JPS586360B2 - 動電型スピ−カ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、動電型スピーカに関し、ボイスコイルを冷却
することにより電気音響変換効率を向上することを目的
とするものである。

動電型スピーカにおいては、ボイスコイルに用いる導体
の体積抵抗率ρが小さければ、ボイスコイルの質量およ
び抵抗を一定にしてボイスコイルのターン数を増やすこ
とができるため、スピーカの変換能率が向上する。

導体の体積抵抗率ρの小さい材料として、ρ＝１．６２
Ｘ１０−８Ω・ｍ（２０℃）の銀、ρ＝１．７２Ｘ１０
−８Ω・ｍ（２０℃）の銅、ρ＝２．４Ｘ１０−８Ω”
ｍ（２０℃）の金、ρ＝２．７５Ｘ１０−８Ω”ｍ（２
０℃）のアルミニウム、ρ＝４．５Ｘ１０−８Ω−ｍ（
２０℃）のマグネシウム、ρ＝４．６Ｘ１０−８Ω・ｍ
（２０℃）のナトリウムなどがあり、密度と体積抵抗率
の積が小さいナトリウム、マグネシウム、アルミニウム
、銅の中からコストと信頼性の点でアルミニウムと銅ダ
ボイスコイルの導体として一般に用いられている。

このアルミニウムや銅の体積抵抗率を小さくするには、
ボイスコイルを冷却すれば良い。

たとえば銅の−７８℃における体積抵抗率ρは１．０３
Ｘ１０−８Ω・ｍであり、２０℃の場合の約３／５であ
る。

従ってボイスコイルを−７８℃にすれば変換能率は５／
３倍になる。

ボイスコイルは磁気空隙中に配置してあり磁気回路を冷
却すればボイスコイルの冷却が可能である。

しかしながら、磁気回路を室温以下に冷却すると、空気
中の水分が磁気回路の表面に露結し、磁気空隙中にたま
った水によってボイスコイルがショートしたり、冷却温
度が０℃以下の場合は磁気空隙中に露結した水が氷結し
てボイスコイルが振動せずスピーカとしての機能を果た
さない。

本発明は、水と相溶性がなく絶縁性の磁性流体を磁気空
隙中に充填することにより、上記問題点を解決する動電
型スピーカを提供するものであり、以下に本発明の一実
施例について第１図とともに説明する。

第１図において、１は中央部にセンターポール２が一体
に形成されたヨーク、３はヨーク１の上面に接着された
環状の永久磁石、４は永久磁石３の上面に接着された環
状のプレートであり、このプレート４の内周面と上記セ
ンターポール２の外周面との間に環状の磁気ギャップが
形成される。

５は上記プレート４の上面に固定された環状のフレーム
であり、このフレーム５はプラスチック等の断熱性の良
い材料からなり、このフレーム５に振動板６のエッジ部
が支持されている。

７は振動板６に固定されたコイルボビンであり、このコ
イ２ルボビン１にボイスコイル８が巻回されている。

このボイスコイル８は前記磁気ギャップに挿入されてい
る。

９は磁気ギャップに充填された磁性流体であり、この磁
性流体９は低粘度のエステル油等に酸化鉄等の磁性体の
詔微粉をコロイド状に分散させたものであり、この磁性
流体９は水との相溶性かない電気絶縁材料であり、その
融点は約−５０℃である。

１０は電子冷却素子であり、この電子冷却素子１０の両
面には高熱伝導セラミック板１１．１２が積層されてい
る。

上記電子冷却素子１０の吸熱冷却面は上記高熱伝導セラ
ミック板１１を介してヨーク１の裏面に密着固定され、
また電子冷却素子１０の放熱面側に積層された高熱伝導
セラミック板１２には放熱板１３が密着固定されている
。

上記電子冷却素子１０は半導体のペルチェ効果を応用し
た素子であり、Ｎ型とＰ型の半導体を金属片で接合し直
流電流をＮ型からＰ型の半導体に直列に流すと、電子が
エネルギーレベルの低いＰ型半導体から金属片を通って
エネルギーレベルの高いＮ型半導体にジャンプし、その
時に必要なエネルギーを金属片から熱エネルギーとして
奪うものであり、このため、Ｐ型半導体とＮ型半導体の
間の金属片は冷却され、Ｎ型半導体およびＰ型半導体の
上記金属片と反対側の接合面では発熱する。

この発熱面を空冷または水冷すれば、連続的に上記金属
片の冷却が継続され冷凍機の働きをするものである。

上記電子冷却素子１０と高熱伝導セラミック板１１．１
２が一体になった電子冷却ユニットは、外形が３０ｍ扉
角、厚みが数ｍｍの小形のユニットであり、２〜ＩＯＡ
の直流電流を電子冷却素子１０に流すと、１０〜４０Ｗ
（ジュール／秒）の吸熱を継続するものである。

第１図において、１４は磁気回路の外周面に設けられた
断熱材、１５は電子冷却素子１０の直流電源、１６はセ
ンターポール２の上面に配置された吸音材である。

第１図において、ボイスコイル８に信号を印加すると、
振動板６か振動し音波を放射する。

電子冷却素子１０に直流電流を流すと、磁気回路の温度
および磁性流体９を介してボイスコイルの温度が低下し
、電気音響変換能率が上昇する。

この電気音響変換能率はボイスコイルの比抵抗と密度と
により決まり、 に比例する。

例えば、ボイスコイル８としてアルミニウムコイルを用
いた場合の２０℃における（比抵抗×密度）はＯ、７４
Ｘ１０−６Ωｍｋｇ／ｍ３であるのに対１、このアルミ
ニウムコイルの温度が−３０℃〆なると（比抵抗×密度
）は０．５９Ｘ１０−６Ωｍｋｇ／ｍ”となり、電気音
響変換能率は２ｄＢ向上し、音圧はＩｄＢ向上する。

上記電子冷却素子は最高−４０℃まで冷却可能であり、
このように低い温度になると、磁気ギャップ近傍の空気
中の水分が液化または氷結し、ボイスコイル８の振動が
抑圧されるが、本発明では磁気ギャップ内に磁性流体９
が充填されているため、ボイスコイル８の可動性は保証
されるものである。

なお、磁性流体９の溶媒には、上記電子冷却素子１０の
冷却温度より低い融点のものを使用する必要があり、ま
た磁性流体の粘度は５００センチポイズ以下にすること
が望ましい。

また娠動板６の材料は、発泡性プラスチックや、樹脂を
含浸させた布等が、アルミニウムのような振動板より水
分の凝結を防ぐことができる。

またコイルボビン７としては、断面の厚みが小さいプラ
スチックのような断熱性の材料がよい。

また吸音材１６は振動板背面空間での凝結した水滴を吸
収する働きを兼ねることができる。

以上のように、本実施例によれば、ボイスコイル８の動
きを抑圧することなく、ボイスコイル８の温度を低下さ
せることができ、電気音響変換能率を向上できるもので
ある。

磁気回路を低温に冷却する場合、温度変化のサイクルに
よる永久磁石の減磁が生じ、磁気ギャップの磁束密度が
小さくなる恐れがある。

特に一３０℃以下に冷却する場合には、室温との温度差
が５０℃以上になり、永久磁石が減磁する恐れがある。

第２図に示す実施例は、上記減磁の恐れを除去するもの
であり、永久磁石を用いないで、電磁石を用いているも
のである。

第２図において、１７は壷形のヨーク、１８はこのヨー
ク１７内に設けられたセンターポールであり、このセン
ターポール１８にコイル１９が巻回されている。

２０は直流電源であり、この直流電源２０より直流電源
をコイル１９に流し電磁石を構成するものである。

本実施例によれば、永久磁石を用いないため、冷却によ
る減磁は発生しない利点を有する。

また磁気回路が小型になり、表面積が小さくなるため、
断熱効果に優れている。

また電子冷却素子１０により、電磁石用のコイル１９も
冷却されるため、コイル１９の電気抵抗が小さくなり、
このコイル１９に大きな電流を流すことができ、磁気ギ
ャップの磁束密度を大きくすることができる。

本実施例において直流電源２０の出力電流を変化すると
、磁気ギャップの磁束密度が変化し、音圧レベルの調整
が行なえるものである。

第２図に示す実施例では、磁気ギャップに磁性流体９を
充填しているが、磁性流体９をヨーク１７とセンターポ
ール１８との間にも充填すれば、コイル１９の冷却効果
が大きくなるものである。

第３図は本発明の他の実施例を示している。

第３図において、２１は第２図に示す磁気回路が具備さ
れたスピーカであり、入力端子２２はボイスコイル８に
接続されている。

第３図に示す実施例は、電子冷却素子１０と電磁石用コ
イル１９を直列に接続して一個の直流電源１５で直流電
流を供給するようにしたものである。

電磁石用のコイル１９に流す電流は磁場を発生させるの
に用いるだけであり仕事をしない。

従ってコイル１９の抵抗をいくら小さくしても良いが、
実際には第２図の直流電源２０の出力インピーダンスを
無限に小さくすることはできないため、その出力インピ
ーダンスに合わせた抵抗値番こしてある。

一方電子冷却素子１０は冷却のために２〜１０Ａの直流
電流を必要とし、インピーダンスは通常１〜３Ωである
。

これに対じ線径１φの銅線を２０φの直径のセンターポ
ール１８に４０ターンだけ巻き、ＩＯＡの直流電流を流
すと、材質がＳＳ４１の鉄のセンターポール１８内には
１２０００Ｇａｕｓｓ以上の磁束密度が発生し２５φの
直径のアルニコ磁石とほぼ同等である。

この時のコイル１９の直流抵抗は０．０６Ω以下であり
、電子冷却素子１０のインピーダンスに比べ十分小さい
。

従って第３図の様に電子冷却素子用の直流電源１５だけ
を用いて、電子冷却素子１０を働らかせるための電流で
同時に電磁石を機能させることが可能である。

コイル１９のコストは磁石のコストに比べわずかであり
、永久磁石のコストを不要にすると共に永久磁石による
低温減磁が生じないため磁気回路の冷却温度をいくらで
も低くすることが可能となるものである。

なお、上記各実施例は、電子冷却素子１０を用いている
が、この電子冷却素子１０以外の各種の冷凍機を使用す
ることもできるものである。

以上、詳述したように本発明によれば、水と相溶性のな
い電気絶縁性の磁性流体を磁気回路を構成する磁器ギャ
ップ内に充填すると共に上記磁器回路にそれを周囲の環
境温度以下に強制的に冷却する冷却装置を設け、上記磁
気ギャップ内に挿入したボイスコイルを上記磁性流体を
媒介して上記冷却装置にて冷却するように構成したので
、上記ボイスコイルを使用環境下における温度以下の低
い温度に冷却することができる。

もって、スピーカの使用環境での温度が高い場合でも電
気音響変換能率を向上でき、またボイスコイルの発熱に
よる抵抗変化を小さくすることができるため、入力電圧
と出力音圧との直線性を保証でき、最大出力音圧を３〜
６ｄＢ向上できる利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における動電型スピ一力の断
面図、第２図は本発明の他の実施例の断面図、第３図は
本発明のさらに他の実施例の概略構成図である。 １・・・・・・ヨーク、２・・曲センターポール、３・
・・・・・永久磁石、４・・・・・・プレート、５・・
・・・・フレーム、６四・・振動板、Ｔ・・・・・・コ
イルボビン、８・・・・・・ボイスコイル、９・・・・
・・磁性流体、１０・・・・・・電子冷却素子、１１，
１２・・・・・・高熱伝導セラミック板、１３・・・・
・・放熱板、１４・・・・・・断熱材、１５・・・・・
・直流電源、１６・・・・・・吸音材、１ ７・・・・
・・ヨーク、１８・・・・・・センターポール、１９・
・・・・・コイル、２０・・・・・・直流電源、２１・
・・・・・スピーカ、２２・・・・・・入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気ギャップを有する磁気回路と、上記磁気ギャッ
   プに挿入されたボイスコイルと、水と相溶性のない電気
   絶縁性の磁性流体と、上記磁気回路を周囲の環境温度以
   下に強制的に冷却する冷却装置とを有し、上記磁性流体
   を少なくとも上記磁気ギャップに充填し、この磁性流体
   を媒介して上記ボイスコイルを上記冷却装置にて冷却す
   ることを特徴とする動電型スピーカ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の動電型スピーカにおい
   て、半導体のペルチェ効果を応用した電子冷却素子で冷
   却装置を構成した動電型スピーカ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の動電型スピーカにおい
   て、センターポールが形成されたヨークに環状の永久磁
   石を固定するとともに、上記永久磁石に環状のプレート
   を固定し、上記プレートの内周面と上記センターポール
   の外周面との間に環状の磁気ギャップを形成した磁気回
   路を用いた動電型スピーカ。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の動電型スピーカにおい
   て、壷形のヨーク内にコイルが巻回されたセンターポー
   ルを設け、上記ヨークの内周面と上記センターポールの
   外周面との間に磁気ギャップを形成した磁気回路を用い
   た動電型スピーカ。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の動電型スピーカにおい
   て、センターポールに巻回させたコイルと冷却装置とを
   同一の直流電源に接続した動電型スピーカ０