JPH04126489U - 水中用電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】永久磁石片２６と、第１ヨーク２０と、第２ヨ
ーク２４の基部２４Ａと、磁歪素子２１と、第３ヨーク
２５とによって、磁気回路が形成されている。従って、
永久磁石片２６によって、予めバイアス磁界が磁歪素子
２１に印加されており、 磁歪素子２１は軸方向に予め
変位している。このよう状態で、ボイスコイル２３に音
声電流が流れると、バイアス磁界に交流磁界が重畳さ
れ、磁歪素子２１が軸方向に振動変位し、第２ヨーク２
４が上下に移動し、振動板２７が駆動されて、音波が水
中に放射される。 【効果】磁歪素子の振動変位により振動板を駆動するよ
うにしているため、磁気空隙のない内磁型磁気回路を構
成することができ、電気音響変換の信頼性が向上する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば水中で使用される水中スピーカ等に好適に実施される水中用 電気音響変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の水中用電気音響変換器、例えば水中スピーカの典型的な従来例は、図 ６に示すように、ボイスコイル駆動型の水中スピーカである。即ち、水中スピー カのケース１は、下ケース２と、振動板として機能する上ケース３とを有し、こ のケース１内には、支持板４が配設されている。支持板４には、上プレート５、 下プレート６、上下プレート５，６間に介在されている永久磁石片７、及びセン ターポール８とから構成される磁気回路９が、取付けられている。センターポー ル８と上プレート５とにより形成される磁気空隙１０には、ボイスコイル１１が 挿入されており、このボイスコイル１１の上端は、上ケース３に固定されている 。又、下ケース２には、注水孔１２が形成されており、これに関連してボイスコ イル１１が水に浸漬することを防止するため、支持板４の下面には、シールド部 材１３が固着されている。従って、上ケース３内は、空気室となっている。

【０００３】 このような構造の水中スピーカにおいて、音声電流が錦糸紙１４を介してボイ スコイル１１に与えられると、磁気空隙１０を通過する直流磁束によりボイスコ イル１１に上下方向の電磁力が作用して上ケース３が駆動されて、音声電流に比 例した音波が放射される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記した従来例の水中スピーカでは、以下の問題点がある。 従来例の水中スピーカは、ボイスコイル駆動型であり且つ外磁型磁気回路を 使用しているため、ボイスコイル１１を挿入する比較的間隔の大きい磁気空隙１ ０を形成することが必要となる。しかしながら、このような磁気空隙１０を形成 することにより、磁気空隙１０で漏れ磁束が発生し、これに起因して電気音響変 換の信頼性が劣化する。 上ケース３内は空気室となっているため、上ケース３に水圧が作用し、振動 板の振動が抑制される。従って、かかる理由からもまた、電気音響変換の信頼性 が劣化する。 水深の深い所で使用した場合、水圧のため、水中スピーカ自体が破損する。 従って、比較的水深の浅い所でしか使用することができない。 このような上記問題点は、水中スピーカだけでなく、他の水中用電気音響変換 器においても同様である。

【０００５】 本考案の目的は、上記の問題点に鑑み、電気音響変換の信頼性の向上を図るよ うにした水中用電気音響変換器を提供することである。 又、本考案の他の目的は、水深の深い所においても使用可能な水中用電気音響 変換器を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案の特徴とするところは、振動板の振動によ り電気エネルギーを音響エネルギーに変換して水中に出力することができると共 に、振動板の振動により水中を伝播する音響エネルギーを電気エネルギーに変換 して取込むことができる水中用電気音響変換器において、（Ａ）有底筒状の第１ ヨークと、（Ｂ）第１ヨーク内に、第１ヨークと同心状に配設された棒状の磁歪 素子と、（Ｃ）磁歪素子の外周面を巻回し、且つ音声電流が流れるボイスコイル と、（Ｄ）磁歪素子の上端に、磁歪素子の軸方向に移動自在に配設された第２ヨ ークであって、（ｄ１）外周面が、第１ヨークと磁路を形成すべく第１ヨークの 内周面に当接又は近傍まで延びて、第１ヨークの内周面に沿って摺動する基部と 、（ｄ２）基部に連なり、上方に延在して前記振動板の中央部と連結している連 結部と、を有する、そのような第２ヨークと、（Ｅ）磁歪素子の下端に配設され ている第３ヨークと、（Ｆ）第１ヨークの底部と第３ヨークとの間に介在され、 且つ厚み方向に着磁されている永久磁石片と、（Ｇ）内周縁部が第１ヨークの外 周面に固着され、外周縁部が振動板の外周縁部に固着されて、振動板の外周縁部 を保持すると共に、振動板の内方側空間を密閉するフレームと、を有し、（Ｈ） 前記永久磁石片と、前記第１ヨークと、前記２ヨークと、前記磁歪素子と、前記 第３ヨークとによって、磁気回路が形成されている点にある。

【０００７】 前記フレームと前記振動板の少なくとも一方に、前記振動板の内方側空間に水 を注入するための注水孔が形成され、第１ヨークに関連して、第１ヨーク内への 水の浸入を防止する防水手段が設けられている場合もある。

【０００８】 又、前記防水手段は、第１ヨークの上端に第１ヨークの開口部を覆って固着さ れている第４ヨークと、防水部材とを含み、前記第４ヨークは中央孔を有し、こ の中央孔には、前記第２ヨークの連結部が挿通しており、この中央孔内周面と連 結部外周面との間に、防水部材が介装されている場合もある。 又、前記第２ヨークの基部外周面と第１ヨークの内周面との空隙に、磁性流体 が充填されている場合もある。 又、前記第２ヨークの基部外周縁部には、第１ヨークの内周面に沿って上下方 向に延びるガイド部が、形成されている場合もある。 更に、第１ヨーク内に、オイルが充填されている場合もある。

【０００９】

【作用】

本考案に従えば、永久磁石片と、第１ヨークと、第２ヨークと、磁歪素子と、 第３ヨークとによって、磁気回路が形成されている。従って、永久磁石片によっ て、予めバイアス磁界が磁歪素子に印加されており、これにより磁歪素子は軸方 向に予め変位している。そして、このよう状態で、ボイスコイルに音声電流が流 れると、磁歪素子に交流磁界が印加され、バイアス磁界に交流磁界が重畳される 。従って、磁歪素子に印加される磁界の強さが、音声電流に応じて変化する。そ の結果、磁歪素子が、軸方向に振動変位し、これに連動して第２ヨークが上下に 移動し、振動板が駆動されて、音波が水中に放射される。 尚、音響エネルギーを電気エネルギーに変換する場合には、上記作用と逆の作 用により行われる。 このようにして、本考案の水中用電気音響変換器では、磁歪素子の振動変位に より振動板を駆動するようにしているため、磁気空隙のない内磁型磁気回路を構 成することができる。

【００１０】

【実施例】

以下、図面に基づき本考案の一実施例について説明する。 図１は本考案が適用された水中スピーカの一実施例の半断面図であり、図２は その平面図であり、図３はその底面図である。有底円筒状の第１ヨーク２０内に は、第１ヨーク２０と同心状に棒状の磁歪素子２１が、配設されている。磁歪素 子２１は、例えばテルビウム、ジスプロシウム等の希土類金属の単体又は合金か ら成り、印加磁界の方向に、磁界の増加に対応して伸長変位する性質を有する。 この磁歪素子２１は、非磁性材料から成るコイルボビン２２を挿通しており、コ イルボビン２２には、音声電流が流れるボイスコイル２３が巻回されている。

【００１１】 磁歪素子２１の上端には、第２ヨーク２４が配設されてり、磁歪素子２１の下 端には、円錐台状の第３ヨーク２５が配設されている。第３ヨーク２５と第１ヨ ーク２０の底部との間には、円板状の永久磁石片２６が介在されており、この永 久磁石片２６は、厚み方向に着磁されている。永久磁石片２６は、磁歪素子２１ にバイアス磁界を印加する働きをなす。 第２ヨーク２４は、磁歪素子２１の軸方向に移動自在であり、円板状の基部２ ４Ａと、基部２４Ａの外周縁部から第１ヨーク２０の内周面に沿って垂下したガ イド部２４Ｂと、基部２４Ａ中央部から上方に延びて振動板２７の中央部に連結 された連結部２４Ｃとから構成されている。基部２４Ａはその外周面が第１ヨー ク２０の内周面近傍まで延びている。又、ガイド部２４Ｂの外周面と第１ヨーク ２０の内周面との間には、磁性流体２８が充填されている。従って、第２ヨーク ２４が円滑に移動することができる。

【００１２】 ところで、磁歪素子２１は、耐引張・耐圧縮性に優れているが、耐剪断性に劣 るという性質を有している。しかしながら、本実施例では、ガイド部２４Ｂを設 けることにより、ガイド部２４Ｂに案内されて第２ヨーク２４は上下方向に真っ 直ぐに移動することができ、第２ヨーク２４を介して捩じり、曲げ等に起因した 剪断力が磁歪素子２１に作用することはない。従って、磁歪素子２１に亀裂等が 発生することはなく、耐久性に優れた水中スピーカを実現できる。 尚、前記永久磁石片２６と、前記第１ヨーク２０と、前記２ヨーク２４と、前 記磁歪素子２１と、前記第３ヨーク２５とによって、磁気回路が形成される。こ の磁気回路は、いわゆる内磁型磁気回路であり、磁気空隙が形成されておらず、 漏れ磁束の発生がない。

【００１３】 又、前記第１ヨーク２０の上面には、第１ヨーク２０の開口部を覆うようにし て、リング状の第４ヨーク３０が、ネジ３１によって固定されている。この第４ ヨーク３０と第２ヨーク２４の基部２４Ａとの間には、リング状のダンパ３２が 介在されている。そして、前記第２ヨーク２４の連結部２４Ｃが、ダンパ３２の 中央孔３３及び第４ヨーク３０の中央孔３４をそれぞれ挿通して、その上端は振 動板２７の中央部に当接している。

【００１４】 振動板２７は、中央部が上方向に突出したコーン型振動板である。この振動板 ２７の中央部は、連結部２４Ｃに形成されているネジ孔４０に螺合するネジ４１ により、連結部２４Ｃに連結され、又、振動板２７の外周縁部は、フレーム４２ の外周縁部にビス４３により固着されている。フレーム４２の内周縁部は、第１ ヨーク２０の外周面に固着されている。従って、磁歪素子２１の軸方向の変位に よる第２ヨーク２４の移動に連動して、振動板２７が外周縁部を保持された状態 で駆動されることになる。

【００１５】 又、前記フレーム４２には、複数の注水孔４４が形成されている。従って、注 水孔４４から水が振動板２７内に浸入するため、振動板２７の外表面と内表面と に作用する水圧が同一となり、これにより、水圧による振動板２７の振動が抑制 されることはなく、信頼性の向上を図ることができる。更に、このように注水孔 ４４を形成することにより、水深がかなり深い所で使用しても、水中スピーカは 破損することはない。 尚、この実施例では、第１ヨーク２０の内空間５０は空気室となっているが、 この内空間５０にオイルを充填するようにしてもよい。このようにすれば、耐水 圧性が更に向上し、さらに深い所で使用可能な水中スピーカを実現できる。

【００１６】 一方、注水孔４４から浸入した水がボイスコイル２３にふれると、ボイスコイ ル２３の短絡が生じるため、本実施例では、第２ヨーク２４の連結部２４Ｃ外周 面と第４ヨーク３０内周面の間に、防水部材としてのＯリング５１が介装されて おり、これにより矢印Ｘ１方向からの水の浸入を防ぐことができる。又、第１ヨ ーク２０の上面には、凹溝５２が周方向に沿って形成されており、この凹溝５２ に防水部材としてのＯリング５３が嵌入されている。従って、矢印Ｘ２方向から の水の浸入を防ぐことができる。

【００１７】 図４は磁歪素子２１の動作原理を説明するための図であり、図５は磁歪素子２ １の磁歪特性を示すグラフである。前述したように、磁歪素子２１は、印加磁界 の方向に、磁界の増加に対応して伸長変位する性質を有する。ここで、図４（１ ）に示すように、磁歪素子２１の長さをＬ、印加磁界の強さをＨ（エルステッド ）、磁歪素子２１の伸びをΔＬとすると、磁歪素子２１の磁歪特性は、図４の参 照符号Ｍ１で示される。尚、図５の横軸は印加磁界の強さＨ、縦軸は磁歪（ΔＬ ／Ｌ）である。従って、磁歪素子２１に予めバイアス磁界Ｈ０を印加しておくと 、図５の参照符号Ｍ２で示される交流磁界に対して、磁歪素子２１には参照符号 Ｍ３で示される磁歪が生じる。即ち、磁歪素子２１は、図４（２）に示すように 、バイアス磁界Ｈ０によって生じる伸びΔＬ０の位置を原点として左右に振動変 位する。

【００１８】 このような磁歪素子２１の特性を利用して、本考案に係る水中スピーカでは、 振動板２７を駆動している。以下、詳述すると、本考案に係る水中スピーカにお いて、永久磁石片２６によるバイアス磁界ＨＯの磁束Φ（図１参照）は、永久磁 石片２６のＳ極→第１ヨーク２０→磁性流体２８→第２ヨークの基部２４Ａ→磁 歪素子２１→第３ヨーク２５→永久磁石片２６のＮ極と流れる。これにより、磁 歪素子２１は、元の長さＬからΔＬ０だけ予め伸長変位している。このような状 態で、ボイスコイル２３に音声電流が流れると、交流磁界が磁歪素子２１に印加 され、バイアス磁界ＨＯに交流磁界が重畳される。これにより、磁歪素子２１は 、音声電流の変化に対応して、ΔＬ０を原点として軸方向に振動変位する。尚、 第２ヨーク２４の移動中において、磁性流体２８は、磁気吸引力によってガイド 部２４Ｂと第１ヨーク２０内周面との間に充填された状態を保持している。 こうして、磁歪素子２１が音声電流に応じて振動変位することにより、第２ヨ ーク２４も連動して上下に移動し、振動板２７が駆動され、音波が水中に放射さ れる。

【００１９】 前述の実施例では、ガイド部２４Ｂの外周面と第１ヨーク２０の内周面との間 に、磁性流体２８が充填されていたけれども、ガイド部２４Ｂの外周面及び第１ ヨーク２０の内周面を高精度で加工して摩擦抵抗が殆どない平坦面とされている 場合には、磁性流体２８を省略するようにしてもよい。このようにしても、第２ ヨーク２４の移動に何ら支障をきたすことはなく、又磁気空隙がなく漏れ磁束の 発生もない。 前述の実施例では、フレーム４２に注水孔４４を形成したけれども、振動板２ ７に形成するようにしてもよく、又、フレーム４２及び振動板２７の両方に形成 するようにしてもよい。 又、水深の浅い所で使用するタイプの場合には、注水孔４４は特に設ける必要 はない。 又、前述の実施例では、磁歪素子２１は伸長変位する特性のものが用いられた けれども、収縮変位する特性のものを用いてもよく、上述の動作原理と同様な原 理により、振動板２７を駆動することができる。 更に、前述の実施例では、水中スピーカについて説明したけれども、本考案は これに限定されるものではなく、例えばマイクロホン等その他広範囲の水中用電 気音響変換器に好適に実施することができる。

【００２０】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、以下の効果を奏す。 請求項１記載の考案によれば、磁気空隙のない内磁型磁気回路を構成するこ とができ、電気音響変換の信頼性を格段に向上することができる。 請求項２記載の考案によれば、フレーム及び振動板の少なくとも一方に、注 水孔を形成するようにしたので、振動板の外表面と内表面とに同じ大きさの水圧 が作用する。従って、振動板は水圧に影響されることなく振動することができ、 電気音響変換の信頼性の劣化を防止することができる。 更に、水圧により水中用電気音響変換器が破損することが防止され、水深の深 い所で使用可能な水中用電気音響変換器を実現することができる。

【００２１】 請求項３記載の考案によれば、簡単な構造でしかも防水性の優れた水中用電 気音響変換器を実現することができる。 請求項４記載の考案によれば、第２ヨークを円滑に移動させることが可能と なると共に、更に防水性を向上することができる。

【００２２】 請求項５記載の考案によれば、第２ヨークの基部外周縁部にガイド部を形成 するようにしたので、第１ヨークはガイド部に案内されて上下にほぼ直線状に移 動する。従って、第１ヨークを介して磁歪素子に捩じりや曲げ等に起因する剪断 力が作用せず、そのため、耐伸長性・耐圧縮性に優れているが、耐剪断性に劣る 性質を有する磁歪素子にあって、亀裂等が生じることはなく、耐久性に優れた水 中用電気音響変換器を実現することができる。 請求項６記載の考案によれば、第３ヨーク内にオイルを充填するようにした ので、空気が充填されている場合に比べて、耐水圧性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案が適用された水中スピーカの一実施例の
半断面図である。

【図２】本考案が適用された水中スピーカの一実施例の
平面図である。

【図３】本考案が適用された水中スピーカの一実施例の
底面図である。

【図４】本考案に用いられる磁歪素子の動作原理を説明
するための図である。

【図５】本考案に用いられる磁歪素子の磁歪特性を示す
グラフである。

【図６】従来例の半断面図である。

【符号の説明】

２０…第１ヨーク、２１…磁歪素子、２３…ボイスコイ
ル、２４…第２ヨーク、２４Ａ…基部、２４Ｂ…ガイド
部、２４Ｃ…連結部、２５…第３ヨーク、２６…永久磁
石片、２７…振動板、２８…磁性流体、３０…第４ヨー
ク、３４…第４ヨークの中央孔、４２…フレーム、４４
…注水孔、５０…第１ヨークの内空間、５１…Ｏリン
グ。

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】振動板の振動により電気エネルギーを音響
   エネルギーに変換して水中に出力することができると共
   に、振動板の振動により水中を伝播する音響エネルギー
   を電気エネルギーに変換して取込むことができる水中用
   電気音響変換器において、（Ａ）有底筒状の第１ヨーク
   と、（Ｂ）第１ヨーク内に、第１ヨークと同心状に配設
   された棒状の磁歪素子と、（Ｃ）磁歪素子の外周面を巻
   回し、且つ音声電流が流れるボイスコイルと、（Ｄ）磁
   歪素子の上端に、磁歪素子の軸方向に移動自在に配設さ
   れた第２ヨークであって、（ｄ１）外周面が、第１ヨー
   クと磁路を形成すべく第１ヨークの内周面に当接又は近
   傍まで延びて、第１ヨークの内周面に沿って摺動する基
   部と、（ｄ２）基部に連なり、上方に延在して前記振動
   板の中央部と連結している連結部と、を有する、そのよ
   うな第２ヨークと、（Ｅ）磁歪素子の下端に配設されて
   いる第３ヨークと、（Ｆ）第１ヨークの底部と第３ヨー
   クとの間に介在され、且つ厚み方向に着磁されている永
   久磁石片と、（Ｇ）内周縁部が第１ヨークの外周面に固
   着され、外周縁部が振動板の外周縁部に固着されて、振
   動板の外周縁部を保持すると共に、振動板の内方側空間
   を密閉するフレームと、を有し、（Ｈ）前記永久磁石片
   と、前記第１ヨークと、前記２ヨークと、前記磁歪素子
   と、前記第３ヨークとによって、磁気回路が形成されて
   いることを特徴とする水中用電気音響変換器。
2. 【請求項２】前記フレームと前記振動板の少なくとも一
   方に、前記振動板の内方側空間に水を注入するための注
   水孔が形成され、第１ヨークに関連して、第１ヨーク内
   への水の浸入を防止する防水手段が設けられている請求
   項１記載の水中用電気音響変換器。
3. 【請求項３】前記防水手段は、第１ヨークの上端に第１
   ヨークの開口部を覆って固着されている第４ヨークと、
   防水部材とを含み、前記第４ヨークは中央孔を有し、こ
   の中央孔には、前記第２ヨークの連結部が挿通してお
   り、この中央孔内周面と連結部外周面との間に、防水部
   材が介装されている請求項２記載の水中用電気音響変換
   器。
4. 【請求項４】前記第２ヨークの基部外周面と第１ヨーク
   の内周面との空隙に、磁性流体が充填されている請求項
   １乃至３のいずれかに記載の水中用電気音響変換器。
5. 【請求項５】前記第２ヨークの基部外周縁部には、第１
   ヨークの内周面に沿って上下方向に延びるガイド部が、
   形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の水中
   用電気音響変換器。
6. 【請求項６】第１ヨーク内に、オイルが充填されている
   請求項１〜５のいずれかに記載の水中用電気音響変換
   器。