JP2015119264A

JP2015119264A - 振動板およびその製造方法並びに動電型電気音響変換器

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Publication number: JP2015119264A
Application number: JP2013260295A
Authority: JP
Inventors: 秋野　裕; Yutaka Akino; 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: JP6333547B2

Abstract

【課題】振動板の共振周波数の設定要素に含まれる振動板裏面側の空気室の容積を各製品ごとにばらつくことなく斉一的に減ずることができ、また、エッジ部のスチフネスの調整をも容易に行える動電型電気音響変換器用の振動板を得る。【解決手段】熱可塑性の合成樹脂フィルムからなる振動板基材１１０の中央部分に、平板として変位し得る剛性を備えた円形の平板体１２０を一体に接合するとともに、平板体１２０の周りに、振動板基材１１０を立体成形してなるエッジ部１３０を形成し、エッジ部１３０に所定の張力をかけることによりスチフネスを調整して、ダイアフラムリング１４０を振動板基材１１０の周縁部に接着する。【選択図】図１

Description

本発明は、動電型電気音響変換器に用いられる振動板に関し、さらに詳しく言えば、可聴周波数帯域での振動板の共振を確実に防止し得るとともに、振動系のスチフネスを容易に調整し得る技術に関するものである。

動電型電気音響変換器には、ダイナミックマイクロホンユニットとダイナミックヘッドホンユニットとが含まれるが、その基本的な構成は共通しているため、ここでは図４にダイナミックヘッドホンユニットの概略的な構成を示し、これについて説明する。

ダイナミックヘッドホンユニットは、基本的な構成として、振動板１０と、磁気回路部２０と、ユニットフレーム３０とを備えている。

振動板１０は、通常、１枚の合成樹脂フィルムから作製され、ドーム状を呈するセンタードーム１１と、その周りに同じくドーム状を呈するサブドーム１２とを有し、センタードーム１１とサブドーム１２との境界部分の裏面側には、可動線輪１３が接着材により一体的に取り付けられている。なお、サブドームはエッジ部とも呼ばれ、可動線輪はボイスコイルとも呼ばれることがある。

磁気回路部２０は、周辺部２１ａがほぼ直角に立ち上げられた皿状のヨーク２１と、ヨーク２１の底部中央部分に設けられた円盤状のマグネット２２と、マグネット２２上に配置されたポールピース（磁極）２３とを備えている。マグネット２２はその板厚方向に着磁されており、これにより、ポールピース２３とヨーク２１の周辺部２１ａとの間に磁気ギャップＧが形成されている。

ユニットフレーム３０は、中央部分で磁気回路部２０を嵌合保持する円盤状の支持体からなり、振動板１０は、可動線輪１３が磁気ギャップＧ内に位置するように、そのサブドーム１２の端部が、ユニットフレーム３０の拡径されたフランジ部３１の周縁部分に支持される。なお、ユニットフレーム３０には、振動板１０の前面側を覆うように、パンチングメタル等からなるプロテクタ４０が取り付けられる。

ヘッドホンユニットにおいては、可動線輪１３に音声信号による駆動電流が流され、これにより振動板１０が振動して音波が放音される。これに対して、マイクロホンユニットでは、到来する音波によって振動板１０が振動し、これにより可動線輪１３に電流が発生し音声信号が出力される。

いずれにしても、センタードーム１１には、可動線輪１３からの駆動力や外来音波が加えられても容易に変形しないことが求められる。その対策の一つとして、フィルムを例えば２枚重ねとして機械強度を高めることがある。

これに対して、サブドーム１２は、振動板１０にスチフネスを与える部分として機能する。サブドーム１２のスチフネスは、振動板１０が目的の共振周波数で振動するように設計される。

センタードーム１１とサブドーム１２は、ともにドーム状に成形されることから、センタードーム１１とポールピース２３との間、サブドーム１２とユニットフレーム３０との間のそれぞれに空気室Ａ１，Ａ２が形成される。

これらの空気室Ａ１，Ａ２は音響容量（空気ばねで、等価回路的には静電容量成分Ｃで表される）として動作し、この音響容量は、磁気ギャップＧ内の音響質量（等価回路的にはインダクタンス成分Ｌで表される）と共振を起こす。

この共振周波数が、ヘッドホンユニットでの放音する帯域もしくはマイクロホンユニットでの収音する帯域にあると、周波数応答と指向性を劣化させることになる。これを防止するには、音響容量と音響質量とによる共周波数が、扱う可聴周波数よりも高い周波数となるようにすればよい。

そのためには、空気室Ａ１，Ａ２の容積をできるだけ小さくする必要がある。その方法の一つとして、図５に示すように、ポールピース２３側とユニットフレーム３０側とに、ドーム形状に相似する凸レンズ状のアタッチメント部材５１，５２を設ける方法が知られている（類例として、特許文献１参照）。

実開昭６１−１８２１９５号公報

しかしながら、別部材としてのアタッチメント部材を用いることにより、当然のこととして、その分、コストアップになる。また、アタッチメント部材をドーム形状に合わせて凸曲面形状にするにしても、振動板側のドーム形状には、フィルムの熱収縮等によりばらつきがあるため、アタッチメント部材により空気室の容積を減ずるにしても、各製品ごとに空気室の容量を斉一に揃えることが困難である。このことは、各製品ごとに共振周波数がばらつくことを意味する。

また、別の問題として、上記従来技術では、サブドームにより振動板に所定のスチフネスが付与されるが、その調整が容易ではないことが挙げられる。すなわち、サブドームはセンタードームと一体として１枚の合成樹脂フィルムによりプレス成形されるため、サブドームのスチフネスを調整ないし変更するには、その成形金型自体を手直ししなければならず、これには費用と時間がかかる。

さらには、振動板成形用の合成樹脂フィルムには、通常、２軸延伸フィルムが用いられるが、サブドーム（エッジ部）に応力が加えられると、フィルムの機械的性質が縦方向と横方向とで異なることからセンタードームが歪み、可動線輪（ボイスコイル）の接着部が円型にならないことがある。

したがって、本発明の課題は、振動板の共振周波数の設定要素に含まれる振動板裏面側の空気室の容積を各製品ごとにばらつくことなく斉一的に減ずることができるとともに、エッジ部のスチフネスの調整をも容易に行える振動板およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の振動板は、ダイアフラムリングに支持された熱可塑性の合成樹脂フィルムからなる振動板基材を有し、上記振動板基材の一方の面に磁気回路部の磁気ギャップ内に配置される可動線輪が設けられている振動板において、
上記振動板基材の中央部分に、平板として変位し得る剛性を備えた円形の平板体が上記ダイアフラムリングと同軸に一体に接合されているとともに、上記平板体の周りには上記振動板基材を立体成形してなるエッジ部が形成されており、上記エッジ部に所定の張力がかけられた状態で上記ダイアフラムリングが上記振動板基材の周縁部に接着されており、上記平板体が存在する部分に上記可動線輪が設けられていることを特徴としている。

本発明において、上記平板体は、金属材や合成樹脂材であってもよいが、特にはカーボン材であることが好ましい。

また、エッジ部に形成される立体的なパターンとしては、周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターン内に、周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンを含む混合パターンが好ましく採用される。

また、上記ダイアフラムリングが上記エッジ部の外周側の一部分を含むように上記振動板基材の周縁部に接着されてよい。

本発明には、振動板の製造方法も含まれ、本発明の製造方法は、ダイアフラムリングに支持された熱可塑性の合成樹脂フィルムからなる振動板基材を有し、上記振動板基材の一方の面に磁気回路部の磁気ギャップ内に配置される可動線輪が設けられている振動板の製造方法において、上記振動板基材を上記ダイアフラムリングよりも大径の治具用リングに貼着する第１工程と、上記振動板基材の中央部分に、平板として変位し得る剛性を備えた円形の平板体を上記治具用リングと同軸に貼着する第２工程と、上記平板体の周りにエッジ部を立体的なパターンで成形する第３工程と、上記平板体から上記エッジ部の少なくとも一部分にかけての範囲を、上面が平坦な円柱状のアンビル治具上に載置し、上記アンビル治具から外れた上記治具用リングに所定の錘をかけて上記エッジ部のスチフネスを調整する第４工程と、上記ダイアフラムリングを上記振動板基材の周縁部に接着する第５工程と、上記平板体が存在する部分に上記可動線輪を装着する第６工程とを含むことを特徴としている。

本発明の振動板の製造方法において、上記第２工程を上記第３工程後もしくは上記第４工程後に引き続いて実行するようにしてもよい。

また、上記第３工程では、上記エッジ部を周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターン内に周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンを含む混合パターンで形成することが好ましい。

また、上記第５工程で、上記ダイアフラムリングを上記振動板基材の周縁部に接着するにあたって、その接着部分に上記エッジ部の外周側の一部分を含ませることもできる。

さらに、本発明には、上記振動板（上記製造方法によって製造された振動板を含む）と、上記振動板に設けられている可動線輪が配置される磁気ギャップを有する磁気回路部とを備えている、ヘッドホンユニット用もしくはマイクロホンユニット用の動電型電気音響変換器も含まれる。

本発明によれば、振動板の中央部分（従来のセンタードームに相当する部分もしくはそれよりも広い部分）に、平板として変位し得る剛性を備えた円形の平板体を一体に接合して平面振動板としたことにより、振動板の裏面側に存在する空気室の容積を、従来のドーム形状のものに比べて、各製品ごとにばらつくことなく斉一的により小さくし得るとともに、振動板の共振周波数を確実に可聴周波数帯域外に設定することができる。

また、立体成形されたエッジ部にかけられる張力（振動板の半径方向に沿ってかけられる張力）によって、エッジ部のスチフネスを容易に調整することができる。

本発明の実施形態に係る振動板を備えた動電型電気音響変換器を示す概略的な断面図。上記振動板のエッジ部に形成される立体的なパターンを示す拡大断面図。（ａ）〜（ｄ）本発明による振動板の製造工程を示す模式図。従来の一般的な動電型電気音響変換器の構成を示す概略的な断面図。振動板裏面側の空気室の容積を減ずる手段を備えた従来の動電型電気音響変換器の構成を示す概略的な断面図。

次に、図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、ここで説明する実施形態において、先に説明した図４の従来例と変更を要しない構成要素については、同じ参照符号を付す。

図１を参照して、この実施形態に係る動電型電気音響変換器はダイナミックヘッドホンユニットであり、基本的な構成として、振動板１０Ａと、磁気回路部２０と、ユニットフレーム３０と、プロテクタ４０とを備えている。

磁気回路部２０およびユニットフレーム３０については、先に説明した図４の従来例と同じであってよく、磁気回路部２０は、周辺部２１ａがほぼ直角に立ち上げられた皿状のヨーク２１と、ヨーク２１の底部中央部分に設けられた円盤状のマグネット２２と、マグネット２２上に配置されたポールピース（磁極）２３とを備えている。

マグネット２２はその板厚方向に着磁されており、これにより、ポールピース２３とヨーク２１の周辺部２１ａとの間に磁気ギャップＧが形成されている。

また、ユニットフレーム３０は、拡径されたフランジ部３１を有し、中央部分で磁気回路部２０を嵌合保持する円盤状の支持体からなる。フランジ部３１の周縁部分で、振動板１０Ａが振動可能に支持され、また、フランジ部３１の周縁部分には、振動板１０Ａの前面を覆うように、パンチングメタルもしくは金網体等からなるプロテクタ４０が取り付けられる。

この実施形態において、振動板１０Ａは、振動板基材１１０の中央部分に、所定の剛性を有する円形の平板体１２０を一体に接合してなる平面振動板として平面状に形成されている。これに伴って、プロテクタ４０も円形の平皿状に形成されている。

振動板基材１１０は、熱可塑性の合成樹脂フィルムよりなるが、この実施形態では、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いている。厚さは、ヘッドホンユニットの場合には約５０μｍ程度、マイクロホンユニットでは９〜１６μｍ程度のものが選択されてよい。

平板体１２０の材質は、平板として変位し得る剛性を備えていれば、金属材、硬質の合成樹脂材、カーボン材等であってよいが、軽量であって、振動板基材１１０に半径方向に応力を加えても容易に変形しないカーボン材（カーボン板）であることが好ましい。

平板体１２０の周りには、立体の凹凸パターンよりなり、所定のスチフネスを有するエッジ部１３０が形成されている。エッジ部１３０の凹凸パターンは、波形状、ジグザク形状であってもよいが、図２に示すような混合パターン１３１であることが好ましい。

この混合パターン１３１は、長い周期Ｔ１の粗い凹凸からなる第１凹凸パターン１３２内に、短い周期Ｔ２（＜Ｔ１）の微細な凹凸からなる第２凹凸パターン１３３を含む固有共振を持ちにくいパターンである。

振動板１０Ａは、エッジ部１３０に所定の張力がかけられた状態で、その外周縁部がダイアフラムリング（膜支持リング）１４０に貼着されている。ダイアフラムリング１４０は、ユニットフレーム３０のフランジ部３１の周縁部分に支持される。

なお、平板体１２０の裏面側に、磁気ギャップＧ内に配置される可動線輪１３が取り付けられることから、平板体１２０は、可動線輪１３の外径以上であって、必要とされるエッジ部１３０の領域を損なわない範囲で、図１に示すように、ユニットフレーム３０の内周側にかかるようなできるだけ大径であることが好ましい。

これによれば、振動板１０Ａのうち、その大半を占める平板体１２０の部分が平面であることから、振動板１０Ａとポールピース２３との間、振動板１０Ａとユニットフレーム３０との間に、それぞれ振動板１０Ａの最大変位を超える隙間を設ければよく、振動板１０Ａの裏面側に存在する空気室の容積を可及的に減ずることができる。また、上記の隙間は、各製品（ヘッドホンユニットもしくはマイクロホンユニット）に対してほぼ一律に設定し得ることから、振動板１０Ａの共振周波数を確実に可聴周波数帯域外に設定することができる。

本発明では、エッジ部１３０にかける張力によって、スチフネスを調整することができる。この点を含めて振動板の製造方法の一例を図３を参照して説明する。

まず、第１工程として、図３（ａ）（左図が平面，右図が断面）に示すように、振動板基材（以下、「ＰＥＴフィルム」という）１１０をダイアフラムリング１４０よりも大径の治具用リング１５０に貼着したのち、第２工程として、ＰＥＴフィルム１１０の中央部分に、円形の平板体（以下、「カーボン板」という）１２０を治具用リング１５０と同軸に貼着して、仮の振動板組立体１０１を得る。

そして、第３工程として、カーボン板１２０の周りに立体的な凹凸パターンからなるエッジ部１３０を成形する。これには、図３（ｂ）に示すように、成形金型１６０と、加圧ポット１７０とを用いる。

成形金型１６０の上面は、カーボン板１２０が載置される中央部分が平坦で、その周りには、エッジ部１３０に所定の凹凸パターン(この実施形態では、上記した混合パターン１３１)を形成するパターン賦形部１６１が刻設されている。また、成形金型１６０には、例えば電気ヒータからなる加熱手段と、例えば水冷式の冷却手段（ともに図示しない）とが設けられている。

加圧ポット１７０は、エアシリンダ等の図示しない昇降手段により昇降可能で、同じく図示しないエアコンプレッサに接続される加圧空気供給口１７１を備えている。

仮の振動板組立体１０１を成形金型１６０上に載置し、電気ヒータに通電して成形金型１６０をＰＥＴフィルム１１０を成形し得る温度にまで上昇させて、ＰＥＴフィルム１１０を軟化させる。

その後、加圧ポット１７０を下降させて治具用リング１５０に密着させた状態で、エアコンプレッサを起動し、加圧空気供給口１７１より加圧空気を加圧ポット１７０内に導入して、ＰＥＴフィルム１１０をパターン賦形部１６１に押圧する。

所定時間後に、電気ヒータへの通電をオフとし、今度は、冷却手段により成形金型１６０を所定の温度にまで冷却し、エアコンプレッサを停止させたうえで、加圧ポット１７０を上昇させて、仮の振動板組立体１０１を成形金型１６０から外す。

このようにして、エッジ部１３０に混合パターン１３１を形成したのち、第４工程として、エッジ部１３０のスチフネスを調整する。これには、図３（ｃ）に示すアンビル治具１８０を用いる。アンビル治具１８０は、上面が平坦であって、外径が治具用リング１５０の内径よりも小径である円柱体からなる。

このアンビル治具１８０上に、図３（ｃ）に示すように、カーボン板１２０からエッジ部１３０の少なくとも一部分にかけての範囲を載置し、アンビル治具１８０から外れ、その外側に位置する治具用リング１５０に所定重さの錘１９０をかける。これにより、錘１９０の重さに応じてエッジ部１３０が半径方向に延伸し、そのスチフネスが調整される。

その後、第５工程として、ダイアフラムリング１４０を接着材を介してＰＥＴフィルム１１０の周縁部に接着する。その際、ダイアフラムリング１４０への接着部分に、エッジ部１３０に形成されている混合凹凸パターン１３１の外周側の一部分を含ませてもよい。

そして、第６工程（最終工程）として、図３（ｄ）に示すように、ダイアフラムリング１４０からはみ出ているＰＥＴフィルム１１０をカッター等により切り離し、カーボン板１２０の裏面側に可動線輪１３を接着材等により一体に取り付ける。

このようにして、本発明によれば、錘１９０の重さに応じてエッジ部１３０のスチフネスが適宜調整された振動板１０Ａが得られるが、エッジ部１３０に成形する凹凸パターンを波形状、ジグザク形状としてもよい。

このとき、円形の平板体１２０として、半径方向に応力を加えても容易に変形しないカーボン板を採用したので、可動線輪１３の接着部を円形に維持してエッジ部１３０を成形することができる。

また、第２工程（カーボン板１２０の取り付け工程）を、第３工程でエッジ部１３０に混合凹凸パターン１３１を成形したのち引き続いて、もしくは第４工程でエッジ部１３０のスチフネスを調整したのち引き続いて行ってもよい。

１０Ａ振動板
１１０振動板基材
１２０平板体
１３０エッジ部
１３１混合凹凸パターン
１４０ダイアフラムリング
１５０治具用リング
１６０成形金型
１６１パターン賦形部
１７０加圧ポット
１８０アンビル治具
１９０錘
１３可動線輪
２０磁気回路部
２１ヨーク
２２マグネット
２３ポールピース
３０ユニットフレーム
３１フランジ部
４０プロテクタ
Ｇ磁気ギャップ

Claims

ダイアフラムリングに支持された熱可塑性の合成樹脂フィルムからなる振動板基材を有し、上記振動板基材の一方の面に磁気回路部の磁気ギャップ内に配置される可動線輪が設けられている振動板において、
上記振動板基材の中央部分に、平板として変位し得る剛性を備えた円形の平板体が上記ダイアフラムリングと同軸に一体に接合されているとともに、上記平板体の周りには上記振動板基材を立体成形してなるエッジ部が形成されており、上記エッジ部に所定の張力がかけられた状態で上記ダイアフラムリングが上記振動板基材の周縁部に接着されており、上記平板体が存在する部分に上記可動線輪が設けられていることを特徴とする振動板。
上記平板体がカーボン材からなることを特徴とする請求項１に記載の振動板。
上記エッジ部が周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターン内に周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンを含む混合パターンにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動板。
上記ダイアフラムリングが上記エッジ部の外周側の一部分を含むように上記振動板基材の周縁部に接着されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動板。
ダイアフラムリングに支持された熱可塑性の合成樹脂フィルムからなる振動板基材を有し、上記振動板基材の一方の面に磁気回路部の磁気ギャップ内に配置される可動線輪が設けられている振動板の製造方法において、
上記振動板基材を上記ダイアフラムリングよりも大径の治具用リングに貼着する第１工程と、
上記振動板基材の中央部分に、平板として変位し得る剛性を備えた円形の平板体を上記治具用リングと同軸に貼着する第２工程と、
上記平板体の周りにエッジ部を立体的なパターンで成形する第３工程と、
上記平板体から上記エッジ部の少なくとも一部分にかけての範囲を、上面が平坦な円柱状のアンビル治具上に載置し、上記アンビル治具から外れた上記治具用リングに所定の錘をかけて上記エッジ部のスチフネスを調整する第４工程と、
上記ダイアフラムリングを上記振動板基材の周縁部に接着する第５工程と、
上記平板体が存在する部分に上記可動線輪を装着する第６工程とを含むことを特徴とする振動板の製造方法。
上記第２工程を上記第３工程後もしくは上記第４工程後に引き続いて実行することを特徴とする請求項５に記載の振動板の製造方法。
上記第３工程では、上記エッジ部を周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターン内に周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンを含む混合パターンで形成することを特徴とする請求項５または６に記載の振動板の製造方法。
上記第５工程で、上記ダイアフラムリングを上記振動板基材の周縁部に接着するにあたって、その接着部分に上記エッジ部の外周側の一部分を含ませることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の振動板の製造方法。
請求項１の振動板または請求項５の製造方法により製造された振動板と、上記振動板に設けられている上記可動線輪が配置される磁気ギャップを有する磁気回路部とを備えていることを特徴とする動電型電気音響変換器。