WO2003009641A1 - Haut-parleur et son procede de fabrication - Google Patents

Description

明細書

スピーカおよびその製造法 技術分野

本発明は音響機器等に用いられる動電型のスピーカおよびその製造法に関する ものである。 背景技術

従来から、 電気音響変換器の一つとして動電型のスピーカがあり、 音楽 ·音声 の再生に利用されている。 以下、 図面を用いて、 従来のスピーカについて説明す る。 断面構造を図 1 4に示すように、 従来のスピーカは、 上ヨーク 1、 マグネッ ト 2、 マグネット 2の下面に設けられた下ヨーク 3、 下ヨーク 3と連続している センターポール 4、 フレーム 6、 ボイスコイノレポビン 7 2に巻いたボイスコィノレ 7 1、 ボイスコイルボビン 7 2の外周をフレーム 6に固着したダンパー 1 9、 内 周をボイスコイルボビン 7 2に、 外周を後述するエッジに固着した振動板 1 0、 内周を振動板 1 0に、 外周をフレーム 6に固着したエッジ 1 1、 振動板 1 0の中 央部に固着したセンターキャップ 8からなる。

以上のように構成されたスピーカの動作について説明する。 ボイスコイルボビ ン 7 2に巻いてあるボイスコイル 7 1に電流を流すと、 上ヨーク 1とセンターポ ール 4で構成された磁気空隙内の磁界に対し電流が直交することになり、 フレミ ングの法則により、 磁界と電流のそれぞれと直角な方向に力が生じる。 このとき、 ダンパー 1 9およびエッジ 1 1はボイスコイル 7 1をセンターポール 4と同心に なるように支持し、 振動板 1 0が振動したときに上ヨーク 1の厚み方向の中点と、 ボイスコイル 7 1のコイル卷幅の中点を一致させるように力が加わる振幅方向の ばねとして働く。 ボイスコイル 7 1に交流を流すと、 ボイスコイルボビン 7 2と 振動板 1 0はダンパー 1 9およびエッジ 1 1に支持されながら振動する。 それに より、 空気が振動され疎密波が発生し、 音となって聞こえる。 しかしながら、 上記のような構成では、 第一の問題点として、 ダンパー 1 9お よびエッジ 1 1の支持力の非対称性や、 スピーカ自体を箱に取り付けて再生した ときに振動板 1 0に加わる背圧の非対称性によって振動系が理想的なビストン移 動を行なわず、 ローリング現象 （左右方向のゆれ） を起こすという課題がある。 このローリング現象が生じたとき、 振動板 1 0の全体が同相に動かず、 部分的に 逆相に動き、 図 1 5の a曲線に示すように音圧周波数特性に乱れが発生する。 第 二の問題点として、 ダンパー 1 9の力と変位の関係がリニアでなく、 さらにヒス テリシスも持っているため、 図 1 5の b曲線、 c曲線に示すように音圧周波数特 性に高調波歪が発生するという課題がある。

上記課題を解決するため、 特許第 2 9 4 0 2 3 6号には軸受とシャフトを用い て上下振幅のビストン運動をサポートする方式によりダンパー不要としたスピー 力が提案されているが、 シャフトと軸受の摺動音が発生するという問題があった。 発明の開示

本発明は上記課題を解決するものであり、 摺動音なくローリング現象を防ぐこ とができ、 非直線性による歪の原因となっているダンパーを使用しなレ、構成にす ることができるスピーカおよびその製造法を提供することを目的とするものであ る。

その目的を達成するため本発明は、 リング状の上ヨークと、 リング状のマグネ ットと、 センターポールと連結された下ヨークとから構成される磁気回路と、 こ の磁気回路に固定されたフレームと、 このフレームに固定された振動板と、 この 振動板の内周に設けられたボビンに卷装したボイスコイルと、 このボイスコイル のボビンに固定されたセンターキャップと、 このセンターキヤップの中心に固定 されたシャフトと、 前記磁気回路の中心部に設けられた貫通孔に固定され、 かつ 前記センターポール上の漏洩磁束が最大になる位置に配置され、 前記シャフトと 嵌合する軸受と、 前記シャフトと軸受の隙間に注入した磁性流体を備えたもので あり、 磁性流体によりシャフトと軸受の摺動音を抑え、 ローリング現象もなくか つ歪みも少なレ、優れたスピーカが得られるといった作用を有する。 図面の簡単な説明

図 1は本発明のスピーカの実施の形態 1を説明するための断面図。

図 2は実施の形態 1のスピーカのセンターポールからの距離を説明するための 断面図。

図 3は実施の形態 1のスピー力のセンターポールからの距離 X点での磁束密度 変化を説明するための特性図。

図 4は実施の形態 1におけるスピーカの特性図。

図 5は実施の形態 1に使用する軸受の断面図。

図 6は実施の形態 1を説明するための断面図。

図 7は実施の形態 1のシャフトが受ける磁気応力を説明するための特性図。 図 8は実施の形態 1を説明するための特性図。

図 9は実施の形態 1を説明するための断面図。

図 1 0は実施の形態 2を説明するための断面図。

図 1 1は実施の形態 2に使用する軸受の断面図。

図 1 2は実施の形態 3におけるスピーカ製造法を説明するための組立斜視図。 図 1 3は従来のスピーカの組立てに使用するスぺーサの斜視図。

図 1 4は従来のスピーカの断面図。

図 1 5は従来のスピーカの特性図。 発明を実施するための最良の形態

本発明は、 ボイスコイルのボビンに固定されたセンターキャップと、 このセン ターキャップの中心に固定されたシャフトを有するスピーカーであって、 磁気回 路の中心部に設けられた貫通孔に、 （1 ) 前記センターポール上の漏洩磁束が最 大になる位置に磁性流体を保持する軸受けを備えるか、 （2 ) 潤滑剤を保持する 軸受けを備えたものであり、 磁性流体または潤滑剤によりシャフ卜と軸受の摺動 音を抑え、 ローリング現象もなくかつ歪みも少ない優れたスピーカが得られると いった作用を有する。

本発明はさらに、 軸受に磁性流体または潤滑剤のたまり部を設けたもので、 磁 性流体または潤滑剤を一定量、 留める事が可能で経年変化の少ないスピー力が得 られるといった作用を有する。

本発明はさらに、 軸受を自己潤滑性樹脂で構成したもので、 シャフトと軸受の 摺動音を長時間抑える作用を有する。

本発明はさらに、 シャフトを非磁性体金属材料で構成したもので、 スムーズな 上下振動が得られるといった作用を有する。

本発明はさらに、 シャフトを磁性体金属材料で構成したもので、 電磁制動効果 により振動に対するダンピングを抑えるという作用を有する。

本発明はさらに、 、 シャフトの直径を 1 mmから 3 mmの範囲内としたもので、 振動系の重量増加による音圧の低下を最小限にする作用を有する。

本発明はさらに、 シャフトと軸受のクリアランスを 0 . 0 0 8〜0 . 0 1 5 m mの範囲内としたもので、 摺動音の発生を最小とする作用を有する。

本発明はさらに、 磁性流体の粘度の制御によって、 スピーカの共振のするどさ (Q) を制御できるといった作用を有する。

本発明はさらに、 センターポールの貫通孔を多孔性材料で封止する構成とした もので、 通気性を確保しながら、 外部からの異物の混入を防止出来るといった作 用を有する。

本発明はさらに、 軸受を円筒形金属の両端に配置し所定の隙間を構成したもの で、 組み立て精度を向上させる作用を有する。

本発明はさらに、 潤滑剤としてシリコン系潤滑剤またはフッ素系潤滑剤を用い たもので、 これにより、 長時間、 摺動音が発生しないといった作用を有する。 本発明はまた、 振動板の内周に設けられたボイスコイルにセンターキャップを 固定し、 そのセンターキャップの中心にシャフトを固定した振動系部品と、 磁気 回路のセンタ一ポールの中心部に磁性流体または潤滑剤を注入した軸受を設けた 界磁部部品とをあらかじめ準備しておき、 磁気回路のセンターポールの中心部に 固定された軸受をガイドとして界磁部部品を構成するフレームに振動板の外周を 固定するスピーカの製造法であり、 精度の良い組み立てが出来るといった作用を 有する。

以下、 本発明の実施の形態について、 図 1から図 1 2を用いて説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明のスピーカの実施の形態 1を説明するための構造断面図である。 図 2は実施の形態 1のスピー力の要部断面図である。 図 3は実施の形態 1のスピ 一力の特性図である。

図 1に示す本発明のスピーカ一は、 リング状の上ヨーク 1、 リング状のマグネ ット 2、 センターポール 4と連結された下ヨーク 3、 センターポール 4に固定さ れた軸受 5、 上ヨーク 1に固定されたフレーム 6、 振動板 1 0の内周に固定され たボイスコイル 7 1を有し、 コイルが巻かれたボビン 7 2が振動板 1 0の内周に 接合されている。 ボイスコイル 7 1の内周に固定されたセンターキャップ 8はボ ビンの上端を塞ぐように接合されている。 さらに、 センターキャップ 8の中心部 に固定されたシャフト 9、 振動板 1 0の外周に設けられ、 フレーム 6に固定され るエッジ 1 1、 シャフト 9と軸受 5の隙間に注入された磁性流体 1 2を有する。 図 2はセンターポール 4の上面から距離 Xの磁束密度を測定する位置を示してお り、 図 3はその測定結果である。

図 3に示すように、 本実施の形態 1では、 センターポール 4の上面から 1 mm の位置で磁束密度が最大になる。 この位置に軸受 5を配置することにより磁性流 体 1 2がこの場所にとどまり、 シャフト 9の移動によって磁性流体 1 2が飛散る ような現象も発生しない。 尚、 軸受 5はセンターポール 4の中心に設けた貫通孔 4 1に配置されており、 その軸受 5にシャフト 9が貫通している。

図 4は本実施の形態 1で構成されたスピー力の周波数対音圧、 歪み特性を示す ものであり、 図 1 5に示す従来のスピーカの特性との比較により明らかなように、 第 2高調波歪 （曲線 b ) および第 3高調波歪 （曲線 c ) ともに大幅に低減してい る。

以上述べたように、 実施の形態 1で説明する構成により、 ダンパーを用いるこ となく、 摺動音の発生のない優れた特性のスピーカが実現できる。

実施の形態 1で用いた軸受 5の構造を図 5に示す。 本発明の軸受けは上部に口 径の大きな部分を有し、 その部分を磁性流体のたまり部 5 1とし、 下部の口径の 小さい部分 5 bを軸受とする構造である。 これにより所定量の磁性流体 1 2の注 入が可能で、 かつ製造上も磁性流体 1 2を注入しやすくなり、 作業効率が向上す る。

実施の形態 1ではまた、 軸受 5を自己潤滑性樹脂で構成する。 自己潤滑性樹脂 としては、 ポリアセタール樹脂またはポリオレフイン系樹脂に潤滑油および特殊 充填剤を樹脂内に均一に分散含有させた無給油軸受を用いることが出来る。 シャ フト 9と軸受 5の摩擦が増大しても自己潤滑性樹脂から油成分がにじみ出し、 摺 動音を抑えることができる。 なお、 本発明は、 上記の特定の樹脂に限定されるわ けでなく、 同様の作用をもつ高分子材料であれば使用可能である。

実施の形態 1において、 シャフト 9の材質を非磁性体金属材料で構成すること で、 センターポール 4周辺の漏洩磁束に影響されることなく、 スムーズな上下振 動が可能である。

実施の形態 1において、 図 6に示すように、 シャフト 9の材質を磁性体金属で 構成するとき、 センターポール 4の貫通孔 4 1への磁性体金属製シャフト 9の挿 入量が重要となる。 揷入量 Yは、 センターポール上面と、 シャフト 9のセンター 位置が同じ位置にある時を基準（すなわち Y = 0 )とし、 シャフト 9を押し込むこ とによるセンターポール上面からの変位量を示す。 図 6で挿入量 Υを図示する。 シャフト 9を徐々に挿入した場合に、 シャフト 9にかかる磁気応力をシミュレ一 シヨンした結果を図 7に示す。 センターポール 4の上面から距離 Υの位置でシャ フト 9に磁気応力のかからない点が存在し、 この位置の上下方向ともある程度、 対称な応力がかかっていることがわかる。 すなわち実施の形態 1において磁性体 金属のシャフト 9を用いる場合、 センターポール 4の上面から貫通孔 4 1内部に 向かって 7 mm揷入した位置で磁気応力がゼロになり、 この位置でシャフト 9は 磁気的に平衡し、 この位置にとどまる。 この位置を基準に振動系が上下に振動で きる構成にすれば、 振動系が振動した際、 大振幅になるほど磁気的な応力がかか り、 いわゆる電磁制動効果によりダンピングが得られる。

実施の形態 1において、 シャフト 9の直径を 1 mmから 3 mmの範囲内に設定 することで、 この寸法内であれば振動系重量の増加が最小限に抑えられ音圧の著 しい低下を招くことなく高性能なスピー力を実現できる。

実施の形態 1において、 軸受 5とシャフト 9のクリアランスを 0. 008〜0. 01 5 mmの範囲内に設定する。 この寸法内であれば長期振動や温度サイクルに よる摺動音の増加がなく、 信頼性の高いスピーカが実現できる。

実施の形態 1において、 シャフ ト 9と軸受 5の隙間に注入する磁性流体 1 2の 粘度を変えることで、 スピーカのダンピング 'ファクターを制御することができ る。 図 8に示す周波数対音圧特性は、 それぞれ Aは 200 OmP a · s e c、 B は l O O OmP a · s e c、 Cは 500mP a · s e cの粘度の磁个生流体 1 2を 使用した場合の周波数特性であり、 磁性流体 1 2の粘度を変えてスピー力のダン ピング ·ファクターを制御している。 以上のように磁性流体の粘度を変えること により所望の Q値に調整することができる。

実施の形態 1において、 図 9に示すように、 センターポール 4の貫通孔 41の 下端面に外部から異物 （例えば鉄粉など） が混入しないよう、 多孔性材料よりな る封ロ材 1 3を下ヨークに貼り付ける。 多孔性材料は無数の微小孔を有しており、 通気性を確保できるため、 スピーカ特性に影響を与えずに外部からの異物の混入 が防止できる。

(実施の形態 2)

図 10は本発明のスピー力の実施の形態 2を説明するための断面図である 図 10のスピーカは、 リング状の上ヨーク 1、 リング状のマグネット 2、 セン ターポール 4と連結された下ヨーク 3、 センターポール 4に固定された軸受 5、 上ヨーク 1に固定されたフレーム 6、 振動板 10の内周に固定されたボイスコィ ルポビン 7を有し、 ボイスコイル 7 1が卷かれたボビン 7が振動板 1 0の内周に 接合されている。 ボビン 7の内周に固定されたセンターキヤップ 8はボビンの上 端を塞ぐように接合されている。 さらに、 センターキャップ 8の中心部に固定さ れたシャフト 9、 振動板 1 0の外周に設けられフレーム 6に固定されるエッジ 1 1と軸受 5の隙間に注入された潤滑剤 1 4を有し、 上軸受ピース 5 3と下軸受ピ ース 5 4が所定の隙間を保つように軸受 5が構成され、 その軸受 5はセンターポ ール 4の中心に設けた貫通孔 4 1に配置されており、 その軸受 5にシャフト 9が 貫通してレヽ o。

本実施の形態 2においては、 実施の形態 1と同様に第 2高調波歪、 第 3高調波 歪ともに従来のスピーカよりも大幅に低減することができる。

このような構成により、 ダンパーを用いず、 摺動音の発生もない優れた特性の スピーカが実現できる。

実施の形態 2においても、 実施の形態 1で示したように、 軸受 5の材質を自己 潤滑性樹脂材料で構成することで、 摺動音を抑えることができる。

実施の形態 1と同様に、 シャフト 9の材質を非磁性体金属材料で構成すること で、 スムーズな上下振動が可能である。

実施の形態 2においても、 磁性体金属のシャフト 9を用いる場合、 センターポ ール 4の上面から貫通孔 4 1内部に向かって 7 mmの位置を基準に振動系が上下 に振動できる構成にすることで、 電磁制動効果によりダンピングが得られる。 実施の形態 2においても、 シャフト 9の直径を 1 mmから 3 mmの範囲内に設 定することで、 振動系重量の増加が最小限に抑えられる。

実施の形態 2においても、 軸受 5とシャフト 9のクリアランスを 0 . 0 0 8〜 0 . 0 1 5 mmの範囲内に設定することで、 信頼性の高いスピーカが実現できる。 実施の形態 2においても、 多孔性材料よりなる封ロ材 1 3を固着し、 貫通孔を 封止することによって通気性を確保し、 スピーカの特性に影響を与えずに外部か らの異物の混入が防止できる。

実施の形態 2において、 図 1 1の断面図に示すように、 2つの軸受ピース 5 3、 5 4を精度良く保持、 固定するために円筒形金属 1 5で保持する構造としたもの で、 この 2つの軸受 5 3と 5 4間にに間隙部を設け、 間隙部分に潤滑剤 1 4を注 入する。 このように 2つの軸受 5 3、 5 4と間隙に潤滑剤 1 4をあらかじめ注入 した複合部品とすることで、 軸受の精度が維持でき、 かつスピーカの組み立てェ 数も削減できる。

実施の形態 2において、 シリコン系潤滑剤を用いることで、 経年変化及び温度 変化などで摺動音が発生しない優れたスピーカを実現できる。 また、 フッソ系潤 滑剤を用いても同様の効果が得られる。

(実施の形態 3 )

図 1 2は本発明の実施の形態 3の組立方法を説明する図である。 本発明の実施 の形態 3は、 図 1に示すスピー力の組立の工程で、 振動板 1 0、 エッジ 1 1、 シ ャフト 9が固定されたセンターキャップ 8、 振動板 1 0の内周に固定され、 セン ターキャップが内周に固定されたボイスコイル 7 1から構成される振動系組立品 1 6を作成し、 一方、 上ヨーク 1、 マグネット 2、 下ヨーク 3及びフレーム 6を 固定し、 さらに軸受 5を固定した界磁部部品 1 7を作成する。 その上で、 センタ 一ポール 4に固定した軸受 5をガイドとして、 軸受 5にシャフト 9を挿入するこ とで位置合わせを行ないつつ振動系組立品 1 6と界磁部部品 1 7とを組み立てた 後、 フレーム 6にエッジ 1 1を固着する。

この工法により、 それぞれの組立部品の精度が確保でき、 最終的にセンターポ ールとの位置関係がシャフト 9と軸受 5により決定されるので、 高精度でかつ少 ない工数でスピー力が製造できる。

(比較例）

従来、 ボイスコイルをセンターポール 4の中心部に固定するために、 図 1 3に 示すようなスぺーサ 1 8を治具として使用していた。 従来の工法では、 図 1 4に 示すように、 スぺーサ 1 8でセンターポール 4にボイスコイルボビン 7 2を固定 し、 ボイスコイルボビン 7 2と振動板 1 0の内周面を、 フレーム 6にエッジ 1 1 をそれぞれ接着し、 乾燥後にスぺーサ 1 8を抜いてセンターキャップ 8を装着し、 その後にセンターキャップを接着する方式であったため、 軸受 5の中心とシャフ ト 9の位置がずれる可能性が高かった。 産業上の利用可能性

以上のように本発明は、 ダンパーを用いないスピーカで、 ローリング現象がな く、 摺動音も発生しない低歪みの優れた特性を有するスピーカを実現することが 可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 中央に貫通孔を有する磁気回路と、 前記磁気回路に固定されたフレームと、 前記フレームに固定された振動板と、 前記振動板の内周に設けられボイスコイル を卷装したボビンと、 前記ボビンに固定されたセンターキャップと、 前記センタ 一キャップの中心に固定されたシャフトと、 前記貫通孔に嵌設される軸受を有す るスピーカであって、 前記シャフトは所定のクリァランスを有して前記軸受に嵌 挿され、 前記軸受は前記シャフトとの間に潤滑性流体を保持することを特徴とす るスピーカ。

2 . 前記軸受が、 軸受中間部に大口径部を有し、 前記潤滑性流体が前記大口径部 に保持されることを特徴とする請求項 1記載のスピー力。

3 . 前記軸受が、 上部軸受と下部軸受とからなり、 前記上部軸受と前記下部軸受 との間に所定の間隔を有し、 前記潤滑性流体が前記間隔部に保持されることを特 徴とする請求項 1記載のスピー力。

4 . 金属筒内に所定の間隔を有して設けられた前記上部軸受と下部軸受を有する ことを特徴とする請求項 1記載のスピー力。

5 . 前記潤滑性流体が、 フッ素系潤滑剤またはシリコン系潤滑剤である請求項 1 記載のスピーカ。

6 . 前記軸受が前記磁気回路の中心線上の磁束が最大になる位置に配置され、 前 記潤滑性流体が磁性流体である請求項 1記載のスピ一力。

7 . 所定の粘度の前記磁性流体を用いて、 所望の Q値に調整されたことを特徴と する請求項 6記載のスピー力。

8 . 前記軸受が軸受上部に大口径部を有し、 前記磁性流体が前記大口径部に保持 されることを特徴とする請求項 6記載のスピー力。

9 . 前記軸受が自己潤滑性樹脂で作製されることを特徴とする請求項 1または 6 記載のスピー力。

1 0 . 前記シャフトが非磁性金属材料で作製されることを特徴とする請求項 1ま たは 6記載のスピーカ。

1 1 . 前記シャフトが磁性金属材料で作製され、 前記シャフトの下端を前記貫通 孔の所定位置に配置することを特徴とする請求項 1または 6記載のスピー力。

1 2 . 前記シャフトの直径を 1 mmから 3 mmの範囲内とする請求項 1または 6 記載のスピーカ。

1 3 . 前記シャフトと前記軸受とのクリアランスを 0 . 0 0 8〜0 . 0 1 5 mm の範囲内とする請求項 1または 6記載のスピーカ。

1 4 . 前記磁気回路の底面に前記貫通孔を覆う多孔性材料を有する請求項 1また は 6記載のスピーカ。

1 5 . 振動板の内周に配設されたボイスコイルボビンにセンターキャップを固定 し、 さらに前記センターキャップの中心にシャフトを固定する振動系部品組立ェ 程と、 磁気回路のセンターポールの中心部に潤滑性流体を注入した軸受を嵌設し、 さらにフレームを取り付ける界磁部品組立工程と、 前記軸受に前記シャフトを揷 入させることで前記振動系部品と前記界磁部品との位置を合わせて組立る完成品 組立工程と、 位置合わせされた状態で前記フレームに振動板の外周を固定する仕 上げ工程とを有するスピーカの製造方法。

1 6 . 前記潤滑性流体として磁性流体を用レ、、 前記界磁部品組立工程が、 前記磁 気回路の中心線上の磁束を測定する工程と、 前記磁束が最大になる位置に前記軸 受を配置する嵌設工程を有する請求項 1 5記載のスピーカの製造方法。

1 7 . 前記界磁部品組立工程が、 前記磁性流体の粘度を変えることによる Q値調 整工程を有する請求項 1 5記載のスピーカの製造方法。