JP6918132B2 - ヒートシンクとしての無指向性音響デフレクタ - Google Patents

Description

本開示は、放熱電子部品のためのヒートシンクとしても機能する音響デフレクタに関する。

下記のすべての例及び特徴は、技術的に可能な任意の方法で組み合わせることができる。

一態様では、無指向性音響デフレクタは、実質的に円錐形の外側表面と、外側表面と反対側の内側表面とを有する音響反射体を含む。内側表面は、第１の電子部品に結合されるように構成されている領域を画定し、その結果、熱が第１の電子部品から音響反射体の外側表面に伝達される。

実装形態は、以下の特徴のうちの１つ、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。

いくつかの実装形態では、音響反射体は、５０Ｗ／ｍ−Ｋ以上（例えば、９６Ｗ／ｍ−Ｋ）の熱伝導率を有する材料で形成される。

特定の実装形態では、この無指向性音響デフレクタは、音響反射体に取り付けられてそれと共に音響空洞を形成するプレートを含む。プレートは、不規則な表面を有する。

いくつかの例では、プレートは音響シールを形成するように音響反射体に取り付けられる。

特定の例では、不規則な表面は、第２の電子部品を収容するように配置されている。

いくつかの場合において、不規則な表面は、音響空洞内に延在するプレートの第１の側面に沿った特徴部を含む。

特定の場合において、この特徴部は、音響空洞の反対側のプレートの第２の側面に沿って第２の電子部品の配置に適応するように配置されている隆起を含む。

いくつかの実装形態では、実質的に円錐形の外側表面は、音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されるように構成されており、音響反射体は、音響ドライバの運動軸を中心とするように構成されている上面を含む切頭円錐形状を有する。音響反射体は、音響空洞内に延在する上面に開口部を有し、音響ドライバからの音響エネルギーが音響空洞内に入ることを可能にする。

特定の実装形態では、音響反射体の内側表面は、第１の電子部品に接触するための領域を含む突起を画定する。

別の態様では、スピーカシステムは音響エンクロージャと、音響エンクロージャに連結された音響ドライバと、音響ドライバに電力を供給するための回路と、無指向性音響デフレクタと、を含む。この無指向性音響デフレクタは、音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されるように構成されている実質的に円錐形の外側表面と、外側表面の反対側の内側表面とを有する音響反射体を含む。内側表面は、回路の第１の電子部品に結合されるように構成されている領域を画定し、その結果、熱が第１の電子部品から音響反射体の外側表面に伝達される。

実装形態は、上記及び／又は下記の特徴のうちの１つ、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

いくつかの実装形態では、スピーカシステムは、無指向性音響デフレクタに結合されてそれらの間にコンパートメントを形成するように構成されている基部を含む。

特定の実装形態では、音響反射体は、基部を無指向性音響デフレクタに取り付けるための１つ以上の装着ポストを画定する。

いくつかの例では、回路は、コンパートメント内に配置されている。

特定の例では、スピーカシステムは、回路に電力を供給するためにコンパートメント内に配置された電池パックを含む。

場合によっては、基部は、無指向性音響デフレクタとの水密シールを形成する。

特定の場合において、無指向性音響デフレクタは、第１のテーパを有する周縁部を含み、基部は、第１のテーパと嵌合して音響シールを形成するように構成されている第２のテーパを有する周縁部を含む。

いくつかの実装形態では、領域は、熱界面材料を介して第１の電子部品に結合される。

特定の実装形態では、熱界面材料は、少なくとも１Ｗ／ｍ−Ｋ（例えば、約３Ｗ／ｍ−Ｋ）の熱伝導率を有する。

いくつかの例では、熱界面材料は、第１の電子部品と音響反射体との間で約２５％〜約７５％圧縮される。

特定の例では、音響ドライバは、強制対流冷却に寄与する無指向性音響デフレクタの外側表面に沿って交互気流を提供する。

いくつかの場合では、音響エンクロージャは、音響ドライバによって提供される音響エネルギーによって駆動されるように構成された１対のパッシブラジエータを含み、その結果、パッシブラジエータは、音響エンクロージャの振動を最小限にするために、互いに音響的に位相をなして、かつ互いに機械的に位相を異にして駆動される。

特定の場合において、音響反射体は、実質的に円錐形の外側表面が音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されるように、音響反射体を音響ドライバに結合するための脚部を備える。

スピーカシステムの斜視図である。 スピーカシステムの断面図である。 図１Ａのスピーカシステムからの音響アセンブリの斜視図である。 図２の音響アセンブリからのデフレクタサブアセンブリの断面図である。

無指向性スピーカシステムには、複数の利益が知られている。これらの利益としては、スピーカシステムが部屋内の壁などの境界の近くに配置されたときの、反射に起因した、より空間的な音像が挙げられる。別の利点は、最適な高周波カバレッジを達成するためにスピーカシステムを特定の方向に配向する必要がないことである。この第２の利点は、スピーカシステム及び／又は聴取者が移動し得るモバイルスピーカシステムにとって非常に望ましい。

本開示は、このような無指向性スピーカシステムの受動音響部品（例えば、音響デフレクタ）がまた、スピーカシステム内にパッケージ化された発熱電子部品から熱を奪うためのヒートシンクとして別の目的を果たすこともできるという認識に基づいている。音響ドライバの通常動作によって生成される交互（ａ／ｃ）気流を使用して、受動音響部品の強制対流冷却を提供することができ、それにより、発熱電子部品からの熱伝達を更に向上させることができる。

以下に記載される例では、音響デフレクタは、電子機器及び電池パッケージ（例えば、リチウムイオン電池）を収容する密閉された容積の上壁を形成する。電子機器は、電池パッケージのためのオーディオ増幅器及び充電制御回路などの、発熱部品を含むことができる。この熱発生は、密閉された容積において望ましくない熱条件をもたらし得る。リチウムイオン電池は、特に、限定された動作範囲に供されるため、熱は、その中の熱条件を改善するために、容積から効率的に伝達される必要がある。

音響デフレクタを熱伝導性材料から作製し、音響デフレクタを発熱部品（複数可）と接触させて配置することにより、エンクロージャ容積からの熱の伝導が改善される。加えて、デフレクタは、音響デフレクタの冷却効果に寄与する交互気流の供給源として作用する音響ドライバに隣接して存在する。

図１Ａ及び図１Ｂは、音響アセンブリ１０４と、ハウジング１０２の上端を密閉して物理的ユーザインターフェース１０８を提供する上部キャップ１０６とを収容する、実質的に円筒形のスリーブの形態の外側ハウジング１０２を含むスピーカシステム１００の斜視図及び断面図をそれぞれ示す図である。ハウジング１０２は、音響アセンブリ１０４からの音響エネルギーがそこを通過することを可能にする複数の穿孔を含む。

図１Ｂ及び図２を参照すると、音響アセンブリ１０４は、音響サブアセンブリ１１０及びデフレクタサブアセンブリ１１２から構成されている。音響サブアセンブリ１１０は、垂直音響エンクロージャ１１６に固定された単一のダウンワードファイアリング音響ドライバ１１４を含む。１対のパッシブラジエータ１１８は、エンクロージャ１１６の対向する側壁上に配置されている。パッシブラジエータ１１８は、音源（図示せず）からの音声信号によって駆動されるように構成されており、その結果、パッシブラジエータ１１８は、エンクロージャ１１６の振動を最小限にするために、互いに音響的に位相をなして、かつ互いに機械的に位相を異にして駆動される。

音響ドライバ１１４の上方の領域内及びエンクロージャ１１６の内側の容積は、パッシブラジエータ１１８によって「密閉」して、音響チャンバを画定する。パッシブラジエータ１１８のダイアフラムは、音響ドライバ１１４の動作によって生じる音響チャンバ内の圧力変化によって駆動される。

デフレクタサブアセンブリ１１２は、無指向性音響デフレクタ１２０と、底部キャップ（ａ／ｋ／ａ基部１２２）とを含み、これらは共に結合されて、電子機器を収容するコンパートメント１２４を形成し、スピーカシステム１００に電力を供給する。電子機器は、電池パッケージ１２８と、電池パッケージ１２８に装着された複数の電子部品を含むプリント回路基板１３０とを含む。電子部品１３０は、とりわけ、増幅器チップ及び電池充電器チップを含む。しかしながら、電池パッケージ１２８は、比較的低い温度限界を有してもよい。例えば、場合によっては、電池パッケージ１２８は、充電中に摂氏約５２度、充電されていないとき摂氏約７０度の温度限界を有する。以下で論じられるように、コンパートメント１２４からの熱伝達を支援して、電池パッケージ１２８のより好適な熱条件を提供するために、音響デフレクタ１２０は、高熱伝導率材料から形成され得る。

無指向性音響デフレクタ１２０は、エンクロージャ１１６が取り付けられる４つの垂直脚部１３２（ａ／ｋ／ａ「取付支柱」）を有する。音響ドライバ１１４によって生成された音響エネルギーは下向きに伝搬し、音響デフレクタ１２０の音響反射体１３４によって公称水平方向に偏向される。

４つの実質的に矩形の開口部１３６が存在する。各開口部１３６は、エンクロージャ１１６、音響デフレクタ１２０、及び１対の垂直脚部１３２によって画定される。これら４つの開口部１３６は、水平方向に伝播する音響エネルギーを通す音響開口である。所与の方向における音響エネルギーの伝播は、例えば、回折による伝播音響エネルギーの拡散を含むことを理解されたい。

図示した音響デフレクタ１２０は、音響ドライバ１１４の運動軸に対して中心（すなわち同軸）になるように構成されている、公称切頭円錐形状を有する。他の例では、円錐の基部と頂点との間の円錐状の外側表面の傾き（ａ／ｋ／ａ「円錐軸」）は一定ではない。例えば、外側表面は、放物線状プロファイル又は旋回の切頭双曲面によって記述されるプロファイルなどの非線形の傾斜プロファイルを有してもよい。特に、音響デフレクタ１２０の本体は、金属などの熱伝導性材料（例えば、少なくとも５０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する材料）で作製される。場合によっては、本体は、９６Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する鋳造アルミニウムＡ３８０で形成される。

図３を参照すると、本体１３４の内側表面は、熱が電子部品（複数可）から音響反射体１３４の外側表面に伝達されるように、放熱電子部品（例えば、増幅器チップ及び／又は電池充電器チップ）のうちの１つ以上を直接的又は間接的に接触させるための１つ以上の突出部２００（１つを図示）を画定する。図示した実装形態では、突出部２００は、熱界面材料（例えば、熱伝導性パッド２０４）を介して第１の電子部品２０２に結合される。場合によっては、熱伝導性パッド２０４は、圧縮性熱伝導性材料で形成される。圧縮性材料の使用は、空隙を排除するのに役立つ寸法公差に適応するのに役立つ。いくつかの場合では、熱界面材料は、第１の電子部品２０２と音響反射体１３４との間で約２５％〜約７５％圧縮される。好ましくは、熱伝導性パッド２０４は、少なくとも約１Ｗ／ｍ−Ｋ、好ましくは少なくとも約３Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。好適な熱パッドは、Parker Chomerics（Woburn,MA）から、商品名ＴＨＥＲＭ−Ａ−ＧＡＰ（商標）Thermally Conductive Gap Filler Padsで入手可能である。

熱は、電子部品（複数可）（例えば、第１の電子部品２０２）から音響反射体１３４の外面まで伝導される。音響ドライバ１１４の通常動作は、音響反射体１３４の対流冷却に寄与する外側表面に沿った交互（ａ／ｃ）気流を提供する。この対流及び伝導熱伝達により、電池パッケージ１２８に好適な熱条件を提供するために、コンパートメント１２４から十分な熱が除去される。

更に図３を参照すると、プレート２０６は、音響反射体１３４に（例えば、ねじ山形成ねじを介して）取り付けられて、それと共に音響空洞２０８を形成する。気密シールを確実にするのを助けるために、プレート２０６と音響反射体１３４との間の境界面にガスケット材料を提供することができる。

開口部２１０は、音響反射体１３４の上面に設けられている。開口部２１０は音響空洞２０８内に延在し、それによって音響ドライバ１１４（図１Ｂ）から音響空洞２０８へと音響エネルギーが通過することを可能にする。音響吸収材料２１２は、開口部内に配置されている。この音響吸収材料２１２は、最も低い円対称共振モードのピーク付近及びピークに存在する音響エネルギーを減衰させる。いくつかの実装形態では、開口部２１０の直径は、音響ドライバ１１４（図１Ｂ）から伝播する音響エネルギーの得られた減衰が、音響スペクトルの平滑化の望ましいレベルを達成しながら許容可能なレベルに制限されるように選択される。

特に、プレート２０６は、プリント回路基板１３０上の１つ以上の比較的高い部品（例えば、コンデンサ２１６）の配置に適応するように配置されている隆起２１４を含む。隆起２１４はまた、音響空洞２０８内に不規則な表面を提供する。この不規則な表面は、特定の音響定在波を破断するのに更に役立つことができる。

いくつかの実装形態では、基部１２２は、２材成形されたプラスチック部品であり、ポリカーボネート（ＰＣ）／ＡＢＳから成形される内側ボウル２１８と、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）で形成された外層２２０とを含む。基部１２２は、電池パッケージ１２８及びプリント回路基板１３０の主支持体を提供する。その点で、プリント回路基板１３０は、電子サブアセンブリを形成するために（例えば、ねじを用いて）電池パッケージ１２８に固定される。次に、その電子サブアセンブリは、基部１２２に（例えば、ねじで）固定される。次いで、基部１２２は、音響反射体１３４内に形成されたボス２２２にねじ山形成ねじによって固定される。基部１２２は、音響反射体１３４上の嵌合テーパ状縁部２２６と係合して水密シールを形成するテーパ状周縁部２２４を含む。基部１２２上のＴＰＵ外層２２０は、音響デフレクタ１２０との非常に緊密なシールを提供するのに役立つ。このシールは、電子機器を水分から保護するのに役立つが、コンパートメント１２４内に閉じ込められた熱も維持し、その結果、導電性音響デフレクタ１２０は、熱冷却設計への機器部品となる。

電子機器１２６は、音響ドライバ１１４（図１Ｂ）及びユーザインターフェース１０８（図１Ａ）に配線を介して電気的に接続することができ、これは音響反射体１３４及び／又は音響エンクロージャ１１６内の１つ以上の開口を通過し得る。グロメットを、配線と開口との間にシールを提供するために使用することができる。

複数の実装形態を説明してきた。それにもかかわらず、本明細書に記載される本発明の概念の範囲から逸脱することなく追加の改変を行うことができ、したがって、他の実装形態も以下の特許請求の範囲内にあることが理解される。

１００ スピーカシステム
１０２ 外側ハウジング
１０４ 音響アセンブリ
１０６ 上部キャップ
１０８ 物理的ユーザインターフェース
１１０ 音響サブアセンブリ
１１２ デフレクタサブアセンブリ
１１４ ダウンワードファイアリング音響ドライバ
１１６ 垂直音響エンクロージャ
１１８ パッシブラジエータ
１２０ 無指向性音響デフレクタ（導電性音響デフレクタ）
１２２ 基部
１２４ コンパートメント
１２６ 電子機器
１２８ 電池パッケージ
１３０ 電子部品（プリント回路基板）
１３２ 垂直脚部
１３４ 音響反射体
１３６ 開口部
２００ 突出部
２０２ 第１の電子部品
２０４ 熱伝導性パッド
２０６ プレート
２０８ 音響空洞
２１０ 開口部
２１２ 音響吸収材料
２１４ 隆起
２１６ コンデンサ
２１８ 内側ボウル
２２０ ＴＰＵ外層
２２２ ボス
２２４ テーパ状周縁部
２２６ 嵌合テーパ状縁部

Claims (25)

1. 実質的に円錐形の外側表面と、前記外側表面と反対側の内側表面と、を有する音響反射体を備え、
   前記内側表面は、第１の電子部品に結合されるように構成されている領域を画定し、その結果、熱が前記第１の電子部品から前記音響反射体の前記外側表面に伝達され、
   前記音響反射体が、５０Ｗ／ｍ−ｋ以上の熱伝導率を有する材料で形成される、無指向性音響デフレクタ。
2. 前記音響反射体に取り付けられて共に音響空洞を形成するプレートを更に備え、前記プレートが不規則な表面を有する、請求項１に記載の無指向性音響デフレクタ。
3. 前記プレートが、共に音響シールを形成するように前記音響反射体に取り付けられる、請求項２に記載の無指向性音響デフレクタ。
4. 前記不規則な表面が、第２の電子部品を収容するように配置されている、請求項２に記載の無指向性音響デフレクタ。
5. 前記不規則な表面が、前記音響空洞内に延在する前記プレートの第１の側面に沿った特徴部を含む、請求項２に記載の無指向性音響デフレクタ。
6. 前記特徴部が、前記音響空洞の反対側の前記プレートの第２の側面に沿って第２の電子部品の配置に適応するように配置されている隆起を含む、請求項５に記載の無指向性音響デフレクタ。
7. 前記実質的に円錐形の外側表面が、音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されるように構成されており、前記音響反射体が、前記音響ドライバの運動軸を中心とするように構成されている上面を含む切頭円錐形状を有し、前記音響反射体が、前記音響空洞内に延在する前記上面に開口部を有し、前記音響ドライバから音響エネルギーが前記音響空洞内に入ることを可能にする、請求項２に記載の無指向性音響デフレクタ。
8. 前記音響反射体の前記内側表面が、前記第１の電子部品に接触するための前記領域を含む突起を画定する、請求項１に記載の無指向性音響デフレクタ。
9. 音響エンクロージャと、
   前記音響エンクロージャに連結された音響ドライバと、
   前記音響ドライバに電力を供給するための回路であって、前記回路が第１の電子部品を含む、回路と、
   前記音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されるように構成された実質的に円錐形の外側表面と、前記外側表面の反対側の内側表面とを有する音響反射体を含む、無指向性音響デフレクタと、を備え、
   前記内側表面は、前記第１の電子部品に結合されるように構成されている領域を画定し、その結果、熱が前記第１の電子部品から前記音響反射体の前記外側表面に伝達され、
   前記音響反射体が、５０Ｗ／ｍ−ｋ以上の熱伝導率を有する材料で形成される、スピーカシステム。
10. 前記無指向性音響デフレクタに結合されて、間にコンパートメントを形成するように構成された基部を更に備える、請求項９に記載のスピーカシステム。
11. 前記音響反射体が、前記基部を前記無指向性音響デフレクタに取り付けるための１つ又は装着ポストを画定する、請求項１０に記載のスピーカシステム。
12. 前記回路が、前記コンパートメント内に配置されている、請求項１０に記載のスピーカシステム。
13. 前記回路に電力を供給するために前記コンパートメント内に配置された電池パックを更に備える、請求項１０に記載のスピーカシステム。
14. 前記基部が、前記無指向性音響デフレクタとの水密シールを形成する、請求項１０に記載のスピーカシステム。
15. 前記無指向性音響デフレクタが、第１のテーパを有する周縁部を含み、前記基部が、前記第１のテーパと嵌合して音響シールを形成するように構成されている第２のテーパを有する周縁部を含む、請求項１４に記載のスピーカシステム。
16. 前記領域が、熱界面材料を介して前記第１の電子部品に結合される、請求項９に記載のスピーカシステム。
17. 前記熱界面材料が、少なくとも１Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する、請求項１６に記載のスピーカシステム。
18. 前記熱界面材料が、前記第１の電子部品と前記音響反射体との間で約２５％〜約７５％圧縮される、請求項１６に記載のスピーカシステム。
19. 前記音響ドライバが、強制対流冷却に寄与する前記無指向性音響デフレクタの前記外側表面に沿って交互気流を提供する、請求項９に記載のスピーカシステム。
20. 前記音響エンクロージャが、前記音響ドライバによって提供される音響エネルギーによって駆動されるように構成された１対のパッシブラジエータを含み、その結果、前記パッシブラジエータは、前記音響エンクロージャの振動を最小限にするために、互いに音響的に位相をなして、かつ互いに機械的に位相を異にして駆動される、請求項９に記載のスピーカシステム。
21. 前記音響反射体に取り付けられて共に音響空洞を形成するプレートを更に備え、前記プレートが不規則な表面を有する、請求項９に記載のスピーカシステム。
22. 前記プレートが、共に音響シールを形成するように前記音響反射体に取り付けられる、請求項２１に記載のスピーカシステム。
23. 前記不規則な表面が、前記音響空洞の反対側の前記プレートの第２の側面に沿って第２の電子部品の配置に適応するように構成されている、請求項２１に記載のスピーカシステム。
24. 前記実質的に円錐形の外側表面が、音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されるように構成されており、前記音響反射体が、前記音響ドライバの運動軸を中心とするように構成されている上面を含む切頭円錐形状を有し、前記音響反射体が、前記音響空洞内に延
    在する前記上面に開口部を有し、前記音響ドライバから音響エネルギーが前記音響空洞内に入ることを可能にする、請求項９に記載のスピーカシステム。
25. 前記音響反射体が、前記音響反射体を前記音響ドライバに結合するための脚部を含み、その結果、前記実質的に円錐形の外側表面が、前記音響ドライバの音響放射面に隣接して配置されている、請求項９に記載のスピーカシステム。

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