CN111225323B - 一种定心支片及扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定心支片及扬声器，定心支片由多个材料层复合而成的多层结构；所述材料层包括高分子聚合物层和导电层，所述材料层自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置的第一高分子聚合物层、导电层、第二高分子聚合物层，所述第一高分子聚合物层的厚度大于等于导电层的厚度与第二高分子层聚合物厚度的和。所述第一高分子聚合物层包括第一基材层和第一基础基材层，所述第一基材层厚度小于第一基础基材层的厚度，第一基材层的刚性小于第一基础基材层的刚性，通过该定心支片的厚度设置将导电层置于应力最小的叠层位置，实现对导电层进行最全面的保护，降低了其在振动时的应力值，提高了导电层的耐疲劳寿命，增强定心支片的可靠性。

Description

一种定心支片及扬声器

技术领域

本发明涉及超线性扬声器技术领域，具体地讲是涉及一种定心支片及应用此定心支片的扬声器。

背景技术

相比传统扬声器，超线性扬声器大幅度提升了扬声器中低频的响度，更好地抑制了声音失真，能够为用户带来更加震撼的低音享受和更为优质的声回放效果，在现代电子产品中得到广泛应用。超线性扬声器的结构包括壳体支撑组件、磁路组件和振动组件，其中壳体支撑组件用以连接并支撑磁路组件和振动组件，磁路组件用以构成容纳音圈的磁场间隙，振动组件包括振膜、音圈及定心支片，振膜、音圈和定心支片结合在一起，音圈设置于磁场间隙内。

定心支片是超线性扬声器的基本组件之一，定心支片的使用提高了超线性扬声器中振动组件的振动幅值，改善了超线性扬声器的响度。定心支片采用多层材料层的柔性电路板制作，材料层包括绝缘材料层和导电层，绝缘材料层和导电层之间可以以胶水层粘结，也可以直接在绝缘材料层上生成导电层。定心支片的结构包括最外侧的外固定部、位于内侧的内固定部以及连接两者的若干悬臂，外固定部与壳体支撑组件连接，内固定部与振膜和音圈连接。定心支片用以导通音圈电流并维持音圈在磁场间隙中的正确位置。音圈在电流和磁场作用下振动时，定心支片随同音圈沿轴向往复运动。现有技术中定心支片的铺层结构通常为靠近音圈的绝缘基材层的厚度小于远离音圈的绝缘材料层的厚度，这样的厚度设置使得压延铜层偏离中心轴，在定心支片的振动过程中，压延铜并不处在中性轴附近，压延铜层在特定周期下的正弦移位载荷下很容易在应力幅较大区域产生疲劳裂纹，进而断裂失效。

另外，现有定心支片铺层一般是聚酰亚胺+基础聚酰亚胺+压延铜+聚酰亚胺的组合，如附图6所示，最表面的聚酰亚胺层最厚，基础聚酰亚胺层最薄，导电层厚度大于基础聚酰亚胺层，由于压延铜和高分子材料之间杨氏模量的较大差异，这样的厚度设置压延铜层偏离中心轴，造成聚酰亚胺层和基础聚酰亚胺层对压延铜层的减震和缓冲作用均较弱，比压延铜层更薄的基础聚酰亚胺层也无法充分发挥保护导电层的作用，而且较厚的导电层也更容易疲劳损坏，压延铜层的厚度越高，第一基础基材层的缓冲和减震作用也越低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种对导电层提供有效的缓冲保护作用，提高导电层的耐疲劳寿命，降低其在振动时的应力值，增强定心支片可靠性的一种定心支片及应用此定心支片的扬声器。

本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：

一种定心支片，由多个材料层复合而成的多层结构或者由多个材料层和胶水层复合而成的多层结构；所述材料层包括高分子聚合物层和导电层, 其特征在于：所述材料层自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置的第一高分子聚合物层、导电层、第二高分子聚合物层，所述第一高分子聚合物层的厚度大于等于导电层的厚度与第二高分子层聚合物厚度的和。

作为一种优选方案，所述第一高分子聚合物层包括第一基材层和第一基础基材层，所述第一基础基材层的刚性大于第一基材层的刚性，所述第一基材层与所述音圈固定连接。通常情况下，第一基材层和第一基础基材层可以通过选用不同型号的聚酰亚胺达成不同刚性要求，第一基材层和第一基础基材层也可以采用除聚酰亚胺以外的其他不同种类和刚度的高分子聚合物以满足上述刚性要求。

作为一种优选方案，所述导电层的厚度小于等于所述第一基材层的厚度，所述第一基材层的厚度小于第一基础基材层的厚度。第一高分子聚合物层具有不同刚性的第一基材层和第一基础基材层，在外表面与音圈粘结的第一基材层刚性较低，相对更柔软，贴近导电层的第一基础基材层刚性较高。导电层一般采用压延铜层，其杨氏模量显著高于高分子聚合物。将导电层的厚度小于等于第一基材层且小于第一基础基材层的厚度，相对于刚性更高的导电层，构成一个刚性逐渐提高的梯度，且高刚性的第一基础基材层具有更大的厚度和贴近导电层，对导电层具有更好的缓冲减振效果，能够起到更好的保护导电层和发挥比惯常结构更优的减震和缓冲效果。

作为一种优选方案，所述导电层的厚度定为a，a≤所述第一基材层的厚度≤1.5a。

作为一种优选方案，所述导电层的厚度定为a，2a≤所述第一基础基材层的厚度≤2.5a。

作为一种优选方案，所述第一基础基材层的厚度小于等于第二高分子聚合物层的厚度。

作为一种优选方案，所述导电层的厚度定为a，2a≤第二高分子聚合物层的厚度≤3a。

导电层的厚度小于等于所述第一基础基材层的厚度，第一基础基材层的厚度至少等于导电层的厚度的2倍，第一基础基材层的厚度小于等于第二高分子聚合物层的厚度，由更厚且刚性高第一基础基材层贴合导电层，对导电层起到很好的保护作用，且更薄的导电层产生热量更低，刚性较高的第一基础基材层也会发挥更好的散热作用，降低导电层的局部温度，延缓导电层金属颗粒的结晶粗大，减缓导电层金属疲劳失效的时间，提高导电层的寿命。

作为一种优选方案，第二高分子聚合物层为第二基材层和/或第二基础基材层，第二基础基材层的刚性大于第二基材层的刚性。通常情况下，第二基材层和第二基础基材层可以通过选用不同型号的聚酰亚胺达成不同刚性要求，第二基材层和第二基础基材层也可以采用除聚酰亚胺以外的其他不同种类和刚度的高分子聚合物以满足上述刚性要求。

作为一种优选方案，第二高分子聚合物层为第二基础基材层，所述第一高分子聚合物层包括第一基材层和第一基础基材层，第一基材层的厚度等于导电层的厚度，所述第二基础基材层的厚度等于第一基础基材层的厚度且大于等于导电层厚度的2倍。在满足上述条件的情况下，导电层位于定心支片叠层结构的中心轴上，其振动弯曲时承受的应力值降至最低，变形程度最低，局部的振动产生的热量也随之降至最低，局部因振动产生的升温也降低，金属结晶的颗粒粗大延缓，延长金属疲劳失效时间，产品更不易损坏，是最佳的结构设置。

一种扬声器，包括组装为一体的壳体组件、磁路组件和振膜组件，所述振膜组件包括相互连接的音圈、振膜和定心支片，其特征在于：所述定心支片为上述的定心支片，所述音圈安置于定心支片的第一高分子聚合物层一侧。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明公开了一种定心支片的层叠结构，靠近音圈的所述第一高分子聚合物层的厚度大于导电层的厚度与第二高分子层聚合物厚度的和，可以定心支片在振动时，导电层处于尽可能中心轴位置，从而降低导电层在音圈高速振动中的振动、弯曲、变形幅度，降低应力值减轻导电层疲劳，同时，也可以使高分子聚合物层能够发挥较传统结构更大减震和缓冲作用，抑制导电层的断裂，提高定心支片的抗疲劳特性。

第一基材层厚度小于第一基础基材层的厚度，第一基材层的刚性小于第一基础基材层的刚性，相比于现有技术，将粘贴音圈的第一高分子聚合物层的第一基材层和第一基础基材层进行刚性相对缓慢增加的梯度分布层设置，采用较薄且刚性较低的第一基材层连接音圈，较厚且刚性较高的第一基础基材层，将音圈粘接在远离导电层的一侧，使导电层接近中性轴。通过不同杨氏模量的高分子聚合物厚度的设置将导电层厚度设置为材料层中最薄且导电层置于应力最小的叠层位置，通过导电层两侧设置刚性较高且厚度更厚的高分子聚合物实现了对导电层进行最全面的保护，由导电层两侧面更厚的高分子聚合物层承担更多应力，降低了导电层在振动时的应力值，提高了导电层的耐疲劳寿命，增大了定心支片的可靠性，能有效提高本申请定心支片抗疲劳特性。当音圈高速振动时，音圈的振动能量首先被更软的第一基材层吸收、缓冲效果强，而更厚的刚性更高的第一基础基材层使导电层位于应力幅度最小的中心轴附近，并提供更有效的导电层保护和缓冲作用。

第一基材层厚度等于导电层厚度，即贴近音圈的聚酰亚胺厚度与压延铜层厚度相同，导电层厚度降低，第一基础基材层的厚度与第二基础基材层厚度相等，并且其厚度至少为导电层厚度的2倍，这样的铺层将使导电层尽可能放置在中性轴区域，降低其振动时的应力幅，进而提高了导电层的抗疲劳特性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是定心支片悬臂结构弯曲时截面的应力分布示意图。

附图2是本发明一种定心支片实施例1中悬臂叠层结构的示意图。

附图3是本发明一种定心支片实施例17中悬臂叠层结构的结构示意图。

附图4是本发明一种定心支片实施例18中悬臂叠层结构的结构示意图。

附图5是实施例18的截面应力分布图。

附图6是传统定心支片悬臂结构。

附图7是传统悬臂结构的截面应力分布图。

具体实施方式

下面将通过多个实施例具体说明本发明。

一种定心支片，由多个材料层复合而成的多层结构或者由多个材料层和胶水层复合而成的多层结构；所述材料层包括高分子聚合物层和导电层。定心支片还包括与音圈固定的振动部和与盆架固定的固定部，所述振动部和所述固定部之间通过悬臂连接。参见附图1中弯曲状态下定心支片的悬臂横截面上应力分布图，由弯曲时横截面上的应力分布特点可知：定心支片的悬臂横截面上的最外侧应力最大，越接近中心轴应力越小，中性轴上的应力为零。导电层在上下振动时承受了绝大多数的应力，压延铜的应力幅值都很大，可靠性验证后极易疲劳断裂失效。尤其是在高频状态下，比如20KHz音频下，定心支片的起振加速度大，其悬臂根部承受的振动冲击力度大，震荡作用强，局部导电层振动中产生的热量显著加大，会造成作为导电层的压延铜温度升高，金属结晶颗粒增大，金属质地变脆，而在导电层上的绝缘材料层也会因温度升高快速老化，不足以保护导电层，上述因素都导致导电层容易疲劳、断裂、失效，从而导致定心支片的失效，最终扬声器会彻底损坏。本申请提出一种定心支片的叠层结构，将导电层进行最全面的保护，降低其在振动时的应力值，提高导电层的耐疲劳寿命，增大定心支片的可靠性。

在实施例1至16中：一种定心支片，由多个材料层复合而成的多层结构或者由多个材料层和胶水层复合而成的多层结构；所述材料层包括高分子聚合物层和导电层，所述材料层自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置的第一高分子聚合物层、导电层3、第二高分子聚合物层，所述第一高分子聚合物层的厚度大于等于导电层3的厚度与第二高分子层聚合物厚度的和。其中，上述实施例中定心支片的剖面结构如附图2所示。第一高分子聚合物层和第二高分子聚合物层中的高分子聚合物一般采用聚酰亚胺，聚酰亚胺即PI，也可以采用其他类型高分子聚合物，导电层多采用压延铜层，也可以采用金层等其它金属层。如附图1所示，靠近音圈的所述第一高分子聚合物层的厚度大于等于导电层的厚度与第二高分子层聚合物厚度的和可以使导电层处于尽可能中心轴位置，从而降低导电层在音圈高速振动中的振动、弯曲、变形幅度，降低应力值减轻导电层疲劳，同时，也可以使高分子聚合物层能够发挥较传统结构更大减震和缓冲作用，抑制导电层的断裂，提高定心支片的抗疲劳特性。

所述第一高分子聚合物层包括第一基材层1和第一基础基材层2，所述第一基础基材层2的刚性大于第一基材层1的刚性，所述第一基材层1与所述音圈固定连接；第二高分子聚合物层为第二基材层4。在实施例1至16中，定心支片材料层的铺层结构自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置为第一基材层1、第一基础基材层2、导电层3、第二基材层4。第一基材层1与第二基材层4选用聚酰亚胺（即PI）制成，第一基础基材层2采用基础聚酰亚胺（即BasePI）制成，其中 第一基材层1和第二基材层4选用的聚酰亚胺PI的杨氏模量为2.5GPa左右，第一基础基材层2选用的基础聚酰亚胺BasePI刚性大于聚酰亚胺刚性，其杨氏模量为5.3GPa。当然，第一基材层1、第二基材层4和第一基础基材层2可以通过选用其它不同型号的聚酰亚胺或者其他类型高分子聚合物达成不同刚性要求。如附图2所示，所述导电层3的厚度小于等于所述第一基材层1的厚度，所述第一基材层1的厚度小于第一基础基材层2的厚度，所述第一基础基材层2的厚度小于等于第二高分子聚合物层的厚度。

对于定心支片各材料层厚度满足以下标准：

导电层3的厚度定为a，则a≤所述第一基材层1的厚度≤1.5a，2a≤所述第一基础基材层2的厚度≤2.5a，2a≤第二高分子聚合物层的厚度≤3a。

在实施例1-16中各材料层的厚度见表一（1）-（2）。

表一（1）实施例1-8各材料层的厚度

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8
									第一基材层	12	12	12.5	18	15	15	16	22.5
第一基础基材层	25	24	24	30	35	30	32	37.5
									导电层	12	12	12	12	15	15	15	15
第二基材层	25	24	25	36	40	30	40	45

表一（2）实施例9-16各材料层的厚度

	实施例9	实施例10	实施例11	实施例12	实施例13	实施例14	实施例15	实施例16
									第一基材层	25	18	22.5	27	27	24	32	36
第一基础基材层	42	36	42	45	54	48	56	60
									导电层	18	18	18	18	24	24	24	24
第二基材层	42	36	45	54	54	48	60	72

导电层的厚度小于等于第一基材层厚度小于第一基础基材层的厚度，第一基材层的刚性小于第一基础基材层的刚性。在上述实施例1-16中，第一基材层和第二基材层选用的聚酰亚胺（PI）的杨氏模量为2.5GPa左右；第一基础基材层选用的基础聚酰亚胺（BasePI）刚性大于聚酰亚胺刚性，其杨氏模量为5.3GPa；导电层采用压延铜层，其杨氏模量为106GPa左右。即第一基材层聚酰亚胺（PI）的厚度小于第一基础聚酰亚胺（BasePI）的厚度且第一基材层聚酰亚胺（PI）的刚性小于第一基础聚酰亚胺（BasePI）的刚性，相比于现有技术，这样构成定心支片的材料层就形成一个导电层与音圈之间第一基材层与第一基础基材层刚性相对缓慢增加的梯度分布层结构，采用较薄且刚性较低的第一基材层连接音圈，较厚且刚性较高的第一基础基材层，将音圈粘接在远离导电层的一侧。本申请中公开的定心支片层叠结构，通过不同杨氏模量的高分子聚合物厚度的设置将导电层厚度设置为材料层中最薄且导电层置于应力最小的叠层位置，通过导电层两侧设置刚性较高且厚度更厚的高分子聚合物实现了对导电层进行最全面的保护，由导电层两侧面更厚的高分子聚合物层承担更多应力，降低了导电层在振动时的应力值，提高了导电层的耐疲劳寿命，增大了定心支片的可靠性，能有效提高本申请定心支片抗疲劳特性。当音圈高速振动时，音圈的振动能量首先被更软的第一基材层吸收、缓冲效果强，而更厚的刚性更高的第一基础基材层使导电层位于应力幅度最小的中心轴附近，并提供更有效的导电层保护和缓冲作用。当然，第一基材层、第二基材层和第一基础基材层可以通过选用其它不同型号的聚酰亚胺或者其他类型高分子聚合物达成不同刚性要求。在实施例1、2、10、14中，贴近音圈的第一基材层的厚度与导电层厚度相同，导电层厚度降低，第一基础基材层的厚度与第二基础基材层厚度相等，并且其厚度至少为导电层厚度的2倍，这样的铺层将使铜尽可能放置在中性轴区域，降低其振动时的应力幅，进而提高了导电层的抗疲劳特性。

实施例17：该部分实施例中定心支片与实施例1的不同之处在于：第二高分子聚合物层为第二基础基材层5；定心支片材料层的铺层结构自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置为第一基材层1、第一基础基材层2、导电层3、第二基础基材层5。所述第二基础基材层5的厚度等于第一基础基材层2的厚度，且第一基础基材层2的厚度及第二基础基材层5的厚度均大于等于导电层3厚度的2倍。其中，实施例17中定心支片的剖面结构如附图3所示。

第一基础基材层2和第二基础基材层5选用基础材聚酰亚胺（即BasePI）制成，其刚性大于用于制作第一基材层1的聚酰亚胺（即PI）的刚性。

对于定心支片各材料层厚度参考实施例1至16，其中第二基础基材层厚度与第一基材层厚度标准一致。不赘述。本实施例17中其余部分与实施例1相同。

本实施例中采用具有较高刚性的第二基础基材层5作为导电层3远离音圈的表面层，使导电层3两表面均由较高刚性和至少2倍厚度的材料层包覆，高刚性的高分子聚合物对导电层3的保护更充分，第一基础基材层2和第二基础基材层5能够分担更多定心支片弯折时的应力，减少导电层3的应力幅度，相较实施例1进一步提高了导电层3的抗疲劳特性。

实施例18：本实施例中的定心支片与实施例17的不同之处在于：如附图4所示，本实施例中的定心支片的所述第一高分子聚合物层包括第一基材层1和第一基础基材层2，所述第二高分子聚合物层包括第二基材层4和第二基础基材层5，第二基础基材层5的刚性大于第二基材层4的刚性。定心支片材料层的铺层结构自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置为第一基材层1、第一基础基材层2、导电层3、第二基材层4、第二基础基材层5或者定心支片材料层的铺层结构自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置为第一基材层1、第一基础基材层2、导电层3、第二基础基材层5、第二基材层4。本实施例中，第一基材层1和第二基材层4用聚酰亚胺（PI）制成，第一基础基材层2和第二基础基材层5用基础聚酰亚胺(BasePI)制成。

如附图4所示，所述导电层3的厚度小于等于第一基材层1和第二基材层4的厚度，第一基材层1和第二基材层4厚度相同，第一基材层1和第一基础基材层2的厚度之和大于等于导电层3、第二基材层4和第二基础基材层5的厚度之和。

在本实施例中，各材料层厚度分别为：导电层的厚度为12微米，第一基材层的厚度为12微米，所述第一基础基材层厚度为24微米，第二基础基材层厚度为12微米，第二基材层的厚度为12微米。

附图5为本实施例中产品的截面应力分布图，附图6为传统结构下的定心支片，作为高分子聚合物层的PI层6和压延铜层8更厚，BasePI和压延铜层另一面的PI层过薄，导致定心支片的应力基本由压延铜层承担，高分子聚合物层没有保护压延铜层的功能和效果，附图7为传统结构下产品的截面应力分布图。对比附图5和附图7，通过有限元分析，在相同的振动幅下，本实施例中的定心支片导电层应力幅较传统结构降低了18%。本申请中的定心支片能有效提高其抗疲劳特性。

实施例19：一种扬声器，包括组装为一体的壳体组件、磁路组件和振膜组件，所述振膜组件包括相互连接的音圈、振膜和定心支片，其特征在于：所述定心支片为上述的定心支片，所述音圈安置于定心支片的第一高分子聚合物层一侧。

传统扬声器的结构及连接关系为公知技术，不赘述。

Claims (9)

1.一种定心支片，为多个材料层复合而成的多层结构或者由多个材料层和胶水层复合而成的多层结构；所述材料层包括高分子聚合物层和导电层, 其特征在于：所述材料层包括自与音圈固定的连接面到远离音圈的方向依次层叠设置的第一高分子聚合物层、导电层、第二高分子聚合物层，所述第一高分子聚合物层的厚度大于等于导电层的厚度与第二高分子层聚合物厚度的和；

所述第一高分子聚合物层包括第一基材层和第一基础基材层，所述第一基础基材层的刚性大于第一基材层的刚性，所述第一基材层与所述音圈固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种定心支片，其特征在于：所述导电层的厚度小于等于所述第一基材层的厚度，所述第一基材层的厚度小于第一基础基材层的厚度。

3.根据权利要求2所述的一种定心支片，其特征在于：所述导电层的厚度定为a，a≤所述第一基材层的厚度≤1.5a。

4.根据权利要求2所述的一种定心支片，其特征在于：所述导电层的厚度定为a，2a≤所述第一基础基材层的厚度≤2.5a。

5.根据权利要求2所述的一种定心支片，其特征在于：所述第一基础基材层的厚度小于等于第二高分子聚合物层的厚度。

6.根据权利要求5所述的一种定心支片，其特征在于：所述导电层的厚度定为a，2a≤第二高分子聚合物层的厚度≤3a。

7.根据权利要求1所述的一种定心支片，其特征在于：第二高分子聚合物层为第二基材层和/或第二基础基材层，第二基础基材层的刚性大于第二基材层的刚性。

8.根据权利要求7所述的一种定心支片，其特征在于：第二高分子聚合物层为第二基础基材层，第一基材层的厚度等于导电层的厚度，所述第二基础基材层的厚度等于第一基础基材层的厚度且大于等于导电层厚度的2倍。

9.一种扬声器，包括组装为一体的壳体组件、磁路组件和振膜组件，所述振膜组件包括相互连接的音圈、振膜和定心支片，其特征在于：所述定心支片为权利要求1-8中任一所述的定心支片，所述音圈安置于定心支片的第一高分子聚合物层一侧。

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