JP2017011395A - 平面スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 エッジの剥離が発生しにくく耐久性のある平面スピーカを提供する。【解決手段】 平面スピーカ１は、エッジ１０と、平面音波を放射する平板状の振動板２０と、平面スピーカ１の筐体の一部を構成する方形枠状のフレーム３０とを有する。エッジ１０は、シート状の部材からなり、その長手方向と直行する面による断面形状が略Ｍ字型となるように形成されている。エッジ１０の一方の端部（すなわち、取付部１１＿１）は振動板２０の側面に接着され、他方の端部（すなわち、取付部１１＿２）はフレーム３０の側面に接着される。【選択図】図４

Description

本発明は、平面スピーカの技術に関する。

平面スピーカは、平らな板状の振動板を音響信号に応じて振動させることで音波を放射するスピーカである。平面スピーカから放射される音波は、平面音波であるため、指向性が狭く、距離による減衰が小さいという特徴を有する。このため、平面スピーカを用いることで、遠方にいる聴者や特定の位置にいる聴者に対して、目的の音を的確に伝達することが可能となる。

一般にスピーカでは、振動板はエッジと呼ばれる可撓性のある部材を介してスピーカの筐体（フレーム）に固定される。これは、音響信号に応じた駆動を妨げないよう振動板を支持するためであり、このエッジに必要な機能は、平面スピーカにおいても同様である。例えば、特許文献１に開示されたスピーカでは、エッジ２６が、方形枠状エッジ３７の外周縁と内周縁が平板状をなしてフレーム２５の開口部および振動板２７の周縁にそれぞれガスケット３２および３３を介して固着され、振動板２７を支持している。また、方形枠状エッジ３７の各直線部３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃおよび３８Ｄの中央部は断面がＶ字状で、これに続く両端部がそれぞれ平板状に形成されてフレーム２５と振動板２７への取付部４０および４１を構成している（特許文献１；図３および図４参照）。また、特許文献２に開示されたスピーカでは、振動板５１を囲むＵ字状の切欠部６０が、アーチ状の断面形状を有するエッジ７０によって、スピーカエンクロージャー５０の内側から覆われている（特許文献２；図１〜図３参照）。これら特許文献１や特許文献２に開示の技術のように、エッジの断面形状を屈曲させる理由は、エッジのスティフネスを大きくすることができ、振動板の放音面に対して平行な方向の振動を発生させることなく、振動板の放音面に対して鉛直方向に振動板を振動可能に支持することが可能となるからである。

特開昭５９−０３０３９９号公報 特開２００７−１０４５２６号公報

振動板とエッジ或いはフレームとエッジの接合には、通常、接着剤等が用いられる。しかし、特許文献１および２に示す態様のように放音方向に対して垂直な面にエッジを接着すると、長期間に亘る振動板の振動に伴い生じる接着面の劣化や、接着剤およびエッジの経年変化などにより、エッジの端部が振動板或いはフレームから剥離する場合があり、振動板の支持に支障が生じる場合がある。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、エッジの剥離が発生しにくく耐久性のある平面スピーカを提供することを目的としている。

本発明は、平板状の振動板と、フレームと、シート状の部材からなり、一方の端部が前記振動板の側面の少なくとも一部に固定され、他方の端部が前記フレームの側面の少なくとも一部に固定されるエッジとを有することを特徴とする平面スピーカを提供する。

詳細については後述するが、本発明によれば、振動板およびフレームの放音方向に対して垂直な面にエッジを接着する場合に比較して、エッジの剥離が発生しにくく、耐久性も向上する。

再現実験に用いた平面スピーカのモデルを示す斜視図である。 再現実験に用いた平面スピーカの他のモデルを示す斜視図である。 再現実験に用いた平面スピーカの他のモデルを示す斜視図である。 本発明の一実施形態である平面スピーカ１の構成を示す図である。 本発明の変形例（４）を説明するための図である。 振動板２０およびフレーム３０の正面および側面に接着されたエッジ１００の断面図である。 屈曲部１２の屈曲度合を変更したエッジ１０の例を示す断面図である。 屈曲部１２の屈曲度合を変更したエッジ１０の他の例を示す断面図である。

上述したように、特許文献１および２に示す態様のように振動板或いはフレームの放音方向に対して垂直な面にエッジを接着すると、エッジの端部が振動板或いはフレームから剥離する場合がある。本願発明者がこの現象についてモデルを用いた再現実験を行ったところ、その発生メカニズムと原因が明らかになった。以下、この再現実験について説明する。

（Ａ：再現実験）
［実験１］
図１は、再現実験に用いた平面スピーカのモデルの斜視図である。図１に示すように、本実験で使用するモデルは、振動板、エッジ、およびフレームの各々に対応する部材で構成される。具体的には、このモデルにおいて、エッジ（斜線部）は１枚の伸縮しない紙により構成され、振動板およびフレームに対応する部材は厚紙からなる略方形状の小箱により構成される。エッジの両端は、振動板の背面とフレームの背面に接着剤等により固定されている。
以上が、本実験で使用するモデルの構成である。

本願発明者は、振動板の荷重がエッジにかかっているときの状態を再現するために、振動板とフレームを、図１における白抜きの矢印が示すようにエッジの長手方向に互いに逆向きに引っ張った。ここで、同図における振動板の下向きの矢印は振動板の荷重（重力）により生じる力を表し、フレームの上向きの矢印は当該荷重に対抗する力（応力）を表す。この結果、エッジに歪みが生じ、図中の丸印で囲ったエッジの端部が大きく引っ張られていく様子が確認された。より詳細には、フレームに固定されたエッジの上端部は振動板に固定されたエッジの下端部の方へ引っ張られ、振動板に固定されたエッジの下端部はフレームに固定されたエッジの上端部の方へ引っ張られていた。振動板とフレームを引っ張る力をさらに大きくしていくと、エッジの歪みがさらに大きくなり、やがて上記エッジの上端部および下端部がそれぞれフレームおよび振動板から剥離した。より詳細に説明すると、エッジは図中の丸印で囲った部分が徐々に実線で示す矢印の向きに捲り上がっていくような態様で振動板およびフレームから剥離した。図中の丸印で囲ったエッジの他の端部、すなわちフレームに固定されたエッジの下端部および振動板に固定されたエッジの上端部についても同様に、当該箇所の丸印内の実線で示す矢印の向きに引っ張られていく様子が確認された。一方、図中の丸印で囲った部分を除く他の部分では、エッジが引っ張られている様子は確認されず、その部分が振動板およびフレームから剥離することはなかった。

この実験と同様の現象は、特許文献１および２に示す態様のように振動板或いはフレームの放音方向に対して垂直な面にエッジを接着した際にも発生すると考えられる。すなわち、エッジに振動板の荷重が鉛直下向きにかかった場合、エッジと振動板の間に形成された接着層の界面（接着面）には、この下向きの荷重に対抗する剪断応力が上向きに作用する。同様に、エッジとフレームの間に形成された接着層の界面（接着面）にも上記剪断応力が作用する。さらに、エッジは伸縮しない材料を想定しているため、エッジの左右の端部の面内において、互いに反対方向を向いた応力が鉛直方向に作用する。この応力が、エッジと振動板の間に形成された接着層およびエッジとフレームの間に形成された接着層に作用すると、図中の丸印で囲ったエッジの端部に上記応力或いはそのしわ寄せが集中し、これらが接着面の法線方向に作用する応力へと変換されて、接着面からエッジを引き剥がす力が発生していると考えられる。したがって、エッジの端部（接着面）が振動板或いはフレームから剥離することを防止するためには、振動板の荷重（重力）に起因してエッジの端部に作用する応力が、接着面に対して法線方向に作用して接着面からエッジを引き剥がす力へと変換されないようにすれば良い。

［実験２］
図２は、実験１の考察結果を踏まえた再現実験において用いた平面スピーカの他のモデルの斜視図である。このモデルは、エッジの両端が振動板とフレームの側面に接着されているという点において、実験１におけるモデルと異なる。本実験でも、実験１と同様に振動板とフレームを図の矢印の向きに引っ張ったところ、エッジに歪みが生じ、フレームに固定されたエッジの上端部は振動板に固定されたエッジの下端部の方へ引っ張られ、振動板に固定されたエッジの下端部はフレームに固定されたエッジの上端部の方へ引っ張られていく様子が確認された。しかし、振動板とフレームを引っ張る力を徐々に大きくしていっても、歪みが大きくなったものの、実験１の場合とは異なり図中の丸印で囲った部分が振動板およびフレームから剥離することはなかった。また、フレームに固定されたエッジの下端部および振動板に固定されたエッジの上端部についても同様の現象が確認された。これは、図２に示す固定態様によれば、エッジの端部に上記応力或いはそのしわ寄せが集中しても、これらの応力は接着面に対して平行な方向に作用する力へと変換されるため、接着面からエッジを引き剥がす方向に作用することがないためであると考えられる。本実験から、振動板とフレームの側面にエッジを接着することにより、振動板の荷重（重力）に起因する応力が接着面の法線方向、すなわち接着面からエッジを引き剥がす方向に作用することを回避できることが判明した。

［実験３］
図３は、再現実験に用いた平面スピーカの他のモデルの斜視図である。このモデルは、振動板とフレームの間で、エッジの長手方向と直交する面による断面形状がＶ字型に形成されているという点において、実験２に示したモデルと異なる。本実験でも、実験２と同様に振動板とフレームを図の矢印の向きに引っ張ったところ、エッジにはほとんど歪みが発生せず、フレームに固定されたエッジの上端部は振動板に固定されたエッジの下端部の方へ引っ張られ、振動板に固定されたエッジの下端部はフレームに固定されたエッジの上端部の方へ大きく引っ張られていく様子は全く確認されなかった。また、振動板とフレームを引っ張る力を徐々に大きくしていっても、歪みはほとんど発生せず、実験１に示したように、図中の丸印で囲った部分が振動板およびフレームから剥離することはなかった。さらに、Ｖ字の屈曲度合が大きくなるように、振動板とフレームの間の間隔を狭くしたところ、振動板とフレームを引っ張る力をさらに大きくしたにもかかわらず、エッジは全く歪むことがなかった。また、フレームに固定されたエッジの下端部および振動板に固定されたエッジの上端部についても同様の現象が確認された。つまり、この実験結果によると、エッジの長手方向と直交する面による断面形状をＶ字型に形成することにより、エッジは重力方向の力に対して高い剛性を示すようになる。この結果、エッジは歪みにくくなるため、図中の丸印で示すエッジの端部に上記応力或いはそのしわ寄せが集中しにくくなり、接着面に対して平行な方向に引っ張ろうとする応力を小さくすることが可能となる。

以上の実験から、振動板とフレームの側面にエッジを接着し、さらに振動板とフレームの間でエッジの長手方向と直交する面による断面形状をＶ字型（エッジ全体としては略Ｍ字型）に形成することにより、振動板の荷重（重力）に起因する応力が接着面の法線方向に作用する応力へと変換されることを回避しつつ、接着面に対して平行な方向に作用する応力を小さくすることが可能となることが判明した。

以上、エッジを実験３に示す形状に加工することにより、実験１において発生した現象が最も改善されることが明らかになった。本願発明者は、実験３に示したものと同様の形状を有するエッジを用いて平面スピーカを構成した。

（Ｂ：実施形態）
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図４は、この発明の一実施形態である平面スピーカ１の構成を示す図である。この平面スピーカ１は、例えばコンサート会場や展示場に設置され、遠方にいる聴者や特定の位置にいる聴者に対して、目的の音を的確に伝達することを可能とする。図４（ａ）は、コンサート会場等に設置された平面スピーカ１を正面（放音方向）から見た図である。以下、平面スピーカ１の背面から正面に向かう方向（図４（ａ）におけるＹ軸方向）を前後方向と、同Ｚ軸方向（すなわち、鉛直方向）を上下方向と、同Ｘ軸方向（すなわち、放音方向と鉛直方向の両方向に直交する方向）を左右方向と、それぞれ呼ぶことにする。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。図４（ａ）に示すように、平面スピーカ１は、エッジ１０、振動板２０、フレーム３０および駆動部（アクチュエータ、図示略）により構成される。

振動板２０とフレーム３０は、従来の平面スピーカにおいて用いられているものを用いることができ、概略は以下の通りである。振動板２０は、アクチュエータ（図示略）に入力される音響信号の変化に応じて振動し、平面音波を放射する。本実施形態では、振動板２０は、通常のオーディオ用（ホームシアタ用）の振動板とは異なり、拡声用として大型のものが採用されている。本実施形態では、一例として幅が１８００ｍｍ程度、高さが９００ｍｍ程度、厚さが５０ｍｍ程度、密度が約０．０１ｇ／ｃｍ^３程度の平板状の発泡スチロールが振動板２０として採用されている。このような大型の振動板を採用することにより、より遠方まで低音を伝達することが可能となる。フレーム３０は、平面スピーカ１の筐体の一部を構成する。フレーム３０は、振動する振動板２０の重量（本実施形態では、重さ８１０ｇ（１８００ｍｍ×９００ｍｍ×５０ｍｍ×０．０１ｇ／ｃｍ^３）を支持できるよう、十分な剛性と重量を有する材料（例えば、厚さが２０ｍｍ程度の木材や金属等）で構成された方形枠状の部材である。

エッジ１０は、特許文献１や特許文献２におけるものと同様にフレーム３０に対して振動板２０を振動可能に支持するための帯状部材であり、その長手方向の長さは振動板２０の上下または左右の外縁部の長さとほぼ同一である。エッジ１０は、振動板２０の荷重がかかっても撓むことなく支持することができるよう、厚さ１〜２ｍｍ程度の伸縮しない材料により構成されている。エッジ１０に用いる材料としては、紙や樹脂等が好ましい。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態によるエッジ１０は、その長手方向と直交する面による断面形状が略Ｍ字型となるように形成されており、その端部が振動板２０およびフレーム３０の側面に固定（本実施形態では、接着）されている。エッジ１０の断面形状を略Ｍ字型に折り曲げた形状としたのは、特許文献１や特許文献２に開示の技術と同様に大きなスティフネスを確保しつつ、大型で重量のある振動板２０を確実にフレーム３０に固定し、振動可能に支持するとともに、製造の容易さを確保するためである。

図４（ｂ）に示すように、エッジ１０の各部は、略Ｍ字の両端部分に対応する取付部１１＿１および１１＿２と、略Ｍ字の中央の屈曲部分（Ｖ字部分）に対応する屈曲部１２に大別される。取付部１１＿１および１１＿２は、屈曲部１２のＶ字の先端部を後方に向かせた状態で、それぞれ振動板２０の側面およびフレーム３０の側面に接着剤により接着される。屈曲部１２の屈曲度合、すなわち略Ｍ字の各部がなす角度（上記Ｖ字部分の開き角度または略Ｍ字の両端部分と上記Ｖ字部分とがなす角度）は、重力方向の力に対して剛性を確保することができ、かつ振動板２０の振動を妨げないように振動板２０を支持することができる程度に設定されている。以上より、エッジ１０は、振動板２０が振動すると、取付部１１＿２を基準として、屈曲部１２の屈曲度合、屈曲部１２と取付部１１＿１の接合部の角度、および屈曲部１２と取付部１１＿２の接合部の角度を適宜変化させながら、振動板２０を振動可能に支持する。

本実施形態によれば、エッジ１０を振動板２０およびフレーム３０の側面に固定することにより、エッジ１０の端部に作用する振動板の荷重（重力）に起因する応力が接着面の法線方向に作用することを回避することが可能となる。このため、エッジの端部が振動板或いはフレームから剥離することを防止することが可能となる。また、エッジにかかる負担が緩和されるためエッジの耐久性を向上させることが可能となる。

（Ｃ：変形）
以上本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態に以下の変形を加えても勿論良い。
（１）上記実施形態では、振動板２０の左右の側面に接着されるエッジは、振動板２０の鉛直方向の荷重を支える一方で、振動板２０の上下の側面に接着されるエッジは、振動板２０の鉛直方向の荷重を支えることはなく、振動板２０を振動可能に支持するだけである。このため、振動板２０の上下の側面に接着されるエッジは、従来と同様に放音方向に垂直な面に接着する態様であっても良い。

（２）上記実施形態では、エッジ１０を振動板２０或いはフレーム３０に固定する方法として、接着剤による接着を用いたが、鋲接や両面テープ等による貼着など他の固定方法を採用しても勿論良い。

（３）上記実施形態では、平板状の振動板２０を例に挙げて説明したが、振動板２０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、振動板２０の正面から見た形状が台形や平行四辺形等であってもよい。つまり、振動板２０の形状を正面から見たときに、上下および左右の各辺が観念できる形状、すなわち振動板２０の荷重を支える端部の辺を想定できる形状であればよい。この場合も、振動板２０の荷重を支える端部の辺として想定できる左右方向の端部の側面に、上記実施形態のエッジを採用すれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。

（４）上記実施形態では、振動板２０およびフレーム３０の側面全体に亘ってエッジ１０を接着する例について説明したが、振動板２０およびフレーム３０の側面の一部に接着しても良い。図５に示す例では、上記実施形態で示したエッジ１０よりも長さの短い複数のエッジ１０が、振動板２０およびフレーム３０の各側面に接着されている。

（５）変形例（３）において、エッジ１０を振動板２０およびフレーム３０の側面の一部に接着する場合、エッジ１０が接着されていない部分において、特許文献１および２に示す態様のように、振動板２０およびフレーム３０の正面或いは背面に接着されるエッジを設けてもよい。また、当該エッジとエッジ１０とを長手方向に並べて一体としたエッジを用いても良い。要は、シート状の部材からなり、一方の端部が振動板の側面の少なくとも一部に固定され、他方の端部がフレームの側面の少なくとも一部に固定されるエッジであれば良い。

（６）図６に示すように、振動板２０およびフレーム３０の正面および側面に亘ってエッジ１００を接着しても良い。この態様によると、接着層がより広範囲に亘って形成されるため、エッジ１００と振動板２０およびフレーム３０の接着力がより強固になり、エッジ１００が振動板２０およびフレーム３０から剥離しにくくなる。

（７）上記実施形態では、屈曲部１２の屈曲度合が予め調整されたエッジを例に挙げて説明したが、屈曲部１２の屈曲度合は適宜変更してもよい。図７および図８は、屈曲部１２の屈曲度合を変更したエッジ１０の例を示す断面図である。図７（ａ）に示すエッジ１０は、図８（ａ）に示すエッジ１０よりも、屈曲部１２の屈曲度合が大きくなるように（すなわち、屈曲部１２のＶ字部分の角度αが小さくなるように）加工されている。このように、屈曲部１２の屈曲度合を大きくすると、図７（ｂ）に示すように、振動板２０が振動したときに、屈曲部１２のＶ字の先端部がフレーム３０に接する場合があるため、振動板２０の振動幅に制約が加わることがあるものの、エッジ１０の重力方向の力に対する剛性が高くなり、より重量のある振動板を変形することなく支持することが可能となる。一方、図８（ａ）に示すエッジ１０は、屈曲部１２の屈曲度合が小さくなるように加工されている。このように、屈曲部１２の屈曲度合を小さくすると、図８（ｂ）に示すように、振動板２０が振動したときに、屈曲部１２のＶ字の先端部がフレーム３０に接することがないような屈曲度合にすることができるため、振動板２０の振動幅を大きく確保することができる。なお、屈曲部１２の屈曲度合の調整は、以下の方法にしたがって行えばよい。図７および８に示すように、屈曲部１２と取付部１１＿２との接合部から屈曲部１２のＶ字の先端部までの距離をｘ、振動板２０からフレーム３０までの距離（すなわち、エッジの幅）をＬとすると、屈曲部１２の屈曲度合を大きくする場合には距離ｘが距離Ｌよりも大きくなるようエッジ１０を加工し、屈曲部１２の屈曲度合を小さくする場合には距離ｘが距離Ｌよりも小さくなるようにエッジ１０を加工すればよい。

（８）振動板２０とフレーム３０の間隔を狭めることにより、この間隔に対応するエッジ１０の幅を狭めてもよい。この場合も、図７（ａ）に示したエッジ１０と同様の効果が得られる。前述したように、平面スピーカ１では、振動板２０の左右の側面に接着されるエッジ１０によって振動板２０の荷重を支えるため、これらのエッジ１０の幅を、振動板２０の上下の側面に固定されたエッジ１０の幅よりも狭くしておくことが好ましい。

（９）エッジ１０の屈曲部１２を除く面にリブ（凹凸）を設けてもよい。これにより、エッジは高い面剛性を示すようになり、重量のある振動板２０の荷重がかかったとしても、エッジ１０は変形することなく振動板２０を支持することができる。この態様を採用する場合に関しても、少なくとも、振動板２０の左右の側面に接着されるエッジ１０に本態様を採用すれば良い。

（１０）上記実施形態ではエッジ１０の断面形状を略Ｍ字型としたが、エッジ１０の断面形状はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すようにエッジ１０の断面形状がアーチ型やＷ字型などの断面形状となるように屈曲させてもよい。この場合も、上記実施形態と同様の効果が得られる。

１…平面スピーカ、１０，１００…エッジ、１１＿１，１１＿２…取付部、１２…屈曲部、２０…振動板、３０…フレーム。

Claims (5)

1. 平板状の振動板と、
   フレームと、
   シート状の部材からなり、一方の端部が前記振動板の側面の少なくとも一部に固定され、他方の端部が前記フレームの側面の少なくとも一部に固定されるエッジと
   を有することを特徴とする平面スピーカ。
2. 前記エッジは、前記振動体の側面と前記フレームの側面との間で屈曲した断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の平面スピーカ。
3. 前記断面形状は、略Ｍ字型に屈曲した断面形状であることを特徴とする請求項２に記載の平面スピーカ。
4. 前記エッジは、前記振動体の側面または前記フレームの側面の全体に亘って固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の平面スピーカ。
5. 前記振動板の左右の側面に固定されたエッジの幅は、前記振動板の上下の側面に固定されたエッジの幅よりも狭いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載の平面スピーカ。

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