JP2007067638A

JP2007067638A - ボイスコイルボビン及びその製造方法、並びにスピーカー装置

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Publication number: JP2007067638A
Application number: JP2005249232A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ishigaki; 敏宏石垣; Yoshihide Goto; 芳英後藤; Daiki Goto; 大樹後藤; Hideji Higuchi; 秀二樋口
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Electronic Corp; Goto Denshi Co Ltd
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp; Goto Denshi Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP4634257B2; US7848537B2; US20070053546A1

Abstract

【課題】強度が高く、高入力時に破壊しにくいボイスコイルボビン及びその製造方法、並びにスピーカー装置を提供する。
【解決手段】ボイスコイルボビンは、純チタンを調質圧延して成形してなる。また、ボイスコイルボビンの製造方法は、純チタンの展伸材を製作する工程と、前記展伸材を調質圧延する工程と、前記調質圧延後の前記展伸材を成形してボイスコイルボビンを製作する工程と、を備える。例えば、ＪＩＳＨ４６００で規定される通常の展伸材の標準製造工程により純チタンの展伸材を製造した後に、高強度化を目的として圧延率６０％以上の条件で冷間圧延を施す。この調質圧延により、ＪＩＳ１種チタン材（ＴＲ２７０Ｃ）の２倍の硬さ、及び、ＪＩＳ１種チタン材（ＴＲ２７０Ｃ）の２倍強であり６−４チタンに迫る引張強度を得ることができる。この薄く強度の高いボイスコイルボビンを適用することにより、高入力に適したスピーカー装置を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スピーカー装置におけるボイスコイルボビンの製造方法に関する。

スピーカー装置用のボイスコイルは、フィルム状又は管状のボイスコイルボビン（以下、単に「ボビン」とも呼ぶ。）に電線を巻いて作られることが知られている（例えば特許文献１乃至３を参照）。

また、ボイスコイルの高入力を可能とする技術として、ガラスイミド、ポリイミドフィルムなどのフィルム材を複数枚重ねて巻く手法、硬質アルミ製のボイスコイルボビンを使用する手法などが知られている。一方、ボイスコイルボビンに巻回される電線としては、セラミック電線などが用いられている（特許文献４を参照）。

特開２００２−３００６９７号公報特開平８−２０５２８５号公報特開平１０−３２８９７号公報特開２００２−２２２６１６号公報

特許文献４に示すセラミック被覆電線などによる近年の電線の耐熱性向上とともにスピーカー装置への高入力化が飛躍的に進み、高入力動作時にボビンから電線が脱落する、ボビンと巻線の合わさり目でボビンが切れるなどの問題が生じている。よって、今後スピーカー装置のハイパワー化をさらに進めるには、ボビンの材料の強度をさらに向上させることが要求される。

本発明が解決しようとする課題としては、上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、強度が高く、高入力時に破壊しにくいボイスコイルボビン及びその製造方法、並びにスピーカー装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明では、ボイスコイルボビンは、純チタンを調質圧延して成形してなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、ボイスコイルボビンの製造方法は、純チタンの展伸材を製作する工程と、前記展伸材を調質圧延する工程と、調質圧延後の前記展伸材を成形してボイスコイルボビンを製作する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、ボイスコイルボビンは、純チタンを調質圧延して成形してなる。また、ボイスコイルボビンの製造方法は、純チタンの展伸材を製作する工程と、前記展伸材に所定の強度を得るための調質圧延を施す工程と、前記調質圧延後の展伸材を成形してボイスコイルボビンを製作する工程と、を備える。

例えば、ＪＩＳＨ４６００で規定される通常の展伸材の標準製造工程により純チタンの展伸材を製造した後に、高強度化を目的とする調質圧延を施す。この調質圧延は、圧延率６０％以上の条件で実施され、ＪＩＳ１種チタン材（ＴＲ２７０Ｃ）の２倍の硬さ、及び、ＪＩＳ１種チタン材（ＴＲ２７０Ｃ）の２倍強であり６−４チタンに迫る引張強度を得ることができる。この薄く強度の高いボイスコイルボビンを適用することにより、高入力に適したスピーカー装置を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［ボイスコイルボビン］
図１に本実施例に係るボイスコイルの概略構成を示す。図１（ａ）はボイスコイルの側面図であり、図１（ｂ）はボイスコイルの中心を通る断面図である。図示のように、ボイスコイルは、中空の円筒形状に形成されたボイスコイルボビン７と、その下端側の外周面に巻き付けられた電線８により構成される。

ボイスコイルボビンの耐久性向上を考える場合、以下の２点が重要となる。

（１）ボイスコイルボビンを構成する材料（以下、「ボビン材」とも呼ぶ。）の引張強度が大きいこと。大振幅かつ高速の上下振動動作に耐えられるよう、ボビン材の引張強度が大きいことが要求される。

（２）ボイスコイルボビンが耐久性に優れること。高入力時、ボイスコイルボビンはボイスコイルに生じる上下動作の力に耐えられず、振動中に図２に示すようにその形状が歪む。そのため、電線部分とボイスコイルボビンとの間に折り曲げの力が生じ、屈曲によってボイスコイルボビンが切れる。よって、ボイスコイルのハイパワー化を図る場合、ボイスコイルボビンの屈曲強さが要求される。

本実施例では、上記の２点を同時に向上させることにより、ボイスコイルのハイパワー化を実現した。具体的には、ボビン材に純チタンを用い、調質圧延により純チタンを加工硬化させて強度を向上させる。

ボイスコイルボビンの切断に対する対策として、現在、現実的でもっとも効果的な手段として考えられるのはボビン材に高強度チタン材を用いることである。しかし、一般的に「高強度チタン材」は「合金チタン」となり、材料が高価となる。また、０．１ｍｍ程度の薄い材料を入手するのは極めて困難で汎用性に乏しい。さらに、合金チタンは熱伝導度が低いために、ボイスコイルが発生する熱がボイスコイルボビンを通して逃げにくい。そのため、ボイスコイルが熱的に破壊しやすくなる。

そこで、本実施例では、これらの問題を解決するための方法として、調質圧延による加工硬化現象を利用して高強度化を図った純チタン（チタン１種及び２種）を用いた。

一般にチタン材の高強度化の手段としては、次のような方法がある。

（方法Ａ）純チタンに酸素及び鉄を添加する。

（方法Ｂ）合金化による強化（α合金、α−β合金、β合金）。

方法Ａの純チタンの場合、酸素及び鉄の添加によって延性は低下する。その結果、工業的に量産され汎用性及び入手性の優れた純チタンの薄板材は展延性の問題から酸素及び鉄成分の含有量の少ないチタン１種及び２種に限られる。しかし、これらの材料の場合、ボビンの厚みを実用範囲である０．２ｍｍ以下で使用する際、最大入力３０００Ｗを超えるスピーカーのボビン材としては強度不足であり、動作試験においてボビン切れが発生する。この問題を解決するには６００Ｎ／ｍｍ^２以上の強度が必要である。なお、厚みを０．２ｍｍ以上にすれば純チタンでも使用可能であるが、ボイスコイル重量が重くなり出力音圧の低下を招く。

一方、方法Ｂの合金化による強化方法は、前述の「高価」、「汎用性、入手性が乏しい」、「熱伝導度が低い」などの問題からスピーカー装置のボイスコイルボビンには採用が難しい。

そこで、本発明においては、純チタン１種ＴＲ２７０Ｃ及び２種ＴＲ３４０Ｃの高強度化を図った。これらは、調質圧延処理により、高強度合金チタン(６−４チタン)と同等の強度、標準材料(ＴＲ２７０Ｃ)並みの熱導電率を持つようになり、かつ、標準的で入手性が高い材料である。

［チタン展伸材の製造工程］
図３に、本実施例によるチタン展伸材の製造工程を示す。工程Ｓ１〜Ｓ１０は標準的な純チタン１種ＴＲ２７０Ｃ及び２種ＴＲ３４０展伸材の製造工程である。これに対し、本実施例では、高強度化を目的とする調質圧延工程Ｓ１１を付加する。ここで、「高強度化を目的とする調質圧延」とは、ＪＩＳＨ４６００で規定される通常の展伸材の標準製造工程Ｓ１〜Ｓ１０の最終工程である真空焼鈍工程Ｓ１０を施した後に、圧延率６０％以上の条件で冷間圧延を施すことによって、特別な時効処理などを施すこと無しに引張強さ６００Ｎ／ｍｍ^２以上を得る方法である。なお、「圧延率」は次式で与えられる。
圧延率＝（圧延前の板厚−圧延後の板厚）／（圧延前の板厚）×１００％
ここで、チタンのＪＩＳ規格について触れておく。純チタン１種ＴＲ２７０Ｃ及び２種ＴＲ３４０Ｃは日本工業規格ＪＩＳＨ４６００「チタン及びチタン合金の板及び条」に規定される。ここで規定される材料の機械的性質（抜粋）を図４に示す。

図４の表に規定される機械的性質は、図３に示した標準的な純チタン１種ＴＲ２７０Ｃ及び２種ＴＲ３４０Ｃ展伸材の製造工程における最終工程である真空焼鈍（又は雰囲気焼鈍）工程（Ｓ１０）によって得られた特性である。この工程は、前工程の冷間圧延工程（Ｓ９）で生じた「内部ひずみによる硬さ上昇を下げること」及び「圧延加工組織を回復・再結晶させる延性及び加工性を回復させること」を目的として７００〜８００℃近辺で焼鈍を施したものである。

図４の表に示すＪＩＳＨ４６００の機械的性質では、引張強さは、純チタン１種ＴＲ２７０Ｃが２７０〜４１０Ｎ／ｍｍ^２、２種ＴＲ３４０Ｃが３４０〜５１０Ｎ／ｍｍ^２と規定されている。

本実施例による調質圧延（Ｓ１１）を施したチタン（以下、便宜上「調質圧延チタン」とも呼ぶ。）と、他の金属との物性比較結果を図５に示す。図５に示されるように、本実施例による調質圧延チタンは、硬さＨｖが２４０であり、ＪＩＳ１種チタン材（ＴＲ２７０Ｃ）の２倍の硬さを示した。また、調質圧延チタンの引張強さは７５０Ｎ／ｍｍ^２であり、ＪＩＳ１種チタン材（ＴＲ２７０Ｃ）の２倍強の強度を示し、６−４チタンに迫る強度を得た。

［スピーカー装置への適用］
ボビン材として、本実施例による調質圧延チタン及び他の材料を使用して作成したボイスコイルボビンの耐屈曲性の比較結果を図６に示す。なお、図６中、「ボビン材」の項目における「ｔ０．１０」は厚さ０．１０ｍｍを示し、「ｔ０．０７５」は厚さ０．０７５ｍｍを示す。また、この測定は、２５ｍｍ幅にカットした各ボビン材に１ｋｇのおもりを付け、毎分３０回、往復１８０度（片側９０度）の試験を行い、ボビン材が切れるまでの振動回数を測定した。即ち、図６中、「耐屈曲性」の項目中の数値はボビン材が切れるまでの振動回数を示している。これから理解されるように、本実施例による調質圧延チタンは、従来使われていた他のボビン材、１種チタンなどと比較して、耐屈曲性が大きく向上している。

ボビン材として硬質アルミを用いた従来品のボイスコイルと、ボビン材として本実施例の調質圧延チタンを用いたボイスコイルボビンの入力限界の比較試験結果を図７に示す。

（試験条件）
・従来品ボイスコイル
ボビン材：硬質アルミ（厚さ０．１８ｍｍ）
電線：セラミック被覆電線（径φ：０．５５ｍｍ、東京特殊電線ＰＴＳＺＳＷ）
・実施例ボイスコイル
ボビン材：調質圧延チタン（厚さ：０．１５ｍｍ）
電線：セラミック被覆電線（径φ：０５５ｍｍ、東京特殊電線ＰＴＳＺＳＷ）
・スピーカー口径：３０ｃｍ、ボイスコイル抵抗：４Ω
（試験方法）
図８に示すように、ピンクノイズ発振器７１でピンクノイズ信号を発生し、ウェイティングネットワーク７２（ＩＥＣ２６８−１準拠）によりピンクノイズ信号から試験用周波数特性を生成し、クリッピング回路７３及びアンプ７４を介してスピーカーＳＰを駆動してスピーカーが破壊する入力電力（入力限界）を調べた。

（試験結果）
従来品ボイスコイルボビン（硬質アルミ）は入力電力２５００Ｗでボビン切れが発生した。ボイスコイルのボビンを本実施例の調質圧延チタンに変えると、入力電力５０００Ｗでもボビン切れが発生することは無かった。なお、５５００Ｗ以上の入力電力では電線がボビンから脱落したが、ボビンの切れは生じなかった。

以上より、本実施例による調質圧延チタンをスピーカーに適用した場合、以下のメリットを得ることができる。

（１）高入力時にボイスコイルボビンが破壊しくにい。

本発明の調質圧延チタンはＴＲ２７０Ｃとの比較では硬度が２倍、引張強さが２．２倍である。また、硬質アルミとの比較では硬度が４倍、引張強さが３．３倍である。よって、これらのボビン材と比較して、より高入力に対応できる。

（２）ボイスコイルボビンを薄くすることができる。

硬度ならびに引張強度が向上したので、標準的なチタン（ＴＲ２７０Ｃ）に比べてボイスコイルボビンの厚さを薄くすることができる。チタンは比重４．５ｃｍ^３と大きいが、ボビン材の厚さを薄くすることで、チタンのデメリットである重量の増加を抑えることができる。

（３）材料を薄くすることで加工性も向上する。

また、ボイスコイルボビンが切れる程の大入力が必要ないスピーカーの場合、ボイスコイルボビンの厚さを更に薄くすることができる。ボイスコイルボビンを薄くすることで磁気回路のヨークとプレートのギャップを狭くすることができ、磁気エネルギーを運動エネルギーに変換する効率が向上する。また、ボイスコイルとヨーク、ボイスコイルとプレートとの距離が近くなることから放熱効果が良くなる。

［スピーカー装置への適用例］
図９に、本発明の実施例に係るボイスコイルボビンを適用したスピーカー装置１００の概略構成を模式的に示す。スピーカー装置１００は車載用スピーカーとして好適に用いることができる。図９は、スピーカー装置１００の中心軸を通る平面で切断したときの断面図を示している。以下、スピーカー装置１００の構成について説明する。

スピーカー装置１００は、図９に示すように、主として、ヨーク１、マグネット２及びプレート３を有する磁気回路系２０と、フレーム４、ダンパー６、ボイスコイルボビン７、電線８、振動板９、エッジ１０及びキャップ１１を有する振動系３０と、その他各種の部材として複数の端子部材５及び錦糸線１２と、を備えている。

まず、磁気回路系２０の各構成要素について説明する。

磁気回路系２０は、外磁型の磁気回路として構成されている。ヨーク１は、略円筒状の形状をなすポール部１ａ及びその外周壁の下端部から外側に延び出るフランジ部１ｂを有している。フランジ部１ｂの内周部の上面には、突起部１ｂａが形成されている。この突起部１ｂａは、後述のマグネット２をフランジ部１ｂ上の適正位置に位置決めする機能を有している。環状のマグネット２は、ヨーク１の突起部１ｂａによりフランジ部１ｂ上の適正位置に位置決めされた状態で、そのフランジ部１ｂ上に固着している。環状のプレート３は、環状のマグネット２上に固着している。また、環状のプレート３の上面には、突起部３ａが複数形成されている。各突起部３ａは、環状のプレート３の周方向に且つ適宜の間隔をおいて形成されている。この複数の突起部３ａは、後述するフレーム４の第１平坦部４ａを環状のプレート３上の適正位置に位置決め及び保持する機能を有している。磁気回路系２０では、マグネット２及びプレート３により磁気回路を構成し、プレート３の内周壁とポール部１ａの外周壁との間に形成される磁気ギャップ１６にマグネット２の磁束を集中させている。

次に、振動系３０の各構成要素について説明する。

フレーム４にはスピーカー装置１００の様々な構成要素が固定され、フレーム４はその構成要素を支持する役目を担う。フレーム４は、第１平坦部４ａ、第２平坦部４ｂ及び第３平坦部４ｃを有しており、それらの上面には平坦性が確保されている。第１平坦部４ａは、その周方向に且つ適宜の間隔をおいて複数の開口４ａｂを有し、フレーム４の下側の位置に形成されている。各開口４ａｂ内には、対応するプレート３の各突起部３ａが挿入されていると共に、その各突起部３ａの上部側はカシメられている。これにより、第１平坦部４ａは環状のプレート３上の適正位置に位置決めされた状態で、環状のプレート３上に固定されている。第２平坦部４ｂは、フレーム４の略中央の位置に形成されている。第２平坦部４ｂの上面には、ダンパー６の外周縁部が取り付けられる。第３平坦部４ｃは、フレーム４の上側の位置に形成されている。第３平坦部４ｃの上面には、後述するエッジ１０の外周縁部が取り付けられる。

ボイスコイルボビン７は、上記の調質圧延チタンを成形して製作されたものであり、略円筒状の形状をなしている。ボイスコイルボビン７の外周壁の下端部近傍には、電線８が巻かれ、ボイスコイルを構成している。好適には電線８はセラミック被覆電線である。また、ボイスコイルボビン７の外周壁の下端部近傍は、環状のマグネット２及びプレート３の各内周壁と一定の間隔を隔てて対向している。一方、ボイスコイルボビン７の内周壁の下端部近傍は、ヨーク１の要素となるポール部１ａの外周壁と一定の間隔を隔てて対向している。そして、ポール部１ａの外周壁と、プレート３の内周壁との間に空隙（磁気ギャップ１６）が形成されている。

電線８は、１組のプラス/マイナスのリード線（図示略）を有している。プラス側のリード線はＬ（又はＲ）チャンネル信号の入力配線であり、マイナス側のリード線はグランド（ＧＮＤ：接地）信号の入力配線である。各リード線は、振動板９の前方側（放音側）に引き出された各錦糸線１２の一端側と電気的に接続されていると共に、各錦糸線１２の他端側は、フレーム４の第２平坦部４ｂ上に位置する各端子部材５の一端側に電気的に接続されている。また、各端子部材５の他端側は、アンプ側の各入力配線に電気的に接続されている。このため、電線８には、各端子部材５及び各錦糸線１２及び各リード線等を介して、アンプ側から１チャンネル分の電気信号が入力される。

ダンパー６は、環状の形状をなし、同心円状に波型が形成された弾性部を有している。ダンパー６の外周縁部は、フレーム４の第２平坦部４ｂ上に固着している一方、ダンパー６の内周縁部は、ボイスコイルボビン７の外周壁に固着している。

振動板９には、各種の用途に応じ、紙系、高分子系、金属系などの各種の材料を適用することができる。振動板９の内周縁部は、ダンパー６の内周縁部近傍に且つボイスコイルボビン７の外周壁の上端近傍に取り付けられる。

エッジ１０は、略半円状の断面形状をなしている。エッジ１０の内周縁部は振動板９に固定されていると共に、エッジ１０の外周縁部はフレーム４の第３平坦部４ｃ上に固定されている。

キャップ１１は、平面視すると略円形形状（図示略）をなし、断面視するとボイスコイルボビン７の上面側に凸に湾曲した形状をなしている。キャップ１１の外周縁部は、接着剤等を介して振動板９に取り付けられている。キャップ１１は、粉塵や異物などがスピーカー装置１００の内部へ侵入するのを防止する機能を有している。

以上に述べたスピーカー装置１００において、アンプ側から出力された電気信号は、各端子部５、各錦糸線１２及び各リード線を介してボイスコイルの電線８へ出力される。これにより、磁気ギャップ１６内でボイスコイルに駆動力が発生し、振動板９をスピーカー装置１００の軸方向に振動させる。こうして、スピーカー装置１００は、矢印Ｙ１方向に音波を放射する。

実施例に係るボイスコイルボビンの概略構成図である。高入力時のボイスコイルボビンの変形を説明する図である。実施例による調質圧延チタンの製造工程を示す。純チタンの機械的性質を示す図表である。調質圧延チタン及び他の金属の物性比較結果を示す図表である。調質圧延チタン及び他の材料を用いたボイスコイルボビンの耐屈曲性を示す図表である。従来品及び実施例のボイスコイルの入力限界の試験結果を示すグラフである。従来品及び実施例のボイスコイルの入力限界の試験方法を概略的に示す図である。調質圧延チタンを適用したスピーカー装置の概略構成図である。

符号の説明

４フレーム
７ボイスコイルボビン
８電線
９振動板
１１キャップ
２０磁気回路系
３０振動系
１００スピーカー装置

Claims

純チタンを調質圧延して成形してなるボイスコイルボビン。
前記調質圧延は、展伸材の標準製造工程における真空焼鈍後に、圧延率６０％以上の条件で冷間圧延を行う処理であることを特徴とする請求項１に記載のボイスコイルボビン。
請求項１又は２に記載のボイスコイルボビンを備えるスピーカー装置。
純チタンの展伸材を製作する工程と、
前記展伸材を調質圧延する工程と、
調質圧延後の前記展伸材を成形してボイスコイルボビンを製作する工程と、を備えることを特徴とするボイスコイルボビンの製造方法。
前記調質圧延は、展伸材の標準製造工程における真空焼鈍後に、圧延率６０％以上の条件で冷間圧延を行う処理であることを特徴とする請求項４に記載のボイスコイルボビンの製造方法。
請求項４又は５に記載の製造方法により製造されたボイスコイルボビンを備えることを特徴とするスピーカー装置。