(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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巻装したボイスコイルと、こ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、前記シャフトと前記軸受の隙間に注入した磁性流体を備えたスピーカ。
【請求項２】
軸受に磁性流体のたまり部を設けた請求項１記載のスピーカ。
【請求項３】
軸受を自己潤滑性樹脂材料で構成した請求項１記載のスピーカ。
【請求項４】
シャフトを非磁性体金属材料で構成した請求項１記載のスピーカ。
【請求項５】
シャフトを磁性体金属材料で構成した請求項１記載のスピーカ。
【請求項６】
シャフトの直径を１ｍｍから３ｍｍの範囲内とした請求項１記載のスピーカ。
【請求項７】
シャフトと軸受のクリアランスを０．００８〜０．０１５ｍｍの範囲内とした請求項１記載のスピーカ。
【請求項８】
磁性流体の粘度により、スピーカのＱを制御するよう構成した請求項１記載のスピーカ。
【請求項９】
センターポールの貫通孔を多孔性材料で封止した請求項１記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響機器等に用いられる動電型のスピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。図１４は従来のスピーカの断面構造を示すものであり、１は上ヨーク、２はマグネット、３はマグネット２の下面に設けられた下ヨーク、４は下ヨーク３と連続しているセンターポール、６はフレーム、７ａはボイスコイルボビン７ｂに巻いたボイスコイル、１９はボイスコイルボビン７ｂの外周をフレーム６に固着したダンパー、１０は内周をボイスコイルボビン７ｂに、外周を後述するエッジに固着した振動板、１１は内周を振動板１０に、外周をフレーム６に固着したエッジ、８は振動板１０の中央部に固着したセンターキャップである。
【０００３】
以上のように構成されたスピーカについて、以下その動作について説明する。ボイスコイルボビン７ｂに巻いてあるボイスコイル７ａ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１９およびエッジ１１はボイスコイル７ａをセンターポール４と同心になるように支持し、振動板１０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７ａのコイル巻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７ａに交流を流すと、ボイスコイルボビン７ｂと振動板１０はダンパー１９およびエッジ１１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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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１９およびエッジ１１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１０に加わる背圧の非対称性によって振動系が理想的なピ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１０の全体が同相に動かず、部分的に逆相に動き、図１５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１９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１５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。
【０００５】
これらの課題を解決するために、従来からダンパーを廃止するために軸受とシャフトを用いて上下振幅のピストン運動をサポートする方式が提案されているが、シャフトと軸受の摺動音が発生し、実現が困難であった。
【０００６】
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い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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、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巻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、このセンターキャ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い優れたスピーカが得られるといった作用を有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、軸受に磁性流体のたまり部を設けたもので、磁性流体を一定量、留める事が可能で経年変化の少ないスピーカが得られるといった作用を有する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１の発明において、軸受を自己潤滑性樹脂材料で構成したもので、シャフトと軸受の摺動音を長時間抑える作用を有する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１の発明において、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。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１の発明において、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。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１の発明において、シャフトの直径を１ｍｍから３ｍｍ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。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１の発明において、シャフトと軸受のクリアランスを０．００８〜０．０１５ｍｍ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。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１の発明において、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。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項１の発明において、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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１２を用いて説明する。
【００１７】
（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は同実施の形態１における要部断面図である。図３は同実施の形態１における特性図である。
【００１８】
図１において、１はリング状の上ヨーク、２はリング状のマグネット、３はセンターポール４と連結された下ヨーク、５はセンターポール４に固定された軸受、６は上ヨーク１に固定されたフレーム、７ａは振動板１０の内周に固定されたボイスコイルであり、コイルが巻かれたボビン７ｂが振動板１０の内周に接合されている。８はボイスコイル７ａの内周に固定されたセンターキャップであり、ボビンの上端を塞ぐように接合されている。９はセンターキャップ８の中心部に固定されたシャフト、１１は振動板１０の外周に設けられ、フレーム６に固定されるエッジ、１２はシャフト９と軸受５の隙間に注入された磁性流体である。図２はセンターポール４の上面から距離Ｘにおける場所での磁束密度を観測した様子を表し、図３はその測定結果である。
【００１９】
本実施の形態１では、センターポール４の上面から１ｍｍの位置での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１２がこの場所にとどまり、シャフト９の振幅によって磁性流体１２が飛散るような現象も発生しない。ここで、軸受５はセンターポール４の中心に設けた貫通孔４ａ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。
【００２０】
図４は本実施の形態１で構成されたスピーカの周波数対音圧、歪み特性を示すものであり、あきらかに第２高調波歪（曲線ｂ）、第３高調波歪（曲線ｃ）ともに従来のスピーカのものよりも大幅に低減している。
【００２１】
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。
【００２２】
実施の形態１において、軸受５の構造を図５に示すように上端面に行くにしたがって広げ、その部分を磁性流体のたまり部５ａとして、小径部５ｂを軸受として構成することで、ある一定量の磁性流体１２を注入可能で、かつ製造上も磁性流体１２が注入しやすくなり、作業効率が向上する。
【００２３】
実施の形態１において、軸受５の材質を自己潤滑性樹脂材料で構成することで、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。
【００２４】
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。
【００２５】
実施の形態１において、シャフト９の材質を磁性体金属で構成するとき、図６に示すように、センターポール４の貫通孔４ａへの磁性体金属のシャフト９の挿入量が重要となる。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ーションする。その結果が図７である。ある距離Ｙ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、対照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４ａ内部に向かって７ｍｍの位置で応力がゼロになり、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幅できる構成にすれば、振動系が振幅した際、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。
【００２６】
実施の形態１において、シャフト９の直径を１ｍｍから３ｍｍ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カが実現できる。
【００２７】
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０．００８〜０．０１５ｍｍの範囲内に設定することで、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。
【００２８】
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１２の粘度を変えることで、スピーカの低減特性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２０００ｃｐｓ、Ｂは１０００ｃＰｓ、Ｃは５００ｃｐｓの粘度の磁性流体１２を使用した場合の周波数特性であり、磁性流体１２の粘度を変えてスピーカの低減特性を制御している。以上のように磁性流体の粘度によって低減のＱが制御可能である。
【００２９】
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４ａ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口材１３を固着し、貫通孔を封止する。このように多孔性材料は、無数の微小孔があり、これ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。
【００３０】
（実施の形態２）
図１０は本発明のスピーカの実施の形態２を説明するための断面図である。図１０において、１はリング状の上ヨーク、２はリング状のマグネット、３はセンターポール４と連結された下ヨーク、５はセンターポール４に固定された軸受、６は上ヨーク１に固定されたフレーム、７ａは振動板１０の内周に固定されたボイスコイルであり、コイルが巻かれたボビンが振動板１０の内周に接合されている。８はボイスコイル７ａの内周に固定されたセンターキャップであり、ボビンの上端を塞ぐように接合されている。９はセンターキャップ８の中心部に固定されたシャフト、１１は振動板１０の外周に設けられ、フレーム６に固定されるエッジ、１４は軸受５の隙間に注入された潤滑剤であり、上軸受ピース５ｃと下軸受ピース５ｄ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４ａ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
実施の形態２において、軸受５の材質を自己潤滑性樹脂材料で構成することで、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。
【００３４】
実施の形態２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。
【００３５】
実施の形態２において、シャフト９の材質を磁性体金属で構成するとき、図６に示すように、実施の形態１と同様にセンターポール４の貫通孔４ａへの磁性体金属のシャフト９の挿入量が重要となる。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ーションする。その結果が図７である。ある距離Ｙ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、対照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２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４ａ内部に向かって７ｍｍの位置で応力がゼロになり、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幅できる構成にすれば、振動系が振幅した際、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。
【００３６】
実施の形態２において、シャフト９の直径を１ｍｍから３ｍｍ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カが実現できる。
【００３７】
実施の形態２において、軸受５とシャフト９のクリアランスを０．００８〜０．０１５ｍｍの範囲内に設定することで、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。
【００３８】
実施の形態２において、センターポール４の貫通孔４ａ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口材１３を固着し、貫通孔を封止する。このように多孔性材料は、無数の微小孔があり、これ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。
【００３９】
実施の形態２において、図１１の断面図に示すように、２つの軸受５を精度良く保持、固定するために円筒形金属１５で保持する構造としたもので、この２つの軸受５に隙間を設けてここに潤滑剤１４を注入する。このように２つの軸受５と潤滑剤１４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工数も削減できる。
【００４０】
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。
【００４１】
（実施の形態３）
図１２は本発明の実施の形態３を説明する組立図である。本発明の実施の形態３は、実施の形態１において、振動板１０、エッジ１１、シャフト９が固定されたセンターキャップ８、振動板１０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７ａから構成される振動系組立品１６と、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１７とを用意し、センターポール４に固定した軸受５をガイドにフレーム６にエッジ１１を固着する。
【００４２】
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は、図１３に示すようなスペーサ１８を使用していた。従来の工法では、スペーサ１８でセンターポール４にボイスコイルボビン７ｂを固定し、ボイスコイルボビン７ｂと振動板１０の内周面を、フレーム６にエッジ１１をそれぞれ接着し、乾燥後にスペーサ１８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あった。
【００４３】
この実施の形態３による工法では、それぞれの組立部品の精度がある程度確保でき、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カが製造できる。
【００４４】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、実施の形態２において、実施の形態３と同様の組立方式を用いるもので、実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるスピーカは、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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】  同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】  同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】  同実施の形態１におけるスピーカの特性図
【図５】  同実施の形態１に使用する軸受の断面図
【図６】  同実施の形態１を説明するための断面図
【図７】  同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】  同実施の形態１を説明するための特性図
【図９】  同実施の形態１を説明するための断面図
【図１０】  本発明のスピーカの実施の形態２を説明するための断面図
【図１１】  同実施の形態２に使用する軸受の断面図
【図１２】  本発明の実施の形態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１３】  従来のスピーカの組立てに使用するスペーサの斜視図
【図１４】  同スピーカの断面図
【図１５】  従来のスピーカの特性図
【符号の説明】
１  上ヨーク
２  マグネット
３  下ヨーク
４  センターポール
５  軸受
６  フレーム
７ａ  ボイスコイル
７ｂ  ボイスコイルボビン
８  センターキャップ
９  シャフト
１０  振動板
１１  エッジ
１２  磁性流体
１３  封口材
１４  潤滑剤
１５  円筒形金属
１６  振動系組立部品
１７  界磁部組立部品
１８  スペーサ
１９  ダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004604415.tif 000012
【図１２】
0004604415.tif 000013
【図１３】
0004604415.tif 000014
【図１４】
0004604415.tif 000015
【図１５】
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