(57)【要約】【課題】  簡易な構造で、出力音圧レベルの低下を抑制でき、低周波数領域の音の豊かな再生が可能な小型の振動板及びこれを用いた電気音響変換装置を提供する。【解決手段】  ドーム状の中央振動部１０と、中央振動部１０の外周を取り巻く円環状の外周振動部９とが一体化した振動板８において、外周振動部１０の所定の領域上に、振動板８の中心から外周に向かって放射状に配置されたＶ字溝状の複数の単位構造体９０を有し、複数の単位構造体９０の両端部が互いに接し、外周振動部９の円周方向に沿って連続的に凹凸を形成してなるコルゲーションを設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーム状の中央振動部と、前記中央振動部の外周を取り巻く円環状の外周振動部とが一体化した振動板において、
前記外周振動部の所定の領域上に、前記振動板の中心から外周に向かって放射状に配置されたＶ字溝状の複数の単位構造体を有し、前記複数の単位構造体の両端部が互いに接し、前記外周振動部の円周方向に沿って連続的に凹凸を形成してなるコルゲーションを設けたことを特徴とする振動板。
【請求項２】
ドーム状の中央振動部と、前記中央振動部の外周を取り巻く円環状の外周振動部とが一体化した振動板において、
前記外周振動部の所定の領域上に、前記振動板の径方向に対して一定の角度をもって配置されたＶ字溝状の複数の単位構造体を有し、前記複数の単位構造体の両端部が互いに接し、前記外周振動部の円周方向に沿って連続的に凹凸を形成してなるコルゲーションを設けたことを特徴とする振動板。
【請求項３】
前記外周振動部は、
第１の凸曲面領域と、
前記第１の凸曲面領域に連なる、前記コルゲーションが設けられた中間領域と、
前記中間領域に連なる第２の凸曲面領域と、
を内周側から外周側に向かって略同心円状に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動板を用いたことを特徴とする電気音響変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動板及び電気音響変換装置に関し、特に、ヘッドホン、イヤホン等などに使用される小型の振動板及び電気音響変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低音域から高音域までの広帯域にわたり音声を再生するヘッドホン、イヤホン等に使用される全帯域型の小型電気音響変換装置には、様々な種類及び構造がある。動電型（ムービングコイル型）で内磁型の磁気回路を備えた小型電気音響変換装置としては、例えば、特許文献１に開示されるような装置が知られている。
【０００３】
電気音響変換装置に取り付けられる振動板としては、振動板の表面に「コルゲーション」と呼ばれる凹凸を設けた振動板が知られている（例えば、特許文献２、３参照。）更に、特許文献４では、長円形スピーカユニットにおいて、断面がＶ字状でその外側の傾斜及び内側の斜面に円周方向に規則正しく連接した山と谷をもった複数のプリーツをエッジ部に形成する振動板が開示されている。振動板の表面にコルゲーションや溝を設けることで、低音再生時の大振幅振動に対する振動板の機械的直線性を改善して歪みを少なくし、高音域での分割振動を抑制できる。また、コルゲーション又はプリーツを設けることにより、低域共振周波数ｆ0を下げ、低周波数の音を豊かに再生することもできる。
【特許文献１】特許第３００５４３６号公報
【特許文献２】特開平７−１２３４９２
【特許文献３】特開２００５−２０４２１５
【特許文献４】特開平１０−２５７５９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、小型であるために低周波数の音を豊かに再生することが困難な小型電気音響振動変換装置の振動板においては、コルゲーション又はプリーツ等の形状及び位置が、再生音の特性に重要な影響を及ぼす。
【０００５】
例えば、特許文献２及び３に記載された発明では、Ｖ字状のコルゲーションをタンジェル方向に配置する技術を開示している。しかしながら、コルゲーションのＶ字の角度や形状及び形成位置の詳細については、十分な検討がなされていない。
【０００６】
特許文献４に記載された発明は、構造が非常に複雑なため、ヘッドホン、イヤホン等のような小型の振動板に応用することは非常に困難である。更に、特許文献４に記載された振動板形状を小型の振動板に採用しても、出力音圧レベル（周波数特性）が十分に上がらない場合がある。
【０００７】
一方、低周波数の音を豊かに再現させるために、振動板の重量を増加させることによって低域共振周波数ｆ0を下げることは可能である。しかしながら、振動板重量の増加により、出力音圧レベルを低下させる場合がある。
【０００８】
上記問題点を鑑み、本発明は、簡易な構造で、出力音圧レベルの低下を抑制でき、低周波数領域の音の豊かな再生が可能な振動板及びこれを用いた電気音響変換装置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】
【０００９】
本発明の第１の特徴は、ドーム状の中央振動部と、中央振動部の外周を取り巻く円環状の外周振動部とが一体化した振動板において、外周振動部の所定の領域上に、振動板の中心から外周に向かって放射状に配置されたＶ字溝状の複数の単位構造体を有し、複数の単位構造体の両端部が互いに接し、外周振動部の円周方向に沿って連続的に凹凸を形成してなるコルゲーションを設けた振動板であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、ドーム状の中央振動部と、中央振動部の外周を取り巻く円環状の外周振動部とが一体化した振動板において、外周振動部の所定の領域上に、振動板の径方向に対して一定の角度をもって配置されたＶ字溝状の複数の単位構造体を有し、複数の単位構造体の両端部が互いに接し、外周振動部の円周方向に沿って連続的に凹凸を形成してなるコルゲーションを設けた振動板であることを要旨とする。
【００１１】
第１及び第２の特徴において、外周振動部は、第１の凸曲面領域と、第１の凸曲面領域に連なる、コルゲーションが設けられた中間領域と、中間領域に連なる第２の凸曲面領域とを内周側から外周側に向かって略同心円状に備えることが好ましい。また、第１及び第２の特徴に係る振動板を用いた電気音響変換装置も好適に利用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構造で、出力音圧レベルの低下を抑制でき、低周波数領域の音の豊かな再生が可能な振動板及びこれを用いた電気音響変換装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る電気音響変換装置１は、磁気回路５を収容するフレーム６と、フレーム６の外縁部に固定された振動板８とを備える。磁気回路５は、磁極２と中心極３と永久磁石４を含む。磁極２、中心極３、永久磁石４は、フレーム６の凹部から突出する柱状突起７と嵌合し、磁極２と中心極３との間に所定のギャップＧを有してフレーム６内に収納されている。
【００１５】
振動板８は、断面が略ドーム形状の中央振動部１０と、中央振動部１０の外周全周にわたって配置された外周振動部９と、中央振動部１０と外周振動部９との間に配置された連結部１１と、外周振動部９の外周全面にわたって配置されたエッジ１２を備える。エッジ１２は、フレーム６の外縁部に固定されている。
【００１６】
中央振動部１０、外周振動部９、連結部１１は、それぞれ同一材料で一体となって形成されている。図１に示す振動板８の材料としては、加工容易性を考慮すれば、例えばポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂フィルム等が好ましいが、他の樹脂等であっても構わない。ボイスコイル１３は、振動板８の連結部１１に、接着剤等により接続されている。ボイスコイル１３は、磁極２と中心極との間に配置されたギャップＧに懸垂されている。
【００１７】
図２に示すように、外周振動部９の所定の領域上には、振動板８の中心部から外周方向に向かって放射状に配置されたＶ字溝状の単位構造体９０が連続的に凹凸を形成してなるコルゲーションが設けられている。複数の単位構造体９０の両端は、互いに連結されている。複数の単位構造体９０は、中央振動部１０の外周を取り巻くように円環状に配置されている。Ｖ字溝状の単位構造体９０のそれぞれは、それぞれ向かい合う第１斜面部９１ａと第２斜面部９１ｂとを有している（図３参照）。
【００１８】
図２の外周振動部９の円周方向に沿ったＡ−Ａ断面（複数のコルゲーション９０それぞれの中心部を通る図２に示す点線方向）の例を図３に示す。図３に示すように、外周振動部９の円周方向に沿った断面は、規則正しい略三角波形状（三角波近似形状）を有している。
【００１９】
ここで、図３の三角波形状の谷部（第１斜面部９１ａと第２斜面部９２とがなすＶ字の底部）のＶ字角度θは、１００°より大きく、１８０°より小さいのが好ましい。角度θが１００°より小さいと、外周振動部９上に設ける単位構造体９０の数が多くなるため、イヤホンやヘッドホン等の小型振動板用途として製造することが困難になる。また、周波数特性を評価した場合においても、低域共振周波数f0を十分に低減できない場合がある。そのため、Ｖ字角度θは、１２０°以上１８０°未満、更には１４０°以上１６０°以下とすることが好ましい。
【００２０】
なお、図３の断面においては、ラインＡを軸として、それぞれ第１斜面部９１ａと第２斜面部９１ｂが対称になるような形状を表している。しかしながら、第１斜面部９１ａと第２斜面部９１ｂの形状はこれに限定されない。本実施形態において「略三角波形状」とは、例えば第１斜面部９１ａの勾配を緩やかにし、第２斜面部９１ｂの勾配を急にすることにより、断面が「略のこぎり波形状（のこぎり波近似形状）」となるような例も包含される。つまり、本実施形態にあっては、複数の単位構造体９０が、互いの端部を連結させた状態で円周方向に連続して凹凸を形成し、第１斜面部９１ａと第２斜面部９１ｂとがＶ字溝状をなし、Ｖ字溝の底部のＶ字角度θが上記した所定の範囲内であればよい。
【００２１】
なお、単位構造体９０の個数は、周波数特性への影響と低域共振周波数ｆ0の低減への影響を考慮すると、２０〜３０個程度、更には２３〜２８個程度が好ましい。
【００２２】
図４は、中央振動部１０の中心を通る径方向、即ち図２のＢ−Ｂ方向からみた断面図を示している。図４においては、振動板８の厚みを無視し、直線で表している。図４の二点鎖線は、コルゲーションを有しない、従来の振動板を表す。
【００２３】
外周振動部９は、連結部１１に接続された第１の凸曲面領域９ａと、外周振動部９の外周を取り巻く円環状のエッジ１２に接続された第２の凸曲面領域９ｃと、第１の凸曲面領域９ａと第２の凸曲面領域９ｃとの間に位置する中間領域９ｂとを有している。
【００２４】
第１の凸曲面領域９ａの曲率半径は、第２の凸曲面領域９ｃの曲率半径より大きく形成されている。第１の凸曲面領域９ａ、第２の凸曲面領域９ｃ、及び中間領域９ｂは、図４の断面方向にそれぞれ長さｌ１、ｌ２、ｌ３を有している。
【００２５】
振動板８の一例として、各大きさの数値を挙げると、ラインＢの内周側の終端部であるポイントｂからラインＡまでの高さｈ１は、０．０５４１２ｍｍとすることができる。ラインＢの外周側の終端部であるポイントａからラインＡまでの高さｈ２は、０．０７２７５ｍｍとすることができる。単位構造体９０を有さない振動板（図中二点鎖線）の最高点であるポイントｃからラインＡまでの高さｈ３は、０．１００８０ｍｍである。
【００２６】
図４及び上記説明から分かるように、実施の形態に係る振動板８の外周振動部８の凸部分の最高点（ポイントａ）は、従来の振動板の凸部分の最高点（ポイントｃ）より低くなるように成形されている。
【００２７】
なお、図４の各数値は、実施の形態に係る振動板８を水平板上に置いた場合の例を示している。ラインＡの内周側の終端部（実線とラインＡの交点：図示せず）は、中央振動部１０の最も高い位置と同一平面レベルにある。中央振動部１０の最も高い位置は、エッジ１２が配置された平面レベルから、高さｈ４（＝０．０５ｍｍ）の位置に存在するようになっている。
【００２８】
実施の形態に係る振動板によれば、図３に示すように、複数の単位構造体９０の断面形状がなす三角形の谷部（Ｖ字溝）のＶ字角度θを大きくして、図２に示すように、隣接する単位構造体９０を連結させて円周方向に連続的に配置する。これにより、低域共振周波数f0を下げ、ヘッドホン等に使用される小型の電気音響変換装置の重要な課題であった低周波数の音の豊かな再生が可能となる。
【００２９】
振動板８の重量は、図５に示すようなコルゲーション部を形成しない場合の振動板８１、或いは、図６に示すような、第１斜面８４ａ及び第２斜面８４ｂとからなる溝８４を複数有する振動板８２と比較しても、大きな変化がない。そのため、重量増加による出力音圧レベルの低下を招くことがなく、低域共振周波数f0の低減による低音域の改善も達成できる。
【００３０】
加えて、本発明によれば、本来のコルゲーションの役割である、低音の大振幅振動に対する振動板の機械的直線性を改善することができるうえ、振動板や音の歪みを少なくする効果や高域での分割振動を抑制する効果も兼ね備えている。単位構造体９０の配置方向は、図７に示すように、タンジェンシャル方向に形成しても構わない。
【００３１】
なお、実施の形態に係る振動板を製造する場合には、まず、図２又は図７に示す単位構造体９０を複数有するコルゲーション形状が彫り込まれた金型を用意する。次に、金型上にポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂フィルムを配置する。真空成形等により、中央振動部１０、連結部１１、及び外周振動部９の形状と単位構造体９０の形状とを同時に転写することで容易に製造できる。
【００３２】
図１に示す電気音響変換装置内に収納する場合には、連結部１１の裏面にボイスコイル１３を接着剤を介して結合させ、次いで、磁気回路５を組み込んだフレーム６の外縁部に、接着剤等により振動板８のエッジ１２を結合させればよい。
【００３３】
図８及び図９は、本実施形態に係る振動板８の解析モデルを収納する電気音響変換装置１に関し、境界要素法により計算した音圧−周波特性の評価結果を示す。図８及び図９の縦軸は音圧レベル(dB)を示し、横軸は１００ Hzから１０ kHzまでの周波数（Hz）を示す。
【００３４】
比較の対象として、図５、及び図６に示す従来の振動板８１、８２の解析モデルを計算した。各解析モデルはいずれも、Φ５．０ｍｍ 、厚さが５．０μmであり、振動板８の中央振動部１０、連結部１１、外周振動部９においてそれぞれ同一材料、同一厚さとした。ボイスコイル１３の線形を３０μm、巻き幅を０．８ｍｍとして計算を行った。
【００３５】
本実施形態に係る振動板８の単位構造体９０のＶ字角度θ（図３参照）を１５０°とし、図６の解析モデルの第１斜面部８４ａと第２斜面部８２ｂとがなす溝８４の角度を１００°とした。単位構造体９０、８４の個数は、両方の解析モデル共に２６個とした。それぞれの解析モデルは、同加振力で加振される。
【００３６】
図８及び図９の音圧-周波数特性をみると、本実施形態に係る振動板８の単位構造体９０形状を適用した解析モデルの低域共振周波数f0は、図５又は図６に示す従来例に比べて、最も低い周波数を示している。本実施形態に係る振動板８を採用することにより、より低周波数の音の再生が可能であることが確認できる。
【００３７】
また、本実施形態に係る振動板８のコルゲーション形状を適用した解析モデルは、f0以降の中域においての音圧レベルも低下しておらず、出力音圧レベルの低下なく低域共振周波数f0を低減することができている。
【００３８】
この効果は、図１０及び図１１に示す有限要素法により計算した振動板８の中央振動部１０の頂点部の変位-周波数特性から説明される。図１０及び図１１中で、縦軸は中央振動部１０の頂点部の高さ方向の変位値（m）を示し、横軸は低域共振周波数f0付近である１０−１２００ Hz の周波数を示す。
【００３９】
図１１に示すように、低域共振周波数f0以前の安定したピストン振動の周波数帯域において、３つの解析モデル（本発明、図５、図６）の特性を比較すると、本実施形態に係る振動板８の単位構造体９０の形状を適用した解析モデルの変位量が最も大きいことが確認される。これは、本実施形態に係る振動板８の単位構造体９０が、最も動きやすい形状であることを意味しており、低域共振周波数f0は、本実施形態に係る振動板８の動きやすさにより、低下したと考えられる。
【００４０】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。例えば、本実施形態においては、イヤホンやヘッドホンなどの小型の電気音響変換装置に好適に用いられるものであるが、オーディオシステムのスピーカユニットに搭載されるような比較的大口径の振動板形状にも採用可能であることは勿論である。
【００４１】
また、本実施形態においては、中央振動部１０、連結部１１及び外周振動部９が同一材料により一体化形成された例を示すが、それぞれが別々の材料で形成される場合があってもよい。連結部１１を省略し、中央振動部１０と外周振動部９とを直接連結させた形状の振動板を形成してもよい。また、重量増加による音圧低下を招かなければ、中央振動部１０の表面上又は裏面上に、紙、木材等の薄膜を配置することも可能である。
【００４２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論であり、その要旨を逸脱しない範囲で種々の改変を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気音響変換装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る振動板を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る振動板の一例であり、図２のＡ−Ａ方向からみた断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る振動板の寸法を示す例であり、図２のＢ−Ｂ方向からみた断面の概略図である。
【図５】従来のコルゲーションを有さない振動板の一例を示す斜視図である。
【図６】従来のコルゲーションを有する振動板の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る振動板の別の一例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る振動板を搭載した電気音響変換装置を境界要素法により計算した場合の音圧レベルと周波数特性の関係を表すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態に係る振動板を搭載した電気音響変換装置を境界要素法により計算した場合の中央振動部のドーム頂点部の変位と周波数特性の関係を表すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態に係る振動板を搭載した電気音響変換装置を有限要素法により計算した場合の音圧レベルと周波数特性の関係を表すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態に係る振動板を搭載した電気音響変換装置を有限要素法により計算した場合の中央振動部のドーム頂点部の変位と周波数特性の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１…電気音響変換装置
２…磁極
３…中心極
４…永久磁石
５…磁気回路
６…フレーム
７…柱状突起
８…振動板
９…外周振動部
１０…中央振動部
１１…連結部
１２…エッジ
１３…ボイスコイル
９０…単位構造体（コルゲーション）
【図１】
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【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】
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【図１１】
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