JPS59198B2 - 動電型スピ−カ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、動電型スピーカ特に中低音用スピーカに関し
、ボイスコイルの温度上昇を低減し、耐入力の向上と最
大出力音圧の向上を実現するものである。

第１図は従来のコーン型スピーカを示している。

この従来のコーン型スピーカは、通気孔５を有するセン
ターポール１を一体としたヨーク２に磁石４を接着し、
更にヨーク３を磁石４の上面に接着し、ヨーク３の内周
面とセンターポー／Ｉ／１の外周面で形成する環状の磁
気空隙中に、コイルボビン９に巻回したボイスコイル１
０を配置し、このコイルボビン９に結合した振動板６を
ダンパー１２とエツジ部材１を介してフレーム８で支持
している。

１１は通気性または非通気性のダストキャップである。

第１図において、ボイスコイル１０に音声信号を加える
と、コイルボビン９と結合した振動板６が駆動され音を
放射する。

振動板６は紙コーンの場合が最も多（、コイルボビン９
はアルミ箔、紙、ベークライト、ポリイミド、ポリエス
テル等の高分子フィルムなどが用いられる。

ボイスコイル１０に大入力が加わると、ボイスコイル１
０の温度が上昇し、ボイスコイルの抵抗増加に伴なって
電圧感度が低下し、出力音圧の非直線を生じる。

またボイスコイルの加熱による断線や接着剤の軟化によ
る振動板とボイスコイルの結合部の破壊等が生じる欠点
がある。

一般に入力電圧に対する出力音圧の非直線性と耐入力限
界の両者によって、スピーカの最大出力音圧が決定され
る。

従ってボイスコイル温度上昇を低減すれば出力音圧の非
直線性が低減し耐入力が向上するため最大出力音圧を大
きくすることができる。

現在の動電型スピーカの場合、例えば、ボイスコイル口
径２５φ、磁気空隙長０．８７ＩＪＩｔ、磁気空隙中２
ｖｎ、ボイスコイル巻巾１．２７ＪＩＪ、コイルボビ
ン０．０３ｖＩｌ厚アルミ箔、チタン箔ドーム振動板ツ
イータの場合、１０ Ｗｌ ５ ｓｅｃの実効入力に対
し、１３０℃〜１５０℃のボイスコイル温度上昇があり
、この時−３ｄＢ以上の出力音圧低下が生ずる。

入力に対してボイスコイルの熱容量は０．０９Ｊ／℃〜
０．１１ Ｊ／℃と小さいため、約１．１〜１．５ｓｅ
ｃの時定数で温度上昇カーブが立ち上がり、約３〜４
ｓｅｃで上記ボイスコイ／Ｌ／温度上昇の９０％以上の
温度上昇が発生し、ミュージックソースに対しても容易
に上記１３０〜１５０℃の温度上昇が発生する。

また、ボイスコイル口径４５φ、磁気空隙長２關、磁気
空隙部８關、ボイスコイル巻巾１０ｍ（ロングボイスコ
イル）、コイルボビン０．１ ｙｎｓＮ−アルミ箔、３
６（３紙コーン振動板ウーファの場合４０Ｗ、 ４０
ｓｅｃの実効入力に対し１３０〜１５０℃のボイスコイ
ル温度上昇が発生する。

ボイスコイル温度上昇ΔＴ′Ｃは、磁気空隙長ｄｍと実
効人力Ｑ Ｊ ／ ｓｅｅに比例し、磁気空隙断面積Ａ
ｍ２と空隙媒質（通常は空気）の熱伝導率Ｋ Ｊ ／
ｍ −ｓｅｅ・０Ｋに反比例する。

従来の動電型スピーカは磁気空隙を通してヨークまたは
センターポールに放熱する放熱経路が大部分を占め、コ
イルボビンを伝わって放熱する経路が無視できるため上
記関係が成り立つ。

上記ウーファにおいて６０Ｗ、４０８ｅｅの実効入力が
入るとボイスコイ／Ｉ／＠度上昇ΔＴは約２１０℃とな
り室温が３０℃の時はボイスコイルの温度が約２４０℃
になる。

その結果−４，８ｄＢの出力音圧の非直線性が生じると
共にボイスコイルの破断が発生する。

ボイスコイル温度上昇を低減する有力な方法として、磁
気空隙部に磁性流体を充填して空隙媒質の熱伝導率Ｋを
４〜６倍にする方法がある。

この方法の場合、磁気空隙容積が小さく振巾の小さいツ
イータやバイミツドレンジスピーカには有効である。

これに対し、ウーファやローミツドレンジスピーカの場
合、磁性流体が４關以上の大振巾により比較的飛び出し
易い問題点と、磁気空隙容積が太きいため高価な磁性流
体が大量に必要となり、コスト高になるという問題点が
ある。

前述のツイータとウーファの場合磁気空隙容積は各々０
．１３ＣＣと２．２６ＣＣであり、ウーファノ磁気空隙
容積が約１７．４倍大きい。

ボイスコイルの占有体積を考慮しても約１４倍の体積の
磁性流体が必要である。

前述のウーファは低音用スピーカとしては比較的磁気空
隙体積が小さい例であり、コーン振動板口径３６ｃＩＩ
Ｌの動電型ウーファの場合磁気空隙体積は通常３〜４匡
である。

また中低音用スピーカの場合ボイスコイルの巻巾が磁気
空隙部より大きいいわゆるロングボイスコイルであるこ
とが多（、磁性流体中に浸種されないボイスコイル部分
が発生するためショートボイスコイルの場合に比べ磁性
流体の充填効果は減少する。

本発明は上記従来の欠点を除去し、効果的にボイスコイ
ルの温度上昇を低減することができる動電型スピーカを
提供するものである。

第２図は本発明の一実施例を示している。

第２図において、１はヨーク２に一体に形成されたセン
ターポール、４はヨーク２に接着された環状の磁石、３
は磁石４に固定された環状のヨークであり、このヨーク
３の内周面と上記センターポール１の外周面との間Ｋｉ
状の磁気空隙が形成される。

８はヨーク３に固定されたフレーム、１３は振動板であ
り、この振動板１３の外周部はエツジ部材１を介してフ
レーム８に支持されている。

１４はボイスコイル１０を内蔵する中空円筒状のボビン
であり、このボビン１４はヒートパイプを構成している
。

次に上記ヒートパイプ化されたボビン１４の構造につい
て説明する。

１５、１５’は０．１〜０．３闘程度の薄肉の円筒であ
り、この円筒１５．１５′径は異なり、円筒１５′の径
より大きい。

円筒１５、１５’の端部は絞り加工されるとともに、溶
接され、気密な中空円筒状のボビン１４が形成される。

なお円筒１５と１５′との間隙は１藺〜２６５羽である
。

上記ボイスコイル１０は上記円筒１５′にあらかじめ巻
回されているものである。

このボイスコイル１０のリード線１６は第３図に示すよ
うに、円筒１５に形成された孔より外部に取り出され、
この孔は気密性のよい接着剤１７で密閉されている。

第２図において、１８は上記中空円筒状のボビン１４内
に挿入された円筒状のクイックであり、このウィック１
８は銅、ステンレス等の金網またはガラス繊維等からな
り、ボビン１４内に注入された作動流体が毛細管現象に
より上記ウィック１８を伝わって移動するものである。

なお中空円筒状ボビン１４内に収納されたボイスコイル
１０をウィックの一部として兼用することも可能である
。

なお上記作動流体としては、一般にアンモニア、メタノ
ール、水、フレオン等が用いられる。

なお円筒１５、１５’の材質としては、上記作動流体と
酸化反応等が起らないものを使う必要がある。

例えば、作動流体としてメタノールを用いる場合、円筒
１５、１５’として、銅、鉄、ニッケルが使用可能であ
るが、円筒１５、１５’を磁気空隙中に配置するため、
鉄とニッケルは使えず、銅を用いる。

作動流体として水を用いる場合は、円筒１５゜１５′と
して銅、ニッケル、チタンが使用可能であるが、ニッケ
ルは強磁性体であるので使えず、チタンは溶接が困難で
あり、銅が適している。

また作動流体としてフレオン１１、フレオン２２等のフ
レオンを用いる場合にはアルミニウムが適している。

なおアルミニウムは軽量であるとともに、融点が６６０
℃と低いため、溶接が容易に行なえ、円筒１５，１５′
用の材料として最適である。

第３図において、１９は、中空円筒状ボビン１４の端部
に形成されたパイプであり、このパイプ１９を介して中
空円筒状ボビン１４内を減圧し、空気を排気した後作動
流体を注入し、その後、溶接または気密性のよいエポキ
シ等の接着剤で封口するものである。

なお中空円筒状ボビン１４内部を減圧し、また作動流体
封入後も作動流体の室温における飽和蒸気圧の値に内部
は減圧または力旺されている。

たとえば、作動流体にフレオン（ＣＣ１２Ｆ −Ｃ（Ｉ
Ｆ２ ）を用いる場合、沸点が４７．６℃であり室温（
２０℃）においては飽和蒸気圧０．３７ Ｋｇ／ｃｒＡ
まで減圧されている。

従って、減圧または加圧に耐える強度のボビン１４が要
求サレる一方、スピーカのボビンとして軽量であること
が要求される。

そこでヤング率／密度が大きいアルミニウムがボビンの
材料として最適である。

またボイスコイルの電気絶縁信頼性を高めるには絶縁性
の作動流体を用いると共にボビンを構成する金属元素が
イオン化して作動流体中に溶解することのないものが良
い。

このような作動流体としてフレオン１１ （ＣＣ７３Ｆ
）、フレオン１２（ＣＣ１２Ｆ２）、フレオン１１
３ （Ｃ（１２Ｆ −ＣＣｌＦ２ ）、フレオン１１４
（ＣＣｌＦ２−Ｃ（ＩＦ２ ）、フレオン２２（ＣＨＣ
ｌＦ２）、フレオン２１ （ＣＣ１２Ｆ２切 適しており、フレオン類の作動流体とアルミニウムから
なる中空円筒状ボビン１４との組合せが最も好ましい。

上記構造のと一ドパイブ化された中空円筒状ボビン１４
の上端は第２図に示すように、アルミハニカム材を用い
た振動板、アルミ単板振動板、発泡金属からなる振動板
等の伝熱性の良い振動板１３に、溶接により、またはア
ルミ粉を含む伝熱性接着剤により固定される。

第２図において、２０はセンターポール１の上面に固定
されたアルミブロックであり、このアルミブロック２０
の外周面は中空円筒状ボビン１４の内周面に対向してい
る。

次に、第２図に示す動電型スピーカの動作について説明
する。

ボイスコイル１０に音声入力を印加すると、ボビン１４
、振動板１３が一体に振動し、音波を放射する。

この際、ボイスコイル１０が発熱し、ボイスコイル近傍
のウィック１８を濡らしている作動流体が気化潜熱を奪
って蒸発し、蒸発によって発生した蒸気圧により、凝縮
部Ａに拡散し、冷却されて液化する。

この液化により放出された熱＆Ｌ振動板１３に伝わり、
大面積の振動板１３表面より空気中に放熱される。

このように、本実施例では振動板１３が放熱板として働
き、ヒートパイプ化されたボビン１４はボイスコイル１
０の熱を速やかに振動板１３に伝え放熱するものである
。

ボイスコイル口径を４５φとした実施例で＆ζ厚さ０．
１５１１Ｊｔの銅製のボビンを用い、かつ作動流体とし
て水を用いた場合ボイスコイルを除く重量がｌｌｇｒの
ヒートパイプ化されたボビンを、まり厚み０．２５ｕの
アルミニウム製ボビンとフレオンの作動流体の組み合わ
せてボイスコイルを除く質量が７．７ｇｒのヒートパイ
プボビンを試作し、ボイスコイルおよび作動流体とウィ
ックを封入することができた。

口径３６ｃＷＬのウーファの実施例において放射質量１
８ｇｒ、振動系質量７８ｇｒノウちヒートパイプボビン
の質量は９係以下にすることが可能でありヒートパイプ
ボビンを用いたことによる音圧低下を約−１ｄＢに押さ
えることができる。

しかもボイスコイル温度上昇を１／３、４にすることが
できた。

ボイスコイルの発熱がボビンを伝わって逃げるため、第
２図に示す実施例ではこのヒートパイプボビンに対向し
てアルミブロック２０を設けて、より放熱効果を高める
構造にしている。

なお、中空円筒状ボビン１４の外周部にボイスコイル１
０を巻回することも可能であるが、ボビン１４とボイス
コイル１０との合計の厚みが太き（なり、磁気回路の磁
気空隙長が大きくなり、好ましくない。

第２図において、振動板１３とボビン１４０円筒１５′
とを一体に形成することも可能であり、また第２図にお
けるボビン１４の外周面とヨーク３の内周面との間およ
びボビン１４の内周面とセンターポール１の外周面との
間の間隙に、少量の低粘度磁性流体を充填すると更に放
熱効果が向上するものである。

このように、第２図に示す動電型スピーカによれば、ボ
イスコイルの熱が振動板を介して放熱されるため、ボイ
スコイルの温度上昇を低減することができ、耐入力およ
び最大出力音圧を向上することができるものである。

第４図は本発明の他の実施例の中空円筒状ボビンを示し
ている。

本実施例は、第３図に示す中空円筒状ボビンの一部を切
断し、この切断部分に気密性の絶縁接着剤２１を充填し
て、中空円筒状ボビンの切断部を封口したものである。

本実施例では、中空円筒状ボビンの一部が切断されてい
るためショートリングとならず、中空円筒状ボヒンニ生
じる渦電流による低域音圧の低下が防止されるものであ
る。

なお、中空円筒状ボビンの一部を切断する前に、ボビン
の一部を抑圧変形させ、この抑圧変形部を切断してもよ
いものである。

第５図は本発明の他の実施例を示している。

第５図において、２２はヨーク３に固定された環状の伝
熱ブロック、２３はこの伝熱ブロック２２に固定された
ヒートパイプ、２４はこのヒートパイプ２３の先端に取
付けられた放熱板、２５は銅メツシユ、アルミメツシュ
等の伝熱性材料で形成されたダンパーであり、中空円筒
状ボビン１４の熱は、ダンパー２５、伝熱ブロック２２
、ヒートパイプ２３、放熱板２４を介して放熱されるも
のである。

第６図は本発明の更に他の実施例を示している。

本実施例は、アルミハニカム材からなる平板振動板２６
に中空円筒状ボビンを固定したものであり、アルミハニ
カム材からなる振動板２６が放熱板として働（ものであ
る。

本発明は上記のような構成であり、ボイスコイルの温度
上昇を防止することができ、耐入力および最大出力音圧
を向上することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の動電型スピーカの断面図、第２図は本発
明の一実施例における動電型スピーカの断面図、第３図
は同スピーカの中空円筒状ボビンの斜視図、第４図は本
発明の他の実施例の中空円筒状ボビンの斜視図、第５図
、第６図はそれぞれ本発明の他の実施例における動電型
スピーカの断面図である。 １・・・・・・センターボール、２・・・・・・ヨーク
、３・・・・・・・ヨーク、４・・・・−・磁石、６・
・・・・・振動板、７・・・・−・エツジ部材、８・・
・・・・フレーム、１０・・・・・・ボイスコイル、１
２・・・−・・ダンパー、１３・・・・−振動板、１４
・・・・・・中空円筒状ボビン、１５、１５’−・・・
・・円筒、１８・・・・・・ウィック、２２・・・・・
・伝熱ブロック、２３・−・・・・ヒートパイプ、２４
・・・・・・放熱板、２５・・・・・・ダンパー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伝熱性を有する非磁性材からなる中空円筒状ボビン
   内に作動流体を注入してヒートパイプを構成し、上記ヒ
   ートパイプ化された中空円筒状ボビンの内部にボイスコ
   イルを固定し、この中空円筒状ボビンをダンパー等の支
   持系で支持するとともに振動板に結合し、上記ボイスコ
   イルを磁気回路の磁気空隙部に配置し、上記振動板およ
   び支持系の少な（とも一方を伝熱性材料で形成して上記
   中空円筒状ボビンと熱的に結合してなる動電型スピーカ
   。 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、中空円筒状ボビンをアルミニウムで形成し、作動流
   体としてフレオンを用いた動電型スピーカ。