JP2019125875A - 振動板、振動板ユニット、およびスピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の剛性を維持しつつ軽量化し、スピーカの広帯域化を図る。【解決手段】スピーカに用いられる振動板１００であって、周方向に並んで配置される複数の谷線部１０１と、隣り合う谷線部１０１の間において第一方向に向かって膨出する複数の膨出部１０２と、第一方向とは逆の第二方向に向かって谷線部１０１から突出し、谷線部１０１に沿って延在するリブ１０３とを備える。【選択図】図２

Description

本開示は、各種音響機器や映像機器等に使用されるスピーカ用の振動板、振動板ユニット、およびスピーカに関する。

従来、スピーカにおいて、振動板の剛性を維持しつつ薄肉化し、軽量化を図ることにより再生帯域が伸長できることは知られている。

この振動板の軽量高剛性化を図る構造の一つとして、ハニカム状のリブを振動板の一面に設けることで、リブに囲まれた部分の振動板を薄くし、かつ剛性を維持して振動板全体の軽量高剛性化を図る構造が特許文献１に提案されている。

特開２００７−２２１６３８号公報

しかしながら、振動板にリブを多数設けると、振動板の剛性を高めて共振モードを抑制することができるが、振動板の重量増加となり、広帯域化を図ることが困難になる。

本発明は、従来のこれらの問題を解決し、振動板の高剛性化、および薄肉軽量化を両立し広帯域化を図ることができる振動板、振動板ユニット、およびスピーカの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の１つである振動板は、スピーカに用いられる振動板であって、前記振動板の中心部を通過し前記振動板の振動方向に沿って延在する仮想的な軸を中心軸とし、中心軸を含む仮想的な面を放射面、中心軸に垂直に交差する仮想的な面を振動面とし、中心軸周りを周方向とした場合において、放射面に沿って延在し周方向に並んで配置される複数の谷線部と、隣り合う前記谷線部の間において中心軸の第一方向に向かって膨出する複数の膨出部と、前記第一方向とは逆の第二方向に向かって前記谷線部から突出し、前記谷線部に沿って延在するリブとを備える。

また、上記目的を達成するために、本願発明の１つである振動板ユニットは、放射面に沿って延在し周方向に並んで配置される複数の谷線部と、隣り合う前記谷線部の間において中心軸の第一方向に向かって膨出する複数の膨出部と、前記第一方向とは逆の第二方向に向かって前記谷線部から突出し、前記谷線部に沿って延在するリブとを備える振動板と、記振動板の外周縁部に取り付けられ、所定の構造部材に対して前記振動板を振動可能に保持する環状のエッジ部材とを備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本願発明の１つであるスピーカは、放射面に沿って延在し周方向に並んで配置される複数の谷線部と、隣り合う前記谷線部の間において中心軸の第一方向に向かって膨出する複数の膨出部と、前記第一方向とは逆の第二方向に向かって前記谷線部から突出し、前記谷線部に沿って延在するリブとを備える振動板と、前記振動板の外周縁部に取り付けられる環状のエッジ部材と、前記エッジ部材を介して前記振動板を振動可能に保持するフレームと、環状の磁気ギャップを有し前記フレームに連結される磁気回路と、前記磁気ギャップに一端部が挿入状態で配置され、他端部が前記振動板に連結されるボイスコイル体とを備えることを特徴とする。

本開示の構成により、振動板は軽量、かつ高い剛性を備えるため、当該振動板を用いたスピーカは広帯域化を実現することができる。

実施の形態にかかる振動板を前方から示す斜視図である。 実施の形態にかかる振動板を後方から示す斜視図である。 実施の形態にかかる振動板を示す正面図である。 実施の形態にかかる振動板を示す背面図である。 実施の形態にかかる振動板を示す右側面図である。 図３中のＡ−Ａ線における振動板の断面図である。 図３中のＢ−Ｂ線における振動板の断面図である。 実施の形態にかかる振動板の一部を周方向に切断して示す断面図である。 実施の形態にかかる振動板を備えたスピーカを示す断面図である。 別形態の振動板を備えたスピーカを示す断面図である。

次に、本開示に係るスピーカ用の振動板、振動板ユニット、およびスピーカの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本開示に係るスピーカ用の振動板、振動板ユニット、およびスピーカの一例を示したものに過ぎない。従って本開示は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

また、図面は、本開示を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、実施の形態にかかる振動板を前方から示す斜視図である。図２は、実施の形態にかかる振動板を後方から示す斜視図である。図３は、実施の形態にかかる振動板を示す正面図である。図４は、実施の形態にかかる振動板を示す背面図である。図５は、実施の形態にかかる振動板を示す右側面図である。なお、左側面図は右側面図と対称である。また、上面図、底面図は共に右側面図とほぼ同様である。図６は、図３中のＡ−Ａ線における振動板の断面図である。図７は、図３中のＢ−Ｂ線における振動板の断面図である。

なお、本実施の形態では、振動板の中心部を通過し前記振動板の振動方向に沿って延在する仮想的な軸を中心軸９０１と表記し、中心軸９０１を含む仮想的な面を放射面（不図示）と表記し、中心軸９０１に垂直に交差する仮想的な面を振動面（図中ＹＺ面）とし、中心軸９０１周りを周方向と表記する。また、振動板に対し磁気回路（後述）が存在する側を後方（図中Ｘ軸負側）、その反対側を前方（図中Ｘ軸正側）と表記する。また、中心部とは仮想的な１点ではなく、振動板の重心、複数の谷線部（後述）の仮想的延長線が交差する点、膨出部（後述）の稜線の仮想的延長線が交差する点などを含む三次元的領域である。

図１〜図７に示すように、振動板１００は、スピーカ２００（図９参照）に用いられ、磁気の力によって中心軸９０１（振動方向）に沿って往復振動し、空気を震わせて音を発生させる部材であり、谷線部１０１と、膨出部１０２と、リブ１０３とを備えている。本実施の形態の場合、振動板１００はさらに、コイル連結部１０４と、エッジ連結部１０５とを備えている。

谷線部１０１は、放射面に沿って延在する線状の部分であり、周方向に並んで複数本配置されている。ここで、「放射面に沿う」とは、中心軸９０１を含む複数の面のうちの一つの放射面に含まれる直線、または二次元的な曲線の場合の他、一つの放射面近傍を放射面に交差する面内で蛇行する二次元的な曲線、または一つの面内に収まらずに蛇行する三次元的な曲線の場合なども含まれる表現として用いている。谷線部１０１は、図８に模式的に示すように、周方向（図８中矢印方向）に振動板１００を辿った場合、いずれの向きに辿っても中心軸に沿って前方に向かう（上昇する）点の集合である。

谷線部１０１は、中心軸９０１を中心として所定の一本の谷線部１０１を回転させて得られる回転面に他の谷線部１０１が含まれる様に配置されている。谷線部１０１の形状は、特に限定されるものではなく、直線、二次元的な曲線、または、三次元的な曲線であってもかまわない。本実施の形態の場合、谷線部１０１は、図６に示すように、一つの放射面内に含まれ、アーチ状に湾曲した二次元的な曲線形状である。また、谷線部１０１は、図６に示すように、谷線部１０１を辿った場合、中心軸９０１に向かう、および振動板１００の外周に向かういずれの向きに辿っても中心軸９０１に沿って後方に向かう（下降する）部分である谷線頂部１１１を備えている。また、谷線頂部１１１は、谷線部１０１の外側端部を含む振動面９０２よりも前方に位置し、谷線部１０１の内側端部は、振動面９０２よりも後方に位置している。

膨出部１０２は、隣り合う谷線部１０１の間を覆い、中心軸９０１に沿う第一方向に膨出する振動板１００の部分である。ここで、「軸に沿う」とは、軸上、軸と平行、またはこれと同視できる程度の方向の表現として用いている。膨出部１０２は、図８に示すように、谷線部１０１から周方向（図中矢印方向）に振動板１００を辿った場合、いずれの向きに辿っても中心軸に沿って前方に向かい（上昇する）稜線部１２２を通過すると、隣の谷線部１０１まで後方に向かう（下降する）部分である。本実施の形態の場合、膨出部１０２は、隣り合う谷線部１０１を周方向に接続し前方に突出したアーチを谷線部１０１に沿って押し出した形状となっている。

周方向において一つの膨出部１０２の最も前方にある点を放射面に沿って接続した線である稜線部１２２の形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、図７に示すように、稜線部１２２は、放射面（図７の紙面）に沿って延在しアーチ状に湾曲している。また、稜線部１２２は、稜線部１２２の外側端部を含む振動面９０２の第一方向側である前方に位置する稜線頂部１２１と、振動面９０２の第二方向側である後方に位置する内側端部とを備えている。

リブ１０３は、膨出部１０２が膨出する第一方向とは逆の第二方向に向かって谷線部１０１から突出し、谷線部１０１に沿って延在する振動板１００の部分である。本実施の形態の場合、膨出部１０２は前方に向かって膨出しているため、リブ１０３は後方に向かって突出しており、谷線部１０１が放射面内で湾曲した形状であるため、リブ１０３の形状も放射面内で湾曲している。リブ１０３の肉厚、高さは、振動板１００の材質などに依存するため特に限定されるものではない。例えば振動板１００の材質がポリプロピレンなどの樹脂の場合、製造の容易さ等を考慮すると、肉厚は、膨出部１０２の肉厚と同程度以上、倍未満の範囲から選定されるのが好ましく、高さは、膨出部１０２の肉厚の１０倍以上、１００倍以下の範囲から選定されるのが好ましい。なお、リブ１０３の肉厚、高さの具体的な数値は、膨出部１０２の肉厚が、０．０７５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲から選定される場合について記載している。

本実施の形態の場合、振動板１００の中心部は、ボイスコイル体（後述）と連結するための貫通孔１４１が設けられており、貫通孔１４１の周縁から中心軸９０１に沿って延在する筒形状のコイル連結部１０４が存在している。コイル連結部１０４は、振動板１００とボイスコイル体とを連結するための連結代を確保する部分である。本実施の形態の場合、ボイスコイル体は円筒形状であるため、貫通孔１４１は円形であり、コイル連結部１０４は、貫通孔１４１から後方に突出状に一体に成形された円筒形状である。コイル連結部１０４の外周面には、リブ１０３がそれぞれ延在して一体に接続されている。これにより、膨出部１０２の肉厚が薄い場合であっても、振動板１００が高い機械的強度でボイスコイル体に連結される。

エッジ連結部１０５は、振動板１００の外周縁部に配置され、第一方向側の表面が滑らかな環状の部分である。エッジ連結部１０５は、振動板１００よりも柔軟で弾性力を有する環状のエッジ部材（後述）が連結される部分であり、エッジ部材との連結を容易にするため、エッジ部材と連結する面は滑らかになっている。また、エッジ連結部１０５の第二方向側、つまりエッジ部材が連結されない後方の面には、リブ１０３が延在し接続されている。これにより、膨出部１０２の肉厚が薄い場合であっても、振動板１００の機械的強度（剛性）を維持し、エッジ部材と強固に連結することができる。

なお、エッジ部材が、谷線部１０１、および膨出部１０２に対応した形状を備えている場合、谷線部１０１、および膨出部１０２の外周縁部に直接エッジ部材が取り付けられてもよい。また、振動板１００にエッジ部材が連結された者が振動板ユニットである。

本実施の形態の場合、振動板１００は、谷線部１０１、膨出部１０２、リブ１０３、コイル連結部１０４、エッジ連結部１０５が一体となった樹脂成形品である。振動板１００を主として構成する樹脂、いわゆるマトリクス樹脂は、特に限定されるものではなく、所望の特性に応じて選定される。具体的に例えば振動板１００に採用される樹脂は、結晶性または非晶性のオレフィン樹脂を挙示することができる。ここで、振動板１００にポリプロピレンなどのオレフィン樹脂を使用することにより、成形性が良好になり、例えば膨出部１０２の肉厚を０．１５ｍｍとし、リブ１０３の高さを１ｍｍ程度にして射出成形により一体に成形することも可能となる。また結晶性の樹脂と非晶性の樹脂を用途に応じて使い分けすることで、樹脂材料としての最適な物性値を満足させることが可能となる。なお、樹脂の種類は、ポリプロピレンに限定されることなく、環境配慮のためにポリ乳酸に代表される生分解性プラスチックを使用しても良い。

周方向に並ぶ谷線部１０１の数は、特に限定されるものではないが、例えば、１０本未満では振動板１００全体の剛性を確保することが困難であり、１００本より多くなると、振動板１００の重量が増加して広帯域化を図れなくなる。本実施の形態では、谷線部１０１は、３６本備えており、周方向に均等に配置されている。従って、膨出部１０２も周方向に並んで３６箇所に均等に配置され、リブ１０３も谷線部１０１に対応する位置に周方向に並んで均等に配置されている。

次に、上記振動板１００を用いたスピーカ２００を説明する。図９は、実施の形態にかかる振動板を有するスピーカを示した断面図である。

同図に示すように、スピーカ２００は、電気信号を音に変換する装置であって、振動板１００と、磁気回路２０１と、フレーム２０２と、ボイスコイル体２０３と、エッジ部材２０４とを備えている。また本実施の形態の場合、振動板１００の中央部分に貫通孔１４１を覆うセンターキャップ１６０が備えられている。

磁気回路２０１は、ボイスコイル体２０３により電気信号に基づいて変化する磁束に作用する定常的な磁束を発生させる部品である。磁気回路２０１は、振動板１００の後方に位置するように構造部材であるフレーム２０２に固定され、振動板１００に対向する環状の磁気ギャップ２２１を備えている。磁気ギャップ２２１は、ボイスコイル体２０３に発生する磁束と交差する方向に定常的な磁束を発生させる空隙である。

本実施の形態の場合、磁気回路２０１は、外磁型であり、前後方向に着磁された円筒状のマグネット２１１と、マグネット２１１の振動板１００側の面に配置される円環状のトッププレート２１２と、マグネット２１１に対しトッププレート２１２と反対側に配置される円板状のベースプレート２１４と、ベースプレート２１４の中央部からトッププレート２１２の貫通孔に挿入され、トッププレート２１２との間で磁気ギャップ２２１を形成するセンターポール２１５を備えている。また、ベースプレート２１４とセンターポール２１５とは一体に形成されている。

マグネット２１１は、円形板状で中央にセンターポール２１５が挿通される貫通孔が形成されている永久磁石である。マグネット２１１は、厚み方向（前後方向）の一端がＮ極であり、他端がＳ極である。マグネット２１１の一方の極側の面には、トッププレート２１２が固定されており、他方極側の面には、ベースプレート２１４が固定されている。トッププレート２１２、マグネット２１１、ベースプレート２１４の固定方法は特に限定されるものでは無いが、本実施の形態の場合、接着剤により固定されている。なお、ネジ、リベットなどの締結部材を用いて固定されていてもよい。

トッププレート２１２、ベースプレート２１４、センターポール２１５とは、磁性体材料によって構成されている。マグネット２１１は、高い磁気エネルギーを有する例えばネオジム系マグネットなどを使用するのが好ましい。これにより、マグネット２１１の厚みを薄くでき、スピーカ２００全体の厚みを薄くすることができる。さらに、軽量化も実現することができる。

なお、スピーカ２００が備える磁気回路２０１の形式は特に限定されるものでは無く、内磁型の磁気回路２０１を採用してもかまわない。

エッジ部材２０４は、フレーム２０２に対し振動板１００を振動可能に保持する部材である。エッジ部材２０４の形状は特に限定されるものではないが、例えば、図９に示すように、中立状態では断面が半円の環状であり、半円形状が伸びることで振動板１００の振動を許容する形状を例示できる。エッジ部材２０４の材質は特に限定されるものではないが、振動板１００の振動により形状が変形しても自身の弾性力により元の形状に戻ることができるエラストマーなどを例示できる。

フレーム２０２は、スピーカ２００の構造的基礎となる構造部材であり、磁気回路２０１に固定され、振動板１００を所定の位置に配置されるように保持している。フレーム２０２は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。

ボイスコイル体２０３は、後側端部が磁気回路２０１の磁気ギャップ２２１内に配置され、前側端部が振動板１００の貫通孔１４１に挿入されコイル連結部１０４に連結される部品であり、入力される電気信号に基づき磁束を発生させ、磁気回路２０１との相互作用により前後方向に振動する部品である。

ボイスコイル体２０３の巻き軸は、中心軸９０１と一致しており、振動板１００の振動（振幅）の方向（図中Ｘ軸方向）に配置され、磁気ギャップ２２１内の磁束の方向と直交している。

本実施の形態の場合、ボイスコイル体２０３は、金属性の線材が複数回環状（円筒形状）に巻回されることにより構成されるコイルとコイルが巻き付けられるボビンとを備えている。ボビンはアルミニウムや樹脂等の材料から構成される筒状の部材であり、前側端部が振動板１００に結合され後側端部は磁気ギャップ２２１内に配置されている。なお、スピーカ２００が備えるボイスコイル体２０３は、上記に限定されるものでは無く、例えば、マイクロスピーカに使用されるようなボビンを備えないボイスコイル体２０３を用いてもかまわない。

以上説明したように、周方向に並ぶ谷線部１０１と隣り合う谷線部１０１にそれぞれ接続され谷線部１０１の間を膨出状に覆う膨出部１０２と、谷線部１０１から膨出方向と反対に突出するリブ１０３とを一体に備えた振動板１００は、振動板１００の体積の大部分を占める膨出部１０２の肉厚を１ｍｍ以下にして軽量化した場合でも、全体的な構造により高い剛性を発揮することができる。従って、当該振動板１００を用いたスピーカ２００は広帯域化、特に高域限界周波数を伸長して広帯域化することが可能となる。

また、膨出部１０２の周方向の断面形状がアーチ状であり、かつ稜線頂部１２１を備えた弓なり形状の稜線部１２２を膨出部１０２が備えることにより、振動板１００の剛性、特に中心軸９０１に沿う振動方向の剛性が向上する。従って、振動板１００の肉厚をさらに薄くし軽量化を図っても振動板１００全体の剛性を維持することができ、更なる広帯域化を図ることができる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、本実施の形態では、谷線部１０１、および膨出部１０２の稜線部１２２が共に弓なり状であり、共に頂部を備えていたが、この形状に限定されるものではなく、谷線部１０１、および膨出部１０２の稜線部１２２の少なくとも一方が、図１０に示すように、直線状であってもかまわない。

また、実施の形態では、振動板１００は、放射面に沿う谷線部１０１のみを備えていたが、さらに、周方向に沿う谷線部を備えていてもかまわない。また、谷線部が交差するように配置されていてもかまわない。

また、膨出部１０２は前方に向かって膨出し、リブ１０３は後方に向かって突出する実施の形態を説明したが、膨出部１０２が後方に向かって膨出し、リブ１０３が前方に向かって膨出するものでもかまわない。

また、隣り合う谷線部１０１の全ての間を膨出部１０２で覆う場合を説明したが、隣り合う谷線部１０１の間を平面で覆ってもかまわない。

本実施の形態の場合、振動板１００には、ダンパーが取り付けられていないが、必要に応じてダンパーを追加しても良い。ダンパーはボイスコイル体２０３とフレーム２０２、ボイスコイル体２０３と磁気回路２０１、フレーム２０２と振動板１００など、固定される部分と振動する部分との間を弾性的に接続することで、振動板１００を中心軸９０１に沿って真っ直ぐに振動させるものである。

本開示にかかる振動板、振動板ユニット、および、スピーカによれば映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、自動車等の移動体などに適用できる。

１００ 振動板
１０１ 谷線部
１０２ 膨出部
１０３ リブ
１０４ コイル連結部
１０５ エッジ連結部
１１１ 谷線頂部
１２１ 稜線頂部
１２２ 稜線部
１４１ 貫通孔
１６０ センターキャップ
２００ スピーカ
２０１ 磁気回路
２０２ フレーム
２０３ ボイスコイル体
２０４ エッジ部材
２１１ マグネット
２１２ トッププレート
２１４ ベースプレート
２１５ センターポール
２２１ 磁気ギャップ
９０１ 中心軸
９０２ 振動面

Claims (9)

1. スピーカに用いられる振動板であって、前記振動板の中心部を通過し前記振動板の振動方向に沿って延在する仮想的な軸を中心軸とし、前記中心軸を含む仮想的な面を放射面とし、前記中心軸に垂直に交差する仮想的な面を振動面とし、前記中心軸周りを周方向とした場合において、
   前記放射面に沿って延在し前記周方向に並んで配置される複数の谷線部と、
   隣り合う前記谷線部の間において前記中心軸の第一方向に向かって膨出する複数の膨出部と、
   前記第一方向とは逆の第二方向に向かって前記谷線部から突出し、前記谷線部に沿って延在するリブと
   を備える振動板。
2. 前記膨出部の稜線部は、前記放射面に沿って延在しアーチ状に湾曲する
   請求項１に記載の振動板。
3. 前記稜線部は、
   前記稜線部の外側端部を含む前記振動面の第一方向側に位置する稜線頂部と、
   前記振動面の第二方向側に位置する内側端部とを備える
   請求項２に記載の振動板。
4. 前記リブの肉厚は、前記膨出部の肉厚の２倍未満である
   請求項１から３のいずれか一項に記載の振動板。
5. 前記振動板は、１０本以上、１００本以下の範囲で選定される本数の前記谷線部を備える。
   請求項１から４のいずれか一項に記載の振動板。
6. 前記中心部を囲む様に中心軸に沿って貫通する貫通孔と、
   前記貫通孔の周縁から前記中心軸に沿って延在する筒形状のコイル連結部をさらに備え、
   前記コイル連結部の外周面に前記リブが接続される
   請求項１から５のいずれか一項に記載の振動板。
7. 前記振動板の外周縁部に配置され、第一方向側の表面が滑らかな環状のエッジ連結部をさらに備え、
   前記エッジ連結部の第二方向側に前記リブが接続される
   請求項１から６のいずれか一項に記載の振動板。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の振動板と、
   前記振動板の外周縁部に取り付けられ、所定の構造部材に対して前記振動板を振動可能に保持する環状のエッジ部材と
   を備える振動板ユニット。
9. 請求項１から７のいずれか一項に記載の振動板と、
   前記振動板の外周縁部に取り付けられる環状のエッジ部材と、
   前記エッジ部材を介して前記振動板を振動可能に保持するフレームと、
   環状の磁気ギャップを有し前記フレームに連結される磁気回路と、
   前記磁気ギャップに一端部が挿入状態で配置され、他端部が前記振動板に連結されるボイスコイル体と
   を備えるスピーカ。

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