JP2019054389A - スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 ボイスコイルの発熱による磁気ギャップ周辺の温度上昇を抑制できるスピーカを提供する。【解決手段】 スピーカ１は、第１部材であるトップヨーク１３の前端部１３ａと、第２部材であるフレーム３の後方部分３ｂの後端部３ｃとの間にスペーサ２３が介在して、間隔δの隙間による空気通路Ｐが形成されている。ボビン４と振動板５が前後方向に振動すると、ボイスコイル６に対向する空気通路Ｐを経て、磁気ギャップＧ周辺の空間と外部との間に空気流Ａが形成され、ボイスコイル６が周囲の全周にわたって冷却される。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイスコイルの発熱による温度上昇を抑制できる構造のスピーカに関する。

特許文献１と特許文献２に、ボイスコイルの発熱による温度上昇を抑制することを目的としたスピーカの発明が記載されている。

特許文献１の記載されているスピーカは、磁気回路部が、バックプレートと、バックプレートの中央部のセンターポールと、バックプレートの外周部に固定されたマグネットと、マグネットの前方のトッププレートとで構成されている。センターポールの外周面とトッププレートの内周面との間に磁気ギャップが形成され、ボビンに巻かれたボイスコイルが、磁気ギャップ内に位置している。

特許文献１の図５に記載されている実施形態は、トッププレートのマグネットへの接着面に４方向へ放射状に延びる放熱用の溝部が形成されている。スピーカは、ボイスコイルと共に振動板が前後に振動して発音するが、このとき、ボイスコイルの周辺の空間部に滞留していた熱が、前記溝部から外方へ放出されるものと説明されている。

特許文献２の図１に記載されているスピーカは、主磁石の前方に固定されたプレートと、振動板を支持している鉄製のフレームとの間に、非磁性材料で形成された円板状の間隔片が挟まれている。この間隔片を設けることで、プレートとフレームとの取付け面からの漏れ磁束を減少させている。そして、前記間隔片には、フレームとの取付け面に、放射方向に延びる複数の溝が形成されており、振動板が前後に振動したときに、複数の溝から外気を流入し、ボイスコイルを冷却するものとなっている。

特開平８−１０２９９４号公報 実開昭６４−４０９９５号公報

特許文献１と特許文献２に記載のスピーカは、磁性材料製のプレートまたは非磁性材料製の間隔片に放熱用の溝が形成されているが、この構造では以下の課題が発生する。
（１）複数本の細くて浅い溝で冷却のための空気流を形成しているため、放熱効果が十分ではなく、溝が形成されている場所と溝が形成されていない場所とで、前記空間部に放熱ムラが発生しやすい。
（２）振動板が前後方向に振動するときに、空気が、細くて浅い溝内を通過するため、振動板の振幅が大きくなると、空気が溝内を通過する際に流速が大きくなって吸気音および排気音が大きくなり、この吸気音および排気音がエアノイズとして外部に漏れやすい。
（３）特許文献１のスピーカでは、プレートに複数の溝を加工しなくてはならず、特許文献２のスピーカでは間隔片に複数の溝を加工しなくてはならないため、加工コストが高くなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、空気流を形成する空気通路を、ボイスコイルに全周で対向させることで、十分な放熱効果を期待でき、またエアノイズを低減できるスピーカを提供することを目的としている。

本発明は、フレームおよび前記フレームに固定された磁気回路部を含む支持体と、前記フレームに前後方向に振動自在に支持された振動板と、前記振動板に固定されたボビンと、前記ボビンに巻かれて前記磁気回路部に形成された磁気ギャップ内に位置するボイスコイルと、を有するスピーカにおいて、
前記支持体を構成する第１部材および前記第１部材の前方に位置する第２部材が設けられ、前記第１部材が前方を向く前端部を有し、前記第２部材が後方を向く後端部を有しており、
前記第１部材と前記第２部材は、前記前端部と前記後端部とが前後方向に離間し隙間を空けて固定されており、少なくとも前記ボビンが前後方向の中立位置に静止しているときに、前記隙間が、前記ボイスコイルの外周に対向していることを特徴とするものである。

本発明のスピーカは、前記隙間を、前記ボイスコイルの巻き中心線の回りの３６０度の範囲で、前記ボイスコイルに対向させることが可能である。

本発明のスピーカは、前記第１部材の前記前端部と前記第２部材の前記後端部が、共に平坦面であることが好ましい。ただし、前記前端面と前記後端面の少なくとも一方が凹凸形状であってもよいし、溝が形成されていてもよい。

本発明のスピーカは、前記第１部材が、前記磁気回路部を構成するヨークであり、前記第２部材が、前記フレームの一部であることが好ましい。

本発明のスピーカは、前記前端部と前後端部との間にスペーサを介在させて、前記第１部材と前記第２部材とを固定することで構成できる。
例えば、前記スペーサは、前記ボイスコイルの巻き中心線の回りに間隔を空けて複数設けられる。

または本発明のスピーカは、前記前端部と前後端部との間に隙間を形成した状態で、前記第１部材と前記第２部材とを固定部材によって互いに固定することで構成できる。

本発明のスピーカは、支持体を構成する部材に溝などを加工する必要がなく、ボイスコイルの外周に広い範囲で対向する隙間を形成することができる。ボイスコイルのほぼ全周に対向する隙間は開口容積が広いため、振動板が振動するときに、ボイスコイルから発せられた熱を外部へ放出しやすくなる。また、振動板が振動するときの吸気音と排気音を小さくでき、外部に漏れ出るエアノイズを低減できるようになる。

本発明の第１実施形態のスピーカを、発音側を上に向けた状態で示す断面図、 図１に示すスピーカの支持体を構成する部材の一部を、図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した部分分解斜視図、 本発明の第２実施形態のスピーカを、発音側を上に向けた状態で示す断面図、

図１に本発明の第１実施形態のスピーカ１が示されている。
スピーカ１は、フレーム３と、フレーム３の後方（Ｚ２方向）に固定された磁気回路部１０とを有しており、フレーム３と磁気回路部１０とで支持体２が構成されている。

フレーム３は非磁性材料または磁性材料で形成されており、金属を使用したダイキャスト法、あるいは合成樹脂を使用した射出成型、または金属板を使用した板金加工などで形成されている。

磁気回路部１０は、中心に位置するセンターポール１１と、センターポール１１の後方（Ｚ２方向）に固定されたボトムヨーク１２と、ボトムヨーク１２の外周部分の前方（Ｚ１方向）に対向するトップヨーク１３と、ボトムヨーク１２とトップヨーク１３との間に固定されたマグネット１４とで構成されている。センターポール１１とボトムヨーク１２およびトップヨーク１３は磁性金属材料で形成されている。マグネット１４はリング状の永久磁石であり、中心穴内にセンターポール１１が位置している。マグネット１４は、前方に向く面（Ｚ１側の表面）と後方に向く面（Ｚ２側の表面）とが、異なる磁極に着磁されている。センターポール１１の外周面と、トップヨーク１３の内周面との対向部に磁気ギャップＧが形成されている。

フレーム３と磁気回路部１０とで構成される支持体２の内部に、ボビン４と振動板５が配置されている。

ボビン４は断面が真円の筒体であり、中空である。ボビン４は、紙製または紙と合成樹脂との合成材料で形成されている。あるいはボビンは合成樹脂材料で形成されている。ボビン４の後方部分（Ｚ２側）に、ボイスコイル６が設けられており、ボビン４とボイスコイル６が前記磁気ギャップＧ内に位置している。ボイスコイル６は被覆導線であるコイル線材が、ボビン４の外周に複数ターン巻かれることで形成されている。

図１に、ボイスコイル６の巻き中心線Ｏが示されている。この巻き中心線Ｏは、スピーカ１の前後方向に延びる中心線と一致している。

振動板５はいわゆるコーン形状であり、紙製または紙と合成樹脂との合成材料で形成されている。あるいは振動板５は合成樹脂材料で形成されている。ボビン４のＺ１側の端部の外周面に、振動板５の内周部５ａが接着されて固定されている。フレーム３のＺ１側の縁部３ａと、振動板５の外周部５ｂとの間にエッジ部材７が設けられている。エッジ部材７は柔軟に変形できるよう布材や発泡樹脂材料、またはそれらの組み合わせ材料で形成されている。振動板５のＺ２側の内面にキャップ部材８が固定されている。キャップ部材８により、ボビン４の前方（Ｚ１方向）に向く開口部が前方から塞がれている。

ボビン４のＺ１側の外周面と、フレーム３のＺ２側の内面との間にダンパー部材９が設けられている。ダンパー部材９は、布材、または布材と合成樹脂との合成材料、あるいは合成樹脂材料で形成されて、ダンパー部材９が非通気性となっている。ダンパー部材９はコルゲート加工されており、断面が波形状である。

図１に示すスピーカ１は、磁気回路部１０を構成する部材であるトップヨーク１３の前方（Ｚ１方向）に向く前端部１３ａと、フレーム３の後方部分３ｂの後方（Ｚ２方向）に向く後端部３ｃとの間に、前後方向の間隔がδとなる隙間が形成されており、この隙間が空気通路Ｐとなっている。図１に示す第１実施形態では、トップヨーク１３が、支持体２を構成する第１部材であり、フレーム３の後方部分３ｂが、支持体２を構成する第２部材である。前述のように、支持体２は、フレーム３と磁気回路部１０とで構成されている。

図２に示すように、第１部材であるトップヨーク１３の前端部１３ａと、第２部材であるフレーム３の後方部分３ｂの後端部３ｃは、共に平坦面である。トップヨーク１３の前端部１３ａの複数箇所に雌ねじ穴２１が形成されている。雌ねじ穴２１は、巻き中心線Ｏを中心とする円周方向に向けて１２０度の角度間隔で形成されている。フレーム３の後方部分３ｂの底部に取付け穴２２が形成されている。取付け穴２２も、巻き中心線Ｏを中心とする円周方向へ向けて１２０度の角度間隔で形成されている。トップヨーク１３の前端部１３ａと、フレーム３の後方部分３ｂの後端部３ｃとの間に、複数のリング状のスペーサ２３が挟まれている。それぞれの取付け穴２２に、前方から固定ねじ２４が挿入される。固定ねじ２４は、スペーサ２３の中心穴に挿入され、固定ねじ２４の先部の雄ねじ部が雌ねじ穴２１に螺着されている。

図１に示すように、固定ねじ２４が締め付けられると、トップヨーク１３の前端部１３ａと、フレーム３の後方部分３ｂの後端部３ｃとの隙間が間隔δに保たれて、前記空気通路Ｐが形成される。この空気通路Ｐの前後方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の幅寸法（隙間の間隔）δは、スペーサ２３の厚さ寸法で決められる。

ボイスコイル６にボイス電流が流されておらず、エッジ部材７とダンパー部材９とで支持されたボビン４および振動板５が前後方向（Ｚ１−Ｚ２方向）の中立位置に静止しているときに、空気通路Ｐが、ボイスコイル６の外周に対向している。すなわち、ボビン４と振動板５とが中立位置のときに、フレーム３の後方部分３ｂの後端部３ｃが、ボイスコイル６のＺ１側の端部６ａよりもＺ２側に位置し、トップヨーク１３の前端部１３ａが、ボイスコイル６のＺ２側の端部６ｂよりもＺ１側に位置している。

また、ボイスコイル６にボイス電流が流されて、ボビン４と振動板５が前後方向へ最大振幅で振動したときも、ボイスコイル６の外周部に空気通路Ｐが常に対向することが好ましい。

空気通路Ｐは、ボイスコイル６の巻き中心線Ｏを中心とする３６０度の全周でボイスコイル６の外周に対向している。図１において、スペーサ２３の左右方向の幅寸法（直径）は、前端部１３ａと後端部３ｃとの対向領域の左右方向の幅寸法Ｗよりも十分に小さく、スペーサ２３の幅寸法（直径）は、対向領域の幅寸法Ｗの１／３以下で、好ましくは１／４以下である。また、スペーサ２３の、巻き中心線Ｏを中心とする円周方向での配置数は、多くとも６個であり、好ましくは４個、さらに好ましくは第１実施形態のように３個である。

巻き中心線Ｏと直交する平面で見たときに、複数のスペーサ２３の占める面積は、前端部１３ａと後端部３ｃとの対向領域の全体の面積に比べて十分に狭くなっており、空気通路Ｐは、複数のスペーサ２３の面積を除く、前端部１３ａと後端部３ｃとの対向領域の面積の全域を占める広さを有している。空気通路Ｐを巻き中心線Ｏの周囲全周にわたって形成できるため、トップヨーク１３の前端部１３ａとフレーム３の後方部分３ｂの後端部３ｃとの前後方向の隙間の間隔δを狭くしても、空気通路Ｐの開口容積を広くでき、ボイスコイル６が位置する磁気ギャップＧと外気との間で換気を効果的に行なえるようになる。

図１に示す第１実施形態のスピーカ１は、ボビン４に巻かれたボイスコイル６にボイス電流が与えられると、磁気ギャップＧにおいて、センターポール１１とトップヨーク１３との間を横断する磁界と前記ボイス電流とで電磁力（磁気エネルギー）が誘導されて、ボイスコイル６のＺ１−Ｚ２方向の運動エネルギーに変換される。この運動エネルギーがボビン４から振動板５に伝達される。振動板５は、ダンパー部材９とエッジ部材７の変形に応じて前後方向へ振動し、音響エネルギーが前方（Ｚ１方向）の空間に放出される。

ダンパー部材９が非通気性の材料で形成されているため、前方のダンパー部材９と後方のボトムヨーク１２との間で、且つボビン４の外周側が、前記空気通路Ｐを除いてほぼ密閉された空間Ｓとなっている。また、ボビン４の内部空間も、前方からキャップ８で塞がれている。そのため、ボビン４と振動板５とが前後方向に振動すると、前記空間Ｓの内部圧力が変動し、図１に示すように、空気通路Ｐを通じて、空間Ｓの磁気ギャップＧ周辺と外気との間で空気流Ａが形成される。空気通路Ｐはボイスコイル６の外周部の全周にわたって対向している。よって、ボイスコイル６が空気流Ａによって全体的に冷却されるようになり、磁気ギャップＧの周辺では、円周方向において熱量が偏在することなく冷却効果を得ることができる。また、溝などを用いている従来例と比較して、空気流Ａの流速を抑えることができ、エアノイズの発生を低減できるようになる。

図３に本発明の第２実施形態のスピーカ１０１が示されている。このスピーカ１０１を構成する部材のうち、図１に示すスピーカ１と同じ部材には同じ符号を付している。図３に示すスピーカ１０１は、フレーム１０３と磁気回路部１１０および固定部材３０とで支持体１０２が構成されている。

図３に示す磁気回路部１１０は、凹筒状に形成されたボトムヨーク１１２を有している。ボトムヨーク１１２の中央部の前面に磁石１１４が固定され、磁石１１４の前方にセンターポール１１１が固定されている。磁石１１４は円柱形状であり、前方（Ｚ１方向）に向く面と、後方（Ｚ２方向）に向く面とが異なる磁極に着磁されている。ボトムヨーク１１２に形成された筒状部１１３の内周面と、センターポール１１１の外周面との間に磁気ギャップＧが形成されている。ボビン４に巻かれたボイスコイル６は、磁気ギャップＧ内に配置されている。センターポール１１１とボトムヨーク１１２は磁性金属材料で形成されている。

フレーム１０３は、前方部分１０３ａと後方部分１０３ｂとに分割されている。ボビン４とフレーム１０３との間に、非通気性のダンパー部材９が設けられているが、ダンパー部材９の外周部は、前方部分１０３ａと後方部分１０３ｂとの間に挟まれて固定されている。また、フレーム１０３の前方部分１０３ａの縁部１０３ｃと、振動板５の外周部５ｂとの間にエッジ部材７が設けられている。

第２実施形態のスピーカ１０１では、ボトムヨーク１１２の筒状部１１３が、支持体１０２を構成する第１部材として機能し、フレーム１０３の後方部分１０３ｂが第２部材として機能している。

磁気回路部１１０を構成するボトムヨーク１１２と、フレーム１０３の後方部分１０３ｂは、固定部材３０で保持されて固定されている。固定部材３０は非磁性材料の金属または合成樹脂材料で形成されることが好ましい。第１部材として機能するボトムヨーク１１２の筒状部１１３は前端部１１３ａを有しており、第２部材として機能するフレーム１０３の後方部分１０３ｂは後端部１０３ｄを有している。ボトムヨーク１１２と後方部分１０３ｂは、前端部１１３ａと後端部１０３ｄとが前後方向に間隔δの隙間を開けた状態で、前記固定部材３０に固定されている。

間隔δの隙間の内部は、前端部１１３ａと後端部１０３ｄとの対向領域の全域において障害物の存在しない空気通路Ｐとなっている。空気通路Ｐは、巻き中心線Ｏを中心とする３６０度の全周において、ボイスコイル６の外周に対向している。

固定部材３０には、複数の開口部３１が形成されている。開口部３１は、フレーム１０３の後方部分１０３ｂのＺ２側の後端部よりもさらに後方（Ｚ２方向）に離れた箇所に開口している。前記空気通路Ｐは、開口部３１を経て外気に通じている。

図３に示すスピーカ１０１において、ボビン４と振動板５が前後方向に振動すると、ボビン４の外周側で且つダンパー部材９とボトムヨーク１１２とで囲まれた空間Ｓの圧力が変化し、前端部１１３ａと後端部１０３ｄとの間の空気通路Ｐおよび固定部材３０の開口部３１を経て、空間Ｓと外部との間で空気流Ａが形成される。前端部１１３ａと後端部１０３ｄとの間の空気通路Ｐは、巻き中心線Ｏを中心とする３６０度の全周でボイスコイル６に対向して、その開口容積が大きくなっているため、ボイスコイル６の発熱による磁気ギャップＧ内の温度上昇を効果的に抑制できる。

なお、支持体２，１０２の構成部材である第１部材と第２部材は、ヨークやフレームの一部に限られず、他の部品を追加してその部品を第１部材または第２部材としてもよい。

また、第１部材の前端部と第２部材の後端部は平坦面であることが好ましいが、前端面と後端面とが前後方向に間隔を空けていれば、隙間を介して対向する前端部と後端部の少なくとも一方に凹凸が形成され、または浅い溝などが形成されていてもよい。

１ スピーカ
２ 支持体
３ フレーム
３ｂ 後方部分（第２部材）
３ｃ 後端部
４ ボビン
５ 振動板
６ ボイスコイル
１０ 磁気回路部
１３ トップヨーク（第１部材）
１３ａ 前端部
２３ スペーサ
３０ 固定部材
３１ 開口部
１０１ スピーカ
１０３ フレーム
１０３ｂ 後方部分（第２部材）
１０３ｄ 後端部
１１０ 磁気回路部
１１２ ボトムヨーク
１１３ 筒状部（第１部材）
１１３ａ 前端部
Ａ 空気流
Ｇ 磁気ギャップ
Ｏ 巻き中心線
Ｐ 空気通路

Claims (7)

1. フレームおよび前記フレームに固定された磁気回路部を含む支持体と、前記フレームに前後方向に振動自在に支持された振動板と、前記振動板に固定されたボビンと、前記ボビンに巻かれて前記磁気回路部に形成された磁気ギャップ内に位置するボイスコイルと、を有するスピーカにおいて、
   前記支持体を構成する第１部材および前記第１部材の前方に位置する第２部材が設けられ、前記第１部材が前方を向く前端部を有し、前記第２部材が後方を向く後端部を有しており、
   前記第１部材と前記第２部材は、前記前端部と前記後端部とが前後方向に離間し隙間を空けて固定されており、少なくとも前記ボビンが前後方向の中立位置に静止しているときに、前記隙間が、前記ボイスコイルの外周に対向していることを特徴とするスピーカ。
2. 前記隙間は、前記ボイスコイルの巻き中心線の回りの３６０度の範囲で前記ボイスコイルに対向している請求項１記載のスピーカ。
3. 前記第１部材の前記前端部と前記第２部材の前記後端部は、共に平坦面である請求項１または２記載のスピーカ。
4. 前記第１部材は、前記磁気回路部を構成するヨークであり、前記第２部材は、前記フレームの一部である請求項１ないし３のいずれかに記載のスピーカ。
5. 前記前端部と前後端部との間にスペーサを介在させて、前記第１部材と前記第２部材とが固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載のスピーカ。
6. 前記スペーサは、前記ボイスコイルの巻き中心線の回りに間隔を空けて複数設けられている請求項５記載のスピーカ。
7. 前記前端部と前後端部との間に隙間を形成した状態で、前記第１部材と前記第２部材とが固定部材によって互いに固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載のスピーカ。

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