圍第2項所述的音圈骨架，其中，所述添加材料包括半纖維素、木素、樹脂、色素、果膠和灰分中的一種或多種。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體在整個音圈骨架中的質量百分比含量為10%~99.9%。
如申請專利範圍第5項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體在整個音圈骨架中的質量百分比含量為60%~90%。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述奈米碳管可為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或其任意組合。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述奈米碳管的長度大於200微米。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述奈米碳管在整個音圈骨架中的質量百分比含量為0.1%~90%。
如申請專利範圍第9項所述的音圈骨架，其中，所述奈米碳管在整個音圈骨架中的質量百分比含量為10%~40%。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述奈米碳管表面帶有功能團，且該功能團包括羧基、羥基、醛基及氨基中的一種或多種。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體的材料為木纖維與果膠，在整個音圈骨架中的質量百分比含量為70%，所述奈米碳管在整個音圈骨架中的質量百分比含量為30%。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體的材料為碳纖維與樹脂，在整個音圈骨架中的質量百分比含量為80%，所述奈米碳管在整個音圈骨架中的質量百分比含量為20%。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體的材料為聚丙烯纖維與果膠，在整個音圈骨架中的質量百分比含量為90%，所述奈米碳管在整個音圈骨架中的質量百分比含量為10%。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述紙基體為木纖維，在整個音圈骨架中的質量百分比含量為85%，所述奈米碳管在整個音圈骨架中的質量百分比含量為15%。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述音圈骨架為一中空管狀結構。
如申請專利範圍第1項所述的音圈骨架，其中，所述音圈骨架管壁的厚度大於等於1微米且小於等於2毫米。
一種音圈骨架，其改良在於，所述音圈骨架為一奈米碳管紙圍成的一中空管狀結構。
如申請專利範圍第18項所述的音圈骨架，其中，所述奈米碳管紙包括一紙基體及分散於該紙基體中的複數個奈米碳管。
一種揚聲器，其包括：
一音圈；
一音圈骨架，所述音圈設置於該音圈骨架上；
一振動膜，該振動膜與所述音圈骨架一端相連接；
一定心支片，該定心支片套設於所述音圈骨架上；及
一磁場系統，該磁場系統具有一磁場間隙，所述音圈設置於所述磁場間隙中；
其改良在於，所述音圈骨架包括一紙基體及分散於該紙基體中的複數個奈米碳管。
一種揚聲器，其包括：
一音圈；
一音圈骨架，所述音圈設置於該音圈骨架上；
一振動膜，該振動膜與所述音圈骨架一端相連接；
一定心支片，該定心支片套設於所述音圈骨架上；及
一磁場系統，該磁場系統具有一磁場間隙，所述音圈設置於所述磁場間隙中；
其改良在於，所述音圈骨架為一奈米碳管紙圍成的一中空管狀結構。
如申請專利範圍第21項所述的揚聲器，其中，所述奈米碳管紙包括一紙基體及分散於該紙基體中的複數個奈米碳管。