WO2021246427A1 - 電気音響変換器用振動板 - Google Patents

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WO2021246427A1
WO2021246427A1 PCT/JP2021/020924 JP2021020924W WO2021246427A1 WO 2021246427 A1 WO2021246427 A1 WO 2021246427A1 JP 2021020924 W JP2021020924 W JP 2021020924W WO 2021246427 A1 WO2021246427 A1 WO 2021246427A1
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WO
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diaphragm
nanofibers
silk
base material
mica
Prior art date
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PCT/JP2021/020924
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English (en)
French (fr)
Inventor
久美 梶原
昌弘 三輪
Original Assignee
フォスター電機株式会社
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Publication date
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Priority to CN202180039406.9A priority patent/CN115836533A/zh
Priority to EP21817057.9A priority patent/EP4161094A4/en
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/12—Non-planar diaphragms or cones
    • H04R7/122—Non-planar diaphragms or cones comprising a plurality of sections or layers
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    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04—Plane diaphragms
    • H04R7/06—Plane diaphragms comprising a plurality of sections or layers

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm for an electroacoustic converter used for a speaker, a microphone, or the like.
  • the diaphragm for an electroacoustic converter is required to have low density, high Young's modulus, appropriate internal loss, etc., and a material having optimum physical properties is appropriately selected according to the application of a speaker or a microphone.
  • cellulose fibers mainly pulp
  • desired physical properties may not be obtained in some cases.
  • Patent Document 1 describes a diaphragm in which cellulose nanofibers are coated on the surface layer of a base material layer on which cellulose fibers are made.
  • Patent Document 1 the surface layer of the base material layer is coated with cellulose nanofibers, but in this case, there is a problem that the internal loss (tan ⁇ ) is reduced.
  • the present invention has been proposed in view of the above, and an object of the present invention is to provide a diaphragm for an electroacoustic converter that realizes an appropriate Young's modulus and an internal loss with respect to the physical characteristics of the base material. It is in.
  • a base material composed of a fiber material mainly composed of cellulose fibers forms a mixed layer in which the fiber material and silk nanofibers are mixed.
  • the mixed layer may be formed on the surface layer side of the base material.
  • the average fiber length of the silk nanofibers may be 10 ⁇ m or less.
  • the mixed layer sprays a suspension containing the silk nanofibers on the other surface of the substrate while sucking and dehydrating from one surface side of the substrate. It may be formed by doing.
  • the surface layer of the base material may be further formed with a reinforcing layer in which the fiber material, the silk nanofibers and the reinforcing material are mixed.
  • the reinforcing material may be made of a material containing mica.
  • the reinforcing material may be made of a material containing cellulose nanofibers.
  • the reinforcing layer contains the reinforcing material and the silk nanofibers on the other surface of the substrate while sucking and dehydrating from one surface side of the substrate.
  • the mixed layer may be formed by spraying the suspension.
  • diaphragm for an electroacoustic converter (hereinafter, may be abbreviated as a diaphragm) according to the embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a diaphragm for an electroacoustic converter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a cross section of the diaphragm according to the first embodiment of the present invention, which will be described later, and
  • FIG. 3 is an enlarged image of the cross section of the diaphragm taken with a microscope.
  • FIG. 4 is a schematic view of a diaphragm cross section according to Example A3 of the present invention, which will be described later, and
  • FIG. 5 is an enlarged image of the diaphragm cross section taken with a microscope.
  • the diaphragm 1 (diaphragm for an electroacoustic converter) shown in FIG. 1 is a diaphragm for a speaker according to an embodiment of the present invention and has a cone shape (conical cone shape).
  • the diaphragm 1 is attached to a vibration source of a speaker such as a voice coil whose small diameter opening side is not shown.
  • the inner surface of the conical portion of the diaphragm 1 becomes the sound radiating surface (front surface) and becomes a surface that can be visually recognized from the outside.
  • various devices of speakers (not shown) are arranged on the outer surface (rear surface) side of the conical portion of the diaphragm 1.
  • a mixed layer 11 in which the fiber material and silk nanofibers 21 are mixed is formed on a base material 10 made of a fiber material mainly composed of cellulose fibers 20.
  • a reinforcing layer 12 in which a fiber material, silk nanofiber 21, and mica 22 as a reinforcing material are mixed is formed on the surface layer on the front surface side of the base material 10. ing.
  • the base material 10 is made by preparing a liquid of cellulose fiber 20 (fiber material) beaten at a beating degree of 10 ° SR or more and 85 ° SR or less, and making a paper into a diaphragm shape.
  • the cellulose fiber 20 of the present embodiment is a mixture of wood pulp made from coniferous trees and non-wood pulp made from kenaf.
  • other pulps such as wood pulp or non-wood pulp can be used, and a mixture of wood pulp and non-wood pulp, wood pulp alone or non-wood pulp alone may be used.
  • the average fiber diameter (maximum width) of the cellulose fibers 20 is preferably 5 ⁇ m or more and 90 ⁇ m or less.
  • the fiber length of the cellulose fiber 20 is not particularly limited, and a fiber length used for general papermaking can be appropriately selected.
  • the mixed layer 11 is a layer in which silk nanofibers 21 are mixed in the gaps between the cellulose fibers 20.
  • the silk nanofiber 21 has an average fiber diameter of about 100 nm, which is at the nano level, and has a finer average fiber diameter than the cellulose fiber 20, and is inserted between the cellulose fibers 20.
  • the silk nanofiber 21 exists from the outermost surface of the base material 10 to the vicinity of the central portion in the thickness direction.
  • the reinforcing layer 12 is a layer in which silk nanofibers 21 and mica 22 as a reinforcing material coexist on the surface layer on the front surface side of the base material 10. Since the particle size of the mica 22 is larger than the average fiber diameter of the silk nanofiber 21, it does not penetrate deeply into the base material 10 and stays on the surface layer of the base material 10. With the mica 22, the rigidity of the surface layer of the diaphragm 1 can be increased, and the propagation speed of the surface layer of the diaphragm can be increased.
  • FIG. 2 is a schematic diagram imagining the diaphragm 1, and in FIG. 2, each element is exaggerated from the actual dimensions in order to make the relationship between the cellulose fiber 20, the silk nanofiber 21, and the mica 22 easy to understand. Shows.
  • the thickness of the base material 10 is 0.2 mm or more and 0.25 mm or less on average, whereas the mixed layer 11 is formed on the surface layer of the base material 10, and the thickness of the mixed layer 11 is the base material 10.
  • the average is about 0.1 mm, which is about half of that.
  • the silk nanofibers 21 are dyed without dyeing the cellulose fibers 20 of the base material 10 to form the diaphragm 1. be.
  • the front surface side of the diaphragm 1 is colored, and it can be confirmed that the mixed layer 11 is formed on the front surface side of the diaphragm 1 by the silk nanofibers 21.
  • the mixed layer 11 and the reinforcing layer 12 are subjected to suction and dehydration from the back surface (one side) side of the paper-made base material 10, and silk nanocellulose is applied to the front surface (the other side) of the base material 10 by, for example, a spray coating method.
  • a suspension containing the fiber 21 and the mica 22 By spraying a suspension containing the fiber 21 and the mica 22, the silk nanofiber 21 and the mica 22 can be formed by being inserted into the surface layer on the front surface side of the base material 10.
  • the diaphragm 1 having the mixed layer 11 is manufactured through a molding / drying step by a hot press or the like.
  • the suspension of the silk nanofibers 21 and the mica 22 is sprayed onto the front surface of the base material 10 and applied to the base material 10.
  • the silk nanofibers 21 and the mica 22 are smoothly landed on the surface layer of the base material 10 without disturbing the arrangement of the cellulose fibers 20 of the material 10 by the water content of the suspension, and the cellulose fibers 20, the silk nanofibers 21 and the mica are smoothly landed.
  • the reinforcing layer 12 in which 22 is mixed can be formed thinly and uniformly.
  • the finer silk nanofibers 21 are the cellulose fibers 20. It can penetrate deeply between them, and the mixed layer 11 can be formed deeper than the reinforcing layer 12.
  • the particle size of the mica 22 is larger than the average fiber diameter of the silk nanofiber 21 and larger than the gap between the cellulose fibers 20, a part of the mica 22 enters the gap, but most of it.
  • the mica 22 is likely to stay on the surface layer of the base material 10, and the mica 22 is uniformly present on the surface layer, so that the reinforcing layer 12 can be formed on the front surface side of the mixed layer 11.
  • the suspension does not necessarily contain mica 22, which is a reinforcing material, and a reinforcing layer is formed on the diaphragm by spraying the suspension containing silk nanofibers 21 without containing mica 22. Instead, a mixed layer may be formed.
  • the silk nanofiber 21 is made by loosening silk fiber, which is a natural fiber containing protein as a main component, by a mechanical impact force and reducing the average fiber diameter to the nano level.
  • the silk nanofiber 21 used in the examples of the present invention has an average fiber diameter of about 100 nm and an average fiber length of 10 ⁇ m or less.
  • the average fiber diameter of the silk nanofiber 21 used in the embodiment of the present invention is fine, it easily penetrates between the cellulose fibers 20 and easily affects the physical properties of the base material 10. Since the silk nanofiber 21 has high dispersibility with water, it can be uniformly dispersed in the suspension and the silk nanofiber 21 can be uniformly applied on the substrate. Therefore, it is possible to form a diaphragm having uniform physical properties on the entire surface of the diaphragm.
  • the mica 22 preferably has a particle size of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the mica 22 may be natural mica or synthetic mica.
  • the mica 22 is coated with titanium oxide, iron oxide or the like and has a gloss, in order to improve the decorativeness of the diaphragm 1. Further, by using mica having a large particle size, the mica can be retained on the surface layer of the diaphragm to increase the rigidity of the surface layer, and the propagation speed of the surface layer of the diaphragm can be increased.
  • the average fiber diameter of the silk nanofiber 21 is finer than the particle size of the mica 22 and the average fiber diameter of the cellulose fiber 20, and it is difficult to visually confirm on the surface layer of the diaphragm, but the silk nanofiber 21 and the mica 22 By mixing and spraying with, the mica 22 having a large particle size can be confirmed, and it can be visually confirmed that the silk nanofiber 21 has been reliably sprayed. Therefore, the quality of the diaphragm as an industrial product can be guaranteed.
  • Comparative example a uses a measurement sample of a base material consisting only of cellulose fibers.
  • the measurement sample in which the above was formed is used.
  • Examples A2 and A4 use measurement samples in which a mixed layer in which cellulose fibers and silk nanofibers are mixed is formed on a substrate made of cellulose fibers. Since Examples A2 and A4 do not contain mica, no reinforcing layer is formed.
  • Table 1 shows the conditions of the measurement sample in each example (mass of silk nanofibers and mica with respect to the mass of the measurement sample: mass%).
  • each of the prepared samples for measurement was prepared so that the total mass (basis weight) of the sample was constant at 170 g / m 2 , and the dimensions were cut out to a length of 40 mm and a width of 5 mm.
  • the cellulose fibers of the base material were made with a papermaking net, and then the mass of the silk nanofibers and mica was collected on the front surface of the base material while being sucked and dehydrated from the back side of the base material. It was formed by spraying a suspension adjusted to have a ratio of 95: 5.
  • Example A1 the silk nanofibers and mica were sprayed so as to be 2.00% by mass of the total mass of the sample, the silk nanofibers were 1.90% by mass of the whole sample, and the mica was used. It is 0.10% by mass.
  • Example A3 was formed by spraying so that the mass of the silk nanofibers and the mica was 5.00% by mass of the total mass of the sample, and the silk nanofibers were 4.75% by mass of the total sample. The amount of mica is 0.25% by mass.
  • Example A2 was sprayed so that the mass of the silk nanofibers was 2.00% by mass of the total mass of the sample, and in Example A4, the mass of the silk nanofibers was 5.00% by mass of the total mass of the sample. It was formed by spraying so that it would be.
  • Example 4 and 5 are a schematic view of a diaphragm cross section according to Example A3 of the present invention and enlarged images taken with a microscope, and correspond to FIGS. 2 and 3 of Example A1.
  • the mass of the silk nanofibers is as large as 4.75% by mass with respect to 1.90% by mass of Example A1 from the outermost surface of the base material 10.
  • the silk nanofiber 21 exists up to the vicinity of the back surface in the thickness direction.
  • the thickness of the base material 10 is 0.2 mm or more and 0.25 mm or less on average, while the thickness of the mixed layer 11 is about 0.15 mm.
  • Example A1 to A4 For the silk nanofibers of Examples A1 to A4, model KCo-30005 manufactured by Sugino Machine Limited was used.
  • the silk nanofibers are made by loosening silk fibers by a mechanical impact force and having an average fiber diameter of about 100 nm and an average fiber length of 10 ⁇ m or less.
  • Mica has a particle size of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, and is made from natural mica as a base and coated with titanium oxide and iron oxide to give luster.
  • Young's modulus As is clear from FIG. 6, in Examples A1 to A4 having a mixed layer in which silk nanofibers are mixed in the base material, Young's modulus is lower than that in Comparative Example a. Further, as can be seen from the comparison between Comparative Example a and Example A1 and Example A3, and the comparison between Comparative Example a and Example A2 and Example A4, the Young's modulus decreases as the amount of silk nanofibers increases. .. Specifically, the Young's modulus of Comparative Example a is 4.19 [GPa], whereas the Young's modulus of Example A1 in which 1.90% by mass of silk nanofibers are mixed is 3.99 [GPa].
  • Example A3 in which 4.75% by mass is mixed is 3.94 [GPa].
  • the Young's modulus is about 5% lower in Example A1 and about 6% lower in Example A3 than in Comparative Example a.
  • Example A2 in which 2.00% by mass of silk nanofibers are mixed has a Young's modulus of 3.94 [GPa]
  • Example A4 in which 5.00% by mass is mixed has a Young's modulus of 3.74 [GPa].
  • the Young's modulus is about 6% lower in Example A2 and about 11% lower in Example A4 than in Comparative Example a.
  • Example A1 in which 0.10% by mass of mica was mixed and Example A2 in which mica was not mixed
  • Example A3 in which 0.25% by mass of mica was mixed and an implementation in which mica was not mixed.
  • the decrease in Young's modulus can be suppressed by having the reinforcing layer in which mica is mixed.
  • the Young's modulus of Example A3 having a reinforcing layer in which mica is mixed is improved by about 5% as compared with Example A4.
  • Example A3 became 0.0299.
  • Example A1 is improved by about 3% and Example A3 is improved by about 4% with respect to Comparative Example a.
  • Example A2 in which 2.00% by mass of silk nanofibers were mixed was 0.0298
  • Example A4 in which 5.00% by mass was mixed was 0.0304.
  • Example A2 is improved by about 4% and Example A4 is improved by about 6% with respect to Comparative Example a. Since the silk fibers constituting the silk nanofibers have a weak bond with the cellulose fibers of the base material, the silk nanofibers permeate between the cellulose fibers, weakening the bonding force between the cellulose fibers and increasing the damping effect.
  • the internal loss of the vibrating plate can be increased. Therefore, a speaker using the diaphragm can obtain clear sound quality.
  • the silk nanofibers weaken the bonding force between the cellulose fibers, resulting in a decrease in the Young's modulus of the diaphragm.
  • the permeability of the silk nanofibers is suppressed, which is appropriate. It is possible to form a diaphragm that secures internal loss.
  • a mixed layer in which the fiber material and silk nanofibers are mixed is formed on a base material made of a fiber material mainly composed of cellulose fibers, whereby Young The rate can be maintained and the physical properties of the internal loss of the base material itself can be improved. Further, the balance between the Young's modulus and the physical properties of the internal loss can be adjusted according to the amount of the silk nanofibers mixed and the penetrance of the mixed layer. As described above, by using silk nanofibers, it is possible to provide a diaphragm that realizes an appropriate Young's modulus and an internal loss with respect to the physical characteristics of the base material. Therefore, by using the diaphragm, the acoustic characteristics of the speaker can be optimized according to the purpose of the speaker.
  • a decrease in Young's modulus can be suppressed.
  • the internal loss and Young's modulus of the diaphragm can be set to suitable states.
  • the silk nanofibers are infiltrated into the inside of the base material by spraying the suspension containing the silk nanofibers on the other side of the base material while sucking and dehydrating from one side of the base material. It is possible to efficiently improve the physical properties (particularly internal loss) of the base material. Since the average fiber diameter of silk nanofibers is finer than the average fiber diameter of cellulose fibers, cellulose fibers and silk nanofibers are mixed and liquid-prepared when forming a vibrating plate, and papermaking is performed. However, during papermaking, the silk nanofibers pass between the cellulose fibers and the mesh of the papermaking net and flow out together with the papermaking drainage, making it difficult to keep them in the vibrating plate. Therefore, by spraying the silk nanofibers on the base material after forming the paper as in the present embodiment, the silk nanofibers can be efficiently retained between the tightly packed cellulose fibers, and the silk nanofibers are mixed. The vibrating plate can be efficiently formed.
  • the amount of water used can be reduced to the utmost limit.
  • the two-layer papermaking diaphragm and the second-layer spray diaphragm are structurally both two-layer diaphragms, but there is a difference in the thickness of the surface layer. ..
  • the surface layer is 10% to 50% of the total thickness (cross section of the diaphragm), but in the second layer spray diaphragm, the surface layer can be formed in 2% to 5% of the total thickness.
  • the amount of water used the amount of papermaking water used for papermaking in a single-layer papermaking diaphragm is several liters.
  • the double-layer papermaking diaphragm requires several liters for the base material and several liters for the surface papermaking.
  • the amount of water used for the second-layer spray diaphragm is the same as several liters for the base material, but several grams to several tens of grams for the suspension is sufficient, and the double-layer papermaking diaphragm. It can significantly reduce the amount of water used and contribute to the reduction of wastewater.
  • mica is used as the reinforcing material, but the reinforcing material is not limited to mica, and other materials having high bending rigidity, carbon fiber, cellulose nanofiber, and the like are used. Materials having a high Young's modulus may be used, or they may be used in combination as appropriate.
  • cellulose nanofibers When cellulose nanofibers are used as the reinforcing material, those with a short average fiber length are preferable. When cellulose nanofibers having a short average fiber length are used, the dispersibility in the suspension of the silk nanofibers and the cellulose nanofibers is higher than that of the cellulose nanofibers having a long average fiber length. Therefore, when the suspension is sprayed on the front surface of the base material, the silk nanofibers and the cellulose nanofibers can be uniformly sprayed, and the manufacturability is excellent.
  • cellulose nanofibers are used as the reinforcing material
  • the suspension containing the silk nanofibers and the cellulose nanofibers is sprayed onto the front surface of the substrate and suction-dehydrated from the back surface side of the substrate
  • the silk nanofibers are used. While the fibers penetrate deep into the substrate through the gaps between the cellulose fibers, the cellulose nanofibers tend to stay on the surface of the substrate.
  • a reinforcing layer in which cellulose fibers, silk nanofibers, and cellulose nanofibers are mixed can be formed on the front surface side of the mixed layer.
  • the Young's modulus of cellulose nanofibers is about twice as high as that of cellulose fibers such as pulp. Therefore, by using the cellulose nanofibers, the internal loss of the silk nanofibers can be increased without lowering the Young's modulus of the diaphragm as compared with the case where only mica is used as the reinforcing material.
  • Comparative example b1 uses a measurement sample of a base material consisting only of cellulose fibers.
  • a measurement in which a layer in which short-fiber cellulose nanofibers were mixed in a substrate made of cellulose fibers and a layer in which short-fiber cellulose nanofibers and mica were mixed in the base material cellulose fibers, and a layer in which short-fiber cellulose nanofibers and mica were mixed was formed on the surface layer of the base material. Sample is used.
  • Comparative Example b3 a measurement in which a layer in which long-fiber cellulose nanofibers were mixed in a base material made of cellulose fibers and a layer in which a base material cellulose fiber, long-fiber cellulose nanofibers and mica were mixed was formed on the surface layer of the base material. Sample is used.
  • Example B1 a mixed layer in which cellulose fibers and silk nanofibers are mixed in a base material made of cellulose fibers and a reinforcing layer in which cellulose fibers, silk nanofibers and mica are mixed in the base material are formed on the surface layer of the base material.
  • the sample for measurement is used.
  • Example B2 a mixed layer in which silk nanofibers were mixed in a base material made of cellulose fibers and a reinforcing layer in which short fiber cellulose nanofibers, silk nanofibers and mica were mixed in the base material were formed on the surface layer of the base material.
  • a measurement sample is used.
  • Example B3 a mixed layer in which silk nanofibers were mixed in a base material made of cellulose fibers and a reinforcing layer in which long-fiber cellulose nanofibers, silk nanofibers and mica of the base material were mixed were formed on the surface layer of the base material. A measurement sample is used.
  • Table 2 shows the conditions of the measurement sample in Comparative Examples b1 to b3 and Examples B1 to B3 (mass of nanofiber and mica with respect to the mass of the measurement sample: mass%).
  • the second embodiment has different papermaking conditions (papermaking conditions, press conditions, basis weight, etc.) from the first embodiment, and the physical property data is unified between the first embodiment and the second embodiment. It cannot be compared with.
  • the cellulose fibers of the base material were made with a papermaking net, and then the nanofibers and mica were added to the front surface of the base material while being sucked and dehydrated from the back side of the base material. It was formed by spraying a suspension adjusted to have a mass ratio of 95: 5. More specifically, in Comparative Example b2, the mass ratio of short fiber cellulose nanofibers to mica was 95: 5, and in Comparative Example b3, the mass ratio of long fiber cellulose nanofibers to mica was 95: 5.
  • Example B1 the mass ratio of silk nanofibers to mica was 95: 5, and in Example B2, the mass ratio of short-fiber cellulose nanofibers, silk nanofibers and mica was 47.5: 47.5: 5. In Example B3, the mass ratio of the long fiber cellulose nanofibers, the silk nanofibers and the mica was adjusted to be 47.5: 47.5: 5.
  • Comparative Example b2 the short fiber cellulose nanofibers and mica were sprayed so as to be 2.00% by mass of the total mass of the sample, and the short fiber cellulose nanofibers were 1.90% by mass of the whole sample. Yes, mica is 0.10% by mass.
  • Comparative Example b3 the masses of the long-fiber cellulose nanofibers and mica were sprayed so as to be 2.00 mass% of the total mass of the sample, and the long-fiber cellulose nanofibers were 1.90 mass by mass of the entire sample. %, And mica is 0.10% by mass.
  • Example B1 the silk nanofibers and mica were sprayed so as to be 2.00% by mass of the total mass of the sample, and the silk nanofibers were 1.90% by mass of the whole sample, and the mica. Is 0.10% by mass.
  • Example B2 was formed by spraying the short fiber cellulose nanofibers, the silk nanofibers, and the mica so that the masses of the short fiber cellulose nanofibers, the silk nanofibers, and the mica were 2.00% by mass of the total mass of the sample, and the short fiber cellulose nanofibers and the silk were formed. Nanofibers are 0.95% by mass of the total sample, and mica is 0.10% by mass.
  • Example B3 is formed by spraying the long fiber cellulose nanofibers, the silk nanofibers, and the mica so that the mass is 2.00% by mass of the total mass of the sample, and the long fiber cellulose nanofibers and the silk are formed. Nanofibers are 0.95% by mass of the total sample, and mica is 0.10% by mass.
  • Examples B1 to B3 model KCo-30005 manufactured by Sugino Machine Limited was used.
  • the silk nanofibers are made by loosening silk fibers by a mechanical impact force and having an average fiber diameter of about 100 nm and an average fiber length of 10 ⁇ m or less.
  • Mica has a particle size of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, and is made from natural mica as a base and coated with titanium oxide and iron oxide to give luster.
  • the model FMa-10010 manufactured by Sugino Machine Limited was used as the short fiber cellulose nanofibers of Comparative Example b2 and Example B2.
  • the short fiber cellulose nanofiber is made by loosening the cellulose fiber by a mechanical impact force and making the average fiber diameter finer to about 10 to 50 nm.
  • the model IMa-10005 manufactured by Sugino Machine Limited was used as the long fiber cellulose nanofibers of Comparative Example b3 and Example B3, the model IMa-10005 manufactured by Sugino Machine Limited was used as the long-fiber cellulose nanofibers are those in which the cellulose fibers are loosened by a mechanical impact force and the average fiber diameter is refined to about 10 to 50 nm, and the average fiber length is longer than that of the short-fiber cellulose nanofibers.
  • Example B2 in which short-fiber cellulose nanofibers and silk nanofibers are mixed has the lowest young rate (3.38 [GPa]), and is an example of only silk nanofibers.
  • B2 has the second lowest young rate (3.43 [GPa])
  • Example B3 in which long-fiber cellulose nanofibers and silk nanofibers are mixed has the highest young rate (3.59 [GPa]).
  • Example B2 the short-fiber cellulose nanofibers suppress the penetration of the silk nanofibers between the cellulose fibers by mixing the short-fiber cellulose nanofibers together with the silk nanofibers in the base material.
  • the silk nanofibers can be efficiently fastened to the surface layer of the base material, so that the bonding force between the cellulose fibers and the cellulose nanofibers on the surface layer is weakened, and the younger of the entire diaphragm is compared with Comparative Examples b2 and b3. The rate is declining.
  • Example B3 by mixing long-fiber cellulose nanofibers together with silk nanofibers in the base material, highly dispersible silk nanofibers can be efficiently fastened to the surface layer without penetrating into the inside of the diaphragm.
  • the tan ⁇ (0.0274) of Comparative Example b2 in which only the short fiber cellulose nanofibers are mixed is compared with the tan ⁇ (0.0284) of Example B2 in which the short fiber cellulose nanofibers and the silk nanofibers are mixed. It has increased. This is higher than tan ⁇ (0.0278) of Example B1 in which only silk nanofibers are mixed.
  • Example B3 the tan ⁇ (0.0273) of Example B3 in which the long fiber cellulose nanofibers and the silk nanofibers were mixed was compared with the tan ⁇ (0.0268) of Comparative Example b3 in which only the long fiber cellulose nanofibers were mixed. It has increased.
  • Silk nanofibers have a weak bond with the cellulose fibers of the base material and can enhance the damping effect, so that the internal loss of the diaphragm can be increased. Therefore, a speaker using the diaphragm can obtain clear sound quality.
  • FIGS. 10 and 11 are a schematic view of a diaphragm cross section according to Example B3 of the present invention and enlarged images taken with a microscope
  • FIG. 12 shows a surface of the diaphragm according to Example B3 taken with a microscope. It is an enlarged image.
  • the silk nanofibers 21 are dyed red without dyeing the cellulose fibers 20 of the base material 10, and the cellulose nanofibers 23 are dyed. It was dyed black to form the vibrating plate 1.
  • the surface of the diaphragm is deeply colored, and in Example B3, it can be seen that many long-fiber cellulose nanofibers 23 remain on the surface of the base material 10.
  • the glossy mica 22 is uniformly distributed on the surface of the diaphragm, and the silk nanofiber 21, the cellulose nanofiber 23, and the mica 22 are arranged on the surface of the diaphragm. You can check it.
  • the lightly colored range shows a mixed layer in which silk nanofibers are mixed. As described above, in Example B3, it can be seen that the permeation of the silk nanofibers 21 into the base material 10 is shallower than that of the diaphragms of FIGS.
  • the silk nanofibers 21 can be fastened to the surface layer without penetrating into the inside of the diaphragm. As a result, it is possible to efficiently fill the gaps between the cellulose fibers 20 of the base material 10 in the surface layer of the diaphragm, and it is possible to form a diaphragm having a high density of the surface layer. Further, by mixing the cellulose nanofibers and the silk nanofibers 21, the amount of the silk nanofibers 21 used can be reduced. In addition, the diaphragm having a high surface density suppresses ventilation and can efficiently transmit vibration to the air, so that the sound pressure can be improved.
  • the sound pressure is improved and the balance between Young's modulus and internal loss is excellent.
  • a diaphragm can be manufactured.
  • the shape of the diaphragm 1 is a cone shape, but the shape of the diaphragm may be another shape such as a dome shape.
  • the mixed layer and the reinforcing layer may be formed not only on the front surface side of the base material but also on the back surface side, or may be formed only on the back surface side.
  • the diaphragm as a speaker has a configuration including an edge, but the diaphragm in the present embodiment refers to a body portion excluding the edge.
  • the nanofibers in the suspension containing the cellulose fibers as the base material for papermaking and the silk nanofibers may be dyed with a dye or the like, and may be sized or waterproofed. It is good to use the one.
  • cellulose fiber in addition to the cellulose fiber, other materials such as carbon fiber, fine powder of carbon powder, and bacterial cellulose may be mixed with the base material to be paper-made.

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Abstract

【課題】高ヤング率を維持し適度な内部損失を実現する電気音響変換器用振動板を提供すること。 【解決手段】電気音響変換器用振動板１では、セルロースを主とした繊維材料で構成された基材１０は、繊維材料２０とシルクナノファイバ２１とが混在した混在層１１が形成されている。

Description

電気音響変換器用振動板
　この発明は、スピーカやマイクロホン等に用いられる電気音響変換器用振動板に関する。
　電気音響変換器用振動板では、低密度、高ヤング率、適度な内部損失等を有することが求められ、スピーカやマイクロホンの用途に応じ最適な物性を有する材料が適宜選択される。振動板の材料としては種々のものが存在し、性能面、コスト面などからセルロース繊維（主にパルプ）が多く用いられているが、所望の物性が得られない場合がある。
　そのため、このような振動板では、セルロース繊維からなる基材の表層に他材料を塗布する等して、上記の物性を補うことが行われている。例えば、特許文献１には、セルロース繊維を抄紙した基材層の表層にセルロースナノファイバを塗布した振動板が記載されている。
国際公開第ＷＯ２０１５／０１１９０３号
　しかし、特許文献１では、基材層の表層にセルロースナノファイバをコーティングしているが、この場合、内部損失（ｔａｎδ）が低下してしまうという課題がある。
　この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、基材の持つ物性値に対して適度なヤング率と内部損失を実現する電気音響変換器用振動板を提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明に係る電気音響変換器用振動板では、セルロース繊維を主とした繊維材料で構成された基材は、前記繊維材料とシルクナノファイバとが混在した混在層が形成されている。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記混在層は、前記基材の表層側に形成されてもよい。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記シルクナノファイバの平均繊維長は１０μｍ以下であってもよい。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記混在層は、前記基材の一方の面側から吸引脱水しながら、前記基材の他方の面に前記シルクナノファイバを含有した懸濁液を噴霧することで形成されてもよい。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記基材の表層は、前記繊維材料と前記シルクナノファイバと強化材が混在した強化層が更に形成されてもよい。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記強化材は、マイカを含む材料によるものであってもよい。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記強化材は、セルロースナノファイバを含む材料によるものであってもよい。
　また、上記電気音響変換器用振動板において、前記強化層は、前記基材の一方の面側から吸引脱水しながら、前記基材の他方の面に前記強化材と前記シルクナノファイバとを含有した懸濁液を噴霧することで前記混在層に形成されてもよい。
　以上のように本発明によれば、基材の持つ物性値に対して適度なヤング率と内部損失を実現する電気音響変換器用振動板を提供することができる。
本発明の実施形態に係る電気音響変換器用振動板の断面図である。 本発明の実施例Ａ１に係る振動板断面の模式図である。 本発明の実施例Ａ１に係る振動板断面の拡大画像である。 本発明の実施例Ａ３に係る振動板断面の模式図である。 本発明の実施例Ａ３に係る振動板断面の拡大画像である。 本発明の実施形態に係る比較例ａと各実施例Ａ１からＡ４のヤング率を比較したグラフである。 本発明の実施形態に係る比較例ａと各実施例Ａ１からＡ４の内部損失を比較したグラフである。 本発明の実施形態に係る比較例ｂ１からｂ３と実施例Ｂ１からＢ３のヤング率を比較したグラフである。 本発明の実施形態に係る比較例ｂ１からｂ３と実施例Ｂ１からＢ３の内部損失を比較したグラフである。 本発明の実施例Ｂ３に係る振動板断面の模式図である。 本発明の実施例Ｂ３に係る振動板断面の拡大画像である。 本発明の実施例Ｂ３に係る振動板表面の拡大画像である。
　以下、本発明の実施形態に係る電気音響変換器用振動板（以下、振動板と省略して言うこともある。）について説明する。
　図１は本発明の実施形態に係る電気音響変換器用振動板の断面図である。また、図２は後述する本発明の実施例Ａ１に係る振動板断面の模式図であり、図３はその振動板断面のマイクロスコープで撮影した拡大画像である。また、図４は、後述する本発明の実施例Ａ３に係る振動板断面の模式図であり、図５はその振動板断面のマイクロスコープで撮影した拡大画像である。
　図１に示す振動板１（電気音響変換器用振動板）は、本発明の実施形態に係るスピーカ用の振動板でありコーン状（円錐台状）をなしている。当該振動板１は径の小さい開口側が図示しないボイスコイル等のスピーカの振動源に取り付けられる。この振動板１の円錐部分の内面が音の放射面（前面）となり、外部から視認可能な面となる。一方、振動板１の円錐部分の外面（背面）側には図示しないスピーカの各種装置が配置される。
　まず、本発明の実施例Ａ１に係る図２、図３を用いて、本発明に係る振動板１の構成について説明する。振動板１は、セルロース繊維２０を主とした繊維材料で構成された基材１０に、当該繊維材料とシルクナノファイバ２１とが混在した混在層１１が形成されている。なお、実施例Ａ１及び後述する実施例Ａ３に係る振動板は、基材１０の前面側の表層に繊維材料とシルクナノファイバ２１、及び強化材であるマイカ２２が混在した強化層１２が形成されている。
　ここで、基材１０は叩解度１０°ＳＲ以上８５°ＳＲ以下で叩解したセルロース繊維２０（繊維材料）を調液し、振動板形状に抄紙したものである。本実施形態のセルロース繊維２０は、針葉樹を原料とした木材パルプと、ケナフを原料とした非木材パルプとを混合したものである。セルロース繊維２０として、この他の木材パルプ又は非木材パルプ等のパルプを用いることができ、木材パルプと非木材パルプとを混合したもの、木材パルプ単体や非木材パルプ単体を用いてもよい。また、セルロース繊維２０の平均繊維径（最大幅）は５μｍ以上９０μｍ以下が好ましい。なお、セルロース繊維２０の繊維長は特に限定されるものではなく、一般的な抄紙に用いられる繊維長のものを適宜選択できる。
　混在層１１は、図２に示すように、セルロース繊維２０間の隙間にシルクナノファイバ２１が混在する層である。シルクナノファイバ２１は平均繊維径がナノレベルの約１００ｎｍであり、セルロース繊維２０よりも平均繊維径が微細で、セルロース繊維２０間に入り込んでいる。図２の模式図に示す例では、基材１０の最表面から厚み方向の中央部付近まで、シルクナノファイバ２１が存在している。
　強化層１２は、図２に示すように、基材１０の前面側の表層にシルクナノファイバ２１と強化材であるマイカ２２が混在する層である。マイカ２２の粒度は、シルクナノファイバ２１の平均繊維径に比較して大きいため、基材１０内部に深く入り込まずに、基材１０の表層に留まっている。マイカ２２により、振動板１の表層の剛性を高くでき、振動板表層の伝搬速度を高くすることができる。
　なお、図２は振動板１をイメージした模式図であり、図２ではセルロース繊維２０、シルクナノファイバ２１、及びマイカ２２の関係をわかりやすくするために各要素を実際の寸法よりも誇張して示している。実際は図３に示すように基材１０の厚みが平均０．２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であるのに対し、混在層１１は基材１０の表層に形成され、混在層１１の厚みは基材１０の半分程度の平均０．１ｍｍ程度である。なお、図３では、基材１０の混在層１１を識別しやすくするため、基材１０のセルロース繊維２０を染色せずに、シルクナノファイバ２１のみを染色し、振動板１を形成したものである。図３に示されるように、振動板１の前面側が色付けされており、シルクナノファイバ２１により振動板１の前面側に混在層１１が形成されているのが確認できる。
　混在層１１及び強化層１２は、抄紙された基材１０の背面（一方の面）側から吸引脱水しながら、基材１０の前面（他方の面）に、例えばスプレー塗布法によって水にシルクナノファイバ２１とマイカ２２とを含有した懸濁液を噴霧することで、基材１０の前面側の表層にシルクナノファイバ２１とマイカ２２とを入り込ませて形成することができる。その後、熱プレス等による成形・乾燥工程を経て、混在層１１を有する振動板１が作製される。このように基材１０の背面側から吸引脱水された状態で、基材１０の前面にシルクナノファイバ２１とマイカ２２との懸濁液が噴霧されて基材１０に塗布されることで、基材１０のセルロース繊維２０同士の配列を懸濁液の水分により乱すことなく、基材１０の表層にシルクナノファイバ２１とマイカ２２とを円滑に着地させ、セルロース繊維２０とシルクナノファイバ２１とマイカ２２とが混在する強化層１２を薄く均一に形成することができる。また、抄紙された基材１０の背面側から吸引脱水することで、噴霧された懸濁液が含有するシルクナノファイバ２１とマイカ２２のうち、より微細なシルクナノファイバ２１だけが、セルロース繊維２０間に深く浸透することができ、強化層１２よりも混在層１１を深く形成できる。これに対して、マイカ２２の粒度は、シルクナノファイバ２１の平均繊維径に比較して大きく、かつ、セルロース繊維２０間の隙間よりも大きいため、マイカ２２の一部は隙間に入り込むが、大半のマイカ２２が基材１０の表層に留まり易く、表層おいてマイカ２２が均一に存在することで、混在層１１の前面側に強化層１２を形成できる。なお、懸濁液は、強化材であるマイカ２２を必ずしも含有する必要はなく、マイカ２２を含まずにシルクナノファイバ２１を含む懸濁液を噴霧することにより、振動板に強化層を形成せずに、混在層を形成しても構わない。
　シルクナノファイバ２１は、タンパク質を主成分とする天然繊維である原料のシルク繊維を、機械的衝撃力でほぐし、平均繊維径をナノレベルに微細化したものである。本発明の実施例で用いるシルクナノファイバ２１は、平均繊維径が約１００ｎｍで、平均繊維長が１０μｍ以下に微細化されたものである。このように本発明の実施例で用いるシルクナノファイバ２１の平均繊維径は微細であるため、セルロース繊維２０の間に浸透しやすく、基材１０の物性に影響を及ぼしやすい。シルクナノファイバ２１は水との分散性が高いため、懸濁液中に均一に分散し、基材上にシルクナノファイバ２１を均一に塗布できる。したがって、振動板全面で均一な物性を有する振動板を形成できる。
　マイカ２２は、粒度が小さすぎると振動板表面のマイカ２２を識別し難くなり、大きすぎると質感が粗くなり振動板１の装飾性を悪化させるおそれがある。また、マイカ２２の粒度が小さすぎると基材１０の表層にマイカ２２を留まらせることが難しくなり、マイカ２２の粒度が大きすぎるとセルロース繊維２０間にマイカ２２を配置することが難しくなる。このため、マイカ２２は、粒度１０μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。なお、マイカ２２は天然マイカでも、合成マイカでもよい。さらにマイカ２２は、酸化チタンや酸化鉄等で被覆され光沢を有するものが、振動板１の装飾性を向上させるのに好ましい。また、粒度の大きなマイカを使用することで、振動板の表層にマイカを留まらせて表層の剛性を高くでき、振動板表層の伝搬速度を高くできる。また、シルクナノファイバ２１の平均繊維径はマイカ２２の粒度やセルロース繊維２０の平均繊維径よりも微細であり、振動板の表層において目視で確認することは困難だが、シルクナノファイバ２１とマイカ２２とを混合して噴霧することで、粒度の大きなマイカ２２を確認でき、シルクナノファイバ２１が確実に噴霧されたことを目視で確認できる。したがって、振動板の工業製品としての品質を保証できる。
（第１の実施例）
　以下、本発明に係る第１の実施例と比較例の電気音響変換器用振動板の測定用試料を用いたヤング率及び内部損失の比較結果について説明する。
　比較例ａはセルロース繊維のみからなる基材の測定用試料を用いている。実施例Ａ１、Ａ３は、セルロース繊維からなる基材にセルロース繊維とシルクナノファイバとが混在した混在層と、基材の表層に基材のセルロース繊維とシルクナノファイバとマイカとが混在した強化層を形成した測定用試料を用いている。実施例Ａ２、Ａ４は、セルロース繊維からなる基材にセルロース繊維とシルクナノファイバとが混在した混在層を形成した測定用試料を用いている。実施例Ａ２及び実施例Ａ４はマイカを含まないため、強化層は形成されない。各実施例における測定用試料の条件（測定用試料の質量に対するシルクナノファイバとマイカの質量：質量％）を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　作製した各測定用試料は、試料全体質量（坪量）が１７０ｇ／ｍ２で一定となるように作製し、寸法を長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍに切り出したものである。具体的には、実施例Ａ１、Ａ３の試料は、抄紙網で基材のセルロース繊維を抄紙後、基材の背面側から吸引脱水しながら、基材の前面にシルクナノファイバとマイカとの質量比が９５：５となるように調整した懸濁液を噴霧し、形成したものである。実施例Ａ１は、シルクナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧したものであり、シルクナノファイバが試料全体の１．９０質量％であり、マイカが０．１０質量％である。同様に実施例Ａ３は、シルクナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の５．００質量％となるように噴霧し、形成したものであり、シルクナノファイバが試料全体の４．７５質量％であり、マイカが０．２５質量％である。また、実施例Ａ２、Ａ４の試料は、抄紙網で基材のセルロース繊維を抄紙後、基材の背面側から吸引脱水しながら、基材の前面にシルクナノファイバの懸濁液を噴霧し、形成したものである。実施例Ａ２は、シルクナノファイバの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧され、実施例Ａ４は、シルクナノファイバの質量が試料全体の質量の５．００質量％となるように噴霧し、形成したものである。
　図４、図５は、本発明の実施例Ａ３に係る振動板断面の模式図及びマイクロスコープで撮影した拡大画像であり、実施例Ａ１の図２、図３に対応する。
　図４で示すように、実施例Ａ３の混在層１１は、シルクナノファイバの質量が、実施例Ａ１の１．９０質量％に対して４．７５質量％と多く、基材１０の最表面から厚み方向の背面付近まで、シルクナノファイバ２１が存在している。図５に示すように基材１０の厚みが平均０．２ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であるのに対し、混在層１１の厚みはおよそ０．１５ｍｍ程度である。
　比較例ａ及び実施例Ａ１～Ａ４の基材は、セルロース繊維としてＮＵＫＰ５０質量％とケナフ５０質量％を混合し、叩解度２０°ＳＲで叩解したものを用いた。
　実施例Ａ１～Ａ４のシルクナノファイバは株式会社スギノマシン製の型式ＫＣｏ―３０００５を使用した。シルクナノファイバは、シルク繊維を機械的衝撃力でほぐし、平均繊維径が約１００ｎｍで、平均繊維長が１０μｍ以下に微細化されたものである。また、実施例Ａ１、Ａ３のマイカは、日本光研工業株式会社製の型式ＭＳ‐１００Ｒを使用した。マイカは粒度が２０μｍ～１００μｍのもので、天然マイカを基盤として酸化チタン、酸化鉄を被覆して光沢を付与したものである。実施例Ａ１、Ａ３において、シルクナノファイバとマイカとの質量に基づく配合比はシルクナノファイバ：マイカ＝９５：５である。
　これらの比較例ａ及び実施例Ａ１～Ａ４の試料を振動リード法により測定した物性（ヤング率、内部損失（ｔａｎδ））を図６、図７を用いて説明する。なお、図６ではヤング率の測定平均値（ｎ＝１０）、図７では内部損失の測定平均値（ｎ＝１０）が示されている。
　まず、ヤング率について説明する。図６から明らかなように、基材にシルクナノファイバが混在する混在層を有する実施例Ａ１～Ａ４は、ヤング率が比較例ａと比較して低下している。また、比較例ａと実施例Ａ１と実施例Ａ３の比較、及び比較例ａと実施例Ａ２と実施例Ａ４の比較からわかるように、シルクナノファイバの量が多いほどヤング率が低下している。具体的には、比較例ａのヤング率が４．１９［ＧＰａ］であるのに対して、シルクナノファイバが１．９０質量％混在する実施例Ａ１のヤング率は３．９９［ＧＰａ］、４．７５質量％混在する実施例Ａ３のヤング率は３．９４［ＧＰａ］である。ヤング率は、比較例ａに対して、実施例Ａ１が５％程度、実施例Ａ３が６％程度低下している。また、シルクナノファイバが２．００質量％混在する実施例Ａ２はヤング率が３．９４［ＧＰａ］、５．００質量％混在する実施例Ａ４はヤング率が３．７４［ＧＰａ］である。ヤング率は、比較例ａに対して、実施例Ａ２が６％程度、実施例Ａ４が１１％程度低下している。また、マイカを０．１０質量％混在させた実施例Ａ１とマイカを混在していない実施例Ａ２の比較、及びマイカを０．２５質量％混在させた実施例Ａ３とマイカを混在させていない実施例Ａ４の比較で明らかなように、マイカを混在させた強化層を有することにより、ヤング率の低下を抑制できる。特に実施例Ａ３と実施例Ａ４の比較では、マイカを混在させた強化層を有する実施例Ａ３は実施例Ａ４に比較して５％程度ヤング率が向上している。なお、強化材としてマイカに加えてセルロースナノファイバを用い、混在層にマイカとセルロースナノファイバを混在した強化層を形成することで、ヤング率の低下をさらに抑制することができる。
　次に内部損失を表す測定値ｔａｎδについて説明する。図７から明らかなように、基材にシルクナノファイバが混在する混在層を有する実施例Ａ１～Ａ４は、ｔａｎδが比較例ａと比較して大きくなっている。また、比較例ａと実施例Ａ１と実施例Ａ３の比較、及び比較例ａと実施例Ａ２と実施例Ａ４の比較からわかるように、シルクナノファイバの量が多いほどｔａｎδが大きくなる。具体的には、比較例ａのｔａｎδが０．０２８７であるのに対して、シルクナノファイバが１．９０質量％混在する実施例Ａ１はｔａｎδが０．０２９５に、４．７５質量％混在する実施例Ａ３は０．０２９９になった。ｔａｎδは比較例ａに対して実施例Ａ１が３％程度、実施例Ａ３が４％程度向上している。また、シルクナノファイバが２．００質量％混在する実施例Ａ２は０．０２９８に、５．００質量％混在する実施例Ａ４は０．０３０４になった。ｔａｎδは比較例ａに対して実施例Ａ２が４％程度、実施例Ａ４が６％程度向上している。シルクナノファイバを構成するシルク繊維は、基材のセルロース繊維との結合が弱いため、セルロース繊維の間にシルクナノファイバが浸透することにより、セルロース繊維の間の結合力を弱め、減衰効果を高くできるので、振動板の内部損失を大きくすることができる。そのため、当該振動板を用いたスピーカではクリアな音質を得ることができる。一方で、シルクナノファイバによりセルロース繊維の間の結合力が弱まることで振動板のヤング率の低下をもたらすが、シルクナノファイバの浸透度を調整することでヤング率の低下を抑制し、適度な内部損失を確保した振動板を形成できる。
　以上のように、電気音響変換器用振動板において、セルロース繊維を主とした繊維材料で構成された基材に、前記繊維材料とシルクナノファイバとが混在した混在層が形成されることで、ヤング率を維持し、基材自体が有する内部損失の物性を向上させることができる。また、シルクナノファイバを混在させる量や混在層の浸透度に応じて、ヤング率と内部損失の物性のバランスを調整することができる。このように、シルクナノファイバを用いることで基材の持つ物性値に対して適度なヤング率と内部損失を実現する振動板の提供が可能となる。そのため当該振動板を用いることで、スピーカの音響特性を、スピーカの目的に応じて好適化することができる。
　また、マイカ等の強化材を混在させた強化層を更に形成することにより、ヤング率の低下を抑制することができる。このように、シルクナノファイバと強化材を併用することにより、振動板の内部損失とヤング率を、それぞれ好適な状態に設定することができる。
　また、基材の一方の面側から吸引脱水しながら、基材の他方の面にシルクナノファイバを含有した懸濁液を噴霧することで、基材の内部にまでシルクナノファイバを浸透させることができ、基材の物性（特に内部損失）を効率的に向上させることができる。なお、シルクナノファイバの平均繊維径はセルロース繊維の平均繊維径と比較して微細であることから、振動板を形成する際にセルロース繊維とシルクナノファイバとを混在させて調液して抄紙しても、抄紙の際にシルクナノファイバがセルロース繊維間や抄紙網の網目を通過し、抄紙排水と一緒に流れ出てしまい、振動板内に留めることが難しい。そのため、本実施形態のように抄紙形成後の基材にシルクナノファイバを噴霧することで、目の詰まったセルロース繊維間にシルクナノファイバを効率的に留め置くことができ、シルクナノファイバを混在させた振動板を効率的に形成できる。
　また、懸濁液を噴霧して混在層１１を形成することで、水の使用量を極限まで少なくできる。例えば、一般的な単層の抄紙振動板や、基材と表層をいずれも抄紙により重ね抄きした二層抄紙振動板、本実施形態のように基材は抄紙で表層（混在層）は噴霧により形成した二層目噴霧振動板を比較すると、二層抄紙振動板と二層目噴霧振動板は構造的には、いずれも二層構造の振動板であるが、表層の厚みに差が出る。例えば、二層抄紙振動板は表層が全体（振動板断面）の厚みの１０％～５０％になるが、二層目噴霧振動板は表層が全体の厚みの２％～５％で形成可能である。そして、水の使用量としては、単層の抄紙振動板では抄紙に使用する抄紙水は数リットルになる。また、二層抄紙振動板では基材に数リットル、表層抄紙に数リットルが必要となる。これに対し、二層目噴霧振動板に必要な水の使用量は、基材は数リットルと変わらないが、懸濁液は数グラム～数十グラムで足りることになり、二層抄紙振動板よりも水の使用量をはるかに削減でき、排水量の削減に貢献できる。
　なお、上記実施形態及び第１の実施例では、強化材としてマイカを用いて説明したが、強化材はマイカに限られず、他の曲げ剛性の高い材料や、炭素繊維やセルロースナノファイバのような高ヤング率の材料を用いても構わないし、それらを適宜組み合わせて用いても構わない。
　強化材としてセルロースナノファイバを用いる場合には、平均繊維長が短いものが好適である。平均繊維長が短いセルロースナノファイバを用いた場合、平均繊維長が長いセルロースナノファイバよりも、シルクナノファイバとセルロースナノファイバの懸濁液中の分散性が高くなる。したがって、当該懸濁液を基材の前面に噴霧する際にシルクナノファイバとセルロースナノファイバとを均一に噴霧でき、製造性に優れる。
　強化材としてセルロースナノファイバを用いた場合には、シルクナノファイバとセルロースナノファイバとを含有した懸濁液を基材の前面に噴霧しながら基材の背面側から吸引脱水した際に、シルクナノファイバがセルロース繊維の隙間を通って基材の深くに入り込むのに対し、セルロースナノファイバは基材の表層に留まりやすい。これにより、混在層の前面側にセルロース繊維とシルクナノファイバとセルロースナノファイバとが混在した強化層を形成できる。セルロースナノファイバのヤング率は、パルプ等のセルロース繊維と比較しておよそ２倍高い。このため、セルロースナノファイバを用いることで、マイカだけを強化材として用いた場合と比較して、より振動板のヤング率を下げることなく、シルクナノファイバで内部損失を大きくすることができる。
（第２の実施例）
　以下、強化材としてセルロースナノファイバを用いた本発明に係る第２の実施例と比較例の電気音響変換器用振動板の測定用試料を用いたヤング率及び内部損失の比較結果について説明する。
　比較例ｂ１はセルロース繊維のみからなる基材の測定用試料を用いている。比較例ｂ２は、セルロース繊維からなる基材に短繊維セルロースナノファイバが混在した層と、基材の表層に基材のセルロース繊維と短繊維セルロースナノファイバとマイカとが混在した層を形成した測定用試料を用いている。比較例ｂ３は、セルロース繊維からなる基材に長繊維セルロースナノファイバが混在した層と、基材の表層に基材のセルロース繊維と長繊維セルロースナノファイバとマイカとが混在した層を形成した測定用試料を用いている。
　実施例Ｂ１は、セルロース繊維からなる基材にセルロース繊維とシルクナノファイバとが混在した混在層と、基材の表層に基材のセルロース繊維とシルクナノファイバとマイカとが混在した強化層を形成した測定用試料を用いている。実施例Ｂ２は、セルロース繊維からなる基材にシルクナノファイバが混在した混在層と、基材の表層に基材の短繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとマイカとが混在した強化層を形成した測定用試料を用いている。実施例Ｂ３は、セルロース繊維からなる基材にシルクナノファイバが混在した混在層と、基材の表層に基材の長繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとマイカとが混在した強化層を形成した測定用試料を用いている。
　比較例ｂ１～ｂ３及び実施例Ｂ１～Ｂ３における測定用試料の条件（測定用試料の質量に対するナノファイバとマイカの質量：質量％）を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　作製した各測定用試料は、試料全体質量（坪量）が１５０ｇ／ｍ２で一定となるように作製し、寸法を長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍに切り出したものである。なお、第２の実施例は、第１の実施例とは製紙条件（抄紙条件、プレス条件、坪量等）が異なり、第１の実施例と第２の実施例とで物性データを一元的に比較はできないものである。
　比較例ｂ２、ｂ３、実施例Ｂ１～Ｂ３の測定用試料は、抄紙網で基材のセルロース繊維を抄紙後、基材の背面側から吸引脱水しながら、基材の前面にナノファイバとマイカとの質量比が９５：５となるように調整した懸濁液を噴霧し、形成したものである。より具体的には、懸濁液は、比較例ｂ２では短繊維セルロースナノファイバとマイカとの質量比が９５：５、比較例ｂ３では長繊維セルロースナノファイバとマイカとの質量比が９５：５、実施例Ｂ１ではシルクナノファイバとマイカとの質量比が９５：５、実施例Ｂ２では短繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとマイカとの質量比が４７．５：４７．５：５、実施例Ｂ３では長繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとマイカとの質量比が４７．５：４７．５：５、となるように調整した。
　比較例ｂ２では短繊維セルロースナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧されたものであり、短繊維セルロースナノファイバが試料全体の１．９０質量％であり、マイカが０．１０質量％である。同様に比較例ｂ３では長繊維セルロースナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧されたものであり、長繊維セルロースナノファイバが試料全体の１．９０質量％であり、マイカが０．１０質量％である。
　実施例Ｂ１は、シルクナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧されたものであり、シルクナノファイバが試料全体の１．９０質量％であり、マイカが０．１０質量％である。実施例Ｂ２は、短繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧されて形成されたものであり、短繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバがそれぞれ試料全体の０．９５質量％であり、マイカが０．１０質量％である。実施例Ｂ３は、長繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとマイカの質量が試料全体の質量の２．００質量％となるように噴霧されて形成されたものであり、長繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバがそれぞれ試料全体の０．９５質量％であり、マイカが０．１０質量％である。
　比較例ｂ１～ｂ３及び実施例Ｂ１～Ｂ３の基材は、セルロース繊維としてＮＵＫＰ５０質量％とケナフ５０質量％を混合し、叩解度２０°ＳＲで叩解したものを用いた。
　実施例Ｂ１～Ｂ３のシルクナノファイバは株式会社スギノマシン製の型式ＫＣｏ―３０００５を使用した。シルクナノファイバは、シルク繊維を機械的衝撃力でほぐし、平均繊維径が約１００ｎｍで、平均繊維長が１０μｍ以下に微細化されたものである。また、比較例ｂ２、ｂ３及び実施例Ｂ１～Ｂ３のマイカは、日本光研工業株式会社製の型式ＭＳ‐１００Ｒを使用した。マイカは粒度が２０μｍ～１００μｍのもので、天然マイカを基盤として酸化チタン、酸化鉄を被覆して光沢を付与したものである。また、比較例ｂ２及び実施例Ｂ２の短繊維セルロースナノファイバは株式会社スギノマシン製の型式ＦＭａ‐１００１０を使用した。短繊維セルロースナノファイバは、セルロース繊維を機械的衝撃力でほぐし、平均繊維径が約１０～５０ｎｍに微細化されたものである。また、比較例ｂ３及び実施例Ｂ３の長繊維セルロースナノファイバは株式会社スギノマシン製の型式ＩＭａ‐１０００５を使用した。長繊維セルロースナノファイバは、セルロース繊維を機械的衝撃力でほぐし、平均繊維径が約１０～５０ｎｍに微細化されたものであり、短繊維セルロースナノファイバよりも平均繊維長が長いものである。
　これらの比較例ｂ１～ｂ３及び実施例Ｂ１～Ｂ３の試料を振動リード法により測定した物性（ヤング率、内部損失（ｔａｎδ））を図８、図９を用いて説明する。なお、図８ではヤング率の測定平均値（ｎ＝１０）、図９では内部損失の測定平均値（ｎ＝１０）が示されている。
　まず、ヤング率について説明する。図８から明らかなように、実施例Ｂ１～Ｂ３は、基材にシルクナノファイバが混在することにより、セルロースナノファイバのみが混在する比較例ｂ２、ｂ３よりもヤング率が低下している。また、実施例Ｂ１～Ｂ３の中では、短繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとを混在させた実施例Ｂ２が最もヤング率が低く（３．３８［ＧＰａ］）、シルクナノファイバのみの実施例Ｂ２が次いでヤング率が低く（３．４３［ＧＰａ］）、長繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバとを混在させた実施例Ｂ３が最もヤング率が高い（３．５９［ＧＰａ］）。
　実施例Ｂ２は、シルクナノファイバとともに短繊維セルロースナノファイバを基材に混在させることで、シルクナノファイバのセルロース繊維の間への浸透を短繊維セルロースナノファイバが抑制する。これにより、基材の表層にシルクナノファイバを効率的に留めることができるので、表層のセルロース繊維及びセルロースナノファイバ間の結合力が弱まり、比較例ｂ２、ｂ３と比較して振動板全体のヤング率が低下している。
　実施例Ｂ３は、シルクナノファイバとともに長繊維セルロースナノファイバを基材に混在させることで、分散性の高いシルクナノファイバを振動板内部まで浸透させずに効率的に表層に留めることができる。
　次に内部損失を表すｔａｎδについて説明する。図９から明らかなように、比較例ｂ２、比較例ｂ３のように、セルロースナノファイバのみを基材に混在させると、ｔａｎδが低下する。これに対して、シルクナノファイバを混在させることでｔａｎδを増加させることが可能である。
　例えば、短繊維セルロースナノファイバのみを混在させた比較例ｂ２のｔａｎδ（０．０２７４）に対して、短繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバを混在させた実施例Ｂ２のｔａｎδ（０．０２８４）は増加している。これはシルクナノファイバのみを混在させた実施例Ｂ１のｔａｎδ（０．０２７８）よりも高い。
　また、長繊維セルロースナノファイバのみを混在させた比較例ｂ３のｔａｎδ（０．０２６８）に対して、長繊維セルロースナノファイバとシルクナノファイバを混在させた実施例Ｂ３のｔａｎδ（０．０２７３）は増加している。
　シルクナノファイバは、基材のセルロース繊維との結合が弱く、減衰効果を高くできるので、振動板の内部損失を大きくすることができる。そのため、当該振動板を用いたスピーカではクリアな音質を得ることができる。
　次に図１０、図１１は本発明の実施例Ｂ３に係る振動板断面の模式図及びマイクロスコープで撮影した拡大画像であり、図１２は実施例Ｂ３に係る振動板表面をマイクロスコープで撮影した拡大画像である。なお、図１１では、基材１０の混在層１１と強化層を識別しやすくするため、基材１０のセルロース繊維２０を染色せずに、シルクナノファイバ２１を赤く染色し、セルロースナノファイバ２３を黒く染色して、振動板１を形成した。
　図１０、図１１で示すように、振動板表面が濃く色付けされており、実施例Ｂ３では、基材１０の表面に長繊維セルロースナノファイバ２３が多く留まっていることがわかる。また、図１２に示すように、光沢のあるマイカ２２が振動板表面に均一に分布されており、シルクナノファイバ２１とセルロースナノファイバ２３とマイカ２２とが振動板表面に配置されていることが確認できる。また、図１１では、薄く色付けされた範囲がシルクナノファイバが混在した混在層を示している。このように、実施例Ｂ３では、セルロースナノファイバを混在しない図３及び図５の振動板と比較して、基材１０に対してシルクナノファイバ２１の浸透が浅いことがわかる。このように長繊維セルロースナノファイバ２３及びシルクナノファイバ２１とを混在させることで、シルクナノファイバ２１を振動板の内部まで浸透させずに、表層に留めることができる。これにより、振動板の表層において効率的に基材１０のセルロース繊維２０間の隙間を埋めることができ、表層の密度を高くした振動板を形成できる。また、セルロースナノファイバとシルクナノファイバ２１を混在させることで、シルクナノファイバ２１の使用量を削減できる。また、表層の密度を高くした振動板は、通気が抑えられ、効率的に空気に振動を伝えることができるので、音圧を向上できる。
　第２の実施例Ｂ２、Ｂ３のように強化材としてマイカだけでなく、セルロースナノファイバもシルクナノファイバに混在させることで、音圧を向上させながら、ヤング率と内部損失とのバランスに優れた振動板を製造することができる。
　なお、第２の実施例Ｂ１～Ｂ３では、いずれもマイカを混在させているが、マイカを含まない場合でもヤング率と内部損失の傾向は同等の効果が得られる。また、シルクナノファイバを振動板表面に配置することで、紫外線に対するパルプの耐候性劣化を高めることができ、振動板の退色や脆化を抑制できるという効果も奏する。
　以上で本発明の実施形態及び実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態及び実施例に限定されるものではない。
　上記実施形態及び実施例では、振動板１の形状をコーン状としていたが、ドーム状等、振動板の形状はその他の形状のものであってもよい。また、混在層や強化層は基材の前面側だけでなく背面側にも形成されていてもよいし、背面側だけに形成されていてもよい。
　なお、単に振動板と言う場合には、スピーカとしての振動板はエッジを含めた構成を言うが、本実施形態でいう振動板はエッジを除く胴体部分を言う。
　また、抄紙する基材のセルロース繊維、及びシルクナノファイバ等を含む懸濁液中のナノファイバは、染料等で染色してもよいし、サイズ処理が施されたもの、防水処理が施されたものを用いるとよい。
　また、抄紙する基材には、セルロース繊維の他、炭素繊維、炭素粉末の微粉、バクテリアセルロース等の他の材料を混ぜてもよい。
　１　電気音響変換器用振動板
　１０　基材
　１１　混在層
　１２　強化層
　２０　セルロース繊維（繊維材料）
　２１　シルクナノファイバ
　２２　マイカ

 

Claims (8)

  1. 　セルロース繊維を主とした繊維材料で構成された基材は、前記繊維材料とシルクナノファイバとが混在した混在層が形成されている電気音響変換器用振動板。
  2. 　前記混在層は、前記基材の表層側に形成される請求項１に記載の電気音響変換器用振動板。
  3. 　前記シルクナノファイバの平均繊維長は１０μｍ以下である請求項１又は２に記載の電気音響変換器用振動板。
  4. 　前記混在層は、前記基材の一方の面側から吸引脱水しながら、前記基材の他方の面に前記シルクナノファイバを含有した懸濁液を噴霧することで形成される請求項１から３のいずれか一項に記載の電気音響変換器用振動板。
  5. 　前記基材の表層は、前記繊維材料と前記シルクナノファイバと強化材が混在した強化層が更に形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の電気音響変換器用振動板。
  6. 　前記強化材は、マイカを含む材料によるものである請求項５に記載の電気音響変換器用振動板。
  7. 　前記強化材は、セルロースナノファイバを含む材料によるものである請求項５又は６に記載の電気音響変換器用振動板。
  8. 　前記強化層は、前記基材の一方の面側から吸引脱水しながら、前記基材の他方の面に前記強化材と前記シルクナノファイバとを含有した懸濁液を噴霧することで前記混在層に形成される請求項５から７のいずれか一項に記載の電気音響変換器用振動板。

     
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