(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-15
(45)【発行日】2024-03-26
(54)【発明の名称】スピーカ
(51)【国際特許分類】
H04R 9/00 20060101AFI20240318BHJP
H04R 7/02 20060101ALI20240318BHJP
H04R 7/12 20060101ALI20240318BHJP
H04R 9/02 20060101ALI20240318BHJP
H04R 9/04 20060101ALI20240318BHJP
H04R 7/06 20060101ALN20240318BHJP
【FI】
H04R9/00 B
H04R7/02 Z
H04R7/12 Z
H04R9/02 102B
H04R9/04 102
H04R7/06
(21)【出願番号】P 2020089025
(22)【出願日】2020-05-21
【審査請求日】2023-03-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000010098
【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100085453
【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 亮
(72)【発明者】
【氏名】田辺 景
【審査官】中嶋 樹理
(56)【参考文献】
【文献】特開2011-101278(JP,A)
【文献】国際公開第2010/097974(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04R 9/00
H04R 7/02
H04R 7/12
H04R 9/02
H04R 9/04
H04R 7/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
主に音圧を発生する本体部ならびにボイスコイルを有する駆動部が設けられた振動シートと、前記ボイスコイルに磁界を与える磁界発生部と、を有するスピーカにおいて、
前記振動シートは、可撓性のシート基材と、前記本体部の少なくとも一部で前記シート基材のシート表面に設けられた金属層とを有し、
前記ボイスコイルは、前記金属層と同じ金属材料の導体層がシート表面で螺旋形状に残されて形成されており、
螺旋形状の最外周に位置する前記導体層の少なくとも一部と、前記本体部に設けられた前記金属層とが連続していることを特徴とするスピーカ。
【請求項2】
前記ボイスコイルには、前記振動シートの振動方向と交差する方向が電流方向となる駆動通電路が設けられ、前記駆動通電路が前記磁界発生部の磁気ギャップ内に位置しており、
前記ボイスコイルの前記本体部側に位置する前記駆動通電路の電流方向の全長において、最外周に位置する前記導体層が前記本体部に設けられた前記金属層と連続している請求項1記載のスピーカ。
【請求項3】
前記ボイスコイルを構成する前記導体層は、前記駆動部において前記本体部と連続して設けられた前記金属層をエッチングして形成されている請求項1または2記載のスピーカ。
【請求項4】
前記金属層は銅箔層である請求項
1ないし3のいずれかに記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シート表面にコイルが設けられた振動シートを振動させて音圧を発生するスピーカに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1にシート状の振動板を備えたスピーカに関する発明が記載されている。
振動板は湾曲させられており、振動板の一端部に、エッチングによってボイスコイルが平面コイル状に形成されている。磁気回路部は磁界が横断する磁気ギャップを有している。振動板の前記一端部は、ゴムなどから成る弾性部材と共に磁気ギャップ内に挿入されて、ボイスコイルが磁気ギャップ内に位置している。また、振動板の他端部は他の弾性部材を介してフレームに取り付けられている。
【0003】
このスピーカは、磁気回路部においてボイスコイルを横断する磁界と、ボイスコイルに流れる電流とで、ボイスコイルに振動力が作用し、この振動力が振動板の湾曲部分に伝達されて、音圧が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載されたスピーカでは、ボイスコイルが形成されている部分で振動板の剛性が比較的高いが、ボイスコイルから外れた部分、すなわち振動板の湾曲部分と前記ボイスコイルとの境界部分には金属層が無いため、前記境界部分で剛性が部分的に低くなっている。そのため、ボイスコイルに振動力が発生したときに、前記境界部分に曲げや折れが発生しやすくなって、音圧を発生する湾曲部への振動の伝達効率が低下する課題がある。
【0006】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、振動シートのボイスコイルが形成されている駆動部と、主に音圧を発生する本体部との境界部で、シート剛性が低下するのを防止できるようにしたスピーカを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、主に音圧を発生する本体部ならびにボイスコイルを有する駆動部が設けられた振動シートと、前記ボイスコイルに磁界を与える磁界発生部と、を有するスピーカにおいて、
前記振動シートは、可撓性のシート基材と、前記本体部の少なくとも一部で前記シート基材のシート表面に設けられた金属層とを有し、
前記ボイスコイルは、前記金属層と同じ金属材料の導体層がシート表面で螺旋形状に残されて形成されており、
螺旋形状の最外周に位置する前記導体層の少なくとも一部と、前記本体部に設けられた前記金属層とが連続していることを特徴とするものである。
【0008】
本発明のスピーカは、前記ボイスコイルには、前記振動シートの振動方向と交差する方向が電流方向となる駆動通電路が設けられ、前記駆動通電路が前記磁界発生部の磁気ギャップ内に位置しており、
前記ボイスコイルの前記本体部側に位置する前記駆動通電路の電流方向の全長において、最外周に位置する前記導体層が前記本体部に設けられた前記金属層と連続していることが好ましい。
【0009】
本発明のスピーカでは、例えば、前記ボイスコイルを構成する前記導体層は、前記駆動部において前記本体部と連続して設けられた前記金属層をエッチングして形成されている。例えば、前記金属層は銅箔層である。
【発明の効果】
【0010】
本発明のスピーカは、振動シートの本体部に金属層が設けられているため、振動板の剛性をやや高めに設定でき、ボイスコイルで発生する振動力を本体部の広い範囲に伝達することができる。しかも、この金属板が、ボイスコイルの最外周の導体層と連続しているため、ボイスコイルを有する駆動部と本体部との境界部でシート剛性が部分的に低下するのを防止することができる。そのため、ボイスコイルに作用する振動力を本体部に効率よく伝達することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図2】
図1に示したスピーカの第1発音部の構造を示す分解斜視図、
【
図3】
図1に示したスピーカに設けられた振動シートを示す正面図、
【
図4】
図3に示した振動シートを部分的に拡大した拡大正面図、
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の実施形態のスピーカ1は、Y1-Y2方向が縦方向、X1-X2方向が左右方向、Z1-Z2方向が上下方向である。
図1に示される実施形態のスピーカ1は、Y1側に位置する第1発音部10とY2側に位置する第2発音部20が一体化されて構成されている。第1発音部10と第2発音部20は、縦方向(Y1-Y2方向)において対称形状である。第1発音部10と第2発音部20は構造が同じであり、第1発音部10が振動シート11を有し、第2発音部20が振動シート21を有している。第1発音部10の振動シート11と第2発音部20の振動シート21は、同じ周波数で振動させられる。あるいは、振動シート11と振動シート21は、互いに異なる周波数帯域で振動させられる。さらには、振動シート11と振動シート21が互いに異なるボイス電流で振動させられて、ステレオ音響を発生することも可能である。
【0013】
以下では、主に第1発音部10の構造と動作を主体として説明する。
図2に示されるように、第1発音部10は支持体12を有している。支持体12は支持筐体または支持基台である。支持体12は底壁部12aと縦壁部12bとが一体に形成されている。支持体12には左右方向(X1-X2方向)で対向する側壁部13,13が固定されている。支持体12の縦壁部12bの上部にはY2方向に突出する支持リブ12cが一体に形成されている。底壁部12aのY2側に向く端部は肉厚部12dとなっており、肉厚部12dのY2方向に向く端面が固定面12eとなっている。支持体12の縦壁部12bの中央部に円形穴である開口部12fが形成されている。
【0014】
図1に示されるように、第2発音部20にも支持体22が設けられている。第1発音部10の支持体12と同様に、支持体22には、底壁部22a、縦壁部22b、支持リブ22c、肉厚部22d、固定面22e、開口部22fが一体に形成されている。また支持体22のX1-X2方向の両側に側壁部23,23が固定されている。第1発音部10の支持体12と第2発音部20の支持体22は、共に非磁性材料で形成されていることが好ましい。
【0015】
図1に示されるように、第1発音部10の支持体12に形成された固定面12eと、第2発音部20の支持体22に形成された固定面22eとの間に、磁界発生部30が設けられている。磁界発生部30は、磁性材料で形成された第1対向ヨーク31と第2対向ヨーク32を有している。第1対向ヨーク31は、第1発音部10に設けられた支持体12の固定面12eに固定され、第2対向ヨーク32は第2発音部20に設けられた支持体22の固定面22eに固定されている。磁界発生部30では、第1対向ヨーク31と第2対向ヨーク32との間に磁石組立体33が位置している。
図2に示されるように、磁石組立体33は、磁性材料で形成された下部ヨーク34と、その上の重ねられた磁石35と、さらにその上に位置する磁性材料で形成された上部ヨーク36とで構成されている。
【0016】
図2に示されるように、第1対向ヨーク31と磁石組立体33との間には、X1-X2方向に間隔を空けて一対のスペーサ37が設けられている。スペーサ37は非磁性材料で形成されている。左右のスペーサ37には互いに対向する方向に延びる薄板部37aが一体に形成されている。それぞれのスペーサ37は、第1対向ヨーク31と磁石組立体33の双方に固定され、薄板部37aが、第1対向ヨーク31と磁石組立体33との間に介在している。一対のスペーサ37によって、第1対向ヨーク31と磁石組立体33とが互いに固定されている。また第1対向ヨーク31と磁石組立体33との間隔が薄板部37aの板厚で決められ、
図1示されるように、第1対向ヨーク31と磁石組立体33との間に、微小な間隔の磁気ギャップG1が形成されている。
【0017】
同様にして、第2対向ヨーク32と磁石組立体33との間にもスペーサ37と同じ形状のスペーサが、X1側とX2側に離れて設けられている。このスペーサによって、第2対向ヨーク32と磁石組立体33とが固定されている。またスペーサの薄板部が第2対向ヨーク32と磁石組立体33との間に挟まれて、第2対向ヨーク32と磁石組立体33との間隔が決められ、
図1に示されるように、第2対向ヨーク32と磁石組立体33との間に、微小な間隔の磁気ギャップG2が形成されている。
【0018】
図1と
図2に示されるように、第1発音部10のX1側の側壁部13とX2側の側壁部13との間に振動シート11が配置されている。振動シート11はV1-V2方向が縦方向で長手方向となる長方形状である。また、振動シート11は、V1-V2方向が振動方向である。振動シート11は、V2側からV1方向に向けて駆動部11bと本体部11aおよび固定端部11cとに区分される。振動シート11の固定端部11cは、支持体12のZ1側端部に設けられた支持リブ12cの上面に接着されて固定されている。振動シート11は自由状態では平面形状であるが、主に本体部11aで、縦方向(V1-V2方向)が曲率方向となるように湾曲変形させられている。この本体部11aが主に音圧を発生する部分である。振動シート11の駆動部11bでは、Y1側に向くシート表面とY2側に向くシート表面の両面にボイスコイル40が設けられており、駆動部11bとそれぞれのボイスコイル40が、磁気ギャップG1の内部に挿入されている。
【0019】
磁気ギャップG1の内部では、振動シート11と第1対向ヨーク31との間、および振動シート11と磁石組立体33との間に、磁性粘性流体やオイルなどの粘性を有する液体が介在している。あるいは薄い発泡樹脂材料などが介在していてもよい。磁気ギャップG1にこれらが介在することで、振動するボイスコイル40が、第1対向ヨーク31や磁石組立体33に当たって擦れるのを防止できるようにしている。
【0020】
図3と
図4に、振動シート11のY1側に向く面が示されている。振動シート11はシート基材(ベースフィルム)15を有している。シート基材15は弾性を有する可撓性シートであり、合成樹脂材料で形成された樹脂シートを基本として構成されている。シート基材15は、ポリイミド樹脂やPET樹脂で形成されている。振動シート11としては、シート基材15のシート表面に金属層として銅箔層16が積層されたいわゆるフレキシブル回路基板(FPC)が使用されている。
【0021】
図3と
図4に示されるように、振動シート11の本体部11aでは、そのほぼ全域のシート表面、すなわち本体部11aのX1側とX2側のそれぞれの縁部を除くシート表面に、金属層である銅箔層16が設けられている。銅箔層16が設けられていることにより、振動シート11の本体部11aは、剛性が高められ、適度な弾性を有するようになり、本体部11aのV1-V2方向の全長にわたって振動が伝達されやすくなる。銅箔層16は駆動部11bのシート表面まで連続して延びており、駆動部11bでは、銅箔層16を部分的にエッチングすることによって、ボイスコイル40が形成されている。
【0022】
図4に示されるように、ボイスコイル40は、シート基材15のシート表面に沿って導体層41が周回する平面巻き形状である。導体層41は、本体部11aに設けられた銅箔層16と連続して形成されている。導体層41は、シート基材15のシート表面と直交してY1-Y2方向に延びる仮想の中心線Oの周りを周回する螺旋形状で多重に巻かれている。
図2と
図3に示されるように、ボイスコイル40の全体形状は、本体部11aに向く側であるV1側に位置する上部駆動通電路40aとV2側に位置する下部駆動通電路40b、およびX1側に位置する左側周回路40cとX2側に位置する右側周回路40dを有している。
【0023】
図4に示されるように、上部駆動通電路40aと下部駆動通電路40bでは、細い幅寸法にエッチングされた導体層41が複数本平行でX1-X2方向に延びている。上部駆動通電路40aと下部駆動通電路40bでの電流方向Iは、振動シート11の振動方向(V1-V2方向)と直交している。
図1に示されるように、磁気ギャップG1内において、上部駆動通電路40aが、第1対向ヨーク31と上部ヨーク36との間に位置し、下部駆動通電路40bが、第1対向ヨーク31と下部ヨーク34との間に位置している。
図4に示されるように、左側周回路40cと右側周回路40dには、上部駆動通電路40aと下部駆動通電路40bの導体層41を繋ぐ周回した複数の導体層41が湾曲部を有して通過している。
【0024】
図3と
図4に示されるように、下部駆動通電路40bの最外周に位置する導体層41aに端子部42が一体に形成され、上部駆動通電路40aの最内周に位置する導体層41hに端子部43が一体に形成されている。端子部42と端子部43の一方が、振動シート11のY2側のシート表面に位置するボイスコイルの端子部と導通しており、振動シート11のY1側のシート表面に設けられたボイスコイル40とY2側のシート表面に設けられたボイスコイルとが直列に接続されている。
【0025】
図4に示されているボイスコイル40の螺旋形状の平面巻き構造を、端子部42を起点として説明する。下部駆動通電路40bにおいて最もV2側の最外周に位置する導体層41aが端子部42と連続している。導体層41aは、下部駆動通電路40bのV2側の最外周においてX2方向に連続して延びて導体層41bとなる。導体層41bは、右側周回路40dの最外周を周回する導体層41cとなる。この導体層41cは、右側周回路40dのV1側の湾曲部α2に隣接するほぼ三角形状の連続領域44を経て、本体部11aのシート表面に形成された銅箔層(金属層)16に連続する。
【0026】
本体部11aに形成された銅箔層16は、X1側において、左側周回路40cのV2側の湾曲部α1に隣接するほぼ三角形状の連続領域45を経て、左側周回路40cの最外周を周回する導体層41dに連続している。この導体層41dは、下部駆動通電路40bにおいてV2側の最外周から内側へ2番目に延びる導体層41eに連続し、導体層41eは、下部駆動通電路40bのX2側に位置する導体層41fとなる。さらに導体層は、中心線Oを中心とする螺旋軌跡で周回し、上部駆動通電路40aの最内周を通過する導体層41gと、これに連続する導体層41hを経て端子部43に至る。
【0027】
図4に示されるように、右側周回路40dの最外周の導体層41cおよび左側周回路40cの最外周の導体層41dは、他の領域を通過している導体層41a,41b,41c,・・・、41g,41hと同じ幅寸法の細幅なコイル線を形成している。X2側の導体層41cはほぼ三角形状の連続領域44を経て本体部11aの銅箔層16に連続し、X1側の導体層41dもほぼ三角形状の連続領域45を経て本体部11aの銅箔層16に連続している。導体層41cと導体層41dを導通させている銅箔層16は、上部駆動通電路40aの最もV1側に位置する最外周の導体層として機能していることになる。すなわち、ボイスコイル40の上部駆動通電路40aの電流方向Iの全長において、螺旋形状の最外周に位置する導体層と、本体部11aに設けられた銅箔層16とが連続して形成されており、螺旋形状の最外周に位置する導体層が本体部11aに設けられた銅箔層16と一体に形成されていることになる。
【0028】
なお、
図4に示す右側周回路40dの最外周に位置する導体層41cが、連続領域44を形成することなく、一定の幅寸法のまま湾曲部α2に沿って、右側周回路40dから上部駆動通電路40aの最外周まで延びてから本体部11aの銅箔層16に連続してもよい。同様に、左側周回路40cの最外周に位置する導体層41dが、連続領域45を形成することなく、一定の幅寸法のまま湾曲部α1に沿って、左側周回路40cから上部駆動通電路40aの最外周まで延びてから本体部11aの銅箔層16に連続してもよい。この構造では、ボイスコイル40の上部駆動通電路40aの電流方向Iの全長のうちの一部の長さの範囲において、螺旋形状の最外周に位置する導体層と、本体部11aに設けられた銅箔層16とが連続して一体に形成されることになる。
【0029】
第1発音部10に設けられた振動シート11は、
図3と
図4に示されるように、シート基材15のY1側に向くシート表面において、本体部11aに銅箔層16が形成され、この銅箔層16の一部をエッチングすることでボイスコイル40の螺旋形状の導体層41が形成されている。ただし、シート基材15のY2側に向くシート表面には、本体部11aに銅箔層16が形成されておらず、このシート表面では駆動部11bにボイスコイル40のみが形成されている。ただし、シート基材15の剛性が低い場合には、シート基材15のY1側に向くシート表面と、Y2側に向くシート表面の双方に、
図3と
図4に示される銅箔層16が形成されてもよい。
【0030】
第2発音部20は、第1発音部10とX1-X2方向で対称形状である。第2発音部20に設けられた振動シート21は、振動シート11と同様に、シート基材15の両面にボイスコイル40が形成され、シート基材15のY2方向に向くシート表面に、
図3と
図4に示されたのと同じ形状の銅箔層16が設けられている。
【0031】
次に、スピーカ1の発音動作を説明する。
図3と
図4に示されている振動シート11のY1側とY2側のシート表面に設けられた直列接続の一対のボイスコイル40にボイス電流が与えられる。同様にして、第2発音部20の振動シート21のY1側に向くシート表面とY2側に向くシート表面に設けられた直列の一対のボイスコイルにもボイス電流が与えられる。それぞれのボイス電流によって、第1発音部10の振動シート11と第2発音部20の振動シート21が振動させられる。以下、第1発音部10の振動シート11の動作の詳細を説明するが、第2発音部20の振動シート21の動作も同じである。
【0032】
第1発音部10の振動シート11の両側のシート表面に設けられて直列に接続された2つのボイスコイル40にボイス電流が与えられると、上部駆動通電路40aを構成する複数の細い導体層41と、下部駆動通電路40bを構成する複数の細い導体層41とで、I方向で互いに逆向きとなる電流が流れる。上部駆動通電路40aおよび下部駆動通電路40bに流れるボイス電流と、磁気ギャップG1内において上部駆動通電路40aと下部駆動通電路40bを互いに逆向きに横断する磁束とによる電磁力によって、ボイスコイル40を有する駆動部11bに対して、シート面に沿う縦方向(V1-V2方向)の振動力が作用する。
【0033】
ボイスコイル40に作用するV1-V2方向の振動力は、振動シート11の湾曲した本体部11aに伝達され、本体部11aがV1-V2方向に波打つように変形し、振動シート11からZ1方向とY2方向に向かう音圧が発生する。振動シート11からはY1方向へも音圧が発生するが、
図1に示されるように、振動シート11のY1側に位置する空間は、左右が側壁部13,13で仕切られ、さらに、底壁部12aと縦壁部12bによっても仕切られている。そのため、振動シート11からZ1方向とY2方向に与えられる音圧と、Y1側の仕切られた空間に与えられる音圧とが干渉しにくくなっている。また、縦壁部12bに開口部12fが形成されているため、側壁部13,13および底壁部12aと縦壁部12bとで仕切られた空間が密閉されることなく、振動シート11に密閉空間が大きな抵抗力を作用させることを避けることができる。
【0034】
図3と
図4に示されるように、振動シート11の本体部11aには、シート基材15のシート表面に銅箔層16が設けられてシート剛性が高められているため、湾曲している本体部11aは、適度な弾性力を有し、その全域にわたって振動できるようになる。また、振動シート11の本体部11aと駆動部11bとの境界部では、ボイスコイル40の上部駆動通電路40aにおいて螺旋形状の最外周に位置する導体層が銅箔層16と連続して一体化されている。そのため、本体部11aと駆動部11bとの境界部でシート剛性が高くなっており、従来のように、この境界部でシート剛性が部分的に低下するのを防止できる。
【0035】
したがって、ボイスコイル40から駆動部11bにV1-V2方向への振動力が与えられたときに、本体部11aと駆動部11bとの境界部で不都合な曲げや折れが生じにくくなり、ボイスコイル40から本体部11aへ振動力を効率よく伝達することが可能になる。
【0036】
図4に示される実施形態では、ボイスコイル40の左側周回路40cの最外周の導体層41dがほぼ三角形状の連続領域45を経て銅箔層16に連続し、右側周回路40dの最外周の導体層41cがほぼ三角形状の連続領域44を経て銅箔層16に連続している。そのため、ボイスコイル60と銅箔層16との境界部の剛性をさらに高めることができる。すなわち、前記連続領域44,45を設けることによって、ボイスコイル40の電流方向Iの全長において、ボイスコイル40の導体層41と、本体部11aの銅箔層16とを連続させて一体に形成することが可能になる。
【0037】
図4に示されるように、右側周回路40dの最外周の導体層41cと、左側周回路40cの最外周の導体層41dとの間には、連続領域44,45を介して本体部11aの銅箔層16が連続している。すなわち、上部駆動通電路40aの最外周の導体層が銅箔層16と連続して一体化されており、銅箔層16の一部が上部駆動通電路40aの最外周の導体層として機能している。そのため、ボイスコイル40にボイス電流が与えられると、銅箔層16にも電流iが流れる。ただし、この電流iは銅箔層16の最短路としてV2側の縁部に沿って流れるため、この縁部領域が磁気ギャップG1内に位置していれば、電流iを磁気駆動に寄与させることができる。また、銅箔層16が他の導体層41のような幅細でないため、電流iが流れる部分でボイスコイル40の電気抵抗を下げることもできる。
【0038】
また、第2発音部20の振動シート21に設けられたボイスコイル40の機能と作用効果は、第1発音部10と同じである。
【符号の説明】
【0039】
1 スピーカ
10 第1発音部
11 振動シート
11a 本体部
11b 駆動部
11c 固定端部
12 支持体
15 シート基材
16 銅箔層(金属層)
20 第2発音部
21 振動シート
22 支持体
30 磁界発生部
31 第1対向ヨーク
32 第2対向ヨーク
33 磁石組立体
34 下部ヨーク
35 磁石
36 上部ヨーク
40 ボイスコイル
40a上部駆動通電路
40b 下部駆動通電路
40c 左側周回路
40d 右側周回路
50 補強部材
51a,51b 補強固定部
52 連結補強部
55 弾性支持部材
G1,G2 磁気ギャップ