JP2013013039A - スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカに要求される、薄型化、細型化、小型化に伴って、高性能化、高効率化、駆動力の線形性向上、が求められている。
【解決手段】駆動部に２個一組とする磁石の極性逆方向となるよう配置し、双方の磁石の近傍の磁気ギャップの磁力線を逆向きとする。
電流の向きが逆となるよう、２個の磁気ギャップに、２個一組の導線を設け、２個の導線に同じ方向の電流を流し、同じ方向の駆動力を発生させる。
２個一組の磁石の磁路の形状を対象に閉路化することで、磁路の容積の最小化と、駆動力の線形性の向上と、単位面積あたりの駆動力の向上を図る。
【選択図】図１

Description

用語の定義

請求項を含む全文を通じ、｛｝内部の内容は｛｝の外の内容に優先して意味を持つものとする。
請求項を含む全文を通じ、スピーカとは、イヤホン、ヘッドホン、マイクロホンを含む電気音響変換系を指す。
請求項を含む全文、全図面を通じ、Ｎとは磁石のＮ極、Ｓとは磁石のＳ極を指す。

スピーカの駆動部の設計製造技術。

磁気ギャップの高磁束密度化：ネオジウムなどの高性能磁性材料、
駆動部の薄型化：ネオジウムなどの高性能磁性材料
駆動部の細型化：ボイスコイル形状の工夫、ネオジウムなどの高性能磁性材料
音響放射板の高硬度化：コーンの素材や形状の工夫
駆動力の高密度化：ネオジウムなどの高性能磁性材料
駆動力の線形化：磁気ギャップの形状の工夫、組み立て寸法精度の向上の工夫
設計技術の向上：磁気回路や音響性能の設計ツールの駆使
その他、放熱条件の工夫、音響放射板のエッジの工夫、など、改良改善の対象となる要素は数多くあって、極めて複雑である。
高性能化には、互いに敵対関係にある二つの要因を天秤にかけてバランスをとりながら設計あるいは合わせ込みをしなければならない。

課題を解決するための手段

課題１：２個の磁石を逆極性に配置し、互いに逆の起磁力が発生する２個の磁気ギャップに設けた２個の導線に、互いに逆向きの電流を流すことで、同方向の駆動力を得る。その結果、
第１に駆動力の強化、
第２に駆動力の平面分布化、
第３に磁路の構造の簡素化、
第４に磁路の容積の削減、
第５に磁石材料の小容積化、
第６に線形性の改善、

駆動力の強化は、スピーカの最大の課題でもある変換効率の改善を効果が得られる。小型化、薄型化、細身型化、の要求に対し、設計の自由度が大幅に改善できる。
駆動力の平面分布化は、簡単方法で駆動力の強化を図ることができるばかりでなく、電気エネルギーから音響放射エネルギーへの変換効率を高める。さらに、音質の高性能化に必要な振動板の剛性性能を改善する必要がない。さらに、多様なニーズに対応すべく、駆動部の製造標準化を可能とさせる。
磁路の構造の簡素化は、｛部品の形状や製造工程と組み立て行程の簡素化｝と｛仕上がり寸法精度の向上｝と、｛精度向上の結果、磁気ギャップを縮め、磁束密度の改善効果｝が得られる。
磁路の容積の削減は、さらなる薄型化、軽量化、コス低減を可能とする。
磁石材料の小容積化は、レアメタルの資源消費の低減とコスト削減を可能とする。。
線形範囲の改善は、音響性能の改善と、駆動部のより薄型化を可能とする。
以上のスピーカ設計上の難しい課題を大幅に解決する。
性能と外観デザインとの相矛盾する課題を改善し、設計の自由度を大幅に広げる。

［図１］は本案発明の最も簡素な一実施例の原理説明図である。
［図１］（ａ）は円筒構造の断面を示す。
［図１］（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図１］（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
１と２は直径方向に磁化された円筒形状の磁石である。駆動力の発生原理は図１と同じである。
１を第１磁石、２を第２磁石とする。第１磁石と第２磁石の磁化方向は互いに逆向きである。ＮとＳは磁化の極性を示す。２個の磁石の間の斜線部は２個の磁石が離れていることを示す。両者が離れているかいないかは本案発明の本質とするところではないが若干離れている方が、磁束漏洩による効率低下を避けることができる。
以下全図面中、斜線部は同様である。
３と４は２個の磁石を磁化方向に直列に接続するための磁路である。３を第１磁路、４を第２磁路とする。それぞれの磁路は、磁束が駆動コイルと直交するよう、磁束の閉ループを構成する重要な役割を持つ。
５と６は磁路の空隙の高磁束密度の場所にある電流コイルである。
５を第１コイル、６を第２コイルとする。
｛第１コイルの空隙の磁力線｝と｛第２コイルがある空隙の磁力線｝の方向は互いに逆であることから、第１コイルと第２コイルに流す電流の向きを逆方向にすることで、｛第１コイルと第２コイル｝に同じ電流を流すことによって生じる駆動力は同じ方向となる。
第１磁路と第２磁路内の磁力線の方向を矢印で示す。

第１図の構造の従来駆動方法と異なる点は、｛磁気ギャップの部分の磁束密度が対象平面軸を境に対象である｝、｛磁路が短く、簡素である｝、｛空隙部の駆動力が対象平面軸を境に駆動方向に対象である｝ことである。
音響放射板へのコイルの固定方法や巻き線方法については本案発明の本質ではないので、説明を省略する。

［図２］は本案発明の最も簡素な一実施例の原理説明図である。
［図２］（ａ）は円筒構造の断面を示す。
［図２］（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図２］（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
図２の図１と同番号は同機能を示す。図２の図１と異なる点は、一つの駆動コイルについて直径の異なる２種類の磁石を設けたことにある。第１図の場合、空隙の外側は磁石ではなく単なく、磁路であるが、第２図は空隙の両側に磁石が設けられている。１０１は第１磁石、２０１は第２磁石、１０２は第３磁石、２０２は第４磁石である。
それぞれ、円筒形の磁石であって、半径軸方向に磁化されている。磁化の極性は第１磁石と第３磁石は同方向、第２磁石と第４磁石は同方向である。、｛第１磁石または第３磁石の磁化方向｝と｛第２または第４磁石の磁化方向｝は互いに逆である。
磁石をコイルの両脇に設けることで磁路の磁束密度が上がり、コイルの駆動力が増す。駆動力を生む原理は第１図と同じである。

［図３］は直径の異なるコイルを同心円状に２個組み込んだ場合の本案発明の一実施例の原理説明図である。
［図３］（ａ）は円筒構造の断面を示す。
［図３］（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図３］（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
図３の図１と同番号は同機能を示す。図３の図１と異なる点は直径の異なる２種類のコイルを設けたことである。駆動力の発生原理は図１と同じである。
２個一組のコイル二組が三組の磁石に挟まれている構造である。｛１０１と２０１｝、｛１０２、２０２｝｛１０３、２０３｝はそれぞれ第１組、第２組、第３組の組磁石である。組磁石の二つの磁石の磁化方向が逆である点は図１と同様である。１０１と１０２と１０３の磁化方向は同じである。２０１と２０２と２０３の磁化方向は同じである。第３図の磁路は、三組の組磁石による２個の空隙と２個の磁路を含む最短の閉磁路となっている。それぞれの空隙の両端には磁石が配置されていることから、空隙の数による空隙部分の磁束密度の低下はなく、極めて高密度で高い駆動力が得られる。
それぞれの磁路は、磁束が駆動コイルと直交するよう、磁束の閉ループを構成する重要な役割を持つ。
５０１と６０１は互いに向きが逆の円筒状コイルで一組の駆動コイルを構成する。
５０２と６０２は互いに向きが逆の円筒状コイルで一組の駆動コイルを構成する。
二組の駆動コイルは同じ電流によって同一方向の駆動力を発生する。駆動力の線形度についても第１図と同じである。

１個の音響放射板が二組の駆動コイルに取り付けられる。
または、同心円の内側の組駆動コイルには高音域再生用の音響放射板が取り付けられ、外側の組駆動コイルには低音域再生用の音響放射板が取り付けられる。
図３は駆動系が同心円状に２個設けられているが、一般的には任意の複数個の配列が可能である。

［図４］は本案発明の最も簡素な一実施例の原理説明図である。
［図４］（ａ）は円筒構造の断面を示す。
［図４］（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図４］（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
図４の図１と同番号は同機能である。
図４の図１と異なる点は、円筒状の磁石が分割され配置されていることであり、機能的には第１図と同じである。駆動力の発生原理は図１と同じである。
円筒上の第１磁石は１１から１８の８個の磁石によって構成される。同様に円筒状の第２磁石は２１から２８の８個の磁石によって構成される。磁石を第１図のように１個で円筒状にするか、第４図のように分割したものを組み合わせて円筒状にするかは製造上の都合であって、本案発明の本質とするところではない。

［図５］は本案発明の最も簡素な一実施例の原理説明図である。
［図５］（ａ）は方形構造の断面を示す。
［図５］（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図５］（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
図５の図１と異なる点は、磁石が方形状であって、磁石の配列が方形状である。
駆動力の発生原理は第１図と同じである。
図５の図１と同番号は同機能である。
１１１、１１２、１１３、１１４は方形状の磁石であって、４個とも内側がＳ極の配列である。２１１、２１２、２１３、２１４は方形状の磁石であって、４個とも外側がＮ極である。
３は内側の磁路、４１１、４１２、４１３、４１４は方形状の外側の磁路である。
それぞれの磁路は、磁束が駆動コイルと直交するよう、磁束の閉ループを構成する重要な役割を持つ。

［図６］は方形状の磁石を複数個配列した本案発明の一実施例の原理説明図である。駆動力を平面上に効率よく配列させる場合の実施例である。
［図６］（ａ）は方形構造の断面を示す。
［図６］（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図６］（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
図３は駆動コイルが２個の円筒形であるが、図６は駆動コイルが４個の細長い筒形状である点を除いては類似構造である。駆動力の発生原理は図１と同じである。
｛１０１、２０１｝｛１０２、２０２｝｛１０３、２０３｝｛１０４、２０４｝｛１０５、２０５｝は二つの方形状磁石を互いに逆極性に配置した組み磁石である。
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５の方形状磁石の極性は隣同士が逆向きになるよう構成されている。
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５の方形状磁石の極性は隣同士が逆向きになるよう構成されている。
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６は閉磁路を設けるための方形状の磁路である。それぞれの磁路は、磁束が駆動コイルと直交するよう、磁束の閉ループを構成する重要な役割を持つ。
５０１、５０２、５０３、５０４は同一電流方向の方形状の筒型のコイルである。
６０１、６０２、６０３、６０４は同一電流方向の方形状の筒型のコイルである。
｛５０１、６０１｝｛５０２、６０２｝｛５０３、６０３｝｛５０４、６０４｝はそれぞれ電流の向きが逆の組駆動コイルである。
すべての組みコイルは磁気ギャップの磁束密度との関係で、同一電流により同方向に駆動力を発生する。

［図７］は本案発明の最も簡素な一実施例の原理説明図である。
［図７］（ａ）は方形構造の断面を示す。
［図７］（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図７］（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
［図７］（ｄ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ‘方向から見た図である。
図５の駆動コイルの導線の配列は対称軸面と平行であるが、図７の駆動コイルの導線の配列は対称軸面と垂直である。図５のコイルのループ内に磁路があるが、、図７はコイルのループ内に磁路がない。
図７はコイルのループ内に磁路を含まないので、細身型のスピーカに適した構造である。図７の図５との同番号は同機能である。
１０１、１０２は方形状磁石で、同じ向きに配列されている。２０１、２０２は方形磁石で同じ向きに配列されている。
４０１と４０２は方形状の磁路である。それぞれの磁路は、磁束が駆動コイルと直交するよう、磁束の閉ループを構成する重要な役割を持つ。
｛１０１、２０１｝｛１０２、２０２｝はそれぞれ互いに向きが逆の組駆動コイルである。
５は駆動コイルである。５の駆動コイルの、上側と下側の導線の方向は同一電流で逆向きとなる構造となっていることから、５の駆動コイルに発生する駆動力は同一方向となる。

［図８］は方形状の磁石を複数個配列した本案発明の一実施例の原理説明図である。図８は図７の構造を複数配列し、面状に駆動力を分布させるものである。
［図８］（ａ）は方形構造の断面を示す。
［図８］（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ‘方向から見た図である。
［図８］（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ‘方向から見た図である。
［図８］（ｄ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ‘方向から見た図である。
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、は方形状磁石で、極性が同一方向に配列されている。２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、は方形状磁石で、極性が同一方向に配列されている。
｛１０１、２０１｝｛１０２、２０２｝｛１０３、２０３｝｛１０４、２０４｝｛１０５、２０５｝はそれぞれ逆向きの極性に配置された組磁石である。
４０１、４０２は磁路である。それぞれの磁路は、磁束が駆動コイルと直交するよう、磁束の閉ループを構成する重要な役割を持つ。
５０１、５０２、５０３、５０４、は駆動コイルである。
閉磁路に含む磁路の数が最小であることから、高磁束密度を高密度で得られるスピーカの駆動部に適している。

請求項５は、｛他の請求項は、組駆動コイルが発生する駆動力の方向が逆である｝が、二つの駆動コイルからなる駆動力を逆方向とし、双方の駆動面に音響振動板を設け、双方の音響振動板から同位相の音波を放射させるものである。特に低音放射に適しており、パッシブラジエータと組み合わせて、小型で低音再生の優れたスピーカに最適な駆動方法である。

発明の効果

以上の説明のとおり、スピーカの設計製造に共通した課題である
駆動力の強化、
駆動力の平面分布化、
磁路の構造の簡素化、
磁路の容積の削減、
磁石材料の小容積化、
線形性の改善、
多種多様なスピーカの駆動部の標準部品化の促進
にとって極めて有効である。

｛円筒状、あるいは方形状｝の｛磁石と磁路と駆動コイル｝を組み合わせ、高密度で高性能の駆動力を発生するスピーカへの応用に最適である。
高効率スピーカ
高性能スピーカ
薄型スピーカ
細身型スピーカ
双方向同一位相放射型スピーカ
スピーカ駆動部の標準部品
高性能イヤホン
高性能ヘッドホン

上記に同じ

｛極めて薄い、または、細身｝の高性能のスピーカを簡単な構造で作ることができることから、デザイン重視のＡＶ機器への組み込みに適している。
高効率のスピーカを簡単な構造で作ることができることから、ポータブル型の商品に組み込まれたスピーカの消費電力を大幅に減らすことができることから、より小さい電力増幅器で電池持続時間の長い再生装置を作ることが可能となる。
面分布で強力な駆動力を持つスピーカを簡単な構造でつくることができることから、小型で大音量の低音を再生するＡＶ機器への組み込みに適している。
同じ性能であれば、磁石の体積を減らすことができるので、レアメタルの資源消費の削減に有効である。
駆動部の構造が簡素であり、小スペース、高い駆動力、良好な線形性など、課題の多いファクターを高い水準でクリアーすることから、スピーカの駆動力発生部として、寸法と性能をクラス分けし、標準部品として流通させることができる。
結果として、音響再生機能を持つＡＶ機器の設計工程のなかで、手間暇のかかる音質決定の行程を事務化を促進することができる。

本案発明の一実施例の構造説明図 本案発明の一実施例の構造説明図 本案発明の一実施例の構造説明図 本案発明の一実施例の原理説明図 本案発明の一実施例の原理説明図 本案発明の一実施例の原理説明図 本案発明の一実施例の原理説明図 本案発明の一実施例の原理説明図

Claims (5)

1. 磁気極性が、一つの平面を境に、互いに逆極性となるよう配置した２個一組の磁石を組磁石とし、その平面を対称軸面とし、
   １個または２個の組磁石を有することを第１の特徴とし、
   １個または複数個の組磁石による磁路の形状が、｛対称軸面を境に対象な閉磁路｝に配置されていることを第２の特徴とし、
   ｛組磁石の双方の近傍に設けた｛対象軸面に対し垂直方向｝の磁気ギャップ｝の対称軸面方向の磁力線が互いに逆向きであることを第３の特徴とし、
   磁力線の向きが互いに逆の２個一組の磁気ギャップを組磁気ギャップとし、
   組磁気ギャップのそれぞれに、｛電流の向きが互いに逆の導線｝を有することを第４の特徴とし、
   ２個一組の導線を組駆動コイルとし、
   組駆動コイルに同一電流を流すことによって、駆動コイルのそれぞれの導線に生じる力の方向が同じであることを第５の特徴とし、
   組駆動コイルに音響放射板が取り付けられているところの、第１と第２と第３と第４と第５の特徴を有するスピーカ。
2. 請求項１に定義する、組磁石と組磁気ギャップと組駆動コイルとからなる駆動構造を複数個有し、複数個の駆動コイルに音響放射板が取り付けられていることを第６の特徴とし、
   第６の特徴を有するスピーカ。
3. 請求項１に定義する駆動構造において、
   組磁石の形状が円筒状であることを第７の特徴とし、
   直径の異なる円筒状の組磁石を同心円状に複数個設けたことを第８の特徴とし、
   直径の異なる円筒状の組磁気ギャップを複数個有することを第９の特徴とし、
   直径の異なる円筒状の組磁気ギャップのそれぞれに、同心円状に円筒状の組駆動コイルを有することを第１０の特徴とし、
   複数の組駆動コイルに一つの音響放射板が取り付けられているところの、第７と第８と第９と第１０の特徴を有するスピーカ。
4. 請求項３に定義する複数個の同心円状駆動コイルに２個または３個の同心円状の音響放射板が取り付けられた構造を有することを第１１の特徴とし、
   ２個または３個の音響放射板のそれぞれに異なる再生周波数帯域が割り当てられていることを第１２の特徴とし、
   第１１と第１２の特徴からなる駆動構造を有するスピーカ。
5. 請求項１または２または３または４において、二つのコイルからなる組駆動コイルの電流方向を同方向とすることで、組コイルを構成する二つのコイルの駆動力を逆方向とし、一方の側の駆動コイルに、一つの音響放射板を取り付け、他の一方の駆動コイルに別の音響放射板を取り付けることで、同一電流によって双方の音響放射板が互いに逆向きに動く構造を有することを第１３の特徴とし、
   第１３の特徴を有するスピーカ。

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