JP7454459B2 - スピーカ - Google Patents

Description

本発明は、磁界発生部に、反発磁界を成形する２つの磁石が設けられたスピーカに関する。

特許文献１に記載されたスピーカは、非磁性体であるアルミニウムで形成された支持体に、磁気回路が固定されている。磁気回路は、図示下方に向けて、ヨークとマグネットとポールおよび反発マグネットの順に重ねられている。ヨークにはその外周部からポールの側方に延びる筒状部が一体に形成されており、ヨークの筒状部の内周面とポールの外周面との間に磁気空隙が形成されている。コーン型振動板の中心部にボビンが固定され、ボビンに巻かれたボイスコイルが磁気空隙内に位置している。

特許文献１の図２に記載されているスピーカは、反発マグネットの図示下端に磁性体で形成された支持部材が固定されている。支持部材は、図示下方に延びる軸部と、軸部の下端から外周方向に張り出すフランジ部とを有している。図３に、磁気回路における磁束の分布が示されている。このスピーカは、反発マグネットからの磁束が、支持部材に形成されたフランジ部に飛ぶことで、反発マグネットからの磁束の漏洩を低減する、というものである。

特開２０１１－２２３１６５号公報

特許文献１の図２に記載されたスピーカは、ポールの下端に磁性体の支持部材が重ねられているが、支持部材は、磁気空隙の外側に位置しているヨークの筒状部と磁気的に係合されておらず、また支持部材に形成されたフランジ部と、ヨークの筒状部との間の空間距離が長くなっている。そのため、図２に示されているように、磁気空隙を経てさらにヨークの筒状部からフランジ部に至るまでの磁束の密度がきわめて低くなり、反発マグネットからの磁束の漏洩を十分に防止することはできていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、磁界発生部に設けられた２つの磁石から発せられて磁気ギャップを横断する磁束の密度を高くして、磁気駆動効率を高めることが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、振動板と、前記振動板に振動力を与えるボイスコイルと、前記ボイスコイルに磁界を与える第１磁石および第２磁石を有する磁界発生部と、を有し、前記磁界発生部から前記振動板に向かう方向が第１の方向とされたスピーカにおいて、
前記磁界発生部は、
第１の方向に向けて、磁性材料製の第２ヨークと、前記第２磁石と、磁性材料製の中間ヨークと、前記第１磁石と、磁性材料製の第１ヨークの順に重ねられて、前記第２ヨークと磁気的に結合されて第１の方向へ延び前記中間ヨークとの間に磁気ギャップを形成する磁性材料製の対向ヨークが設けられ、前記ボイスコイルが前記磁気ギャップ内に位置し、
前記第２磁石の前記中間ヨークに向く着磁面と、前記第１磁石の前記中間ヨークに向く着磁面とが同じ磁極に着磁され、前記第２磁石の前記第２ヨークに向く着磁面と、前記第１磁石の前記第１ヨークに向く着磁面とが同じ磁極に着磁されており、
前記対向ヨークに磁気的に結合されて第１の方向に延びる対向磁性体が設けられ、前記対向磁性体が前記振動板を挟んで前記第１ヨーク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、前記振動板から延びるボビンに前記ボイスコイルが固定されており、前記振動板とボビンとで、第１空間と第２空間とが区画されており、
前記第１磁石と前記第２磁石が前記第１空間に位置し、前記対向磁性体が前記第２空間に位置しているものである。

本発明のスピーカは、前記対向磁性体が、前記振動板の中心部に位置しており、前記対向磁性体が、前記振動板よりも第１の方向に突出するフェイズプラグである。

または、本発明のスピーカは、前記対向磁性体が、前記振動板の外周側から前記振動板よりも第１の方向に延びるガード部材である。

本発明のスピーカは、磁界発生部において磁気ギャップを形成している対向ヨークと磁気的に結合されている対向磁性体が設けられ、この対向磁性体が振動板を介して第１ヨークに対向している。そのため、第１ヨークと中間ヨークとの間に位置している第１磁石からの磁束を磁気ギャップ内に効率よく導くことができ、漏洩磁束が少なくなって、振動板の駆動効率を高めることができる。

本発明の第１実施形態のスピーカの外観を示す斜視図、 図１に示したスピーカの縦断面図、 図２に示した縦断面図の一部を拡大した拡大断面図、 本発明の第２実施形態のスピーカの外観を示す斜視図、 図４に示したスピーカをＶ－Ｖ線で切断した部分拡大断面図、

図１ないし図３に本発明の第１実施形態のスピーカ１が示されている。このスピーカは振動板に２つのボイスコイルが設けられており、１つの磁界発生部からそれぞれのボイスコイルを横断する磁束が与えられる。スピーカ１はＹ１方向が第１の方向でＹ２方向が第２の方向である。第１の方向（Ｙ１方向）がスピーカ１の前方で、発音方向であり、第２の方向（Ｙ２方向）が後方である。

図２と図３の断面図に示されるように、スピーカ１は、合成樹脂材料または非磁性の金属である非磁性材料で形成されたケース２を有している。ケース２は第１の方向である前方（Ｙ１方向）に位置する前方ケース３と、第２の方向である後方（Ｙ２方向）に位置する後方ケース４とが組み合わされて構成されている。

前方ケース３の内部に磁界発生部１０が収納されている。磁界発生部１０は、後方から第１の方向（Ｙ１方向）に向けて、第２ヨーク１１、第２磁石１２、中間ヨーク１３、第１磁石１４、第１ヨーク１５の順に重ねられている。第２ヨーク１１は鉄などの磁性材料で形成されており、前方から見た平面形状は、中心軸Ｏを中心とする円形である。中間ヨーク１３と第１ヨーク１５も鉄などの磁性材料で形成されており、いずれも前後方向（Ｙ１－Ｙ２）方向の板厚寸法が均一であり、前方から見た平面形状は。中心軸Ｏを中心とするリング形状（ドーナツ形状）である。

第１磁石１４と第２磁石１３は、共に前後方向（Ｙ１－Ｙ２方向）の板厚が均一であり、前方から見た平面形状は、中心軸Ｏを中心とするリング形状（ドーナツ形状）である。図３に拡大して示されるように、第２磁石１２は、中間ヨーク１３に向けられて中間ヨーク１３に接合された前方着磁面（第１着磁面）１２ａと、第２ヨーク１１に向けられて第２ヨーク１１に接合された後方着磁面（第２着磁面）１２ｂを有している。第１磁石１４は、第１ヨーク１５に向けられて第１ヨーク１５に接合された前方着磁面（第１着磁面）１４ａと、中間ヨーク１３に向けられて中間ヨーク１３に接合された後方着磁面（第２着磁面）１４ｂを有している。第２磁石１２の前方着磁面１２ａと第１磁石１４の後方着磁面１４ｂは同じ磁極に着磁されており共にＮ極である。第２磁石１２の後方着磁面１２ｂと第１磁石１４の前方着磁面１４ａは同じ磁極に着磁されており共にＳ極である。なお、前記Ｎ極とＳ極とが逆であってもよい。

図２と図３に示されるように、磁界発生部１０では、中心側に内側対向ヨーク１６が設けられ、外周側に外側対向ヨーク１７が設けられている。内側対向ヨーク１６は、中心軸Ｏを中心とする円柱形状であり、外側対向ヨーク１７は、中心軸Ｏを中心とする円筒形状である。内側対向ヨーク１６と外側対向ヨーク１７は、第２ヨーク１１と磁気的に結合されて第１の方向（Ｙ１方向）に延びている。本明細書での磁気的に結合とは、一体に形成されている、互いに対面して接合されている、あるいは薄い接着剤層や薄い非磁性材料などを介して接合されている、など磁気抵抗を有することなく、または微小な磁気抵抗を有して結合されている、ことを意味している。図２と図３に示される磁界発生部１０では、内側対向ヨーク１６と外側対向ヨーク１７とが、第２ヨーク１１と一体に形成されている。

図３に拡大して示されるように、内側対向ヨーク１６は、中間ヨーク１３の内周面に対向し、内側対向ヨーク１６と中間ヨーク１３との間に内側磁気ギャップＧ１が形成されている。外側対向ヨーク１７は、中間ヨーク１３の外周面に対向し、外側対向ヨーク１７と中間ヨーク１３との間に外側磁気ギャップＧ２が形成されている。

図２と図３に示されるように、前方ケース３の第１の方向（Ｙ１方向）に向く開口部に振動板２０が設けられている。前方ケース３の内部では、第１の方向（Ｙ１方向）に向けて、磁界発生部１０と振動板２０の順に配置されている。図２と図３の断面図には、振動板２０の湾曲部２１が表れている。湾曲部２１は、合成樹脂材または紙材と合成樹脂材との複合材などで形成されている。湾曲部２１はその断面が前方に凸形状となる円弧形状であり、前方から見たときに、湾曲部２１は、中心軸Ｏを中心とするリング形状（ドーナツ形状）となっている。

図３の断面図に示されるように、振動板２０の一部として、湾曲部２１の外周に外側エッジ部材２２が接合されており、外側エッジ部材２２は、前方ケース３の前端部３ａに接着されて固定されている。あるいは前端部３ａにおいて板材などで挟まれて固定されている。振動板２０の一部として、湾曲部２１の内周に内側エッジ部材２３が接合されている。内側対向ヨーク１６には、第１の方向に向けて、台座部材３１と対向磁性体３２とが順に重ねられており、内側対向ヨーク１６の中心部に挿入された固定ねじ３３によって、台座部材３１と対向磁性材３２とが固定されている。内側エッジ部材２３は、台座部材３１と対向磁性体３２との間に挟まれて固定されている。

外側エッジ部材２２と内側エッジ部材２３は、湾曲部２１よりも剛性が小さく、撓み変形しやすい。振動板２０は、外側エッジ部材２２と内側エッジ部材２３とが変形することで、湾曲部２１が前後方向（Ｙ１－Ｙ２方向）に振動できる。

台座部材３１と対向磁性体３２は鉄などの磁性材料で形成されている。台座部材３１は、内側対向ヨーク１６と磁気的に結合されており、対向磁性体３２は、台座部材３１と内側対向ヨーク１６の双方に磁気的に結合されている。すなわち、内側対向ヨーク１６と台座部材３１は互いに接触した状態で固定ねじ３３の締付け力で固定されている。台座部材３１と対向磁性体３２は、振動板２０の一部である内側エッジ部材２３を挟んだ状態で、微小な間隔を空けて、固定ねじ３３の締付け力で固定されている。

対向磁性体３２は、振動板２０の中心部に位置し、第１の方向である前方（Ｙ１方向）に向けて直径が徐々に狭くなるように突出している。この形状の対向磁性体３２は、イコライザまたはフェイズプラグと称されるものであり、振動板２０の振動によって第１の方向へ発せられる音の指向性を広め、特に高音域の音圧の指向性を第１の方向（Ｙ１方向）に向けて広げるように制御する。

図３に示されるように、振動板２０の湾曲部２１と内側エッジ部材２３との接合部から第２の方向（Ｙ２方向）に向けて内側ボビン２４が延びており、内側ボビン２４の後方の端部に内側ボイスコイル２５が固定されている。内側ボビン２４と内側ボイスコイル２５は、内側対向ヨーク１６の外周に位置する円筒形状であり、内側ボイスコイル２５が内側磁気ギャップＧ１の内部に位置している。振動板２０の湾曲部２１と外側エッジ部材２２との接合部から第２の方向（Ｙ２方向）に向けて外側ボビン２６が延びており、外側ボビン２６の後方の端部に外側ボイスコイル２７が固定されている。外側ボビン２６と外側ボイスコイル２７は、中間ヨーク１３と第１磁石１４の外周に位置する円筒形状であり、外側ボイスコイル２７が外側磁気ギャップＧ２の内部に位置している。

図２と図３に示されるように、前方ケース３の前方はガード部材５で覆われている。ガード部材５は、磁性材料で形成されており、多孔性の鋼材の板材または網状の鋼材の板材などで表面メッキされたものである。あるいは、多孔性や網状の合成樹脂材料の表面にメタルメッキが施されたものなどである。または、アルミニウム合金などで形成されていてもよい。ガード部材５は、緩い傾斜の円錐状に形成されたものであり、振動板２０および対向磁性体３２の前方に間隔を空けて配置されている。

次に、前記スピーカ１の発音動作を説明する。
図３には、第１磁束Φ１と第２磁束Φ２および第３磁束Φ３と第４磁束Φ４の主な経路が記載されている。磁界発生部１０は反発磁界を利用したものであり、第１磁束Φ１と第２磁束Φ２は、互いに反発する経路を経て内側磁気ギャップＧ１を横断する。第３磁束Φ３と第４磁束Φ４は、互いに反発する経路を経て外側磁気ギャップＧ２を横断する。各磁束Φ１，Φ２，Φ３，Φ４は、実際には所定の磁束密度を有する磁界の束であるが、説明の都合上、図３では各磁束Φ１，Φ２，Φ３，Φ４の主な経路が、それぞれ１本の破線で示されている。

第２磁石１２で生成される第２磁束Φ２は、第２磁石１２の前方着磁面１２ａから中間ヨーク１３を経て内側磁気ギャップＧ１を横断し、内側対向ヨーク１６から第２ヨーク１１を得て第２磁石１２の後方着磁面１２ｂに至る。第４磁束Φ４は、第２磁石１２の前方着磁面１２ａから中間ヨーク１３を経て外側磁気ギャップＧ２を横断し、外側対向ヨーク１７から第２ヨーク１１を得て第２磁石１２の後方着磁面１２ｂに至る。内側磁気ギャップＧ１を形成する内側対向ヨーク１６は第２ヨーク１１と一体で、外側磁気ギャップＧ２を形成する外側対向ヨーク１７は第２ヨーク１１と一体である。そのため、内側磁気ギャップＧ１を横断する第２磁束Φ２の磁束密度と、外側磁気ギャップＧ２を横断する第３磁束Φ３の磁束密度は、構造上高くなっている。

一方、第１磁石１４に関しては、中間ヨーク１３と逆側である前方（Ｙ１方向）に振動板２０が位置し、さらに振動板２０から各磁気ギャップＧ１，Ｇ２内にボビン２４，２６が延びている。そのため、第１ヨーク１５から第２の方向（Ｙ２方向）に向けて外側対向ヨークと内側対向ヨークを延ばすことができず、その外側対向ヨークと中間ヨーク１３との間、およびその内側対向ヨークと中間ヨーク１３との間に磁気ギャップを形成することができない。言い換えると、図３に示される内側対向ヨーク１６および外側対向ヨーク１７と、第１ヨーク１５とを、磁気的に結合させて設けることができない。

そのため、第３磁束Φ３は、第１磁石１４の後方着磁面１４ｂから中間ヨーク１３を経て外側磁気ギャップＧ２を横断し外側対向ヨーク１７に至るが、その後は空間を通過して第１ヨーク１５に戻ることになる。第１磁石１４の図面に向かって右側には、非磁性の前方ケース３の前端部分と非磁性のガード部材５の一部が存在しているが、磁性の部材は対向していない。これにより、第１磁石１４から出て外側磁気ギャップＧ２を横断する第３磁束Φ３の磁束密度は非常に低くなってしまう。

図３に示されるように、スピーカ１の中心部分においては、振動板２０の湾曲部２１と内側ボビン２４とで、第１空間（Ａ）と第２空間（Ｂ）が区画されており、第１空間（Ａ）に中間ヨーク１３と第１磁石１４および第１ヨーク１５が位置し、第２空間（Ｂ）に台座部材３１と対向磁性体３２が位置している。対向磁性体３２は、振動板２０を介して第１ヨーク１５に対向しているため、対向磁性体３２と第１ヨーク１５との空間距離はきわめて短くなっている。また、対向磁性体３２と台座部材３１は共に磁性材料で形成されて、内側対向ヨーク１６と磁気的に結合されている。そのため、内側磁気ギャップＧ１を横断する第１磁束Φ１の磁束密度は、外側磁気ギャップＧ２を横断する第３磁束Φ３の磁束密度に比べて格段に高くなっている。

内側ボイスコイル２５に流れるボイス電流と、内側磁気ギャップＧ１を横断する磁束とで、内側ボビン２４から振動板２０に振動が与えられ、外側ボイスコイル２７に流れるボイス電流と、外側磁気ギャップＧ２を横断する磁束とで、外側ボビン２６から振動板２０に振動が与えられる。そして振動板２０の振動により第１の方向である前方（Ｙ１方向）に向けて音圧が発生する。

図３に示されるように、内側磁気ギャップＧ１を横断する第１磁束Φ１の磁束密度は、外側磁気ギャップＧ２を横断する第３磁束Φ３の磁束密度よりも高いため、内側ボイスコイル２５から内側ボビン２４を経て振動板２０に与えられる振動エネルギーが大きくなる。そのため、音圧を高くでき、再生音質も良好になる。また、第１磁石１４で生成される第１磁束Φ１を効率よく循環させることで第１磁石１４の発熱を抑えることができ、第１磁石１４の減磁も抑制できる。

図１ないし３に示されたスピーカ１は、２つのボイスコイル２５，２７で振動板２０を駆動する方式である。内側ボイスコイル２５を横断する磁束の密度が、外側ボイスコイル２７を横断する磁束の密度よりも高いため、内側ボイスコイル２５に作用する単位周長当たりの振動エネルギーは、外側ボイスコイル２７に作用する単位周長当たりの振動エネルギーよりも大きい。しかし、内側ボイスコイル２５は直径が小さく周長が短く、外側ボイスコイル２７は内側ボイスコイル２５に比べて直径が大きく周長が長いため、内側ボイスコイル２５の全周で得られる振動エネルギーと外側ボイスコイル２７の全周で得られる振動エネルギーの差を小さくでき、２つのボイスコイル２５，２７で振動板２０をバランス良く駆動できるようになる。

振動板２０を挟んで第１ヨーク１５に対向する対向磁性体３２は、イコライザまたはフェイズプラグとして機能するため、対向磁性体３２として従来と異なる特別な部材を設ける必要がなくなる。

図４と図５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はツィータとして使用されるものであり、ボイスコイルは１つのみ設けられている。このスピーカ１０１は、図１ないし図３に示された第１実施形態のスピーカ１と部材の形状などが相違しているが、同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明をなるべく省略する。

図４と図５に示されるスピーカ１０１においても、第１の方向である前方（Ｙ１方向）に向けて磁界発生部１０と振動板２０が順に配置されている。磁界発生部１０は、後方から前方すなわち第１の方向（Ｙ１方向）に向けて、第２ヨーク１１、第２磁石１２、中間ヨーク１３、第１磁石１４、第１ヨーク１５の順に積層されている。これら各部材は前方から見た平面形状が円板形状である。第２ヨーク１１の外周部分から第１の方向（Ｙ１方向）に向けて外側対向ヨーク１７が延びている。外側対向ヨーク１７は第２ヨーク１１と磁気的に結合されている。すなわち、外側対向ヨーク１７は第２ヨーク１１と一体に形成されている。外側対向ヨーク１７は円筒形状であり、中間ヨーク１３の外周面と外側対向ヨーク１７の内周面との間に磁気ギャップＧが形成されている。

外側対向ヨーク１７には第１の方向（Ｙ１－Ｙ２方向）に向けて台座部材３１と対向磁性体３２が順に積層されて互いに接着やねじ止めなどの手段で固定されている。台座部材３１と対向磁性体３２は、鉄などの磁性材料で形成されている。外側対向ヨーク１７と台座部材３１および対向磁性体３２は、互いに磁気的に結合されている。

振動板２０は、ドーム状の湾曲部２１と、湾曲部２１の外周に接続されたエッジ部材２２とを有しており、エッジ部材２２が、台座部材３１と対向磁性体３２との間に挟まれて固定されている。湾曲部２１とエッジ部材２２との接合境界部には、第２の方向（Ｙ２方向）に向けて延びる外側ボビン２６が固定されている。外側ボビン２６の後端部に固定された円筒状の外側ボイスコイル２７が磁気ギャップＧの内部に位置している。

図４に示されるように、対向磁性体３２は、振動板２０の外周部から湾曲部２１の前方に延びるように複数か所（３か所）に設けられている。対向磁性体３２はガード部材であり、対向磁性体３２の存在により振動板２０が指などで損傷を受けるのを防止できるようになっている。

図５に示すように、スピーカ１０１は、振動板２０と外側ボビン２６によって、内側の第１空間（Ａ）と外側の第２空間（Ｂ）とに区画されている。第１空間（Ａ）に中間ヨーク１３と第１磁石１４および第１ヨーク１５が配置され、第２空間（Ｂ）に台座部材３１と対向磁性体３２とが配置されている。第１ヨーク１５には、振動板２０の湾曲部２１に向けて前方に突出する突出部１５ａが複数か所（３か所）に形成されており、それぞれの対向磁性体３２が振動板２０の湾曲部２１を介して第１ヨーク１５の突出部１５ａに短い距離で対向している。

図５には、第２磁石１２で生成される磁束Φ６の主な経路と、第１磁石１４で成形される磁束Φ５の主な経路が示されている。このスピーカ１０１においても、第１磁石１４で生成された磁束Φ５が、中間ヨーク１３を経て磁気ギャップＧを横断し、外側対向ヨーク１７から台座部材３１を経て対向磁性体３２に至り、さらに、対向磁性体３２から短い距離で対向している突出部１５ａに飛んで第１ヨーク１５から第１磁石１４に戻る。したがって、反発磁界となって磁気ギャップＧを横断する磁束Φ５の磁束密度を高くすることができる。

１ スピーカ
２ ケース
１０ 磁界発生部
１１ 第２ヨーク
１２ 第２磁石
１３ 中間ヨーク
１４ 第１磁石
１５ 第１ヨーク
１６ 内側対向ヨーク
１７ 外側対向ヨーク
２０ 振動板
２１ 湾曲部
２２ 外側エッジ部材
２３ 内側エッジ部材
２４ 内側ボビン
２５ 内側ボイスコイル
２６ 外側ボビン
２７ 外側ボイスコイル
３１ 台座部材
３２ 対向磁性体
（Ａ） 第１空間
（Ｂ） 第２空間
Ｇ１ 内側磁気ギャップ
Ｇ２ 外側磁気ギャップ
Ｇ 磁気ギャップ

Claims (4)

1. 振動板と、前記振動板に振動力を与えるボイスコイルと、前記ボイスコイルに磁界を与える第１磁石および第２磁石を有する磁界発生部と、を有し、前記磁界発生部から前記振動板に向かう方向が第１の方向とされたスピーカにおいて、
   前記磁界発生部は、
   第１の方向に向けて、磁性材料製の第２ヨークと、前記第２磁石と、磁性材料製の中間ヨークと、前記第１磁石と、磁性材料製の第１ヨークの順に重ねられて、前記第２ヨークと磁気的に結合されて第１の方向へ延び前記中間ヨークとの間に磁気ギャップを形成する磁性材料製の対向ヨークが設けられ、前記ボイスコイルが前記磁気ギャップ内に位置し、
   前記第２磁石の前記中間ヨークに向く着磁面と、前記第１磁石の前記中間ヨークに向く着磁面とが同じ磁極に着磁され、前記第２磁石の前記第２ヨークに向く着磁面と、前記第１磁石の前記第１ヨークに向く着磁面とが同じ磁極に着磁されており、
   前記対向ヨークに磁気的に結合されて第１の方向に延びる対向磁性体が設けられ、前記対向磁性体が前記振動板を挟んで前記第１ヨークに対向していることを特徴とするスピーカ。
2. 前記振動板から延びるボビンに前記ボイスコイルが固定されており、前記振動板とボビンとで、第１空間と第２空間とが区画されており、
   前記第１磁石と前記第２磁石が前記第１空間に位置し、前記対向磁性体が前記第２空間に位置している請求項１記載のスピーカ。
3. 前記対向磁性体が、前記振動板の中心部に位置しており、前記対向磁性体が、前記振動板よりも第１の方向に突出するフェイズプラグである請求項１または２記載のスピーカ。
4. 前記対向磁性体が、前記振動板の外周側から前記振動板よりも第１の方向に延びるガード部材である請求項１または２記載のスピーカ。

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