特開 2023-179950 ツイーター用振動板およびツイーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023179950

(43)【公開日】2023-12-20

(54)【発明の名称】ツイーター用振動板およびツイーター

(51)【国際特許分類】

   H04R 7/02 20060101AFI20231213BHJP

   H04R 7/12 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

H04R7/02 D

H04R7/02 G

H04R7/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022092920

(22)【出願日】2022-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100206391

【弁理士】

【氏名又は名称】柏野 由布子

(72)【発明者】

【氏名】宮田 智矢

(72)【発明者】

【氏名】樋山 邦夫

【テーマコード（参考）】

5D016

【Ｆターム（参考）】

5D016AA01

5D016AA08

5D016CA05

5D016EA05

5D016EA10

5D016EC03

5D016EC05

5D016EC06

5D016EC07

5D016EC09

(57)【要約】

【課題】ハイレゾ音源での高音領域の音質に優れるツイーター用振動板およびツイーターを提供する。
【解決手段】ツイーター用振動板は、異方性を有する高弾性シートからなり、レーザドップラ振動計を用いて測定された２０Ｈｚ以上４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯での振動プロファイルにおいて、周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出されず、周波数が２０ｋＨｚよりも大きく４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯で分割振動に起因するピークが複数検出される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

異方性を有する高弾性シートからなり、
レーザドップラ振動計を用いて測定された２０Ｈｚ以上４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯での振動プロファイルにおいて、
周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出されず、
周波数が２０ｋＨｚよりも大きく４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯で分割振動に起因するピークが複数検出される、ツイーター用振動板。

【請求項2】

前記高弾性シートが、引張弾性率が４００ＧＰａ以上の高弾性繊維の織布、または引張弾性率が４００ＧＰａ以上の高弾性繊維を一方向に配向したＵＤシートを２層以上積層した積層体であって、積層方向に互いに対向する前記ＵＤシートは前記高弾性繊維の配向の方向が異なる異方性積層体である、請求項１に記載のツイーター用振動板。

【請求項3】

中央にドーム部を有し、前記ドーム部の直径が１ｃｍ以上５ｃｍ以下の範囲内にある、請求項１または２に記載のツイーター用振動板。

【請求項4】

密度が１．２ｇ／ｃｍ^３以上１．９４ｇ／ｃｍ^３以下の範囲内にある、請求項１または２に記載のツイーター用振動板。

【請求項5】

前記振動プロファイルにおいて、前記分割振動に起因する複数のピークのうちの最大ピークの高さが、前記複数のピークの平均の５倍以下である、請求項１または２に記載のツイーター用振動板。

【請求項6】

請求項１または２に記載のツイーター用振動板を備えたツイーター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ツイーター用振動板およびツイーターに関する。

【背景技術】

【0002】

ツイーター用の振動板としては、高弾性の金属板が広く利用されている。金属板としては、アルミニウム合金やチタン合金が使用されている。また、振動板として、樹脂フィルムを表裏表皮基材とし、この中間層に、はがしマイカを積層した集成マイカシートまたはカーボン繊維を織ったクロスカーボンや芳香族ポリアミド繊維の織布またはアルミニウム合金シートまたはチタン合金シートを用いることが検討されている（特許文献１）。さらに、織布と、この織布の背面側に熱圧着一体化した紙板とを備え、織布は、表面側に織目を表出させたスピーカ用振動板も検討されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２４７６８６号公報

【特許文献2】特開２００９－２１８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年では、ハイレゾ音源が開発され、ツイーターの音質の向上が望まれている。ハイレゾ音源の周波数帯域（例えば、４０～５０ｋＨｚ）にまでツイーターのＦ特（周波数特性）を伸ばすために、振動板の最高共振周波数（ｆｈ）を４０～５０ｋＨｚ付近まで高くすることは有効である。しかしながら、最高共振周波数が４０～５０ｋＨｚの振動板を実現しようとすると、ダイヤモンドや硬質セラミックを使用することが必要となる。

【0005】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ハイレゾ音源での高音領域の音質に優れるツイーター用振動板およびツイーターを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第一の態様は、異方性を有する高弾性シートからなり、レーザドップラ振動計を用いて測定された２０Ｈｚ以上４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯での振動プロファイルにおいて、周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出されず、周波数が２０ｋＨｚよりも大きく４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯で分割振動に起因するピークが複数検出される、ツイーター用振動板である。

【0007】

本発明の第二の態様は、上記第一の態様のツイーター用振動板を備えたツイーターである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ハイレゾ音源での高音領域の音質に優れるツイーター用振動板およびツイーターを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第一実施形態に係るツイーター用振動板を示す斜視図である。

【図2】実施例１で作製したツイーター用振動板の振動プロファイルである。

【図3】振動プロファイルの測定装置の一例のブロック図である。

【図4】本発明の第一実施形態に係るツイーター用振動板の原料として用いることができる高弾性シートの構成の一例を示す分解斜視図である。

【図5】本発明の第二実施形態に係るツイーターを示す断面図である。

【図6】実施例１～３および比較例１～２で作製したツイーター用振動板の振動プロファイルである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係るツイーター用振動板を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係るツイーター用振動板を示す斜視図である。

【0011】

図１において、ツイーター用振動板１０は、全体として円板状をなし、中央に半球状のドーム部１１を有するドーム型振動板とされている。ドーム部１１を含め、この例のツイーター用振動板１０の肉厚は、前面にわたってほぼ均一である。プレス成形によりドーム部１１の肉厚がわずかに薄くなっている構成も可能である。ツイーター用振動板１０の肉厚は、本発明では限定されないが、例えば、３０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にある。ドーム部１１の直径は、本発明では限定されないが、例えば、１ｃｍ以上５ｃｍ以下の範囲内にある。なお、ツイーター用振動板１０の形状は、ドーム型に限定されるものではなく、平面形状などのツイーター用振動板として用いられている各種の形状であってもよい。

【0012】

図２は、後述の実施例１で作製したツイーター用振動板の振動プロファイルである。振動プロファイルは、ツイーター用振動板を振動させたときの周波数と、その周波数でツイーター用振動板を振動させたときの振動加速度レベルとの関係を示す。図２に示すように、振動プロファイルは、横軸がツイーター用振動板を振動させたときの周波数（単位：Ｈｚ）であり、縦軸が振動加速度レベル（単位：ｄＢｍ／ｓ^２／Ｖ）である。

【0013】

図３は、振動プロファイルの測定装置の一例のブロック図である。
図３において、振動プロファイル測定装置１００は、パワーアンプ１０１と、ＬＤＶ（レーザドップラ流速計）スキャニングヘッド１０２と、制御器１０３、計算機１０４とを有する。パワーアンプ１０１は、測定対象のツイーター用振動板を備える測定用ツイーター１１０に対して所定周波数の電気信号を送信して、ツイーター用振動板を振動させる。ＬＤＶスキャニングヘッド１０２は、レーザドップラ法によりツイーター用振動板の振動によって生じる空気の振動速度（流速）を測定する。制御器１０３は、パワーアンプ１０１とＬＤＶスキャニングヘッド１０２とを制御すると共に、測定用ツイーター１１０に送信した電気信号の周波数と、空気の流速とを計算機１０４に送信する。

【0014】

振動プロファイルの測定は、次のようにして行うことができる。
まず、図３に示すように、ＬＤＶスキャニングヘッド１０２の下方に測定用ツイーター１１０を配置する。ＬＤＶスキャニングヘッド１０２と測定用ツイーター１１０との距離Ｌは６１０ｎｍとする。

【0015】

次に、測定用ツイーター１１０の端子をパワーアンプ１０１と接続する。ＬＤＶスキャニングヘッド１０２を用いて、レーザドップラ法によりツイーター用振動板の振動によって生じる空気の振動速度（流速）を測定しながら、パワーアンプ１０１にて、測定用ツイーター１１０に対して電気信号を送信する。電気信号の電圧は、例えば、測定用ツイーター１１０の端子電圧をテスター（ＡＣ電圧）で測定して０．３Ｖになるように調整する。電気信号の周波数は、例えば、２０Ｈｚから５０ｋＨｚまでとする。

【0016】

計算機１０４にて、レーザドップラ法により得られた振動板の速度から振動加速度レベルを算出する。そして、測定用ツイーター１１０に送信した電気信号の周波数と振動加速度レベルとから振動プロファイルを作成する。

【0017】

図２に示すように、本実施形態のツイーター用振動板は、振動プロファイル周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出されず、周波数が２０ｋＨｚよりも大きく４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯で分割振動に起因するピークが複数検出される。分割振動とは、振動板が局所的に分割して振動し、振動板全体が波打つように振動した状態となる現象である。分割振動が発生すると、局所的な振動の干渉によって生成したピークが複数検出される。分割振動に起因する複数のピークのうちの最大ピークの高さは、複数のピークの平均の５倍以下であることが好ましい。ピークの高さはベースラインからの高さである。ベースラインは、ピークの始めとピークの終わりとを結ぶ直線である。

【0018】

ツイーター用振動板は、異方性を有する高弾性シートから構成されている。異方性を有するとは、高弾性シートの表面に沿って直交する方向において、弾性が異なる部位を有することを意味する。高弾性シートとしては、ＵＤシート、織布を用いることができる。

【0019】

ＵＤシートは、高弾性繊維を一方向に配向させてマトリックス樹脂に含侵させたものである。ＵＤシートは、高弾性繊維が配向されている配向方向において弾性が高く、配向方向に直交する方向において弾性が低い特性を有する。ＵＤシートで用いられる高弾性繊維は、引張弾性率が４００ＧＰａ以上であることが好ましく、５００ＧＰａ以上であることがより好ましい。高弾性繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ポリ（ｐ－フェニレンベンゾビスオキザール：ＰＢＯ）繊維を用いることができる。炭素繊維の例としては、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維などを挙げることができる。マトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、液晶ポリマー樹脂またはこれらの樹脂を２種以上含むブレンド樹脂を用いることができる。

【0020】

図４は、本発明の第一実施形態に係るツイーター用振動板の原料として用いることができる高弾性シートの構成の一例であって、ＵＤシートを用いた高弾性シートの分解斜視図である。図４において、高弾性シート１２は、５枚のＵＤシート１３ａ～１３ｅを積層した積層体である。ＵＤシート１３ａ～１３ｅはそれぞれ、高弾性繊維１４ａ～１４ｅが矢印で示す方向に配向されている。ＵＤシート１３ａ～１３ｅは、積層方向（Ｚ方向）において対向するＵＤシートの高弾性繊維の配向の方向が９０度ずつずらした状態で積層されている。すなわち、ＵＤシート１３ａ、１３ｃ、１３ｅの高弾性繊維１４ａ、１４ｃ、１４ｅはＸ方向に配向されていて、ＵＤシート１３ｂ、１３ｄの高弾性繊維１４ｂ、１４ｄはＹ方向に配向されている。高弾性シート１２は、Ｘ方向の弾性とＹ方向の弾性が高く、Ｘ方向およびＹ方向以外の方向の弾性が低い異方性を有する。なお、高弾性シート１２を構成するＵＤシートの枚数は、特に制限はない。ＵＤシートの枚数は、２枚以上１０枚以下の範囲内にあることが好ましく、３枚以上８枚以下の範囲内であることがより好ましく、３枚以上８枚以下の範囲内にあることがより好ましく、３枚または５枚であることがさらに好ましい。また、積層方向において対向するＵＤシートの高弾性繊維の配向方向の角度のずれは、特に制限はない。高弾性繊維の配向方向の角度は、例えば、３０度、４５度、６０度、９０度ずつずれていてもよい。

【0021】

織布は、縦糸と横糸とを交差させて布状に形成したものである。織布は、マトリックス樹脂に含侵させたものであることが好ましい。縦糸と横糸は高弾性繊維である。高弾性繊維は、引張弾性率が４００ＧＰａ以上であることが好ましく、５００ＧＰａ以上であることがより好ましい。織布で用いられる高弾性繊維およびマトリックス樹脂の例は、ＵＤシートで用いられる高弾性繊維およびマトリックス樹脂と同じである。織布は、縦糸および横糸の延びる方向の弾性が、その他の方向と比較して弾性が高い異方性を有する。

【0022】

ツイーター用振動板１０の製造方法としては、例えば、プレス成形法を用いることができる。プレス成形法は、高弾性シートを所定の型に挟んで、プレスする方法である。

【0023】

ツイーター用振動板１０の高弾性繊維とマトリックス樹脂の含有量は、本発明では限定されないが、例えば、体積比で２０：８０～８０：２０の範囲内にある。高弾性繊維とマトリックス樹脂の含有量は、体積比で３０：７０～７０：３０の範囲内にあることが好ましい。

【0024】

ツイーター用振動板１０の密度は、本発明では限定されないが、例えば、１．２０／ｃｍ^３以上１．９４ｇ／ｃｍ^３以下の範囲内にある。ツイーター用振動板１０の密度は、１．４０／ｃｍ^３以上１．９０ｇ／ｃｍ^３以下の範囲内にあることが好ましく、１．６０／ｃｍ^３以上１．８５ｇ／ｃｍ^３以下の範囲内にあることが特に好ましい。

【0025】

以上のような構成とされた本実施形態のツイーター用振動板１０は、異方性を有する高弾性シートからなるので、共振振動が起こりにくい。また、本実施形態のツイーター用振動板１０は、人間の可聴領域とされる２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出されず、人間の可聴領域を超える周波数が２０ｋＨｚよりも大きく４０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯で分割振動に起因するピークが複数検出される。よって、本実施形態のツイーター用振動板１０によれば、人間の可聴領域において、特異的なピークが発生せず、人間の可聴領域を超える領域で分割振動が生じるので特異的なピークが発生しない。このため、本実施形態のツイーター用振動板１０はハイレゾ音源での高音領域の音質に優れる。

【0026】

また、本実施形態のツイーター用振動板１０において、高弾性シートが、引張弾性率が４００ＧＰａ以上の高弾性繊維の織布、または引張弾性率が４００ＧＰａ以上の高弾性繊維を一方向に配向したＵＤシートを２層以上積層した積層体であって、積層方向に互いに対向する前記ＵＤシートは前記高弾性繊維の配向の方向が異なる異方性積層体である場合には、引張弾性率の異方性が大きくなる。このため、分割振動が起こる周波数がより高くなるので、ハイレゾ音源での高音領域の音質がより向上する。

【0027】

また、本実施形態のツイーター用振動板１０において、ドーム部１１の直径が１ｃｍ以上５ｃｍ以下の範囲内にあると、分割振動が起こる周波数がさらに高くなるので、ハイレゾ音源での高音領域の音質がさらに向上する。

【0028】

また、本実施形態のツイーター用振動板１０において、密度が１．２ｇ／ｃｍ^３以上１．９４ｇ／ｃｍ^３以下の範囲内にあると、弾性が高くなるので、分割振動が起こる周波数がより確実に高くなるので、ハイレゾ音源での高音領域の音質がさらに向上する。

【0029】

また、本実施形態のツイーター用振動板１０の振動プロファイルにおいて、分割振動に起因する複数のピークのうちの最大ピークの高さが、複数のピークの平均の５倍以下であると、分割振動によるピークのばらつきが小さくなるので、ハイレゾ音源での高音領域の音質がさらに向上する。

【0030】

［第二実施形態］
図５は、本発明の第二実施形態に係るツイーターを示す断面図である。
図５において、ツイーター２０は、ツイーター用振動板１０と、フレーム２１と、トッププレート２２と、スピーカケース２３と、ボビン２４と、ボイスコイル２５と、ヨーク２６と、第１磁石２７と、第２磁石２８と、を有する。

【0031】

フレーム２１は、ツイーター用振動板１０を振動可能に支持する。トッププレート２２は、中央に孔部２２ａを有する円板である。スピーカケース２３は、フレーム２１とトッププレート２２を支持する。ボビン２４は筒状体であって、一方の端部がトッププレート２２に固定され、他方の端部がトッププレート２２の孔部２２ａの内側に位置するように配置されている。ボイスコイル２５は、ボビン２４の外周面に巻回されている。ヨーク２６は、中央に凸部２６ａを有する円板である。ヨーク２６の凸部２６ａは、ボビン２４の内側に挿入される。第１磁石２７は、中央に孔部を有する円板の永久磁石であり、ヨーク２６の凸部２６ａの周囲に配置されている。第２磁石２８は、中央に孔部を有する円板の永久磁石であり、スピーカケース２３とヨーク２６との間に配置されている。

【0032】

以上のような構成とされた本実施形態のツイーター２０は、ツイーター用振動板１０が第一実施形態のツイーター用振動板１０であるため、ハイレゾ音源での高音領域の音質に優れる。

【0033】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【実施例0034】

［実施例１］
ピッチ系炭素繊維（引張弾性率：８８０ＧＰａ、密度：２．１８ｇ／ｃｍ^３）を一方向に配向させて、ポリアミド樹脂（引張弾性率：２．９ＧＰａ、密度：１．２ｇ／ｃｍ^３）に含侵させたＵＤシートを用意した。ＵＤシートのピッチ系炭素繊維とナイロン樹脂の含有量は、体積比で５０：５０であった。ＵＤシートの密度は１．７ｇ／ｃｍ^３であった。

【0035】

ＵＤシートのピッチ系炭素繊維の配向方向が９０度ずつずれるように、３枚のＵＤシート積層した。得られたＵＤシートの積層体を、プレス成形法により成形して、ドーム部の直径が１インチのドーム型振動板を作製した。
次いで、得られたドーム型振動板を用いて、図５に示す構成のツイーターを製造した。

【0036】

［実施例２］
ピッチ系炭素繊維（引張弾性率：７８５ＧＰａ、密度：２．１７ｇ／ｃｍ^３）を一方向に配向させて、エポキシ樹脂（引張弾性率：２．０ＧＰａ、密度：１．２ｇ／ｃｍ^３）に含侵させたＵＤシートを用意した。ＵＤシートのピッチ系炭素繊維とエポキシ樹脂の含有量は、体積比で５０：５０であった。ＵＤシートの密度は１．７ｇ／ｃｍ^３であった。
このＵＤシートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、ドーム型振動板を作製し、得られたドーム型振動板をツイーターを製造した。

【0037】

［実施例３］
ピッチ系炭素繊維（引張弾性率：７８５ＧＰａ、密度：２．１７ｇ／ｃｍ^３）を用いて作製した織布を、エポキシ樹脂（引張弾性率：２．０ＧＰａ、密度：１．２ｇ／ｃｍ^３）に含侵させた織布シートを用意した。織布シートのピッチ系炭素繊維とエポキシ樹脂の含有量は、体積比で５０：５０であった。織布シートの密度は１．７ｇ／ｃｍ^３であった。
ＵＤシートの代わりに、この織布シート１枚を用いたこと以外は実施例１と同様にして、ドーム型振動板を作製し、得られたドーム型振動板を用いてツイーターを製造した。

【0038】

［比較例１］
ＰＡＮ系炭素繊維（引張弾性率：２００ＧＰａ、密度：１．８０ｇ／ｃｍ^３）を用いて作製した織布を、エポキシ樹脂（引張弾性率：２．０ＧＰａ、密度：１．２ｇ／ｃｍ^３）に含侵させた織布シートを用意した。織布シートのＰＡＮ系炭素繊維とエポキシ樹脂の含有量は、体積比で５０：５０であった。織布シートの密度は１．７ｇ／ｃｍ^３であった。
ＵＤシートの代わりに、この織布シート１枚を用いたこと以外は実施例１と同様にして、ドーム型振動板を作製し、得られたドーム型振動板を用いてツイーターを製造した。

【0039】

［比較例２］
ＵＤシートの代わりに、アルミニウムシート（密度：２．７ｇ／ｃｍ^３）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、ドーム型振動板を作製し、得られたドーム型振動板を用いてツイーターを製造した。

【0040】

［評価］
（振動板の振動プロファイル）
実施例１～３および比較例１～２で得られたツイーターを用いて、振動板の振動プロファイルを測定した。その結果を、図６に示す。

【0041】

図６の結果から、実施例１～３で得られたツイーターの振動板は、周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出されず、周波数が２０ｋＨｚよりも大きく５０ｋＨｚ以下の範囲内の周波数帯で分割振動に起因するピークが検出された。この結果から、実施例１～３で得られたツイーターによれば、人間の可聴領域において特異的なピークが発生せず、人間の可聴領域を超える領域で分割振動が生じて特異的なピークが発生しないため、ハイレゾ音源での高音領域の音質に優れる。一方、比較例１で得られたツイーターの振動板は、周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数帯では分割振動に起因するピークが検出された。比較例２で得られたツイーターの振動板（アルミニウムシート）は、共振によるピークが確認された。これは、アルミニウムシートは等方性であるためである。

【符号の説明】

【0042】

１０…ツイーター用振動板、１１…ドーム部、１２…高弾性シート、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ…ＵＤシート、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ…高弾性繊維、２０…ツイーター、２１…フレーム、２２…トッププレート、２２ａ…孔部、２３…スピーカケース、２４…ボビン、２５…ボイスコイル、２６…ヨーク、２６ａ…凸部、２７…第１磁石、２８…第２磁石、１００…振動プロファイル測定装置、１０１…パワーアンプ、１０２…ＬＤＶスキャニングヘッド、１０３…制御器、１０４…計算機、１１０…測定用ツイーター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】