JP2009021972A - スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】広い範囲の周波数にわたって著しく高い音圧出力を有するにもかかわらず、僅かな奥行きしか必要とせず、高い放熱性と頑強性を備えて「破裂する」可能性が低く、ボイスコイルと永久磁石の間のスペース量増加を可能として製造許容誤差の増加と製造コストの減少をもたらし、さらに振動板の頑健性を増加し撓みを減少してスピーカが扱える音圧を増加し、揺れ制御のための第２のサスペンションの必要を無くし、可動部品数を削減した小型のスピーカを提供する。
【解決手段】中央に配置されるドーム形を備えた振動板と、ドーム形の外周部に配置され、振動板の表面に埋め込まれたボイスコイルと、ボイスコイルを取り囲むサスペンションと、磁石と、から成り、振動板とボイスコイルとサスペンションと磁石とがフレームに固定されている、ことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、スピーカに係り、特にドーム形の振動板上に埋め込まれたボイスコイルを有する小型スピーカに関する。

従来のスピーカは、振動板、磁石アセンブリ、ボイスコイル、サスペンション装置、フレームなどの公知の多数の通常の要素を包含する。スピーカからの音は振動板の運動によって生成される空気圧により発生する。
振動板はその内周面に、振動板の平面に垂直に取り付けられたボイスコイルにより駆動される。
電流がボイスコイルを流れるとき、磁石アセンブリからの磁束と交差する電気力が発生する。電流密度と磁界とのクロス乗積により、振動板の平面に直交する軸に沿った、ボイスコイルとスピーカの振動板の軸方向の運動が引き起こされる。
振動板は、通常振動板の外周及び内周上に各々第１及び第２のサスペンションを取り付けることにより、線形の運動を維持する。
これらのサスペンションはまたそれぞれ、サラウンドとスパイダーと呼ばれる。

従来のスピーカのボイスコイルは巻き枠（ｆｏｒｍｅｒ）を介して振動板に結合される。
ボイスコイルの配置の関係上、従来のスピーカは、振動板が自由に振動運動できるように、ボイスコイルや磁石アセンブリ用の追加スペースを含めて振動板の後方に相当のスペースを必要とする。
こうしたスペースが必要となるため、小スペースでの利用に適した設計が困難になる。
特に従来のスピーカは、ｍｐ３プレーヤーやノート型コンピュータ、さらには平面テレビジョンのような小型の個人用エレクトロニクス機器には余り適していない。

特許文献１には、このような方式のスピーカにおいて、振動板のドームの周縁部にドーム側と反対方向に円筒状突出部を設け、巻き枠（ボイスコイルボビン）を正確かつ容易に固着できるようにする技術が開示されている。

従来のスピーカの別の問題点は設計が複雑なことで、このため製造コストが高くなり機械的故障を起こしがちである。
具体例として、ボイスコイルと磁石との間のギャップに必要とされる狭いスペーシングの問題がある。
この狭いスペースのため、過大電流がボイスコイルを流れると、ボイスコイルは他のスピーカ部品を揺さぶり、擦る場合があり、その際スピーカは破裂（ｂｌｏｗ ｏｕｔ）する。

従来のスピーカの設計の一変形に平面スピーカ又は音響電磁変換器がある。
平面スピーカは、通常その表面に細長い導体を取り付けたり接着した、大きな長方形の一枚の膜、即ち振動板を使用する。
振動板は、振動板上の導体の長手に沿って間隔を置いて並べられた複数個の永久磁石片を包む磁気構造に平行となるよう配置される。
電流が導体を流れるとき、磁束が振動板全体を均一に運動させ、これによって空気圧と音響が発生する。
従来のスピーカと異なり、平面スピーカは振動板が自由に運動できるようにするサスペンション装置を持っていない。
平面スピーカは通常薄い振動板を使用し、従来のスピーカの堅い振動板とは対照的に低質量であり、そのため低慣性で高速運動を行う。

特許文献２には、このような平面スピーカの一例として略、長方形の振動板に略、長方形のボイスコイルを形成した場合において、コイルの引き出し線の配置を工夫して、ローリングの発生の抑制と出力音の低歪化を図る技術が開示されている。

平面スピーカの設計には公知の多数の欠陥、特に振動板の大きな表面積に関連した欠陥がある。
そうした欠陥の一つは、振動板が従来のスピーカと同じオーダーの量は動けないことである。
そのため、平面スピーカはその音圧出力が制限される傾向があり、従来のスピーカに比べても一層非効率である。
さらに、高電流負荷の下で激しく駆動されると、大きな振動板は不均一に曲がり、望ましくない共鳴を発生する場合があり、その際スピーカの音質が低下する。
振動板が大きな表面積と薄い膜厚を有するので、平面スピーカは物理的損傷を受けやすい。
最後に、平面スピーカは振動板が大きいので、小型の電子機器には適しない。

以上の説明から、現在使用されているスピーカは重大な欠点及び／又は制限を有することは明らかである。
このように、本発明分野で使用される技術の重要な側面には、なお効果的に改良すべき余地が残されている。
実開平６−５２４７号公報 特開２００４−１８０１９３号公報

本発明は小型スピーカの設計に際して、従来のスピーカ設計と平面スピーカ設計が有する（上記のような）多くの欠陥に対処するものであり、
本発明の第１の目的は、広い範囲の周波数にわたって著しく高い音圧出力を有するにもかかわらず、僅かな奥行きしか必要としない小型スピーカを提供することにある。
本発明の第２の目的は、放熱性とスピーカの頑強性を高め、スピーカが「破裂する」可能性を低下させることにある。
本発明の第３の目的は、ボイスコイルと永久磁石の間のスペース量増加を可能とし、これにより製造許容誤差を増加し、製造コストを減少することにある。
本発明の第４の目的は、さらに頑強性を増加させ、撓みを減少させ、スピーカが扱える音圧を増加できる、振動板を提供することにある。
本発明の第５の目的は、揺れ制御のための第２のサスペンションの必要を無くすることにある。

最後に、本発明の第６の目的は、従来のスピーカに比べて、可動部品数を削減することにある。
これにより振動板の重量と製造コストが低減され、一方では頑強性が増大する。

上記の課題を解決するためになされた本発明によるスピーカは、
（ａ）中央に配置されるドーム形を備えた振動板と、（ｂ）前記ドーム形の外周部に配置され、前記振動板の表面に埋め込まれたボイスコイルと、（ｃ）前記ボイスコイルを取り囲むサスペンションと、（ｄ）磁石と、から成り、（ｅ）前記振動板と前記ボイスコイルと前記サスペンションと前記磁石とがフレームに固定されている、ことを特徴とする。

また請求項２に示すとおり、 前記振動板が、中央に配置されるドーム形を取り囲み、水平に拡がる平坦な外側部分を有する。

また請求項３に示すとおり、 前記ボイスコイルが、中央に配置されるドーム形の外周部にスパイラル状に配置される。

また請求項４に示すとおり、 前記ボイスコイルが前記振動板の平坦な外側部分と同じ平面内に配置される。

第１に、本発明によれば、ボイスコイルがスパイラル状に水平方向に拡がり、垂直方向には拡がっていないので、
広い範囲の周波数にわたって著しく高い音圧出力を有するにもかかわらず、僅かな奥行きしか必要としない小型スピーカを提供できる。
第２に、本発明によれば、振動板の中央部のドーム形から水平に拡がる外側部分にボイスコイルが埋め込まれているので、
放熱性とスピーカの頑強性が高められ、スピーカが「破裂する」可能性を低下させる。
第３に、本発明によれば、ボイスコイルが水平方向に拡がり、垂直方向には拡がっていないので、
その分だけボイスコイルと永久磁石の間のスペース量増加を可能とし、これにより製造許容誤差を増加し、製造コストを減少する。
第４に、本発明によれば、振動板の中央部にはドーム形が組み込まれているので、
振動板の頑強性が増加し、撓みが減少し、スピーカが扱える音圧を増加できる。
第５に、本発明によれば、ボイスコイルが振動板に埋め込まれているので、
揺れ制御のための第２のサスペンションが不要になる。
第６に、本発明によれば、従来のスピーカに比べて、上記第２のサスペンションや、ボイスコイルを振動板に結合するための巻き枠が不要になるので、
可動部品数を削減することができ、これにより振動板の重量と製造コストが低減され、一方では頑強性が増大する。

本発明の特徴及び利点、即ち、上記全ての手段（構成要件）と、その動作原理、並びに、それらがもたらす上記の効果は、以下の図面を参照した詳細な説明を考察することにより、さらに十分に理解されるであろう。

ここで、
図１は振動板の平面に直角に取り付けられたボイスコイルを有する従来のスピーカの側面図であり、
図２は本発明の特徴を具体化するスピーカの斜視図であり、
図３は本発明の特徴を具体化するスピーカの正面分解透視図であり、
図４は本発明の特徴を具体化するスピーカの側断面図である。

本明細書で開示されるスピーカの必須の構成部品には、振動板の表面上に埋め込まれたボイスコイル２を有するドーム形の振動板１と振動板の下に配置される永久磁石３とボイスコイル２が含まれる。
磁石はフレーム４の内側に固定される。
サスペンション５は振動板をフレーム４に固定化する。
サスペンション５とフレーム４と磁石３とは、例えば図１に示すように、本技術分野の当業者において一般的に知られている任意のものでよく、ゆえに本明細書では説明しない。

本実施形態は図２乃至図４を参照することにより、よりよく理解される。
図２は本発明の特徴を具体化する完全に組み立てたスピーカの斜視図であり、小型で薄いフレーム４に固定された、スピーカ導線６を有する埋め込み式のボイスコイル２を示す。
図３に見られるように、振動板１は中央に配置されたドーム形と、ドーム形を取り囲み、水平に拡がる平坦な外側部分を備え、振動板１のドーム形の周囲の平坦な外側部分に対して埋め込まれたボイスコイル２を有する。

振動板１は比較的高い剛性を持つプリント回路基板又はその他の軽量素材で構成されてもよい。
振動板１の中央のドーム形は、音圧の扱いを改善するための剛性を高める。
振動板１の中央に配置されたドーム形は平坦な外側部分から分離していても一体化されていてもよい。
こうした特性の組み合わせによって、大音量時に圧力が増加した状態で、振動板１は慣性が最小化され、過渡応答が増加し、座屈が回避される。

ボイスコイル２は、振動板１のドーム形の外周部の平坦な外側部分上に、スパイラル状に配置される。
ボイスコイル２はドーム形を取り囲む振動板１の平坦な外側部分の底面に接着剤で取り付けられるのが好ましいが、本分野の当業者に容易に知られる方法で振動板１に固定されることも可能である。
例示すれば、ボイスコイル２はまたエッチング、シルクスクリーン、又は接着剤によっても固定可能である。さらに、ボイスコイル２はドーム形を取り囲む振動板１の上面に配置することも可能である。
このようにボイスコイル２は振動板１の平坦な外側部分と同じ平面内に配置されるのが好ましい。

サスペンション５はボイスコイル２を取り囲み、振動板１をフレーム４に接続する。
サスペンション５は振動板１と分離していてもよく一体化していてもよい。
サスペンションの材料及び加工は、本技術分野の当業者において一般的に知られている任意のものでよい。

図３は、永久磁石３の頂部に配置された埋め込み式のボイスコイル２を有するドーム形の振動板を含む、本発明を構成する要素を開示する。
このアセンブリはスピーカ・フレーム４内に固定される。
振動板１、ボイスコイル２、磁石３、及びフレーム４はすべてフレームと磁石の中央部に、開口部７を有して、同心円状に装着され、この開口部よりボイスコイル２から生じた熱が放出され、振動板の振動により蓄積される背圧が逃がされる。

図４はドーム形の振動板１に埋め込まれたボイスコイル２を開示する。
ボイスコイル２は永久磁石３の外端部方向の上方に懸架される。
振動板１は構造的な剛性を付加するため、ドーム形の中央部を備える。
ボイスコイルによる増強とともに、薄形のＰＣＢボードのような材料の使用を組み合わせると、従来の小型スピーカに適用する場合にくらべ、かなり高いレベルの音圧出力とより広い周波数レンジが得られるであろう。

図４はまた、埋め込み式のボイスコイル２が永久磁石３の外端部方向の上方に同心円状に配置されると、永久磁石３と埋め込み式のボイスコイル２との間のギャップを、より広くすることができることを開示する。
従来の小型スピーカのギャップはほぼ０．１ｍｍであるが、本発明のギャップは実質的により広く、製造がさらに容易になり、製造コストが低下する。

本実施形態は円形のマイクロ・スピーカと関連部品を開示しているが、正方形、楕円、その他の任意の適切な形状も使用できることを理解されたい。

本発明はその特定の好適な実施のバージョンに関して記載されたが、他のバージョンも可能である。
故に、本発明の請求する権利の範囲は、本明細書に含まれる好適なバージョンの説明に限定されるべきではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された全てを含む。

図１は振動板の平面に直角に取り付けられたボイスコイルを有する従来のスピーカの側面図である。 図２は本発明の特徴を具体化するスピーカの斜視図である。 図３は本発明の特徴を具体化するスピーカの正面分解透視図である。 図４は本発明の特徴を具体化するスピーカの側断面図である。

符号の説明

１ 振動板
２ ボイスコイル
３ 磁石
４ フレーム
５ サスペンション
６ スピーカ導線
７ 開口部

Claims (4)

1. スピーカであって、
   （ａ）中央に配置されるドーム形を備えた振動板と、
   （ｂ）前記ドーム形の外周部に配置され、前記振動板の表面に埋め込まれたボイスコイルと、
   （ｃ）前記ボイスコイルを取り囲むサスペンションと、
   （ｄ）磁石と、から成り、
   （ｅ）前記振動板と前記ボイスコイルと前記サスペンションと前記磁石とがフレームに固定されていることを特徴とするスピーカ。
2. 前記振動板が、中央に配置されるドーム形を取り囲み、水平に拡がる平坦な外側部分を有する、請求項１に記載のスピーカ。
3. 前記ボイスコイルが、中央に配置されるドーム形の外周部にスパイラル状に配置される、請求項１に記載のスピーカ。
4. 前記ボイスコイルが前記振動板の平坦な外側部分と同じ平面内に配置される、請求項２に記載のスピーカ。

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