單細絲織物聲學懸置元件的制作方法
【專利摘要】一種用于形成用于聲學驅(qū)動器的懸置元件的方法。該方法包括：在模具中放置由單細絲聚合物纖維形成的未浸漬織物，單細絲纖維由軟化點和熔點表征；加熱模具和未浸漬織物至大于軟化點并且小于熔點的溫度；以及冷卻模具。
【專利說明】單細絲織物聲學懸置元件
【背景技術(shù)】
[0001]本說明書涉及用于電聲換能器的活動部分的懸置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在說明書的一個方面中，一種用于形成用于聲學驅(qū)動器的懸置元件的方法包括在模具中放置由單細絲聚合物纖維形成的未浸潰織物。單細絲纖維由軟化點和熔點表征。該方法還包括加熱模具和未浸潰織物至大于軟化點并且小于熔點的溫度以及冷卻模具。該方法還可以包括以鍵合、但是不熔合纖維交叉點的方式用彈性體涂覆懸置元件。涂覆可以包括涂覆懸置元件以使得密封織物中的開口。涂覆可以包括以空氣可以流過織物中的開口的方式涂覆懸置元件?？梢栽趯⑽唇⒖椢锓胖迷谀＞咧兄皥?zhí)行涂覆。該方法還可以包括從模具移除織物?？梢栽趶哪＞咭瞥椢镏髨?zhí)行涂覆。該方法還可以包括在懸置元件中形成卷繞。該方法還可以包括在包圍物中形成具有一系列凹槽的半卷，這一系列凹槽在凹槽與內(nèi)圓周邊緣最近的點處與包圍物的內(nèi)邊緣的法線成一角度地從內(nèi)圓周邊緣向外圓周邊緣延伸?？椢锟梢杂墒鵂顔渭毥z聚合物纖維形成。
[0003]在說明書的另一方面中，一種用于聲學驅(qū)動器的懸置元件包括:由單細絲聚合物纖維形成的織物，其被編織成使得纖維在纖維的交叉點處未熔合?？椢锟梢允俏幢唤⒌?。懸置元件可以包括徑向卷繞。懸置元件可以包括具有凹槽的半卷幾何形狀，凹槽在凹槽與內(nèi)圓周邊緣最近的點處與懸置元件的內(nèi)邊緣的法線成一角度。聚合物可以是PET。聚合物可以是PEEK。聚合物可以是PPS。懸置元件還可以包括軟聚合物的涂層。懸置元件可以被密封使得空氣不流過織物。懸置元件可以不被密封使得空氣流過織物。軟聚合物可以是合成橡膠。軟聚合物可以具有100兆帕或者更少的彈性模量。軟聚合物可以具有I兆帕或者更少的彈性模量?？椢锟梢杂墒鵂顔渭毥z纖維形成。懸置元件可以是包圍物(surround)。懸置元件可以是星形輪(spider)。
[0004]其他特征、目的和優(yōu)點將在結(jié)合附圖閱讀時從以下具體描述中變得清楚，在附圖中:
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是各種纖維的視圖；
[0006]圖2A是換能器的簡化橫截面圖；
[0007]圖2B是包圍物的等距側(cè)視圖；
[0008]圖3是換能器的簡化橫截面圖；
[0009]圖4是具有無源輻射體的揚聲器的簡化橫截面圖；
[0010]圖5是各種編織圖案的平面圖；
[0011]圖6是用于形成懸置元件的過程的框圖；以及
[0012]圖7是在加熱之前和之后的纖維的現(xiàn)有技術(shù)視圖?！揪唧w實施方式】
[0013]本文所用“細絲”是以柔性、細度和非常高的長度與厚度之比(通常至少100:1或者更多)為特征的物體。細絲是用于更高級元件，諸如纖維、線絲、紗線、繩索、線繩、弦串等的構(gòu)造塊?！袄w維”如這里所用包括至少一個細絲、但是可以包括許多細絲。纖維經(jīng)常用作制造織物的基本元件。僅有一個細絲使得細絲和纖維一致的纖維是“單細絲”纖維。單細絲纖維的示例是單細絲釣魚線。
[0014]多細絲纖維可以是束狀單細絲纖維或者短纖維(stapIe fiber)?！笆鵂顔渭毥z纖維”是指具有兩個或者更多單細絲的纖維，這些單細絲被聚合以使得它們可以作為一個纖維來使用(例如編織)或者加工(例如在線軸上纏繞)。該聚合的纖維中的每個纖維從一端延續(xù)到另一端。如果束狀單細絲纖維被分解成個體單細絲纖維，則每個分解的束狀單細絲纖維將具有與束狀纖維聚合體基本上相同的長度或者更長?？梢耘で蛘呔幗Y(jié)束狀單細絲纖維的個體單細絲纖維。與束狀單細絲纖維類似的結(jié)構(gòu)的示例是編結(jié)接線線纜，其中個體接線與個體單細絲纖維相似。通常熔合或者捆綁束狀單細絲纖維的末端。
[0015]“短纖維”如這里所用是包括如下細絲的纖維，這些細絲比纖維的長度更短或者可以明顯更短?？梢耘で蛘吣磙D(zhuǎn)細絲以形成多細絲短纖維。多細絲短纖維的示例是棉線和羊毛紗線。在圖1中示出單細絲纖維、束狀單細絲纖維和短纖維的示例。
[0016]圖2A是第一電聲換能器配置的簡化橫截面圖。揚聲器IOA包括例如在第一端11處通過粘合劑機械地耦合到聲學膜14的圓柱形繞線筒。聲學膜在外圍處由懸置元件16機械地耦合到這里表示為機械接地的框。卷包在繞線筒12周圍的是音圈繞組18以形成音圈組件20。音圈組件20定位于磁結(jié)構(gòu)24的間隙22中。
[0017]將聲學膜14的外圍機械地耦合到框的懸置元件16稱為“包圍物”。理想地，包圍物允許在箭頭26指示的方向上的運動，但是阻止在箭頭28指示的方向上的橫向運動。圖2A的配置適合于如下電聲換能器，這些電聲換能器被設(shè)計成移動短距離并且移置相對小體積的空氣、例如小型換能器(諸如頭戴式受話器換能器)。
[0018]用于包圍物的典型幾何形狀是如圖2A中所示“半卷”包圍物。其他常見幾何形狀包括多個半卷、交替凹和凸半卷以及其他更復雜幾何形狀。例如在圖2B的包圍物100中，一系列凹槽125與徑向方向成一角度或者更一般地在凹槽與內(nèi)圓周邊緣105最近的點處與包圍物的內(nèi)邊緣的法線成一角度地從內(nèi)圓周邊緣向外圓周邊緣110延伸。包圍物100包括內(nèi)附著法蘭115和外附著法蘭125。
[0019]圖3示出第二電聲換能器配置的簡化橫截面視圖。在圖3的配置中，聲學膜具有截頭圓錐體形狀。與圖2A的配置相似，聲學膜在外圍由懸置元件16機械地耦合到這里表示為機械接地的框。在圖3的配置中，聲學膜14的內(nèi)邊緣32例如通過粘合劑機械地耦合到音圈組件20的第一端11。音圈組件的與聲學膜的內(nèi)邊緣32耦合的末端11通常由“防塵蓋”35覆蓋，該防塵蓋形成聲學輻射表面的一部分。音圈組件20由通常稱為“星形輪”的第二懸置元件34機械地耦合到這里表示為機械接地的框。圖3的配置適合于如下電聲換能器，這些電聲換能器被設(shè)計用于移動比具有圖2A的配置的換能器更長的距離并且移置更大量空氣的隔膜。
[0020]用于星形輪的典型幾何形狀具有如圖3中所示皺狀圖案。與懸置元件16相似，懸置元件34阻止橫向運動以將音圈組件20保持在磁間隙22中但允許在箭頭26指示的方向上的運動。
[0021]圖2A和圖3的配置相似地操作。音圈組件14和磁體結(jié)構(gòu)24充當線性馬達。與音圈繞組中的音頻信號對應的交變電流與磁性結(jié)構(gòu)的間隙中的磁場相互作用以使得音圈結(jié)構(gòu)沿著箭頭26指示的軸移動。音圈的移動引起聲學膜14的移動。聲學膜的移動壓縮和稀釋空氣，這引起生成壓力波。壓力波被感知為聲音。
[0022]無源輻射體通常具有包圍物并且在一些復雜幾何形狀中可以具有星形輪。圖4是包括具有包圍物的無源輻射體的揚聲器的簡化橫截面圖。例如與圖3的電聲換能器相似的電聲換能器110裝配于罩112中的開口中。同樣裝配在罩112的開口中的是無源輻射體結(jié)構(gòu)，該無源輻射體結(jié)構(gòu)包括在外圍由懸置元件16機械地耦合到罩112的聲學膜14。電聲換能器110以在圖3的討論中描述的方式操作。電聲換能器的操作在罩112內(nèi)引起壓力變化。壓力變化使得聲學膜14在箭頭26的方向上振動。聲學膜的振動壓縮和稀釋空氣，這引起生成壓力波。壓力波被感知為聲音。具有星形輪和包圍物的無源輻射體通常類似于圖4的配置而沒有磁體結(jié)構(gòu)24、音圈18并且在一些情況下沒有繞線筒15。
[0023]一些特性對于包圍物懸置元件16和星形輪懸置元件34 二者都是希望的。包圍物和星形輪二者應當在箭頭26指示的方向(聲學膜的既定運動方向)上充分地順應以允許所需數(shù)量的行進。包圍物和星形輪也應當提供充分的恢復力以朝著中間位置推進聲學膜。為了最好的聲學性能，恢復力應當與位移成線性。包圍物和星形輪二者應當在橫穿既定運動方向的方向28上具有硬度。在換能器的情況下，硬度應當足以將音圈保持在磁間隙22中同時允許間隙盡可能小。在無源輻射體的情況下，硬度應當足以抵抗橫向移動并且抵抗不期望的模式，諸如搖擺模式?；謴土Σ粦艿竭^量“打斷”，也就是說，恢復力不應隨時間和可能數(shù)目為百萬計的操作循環(huán)而變化。輕量級也是星形輪和包圍物二者期望的性質(zhì)。
[0024]可能對于包圍物重要的一些特性可能對于星形輪不那么重要或者甚至不需要并且反之亦然。例如由于包圍物懸置元件可以是聲學膜的輻射表面的一部分，所以通常包圍物需要進行氣壓密封。在另一方面，星形輪可能希望“可呼吸”。星形輪和/或包圍物可能希望防水和/或防垢，并且星形輪可能希望在相對高溫度下操作。
[0025]提供星形輪和包圍物共有的希望特性并且可以容易地被修改以提供包圍物或者星形輪特有的特性的一類材料是由單細絲纖維編織的織物。
[0026]單細絲纖維被編織成具有各種編織圖案的織物。例如圖5示出五種不同編織圖案:平紋(有時稱為“方格”)、斜紋、反平紋席型編織、三軸和四軸。
[0027]圖6示出用于由織物形成懸置元件的過程，該織物是由單細絲纖維編織的。以下將討論塊40A。在塊42將織物放置到模具中。如以下將說明的那樣，織物可以先前已經(jīng)被涂覆、但是未被浸潰。在塊44向模具施加壓力并且進行加熱以形成懸置元件的特征，例如圖2A和2B的包圍物的特征或者圖3的皺狀物。施加的熱足以使得單細絲纖維軟化但是未熔化，因此纖維可以鍵合，但是在纖維接觸處未熔合。在塊46冷卻模具，并且在塊48從模具移除懸置元件。在塊50將懸置元件修整成希望的形狀和尺寸。
[0028]可以用不會在交叉處熔合單細絲纖維的彈性體或者軟聚合物來涂覆織物。并不要求涂層允許織物維持模具的形狀，因此可以在任何方便點涂覆涂層，例如如在塊40A中在插入到模具中之前；如在塊40B中在從模具移除之后或者如在塊40C中在修整之后。也可以在將纖維形成為織物之前向纖維涂敷涂層。[0029]涂層材料可以用多種方式修改織物的特性。例如涂層可以以氣壓或者液壓或者二者來密封織物；可以修改織物的阻尼特性；可以加固織物；可以修改織物的剪切模量；以及其他方面。
[0030]涂層材料不應易碎。用于涂層的具體材料取決于單細絲纖維的性質(zhì)和懸置元件的所需性質(zhì)。如以上所言，不要求涂層材料向織物提供硬度或者可成形性，因此材料可以很軟、例如具有100兆帕或者更少或者甚至I兆帕或者更少的彈性模量。對于在廣泛多種應用中可用的廣泛多種換能器懸置元件起作用的一類材料是合成橡膠。
[0031]可以用多種方式涂敷涂層。例如可以在溶劑中溶解涂層，并且在溶液中浸蘸織物?？梢杂幂佂糠笸繉??？梢詫⑼繉訃娡康娇椢锷稀Ｔ诮?、輥涂或者噴涂之前，可以向織物涂敷掩模以使得涂層的厚度可以隨懸置元件上的點而變化。例如涂層的厚度可以根據(jù)距中心的徑向距離而變化。在浸蘸、輥涂或者噴涂之后，織物可以暴露于氣刷從而使得織物“可呼吸”。
[0032]在塊42向模具施加的壓力對織物設(shè)置應力。在塊42施加的熱足以使得織物松弛并且無彈性地變形以允許織物在從模具移除時維持模具的形狀，但是熱不足以使得織物熔化，從而纖維熔合。
[0033]圖6的過程比用于由從常規(guī)非塑料短纖維編織的織物形成懸置元件的過程有利。常規(guī)多細絲短纖維在它們被形成時不維持形狀，因此如描述的那樣在形成為懸置元件之前用樹脂浸潰常規(guī)多細絲纖維。備選地，一些常規(guī)多細絲短纖維可以例如如美國專利5，878，150中描述和圖7中示出的那樣具有形式為芯/鞘結(jié)構(gòu)的浸潰，其中一種樹脂為芯并且另一種樹脂為鞘。由樹脂浸潰纖維形成的懸置元件易碎且堅硬，其中樹脂的彈性模量為I吉帕或者更大的量級并且經(jīng)常具有打斷問題而且經(jīng)受疲勞(也就是說，懸置元件隨時間和隨許多循環(huán)而失去恢復力)。
[0034]此外，圖6的過程比用于形成懸置元件的如下過程有利，這些過程包括加熱懸置元件至用來編織織物的材料的熔化溫度(或者如果纖維具有例如如美國專利5，878，150中描述和圖7中示出的鞘/芯結(jié)構(gòu)則為鞘材料的熔化溫度)以上。加熱懸置元件至材料的熔化溫度以上會在纖維交叉處引起熔合。熔合可能在懸置物在使用中時造成應力集中點。對照而言，加熱由單細絲織物制成的懸置元件至比軟化溫度更高、但是比熔化溫度更低的溫度允許將織物形成為希望的幾何形狀、但是不會在纖維交叉處引起纖維的熔合。單細絲織物的懸置物維持模具的形狀而無需熔合纖維或者樹脂浸潰或者任何附加涂層。
[0035]存在適合于懸置元件的許多織物和適合于編織成用于懸置元件的織物的許多單細絲纖維。希望的性質(zhì)包括高張力強度、熱穩(wěn)定性、蠕變阻力、疲勞阻力、展延性、低吸潮、環(huán)境穩(wěn)定性和其他性質(zhì)。適當材料的示例包括作為Victrex (URL victrex.com)的
Aptive? 1000-300銷售的聚酯醚酮(PEEK)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、作為DuPont
的MYLAR?A銷售的聚酯纖維和作為Chevron Phillips LLC的RYTON?銷售的聚苯硫醚(PPS)。
[0036]表I示出了 一些示例材料的熔點和軟化點。
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于形成用于聲學驅(qū)動器的懸置元件的方法，包括: 在模具中放置由單細絲聚合物纖維形成的未浸潰織物，所述單細絲纖維由軟化點和熔點表征； 加熱所述模具和所述未浸潰織物至大于所述軟化點并且小于所述熔點的溫度；以及 冷卻所述模具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以未熔合纖維交叉點的方式用彈性體涂覆所述懸置元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述涂覆包括涂覆所述懸置元件以使得所述織物中的開口被密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述涂覆包括以空氣能夠流過所述織物中的開口的方式涂覆所述懸置元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述模具中放置所述未浸潰織物之前執(zhí)行所述涂覆。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 從所述模具移除所述織物，其中在所述從所述模具移除所述織物之后執(zhí)行所述涂覆。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述懸置元件中形成卷繞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在包圍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與內(nèi)圓周邊緣最近的點處與所述包圍物的內(nèi)邊緣的法線成一角度地從所述內(nèi)圓周邊緣向外 圓周邊緣延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述織物由束狀單細絲聚合物纖維形成。
10.一種用于聲學驅(qū)動器的懸置元件，包括: 由單細絲聚合物纖維形成的織物，其被編織成使得所述纖維在所述纖維的交叉點處未被熔合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，其中所述織物未被浸潰。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，包括徑向卷繞。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，包括具有凹槽的半卷幾何形狀，所述凹槽在所述凹槽與內(nèi)圓周邊緣最近的點處與所述懸置元件的內(nèi)邊緣的法線成一角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，其中所述聚合物是PET。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，其中所述聚合物是PEEK。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，還包括軟聚合物的涂層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的懸置元件，其中所述懸置元件被密封使得空氣不流過所述織物。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的懸置元件，其中所述懸置元件未被密封使得空氣流過所述織物。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的懸置元件，其中所述軟聚合物是合成橡膠。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的懸置元件，其中所述軟聚合物具有100兆帕或者更少的彈性模量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的懸置元件，其中所述軟聚合物具有I兆帕或者更少的彈性模量。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，其中所述織物由束狀單細絲纖維形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，其中所述懸置元件是包圍物。
24.根據(jù)權(quán)利要求10所述的懸置元件，其中所述懸置元件是星形輪。
25.根據(jù)權(quán)利要求10所述 的懸置元件，其中所述聚合物是PPS。
【文檔編號】H04R9/02GK103477654SQ201280015437
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】M·考卡, 劉揚, 朱衛(wèi)東 申請人:伯斯有限公司