JPWO2013076914A1 - スピーカおよびスピーカを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

細長構造のスピーカであって、フレームと、振動方向と垂直な平面の形状が長手と短手を有する縦長の形状で、中空構造である振動板と、振動板を振動可能に支持し、フレームに固定されるエッジと、振動板を貫通して、接続される少なくとも１つの筒形状のボイスコイルボビンと、振動板の中空構造の内部で、ボイスコイルボビンに固着されるボイスコイルと、ボイスコイルボビンの内部に、ボイスコイルを駆動させるための磁気回路とを備えることを特徴とする。

Description

本開示はスピーカに関し、より特定的には、薄型化を図るスピーカに関する。

近年、所謂ハイビジョンやワイドビジョンテレビ等の普及により、テレビの画面は横長のものが一般的になりつつある。その一方では、我が国の住宅事情から、テレビセット全体として狭幅・薄型のものが望まれている。

テレビ用のスピーカユニット（以下、スピーカと呼ぶ）は、通常プラズマディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示ディスプレイの両脇に取り付けられるので、テレビセットの横幅を大きくする一因となっている。そのため、従来から、テレビ用には角型や楕円型等の細長構造のスピーカが用いられてきた。また表示ディスプレイの横長化により、スピーカの横幅をますます小さくすることが要求される。また、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイを使った薄型テレビが増加していることから、スピーカの薄型化がさらに要求されている。さらに、画面の高画質化に対応した音声の高音質化がスピーカに要求されている。

本開示に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られており、特許文献１には、従来の細長構造のスピーカの構造が示されている。

特開平７−２９８３８９号公報

しかしながら、従来の細長構造のスピーカでは、細長の振動板の中央部分を駆動するという駆動方法を採用しているため、振動板の長手方向に関して分割共振が発生し易くなる。その結果、再生音圧レベルに関する周波数特性は、中高域にピークディップを生じる特性となり、音質の低下を招いてしまう。また、同じ開口面積で、長手方向の共振を生じにくくするためには、振動板を奥行きが深い形状（コーン形状）にする必要があり、スピーカの奥行きを薄くすることができないという問題があった。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、細長構造でありながら、薄型化を実現することができ、さらに音質の優れたスピーカを提供することを目的としている。

細長構造のスピーカであって、フレームと、振動方向と垂直な平面の形状が長手と短手を有する縦長の形状で、中空構造である振動板と、振動板を振動可能に支持し、フレームに固定されるエッジと、振動板を貫通して、接続される少なくとも１つの筒形状のボイスコイルボビンと、振動板の中空構造の内部で、ボイスコイルボビンに固着されるボイスコイルと、ボイスコイルボビンの内部に、ボイスコイルを駆動させるための磁気回路とを備えることを特徴とする。

本開示によれば、細長構造でありながら、平坦な周波数特性を得ることができ、さらに薄型化を実現する音質の優れた薄形スピーカを提供することができる。

図１Ａは、実施の形態１におけるスピーカの上面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ’線で切断した概略断面図である。 図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ’で切断した概略断面図である。 図２Ａは、実施の形態１における振動板の上面図である。 図２Ｂは、図２ＡのＥ−Ｅ’線で切断した概略断面図である。 図２Ｃは、図２ＡのＦ−Ｆ’線で切断した概略断面図である。 図３は、実施の形態１におけるボイスコイルおよびボイスコイルボビンの斜視図である。 図４は、実施の形態１における磁気回路の斜視図である。 図５は、実施の形態１におけるスピーカの部品構成斜視図である。 図６Ａは、中空半円形の断面形状モデル図である。 図６Ｂは、中空円形の断面形状モデル図である。 図７は、断面形状が中空円形および中空半円形における各々の断面２次モーメント、回転半径、断面積の計算値を示す図である。 図８は、断面形状が中空円形および中空半円形における振動板の固有振動モードの共振周波数の解析結果を示す図である。 図９Ａは、実施の形態２における振動板の上面図である。 図９Ｂは、実施の形態２における振動板の長手方向の断面図である。 図１０Ａは、実施の形態３に係るスピーカの上面図である。 図１０Ｂは、図１０ＡのＧ−Ｇ’線で切断した概略断面図である。 図１１Ａは、実施の形態３に係るスピーカの上面図である。 図１１Ｂは、図１１ＡのＨ−Ｈ’線で切断した概略断面図である。 図１２Ａは、第１次共振モードを制御する２点駆動の場合における特性図である。 図１２Ｂは、第１次と第２次の両共振モードを制御する４点駆動の場合における特性図である。 図１２Ｃは、中心駆動の場合における特性図である。 図１３は、実施の形態５における磁気回路の斜視図である。 図１４は、実施の形態５におけるスピーカの短手方向の断面図である。 図１５は、実施の形態６における磁気回路の斜視図である。 図１６は、実施の形態６におけるスピーカの短手方向の断面図である。 図１７は、実施の形態６におけるスピーカの部品構成斜視図である。 図１８は、モバイル情報端末装置の図である。 図１９は、画像表示装置の図である。 図２０は、車載スピーカの搭載図である。 図２１Ａは、従来のスピーカの上面図である。 図２１Ｂは、図２１ＡのＩ−Ｉ’方向の断面図である。 図２１Ｃは、図２１ＡのＪ−Ｊ’方向の断面図である。 図２２は、従来のスピーカの音圧周波数特性図である。

特許文献１に示される従来の細長構造のスピーカについて、図を参照しながら説明する。図２１Ａは従来の細長構造のスピーカ１０００の平面図である。また、図２１Ｂは、図２１Ａの長手方向（Ｉ−Ｉ’）に切断し、矢印ｉから見た概略断面図である。また、図２１Ｃは短手方向（Ｊ−Ｊ’）に切断し、矢印ｊからみた概略断面図である。図２１Ａ〜Ｃに示す従来の細長構造のスピーカ１０００は、マグネット１００１と、プレート１００２と、ヨーク１００３と、フレーム１００４と、ボイスコイルボビン１００５と、ボイスコイル１００６と、ダンパー１００７と、振動板１００８と、ダストキャップ１００９と、エッジ１０１０とを備えている。以下に、主な構成の配置に関して説明する。

ボイスコイル１００６は、銅やアルミ等の導体の巻き線であり、円筒形状のボイスコイルボビン１００５の一方に固着されている。ボイスコイル１００６は、マグネット１００１によって、プレート１００２とヨーク１００３との間に構成される磁気ギャップ中に配置されている。また、ボイスコイルボビン１００５の他方には、振動板１００８が固着されている。さらに、ボイスコイルボビン１００５は、ダンパー１００７によって固定されている。ダンパー１００７は、フレーム１００４に接続されている。

プレート１００２は、ボイスコイルボビン１００５の内部であり、ボイスコイル１００６が固着された箇所に配置される。また、プレート１００２の下部にマグネット１００１が配置され、マグネット１００１を一部囲うようにヨーク１００３が配置されている。

振動板１００８の平面形状は、楕円または略楕円である。また、振動板１００８は中央にかけて傾斜を有する、いわゆるコーン形状である。振動板１００８の材質としては、コーン紙等が用いられている。また、振動板１００８の中央部には、ダストキャップ１００９が固着されている。

エッジ１０１０は、平面形状が環状でかつ断面が半円形状である。また、エッジ１０１０の内周部は振動板１００８の外周部に固着されており、エッジ１０１０の外周部はフレーム１００４に固着されている。

次に、以上のように構成された従来の細長構造のスピーカ１０００について、その動作を説明する。ボイスコイル１００６に電流が印加されると、ボイスコイル１００６に印加された電流およびボイスコイル１００６の周りの磁界によって、ボイスコイルボビン１００５は、図２１Ｂにおいて、ダストキャップを上方向とした上下方向にピストン運動を行う。このピストン運動により、振動板１００８が当該ピストン運動の方向に振動する。その結果、振動板１００８から音波が放射される。

図２２は、従来の細長構造のスピーカ１０００の再生音圧レベルに関する周波数特性を示す図である。図２２において、縦軸は、従来の細長構造のスピーカ１０００に１Ｗの電力を入力したときの再生音圧レベルを示し、横軸は駆動周波数を示す。なお、再生音圧レベルを測定するためのマイクは、従来の細長構造のスピーカ１０００の中心軸上であって、従来の細長構造のスピーカ１０００から正面側に１ｍ離れた位置に配置されるものとする。

上記のような従来の細長構造のスピーカ１０００には、次のような問題点があった。従来の細長構造のスピーカ１０００では、細長の振動板１００８の中央部分を駆動するという駆動方法を採っているので、長手方向に関して分割共振が発生し易い。その結果、再生音圧レベルに関する周波数特性は、中高域にピークディップを生じる特性となり、音質の劣化を招いていた。例えば、図２２に示す特性では、２ｋＨｚ、３ｋＨｚおよび５ｋＨｚ付近に顕著なディップが見られる。

また、長手方向の共振を生じにくくするために、振動板１００８は奥行きが深い形状（コーン形状）としている。つまり、振動板１００８は、図２１Ｂにおける上下方向に高さを有する形状としている。さらに、振動板１００８が振動した際に、ダンパー１００７とフレーム１００４と、また、ヨーク１００３およびプレート１００２などの磁気回路およびダンパー１００７と振動板１００８とが接触するのを防止するために、距離を設ける必要があり、ダンパー１００７が、ボイスコイルボビン１００５の中央付近に固着されている。つまり、振動板１００８と、ボイスコイルボビン１００５の上部と、ダンパー１００７と、ボイスコイルボビン１００５の下部と、マグネット１００１と、プレート１００２と、ヨーク１００３とが、振動方向（図２１Ｂにおける上下方向）に距離を設けて配置されることとなる。以上の構成により、スピーカの奥行きを薄くすることができない。

そこで、本発明者らは、細長構造でありながら分割共振が起こりにくく、ピークディップの発生を抑制した平坦な周波数特性を得ることができ、さらに薄型化を実現する音質の優れた薄形スピーカの構造を創案した。
この創案に基づいた本開示の様々な態様は、次の通りである。

本開示の一態様によるスピーカは、フレームと、振動方向と垂直な平面の形状が長手と短手を有する縦長の形状で、中空構造である振動板と、振動板を振動可能に支持し、フレームに固定されるエッジと、振動板を貫通して、接続される少なくとも１つの筒形状のボイスコイルボビンと、振動板の中空構造の内部で、ボイスコイルボビンに固着されるボイスコイルと、ボイスコイルボビンの内部に、ボイスコイルを駆動させるための磁気回路とを備えている。

この一態様によれば、それぞれの部品がスピーカの厚さ方向に積み上げられる構造ではなく、振動板の中空構造の内部で、互いに入れ子のように重なるように配置される構造となり、薄型化を実現することができる。

他の一態様としては、例えば、ボイスコイルをボイスコイルボビンの高さを２等分する位置に配置するように固着し、ボイスコイルの重心と、エッジのフレームへの固定点と、振動板の重心と、磁気回路の重心とが、同一平面上に配置される。

この他の一態様によれば、振動系が回転しようとするモーメントを最小化し、耐ローリング特性を向上させることができる。

また、他の一態様としては、振動板の長手方向の終端部にハトメがかしめられており、ハトメとフレームに設けたターミナルを接続する導電線と、ハトメからボイスコイルに接続された引き出し線とを備え、この引き出し線を、振動板内部に固着することができる。

この他の一態様によれば、異常共振や共振振動による引き出し線の断線を防ぎ、ひずみの無い優れたスピーカを提供することが可能である。また、フレームとの接触を防ぐために、振幅余裕以上の間隔を設ける必要が無いので、スピーカを薄くすることが可能である。

また、他の一態様としては、磁気回路は、２つのマグネットを反発する方向に固着した構成を含むことや、振動板の短手方向の断面形状を、円形状、長円形状、中空台形または中空多角形とすることができる。

さらに他の一態様としては、例えば、ボイスコイルボビンを２つ備え、ボイスコイルボビンを振動板の長手方向の第１次共振モードの節の位置に１つずつ配置する構成とすることができる。または、ボイスコイルボビンを４つ備え、ボイスコイルボビンを振動板の長手方向の第１次共振モードおよび第２次共振モードの節の位置に配置する構成とすることができる。

この他の一態様によれば、第１次および第２次共振モードを抑制する位置に、振動板の駆動点が配置されることとなり、再生周波数帯域の拡大を実現することが可能である。

さらに、本開示の他の一態様としては、スピーカの磁気回路に補助プレートや補助マグネットを使用することや、振動板の長手方向両端の形状を半球形状とすることや、スピーカを電子機器に備えることも考えられる。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１について説明する。まずは、本実施の形態におけるスピーカ１００の構成について説明する。図１Ａは、本実施形態に係るスピーカ１００の上面図である。また、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ’線で切断し、矢印ａの方向から見た概略断面図である。また、図１Ｃは、図１ＡにおけるＢ−Ｂ’線で切断し、矢印ｂの方向から見た概略断面図である。

スピーカ１００は、振動板１１０と、ボイスコイル１２０と、ボイスコイルボビン１３０と、磁気回路１４０と、エッジ１５０と、フレーム１６０と、ダストキャップ１７０とから構成される。スピーカ１００は、図１Ａに示すように縦方向と横方向との長さが異なる細長形状である。以下、スピーカ１００の、各構成を説明する。

まず、振動板１１０に関して説明する。図２Ａは、振動板１１０の平面図であり、図１におけるＣ−Ｃ’線から左側のみを記載している。また、図２Ｂは、図２ＡにおけるＥ−Ｅ’線で切断し、矢印ｅの方向から見た概略断面図である。また、図２Ｃは、図２ＡにおけるＦ−Ｆ’線で切断し、矢印ｆの方向からみた概略断面図である。図２Ａに示すように、振動方向（図２Ａにおける紙面に垂直な方向）から見た振動板１１０の平面形状は、長手と短手を有している。また、図２Ｂの領域Ｄに示すように、振動板１１０の長手方向の両端は、中空半球形状の構造を有している。また、図２Ｃに示すように、振動板１１０の短手方向の断面形状は中空円形状となっている。さらに、図２Ｃに示すように、振動板１１０は、短手方向の断面が半円形状の終端部に、張り合わせ部１１２を設けた細長トラックを有する上側の振動板１１１ａと下側の振動板１１１ｂとを張り合わせたものである。なお、振動板１１０は上記のような断面形状を有するものであれば、上記のように細長トラックを有する振動板１１１ａと振動板１１１ｂとを張り合わせたものでなくてもよい。また、図１Ａに示すように、振動板１１０にはボイスコイルボビン１３０を固着するための貫通孔１８０が設けられている。本実施の形態のように、振動板１１１ａと振動板１１１ｂとを張り合わせた形状の場合、振動板１１１ａと振動板１１１ｂとには、それぞれ貫通孔１８０が設けられる。

振動板１１０の材料としては、薄型化に適し軽量であるものが望ましく、紙あるいは高分子フィルムなどを用いることが最も好ましい。しかしながら、振動板１１０の材料として、アルミやチタンなどの軽量高剛性金属箔を用いてもよい。

次に、ボイスコイル１２０およびボイスコイルボビン１３０に関して説明する。図３は、ボイスコイル１２０およびボイスコイルボビン１３０の斜視図である。ボイスコイル１２０は、断面が小判状をした筒状ボイスコイルボビン１３０の側面上に絶縁処理をした銅やアルミから成る細線を複数回、巻き線固着したものである。また、ボイスコイル１２０は、ボイスコイルボビン１３０の側面の中間点に配置される。すなわち、図３に示すボイスコイル１２０の高さを２等分する線から、ボイスコイルボビン１３０の上端部までの距離αと、ボイスコイル１２０の高さを２等分する線からボイスコイルボビン１３０の下端部までの距離βとが等しくなるように、ボイスコイル１２０が、ボイスコイルボビン１３０の側面上に巻き線固着されている。

次に、磁気回路１４０に関して説明する。図４は、磁気回路１４０の斜視図である。磁気回路１４０の大きさは、ボイスコイルボビン１３０の内部に配置するためにボイスコイルボビン１３０の内径より空隙分小さくしたものであり、磁気回路１４０の外径形状はボイスコイルボビン１３０と相似な形状である。また、磁気回路１４０は、着磁された２つのマグネット１４１が、互いに反発する方向に固着されており、それぞれのマグネット１４１において、マグネット１４１を固着した面とは反対側の面にプレート１４２が、固着されている。このときの、マグネット１４１の着磁方向の例として、図４に文字Ｎ、Ｓとして示した。Ｎ、Ｓの極性は互いに反発する極性であり、可逆の関係である。なお、発生する磁束は、２つのマグネット１４１の接合面１４３から水平方向に出た後、互いに反発しながらプレート１４２に至る。また、一方のプレート１４２の端面をフレーム１６０に固着することにより、磁気回路１４０は、フレーム１６０に固着されている。

次に、エッジ１５０に関して説明する。図１Ａに示すように、エッジ１５０の平面形状は、環状である。また、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、エッジ１５０は、振動方向（図１Ｂ、Ｃにおいて、ダストキャップ１７０を上方向とした上下方向）に直交する断面が略半円形もしくは略半楕円形である。エッジ１５０の内周には、振動板１１０の外周が固着される。

次に、フレーム１６０に関して説明する。図１Ａ〜Ｃに示すように、フレーム１６０は開口部を有する環状の形状である。図１Ａ〜Ｃに示すように、フレーム１６０の開口部には、エッジ１５０の外周が固着される。

次に、ダストキャップ１７０に関して説明する。図１ＢおよびＣに示すように、ダストキャップ１７０は、ボイスコイルボビン１３０の上端に設けられる。ダストキャップ１７０は、貫通孔１８０を通り、ボイスコイルボビン１３０の振動方向の上面から放出される音を遮断する。

次に、スピーカ１００の部品構成に関して説明する。図５は本実施の形態のスピーカ１００の部品構成斜視図である。

図１ＢおよびＣに示したように、ボイスコイルボビン１３０は振動板１１０の貫通孔１８０に挿入される。また、エッジ１５０のフレーム１６０上の固定点と、振動板１１０の重心と、ボイスコイル１２０の重心と、磁気回路１４０の重心とが、同一平面上に配置される。本実施形態の場合は、振動板１１０の円環状断面の内部であって、振動方向に直交する振動板１１０の中心面（図１ＢにおけるＸ−Ｘ’面）上に配置される。

次に、以上のように構成されたスピーカ１００の動作と効果を説明する。ボイスコイル１２０に電流が印加されると、印加された電流および磁気回路１４０による磁界によってボイスコイル１２０には駆動力が発生する。発生した駆動力は、ボイスコイルボビン１３０を介して振動板１１０に伝達される。駆動力が伝達された振動板１１０が振動することによって音が空間に放射される。

次に、以上のように構成された振動板１１０について、短手方向の断面形状が中空半円形状の場合と、本開示のような中空円形状の場合との効果を、理論及びシミュレーションの観点から説明する。まず、理論の観点から説明する。

振動板１１０は、通常その外周がエッジ１５０により支持されているので、略両端自由な棒と見なすことができる。よって、両端自由の棒の振動モードの理論から、その振動モードの共振周波数や剛性の断面形状による変化を考えることができる。ここで、両端自由の棒の振動モードの理論について説明する。下記の式（１）に、両端自由の棒の振動モードの共振周波数式を示す。

ここで、ｌは棒の長さ、ρは密度、Ｑは材料のヤング率、Ｋは回転半径を示す。

上記の式（１）において回転半径Ｋは、断面形状により異なる。図６Ａに、振動板６１０における中空半円形の断面形状を、図６Ｂに、本実施の形態の振動板１１０における、中空円形の断面形状を示す。

図６Ａおよび図６Ｂを用いて、各々の断面形状に対する回転半径について説明する。まず、図６Ａの、中空半円形の断面形状について説明する。断面２次モーメントの定理によれば、管やトンネルのような中空断面の図形の断面２次モーメントは、外側の図形の断面２次モーメントから、中空の図形の断面２次モーメントを差し引いて求めることができる。断面モーメントを求める際の基準軸に対して、外側の図形の図心の位置と、内側の図形の図心の位置とは異なるが、振動板６１０のような中空半円形の断面形状の場合は、振動板６１０の厚みが非常に薄いため、外側半円と内側半円の半径は略等しいと考えてよい。よって、中空半円形の断面２次モーメントは、外側半円と内側半円と各々の断面２次モーメントの差と考える。下記の式（２）に、中空でない半円の断面２次モーメントを示し、下記の式（３）に、断面形状が中空半円形の断面２次モーメントを示し、下記の式（４）に、その断面積を示す。

ここで、ｒ_ｓｅｍｉは中空でない半円の半径を示す。

ここで、Ｒは外側半円の半径を示し、ｒは内側半円の半径を示す。

また、回転半径は、断面２次モーメントを断面積で割った商の平方根であるので、断面形状が中空半円形の回転半径は、下記の式（５）で示される。

ここで、中空円形の場合についても、上記と同様の考え方で断面２次モーメントおよび回転半径を計算することができるので、式のみを示し、説明を省略する。下記の式（６）に断面形状が中空円形の断面２次モーメントを示し、下記の式（７）にその回転半径を示し、下記の式（８）にその断面積を示す。

ここで、Ｒは外側半円の半径を示し、ｒは内側半円の半径を示す。

上記式（３）〜（８）を用いて計算した、断面形状が中空円形および中空半円形における各々の断面２次モーメントと、回転半径と、断面積とを図７に示す。図７において、Ｒ＝２ｍｍ、ｒ＝１．８ｍｍ、ｔ＝０．２ｍｍとして計算した結果を示している。

次に、図７の計算値を用いて、断面形状を中空半円形から中空円形に変化したことによる共振周波数の変化および剛性の変化について検討する。

上記の式（１）より、棒の長さと材料定数とが同じ場合、断面形状の変化による共振周波数の変化は、回転半径に比例することが分かる。また、棒の剛性（曲げ剛性）は、棒の材料のヤング率と断面２次モーメントとの積で表されるので、棒の剛性は断面２次モーメントに比例することがわかる。

よって、断面形状を中空半円形から中空円形に変化したことにより、上記の式（５）と（７）とから回転半径は約１．９倍となっており、上記の式（２）と（６）とから断面２次モーメントは約７．２倍となっているので、共振周波数は約１．９倍高くなり、剛性は約７．２倍向上することがわかる。

次に、上述の理論結果を踏まえ、本実施の形態で説明した振動板１１０と振動板６１０との実形状モデルを組み込んだ有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ））による固有振動モードの共振周波数を解析した結果を、図８に示す。図８において、共振周波数（理論値）は、上記の式（１）を用いて計算した結果である。

図８において、共振モードは節の数が偶数個の場合のみを評価している。また、節の数が２個の共振を第１次モード、４個の場合を第２次モードと表している。これは音圧に寄与する共振モードが、節の数が奇数の場合は、軸上で共振モードによる音圧の乱れが相殺され、ピークディップを生じるのが、節の数が偶数の場合のみであるためである。図８より、理論計算値（理論値）とシミュレーション解析値（ＦＥＭ値）とが、よく一致していることがわかる。また、断面形状が半円形状である振動板６１０の共振周波数に比べて、断面形状が円形状である振動板１１０の共振周波数が、約２倍高いことがわかる。このシミュレーション結果の周波数変化から、振動板の断面形状を半円形状から円形状へ変化したことによる剛性の変化を逆算する。

上記の式（１）より、共振周波数は、回転半径に比例する。また、回転半径が断面２次モーメントと断面積の商の平方根であることから、断面２次モーメントは回転半径の二乗と断面積の積に比例する。よって、図８から、振動板の断面形状を半円形状から円形状に変化すると、回転半径の変化は約２倍となり断面積も２倍となるので、剛性は約８倍となることがわかる。

以上のように、振動板の長手方向の断面形状を中空円形とすることで、振動板長手方向の剛性を向上させ、モードの共振周波数を高くすることができる。これにより、重要な音声帯域上で影響のある共振周波数の数を減少することができる。

なお、本実施の形態では、振動板１１０の短手方向の断面が、円形状の振動板について説明したが、振動板１１０の短手方向の断面形状を長円形状とすることで剛性がさらに高くすることができる。また、振動板１１０の短手方向の断面形状は中空台形や中空多角形であってもよい。

次に薄型化について説明する。従来の細長構造のスピーカ１０００では、コーン紙等からなる振動板１００８の奥行きを深くすることで剛性を高くしている。このため、高い周波数まで再生するためには、奥行きの深いコーン紙等からなる振動板が必要となり、薄型スピーカを実現することは難しい。一方、振動板１１０は、断面を中空円形とし、断面２次モーメントを増加させることで、剛性を高くしている。図８に記載の共振周波数を有する断面形状が中空円形の振動板１１０では、円筒の半径は２．０ｍｍであり、振動板１１０の全高は４．０ｍｍ程度である。振動板１００８のような一般的なコーン型振動板において、図８に示した中空円形の振動板１１０の第一次モードにおける共振周波数である１２５５Ｈｚを実現しようとすると、約２０〜３０ｍｍ程度の全高（奥行き）が必要となる。

さらに、本実施の形態におけるスピーカ１００では、以下の点で更なる薄型化を実現している。

従来の細長構造のスピーカ１０００では振動板１００８の奥行き方向の終端部に、ボイスコイルボビン１００５を介して、ボイスコイル１００６が接続される。すなわち、ボイスコイルボビン１００５およびボイスコイル１００６は、エッジ１０１０とダンパー１００７とによって磁気回路に振動可能に吊り下げられるような状態で配置される。マグネット１００１等からなる磁気回路はボイスコイル１００６のさらに奥（図２１Ｂにおける下部）に配置されている。このように、従来のスピーカでは、振動板１００８と、ボイスコイルボビン１００５と、ボイスコイル１００６と、マグネット１００１等からなる磁気回路とが積み上げられた厚さが、スピーカの厚さとなる。例えば、振動板１００８の深さを２０ｍｍ、ボイスコイル巻き幅を２．０ｍｍ、振幅余裕幅を２．０ｍｍ、磁気回路を１０ｍｍとした場合スピーカの奥行きは２０＋２＋２＋１０＝３４ｍｍ以上の厚みが必要となる。

これに対して、本実施の形態のスピーカ１００では、振動板１１０に貫通孔１８０を設け、振動板１１０の内部にボイスコイル１２０およびボイスコイルボビン１３０が配置される。さらに、ボイスコイルボビン１３０の内部に磁気回路１４０が配置されているため、それぞれの部品がスピーカ１００の厚さ方向に積み上げられる構造ではなく、振動板１１０の接続面を中心面（図１ＢにおけるＸ−Ｘ’面）として、互いに入れ子のように重なるように配置される構造である。このため、従来のスピーカと比べ、非常に薄いスピーカを実現することができるものである。スピーカ１００の厚さは、図１ＢにおけるＸ−Ｘ’面を境にして、振動方向上側にはボイスコイルボビン１３０の厚みの１／２、振動方向下側はボイスコイルボビン１３０の厚みの１／２およびボイスコイルボビン１３０がフレーム１６０に接触しないように設けた振幅余裕幅（図１Ｂに示すξ）と、磁気回路１４０を固着するフレーム１６０の固着面の厚さのみである。例えば、振幅余裕幅を２．０ｍｍとした場合、ボイスコイルボビン１３０を７ｍｍ、フレーム厚さを２．０ｍｍという厚さに構成でき、スピーカ１００の厚さは、合計１１ｍｍとすることができる。

続いて耐ローリング特性について説明する。ローリングは振動板を回転させようとする異常振動である。支持系の固定点（線、面）をできるだけ振動系の重心に近づけることで、振動系が回転しようとするモーメントを最小化しこれを抑制する効果を高くできる。

スピーカ１００のボイスコイル１２０は、振動板１１０の円環状断面の内部であって、振動方向に直交する振動板１１０の中心面（図１ＢにおけるＸ−Ｘ’面）上に配置されている。また、エッジ１５０のフレーム１６０上の固定点、振動板１１０の重心および磁気回路１４０の重心も、この中心面（図１ＢにおけるＸ−Ｘ’面）上に配置されている。この配置により、振動系の重心の位置と支持系の固定点の位置が同一平面上にあり、耐ローリング特性に優れたスピーカとすることができるものである。

以上の構成によって、スピーカ１００は、細長構造でありながら、振動板の形状、スピーカ全体構成に特徴を持たせることで剛性の向上を実現しつつ、スピーカ全体としての厚みを減少することが出来る。そして、このスピーカ全体構成の特徴は異常振動を抑え耐ローリング特性を向上させるという、さらなる効果も生じさせる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係るスピーカ２００について説明する。スピーカ２００は、実施の形態１のスピーカ１００に加え、ボイスコイル引き出し線を振動板１１０内部に固着したことを特徴とする。

図９Ａは、スピーカ２００を示す上面図である。図９Ｂは、図９Ａを長手方向に切断した概略断面図である。なお、図９Ａ及び図９Ｂは、振動板１１０における上側の振動板１１１ａを表示していない。下側の振動板１１１ｂの長手方向終端部には、ハトメ２０１がかしめられ、下側の振動板１１１ｂと一体構造となっている。ハトメ２０１には導電線２０３が固着され導電線２０３の反対側の端部はフレーム（図示せず）に設けたターミナル（図示せず）に接続され、スピーカを駆動する信号が入力される。導電線２０３としては、例えば、金糸線などを用いることができる。

振動板１１１ｂの長手方向の中心線上には、ボイスコイル１２０がボイスコイルボビン１３０を介して固着されている。ボイスコイル１２０の引き出し線２０２が、振動板１１１ｂの内側面上に固着されている。引き出し線２０２は、ハトメ２０１に接続された導電線２０３と電気的に接続されている。配線処理がなされた振動板１１１ｂと、円筒形状を構成すべく振動板１１１ａとを貼り合わせ、実施の形態１と同様の磁気回路、フレーム構成である、スピーカ２００を実現する。

次に、以上のように構成されたスピーカ２００の動作および効果を説明する。基本的な動作は、実施の形態１と同様である。フレーム１６０のターミナルに入力された駆動信号が、導電線２０３、一方のハトメ２０１を経て引き出し線２０２からボイスコイル１２０、そして引き出し線２０２を経て他方のハトメ２０１、導電線２０３そしてフレーム１６０に設けられたターミナルに至る電気回路を構成している。そのため、ボイスコイル１２０はスピーカ入力信号に対応した力を発生し、振動板１１０を振動させる。引き出し線２０２は、振動板１１１ｂの内面に固着されているため、振動板１１０が動作した場合、振動板１１０と一体となり振動する。細長い振動板では引き出し線が長くなるために生じる異常共振や、共振振動により断線が生じる虞がある。スピーカ２００では、異常共振や共振振動による引き出し線２０２の断線を防ぎ、ひずみの無い優れたスピーカを提供することができる。さらに細長い振動板１１０とフレーム１６０の間を配線することで、フレーム１６０に電気的に接触する可能性を少なくするという効果も発揮する。同様にフレーム１６０との接触を防ぐために、振幅余裕以上の間隔を設ける必要が無いので、スピーカを薄くすることができる。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３について説明する。図１０Ａは、本実施形態に係るスピーカ３００の上面図である。また、図１０Ｂは、図１０ＡにおけるＧ−Ｇ’線で切断し、矢印ｇの方向から見た概略断面図である。

スピーカ３００は、実施の形態１に係るスピーカ１００において、ボイスコイルボビン１３０を２つ備えるために、貫通孔１８０を２つ有する振動板２１０を用い、２つの貫通孔１８０のそれぞれを介して、ボイスコイルボビン１３０が固着されたものである。

次に、振動板の駆動位置について説明する。駆動位置はスピーカの帯域を考慮して設定する。従来の細長構造のスピーカ１０００や実施の形態１に係るスピーカ１００では、振動板１００８または１１０の長手方向の中心を駆動点とし、１つのボイスコイル１００６またはボイスコイル１２０を配置している。使用周波数帯域内で振動板１００８または１１０の共振がない場合、すなわち低域を重点的に再生する場合は、上記の構造でもよい。この場合、振動板は、第１次共振周波数までピストン振動される。

しかし、さらなる音圧周波数特性の平坦化のためには、発生する共振モードの抑制が必要となる。そこで、スピーカ３００は、最初に発生する第１次共振モードを抑制し、次に発生する第２次共振モードまで平坦な特性を実現するために、駆動点（ボイスコイル）を２個設けている。第１次共振モードを制御する駆動点は、第１次共振モードの節の位置に設けるとよい。エッジ１５０に比べ振動板２１０の剛性が高く、エッジ１５０の質量が振動板２１０と同様に軽い場合、振動板２１０の共振姿態は、両端自由の棒の共振姿態と略同様となる。このため、振動板２１０の長手方向の第１次共振モードの節の位置は、振動板２１０の長手方向長を１とすると、振動板２１０の長手方向端から０．２２４と０．７７６とに相当する位置となる。つまり、ボイスコイルボビン１３０は、振動板２１０の長手方向の第１次共振モードの節である位置、すなわち、振動板１１０の長手方向長を１とした場合における、振動板１１０の長手方向端から０．２２４と０．７７６とに相当する位置に固着するとよい。第１次共振モードを抑制すれば、帯域はその周波数の約４倍に拡大することになる。図８の場合、第１次共振モードが抑制され、その次の第２共振モードの周波数まで拡大できる。よって、本実施の形態によれば、実施の形態１に比べ、再生周波数を高くすることができる。

また、本実施の形態に係るスピーカ３００は、駆動点の数で再生周波数帯域の拡大を実現するため、スピーカの厚さに影響を与えない。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４について説明する。図１１Ａは、本実施形態に係るスピーカ４００の上面図である。また、図１１Ｂは、図１１ＡにおけるＨ−Ｈ’線で切断し、矢印ｈの方向から見た概略断面図である。

スピーカ４００は、実施の形態３に係るスピーカ３００において、ボイスコイルボビン１３０をさらに２つ備えるために、貫通孔１８０を４つ有する振動板３１０を用い、４つの貫通孔１８０のそれぞれを介して、ボイスコイルボビン１３０が固着されたものである。

スピーカ４００のように、駆動点の数を４個とし、第１次と第２次共振モードの両方を抑制する位置に、駆動点を配置すれば帯域はさらに拡大する。第１次共振モードと同様の仮定にすると、振動板１１０の長手方向長を１とした場合、ｘ１＝０．１１３０、ｘ２＝０．３７７７５、ｘ３＝（１−ｘ２）＝０．６２２２５、ｘ４＝（１−ｘ１）＝０．８８７０に相当する位置にボイスコイルボビン１３０を固着するとよい。このように、駆動点の数を４個とした場合、再生帯域は格段に広く、共振の発生しないピストン運動をするスピーカを構成することができる。

ここで、図１２Ａに、第１次共振モードの節の位置を駆動した場合（２点駆動）の音圧周波数特性を示す。また、図１２Ｂに、４個のボイスコイルで第１次と第２次共振モードの両方を抑制する位置とした場合（４点駆動）の音圧周波数特性を示す。さらに、図１２Ｃに、中心駆動をした場合の音圧周波数特性を示す。図１２Ａと、図１２Ｂと、図１２Ｃとを比較すると、駆動点の数と位置とを工夫することで共振モードが抑制され、再生周波数帯域が拡大されていることが分かる。

また、本実施の形態に係るスピーカ４００は、実施の形態３に係るスピーカ３００と同様、駆動点の数で再生周波数帯域の拡大を実現するため、スピーカの厚さに影響を与えない。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５に係るスピーカ５００について説明する。図１３は、スピーカ５００に用いる磁気回路５４０を示す斜視図である。また、図１４は、スピーカ５００の短手方向の断面図である。

磁気回路５４０は、実施の形態１に係る磁気回路１４０に、マグネット１４１の接合面１４３の両側に回りこむ補助プレート４０１をさらに配置した構造である。補助プレート４０１は、一方のプレート１４２の端面と接着し、振動板１１０の外側で、マグネット１４１の接合面１４３の両側に回りこむように配置されている。また、このときのマグネット１４１の着磁方向の１例として、図１４において、文字Ｎ、Ｓとして示した。Ｎ、Ｓの極性は、互いに反発する極性であり、可逆の関係である。

次に、以上のように構成されたスピーカ５００の動作と効果を説明する。図１４において、磁束の流れを破線矢印にて示した。発生する磁束は、一方のマグネット１４１の接合面１４３から水平方向に出た後、他方のマグネット１４１から出た磁束と互いに反発しながらプレート１４２に至る。その際に、スピーカ５００では、補助プレート４０１が磁気回路を構成している。マグネット１４１から発生した磁束が、接合面１４３から水平方向に出た後、補助プレート４０１に至る。そして、磁束は補助プレート４０１内部を伝わり、プレート１４２に至る。このため、ボイスコイル１２０と鎖交するコイル線を流れる電流の方向に対して垂直な成分の磁束が増加する。

また、実施の形態１と同様に、ボイスコイル１２０に電流が印加されると、印加された電流および磁気回路による磁界によって、ボイスコイル１２０には駆動力が発生する。発生した駆動力は、ボイスコイルボビン１３０を介して振動板１１０に伝達される。駆動力が伝達された振動板１１０が、振動することによって音が空間に放射される。

このように、スピーカ５００では、ボイスコイル１２０と鎖交する磁束が増加するため、より音圧の高い大きな音が再生できるスピーカを実現することができる。すなわち、振動板に磁気回路が埋まっている構造を上手く利用し、補助プレート４０１を配置することで、スペースを拡大させること無く磁束を増加させ、音圧を向上させることができる。

（実施の形態６）
以下、実施の形態６に係るスピーカ６００について説明する。図１５は、スピーカ６００に用いる磁気回路６４０を示す斜視図である。また、図１６は、スピーカ６００の短手方向の断面図である。また、図１７は、スピーカ６００の部品構成を示す概観図である。

磁気回路６４０は、実施の形態１に係る磁気回路１４０に、マグネット１４１の接合面１４３の両側に補助マグネット６０１をさらに配置した構造である。

補助マグネット６０１は、接合面１４３の側面に、振動板１１０を隔てた位置で、フレーム１６０に固着されている。補助マグネット６０１の着磁方向は、マグネット１４１と直交する方向で、接合面１４３がＮ極に着磁されている場合は、Ｓ極が接合面１４３の方向になるように着磁され、接合面１４３がＳ極の場合は、Ｎ極が接合面１４３の方向となるように着磁される。マグネット１４１および補助マグネット６０１の着磁方向の１例として、図１６において、文字Ｎ、Ｓとして示した。Ｎ、Ｓの極性は、互いに反発する極性であり、可逆の関係である。

次に、以上のように構成されたスピーカ６００の動作と効果を説明する。図１６において、磁束の流れを破線矢印にて示した。発生する磁束は、マグネット１４１の接合面１４３から水平方向に出た後、補助マグネット６０１から出た磁束が加わり、互いに反発しながらプレート１４２に至る。このため、ボイスコイル１２０と鎖交するコイル線を流れる電流の方向に対して垂直な成分の磁束が増加する。

また、実施の形態１と同様に、ボイスコイル１２０に電流が印加されると、印加された電流および磁気回路による磁界によって、ボイスコイル１２０には駆動力が発生する。発生した駆動力は、ボイスコイルボビン１３０を介して振動板１１０に伝達される。駆動力が伝達された振動板１１０が振動することによって音が空間に放射される。

このように、スピーカ６００では、ボイスコイル１２０と鎖交する磁束が増加するため、より音圧の高い大きな音が再生できるスピーカを実現することができる。すなわち、振動板に磁気回路が埋まっている構造を上手く利用し、補助マグネット６０１を配置することで、スペースを拡大させること無く磁束を増加させ、音圧を向上させることができる。また、実施の形態４と同様に、補助プレート４０１を設け、補助プレート４０１上に補助マグネット６０１を設けてもよい。このことにより、スペースを拡大させることなく、さらに磁束を増加させ、音圧を向上させることができる。

（他の実施形態）
さらに、本開示における実装の例示として、実施の形態１〜６を説明した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜６で説明したスピーカは、薄型化が容易であるので、薄型テレビや携帯電話やＰＤＡなどの電子機器などに利用することができる。すなわち、電子機器は、本開示に係るスピーカと、スピーカを内部に保持する筐体とを備える構成とすることが可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

図１８に、本開示の実施の形態１〜６に示したうちから選択されるスピーカを搭載したモバイル情報端末装置７０１を示す。図１８において、７０２は画面、７００は実施の形態１〜６に示したうちから選択されるスピーカである。図１８では、３箇所にスピーカ７００を配置しているが、スピーカは１個以上であれば、いくつでも構わない。スピーカ装置が１個であればモノラルとなるが、２個でステレオ、２個以上使えば音場制御やＨＲＴＦ用のデバイスとしても使用可能となる。スピーカ７００をモバイル情報端末装置７０１のような、搭載容積が限られた機器に搭載することにより、限られた容積でも広帯域再生を安定的に可能とする。なお、スピーカ７００を搭載時の搭載方向については、筐体に設けられる音孔に対し、振動板を音孔側に向けても、フレームを音孔側に向けても構わない。

また、図１９に、本開示の実施の形態１〜６に示したうちから選択されるスピーカを搭載した画像表示装置８０１を示す。より具体的には、画像表示装置８０１は、ＰＣや薄型ＴＶなどである。図１９において、２０２は画面、８００は実施の形態１〜６に示したうちから選択されるスピーカである。図１９では、計１６箇所にスピーカ８００を配置しているが、スピーカ８００は１個以上であれば、いくつでも構わない。１個であればモノラルとなるが、２個でステレオ、２個以上使えば（例えば、ラインアレイとして配置すれば）音場制御やＨＲＴＦ用のデバイスとしても使用可能となる。スピーカ８００を画像表示装置８０１のような、搭載容積が限られている機器に搭載することにより、限られた容積でも広帯域再生を安定的に可能とする。なお、スピーカ８００を搭載時の搭載方向については、筐体に設けられる音孔に対し、振動板を音孔側に向けても、フレームを音孔側に向けても構わない。

また、図２０に、車載スピーカの搭載図を示す。図２０において、９０１は自動車のドア、９００は本開示の実施の形態１〜６に示したうちから選択されるスピーカである。図２０では、３箇所にスピーカ９００を配置しているが、スピーカ９００は１個以上であれば、いくつでも構わない。また、図２０では、自動車のドア９０１に取り付けた例を示すが、自動車のダッシュボードやピラー、シート、ヘッドレスト、天井など、自動車のどの位置に取り付けてもよい。また、自動車以外にも、電車やモノレール、リニアモーター、飛行機、船舶など、各種移動手段に取り付けてもよい。従来、広帯域再生、特に低音を再生するには大型のスピーカが必要であった。本開示の実施の形態１〜６に示したスピーカは、従来のスピーカと比べ薄型なスピーカを実現可能である。この結果、移動手段全体の小型化につながり、居住空間の増大による快適性の向上が可能となる。なお、搭載時の搭載方向については、筐体に設けられる音孔に対し、振動板を音孔側に向けても、フレームを音孔側に向けても構わない。

本開示に係るスピーカは、薄型テレビや携帯電話やＰＤＡ等の電子機器に利用することができる。

１００、２００、３００、４００、５００，６００、７００、８００、９００ スピーカ
１１０、１１１ａ、１１１ｂ、２１０、３１０、６１０ 振動板
１１２ 張り合わせ部
１２０ ボイスコイル
１３０ ボイスコイルボビン
１４０、５４０、６４０ 磁気回路
１４１ マグネット
１４２ プレート
１４３ 接合面
１５０ エッジ
１６０ フレーム
１７０ ダストキャップ
１８０ 貫通孔
２０２ 引き出し線
２０３ 導電線
４０１ 補助プレート
６０１ 補助マグネット
７０１ モバイル情報端末装置
７０２ 画面
８０１ 画像表示装置
９０１ 自動車のドア

しかし、さらなる音圧周波数特性の平坦化のためには、発生する共振モードの抑制が必要となる。そこで、スピーカ３００は、最初に発生する第１次共振モードを抑制し、次に発生する第２次共振モードまで平坦な特性を実現するために、駆動点（ボイスコイル）を２個設けている。第１次共振モードを制御する駆動点は、第１次共振モードの節の位置に設けるとよい。エッジ１５０に比べ振動板２１０の剛性が高く、エッジ１５０の質量が振動板２１０と同様に軽い場合、振動板２１０の共振姿態は、両端自由の棒の共振姿態と略同様となる。このため、振動板２１０の長手方向の第１次共振モードの節の位置は、振動板２１０の長手方向長を１とすると、振動板２１０の長手方向端から０．２２４と０．７７６とに相当する位置となる。つまり、ボイスコイルボビン１３０は、振動板２１０の長手方向の第１次共振モードの節である位置、すなわち、振動板２１０の長手方向長を１とした場合における、振動板２１０の長手方向端から０．２２４と０．７７６とに相当する位置に固着するとよい。第１次共振モードを抑制すれば、帯域はその周波数の約４倍に拡大することになる。図８の場合、第１次共振モードが抑制され、その次の第２共振モードの周波数まで拡大できる。よって、本実施の形態によれば、実施の形態１に比べ、再生周波数を高くすることができる。

Claims (14)

1. 細長構造のスピーカであって、
   フレームと、
   振動方向と垂直な平面の形状が長手と短手を有する縦長の形状で、中空構造である振動板と、
   前記振動板を振動可能に支持し、前記フレームに固定されるエッジと、
   前記振動板を貫通して、接続される少なくとも１つの筒形状のボイスコイルボビンと、
   前記振動板の中空構造の内部で、前記ボイスコイルボビンに固着されるボイスコイルと、
   前記ボイスコイルボビンの内部に、前記ボイスコイルを駆動させるための磁気回路とを備えることを特徴とする、スピーカ。
2. 前記ボイスコイルは、前記ボイスコイルボビンの高さを２等分する位置に配置されるように固着されることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
3. 前記ボイスコイルの重心と、前記エッジの前記フレームへの固定点と、前記振動板の重心と、前記磁気回路の重心とが、同一平面上に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のスピーカ。
4. 前記振動板の長手方向の終端部にハトメがかしめられており、
   前記ハトメと前記フレームに設けたターミナルを接続する導電線と、
   前記ハトメから前記ボイスコイルに接続された引き出し線とをさらに備え、
   前記引き出し線は、振動板内部に固着されていることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
5. 前記磁気回路は、２つのマグネットを反発する方向に固着した構成を含むことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
6. 前記振動板の短手方向の断面形状が、円形状、長円形状、中空台形または中空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。
7. 前記ボイスコイルボビンを２つ備え、
   前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の前記長手方向の第１次共振モードの節の位置に１つずつ配置されることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
8. 前記振動板の長手方向の一端を０とし、他端を１としたときに、
   前記ボイスコイルボビンは、０．２２４と、０．７７６とに相当する位置に配置されることを特徴とする、請求項７に記載のスピーカ。
9. 前記ボイスコイルボビンを４つ備え、
   前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の第１次共振モードおよび第２次共振モードの節の位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
10. 前記振動板の長手方向の一端を０とし、他端を１としたときに、
    前記ボイスコイルは、０．１１３０と、０．３７７７５と、０．６２２２５と、０．８８７０との位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
11. 前記振動板の外側に、前記振動板の長手方向における前記磁気回路の両側を回り込むような補助プレートをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
12. 前記振動板を隔てた位置であって、前記振動板の長手方向における前記磁気回路の両側に補助マグネットをさらに備える、請求項１に記載のスピーカ。
13. 前記振動板は、前記長手方向両端の形状が、半球形状である、請求項１に記載のスピーカ。
14. 請求項１に記載のスピーカを備える、電子機器。

Images