单细丝织物声学悬置元件的制作方法
【专利摘要】一种用于形成用于声学驱动器的悬置元件的方法。该方法包括：在模具中放置由单细丝聚合物纤维形成的未浸渍织物，单细丝纤维由软化点和熔点表征；加热模具和未浸渍织物至大于软化点并且小于熔点的温度；以及冷却模具。
【专利说明】单细丝织物声学悬置元件
【背景技术】
[0001]本说明书涉及用于电声换能器的活动部分的悬置。
【发明内容】
[0002]在说明书的一个方面中，一种用于形成用于声学驱动器的悬置元件的方法包括在模具中放置由单细丝聚合物纤维形成的未浸溃织物。单细丝纤维由软化点和熔点表征。该方法还包括加热模具和未浸溃织物至大于软化点并且小于熔点的温度以及冷却模具。该方法还可以包括以键合、但是不熔合纤维交叉点的方式用弹性体涂覆悬置元件。涂覆可以包括涂覆悬置元件以使得密封织物中的开口。涂覆可以包括以空气可以流过织物中的开口的方式涂覆悬置元件。可以在将未浸溃织物放置在模具中之前执行涂覆。该方法还可以包括从模具移除织物。可以在从模具移除织物之后执行涂覆。该方法还可以包括在悬置元件中形成卷绕。该方法还可以包括在包围物中形成具有一系列凹槽的半卷，这一系列凹槽在凹槽与内圆周边缘最近的点处与包围物的内边缘的法线成一角度地从内圆周边缘向外圆周边缘延伸。织物可以由束状单细丝聚合物纤维形成。
[0003]在说明书的另一方面中，一种用于声学驱动器的悬置元件包括:由单细丝聚合物纤维形成的织物，其被编织成使得纤维在纤维的交叉点处未熔合。织物可以是未被浸溃的。悬置元件可以包括径向卷绕。悬置元件可以包括具有凹槽的半卷几何形状，凹槽在凹槽与内圆周边缘最近的点处与悬置元件的内边缘的法线成一角度。聚合物可以是PET。聚合物可以是PEEK。聚合物可以是PPS。悬置元件还可以包括软聚合物的涂层。悬置元件可以被密封使得空气不流过织物。悬置元件可以不被密封使得空气流过织物。软聚合物可以是合成橡胶。软聚合物可以具有100兆帕或者更少的弹性模量。软聚合物可以具有I兆帕或者更少的弹性模量。织物可以由束状单细丝纤维形成。悬置元件可以是包围物(surround)。悬置元件可以是星形轮(spider)。
[0004]其他特征、目的和优点将在结合附图阅读时从以下具体描述中变得清楚，在附图中:
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是各种纤维的视图；
[0006]图2A是换能器的简化横截面图；
[0007]图2B是包围物的等距侧视图；
[0008]图3是换能器的简化横截面图；
[0009]图4是具有无源辐射体的扬声器的简化横截面图；
[0010]图5是各种编织图案的平面图；
[0011]图6是用于形成悬置元件的过程的框图；以及
[0012]图7是在加热之前和之后的纤维的现有技术视图。【具体实施方式】
[0013]本文所用“细丝”是以柔性、细度和非常高的长度与厚度之比(通常至少100:1或者更多)为特征的物体。细丝是用于更高级元件，诸如纤维、线丝、纱线、绳索、线绳、弦串等的构造块。“纤维”如这里所用包括至少一个细丝、但是可以包括许多细丝。纤维经常用作制造织物的基本元件。仅有一个细丝使得细丝和纤维一致的纤维是“单细丝”纤维。单细丝纤维的示例是单细丝钓鱼线。
[0014]多细丝纤维可以是束状单细丝纤维或者短纤维(stapIe fiber)。“束状单细丝纤维”是指具有两个或者更多单细丝的纤维，这些单细丝被聚合以使得它们可以作为一个纤维来使用(例如编织)或者加工(例如在线轴上缠绕)。该聚合的纤维中的每个纤维从一端延续到另一端。如果束状单细丝纤维被分解成个体单细丝纤维，则每个分解的束状单细丝纤维将具有与束状纤维聚合体基本上相同的长度或者更长。可以扭曲或者编结束状单细丝纤维的个体单细丝纤维。与束状单细丝纤维类似的结构的示例是编结接线线缆，其中个体接线与个体单细丝纤维相似。通常熔合或者捆绑束状单细丝纤维的末端。
[0015]“短纤维”如这里所用是包括如下细丝的纤维，这些细丝比纤维的长度更短或者可以明显更短。可以扭曲或者捻转细丝以形成多细丝短纤维。多细丝短纤维的示例是棉线和羊毛纱线。在图1中示出单细丝纤维、束状单细丝纤维和短纤维的示例。
[0016]图2A是第一电声换能器配置的简化横截面图。扬声器IOA包括例如在第一端11处通过粘合剂机械地耦合到声学膜14的圆柱形绕线筒。声学膜在外围处由悬置元件16机械地耦合到这里表示为机械接地的框。卷包在绕线筒12周围的是音圈绕组18以形成音圈组件20。音圈组件20定位于磁结构24的间隙22中。
[0017]将声学膜14的外围机械地耦合到框的悬置元件16称为“包围物”。理想地，包围物允许在箭头26指示的方向上的运动，但是阻止在箭头28指示的方向上的横向运动。图2A的配置适合于如下电声换能器，这些电声换能器被设计成移动短距离并且移置相对小体积的空气、例如小型换能器(诸如头戴式受话器换能器)。
[0018]用于包围物的典型几何形状是如图2A中所示“半卷”包围物。其他常见几何形状包括多个半卷、交替凹和凸半卷以及其他更复杂几何形状。例如在图2B的包围物100中，一系列凹槽125与径向方向成一角度或者更一般地在凹槽与内圆周边缘105最近的点处与包围物的内边缘的法线成一角度地从内圆周边缘向外圆周边缘110延伸。包围物100包括内附着法兰115和外附着法兰125。
[0019]图3示出第二电声换能器配置的简化横截面视图。在图3的配置中，声学膜具有截头圆锥体形状。与图2A的配置相似，声学膜在外围由悬置元件16机械地耦合到这里表示为机械接地的框。在图3的配置中，声学膜14的内边缘32例如通过粘合剂机械地耦合到音圈组件20的第一端11。音圈组件的与声学膜的内边缘32耦合的末端11通常由“防尘盖”35覆盖，该防尘盖形成声学辐射表面的一部分。音圈组件20由通常称为“星形轮”的第二悬置元件34机械地耦合到这里表示为机械接地的框。图3的配置适合于如下电声换能器，这些电声换能器被设计用于移动比具有图2A的配置的换能器更长的距离并且移置更大量空气的隔膜。
[0020]用于星形轮的典型几何形状具有如图3中所示皱状图案。与悬置元件16相似，悬置元件34阻止横向运动以将音圈组件20保持在磁间隙22中但允许在箭头26指示的方向上的运动。
[0021]图2A和图3的配置相似地操作。音圈组件14和磁体结构24充当线性马达。与音圈绕组中的音频信号对应的交变电流与磁性结构的间隙中的磁场相互作用以使得音圈结构沿着箭头26指示的轴移动。音圈的移动引起声学膜14的移动。声学膜的移动压缩和稀释空气，这引起生成压力波。压力波被感知为声音。
[0022]无源辐射体通常具有包围物并且在一些复杂几何形状中可以具有星形轮。图4是包括具有包围物的无源辐射体的扬声器的简化横截面图。例如与图3的电声换能器相似的电声换能器110装配于罩112中的开口中。同样装配在罩112的开口中的是无源辐射体结构，该无源辐射体结构包括在外围由悬置元件16机械地耦合到罩112的声学膜14。电声换能器110以在图3的讨论中描述的方式操作。电声换能器的操作在罩112内引起压力变化。压力变化使得声学膜14在箭头26的方向上振动。声学膜的振动压缩和稀释空气，这引起生成压力波。压力波被感知为声音。具有星形轮和包围物的无源辐射体通常类似于图4的配置而没有磁体结构24、音圈18并且在一些情况下没有绕线筒15。
[0023]一些特性对于包围物悬置元件16和星形轮悬置元件34 二者都是希望的。包围物和星形轮二者应当在箭头26指示的方向(声学膜的既定运动方向)上充分地顺应以允许所需数量的行进。包围物和星形轮也应当提供充分的恢复力以朝着中间位置推进声学膜。为了最好的声学性能，恢复力应当与位移成线性。包围物和星形轮二者应当在横穿既定运动方向的方向28上具有硬度。在换能器的情况下，硬度应当足以将音圈保持在磁间隙22中同时允许间隙尽可能小。在无源辐射体的情况下，硬度应当足以抵抗横向移动并且抵抗不期望的模式，诸如摇摆模式。恢复力不应受到过量“打断”，也就是说，恢复力不应随时间和可能数目为百万计的操作循环而变化。轻量级也是星形轮和包围物二者期望的性质。
[0024]可能对于包围物重要的一些特性可能对于星形轮不那么重要或者甚至不需要并且反之亦然。例如由于包围物悬置元件可以是声学膜的辐射表面的一部分，所以通常包围物需要进行气压密封。在另一方面，星形轮可能希望“可呼吸”。星形轮和/或包围物可能希望防水和/或防垢，并且星形轮可能希望在相对高温度下操作。
[0025]提供星形轮和包围物共有的希望特性并且可以容易地被修改以提供包围物或者星形轮特有的特性的一类材料是由单细丝纤维编织的织物。
[0026]单细丝纤维被编织成具有各种编织图案的织物。例如图5示出五种不同编织图案:平纹(有时称为“方格”)、斜纹、反平纹席型编织、三轴和四轴。
[0027]图6示出用于由织物形成悬置元件的过程，该织物是由单细丝纤维编织的。以下将讨论块40A。在块42将织物放置到模具中。如以下将说明的那样，织物可以先前已经被涂覆、但是未被浸溃。在块44向模具施加压力并且进行加热以形成悬置元件的特征，例如图2A和2B的包围物的特征或者图3的皱状物。施加的热足以使得单细丝纤维软化但是未熔化，因此纤维可以键合，但是在纤维接触处未熔合。在块46冷却模具，并且在块48从模具移除悬置元件。在块50将悬置元件修整成希望的形状和尺寸。
[0028]可以用不会在交叉处熔合单细丝纤维的弹性体或者软聚合物来涂覆织物。并不要求涂层允许织物维持模具的形状，因此可以在任何方便点涂覆涂层，例如如在块40A中在插入到模具中之前；如在块40B中在从模具移除之后或者如在块40C中在修整之后。也可以在将纤维形成为织物之前向纤维涂敷涂层。[0029]涂层材料可以用多种方式修改织物的特性。例如涂层可以以气压或者液压或者二者来密封织物；可以修改织物的阻尼特性；可以加固织物；可以修改织物的剪切模量；以及其他方面。
[0030]涂层材料不应易碎。用于涂层的具体材料取决于单细丝纤维的性质和悬置元件的所需性质。如以上所言，不要求涂层材料向织物提供硬度或者可成形性，因此材料可以很软、例如具有100兆帕或者更少或者甚至I兆帕或者更少的弹性模量。对于在广泛多种应用中可用的广泛多种换能器悬置元件起作用的一类材料是合成橡胶。
[0031]可以用多种方式涂敷涂层。例如可以在溶剂中溶解涂层，并且在溶液中浸蘸织物。可以用辊涂敷涂层。可以将涂层喷涂到织物上。在浸蘸、辊涂或者喷涂之前，可以向织物涂敷掩模以使得涂层的厚度可以随悬置元件上的点而变化。例如涂层的厚度可以根据距中心的径向距离而变化。在浸蘸、辊涂或者喷涂之后，织物可以暴露于气刷从而使得织物“可呼吸”。
[0032]在块42向模具施加的压力对织物设置应力。在块42施加的热足以使得织物松弛并且无弹性地变形以允许织物在从模具移除时维持模具的形状，但是热不足以使得织物熔化，从而纤维熔合。
[0033]图6的过程比用于由从常规非塑料短纤维编织的织物形成悬置元件的过程有利。常规多细丝短纤维在它们被形成时不维持形状，因此如描述的那样在形成为悬置元件之前用树脂浸溃常规多细丝纤维。备选地，一些常规多细丝短纤维可以例如如美国专利5，878，150中描述和图7中示出的那样具有形式为芯/鞘结构的浸溃，其中一种树脂为芯并且另一种树脂为鞘。由树脂浸溃纤维形成的悬置元件易碎且坚硬，其中树脂的弹性模量为I吉帕或者更大的量级并且经常具有打断问题而且经受疲劳(也就是说，悬置元件随时间和随许多循环而失去恢复力)。
[0034]此外，图6的过程比用于形成悬置元件的如下过程有利，这些过程包括加热悬置元件至用来编织织物的材料的熔化温度(或者如果纤维具有例如如美国专利5，878，150中描述和图7中示出的鞘/芯结构则为鞘材料的熔化温度)以上。加热悬置元件至材料的熔化温度以上会在纤维交叉处引起熔合。熔合可能在悬置物在使用中时造成应力集中点。对照而言，加热由单细丝织物制成的悬置元件至比软化温度更高、但是比熔化温度更低的温度允许将织物形成为希望的几何形状、但是不会在纤维交叉处引起纤维的熔合。单细丝织物的悬置物维持模具的形状而无需熔合纤维或者树脂浸溃或者任何附加涂层。
[0035]存在适合于悬置元件的许多织物和适合于编织成用于悬置元件的织物的许多单细丝纤维。希望的性质包括高张力强度、热稳定性、蠕变阻力、疲劳阻力、展延性、低吸潮、环境稳定性和其他性质。适当材料的示例包括作为Victrex (URL victrex.com)的
Aptive? 1000-300销售的聚酯醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、作为DuPont
的MYLAR?A销售的聚酯纤维和作为Chevron Phillips LLC的RYTON?销售的聚苯硫醚(PPS)。
[0036]表I示出了 一些示例材料的熔点和软化点。
[0037]
【权利要求】
1.一种用于形成用于声学驱动器的悬置元件的方法，包括: 在模具中放置由单细丝聚合物纤维形成的未浸溃织物，所述单细丝纤维由软化点和熔点表征； 加热所述模具和所述未浸溃织物至大于所述软化点并且小于所述熔点的温度；以及 冷却所述模具。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以未熔合纤维交叉点的方式用弹性体涂覆所述悬置元件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述涂覆包括涂覆所述悬置元件以使得所述织物中的开口被密封。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述涂覆包括以空气能够流过所述织物中的开口的方式涂覆所述悬置元件。
5.根据权利要求2所述的方法，其中在所述模具中放置所述未浸溃织物之前执行所述涂覆。
6.根据权利要求2所述的方法，还包括: 从所述模具移除所述织物，其中在所述从所述模具移除所述织物之后执行所述涂覆。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述悬置元件中形成卷绕。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括在包围物中形成具有一系列凹槽的半卷，所述一系列凹槽在所述凹槽与内圆周边缘最近的点处与所述包围物的内边缘的法线成一角度地从所述内圆周边缘向外 圆周边缘延伸。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述织物由束状单细丝聚合物纤维形成。
10.一种用于声学驱动器的悬置元件，包括: 由单细丝聚合物纤维形成的织物，其被编织成使得所述纤维在所述纤维的交叉点处未被熔合。
11.根据权利要求10所述的悬置元件，其中所述织物未被浸溃。
12.根据权利要求10所述的悬置元件，包括径向卷绕。
13.根据权利要求10所述的悬置元件，包括具有凹槽的半卷几何形状，所述凹槽在所述凹槽与内圆周边缘最近的点处与所述悬置元件的内边缘的法线成一角度。
14.根据权利要求10所述的悬置元件，其中所述聚合物是PET。
15.根据权利要求10所述的悬置元件，其中所述聚合物是PEEK。
16.根据权利要求10所述的悬置元件，还包括软聚合物的涂层。
17.根据权利要求16所述的悬置元件，其中所述悬置元件被密封使得空气不流过所述织物。
18.根据权利要求16所述的悬置元件，其中所述悬置元件未被密封使得空气流过所述织物。
19.根据权利要求16所述的悬置元件，其中所述软聚合物是合成橡胶。
20.根据权利要求16所述的悬置元件，其中所述软聚合物具有100兆帕或者更少的弹性模量。
21.根据权利要求20所述的悬置元件，其中所述软聚合物具有I兆帕或者更少的弹性模量。
22.根据权利要求10所述的悬置元件，其中所述织物由束状单细丝纤维形成。
23.根据权利要求10所述的悬置元件，其中所述悬置元件是包围物。
24.根据权利要求10所述的悬置元件，其中所述悬置元件是星形轮。
25.根据权利要求10所述 的悬置元件，其中所述聚合物是PPS。
【文档编号】H04R9/02GK103477654SQ201280015437
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年3月23日 优先权日:2011年3月30日
【发明者】M·考卡, 刘扬, 朱卫东 申请人:伯斯有限公司