JP2006339816A

JP2006339816A - スピーカ装置

Info

Publication number: JP2006339816A
Application number: JP2005159558A
Authority: JP
Inventors: Minoru Horigome; 実堀米
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP4576290B2

Abstract

【課題】密閉空間の空気バネのバネ定数を下げて最低共振周波数の低減を実現したスピーカ装置を提供すること。
【解決手段】駆動方向に沿って配置された振動板４１とドライブコーン４２とを備え、振動板４１およびドライブコーン４２の外周部がフレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固着され、振動板４１及びドライブコーン４２とフレーム３５とで囲まれた密閉空間６７内の気体のバネ性によりボイスコイルボビン４５を介して振動系が支持されるスピーカ装置において、振動板４１の外周部を構成するロールエッジ７１を異なる曲率半径で横長形状（ワイドロールエッジ形状）に形成し、ドライブコーン４２の外周部のロールエッジ６２をトールエッジ形状とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、スピーカ装置に関する。

動電型スピーカ装置の一般例としては、磁気回路と、この磁気回路を後部に保持したフレームと、振動板外周のロール状エッジが前記フレームの前部に固定されたコーン状の振動板と、軸方向に移動自在の円筒状ボイスコイルボビンに巻回されたボイスコイルとを有しており、前記ボイスコイルボビンは軸方向の移動を規制するためのダンパを介して前記フレームに弾性支持される。前記ダンパとしては、通常、前記ボイスコイルボビンに対して同心状の蛇腹構造のものが採用される（例えば、特許文献１）。

しかし、このダンパによって振動系を支持する形式のものは、スピーカ装置が軸方向に長くなり、また振動系のスティフネスも大きく、その機械的疲労による振動系の支持性能の低下をきたし易い。そのため、ダンパに代って一対の振動板の間に密閉空間を形成し、該密閉空間内の気体のバネ性を利用して振動系を支持するダンパレスのスピーカ装置が開発されている。

例えば、特許文献２に示すように、密閉空間内の空気バネを利用したロールエッジによる支持系の非直線性および非対称性に起因するパワーリニアリティの悪化を改善するために、２枚の振動板のロールエッジの形状を対称形にしたスピーカ装置が知られている。
特開昭６３−１５５９００号公報特開２００４−７３３１号公報

ところで、最近は、車載のオーディオシステムでも、ウーファーやサブウーファーといった重低音再生用のスピーカ装置を組み込むものが増えている。
このような車載用のスピーカ装置の場合は、車両のドアや天井パネル等の奥行き寸法が限られている部位でもスピーカ装置の組み込みが可能なように、スピーカ装置の薄型化が重要課題とされている。

本発明の出願人は、薄型化を実現したダンパレスのスピーカ装置として、図１に示す構造のスピーカ装置を特願２００３−４２８３７４にて記載している。
なお、図１に示すスピーカ装置は中心線に対して左右対称であり、中心線の片側の半体部分のみを示してある。
図１に示すスピーカ装置は、マグネット５３を備えた磁気回路３３と、磁気回路３３を担持したフレーム３５と、磁気回路３３に対して軸方向移動自在に配置された円筒状のボイスコイルボビン４５と、磁気回路３３に対峙するようにボイスコイルボビン４５に巻回されたボイスコイル４６と、駆動方向に沿って配置された振動板４１とボイスコイル４６の駆動を振動板４１に伝えるドライブコーン４２と、を有し、この振動板４１およびドライブコーン４２とフレーム３５とで囲まれた空間が密閉空間とされ、この密閉空間６７内の気体のバネ性により、ボイスコイルボビン４５を介して振動系が支持される。５１はマグネット５３を保持したヨーク、２３はスピーカ装置の前面で振動板４１の中央部を覆うダストキャップである。

振動板４１およびドライブコーン４２の外周部にはロールエッジと称する略半円形縦断面形状のわん曲部が形成され、このロールエッジ６１，６２の外端から延びたフランジ部６１ａ，６２ａがフレーム３５に固着されている。ロールエッジ６１，６２の寸法形状はスピーカ装置の前面出寸法ばかりでなく、密閉空間６７の容積や、振動板４１およびドライブコーン４２の有効振動面積等に関係し、ひいてはスピーカ装置の周波数特性にも影響を与える。

しかしながら、図１に示すスピーカ装置では、振動板４１のロールエッジ６１は、曲率半径の中心点Ａがロールエッジ６１につながるフランジ部６１ａの面と同一高さ位置にある単一曲率半径Ｒの半円形で形成され、ドライブコーン４２のロールエッジ６２は、曲率半径の中心点Ｂが該エッジ６２につながるフランジ部６２ａよりエッジ膨出側にある、いわゆるトールエッジとなっている。

前述の如く、振動板間の密閉空間内は空気バネとしての機能を発揮するが、この密閉空間の容積はバネ性の定数、即ちスティフネスに影響を与える。また、密閉空間を形成する振動板およびドライブコーンの有効振動面積差も前記スティフネスに関係してくる。振動板の有効振動面積をＳ１，ドライブコーンの有効振動面積をＳ２、密閉空間の容積をＶとすると、密閉空間内の空気バネのバネ定数は、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｖに比例する。また、バネ定数をｓ_０、振動系の重量をｍ_０とすれば、最低共振周波数ｆ_０はｆ_０＝（１／２π）×√（ｓ_０／ｍ_０）で表されるので、バネ定数ｓ_０を小さくすることにより、最低共振周波数を低くすることができる。

したがって、バネ定数を小さくして最低共振周波数を下げるには、振動板およびドライブコーンの有効振動面積差を小さくする必要があり、そのためには装置前面側の振動板のロールエッジを大きい単一曲率半径のエッジ形状とすることも１つの方法である。しかし、単にロールの曲率半径を大きくするとエッジの高さが高くなり、スピーカ装置の軸方向長さ、特に振動板の取付面からのエッジの出寸法が大となり、スピーカ装置の薄型化を損なう。その他、スピーカ装置の口径（落込み径）やフレームの抜きテーパ等によりロールエッジのロール外径、ロール長さにもスピーカ装置の仕様上の制約がある。

本発明が解決しようとする課題としては、振動板間の密閉空間内の空気バネで振動系を支持するスピーカ装置において、仕様上規制されたスピーカ口径およびロールエッジの前面出寸法のもとで、単一曲率半径のロールエッジをもつ振動板では空気バネのスティフネスを更に低下させることには限界があるという問題、振動板間の密閉容積を単に大きくして前記スティフネスの低下を図るためには薄型化を犠牲にしなければならないという問題等が一例として挙げられる。

請求項１に係るスピーカ装置は、駆動方向に沿って配置された振動板とボイスコイルの駆動を前記振動板に伝えるドライブコーンとを備え、前記振動板およびドライブコーンの外周部がフレーム上の振動板支持部に固着され、前記振動板および前記ドライブコーンと前記フレームとで囲まれた空間が密閉空間とされ、前記密閉空間内の気体のバネ性により前記ボイスコイルボビンを介して振動系が支持されるスピーカ装置であって、前記振動板の外周部を構成するロールエッジを異なる曲率半径で横長形状に形成し、前記ドライブコーンの外周部のロールエッジを、曲率半径の中心点が該エッジにつながるフランジ部よりエッジ膨出側にあるトールエッジ形状としたことを特徴とする。

以下、本発明に係るスピーカ装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明に係る実施の形態のスピーカ装置の半体の縦断面図である。
図２に示すように、本実施の形態のスピーカ装置３０は磁気回路３３と、この磁気回路３３が後部内壁に取り付けられたフレーム３５と、駆動方向に沿って配置された振動板４１とボイスコイル４６の駆動を振動板４１に伝えるドライブコーン４２と、円筒状のボイスコイルボビン４５に巻回されたボイスコイル４６とを備え、振動板４１およびドライブコーン４２およびフレーム３５とで囲まれた密閉空間６７内の空気バネによってボイスコイルボビン４５を介して振動系を支持する構成となっている。なお、３７はスピーカ装置３０の中心線である。

磁気回路３３は、円板状のプレート５１ａの中心に円筒状のセンターポール５１ｂが突設された構造のヨーク５１と、センターポール５１ｂの外周に遊嵌するリング状のマグネット５３と、プレート５１ａとの間にマグネット５３を挟み込むようにセンターポール５１ｂの先端側に遊嵌して装備されたリング状のトッププレート５５とから構成されている。トッププレート５５の内周とセンターポール５１ｂとの間の隙間が、ボイスコイル４６を配置する磁気ギャップ５７となっている。

フレーム３５は浅底の椀形で、底板部３５ａの内面はヨーク５１のプレート５１ａを載せた状態で、磁気回路３３が取り付けられる。
このフレーム３５には、駆動方向に沿って離れた位置に、振動板４１の振動板支持部３５ｃとドライブコーン４２の振動板支持部３５ｄがそれぞれ装備されている。

振動板４１およびドライブコーン４２は、コーン型の振動板であり、振動板４１の外周部のエッジ７１は、振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の前面側）に膨らむワイドロールエッジとなっており、ドライブコーン４２の外周部のエッジ６２は、振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の背面側）に膨らむトールエッジとなっている。振動板４１およびドライブコーン４２は、その外周部のエッジ７１，６２の外端に連接された取付用フランジ部７１ａ，６２ａがフレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固定される。

スピーカ装置の前面側に配置される振動板４１は、中央の開口の径が、ドライブコーン４２の開口の径よりも大きく設定され、また、振動板４１の背部に配置されるドライブコーン４２は、中央部の開口の径がボイスコイルボビン４５の外径に略等しく設定されている。

また、振動板４１の内周部４１ａは、その背後に位置しているドライブコーン４２の上に重ねられた状態でドライブコーン４２に接合されている。
また、この振動板４１の中央部には、ダストキャップ２３が貼着装備される。このダストキャップ２３は、ボイスコイルボビン４５の前方を覆って、磁気ギャップ５７への塵埃等の進入を防止する。

ドライブコーン４２の内周部４２ａを、ボイスコイルボビン４５の外周に適宜接着剤等によって接着固定することで、振動板４１はドライブコーン４２を介してボイスコイルボビン４５に接続された構造を得ている。

円筒状のボイスコイルボビン４５は、軸方向に移動自在に、センターポール５１ｂの外周に遊嵌すると共に、その外周に接合されたドライブコーン４２によって、半径方向および軸方向の位置決めが成されている。

振動板４１のエッジ７１およびドライブコーン４２のエッジ６２は、振動板本体であるコーン紙から伝わった振動を減衰させるため、内部損失の高い材質の部材を使用することが好ましい。よって、例えば、コーン紙とは異なる材質（コーン紙よりも内部損失の高い材質）の部材を接合してエッジ７１，６２とするのがよい。

ここで、振動板の外周部に形成されるロールエッジの形状例を図３を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ロールエッジの外端には、フレーム３５の振動板支持部３５ａに固着されるフランジ部が形成されるが、３つのロールエッジの高さＨ（フレームの振動板支持部３５ｃからロール頂部７１ｂ，６１ｂ，８１ｂまでの高さ）がそれぞれ等しい場合、図３（ｂ）のロールエッジ６１は、振動板支持部３５ｃと同一面上の点Ａを中心として単一の曲率半径Ｒで半円形に形成されており、この形態を単一Ｒロールエッジと称する。これに対し、図３（ａ）のロールエッジ７１はロール頂部７１ｂの振動板径方向位置が単一Ｒロールエッジ６１のロール頂部６１ｂよりも振動板の内周側へ寄っており（距離Ｄ）、頂部７１ｂの曲率半径Ｒ１と、その両側の２つの曲率半径Ｒ２の３つの曲率半径の円弧が正接して広幅のロールエッジを形成している。

図３（ｃ）のロールエッジ８１は頂部８１ｂの位置が図３（ａ）の場合より更に振動板内周側へ寄った広幅のロールエッジとなっている（距離Ｅ）。ここでは、図３（ａ），図３（ｃ）の形態のものをワイドロールエッジと称するが、本発明の実施の形態では曲率半径Ｒ２，Ｒ１，Ｒ２による円弧が正接した図３（ａ）の形態の適正ワイドロールエッジが採用される。なお、本発明におけるワイドロールエッジは必ずしも上記曲率半径Ｒ２，Ｒ１，Ｒ２のものに限定されるものではなく、複数の曲率半径による円弧を組み合せた形態のワイドロールエッジが採用されてよい。

本実施の形態に係るワイドロールエッジ７１では、図３（ｂ）の単一Ｒロールエッジ６１より密閉空間６７の容積が増加し、空気バネは柔らかくなる。図３（ｃ）の過大ワイドロールエッジ８１では密閉容積は更に増加し、空気バネも一層柔らかくなるが、エッジ強度が下がり、エッジのいわゆる吸込みが発生する。
図２に示す如く、ドライブコーン４２の外周部のロールエッジ６２はトールエッジとなっており、ロールの曲率半径Ｒの中心Ｂはエッジ外端のフランジ部６２ａの面よりロール頂部側へ下がっており、エッジ自体の高さは単一Ｒロールエッジ６１あるいはワイドロールエッジ７１，８１よりも高く、その分、広い密閉容積を確保している。

振動板４１の外周部を単一Ｒのロールエッジ６１とした図１の構造と、ワイドロールエッジ７１とした図２の実施の形態とを寸法上で比較すれば、ロールエッジ６１，７１の高さＨは同じであり、また図１のロールエッジ６１の中心Ａとロールエッジ６２の中心Ｂとの間隔をＦ、図２のワイドロールエッジ７１の中心Ａとドライブコーン４２のロールエッジ（トールエッジ）６２の中心Ｂとの間隔をＧとすれば、Ｆ＜Ｇとなっている。密閉空間６７の容積Ｖは図１の場合より図２の実施の形態の方が大となる。

ボイスコイルボビン４５の軸方向変位によって振動板４１およびドライブコーン４２が駆動される時、振動板４１とドライブコーン４２との間の密閉空間６７に封入されている空気などの気体が振動板４１およびドライブコーン４２の変位およびワイドロールエッジ７１とトールエッジ６２の変位により圧迫されて、空気バネとしてのバネ性が発揮され、このエッジ６１ａ，６２ａ自身のバネと、密閉空間６７の容積により規制される空気バネとによってボイスコイルボビン４５が制御可能に支持される。

また、振動板４１およびドライブコーン４２自体が振動制御機能をもつダンパを兼ねており、振動板間の密閉空間６７の空気バネとしてのバネ性がボイスコイルボビン４５および振動板４１およびドライブコーン４２の振動エネルギーを吸収して、これらボイスコイルボビン４５および振動板４１およびドライブコーン４２の制御を行うため、従来の蛇腹ダンパ型スピーカ装置に備えられているような制御用のダンパを設ける必要が無い。ダンパおよびその設置スペースの排除によってスピーカ装置の軸方向寸法が縮小され、車載オーディオシステム等で要求されているスピーカ装置３０の薄型化を実現できる。

さらに、振動板間の密閉空間６７を実現するために振動板４１の背後に同軸に装備されるドライブコーン４２は、振動板４１と共通の材質で良く、従来の蛇腹構造のダンパと比較すると、機械疲労が発生し難いため、構成部品の機械疲労に起因する制振性能の低下を防止して、スピーカ装置の長寿命化を実現できる。

また、振動伝搬時に隣接する蛇腹間を変形が移動する従来の蛇腹構造のダンパの場合と異なり、振動板４１およびドライブコーン４２には局部的に大きな変形が生じないため、音質を濁す原因となる特異振動や擦れ音の発生が無く、濁りのない高品位の音再生を実現できる。

また、本実施の形態のスピーカ装置３０は、振動板間の密閉空間６７内の気体の気圧の助けにより、振動板４１のエッジ７１およびドライブコーン４２のエッジ６２が背圧による変形に強くなる。さらに、ドライブコーン４２およびそのエッジ６２が背圧を負担するので、音響再生を行う振動板４１にかかる背圧の負担が減り、再生音質を向上させることができる。

以上、詳述したように、本発明の実施の形態に係る型スピーカ装置３０は、駆動方向に沿って配置された振動板４１とボイスコイル４６の駆動を振動板４１に伝えるドライブコーン４２とを備え、振動板４１およびドライブコーン４２の外周部がフレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固着され、振動板４１およびドライブコーン４２とフレーム３５とで囲まれた空間が密閉空間６７とされ、密閉空間６７内の気体のバネ性によりボイスコイルボビン４５を介して振動系が支持されるスピーカ装置において、振動板４１の外周部を構成するロールエッジ７１を異なる曲率半径で横長形状に形成し、ドライブコーン４２の外周部のロールエッジ６２を曲率半径の中心点が該エッジにつながるフランジ部よりエッジ膨出側にあるトールエッジ形状とした。

このように本実施の形態では、装置前面に位置する振動板４１の外周部エッジのロール高さを抑えながら、複数の曲率半径の円弧でつなげたワイドロールエッジを採用した。振動板４１の有効振動面積はエッジロールの中心に関係していることから、同じエッジロール高さの単一Ｒロールエッジよりも、本実施の形態のようなワイドロールエッジの方が振動板４１の有効振動面積を小さくすることができる。これによって振動板４１とドライブコーン４２との有効振動面積差ΔＳ（＝Ｓ１−Ｓ２）が小さくなり、空気バネを柔らかくすることができ、最低共振周波数を下げることができる。

さらに、同じロール高さの単一Ｒロールエッジと比べると、本実施の形態のような適正なワイドロールエッジにすることにより、振動板４１とドライブコーン４２との間の密閉空間６７の容積が増えるため、この点でも空気バネを柔らかくすることができる。ただし、図３（ｃ）のような過大ワイドロールエッジ８１では、既に述べたように、エッジの吸込みが発生するため、適度なバランスが必要である。

なお、空気バネを硬くしたい場合は、逆に振動板４１とドライブコーン４２との有効振動面積の差を大きくし、また、スピーカ装置の前面出寸法に制限がある場合は振動板４１のロールエッジ形状を単一Ｒのロールエッジ、ドライブコーン４２のロールエッジ形状をワイドロールエッジに、前面出寸法に制限がない場合は振動板４１のロールエッジ形状をトールエッジ、ドライブコーン４２のロールエッジ形状を単一Ｒロールエッジにすればよい。

なお、ドライブコーン４２は前記実施の形態の形状に限定されるものではなく、ボイスコイル４６の駆動を振動板４１に伝えるものであれば任意の形状でよい。

前面の振動板のロールエッジを単一Ｒロールエッジで構成したスピーカ装置の半体部分を示す縦断面図である。本発明の実施の形態に係るスピーカ装置の半体分を示す縦断面図である。振動板外周部のロールエッジの各種例を示す図である。

符号の説明

３０スピーカ装置
３３磁気回路
３５フレーム
３５ｃ，３５ｄ振動板支持部
４１振動板
４２ドライブコーン
４５ボイスコイルボビン
５７磁気ギャップ
６１単一Ｒロールエッジ
６２ロールエッジ（トールエッジ）
６７密閉空間
７１ワイドロールエッジ

Claims

駆動方向に沿って配置された振動板とボイスコイルの駆動を前記振動板に伝えるドライブコーンとを備え、前記振動板およびドライブコーンの外周部がフレーム上の振動板支持部に固着され、前記振動板および前記ドライブコーンと前記フレームとで囲まれた空間が密閉空間とされ、前記密閉空間内の気体のバネ性により前記ボイスコイルボビンを介して振動系が支持されるスピーカ装置であって、
前記振動板の外周部を構成するロールエッジを異なる曲率半径で横長形状に形成し、前記ドライブコーンの外周部のロールエッジを、曲率半径の中心点が該エッジにつながるフランジ部よりエッジ膨出側にあるトールエッジ形状としたことを特徴とするスピーカ装置。
前記ドライブコーンの内周部が前記ボイスコイルボビンに固着されることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
前記振動板のロールエッジを、ロール頂部の曲率半径に対して両側の曲率半径を異ならせた３つの曲率半径で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のスピーカ装置。
前記振動板のロールエッジのロール頂部の高さを、単一曲率半径のロールエッジにした場合と略同じ高さにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピーカ装置。