JP2009182846A - 磁気サスペンション型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化を図りながら、振動系が十分な振幅を実現することができる磁気サスペンション型スピーカを提供する。
【解決手段】フレームと、中央に中空筒状部を有するヨーク２０と、環状第１マグネット３０と、環状磁性体トッププレートとを積層固定して前記フレームに固定され、かつ前記ヨークとトッププレート３１との間に磁気ギャップが形成される磁気回路と、一端にボイスコイル１０が巻線され、磁気ギャップに挿入されるカプラ５と、カプラの他端が内周縁側に接続され、かつ外周縁がエッジを介してフレームに固定される振動板と、を有するスピーカにおいて、中空筒状部の内周面に固定される第２のマグネット２５、カプラは中空筒状部内に挿入、その挿入部は第２のマグネットと非接触、対向配置される第３のマグネット３５とを備え、第２のマグネットと第３のマグネットは何れも各対向面が反発するように同極にラジアル着磁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダンパを省略して薄型化を図った磁気サスペンション型スピーカに関する。

一般のスピーカは、磁気回路部品（ヨーク、プレート、マグネット）に振動系部品（ボイスコイル、ダンパ、振動板）を組み付けた構造のスピーカユニットを、筐体によって支持した構成を備えている。
例えば、特許文献１（実開昭６２−１４８８９号公報）に開示されたスピーカでは、ヨーク、マグネット、磁性体プレートで構成される磁気回路の内側に配置された振動系部品としてのボイスコイルに対して、交番電流としての音声信号を通電することにより、磁気回路によって発生した磁気エネルギー（磁束）とボイスコイルからの交流磁界との間で反発、吸引を繰り返し発生させる。その結果、ボイスコイルに発生した軸方向へ振動が、カプラを介して振動板に伝わって振動を発生させる。振動系部品の支持はダンパ、エッジの二箇所により行う。ダンパは、布等から構成され、その曲げ剛性を利用して振動系部品を支持している。
カプラと共に振動するダンパは、固定側の磁性体プレートと干渉する位置に配置されるため、十分な振幅のストロークを確保するためにはカプラの軸方向長を十分に長く確保して磁性体プレートとダンパとの干渉を防止する必要がある。しかし、カプラの長尺化は、スピーカ厚みの増大を招く。また、布を用いた従来のダンパでは、経年変化によるダンパ機能の低下や、ダンパの変形に起因した非線形性の問題がある。特に大きなストロークで振幅する際に非線形が顕著となり、軸線に対する傾斜やローリング等の現象が発生し、音質を低下させる原因となる。

これに対して特開２００１−１８６５８８公報には、ダンパに代えて、スピーカ中心部に固定側マグネットと可動側マグネットを同心円状に対向配置し、マグネット間に形成される磁界により振動系部品を支持することによって、厚み寸法を短縮させた磁気サスペンション型のスピーカが開示されている。即ち、この従来例は、軸方向に着磁した固定側マグネットと可動側マグネットを対向配置することにより線形性を保つ構造を採用している。しかし、各マグネットの異極同志が近接配置されているため、互いに吸引する力が作用し、ボイスコイルの駆動力を阻害する要因となり、固定側の磁気回路部品に対して可動側の振動系部品が振幅しにくくなるという欠点を有している。
実開昭６２−１４８８９号公報 特開２００１−１８６５８８公報

以上のように、従来のダンパを使用しない磁気サスペンション型のスピーカにあっては、対向配置された固定側マグネットと可動側マグネットの異極同志が対向しているため、ボスコイルの駆動力を阻害する要因となっていた。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、部品点数の増大、コストアップを招くことなく薄型化を図りながら、十分なストロークでの振動系部品の振幅を実現することができる磁気サスペンション型スピーカを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る磁気サスペンション型スピーカは、フレームと、中央に中空筒状部を有するヨークと、環状の第１マグネットと、環状の磁性体トッププレートとを積層固定して前記フレームに固定され、かつ前記ヨークとトッププレートとの間に磁気ギャップが形成される磁気回路と、一端にボイスコイルが巻線され、前記磁気ギャップに挿入されるカプラと、前記カプラの他端が内周縁側に接続され、かつ外周縁がエッジを介してフレームに固定される振動板と、を有するスピーカにおいて、前記ヨークの中空筒状部の内周面に固定される第２のマグネットを備え、前記環状カプラは、前記ヨークの中空筒状部内に挿入される挿入部を有し、かつ前記挿入部は第２のマグネットと非接触状態で対向配置される第３のマグネットを備え、前記第２のマグネットと前記第３のマグネットは何れも各対向面が反発するように同極にラジアル着磁されていることを特徴とする。
振動板を先端部で支持すると共にボイスコイルを外周に備えたカプラの内径側の一部をヨークの中心穴に挿入し、この内径側の一部には第３のマグネットが配置されている。ヨークの中心穴には第２のマグネットが配置され、第３のマグネットと離間した状態で対向配置され、且つ対向面同士が同極にラジアル着磁されている。
通電によりボイスコイルが軸方向へ振動する際に、第３のマグネットと第２のマグネットが互いに反発して摩擦が発生しない非接触状態を作り出す。しかも、非接触であるため、動作がスムーズとなる。両マグネットラジアル着磁されているため、振動系部品の軸方向移動に際し、どの軸方向位置においても全く同じ磁界を形成するため、大振幅であっても、小振幅であっても、中心軸に対する傾倒、ローリングのない安定した振幅を確保できる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第２のマグネットの軸方向長は、前記第３のマグネットの可動範囲よりも長いことを特徴とする。
第３のマグネットの軸方向長が、第２のマグネットよりも短尺となるように構成した方が振動系部品の挙動が安定する。
請求項３の発明は、請求項１、又は２において、前記カプラと前記挿入部は、短尺大径の外筒と、該外筒の中心部に同軸状に配置された長尺小径の内筒と、から構成され、前記ボイスコイルは、前記外筒の外周面に形成され、前記第３のマグネットは、前記内筒の外周面に固定されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１、２、又は３において、前記第２のマグネット、及び前記第３のマグネットは、夫々周方向へ連続した環状筒体であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１、２、又は３において、 前記第２のマグネット、又は前記第３のマグネットの少なくとも一方は、周方向に分割された複数のマグネット片から構成されていることを特徴とする。
可動側及び第２のマグネットの形状は、円環状であってもよいし、円弧状、平板状（分割片）であってもよい。コスト的には平板状のマグネットが低廉である。少なくとも一方のマグネットを分割片とした場合、その周方向幅、軸方向長は種々選定可能である。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れか一項において、前記中空筒状部の中心孔は多角柱状であり、前記挿入部は前記中空筒状部の中心孔内に配置可能な多角形状であることを特徴とする。
ヨーク中心穴とカプラの内筒の形状を非円形、例えば多角柱状とすることにより、中心軸に対する捻り方向の動作を抑制し、音質を向上することができる。

本発明によれば、部品点数の増大、コストアップを招くことなく薄型化を図りながら、十分なストロークでの振動系部品の振幅を実現することができる磁気サスペンション型スピーカを提供できる。
本発明では、カプラ側に設けた可動側マグネットとヨーク側に設けた固定側マグネットをスピーカ中心部にて非接触で対向させるとともに対向面をラジアル方向に同極着磁したので、両者の反発力によって安定した挙動を確保できる。必要なストロークを１００％確保することができる。
自動車のドア内部に収容するためにはスピーカは極限まで薄型化、軽量化することが求められるが、本発明では薄型化しつつ十分な振幅を確保することができる。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る磁気サスペンション型スピーカの構成を示す軸方向断面図、及び要部構成説明図であり、図２は分解斜視図である。
本発明の磁気サスペンション型スピーカ１は、磁気回路部品（固定側部品）と振動系部品（可動側部品）とから概略構成される。より具体的には、磁気回路は、中空筒状部２１を備えたヨーク２０と環状マグネット３０（第１のマグネット）と磁性体トッププレート３１とを積層固定して構成され、図示しないフレームに接着固定される。ここで、ヨーク２０とトッププレート３１との間には磁気ギャップと称される隙間が形成される。振動系部材は、外周縁のエッジ部２ａを図示しない固定側のフレームにエッジ２ａを介して支持されたコーン状の振動板２と、振動板２の中心部２ｂを支持する樹脂製薄肉材から成る可動側のカプラ（ボビン）５と、カプラ５の外周面に配置されたボイスコイル１０と、中空筒状部２１の内周面に固定された第２のマグネット２５と、カプラ５により支持されて固定側マグネット２５（第２のマグネット）と非接触状態で対向配置された可動側マグネット３５（第３のマグネット）と、を備えている。

また、固定側マグネット２５と可動側マグネット３５は、磁気サスペンションを構成している。
カプラ５は、短尺大径の外筒５ａと、外筒５ａの中心部に同軸状に配置された長尺小径の内筒５ｂと、外筒５ａと内筒５ｂの各先端部間を連結する連設部５ｃと、を備えている。
ボイスコイル１０は、外筒５ａの後端外周面に巻き付けられ、可動側マグネット３５は、内筒５ｂの外周面に固定されている。
ヨーク２０は、図示しない固定側のフレームにより支持された大径環状の基部２０ａと、基部２０ａの中心部から一体的に突設された中空筒状部２１と、を備え、中空筒状部２１の内壁には全面的に固定側マグネット２５が配置されている。
環状マグネット３０は、ヨークの基部２０ａの前面に固定され、更に磁気プレート（トッププレート）３１は環状マグネット３０の前面に固定されている。

固定側マグネット２５と可動側マグネット３５は何れもラジアル着磁され、且つ各対向面２５ａ、３５ａが反発するように同極に着磁されている。
更に、本実施形態では、固定側マグネット２５の軸方向長は可動側マグネット３５の軸方向長よりも長く設定されている。更に言うならば、可動側マグネット３５の可動範囲における上限と下限が固定側マグネット２５の軸方向長内に収まることが好ましい。本実施形態では、可動側マグネットと固定側マグネットとの反発力によりボイスコイルの上下への振動の直進性を保つものであり、固定側マグネットは可動側マグネットに対して常に一定の反発力を与えることで振動系部品の挙動が安定し易い。
可動側マグネット３５は、ボイスコイル１０に通電していない非動作状態において、可動側マグネット３５の軸方向中心部が固定側マグネット２５の軸方向中心部と合致する位置関係で静止するように構成されている。例えば、スピーカの非動作時におけるヨーク２０の底部とカプラ先端部との間の全長Ｌ１を５．６ｍｍとし、ヨークの中空筒状部２１の軸方向長Ｌ２を４ｍｍとし、固定側マグネット２５の軸方向長Ｌ３を３２ｍｍとし、可動側マグネット３５の軸方向長Ｌ４を８ｍｍとした場合、可動側マグネット３５の前後両端部と固定側マグネット２５の前後両端部との間の距離は１６ｍｍずつあるため、前後１６ｍｍのストロークの範囲内で可動側マグネット、即ちカプラ５を含んだ振動系部品２、１０は振幅できることとなる。

ボイスコイル１０に交番電流としての音声信号を通電することにより、磁気回路によって発生した磁気エネルギー（磁束）とボイスコイル１０からの交流磁界との間で反発、吸引を繰り返し発生させる。その結果、ボイスコイル１０に発生した軸方向へ振動がカプラ５を介して振動板２を振動させ、空気を振動させて音を発生させる。
この際、可動側マグネット３５の軸方向長が、固定側マグネット２５の軸方向長よりも短いことにより、振動系部品の軸方向への移動量を大きく確保できるばかりでなく、中心軸に対する傾きや、ローリングの発生をも有効に防止できる。
ダンパを用いた従来のスピーカにあっては、例えば図１中に破線で示した位置にダンパＤが配置されるため、カプラ５が軸方向へ振幅する際にダンパＤが磁気プレート３１と干渉することがないようにダンパと磁気プレート間の距離を十分に大きく確保する必要が生じる。その結果、カプラ５の軸方向長が大きくなり、スピーカの薄型化に対する障害となっていた。自動車のドアの肉厚内部に配置される車載用のスピーカは、薄型化が強く求められるため、薄型化の障害となるダンパＤを省略することが求められる。

本発明に於いては、ダンパに代えて、固定側マグネット２５と可動側マグネット３５との間に形成される反発磁界をサスペンションとして利用しているので、振動板２と磁気プレート３１との間にダンパが存在しない分だけスピーカの軸方向長を短縮できる。
なお、上記実施形態では、固定側マグネット２５、及び可動側マグネット３５を共に円筒体（環状筒体）として構成したが、各マグネットは必ずしも全周に亘って磁石部が延在する環状体である必要はない。
例えば、固定側マグネット２５、又は可動側マグネット３５の少なくとも一方は、周方向に分割された複数のマグネット片から構成してもよい。
即ち、図３の略図に示したように円弧状の固定側マグネット片２５ａと円弧状の可動側マグネット片３５ａを対向配置させてもよいし、何れか一方を円筒体、他方を円弧状としてもよい。このように何れか一方のマグネットを複数のマグネット片から構成し、且つ周方向に分割配置した構成とした場合であっても、固定側と可動側の各マグネット片の対向面は同極性に着磁され、且つ可動側の可動範囲が固定側よりも短くなっている。
固定側マグネット２５と可動側マグネット３５を共に分割片とした場合には、図示のように両分割片２５ａ、３５ａの周方向幅を異ならせることができ、固定側マグネット２５の周方向幅を可動側よりも広く設定した方が挙動が安定する。
なお、上記実施形態では、ヨークの中空筒状部２１の中心穴２１ａを円筒状に構成し、この中心穴２１ａの形状に合わせてカプラ５の内筒５ｂの外形を円筒状としたが、カプラの傾倒、ローリング（回転運動）を更に確実に防止するためには、中空筒状部２１の中心穴２１ａの形状とカプラの内筒５ｂの外形を多角柱等の非円形とすることが好ましい。

図４は中空筒状部の中心穴２１ａとカプラの内筒５ｂの外形を四角柱とした構成例を示している。
この磁気サスペンション型スピーカ１は、中空筒状部２１の中心穴２１ａとカプラ５の内筒５ｂの外形を四角柱としているため、夫々外周面が４個の平坦な面から構成されている。中心穴２１ａの４個の平坦面上に夫々固定側マグネット片２５ａを配置し、内筒５ｂの４個の平坦面上に夫々可動側マグネット片３５ａを配置したので、各マグネット片の同磁極同志が非接触状態で対向し合うこととなり、固定側の磁気回路部品によって可動側の振動系部品を安定して支持することが可能となる。特に、中心軸線に対する傾斜、ローリングを効果的に防止することができる。
なお、この実施形態においても、固定側マグネット片２５ａの軸方向長を可動側マグネット片３５ａの可動範囲よりも長くすることが前記傾斜、ローリングを防止する上で効果的である。

以上のように本発明にあっては、振動板を先端部で支持すると共にボイスコイルを外周に備えたカプラの内径側の一部をヨークの中心穴２１ａに挿入している。ヨークの中心穴には固定側マグネット２５が配置され、ヨークの内径側には可動側マグネット３５が配置されており、両マグネットは離間した状態で対向配置され、且つ対向面同士が同極にラジアル着磁されている。ボイスコイル１０への通電によりボイスコイルが軸方向へ振動する際に、カプラの内径側に取り付けた可動側マグネット３５とヨーク中心穴に取り付けた固定側マグネット２５が互いに反発して摩擦が発生しない非接触状態を作り出す。しかも、非接触であるため、動作がスムーズとなり、ボイスコイルの振動動作に影響を与えない。

また、両マグネット２５、３５はラジアル着磁されているため、振動系部品の軸方向移動に際し、どの軸方向位置においても全く同じ磁界を形成するため、大振幅であっても、小振幅であっても、中心軸に対する傾倒、ローリングのない安定した振幅を確保できる。
また、可動側マグネット３５の軸方向長は、固定側マグネット２５よりも短尺となるように構成されている。そして、両マグネット２５、３５は、固定側マグネット２５＞＝可動側マグネット３５＋Ｘｍａｘ×２を満たす関係にある。
可動側及び固定側マグネット２５、３５の形状は、円環状であってもよいし、円弧状、平板状であってもよい。コスト的には平板状のマグネットが低廉である。
ヨーク中心穴２１ａとカプラの内筒５ｂの形状を非円形、例えば多角柱状とすることにより、中心軸に対する捻り方向の動作を抑制し、音質を向上することができる。

上述のように従来のダンパを備えたスピーカにあっては、振動系部品の支持安定性、挙動安定性、特に径方向への安定性は、通常はダンパによって確保していたが、ダンパを用いた場合にはダンパとトッププレートとの衝突を回避するためにはストロークが短くなってしまう。また、ストロークを十分に確保するとなると、カプラの軸方向長を大きくするしかなく、それではスピーカ全体の厚み増をもたらす。
これに対して本発明では、カプラ側に設けた可動側マグネットとヨーク側に設けた固定側マグネットをスピーカ中心部にて非接触で対向させるとともに対向面をラジアル方向に同極着磁したので、両者の反発力によって安定した挙動を確保できる。必要なストロークを１００％確保することができる。
例えば、自動車のドア内部に収容するためにはスピーカは極限まで薄型化、軽量化することが求められるが、本発明では薄型化しつつ十分な振幅を確保することができる。

（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る磁気サスペンション型スピーカの構成を示す軸方向断面図、及び要部構成説明図である。 図１の磁気サスペンション型スピーカの分解斜視図である。 可動側、及び固定側マグネットの構成例、配置例を示す略図である。 中空筒状部の中心穴とカプラの内筒の外形を四角柱とした構成例を示す図である。

符号の説明

１ 磁気サスペンション型スピーカ、２ 振動板、２ａ エッジ部、２ｂ 中心部、５ カプラ、５ａ 外筒、５ｂ 内筒、５ｃ 連設部、１０ ボイスコイル、２０ ヨーク、
２０ａ 基部、２１ 中空筒状部、２１ａ ヨーク中心穴、２５ 固定側マグネット（第２のマグネット）、２５ａ 固定側マグネット片、３０ 環状マグネット（第１のマグネット）、３０ａ 対向面、３１ 磁気プレート（トッププレート）、３５ 可動側マグネット（第３のマグネット）、３５ａ 可動側マグネット片

Claims (6)

1. フレームと、
   中央に中空筒状部を有するヨークと、環状の第１マグネットと、環状の磁性体トッププレートとを積層固定して前記フレームに固定され、かつ前記ヨークとトッププレートとの間に磁気ギャップが形成される磁気回路と、
   一端にボイスコイルが巻線され、前記磁気ギャップに挿入されるカプラと、
   前記カプラの他端が内周縁側に接続され、かつ外周縁がエッジを介してフレームに固定される振動板と、を有するスピーカにおいて、
   前記ヨークの中空筒状部の内周面に固定される第２のマグネットを備え、
   前記環状カプラは、前記ヨークの中空筒状部内に挿入される挿入部を有し、かつ前記挿入部は第２のマグネットと非接触状態で対向配置される第３のマグネットを備え、
   前記第２のマグネットと前記第３のマグネットは何れも各対向面が反発するように同極にラジアル着磁されていることを特徴とする磁気サスペンション型スピーカ。
2. 前記第２のマグネットの軸方向長は、前記第３のマグネットの可動範囲よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の磁気サスペンション型スピーカ。
3. 前記カプラと前記挿入部は、短尺大径の外筒と、該外筒の中心部に同軸状に配置された長尺小径の内筒と、から構成され、
   前記ボイスコイルは、前記外筒の外周面に形成され、
   前記第３のマグネットは、前記内筒の外周面に固定されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の磁気サスペンション型スピーカ。
4. 前記第２のマグネット、及び前記第３のマグネットは、夫々周方向へ連続した環状筒体であることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の磁気サスペンション型スピーカ。
5. 前記第２のマグネット、又は前記第３のマグネットの少なくとも一方は、周方向に分割された複数のマグネット片から構成されていることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の磁気サスペンション型スピーカ。
6. 前記中空筒状部の中心孔は多角柱状であり、前記挿入部は前記中空筒状部の中心孔内に配置可能な多角形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の磁気サスペンション型スピーカ。

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