JP3899940B2 - スピーカ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁石を磁気的に反発させた磁気回路を有する動電型のスピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音響機器等の省スペース化に伴い、これらに搭載されるスピーカも小型軽量化の要求が高まっている。スピーカの小型軽量化には磁気回路の小型化が有効であるため、エネルギー積の高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石が用いられることが多くなっている。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は高価であるためコスト面からも磁気回路は高効率であることが要求される。また、特に車載用スピーカでは可聴帯域全体を再生するフルレンジスピーカが数多く使用されている。
【０００３】
ここで、従来のスピーカについて図５を用いて簡単に説明する。図中の２１はトッププレート、２２は垂直方向に着磁された磁石、２３はアンダープレート、２４はヨーク、２５はボイスコイル、２６はボイスコイルボビン、２７は振動板、２８はエッジ、２９はダンパー、３０はフレーム、３１はダストキャップである。トッププレート２１の外周部とヨーク２４の内周面とで磁気回路を実現するには、磁石２２の直径を少なくとも磁気空隙を形成するトッププレート２１の径までとして、トッププレート２１から磁束が磁気空隙に漏れ出る構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造のスピーカを、フルレンジスピーカとするためにはボイスコイル２５とボイスコイルボビン２６とダストキャップ３１から構成される振動系が軽量であることが必要であるため、ボイスコイル２５も軽量でなければならない。ボイスコイル２５の直流抵抗を一定にしてボイスコイル２５を軽量化するには細い線径で短い線長となる。ボイスコイル２５は磁気空隙に存在し、電気信号に応じて駆動力を発生し、ボイスコイルボビン２６を通じて駆動力を振動板２７に伝達するものであるから、高効率の内磁型の磁気回路を用いたフルレンジスピーカとするには、その磁石２２の直径が小さいために磁気空隙に供給される磁束量が少なく、ボイスコイル２５に発生する駆動力も小さくなっていた。すなわち、スピーカの能率が低くなり、十分な音量を得ることができなかった。また、ボイスコイル２５に電流が流れることにより、ボイスコイル２５からジュール熱が発生するが、それを効率良く放熱することができないとボイスコイル２５の破壊が発生するため高耐入力化が困難であった。
【０００５】
逆に、十分な駆動力を得るには磁石２２の直径を大きくすればよいが、磁気回路の効率が低下し、重量、体積、コストが大きくなってしまう。またボイスコイル２５の線径を大きくし線長によって駆動力を大きくするとボイスコイル２５が重くなり高域再生が不利となりフルレンジスピーカが実現できなくなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも、センタープレートとセンタープレートの下面および上面に磁気的に反発する方向で夫々配置された第１の磁石および第２の磁石と、第２の磁石の上面に配置されたトッププレートと、第１の磁石の下面に配置されたアンダープレートと、アンダープレートの外周部に配置され、センタープレートの外周部との間に磁気空隙を形成するように設けられたヨークと、磁気空隙中に存在し、電気信号に応じて駆動力を発生するボイスコイルボビンに巻回されたボイスコイルと、ボイスコイルボビンに取付けられた振動板と、振動板の外周部に接合されたエッジと、ボイスコイルボビンあるいは振動板に接合され支持するダンパーと、ヨークとダンパー外周部とエッジ外周部が接合されたフレームとを備え、第２の磁石とトッププレートは夫々環状で内径および外径が等しく、第２の磁石とトッププレートがセンタープレートの外径よりも小さく、センタープレートの上面に第２の磁石の厚みよりも小さい凸部を設け、センタープレートの凸部が、第２の磁石の内周部と実質的に嵌合する構造を有し、センタープレートとヨーク各々の天面位置関係がセンタープレート天面からトッププレート天面までの範囲にヨークの天面を設定する構造のスピーカであり、また、センタープレートの凸部が第２の磁石の内周部と実質的に嵌合する構造をとるスピーカであり、センタープレートの上面に第２の磁石を磁気的に反発するように配置したことで、磁気空隙に効率よく且つ十分な磁束を供給できるものである。
【０００７】
さらに、第２の磁石を環状としたことで磁石の厚みを増大することなく動作点を高く設定でき、しかも、第２の磁石の上面に環状のトッププレートを設けたことで、磁石内の動作点を均一化できるため、高温減磁し難い。また、センタープレートの凸部が、第２の磁石の内周部と実質的に嵌合する構成とすることで、工法的に位置決めが容易となるだけでなく、第２の磁石の水平方向のズレ防止のガイドになり、製品の信頼性向上に役立つ。
【０００８】
なお、センタープレートとヨーク各々の天面位置関係をセンタープレート天面からトッププレート天面までの範囲にヨークの天面を設定した構造を有することで、ボイスコイルの発熱を効率よく放熱することができ、より高耐入力化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態について図１〜図４により説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明のスピーカの一実施の形態の構造断面図であり、図２（ａ）は同展開例の要部である磁気回路部の構造断面図であり、図２（ｂ）は同他の展開例の要部である磁気回路部の構造断面図である。同図によると１はセンタープレート、２は垂直方向に着磁された第１の磁石、３は第１の磁石２とは磁気的に反発するよう垂直に着磁された第２の磁石、４はトッププレート、５はアンダープレート、６はヨーク、７はボイスコイル、８はボイスコイルボビン、９は振動板、１０はエッジ、１１はダンパー、１２はフレーム、１３はダストキャップである。
【００１６】
次に上記一実施の形態の詳細な構成を動作とともに説明する。
【００１７】
第１の磁石２から放出される磁束はセンタープレート１の下面へ流入し、センタープレート１の外周面とヨーク６の内周面とで形成される磁気空隙を通過し、ヨーク６およびアンダープレート５を経由して、第１の磁石２へ帰還する。一方、第２の磁石３から放出される磁束は、センタープレート１の上面へ流入し、その大部分は磁気空隙を通過し、ヨーク６およびトッププレート４を経由してから第１の磁石２へ帰還する。第１の磁石２と第２の磁石３を磁気的に反発させ、センタープレート１を磁気空隙の近傍へ配置することで、第１の磁石２と第２の磁石３から放出される磁束の大部分が磁気空隙へ漏れ出る構造とすることができるため、高効率な磁気回路を実現できる。
【００１８】
また、第２の磁石３はヨーク６とトッププレート４間の間隙が大きく磁気抵抗が増大するため、第２の磁石３の動作点は第１の磁石２のそれに比べて小さい値になってしまう。一般に、磁石の動作点は磁気回路の磁気抵抗が大きいほど低下し、着磁方向の厚みが小さいほど低下する。本発明のように、第２の磁石３を環状として着磁方向の厚みを第２の磁石３全体からみて相対的に厚くとることで、動作点を高く設定できる。また、環状のトッププレート４を設けることで、第２の磁石３の内部磁束密度を均一化でき、動作点の安定化を図る。
【００１９】
さらに、スピーカの動作時には特に大入力時にボイスコイル７の発熱により第１の磁石２および第２の磁石３も高温となる。小型の磁気回路を実現するため、高エネルギーのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石を用いると動作点が低い場合に高温減磁が問題となるが、環状の第２の磁石３と環状のトッププレート４は第２の磁石３の動作点の安定確保を図り、高温減磁を対策するものである。
【００２０】
また、センタープレート１とヨーク６各々の天面位置関係をセンタープレート１天面からトッププレート４天面までの範囲にヨーク６の天面を設定した構造を有することで、ボイスコイル７の発熱を効率よく放熱することができ、より高耐入力化を図ることができる。
【００２１】
磁気空隙へ配置されたボイスコイル７に電気信号に応じて駆動力が発生し、駆動力は磁気空隙の磁束密度が大きいほど大きく、さらにボイスコイル７の線長が長いほど大きくなる。
【００２２】
可聴帯域全体を一つのスピーカで再生するフルレンジスピーカの場合には、振動系が軽量であることが必要であり、比重のある金属の線輪を有するボイスコイル７も軽量でなければならず、必然的にボイスコイル７の線径は小さく、その線長を短くしてある特定の直流抵抗値を持つボイスコイル７とするため、ボイスコイル７を小さく設計することになる。
【００２３】
ボイスコイル７は磁気空隙に配置されるから、第１の磁石２の直径はボイスコイル７のそれより小さくなってしまうが、本発明のように反発した第２の磁石３を配置することで、磁気空隙に十分な磁束、すなわち磁束密度が得られるため、小型の磁気回路で十分な駆動力を有するフルレンジスピーカを実現できる。
【００２４】
上記磁気回路を用いて一般的なスピーカを構成した場合の動作について簡単に説明する。磁気空隙に配置されたボイスコイル７に発生した駆動力が、ボイスコイルボビン８を通じて振動板９を駆動し、音波を放射することになる。ヨーク６とフレーム１２が固定され、ダンパー１１の内周部および外周部がそれぞれボイスコイルボビン８とフレーム１２に結合され、エッジ１０の内周部および外周部がそれぞれ振動板の外周部およびフレーム１２に接合され、ダンパー１１とエッジ１０が、ボイスコイル７とボイスコイルボビン８と振動板９の振動を許容し、かつ支持部材となる。ダストキャップ１３が防塵のため振動板９の内周部に接合される。
【００２５】
また、センタープレート１と第２の磁石３を接着により接合すると第２の磁石３が環状のため接着面積は小さく、その接着強度は必ずしも大きいものではない。センタープレート１の上面と第２の磁石３の下面には磁気的吸引力が働くため垂直方向にこれらが外れる可能性は極めて小さい。したがって、スピーカの製品としての信頼性を高めるには第２の磁石３の横ズレを防止して、ボイスコイル７やボイスコイルボビン８との衝突を回避できることが好ましい。
【００２６】
そこで、センタープレート１の中央部に凸部１ａを設け、第２の磁石３と嵌合させる構造とすることで、第２の磁石３の水平方向のズレを防ぎ、製品の信頼性を高めることができるだけでなく、センタープレート１の凸部１ａが第２の磁石３のガイドになるため工法的に容易となる。
【００２７】
また、センタープレート１と第２の磁石３の組立を工法的にさらに容易にするには、センタープレート１の凸部１ａの外径と第２の磁石３内径に少し差を設けて容易に嵌合するようにすればよい。この時、第２の磁石３の最大偏心時に、第２の磁石３の下面が必ずセンタープレート１の上面の範囲に存在するように寸法関係を設定すれば、ボイスコイル７やボイスコイルボビン８の振動を第２の磁石３が妨げることがない。さらに、第２の磁石３の上部とセンタープレート３の凸部１ａの磁気抵抗を大きく確保して、この間の磁束量を増大させないために凸部１ａの高さを必要最小限に設定している。
【００２８】
なお、図１ではセンタープレート３の中央部に部品工法的にも容易で、単純形状の円板状の凸部１ａを設けて第２の磁石３の内周側を嵌合したが、これに限るものでなく、例えば、磁気回路部分のみ示すが、図２（ａ）に示すように、センタープレート１の凸部１ｂは環状でもよく、同図（ｂ）に示すように、センタープレート１の外周部に環状の凸部１ｃを設けて、第２の磁石３の外周部と嵌合させてもよい。
【００２９】
さらに、図１に示した、振動板９、エッジ１０、ダンパー１１、フレーム１２、ダストキャップ１３は一般的なもので一例を示したまでであり、これに限るものでなくともよい。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明のスピーカの他の実施の形態を図３（ａ）、図３（ｂ）により説明する。図３（ａ）は要部である磁気回路部の上面図であり、図３（ｂ）は同構造断面図である。図中の番号については実施の形態１と同一部分は同一番号を付与した。実施の形態１と大きく異なるのは、センタープレートの凸部１ｄを部分的に複数個設けたことである。
【００３１】
次に上記一実施の形態の詳細な構成を動作とともに説明する。実施の形態１とその動作は全く同様である。異なるのは、センタープレート１の上面の凸部１ｄを部分的に複数個設けたため、凸部１ｄ上面の総面積を実施の形態１に比べより小さくすることができる。したがって、凸部１ｄと第２の磁石３の上面との磁気抵抗が大きくなるため、この間に流出する磁束量が減少し、逆に磁気空隙への磁束量が増大して磁気回路の効率が向上する利点を有する。
【００３２】
なお、図ではセンタープレート１の上面の凸部１ｄは３個の円板状としたが、この数ならびに形状は一例であり、これに限るものでなくとも良いものである。
【００３３】
（実施の形態３）
本発明のスピーカの他の実施の形態を図４により説明する。図５は要部である磁気回路部の構造断面図である。図中の１４はリベットである。図中実施の形態１と同一部分には同一番号を付与した。実施の形態１と大きく異なるのは、センタープレート１と第１の磁石２とアンダープレート５の中心に孔を設け、リベット１４にてアンダープレート５から第１の磁石２とセンタープレート１を結合していることである。
【００３４】
次に上記一実施の形態の詳細な構造を動作とともに説明する。実施の形態１とその動作は全く同様である。異なるのは、センタープレート１と第１の磁石２とアンダープレート５の中心に孔を設け、リベット１４にてアンダープレート５から第１の磁石２とセンタープレート１を強固に結合し製品の信頼性を高めている。この結合法の必要性を簡単に説明する。
【００３５】
センタープレート１の外周面とヨーク６の内周面とは、磁気空隙を形成する部位であるため、これらには大きな磁気的吸引が働くことになる。
【００３６】
アンダープレート５に結合された第１の磁石２と、第１の磁石２に結合されたアンダープレート１は従来一般的な工法を適用するならば接着となるが、接着剤は高温時に接着強度が低下すること、小型の磁気回路では熱容量が小さいためスピーカの駆動時には高温になりやすいことのため、これらの接合は機械的に結合されるのが好ましいからである。
【００３７】
リベット１４による接合はセンタープレート１と第１の磁石２からみたセンタープレート１と磁気空隙とヨーク６とアンダープレート５で形成される磁路中の磁気抵抗が低下するため、磁気空隙の磁束が増加する。また、センタープレート１と第１の磁石２とアンダープレート５とヨーク６を接合して着磁し、第２の磁石３とトッププレート４を接合して着磁し、これらの２つのブロックを接合して磁気回路を完成する工程が現実的であるため、磁気回路全体ではなくセンタープレート１と第１の磁石２とアンダープレート５をリベット１４で結合する工法が有効である。なお、図のリベット１４の形状はこれに限るものでなく一例を示したまでであり、例えば中空状でもよく、リベット１４はボルトでもかまわない。
【００３８】
なお、センタープレート１の孔とアンダープレート５の孔を等しい直径とし、第１の磁石２の直径をセンタープレート１の孔の直径およびアンダープレート５の孔の直径よりも大きく、且つ、リベット１４の直径と第１の磁石１２の直径の差で生じる第１の磁石２の偏心の最大時においても、第１の磁石２の外周面とヨーク６の内周面との距離を、磁気空隙の幅よりも小さくなるように第１の磁石２の直径を設定した。一般に高エネルギーの焼結体Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を用いる場合、外形の寸法精度を確保するには研磨加工が必要となる。
【００３９】
したがって、予め第１の磁石２の孔を大きくとり、必ずリベット１４が挿入可能な直径の孔としておけば、第１の磁石２の孔の研磨加工を省略してコスト低減を図ることが可能になる。さらに、上記のように、第１の磁石２の孔の直径を、センタープレート１の孔の直径およびアンダープレート５の孔の直径よりも大きくとることで、工法的にも第１の磁石２の位置決めも厳密さを要求することなく、リベット１４の挿入が容易となる利点を有するものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁気空隙に十分な磁束を供給でき、工法的にも容易で信頼性の高い小型高効率の磁気回路を提供するものであり、十分な音量を再生でき、ボイスコイルから発熱するジュール熱を効率よく放熱することにより高耐入力化が図れるフルレンジスピーカを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピーカの一実施の形態の構造半断面図
【図２】（ａ）同展開例の要部である磁気回路部位の構造半断面図
（ｂ）同他の展開例の要部である磁気回路部の構造半断面図
【図３】（ａ）同他の実施の形態のスピーカの磁気回路部の上面図
（ｂ）同構造断面図
【図４】同他の実施の形態のスピーカの要部である磁気回路部の構造断面図
【図５】従来のスピーカの構造半断面図
【符号の説明】
１ センタープレート
２ 第１の磁石
３ 第２の磁石
４ トッププレート
５ アンダープレート
６ ヨーク
７ ボイスコイル
８ ボイスコイルボビン
１４ リベット

Claims (1)

1. 少なくとも、センタープレートと前記センタープレートの下面および上面に磁気的に反発する方向で夫々配置された第１の磁石および第２の磁石と、前記第２の磁石の上面に配置されたトッププレートと、前記第１の磁石の下面に配置されたアンダープレートと、前記アンダープレートの外周部に配置され、前記センタープレートの外周部との間に磁気空隙を形成するように設けられたヨークと、前記磁気空隙中に存在し、電気信号に応じて駆動力を発生するボイスコイルと、前記ボイスコイルからボイスコイルボビンを通じて取付けられた振動板と、前記振動板の外周部に接合されたエッジと、前記ボイスコイルボビンあるいは前記振動板に接合され支持するダンパーと、前記ヨークと前記ダンパー外周部と前記エッジ外周部が接合されたフレームとを備え、前記第２の磁石と前記トッププレートは夫々環状で内径および外径が等しく、前記第２の磁石とトッププレートが前記センタープレートの外径よりも小さく、前記センタープレートの上面に第２の磁石の厚みよりも小さい凸部を設け、前記センタープレートの凸部が、前記第２の磁石の内周部と実質的に嵌合する構造を有し、前記センタープレートとヨーク各々の天面位置関係がセンタープレート天面からトッププレート天面までの範囲にヨークの天面を設定する構造を特徴とするスピーカ。

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