JP4957458B2 - ボイスコイル及びスピーカ - Google Patents

Description

本発明は、ボビンとコイルで構成されるボイスコイル及びこのボイスコイルを有するスピーカに関する。

動電型のスピーカは、ボビンの周囲に巻かれたコイルに流れる電流の変化によってボビンが振動し、その振動が振動板に伝達される。そのため、ボイスコイルのボビンを形成する材料としては、軽量で強度が高く、振動を振動板により伝達させやすい材料を選択するのが好ましい。従来のボビンとしては、クラフト、アルミニウム、アラミド繊維、ポリイミド等の様々な材料が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の材料、例えば、クラフトを用いた場合は、軽量で中高域の音圧は高いが、ボビンの強度が不足するため、高域の歪み感を感じる場合がある。また、音の伝搬速度も比較的遅い。アルミニウムを用いた場合は、クラフトに比べて強度は高くなり音の伝搬速度も速い。しかしながら、磁気による制動がかかるため、低域の歯切れがあまり良くない場合がある。また、クラフトに比べて比重が大きいため、中高域の音圧が低下する場合がある。

アラミド繊維を用いた場合は、比重が大きいため、低域用としては好ましいが、フルレンジや中高音用のスピーカには不適である。また、ポリイミドを用いた場合も比重が大きいため、ボビンの厚みを薄くして軽量にする必要があるが、厚みを薄くするとボビンの強度が不足するため、高域共振が発生する場合がある。

このように、従来から用いられる材料には、それぞれ一長一短があり、高い伝搬速度を持ち、軽量で、強度が強く、且つ振動を高能率で伝達可能なボイスコイル及びスピーカは得られていない。
特開２００２−３００６９７号公報

上記問題点を鑑み、本発明は、高い伝搬速度を持ち、軽量で、強度が強く、振動を高能率で伝達可能なボイスコイル及びスピーカを提供する。

上記目的を達成するために、本願発明の態様によれば、天然木を所定の厚さにスライスした木製シートで形成したボビンと、ボビンの外周を取り巻くコイルとを備え、前記ボビンが、コイルの巻回方向に対して略垂直に繊維方向を有することを特徴とするボイスコイルが提供される。

本願発明の他の態様によれば、天然木を所定の厚さにスライスした木製シートで形成したボビンと、ボビンの外周を取り巻くコイルと、ボビンの一端に接続された振動板と、コイルに磁気的に接続された磁気回路とを備え、前記ボビンが、コイルの巻回方向に対して略垂直に繊維方向を有することを特徴とするスピーカが提供される。

本発明によれば、高い伝搬速度を持ち、軽量で、強度が強く、振動を高能率で伝達可能なボイスコイル及びスピーカが提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

−スピーカ−
本発明の実施の形態に係るスピーカは、例えば図１に示すように、前面にユニット装着口を有するキャビネット１と、ユニット装着口２に装着されたスピーカユニット１０を備える。

キャビネット１は、例えばバスレフ型で木製の箱体等が利用可能である。図１では、１ウェイ構造のフルレンジ型のスピーカを例示しているが、トゥイータ、ミッドレンジ、ウーファなどをキャビネット１に搭載し、２〜５ウェイ構造のスピーカとしても構わない。

スピーカユニット１０は、図２に示すように、振動板１２、振動板１２を収納するフレーム１１、振動板１２に接続されたボイスコイル２０、フレーム１１の下部においてボイスコイル２０に磁気的に接続された磁気回路３０を備える。

振動板１２は、図２に示すように、断面がコーン（円錐）形状を有しており、中心に開口部１８が設けられている。開口部１８には、ボイスコイル２０への異物の侵入を防ぐためのダストキャップ１４が取り付けられている。振動板１２の外周部は、全周に渡ってゴムエッジ等の連結部材１３が取り付けられており、ガスケット等を介して、振動板１２を収納するフレーム１１に固定されている。振動板１２の内周部は、接着剤等によってボイスコイル２０の外周部に接着されている。ダンパー１９は、ボイスコイル２０とフレーム１１の内側とに接続されている。ボイスコイル２０からは錦糸線１５が引き出されている。錦糸線１５は、フレーム１１に取り付けられたターミナル１７に接続されている。

磁気回路３０は、振動板１２と対向するヨーク３１、ヨーク３１に隣接して設けられたドーナツ状のマグネット３２、３３、マグネット３２上に配置されたトッププレート３４、ヨーク３１のセンターポールの上部に設けられた銅キャップ３７、センターポールの周囲を取り巻くように配置されたショートリング３６を備える。トッププレート３４とヨーク３１のセンターポールとの間の磁気ギャップ３５には、ボイスコイル２０が遊嵌されている。

−ボイスコイル−
ボイスコイル２０は、図３に示すように、円筒状の木製のボビン２１と、ボビン２１の外周を取り巻くコイル２２と、コイル２２から引き出された錦糸線１５、１６を備える。ボビン２１は、振動の伝達方向、即ち、コイル２２の巻回方向に対して略垂直方向に繊維方向を有する木製シートで形成されるのが望ましい。木製シートは繊維質であり、繊維方向の伝搬速度が繊維方向と直角な方向に比べて高い値を示すため、振動の伝達方向と繊維方向とを一致させることにより、ボイスコイル２０の振動が、振動板１２により伝わりやすくなる。

ボビン２１の厚さＴは、使用する木材の導管や木質細胞の大きさ等に応じて変更できるが、筒状に加工する際に繊維方向に割れ目を生じる場合もあるため、筒状に加工する場合の強度を考慮すると、例えば、０．０６〜０．６ｍｍ程度とするのが好ましい。なお、木製シートの変形及び割れを抑制するために、木製シートの内部及び表面には、樹脂、潤滑剤等を含ませておくのが好ましい。

但し、材料として天然木のみを用いた場合は、強度、成形性、形状安定性が十分得られない場合もある。その場合は、ボビン２１の内周面となる木製シートの裏側に厚さ０．０３〜０．１ｍｍ程度の補強シートを貼り合わせても良い。補強シートは、木製シートの裏面全面に貼り合わせてもよいし、強度が必要な部分に部分的に貼り合わせてもよい。補強シートとしては、例えば、和紙、クラフト紙等が好適である。

木製シートの材料としては、例えば、導管密度が均一で小さい、導管が短い、木繊維質が長い、夏目の成長が遅い等の条件に加えて、成形加工のし易さや音響特性等の各条件を満たす天然木が好ましい。例えば、マカバ、ダケカンバ等のカバ系材、ホウノキ材、イタヤカエデ等のカエデ系材や、ハードメープル等のメープル系材、チェリーなどを好適に用いることができる。木製シートは、丸太、材木などを所定の厚さにスライス加工することにより得られる。

コイル２２としては、例えば銅製の電線が使用できる。コイル２２はボビン２１の周囲を紙面水平方向に複数層にとり巻いている。

図３に示すボイスコイル２０を作製する場合は、図４に示すように、紙面垂直方向に繊維方向を有する矩形の木製シート２３を用意する。そして、図５に示すように、木製シート２３を筒状に丸めてボビン２１を作製し、ボビン２１の周囲に一定の巻き幅、層数でコイル２２を取り巻いて、錦糸線１５、１６をコイル２２から引き出せば良い。

このように、本発明の実施の形態に係るボイスコイル２０によれば、ボビン２１が木製シートで形成される。木製シートは、繊維方向の音の伝搬速度が非繊維方向に比べて速いため、繊維方向と音の伝搬方向とを一致させることにより、振動をより効率的に振動板１２に伝えやすくすることができる。更に、木製シートは、繊維方向にアルミニウム並の伝搬速度（約５０００ｍ／ｓ）を有するため、アルミニウム並の応答性を実現でき、磁界による制動をうけることもないので、ボイスコイル２０の振動をより忠実に振動板に伝えることができる。更に、木製シートは、紙、アラミド繊維、ポリイミド等の従来材料に比べても、伝搬速度、重量、強度、振動伝導性等のあらゆる面において優れた特性を備えるため、従来の材料では表現できなかった音が再生可能となる。

図６は、本発明の実施の形態に係るボイスコイル２０を備えるスピーカを、周波数１３ｋＨｚ（１３０００Ｈｚ）で動作させた場合の振動の様子のシミュレーション結果の概略図である。図６の等高線を見れば明らかなように、振動板１２の外周部付近の振動は０．４５×１０^-8ｍ程度であり、振動板１２の全体にボイスコイル２０の振動がよく伝わっていることが分かる。

図７は、本発明の実施の形態に係るスピーカを、ターンテーブル（図示省略）上に載せ、ターンテーブルの中心から半径１ｍ離れたところでマイクロホンにより音響出力特性を評価した結果の概略を示す。図７に示すように、スピーカの前面（ｙ軸方向）の音圧レベルは約４０ｄＢ程度であるが、スピーカの背面においても、１６ｄＢ程度の高い音圧レベルを維持できていることが分かる。

図８は、本発明の実施の形態に係るスピーカの表面音圧分布のシミュレーション結果の概略を示す。図８から分かるように、キャビネット１前面の中心部は、８０ｄＢ程度の高い音圧レベルを示し、スピーカ前面の周辺部も４０ｄＢ程度の音圧レベルを維持できていることが分かる。

一方、図９に、比較例として、本発明の実施の形態に係るスピーカと同一条件で、従来のクラフト紙を用いた場合のボイスコイル４０及び振動板４２の振動の様子を示す。振動板から伝わる振動の大きさは、０．５×１０^-9ｍ程度であり、図６の本発明の実施の形態に係るスピーカに比べて大きく劣っていることが分かる。また、図１０及び図１１に示す比較例の結果を見ても、図７及び図８に示す場合（本発明）に比べて音響出力は低く、中心付近のみしか音圧レベルが上がっていないことが分かる。

図１２は、本発明の実施の形態に係るスピーカと比較例のスピーカとの音圧周波数特性のシミュレーション結果の比較を示す。図１２から分かるように、比較例では、１３０００Ｈｚ周辺に大きな落ち込みが見られるが、本発明の実施の形態に係るスピーカでは、どの周波数域においても音圧レベル（ＳＰＬ値）を高く維持できていることが分かる。

図１３は、スピーカユニット１０中心部の音速のシミュレーション結果を示す。本発明の実施の形態に係るスピーカでは、１００００〜２００００Ｈｚの周波数域において９０ｄＢ程度の高い値を示すが、比較例においては、１３０００Ｈｚ周辺に大きな落ち込みが見られることが分かる。

図１４は、本発明の実施の形態に係るスピーカを用いた場合、図１５は比較例としてのスピーカを用いた場合の周波数特性を示す。図１４と図１５を比較すると、比較例としての図１５には、１３ｋＨｚ付近に落ち込みが見られるのに対し、図１４に示す本発明の実施の形態に係る例では、その落ち込みが改善されていることが分かる。

このように、本発明の実施の形態に係るボイスコイル及びスピーカによれば、木製のボビン２１が用いられるため、高い伝搬速度を持ち、軽量で、強度が強く、且つ振動を高能率で伝達可能であるため、今まで再現できなかった音を再現することができる。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図１〜図１５に示すスピーカでは、コーン形状の振動板１２を例に説明したが、ドーム形状の振動板にも、同様な構成を適用可能であることは勿論である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論であり、その要旨を逸脱しない範囲で種々の改変を施すことができる。

本発明の実施の形態に係るスピーカを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカユニットの断面図である。 本発明の実施の形態に係るボイスコイルを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るボイスコイルの製造方法の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るボイスコイルの製造方法の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカの振動の様子を示すシミュレーション結果の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカの音響出力特性を示すシミュレーション結果の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカの表面音圧分布のシミュレーション結果の例を示す説明図である。 比較例のスピーカの振動の様子を示すシミュレーション結果の例を示す説明図である。 比較例のスピーカの音響出力特性を示すシミュレーション結果の例を示す説明図である。 比較例のスピーカの表面音圧分布のシミュレーション結果の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカと比較例のスピーカとの音圧周波数特性のシミュレーション結果の比較を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカユニット中心部の音速のシミュレーション結果の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るスピーカの周波数特性の例を示す説明図である。 比較例のスピーカの周波数特性の例を示す説明図である。

符号の説明

１…キャビネット
２…ユニット装着口
１０…スピーカユニット
１１…フレーム
１２…振動板
１３…連結部材
１４…ダストキャップ
１５、１６…錦糸線
１７…ターミナル
１８…開口部
１９…ダンパー
２０…ボイスコイル
２１…ボビン
２２…コイル
３０…磁気回路
３１…ヨーク
３２、３３…マグネット
３４…トッププレート
３５…磁気ギャップ
３６…ショートリング
３７…銅キャップ
４０…ボイスコイル
４２…振動板

Claims (10)

1. 天然木を所定の厚さにスライスした木製シートで形成したボビンと、
   前記ボビンの外周を取り巻くコイルと、
   を備え、
   前記ボビンが、コイルの巻回方向に対して略垂直に繊維方向を有することを特徴とするボイスコイル。
2. 前記木製シートの厚さが０．０６〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のボイスコイル。
3. 前記ボビンが、前記木製シートの裏面に貼り付けられた補強シートを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のボイスコイル。
4. 前記補強シートは紙であることを特徴とする請求項３に記載のボイスコイル。
5. 前記補強シートの厚さが０．０３〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項３または４に記載のボイスコイル。
6. 天然木を所定の厚さにスライスした木製シートで形成したボビンと、
   前記ボビンの外周を取り巻くコイルと、
   前記ボビンの一端に接続された振動板と、
   前記コイルに磁気的に接続された磁気回路と、
   を備え、
   前記ボビンが、コイルの巻回方向に対して略垂直に繊維方向を有することを特徴とするスピーカ。
7. 前記木製シートの厚さが０．０６〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のスピーカ。
8. 前記ボビンが、前記木製シートの裏面に貼り付けられた補強シートを備えることを特徴とする請求項６または７に記載のスピーカ。
9. 前記補強シートは紙であることを特徴とする請求項８に記載のスピーカ。
10. 前記補強シートの厚さが０．０３〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項８または９に記載のスピーカ。

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