JP2010263362A

JP2010263362A - スピーカー

Info

Publication number: JP2010263362A
Application number: JP2009111995A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Akimoto; 浩一郎秋元
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-05-01
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】振動系の往復運動における制約を低減させて音質の劣化を防止する。
【解決手段】スピーカー１は、ケース２に磁石１２，１４を固定させることで磁気回路を形成しており、ボイスコイル３３が設けられたボイスコイルボビン３１が磁石１２，１４を覆うように挿入されている。ボイスコイルボビン３１の背面側の外周には、ボイスコイル３３を挟むように一対の振動制御部材３４，３５が配置されている。ボイスコイル３３は、磁束集中部１８に挿入されており、ここに磁性流体２０Ａが注入されている。ボイスコイルボビン３１に固定された振動板３２の外周は磁性流体２０Ｂを介してケース２に移動自在に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声再生用のスピーカーに関する。さらに詳しくは、磁性流体を用い、エッジレス・ダンパーレス構造を有するダイナミック型のスピーカーに関する。

音声再生用のスピーカーとしては、磁束集中部に配置されたボイスコイルに電流を流し、振動板を振動させることで音声を再生するダイナミック型スピーカーが知られている。この種のダイナミック型スピーカーは、エッジとダンパーにより振動板及びボイスコイルボビンを支える構造になっている。

ここで、ダンパーは、振動板及びボイスコイル並びにボイスコイルボビンを含む振動系が磁気回路壁と接触せずに、正確に往復運動するように支持する役割を有する。さらに、ダンパーは、ボイスコイルの振動の中心と磁束集中部の中心を合致させ、振動系の慣性を抑える（制動・ダンプする）役割も担っている。
また、エッジは、ダンパーと同様の役割を有すると共に、振動板の表側と裏側に放射される逆相の音波が互いに干渉しないように音波を遮断する役割を有する。

エッジとダンパーは、振動方向の軸上で異なった位置に存在する。したがって、振動系は２点で支えられることになり、その動きが確実に制御される。その結果、ボイスコイルは狭小な磁束集中部中を磁気回路壁に接触すること無く往復運動することが可能となる。

このような役割を果たすため、ダンパー及びエッジはより強い制御力を有することが望ましい。その一方で、電気信号を忠実に音波に変換するというスピーカー本来の目的においては、その制御力が足かせとなり、再生音の歪みにつながる。さらに、エッジ及びダンパーは、それ自体が固有振動を持つため、エッジ及びダンパーが振動することにより、不要な音波、すなわち歪みが生じて再生音を濁すことがある。そこで、従来のスピーカーには、ボイスコイルの配置位置の磁束集中部に磁性流体を注入し、磁性流体を介して振動系を支持することで再生音の歪みを抑制するように構成していた。

特開２００６−５８５２号公報

しかしながら、従来のスピーカーでは、エッジがフレームに機械的に連結された構成を有するので、振動系の往復運動における制約を充分に減少させることはできなかった。このため、再生音の歪を除去してさらに高品質な音声を再生できるスピーカーの開発が望まれていた。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、振動系の往復運動における制約を低減させて音質の劣化を防止することを主な目的とする。

本願の一観点によれば、磁性材料からなるケースと磁石を含んで構成される磁気回路と、前記ケースの前面側の開口部に往復移動自在に挿入される振動板と、前記振動板が固定され、前記ケース内に挿入されると共に、電気信号が入力されるボイスコイルが巻装されたボイスコイルボビンと、前記振動板が移動する方向において前記ボイスコイルを挟んで
配置され、非磁性体からなる一対の振動制御部材と、前記磁石と前記ケースとの間に形成される第１の磁束集中部に注入され、前記ボイスコイルと、前記振動制御部材の一部が浸漬させられる第１の磁性流体と、前記振動板と前記ケースとの間に形成される第２の磁束集中部に配置された第２の磁性流体と、を含むことを特徴とするスピーカーが提供される。

また、本発明の別の観点によれば、請求項１に記載のスピーカーにおいて、前記一対の振動制御部材は、前記ボイスコイルの背面側に配置された第１の振動制御部材と、前記ボイスコイルの前面側に配置された第２の振動制御部材であり、前記第１の振動制御部材の前面側の一部が前記第１の磁性流体に挿入され、前記第２の振動制御部材の背面側の一部が前記第１の磁性流体に挿入されていることを特徴とするスピーカーが提供される。

また、本発明の別の観点によれば、請求項１又は請求項２に記載のスピーカーにおいて、前記磁石は、前記ケースに固定される第１の磁石と、前記第１の磁石に磁性体を介して取り付けられた第２の磁石とを有し、前記第１の磁石と前記第２の磁石は対向する面のそれぞれが同じ磁極になるように配置されており、前記磁性体と前記ケースの間に前記第１の磁束集中部が形成されることを特徴とする。

また、本発明の別の観点によれば、請求項３に記載のスピーカーにおいて、前記第２の磁石は、前記第１の磁石より前記振動板に近い前面側に配置されており、前記第２の磁石の前面側の端部と前記ボイスコイルボビンの内周面との間のギャップを埋める第３の磁性流体を有することを特徴とする。

本発明によれば、振動系がスピーカーの前面側と背面側のそれぞれにおいて磁性流体で支持されるようになるので、振動系の移動に対する制約が低減され、再生音の歪が抑制される。

図１は、本発明の実施の形態に係るスピーカーの構成を示す断面図である。図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図３は、図１の一部を拡大した図であって、第１の磁束集中部の周囲の構成を示す図である。図４は、スピーカーの変形例を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において、高温の音声が出力される側を前面とし、その反対側を背面として説明する。
図１に本実施の形態に係るスピーカーの断面図を示す。スピーカー１は、ケース２を有し、ケース２内に振動系３が振動可能に支持されている。ケース２は、鉄などの磁性材料から製造されており、ヨークとして機能として機能する。ケース２の前面２Ａには、略円形の開口部４が形成されており、開口部４の内周面は、断面視で内側に凸と曲面部４Ａを有する。図１及び図２に示すように、ケース２内は、中央に凹部２Ｂが形成されている。さらに、凹部２Ｂの周囲には複数の孔５，６が形成されている。これら孔５，６は、凹部２Ｂの中心と一致する軸線ｍ１から一定の距離の円周上に所定の間隔、例えば等間隔で配置されており、ケース２内とケース２の背面２Ｃを連通させている。これら孔５，６は、空気抜きやケーブルを通すために用いられる。

ケース２内には、マグネットユニット１１が収容されている。マグネットユニット１１
は、凹部２Ｂに挿入される第１の磁石１２と、第１の磁石１２の前面に挿入板１３を介して連結された第２の磁石１４とを有する。第１の磁石１２は、凹部２Ｂの中央に形成された孔１５を利用してケース２に固定されており、その外径は凹部２Ｂの内径よりも小さい。さらに、第１の磁石１２の軸線ｍ１に沿った長さは、凹部２Ｂの軸線ｍ１に沿った長さより短い。
この実施の形態において、第１の磁石１２は、背面側にＮ極が、前面側にＳ極がそれぞれ配置されるようにケース２に固定されている。第２の磁石１４は、第１の磁石１２と略同じ外径を有し、背面側が第１の磁石１２の前面側と同じ極性を持つように配置されている。即ち、この実施の形態では、第２の磁石１４の背面がＳ極に、前面がＮ極になっている。

第１、第２の磁石１２，１４には、永久磁石、例えば磁束密度が高く、非常に強い磁力を持つネオジムを用いた磁石が用いられている。なお、第１、第２の磁石１２，１４に挟まれるように密着させられている挿入板１３は、例えば、鉄などの磁性体材料から製造されている。２つの磁石１２，１４が同じ極が対向するように配置されていることから、挿入板１３は２つの磁石１２，１４の互いに近接して配置された磁極と同じ１種類の磁極に強く励磁される。例えば、第１、第２の磁石１２，１４がＳ極を対向させている場合、挿入板１３もＳ極に励磁される。そして、このように励磁された挿入板１３と、第１の磁石１２と背面側で密着しているケース２との間、より具体的には挿入板１３の外周面とケース２の凹部２Ｂの内周面との間に第１の磁束集中部１８が形成される。

振動系３は、ケース２内に着脱自在に挿入されるボイスコイルボビン３１と、ボイスコイルボビン３１の前面側の先端部に取り付けられた振動板３２とを含んで構成されている。
ボイスコイルボビン３１は、円筒形状を有し、その外径は、ケース２の凹部２Ｂの内径より小さい。さらに、その内径は、マグネットユニット１１の外径より大きい。ボイルコイルボビン３１の背面側の端部の外周には、ボイスコイル３３が巻装されている。ボイスコイル３３は、導線を隙間なくボイルコイルボビン３１の外周に巻き回すことで形成されている。ボイスコイル３３の導線は、図示を省略するアンプに電気的に接続される。さらに、ボイルコイルボビン３１の外周には、ボイスコイル３３を挟むように一対の振動制御部材３４，３５が取り付けられている。振動制御部材３４，３５は、非磁性材料からなり、軸線方向でボイルコイル３３との間に隙間ができないように密着させてある。一対の振動制御部材３４，３５の外径は、ボイルコイル３３の外径より大きく、ケース２の凹部２Ｂの内径より小さい。このため、図３に示すように、各振動制御部材３４，３５とボイスコイル３３の境界には段差が生じている。なお、図３において、ボイスコイル３３は、導線を１重に巻き回した構成になっているが、２重以上に導線を巻き回しても良い。

ここで、ケース２と挿入板１３との間に形成される第１の磁束集中部１８には、磁性流体２０Ａ（第１の磁性流体）が注入され、保持されている。磁性流体２０Ａは、ボイルコイル３３の全体及び一対の振動制御部材３４，３５の一部を浸漬できる量が注入されている。具体的には、第１の振動制御部材３４は、ボイスコイル３３の背面側に配置され、その前面側の一部が第２の方向ｄ２、つまりケース２の背面２Ｃ側から前面２Ａ側に向けて磁性流体２０Ａに挿入されている。第２の振動制御部材３５は、ボイスコイル３３の前面側に配置され、その背面側の一部が第１の方向ｄ１、つまりケース２の前面２Ａ側から背面２Ｃ側に向けて磁性流体２０Ａに挿入されている。これにより、このスピーカー１には、第１の磁石１１のＮ極から、ケース２を通って、磁性流体２０Ａ、挿入板１４を経て第１の磁石１１のＳ極に戻る第１の磁気回路が形成される。

さらに、ボイルコイルボビン３１の前面側である一方の端部に振動板３が固定されている。この前面側の端部において、振動板３の取り付け位置より背面側には、孔３６が少な
くとも１つ形成されている。この孔３６は、振動系３を往復移動させるときの空気抜きとして使用される。

振動板３２は、軸線ｍ１を中心にして前面に向かって径が増大するコーン形状を有し、中央の開口が前面に向かって突となるドーム状のセンターキャップ３２Ａで閉鎖されている。さらに、振動板３２の外周は、軸線に平行に、かつ背面に向けて折り返されている。折り返された端部３２Ｂは、ケース２の曲面部４Ａと軸線方向で少なくとも一部が重なるように配置されている。この実施の形態で、振動板３２は、アルミニウムやマグネシウムなどの非磁性材料から製造されている。なお、マグネットユニット１１によって、ケース２の前面２Ａの曲面部４Ａには、第２の磁束集中部２１が形成される。第２の磁束集中部２１は、曲面部４Ａと振動体３２の端部３２Ｂが対向する位置に形成されている。

ここで、振動板３２とケース２の間の第２の磁束集中部２１には、磁性流体２０Ｂ（第２の磁性流体）が保持されている。
さらに、第２の磁石１４がボイスコイルボビン３１の内径より若干小さいため、ボイスコイルボビン３１の内側と、第２の磁石１４の前面側の端部の隅部との間のギャップにも磁性流体２０Ｃ（第３の磁性流体）が保持される。そして、この磁性流体２０Ｃによってボイスコイルボビン３１が第２の磁石１４にも支持される。なお、磁性流体２０Ｃによるボイスコイルボビン３１の支持は、本実施の形態に必須の要素ではない。

ボイスコイルボビン３１及び振動制御部材３４，３５は、磁性流体２０Ａ，２０Ｂに対して不活性、不溶性、非膨潤性であり、浸透性がない材料から製造することが望ましい。即ち、アルミニウム、マグネシウム、チタン等の合金を含む金属類、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＥＴ、ポリイミド、フッ素樹脂等の樹脂、紙、不織布、グラスファイバー、カーボンファイバー、アラミド繊維等に樹脂を含浸または塗布したもの等が使用される。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
図示を省略するアンプにスピーカー１を接続して音や声などの音声を発生させるときは、アンプからの電気信号がボイスコイル３３に入力される。磁気回路内に配置されているボイスコイル３１に電気信号が流れると、電磁誘導によって力が発生する。第１、第２の磁石１２，１４はケース２に固定されているので、ボイスコイルボビン３１及びこれに固定された振動板３２を含む振動系３が軸線ｍ１に沿って、第１の方向ｄ１又は第２の方向ｄ２に移動する。そして、電気信号の変化に伴って振動系３の移動量や移動方向が変化することで、振動が生じ、その結果として振動板３２から音声が出力される。

このとき、振動板３２の先端側は、端部が磁性流体２０Ａ〜２０Ｃを介してケース２に支持されているので、振動系３はスムーズに進退移動することができる。さらに、ボイスコイルボビン３１の先端側では、磁性流体２０Ａ〜２０Ｃを介してボイスコイルボビン３１が第２の磁石１４に支持される。つまり、振動系３は、振動板３２の外周部とボイスコイルボビン３１の前面側の内側と、ボイスコイルボビン３１の背面側の外側の３か所で支持され、磁気回路壁に接触すること無く振動方向に正確な往復運動を行い、これにより再生音の歪みが抑制される。なお、ボイスコイルボビン３１の先端側は磁性流体２０Ｃで閉鎖されるが、磁性流体２０Ｃの滞留位置より先端側に孔３６が設けられているので、振動系３を振動させたときに、ボイスコイルボビン３１の前面の内側の空気が外部に排出される。このため、磁性流体２０Ｃの存在は、振動系３の駆動の抵抗にはらない。

ここで、このスピーカー１は、振動系３の進退方向でボイスコイル３３の両端を挟み込むように振動制御部材３４，３５が設けられている。各振動制御部材３４，３５の一部、具体的には、図３に示すように、第１の振動制御部材３４の前面側の一部が磁性流体２０
Ａに浸漬され、第２の振動制御部材３５の背面側の一部が磁性流体２０Ａに浸漬されている。前記したように、ボイスコイル３３の外径より振動制御部材３４，３５の外径が大きいので、第１の磁束集中部１８内の磁束を横切る面積は、ボイスコイル３３より振動制御部材３４，３５の方が大きい。このため、振動制御部材３４，３５が磁束を横切ることによって生じる排斥力は、ボイスコイル３３によって生じる排斥力より大きくなる。

このため、振動系３が第１の方向ｄ１に移動し、これに伴って第２の振動制御部材３５が振動系３の移動量と同じだけ磁性流体２０Ａ内に進入すると、その分だけ排斥力が大きくなる。この排斥力は、振動系３を第１の方向ｄ１と反対側、即ち第２の方向ｄ２に移動させるようとする力として作用する。この力は、磁性流体２０Ａ内に進入する第２の振動制御部材３５の体積が増えるほど増加するので、第１の方向ｄ１における振動系３の移動量が大きいほど、振動系３を元の位置に戻そうとする力が大きくなる。
一方、振動系３が第２の方向ｄ２に移動し、これに伴って第１の振動制御部材３４が振動系３の移動量と同じだけ磁性流体２０Ａ内に進入すると、その分だけ排斥力が大きくなる。この排斥力は、振動系３を第２の方向ｄ２と反対側、即ち第１の方向ｄ１に移動させるようとする力として作用する。前記と同様に、この力は、磁性流体２０Ａ内に進入する第１の振動制御部材３４の体積が増えるほど増加するので、第２の方向ｄ２における振動系３の移動量が大きいほど、振動系３を元の位置に戻そうとする力が大きくなる。

このように、振動系３は、一対の振動制御部材３４，３５の存在によって、常に振動系３の移動方向と反対側の力を磁気回路から受けるので、振動系３が一方の方向に移動し過ぎることが防止されて安定した往復運動が可能になる。また、排斥力のバランス点が振動系の初期位置（規定位置）になるようにボイルコイル３３、一対の振動制御部材３４，３５が配置されているので、ボイスコイル３３の振幅の中心と第１の磁束集中部１８の中心とを合致させることができる。

これらの結果、従来のように、振動系のエッジ部分を機械的に接合させたり、ダンパーを設けたりすることなく、音声を再生することが可能になる。なお、第１の磁束集中部１８に磁性流体２０Ａが満たされていることから、振動板３２の裏側に発生する逆相の音波が遮断される。また、挿入板１３によって磁束を集中させる構成にしたので、第１、第２の磁石１２，１４を小型でき、スピーカー１を安価に製造できる。

また、このスピーカー１の組み立て時には、ボイスコイル３３のリード線を接続し、磁束集中部１８，２１に振動系３を挿入すれば良い。従来のエッジを機械的に接合させたり、ダンパーを設けたりする場合に必要な位置合わせや接着、これらの作業に必要な治具などが要らず、短時間で容易にスピーカーを製作することができる。

なお、図４に示すように、ケース２の背面２Ｃに第３の磁石５１を取り付けても良い。第３の磁石５１には、永久磁石、例えば磁束密度が高く、非常に強い磁力を持つネオジムを用いた磁石が用いられ、第１の磁石１２と同じ磁極が向い合うによう配置されている。これにより、ケース２を通る磁気が強められる。第３の磁石５１の背面側に取り付けられているヨーク５２は、第３の磁石５１の背面側の磁束が集中することを防止するために取り付けられているが、必須の構成要素ではない。

また、スピーカー１をキャビネットに搭載させてスピーカーシステムを構成しても良い。

１スピーカー
２ケース
３振動系
４開口部
１２第１の磁石
１３挿入板（磁性体）
１４第２の磁石
１８第１の磁束集中部
２０Ａ磁性流体（第１の磁性流体）
２０Ｂ磁性流体（第２の磁性流体）
２０Ｃ磁性流体（第３の磁性流体）
２１第２の磁束集中部
３１ボイスコイルボビン
３２振動板
３２Ｂ端部
３３ボイスコイル
３４第１の振動制御部材
３５第２の振動制御部材
３６孔

Claims

磁性材料からなるケースと磁石を含んで構成される磁気回路と、
前記ケースの前面側の開口部に往復移動自在に挿入される振動板と、
前記振動板の中央部に固定され、前記ケース内に挿入されると共に、電気信号が入力されるボイスコイルが巻装されたボイスコイルボビンと、
前記振動板が移動する方向において前記ボイスコイルを挟んで配置され、非磁性体からなる一対の振動制御部材と、
前記磁石と前記ケースとの間に形成される第１の磁束集中部に注入され、前記ボイスコイルと、前記振動制御部材の一部が浸漬させられる第１の磁性流体と、
前記磁石によって前記ケースの前面側に形成される第２の磁束集中部に配置され、前記振動板の外周部を支持する第２の磁性流体と、
を含むことを特徴とするスピーカー。
前記一対の振動制御部材は、前記ボイスコイルの背面側に配置された第１の振動制御部材と、前記ボイスコイルの前面側に配置された第２の振動制御部材であり、前記第１の振動制御部材の前面側の一部が前記第１の磁性流体に挿入され、前記第２の振動制御部材の背面側の一部が前記第１の磁性流体に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー。
前記磁石は、前記ケースに固定される第１の磁石と、前記第１の磁石に磁性体を介して取り付けられた第２の磁石とを有し、前記第１の磁石と前記第２の磁石は対向する面のそれぞれが同じ磁極になるように配置されており、前記磁性体と前記ケースの間に前記第１の磁束集中部が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピーカー。
前記第２の磁石は、前記第１の磁石より前記振動板に近い前面側に配置されており、前記第２の磁石の前面側の端部と前記ボイスコイルボビンの内周面との間のギャップを埋める第３の磁性流体を有することを特徴とする請求項３に記載のスピーカー。