JP2010062828A - 磁気サスペンション型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】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つつ充分なストロークでの振動系の振動を実現する。
【解決手段】振動板内周部により支持されたボビンに設けられたボイスコイル３４０と、フレーム４００により支持され且つボイスコイルの外径側に離間配置されて該ボイスコイルとの間で磁気回路を形成する中空筒状部を備えたヨーク２３０と、を備え、振動板３１０とフレームとの間に形成される空間部内に、磁気サスペンション部材５００を配置し、各磁気サスペンション部材は、振動板に固定された振動板側永久磁石５２０と、フレームに固定され振動板側永久磁石に対向して離間配置されたフレーム側永久磁石５４０とを備え、振動板側永久磁石とフレーム側永久磁石とは各対向面が反発するように同極に着磁されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械的構成を備える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ユニットでは、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（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（ボビン）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２箇所により行う。ダンパは、布等の機械的部材から構成され、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、充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充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ユニットが開示されている。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動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、充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の発明は、振動板と、該振動板外周のエッジ部を支持するフレームと、該振動板内周部により支持されたボビンに設けられたボイスコイルと、前記フレームにより支持され且つ前記ボイスコイルの外径側に離間配置されて該ボイスコイルとの間で磁気回路を形成する中空筒状部を備えたヨークと、前記フレームに固定され前記ボイスコイルの内径側に離間配置されたマグネットと、を備え、前記振動板と前記フレームとの間に形成される空間部内に、磁気サスペンション部材を配置し、前記各磁気サスペンション部材は、前記振動板に固定された振動板側永久磁石と、前記フレームに固定され前記振動板側永久磁石に対向して離間配置されたフレーム側永久磁石とを備え、前記振動板側永久磁石と前記フレーム側永久磁石とは各対向面が反発するように同極に着磁されていることを特徴とする。
磁気サスペンション部材は、振動板とフレームとの間に複数配置されている。磁気サスペンション部材は、磁気回路とは別個に配置されているため、磁気回路の構成を変更することなく配置でき、スピーカの駆動に影響を与えずに振動板を支持できる。また、磁気サスペンション部材を構成する振動板側永久磁石とフレーム側部材に配置されるフレーム側永久磁石は各対向面が反発するように同極に着磁されている。通電によりボイスコイルが軸方向へ振動する際に、磁気サスペンション部材を構成する振動板側部材の永久磁石と、フレーム側部材の永久磁石と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。両永久磁石が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まった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に記載の磁気サスペンション型スピーカにおいて、前記磁気サスペンション部材は、複数の永久磁石を、前記振動軸を中心とする円周上に等角度を隔てて配置されていることを特徴とする。磁気サスペンション部材は、磁気回路の周りの円周上に等角度を隔てて配置されている。振動板に付与されるサスペンション力は、円周方向に略均等となり、振動板が駆動に際してずれたり傾いたりすることがない。
請求項３の発明は、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において、前記磁気サスペンション部材のストローク長の大きさは、前記ボイスコイルの可動範囲寸法よりも大きいことを特徴とする。
請求項４の発明は、前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうちの一方は、複数の永久磁石が所定間隔の間隙を隔てて離間配置され、前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうちの他方は、前記間隙内に配置される永久磁石で構成されていることを特徴とする。
前記一方の永久磁石は隙間を隔てた２個の永久磁石が間隙を設けて配置され、この間隙に他方の永久磁石を配置する。このとき他方の永久磁石は、一方の永久磁石より小さな寸法とすることが望ましい。
請求項５の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうち一方は、内部に柱形状空隙部を備え、前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうち他方は、前記柱状空隙部内に配置される永久磁石部材を備えて構成されることを特徴とする。
柱状空隙部は円柱状、角柱状とすることができ、この空隙部を形成する永久磁石は、柱空隙部が形成された筒状の１個の永久磁石とすることができる他、複数の永久磁石を配置して前記柱状空隙を形成する用にすることができる

本発明によれば、コストアップを防止しつつ薄型化を図りながら、充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。
また、本発明によれば、振動板とフレームとの間にラジアル方向に同極着磁した永久磁石を備えた振動板側部材及びフレーム側部材で形成した磁気サスペンション部材を複数配置したので、両部材を構成する永久磁石の反発力によって安定した挙動を確保でき、振動エネルギを減衰させることがない。また、ボイスコイルに必要なストロークを充分に確保することができる。
そして、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充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は本発明の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、図２は磁気サスペンション部材の配置位置を示す模式図である。
本発明の磁気サスペンション型スピーカ１００は、磁気回路を構成する磁気回路部品２００（固定側部品）と、この磁気回路部品２００により駆動される振動系（可動側部品）３００と、これらを支持するフレーム４００とから概略構成される。磁気回路は、円筒状のマグネット２１０と、マグネット２１０の上部に配置されるポールピース２２０と、マグネットの下方からポールピース２２０の側方まで延設された有底円筒状の磁性材料から成るヨーク２３０をフレーム４００に接着固定させている。ここで、ポールピース２２０とヨークの上部円筒部との間には円環状の隙間である磁気ギャップ２５０が形成される。

一方、振動系３００は、外周縁のエッジ部３２０をフレーム４００により支持されたコーン状の振動板３１０と、振動板３１０の中心部から軸方向後方へ伸びる樹脂製薄肉材からなるボビン３３０と、ボビン３３０の外周面に配置されたボイスコイル３４０と、ボビン３３０の上側を覆うキャップ３５０、を備えている。
即ち、本発明の特徴的な構成は、振動板３１０と、振動板外周のエッジ部３２０を支持するフレーム４００と、振動板内周部により支持されたボビン３３０に設けられたボイスコイル３４０と、フレーム４００により支持され且つボイスコイル３３０の外径側に離間配置されてボイスコイルとの間で磁気回路を形成する中空筒状部２４０を備えたヨーク２３０と、フレームに固定されボイスコイル３３０の内径側に離間配置されたマグネット２１０と、を備え、振動板とフレームとの間に形成される空間部内に、周方向に所定のピッチにて複数の磁気サスペンション部材５００を配置した構成にある。更に、各磁気サスペンション部材５００は、振動板３１０に固定された振動板側永久磁石５２０と、フレームに固定され振動板側永久磁石５２０に対向して離間配置されたフレーム側永久磁石５４−０とを備え、振動板側永久磁石とフレーム側永久磁石とは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点も特徴的である。
即ち、本実施形態では、振動板３１０と、フレーム４００との間の空間部４２０であって、磁気回路部品２００の周囲には、振動系３００を支持する磁気サスペンション部材５００が周方向に所定のピッチにて複数個、例えば３個配置されている。この磁気サスペンション部材５００は、図２に示すように、振動系の振動軸Ｏを中心とする円周４１０上に、１２０度の角度を隔てて等間隔に配置されている。

次に磁気サスペンション部材５００について説明する。図３は磁気サスペンション部材の構成図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は概略平面図である。磁気サスペンション部材５００は、振動板３１０の背面側適所から後方へ延設された支持部材（振動板側部材）５１０と、支持部材５１０に取り付けられた直方体状、或いは板状の振動板側永久磁石５２０と、フレーム４００に固定されたフレーム側基部（フレーム側部材）５３０と、フレーム側基部５３０の前面側に所定の径方向間隔を隔てて離間配置された２個の板状のフレーム側永久磁石５４０とからなる。ここで、フレーム側永久磁石５４０は、振動板側永久磁石５２０に比してその奥行き寸法、長さ寸法とも大きく構成されている。
また、２個のフレーム側永久磁石５４０の間には、間隙５５０が形成されるようフレーム側基部５３０に配置され、この間隙５５０内には、振動板側永久磁石５２０が配置される。ここで、フレーム側永久磁石５４０の長さ寸法をＬ１、間隙５５０の長さ寸法をＬ２、ボビン３３０の上下の各ストローク寸法をＸとすると、Ｌ１≧Ｌ２＋２Ｘとなるように構成している。このように設定すれば、磁気サスペンション部材５００のストローク長の大きさは、ボイスコイル３４０の可動範囲寸法よりも大きいものとなる。また、磁気サスペンション部材５００におけるフレーム側永久磁石５４０の幅寸法Ｗ１は振動板側永久磁石５２０の幅寸法Ｗ２より大きく形成されている（図３（ｂ））。
また、本実施形態では、振動板側永久磁石５２０及びフレーム側永久磁石５４０は、ラジアル着磁されたものであり、図３（ｂ）に示すように、互いに反発力Ｆを発生するよう同極が対峙するように配置されている。

ボイスコイル３４０に交番電流としての音声信号を通電することにより、磁気回路部品２００によって発生した磁気エネルギ（磁束）とボイスコイル３４０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３４０に発生した軸方向へ振動がボビン３３０を介して振動板３１０を振動させ、空気を振動させて音を発生させる。
この際、磁気サスペンション部材５００のストローク長が、ボイスコイル３４０の可動範囲寸法よりも大きく構成されているので、振動系部品の軸方向への移動量を確保できるばかりでなく、振動軸Ｏ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。
即ち、振動板３１０が振動すると、振動板３１０に取り付けた振動板側永久磁石５２０と、フレーム側基部５３０に配置した２枚のフレーム側永久磁石５４０とが互いに反発して、摩擦を生じることなくフレーム側永久磁石５４０間で振動板側永久磁石５２０を案内する。このとき、両磁石５２０、５４０は互いに反発しているため、振動板側永久磁石５２０とフレーム側永久磁石５４０とは接触することなく、一定の隙間を保持したまま動作することができる。そのため、振動板３１０にローリングが発生しても、反発力で復帰動作をすることとなる。

また、両磁石５２０、５４０はラジアル着磁されているため、移動方向に対して、どの位置でもまったく同じ磁界を生成するから、ボビン３３０の振幅寸法の大小にかかわらず同様に動作する。
ここで、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布などの機械的部材を用いたダンパＤが配置されるため、ボビン３３０が軸方向へ振幅する際にダンパＤがヨーク２３０と干渉することがないようにダンパＤとヨーク２３０の距離を充分に大きく確保する必要が生じる。その結果、ボイスコイル３４０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、磁気サスペンション部材を配置しているので、振動板３１０と磁気ギャップ２５０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、磁気サスペンション部材５００は３個を１つの円周上に等間隔に配置した例を示したが、磁気サスペンション部材５００の数、磁気サスペンション部材５００配置する円周の数は、必要に応じて変更することができる。例えば、磁気サスペンション部材５００として、各磁気サスペンション部材５００の振動板側永久磁石５２０の外側だけフレーム側永久磁石５４０を１個配置し、複数の磁気サスペンション部材５００全体で振動系３００を振動軸Ｏに沿って案内することができる。更に磁気サスペンション部材５００を構成する振動板側永久磁石５２０、フレーム側永久磁石５４０の個数は必要に応じて増加することができる。

図４は本発明の他の実施形態に係る磁気サスペンション部材を示す斜視図である。この例に係る磁気サスペンション部材６００は、振動板（図示していない）に取り付けられる支持部材（振動板側部材）６１０の先端部に円柱状の振動板側永久磁石６２０を固定配置し、フレーム側永久磁石６３０として、内部に円柱状間隙部６４０を備える円筒状のものを使用している。本実施形態においても、振動板側永久磁石６２０及びフレーム側永久磁石６３０はラジアル着磁されており、振動板側永久磁石６２０の外周面部と、フレーム側永久磁石６３０の内周面部とが同極となるようにしている。
この例に係る磁気サスペンション部材６００を使用すると、振動板側永久磁石６２０はフレーム側永久磁石６３０の円柱状間隙部６４０内で磁気の作用で円柱状間隙部６４０外壁に接触することなく案内され振動系３００を円滑に移動させることができる。
なお、この例では、フレーム側永久磁石６３０として円筒状のものを用いたが、フレーム側永久磁石として、角筒状の磁石、板状の磁石を組み合わせて角筒状としたもの、弧状の断面を備える板状磁石を組み合わせて円筒状としたものとを使用しても良い。
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（振動の直進性）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フレームや磁気回路部材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、ストロークを充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、振動板とフレームとの間に対向面をラジアル方向に同極着磁した磁石を備えた磁気サスペンション部材を複数設けたので、磁石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。
即ち、本発明では、磁気サスペンション部材は、磁気回路とは別個に配置されているため、磁気回路の構成を変更することなく配置でき、スピーカの駆動に影響を与えずに振動板を支持できる。また、磁気サスペンション部材を構成する振動板側永久磁石とフレーム側部材に配置されるフレーム側永久磁石は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。通電によりボイスコイルが軸方向へ振動する際に、磁気サスペンション部材を構成する振動板側部材の永久磁石と、フレーム側部材の永久磁石と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。両永久磁石が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まった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、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充分な振幅を確保することができる。

本発明の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である。 本発明の一実施形態に係る磁気サスペンション部材の配置位置を示す模式図である。 本発明の磁気サスペンション部材を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は概略平面図である。 他の実施形態に係る磁気サスペンション部材を示す斜視図である。

符号の説明

１００…磁気サスペンション型スピーカ、２００…磁気回路部品、２１０…マグネット、２２０…ポールピース、２３０…ヨーク、２５０…磁気ギャップ、３００…振動系（可動側部品）、３１０…振動板、３２０…エッジ部、３３０…ボビン、３４０…ボイスコイル、３５０…キャップ、４００…フレーム、４２０…空間部、５００…磁気サスペンション部材、５１０…支持部材（振動板側部材）、５２０…振動板側永久磁石、５３０…フレーム側基部、５４０…フレーム側永久磁石、５５０…間隙、６００…磁気サスペンション部材、６１０…支持部材（振動板側部材）、６２０…振動板側永久磁石、６３０…フレーム側永久磁石、６４０…円柱状間隙部

Claims (5)

1. 振動板と、該振動板外周のエッジ部を支持するフレームと、該振動板内周部により支持されたボビンに設けられたボイスコイルと、前記フレームにより支持され且つ前記ボイスコイルの外径側に離間配置されて該ボイスコイルとの間で磁気回路を形成する中空筒状部を備えたヨークと、前記フレームに固定され前記ボイスコイルの内径側に離間配置されたマグネットと、を備え、
   前記振動板と前記フレームとの間に形成される空間部内に、磁気サスペンション部材を配置し、
   前記各磁気サスペンション部材は、前記振動板に固定された振動板側永久磁石と、前記フレームに固定され前記振動板側永久磁石に対向して離間配置されたフレーム側永久磁石とを備え、前記振動板側永久磁石と前記フレーム側永久磁石とは各対向面が反発するように同極に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. 前記磁気サスペンション部材は、複数の永久磁石を、前記振動軸を中心とする円周上に等角度を隔てて配置されている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. 前記磁気サスペンション部材のストローク長の大きさは、前記ボイスコイルの可動範囲寸法よりも大きい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. 前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうちの一方は、複数の永久磁石が所定間隔の間隙を隔てて離間配置され、
   前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうちの他方は、前記間隙内に配置される永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気サスペンション型スピーカ。
5. 前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうちの一方は、内部に柱形状空隙部を備え、
   前記振動板側永久磁石、及び前記フレーム側永久磁石のうちの他方は、前記柱状空隙部内に配置される永久磁石部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいず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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