WO2007139046A1 - 音響加振器およびこれを用いたスピーカ - Google Patents

Abstract

　音響加振器は、フレームの開口に結合された弾性材からなるサスペンションと、このサスペンションに結合された磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルを結合した振動子とから構成し、フレームと振動子間にこれらと圧接される弾性体を配置したものであり、弾性体を介在させることで、振動子の加振効率を向上させ、音響加振器の能率、音質の改善を図るものである。

Description

明 細 書

音響加振器およびこれを用いたスピーカ

技術分野

[0001] 本発明は、パネル材ゃ自動車内装材、建築内装材などを振動させて音響再生を行 うために用いる音響加振器およびこれを用いたスピーカに関する。

背景技術

[0002] 音響加振器は、磁気回路と振動体をパネ性のあるサスペンションで結合したもので 、磁気回路と振動体が互いに吸引反発して動くことで振動を発生し、音響加振器を 装着した振動部材を加振するものである。以下で、従来の音響加振器について、図 8 の音響加振器の側断面図および図 9の同機械系等価回路を用いて説明する。

[0003] 図 8に示すように、従来の音響加振器は、磁気回路 221と振動体 226とから構成さ れている。磁気回路 221はヨーク 222とマグネット 223とプレート 224により構成され、 磁気ギャップ 221aを形成するとともに、弾性板材から成るサスペンション 225に結合 されている。また、振動体 226は、加振部 227と、加振部 227に結合されたボイスコィ ノレ 228と、カロ振咅 227とサスペンション 225をつなぐフレーム咅 229力、らなる。

[0004] なお、加振部 227とフレーム部 229は樹脂成形にて一体に形成されている。

[0005] 以上のように構成された音響加振器は、ボイスコイル 228に電流を流すと磁気回路

221との間に吸引反発が起こる。そして、振動体 226と磁気回路 221が振動して加振 部 227に結合された振動部材（図示せず）を加振する。その結果、音響加振器は、こ の振動部材を発音させるものである。

[0006] 次に、図 9を用いて、従来の音響加振器の動作について説明する。図 9は、従来の 音響加振器の機械系等価回路である。ここで、この機械系等価回路は、磁気回路 22 1とボイスコイル 228により発生する駆動力 F と駆動力 F による電磁制動抵抗 Z と

va va ea を直列回路で表現している。また、サスペンション 225の磁気回路 221に対するコン プライアンス C と、サスペンション 225の磁気回路 221に対する機械抵抗 R と、磁

S la S la 気回路 221とサスペンション 225の一部の質量 M とを直列回路で表現している。ま

ma

た、加振部 227とボイスコイル 228とフレーム部 229とサスペンション 225の一部の質 量 M を示している。また、サスペンション 225の振動体 226に対するコンプライアン f +v

ス C と、サスペンション 225の振動体 226に対する機械抵抗 R とを直列回路で表

S2a S2a

現している。また、磁気回路 221の振動速度 V と、加振部 227の振動速度 Vaと、フ ma

レーム部 229の振動速度 V を示している。

fa

[0007] この等価回路において明らかなように、振動部材を加振する加振部 227の振動速 度 Vaとフレーム部 229の振動速度 V はこれらが一体のものであるため、 Va=V とな fa fa る。尚、この発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献 1が知ら れている。

[0008] 以上の従来の音響加振器においては、その振動質量は、加振部 227とボイスコィ ル 228とフレーム部 229から成る振動体 226とサスペンション 225の一部の質量を含 み、周波数が変っても一定である。このため、最低共振周波数 Fでは直列共振によ

0

り大きく振動するが、それ以外の周波数では、全ての振動質量が負荷となってェネル ギ一が消費され、振動が減衰する。特に高域周波数では、負荷質量によるロスが大 きぐ振動の減衰も激しい。この結果、従来の音響加振器は、低能率で再生帯域が 狭いものが多ぐ再生音圧、音質に課題のあるものであった。

特許文献 1 :特開昭 61— 21699号公報

発明の開示

[0009] 本発明の音響加振器は、磁気回路と、この磁気回路に結合されたサスペンションと 、サスペンションに結合されたフレームと、磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイ スコイルと、ボイスコイルに結合される振動子を備えたものである。振動子とフレームと は弾性体により、上下動可能に結合した構成としたものである。したがって、再生帯 域の広域化を図ることができるとともに、振動の減衰を抑制した音響加振器の提供を 可能とするものである。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1における音響加振器の側断面図である。

[図 2]図 2は本発明の実施の形態 1における機械系等価回路図である。

[図 3]図 3は本発明の実施の形態 1における応用展開例の音響加振器の側断面図で ある。 園 4]図 4は本発明の実施の形態 2における音響加振器の側断面図である。

園 5]図 5は本発明の実施の形態 2における音響加振器と音響加振器とで音響再生 装置を構成する振動部材の要部であるブラケットとの装着を説明する側断面図であ 園 6A]図 6Aは本発明の実施の形態 2における音響加振器の同要部であるフレーム 部の底面図である。

園 6B]図 6Bは本発明の実施の形態 2における音響加振器の側面図である。

園 7A]図 7Aは本発明の実施の形態 2における音響加振器の要部であるブラケットの 上面図である。

園 7B]図 7Bは本発明の実施の形態 2における音響加振器の要部であるブラケットの 側面図である。

園 7C]図 7Cは本発明の実施の形態 2における音響加振器の要部であるブラケットを さらに 90°異なる方向からの見た側面図である。

園 8]図 8は従来の音響加振器の側断面図である。

園 9]図 9は従来の音響加振器の機械系等価回路図である。

符号の説明

1 磁気回路

2 ヨーク

3 マグネット

4 プレート

5 サスペンション

6 振動部

7, 19 振動子

7a, 19a 凹部

7b 緩衝材

8 ボイスコィノレ

9, 18 フレーム

9a, 18a 凹部 10 弾性体

11 接着剤

12 平板パネル (振動部材）

20 音響加振器

21 筐体

22, 22c フランジ部

22a 壁部

22b テーパー状部

23 ロック用突起

24 ブラケット

25 固定用爪

26 ブラケットアーム

26a, 27 突起

C , C , C コンプライアンス

g SI S2

R , R , R 機械抵抗

g SI S2

V, V , V , V 振動速度

f g m

F 駆動力

v

Z 電磁制動抵抗

e

M , M , M 質量

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

[0013] (実施の形態 1)

以下、本発明の実施の形態 1における音響加振器について図面を用いて説明する

。図 1は本実施の形態における音響加振器の側断面図であり、図 2は同機械系の等 価回路図である。

[0014] 図 1に示すように、フレーム 9は両端に開口を設けている。磁気回路 1は、ヨーク 2上 にマグネット 3およびプレート 4を接着結合して形成したものである。また、磁気回路 1 は、開口の一方端側に結合されたサスペンション 5によってフレーム 9内に上下動自 在に支持されている。そして、ボイスコイル 8は、磁気回路 1の磁気ギャップ la内に一 端が配置され、他端がフレーム 9の他端側に配置された円筒有底状の振動子 7に接 着結合されている。このように音響加振器は、フレーム 9と、磁気回路 1と、ボイスコィ ノレ 8と、ボイスコイル 8が結合された振動子 7とで構成されている。振動部 6は、フレー ム 9、振動子 7、ボイスコイル 8および後述する弾性体 10とで構成されている。

[0015] 弾性体 10はゴム等により環状に形成されている。そして、弾性体 10は、フレーム 9 の内壁に設けた環状の凹部 9aと、この凹部 9aに対応して振動子 7に設けられた環状 の凹部 7aとの間に配置されている。また、弾性体 10は、フレーム 9と振動子 7との間 に圧接されている。したがって、フレーム 9と振動子 7とは、弾性体 10を介して結合状 態となつている。このように、振動子 7とフレーム 9の夫々には、弾性体 10が圧接され る位置に位置決め用凹部としての凹部 7aと凹部 9aとが夫々設けられている。

[0016] ここで、本実施の形態の音響加振器と従来技術の音響加振器とを同条件で比較し た結果について述べる。そのために、本実施の形態の音響加振器の振動子 7、およ び従来技術の音響加振器の振動子 227側を板状の振動部材である平板パネル 12 に結合した。結合手段は接着によっても、振動子 7および振動子 227にネジ穴を設 けて平板パネル 12をネジ止めしても良ぐ振動子 7および振動子 227の振動が振動 部材 12に伝達される既知の固定手段を適宜採用すればよい。

[0017] そして、本実施の形態の音響加振器のボイスコイル 8、および従来技術の音響加振 器のボイスコイル 228に夫々電気音響信号を入力したところ、本実施の形態の音響 加振器を用いた方力 再生音圧が約 6dB向上することが確認されると共に、再生帯 域あ広くなること力 S確言忍された。

[0018] 図 2は本実施の形態における音響加振器の機械系等価回路図である。ここで、この 機械系等価回路は、磁気回路 1とボイスコイル 8により発生する駆動力 Fと駆動力 F に伴う電磁制動抵抗 Zとを直列回路で表現している。また、サスペンション 5の磁気

e

回路 1に対するコンプライアンス C と、サスペンション 5の磁気回路 1に対する機械抵

S1

抗 R と、磁気回路 1とサスペンション 5の一部の質量 M とを直列回路で表現してい

SI m

る。また、振動子 7とボイスコイル 8と弾性体 10の一部の質量 Mを示している。また、 サスペンション 5の振動部 6に対するコンプライアンス C と、サスペンション 5の振動 部 6に対する機械抵抗 R と、フレーム 9とサスペンション 5の一部と弾性体 10の一部

S2

の質量 Mとを直列回路で表現している。また、弾性体 10のコンプライアンス Cと、弾

f 8 性体 10の機械抵抗 Rとを直列回路で表現している。また、磁気回路 1の振動速度 V

g

と、振動子 7の振動速度 Vと、フレーム 9の振動速度 Vと、弾性体 10の振動速度 V m I g を示している。

[0019] 図 2に示すように、弾性体 10のコンプライアンス Cおよび機械抵抗 Rがサスペンシ

g

ヨン 5の振動部 6に対するコンプライアンス C 、同機械抵抗 R およびフレーム 9とサ

S2 S2

スペンション 5の一部と弾性体 10の一部の質量 Mに並列に設けられている。また、振

f

動子 7の振動速度 Vがフレーム 9の振動速度 Vと弾性体 10の振動速度 Vの和（V=

f 8

V +V )で表されている。したがって、従来のものより弾性体 10を設けたことで、振動 f 8

子 7の振動速度が向上し、加振効率が向上し、平板パネル 12を振動させたときの再 生音圧が向上する。さらに、弾性体 10のコンプライアンス Cの適宜の設定によって高

g

域の振動も向上し、再生帯域も広がることが、等価回路上からも確認される。

[0020] これは、周波数によって振動子 7がフレーム 9と独立した振動をすることであり、結果 としてより軽い振動質量を持つことと等価である。ここで弾性体 10のコンプライアンス Cが大きいほど弾性体 10の振動速度 Vは広帯域で大きくなる力 S、振動子 7の支持 g

が不安定になるため弾性体 10のコンプライアンス Cには適値が存在する。

g

[0021] また、図 1に示すように本実施の形態では、振動子 7とフレーム 9にそれぞれ弾性体 10の位置決めの凹部（7a、 9a)を設け、そして、振動子 7とフレーム 9の隙間より、弹 性体 10の断面長を適度に大きくしている。これによつて振動子 7が確実に弾性体 10 の圧接によって支持される。また、ボイスコイル 8の磁気回路 1の中での動作も安定す る。なお、弾性体 10の材質は車載環境などを考慮し、安定した物性で耐熱性の高い ものが望ましぐ例えばシリコンゴム系などが考えられる。

[0022] なお、以上の本実施の形態においては、弾性体 10はゴムからなり、例えば、シリコ ン系ゴムとして説明したが、シリコン系ゴムにこだわるものでなぐシリコン系ゴムも含 め、ゴム硬度 20° 以上で且つ 60° 以下で選択してもよい。その結果、弾性体 10の コンプライアンスとして最適なものの設定が可能となる。

[0023] また、弾性体 10には硬化後も弾性を有する接着剤を用いることも可能である。少な くともフレーム 9と弾性体 10との間と、振動子 7と弾性体 10との間とに、硬化後も弾性 を有する接着剤 11を塗布または充填することで弾性体 10を形成することも可能であ

[0024] 適度な粘性を有し、安定した物性と耐熱性に優れたものとして、このような接着剤と しては例えばシリコンゴム系のものの採用が有効であり、固体としての弾性体と比較し て、材料コストの削減が期待できるものである。

[0025] 図 3は本実施の形態における展開例の音響加振器の側断面図である。図 1に示し た実施の形態 1の音響加振器と同一部分には同一番号を付与し、同一部分につい ては詳細な説明は省略する。図 1に示した実施の形態 1の音響加振器との相違点は 、図 1に示した実施の形態 1の音響加振器の振動子 7とフレーム 9間は弾性体 10を介 した結合としたものであるのに対し、更に、振動子 7とフレーム 9間の弾性体 10上に、 振動子 7とフレーム 9を橋絡するように接着剤 11を塗布または充填したことである。こ れにより振動子 7の支持がより安定すると共に、動作時の信頼性も向上するものであ

[0026] なお、接着剤 11の材質は硬化状態で弾性を有すると共に、硬化後も安定した特性 で且つ耐熱性の高いものが望ましぐシリコンゴム系の接着剤が適している。

[0027] なお、以上のように構成された音響加振器は、前述の如く振動子 7を振動部材であ る平板パネル 12に結合して、音響加振器のボイスコイル 8に外部からの音響信号を 入力し、これに基づく音響加振器の振動により、振動部材である平板パネル 12を振 動 ·発音させるスピーカとなるものである。

[0028] (実施の形態 2)

以下、本発明の実施の形態 2における音響加振器について図 4〜図 7Cを用いて 説明する。図 4は本実施の形態にける音響加振器の側断面図であり、図 5は同音響 加振器と音響加振器とで音響再生装置を構成する振動部材の要部であるブラケット との装着を説明する側断面図である。また、図 6Aは同要部であるフレームの底面図 であり、図 6Bは同側面図である。そして、図 7Aは同要部であるブラケットの上面図で ある。図 7Bは同要部であるブラケットの側面図である。また、図 7Cは同要部であるブ ラケットを図 7Bより、さらに 90° 異なる方向から見た側面図である。 [0029] 本実施の形態における音響加振器は、主として、音響加振器と振動部材との結合 の効率化を図った構成を特徴とするものである。なお、説明にあたっては、実施の形 態 1と同一部分は同一番号を附して説明する。

[0030] 図 4に示すように、磁気回路 1は、ヨーク 2上にマグネット 3およびプレート 4を接着結 合して形成したものである。また、磁気回路 1は、両端に開口を設けた円筒状のフレ ーム 18の一方端側に弾性金属薄板からなるサスペンション 5を介して結合されている ものである。

[0031] また、ボイスコイル 8は、その一端がこの円筒有底状の振動子 19に接着結合されて いる。また、ボイスコイル 8の他端側には、磁気回路 1の磁気ギャップ la内に配置され るコイル部 8aが設けられて!/、る。

[0032] なお、本実施の形態においては、フレーム 18と振動子 19は夫々樹脂成形によりに 形成されている。また、環状の弾性体 10は、フレーム 18に設けられた環状の凹部 18 aと、環状の凹部 18aに対応して振動子 19に設けられた環状の凹部 19aとの間に配 置されている。また、実施の形態 1と同様に弾性体 10を介して圧接されて振動子 19 でフレーム 18にサスペンション 5を結合した磁気回路部 1が装着されている。なお、円 筒有底状の振動子 19の底面には緩衝材 7bが配置されている。緩衝材 7bについて は、後に、更に詳しく説明する。

[0033] 次に、図 5を用いて音響加振器 20と振動部材の装着について説明する。図 5に示 すように音響加振器 20は、外観は前述のフレーム 18と振動子 19からなる筐体 21に よって形成されている。

[0034] 図 6A、 6Bに示すように、フランジ部 22は、円筒状の筐体 21の底面から円周方向 に円弧状に突出しており、複数箇所設けられている。すなわち、フランジ部 22は、振 動子 19の円筒底面から周方向に突出させて複数箇所形成されている。壁部 22aは このフランジ部 22の円周方向の一端部に設けられている。また、ロック用突起 23は、 筐体 21の外周に設けられた一方をテーパー状とし、他方を略切り立った壁状とした ものである。

[0035] また、図 7A、 7B、 7Cに示すように、樹脂製のブラケット 24は振動部材 (図示せず） に固着されている。また、固定用爪部としての固定用爪 25は、フランジ部 22に対応し てブラケット 24に複数設けられている。そして、図 5に示すように、ブラケット 24が、筐 体 21に嵌めあわされ、筐体 21を回転させることにより固定用爪 25でフランジ部 22を 挟持する。

[0036] なお、フランジ部 22は、挟持される端部をテーパー状部 22bとすることで、固定用 爪 25での挟持設定が容易に行なえる。また、固定用爪 25をフランジ部 22に設けた 壁部 22aに当接させて音響加振器と振動部材の装着が完了する。

[0037] また、ブラケット 24の固定用爪 25の上部には、円周上に延長したアーム部としての ブラケットアーム 26が設けられている。そして、ブラケットアーム 26の先端部に内方に 向けて突起 26aが設けられている。このような構成により、ブラケット 24の固定用爪部 によってフランジ部 22を挟持させるために回動したときに、ブラケット 24の固定用爪 2 5の一つに延長して設けたブラケットアーム 26の先端の突起 26aがロック用突起 23 のテーパー状部分を摺接して壁状部分に落とし込まれる。ブラケット 24にフランジ部 22を装着する作業にぉレ、ては、この装着完了状態をクリック感触（ロック感触）として 感じること力 Sできる。したがって、固定用爪 25によるフランジ部 22の挟持状態は、容 易に解除されることはない。固定用爪 25によるフランジ部 22の挟持状態を解除する ためには、治具等でブラケットアーム 26の先端を浮かし、装着時とは反対の方向に 筐体 21を回転させることで行える。

[0038] なお、筐体 21の底面には緩衝材 7bを配置しているので、ブラケット 24に音響加振 器 20の筐体 21を装着したときの遊びは、緩衝材 7bを圧接することで吸収する。した がって、音響加振器 20とブラケット 24の装着の保持はフランジ部 22と固定用爪 25間 の遊びをこの緩衝材 7bによってなくし、更に安定して行なえるものである。

[0039] 以上のように、音響加振器 20の筐体 21に設けたフランジ部 22を振動部材側に設 けたブラケット 24の固定用爪 25で挟持させることで、容易に振動部材に音響加振器 20を装着すること力 Sできる。さらに、ブラケットアーム 26に設けた突起 26aとロック用 突起 23によって、容易に装着が解除されることのない信頼性の高い装着構造とする ことができるものである。

[0040] なお、更に、本実施の形態においては、ロック用突起 23とは異なる脱着位置確認 用凸部としての突起 27を別のフランジ部 22cとの間に微小な半球状のものとして設 けている。この突起 27によって音響加振器 20の装着状態から開放するために回動し たときに、ブラケットアーム 26の先端の突起 26aが突起 27を乗り越えて、軽いクリック 感を操作者に与える。したがって、音響加振器 20の取り外し位置の確認が感触とし て容易に行なえるものである。これにより、音響加振器 20の取り外し時の過回動によ るブラケットアーム 26の損傷も防止できる。

[0041] 従って、音響加振器 20を振動部材のブラケット 24に装着する場合の回動時には、 ブラケットアーム 26の突起 26aがこの突起 27を乗り越えたときに小さいクリック感を感 触として得、更に回動して、ロック用突起 23を乗り越えて大きいクリック感（ロック感触) を得て装着がなされることになる。

[0042] なお、本実施の形態では音響加振器 20の取り外し位置の確認用として軽いクリック 感を得るために突起 27を設けるものとした力 突起 27に代えて、クリック感を得る程 度の凹部を脱着位置確認用凹部として振動子 19の外周壁に形成しても良いもので ある。

産業上の利用可能性

[0043] 本発明の音響加振器は、振動部材と結合して用いることで、平面パネルスピーカを はじめとして天井や壁面を発音体とする車載用、住居用音響機器に幅広く用いること ができ、有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 両端に開口を設けたフレームと、

前記開口の一方端側に結合されたサスペンションによって前記フレーム内に上下動 自在に支持された磁気回路と、

前記磁気回路の磁気ギャップ内に一端が配置されたボイスコイルと、

前記ボイスコイルの他端が結合された振動子とで構成された音響加振器であって、 前記振動子と前記フレームの間に前記振動子と前記フレーム夫々に圧接する弾性 体を設けた音響加振器。

[2] 前記振動子と前記フレームの夫々に前記弾性体が圧接される位置に位置決め用凹 部を設けた請求項 1に記載の音響加振器。

[3] 前記弾性体はゴムからなり、前記ゴム硬度は 20° 以上で且つ 60° 以下である請求 項 1に記載の音響加振器。

[4] 前記弾性体が硬化後も弾性を有する接着剤である請求項 1または請求項 2または請 求項 3に記載の音響加振器。

[5] 少なくとも前記フレームと前記弾性体との間と前記振動子と前記弾性体との間とに硬 化後も弾性を有する接着剤を塗布した請求項 1に記載の音響加振器。

[6] 前記振動子の円筒底面にフランジ部と、

振動により発音する振動部材に固着された樹脂製のブラケットとをさらに備え、 前記フランジ部は、前記振動子の円筒底面から周方向に突出させて複数箇所形成 され、

前記ブラケットは、前記フランジ部に対応して固定用爪部を備え、

前記ブラケットを前記円筒に嵌め合わせ、相対的に回動して、前記固定用爪部で前 記フランジ部を挟持保持するように構成された請求項 1に記載の音響加振器。

[7] 前記ブラケットの前記固定用爪部の上部には円周上に延長したアーム部が設けられ 前記アーム部の先端部に内方に向けて突起が設けられるとともに、

前記振動子の外周壁に一方側がテーパー状で他方側が切り立った壁としたロック用 突起を設け、 前記ブラケットの前記固定用爪部によって前記フランジ部を挟持させるために回動し たときに、前記アーム先端の突起が前記テーパー状のロック用突起上を摺接し、前 記切り立った壁側に落とし込まれる構成とした請求項 6に記載の音響加振器。

[8] 少なくとも前記ブラケットのフランジ部への揷入位置におけるブラケットのアーム先端 の突起位置より、挟持のための回動方向に、前記アーム先端の突起が乗り上げ容易 な脱着位置確認用凸部または凹部を前記振動子の外周壁に設けた請求項 7に記載 の音響加振器。

[9] 振動子の円筒底面にフランジ部と、

振動部材に固着された樹脂製のブラケットとを備え、

前記フランジ部は、前記振動子の円筒底面から周方向に突出させて複数箇所形成 され、

前記ブラケットは、前記フランジ部に対応して固定用爪部を備え、

前記ブラケットを前記円筒に嵌め合わせ、相対的に回動して、前記固定用爪部で前 記フランジ部を挟持保持するように構成された音響加振器。

[10] 前記ブラケットの前記固定用爪部の上部には円周上に延長したアーム部が設けられ 前記アームの先端部に内方に向けて突起が設けられるとともに、

前記振動子の外周壁に一方側がテーパー状で他方側が切り立った壁としたロック用 突起を設け、

前記ブラケットの前記固定用爪部により前記フランジ部を挟持させるために回動した ときに、前記アーム先端の突起が前記テーパー状のロック用突起上を摺接し、前記 切り立った壁側に落とし込まれる構成とした請求項 9に記載の音響加振器。

[11] 少なくとも前記ブラケットの前記フランジ部への揷入位置における前記ブラケットの前 記アーム先端の突起位置より、挟持のための回動方向に、前記アーム先端の突起が 乗り上げ容易な脱着位置確認用凸部または凹部を前記振動子の外周壁に設けた請 求項 10に記載の音響加振器。

[12] 請求項 1に記載の音響加振器と、前記音響加振器の振動子に結合された振動部材 を有するスピーカ。