JP2006067275A - スピーカー - Google Patents

Abstract

【課題】１つのマグネットにて、２つのマグネットを使用したときと同様の磁力分布を形成して駆動力の直線性に優れた「スピーカー」を提供する。
【解決手段】スピーカーの磁気回路部では、単一のマグネット７に、第１の着磁面２１ａと第２の着磁面２２ａが形成され、両着磁面の間に無着磁の中間面２３ａが存在する。そのため、対向ギャップ部１３内の磁界強度分布は、第１のピークＰ１と第２のピークＰ２のそれぞれに対して前後方向に対称性を有するようになる。そのため、コイル１１が移動するときに、コイルを横断する磁界強度の変動を少なくでき、駆動力の直線性を確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、１つのマグネットにてボイスコイルを駆動するスピーカーに係り、２つのマグネットを使用した時と同等の磁力分布と性能を実現できるスピーカーに関する。

一般的なスピーカーは、フレームと、そのフレームに支持された振動板と、磁気駆動部からなり、その磁気駆動部には前記フレーム側に設けられた１つのマグネットおよびこのマグネットに対向する磁性体ヨークと、前記マグネットと前記磁性体ヨークとの間である対向ギャップ内に位置して前記振動板と共に移動するコイル（ボイスコイル）とが設けられている。

前記磁気駆動部では、対向ギャップ部にてマグネットから磁性体ヨークへ至る磁束と、対向ギャップ内に位置するコイルに流れる電流とで生じる電磁力によってコイルが駆動され、コイルと共に振動板が振動させられて発音する。

マグネットの着磁面から磁性体ヨークに与えられる磁界強度の分布は、着磁面におけるコイルの移動方向の中心でピークとなり、その前後で磁界強度が徐々に低下するものとなる。そのため、前記対向ギャップ部に対面しているマグネットが単一である場合に、移動するコイルと着磁面との対向位置が変化すると、コイルを横断する磁界の強度が変化し、コイルに与えられる駆動力の直線性（リニアリティ）を維持できないという問題がある。

そこで、以下の特許文献１および特許文献２などでは、コイルの移動方向に向けて間隔を空けた２個のマグネットが設けられ、対向ギャップ内に位置するコイルが両マグネットのそれぞれの着磁面に対向できるようにしている。それぞれ磁界強度のピークを有する２つのマグネットに、１つのコイルが対向することにより、コイルが移動したときのコイルを横断する磁界強度の大きな変動を抑制でき、前記直線性を確保しやすくなる。コイルの駆動力の直線性を確保できることにより、大出力時の音の歪の発生等を抑制できる。
特許第２９１７５７８号公報 特開平８−１４０１９１号公報

特許文献１と特許文献２に記載のスピーカーは、互いに独立した２つのマグネットを使用していることから駆動力の直線性を確保しやすい反面、２つのマグネットを使用していることにより（１）組立ての難易度が高い、（２）性能のばらつきが生じやすい、（３）価格が高い、という問題がある。

（１）組立ての難易度の問題点は、コイルに作用する駆動力の直線性を確保するためには、２つのマグネットの間隔を、コイルの移動方向の長さ寸法に合わせて高精度に設定することが必要である。そのため、組立て作業時に２つのマグネットを位置決めするための冶具などが必要となり、さらに２つのマグネットを位置決めして固定するという煩雑な作業が必要になる。

次に（２）性能のばらつきの問題では、２つの独立したマグネットを互いに磁界発生強度とその分布が同一となるように製造するのは困難であり、２つのマグネットに磁界発生強度のばらつきが生じやすい。このような場合、製品ごとにコイルを駆動するときの直線性が相違するという問題が生じる。

さらに（３）価格の面においても、２つのマグネットを個別に製造すると、２つのマグネットの価格の合計が高くなってしまう。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、互いに独立した２つのマグネットを使用することなく、コイルの駆動の直線性を確保でき、また高精度な駆動を実現でき、また低価格で製造できるスピーカーを提供することを目的としている。

本発明は、フレームと、前記フレームに支持された振動板と、前記フレーム側に設けられたマグネットおよびこのマグネットに対向する磁性体ヨークと、前記マグネットと前記磁性体ヨークとの間の対向ギャップ内に位置して前記振動板と共に移動するコイルとが設けられたスピーカーにおいて、
前記マグネットにおける前記磁性体ヨークとの対向面には、前記コイルの移動方向の一方の側に第１の着磁面が、他方の側に第２の着磁面が設けられて、両着磁面が同じ磁極とされており、前記マグネットの前記対向面には、前記第１の着磁面と前記第２の着磁面との間に位置する中間面が設けられ、前記中間面は、着磁されていないか、または前記第１の着磁面および前記第２の着磁面よりも弱い磁力に着磁されていることを特徴とするものである。

この発明では、１つのマグネットを用いながら、第１の着磁面と第２の着磁面で、２つの発生磁界のピークを形成することができ、また第１の着磁面から発生する磁界と第２の着磁面から発生する磁界とを分離しやすくなる。そのため、２つの独立したマグネットを間隔を空けて設けたのと同様に駆動力の直線性を得ることができる。また１つのマグネットであるため低価格であり、２つの着磁面から発せられる磁界の強度および磁界分布の差を小さくできて、駆動性能にばらつきの無いスピーカーを得ることができる。

例えば、本発明は、前記マグネットは、その表面が前記中間面とされた中間部を有しており、この中間部が着磁されていないか、または弱く着磁されているものである。

本発明は、前記コイルの移動方向の長さ寸法は、前記第１の着磁面での磁力発生強度のピーク位置と、前記第２の着磁面での磁力発生強度のピーク位置との距離に一致していることが好ましい。

上記寸法関係とすることにより、コイルの駆動の直線性を実現しやすくなる。
そのためには、例えば、前記コイルの移動方向の長さ寸法は、前記第１の着磁面の前記移動方向の中心と、前記第２の着磁面の前記移動方向の中心との距離に一致していることが好ましく、さらに、前記第１の着磁面と前記第２の着磁面は、前記移動方向での長さ寸法が互いに同一であることが好ましい。

また、前記対向ギャップの間隔は、前記コイルの移動範囲内において一定寸法である。

本発明では、１つのマグネットを用いて、コイルの駆動力の直線性を確保できる。また１つのマグネットに２つの着磁面を設けることにより、それぞれの着磁面から発せられる磁界の強度の差やその分布の差を小さくでき、駆動力の直進性を確保しやすく、また製品ごとに直線性のばらつきが生じにくくなる。さらに１つのマグネットを使用しているために低価格で製造できる。

図１は本発明の実施の形態のスピーカーの全体構造を示す断面図、図２（Ａ）は図１に示すスピーカーの対向ギャップ部を示す拡大断面図、図２（Ｂ）は対向ギャップ部内の磁界強度分布を示す線図、図３（Ａ）は比較例のスピーカーの対向ギャップ部を示す拡大断面図、図３（Ｂ）は対向ギャップ部内の磁界強度分布を示す線図である。

図１に示すスピーカーは、フレーム１、振動板２および磁気駆動部１６により構成されている。図１ではスピーカーの前後方向であるＹ１−Ｙ２方向に延びる中心線をＩ−Ｉで示しており、このスピーカーの発音方向はＹ１方向である。

フレーム１は、アルミ合金などの非磁性の金属材料でダイキャスト成型され、または合成樹脂により射出成型されている。前記フレーム１は前記中心線Ｉ−Ｉを軸とし、Ｙ１方向に開口するホーン形状である。前記フレーム１は、Ｙ１方向に向けて内径寸法が徐々に広がるテーパー部１Ａと、このテーパー部１Ａの小径側縁部から後方（Ｙ２方向）へ向けて連続して形成された円筒部１Ｂと、この円筒部１Ｂに連続する底部１Ｃとが一体に形成されている。

振動板２は、樹脂や紙材などでコーン形に形成されている。前記振動板２の中央部に形成された穴の内周縁２ａには、ボビン６が固定されているとともに、そのボビン６の前端部はドーム状形状のキャップ３で塞がれている。また、前記振動板２の外周縁２ｂの全周には環状の外周支持板４が接着されている。この外周支持板４はブチルゴムなどの薄肉の弾性変形可能なシート材料で、その断面は円弧状に形成されている。前記外周支持板４の外周部は、フレーム１の前方側縁部に設けられたフランジ部１Ｄの取付面１ｂに接着されて固定されている。

ダンパー５は、樹脂が含侵された布材、あるいは薄い樹脂板などで環状に形成されており、コルゲート加工により半径方向へ繰り返す凹凸部が同心円状に形成されている。前記ダンパー５の内周部５ｂは前記ボビン６に接着固定され、外周部５ａは前記フレーム１に連結されている。

前記磁気駆動部１６は、磁気回路部と、前記ボビン６に固定されたコイル（ボイスコイル）１１とから形成されている。

前記磁気回路部には、磁性材料で形成されたカップ型のホルダーヨーク８が設けられている。このホルダーヨーク８は、前記フレーム１の前記底部１Ｃに形成された中心穴に連結されて固定されている。

前記ホルダーヨーク８の中心部には、円筒状の磁性体ヨーク１４が固定されており、前記ホルダーヨーク８の内周面８ａには、１個のリング状のマグネット７が設けられている。この磁気回路部には１個のマグネット７が設けられている。本明細書での１個のマグネット７とは、前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）に分割されたマグネットが設けられておらず、図１と図２に示す断面で見たときに、前後方向に延びるマグネットが１個であるという意味である。したがって、このマグネット７が円周方向で２つに分割され、あるいはさらに多くの数に分割されていても前記１個のマグネット７に含まれる。

図２（Ａ）にも示すように、前記マグネット７と磁性体ヨーク１４の内周面との間に対向ギャップ部１３が形成されている。この対向ギャップ部１３の間隔（ギャップ間隔）は、前後方向（Ｙ１−Ｙ２方向）および周方向へ向けて均一である。前記対向ギャップ部１３は、中心線Ｉ−Ｉから一定の半径の円筒形状である。前記ボビン６も前記中心線Ｉ−Ｉから一定の半径の円筒形状であり、ボビン６およびコイル１１が前記対向ギャップ部１３内に入り込んでいる。この状態で、ボビン６とコイル１１は、マグネット７と磁性体ヨーク１４とに接触することなく、振動板２と共に前後方向へ移動可能である。

図２（Ａ）に示すように、前記マグネット７は径方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に所定の厚み寸法を有するリング形状であり、前後方向に向けて、第１の着磁部２１、中間部２３、第２の着磁部２２に区分されている。第１の着磁部２１は、対向ギャップ部１３に向く第１の着磁面２１ａを有し、第２の着磁部２２は対向ギャップ部１３に向く第２の着磁面２２ａを有している。また前記中間部２３は、対向ギャップ部１３に向く中間面２３ａを有している。

図２（Ａ）に示す例では、第１の着磁面２１ａがＮ極、これに対向する面がＳ極となるようにマグネット７は半径方向に向けて分極化されている。同様に、第２の着磁面２２ａがＮ極、これに対向する面がＳ極となるように分極化されている。第１の着磁面２１ａと第２の着磁面２２ａは、同磁極となるように着磁されている。また、中間部２３は着磁されておらず、中間面２３ａは基本的には無磁極面である。なお、Ｎ極とＳ極の極性は前記と逆であってもよい。

このマグネット７を着磁する方法は、着磁用電磁石から磁束が与えられる同じ着磁用ヨークを、第１の着磁面２１ａとその対向面に接触させ、且つ第２の着磁面２２ａとその対向面に接触させる。そして、第１の着磁部２１と第２の着磁部２２に対して同じ量の着磁磁束を与える。第１の着磁部２１と第２の着磁部２２は、単一のマグネット７であるため、その磁性材料の特性および厚み寸法（内径および外形寸法）などが同一である。そして、同じ量の着磁磁束（同じ強度の着磁磁界）が与えられるために、第１の着磁面２１ａと第２の着磁面２２ａとを、同じ保磁状態で同じ保磁分布となるように着磁することが可能である。

前記のように、着磁用ヨークは、第１の着磁部２１と第２の着磁部２２のみに対向させ、中間部２３には接触させないため、中間部２３には着磁用磁束が与えられない。そのため、中間部２３は基本的には無着磁である。ただし、第１の着磁部２１と第２の着磁部２２に与えられる着磁用磁束が中間部に漏れることにより、中間部２３が少し着磁されることもあり得る。よって、中間面２３ａは無着磁面に限られず、第１の着磁面２１ａおよび第２の着磁面２２ａよりも弱く着磁された面であってもよい。

図２（Ａ）では、第１の着磁部２１と中間部２３との境界および第２の着磁部２２と中間部２３との境界を直線状の破線で示しているが、実際はこの境界が必ずしも直線で表わせるような明確な境界面とはならない。図２（Ａ）では、第１の着磁部２１と第２の着磁部２２の前後方向の長さ寸法を共にＬ１で示し、中間部２３の長さ寸法をＬ２で示している。これら長さ寸法もその境界が必ずしも明確にならない場合もあり得るが、前記寸法Ｌ１は着磁用磁束を与える範囲の寸法として把握することができ、前記寸法Ｌ２は、着磁用磁束を与えない範囲の寸法として把握することができる。

前記寸法Ｌ２は、前記寸法Ｌ１に対して１０〜４０％程度に設定されることが好ましい。

この磁気回路部では、マグネット７から対向ギャップ部１３を横断して磁性体ヨーク１４に至り、さらにホルダーヨーク８からマグネット７に戻る磁気回路が形成される。図２（Ｂ）は、対向ギャップ部１３の間隔の中間位置、すなわちコイル１１の中心（図２（Ｂ）に現れているコイル１１の外周面と内周面との中間位置）が通過する位置での磁界強度の分布を示している。横軸Ｘが磁界強度を意味し、縦軸ＹがＹ１−Ｙ２方向の位置を意味している。

前記のように、単一のマグネット７において、第１の着磁部２１と第２の着磁部２２のみを着磁し、中間部２３を実質的に無着磁部とすると、その発生磁界強度の分布は、第１のピークＰ１と第２のピークＰ２を有し、また、第１のピークＰ１と第２のピークＰ２との中間で、磁界強度が大きく低下する強度減少部Ｐ３が現れる。

前記第１のピークＰ１は、第１の着磁面２１ａの長さ寸法Ｌ１のほぼ中点に一致し、第２のピークＰ２は、第２の着磁面２２ａの長さ寸法Ｌ１のほぼ中点に一致している。

また、コイル１１の前後方向の長さ寸法は、前記第１のピークＰ１と第２のピークＰ２との前後方向の間隔寸法に一致し、またはほぼ一致している。したがって、コイル１１の長さ寸法は、第１の着磁面２１ａを前後方向に二分する中点と、第２の着磁面２２ａを前後方向に二分する中点との距離に一致し、またはほぼ一致している。

単一のマグネット７に第１の着磁面２１ａと第２の着磁面２２ａを形成すると、図２（Ｂ）に示すように、第１のピークＰ１と第２のピークＰ２とで磁界強度がほぼ一致する。また、中間面２３ａが対向する部分に磁界強度が大幅に低下する強度減少部Ｐ３が現れる。そのため、磁界強度の分布は、第１のピークＰ１を中心として前方向と後方向とでほぼ対称的に磁界強度が減少するようになり、第２のピークＰ２を中心として前方向と後方向とでほぼ対称的に磁界強度が減少するものとなる。

その結果、電磁力によりコイル１１を前後方向へ駆動する際に駆動力の直線性（リニアリティ）を維持できる。この直線性とは、同じ電流量が与えられているコイル１１が前後に移動したときに電磁力に大きな変動が生じないという意味である。

この直線性について図２（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。実線で示すように、コイル１１の下端１１ｂが第２のピークＰ２の位置に一致し、コイル１１の上端１１ａが第１のピークＰ１の位置に一致している状態から、コイル１１が破線で示すように上方へ向けて距離δだけ移動したときを想定する。磁界強度は第１のピークＰ１を中心として前後に対称的に分布し、第２のピークＰ２を中心として前後に対称に分布しているため、コイル１１の下端１１ｂが第２のピークＰ２からδだけ上昇する際にコイルから外れる磁界強度の減少分を移動距離で積分した積分値Ｑ２と、コイル１１の上端１ａが第１のピークＰ１からδだけ上昇する際にコイルに与えられる磁界強度の増加分を移動距離で積分した積分値Ｑ１とがほぼ一致する。

これは、コイル１１が前後方向へ動いたときに、このコイル１１を横断する磁界の総量の変動がほとんど無いことを意味している。そのため、前記直線性を確保できるようになる。

図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明の実施の形態の効果を明確にするための比較例を示している。

この比較例では、ホルダーヨーク１０１Ｄに保持されたマグネット１０７の全体が着磁され、対向ギャップ部１３に向く面の全面が着磁面１０７ａとなっている。一方、磁性体ヨーク１１４の対向ギャップ部１３に対向する面には、凹部１１４ａが形成されている。この凹部１１４ａは、マグネット１０７の前後方向の寸法の中点に対向している。

この場合の対向ギャップ部１３内での磁界強度の分布は、図３（Ｂ）に示すように、強度減少部Ｐ１３での磁界強度の減少量が少なくなり、磁界強度の分布は、第１のピークＰ１１および第２のピーク１２を中心として前後に対称とならない。

そのため、図２に示す実施の形態と同様に、コイル１１が上方へ距離δだけ上昇したときに、コイル１１から外れる減少磁界の積分値Ｑ１２とコイル１１に与えられる増加磁界の積分値Ｑ１１とを想定すると、積分値Ｑ１１と積分値Ｑ１２とに大きな差が発生する。よって、前記実施の形態とは異なり、コイル１１の移動によって駆動力のリニアリティが変動することになる。

なお、本発明では、図１において、マグネット７が磁性体ヨーク１４の外周側に固定されているものであってもよい。

本発明の第１の実施の形態のスピーカーを示す断面図、 （Ａ）は、前記実施の形態のスピーカーの対向ギャップ部を示す拡大断面図、（Ｂ）は対向ギャップ部内の磁界強度分布を示す線図、 （Ａ）は、比較例のスピーカーの対向ギャップ部を示す拡大断面図、（Ｂ）は対向ギャップ部内の磁界強度分布を示す線図、

符号の説明

１ フレーム
２ 振動板
５ ダンパー
６ ボビン
７ マグネット
８ ホルダーヨーク
１１ コイル
１３ 対向ギャップ部
１４ 磁性体ヨーク
１６ 磁気駆動部
２１ 第１の着磁部
２１ａ 第１の着磁面
２２ 第２の着磁部
２２ａ 第２の着磁面
２３ 中間部
２３ａ 中間面

Claims (6)

1. フレームと、前記フレームに支持された振動板と、前記フレーム側に設けられたマグネットおよびこのマグネットに対向する磁性体ヨークと、前記マグネットと前記磁性体ヨークとの間の対向ギャップ内に位置して前記振動板と共に移動するコイルとが設けられたスピーカーにおいて、
   前記マグネットにおける前記磁性体ヨークとの対向面には、前記コイルの移動方向の一方の側に第１の着磁面が、他方の側に第２の着磁面が設けられて、両着磁面が同じ磁極とされており、前記マグネットの前記対向面には、前記第１の着磁面と前記第２の着磁面との間に位置する中間面が設けられ、前記中間面は、着磁されていないか、または前記第１の着磁面および前記第２の着磁面よりも弱い磁力に着磁されていることを特徴とするスピーカー。
2. 前記マグネットは、その表面が前記中間面とされた中間部を有しており、この中間部が着磁されていないか、または弱く着磁されている請求項１記載のスピーカー。
3. 前記コイルの移動方向の長さ寸法は、前記第１の着磁面での磁力発生強度のピーク位置と、前記第２の着磁面での磁力発生強度のピーク位置との距離に一致している請求項１または２記載のスピーカー。
4. 前記コイルの移動方向の長さ寸法は、前記第１の着磁面の前記移動方向の中心と、前記第２の着磁面の前記移動方向の中心との距離に一致している請求項１ないし３のいずれかに記載のスピーカー。
5. 前記第１の着磁面と前記第２の着磁面は、前記移動方向での長さ寸法が互いに同一である請求項４記載のスピーカー。
6. 前記対向ギャップの間隔は、前記コイルの移動範囲内において一定寸法である請求項１ないし５のいずれかに記載のスピーカー。

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