JP2003299191A - スピーカおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高域を遮断するとともにボイスコイルの横揺
れを防止した低音専用のスピーカを提供することを目的
とする。 【解決手段】 これらの課題を解決するために、内外周
部を中間部に比較して柔軟性の高い構造に構成された第
１の振動板１８と、円環状の磁気ギャップ１６を構成す
る磁気回路１５と、線輪部が前記磁気回路１５の磁気ギ
ャップ１６にはまり込むとともに上端部が前記第１の振
動板１８の内周部に接合されるボイスコイル１７と、前
記磁気回路と前記第１の振動板１８の外周部２１に接合
されるフレーム２４とを備え、前記磁気ギャップ１６の
同心円中心部に軸方向が垂直方向となるように配置され
軸受け２５と、この軸受け２５にはまり込むとともに上
部が前記ボイスコイル１７に結合された摺動体２７とを
有し、前記第１の振動板１８の内周部１９を覆い隠す大
きさの第２の振動板２３が第１の振動板１８に接合され
た構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高品質音楽再生を行
うために用いる低域専用のスピーカおよびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタルメディアの急速な進展に
より高品質な音楽ソースが開発され、従来以上に重低音
の再生が求められている。またマルチチャンネルには低
域専用チャンネルがあるなど重低音再生のニーズは大き
い。

【０００３】一般的に、重低音再生専用スピーカシステ
ムは図９に示すように、大口径のスピーカ１を大きなキ
ャビネット２に入れるとともに、ＣＤプレーヤ等の音楽
ソース５の出力信号を低域に限定するための高域カット
フィルタ４で信号を低域のみに制限し低域専用のパワー
アンプ３で電力増幅して駆動するという方法がとられて
いた。しかしこの方法ではスピーカ１自身には中高域の
信号は入ってこないものの、スピーカ１の非線形（ボイ
スコイルが受ける駆動力の歪み）等は再生音として出力
されてしまうという欠点や、スピーカ１を駆動させる信
号を低域のみに制限させるために高域カットフィルタ４
を入れなければならないという欠点がある。

【０００４】これを改善しスピーカ自身にハイカット構
造を持たせ駆動力の非線型による歪みや、スピーカを駆
動するアンプに高域カットフィルタを必要としないもの
が図１０に提案されている。６は円環状磁気ギャップ７
に磁気エネルギーを発生させるように構成された磁気回
路であり、８は磁気ギャップ７に線輪部がはまり込んで
駆動力を発生するボイスコイルであり、９は振動板であ
る。この振動板９は内周部１０の柔軟性に優れた材料と
構造を持つ部分と中間部１１の剛性の高い部分と外周部
１２の柔軟性に優れた材料と構造をもつ部分の３つの部
分からなっている。

【０００５】１３はボイスコイル８を支持するダンパー
であり、１４は振動板９の中間部１１の剛性の高い部分
に接合されるダストキャップと呼ばれる第２の振動板で
あり、１５はこれら全体を支えるフレームである。

【０００６】次に図１０を基に、その動作について説明
する。駆動力を発生するボイスコイル８は振動板９の柔
軟性に優れた材料と構造を持つ内周部１０に接合されて
いるが、この柔軟性に優れた材料と構造を持つ内周部１
０を介して振動が振動板９の剛性の高い中間部１１に伝
達され音が放射される。この時、内周部１０で示した柔
軟性に優れた材料と構造を持つ部分を振動が伝達する中
で、振動の高周波部分は伝達され難くくなり、振動板９
の中間部１１の剛性の高い部分には振動の低周波部分の
みが伝達されるようになる。

【０００７】したがって、高い周波数成分がカットされ
低域成分のみの音響放射が行われることになる。これを
定量的に説明するために図１０に示すスピーカの電気音
響等価回路を図１１に示す。ここでＲｄｍはボイスコイ
ル８が振動することによって発生する機械抵抗、Ｒｄｅ
はボイスコイル８が磁気ギャップ７中を振動することに
よって生ずる逆起電力に基づく電磁制動抵抗、Ｍｖはボ
イスコイル８の質量であり、Ｃｖはボイスコイル８に接
合されたダンパー１３のコンプライアンスである。Ｃｃ
は振動板９の内周部１０の柔軟性に優れた材料と構造を
持つ部分のコンプライアンス、Ｒｃはこの部分の機械抵
抗である。Ｍｍは振動板９の実効振動質量であり、Ｃｍ
は振動板９の外周部１２の柔軟性に優れた材料と構造を
持つ部分のコンプライアンスである。Ｆｄはボイスコイ
ル８に発生する駆動力であり、Ｖｖはボイスコイル８の
速度、Ｖｍは振動板９の速度を表す。

【０００８】この電気音響等価回路を計算し、Ｖｍを求
めることによって放射される音圧周波数特性が次式によ
って求められる。

【０００９】音圧 ＳＰＬは ＳＰＬ＝９４＋２０Ｌｏｇ（π×ｆ×ρ₀×（ａ_d ²×Ｖｍ））…（１） ここでｆは周波数、ρ₀は空気の密度、ａ_dは振動板の実
効振動半径 図１２は実際に図１１に示した電気音響等価回路のパラ
メータに値を入れ、（１）式で計算した音圧周波数特性
を示す。この特性からわかるように高域側が−１２ｄＢ
／ｏｃｔで遮断されたハイカットの特性を示すことがわ
かる。

【００１０】このように図１０に示すスピーカはスピー
カの構造の中で高域をカットする機構が組み込まれてお
り、スピーカを駆動するアンプに高域カット用のフィル
タが不必要になるというメリットとともに、ボイスコイ
ルの駆動力の歪みによって発生した高調波成分はスピー
カが持つハイカット機構によって遮断され、歪みが減少
するというメリットも有する。

【００１１】しかしながら、図１０に示した構造ではボ
イスコイル８の上部が振動板９の柔軟性に優れた材料と
構造を持つ内周部１０に連結されているため、本来ボイ
スコイル８は磁気ギャップ７の中を正確に上下にのみ動
くべきところが、ローリングと呼ばれる横方向の動きを
誘発し易くなる。このことによってスピーカに大きな入
力が加わった時にはこのローリング現象が大きくなり、
ボイスコイル８が磁気ギャップ７を構成する内外周のプ
レートと呼ばれる部分に当たり、異常音や場合によって
はボイスコイル８の線輪部の断線など、スピーカの破損
に至るという課題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の構
造のスピーカは優れたハイカット機構を有し、アンプに
高域カットフィルタを必要としない簡単な構成で低域専
用のスピーカを構築できるが、大入力での安定性に欠け
るという課題がある。

【００１３】本発明は従来の構造のスピーカと同様の優
れたハイカット特性を有するとともに、大入力時にもボ
イスコイルの横揺れを防止し、安定な動作ができる低域
専用のスピーカを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のスピーカは、円環状の磁気ギャップを有する
磁気回路と、この磁気回路に結合されたフレームと、外
周部と内周部が柔軟性の高い材料で中間部が剛性の高い
材料で構成され外周部が前記フレームの周縁部に結合さ
れた第１の振動板と、この第１の振動板の円周部に結合
され上記磁気回路の磁気ギャップにはめ込まれるボイス
コイルと、このボイスコイルの上部に結合され上記磁気
回路の中心部に設けた軸受けにはまり込んで第１の振動
板やボイスコイルを上下動のみ行うようにする摺動体
と、上記第１の振動板の少なくとも内周部を覆うように
結合された第２の振動板とから構成されており、この構
造により、ボイスコイルからの振動は振動板の内周部の
柔軟性の優れた材料で構成された部分で高域が遮断され
るとともに、ボイスコイルの動きがボイスコイルの上端
部からの摺動部が軸受けにはまり込むことによって横方
向の動きが規制されるため、ローリング現象が防止され
安定な動作が可能となる。

【００１５】また、本発明のスピーカは、円環状の磁気
ギャップを有する磁気回路と、この磁気回路に結合され
たフレームと、外周部と内周部が柔軟性の高い材料で中
間部が剛性の高い材料で構成され外周部が前記フレーム
の周縁部に結合された第１の振動板と、この第１の振動
板の内周部に結合され上記磁気回路の磁気ギャップには
め込まれるボイスコイルと、このボイスコイルの上部に
結合され上記磁気回路の中心部に設けた軸受けにはまり
込んで第１の振動板やボイスコイルを上下動のみ行うよ
うにする摺動体と、上記第１の振動板の少なくとも内周
部を覆うように結合された第２の振動板とからなる構成
で、上記ボイスコイルの線輪が２つの独立した線輪で構
成されたことを特徴とするスピーカである。

【００１６】この構造により、ボイスコイルからの振動
は振動板の内周部の柔軟性に優れた材料で構成された部
分で高域が遮断されるとともに、ボイスコイルの動きが
ボイスコイルの上端部からの摺動部が軸受けにはまり込
むことによって横方向の動きが規制されるため、ローリ
ング現象が防止され安定な動作が可能になるとともに、
一般的な低域専用ウーハの場合は専用のアンプを用いて
ステレオの左右の信号を加算したものを増幅して駆動さ
れるが、この構成によるとステレオの左右のスピーカの
出力信号を直接スピーカに入力することが可能となり、
従来のように低域専用のアンプを省略することが可能と
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態１について図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は本発明の実施の形態１におけるスピ
ーカの構成を示す断面図である。１５は円環状磁気ギャ
ップ１６に磁気エネルギーを発生させるように構成され
たセンターポール２６付きのプレート２８、マグネット
２９、上部プレート３０からなる磁気回路であり、１７
は磁気ギャップ１６に線輪部がはまり込んで駆動力を発
生するボイスコイルであり、１８は第１の振動板であ
る。この第１の振動板１８は内周部１９の柔軟性に優れ
た材料と構造で構成された部分と中間部２０の剛性の高
い部分と外周部２１の柔軟性に優れた材料と構造で構成
された部分の３つの部分からなっており、前記ボイスコ
イル１７の上部が第１の振動板１８の内周部１９の柔軟
性の高い部分に接合される。

【００１９】なお、第１の振動板１８の中間部２０の剛
性の高い部分は通常は紙等で構成されているが、金属、
樹脂、グラファイト及びこれらの複合材による構成の方
が紙よりもより剛性を高くでき、本発明のスピーカにと
っては有利である。

【００２０】２２はボイスコイル１７を支持するダンパ
ーであり、２３は第１の振動板１８に接合されるダスト
キャップと称される第２の振動板であり、２４はこれら
全体を支えるフレームである。２５は軸方向を円環状の
磁気ギャップ１６の同心円面に垂直に向けて磁気回路１
５のセンターポール２６に形成された軸受けであり、２
７はボイスコイル１７の上端に結合された摺動体であ
り、これが軸受け２５にはまり込んでいる。

【００２１】これを基に、その動作について説明する。
このスピーカの電気音響等価回路は基本的には図１１に
示したものと同一になるが、その違いは図１１ではＭｖ
としてボイスコイル８の質量であったが、図１に示した
本発明の実施の形態１ではＭｖとしてボイスコイル１７
の質量に摺動体２７の質量を付加したものになるだけの
違いである。したがって、高域が遮断されるメカニズム
については前述の通りであり割愛する。

【００２２】一方動作の安定性という点では図１のボイ
スコイル１７の上端部に接合した摺動体２７が軸方向を
円環状の磁気ギャップ１６の同心円面に垂直に向けて形
成した軸受け２５の中を摺動することにより、ボイスコ
イル１７の横振動は軸受け２５と摺動体２７の間隙（ク
リアランス）の範囲に抑えられ、実質的に磁気ギャップ
１６の中を正確に上下に振動することになる。この時、
軸受け２５と摺動体２７はそのクリアランスが磁気ギャ
ップ１６にはまり込むボイスコイル１７の線輪部と磁気
ギャップ１６を構成する上部プレート３０とセンターポ
ール２６と呼ばれる部分とのクリアランスに比べて小さ
な値に設定する。

【００２３】このことによってボイスコイル１７は磁気
ギャップ１６を構成する上部プレート３０やセンターポ
ール２６に接触することなく、異常音やボイスコイル１
７の破壊等の現象は発生しなくなり、スピーカの構造の
中で高域遮断機構を備え、かつ動作の安定性も高い低域
専用のスピーカが実現できる。

【００２４】なお、軸受け２５の中を摺動体２７が上下
することによって発生する摺動音についても、スピーカ
の高域遮断機構により大幅に低減されることも付け加え
ておく。

【００２５】また、振動板１８の内周部１９の柔軟性の
高い構造としては様々な構造が考えられるが、図２に示
すような布材に樹脂を含浸して成形した構造のものを使
用することにより、布材や樹脂の選定によって簡単にコ
ンプライアンス成分や機械抵抗成分等のパラメータが制
御でき、スピーカの特性を簡単に制御することができ
る。

【００２６】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２におけるスピーカの構成を示す断面図である。基本
構造は図１に示すものと同様であるが、実施の形態２で
はボイスコイル１７の線輪が２つの独立した線輪１７
ａ，１７ｂからなっている。図４はこのボイスコイル１
７の構造を詳細に示したものであるが、２組の入力を持
つ２つの輪線１７ａ，１７ｂが重ねて巻かれており２つ
の入力を受け入れられるようになっている。

【００２７】高域の遮断メカニズムや動作の安定化のメ
カニズムは実施の形態１で説明したのと同一であるため
省略するが、ボイスコイル１７をこのように２つの入力
を受け入れられるようにすることによって、図５に示す
ようにＣＤプレーヤ等の音楽ソース３１を入力するパワ
ーアンプ３２からの左右のスピーカ３３，３４への出力
をそれぞれ分岐し、それぞれの出力を本発明の実施の形
態２に示す低音専用のスピーカ３５の２つの入力に加え
ることによって、専用のアンプ、フィルタ（ネットワー
ク）を必要とせず、重低音が増強できるいわゆる３Ｄシ
ステムを構成することができる。

【００２８】（実施の形態３）次に本発明のスピーカの
製造方法について説明する。

【００２９】図６（ａ）〜（ｊ）は本発明のスピーカ製
造法の実施の形態３を示す説明図である。

【００３０】３６はダンパー２２とボイスコイル１７を
組み立てたものであり、３７はスペーサである。３８は
磁気回路１５にフレーム２４を結合した組立体であり、
１８は第１の振動板である。２７は摺動体であり、２３
は第２の振動板である。

【００３１】まず、図６（ａ）に示すようにあらかじめ
ボイスコイル１７とダンパー２２はボイスコイル１７の
線輪部が磁気回路１５の円環状の磁気ギャップ１６の位
置にはまり込むように組み立てられている。そして図６
（ｂ）に示すようにスペーサ３７を用いて磁気回路１５
にフレーム２４を結合した組立体３８に結合する。スペ
ーサ３７を使用する理由はダンパー２２とボイスコイル
１７の組立体３６のボイスコイル１７の内周部と磁気回
路１５にフレーム２４を結合した組立体３８の磁気ギャ
ップ１６を構成するセンターポール２６と上部プレート
３０との外周部との間に適当な間隙を確保し、ボイスコ
イル１７が磁気ギャップ１６の中をスムーズに前後振動
できるようにするためのものである。

【００３２】続いて、図６（ｃ），（ｄ）に示すように
第１の振動板１８の内周部１９をボイスコイル１７の上
部に、そして外周部２１をフレーム２４の外周部に結合
する。

【００３３】続いて、図６（ｅ）（ｆ）に示すようにス
ペーサ３７を抜き、図６（ｇ）に示すように磁気回路１
５の中心部に設けた軸受け２５に摺動体２７を組み込む
とともに図６（ｈ）に示すようにその上部をボイスコイ
ル１７の上部に結合する。

【００３４】そして、図６（ｉ），（ｊ）に示すように
第２の振動板２３を第１の振動板１８の中央部２０に結
合し、本発明のスピーカの製造が可能となる。

【００３５】（実施の形態４）図７（ａ）〜（ｆ）は本
発明のスピーカ製造法の実施の形態４を示す説明図であ
る。

【００３６】３９はダンパー２２とボイスコイル１７を
組み立てたものの上部に摺動体２７を組み込んだもので
あり、３８は磁気回路１５とフレーム２４を結合したも
のである。１８は第１の振動板であり、２３は第２の振
動板である。

【００３７】まず、図７（ａ）に示すようにダンパー２
２とボイスコイル１７を組み立てたものの上部に摺動体
２７を組み込んだもの３９は、ボイスコイル１７の線輪
部が磁気回路１５の円環状の磁気ギャップ１６にはまり
込むように、また磁気回路１６の中央部に設けられた軸
受け２５に摺動体２７がはまり込んだ時にボイスコイル
１７の内外周部と磁気ギャップ１６のセンターポール２
６と上部プレート３０との間に適当な間隙を持つように
事前に組み立てられている。これを磁気回路１５とフレ
ーム２４とを結合した組立体３８に図７（ｂ）に示すよ
うに組み立てる。

【００３８】次に図７（ｃ），（ｄ）に示すように第１
の振動板１８の内周部１９をダンパー２２とボイスコイ
ル１７を組み立てたものの上部に摺動体２７を組み込ん
だもの３９に、外周部２１をフレーム２４に結合する。

【００３９】次に図７（ｅ），（ｆ）に示すように第２
の振動板２３を第１の振動板１８の中央部２０に結合し
て本発明のスピーカの製造が可能となる。

【００４０】この製造方法では、実施の形態３で示した
スペーサ３７が必要なく、製造工程が簡単に構成できる
というメリットを有する。

【００４１】（実施の形態５）図８（ａ）〜（ｄ）は本
発明のスピーカ製造法の実施の形態５を示す説明図であ
る。

【００４２】３９はダンパー２２とボイスコイル１７を
組み立てたものの上部に摺動体２７を組み込んだもので
あり、１９は第１の振動板１８の柔軟性の高い材料で構
成された内周部に相当するものである。３８は磁気回路
１５とフレーム２４を結合したものであり、４０は第１
の振動板１８の中間部２０と第２の振動板２３を一体に
成形したものである。

【００４３】まず、図８（ａ）に示すダンパー２２とボ
イスコイル１７を組み立てたものの上部に摺動体２７を
組み込んだもの３９は、ボイスコイル１７の線輪部が磁
気回路１５の円環状の磁気ギャップ１６にはまり込むよ
うに、また磁気回路１５の中央部に設けられた軸受け２
５に摺動体２７がはまり込んだ時にボイスコイル１７の
内外周部と磁気ギャップ１６の内外周のセンターポール
２５と上部プレート３０との間に適当な間隙を持つよう
に事前に組み立てられており、またその上部に第１の振
動板の柔軟性の高い材料で構成された内周部１９に相当
するものが結合されている。これらの組立体は、図８
（ｂ）に示すように磁気回路１５とフレーム２４を結合
した組立体３８に結合される。

【００４４】次に図８（ｃ），（ｄ）に示すように、第
１の振動板１８の中間部２０と第２の振動板２３を一体
に成形したもの４０の外周部２１をフレーム２４に、内
周部をボイスコイル１７に予め結合された柔軟性の高い
材料で構成された内周部１９に結合し、本発明のスピー
カ製造が可能となる。

【００４５】この製造方法は実施の形態４で示した方法
と同様にスペーサ３７が不必要であることとともに、実
施の形態４で示した方法よりもさらに製造工程が短縮で
きるというメリットを有する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるスピ
ーカによれば、優れた高域遮断特性をもち、低歪でかつ
動作も安定した低域専用のスピーカが実現することが可
能になる。

【００４７】また本発明にかかるスピーカによれば、重
低音を付加するいわゆる３Ｄシステムを専用のパワーア
ンプを付加することなく安価に実現することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１にかかるスピーカの断面
図

【図２】布材に樹脂を含浸させて成形した振動板の内周
部の支持部の平面図

【図３】本発明の実施の形態２にかかるスピーカの断面
図

【図４】本発明の実施の形態２にかかるスピーカのボイ
スコイルの断面図

【図５】本発明の実施の形態２にかかるスピーカを使用
した３Ｄシステムの構成図

【図６】（ａ）〜（ｊ）本発明のスピーカの実施の形態
３における製造工程を示す説明図

【図７】（ａ）〜（ｆ）本発明のスピーカの実施の形態
４における製造工程を示す説明図

【図８】（ａ）〜（ｄ）本発明のスピーカの実施の形態
５における製造工程を示す説明図

【図９】一般的な低音専用スピーカシステムの構成図

【図１０】従来の高域遮断形低域専用スピーカの断面図

【図１１】高域遮断形低域専用スピーカの電気音響等価
回路図

【図１２】高域遮断形低域専用スピーカの音圧周波数特
性図

【符号の説明】

１５ 磁気回路 １６ 磁気ギャップ １７ ボイスコイル １８ 第１の振動板 １９ 内周部 ２０ 中間部 ２１ 外周部 ２２ ダンパー ２３ 第２の振動板 ２４ フレーム ２５ 軸受け ２７ 摺動体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状の磁気ギャップを有する磁気回路
   と、この磁気回路に結合されたフレームと、外周部と内
   周部が柔軟性の高い材料で中間部が剛性の高い材料で構
   成され外周部が前記フレームの周縁部に結合された第１
   の振動板と、この第１の振動板の円周部に結合され上記
   磁気回路の磁気ギャップにはめ込まれるボイスコイル
   と、このボイスコイルの上部に結合され上記磁気回路の
   中心部に設けた軸受けにはまり込んで第１の振動板やボ
   イスコイルを上下動のみ行うようにする摺動体と、上記
   第１の振動板の少なくとも内周部を覆うように結合され
   た第２の振動板とから構成されたスピーカ。
2. 【請求項２】 第１の振動板の内周部の柔軟性の高い材
   料として、布に樹脂を含浸させて成形したものを用いた
   請求項１に記載のスピーカ。
3. 【請求項３】 第１の振動板の剛性の高い中間部と第２
   の振動板とを一体に成形した請求項１に記載のスピー
   カ。
4. 【請求項４】 第１の振動板の剛性の高い中間部および
   第２の振動板を構成する材料として、金属、樹脂、グラ
   ファイトの何れかまたはこれらを含む複合材を用いた請
   求項１に記載のスピーカ。
5. 【請求項５】 ボイスコイルの線輪を２つの独立した線
   輪で構成した請求項１に記載のスピーカ。
6. 【請求項６】 円環状の磁気ギャップを有する磁気回路
   にフレームを結合し、この磁気回路の磁気ギャップにス
   ペーサを用いてダンパーを取りつけたボイスコイルを組
   み込み、このボイスコイルの上部に内外周部を柔軟性の
   高い材料で構成した第１の振動板の内周部を結合すると
   ともに、第１の振動板の外周部をフレームに結合した後
   上記スペーサを取り除いて上記磁気回路の中心部に設け
   た軸受けに摺動体を組み込むとともにこの摺動体の上部
   をボイスコイルの上部に結合し、上記第１の振動板の上
   面中央部に第２の振動板を結合するスピーカの製造方
   法。
7. 【請求項７】 円環状の磁気ギャップを有する磁気回路
   にフレームを結合し、この磁気回路の中央部に設けた軸
   受けにボイスコイルとダンパーの組立体を上部に結合し
   た摺動体を組み込み、上記フレーム及びボイスコイルま
   たは摺動体の上部に内外周部が結合されるように第１の
   振動板を組み込み第１の振動板の上面中央部に第２の振
   動板を組み込むスピーカの製造方法。
8. 【請求項８】 円環状の磁気ギャップを有する磁気回路
   にフレームを結合し、この磁気回路の中央部に設けた軸
   受けにボイスコイルとダンパーと第１の振動板の内周部
   の組立体を上部に結合した摺動体を組み込み、第１の振
   動板の中間部と第２の振動板が一体に成形され、この第
   １の振動板の外周に柔軟性の高い材料からなる外周部を
   結合したものを組み込み、第１の振動板の外周部をフレ
   ームの周縁部に、第１の振動板の中間部を第１の振動板
   の柔軟性の高い材料からなるボイスコイルにあらかじめ
   結合された内周部に結合するスピーカの製造方法。