JP2009094977A

JP2009094977A - 電気音響変換器およびその製造方法

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Publication number: JP2009094977A
Application number: JP2007266233A
Authority: JP
Inventors: Keita Watanabe; 圭太渡辺
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】簡素な構造で、薄型で、かつ発音能率に優れ、生産性もよい外磁型の動電型電気音響変換器の構成とその製造方法を提供する。
【解決手段】周縁を固定された振動板上に保持され直線状の２辺を有するボイスコイルの外側に、２本の棒状永久磁石を平行に配置し、外縁部が永久磁石の外側にあって中間部が前記振動板の少なくとも中心部を除く上面をほぼ覆い、内縁部がボイスコイルの内側に向かって垂下する断面形状を有するヨークを備えた動電型の電気音響変換器であって、更にヨークの外縁部の内表面と棒状永久磁石の各々の外側表面とに接する厚みを有する枠状部材を備えており、棒状永久磁石の各々は枠状部材の内側面に固着されていること。また組立に際し、棒状永久磁石を枠状部材にあらかじめ固着しておくこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカーまたはマイクロフォン等の機能を有し、比較的小型の携帯用等の電子機器に搭載するに好適な、動電型の電気音響変換器の構造および製造方法に関する。

近年、画像や音声を扱う、携帯電話機その他の小型情報機器は、多機能化がますます進み、画像情報は大面積を要求され、カメラ等の付加機能も必要とされ、音声用の電気音響変換器に対しては音質・音量の双方ともについて厳しい要求があるにもかかわらず、機器内に割り当てられるスペースは次第に圧迫されつつある。

従来、この種の目的には動電型の小型スピーカーが用いられて来た。これらは例えば直径１０数ｍｍ、厚さ数ｍｍ程度の大きさに過ぎないが、それでも更なる小型化、薄型化はもとより、画像表示装置の周辺部に配置し易い長方形等の平面形状も強く求められるようになっている。後者の横長のスピーカーには、永久磁石をその容積を大きくするために、ボイスコイルの外側に配置したいわゆる外磁型の磁気回路がよく用いられる。

このような外磁型スピーカーに関する提案は多いが、例えば下記の例がある。
特許第３８４１２２２号公報（以後従来例１とする。）特開２００４−２６６３３７号公報（以後従来例２とする。）特開２００５−５１２８３号公報（以後従来例３とする。）

図６は従来例１のスピーカーの短径に沿った断面図であって、特許文献１の図２１に対応する。４３は箱型をなすヨークで、平面形状は、長径方向即ち画面の奥行き方向が深くなっている矩形、または平行な等長二直線と二つの半円弧よりなる陸上競技のトラックの形状（以後簡単にトラック状と言うことにする）をしている。ボイスコイル４４もまたトラック状の平面形状を有し、コイル素線はそのトラック方向に沿って巻回されている。

第１のマグネット４１、２本の第２のマグネットはそれぞれ画面の奥行き方向に長い棒状をなし、ボイスコイル４４の直線状をなす二辺に平行に配置されており、図示方向に磁化され、ボイスコイル４４を断面的には斜めに内外方向に横切る磁界を磁石の全長に渡って形成している。軟磁性材料より成るヨーク４３は磁気回路の一部をなす。４５は振動板で、ボイスコイル４４を搭載している。ボイスコイル４４に音声電流を流せば振動板４５は図の上下方向に振動して音響を発する。

図７は従来例２のスピーカーの短径に沿った断面図であって、特許文献２の図２に対応する。２１は画面の奥行き方向に長い二本の棒状マグネットで、断面の上下方向に着磁されていると思われる。２２は軟磁性材から成る上部プレート、２３は軟磁性材の下部プレートで、中央部に磁極となる突出部を有する。２枚の上部プレート２２と下部プレート２３の中央突出部は、トラック状のボイスコイル２８の平行直線部とほぼ同等の長さを有する。

２枚の上部プレート２２と下部プレート２３の中央突出部は、それらの磁気ギャップの内部にあるトラック状のボイスコイル２８の平行直線部を内外に磁束が横切る磁界を発生する。２７は振動板、２９は細長い放音孔を有し、前面を保護するプロテクターである。フレーム２６は各構成要素をまとめており、外装を兼ねている。

図８は従来例３の円形の外磁型スピーカーの中央断面図で、特許文献３の図４（Ｄ）に対応する。本例はリング状の永久磁石とボイスコイルを備えたスピーカーである。２１０は磁石本体、２２０は内側ヨーク、２３０は外側ヨークで何れもリング状である。４００は円形の振動板、５００は振動板の円筒状の垂直壁部に直接巻回されたボイスコイル、磁性体３００はリング状をなし、外周部が外側ヨーク２３０の上部のフランジ部に嵌合し、内周部はボイスコイル５００の上を越えてその内側に位置する。

６００は組立治具で、その上面にリング状に突設されたギャップ位置決め部６２０を有する。スピーカーの組立に際しては、ギャップ位置決め部６２０の外側の治具面に、磁石本体２１０、内側ヨーク２２０、外側ヨーク２３０より成る磁石部を嵌め込むように載置し、次いで外側ヨークのフランジ面に接着剤を供給して振動板４００と磁性体３００を組立てる。

従来例１は比較的簡単な構成であるが、３本のマグネットを必要とする。また上面への漏洩磁束が大きいと思われる。従来例２はマグネットの磁化が上下方向であるため、磁石に更に上、下部プレートが積層され、更に前面にプロテクターがあるため、全体の厚さを小さく抑えることが難しい。

従来例３は、本願発明に近い構成であるが、外側ヨークと磁性体とが嵌合するフランジ部を有するため、スピーカーの外径が大きくなりやすい。内側ヨークの存在のため磁石本体の容積を十分大きくできない。また剛性の小さい薄い素材である振動板に直接巻線を行うと、振動板を変形させ易く従ってボイスコイルも変形し、磁気ギャップ内での位置精度を保ちにくい等の難点が考えられる。

本発明の目的は、簡素な構造で、薄型で、かつ発音能率に優れ、生産性もよい外磁型の動電型電気音響変換器の構成とその製造方法を提供することである。

本発明の電気音響変換器は、下記（１）〜（４）のいずれかの特徴を有する。
（１）周縁を固定されて上下方向に変位可能な振動板上に保持され直線状の２辺を有するボイスコイルの外側に、２本の棒状の永久磁石を有し、該各永久磁石は前記ボイスコイルの直線状の２辺のそれぞれの外側に平行に配置されかつ前記ボイスコイルを内外に横切る磁束を生じるように着磁されており、外縁部が前記永久磁石の外側にあって中間部が前記振動板の少なくとも中心部を除く上面をほぼ覆いかつ内縁部が前記ボイスコイルの内側に向かって垂下する段差部を有する断面形状をなすヨークを備えた動電型の電気音響変換器であって、該電気音響変換器は更に前記ヨークの外縁部の内表面と前記棒状の永久磁石の各々の外側表面とに接する厚みを有する枠状部材を備えており、前記棒状の永久磁石の各々は前記枠状部材の内側面に固着されていること。
（２）上記（１）において、前記枠状部材は磁性材料より成ること。
（３）上記（１）において、前記枠状部材は樹脂材料より成ること。
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記ボイスコイルは、前記段差部の内側に設けたこと。

本発明の電気音響変換器の製造方法は、下記（５）〜（７）のいずれかの特徴を有する。
（５）周縁を固定されて上下方向に変位可能な振動板上に保持され直線状の２辺を有するボイスコイルの外側に、２本の棒状の永久磁石を有し、該各永久磁石は前記ボイスコイルの直線状の２辺のそれぞれの外側に平行に配置されかつ前記ボイスコイルを内外に横切る磁束を生じるように着磁されており、外縁部が前記永久磁石の外側にあって中間部が前記振動板の少なくとも中心部を除く上面を覆いかつ内縁部が前記ボイスコイルの内側に向かって垂下するような断面形状を有するヨークと、前記ヨークの外縁部の内表面と前記棒状の永久磁石の各々の外側表面とに接する厚みを有する枠状部材を備えた動電型の電気音響変換器の組立方法であって、前記棒状の永久磁石の各々を前記枠状部材の内側面にあらかじめ固着しておく工程と、前記ヨークの下側開口部から、まずボイスコイルつき振動板を組み込む工程と、更に前記永久磁石をあらかじめ固着した前記枠状部材の外側面を前記ヨーク部材の外縁部の内側面に嵌合させる工程とを有すること。
（６）上記（５）において、前記永久磁石の着磁は、前記枠状部材にそれらが固着される前に各々を単体の状態で行うこと。
（７）上記（５）において、前記永久磁石の着磁は、前記枠状部材にそれらが固着された後に行うこと。

本発明の電気音響変換器は、部品点数も比較的少なく簡素な構成である。また永久磁石の容積が大きい外磁型の利点を発揮し易く、細長いスピーカーも実現し易い。また上下方向への部品の重なりが少なく薄型化に適する。また永久磁石のみならず振動板の面積も大で、振幅を確保する設計的な余裕もあり、音量も大きくできる。なお、ボイスコイルを振動板の段差部の内側に配置することにより更に良好な特性が得られる。また磁石保持枠に永久磁石を固着しておくので製造組立作業が容易である。磁石保持枠には樹脂材料等も使用できる。

以下最良の実施形態として、実施例について説明する。
図１は本発明のスピーカーの短径に沿った中央断面図、図２はその長径に沿った中央断面図、図３はその平面図である。全体は扁平な箱型をなす。１はヨークで軟磁性材料より成り、垂直に立ち上がる外壁１ａ、天井部となる上部１ｂ、中心部付近で垂下し磁気ギャップの内側の磁極を形成するトラック状の内壁１ｃ、内壁１ｃの内部を覆う中央架橋部１ｄ、架橋部１ｄに設けられた数個の放音孔１ｅを含み、スピーカーのケースをも兼ねる。なお図２、図３に見える１ｆは副孔で、振動板３の外縁部からの放音を行う。

振動板３は薄い樹脂板より形成され、ヨーク１に固定される外縁部３ａ、その内側に形成される外ドーム３ｂ、その内端より垂下する段差部３ｃ、ボイスコイル２の端部を接着し保持する接着部３ｄ、最内側の中央ドーム３ｅより成る。中央ドーム３ｅには上下方向の平行移動をさせるべく剛性のある形状を与え、外ドーム３ｂには素直な振動をさせるべく、曲線や皺形状を与える。上リング４、下リング５は振動板３の外縁部３ａを挟持するための部材である。外ドーム３ｂと中央ドーム３ｅのそれぞれの膨らみ方向は、両者とも前面側に凸とすると、薄型となりかつ上下方向の振幅スペースが確保されるのでよい。

７は棒状をなす永久磁石（２本）で、それらの外側面は磁石保持枠６の内側面に接着等の方法で固着され、それらは一体化されている。８は底板で、振動板３の背圧を逃がすための底板孔８ａを必要に応じて設ける。なお底板８は必須の部材ではない。スピーカーが搭載されるマザーボード基板等が兼用してもよい。なお磁石保持枠６の設けた保持枠孔６ａの利用は限定されないが、スピーカーの取付け孔であってもよい。

図４は本実施例における磁石保持枠６と永久磁石７の組立体の平面図、図５はその長径方向の断面図である。永久磁石７は内外水平方向に着磁される。着磁工程は接着による組立体を形成した後に行ってもよいし、接着前に行っておいてもよい。このような磁化により、永久磁石７の内側面が磁極となり、他方の磁極であるヨーク１の内壁１ｃとの間の磁気ギャップに、ボイスコイル２の直線部を内外に横切る磁束を形成する。磁束は両磁極の高さの差により傾斜し完全な水平ではない場合がある。

磁石保持枠６の材質は、軟磁性材料であることが有効磁束密度を高めるためと漏洩磁束の低減のためには好ましいが、有限要素法による磁場解析の結果によると、非磁性である樹脂材料を用いた場合でも、磁束密度の低下は約５パーセントに過ぎなかったので、非磁性材料でも十分実用性がある。樹脂材料に磁性材料の粉末、粒子または薄片を混入することによって、特性を改善することも可能である。また完全な軟磁性材料ではない鋼や、その他の合金を使用してもよい。

本実施例の電気音響変換器では、ボイスコイル２が振動板３の段差部３ｃの内側に設けられている。具体例の検討に当たり、ボイスコイル２の配置を段差部３ｃの内側（本実施例）と外側（従来例３に近い配置）の２種類を実験的に検討したところ、前者（本実施例）の配置の方がより安定した特性が得られることがわかった。実験結果より、全高調波ひずみ率（ＴＨＤ：ＴｏｔａｌＨａｒｍｏｎｉｃＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が改善されているのがわかった。理由は必ずしも明らかではないが、ボイスコイル２の配置を段差部３ｃの外側に置く場合、ボイスコイルの振動と振動板の振動の同期がとりにくいが、ボイスコイル２の配置を段差部３ｃの内側に置く本実施例のようにすることにより、ボイスコイル２の近傍の振動板も一緒に振動し易くなるためである可能性が考えられる。

次に本実施例のスピーカーの組立について説明する。組立は極めて容易であって、ヨーク１を下向きにセットし、上に向いた開口部から、必要に応じて適宜接着剤を供給しながら、上リング４、下リング５、磁石保持枠６（永久磁石７を固着済み）を順次投入すればよい。

本発明の技術的範囲は、上記実施例に限定されないことはもちろんである。例えば、スピーカーの平面形状は、トラック型や楕円型でもよい。棒状永久磁石も真直棒でなく曲線の一部であってもよい。またヨーク１の中央架橋部１ｄをなくし、内壁１ｃの内部全体をトラック状の大きな放音孔としてもよい。また上リング４をヨーク１と一体的に成形し、下リング５を磁石保持枠６と一体に成形すれば、更に部品点数を減じ、組立も容易化する。

本願発明によって、特性の優れた薄型小型の外磁型動電型電気音響変換器を低コストで供給できるので、産業上の利用可能性は大きい。

本発明の実施例のスピーカーの短径に沿った断面図である。本発明の実施例のスピーカーの長径に沿った断面図である。本発明の実施例のスピーカーの平面図である。本発明の実施例における磁石保持枠と永久磁石の組立体の平面図である。本発明の実施例における磁石保持枠と永久磁石の組立体の長径方向の断面図である。従来例１のスピーカーの短径方向に沿った断面図である。従来例２のスピーカーの短径方向に沿った断面図である。従来例３の円形スピーカーの中央断面図である。

符号の説明

１ヨーク
１ａ外壁
１ｂ上部
１ｃ内壁
１ｄ中央架橋部
１ｅ中央孔
１ｆ副孔
２ボイスコイル
３振動板
３ａ外縁部
３ｂ外ドーム
３ｃ段差部
３ｄ接着部
３ｅ中央ドーム
４上リング
５下リング
６磁石保持枠
６ａ保持枠孔
７永久磁石
８底板
８ａ底板孔
２１マグネット
２２上部プレート
２３下部プレート
２６フレーム
２７振動板
２８ボイスコイル
２９プロテクター
４１第１のマグネット
４２第２のマグネット
４３ヨーク
４４ボイスコイル
４５振動板
２１０磁石本体
２２０内側ヨーク
２３０外側ヨーク
３００磁性体
４００振動板
５００ボイスコイル
６００組立治具
６２０ギャップ位置決め部

Claims

周縁を固定されて上下方向に変位可能な振動板上に保持され直線状の２辺を有するボイスコイルの外側に、２本の棒状の永久磁石を有し、該各永久磁石は前記ボイスコイルの直線状の２辺のそれぞれの外側に平行に配置されかつ前記ボイスコイルを内外に横切る磁束を生じるように着磁されており、外縁部が前記永久磁石の外側にあって中間部が前記振動板の少なくとも中心部を除く上面をほぼ覆いかつ内縁部が前記ボイスコイルの内側に向かって垂下する段差部を有する断面形状をなすヨークを備えた動電型の電気音響変換器であって、該電気音響変換器は更に前記ヨークの外縁部の内表面と前記棒状の永久磁石の各々の外側表面とに接する厚みを有する枠状部材を備えており、前記棒状の永久磁石の各々は前記枠状部材の内側面に固着されていることを特徴とする電気音響変換器。
前記枠状部材は磁性材料より成ることを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
前記枠状部材は樹脂材料より成ることを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
前記ボイスコイルは、前記段差部の内側に設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電気音響変換器。
周縁を固定されて上下方向に変位可能な振動板上に保持され直線状の２辺を有するボイスコイルの外側に、２本の棒状の永久磁石を有し、該各永久磁石は前記ボイスコイルの直線状の２辺のそれぞれの外側に平行に配置されかつ前記ボイスコイルを内外に横切る磁束を生じるように着磁されており、外縁部が前記永久磁石の外側にあって中間部が前記振動板の少なくとも中心部を除く上面を覆いかつ内縁部が前記ボイスコイルの内側に向かって垂下するような断面形状を有するヨークと、前記ヨークの外縁部の内表面と前記棒状の永久磁石の各々の外側表面とに接する厚みを有する枠状部材を備えた動電型の電気音響変換器の組立方法であって、前記棒状の永久磁石の各々を前記枠状部材の内側面にあらかじめ固着しておく工程と、前記ヨークの下側開口部から、まずボイスコイルつき振動板を組み込む工程と、更に前記永久磁石をあらかじめ固着した前記枠状部材の外側面を前記ヨーク部材の外縁部の内側面に嵌合させる工程とを有することを特徴とする電気音響変換器の製造方法。
前記永久磁石の着磁は、前記枠状部材にそれらが固着される前に各々を単体の状態で行うことを特徴とする請求項５に記載の電気音響変換器の製造方法。
前記永久磁石の着磁は、前記枠状部材にそれらが固着された後に行うことを特徴とする請求項５に記載の電気音響変換器の製造方法。