JP3631389B2 - スピーカ用磁気回路およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を音響出力に変換する動電形のスピーカ用磁気回路およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図４に示すような動電形のスピーカ１が、各種音響製品などに広く用いられている。最も基本的なスピーカ１の形態としては、大略的に円錐状の振動板２の中心に円筒状のボビン３を接合し、ボビン３の外周面にボイスコイル４を巻回する。振動板２の中央部にはセンターキャップ５を装着し、振動板２の周縁部はフレーム６にエッジ７を介して接合する。ボビン３の中間部分をダンパ８でフレーム６に接合する。エッジ７やダンパ８は、振動板２およびボビン３を軸線方向に振動可能なように弾性的に支持し、かつ振動を減衰させるダンピング作用も有するように構成される。
【０００３】
ボビン３に巻回されるボイスコイル４は、磁気回路１０に形成される磁気空隙１１で強力な磁場中に保持される。磁気空隙１１は、ボトムヨーク１２のセンターポール１３の外周面１４と、プレート１５の透孔１６の内周面１７との間に形成され、永久磁石１８から発生する磁束が高密度で集中する。
【０００４】
スピーカ１では、電気的な入力に対して発生される音響出力の比率を、能率として評価する。スピーカ１の能率は、磁気空隙１１の磁束密度が高いほど大きくなる。また、スピーカ１のボイスコイル４が磁気空隙１１中で電磁的な作用を受けると、ボイスコイル４には軸線方向の電磁力が作用し、ボビン３および振動板２が軸線方向に変位する。ボイスコイル４も磁気空隙１１中で軸線方向に変位するので、ボイスコイル４が変位してもボイスコイル４と鎖交する磁束の密度が均一であることが望ましい。ボイスコイル４が変位することによって鎖交する磁束密度が変化すると、電気的な入力に対する音響出力の直線性が損なわれ、音質が劣化してしまうからである。
【０００５】
図５は、図４の磁気回路１０の磁気空隙１１の部分の構成を（ａ）に示し、磁気空隙１１で軸線方向に沿った磁束密度の変化を（ｂ）に示す。磁気空隙１１での磁束密度は、一般にプレート１５の厚みよりも短い範囲で大きくなり、厚みの両端付近では低下する。外部への漏洩が多くなったりするからである。特に先端側では、ボトムヨーク１２のセンターポール１３の外周面１４の先端が丸みを帯び、プレート１５の透孔１６の内周面１７との距離が大きくなったりするので、基端側よりも低下の傾向が大きくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すような磁気回路１０では、ボトムヨーク１２のセンターポール１３の形状が円柱状で、先端面に凹凸がなく、センターポール１３の上面とプレート１５の上面との高さはほぼ同一であることが一般的である。また、ボトムヨーク１２は鉄材を鍛造して製造することが多い。このため、センターポール１３の外周面１４の先端は、或る程度丸みを帯びており、センターポール１３の先端面とプレート１５の表面とがほぼ等しい高さであると、磁気空隙１１の先端側でのセンターポール１３の外周面１４とプレート１５の透孔１６の内周面１７との間の距離は、中央部よりもかなり大きくなってしまう。このようなセンターポール１３の先端側の丸みによっても、図５（ｂ）に示す磁束密度は、先端側で大きく落ち込んでしまう。
【０００７】
図５（ｂ）に示すような磁気空隙１１内の磁束分布の対称性の欠如や不均一性は、スピーカとしての振幅リニアティの低下や、永久磁石１８の持つ実力を充分に発揮させることができず、能率が小さくなって音圧レベルの低下を招く一因となっている。
【０００８】
本発明の目的は、磁気空隙での磁束分布の均一性を改善し、スピーカとしての能率や音質上の直線性を改善することができるスピーカ用磁気回路およひその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ボイスコイルに電磁力を作用させるために、センターポールの外周面とプレートに形成される透孔の内周面との間に磁気空隙を形成するスピーカ用磁気回路において、
センターポール先端面の中心部分に、円柱状の凹部が形成され、
センターポールの半径から該凹部の半径を減算した値と、該凹部の深さとは、５：４の関係を有することを特徴とするスピーカ用磁気回路である。
【００１０】
本発明に従えば、センターポール先端面の中心部分に円筒状の凹部が形成され、凹部の半径とセンターポールの半径との差の値と、凹部の深さとは５：４の関係を有するので、センターポールの先端付近を通る磁束は、中心部よりも周縁部で密度が高くなる。センターポールの先端の周縁の磁束密度が高まり、センターポールの外周面とプレートの透孔の内周面との間に形成される磁気空隙でも、センターポールの軸線方向の先端側での磁束密度を高め、センターポールの先端側での能率と音質上の直線性の劣化を改善することができる。
【００１１】
さらに本発明は、ボイスコイルに電磁力を作用させるために、センターポールの外周面とプレートに形成される透孔の内周面との間に磁気空隙を形成するスピーカ用磁気回路において、
センターポール先端面の周縁部は、軸線を含む断面での形状が円弧状となるような曲面に形成され、
該曲面の曲率半径は、センターポール先端のプレート表面からの突出量に等しく、
センターポール先端面の中心部分に、円柱状の凹部が形成され、
センターポールの半径から該凹部の半径を減算した値と、該凹部の深さとは、５：４の関係を有することを特徴とするスピーカ用磁気回路である。
【００１２】
本発明に従えば、センターポールの先端は、プレートの表面から突出し、突出量はセンターポールの周縁部の曲面の曲率半径と等しく、かつセンターポールの先端面の中心側に凹部が形成され、センターポールの半径と凹部の半径との差に対して凹部の深さは５：４の関係を有するので、磁気空隙での磁束密度を高めてスピーカとしての能率を向上させ、軸線方向に沿う均一性を改善して音質の直線性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、（ａ）で、本発明の実施の一形態としての磁気回路２０の磁気空隙２１の部分の概略的な構成を示す。磁気空隙２１は、ボトムヨーク２２のセンターポール２３の外周面２４と、プレート２５の透孔２６の内周面２７との間に形成される。ボトムヨーク２２は、中心軸線方向に延び、大略的に円柱状の形状を有するセンターポール２３と、センターポール２３の基端から、中心軸線２０ａに垂直な半径方向に広がるフランジ状のボトム部分２２ａとで構成される。ボトムヨーク２２のフランジ部分２２ａは、プレート２５との間で、永久磁石２８を挟持する。永久磁石２８は、円環状であり厚さ方向に磁化されている。これによって、永久磁石２８の上面からプレート２５内を通り、プレート２５の透孔２６の内周面２７から磁気空隙２１を経て、ボトムヨーク２２のセンターポール２３の外周面２４からセンターポール２３内に入って、ボトムヨーク２２のフランジ部分２２ａの上面から永久磁石２８の下面に至る磁路が形成される。この磁路のうち、プレート２５やボトムヨーク２２内を通る部分は、プレート２５やボトムヨーク２２が強磁性体である鉄材などで形成されているので、磁気抵抗が比較的小さく、磁気的に飽和しない限り、多くの磁束を良好に通過させることができる。磁気空隙２１では、ボトムヨーク２２やプレート２５内よりは磁束が通りにくい。磁気抵抗は、磁気空隙２１の間隔が大きくなるほど増大するので、磁気空隙２１の間隔が大きすぎる部分は磁束密度も低下してしまう。
【００１６】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、センターポール２３の先端を、プレート２５の表面よりも突出させ、突出量ｈがセンターポール２３の先端の曲率半径Ｒと等しくなる（ｈ＝Ｒ）ようにしているので、磁気空隙２２のセンターポール２３の先端側での間隔の増大を防ぎ、磁気空隙２１でのセンターポール２３の外周面とプレート２５の透孔２６の内周面２７との間隔を、均一にすることができる。これによって、図１（ｂ）に示すように、磁気空隙２１での磁束分布の軸線方向の均一性や対称性が増大し、スピーカとしての能率の向上や音質の改善を図ることができる。このような効果は、実験および有限要素法を用いるシミュレーションで確認されている。
【００１７】
図２は、（ａ）で、本発明の実施の他の形態の磁気回路３０の磁気空隙３１の部分の概略的な構成を示す。本実施形態で図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。図２（ａ）に示す磁気回路３０では、ボトムヨーク３２のセンターポール３３の先端面の中心部分に、大略的に円柱状の凹部３５を形成する。凹部３５の半径とセンターポール３３の半径との差Ａと凹部３５の深さＢとの関係は、Ａ：Ｂ＝５：４となるように決定する。センターポール３３は、中心部が凹んでいるので、センターポール３３内では磁束が周縁部に集中するようになり、磁気空隙３２に臨む表面での磁束密度を高めることができる。磁気空隙３１で、センターポール３３の外周面３４で磁束密度が高くなっているので、磁気空隙３１内でも図２（ｂ）に示すように、磁束密度を高めることができる。このような効果は、実験および有限要素法を用いる実験結果で確認されている。これによって永久磁石２８の有するマグネット性能を効率的に使用することができ、磁気空隙３１内での電磁変換効率を改善して、スピーカとしての能率の向上を図ることができる。
【００１８】
図３は、本発明の実施のさらに他の形態としての磁気回路４０の磁気空隙４１部分の概略的な構成を示す。本実施形態で、図１または図２の実施形態に対応する部分には、同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。図１および図２の実施形態では、磁気回路２０，３０が外磁形であるけれども、本実施形態では内磁形である。内磁形の磁気回路４０はポールピース４２の先端側がセンターポール４３となり、センターポール４３の外周面４４と、ヨークプレート４５の表面の透孔４６の内周面４７との間に磁気空隙４１が形成される。永久磁石４８は、ポールピース４２の下面と、ヨークプレート４５の中心部の上面との間に挟持される。本実施形態のポールピース４２は、センターポール４３の先端がヨークプレート４５の表面から突出し、突出量ｈがセンターポール４３の周縁部の丸みの曲率半径Ｒと等しく、図１の実施形態と同様の効果を生じる。しかもポールピース４２の先端の中心側には、図２の実施形態の凹部３５と同様な凹部４９が形成され、図２の実施形態と同様な効果も奏する。このようにして、図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、磁気空隙４１での軸線方向の磁束分布の均一性と、磁束密度の向上とを合わせて図ることができる。
【００１９】
図１および図２の実施形態では外磁形の磁気回路２０，３０を用いているけれども、図３の実施形態と同様の内磁形の磁気回路であっても同様に磁気空隙２１，３１での磁束分布の均一化と磁束密度の増大とを図ることができる。図３の実施形態では内磁形の磁気回路３０を構成しているけれども、図１および図２の実施形態と同様の外磁形でも、図１と図２の実施形態とを合わせたような効果を奏するようにすることができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ポールピースの先端面には中心部分に円筒状の凹部が形成され、ポールピースの半径と凹部の半径との差に対し、凹部の深さは、５：４の関係を有するので、センターポール内部の周縁側の磁束密度を高め、磁気空隙でも先端側の磁束を増大させて、磁気空隙での磁束密度を高めることができる。
【００２１】
さらに本発明によれば、センターポールの周縁部の曲面の曲率半径を、センターポールがプレート表面から突出する突出量と等しくし、しかもセンターポールの先端面には中心部分に円筒状の凹部が形成され、凹部の半径とポールピースの半径との差に対し、凹部の深さの値は、５：４の関係を有するので、磁気空隙で磁束密度高め、均一性も改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の磁気回路２０の磁気空隙２１付近の構成を示す部分的な断面図と、磁気空隙２１での磁束分布を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の他の形態の磁気回路３０の磁気空隙３１付近の構成を示す部分的な断面図と、磁気空隙３１での磁束分布を示すグラフである。
【図３】本発明の実施のさらに他の形態の磁気回路４０の磁気空隙４１付近の構成を示す部分的な断面図と、磁気空隙４１での磁束分布を示すグラフである。
【図４】従来からの、一般的な動電形スピーカ１の概略的な構成を示す断面図である。
【図５】図４のスピーカ１の磁気回路１０の磁気空隙１１付近の構成を示す部分的な断面図と、磁気空隙１１での磁束分布を示すグラフである。
【符号の説明】
２０，３０，４０ 磁気回路
２１，３１，４１ 磁気空隙
２２，３２ ボトムヨーク
２３，３３，４３ センターポール
２４，３４，４４ 外周面
２５ プレート
２６，４６ 透孔
２７，４７ 内周面
２８，４８ 永久磁石
３５，４９ 凹部
４２ ポールピース
４５ ヨークプレート

Claims (2)

1. ボイスコイルに電磁力を作用させるために、センターポールの外周面とプレートに形成される透孔の内周面との間に磁気空隙を形成するスピーカ用磁気回路において、
   センターポール先端面の中心部分に、円柱状の凹部が形成され、
   センターポールの半径から該凹部の半径を減算した値と、該凹部の深さとは、５：４の関係を有することを特徴とするスピーカ用磁気回路。
2. ボイスコイルに電磁力を作用させるために、センターポールの外周面とプレートに形成される透孔の内周面との間に磁気空隙を形成するスピーカ用磁気回路において、
   センターポール先端面の周縁部は、軸線を含む断面での形状が円弧状となるような曲面に形成され、
   該曲面の曲率半径は、センターポール先端のプレート表面からの突出量に等しく、
   センターポール先端面の中心部分に、円柱状の凹部が形成され、
   センターポールの半径から該凹部の半径を減算した値と、該凹部の深さとは、５：４の関係を有することを特徴とするスピーカ用磁気回路。

Images