专利名称：音圈骨架及使用该音圈骨架的扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音圈骨架及使用该音圈骨架的扬声器。
背景技术：
扬声器是将电能转化为机械能的电子元件，应用广泛，如电话、移动通讯终端、计 算机、电视机、盒式磁带、声音设备和汽车等。现有技术中的扬声器大部分采用电动式扬声器。电动式扬声器通常包括一音圈、 一音圈骨架(Bobbin)、一磁场系统及一振动膜。所述音圈缠绕在音圈骨架一端的外围。所 述音圈骨架与振动膜相连接。通过固定在音圈骨架上的音圈在磁场系统产生的磁场下的运 动，推动振动膜振动并发出声波。扬声器的音量是评价扬声器优劣的一个重要指标。扬声器的音量与输入功率及电 声转换效率相关。当输入功率越大，电声转换效率越高，扬声器发出的音量越大。然而，当 输入功率增大时，扬声器中的元件如音圈骨架及与音圈骨架相连的振动膜易发生变形甚至 破裂，从而使发出的声音产生失真。因此，扬声器中各元件的强度是决定其额定功率的决定 因素。额定功率即不使扬声器产生失真的输入功率。另外，扬声器的电声转换效率与扬声 器中的元件的重量尤其是单位面积振动膜的重量以及推动振动膜振动的音圈骨架的重量 有关。单位面积振动膜的重量以及推动振动膜振动的音圈骨架的重量越轻，则使振动膜产 生振动所消耗的能量越小，扬声器的电声转换效率越高，进而相同输入功率产生的音量越 大。因此，推动振动膜振动发声的音圈骨架的强度和重量是影响扬声器的音量的一重要因 素。音圈骨架的重量与其厚度及密度相关。因此，音圈骨架的强度愈大，厚度及密度愈小， 则扬声器的音量越大。一般来说，音圈骨架的比强度(强度和密度之比)愈大，厚度愈小， 则扬声器的音量越大。现有的音圈骨架的材料通常采用纸、布、聚合物或者复合材料等。然而，现有的音 圈骨架受材料的比强度的限制，其输入功率无法进一步提高。一般的微型扬声器的输入功 率仅为0. 3W 0. 5W。另一方面，现有的音圈骨架欲达到一定的比强度，在材料密度一定的 情况下，必然要求其具有较大的强度，从而使其具有较大的厚度，进而导致音圈骨架的重量 较大，使扬声器的电声转换效率无法进一步提高。因此，为提高输入功率及转换效率，进而 提高扬声器的音量，则需要进一步提高音圈骨架的比强度及降低音圈骨架的重量。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种音圈骨架及应用该音圈骨架的扬声器，该音圈骨架 具有较大的比强度且重量较轻。—种音圈骨架，其中，所述音圈骨架包括一纸基体以及分散于该纸基体中的多个 碳纳米管。一种音圈骨架，其中，所述音圈骨架为一碳纳米管纸围成的一中空管状结构。一种扬声器，其包括一音圈；一音圈骨架，所述音圈设置于该音圈骨架上；一振动膜；一定心支片，该定心支片设置于所述音圈与所述振动膜的结合部位；以及一磁场系 统，该磁场系统具有一磁场间隙，所述音圈骨架收容于所述磁场间隙中；其中，所述音圈骨 架包括一纸基体以及分散于该纸基体中的多个碳纳米管。与现有技术相比较，本发明提供的音圈骨架及使用该音圈骨架的扬声器具有以下 优点第一，由于碳纳米管具有优异的强度，故将碳纳米管均勻分散于音圈骨架的基体中， 可提高了基体的比强度或在保持强度不变的条件下可以减小音圈骨架的厚度，从而减小音 圈骨架的重量。第二，由于碳纳米管具有较小的密度，将碳纳米管均勻分散于音圈骨架的基 体中，在维持甚至提高音圈骨架的强度的同时减小音圈骨架的重量，从而减小扬声器的重 量，尤其在微型扬声器中，该效果更加明显。
图1为本发明实施例提供的音圈骨架的结构示意图。图2为图1的音圈骨架沿线II-II的剖面示意图。图3为本发明实施例提供的音圈骨架的制备方法流程图。图4为图3中的抄纸步骤中采用的抄纸装置的结构示意图。图5为应用本发明实施例的音圈骨架的扬声器的结构示意图。图6为图5的扬声器的剖视图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明实施例提供的音圈骨架及使用该音圈骨架的扬声器作 进一步的详细说明。请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种音圈骨架100。所述音圈骨架100为中 空管状结构。所述音圈骨架100的直径与长度不限，可以根据实际需要制备。所述音圈骨 架100管壁的厚度可大于等于1微米且小于等于2毫米。所述音圈骨架100采用碳纳米管 纸制作，该碳纳米管纸包括一纸基体106以及分散于该纸基体106中的多个碳纳米管108。所述纸基体106包括各种纤维材料以及添加材料。所述纤维材料可包括木纤维、 碳纤维、玻璃纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维、棉纤维以及竹纤维中的一种或多种。所述添加材 料可包括半纤维素、木素、树脂、色素、果胶和灰分等物质中的一种或多种。应当指出的是， 其他任何虽未记载于本申请的造纸用的纤维材料以及添加材料，采用本发明构思用于音圈 骨架100的，皆应在本发明保护范围之内。所述碳纳米管108均勻分散于纸基体106中。进一步，所述碳纳米管108表面可 带有功能团。该功能团包括羧基(-C00H)、羟基(-0H)、醛基(-CH0)以及氨基(-NH2)等中的 一种或多种。该功能团可以形成于碳纳米管108管壁上。可以理解，该功能团为亲水性功 能团，使碳纳米管108在泡料过程中可以更好地分散于纸浆中。所述碳纳米管108可为单 壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或其任意组合。其中，所述单壁碳纳米 管的直径为0. 5纳米 50纳米，双壁碳纳米管的直径为1. 0纳米 50纳米，多壁碳纳米管 的直径为1.5纳米 50纳米。所述碳纳米管108的长度不限。优选地，所述碳纳米管108 的长度大于200微米。可以理解，采用长度大于200微米碳纳米管108可以有效发挥碳纳 米管108的增强作用，提高音圈骨架100的强度。本实施例中，所述碳纳米管108的长度为200微米 900微米。所述纸基体106在整个音圈骨架100中的质量百分比为10% 99.9%，所述碳纳 米管108在整个音圈骨架100中的质量百分比为0. 90%。优选地，所述纸基体106 的质量百分比为60% 90%。所述碳纳米管108的质量百分比为10% 40%。例如所 述纸基体106可以为木纤维与果胶，在整个音圈骨架100中的质量百分比可为70 %，所述碳 纳米管108在整个音圈骨架100中的质量百分比可为30% ；所述纸基体106的材料为碳纤 维与树脂，所述纸基体106在整个音圈骨架100中的质量百分比可为80%，所述碳纳米管 108在整个音圈骨架100中的质量百分比可为20% ；所述纸基体106的材料为聚丙烯纤维 与果胶，所述纸基体106在整个音圈骨架100中的质量百分比可为90%，所述碳纳米管108 在整个音圈骨架100中的质量百分比可为10 %。本实施例中，所述纸基体106为木纤维，所 述纸基体106在整个音圈骨架100中的质量百分比为85%，所述碳纳米管108在整个音圈 骨架100中的质量百分比可为15%。所述音圈骨架100可以通过热压的方式直接形成或先制备一碳纳米管纸，再将该 碳纳米管纸卷成一中空管状结构。请参见图3，本发明进一步提供一种所述音圈骨架100的制备方法，其具体包括以 下步骤步骤一打浆。将造纸用的纤维材料放入盛有水的打浆机内，进行打浆细化得到纸浆。所述打浆 细化的时间可大于5小时。本实施例中，将20克的木纤维与1500克的水放入打浆机内打 浆细化10小时。可以理解，打浆前还可以采用氢氧化钠和硫化钠混合液对纤维材料进行蒸 煮。在蒸煮过程中，因为药液作用比较和缓，纤维不会受强烈侵蚀，故强韧有力，所制成的纸 的耐折、耐破和撕裂强度极好。进一步，本实施例中还可以将打浆细化后的纸浆放入一密闭容器内施加一高压， 然后瞬间打开密闭容器使其降至常压，压力急剧变化可以促使纸浆内的纤维裂解细化。步骤二 泡料。将打浆细化后的纸浆放入一泡料池中，加入碳纳米管以及添加材料后，浸泡一段 时间。所述碳纳米管可以通过电弧放电法、激光蒸发法或者化学气相沉积法等方法制 备。本实施例中，通过化学气相沉积法生长碳纳米管阵列，然后将该碳纳米管阵列中的碳纳 米管刮落。由于碳纳米管阵列中的碳纳米管定向排列而没有相互缠绕，所以有利于碳纳米 管在溶液中分散。本实施例中，将3. 53克的碳纳米管粉末加入到打浆细化后的纸浆中浸泡 1天 3天。另外，在将碳纳米管加入到浆料中之前，可进一步包括一对上述碳纳米管提纯的 步骤。所述提纯碳纳米管的方法包括以下步骤在空气流中加热碳纳米管以除去无定型碳； 用浓酸浸泡该碳纳米管以除去金属催化剂以及反复洗涤过滤得到提纯的碳纳米管。本实施例中，将碳纳米管放在350°C的炉中，在空气流中加热2小时以除去碳纳米 管中残留的无定型碳；将碳纳米管浸泡在36%的浓盐酸中约1天，除去碳纳米管中残留的 金属催化剂；将盐酸浸泡后的碳纳米管进行离心分离；将分离所得的碳纳米管沉淀物用去 离子水反复洗涤；再将洗涤后的碳纳米管沉淀物经由0. 2mm孔径的聚四氟乙烯膜过滤，得到提纯的碳纳米管。提纯的目的主要是除去碳纳米管中残留的无定型碳和金属催化剂等杂质。通过提 纯，可以得到纯净的碳纳米管。进一步，将碳纳米管提纯之后，还包括一对碳纳米管功能化处理的步骤。所述对碳 纳米管功能化处理的方法包括以下步骤将提纯的碳纳米管在强酸中回流以及清洗过滤得 到带有功能团的碳纳米管。所述强酸包括浓硫酸、浓硝酸或浓盐酸中的一种或几种。功能化处理的目的是使 碳纳米管表面引入功能团。按上述功能化方法处理后的碳纳米管，在管壁上引入亲水性的 功能团。所述功能团包括羧基(-C00H)、羟基(-0H)、醛基(-CH0)以及氨基(-NH2)等中的 一种或多种。在碳纳米管管壁上引入亲水性的功能团后的碳纳米管粉末在泡料过程中可更 均勻地分散于纸浆中。本实施例中，将提纯后的碳纳米管粉体放置于500ml圆底烧瓶中，量取150ml浓硫 酸和浓硝酸混合液(浓硫酸和浓硝酸的体积为3 1)倒入圆底烧瓶内，回流反应4小时 20小时。该回流反应过程使碳纳米管表面带有官能团。然后，将反应后的液体倒入水中， 再经滤纸过滤后得到一碳纳米管滤饼。最后，用去离子水将该碳纳米管滤饼洗至PH值为中 性，得到羧基化的碳纳米管。步骤三抄纸。将浸泡后的纸浆通过抄纸工序打捞至金属模具或配置于金属模具的筛网上，排除 水分，堆积材料，形成碳纳米管纸预制体。然后将该碳纳米管纸预制体自然晾干或烘干，得 到一碳纳米管纸。请参见图4，本实施例中，将浸泡后的纸浆200装入一计量槽202内。通过供给管 204将纸浆200引入一抄纸槽206内。通过第一控制阀208可以控制进入抄纸槽206内纸 浆200的量，从而控制碳纳米管纸预制体的厚度。向抄纸槽206内加入适量的水稀释纸浆 200，并搅拌均勻。通过稀释可以使纸浆200分散更均勻，并在之后的步骤中均勻沉积在抄 纸模具214上。打开第二控制阀210，使水通过排列水管212排出抄纸槽206，同时使纸浆 200沉积在抄纸槽206内的抄纸模具214上。可以理解，本实施例中可以将稀释好的纸浆 200直接装入一计量槽202内，然后通过第一控制阀208控制，使一定量的纸浆200进入抄 纸槽206内。可以理解，本实施例中还可以将纸浆200用水稀释后装入一容器(图未示)中，将 一抄纸网(图未示)放入该容器中再取出，从而使纸浆200沉积于该抄纸网上以形成碳纳 米管纸预制体。进一步，本实施例可以通过热压工序将碳纳米管纸预制体加热加压，使剩下的水 分蒸发，得到一碳纳米管纸。本实施例中，将碳纳米管纸预制体加热至100°C 200°C范围 内，并施加一 1000牛顿 6000牛顿的压力保持10秒 100秒，得到一碳纳米管纸。步骤四成型。将该碳纳米管纸卷成中空管状结构。本实施例中，先提供一圆柱体，然后将一碳纳 米管纸环绕设置于该圆柱体上。所述碳纳米管纸可多层环绕设置于该圆柱体上，此时，可以 在相邻两层碳纳米管纸之间涂敷粘结剂以使相邻两层碳纳米管纸牢固结合。可以理解，本 实施例中，也可以通过选择抄纸模具214经过热压成型的工序直接制备音圈骨架100。
步骤五后续处理。进一步，通过冲裁工序裁剪得到具有预定尺寸的音圈骨架100。请参见图5及图6，本发明实施例进一步提供一应用该音圈骨架100的扬声器10。 该扬声器10包括一支架110、一磁路系统120、一音圈130、一定心支片140、一振动膜150及 一音圈骨架100。所述支架110固定于所述磁路系统120。所述音圈130设置在靠近所述 音圈骨架100 —端的外表面，且收容于所述磁路系统120。所述振动膜150或定心支片140 的一端固定于所述支架110，另一端固定在音圈骨架100上。所述支架110可为一锥体结构，其具有一中心孔111用于套设所述磁路系统120， 使该支架110与磁路系统120相对固定。所述磁路系统120包括一导磁下板121、一导磁上板122、一磁体123及一导磁芯 柱124，所述磁体123相对的两端分别由同心设置的导磁下板121及导磁上板122所夹持。 所述导磁上板122及磁体123均为环状结构，所述导磁上板122及磁体123在所述磁路系 统中围成一柱形空间。所述导磁芯柱124容置于所述柱形空间，其自所述导磁下板121往 导磁上板122延伸而出且与所述磁体123形成一环形磁场间隙125用于容置所述音圈130。 所述磁路系统120靠近所述导磁上板122的一端套设并固定于所述中心孔111。所述设置在音圈骨架100上的音圈130容置于所述磁场间隙125中，其为扬声器 10的驱动单元，该音圈130为较细的导线在所述音圈骨架100上绕制而形成，优选地，所述 导线可为漆包线。当所述音圈130接收到音频电信号时，该音圈130产生随音频电信号的 强度变化而变化的磁场，此变化的磁场与磁场空隙121中的由磁路系统120产生的磁场之 间发生相互作用，迫使该音圈130产生振动。所述音圈骨架100为中空柱形结构，其与所述导磁芯柱124同心设置且间隔套设 在所述导磁芯柱124上。所述音圈骨架100可收容于所述磁场间隙125中。该音圈骨架 100的外表面与所述音圈130固接，且其远离所述磁路系统120的一端固结在所述振动膜 150的中心位置，从而当所述音圈骨架100随音圈130振动时，带动所述振动膜150振动，从 而使所述振动膜150周围的空气运动，产生声波。所述振动膜150为所述扬声器10的发声单元。该振动膜150的形状不限，与其具 体应用有关，如当所述振动膜150应用于大型扬声器10时，该振动膜150可为一空心圆锥 体结构；当所述振动膜150应用于微型扬声器10时，该振动膜150可为一圆片状结构。所 述振动膜150的顶端与所述音圈骨架100通过粘结的方式固结，其另一端的外缘与所述支 架110活动连接。本实施例中，该振动膜150为一空心圆锥体结构。所述定心支片140为一波浪形环状结构，其由多个同心圆环组成。该定心支片140 的内缘套设在所述音圈骨架100上，用于支持所述音圈骨架100，该定心支片140的外缘固 定在所述定心支架Iio靠近所述中心孔111的一端。该定心支片140具有较大的弹性及强 度，从而使所述音圈130在所述磁场空隙125中自由地上下移动而不做横向移动，避免该音 圈130与磁路系统110碰触。由于所述定心支片140其设置于所述磁场空隙125的上方， 还具有防止灰尘进入该磁场空隙125的作用。可以理解，应用所述音圈骨架100的扬声器10并不限于上述结构，所述音圈骨架 100也可应用于采用平面振动膜的微型扬声器中。本发明实施例提供的音圈骨架及使用该音圈骨架的扬声器具有以下优点第一，由于碳纳米管具有优异的强度，故将碳纳米管均勻分散于音圈骨架的基体中，可提高了基 体的比强度或在保持强度不变的条件下可以减小音圈骨架的厚度，从而减小音圈骨架的重 量。第二，由于碳纳米管具有较小的密度，将碳纳米管均勻分散于音圈骨架的基体中，在维 持甚至提高音圈骨架的强度的同时减小音圈骨架的重量，从而减小扬声器的重量，尤其在 微型扬声器中，该效果更加明显。第三，由于碳纳米管具有良好的耐湿性及耐燃性能，将碳 纳米管均勻分散于音圈骨架的基体中，使本发明提供的音圈骨架也具有良好的耐湿性及耐 燃性。 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神 所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
一种音圈骨架，其特征在于，所述音圈骨架包括一纸基体以及分散于该纸基体中的多个碳纳米管。
2.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述纸基体包括纤维材料以及添加材料。
3.如权利要求2所述的音圈骨架，其特征在于，所述纤维材料包括木纤维、碳纤维、玻 璃纤维、尼龙纤维、聚丙烯纤维、棉纤维以及竹纤维中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的音圈骨架，其特征在于，所述添加材料包括半纤维素、木素、树 脂、色素、果胶和灰分中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述纸基体在整个音圈骨架中的质量 百分比为10% 99. 9%o
6.如权利要求5所述的音圈骨架，其特征在于，所述纸基体在整个音圈骨架中的质量 百分比为60% 90%。
7.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁 碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或其任意组合。
8.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述碳纳米管的长度大于200微米。
9.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述碳纳米管在整个音圈骨架中的质 量百分比为0. 90%。
10.如权利要求9所述的音圈骨架，其特征在于，所述碳纳米管在整个音圈骨架中的质 量百分比为10% 40%。
11.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述碳纳米管表面带有功能团，且该 功能团包括羧基、羟基、醛基以及氨基中的一种或多种。
12.如权利要求1所述的音圈骨架，其特征在于，所述音圈骨架为一中空管状结构。
13.一种音圈骨架，其特征在于，所述音圈骨架为一碳纳米管纸围成的一中空管状结构。
14.如权利要求13所述的音圈骨架，其特征在于，所述碳纳米管纸包括一纸基体以及 分散于该纸基体中的多个碳纳米管。
15.一种扬声器，其包括一音圈；一音圈骨架，所述音圈设置于该音圈骨架上； 一振动膜；一定心支片，该定心支片设置于所述音圈与所述振动膜的结合部位；以及 一磁场系统，该磁场系统具有一磁场间隙，所述音圈骨架收容于所述磁场间隙中； 其特征在于，所述音圈骨架包括一纸基体以及分散于该纸基体中的多个碳纳米管。
全文摘要
本发明涉及一种音圈骨架及使用该音圈骨架的扬声器。所述音圈骨架包括一纸基体以及分散于该纸基体中的多个碳纳米管。所述扬声器包括一音圈；一音圈骨架，所述音圈设置于该音圈骨架上；一振动膜；一定心支片，该定心支片设置于所述音圈与所述振动膜的结合部位；以及一磁场系统，该磁场系统具有一磁场间隙，所述音圈骨架收容于所述磁场间隙中；其中，所述音圈骨架包括一纸基体以及分散于该纸基体中的多个碳纳米管。
文档编号H04R9/06GK101998210SQ20091010931
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者刘亮, 王佳平 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司