JP2008545314A - 電気音響トランスデューサおよび電気音響トランスデューサ用のダイアフラム - Google Patents

Abstract

電気音響トランスデューサ用のダイアフラム(6)は、基本的に長方形に設計されることが好ましく、音変換のためのダイアフラム内側領域(20)と、ダイアフラム(6)を取り付けるためのダイアフラム外側領域（21）と、ダイアフラム内側領域(20)とダイアフラム外側領域（21）との間に位置するダイアフラム中間領域（22）とを有し、ダイアフラム内側領域(20)は、好ましくは直線の辺（23、24、25、26）によって外側が区切られ、ダイアフラム外側領域（21）は、好ましくは直線の辺（31、32、33、34）によって内側が区切られ、ダイアフラム内側領域(20)の上述した辺（23、24、25、26）は、平均外半径値Rを有する丸い外周コーナー領域（27、28、29、30）に接続され、ダイアフラム外側領域（21）の上述した辺（31、32、33、34）は、平均内半径値rを有する丸い内周コーナー領域（35、36、37、38）に接続され、各内周コーナー領域（35、36、37、38）の平均内半径値rは、対向する外周コーナー領域（27、28、29、30）の平均外半径値Rより小さい。

Description

本発明は、電気音響トランスデューサ用のダイアフラムに関するものであり、このダイアフラムは、ダイアフラム内側領域と、ダイアフラム外側領域と、前記ダイアフラム内側領域とイアフラム外側領域とを連結するダイアフラム中間領域とを有し、ダイアフラム内側領域は音波−電気信号変換のために設けられ、ダイアフラム外側領域はダイアフラムを取り付けるために設けられ、ダイアフラム内側領域は、前記ダイアフラム中間領域に隣接する所定数の辺によって外側が区切られ、隣接する２辺の間に平均外半径値Ｒの丸い外周コーナー領域を有し、ダイアフラム外側領域は、前記ダイアフラム中間領域に隣接する前記所定数と同数の辺によって内側が区切られ、隣接する２辺の間に平均内半径値ｒの丸い内周コーナー領域を有し、各内周コーナー領域は、外周コーナー領域に対向して位置する。

本発明は、また、上記の第１段落に記載されている種類のダイアフラムを具える電気音響トランスデューサに関するものでもある。

第１段落に記載されている種類のダイアフラムおよびこの種のダイアフラムを具える電気音響トランスデューサは、例えば特開昭６０−２４４１９０号公報から知られている。この既知のダイアフラムでは、各内周コーナー領域の平均内半径値は、これと対向する外周コーナー領域の平均外半径値より大きい。この種の設計は一般的であるが、この種のダイアフラムの可能な最高の音響特性の達成、従ってこの種のダイアフラムを具える電気音響トランスデューサの最高の特性の達成に関して、不利な点を有する。

本発明の目的は、第１段落に記載されている種類のダイアフラムおよびこの種のダイアフラムを具えている電気音響トランスデューサの動作モードおよび特性を改善することにある。

上述した目的を達成するために、本発明によるダイアフラムは以下のように特徴づけることができる。

本発明は、電気音響トランスデューサ用のダイアフラムであって、前記ダイアフラムは、ダイアフラム内側領域と、ダイアフラム外側領域と、前記ダイアフラム内側領域とダイアフラム外側領域とを連結するダイアフラム中間領域とを有し、前記ダイアフラム内側領域は、音波−電気信号変換のために設けられ、前記ダイアフラム外側領域は、前記ダイアフラムを取り付けるために設けられ、前記ダイアフラム内側領域は、前記ダイアフラム中間領域に隣接する所定数の辺によって外側が区切られ、隣接する２辺の間に平均外半径値の丸い外周コーナー領域を有し、前記ダイアフラム外側領域は、前記ダイアフラム中間領域に隣接する前記所定数と同数の辺によって内側が区切られ、隣接する２辺の間に平均内半径値ｒの丸い内周コーナー領域を有し、各内周コーナー領域は、外周コーナー領域に対向して位置し、前記内周コーナー領域と前記外周コーナー領域は、同一方向の曲率を有するダイアフラムにおいて、各内周コーナー領域の前記平均内半径値ｒが、対向する前記外周コーナー領域の前記平均外半径値Ｒより小さいことを特徴とするものである。

上述した目的を達成するために、本発明による電気音響トランスデューサは本発明によるダイアフラムを具えている。

本発明の特徴によれば、各内周コーナー領域の平均内半径値を対向する外周コーナー領域の平均外半径値より小さくすることによって、簡単な方法で実質的に材料および製造に関する追加費用なしに、内周コーナー領域におけるダイアフラムの剛性の改善、すなわち剛性の増加を達成することができ、剛性の増加は、ダイアフラムの振動領域の揺動（又はロッキング）運動をできるだけ小さくする点に関して有利である。また、本発明のダイアフラムでは、本発明の半径比のために、それぞれ対向する外周コーナー領域と内周コーナー領域との間に位置するダイアフラム中間領域の部分が、半径方向に、従来技術のダイアフラム設計の場合より大きい寸法を有するので、音圧の生成のために重要な可動表面を従来技術のダイアフラムの場合より大きすることも達成される。

平均外半径値を有する丸い外周コーナー領域および平均内半径値を有する丸い内周コーナー領域とは、外周コーナー領域および内周コーナー領域が、必ずしも単一の外半径値又は内半径値のみを有する単一の円弧で丸める必要はなく、異なる半径値がその輪郭に沿って存在するような楕円、放物線、その他の輪郭に従って丸めてもよく、それらの数学的平均が平均外半径値または平均内半径値であることを意味する。この場合、内周コーナー領域および外周コーナー領域が同一方向の曲率を有することが重要である。

本発明によるダイアフラムでは、内周コーナー領域および外周コーナー領域が同一方向の曲率を有することに関して、米国特許第２６８５９３５号明細書、特に前記特許明細書の図９について言及する。この図９は、内周コーナー領域と外周コーナー領域との間のダイアフラム中間領域が互いに平行な２辺間に存在する部分より大きい半径方向の寸法を有するダイアフラムの一例を示す。しかし、この場合、各外周コーナー領域は、対向する内周コーナー領域と異なる方向の曲率、すなわち、反対方向の曲率を有する２つの曲線部分からなり、これらの曲線部分は、対向する内周コーナー領域から離れる方向に先端部を形成し、このことは大きな不利益をもたらす。ダイアフラム外側領域のこの先端部のために、ダイアフラムの取り付けに利用できる固定表面が小さくなり、この先端部が存在するために、特に、極めて薄い材料でできているダイアフラムの場合、高い機械的応力がダイアフラムに生じると、ダイアフラムに破断を生ずるリスクがあるとともに、最高の再生品質に関して好ましくない音響歪みのリスクをもたらすという不利益がある。

本発明のダイアフラムにおいては、外周コーナー領域の平均外半径値Ｒと対向内周コーナー領域の平均内半径値ｒとの比率は、広範囲に存在することができる。実際には、外周コーナー領域の平均外半径値Ｒに対して、対向内周コーナー領域の平均内半径値ｒがＲ−Ｒ／１００とＲ／１００との間の範囲内にあると有利であることが判明した。このような実施例は、本発明のダイアフラムの簡単且つ再現可能な自動製造に関して、および、可能な最大の機械的安定性に関して有利であると判明した。さらに、このような実施例は、本発明によるダイアフラムに機械的に接続されるボイスコイルの形状に関して有利であり、このボイスコイルは、ダイアフラムの形状に対応するように丸くされ、ダイアフラムのダイアフラム内側領域の丸い外周コーナー領域に直接隣接して配置されるコイル領域を有し、このボイスコイルの丸いコイル領域は、丸い外周コーナー領域の平均外半径値に基本的に対応する比較的大きい曲率半径値を有し、このことは、ボイスコイルを製造するための円滑な巻回動作に関して、および、丸いコイル領域において可能な最小機械的応力に関して有利である。

上記の実施例は、平均内半径値ｒがＲ−Ｒ／４の値を有するようにすると特に有利であると判明した。このような実施例は、本発明のダイアフラムの開発中、多数の連続試験を実行後に有利であると判明した。このような実施例では、可能な最小平均内半径値と、内周コーナー領域におけるダイアフラムの破断に対する可能な最高の耐性との間の優良な妥協点に到達し、特に有利である。

本発明のダイアフラムは、３、５、６、あるいはさらにより多くの内周コーナー領域およびそれに対応する数の外周コーナー領域を有することができる。４つの内周コーナー領域および４つの外周コーナー領域を設けると特に有利であると判明した。この実施例自体は従来技術から既知であるが、本発明のダイアフラムでも特に有利であると判明した。

また、本発明のダイアフラムにおいては、各内周コーナー領域間を結ぶ辺および各外周コーナー領域間を結ぶ辺が直線であると有利であると判明した。この実施例自体もまた、従来技術から既知であるが、本発明のダイアフラムでも有利であると判明した。内周コーナー領域間および外周コーナー領域間の辺は必ずしも直線である必要はなく、わずかに凸状あるいは凹状でもよい点に留意されたい。また、２つの内周コーナー領域間の辺が凸状であると同時に、２つの外周コーナー領域間の辺を凹状とすることもできる。

本発明のダイアフラムでは、内周コーナー領域は、種々の内半径値を有することができる。外周コーナー領域もまた、種々の外半径値を有することができる。しかし、内周コーナー領域の平均内半径値の全てが同一であり、かつ、外周コーナー領域の平均外半径値の全てが同一であると特に有利であると判明している。

本発明のダイアフラムのダイアフラム中間領域は種々の断面形状を有することができる点に留意されたい。１つの好適な断面形状は、ダイアフラム中間領域がトンネル、トラフまたはチャネルのように設計されるＵ字型である。トンネルのような設計の場合、常に同一のトンネル高さを設けることができる。トラフあるいはチャネルのような設計の場合、常に同一のトラフ深さまたはチャネル深さを設けるることができる。しかし、トンネル高さ、トラフ深さまたはチャネル深さがダイアフラム中間領域に沿って常に同一値を有することは必須ではなく、トンネル高さ、トラフ深さまたはチャネル深さの値が変化してもよい。

本発明の電気音響トランスデューサは、マイクロホンとして設計することができる。本発明のダイアフラムの効果はスピーカの場合特に有利であるので、本発明の電気音響トランスデューサはスピーカとして設計されと有利であると判明した。

上述した態様および本発明の他の態様は、上述した実施例から現れ、この実施例を基礎として説明される。

本発明は、図面に示した実施例を参照しながら以下にさらに説明されるが、これらに限定されるものではない。

図１および２は、スピーカとして設計された電気音響トランスデューサ1を示す。以下、電気音響トランスデューサ1は、略してトランスデューサ1と称する。以下に詳細に説明するように、トランスデューサ1は、本発明に従って設計される。トランスデューサ1は、基本的に長方形の形状を有するが、尖った角ではなく丸みを帯びた角を有する。

トランスデューサ1はハウジング2を有する。ハウジング2は、基本的に中空の円筒状である内部ハウジング領域3と、基本的に中空の円筒状である外部ハウジング領域4とからなり、これらの２つのハウジング領域3、4は各々、基本的に長方形の円筒基体を有する。２つのハウジング領域3、4はプラスチックからなり、ワンピース成形される。外部ハウジング領域4は、トランスデューサ1の長方形の形状に対応する環状の固定フランジ5を有し、トランスデューサ1のダイアフラム6を取り付けるために設けられる。ダイアフラム6を保護し、ダイアフラム6とトランスデューサ1の前側を覆うために、ハウジング2は、固定フランジ5の上に、ダイアフラム6の一部分（以下、ダイアフラム外側領域と称する）を間にはさんで位置させ、外部ハウジング領域4に接続されたカバー7を有する。ダイアフラム6と外部ハウジング領域4との接続およびカバー7と外部ハウジング領域4の接続は、本例では、接着接続によって達成される。しかし、他方式の接続、例えば、レーザー溶接による接続も可能である。

トランスデューサ1は、マグネットシステム8を内部ハウジング領域3の内部に含む。マグネットシステム8は、永久磁石9と、円盤形の第１のヨーク10と、鍋形の第２のヨーク11とを具える。第２のヨーク11は、円盤形の底部12と、底部12と一部品に接続される中空円筒形のエッジ部13とからなる。空隙14は、エッジ部13の、底部12とは反対側の端部13Eと円盤形の第１のヨーク10との間に形成される。ボイスコイル15が空隙14に配置される。ボイスコイル15は接着接続によってダイアフラム6に接続されている。トランスデューサの動作中、音声信号源（図示せず）からの電気信号がボイスコイル15に供給され、前記ボイスコイル15が、一般的に知られているように、トランスデューサ軸16と平行に振動運動する。ボイスコイル15の振動運動のために、ボイスコイル15に供給された電気信号が、ダイアフラム6の一部（ダイアフラム内側領域とダイアフラム中間領域の内側部分）によって音波に変換され、この音波が、トランスデューサ1のカバー7の開口部17を通り出力される。

以下、トランスデューサ1のダイアフラム6を、図３、４および５を参照して、更に詳細に説明する。

ダイアフラム6は、ダイアフラム内側領域20と、ダイアフラム外側領域21と、ダイアフラム内側領域20とダイアフラム外側領域21とを連結するダイアフラム中間領域22とを有する。

ダイアフラム6において、ダイアフラム内側領域20は基本的に平らである。ダイアフラム内側領域20は、必ずしも平らでなくてもよく、わずかに凹形あるいは凸形のように設計されてもよい。また、ダイアフラム内側領域20を平板形の補強手段に結合すると有利であることについても述べる必要がある。この補強手段は、ダイアフラム内側領域20の、マグネットシステム8とは反対側、あるいは、ダイアフラム内側領域20の、マグネットシステム8の側に設けることができる。この種の補強手段は、好ましくは接着接続によってダイアフラム内側領域20に接続される。ダイアフラム内側領域20は、音波−電気信号変換のために設けられ、ダイアフラム6がスピーカとして設計されたトランスデューサ1に用いられる本例では、ダイアフラム内側領域20が電気信号を音波に変換するために設けられ使用される。

本例のダイアフラム6では、ダイアフラム外側領域21もまた、ダイアフラム内側領域20のように平らに設計されている。ダイアフラム外側領域21は環状の形状を有し、環状の形状は基本的に長方形であり、長方形の辺の間に丸いコーナー領域が設けられている。ダイアフラム外側領域21は、ダイアフラム6を取り付けるために設けられている。すでに述べたように、トランスデューサ1では、ダイアフラム外側領域21が外部ハウジング領域4の環状の固定フランジ5に接着接続によって接続される。

ダイアフラム6では、ダイアフラム中間領域22は断面が湾曲形状に設計されるため、ダイアフラム中間領域22は全体的にトンネル様の設計、すなわちトンネル形状を有する。本例では、ダイアフラム中間領域22は、図５に示すように、ダイアフラム中間領域22の全周にわたり一定の同一のトンネル高さＨが常にあるように設計されている。

ダイアフラム内側領域20は、ダイアフラム中間領域22に隣接する所定数の辺、特に本例では、ダイアフラム中間領域22に隣接する４つの辺23、24、25、26によって外側が区切られ、４辺全てが直線である。ダイアフラム内側領域20は、隣接する２辺23、24、２辺24、25、２辺25、26、２辺26、23のそれぞれの間に、丸い外周コーナー領域27、28、29、30を有する。外周コーナー領域27、28、29、30は平均外半径値Ｒを有し、この平均外半径値Ｒは、図３、４および５に従うダイアフラム6では、円弧の半径値である。しかし、２辺23、24および２辺24、25および２辺25、26および２辺26、23それぞれの間の丸い領域は、必ずしも円弧に定める必要はなく、異なる弧形状、例えば楕円弧や放物線状の弧にすることができる。

ダイアフラム外側領域21は、ダイアフラム中間領域22に隣接する所定数と同数の辺、特に本例では、ダイアフラム中間領域22に隣接する４つの辺31、32、33、34によって内側が区切られ、４辺全てが直線である。ダイアフラム外側領域21は、隣接する２辺31、32、２辺32、33、２辺33、34、２辺34、31のそれぞれの間に、丸い内周コーナー領域35、36、37、38を有する。４つの内周コーナー領域35、36、37、38は平均内半径値ｒを有し、この平均内半径値ｒは、本例のダイアフラム6では、円弧の半径値によって形成される。丸い内周コーナー領域35、36、37、38の場合もまた、これらの内周コーナー領域は、必ずしも円弧形状に定める必要はなく、異なる弧形状にすることができる。

図４から明らかなように、各内周コーナー領域35、36、37、38は外周コーナー領域27、28、29、30に対向して位置し、内周コーナー領域35、36、37、38および外周コーナー領域27、28、29、30は同一方向の曲率を有する。同一方向の曲率を有するとは、言い換えると、外周コーナー領域27、28、29、30の平均外半径ベクトルと、隣接する内周コーナー領域35、36、37、38の平均内半径ベクトルとが同じ方向を向くということである。

図３、４および５に従うダイアフラム6においては、各内周コーナー領域35、36、37、38の平均内半径値ｒが対向する外周コーナー領域27、28、29、30の平均外半径値Ｒより小さくなるように設計されると都合がよい。実際には、内半径値ｒおよび外半径値Ｒを選択するのに広範囲の値が利用できる。実際に選択される値は、トランスデューサの設計およびトランスデューサの用途応じて異なる多くのパラメータに依存する。出願人により開発された、将来の実使用を意図するダイアフラムの一例として、１５ｍｍ×１１ｍｍの外のり寸法を有し、ダイアフラム中間領域22のトンネル高さＨが３．５ｍｍに設定され、外周コーナー領域が２．０ｍｍの外半径値Ｒを有し、内周コーナー領域が１．５ｍｍの内半径値ｒを有し、内半径値ｒが外半径値Ｒの４分の３となるダイアフラムを示すことができる。

ダイアフラム6は、すでに述べた効果、すなわち、内周コーナー領域35、36、37、38の領域のダイアフラム6の剛性の増加と、音圧の生成のために重要なより大きい可動表面を提供する。

本発明による電気音響トランスデューサ、具体的にはスピーカを図２のI〜I線に沿う断面図で示す。 図１の電気音響トランスデューサを、図１の矢印IIで示す方向に見た上面図で示す。 図１、２の電気音響トランスデューサのダイアフラムを、図１と同様に、図４のIII〜III線に沿う断面図で示す。 図３のダイアフラムを、図３の矢印IVで示す方向に見た上面図で示す。 図３、４のダイアフラムの詳細（図３のVで囲んだ部分）を示す。

Claims (8)

1. 電気音響トランスデューサ用のダイアフラムであって、
   前記ダイアフラムは、ダイアフラム内側領域と、ダイアフラム外側領域と、前記ダイアフラム内側領域とダイアフラム外側領域とを連結するダイアフラム中間領域とを有し、
   前記ダイアフラム内側領域は、音波−電気信号変換のために設けられ、
   前記ダイアフラム外側領域は、前記ダイアフラムを取り付けるために設けられ、
   前記ダイアフラム内側領域は、前記ダイアフラム中間領域に隣接する所定数の辺によって外側が区切られ、隣接する２辺の間に平均外半径値Ｒの丸い外周コーナー領域を有し、
   前記ダイアフラム外側領域は、前記ダイアフラム中間領域に隣接する前記所定数と同数の辺によって内側が区切られ、隣接する２辺の間に平均内半径値ｒの丸い内周コーナー領域を有し、
   各内周コーナー領域は、外周コーナー領域に対向して位置し、
   前記内周コーナー領域と前記外周コーナー領域は、同一方向の曲率を有するダイアフラムにおいて、
   各内周コーナー領域の前記平均内半径値ｒが、対向する前記外周コーナー領域の前記平均外半径値Ｒより小さいことを特徴とするダイアフラム。
2. 外周コーナー領域の平均外半径値Ｒに対して、対向する内周コーナー領域の平均内側半径値ｒが、Ｒ−Ｒ／１００とＲ／１００との間の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム。
3. 前記平均内半径値ｒがＲ−Ｒ／４の値を有することを特徴とする請求項２に記載のダイアフラム。
4. ４つの内周コーナー領域および４つの外周コーナー領域が設けられることを特徴とする請求項３に記載のダイアフラム。
5. 前記内周コーナー領域の間の前記辺と前記外周コーナー領域の間の前記辺とが直線であることを特徴とする請求項４に記載のダイアフラム。
6. 前記内周コーナー領域の前記平均内半径値ｒの全てが同一であるとともに前記外周コーナー領域の前記平均外半径値Ｒの全てが同一であることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のダイアフラムを具える電気音響トランスデューサ。
8. 前記電気音響トランスデューサがスピーカとして設計される請求項７に記載の電気音響トランスデューサ。

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