JP4106338B2 - マイクロスピーカーおよびマイクロスピーカーの組み立て方法 - Google Patents

Description

１． 発明の分野
本発明は、一般的にオーディオスピーカー装置と製法に関する。特に、本発明は、液体サスペンション機構を用いたマイクロスピーカーとマイクロスピーカーの組み立て方法に関する。
２． 関連技術の説明
従来のスピーカーは、一般的に、磁石組立部品とより大きなコーン型振動板の端を支持するために磁石組立部品から伸びる非磁性の環状の枠から成る。コーン型振動板のより小さい端は、磁石組立部品において提供される環状の磁気ギャップに伸びるボイスコイルに取り付けられる。その磁気ギャップにボイスコイルを正確に位置づけ、可動自在に取り付けるために、ボイスコイルは、通常は、波形をつけた環状のサスペンションにより取り囲む枠に取り付けられる。

ボイスコイルは、同一直線上の振動往復運動において、いかなる異なった点においても、回転したり、軸方向に対して斜めに動いたり、あるいは、異なる方向に動くといった他のタイプの動きを受けないで軸の方向に振動するように設計されている。万一ボイスコイルが、磁気ギャップの表面をこすると、コイルは、早期に故障する。ある一つの解決方法は、磁気ギャップ内にボイスコイルを位置づけ、可動自在に取り付けるため、低揮発性の油を基材とした磁性液体サスペンション機構を利用するというものである。その油を基材とした磁性粒子のコロイドは、磁気ギャップを横切って形成された永久磁界のゆえに微細な磁性粒子が磁気的にギャップ表面にひきつけられるため、ボイスコイルと磁気ギャップ表面に付着する。およそ０．０１マイクロメートルという微細な磁性粒子は、磁気ギャップにおいて、そのコロイドの液相を維持する。

しかしながら、磁気ギャップにおける低揮発性の油を基材とした磁性流体の使用は、問題がないわけではない。一つの問題は、動作中に磁気ギャップ外にその液体が吹き出たり、引き出されたりする傾向あり、それ故、ボイスコイルに接触する液体の量が激減する。この現象は、磁極の端の近くで磁極を取り巻く環状空洞における空気の瞬時の圧力変化を生じさせるボイスコイルの振動運動のためである。圧力を相殺する経路あるいは通路の利用が、この潜在的吹き出し問題を防ぐために用いられてきた。もう一つの問題は、位置決めと可動自在に取り付ける機構として、特別に調整された低揮発性の油を基材とした磁性流体を用いるという付加的な費用である。

スピーカー製造業者は、ヘッドホン、補聴器、携帯電話などの小型化された装置において用いられるスピーカーの大きさを絶えず縮小する試みをしてきた。1993年のSongらによる米国特許5,243,662号は、これらの小型装置あるいはマイクロスピーカーの一例である。それは、振動板、磁極を伴った磁石、磁石のヨークおよびコイルを有する小型化された動電気力の音発生器を開示している。そのコイルは振動板のへり近くに取り付けられ、そのヨークの外側で、振動板は曲げられそのヨークの外壁に取り付けられる。

1988年のYamagishiによる米国特許4,742,887号は、駆動装置を含むハウジングを有するイヤホンを開示している。その駆動装置は、磁性プレート、ヨークおよび磁石により形成される磁気回路、及び、振動板と、そのヨークと磁石の間のギャップに収納されるボイスコイルにより形成される振動系を含む。その駆動装置は、ハウジングの内部を前面の空洞と背面の空洞に分割するように、そのハウジングの前面で開放されている音発生器近くを横切って伸張している。

1982年のThieleによる米国特許4,320,263号は、磁気エアギャップを規定する磁極容器を有する電磁誘導音響変換器を開示していて、コイルは、エアギャップ内で動けるように装備され、かつ磁極容器から間隔を置いて配置され、エアギャップ内のコイルと磁極容器との間には磁性流体が広がっている。その振動板は、コイルに接続され、また、気密空間がお互いに連通しつつコイルの上及び下に位置するように、振動板は磁極容器に周状に取り付けられる。空間の気密の封止は、磁性流体の液体部分が蒸発するのを防ぎ、それは、電磁誘導音響変換機の性質の劣化に帰着する。

1994年のAthanasによる米国特許5,335,287号は、従来用いられる波形をつけたディスク状サスペンションの代わりに、ボイスコイルに対し、油を基材とした磁性流体サスペンションを用いたスピーカーを開示している。磁性流体を磁気ギャップから飛び散らせる内圧の上昇、あるいは減圧状態を防止するために、特別に設計された通気孔が磁石組立部品に形成される。

市場先導のコストの制約のため、携帯電話や他の普及した消費電子部品に用いられるマイクロスピーカーの製造業者は、磁気ギャップ内にボイスコイルを中心に位置づけるための波形をつけた機構を用いないマイクロスピーカーを設計した。マイクロスピーカーの磁気ギャップにボイスコイルを中心に位置づけるための磁性流体機構はまた、磁性流体が、これら小型スピーカーにおいて、音圧をあまりに減少させる、すなわち、鈍らせるが故に、用いられない。従って、ボイスコイルは、これら二つの特有な中心に位置付ける機構を用いることなく、磁気ギャップ中心に位置付けられ、可動自在に取り付けられる。

マイクロスピーカーの大きさはまた、組立工程中、製造業者に対しある問題を生み出す。現在、マイクロスピーカーの製造業者は、比較的高いマイクロスピーカーの不良率を経験している。その様な不良率の理由の一つは、組立工程が、手作業集約的な工程であることにある。不良の主な原因は、モノリシックなコイルに結びつく、典型的には約０．００８インチ（０．２ｍｍ）から約０．０１３インチ（０．３３ｍｍ）という直径を有するワイヤの断線、磁極片が非常に薄いが故にその磁極片の変形、および振動板に取り付けられるコイルがスピーカーの磁気ギャップに挿入され、決まった場所に固定される時のワイヤのヨークへの接触である。

それ故、必要とされることは、製造工程において、ボイスコイルが簡単に中心に位置付けられ、可動自在に取り付けられることを可能にする組立方法である。また必要とされることは、製造工程不良率を減少する組立方法である。更に必要とされることは、用いるのが安価で、その費用がマイクロスピーカーの製造中における不良率の減少によるオフセットより高い価値となる組立方法である。
発明の概要
本発明の目的は、マイクロスピーカーと安価に実施できるマイクロスピーカー製造方法とを提供することである。本発明の他の目的は、振動板/ボイスコイル組立部品をヨーク組立部品に取り付ける間に、磁気ギャップにボイスコイルを中心に位置付けるマイクロスピーカー製造方法を提供することである。本発明の更なる別の目的は、マイクロスピーカー製造中においてマイクロスピーカーの不良率を低減させるマイクロスピーカー製造方法を提供することである。

本発明は、組立工程中に、マイクロスピーカーのボイスコイルを、マイクロスピーカーの駆動装置の磁気ギャップの中心に位置付けるための単純な方法と機構を提供することにより、これらと他の目的を達成する。その方法は、ボイスコイルを磁気ギャップに挿入する前に、予め定められた量の揮発性磁性流体を磁気ギャップに加える段階を含む。その揮発性磁性流体は、組立工程中、磁気ギャップにボイスコイルを中心に位置付ける。ボイスコイルと振動板が、磁性流体の蒸発が許されるような方法で一旦マイクロスピーカーの支持構造に固定されると、磁性流体は、マイクロスピーカーのボイスコイルと磁極片の間に空気の空隙を残しながら蒸発させられる。

典型的には炭化水素系油の様な低揮発性液体分散媒を用いる油を基材とした磁性流体とは異なり、本発明の揮発性磁性流体は、比較的揮発性の液体分散媒を有するものである。揮発性液体分散媒は、典型的には、室温または油を基材とした液体分散媒に対して必要とされる温度より低い高温で蒸発を経験することができる揮発性液体である。揮発性液体の例は、水やオクタン、ヘプタンおよびヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒である。ボイスコイルまたは磁極片上に磁性粒子の厚い残留層を形成しないようにするため、一般的に飽和磁化は、ある与えられたスピーカー形状に対するボイスコイル中心位置づけ機構として利用するため、できるだけ低くする。

本発明の方法は、揮発性磁性流体を得、予め決められた量の揮発性磁性流体をマイクロスピーカーの磁気ギャップに加えることを含む。揮発性磁性流体は、ディスペンサーを用いるか、あるいは中実の針状の棒又は中空の棒（すなわち毛細管）を磁性流体に浸け、その中実の棒、中空の棒又はディスペンサーを磁気ギャップ近くに位置付けることにより加えられるであろう。磁性流体のぬれ性と駆動装置の磁界は、揮発性磁性流体をマイクロスピーカーの磁気ギャップに満たさせる。振動板/ボイスコイル組立部品のボイスコイルは、それから中心を定められたヨーク、すなわち磁極片上に位置を定められ、そしてボイスコイルは、磁気ギャップに挿入される。揮発性磁性流体は、ボイスコイルが磁気ギャップ中で中心に位置付けられるようにしながらボイスコイル周りに配置されるようになる。振動板/ボイスコイル組立部品は、それから定められた位置に固定される。一旦固定されると、揮発性磁性流体は、ボイスコイルが磁気ギャップ中を可動自在であるまま蒸発させられる。

本発明の好ましい実施例は、図１−５に示されている。さて、図１に戻ると、マイクロスピーカー１０の単純化された断面図が示されている。マイクロスピーカー１０は、駆動装置２０と振動系４０とを含む。駆動装置２０は、支持枠つまりヨーク２２、磁石２４および磁性プレート２６により形成される磁気回路を含む。振動系４０は、振動板４２とボイスコイル４４を含み、それらで形成される。ボイスコイル４４は、ヨーク２２、磁石２４と磁性プレート２６により形成された半径方向のギャップ４６に収容される。ボイスコイル４４と半径方向のギャップ４６とは、それぞれの表面上に揮発性磁性流体の蒸発により生じた残渣５０を有する。

マイクロスピーカー１０は、典型的には、携帯電話あるいは類似の製品において使用するための薄型のスピーカーである。本発明の重要性のより良い理解のため、現在入手できるマイクロスピーカーの典型的な寸法の一覧が提供される。磁性プレート２６は、約０．４ｍｍの厚みを有する直径約７．９ｍｍのディスク状のものである。磁石２４もまた、約０．６ｍｍの厚みを有する直径約７．４ｍｍのディスク状のものである。支持枠つまりヨーク２２は、約０．７５ｍｍの半径方向のギャップを提供する磁石２４と磁性プレート２６とのためのハウジングを形成する。半径方向のギャップ体積は、約８．１５ｍｍ³である。ボイスコイル４４は、外径約８．７ｍｍ、内径約８．３ｍｍを有し、半径方向のギャップ４６において約２．１４ ｍｍ³のボイスコイル体積を形成する。

上述のマイクロスピーカーについての典型的な寸法から、スピーカー製造業者が、製造において、相対的に高い不良率を持つことが理解できる。半径方向のギャップ４６の中のボイスコイル４４の接近した仕様と、マイクロスピーカー１０の大きさは、駆動装置２０と振動板４０の取り扱いを困難であきあきさせる。これは、振動系４０が駆動装置２０に取り付けられるとき、ボイスコイル４４に結びつくワイヤの断線、磁性プレート２６の変形、および／または、ヨーク２２へのボイスコイル４４の接触を引き起こす。

本発明は、組立工程中に半径方向のギャップ４６の中にボイスコイル４４を中心に位置付ける方法を提供する。本発明の方法は、揮発性磁性流体の使用を含む。揮発性磁性流体は、一般的に、揮発性の液体分散媒あるいは基材液体、多数の磁性粒子、及び揮発性液体分散媒中に多数の磁性粒子を分散させるための分散剤からなる。いくつかの利用できる液体分散媒は、水やヘキサン、ヘプタンおよびオクタン等の脂肪族炭化水素である。液体分散媒として揮発性液体を基材としたいかなる従来の磁性流体も使用されるであろうし、その様な揮発性磁性流体の製法は、当業者の知識の範囲内である。芳香族炭化水素や他の極性溶剤も基材である液体分散媒として利用できるであろうが、これらのタイプの液体は、マイクロスピーカーにおいて、もし接着剤が用いられるとすれば、その完全性に影響を与えるかもしれない。

さて、図２から５に戻ると、本発明の方法が示されている。図２は、支持枠つまりヨーク２２、磁石２４及び磁性プレート２６により形成される磁気回路を有するマイクロスピーカー１０の駆動装置２０を示している。典型的には僅か数マイクロリットル以下の予め決められた量の揮発性磁性流体８０が、半径方向のギャップ４６に加えられる。磁性流体８０は、針状の形の先端を持ったディスペンサー、あるいは単に適正な大きさの針状の棒を磁性流体に浸し、それから棒の先端に滴あるいは小滴を有する針状の棒を半径方向のギャップ４６近くに位置させ、揮発性磁性流体の滴あるいは小滴を半径方向のギャップ４６に移すことにより加えられる。適正な大きさの毛細管が、針状の棒に代えて置き換えられるであろうことに注意されたい。

図３は、半径方向のギャップ４６における揮発性磁性流体８０の位置を示している。振動板４２とボイスコイル４４とを有する振動系４０は、ボイスコイル４４がヨーク２２、磁石２４及び磁性プレート２６により形成される半径方向のギャップ４６と整列するように、駆動装置２０の上に置かれる。一旦整列させられると、振動系４０は、定位置に置かれる。図４は、駆動装置２０に置かれた振動系４０を示している。ヨーク２２と磁性プレート２６をともなった磁石２４により確立された磁界の故に、揮発性磁性流体８０は、ボイスコイル４４を半径方向のギャップ４６の中心に位置付ける。振動系４０は、これで駆動装置２０に対し、定められた位置に固定される。

振動系４０が駆動装置２０の定められた位置に固定された後、揮発性磁性流体８０は、図５に示されるようにマイクロスピーカー１０から蒸発させられる。揮発性基材の液体分散媒は蒸発させられるけれども、半径方向のギャップ４６の表面上には、残留層５０が残される。残留層５０は、蒸発させられた揮発性磁性流体からの多数の磁性粒子から成る。

磁性流体の単位体積当たりの磁性粒子の量は、磁性流体の飽和磁化により表され、それはガウスで示される。低い飽和磁化の流体は、より高い飽和磁化を持つ磁性流体より磁性粒子のより薄い残留層を残す傾向がある。しかしながら、用いられる製造手順に依存していずれかが用いられる。低い飽和磁化を有する磁性流体を用いることは、ボイスコイルを中心に位置付けるために流体で磁気ギャップを満たすことになろうが、揮発性液体の蒸気が半径方向のギャップから逃げられる方法を提供するために、一時的にあるいは所々で振動板を固定することを必要とするであろう。スピーカーの組立技術に通じた人は、過度の実験をすることなく、低い飽和磁化を有する揮発性磁性流体を用いた本発明の方法を利用するために最も経済的な組立手順をより上手に決定することができるであろう。

より高い飽和磁化をもつ磁性流体を用いることは、空気の通路を有する不完全な液体Ｏリングを形成する半径方向のギャップの不完全な充填を許すであろうが、より強く磁気的に中心に位置づける力を提供する。空気の通路は、磁性流体の揮発性液体の蒸気が半径方向のギャップから逃れることを可能にするルートとしての役割をする。好ましくは、本発明で用いられる飽和磁化の範囲は、ボイスコイル４４、及び／または磁性プレート２６上に、比較的厚い磁性粒子の残留層を形成しないように、合理的に低く維持される。ある揮発性磁性流体組成物に対する適切な飽和磁化は、揮発性磁性流体の揮発性液体基材として用いられる液体分散媒の種類、スピーカーの大きさ、半径方向のギャップの大きさ、ボイスコイルと半径の間のすきま等を含むいろいろな因子に依存するであろう。

蒸発の後に残される磁性粒子のおおよその量を決定するために、代表的な磁性流体試料に関し、試験が実施された。揮発性液体分散媒としてヘプタンをもちいた二種類の磁性流体が、用意された。これら磁性流体の作製は、当業者に知られる従来の方法で準備された。第一の実施例においては、オレイン酸が分散剤として用いられ、過剰な量のオレイン酸は、除去された。第二の実施例においては、オレイン酸が分散剤として用いられ、いくらかの過剰な量のオレイン酸（体積で５％）が磁性流体中に留まった。それぞれのタイプの磁性流体は、種々のサンプルに分けられ、個々のサンプルに対し、その飽和磁化が調整された。集合したサンプルは、５０、１００、２００、及び４００ガウスの飽和磁化を有するそれぞれのタイプの磁性流体に相当する。

磁性のハウジング、磁石、スペーサー、スリーブ、及び上部磁性プレートから成る試験装備が用意された。その試験装備は、コイルと振動板がないドームツイーターに類似している。その試験装備の半径方向の空間体積は、約１１６ ｍｍ³であった。異なった飽和磁化値を有するそれぞれの種類の磁性流体は、その試験装備の半径方向のギャップに注入された。約１２０ ｍｍ³の体積が、個々の試験で注入された。揮発性基材の液体分散媒は、蒸発により除かれ、半径方向のギャップに残留した磁性粒子の状態が観察された。

オレイン酸の分散剤／界面活性剤を有し、過剰な分散剤／界面活性剤を含まない１００ガウスの磁性流体は、磁性プレートの外側に約０．０９ｍｍの残留層、半径方向のギャップ４６の内側に約０ｍｍから約０．０１ｍｍの残留層を形成した。残留層は、ぱりぱりでひびが入り、べとべとしていないように見えた。オレイン酸の分散剤を有し、磁性流体の体積に対し体積で約５％の過剰なオレイン酸の分散剤／界面活性剤を含む１００ガウスの磁性流体は、磁性プレートの外側に約０．２５ｍｍの残留層、半径方向のギャップ４６の内側に約０ｍｍから約０．０１ｍｍの残留層を形成した。残留層は、非常にべとべとしているように見えた。それらの結果は、揮発性基材の液体分散媒に多数の磁性粒子を分散させるために用いられる界面活性剤は、好ましくは、磁性流体から過剰な界面活性剤が除かれた、オレイン酸のように比較的に短い分子の尾を有するものであることを示している。その試験装備の半径方向のギャップ体積は、マイクロスピーカーの半径方向のギャップ体積よりおよそ１４倍大きいが、マイクロスピーカーの半径方向のギャップがドームツイータースピーカーの半径方向のギャップより小さい傾向にあるが故に、そして、ボイスコイルにより占められる体積がまた蒸発段階前に半径方向のギャップに置かれる揮発性流体の量を減少するであろうが故に、用いられる磁性流体の体積と結果として生ずる磁性粒子の残留層はまた、同様のガウス値を持つ揮発性磁性流体を用いた試験装備で観察されたのに比例して少なくなる、また、確実により少なくなるであろう。

揮発性磁性流体のもう一つ別の製法は、ある量の接着剤を含んでいてもよい。揮発性液体分散媒の蒸発後、磁界が、ヨークと磁性プレートの壁上に磁性粒子すなわち残留層を引き付け、保持するが、揮発性磁性流体にある量の接着剤を混合することは、蒸発後、磁性粒子／残留層を固定することを保証する。これは、定まった位置に粒子／残留層を保持する磁気力の効果に付加されるであろう。

本発明のより好ましい実施例は、ここで説明されてきたが、上記は単に例示に過ぎない。この説明中に開示された発明の更なる修正が、当業者に実施できるであろうが、すべてのその様な修正は、添付された請求の範囲により規定される本発明の範囲内であると考えられる。

マイクロスピーカーの単純化された断面図である。 マイクロスピーカー支持構造の単純化された断面図である。 磁気ギャップ内に揮発性磁性流体を伴ったマイクロスピーカー支持構造の単純化された断面図である。 ボイスコイル周りの磁気ギャップに揮発性磁性流体を用い、組立られたマイクロスピーカーの単純化された断面図である。 磁気ギャップ内の揮発性磁性流体が蒸発させられた後、組立られたマイクロスピーカーの単純化された断面図である。

Claims (12)

1. 振動系をマイクロスピーカーの駆動装置に取り付ける方法であって、
   予め決められた量の揮発性磁性流体を前記駆動装置の半径方向のギャップに配置し、
   前記振動系を、前記振動系のボイスコイルが前記半径方向のギャップに収容された前記駆動装置と整列させ、
   前記振動系を前記駆動装置に固定し、
   前記半径方向のギャップから前記揮発性磁性流体を除去する
   ことを特徴とする方法。
2. 更に、前記揮発性磁性流体を調製することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記調整する段階は、更に、多数の磁性粒子を得、前記多数の磁性粒子を揮発性基材の液体分散媒に懸濁させ、前記液体分散媒に前記多数の磁性粒子を分散させるために前記液体分散媒に十分な量の分散剤を添加することを含む、請求項２記載の方法。
4. 更に、前記液体分散媒から過剰な分散剤を除去する、請求項３記載の方法。
5. 前記除去する段階は、前記揮発性磁性流体から前記揮発性基材の液体分散媒を蒸発させることを更に含む、請求項１記載の方法。
6. マイクロスピーカーの振動系を前記マイクロスピーカーの駆動装置に取り付ける方法であって、
   ある量の揮発性磁性流体を前記駆動装置の半径方向のギャップに配置し、
   前記振動系を、前記振動系のボイスコイルが前記半径方向のギャップに収容される前記駆動装置と整列させ、
   前記振動系を前記駆動装置に固定し、
   前記半径方向のギャップから前記揮発性磁性流体の実質上すべての揮発性成分を除去する、
   ことを特徴とする方法。
7. マイクロスピーカーであって、
   ハウジングを形成し中心部分を有する支持枠、磁石と前記ハウジングの周辺の壁の間に半径方向のギャップが形成されるように前記ハウジングの底に一端を固定された磁石、及び、前記磁石の他端に固定された磁性プレートを有する駆動装置と、
   振動板と前記振動板の一方側に取り付けられたボイスコイルとを備える振動系であって、前記振動系が前記駆動装置に固定され、前記振動板と前記ボイスコイルが前記半径方向のギャップに可動自在に取り付けられている、そのような振動系と、
   前記ボイスコイル付近の前記半径方向のギャップに配置され、揮発性液体分散媒を有する揮発性磁性流体から揮発成分が揮発して該ギャップに残留した磁性流体と、
   を備えた、マイクロスピーカー。
8. 前記揮発性液体分散媒が、水、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、及び他の極性溶剤の一つ又はそれ以上である請求項７記載のマイクロスピーカー。
9. 前記脂肪族炭化水素は、ヘキサン、ヘプタン、オクタンから成る群から選択される請求項８記載のマイクロスピーカー。
10. 前記揮発性磁性流体は、揮発性液体分散媒、多数の磁性粒子、及び、前記揮発性液体分散媒中に前記多数の磁性粒子を分散させるために十分な量の分散剤を含む、請求項７記載のマイクロスピーカー。
11. 前記揮発性磁性流体は、前記揮発性液体分散媒除去後の残留磁性粒子の量を最小限にするため十分低い飽和磁化であって、前記半径方向のギャップに前記ボイスコイルを中心に位置付けるため前記ハウジング、前記磁石及び前記磁性プレートによる前記半径方向のギャップ内に発生される磁界と相互に作用するのに十分高い飽和磁化を持つ、請求項７記載のマイクロスピーカー。
12. 前記揮発性磁性流体は、更に接着剤を含む請求項１０記載のマイクロスピーカー。

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