JP5214016B2

JP5214016B2 - スピーカの振動板およびスピーカ

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Publication number: JP5214016B2
Application number: JP2011500654A
Authority: JP
Inventors: 徹男三谷; 治村上; 雅史原; 章洋藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: DE112010000679T5; HK1163412A1; CN102326415B; US20110284317A1; JPWO2010095704A1; DE112010000679B4; US9027699B2; WO2010095704A1; CN102326415A

Description

本発明は、スピーカの振動板およびスピーカに関するものである。

従来からスピーカの振動板では、材料として紙を用いた振動板が一般的であった。これは、紙は見かけの密度が小さく、また適度な剛性と内部損失を持つことから、振動板の音速（音速＝（Ｅ／ρ)^1/2、Ｅ：弾性率、ρ：密度）が比較的大きいためである。音速が大きければ、電気信号に対する振動板の振動の追随性が向上する。これにより、音のひずみが低減される。しかし、紙をスピーカの振動板に適用する場合には、抄紙などの加工工程が複雑であり、また品質の安定性が劣り、耐湿性や耐水性に課題がある。

また、紙より大きな剛性を求めて、チタンやアルミニウムなどの金属材料も振動板の材料として用いられるが、内部損失が小さいという欠点がある。このため、周波数特性では高音域で鋭いピークが発生し、ひずみが増大するという問題がある。そのため用途が限られている。

加工性、耐湿性および耐水性の向上を図るため、ポリプロピレン樹脂などのプラスチック材料が振動板の材料に用いられるようになってきているが、音速が十分でないという問題がある。このため、剛性が大きなエンジニアリングプラスチックの適用が図られている。

たとえば、特開平６−２２５３８３号公報（特許文献１）では、環状オレフィン系樹脂に４−メチルペンテン樹脂がブレンドされ、さらにマイカや黒鉛が添加された材料が振動板に適用されている。また、たとえば、特開平２−２７６３９９号公報（特許文献２）では、液晶ポリマーにポリ（４メチルペンテン１）樹脂がブレンドされ、炭素繊維が配合された材料で振動板が成形されている。

特開平６−２２５３８３号公報特開平２−２７６３９９号公報

しかしながら、環状オレフィン系樹脂を主成分とした材料ではスピーカの振動板の音速は十分でない。液晶ポリマーに４−メチルペンテン樹脂がブレンドされ、炭素繊維が配合された材料の音速はかなり大きくなっているが、さらに周波数特性を向上させるためにはさらなる音速の向上が必要である。音速は、４０００（ｍ／ｓ）以上が望ましい。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、音速の大きいスピーカの振動板およびスピーカを提供することである。

本発明のスピーカの振動板は、炭素繊維強化液晶ポリマーを５７質量％以上９０質量％以下含み、かつ、環状オレフィン系樹脂を１０質量％以上３８質量％以下含む材料からなり、上記材料はカーボンナノチューブを含むことを特徴とする。

本発明のスピーカの振動板によれば、炭素繊維強化液晶ポリマーを５７質量％以上９０質量％以下含み、かつ、環状オレフィン系樹脂を含む材料からなるので、剛性が大きくなることによりスピーカの振動板の音速を大きくすることができる。

本発明の一実施の形態におけるスピーカの振動板の概略斜視図である。本発明の一実施の形態におけるスピーカの概略斜視図である。本発明の一実施の形態におけるスピーカの振動板成形品の概略斜視図である。本発明の一実施の形態におけるスピーカの振動板成形品が射出成形される様子を示す概略断面図である。本発明の一実施の形態におけるスピーカの振動板成形品が射出成形された状態を示す概略断面図である。本発明の一実施の形態におけるスピーカの振動板の材料である炭素繊維強化液晶ポリマーおよび環状オレフィン系樹脂の配合率と粘度との関係を示す図である。本発明の一実施の形態における振動板にカーボンナノチューブが配合されたスピーカおよびカーボンナノチューブが配合されていないスピーカの周波数と音圧との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。

最初に本発明の一実施の形態のスピーカの振動板の構成について説明する。

図１を参照して、本発明の一実施の形態のスピーカの振動板１は、側面部２と、前面部３と、底面部４とを主に有している。

次に本発明の一実施の形態のスピーカの振動板の材料について説明する。

スピーカの振動板１は、炭素繊維強化液晶ポリマーに環状オレフィン系樹脂を加えた材料を含んでいる。上記の材料において、炭素繊維強化液晶ポリマーと環状オレフィン系樹脂との配合割合の一の例として、炭素繊維強化液晶ポリマー９０質量％、環状オレフィン系樹脂１０質量％の配合割合の材料が用いられる。また、他の例として炭素繊維強化液晶ポリマー６０質量％、環状オレフィン系樹脂４０質量％の配合割合の材料が用いられる。また、さらに他の例として炭素繊維強化液晶ポリマー５７質量％、環状オレフィン系樹脂３８質量％、カーボンナノチューブ５質量％の配合割合の材料が用いられる。

上記より、スピーカの振動板１の材料として炭素繊維強化液晶ポリマーは、たとえば９０質量％〜５７質量％含まれていることが好ましい。また、環状オレフィン系樹脂は、たとえば１０質量％〜３８質量％含まれていることが好ましい。その他の要素としては、カーボンナノチューブが、たとえば５質量％以下含まれていてもよい。

炭素繊維強化液晶ポリマーは、たとえば、下記の化学式（１）で示される材質よりなっている。また、炭素繊維強化液晶ポリマーは、下記の化学式（２）または（３）で示される材質よりなっていてもよい。

環状オレフィン系樹脂は、たとえば、下記の化学式（４）で示される材質よりなっている。また、環状オレフィン系樹脂は、下記の化学式（５）または（６）で示される材質よりなっていてもよい。

次に、本発明の一実施の形態のスピーカの振動板を備えたスピーカの構成について説明する。

図２を参照して、スピーカ５は、スピーカの振動板１と、キャップ６およびボイスコイルやフレーム等を備えたスピーカユニットと、スピーカボックス（支持部材）７とを主に有している。スピーカユニットは、スピーカの振動板１の前面部３がスピーカボックス７の前面に配置され、側面部２および底面部４がスピーカボックス７の内側に配置されるようにスピーカボックス７に取り付けられている。スピーカの振動板１の前面部３の中心部には防塵などのためにキャップ６が取り付けられている。

次に、本発明の一実施の形態のスピーカの振動板の製造方法について説明する。

炭素繊維強化液晶ポリマー９０質量％に環状オレフィン系樹脂１０質量％を加えた材料が作成される。また、炭素繊維強化液晶ポリマー６０質量％に環状オレフィン系樹脂４０質量％を加えた材料が作成される。また、炭素繊維強化液晶ポリマー５７質量％に環状オレフィン系樹脂３８質量％とカーボンナノチューブ５質量％を加えた材料が作成される。上記の各材料が混練されて各ペレットが作成される。

図４を参照して、上記の各ペレットが溶融されて溶融樹脂１６とされる。この溶融樹脂１６が射出成形機シリンダ８に充填される。溶融樹脂１６は射出成形機シリンダ８に設けられたスクリュー１８により開口部９に送られる。開口部９から固定側金型１０に溶融樹脂１６が射出される。

スピーカの振動板１を射出成形するための金型は、固定側金型１０と移動側金型１２とを有している。固定側金型１０には中央部１１が凹形状に形成されている。また固定側金型１０にはキャビティ注入部１５が円柱状に形成されている。キャビティ注入部１５は、射出成形機シリンダ８の開口部９と連通している。また、キャビティ注入部１５は、中央部１１に向かって径が大きくなるテーパ形状を有している。移動側金型１２には中央部１３が凸形状に形成されている。固定側金型１０の中央部１１の凹形状と移動側金型１２の中央部１３の凸形状との隙間部がキャビティ成形部１４を形成している。この固定側金型１０と移動側金型１２とが嵌合した際の金型の内部空間の形状は、図３に示すスピーカの振動板成形品の形状となる。

開口部９から固定側金型１０に対して射出された溶融樹脂１６は、キャビティ注入部１５を通りキャビティ成形部１４に送られる。図５を参照して、溶融樹脂１６がキャビティ成形部１４に充填された後、保圧、冷却、型開きの処理が行なわれてスピーカの振動板成形品が成形される。その後、スピーカの振動板形成品からキャビティ注入部１５において形成された突起部１７が切除される。このようにして、スピーカの振動板１が射出成形により形成される。

図６を参照して、環状オレフィン系樹脂の配合率が１０質量％の上記の材料では、粘度は３５（Ｐａ・ｓ）である。これに対し、環状オレフィン系樹脂の配合率が０質量％の上記の材料では、粘度は９５（Ｐａ・ｓ）である。すなわち、炭素繊維強化液晶ポリマーに環状オレフィン系樹脂を加えることにより上記の材料の粘度が低下する。これにより上記の材料の流動性が上がる。そのためキャビティ成形部１４に溶融樹脂１６が流れやすいので、厚みの薄いスピーカの振動板１が形成される。

次に、本発明の一実施の形態のスピーカの製造方法について説明する。

図２を参照して、上記のスピーカの振動板１を組み込んだスピーカユニットがスピーカボックス７の前面に向けて設置される。スピーカの振動板１の中心部にはキャップ６が取り付けられている。このようにして、スピーカ５が製造される。

次に、本発明の一実施の形態のスピーカの振動板およびスピーカの作用効果について説明する。

本発明の一実施の形態のスピーカの振動板１は、炭素繊維強化液晶ポリマーに環状オレフィン系樹脂を加えた材料を含んでいるので、剛性が大きくなることによりスピーカの振動板１の音速を大きくすることができる。

また、スピーカの振動板１が射出成形により形成されるので、炭素繊維強化液晶ポリマーが射出成形時に炭素繊維および液状ポリマーが配向しながら冷却固化することにより、剛性が大きくなることによりスピーカの振動板１の音速を大きくすることができる。

また、炭素繊維強化液晶ポリマーに環状オレフィン系樹脂をブレンドすることにより、炭素繊維強化液晶ポリマーに環状オレフィン系樹脂を加えた材料の粘度が低下する。これにより、当該材料の流動性が向上するためスピーカの振動板１を薄く成形することができる。これにより、スピーカの振動板１を軽くすることができる。また、炭素繊維強化液晶ポリマー自体の適度な内部損失が損なわれない。

本発明の一実施の形態のスピーカ５によれば、上記のスピーカの振動板１を備えているので、上記のスピーカの振動板１による効果を奏することができる。

環状オレフィン系樹脂の配合割合が高い材料では、材料の粘度が低く流動性が高いためより容易にスピーカの振動板１を薄く成形することできる。

カーボンナノチューブが添加された材料では、カーボンナノチューブが炭素繊維強化液晶ポリマーの炭素繊維と絡み合うことにより剛性が高くなる。これにより、スピーカ５の音響特性を改良することができる。つまり、図７を参照して、カーボンナノチューブが添加されることによって、スピーカ５の再生帯域を高周波側に伸ばすことができる。

以下、本発明の実施例について詳細に述べる。

（実施例１）

本発明の実施例１について説明する。

炭素繊維強化液晶ポリマー（VECTRA B230、ポリプラスチックス製）９０質量％と環状オレフィン系樹脂（TOPAS 5013、ポリプラスチックス製）１０質量％を二軸スクリュー押出機により、押出温度２９０℃で十分混練し、ペレットを作製した。

炭素繊維強化液晶ポリマー（VECTRA B230、ポリプラスチックス製）は、上記の化学式（１）で示される材質とした。環状オレフィン系樹脂（TOPAS 5013、ポリプラスチックス製）は、上記の化学式（４）で示される材質とした。

次に、このペレットを５時間１２０℃で乾燥させた。その後に、外径（図３中Ａ）１３６ｍｍ、内径（図３中Ｂ）３５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのスピーカの振動板成形品の形状（図３）が彫り込まれた金型で、型締め力１００トンの射出成形機を用いて射出成形を行なった。樹脂温度３２０℃、射出圧力２００ＭＰａ、射出時間０．０５秒、金型温度１１０℃、冷却時間２０秒でスピーカの振動板を成形した。

成形品から切出した試験片を用いて動的粘弾性測定装置（DMS6100、セイコーインスツルメンツ製）により引張モードで弾性率を測定した。測定した弾性率を密度計で測定した密度で割って比弾性率を計算した。比弾性率の平方根より音速を求めた。

損失係数測定装置（Dual Channel Signal Analyzer、Type2034、Bruel&Kjaer製）を用い、最低共振周波数の半値幅から損失係数を算出した。密度、弾性率、音速および損失係数を表１に示すが、音速は、約５１２２（ｍ／ｓ）と高い値を示した。

次に本実施例に対する比較例１について説明する。

比較例１では、環状オレフィン系樹脂５０質量％、ポリ４−メチルペンテン２５質量％、マイカ１５質量％および鱗片上黒鉛１０質量％でペレットを作成した。その他は実施例１と同様の条件で試験を行なった。密度、弾性率、音速および損失係数を表１に示すが、音速は、約２３１７（ｍ／ｓ）と実施例１より低い値を示した。

次に本実施例に対する比較例２について説明する。

比較例２では、液晶ポリマー５０質量％、ポリ４−メチルペンテン２０質量％、炭素繊維３０％でペレットを作成した。その他は実施例１と同様の条件で試験を行なった。密度、弾性率、音速および損失係数を表１に示すが、音速は、比較例１より向上したが、実施例１より低い値を示した。

表１に示すように、本発明の実施例１は、比較例１および比較例２に比べて音速が大きいことがわかった。

（実施例２）

本発明の実施例２について説明する。

炭素繊維強化液晶ポリマー（VECTRA B230、ポリプラスチックス製）６０質量％と環状オレフィン系樹脂（TOPAS 5013、ポリプラスチックス製）４０質量％を二軸スクリュー押出機により、押出温度２９０℃で十分混練し、ペレットを作製した。その他は実施例１と同様の条件で試験を行なった。

密度、弾性率、音速および損失係数を表１に示すが、音速は約４４５５（ｍ／ｓ）と良好な値を示した。表１に示すように、本発明の実施例２は、比較例１および比較例２に比べて音速が大きいことがわかった。

（実施例３）

本発明の実施例３について説明する。

炭素繊維強化液晶ポリマー（VECTRA B230、ポリプラスチックス製）５７質量％と環状オレフィン系樹脂（TOPAS 5013、ポリプラスチックス製）３８質量％、多層カーボンナノチューブ（繊維径４０〜９０ｎｍ、繊維長数十μm）５質量％を二軸スクリュー押出機により、押出温度２９０℃で十分混練し、ペレットを作製した。その他は実施例１と同様の条件で試験を行なった。

密度、弾性率、音速および損失係数を表１に示すが、音速は約４６５３（ｍ／ｓ）と実施の形態２と同様に良好な値を示した。表１に示すように、本発明の実施例３は、比較例１および比較例２に比べて音速が大きいことがわかった。

また、成形品よりスピーカの振動板１を切出し、これを組み込んだスピーカ５の周波数特性を測定した。その結果を図７に示す。カーボンナノチューブを添加することによって再生帯域が高周波側に伸びていることがわかった。

なお、化学式（１）、（２）および（３）のいずれかと、化学式（４）、（５）および（６）のいずれかとの任意の組み合わせにおいても同様の効果が得られることを確認した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、スピーカの振動板およびスピーカに特に有利に適用され得る。

１スピーカの振動板、２側面部、３前面部、４底面部、５スピーカ、６キャップ、７スピーカボックス、８射出成形機シリンダ、９開口部、１０固定側金型、１１中央部、１２移動側金型、１３中央部、１４キャビティ成形部、１５キャビティ注入部、１６溶融樹脂、１７突起部、１８スクリュー。

Claims

炭素繊維強化液晶ポリマーを５７質量％以上９０質量％以下含み、かつ、環状オレフィン系樹脂を１０質量％以上３８質量％以下含む材料からなり、
前記材料はカーボンナノチューブを含むことを特徴とするスピーカの振動板（１）。
前記材料は、前記カーボンナノチューブを５質量％含む、請求項１に記載のスピーカの振動板（１）。
前記炭素繊維強化液晶ポリマーは、化学式（１）、（２）および（３）よりなる群から選ばれる１種以上の材質よりなる、請求項１または２に記載のスピーカの振動板（１）。
前記環状オレフィン系樹脂は、化学式（４）、（５）および（６）よりなる群から選ばれる１種以上の材質よりなる、請求項１〜３のいずれかに記載のスピーカの振動板（１）。
請求項１〜４のいずれかに記載のスピーカの振動板（１）を備えたことを特徴とするスピーカ（５）。