JP5839480B2

JP5839480B2 - スピーカ

Info

Publication number: JP5839480B2
Application number: JP2012093966A
Authority: JP
Inventors: 新多田; 伊藤　亮; 亮伊藤
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: JP2013223123A; EP2654319B1; US20130272537A1; EP2654319A3; EP2654319A2; US9386376B2

Description

本発明は、車載用等として好適な動電型スピーカに係り、特に、エンジンルーム等の高温環境下に設置して使用可能なスピーカに関する。

低音域用のサブウーファのように比較的大きな車載用スピーカを車室内に設置すると、車室内で利用可能な空間が狭くなってしまうため、近年、自動車の車室外の空間にスピーカを設置し、車室壁部に設けた開口部を介して、スピーカが生成する再生音を車室内の空間へ放出させるという手法が採用されている。しかし、スピーカの振動板と正対する大きな開口部を車室壁部に設けることが困難な場合も多い。

そこで従来より、スピーカの外殻部材であるケース（キャビネット）にダクトを突設し、このダクトを車室壁部の孔部に挿通することによって、車室外に設置したスピーカのケース内の空間と車室内の空間とを連通させるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来のスピーカでは、ケース内で発せられる再生音がダクトの先端側の開口端から音響空間である車室内空間へ放出されるため、ダクトの開口端が発音開口部となる。

国際公開ＷＯ２０１１／０４７４３５号パンフレット

ところで、自動車の車室外にスピーカを設置する場合、その設置空間としてトランクルームや開閉ドア内等を利用することが多いが、エンジンルームにもスピーカを設置可能な比較的広い余剰空間が存在する。しかしながら、エンジンルームのような高温環境下にスピーカを設置した場合、ボイスコイルが過度に高温になってばらけたり、磁気回路に用いられているネオジウム（Ｎｄ）マグネットが減磁してしまう等の不具合が発生しやすくなる。そのため、スピーカをエンジンルーム等の高温環境下に設置する場合には、スピーカの熱を効率良く逃がすことのできる特別な放熱対策が必須となる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、高温環境下に設置して使用可能なスピーカを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、磁気ギャップを有する磁気回路と、前記磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、このボイスコイルと一体的に振動する振動板とがケースの内部に収納されていると共に、先端側の開口端を音響空間に臨出させる発音開口部となしたダクトが前記ケースに突設されており、且つ、前記ケースが前記音響空間と隔壁によって隔てられた壁外空間に設置されると共に、前記隔壁に設けられた孔部に前記ダクトを挿通した状態で取り付けられるスピーカにおいて、前記ケースに前記磁気回路の前記隔壁側の端面を露出させる放熱開口部を設けると共に、この放熱開口部に弾性変形可能な伝熱シート部材を嵌入させ、前記磁気回路の前記隔壁側の端面と前記隔壁との間で前記伝熱シート部材が挟圧されるようにした。

スピーカのケースが設置される高温環境下の壁外空間と、スピーカのダクトの発音開口部が臨出する音響空間とを隔てている金属製の隔壁は、熱容量が大きいためヒートシンクとして機能させることができる。この点に着目し、磁気回路の隔壁側の端面と該隔壁との間に伝熱シート部材が挟圧されるようにスピーカを構成しておけば、ケース内に収納されているボイスコイルが発生する熱や磁気回路に蓄積される熱を、伝熱シート部材を介して隔壁へ効率良く逃がすことができる。それゆえ、スピーカの設置される壁外空間が自動車のエンジンルームのように高温環境下であっても、ボイスコイルや磁気回路の温度上昇を抑制できて良好なスピーカ性能を維持することが可能となる。また、高温環境下で使用される磁気回路のネオジウムマグネットには、通常、ディスプロシウム（Ｄｙ）を添加して耐熱性を高めるようにしているが、高温環境下でも磁気回路の温度上昇を抑制できる放熱構造になっていれば、高価なディスプロシウムの添加量を減らせるためスピーカのコストダウンが図れる。

上記のスピーカにおいて、伝熱シート部材として熱伝導性に優れて難燃性であるシリコン系伝熱シートを用いることが好ましい。また、磁気回路の一部がケースの放熱開口部内に嵌入させてあると、放熱開口部に嵌入するだけで磁気回路がケースに対して位置決めできるため、スピーカの組立て性が向上する。特に、磁気回路の構成部材であるヨークを放熱開口部内に嵌入させ、このヨークの平坦面を放熱開口部内に露出させることが好ましい。また、ケースを金属製の取付ねじを用いて隔壁に固定すると、ケースに蓄積される熱を取付ねじを介して隔壁へ逃がすことができると共に、取付ねじの締結作業に伴って伝熱シート部材を隔壁に確実に圧接させることができて好ましい。

本発明のスピーカは、ケースに設けた放熱開口部に弾性変形可能な伝熱シート部材を嵌入させており、ケースが設置される高温環境下の壁外空間を音響空間と隔てている金属製の隔壁と、ケース内に収納されている磁気回路の端面との間に、この伝熱シート部材を挟み込んだ状態でスピーカを取り付けることができる。これにより、隔壁がヒートシンクとして利用できるため、ボイスコイルや磁気回路の熱を伝熱シート部材を介して隔壁へ効率良く逃がすことができる。それゆえ、サブウーファのように比較的大きくて高出力が要求される車載用スピーカをエンジンルームに設置しても、隔壁である車体フレームが熱容量の極めて大きいヒートシンクとして機能するため、ボイスコイルや磁気回路の温度上昇を抑制できて良好なスピーカ性能を維持できるようになる。

本発明の実施形態例に係るスピーカの外観形状を示す斜視図である。該スピーカを自動車のエンジンルームに設置した状態を示す断面図である。図２に示すボイスコイルとヨークの温度変化を比較例と共に示す特性図である。図２に示す隔壁に設けられたダクト用の孔部を示す要部斜視図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態例に係るスピーカ１は車載用のサブウーファであり、図２に示すように、このスピーカ１は自動車のエンジンルームＳ１に設置され、スピーカ１の生成する再生音が車室内空間Ｓ２へ放出されるようになっている。エンジンルームＳ１と車室内空間Ｓ２との間には、隔壁３０として金属製の車体フレームが存在しており、この隔壁３０に設けられた孔部３１（図４参照）に、スピーカ１のケース１０から外方へ突出するダクト１１が挿通されている。つまり、スピーカ１は、エンジンルームＳ１を設置空間として利用していると共に、隔壁３０に挿通したダクト１１の先端側の開口端を発音開口部１１ａとなし、この発音開口部１１ａを音響空間である車室内空間Ｓ２に臨出させている。なお、ダクト１１と孔部３１は同一形状となっているが、この場合、ダクト１１の形状に合わせた孔部３１を隔壁３０に開設しても良いが、隔壁３０に既設された孔（例えばベンチレーションホール）に挿通可能な形状にダクト１１を形成しても良い。

このスピーカ１は、磁気ギャップＧを有する磁気回路２と、磁気ギャップＧに配置されて通電時に電磁相互作用で駆動されるボイスコイル３と、このボイスコイル３に連動して振動する略円錐形状の振動板４と、ボイスコイル３および振動板４を弾性的に支持している円環状のダンパー５と、これら磁気回路２、ボイスコイル３、振動板４およびダンパー５等を収納しているケース１０と、このケース１０に突設されたダクト１１および背面ダクト１２とによって主に構成されており、磁気回路２はケース１０に固定されている。そして、スピーカ１をエンジンルームＳ１に設置する場合、ダクト１１の先端側の開口端（発音開口部１１ａ）は車室内空間Ｓ２に臨出させるが、背面ダクト１２の先端側の開口端はエンジンルームＳ１に臨出させる。

磁気回路２は磁路を形成するマグネット６とヨーク７を備えている。本実施形態例においてヨーク７は、有底円筒状の外側ヨーク７ａと円板状の内側ヨーク７ｂとからなり、円板状のマグネット６が両ヨーク７ａ，７ｂに挟み込まれている。また、外側ヨーク７ａの開口端側の内周面と内側ヨーク７ｂの外周面との間に磁気ギャップＧが形成されており、磁気回路２の磁路を流れる磁束はこの磁気ギャップＧを横切っている。

ボイスコイル３は円筒状のボビン８に巻装されており、図示せぬリード線を介してボイスコイル３に音声電流を通電可能となっている。ボビン８の一端側（反磁気ギャップＧ側）の端部には、振動板４の内周部とダンパー５の内周部がそれぞれ接着固定されており、ボビン８の該端部は防塵キャップ９によって蓋閉されている。振動板４はコーン紙等からなり、振動板４の外周部はエッジダンパー１３を介してケース１０に保持されている。また、ダンパー５の外周部もケース１０に保持されている。

なお、本実施形態例では、振動板４が図２の右側へ向かって末広がりな形状となっており、この振動板４を磁気回路２の周囲に配置させているため、スピーカ１が薄型化されている。ただし、振動板４を図２とは逆向きの配置（同図左側へ向かって末広がりな形状）にすることも可能である。また、ボイスコイル３を円筒状に成形してボビン８を省略することも可能である。

ケース１０とダクト１１および背面ダクト１２はいずれも合成樹脂製の成型品であり、これら三者１０，１１，１２はネジ止め等の固定手段を用いて一体化されている。ケース１０は偏平な箱状体を形成しており、ダクト１１と背面ダクト１２は突出方向が互いに逆向きとなるようにケース１０に突設されている。このケース１０には、隔壁３０と対向する面（ダクト１１が突出する面）の中央部に放熱開口部１０ａが開設してあり、この放熱開口部１０ａ内に外側ヨーク７ａの平坦な底面を露出させている。放熱開口部１０ａは円筒状でダクト１１と同じ向きに突設されており、外側ヨーク７ａは底面側を放熱開口部１０ａに嵌入した状態で固定されている。また、放熱開口部１０ａには熱伝導性に富む伝熱シート部材１５が嵌入されており、図２に示すように、磁気回路２の隔壁３０側の端面２ａと該隔壁３０との間に伝熱シート部材１５を挟圧状態で介在させている。この伝熱シート部材１５は、難燃性で弾性変形可能なシリコン系伝熱シートを、放熱開口部１０ａの内径と同等の直径の円板状に切り取ったもの（図１参照）である。なお、磁気回路２の端面２ａは外側ヨーク７ａの底面に相当する。

ダクト１１は、エンジンルームＳ１に設置されたスピーカ１が生成した再生音を車室内空間Ｓ２へ導くためのものである。また、エンジンルームＳ１に向かって開口している背面ダクト１２は、ケース１０内の背圧を調整するために付設されたものである。

ケース１０の外周縁部には複数の取付孔１０ｂ（図１参照）が設けられており、これら取付孔１０ｂに挿通した金属製の取付ねじ２０（図２参照）を締結することにより、ケース１０は隔壁３０に固定されている。

このように構成されたスピーカ１において、磁気ギャップＧに配置されているボイスコイル３に音声電流が通電されると、公知の電磁相互作用によってボイスコイル３が図２の左右方向に駆動されるため、ボイスコイル３に連動する振動板４によってケース１０内の空気が振動し、再生音がダクト１１の発音開口部１１ａから車室内空間Ｓ２へと放出される。

また、エンジンルームＳ１という高温環境下に設置されるスピーカ１には特別な放熱対策が必要なため、上述したように、磁気回路２の端面２ａを露出させる放熱開口部１０ａをケース１０に設けておき、この放熱開口部１０ａに嵌入した伝熱シート部材１５が磁気回路２の端面２ａと隔壁３０との間に挟み込まれるようにしている。つまり、エンジンルームＳ１内のケース１０を取付ねじ２０の締結によって隔壁３０に固定する過程で、放熱開口部１０ａ内に嵌入した伝熱シート部材１５が弾性変形して圧縮されていくため、この伝熱シート部材１５は磁気回路２の端面２ａと隔壁３０とに確実に圧接する。これにより、エンジンルームＳ１内のボイスコイル３や磁気回路２の熱が伝熱シート部材１５を介して隔壁３０に伝わりやすくなる。しかも、車体フレームである隔壁３０は金属製で熱容量が極めて大きいため、ボイスコイル３や磁気回路２の熱を効率良く隔壁３０へ逃がすことができる。

図３は、入力電圧１０ボルトで音声電流の通電を開始した後、時間（分）の経過に伴うエンジンルームＳ１内のボイスコイル３とヨーク７の温度変化を測定した結果であり、ボイスコイル３の温度変化を符号Ａ、ヨーク７の温度変化を符号Ｂ、車室内の温度変化を符号Ｅで示している。また、比較例として、伝熱シート部材１５を取り除いて磁気回路２の端面２ａと隔壁３０との間が空気層となっている場合のボイスコイル３およびヨーク７の温度変化も測定してある。図３では、この比較例におけるボイスコイル３の温度変化を符号Ｃ、ヨーク７の温度変化を符号Ｄで示している。

図３から明らかなように、比較例では、通電を開始して１時間ほどでボイスコイル３の温度が約１７０℃まで上昇し、ヨーク７の温度も約８０℃まで上昇する。そのため、ボイスコイル３がばらけたり、磁気回路２のマグネット（ネオジウムマグネット）６が減磁する虞がある。一方、本実施形態例のように伝熱シート部材１５を介して隔壁３０へ効率良く放熱できるようにしてあると、通電を開始して２時間近く経過しても、ボイスコイル３の温度は１２０℃程度に維持され、ヨーク７の温度も４０℃程度に維持される。したがって、ボイスコイル３がばらけたりマグネット６が減磁する虞はなく、エンジンルームＳ１という高温環境下に設置したスピーカ１が支障なく使用できることがわかる。

以上説明したように、本実施形態例に係るスピーカ１は、ケース１０に設けた放熱開口部１０ａに弾性変形可能な伝熱シート部材１５を嵌入させており、ケース１０が設置される高温環境下のエンジンルームＳ１を音響空間Ｓ２と隔てている金属製の隔壁３０と、ケース１０内に収納された磁気回路２の端面２ａとの間に、この伝熱シート部材１５を挟み込んだ状態でスピーカ１が取り付けられている。こうすることで、熱容量が極めて大きい隔壁（車体フレーム）３０をヒートシンクとして機能させることができるため、ボイスコイル３や磁気回路２の熱を伝熱シート部材１５を介して隔壁３０へ効率良く逃がすことができる。その結果、エンジンルームＳ１内のボイスコイル３や磁気回路２の温度上昇を抑制できて良好なスピーカ性能を維持することが可能となるため、比較的大型で高出力が要求されるサブウーファであるスピーカ１を、エンジンルームＳ１に設置して支障なく使用することができる。

また、このようにスピーカ１の放熱性能を高めて、高温環境下でも磁気回路２の温度上昇を効果的に抑制できるようにしてあれば、マグネット（ネオジウムマグネット）６の耐熱性を高めるうえで必要とされる高価なディスプロシウムの添加量を減らすことができるため、スピーカ１のコストダウンが図れる。

また、本実施形態例においては、スピーカ１のケース１０を金属製の取付ねじ２０を用いて隔壁３０に固定している。そのため、ケース１０に蓄積される熱を取付ねじ２０を介して隔壁３０へ逃がすことができると共に、取付ねじ２０の締結作業に伴って伝熱シート部材１５を隔壁３０に確実に圧接させることができ、こうした点からも高い放熱効果が得られている。

また、本実施形態例においては、外側ヨーク７ａの底面側を放熱開口部１０ａに嵌入させた状態で磁気回路２がケース１０に固定されているため、磁気回路２をケース１０に対して簡単かつ確実に位置決めすることができ、スピーカ１の組立て性が向上する。

なお、エンジンルーム以外の高温環境下に設置されるスピーカであっても、本発明を適用して放熱効果を高めることは可能である。また、スピーカがサブウーファに限定されるものでないことも勿論である。

１スピーカ
２磁気回路
２ａ端面
３ボイスコイル
４振動板
５ダンパー
６マグネット
７ヨーク
１０ケース
１０ａ放熱開口部
１１ダクト
１１ａ発音開口部
１５伝熱シート部材
２０取付ねじ
３０隔壁
３１孔部
Ｓ１エンジンルーム（壁外空間）
Ｓ２車室内空間（音響空間）
Ｇ磁気ギャップ

Claims

磁気ギャップを有する磁気回路と、前記磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、このボイスコイルと一体的に振動する振動板とがケースの内部に収納されていると共に、先端側の開口端を音響空間に臨出させる発音開口部となしたダクトが前記ケースに突設されており、且つ、前記ケースが前記音響空間と金属製の隔壁によって隔てられた壁外空間に設置されると共に、前記隔壁に設けられた孔部に前記ダクトを挿通した状態で取り付けられるスピーカにおいて、
前記ケースに前記磁気回路の前記隔壁側の端面を露出させる放熱開口部を設けると共に、この放熱開口部に弾性変形可能な伝熱シート部材を嵌入させ、前記磁気回路の前記隔壁側の端面と前記隔壁との間で前記伝熱シート部材が挟圧されるようにしたことを特徴とするスピーカ。
請求項１の記載において、前記伝熱シート部材がシリコン系伝熱シートであることを特徴とするスピーカ。
請求項１または２の記載において、前記磁気回路の一部が前記放熱開口部内に嵌入させてあることを特徴とするスピーカ。
請求項３の記載において、前記磁気回路の一部がヨークであり、このヨークの平坦面を前記放熱開口部内に露出させたことを特徴とするスピーカ。
請求項３または４の記載において、前記ケースを金属製の取付ねじを用いて前記隔壁に固定したことを特徴とするスピーカ。
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記隔壁が自動車の車体フレームであり、前記壁外空間がエンジンルームであることを特徴とするスピーカ。