JP6275793B1 - スピーカ - Google Patents

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Abstract

【課題】非軸対称形状の振動板を用いつつ、高音質で信頼性の高い「スピーカ」を提供する。【解決手段】本発明のスピーカは、磁気ギャップGを有する磁気回路1と、磁気回路1に結合されたフレーム7と、磁気ギャップG内に配置されたボイスコイル2と、ボイスコイル2が巻回された円筒状のボビン3と、内周側がボビン3に結合されると共に外縁部が弾性エッジ6を介してフレームに支持された振動板5とを備えており、振動板5の外形形状はボビン3の中心を通る中心軸に関して非軸対称形の楕円形状となっている。この振動板5は、熱可塑性樹脂中に長繊維フィラーを一方向に配向させたシート状素材(熱可塑CFRPシート20)を真空成形して形成されたものであり、その長繊維フィラーの配向方向が振動板5の短軸方向と一致するように設定されている。【選択図】図1

Description

本発明は、振動板の振動によって音圧を発生するスピーカに係り、特に、トラック形状や楕円形状等の非円形な外形形状を有する振動板を用いたスピーカに関するものである。
車室内やテレビジョン受信機等においては、スピーカを設置できるスペースが大きく制限されることがあり、そのような狭い占有空間に設置可能なスピーカとして、トラック形状や楕円形状の振動板を使用したスピーカが広く知られている。
しかし、外形形状をトラック形状や楕円形状にした振動板は、外形形状を円形状にした振動板のように軸対称形状とならず、短軸方向と長軸方向を有する非軸対称形状となるため、形状剛性が偏りを持って剛性の低い部位が存在してしまう。そのため、非軸対称形状の振動板を使用したスピーカでは、振動板の非軸対称形状によって決まる固有振動モードが発生し、音声周波数特性上の重要な音声帯域にピークディップが生じて高音質にできないという課題や、大入力時の跳躍モードで振動板と一緒にボイスコイルも固有振動モードで変形して磁気ギャップに接触してしまうという課題がある。
そこで従来より、非軸対称形状にした振動板の形状剛性の低い部位を補強するために、特許文献1に記載されているように、振動板の長軸方向と短軸方向に沿ってリブ状の肉厚部を形成したり、特許文献2に記載されているように、微細化された天然繊維をスプレー塗布して補強材を形成し、これら肉厚部や補強材によって振動板の剛性を局部的に向上させるという技術が提案されている。
特開2005−223807号公報 特開2009−111802号公報
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載された従来技術では、振動板に肉厚部や補強材を形成することによって形状剛性の低下を補うようにしているため、肉厚部や補強材を追加した後の振動板に新たに撓みやすい部分が生じてしまうという問題や、振動板の総重量が増加してしまうという問題があった。
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、非軸対称形状の振動板を用いつつ、高音質で信頼性の高いスピーカを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明のスピーカは、磁気ギャップを有する磁気回路と、前記磁気回路に結合されたフレームと、磁気ギャップ内に配置されたボイスコイルと、前記ボイスコイルが巻回された円筒状のボビンと、内周側が前記ボビンに結合されると共に外縁部がエッジ部材を介して前記フレームに支持された振動板とを備え、前記振動板は前記ボビンの中心を通る中心軸に関して非軸対称形となっており、前記振動板が一方向に配向させた繊維状フィラーを含有する成型材料からなると共に、前記振動板における形状剛性の低い方向の領域において、その方向に沿って前記繊維状フィラーの配向方向が設定されているという構成にした。すなわち、前記振動板の材料剛性が均一であると仮定した場合に、この振動板は振動時の撓み量が大きくなる第1領域と撓み量が小さくなる第2領域とを有し、前記繊維状フィラーの配向方向は前記第1領域の撓み量が小さくなるように設定されるという構成にした。
このように構成されたスピーカでは、振動板が一方向に配向させた繊維状フィラーを含有する成型材料からなり、その繊維状フィラーの配向方向が形状剛性の低い方向の領域において、その方向に沿って設定されているため、わざわざ肉厚部や補強材を追加しなくても振動板における形状剛性の低い部位が補強され、振動板の重量増加を抑えつつ振動時の撓み量の偏りを抑えることができる。したがって、非軸対称形状の振動板を用いたスピーカであるのにもかかわらず、音質を向上させることができると共に信頼性を高めることができる。
上記の構成において、振動板はボビンの中心を通る中心軸に関して非軸対称形であれば、どのような外形形状であっても良いが、振動板の外周縁がトラック形状または楕円形状であると共に、ボイスコイルが振動板の中心部に結合されているスピーカにあっては、繊維状フィラーの配向方向が振動板の短軸方向に沿うように設定されていることが好ましい。
また、上記の構成において、振動板は熱可塑性樹脂中に繊維状フィラーを一方向に配向させたシート状素材であることが好ましく、このようなシート状素材を用いると機械的特性に優れた振動板を安価に作製することができる。
この場合において、振動板はシート状素材をプレス成形や圧空成形して形成することも可能であるが、振動板がシート状素材を真空成形することによって形成されたものであると、所望形状の振動板を容易に作製することができる。
本発明のスピーカによれば、非軸対称形状の振動板を用いたのにもかかわらず、音質を向上させることができると共に信頼性を高めることができる。
本発明の実施形態例に係るスピーカの平面図である。 図1のII−II線に沿う断面図である。 図1のIII−III線に沿う断面図である。 図1のスピーカに備えられる振動板の製造工程を示す説明図である。
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図1〜図3に示すように、本発明の実施形態例に係るスピーカは、磁気ギャップGを有する磁気回路1と、磁気ギャップGに配置されて通電時に電磁相互作用で駆動されるボイスコイル2と、ボイスコイル2が巻回された円筒状のボビン3と、ボビン3の上部開口を塞ぐキャップ4と、ボビン3に連動して振動する振動板5と、振動板5の外周縁をエッジ部材6を介して弾性的に支持するフレーム7と、フレーム7とボビン3の上端部との間に介設されたダンパー8とによって主に構成されている。
磁気回路1は、センターポール9aを有するボトムプレート9と、ボトムプレート9上に載置された円環状のマグネット10と、マグネット10を挟んでボトムプレート9に積層・一体化された円環状のトッププレート11とによって構成されており、センターポール9aの外周面とトッププレート11の内周面との間に磁気ギャップGが形成されている。
振動板5は外形形状を楕円形にした非円形振動板であり、その中央部がボビン3の上端部に接着固定されている。すなわち、この振動板5はボビン3の中心を通る中心軸に関して非軸対称形となっているため、その非軸対称形によって形状剛性が偏りを持っており、本実施形態例で用いられている振動板5は長軸方向に比べて短軸方向の強度が弱いものとなっている。
エッジ部材6は軟質ゴム等の柔軟性に富む材料からなり、このエッジ部材6は振動板5の外周縁に接着等の手段を用いて一体化されている。また、振動板5の内周縁とフレーム7との間にダンパー8が介設されており、このダンパー8によって振動板5はボビン3の軸線方向に沿って振動するようにフレーム7に支持されている。
このように構成されたスピーカでは、ボイスコイル2から導出する図示せぬリード線に音声信号が入力されると、ボイスコイル2に電流が流れて電磁駆動力が作用するため、フレミングの左手の法則に基づいてボビン3が磁気ギャップG内を軸線方向に沿って上下動し、それに伴って振動板5が振動して音声を発生するようになっている。
ここで、振動板5はポリアミド系樹脂やポリアミド系樹脂等の熱可塑性樹脂中に繊維状フィラーを一方向に配向させたシート状素材からなり、本実施形態例においては、ナイロン6樹脂中に長繊維(例えば長さ4mm〜12mmの炭素繊維)フィラーを一方向に配向させた熱可塑CFRPシート(N6/CF20%)が用いられている。詳細については後述するが、振動板5はこの熱可塑CFRPシートを真空成型することによって形成され、その際、長繊維フィラーの配向方向が振動板5における形状剛性の低い方の領域に沿うように設定されている。本実施形態例では、振動板5の形状剛性が短軸方向に沿って弱いものとなっているため、図1の矢印で示すように、長繊維フィラーの配向方向が振動板5の短軸方向に沿うように設定されている。すなわち、振動板5の材料剛性が均一であると仮定した場合に、振動板5は振動時の撓み量が大きくなる第1領域が短軸方向に現れ、撓み量が小さくなる第2領域が長軸方向に現れる。そして、繊維状フィラーの配向方向はその第1領域の撓み量が小さくなるように短軸方向に沿うように設定されている。
このような振動板5を真空成形する製造工程について図4を参照して説明すると、まず、図4(a)に示すように、熱可塑CFRPシート20を図示せぬヒータで加熱して軟化させた後、その状態のまま熱可塑CFRPシート20を金型21に向けて下降させる。このとき、熱可塑CFRPシート20に含有されている長繊維フィラーの配向方向が真空成形後の振動板5の短軸方向と一致するように、熱可塑CFRPシート20を金型21に載置する必要がある。
次いで、図4(b)に示すように、真空ポンプ22を作動させて熱可塑CFRPシート20と金型21間の空気を真空に引き、熱可塑CFRPシート20と金型21を密着させる。しかる後、熱可塑CFRPシート20を冷却・固化して金型21から取り出し、この熱可塑CFRPシート20の外周縁と中心部を型抜きすることにより、図4(c)に示すように、外形形状を楕円形にした非軸対称形の振動板5を作製することができる。
以上説明したように、本実施形態例に係るスピーカでは、振動板5がボビン3の中心を通る中心軸に関して非軸対称形の楕円形状となっており、この振動板5が熱可塑性樹脂中に長繊維フィラーを一方向に配向させたシート状素材(熱可塑CFRPシート20)からなると共に、その長繊維フィラーの配向方向が振動板5の短軸方向と一致するように設定されているため、振動板5における形状剛性の低い部位の機械的強度を長繊維フィラーの配向方向によって補強することができる。したがって、振動板5に肉厚部や補強材をわざわざ追加する必要がなくなり、振動板5の重量増加を抑えつつ振動時の撓み量の偏りを抑えることができるため、非軸対称形状の振動板5を用いたスピーカであるのにもかかわらず、音質を向上させることができると共に信頼性を高めることができる。
また、本実施形態例に係るスピーカでは、シート状素材(熱可塑CFRPシート20)から振動板5を得る成型方法として、熱可塑CFRPシート20を金型21に密着させて真空ポンプ22で真空に引くという真空成形を用いているため、金型21の型費を含めた成形コストが安くて済み、所望形状の振動板5を容易に作製することができる。
なお、上記実施形態例では、外形形状が楕円形の振動板5を用いた場合について説明したが、振動板5の外形形状は楕円形に限定されるものではなく、例えばトラック形状や多角形状の振動板、あるいはボイスコイル(ボビン)を振動板の中心部から偏倚した位置に配置したオブリコーンと呼ばれる振動板等、ボビンの中心を通る中心軸に関して非軸対称形であれば良い。
また、上記実施形態例では、外形形状が楕円形の振動板5の短軸方向に沿うように長繊維フィラーの配向方向を設定しているが、振動板5における形状剛性の偏りは外形形状のみによって決まるわけではなく、ボビン3側の内周縁からエッジ部材6側の外周縁に至る湾曲形状を含む全体的な形状によって決まるため、使用する振動板の全体形状によって決まる形状剛性の低い領域が例えば長軸方向である場合は、その振動板の長軸方向に沿って長繊維フィラーの配向方向を設定する必要がある。
また、上記実施形態例では、シート状素材(熱可塑CFRPシート20)から振動板5を作製する手段として真空成形を用いた場合について説明したが、加熱軟化させたシート状素材を金型に加圧して所望形状に成型する圧空成形や、加熱軟化させたシート状素材を上型と下型で挟み込んで所望形状に成型するプレス成形を用いて、シート状素材から振動板を作製することも可能である。
1 磁気回路
2 ボイスコイル
3 ボビン
4 キャップ
5 振動板
6 エッジ部材
7 フレーム
8 ダンパー
9 ボトムプレート
9a センターポール
10 マグネット
11 トッププレート
20 熱可塑CFRPシート(シート状素材)
21 金型
22 真空ポンプ
G 磁気ギャップ

Claims (5)

  1. 磁気ギャップを有する磁気回路と、前記磁気回路に結合されたフレームと、磁気ギャップ内に配置されたボイスコイルと、前記ボイスコイルが巻回された円筒状のボビンと、内周側が前記ボビンに結合されると共に外縁部がエッジ部材を介して前記フレームに支持された振動板とを備え、
    前記振動板は前記ボビンの中心を通る中心軸に関して非軸対称形となっており、前記振動板が一方向に配向させた繊維状フィラーを含有する成型材料からなると共に、前記振動板における形状剛性の低い方向の領域において、その方向に沿って前記繊維状フィラーの配向方向が設定されていることを特徴とするスピーカ。
  2. 請求項1の記載において、前記振動板の外周縁がトラック形状または楕円形状であると共に、前記ボイスコイルが前記振動板の中心部に結合されており、前記繊維状フィラーの配向方向が前記振動板の短軸方向に沿うように設定されていることを特徴とするスピーカ。
  3. 請求項1または2の記載において、前記振動板は熱可塑性樹脂中に前記繊維状フィラーを一方向に配向させたシート状素材からなることを特徴とするスピーカ。
  4. 請求項3の記載において、前記振動板は前記シート状素材を真空成形することによって形成されたものであることを特徴とするスピーカ。
  5. 請求項1の記載において、前記振動板における形状剛性の低い領域が長軸方向である場合は、その長軸方向に沿って前記繊維状フィラーの配向方向が設定され、前記振動板における形状剛性の低い領域が短軸方向である場合は、その短軸方向に沿って前記繊維状フィラーの配向方向が設定されていることを特徴とするスピーカ。
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