JP3977829B2 - スピーカ用振動板及びこれを用いたスピーカ - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ、カーオーディオ、テレビ、パソコン用のコーン紙、さらにはヘッドフォンやマイクロフォン用のダイアフラムなど各種の用途に使用されるスピーカ用振動板と、この振動板を用いたスピーカに関するものである。

一般的に、スピーカのコーン紙形状と周波数特性の関係については、
１）コーン紙の頂角が浅いほど、高域の再生周波数の上限（ｆｈ）は低くなる。
２）コーン紙の頂角が深いほど、高域の再生周波数の上限（ｆｈ）は高くなる。
３）円錐状コーン紙において、カーブが直線状のいわゆるストレートコーンは剛性を有するものの、高域の再生周波数の上限（ｆｈ）付近に大きなピークが出易いので、低域用スピーカ（ウーファ）に多用される。
４）円錐状コーン紙において、カーブが付いたいわゆるカーブドコーンは、高域の再生周波数の上限（ｆｈ）を高くし、平坦な周波数特性を得やすいが、エッジ付近の剛性が低下するため、大入力用スピーカには適さず、比較的小入力の小型フルレンジスピーカに多用される。
ということが広く知られているので、スピーカ設計に際しては、低域用、高域用、フルレンジなどの用途に応じてコーン形状を選択している。

このような状況において、カースピーカのように大入力に耐えるスピーカが市場では求められているので、例えば、特許文献１（特開平９−２２４２９７号公報）においては、タンジェンシャルエッジが形成された音響変換器の振動板において、上記タンジェンシャルエッジ間の振動板上に円周方向のリブが設けられていることを特徴とする音響変換器の振動板が提案されている。

このタンジェンシャルエッジが形成された振動板とは、同特許文献中の図６にしめされるように、振動板上１１に、ボイスコイル取付部における円Ｂの接線方向に延び、その接線方向に直交する断面が略逆Ｖ字状に形成された突条のタンジェンシャルエッジ１１ａと呼ばれるリブを複数設けたもので、振動板は、このタンジェンシャルエッジ１１ａにおいて、上記接線方向に直交する方向に多少の伸縮が可能とされているので、タンジェンシャルエッジ１１ａがボイスコイルの振幅量に応じて伸縮することにより、振動板の振幅量を確保し、振動板の周縁に形成され、振動に伴う振動板の振幅量を担っていたエッジの役割を果たしている。

そして、前記特許文献１に記載の発明は、前記図６に示されたタンジェンシャルエッジが形成された振動板をさらに改良したもので、より具体的には、図４で示されているように、タンジェンシャルエッジの本数を２１本とすることによりリブが７個となるようにして作製したもので、５０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの周波数域における音圧レベルが改善されるとともに、再生可能周波数域において、略フラットな音圧レベルを示す良好な音響特性を得るものである。

一方、特許文献２（特開２０００−１７５２８９号公報）においては、パルプよりなるスピーカ用振動板は、軽量で比較的ヤング率が高いためよく使用されているが、耐水性を始めとした環境特性に難があり、インジェクション成形の樹脂よりなるスピーカ用振動板は耐水性などの環境特性は良好であるが、比重が重いために音圧レベルが低下する課題有し、いずれの場合も面厚が薄いために曲げ剛性が弱く一般的には略円錐形状とせざるを得ず、コーン形状としての高さのためにスピーカとしては薄型化に限界があり、曲げ剛性を高くするために面厚を厚くすると、スピーカ用振動板の重量が重くなり音圧レベルが低下し、さらに、入力を大きくするとスピーカ用振動板が異常共振を起こし、音圧周波数特性が乱れ、歪みが高くなるため大入力化が図れないなどといった諸問題を解決するため、金型内に充填した変性ポリフェニレンオキサイド樹脂と、ポリスチレン樹脂を混合した樹脂を発泡成形させて形成したもので、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂を型内発泡させたものであるため、剛性、耐熱温度が向上するとともに、比重も軽い優れたスピーカ用振動板が提案されている。
特開平０９−２２４２９７号公報（特許請求の範囲、図４） 特開２０００−１７５２８９号公報（特許請求の範囲）

前記の特許文献２に見られるように、スピーカのコーン形状は、先に述べた原理が存在するので、材質の検討や制動材の付加による周波数特性のコントロール、特にｆｈのピークの制御が実施されているが、いずれも別部品の追加や高価な材料などを使用すると、コスト面で解決すべき課題が残る。

また、特許文献１に記載の振動板は、その形状に対応して５０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの周波数における音圧レベルの改善は認められるものの、振動板に形成される断面がほぼＶ字状のダンジェンシャルエッジが従来のエッジの役目を果たすとは云うものの、エッジを有するスピーカに比較すると、その音響特性は必ずしも良好とは云い得ない。

本発明はかかる現状に鑑み、大入力に耐える剛性を確保することができ、高域の再生周波数上限（ｆｈ）付近のピークを抑えることができ、しかも量産性に優れたコーン形状
のスピーカ用振動板と、このスピーカ用振動板を利用したスピーカを提供せんとするものである。

前記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、
中心部に形成されたボイスコイル取付け孔から外周部に至る複数の断面がＶ字状の接線を、コーン状の振動板主体に等間隔に均等に形成するとともに、前記各々の接線で区画される各振動部に、それぞれボイスコイル取付け孔側から外周部に至る、平面視がへの字状でかつ断面が山形の稜線を形成して、ボイスコイル取付け孔側と外周側に区画するとともに、前記稜線の形成位置又は前記山形の頂部の角度を調整することによって、ボイスコイル取付け孔側の振動部と、振動板主体の外周側の振動部との傾斜角度及び／又は面積を異ならせたこと
を特徴とするスピーカ用振動板である。

また、本発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のスピーカ用振動板において、
前記振動板主体の中心部に形成されるボイスコイル取付け孔は、円形、方形、楕円形もしくは多角形であること
を特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のスピーカ用振動板において、
前記振動板主体は、全体がコーン状で、かつ外周部が円形、方形、楕円形もしくは多角形のいずれかであること
を特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれかに記載のスピーカ用振動板において、
前記稜線の外側における振動部の傾斜角度は、稜線の内側における振動部の傾斜角度よりも小さいこと
を特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の発明は、
請求項１乃至４のいずれかに記載のスピーカ用振動板において、
前記ボイスコイル取付け孔から外周部に至る稜線は、前記振動部の内側の面積が、外側の面積よりも大きくなるよう前記振動板主体に形成されていること
を特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の発明は、
請求項１乃至５のいずれかに記載のスピーカ用振動板において、
前記振動板主体に形成される接線は、断面がＶ字状であること
を特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載の発明は、
請求項１に記載のスピーカ用振動板において、
前記振動板主体は、中心部に形成される円形のボイスコイル取付け孔に接して平面視五角形状のダストキャップ装着部が形成され、このダストキャップ装着部の各頂部から外周部に至る接線を、コーン状の振動板主体に均等に形成するとともに、前記各接線で区画される振動部に、それぞれ前記頂部から外周部に至る稜線を形成し、この稜線の内側と外側の振動部の傾斜角度を異ならせたこと
を特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載の発明は、
スピーカとして、前記請求項１乃至７のいずれかに記載のスピーカ用振動板を有することを特徴とするものである。

本発明のスピーカ用振動板は、振動板主体に、中心部に形成したボイスコイル取付け孔から外周部に至る接線を均等に形成するとともに、各接線間に位置する振動部に、それぞれボイスコイル取付け孔から外周部に至る稜線を形成し、この稜線を境とする内外の振動部の傾斜角度を異ならしめたので、振動板主体の剛性を高めることができ、歪みを制御でき、高域の再生周波数上限（ｆｈ）付近のピークを抑えることができる。

また、本発明においては、振動板主体に等間隔で形成された接線間に、中心のボイスコイル取付け孔から外周部に至る、平面視がへの字状でかつ断面が山形の稜線を形成するに際し、稜線の形状、位置、稜線を境とする振動板主体の外周側の振動部面積と、ボイスコイル取付け孔よりの内周側の振動部における面積の大小、あるいは外周側の振動部の傾斜角度と、内周側の振動部の傾斜角度とを、使用しようとする振動板の口径、形状、素材などに合わせて適宜コントロールすることによって、周波数特性や歪みを簡単かつ容易に制御することができる。

また、本発明においては、振動板主体に直接付与する形態は、接線と稜線のみであるので、形状がきわめて簡単で、量産性が高く、安価にスピーカを生産することができる。

さらに、本発明のスピーカは、振動板主体に形成される、中心部のボイスコイル取付け孔から外周部に向かって均等に配置される接線間に形成される稜線の形状や位置などを適宜選択することにより、周波数特性や歪みを簡単かつ容易に制御することができる。

以下、本発明のスピーカ用振動板の好ましい実施例と、前記スピーカ用振動板を使用したスピーカの一例を、添付の図面に基づいて説明する。

図１に示すスピーカ用振動板１は、側面視が円錐状、平面視が円形の振動板あって、振動板１を構成する振動板主体２は、頂部近傍の円錐部が開口部に対して平行に切断され、中心部にボイスコイルを取付けるための円形のボイスコイル取付け孔３が形成されるとともに、外周部にはエッジを貼着するための水平に折り返された貼着部４が一体的に形成され、前記ボイスコイル取付け孔３の外周部には、同心円状に円形のダストキャップ取付け部５が形成されている。

本発明は、かかる形状の振動板主体２において、前記ダストキャップ取付け部５の外周縁５ａから接線方向に、断面がＶ字状からなる５本の接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５を外周部に至るよう当間隔で均等に形成して、計５つの区画された振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを形成する。
ついで、前記区画された各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに、図４で明らかなように、前記各接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５の基端部から外周部に至る、平面視「へ」の字状で、断面が山形の稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５をそれぞれ形成して、ボイスコイル取付け孔側と外周側に区画し、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５の内側、すなわち斜線で示されるボイスコイル取付け孔３側の振動部の傾斜角度よりも、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５の外側、すなわち、振動板主体２の外周部側に位置する振動部の傾斜角度を緩やかにしたものである。
より具体的に説明すると、図４（図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図）で明らかなように、例えば、スピーカ用振動板２０の中心線Ｌからの放射線Ｌ _１ を描いたとき、この放射線Ｌ _１ と振動部Ｄ _１ 面との間に形成される角θ _１ と、放射線Ｌ _１ と振動部Ｄ _２ 面との間に形成される角θ _２ の関係を、角θ _１ ＜角θ _２ として、振動部Ｄ_１の傾斜角度を振動部Ｄ_２の傾斜角度よりも小さく設定して、振動板主体２の外周部側に位置する振動部の傾斜角度を緩やかにしたものである。
したがって、前記角θ _１ ＜角θ _２ の範囲内において各角を変化させることによって、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５を境とする、ボイスコイル取付け孔３側の振動部の傾斜角度と、振動板主体２の外周部側に位置する振動部の傾斜角度とを自在に変化させることができる。
なお、この明細書では、前記角θ _１ と角θ _２ との間に形成される角θ、すなわち、Ｖ字状からなる５本の接線Ｔ _１ ，接線Ｔ _２ ，接線Ｔ _３ ，接線Ｔ _４ ，接線Ｔ _５ のＶ字状断面角度をコーン頂角θという。

したがって、同様に各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおける稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５のコーン頂角を、前記のように内側の斜線で示された部分のコーン角が深く、外側の部分のコーン角が浅くなるように設定することによって、従来技術の項で説明したように、高域の再生周波数上限（ｆｈ）については、深いコーン角と浅いコーン角の両方の周波数特性を有するスピーカ用振動板１を得ることができる。

なお、図１に示す実施例においては、ダストキャップ取付け部５の外周部から接線を振動板主体２の外周部に至るよう形成しているが、ボイスコイル取付け孔３の外周部から接線を形成しても同様の効果を得ることができるものである。このことは、後述の実施例においても同様である。
さらに、各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの稜線を境とする、ボイスコイル取付け孔３側の振動部の面積と振動板主体２の外周部側に位置する振動部の面積は、平面視への字状の「へ」の形状を変化させることによって簡単に変えることができるものである。

また、この実施例においては、各接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５によって、振動板主体２を合計５つの振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに区画したが、接線の数には特段の制限はなく、各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに形成する稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５の形状によって、各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおける深いコーン角と浅いコーン角の面積比率を任意に設定することによって、高域の再生周波数上限（ｆｈ）の特性を自在にコントロールすることが可能となる。

図２に示すスピーカ用振動板１０は、側面視が角錐、平面視が四角形の振動板あって、振動板１０を構成する振動板主体１１は、頂部近傍の角錐部が開口部に対して平行に切断され、中心部にボイスコイルを取付けるための円形のボイスコイル取付け孔１２が形成されるとともに、外周部にはエッジを貼着するための水平に折り返された貼着部１３が一体的に形成されたもので、前記ボイスコイル取付け孔１２の外周部には、同心円状に円形のダストキャップ取付け部１４が形成されている。

この振動板主体１１において、前記円形のダストキャップ取付け部１４の外周縁１４ａから接線方向に、４本の接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，を振動板主体１１の各コーナー部に至るよう当間隔で均等に形成して、計４つの区画された振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを形成するとともに、前記各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに、前記各接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４の基端部から外周部に至る「へ」の字状の稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，をそれぞれ形成し、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４の内側、すなわち斜線で示されるボイスコイル取付け孔１２側の振動部の傾斜角度よりも、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４の外側、すなわち振動板主体１１の外周部側に位置する振動部の傾斜角度を緩やかにしたもので、実施例１と同様の効果を奏するものである。

図３に示すスピーカ用振動板２０は、側面視が角錐、平面視が五角形の振動板あって、振動板２０を構成する振動板主体２１は、頂部近傍の角錐部が開口部に対して平行に切断され、中心部にボイスコイルを取付けるための円形のボイスコイル取付け孔２２が形成されるとともに、外周部にはエッジを貼着するための水平に折り返された貼着部２３が一体的に形成されたもので、前記ボイスコイル取付け孔２２の外周部には、五角形のダストキャップ取付け部２４が形成されている。

この振動板主体２１において、前記五角形のダストキャップ取付け部２４の外周縁２４ａから接線方向に、５本の接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５を振動板主体２１の各コーナー部に至るよう当間隔で均等に形成して、計５つの区画された振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを形成するとともに、前記各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに、前記各接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５の基端部から外周部に至る「へ」の字状の稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５をそれぞれ形成し、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５の内側、すなわち斜線で示されるボイスコイル取付け孔２２側の振動部の傾斜角度よりも、各稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５の外側、すなわち振動板主体２１の外周部側に位置する振動部の傾斜角度を緩やかにしたもので、実施例１と同様の効果を奏するものである。なお、図４は、図３に示すスピーカ用振動板２１の縦断面図である。

図５に示されるスピーカ用振動板４０は、前記実施例３におけるボイスコイル取付け孔も五角形としたもので、このボイスコイル取付け孔４２の各頂部から５本の接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５を振動板主体４１の各コーナー部に至るよう当間隔で均等に形成して、計５つの区画された振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを形成するとともに、前記各振動部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに、前記各接線Ｔ_１，接線Ｔ_２，接線Ｔ_３，接線Ｔ_４，接線Ｔ_５の基端部から外周部に至る「へ」の字状の稜線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５をそれぞれ形成したものである。なお、この実施例も、斜線で示されるボイスコイル取付け孔４２側の振動部の傾斜角度よりも、振動板主体４１の貼着部４３側に位置する振動部の傾斜角度が緩やかに形成されている。

かかる構成のスピーカ用振動板４０は、図６に示すように、センターポール５０を有するボトムプレート５１、リング状のマグネット５２、トッププレート５３からなる磁気回路を付設したフレーム５４に装着することによってスピーカＳとしたもので、１枚の振動板内に、深いコーン頂角と浅いコーン頂角の両方の周波数特性を有するスピーカＳを得ることができる。なお、図中、５５はボイスコイル、５６，５７は上下一対のダンパー、５８はエッジを示す。

図７は、図５に示すスピーカ用振動板３０において、接線や稜線などを形成しない、直径が３０ｃｍの板面が均一な傾斜面を有する従来の振動板の周波数特性図で、高域再生周波数上限（ｆｈ）の１および４００Ｈｚ付近に大きなピークと、歪み率に２つのピーク（６０Ｈｚ，５００Ｈｚ）が見られる。しかしながら、図８に示す本発明にかかるスピーカ用振動板３０（直径が３０ｃｍ）の周波数特性図においては、前記の高域再生周波数上限（ｆｈ）のピークと、２つの歪み率が抑えられ、半減（約６ｄＢ）し、改善されているのが解かる。

なお、前記の周波数特性図の基礎となった振動板は、カースピーカのサブウーファとして設計したもので、サブウーファは数百Ｈｚの周波数帯域しか使用しないスピーカではあるが、高域の再生周波数上限（ｆｈ）のピークの音は、ネットワーク（ＨＩＧＨ−ＣＵＴ ＦＩＬＴＥＲ）を通した後でも耳に付き、悪影響を与えることが解かるので、本発明においては、コーン頂角の深い部分で剛性を確保しながら、浅いコーン角度の部分で高域再生周波数上限（ｆｈ）のピークを抑えている。

前記した本発明にかかるスピーカ用振動板を構成する素材については、なんら限定がないもので、抄紙コーンプレス法、樹脂真空成形法、樹脂射出成形法など従来から使用されている手段によって、簡単かつ容易に製造することが可能なものである。

また、振動板の形状については何ら制限がないので、市場に存在する楕円形型、トラックタイプ型、多角形コーン型においても応用することは当然可能なものである。

本発明にかかるスピーカ用振動板の一例を示す平面図である。 本発明にかかるスピーカ用振動板の他の例を示す平面図である。 本発明にかかるスピーカ用振動板のさらに他の例を示す平面図である。 図３に示すスピーカ用振動板の縦断面図である。 本発明にかかるさらに他のスピーカ用振動板を用いたスピーカの平面図である。 図５に示すスピーカのＸ−Ｘ線縦断面図である。 五角形状の振動板を有する従来のスピーカの周波数特性図である。 図５に示すスピーカの周波数特性図である。

符号の説明

１，10，20，40 スピーカ用振動板
２，11，21，41 振動板主体
３，12，22，42 ボイスコイル取付け孔
Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４，Ｔ_５ 接線
Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５ 稜線
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 区画された振動部

Claims (8)

1. 中心部に形成されたボイスコイル取付け孔から外周部に至る複数の断面がＶ字状の接線を、コーン状の振動板主体に等間隔に均等に形成するとともに、前記各々の接線で区画される各振動部に、それぞれボイスコイル取付け孔側から外周部に至る、平面視がへの字状でかつ断面が山形の稜線を形成して、ボイスコイル取付け孔側と外周側に区画するとともに、前記稜線の形成位置又は前記稜線の山形の頂部の角度を調整することによって、ボイスコイル取付け孔側の振動部と、振動板主体の外周側の振動部との傾斜角度及び／又は面積を異ならせたこと
   を特徴とするスピーカ用振動板。
2. 前記振動板主体の中心部に形成されるボイスコイル取付け孔は、円形、方形、楕円形、もしくは多角形であること
   を特徴とする請求項１に記載のスピーカ用振動板。
3. 前記振動板主体は、全体がコーン状で、かつ外周部が方形、円形、楕円形、正五角形のいずれかであること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ用振動板。
4. 前記稜線の外側における振動部の傾斜角度は、稜線の内側における振動部の傾斜角度よりも小さいこと
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスピーカ用振動板。
5. 前記ボイスコイル取付け孔から外周部に至る稜線は、前記振動部の内側の面積が、外側の面積よりも大きくなるよう前記振動板主体に形成されていること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスピーカ用振動板。
6. 前記振動板主体に形成される接線は、断面がＶ字状であること
   を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスピーカ用振動板。
7. 前記振動板主体は、中心部に形成される円形のボイスコイル取付け孔に接して平面視五角形状のダストキャップ装着部が形成され、このダストキャップ装着部の各頂部から外周部に至る接線を、コーン状の振動板主体に均等に形成するとともに、前記各接線で区画される振動部に、それぞれ前記頂部から外周部に至る稜線を形成し、この稜線の内側と外側の振動部の傾斜角度を異ならせたこと
   を特徴とする請求項１に記載のスピーカ用振動板。
8. 前記請求項１乃至７のいずれかに記載のスピーカ用振動板を有すること
   を特徴とするスピーカ。

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