JP2005537746A - デュアル・サスペンションを有するダイナミック・マイクロスピーカ - Google Patents

Abstract

復元性に優れたスプリング材料として２次サスペンションをマイクロスピーカの内部に装着して、超小型および超薄型を維持しながらも、大入力電気信号による大出力音響と低ひずみ率の低音拡張による広帯域再生が可能であり、ボイスコイルと電極端子間の連結線が断線されることを防止することが可能なマイクロスピーカを提供する。ヨークと、永久磁石と、プレートと、１次サスペンションと一体化された振動板と、ボイスコイルと、フレームと、プロテクタとを含むマイクロスピーカは、復元力に優れた材質からなり、前記プレートと前記振動板間に設けられた２次サスペンションを含み、前記ボイスコイルは前記２次サスペンションの下部に付設され、前記振動板は前記２次サスペンションの上部に付設され、前記２次サスペンションの外縁部は前記フレームに固定されている。

Description

本発明は超小型電子機器（例えば、携帯電話機、カムコーダ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノートブックコンピュータ、液晶ＴＶ、ＤＶＤなど）の音響の再生を目的で使用されるマイクロスピーカに係り、より詳しくは、超小型／超薄型を維持しながら、大音響出力、低ひずみ率の広帯域再生ができるように、過振動の制振機能と電気信号の伝達機能が一体化された別途の導電性２次サスペンションを設けた高信頼性ダイナミック・マイクロスピーカに関するものである。

従来の電気−音響変換器は、低域、中域、高域などの特定の周波数帯域の再生を担当する機能性ユニットの組合からなるスピーカシステムと、単一ユニットで全周波数帯域を再生する一般のスピーカと、携帯用電子機器で、できる限り全帯域再生を目的とするマイクロスピーカと、人間の音声領域のみを再現するレシーバおよびイヤホンとに大別することができる。

一般型のスピーカとマイクロスピーカの分類は、特定の規定で決められてはいないが、通常、外形的大きさ、およびユニットの自体高さで区分することが一般的である。このような外形的分類のほかに、より明確な分類のためのより詳細な特徴的な要素としては、振動系の制振構造であるサスペンションの数量、そしてスピーカの電極端子からボイスコイルまでの連結構造がその分類基準となる。ここで、一般自由音場での音響伝達を目的とする普通の一般全帯域再生用スピーカ、または大入力と低音の拡張再生を目的とする高機能性スピーカであるほど、振動板の制振のための別途のサスペンションの数が多くなる。また、端子とボイスコイル間の電気信号供給のための連結においても、振動系の振動力を受容し得るような柔軟性を有する銅箔と、綿または合成糸を互いに縒って作った金糸線とを別途に使用するが、この場合も、やはり大入力または低音拡張が必要な高機能型であるほど、多数の銅箔と線を使用することになる。しかし、近接音場での使用が主目的で、携帯電話機、ノートブックコンピュータ、カムコーダなどのように、搭載される空間が極めて制限的な製品に適用されるマイクロスピーカにおいては、部品の使用空間が非常に狭小な関係で、前記のような一般型スピーカのような部品、つまり別途のサスペンション金糸線を使用することができない。

図１ａおよび図１ｂは一般のマイクロスピーカの構造を示す図である。従来のマイクロスピーカは、永久磁石８が内蔵されたヨーク９、および前記永久磁石８の上面に接合される上部プレート７からなって磁束を発生させる磁気回路と、前記永久磁石９の内径側と永久磁石８との間のギャップに挿入され、電流の引込み時に磁束を発生するように巻線されたボイスコイル５、前記ボイスコイル５に一体的に接着された振動板２、前記振動板２の縁部から一体的に延長された１次サスペンション（エッジともいう）３からなる振動系であって、磁気回路に作用する磁束との反発力により振動する振動系と、前記磁気回路および振動系が固定されるフレーム６、振動系のボイスコイル５に電力を供給するため、フレーム６の下端に固定される電極端子１０、および前記フレームの上部に固定されるプロテクタ１からなる本体とを含んでなり、前記ヨーク９には、音響の伝達のための通気孔１２が形成される。

このような従来のマイクロスピーカにおいては、振動板に一体的に形成された単一サスペンション３のみで振動板の振動を制振し、電極端子１０とボイスコイル５間の連結においても、コイルを巻き取って残った残余線１１を通常半円形に成形して使用する構造を採用している。このような理由で、従来の大型高性能スピーカに比べ、従来のマイクロスピーカの場合は、振動系に入力される電気エネルギーが高くなるほど振動系の制振性能が弱くなり、振動板の全部分にわたって異常音を同伴した偏振動が大きく発生する。また、銅が主成分である２本のコイル残余線を介して電力を供給しなければならないため、当然に振動系の振動が大きくなるほど、相当な進行性損傷が発生する。これは、入力エネルギーが高くなるほど、それに従う再生音のひずみ現象が激化し、進行性断線不良が多くなることを意味する。

さらに、最近に市販された携帯電話機の場合、例外なく音楽的要素を含む４０ポリトーンのシグナルをベル音として用いており、日増しに広帯域再生および大音量の再生を必要とする電子機器が増えている。このため、耐入力１ワット級のマイクロスピーカが要求されているという実状である。しかし、現在、同種業界で携帯電話機用のマイクロスピーカとして主に使用されているサイズである１７ｍｍ級のマイクロスピーカを基準とすると、高さ４〜５ｍｍの場合、その許容入力は高々０．５〜０．６ワット程度であり、また低音再生においては、７５０Ｈｚ以上のユニットが大多数を占めている。

マイクロスピーカ・ユニットの低音再生限界周波数が７５０Ｈｚまたはそれ以上であるというのは、結果として低音および中低音による響きなどの効果がないため、全体再生音質において柔らかさまたは生動感の要素が排除された鋭利で騒がしい音響のみが再現されることになるという意味である。ここで、前記再生音帯域を低域に拡張するため、当該スピーカユニットの低音再生限界周波数を低域に拡張する場合、これは、同一のエネルギーがユニットに供給されていても、拡張された低音共振部での振動幅が拡張前より大きくなることを意味する。このため、実質的なひずみの増加または断線発生の可能性は遥かに大きくなる。

単一サスペンションおよびボイスコイルを用いた処理方式の従来の１７ｍｍ級のマイクロスピーカのユニット単品の低音再生限界周波数を、ある程度の響きと再生帯域バランスを考慮して、４００Ｈｚ級にしようとした場合、前述したような問題、すなわち断線と異常音の現象が著しく発生する。これにより、従来のマイクロスピーカの場合は、許容入力を０．２〜０．３ワット級に大幅低減するしかないため、再生音が極小の音量となってしまう。結局、大音量の再現を主にした大入力型のマイクロスピーカを作るためには、できるだけ振動幅の小さい高音領域に再生低音限界周波数範囲を移動するしかない。高音質の再現を主にする場合には、許容入力を低減するしかないため、再生音質と許容入力との相反関係により、従来のマイクロスピーカは既にその脆弱性および限界性を呈している。

したがって、前記のような従来のマイクロスピーカはこれ以上の革新的な機能的向上を期待することができず、究極には電気的大入力による音響の大出力と低音領域への拡張による広帯域再生が可能な高信頼性マイクロスピーカの実現のためには、振動の増加にもかかわらず、安定的な制振機能を有する別途の革新的制振システムと、断線されない振動順応型電気信号伝達構造が必要となる。

しかしながら、前述したように、超小型／超薄型でなければならないという現存のマイクロスピーカの外形的特徴上、一般の高性能スピーカに構成された形態の織成および熱成形された綿または合成繊維材質の別途のサスペンション、または振動順応型の電気信号伝達体である金糸線などの使用が不可であることに鑑みて、前記サスペンションと金糸線の機能は有するが、外形的な大きさにおいては、従来のマイクロスピーカの大きさを維持しながらも振動の制振および断線防止の二つの機能的要素が付加された新規構造のマイクロスピーカが要求される。

したがって、本発明の目的は、復元性に優れたスプリング材料として２次サスペンションをマイクロスピーカの内部に装着して、超小型および超薄型を維持しながらも、大入力電気信号による大出力音響と低ひずみ率の低音拡張による広帯域再生が可能であり、ボイスコイルと電極端子間の連結線が断線されることを防止することが可能なマイクロスピーカを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の態様は、ヨークと、永久磁石と、プレートと、１次サスペンションと一体化された振動板と、ボイスコイルと、フレームと、プロテクタとを含むマイクロスピーカにおいて、復元力に優れた材質からなり、前記プレートと前記振動板間に設けられた２次サスペンションを含み、前記ボイスコイルは前記２次サスペンションの下部に付設され、前記振動板は前記２次サスペンションの上部に付設され、前記２次サスペンションの外縁部は前記フレームに固定されているマイクロスピーカを提供する。

本発明の第二の態様では、前記２次サスペンションは復元力に優れた導電性板バネからなり、２次サスペンションの一部は前記フレームの外側に突出して信号供給部に連結され、前記ボイスコイルの引込線が前記２次サスペンションに連結される。

本発明の第三の態様では、前記２次サスペンションは、互いに対称形状を有する二つのサスペンション部からなり、前記二つのサスペンション部は、互いに一定の間隔を維持することにより、互いに電気的に連結されていない。

本発明の第四の態様では、前記二つのサスペンション部のそれぞれは、前記フレームの外部に突出する電極端子から延長される半円弧形の外周部と、前記外周部から一定の空間を有し、前記外周部に直角に配置され、前記ボイスコイルおよび前記振動板が接着される内周部と、前記外周部と前記内周部を電気的に連結し、上下振動に対する制振機能をする制振膜と、前記ボイスコイルの引込線が連結される接続部とを含む。

本発明の第五の態様では、サスペンション部は２つの制振膜を有し、第１制振膜は、前記電極端子に隣接した前記外周部地点において一体的に連結されて第１外側制振支持点を形成し、前記内周部から一定の間隔を維持した状態で前記内周部の一地点において一体的に連結されて第１内側制振支持点を形成し、第２制振膜は、前記電極端子と対向する前記外周部地点において一体的に連結されて第２外側制振支持点を形成し、前記外周部から一定の間隔を維持した状態で前記内周部の他地点において一体的に連結されて第２内側制振支持点を形成する。

本発明の第六の態様では、前記信号供給部との接続がスプリングターミナル型となるように、前記２次サスペンションの突出部が折り曲げられて前記フレームに固定されている。

以上のように、本発明は、新規の半田付けまたはスプリング形式の接続電極端子と振動の制振および断線しない電気信号伝達通路として機能する制振膜が形成された２次サスペンションで構成されたマイクロスピーカを提供することにより、外形的には従来のマイクロスピーカと同等な超小型／超薄型の単一ユニットで大音量出力のための大入力の電気信号にも歪むことがない、きれいな音響の再現を可能にするだけでなく、２次サスペンションの制振力により、断線が防止された高信頼性の音響変換器を装置セット業界に供給することができ、かつ三つの部品が一つに統合構成されることにより、原材料の費用と製作工程の短縮による製造原価の節減に寄与することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図２ａは、本発明による内磁型ダイナミック・マイクロスピーカの断面図である。
図面において、従来のマイクロスピーカと同一構成要素は同一の図面符号で示し、その機能も同一である。

本発明によるマイクロスピーカの最大の特徴は、復元力に優れたスプリング（板バネを含む）材質の２次サスペンション４を設け、前記２次サスペンション４の底部にボイスコイル５を付設したことである。前記２次サスペンション４はマイクロスピーカの断面形状に対応するように形成されることが好ましく、前記２次サスペンション４の外周部（外縁部）がフレーム６の内部に挿着される。前記２次サスペンション４の構造については、図３ａ〜図３ｃを参照して後述する。

２次サスペンション４は導電性を有する材質が好ましいが、必ずしもこれに限定される必要はなく、復元力に優れた材質であればよい。前記２次サスペンション４が導電性材質である場合は、ボイスコイル５の引込線を前記２次サスペンションに連結し、前記２次サスペンション４を電極端子に連結することにより、前記２次サスペンション４が前記ボイスコイル５に電力を供給する電源線の役割をすることができる。もちろん、前記２次サスペンション４にボイスコイルのみを接合し、前記ボイスコイルの残余線を前記２次サスペンション４内に挿入した後、電極端子に連結する構成も可能である。このような本発明の特徴に基づき、当業者が種々の形態に変形可能であることは自明である。本発明の権利範囲は以下に説明する実施形態によって決定されるものではなく、その他の変形例を含む本発明の特許請求範囲によって決定されるべきである。

図２ａに示すように、本発明によるマイクロスピーカは、ヨーク９、永久磁石８、およびプレート７からなる磁気回路がフレーム６の下端に挿設される。そして、前記フレーム６の上端にはプロテクタ１が配設される。前記プレート７の上部には、１次サスペンション３が一体化して配設された振動板２が設けられる。本発明による２次サスペンション４は前記振動板２とプレート７間に設けられ、２次サスペンション４の外周部（外縁部）がフレーム６に挿設されるとともに、その一部がフレーム６の外部に突出してそのフレーム６に固定されることにより、電気信号の入力を受ける電極端子１０として機能することができ、その自体がボイスコイル５への電気信号伝達の機能を有する。前記ボイスコイル５は２次サスペンション４の底部または側部に接着される。また、振動板２の振動を円滑にするため、前記２次サスペンション４には空間が形成され、前記振動板２と１次サスペンション３が対向する地点の振動板が前記２次サスペンション４に接着されている。

図２ｂは本発明による外磁型マイクロスピーカの断面図である。この外磁型マイクロスピーカは公知であり、この図は、このような外磁型マイクロスピーカにも本発明の技術的特徴が適用可能であることを示す。

図３ａ〜図３ｃは本発明による２次サスペンション４の詳細構造を示すもので、図３ａおよび図３ｂは１組の２次サスペンションを分離した状態を示す図であり、図３ｃは１組の２次サスペンションを結合した状態を示す図である。

本発明による２次サスペンション４は、互いに一定の間隔を置いて空間的に分離された１組のサスペンション部からなる。すなわち、伝導性２次サスペンション４は、上下振動に対する安定的な制振力の発現のため、二つのサスペンション部が１組をなして使用され、ボイスコイル５の上端または上側を基準として互いに対称の板状形態に配置され、それぞれの２次サスペンションが電気的に連結されないように一定の間隔を維持する。

前記伝導性２次サスペンション４のそれぞれの構成は、外側から内側に外部の電気信号を伝達するための電極端子部１０およびサスペンション部自体を支持するための外周部１４と、振動板２およびボイスコイル５が付設される内周部１６と、外周部１４と内周部１６を電気的かつ機械的に相互に連結するように所定の角度および所定の長さに成形された制振膜部１５と、制振膜部１５の内側端に形成され、ボイスコイル５を電気的に接続するための接続部２１とからなる。

前記サスペンション４の電極端子部１０はフレーム６の外側に突出し、外周部１４はフレームに挿設され、あるいはその下端部に塗布された接着剤を介してフレームに接着される。この際、使用する材料の厚さおよび装置セットとの接続要求に応じて、電極のみを突出させる半田付け型にすることもでき、その端部を延長加工し、装置セットの電極に半田付けなしで接続するスプリングターミナル型（図５ａおよび図５ｂ）にすることもできる。

各サスペンションは、二つの制振膜部１５を有し、各制振膜部１５が内側及び外側の所定の角度位置のそれぞれにおいて２つの制振支持点１７、１８を有する。本発明の実施の形態では二つのサスペンション部を並列に使用して、結果として２次サスペンションの内外両側が四つの制振支持点を確保することにより、より安定的な振動および制振を可能にする。

ここで、二つの制振膜１７、１８は、上下振動に対する制振の機能と、電極端子１０からボイスコイル５まで電気信号を供給する高性能大型スピーカの金糸線の機能を有する。
これをより具体的に説明すると、２次サスペンションの各サスペンション部は、電極端子１０から伸びて半円弧形の外周部１４を形成する。そして、前記外周部１４から一定の距離を置いて前記外周部１４に直角に配置され、前記ボイスコイルおよび振動板が接着される内周部１６が設けられる。また、サスペンション部には、前記外周部１４と内周部１６を電気的に連結し、上下振動に対する制振機能をするため、二つの制振膜１５が設けられる。第１制振膜は、電極端子に隣接した外周部地点において一体的に連結されて第１外側制振支持点１７を形成し、内周部１６から一体の間隔を維持して内周部の一地点において一体的に連結されて第１内側制振支持点１８を形成する。そして、前記第２制振膜は、電極端子と対向する外周部地点において一体的に連結されて第２外側制振支持点１７を形成し、外周部１６から一定の間隔を維持したままで内周部の他地点において一体的に連結されて第２内側制振支持点１８を形成する。そして、内周部の中央地点には切欠部が形成され、前記ボイスコイルの引込み線１９が切欠部の形成された接続部２１に連結される。

このような構成を有する各サスペンション部を結合すると、図３ｃのような形態となる。図３ｃに示すように、各サスペンション部の外周部は一定の間隔２０ｂを維持し、各サスペンション部の内周部も一定の間隔２０ａを維持しているので、両サスペンションは互いに電気的に連結されない。

２次サスペンションのサスペンション部の全ての構成要素は、別個の材料およびその組合で構成されず、伝導性および復元力に優れた金属の原材料を使用し、電気的連結が切れないように一体化された成形を基本とする。

これに適合した原材料としては、厚さ数十μｍ〜数百ミクロンの板状の燐青銅、ベリリウム銅、タングステン合金、およびチタンとニッケルの合金である形状記憶合金などがあり、板材の加工方法としては、エッチングまたはプレスと、レーザと、ベンディング法とを使用する。

また、前記２次サスペンションの内側に形成され、ボイスコイル５との電気的接続のための接続部２１は、半田付け、溶接、導電性接着、ボンディングなどのいずれかの方法を使用してボイスコイルと連結することができるが、本発明においては、半田付けによる接続を基本的に推奨する。

本発明のデュアル・サスペンション・マイクロスピーカを構成するための核心部品である２次サスペンションを１組で構成した場合の形状においては、内外側が共に円形であっても楕円形であってもよい。そのほかに、本発明の２次サスペンションのサスペンション部を対向するように配列した形態（円形、楕円形など）に統合し、導電性の特徴を使用しない場合は、従来構造のマイクロスピーカにも使用することができる。

図４は本発明に他の実施形態によるマイクロスピーカを示す断面図である。
本発明の他の実施形態においては、図５ａおよび図５ｂに示すように、２次サスペンションの電極端子２２を一定長さに延長してフレームの外部に突出させた後、これを折り曲げて電気接点を形成したものである。これにより、前記電極端子がテンションを有するので、信号供給部に連結するとき、別途の作業が不要である。

以上、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例または修正例を想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、音響再生を目的とする超小型電子機器、例えば携帯電話機、カムコーダ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノートブックコンピュータ、液晶ＴＶ、ＤＶＤなどに適用可能である。

従来のダイナミック・マイクロスピーカの断面図である。 従来のダイナミック・マイクロスピーカの電気信号供給のためのボイスコイルの残余線の処理状態を示す平面図である。 本発明による内磁型ダイナミック・マイクロスピーカの断面図である。 本発明による外磁型ダイナミック・マイクロスピーカの断面図である。 本発明による２次サスペンションの平面図である。 本発明による２次サスペンションの平面図である。 本発明による２次サスペンションの平面図である。 本発明の他の実施形態による内磁型ダイナミック・マイクロスピーカの断面図である。 本発明の他の実施形態による２次サスペンションの平面図である。 本発明の他の実施形態による２次サスペンションの平面図である。

Claims (6)

1. ヨークと、永久磁石と、プレートと、１次サスペンションと一体化された振動板と、ボイスコイルと、フレームと、プロテクタとを含むマイクロスピーカにおいて、
   復元力に優れた材質からなり、前記プレートと前記振動板間に設けられた２次サスペンションを含み、
   前記ボイスコイルは前記２次サスペンションの下部に付設され、前記振動板は前記２次サスペンションの上部に付設され、前記２次サスペンションの外縁部は前記フレームに固定されていることを特徴とするマイクロスピーカ。
2. 前記２次サスペンションは復元力に優れた導電性板バネからなり、前記２次サスペンションの一部は前記フレームの外側に突出して信号供給部に連結され、前記ボイスコイルの引込線が前記２次サスペンションに連結されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスピーカ。
3. 前記２次サスペンションは、互いに対称形状を有する二つのサスペンション部からなり、前記二つのサスペンション部は、互いに一定の間隔を維持することにより、互いに電気的に連結されていないことを特徴とする請求項２に記載のマイクロスピーカ。
4. 前記二つのサスペンション部のそれぞれは、
   前記フレームの外部に突出する電極端子から延長される半円弧形の外周部と、
   前記外周部から一定の空間を有し、前記外周部に直角に配置され、前記ボイスコイルおよび前記振動板が接着される内周部と、
   前記外周部と前記内周部を電気的に連結し、上下振動に対する制振機能を有する制振膜と、
   前記ボイスコイルの引込線が連結される接続部とを含むことを特徴とする請求項３に記載のマイクロスピーカ。
5. 前記サスペンション部は、２つの制振膜を有し、第１制振膜は、前記電極端子に隣接した前記外周部地点において一体的に連結されて第１外側制振支持点を形成し、前記内周部から一定の間隔を維持した状態で前記内周部の一地点において一体的に連結されて第１内側制振支持点を形成し、第２制振膜は、前記電極端子と対向する前記外周部地点において一体的に連結されて第２外側制振支持点を形成し、前記外周部から一定の間隔を維持した状態で前記内周部の他地点において一体的に連結されて第２内側制振支持点を形成することを特徴とする請求項３に記載のマイクロスピーカ。
6. 前記信号供給部との接続がスプリングターミナル型となるように、前記２次サスペンションの突出部が折り曲げられて前記フレームに固定されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のマイクロスピーカ。

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