(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク上にマグネットとトッププレートを重畳し、これらを貫通するように中央に貫通孔を設け、更にこの貫通孔に連続する凹部をこの貫通孔の周囲に設けて形成されるとともに、磁気ギャップを設けた内磁型の磁気回路と、
この磁気回路に固定されたフレームと、
外周が前記フレームに固定された振動板と、
前記磁気回路の前記磁気ギャップに保持されたボイスコイルと、
前記振動板に固定された前記ボイスコイルのコイルボビンの上端に固定されたセンターキャップと、
前記貫通孔に固定された軸受けと、前記センターキャップに固定され、前記貫通孔に挿入され、上下動を可能に前記軸受けに支持されたシャフトと、前記凹部に発生する局部磁束によって保持され前記シャフトの周辺に充填された磁性流体とから構成されるスピーカ。
【請求項２】
前記凹部は、前記貫通孔の全周に形成されている請求項１に記載のスピーカ。
【請求項３】
前記磁気回路がヨークと、マグネットと、トッププレートから構成されるとともに、前記マグネット側のヨーク面に凹部を設けた請求項１に記載のスピーカ。
【請求項４】
前記磁気回路がヨークと、マグネットと、トッププレートから構成されるとともに、前記マグネット側のトッププレート面に凹部を設けた請求項１に記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種音響機器に使用されるスピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を図７のスピーカの断面図により説明する。なお、図８は他の従来のスピーカの断面図である。従来のスピーカは図７に示す様に、フレーム１、ヨーク２、マグネット３、トッププレート４、振動板９、エッジ１０、ダンパー１１、ボイスコイル１２、ダストキャップ１４および磁気ギャップ１５から構成されている。エッジ１０は主に振動板９の中心保持と密閉性、ダンパー１１は主に振動板９の中心保持とその柔軟度を利用した低域共振周波数（以下、ｆ0と称す）のコントロールの役目を持っている。
【０００３】
ダンパー１１の柔軟度が高ければスピーカ全体の柔軟度も上がり、ｆ0は低下する。スピーカの低域再生限界周波数はほぼｆ0によって決定されるため、ダンパー１１の柔軟度の設定は低音における主要設計要素の一つである。
【０００４】
近年、デジタル技術等の進歩に伴う再生周波数の拡大により、スピーカに対してもより低い周波数の再生が求められ、従来になく低いｆ0を有するスピーカも要求されてきている。
【０００５】
これに対し、従来のスピーカでｆ0を下げるために単にダンパー１１の柔軟度を大きくしていくと、ダンパー１１の中心保持力が弱くなり振動部品の支持状態が不安定となる。中心保持力が弱い状態では振動部品のローリングが起こり易く、ボイスコイル１２が磁気ギャップ中でヨーク２やトッププレート４に接触して異常音や音質の劣化が発生し、最悪の場合、ボイスコイル１２の断線や振動部品の破壊につながる。
【０００６】
このような課題を解決するために提案されたスピーカを図８により、図７との相違点のみ説明する。改良型スピーカは図８に示す様に、従来の構成要素に加えて、軸受け５、シャフト８およびセンターキャップ１３を有している。ボイスコイルボビンの上端に固定したセンターキャップ１３の中心にシャフト８を設け、磁気回路に形成された貫通孔に固定した軸受け５で上記シャフト８を受ける構成となっている。すなわち、図７のスピーカのダンパー１１の代りにシャフト８が振動部品を支持するものである。ダンパー１１がないため、柔軟度の非常に高いダンパー１１を使用したと同じ効果が期待できると共に、シャフト８によって常に振動部品の中心は保持されている。
【０００７】
しかしながら、図８の従来のスピーカにあっては、シャフト８と軸受け５間の摩擦や、シャフト８と軸受け５の隙間により共振が発生し、これがシャフト８を通じて振動板９に伝わり、拡大された異常音を発生する。このため、シャフト８と振動板９との間に吸音材料を挿入するなどの対策が必要となるが、対策を施すと、シャフト８の支持が不安定になり、完全には異常音の発生を止められない等の課題を残すものとなっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来のスピーカの欠点を除去し、異常音の発生を抑制しつつ、大振幅動作の可能なスピーカを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピーカは、内磁型の磁気回路に設けられた貫通孔と、この貫通孔の周囲に設けられ、磁性流体を保持する凹部を有する。さらに本発明のスピーカは、上記貫通孔に設けられた軸受けと、ボイスコイルに固着されたセンターキャップに固着され上記軸受けにより上下動可能に支持されたシャフトを有する。上記磁性流体は軸受けとシャフトとの間の隙間に充填されている。
【００１０】
本発明のスピーカは、ダンパーをなくすことで非常に高い柔軟度のダンパーで構成されたものと等価になって、従来にない低ｆ0を実現することができる。さらに、磁性流体によって軸受けとシャフト間の摩擦や共振を吸収させ、また、凹部に磁性流体を保持してシャフトと軸受け間への磁性流体への供給を円滑に行うため、異常音の発生を抑制でき、大振幅動作の可能なスピーカとなる。
【００１１】
本発明の一実施形態のスピーカは、マグネット側のヨーク面の貫通孔周辺に凹部を設けたものである。この構造によればトッププレート内での軸受け長さを自由に設定できるため、シャフトのスラスト方向の支持を安定的に行なえるものである。
【００１２】
本発明の他の実施形態のスピーカは、マグネット側のトッププレート面の貫通孔周囲に凹部を設けたものである。この構造によれば磁性流体を軸受け近傍で保持して磁性流体の軸受けへの供給をよりスムーズに行なうことができるものである。
【００１３】
本発明のさらに他の実施形態のスピーカは、上記本発明の構造にさらにダンパーを付加したものである。この構造によれば、ダンパーを付加しないスピーカより柔軟度の点で多少劣るものの、シャフトと軸受けだけでは制御困難な大振幅時の跳躍現象や上下振幅の対称性の改善を図ることを可能とするものである。
【００１４】
本発明のさらに他の実施形態のスピーカは、トッププレートの上面における貫通孔周囲に軸受けカバーを設けたものである。この構造によれば、磁性流体が磁気回路の表面への流れ出し、磁気ギャップへ侵入することを防止することができる。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態のスピーカは、シャフトを支持する軸受けに、シャフト径より大きな内径を持つ軸受け部分を設けたものである。この構造によれば、この大きい内径部分を磁性流体の保持に使用して磁性流体のより安定的な供給を可能とするとともに、軸受けの外部との必要な長さを確保しながら軸受けのシャフトの支持部分を短くして摩擦抵抗を減らす事ができるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１から図６により説明する。なお、従来技術と同一部分には同一番号を付して説明を省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態のスピーカを図１および図２により説明する。
【００１８】
図１に示す様に、本発明のスピーカは、ヨーク２ａ、マグネット３ａ、トッププレート４ａで内磁型の磁気回路Ａを構成し、その中央には貫通孔２ｂが設けられている。フレーム１は上記磁気回路Ａのヨーク２ａに固定される。振動板９とエッジ１０はフレーム１に固定される。ボイスコイル１２のボビン１７は振動板９の内周に固定され、ボイスコイル１２はヨーク２ａとトッププレート４ａで形成される磁気ギャップ１５内に保持される。センターキャップ１３はボビン１７の上端にボビン１７と中心軸を合わせて固定される。
【００１９】
軸受け５は貫通孔２ｂに中心軸を合わせて固定されている。シャフト８は上端をセンターキャップ１３の中心に固定されると同時に軸受け５によって上下動可能に支持されている。
【００２０】
ヨーク２ａのマグネット３ａとの接触面に位置する貫通孔２ｂの周囲にはこの貫通孔２ｂに連続して凹部６が設けられている。凹部６の径は貫通孔２ｂより大きい。凹部６は磁気回路の途中に形成された隙間であるため、貫通孔２ｂ内において他の部分よりも磁束密度の高い局部磁束の発生部分となる。このため、軸受け５の近傍に注入された磁性流体７は凹部６に保持され、貫通孔２ｂ内に流出して喪失することが無い。この様に凹部６に保持された磁性流体７は、シャフト８の上下動によって軸受け５とシャフト８の隙間に常に供給される。
【００２１】
上記凹部の形成方法としては、上記貫通孔に中心線を合わせた「座グリ」や、ヨークの形成に際して同時に、または別途プレスするなどの手段がある。これらの手段により貫通孔の全周に容易に凹部を形成することができる。凹部の平面形状は形成方法からは、円形が一番製造しやすいが、特に円形に制限されることはない。また、凹部６は必ずしも貫通孔の全周に形成される必要はなく、凹部６とシャフト８とをつなぐ経路さえ形成されていれば、凹部６は貫通孔近傍に形成されていれば良い。
【００２２】
また、上記実施の形態では凹部６がヨーク２のマグネット側の面上にあるため、トツププレート４ａ内での軸受け５の長さは自由に決定できる。
【００２３】
図２は本実施の形態の他の展開の例である。図２に示すスピーカにおいては凹部６ａをトッププレート４ｃとマグネット３ａとの接触面位置の貫通孔２ｂの周囲に設けている。
【００２４】
図２に示す様に、凹部６ａが塞がれないように軸受け５ａの長さを調整すれば、この展開例のように磁性流体７を軸受け５ａの近傍で保持する事で磁性流体７をよりスムーズに軸受け５ａに供給することができる。
【００２５】
以上のように構成されたスピーカ、例えば１２ｃｍ口径のスピーカにおける比較では、従来のスピーカではｆ0は６０Ｈｚ程度が限界であるのに対し、本発明によるスピーカでは３０Ｈｚ以下のｆ0まで可能となることが確認された。さらに、軸受け５とシャフト８による摩擦音や共振音も完全に抑えられ、大振幅でも安定に動作するスピーカが得られることが確認された。
【００２６】
（実施の形態２）
本発明のスピーカの第２の実施の形態を図３、図４により、特に実施の形態１との相違点について説明する。
【００２７】
図３は本実施の形態のスピーカの断面図であり、図４は最大振幅−周波数特性を示す特性図である。図３に示す様に、本実施の形態のスピーカの実施の形態１との相違点は外周をフレーム１に固着し、内周をボイスコイル１２に固着したダンパー１１を有する点である。実施の形態１のごとくダンパーのない場合、振動系の柔軟性は充分得られるものの、上下動作はエッジ１０が伸び切るまで制御されず、跳躍現象や振幅の上下非対称による歪を発生させ易い。本実施の形態の構造はこれを改善するもので、スピーカをより安定に、より低歪に動作させるものである。
【００２８】
このため、ダンパー１１の特性は、通常動作では振幅直線性が高く、ボイスコイル１２が磁気ギャップ１５を外れるような大入力動作では振幅を徐々に抑えるものが望ましい。また、本実施の形態においてはダンパー１１に中心保持の機能を求めないため、低いＦ0を保つためにダンパー１１の柔軟度を高くすることは容易である。
【００２９】
図４は本実施の形態の１２ｃｍ口径のスピーカを小型ボックスに入れ「入力正弦波周波数」対「上下振幅の最大値」を実測したものであり、（ａ）は実施の形態１のスピーカ、（ｂ）は本実施の形態のものである。図４から判るように、（ａ）に示すスピーカの特性に比べ（ｂ）は振幅の変化が安定しており、上下振幅量の対称性も大幅に改善されており、本実施の形態２の効果が確認されている。
【００３０】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３の実施の形態のスピーカの断面図であり、図６は要部である軸受けの断面図である。以下、本実施形態のスピーカの、実施の形態１および２との相違点について説明する。
【００３１】
図５に示す様に、本実施形態のスピーカの実施の形態１との相違点は、軸受け５を囲む軸受けカバー１６を、トッププレート４ａの上面の貫通孔１２ｂの周囲に設けたことである。軸受け５の上端に磁性流体７が染み出した場合、軸受けカバー１６がないと磁性流体７が磁気ギャップ１５に吸引される可能性がある。もし、磁性流体７が磁気ギャップ１５に大量に吸引されると、磁性流体７が磁気ギャップ１５を塞いで異常音を発生したり、軸受け５とシャフト８の間の磁性流体７が不足して異常音を発生する可能性がある。本実施の形態は上記課題を解決して信頼性の向上を図るもので、軸受けカバー１６が堰となって磁性流体７の流れを止めるものである。
【００３２】
軸受けカバー１６で堰き止められた磁性流体７には磁気ギャップ１５より常に水平方向に吸引力が働くため、磁性流体７は軸受けカバー１６内側の底部に保持され、その一部はシャフト８の上下動によって再び軸受け５内に供給される。この目的のため、軸受けカバー１６の高さは１ｍｍ以上あることが好ましい。軸受けカバー１６の材料は、磁束漏洩や組立易さの点から非磁性体であることが望ましい。
【００３３】
本実施の形態では、磁束密度の高い凹部６に加えて、軸受けカバー１６によって磁性流体７の流れ出しに２重の安全性を持たせ、信頼性を向上させることができるものである。
【００３４】
なお、軸受け５は図６にその断面を示す様に、内径ＸとＸより大きな内径Ｙを持つように形成され、内径Ｘはシャフト８を支持し、内径Ｙはシャフト８との間に適当なギャップが設けられている。これにより軸受け５の外部は必要な長さを保ちながらシャフト８の支持部の長さを減らして摩擦抵抗を減らすことができる。
【００３５】
また、内径Ｙのギャップ部が磁性流体７を蓄えることで、磁性流体のより安定した供給が可能となる。
【００３６】
実験結果によると内径Ｘと内径Ｙとの差は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度が適当であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明のスピーカは、軸受けによって上下動可能にされたシャフトでセンターキャップを介してボイスコイルを支持するとともに、軸受けとシャフト間に磁性流体を介在させたものである。このため、本発明のスピーカは低いｆ0を有し、異常音を伴わずに安定して動作する。この結果、低音の再生周波数の拡大と低歪化が実現でき、音質の向上したスピーカの提供が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のスピーカの一実施の形態の断面図
【図２】  他の展開例のスピーカの断面図
【図３】  他の実施の形態のスピーカの断面図
【図４】  同スピーカの入力正弦波周波数対上下振幅の最大値を示す特性図
【図５】  他の実施の形態のスピーカの断面図
【図６】  同スピーカの要部である軸受けの断面図
【図７】  従来のスピーカの断面図
【図８】  従来の改良型スピーカの断面図
【符号の説明】
１  フレーム
２ａ  ヨーク
２ｂ、１２ｂ  貫通孔
３ａ  マグネット
４ａ  トッププレート
５、５ａ、５ｂ  軸受け
６  凹部
７  磁性流体
８  シャフト
９  振動板
１０  エッジ
１２  ボイスコイル
１３  センターキャップ
１４  ダストキャップ
１５  磁気ギャップ
１６  軸受けカバー
１７  ボビン
Ａ  磁気回路
【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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