JP2018152790A - 磁気回路及びスピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ショートリングを備えたスピーカ装置であって、ショートリングによる磁束密度の低減効果を改善できるスピーカ装置を提供する。【解決手段】スピーカ装置は、音声信号に応じて振動するボイスコイルと、ボイスコイルに連動して振動する振動板と、ボイスコイルを振動させるための磁界を発生させる磁気回路と、を備える。磁気回路（３０ａ）は、円柱状のセンターポール（１９）と、センターポールと隔離して配置され、センターポールとの間の空間において磁気ギャップ（ｇ）を形成するトッププレート（１７）と、トッププレート及びセンターポール内に磁束を発生させるマグネット（２１）と、センターポールの先端部に配置された導体からなるショートリング（２７）と、を備える。ショートリング（２７）の外径はセンターポール（１９）の外径よりも小さい。【選択図】図６

Description

本開示は、電流歪みを低減するためのショートリングを備えたスピーカ用磁気回路及びそれを備えたスピーカ装置に関する。

スピーカ装置は、ボイスコイルに音声信号が入力されて電流が流れることにより、磁気ギャップに配置されたボイスコイルに駆動力が発生し、それにより振動板を振動させることで音声を出力する。このボイスコイルは、インダクタンス素子としても作用するため、周波数が高くなるにつれてそのインピーダンスが上昇し、その結果、電流歪みが発生する。この電流歪みを低減する手段として、良導体からなるショートリングを磁気回路のセンターポールの先端に配置する手法が知られている。ショートリングとしては銅材料で成型したものが知られている。

例えば、特許文献１は、ヨーク中央にセンターポールを備えるスピーカ装置を開示する。このスピーカ装置において、従来例として、センターポールは、ヨークと単一構造のセンターポール下部とこのセンターポール先端に銅リングを配置している例を示している。

特開平３−４４２９６号公報

上記構成によれば、磁気ギャップとして作用する寸法が、銅キャップを配置することで大きくなる。何故なら、ボイスコイルが挿入されるギャップ寸法は一定の寸法が必要であり、銅キャップがない場合に比べて、少なくともその銅キャップの板厚分、センターポールの外形を小さくする必要があるためである。

本開示は、ボイスコイルのインダクタンス成分の影響を低減しつつ磁気ギャップにおける磁束密度を改善できる磁気回路及びそのような磁気回路を備えたスピーカ装置を提供する。

本開示の第１の態様において、磁気回路が提供される。磁気回路は、円柱状のセンターポールと、センターポールと隔離して配置され、センターポールとの間の空間において磁気ギャップを形成するトッププレートと、トッププレート及びセンターポール内の磁束を発生させるマグネットと、センターポールの先端部に配置された導体からなるショートリングと、を備える。ショートリングの外径はセンターポールの外径よりも小さい。

本開示の第２の態様において、上記の磁気回路を備えたスピーカ装置が提供される。スピーカ装置は、音声信号に応じて振動するボイスコイルと、ボイスコイルに連動して振動する振動板と、ボイスコイルを振動させるための磁界を発生させる上記の磁気回路と、を備える。

本開示によれば、ボイスコイルのインダクタンス成分の影響を低減するとともに磁気ギャップにおける磁束密度を改善できる磁気回路及びスピーカ装置を提供できる。

本開示の実施の形態１のスピーカ装置の断面図 実施の形態１の磁気回路の分解図 実施の形態１における、組み立てられた状態の磁気回路の斜視図 ボビンが取り付けられた磁気回路の斜視図 実施の形態１の磁気回路の断面図 実施の形態１の磁気回路における銅キャップとセンターポールの位置関係を説明するための図 本開示の実施の形態２のスピーカ装置における磁気回路の断面図 実施の形態２の磁気回路の構成部品を展開した図 実施の形態２における、組み立てられた状態の磁気回路の斜視図 従来のスピーカ装置における磁気回路の断面図 磁気回路における最大磁束密度のシミュレーション結果を示す図 磁気回路のおける磁束分布のシミュレーション結果を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（本開示に至った経緯）
図１０は、スピーカ装置における一般的な磁気回路の断面図である。図１０に示すように磁気回路３０は、トッププレート１７と、ボトムプレート１８（ヨーク）と、マグネット２１とを含む。ボトムプレート１８（ヨーク）はその中央部に円柱状のセンターポール１９を有する。センターポール１９の先端部の外周にリング状の銅キャップ２７が配置されている。トッププレート１７、ボトムプレート１８，センターポール１９、及び銅キャップ２７は、それぞれの中心が互いに一致するよう同軸配置される。トッププレート１７と、それに対向するセンターポール１９の領域との間に磁気ギャップｇが形成される。この磁気ギャップｇ内にボイスコイル（図示せず）が配置される。

ボイスコイルに電流が流れると、ボイスコイルとは逆方向の渦電流が銅キャップ２７内で発生し、これにより、ボイスコイルのインダクタ成分をキャンセルできる。しかし、磁気ギャップ内に非磁性体の銅キャップ２７を配置することで、少なくとも銅キャップの板厚分、センターポール１９の外形を小さくすることが必要になり、結果的に磁気ギャップが広くなるため磁束密度が低下し、音響変換効率が低下するという課題がある。

この課題を解決するため、本願発明者は銅キャップの配置と磁気回路における磁束について調査したところ以下の知見を得た。

本願発明者は、図１０に示す磁気回路において銅キャップ２７の外径を複数段に変化させたときの磁束分布及び最大磁束密度を計算（シミュレーション）した。

図１１は、銅キャップ２７の外径を様々に変化させたときに得られる磁気回路における最大磁束密度の計算（シミュレーション）結果を示した表である。ここで、ｄは銅キャップ２７の外径であり、Ｄはセンターポール１９の外径である。

図１１の表では、対比のため、銅キャップ２７を設けなかった場合についての結果も示している。銅キャップ２７を設けた場合については、銅キャップ２７の外径を、１．０Ｄ、０．９Ｄ、０．８Ｄ、０．７Ｄ、０．６Ｄに設定したときの最大磁束密度の値を示している。また、表では、各銅キャップの各外径について、銅キャップ２７を設けなかった場合の最大磁束密度を基準とした減衰率も合わせて示している。ここで、銅キャップ２７はセンターポール１９と同軸に配置されていることから、銅キャップ２７の外径を小さくすることは、銅キャップ２７の外周面の位置を、センターポール１９の内周側に移動させることを意味する。すなわち、図１１の表は、銅キャップ２７の位置をセンターポール１９の内周側に移動させたときの最大磁束密度の変化を示していると言える。

図１１の表を参照すると、銅キャップ２７を設けた場合に、銅キャップ２７の外径を小さくするほど、換言すれば、銅キャップ２７をセンターポール１９の内周側（中心軸側）に配置するほど、最大磁束密度の値が増加しているのが分かる。すなわち、銅キャップ２７を設けた場合、銅キャップ２７をセンターポール１９の内周側（中心軸側）に配置するほど、高い磁束密度が得られることがわかる。

図１２は、センターポール１９の外径Ｄよりも小さい外径ｄ（ｄ＜１．０Ｄ）を有する銅キャップ２７を設けた場合の磁束分布を示した図である。図１２を参照すると、トッププレート１７とセンターポール１９の間の磁気ギャップｇにおいて平行な磁束が発生していることがわかる。また、磁気ギャップ外部の上側と下側で非対称の磁界が発生していることがわかる。

本願発明者は、上記の結果から、銅キャップ２７の外径を小さくするほど、換言すれば、銅キャップ２７の外周面をセンターポール１９の外周面から離した位置に配置するほど（すなわち、センターポール１９の中心軸に近づけるほど）、より大きな磁束密度が得られるという知見を得た。そして、本願発明者は、そのような知見に基づいて、後述するように、銅キャップ２７をセンターポール１９の外周面から離れた位置（内側）に配置した磁気回路を考案した（図５、図７参照）。

以下、本開示に係る磁気回路及びその磁気回路を備えたスピーカ装置の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１にかかるスピーカ装置の中心軸を通る面で切断した断面図である。図１に示すように、スピーカ装置１０は、空気振動を生成するための振動板１３を備える。振動板１３は、エッジ１２を介してフレーム１１に取り付けられている。また、振動板１３はボビン３５の一端側に接続されている。ボビン３５の他端側の周囲にはボイスコイル２３が取り付けられている。ボビン３５はダンパ１５を介してフレーム１１に連結されている。

スピーカ装置１０はさらにボイスコイル２３を駆動するための磁気回路３０ａを備える。磁気回路３０ａは、トッププレート１７と、マグネット２１と、ボトムプレート１８（ヨーク）と、を備える。ボトムプレート１８は円形平板状であり、その中央に円柱状のセンターポール１９を有する。マグネット２１はリング形状を有し、トッププレート１７とボトムプレート１８の間に配置される。マグネット２１は例えばバリウム、ストロンチウムとフェライトなどからなる焼結合金で形成される。トッププレート１７及びボトムプレート１８は磁性体（例えば、鉄）で形成される。

センターポール１９の先端部には、非磁性体である銅キャップ２７と、磁性体からなるサブプレート２５ａが配置される（詳細は後述）。

ボイスコイル２３は、トッププレート１７と対向した位置に配置される。ボイスコイル２３は、音声信号が入力されると、トッププレート１７とセンターポール１９とが対向した空間における磁気ギャップｇに生じる磁界の影響を受けて振動し、それにより振動板１３を振動させて音を出力する。

図２は、磁気回路３０ａの分解図である。磁気回路３０ａは、トッププレート１７と、マグネット２１と、ボトムプレート１８と、銅キャップ２７と、円形平板のサブプレート２５ａと、を備える。トッププレート１７、マグネット２１と、銅キャップ２７はリング状の形状を有する。

銅キャップ２７は、ボイスコイル２３におけるインダクタンスの影響を低減し、電流歪みを低減するためのショートリングとして機能する。銅キャップ２７は、中央に開口を有するリング状の平板部と、その平板部の外周に沿って平板部に直交する方向に突出した周壁部とを備える。

センターポール１９はその先端部に円形状の凹部１９ａを有している。この凹部１９ａ内に銅キャップ２７が配置される。さらに、銅キャップ２７の内側、すなわち、銅キャップ２７の平板部と周壁部で囲まれる空間において、円形平板状のサブプレート２５ａが配置される。

図３は組み立てられた状態の磁気回路３０ａの斜視図である。図３に示すように、トッププレート１７、銅キャップ２７、サブプレート２５ａ、マグネット２１、及びセンターポール１９及びボトムプレート１８は、それらの中心が同軸上になるように重ねて配置される。

図４は、ボビン３５が取り付けられた状態の磁気回路３０ａを示す斜視図である。ボビン３５はその周囲にボイスコイル２３が取り付けられる。ボビン３５の一部が磁気回路３０ａの磁気ギャップｇ内に挿入される。

図５は、磁気回路３０ａをセンターポール１９の中心線を通る平面で切断したときの磁気回路３０ａの断面図である。なお、磁気回路３０ａの断面は左右対称であるため、図５は左半分の断面を示している。同図に示すように、銅キャップ２７は、センターポール１９の先端部において、センターポール１９内に埋設されて配置される。具体的には、センターポール１９の先端部の凹部１９ａにおいて銅キャップ２７が配置され、さらに銅キャップ２７の内周側にサブプレート２５ａが配置されている。

特に、銅キャップ２７は、センターポール１９の外周面からよりセンターポール１９の中心軸に近い位置に配置されている。すなわち、図６に示すように、銅キャップ２７は、センターポール１９の半径方向においてセンターポール１９の外周面の位置Ｐ０よりもセンターポール１９の中心側に近い位置Ｐ１に配置される。銅キャップ２７のこのような配置により磁気ギャップｇに発生させる磁束密度を大きくすることができる（図１１参照）。

［１−２．効果等］
以上のように本実施の形態のスピーカ装置１０は、音声信号に応じて振動するボイスコイル２３と、ボイスコイル２３に連動して振動する振動板１３と、ボイスコイル２３を振動させるための磁界を発生させる磁気回路３０ａと、を備える。

磁気回路３０ａは、円柱状のセンターポール１９と、センターポール１９と隔離して配置され、センターポールとの間の空間において磁気ギャップｇを形成するトッププレート１７と、トッププレート１７及びセンターポール１９内の磁束を発生させるマグネット２１と、センターポール１９の先端部に配置された導体からなる銅キャップ２７（ショートリングの一例）と、を備える。銅キャップ２７の外径（Ｐ１）はセンターポール１９の外径（Ｐ０）よりも小さい。すなわち、銅キャップ２７がセンターポール１９の先端部において埋設されて配置される。

銅キャップ２７の外形がセンターポール１９の外径（Ｐ０）よりも小さくすることで、磁気ギャップに発生させる磁束密度の値を大きくすることができる（図１１の表参照）。よって、本実施の形態の磁気回路３０ａ及びスピーカ装置１０によれば、銅キャップ２７によりボイスコイル２３のインダクタンスの影響を低減して電流歪みを低減できるとともに、磁気ギャップｇにおいて高い磁束密度を得ることができ音響変換効率を改善できる。なお、銅キャップ２７の外形が小さくなればボイスコイルのインダクタンス打消し効果が減少するため、寸法の設定においては磁束密度の保持度合いとインダクタンスの打ち消し度合いの両方を確認しながら設定する必要がある。

（実施の形態２）
本開示のスピーカ装置の別の実施の形態を説明する。本実施の形態のスピーカ装置は、実施の形態１のものと磁気回路の構成が異なる。本実施の形態の磁気回路は組み立て易さにおいて実施の形態１のものより優れている。

図７（Ａ）は、実施の形態２のスピーカ装置における磁気回路３０ｂの断面図である。図７（Ｂ）は、センターポール１９の中心軸を通る平面で切断したときのセンターポール１９の断面を示す図である。図８は、実施の形態２の磁気回路３０ｂの分解図である。図９は、実施の形態２における組み立てられた磁気回路３０ｂの斜視図である。

図７（Ａ）、図８に示すように、磁気回路３０ｂは、トッププレート１７と、リング状磁性体２５ｂと、リング状銅キャップ２７と、マグネット２１と、センターポール１９が設けられたボトムプレートとで構成される。リング状磁性体２５ｂは例えば鉄で形成される。

図７（Ｂ）に示すように、センターポール１９はその先端部において円筒状の凸部１９ｂを有している。すなわち、センターポール１９は凸状の断面を有する。センターポール１９の先端部の凸部１９ｂの外径Ｄ１は、先端部以外の部分の外径Ｄ０よりも小さくなっている。

銅キャップ２７の内側にセンターポール１９先端の凸部１９ｂが接するように銅キャップ２７が配置される。さらに、銅キャップ２７の外側においてリング状磁性体２５ｂが配置される。

このとき、図７（Ａ）に示すように、センターポール１９の半径方向において、銅キャップ２７の外周面の位置Ｐ１は、センターポール１９本体の外周面の位置Ｐ０よりも内周側になる。また、リング状磁性体２５ｂの外周面の位置Ｐ２は、センターポール１９本体の外周面の位置Ｐ０よりも外周側となる。リング状磁性体２５ｂの外径を変化させることで磁気ギャップｇの間隔を適宜調整することができる。センターポール１９、リング状磁性体２５ｂをこのような形状にすることで、トッププレート１７とリング状磁性体２５ｂとの間で発生する磁束の非対称性（図１２における磁気ギャップｇの上下方向の非対称性）を改善できる。

本実施の形態においても、銅キャップ２７の外周面の位置Ｐ１がセンターポール１９の外周面の位置Ｐ０よりも内周側になるように、銅キャップ２７を配置している。このため、実施の形態１と同様に磁束密度の強度を改善できる。すなわち、銅キャップ２７により、ボイスコイル２３のインダクタ成分の影響を低減できるとともに磁束密度を得ることができる。さらに、磁気ギャップｇ外側に現れる磁束の非対称性を改善することが可能となるため、非対称性に伴う歪を低減することができる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

上記の実施の形態では、ショートリングの材料として銅を用いたが、これに限定されない。ショートリングは導電性の良い材料で形成されればよく、他の材料（例えば、アルミニウム等の金属）でもよい。

上記の実施の形態で示したトッププレート１７、センターポール１９（ボトムプレート１８）、マグネット２１、サブプレート２５ａ、リング状磁性体２５ｂの材料は一例であり、上述のものに限定されるものではなく、他の磁性材料を使用してもよい。また、これらの部材の形状も、上述した形状に限定されるものではない。

実施の形態１において銅キャップ２７に隣接してサブプレート２５ａを配置したが、サブプレート２５ａは配置しなくてもよい。

上記の実施の形態の思想は、種々の音域のスピーカ装置（ツイータ、ミッドレンジ、ウーファ、フルレンジ）に適用することができる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示の磁気回路によれば、ボイスコイルによるインダクタンス成分を低減できるとともに、磁気ギャップにおける磁束密度の低下を抑制できるため、スピーカ装置に有用である。

１０ スピーカ装置
１７ トッププレート
１８ ボトムプレート
１９ センターポール
１９ａ センターポールの凹部
１９ｂ センターポールの凸状部
２１ マグネット
２３ ボイスコイル
２５ａ サブプレート
２５ｂ リング状磁性体
２７ 銅キャップ
３０、３０ａ、３０ｂ 磁気回路

Claims (5)

1. 円柱状のセンターポールと、
   前記センターポールと隔離して配置され、前記センターポールとの間の空間において磁気ギャップを形成するトッププレートと、
   前記トッププレート及びセンターポール内に磁束を発生させるマグネットと、
   前記センターポールの先端部に配置された非磁性体からなるショートリングと、を備え、
   前記ショートリングの外径が前記センターポールの外径よりも小さい
   磁気回路。
2. 前記センターポールはその先端部において凹部が設けられ、前記凹部内に前記ショートリングが配置され、さらに前記ショートリングの内側に磁性体で形成されるサブプレートが配置された、
   請求項１記載の磁気回路。
3. 前記センターポールはその先端部の断面形状が凸状であり、
   前記センターポールの凸状部分の外側に前記ショートリングを配置し、前記ショートリングの外側にさらにリング状の磁性体を配置し、
   前記磁性体の外径は前記センターポールの外径よりも大きい、
   請求項１記載の磁気回路。
4. 前記ショートリングは銅キャップである、請求項１記載の磁気回路。
5. 音声信号に応じて振動するボイスコイルと、
   前記ボイスコイルに連動して振動する振動板と、
   前記ボイスコイルを振動させるための磁界を発生させる、請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気回路と、
   を備えたスピーカ装置。

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