(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０ＫＨｚ以上の超高周波帯域の再生が可能なコーン形スピーカであって、
中央部に突起を持つポールピースと、
この突起の周囲に配列したボイスコイルボビンと、
ボイスコイルボビンの周囲に卷回したボイスコイルと、
上記ボイスコイルボビンにつながるコーン形の振動板と、
上記突起に取り付けられ、コーン空間前方に向けて先端部が次第に縮径されるテーパ面状をなす位相整波器と、
上記振動板のコーン形の面の内側を含む空間を囲むように形成され、振動板の上端部でつながるフレームと、
を有すると共に、上記振動板とボイスコイルボビンとは、プラスチック又は金属材より成る同一素材で連続体として一体形成したものとするコーン形スピーカ。
【請求項２】
上記振動板とフレームとはダンパーを介して固着させたものとする請求項１のコーン形スピーカ。
【請求項３】
上記位相整波器は、底の部位にボイスコイルボビンの径よりも大きい大径部を有し、コーン空間の前方に至る従い先端部が次第に縮径されるテーパ面状の先端部を有するものとした請求項１又は２のコーン形スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスピーカに係り、特に、超高周波数帯域を得るのに好適なコーン形のスピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コーン形スピーカは、全帯域をはじめ、低音、中音、高音専用スピーカなどいろいろなタイプがあり、構造的には構成部品が少なく、また比較的安定した性能が得られ、設計段階から帯域幅のコントロールがしやすいなどの特徴を有している。
第一の従来技術としての、コーン形スピーカの構成を図１２に示す。同図において、ポールピース１の上部にマグネット２が取付けられ、そのマグネット２の上部にプレート３を介しフレーム４が取付けられている。フレーム４の上部にはコーン形の振動板５が支持されると共に、振動板５の底部であるネック部にはボイスコイルボビン６が接着剤８によって接着されている。ボイスコイルボビン６は、ポールピース１の中央に突出するセンター突起１ａの外周位置に配置され、ボイスコイル７を巻付けている。なお、振動板５の中央部にはボイスコイルギャップのゴミやチリ等の侵入防止用及びポールピースやボイスコイルなどのスピーカ内の目隠し用のダストキャップ９が装着されている。
【０００３】
ボイスコイル７に生じた駆動力を、ボイスコイルボビン６を介して振動板５に伝えているが、駆動力が振動板５に伝わるまでの間、音響インピーダンスの異なる材料界面（ボイスコイルボビン６と振動板５間、あるいはボイスコイルボビン６と接着剤８間、さらに接着剤８と振動板５間それぞれの界面）において振動エネルギーの反射が発生し、そのため、スピーカにおいて特に再生帯域の高域にあっては、ボイスコイルボビン６、振動板５、また接着剤８の音の伝播速度などがそれぞれ異なるので、ボイスコイル７の振動エネルギーが振動板５に有効に伝わりにくいと考えられている。
また、接着剤８のような材料は、超高周波数ではクッション（緩衝材）と同様の機能を果たしてしまうことから、ボイスコイル７に生じた駆動力がいっそう振動板５に伝わりにくいものと考えられている。
【０００４】
このような不具合を改善するため、第二の従来技術として、例えばドーム形振動板にボイスコイルを直接巻き付けたり、或いは平面振動板を用い、これにボイスコイルをプリントとすることにより、ボイスコイルボビンを不要としたりし、これによって再生帯域の高域限界を伸ばすようにしたものが提案され、実用に供されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、人間の可聴帯域が一般的に、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚと云われていたため、スピーカにおいてもその周波数帯域を忠実に再生することを主な目的として開発されてきた。しかしながら、近年では、２０ｋＨｚ以上の音であっても脳で感じとることができると云われ、また弦楽器などのような音も倍音成分を含んでいることなどから、それ以上の帯域のスピーカが開発されてきており、特に最近ではＤＶＤオーディオやスーパーオーディオ界にあっては１００ｋＨｚまでの音楽信号を録音するようになってきている。
そのため、スピーカはそれらに対応すべく、２０ｋＨｚ以上の超高周波数を再生できるものが要請されてきている。
【０００６】
しかしながら、上記第一の従来技術は、ダストキャップ９を被せると、高い周波数帯域では振動が音波としてスピーカから放射し難く、高域限界周波数が低下してしまうという問題があった。特にコーン形スピーカにあっては、高域での特性の乱れが大きいものとなってしまい、超高周波数に対応できるようなものは存在しなかったのが実状である。
また、この問題を解消するため、ダストキャップ９を用いないスピーカが考えられるが、そのようにすると、コーン形の振動板５やポールピース１からの反射音の影響により、高い周波数帯域で著しく大きな山や谷が生じてしまうというものであった。
【０００７】
一方、第二の従来技術は、前述の如く、ドーム形振動板にボイスコイルを直接巻き付けたり、平面振動板にボイスコイルをプリントとすることにより、ボイスコイルボビンを不要としたりしているものの、何れも、必要な音圧を確保するため強力な磁気回路が必要となるばかりでなく、製造に手間がかかり、それだけコスト高となる問題があった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、安価に製作できて、かつ再生帯域の高域限界を確実に伸ばすことができるコーン形スピーカを提供するのを目的とする。さらに、本発明は、ダストキャップを用いなくとも、ボイスコイルギャップが見えないようにできるコーン形スピーカを提供するのも目的とする。
尚、スピーカには種々の種類のものがあり、それらを以下整理して説明する。スピーカには、コーン形、ドーム形、ホーン形、その他の形式のものがある。コーン形とは、振動板（ダイヤフラムとも言う。以下同じ）がコーン形状をしているもの、ドーム形とは振動板がドーム形状をしているものを言う。コーン形とドーム形とは、振動板から空間へ直接に音を放射するものであり、通常、直接放射形スピーカと呼ばれる。ホーン形とは間接放射形スピーカであり、スロートと呼ばれる部分を面積的に変えてその先にあるホーンの開口を通して音を放出する。前記その他の形式には、平板形や球形、リボン形等がある。
一方、再生帯域別区分には、フルレンジ形（全帯域形）、ウーファー形（低音用）、ミッドレンジ形（中音用）、ツィータ形（高音用）がある。
こうした区分のもとに、ボイスコイルボビン（ＶＣＢ）とダイヤフラム（Ｄ）との一体形の例、及び製波器を設けた例についての本件出願人の知っている内容について整理した結果を、表１に示す。
【表１】
0003660188.tif 000002
注１：  ウーファーにおいてコストダウンを目的にボイスコイルとコーンを一体で形成したものがある（特開平５−３３６６９４号）。但し販売されていないものと思われる。
注２：  製波を目的に製波器を付けたものがある。しかし、２０ＫＨｚ以上の特性を対象としたものではなく、主にウーファあるいはミッドレンジの高域限界（通常５ＫＨｚ〜１０ＫＨｚ）を対象としている。
注３：  三菱ＤＵＤツィータ（商品名）などに見られるドーム形振動板とＶＣＢとの一体化したものである。
注４：  リング形ツィータに見られる中央イコライザーである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、以下の手段を採用した。
【００１０】
本発明は、２０ＫＨｚ以上の超高周波帯域の再生が可能なコーン形スピーカであって、中央部に突起を持つポールピースと、この突起の周囲に配列したボイスコイルボビンと、ボイスコイルボビンの周囲に卷回したボイスコイルと、上記ボイスコイルボビンにつながるコーン形の振動板と、上記突起に取り付けられ、コーン空間前方に向けて先端部が次第に縮径されるテーパ面状をなす位相整波器と、上記振動板のコーン形の面の内側を含む空間を囲むように形成され、振動板の上端部でつながるフレームと、を有すると共に、上記振動板とボイスコイルボビンとは、プラスチック又は金属材より成る同一素材で連続体として一体形成したものとするコーン形スピーカを開示する。
【００１１】
更に本発明は、２０ＫＨｚ以上の超高周波帯域の再生が可能なコーン形スピーカであって、
中央部に突起を持つポールピースと、
この突起の周囲に配列したボイスコイルボビンと、
ボイスコイルボビンの周囲に卷回したボイスコイルと、
上記ボイスコイルボビンにつながるコーン形の振動板と、
上記突起に取り付けられ、コーン空間前方に向けて先端部が次第に縮径されるテーパ面状をなす位相整波器と、
上記振動板のコーン形の面の内側を含む空間を囲むように形成され、振動板の上端部でつながるフレームと、
を有すると共に、上記振動板とボイスコイルボビンとは、同一素材で連続体として一体形成したものとするコーン形スピーカを開示する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１乃至図１０に基づいて説明する。図１乃至図７は本発明の一実施形態に係るコーン形スピーカを示し、これらの図において図１１と同一符号のものはそれぞれ同じものもしくは相当するものを表している。
本発明の一実施形態に係るスピーカは、図１に示すように、ポールピース１の外周部にマグネット２が取付けられ、また、マグネット２の前部にプレート３を介しフレーム４が取付けられると共に、フレーム４の上端にはコーン形の振動板５の上端が、接着剤にて支持固定されている。
振動板５は、紙、プラスチック（例えば耐熱性プラスチック、配向性を持った、液晶ポリマーと称せられるプラスチックが好ましい）、アルミニュームやチタン等の金属材などによって形成されており、その凹んだネック部にボイスコイルボビン部６が軸方向に沿い一体的に形成されている。ボイスコイルボビン部６はポールピース１のセンター突起１ａ外周位置に配置され、かつ自身の外周にはボイスコイル７が所望の巻回数で巻付けられている。
一体的に形成とは、２つの意味を含む。第１は、振動板５とボイスコイルボビン部６とを、同一材質の材料で一体成形する例である。その一体成形の形状は、図１に示す通り、同一素材での連続体である。第２は、振動板５とボイスコイルボビン部６とを、別材質とすると共にこの両者を図１に示すごとく一体化する例である。実用的には前者が望ましいが、後者もありうる。
【００１３】
さらに、ポールピース１のセンター突起１ａには軸方向に沿い前方に突出した状態で位相整波器１０が設けられている。この位相整波器１０は、高域限界周波数を伸ばすためのものであって、先端が曲線的又は直線的に先細となるテーパ面部１０ａと、その基部１０ｂとより成る。基部１０ｂはポールピース１のセンター突起１ａと略同径をなし、テーパ面部１０ａは、その基部１０ｂから前方に至るに従い曲線的又は直線的に次第に縮径する。曲線の例には指数関数形状や略円錐面形状の例がある。その先端部１０ｃは、振動板５の頂部よりも上方に突出させた。この先端部１０Ｃの位置を振動板５の頂部よりも高くしたのは、上方まで整波機能を発揮させるためである。しかし、振動板５の頂部と同程度又は若干、低くする例もある。
【００１４】
図２に示す位相整波器１０Ａは、その基部１０ｂがポールピース１のセンター突起１ａと略同径をなす円柱形であって、さらにその先端から所望の半径をもって前方に曲線又は直線的に彎曲するテーパ面状のテーパ面部１０ａのもので、全体として砲弾形状をなしている。また、面部１０ａの頂部は略振動板５の頂部と同じ高さとした。前記位相整波器は、図１に示す略円錐面形状、図２に示す砲弾形状以外として、これ以外に例えば水滴のようなしずく形の形状であってもよく、何れにしろ要は、ポールピース１のセンター突起１ａから軸方向に沿い前方に突出し、しかも連続的に次第に縮径された先端部を有するテーパ面部１０ａであって、その先端部が少なくとも振動板５の最頂部５ａと同等位置またそれ以上の高さ位置まで設けられてあればよい。
このような位相整波器１０、１０Ａは、ポールピース１のセンター突起１ａに対し接着剤によって固定されているが、ポールピース１と同一材質のもので一体的に形成してもよい。材質としては、当然ながら磁気回路に影響を与えることのない非磁性体、例えばアルミニウム、銅、合成樹脂などが望ましく、またそれらの混合材料であってもよい。
【００１５】
上記の如く、コーン形の振動板５とボイスコイルボビン部６とが一体的に形成されていると、従来のようにボイスコイルボビン部６と振動板５の界面における振動エネルギーの反射の発生を抑えることができるばかりでなく、クッション作用を起こす接着剤を用いていないので、ボイスコイル７によって発生した振動エネルギーが減じることなく振動板５に伝わることができ、これにより高域特性を向上させることができる。その場合、前述の如く、ポールピース１のセンター突起１ａ位置にその振動板５の中央部に突出して配置される位相整波器１０（もしくは１０Ａ）が設けられているので、該位相整波器１０が高域特性の乱れを抑制することができる。
【００１６】
一般には、高域共振周波数Ｆｈ以上では、振動板５がピストンモーションを行わず、音響エネルギーのほとんどが振動板５のボイスコイル７付近から放射されることとなるが、図３にて示すように、振動板５上ではその放射エネルギーＥがボイスコイルボビン部６に沿ったリング状となって放射されることによってお互いに干渉し合うこととなり、結果的に高域特性が乱れるものであった。
その点において本例では、位相整波器１０（１０Ａ）を設けることにより、図４に示すように、放射エネルギーＥが互いに干渉するを防ぐことができ、これにより音波を球面波に近い状態で整波させることができ、高域周波数特性の乱れを抑える結果、コーン形のスピーカであっても高域特性を大幅に伸ばすことができ、従って、再生帯域の限界を伸ばせるものである。
これに加え、位相整波器１０として、その形状が前方に突出し、かつ先端部が前方に至るに従い連続的に縮径されたテーパ面部１０ａをなしているので、音波の回折現象が生じるのを防ぐことができる。またコーン形の振動板５は、ボイスコイル７のセンター出し治具を使用できるので、この点からも製作しやすいばかりでなく、振動板５の面積を大きく採ることができるので、空気中との音響インピーダンスのマッチングを図りやすく、ドーム形に比べると、安価で高能率のスピーカを製作することができる。従って、安価に製作できて、かつ超高域特性に優れたスピーカを容易に得ることができるものである。
【００１７】
図２に関し、位相整波器を除去して振動板とボビンとの一体形のみに特徴をもつコーン形スピーカでの周波数特性の計測結果を図５に示す。従来のスピーカの周波数特性の計測結果を図６に示す。
図６に示す従来のスピーカの周波数特性においては、２０ＫＨｚ付近Ａで極端に音圧が落ちていることがわかる。それに対し図５では２０ＫＨｚ付近での周波数の極端な落ち込みがなく、帯域が伸びていることがわかる。
さらに、図７は図２に示した位相整波器１０Ａを用いたスピーカの周波数特性であり、これによれば、２０ｋＨｚ前後の高域特性が位相整波器１０が無い場合の周波数特性に比較しいっそう平坦であって且つ音圧の減少量も図５に比して少ない（レベルアップしている）周波数特性を得ていることがわかる。
従って、これらの図から、コーン形の振動板５とボイスコイルボビン部６とを一体に形成すると共に、ポールピース１に位相整波器１０、１０Ａを設けると、高域特性を伸ばせることが理解できよう。但し、位相整波器１０、１０Ａの形状としては、振動板５の形状や大きさ、また目標とする周波数帯域などにより適宜選定するのが好ましい。
【００１８】
また、本例の位相整波器１０、１０Ａの材質として、例えばアルミニウムや銅を使用すれば、ボイスコイル７から発生する熱を放射できるので、それだけ対入力を上げることが可能となり、一方、合成樹脂を使用すれば、いっそうのコストダウンを図ることができる。そして、位相整波器１０をポールピース１と一体的に形成すれば、接着剤で接着する手間を省くことができ、それだけいっそうのコストダウンを図ることもできる。
【００１９】
さらに、位相整波器１０の一部あるいは全てが、主となる磁気回路と反発磁界をなす永久磁石で形成することにより、ボイスコイルギャップの磁束密度を上げることができるばかりでなく、磁気分布を上下対称にすることができ、これにより磁束分布の非対称に伴う歪みを低減させることもできる。
【００２０】
図８は本発明の他の実施形態に係るスピーカを示している。
この実施形態においては、位相整波器１０Ｂとして、ボイスコイルボビン部６の径より大きい大径部１０ｂが形成され、そこからテーパ面部１０ａに形成されたものである。
具体的に述べると、この位相整波器１０Ｂは、その基部１０ｃがポールピース１のセンター突起１ａにこれと略同径をなして設けられ、その基部１０ｃの先端部に連続的に膨出する大径部１０ｂが形成される。この大径部１０ｂは、ボイスコイルボビン部６の径より大きい寸法で形成されている。そして、大径部１０ｂの先端部には前方に至るに従い次第に連続的に先細となるテーパ面部１０ａをなし、これによって位相整波器１０Ｂ全体を構成したものである。
【００２１】
本例によれば、位相整波器１０Ｂがテーパ面部１０ａをなしているので、基本的には前記一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。しかも、大径部１０ｂを有しているので、前方からボイスコイルギャップが見えることがなくなり、これより見栄えが良好になるばかりでなく、従来のようなダストキャップ９をいちいち設けることが不要になり、かつダストキャップを用いることによる問題（超高域が遮断されること）を解消することができる。尚、図８の例は、低音域として使うウーファスピーカとしては不適である。即ちウーファ形では、ボビンが振動体と一体化され上下に比較的大きな振動を起こし、この上下振動でボビンが大径部１０ｂに衝突する恐れがあるためである。一方、図１や図２等では大径部１０ｂを有しないため、ウーファスピーカやフルレンジ形スピーカとしても使用可能である。
【００２２】
図９は本発明のさらに他の実施形態に係るスピーカを示す。なお、以下の説明では、位相整波器として、前述した実施形態の形状に関わることなく符号１０として表す。
前記実施例と異なるのは、コーン形の振動板５とこれを支持するフレーム４との間の接続構造にある。
【００２３】
図９でフレーム４の周辺頂部４Ａは、Ｃの字形の断面形状とした。周辺頂部４Ａの部位Ｍが接着剤による振動板５とフレーム４との固定支持部であり、図１等と同じである。周辺頂部４Ａの部位４ａが新しく設けた部位であり、部位４ａと振動板５との結合をダンパー１１によって結合させた。このダンパー１１は、図９に示すように、フレーム４の周縁頂部４ａと振動板５の外周部５ａ間とをその振動板５の周囲に沿って弾性的に結合するものであり、例えばゴム、或いは弾力性を有する柔軟な合成樹脂などからなっている。この場合、ダンパー１１は、振動板５の周囲に沿い間欠的に設けてもよく、また全周に亘って設けてもよい。
そして、ボイスコイル７からの駆動力で振動板５が振動したとき、振動板５、フレーム４間の空間で吸音現象が起こるのを防止すると共に、振動板５の不必要な振動を抑えることにより、安定した滑らかな超高域特性が得られるようにしている。
この実施例によれば、位相整波器１０によって再生帯域の限界を伸ばし、超高域特性を得ることができるのに加え、ダンパー１１により振動板５の不要な振動を抑えることができるので、図１０に示すような高域特性となり、滑らかな高域特性を得ることができる結果、いっそうの超高周波数帯域を得ることができる。
【００２４】
図１１は、図１に示すスピーカの具体的な実装例を示す。フレーム４の周辺上端部４Ａに、同形状の支持キャップ４Ｂを取り付けた。支持キャップ４Ｂは、このスピーカをスピーカボックスやオーディオ機器の一部に取り付けるための接続部材である。支持キャップ４Ｂの形状は、図１１ではリング状となるが、矩形や正方形等種種存在しうる。要は、スピーカに固定し、外部のスピーカボックスやオーディオ機器の一部に取り付け可能な接続手段を持っておれば、その形状、構造は問わない。また、図１１は、図１に対する例であったが、図２や図９等の実施例に対しても同様に適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１によれば、コーン形の振動板と、ボイスコイルボビン部とを一体に形成したスピーカであって、ポールピースのセンター突起に前方に突出する位相整波器を形成し、かつ該位相整波器は、前方に至るに従い先端部が次第に連続的に縮径されるテーパ面状をなして構成したので、放射エネルギーの互いの干渉を防いで音波を球面波に近い状態で整波させることができるので、高域周波数特性の乱れを抑え、高域特性を大幅に伸ばすことができる結果、安価に製作できて、かつ再生帯域の高域限界を確実に伸ばすことができるスピーカが得られるという効果がある。
【００２６】
請求項２によれば、請求項１とほぼ同様の効果を得ることができる他、位相整波器が大径部を有しているので、前方からボイスコイルギャップが見えなくなり、見栄えが良好になるばかりでなく、ダストキャップを用いることによる問題を解消することができるという効果がある。
【００２７】
請求項３によれば、振動板とフレーム間にダンパーを設け、振動板の不必要な振動を抑えるように構成したので、滑らかな高域特性を得ることができる結果、いっそうの超高周波数帯域を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるスピーカを示す全体構成図である。
【図２】図１のスピーカの変形例を示す要部の説明図である。
【図３】一般のスピーカによる振動板上での放射エネルギーの干渉状態を示す説明図である。
【図４】図１のスピーカによる振動板上での放射エネルギーを示す説明図である。
【図５】図１のスピーカの周波数特性を示す説明図である。
【図６】従来のスピーカの周波数特性を示す説明図である。
【図７】図２のスピーカの周波数特性を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係るスピーカを示す全体構成図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係るスピーカの要部を示す説明図。
【図１０】図９のスピーカによる周波数特性を示す説明図である。
【図１１】本発明のコーン形スピーカの実装例を示す図である。
【図１２】従来のコーン形スピーカの構成図である。
【符号の説明】
１  ポールピース
１ａ  ポールピースのセンター突起
４  フレーム
５  コーン形の振動板
６  ボイスコイルボビン部
７  ボイスコイル
１０、１０Ａ、１０Ｂ  位相整波器
１０ａ  テーパ面部
【図１】
0003660188.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003660188.tif 000012
【図１１】
0003660188.tif 000013
【図１２】
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