(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイスコイルを片面に担持する円形平板状の振動板と、ボイスコイルに対峙する磁気ギャップを含んで振動板の片面に対面する円形平板状の磁気回路と、振動板の周縁をエッジを介して外周部で保持するとともに磁気回路を内面部で担持するフレームとよりなる円形平板型スピーカにおいて、ボイスコイルは振動板より小径の同心円上に等間隔で位置させた複数の小型円形のボイスコイルと振動板の中心に位置させた１個の小型円形のボイスコイルとよりなり、同心円の直径は、振動板内のボイスコイルの配置密度が同心円の外側の環状部分と内側の円形部分とにおいて均等となる値に設定されることを特徴とする円形平板型スピーカ。
【請求項２】
同心円上の複数のボイスコイルは中心角７２°の等間隔で配置した５個とし、同心円の直径を振動板の直径の７０〜８０％とすることを特徴とする請求項１記載の円形平板型スピーカ。
【請求項３】
同心円上のボイスコイルと振動板中心に位置するボイスコイルは同じ直径を有することを特徴とする請求項１または２記載の円形平板型スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は円形平板型スピーカ、特に、円形平板状または、いわゆる円盤状の振動板を用いて、全体を円形平板型で薄型としたフルレンジ用のスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来平板型あるいは薄型のスピーカに用いる振動板として主流をなすのは方形あるいは楕円形の平板型振動板であり、これらの振動板を全面駆動するためのボイスコイルならびに磁気回路による高効率の駆動方式を、スピーカの平板型、薄型の構成に適合させつついかに達成するか、様々な提案と試みがなされてきたが、円形平板状の振動板の全面駆動方式についてはこれまで確たる提案がなされていない。
【０００３】
円形平板型振動板の駆動は、振動板のほぼ全面がピストン振動を行なうように振動させることを理想とするが、例えば通常のコーン型スピーカで用いられる比較的小径のボイスコイルを円形平板型振動板の中央に同心に位置させて駆動し、周波数を上げた場合、分割振動による円形の節、即ち節円が生じた共振モードの周波数時点でピストン振動は消滅する。この共振モードは比較的に低い周波数で起きるから、この構成はフルレンジを意図するスピーカには不適格である。
【０００４】
従来の例として下記に示す特許文献１によれば、円形平板状振動板を用いたスピーカにおいて、ボイスコイルを担持するボビンと内周端で結合したドライブコーンの外周端を円形平板状振動板の第１次共振で生じる節円の位置に結合し、磁気回路と組合せて振動板を駆動すると、第一次共振が除去されてその節円は発生しないが、更に周波数を上げれば第２次共振が生じ、それに伴う節円には対処できない。つまり、第１次共振の節円部における円形振動板の駆動では、低周波数帯域から第２次共振が生じる周波数までは再生可能だが、それ以上の周波数帯域の再生は不能である。
【０００５】
この課題解決策として、夫々円形平板状振動板の第１次共振により生じる節円部と第２次共振により生じる節円部に一端を固定した大口径と小口径の２個のコイルボビンの他端に、大口径と小口径のボイスコイルのそれぞれを設け、これらボイスコイルを放射方向に異方性を持つ磁石を複合化して形成した磁気回路の大口径と小口径の２個の磁気ギャップ内に配置して、第１次共振と第２次共振の２個の節円部において円形平板状振動板を駆動する構成が提案されている。
【特許文献１】特開平４−１１５６９８号公報
【０００６】
しかし、共振モードで発生する振動の節は円形の節円のみではなく、周波数に応じて振動板の直径方向に生じる節直径も存在し、特許文献１はこの節直径についての対策を示さない。また、上記のように大口径と小口径の２個のボイスコイルを２個の磁気ギャップを持つ磁気回路で駆動する場合、第１次共振と第２次共振による節円を生じる分割振動の共振モードは抑制されることとなるが、仮に大口径のボイスコイルとしてもこれを駆動する磁気回路は巨大な寸法のものとなり、ましてやこれに小口径のものを加えれば巨大重量となって、フレームを含む周辺構造も全て大型化され、スピーカの小型化、特に薄型化と軽量化の面で不利となるばかりでなく、製造コストの面でも著しく不利となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明は円形平板状の振動板を用いたスピーカの汎用の低音域から高音域まで、小型のボイスコイルと磁気回路により円形平板状の振動板を駆動してほぼ全音域において変化する分割振動の節を高効率で振動させ、それによって共振モードを抑制し、振動板の全面駆動をフルレンジにおいて可能とする円形平板型スピーカを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による第１の課題解決のための手段は、ボイスコイルを片面に担持する円形平板状の振動板と、ボイスコイルに対峙する磁気ギャップを含んで振動板の片面に対面する円形平板状の磁気回路と、振動板の周縁をエッジを介して外周部で保持するとともに磁気回路を内面部で担持するフレームとよりなる円形平板型スピーカにおいて、ボイスコイルは振動板より小径の同心円上に等間隔で位置させた複数の小型円形のボイスコイルと振動板の中心に位置させた１個の小型円形のボイスコイルとよりなり、同心円の直径は、振動板内のボイスコイルの配置密度が同心円の外側の環状部分と内側の円形部分とにおいて均等となる値に設定されることを特徴とする。
本発明の第２の課題解決手段は、同心円上の複数のボイスコイルは中心角７２°の等間隔で配置した５個とし、同心円の直径を振動板の直径の７０〜８０％とすることを特徴とする。
本発明の第３の課題解決手段は、同心円上のボイスコイルと振動板中心に位置するボイスコイルは同じ直径を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明による第１の課題解決手段の作用は、振動板内の同心円上に等間隔で配置した複数のボイスコイルが、円形平板状振動板の周波数帯域全般における固有振動において変化して生じ得る全ての分割振動の節円と節直径に対して有効な駆動を行い、振動板中心に配置したボイスコイルが全帯域において中央部の節発生を防止し、複数のボイスコイルを配置する同心円外側環状部分と、中心に１個のボイスコイルを配置する同心円内側円形部分とのそれぞれにおけるボイスコイルの配置密度を均等にするように、同心円の直径を設定することによって、振動板全面の均等なピストン振動を可能とする。
本発明による第２の課題解決手段の作用は、同心円上のボイスコイルを等間隔の５個に設定することによって、高周波数帯域で生じる共振モードにおける５本の節直径部分を駆動し、中央に配置した１個のボイスコイルによって中心部における節の発生を除去することを可能とする。
本発明による第３の課題解決手段の作用は、使用する全てのボイスコイルの直径を同一にすることにより、振動板上のすべての配置位置において均等な駆動を可能とし、配置密度の均等化を容易とし、所定の位置における節に対し均等な駆動を実現し得る。
【発明の効果】
【００１０】
円形平板型スピーカに用いられる円形平板状の振動板を１５ｋＨｚまでのフルレンジにおいて全面駆動するためには、振動周波数と共に変化する分割振動の共振モードの節円と節直径の実質的に全てを除去しうる位置において、夫々小型で円形の複数のボイスコイルを均等の密度で分散配置することが有利であるとの観点から、所望の周波数帯における共振モードの節直径の数に対応する複数のボイスコイルを振動板内の同心円上に等間隔で配置することによって特に所望周波数帯の節直径の発生を抑制すると共に、全周波数帯において共通に節が生じる中心に１個のボイスコイルを配置して全周波数帯での節直径発生抑制に寄与する。同心円上の複数のボイスコイルの設定した数に応じて同心円の外側の環状部分と内側の円形部分におけるボイスコイルの配置密度を均等にする値に同心円の直径を設定することにより、同心円上と中心に配置した全ボイスコイルにより、フルレンジにおける節円の発生を抑制する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず、図３ないし図１０を参照して、一般に振動板材として用いられるヤング率２ＧＰａ、比重０．２７ｇｒ／ｃｍ３の材料を直径１４０ｍｍ、厚さ４ｍｍの円形平板状振動板とし、これを１８００Ｈｚから１５ｋＨｚまで変化する周波数で振動させた場合の固有振動モードに基づき、周波数上昇と共に変化する分割振動の共振モードとともに変わる振動節のパターンを考察する。特に、図４（３０１９Ｈｚ）では１つの円環状の節すなわち節円ａ（モノクロームの図ではほぼ中央部の円形濃色部分）が見られ、図６（６８３６Ｈｚ）では１つの節円と１つの直径方向の節すなわち節直径ｂが、図９（１１６７４Ｈｚ）では１つの節円ａと２つの節直径ｂが、図１０（１２７５１Ｈｚ）では２つの節円ａがそれぞれ見られるに対し、図３（１８０８Ｈｚ）、図５（４１７３Ｈｚ）、図７（７２８２Ｈｚ）と図８（１１１０４Ｈｚ）ではそれぞれ２〜５本の節直径ｂが現れる。
【００１２】
ここで注目されるのは図８に示す１１１０４Ｈｚでの分割共振モードで、振動は全帯域で多数本の節直径ｂにより放射方向に１０個の区分に分割され、明確な振動はこれら１０区分の外周部分にしか見られず、中心の節を取り巻く中央部分に明らかな振動は見られない。従って円形平板状の振動板の全面駆動のためには、従来の大口径のボイスコイルと磁気回路以外の方式で、これら複数本の節直径と中心の節とを発生させない駆動方式の策定が有効と考えられる。
【実施例１】
【００１３】
図１及び２は本発明による円形平板型スピーカの実施例を示し、図１はこの円形平板型スピーカ１０に用いる円形平板状の振動板１１の内面側における平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿うスピーカの断面図である。図において例えば上記したようなヤング率と比重を持つ合成樹脂材やパルプ材でなる円形平板状の振動板１１は、例えば金属板で断面を浅いＵ字形にした円盤状皿型のフレーム１２の外周壁に、弾性材でなる環状のエッジ１３を介して弾性的に支持される。本発明の特徴として振動板１１の内面側に複数の小径円筒状のボイスコイルＶ１〜Ｖｎを取り付け、フレーム１２の内底面に、それぞれボイスコイルＶ１〜Ｖｎの各々を挿入し得る直径の磁気ギャップを形成する複数の小径薄型の磁気回路Ｍ１〜ＭｎをボイスコイルＶ１〜Ｖｎに対峙させて取り付ける。
【００１４】
本実施例では、図１に示すように、円形の振動板１１を放射方向に中心角７２度で５等分する５本の放射半径線１４と、後述するようにして設定される半径ｒを持つ同心円１５との５個の交点に中心を位置させた、同心円１５上の５個のボイスコイルＶ１〜Ｖ５と、振動板の中心点０に中心を合わせた１個のボイスコイルＶ６との合計６個のボイスコイルを振動板の内面に取り付ける。これらボイスコイルＶ１〜Ｖ６は、望ましくは円筒状に巻回したものを一端縁において接着剤により振動板面に直接接着することが、スピーカ１０の薄型化、軽量化の点で有利であるが、勿論コイルボビンを介して取り付ける構成としても良い。また、これらボイスコイルＶ１〜Ｖ６の全てを同じ径とすることが有利であると共に、振動板１１の直径の実質的に１０分の１の径で充分有効である。
【００１５】
磁気回路Ｍ１〜Ｍｎも同様に、振動板１１の同心円１５上の５個のボイスコイルＶ１−Ｖ５に対応する磁気回路Ｍ１〜Ｍ５（図２ではＭ３、Ｍ５、Ｍ６のみ示される）と、振動板１１の中心点０に位置する１個のボイスコイルＶ６に対応する磁気回路Ｍ６との合計６個がフレーム１２の内底面に固定される。磁気回路Ｍ１〜Ｍ６として図２に示すのは、ディスク形磁石をセンターポールピースと皿型ヨークで挟持してポールピース外周面とヨーク周壁内面との間に形成した環状の磁気ギャップ内にボイスコイルを挿入する型のものであるが、この型に限定されることなく、円形小型のボイスコイルと組み合わせてほぼ同等の駆動効率と空間効率を達成するものであれば、他の型のものでよい。
【００１６】
ボイスコイルＶ１〜Ｖ５と磁気回路Ｍ１〜Ｍ５の夫々の組合せを配置する５本の放射半径線１４は、図８について前述した５本の節直径ｂの半径部分に相当し、振動パターンは回転移動するとしても節直径の間隔は変わらないから、これら５個の固定位置におけるボイスコイルＶ１〜Ｖ５による振動板１１の駆動は、中心に位置するボイスコイルＶ６による駆動と相俟って、５本の節直径において振動板を駆動することに相当する。従って通常は中音域（１１ｋＨｚ付近）で発生するピークディップが抑制される。また、この５本の節直径駆動は低音域から高音域までの他の周波数における少数の節直径発生の抑制にも有効である。
【００１７】
同心円１５上に等間隔に配置する５個のボイスコイルＶ１〜Ｖ５と中心に配置するボイスコイルＶ６の配置位置については、振動板１１の全面に対して配置密度が均等となることが望ましい。そのためには同心円の内側と外側におけるボイスコイルの分布密度と、同心円の内外の振動板の面積比を一致させればよい。つまり、振動板１１内における同心円の半径ないし直径をそのように設定することになる。
【００１８】
ボイスコイルの分布密度については、各ボイスコイルの値を１．０とすれば、実質的に同心円の内側には（０．５×５）＋１．０＝３．５、外側には０．５×５＝２．５のボイスコイルが存在することになる。従って振動板の半径をＲ、同心円の半径をｒとすれば、同心円の内側と外側の面積比は
πｒ２：π（Ｒ２−ｒ２）＝  ３．５：２．５
となり、これからＲに対するｒの割合を求めれば
ｒ／Ｒ＝√（７／１２）≒  ０．７６４
となる。つまり、同心円１５の半径ないし直径は振動板１１の半径ないし直径の７０〜８０％に設定すればよいことになる。
【００１９】
円形平板状の振動板の分割振動の共振モードは、振動板材の寸法、弾性係数、比重等の条件に応じて変化し、図３〜図１０に示すものと同じ周波数帯域であっても発生する節円や節直径の数と位置は同じではない。従って同心円上に配置するボイスコイルの数は、所望の周波数帯域において発生する最多の節直径の数に対応して選択され、この数と中心用の１個の和に対応して同心円の半径ないし直径が算定される。
【００２０】
図３〜図１０は、それぞれ本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の、それぞれ１，８０８Ｈｚ、３，０１９Ｈｚ、４，１７３Ｈｚ、６，８３６Ｈｚ、７，２８２Ｈｚ、１１，１０４Ｈｚ、１１，６７４Ｈｚ、１２，７５１Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による円形平板型スピーカに用いる円形平板状振動板の、ボイスコイルを取り付けた内面側の平面図。
【図２】図１の振動板を用いた、本発明による円形平板型スピーカの、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の１，８０８Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図４】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の３，０１９Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図５】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の４，１７３Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図６】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の６，８３６Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図７】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の７，２８２Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図８】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の１１，１０４Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図９】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の１１，６７４Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図１０】本発明において用いるものと同じ円形平板状振動板材料の１２，７５１Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【符号の説明】
【００２２】
１０    円形平板型スピーカ
１１    円形平板状振動板
１２    フレーム
１３    エッジ
１４    放射半径線
１５    同心円
Ｖ１〜Ｖ６    ボイスコイル
Ｍ１〜Ｍ６    磁気回路
ａ    節円
ｂ    節直径
【図１】
0004963106.tif 000002
【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】
0004963106.tif 000010
【図１０】
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