JP5020682B2

JP5020682B2 - スピーカ

Info

Publication number: JP5020682B2
Application number: JP2007093801A
Authority: JP
Inventors: 良精久奈
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008252721A

Description

本発明は、入力信号の強度に応じて発光強度を可変可能なイルミネーション付きのスピーカに関する。

スピーカへの入力をモニターするなどの目的で、発光を視認可能な位置に発光ダイオード等の発光素子を配置したスピーカが提案されている。この種のスピーカでは、ボイスコイルに流れる交流電流を利用して誘導起電力を生成し、この誘導起電力を利用して発光素子を発光させている（特許文献１参照）。

例えば、特許文献１には、図８に示すように、後面側の中央部から後方へ突出する筒部（１２４）をもつ振動板部材（１１１）と、筒部（１２４）に嵌装されて振動板部材（１１１）と一体に振動板部材（１１１）の軸方向へ変位しかつ駆動電流を供給されるボイスコイル（１２５）と、ボイスコイル（１２５）を含む空間範囲に所定の磁界を生成する磁界生成装置（１１５，１１８，１１９）と、ボイスコイル（１２５）に流れる変動駆動電流による誘導起電力を生成する電力生成コイル（１３２）と、ボイスコイル（１２５）の前面側からボイスコイル（１２５）の領域内で発光が視認されるように配置され電力生成コイル（１３２）からの電力により発光する発光素子（１３３ａ，１３３ｂ）とを備えたスピーカ１００が開示されている。このスピーカ１００において、電力生成コイル（１３２）は筒部（１２４）の内周側に配置され、円盤状磁性体（１２０）は電力生成コイル（１３２）の内周側に配置されている。
特許第３５４２５１６号公報

しかしながら、特許文献１のスピーカには、以下のような問題がある。図８に示した磁気回路１０１では、電力生成コイル（１３２）の内周側に磁束密度を増大させる目的で円盤状磁性体（１２０）を配置しているが、この円盤状磁性体（１２０）は磁気抵抗が大きく、必要とされる磁束密度が得られないことから、電力生成コイル（１３２）により生成される起電力は小さい。このため、発光素子（１３３ａ，１３３ｂ）は、十分な明るさの発光強度を得ることができないという問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボイスコイルに流れる電流が少なくても、十分な明るさで発光素子を発光させることが可能で、かつ簡易な構造で実現可能なスピーカを提供することにある。

本発明の一態様によれば、磁気回路と、前記磁気回路の少なくとも一部を取り囲むように配置されるボビンと、前記ボビンに巻回され、前記磁気回路の磁気ギャップ中に配置されて前後に振動可能とされる第１のボイスコイルと、前記磁気回路に接合されるフレームと、中央後部が前記ボビンに接合されて、外周縁部がエッジを介して前記フレームに支持される振動板と、内周部が前記ボビンに接合され、外周部が前記フレームの内周部に支持されるダンパーと、前記ボビンの内部に配置され、前記第１のボイスコイルに流れる交流電流により誘導起電力を生成する電力生成コイルと、前記ボビンの内部に配置され、前記電力生成コイルとともに閉回路を形成し、前記電力生成コイルの誘導起電力により点滅動作を行う発光素子と、少なくとも一部が前記電力生成コイルの内部に配置され、前記電力生成コイルの内部を貫通する交流磁束を増大させる補助マグネットと、を備え、前記磁気回路は内磁型であり、前記磁気回路は、メインマグネットと、前記メインマグネットの前面に配置されるポールピースと、前記メインマグネットの後面に配置されるアンダープレートと、前記アンダープレートの後面に配置されるポットヨークと、を有し、前記補助マグネットは、前記ポールピースの前面に配置されることを特徴とするスピーカが提供される。

本発明によれば、ボイスコイルに流れる電流が少なくても、十分な明るさで発光素子を発光させることができ、かつ簡易な構成で実現可能なスピーカを提供できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るスピーカの断面図である。図１のスピーカ１は、内磁型であり、磁気回路２と、ボビン３と、第１のボイスコイル４と、フレーム５と、エッジ６と、振動板７と、ダンパー８と、電力生成コイル９と、発光素子１０と、補助マグネット１１とを備えている。

磁気回路２は、円柱状のメインマグネット１２と、メインマグネット１２の前面に配置される円環状のポールピース１３と、メインマグネット１２の後面に配置される円環状のアンダープレート１４と、アンダープレート１４の後面に配置される椀状のポットヨーク１５とを有する。

ボビン３は、磁気回路２の少なくとも一部を取り囲むように配置される。第１のボイスコイル４は、ボビン３に巻回され、前記磁気回路２の磁気ギャップ中に配置されて前後に振動可能とされている。フレーム５は、磁気回路２に接合されている。より具体的には、フレーム５の後側端部はポットヨーク１５の前端部に接合され、フレーム５の前側端部にはエッジ６が接合されている。エッジ６の外周貼付部前面にはガスケット１６が接合されている。第１のボイスコイル４から引き出された不図示の錦糸線は、端子板１７に接続されている。

振動板７は、その中央後部がボビン３に接合され、その外周縁部がエッジ６を介してフレーム５に支持されている。ダンパー８は、その内周部がボビン３に接合され、その外周部がフレーム５の内周部に支持されている。

電力生成コイル９は、ボビン３の内部に配置されて、第１のボイスコイル４に流れる交流電流により誘導起電力を生成する。発光素子１０は、その発光が外部から視認されるようにボビン３の内部に配置され、電力生成コイル９とともに閉回路を形成し、電力生成コイル９の誘導起電力により点滅動作を行う。

補助マグネット１１は、少なくとも一部が電力生成コイル９の内部に配置され、電力生成コイル９の内部を貫通する交流磁束を増大させるために設けられている。補助マグネット１１は永久磁石であり、より具体的には、ネオジム磁石やサマコバ（サマリウムコバルト）磁石などの希土類磁石で形成されている。

電力生成コイル９は、補助マグネット１１の外表面に巻回されており、補助マグネット１１による磁力の方向は、電力生成コイル９により生成される磁力の方向と同方向あるいは逆方向になる。

図２は図１のスピーカ１の電気回路図である。図示のように、第１のボイスコイル４と電力生成コイル９とは、磁気的に結合された変圧器１９を構成している。この変圧器１９の一次側には、第１のボイスコイル４と、第１のボイスコイル４に交流電流を流す駆動源１８とが直列接続された一次側閉回路が設けられている。変圧器１９の二次側には、電力生成回路と発光素子１０とが直列接続された二次側閉回路が設けられている。駆動源１８は、図１では省略されているが、例えばスピーカ１駆動用のアンプで構成される。

駆動源１８からの電力供給を受けて第１のボイスコイル４に交流電流が流れると、第１のボイスコイル４と磁気的に結合された電力生成コイル９に誘導起電力が発生する。この誘導起電力は、電力生成コイル９の内部を貫通する交流磁束の変化を妨げる向きに発生する。第１のボイスコイル４に流れる電流は、時間と共に連続的に変化するため、電力生成コイル９に発生される誘導起電力も連続的に変化し、結果として、二次側閉回路に流れる電流は、交流電流になる。

発光素子１０は、図２に示すように、ダイオードと同様に整流作用を有するため、二次側閉回路に所定の方向に電流が流れた場合のみ発光する。すなわち、発光素子１０は、第１のボイスコイル４に流れる交流電流の周波数と同じ周波数で点滅動作を行う。

上述したように、補助マグネット１１の磁力の方向と電力生成コイル９により生成される磁力の方向は、電力生成コイル９の誘導起電力の極性により、同方向になったり、あるいは逆方向になったりするため、同方向になった場合には、磁力が互いに強め合い、逆方向になった場合には、磁力が互いに弱め合う。これにより、電力生成コイル９内部を貫通する交流磁束（磁束の変化量）は、補助マグネット１１がない場合に比べて、大きくなる。

ここで、電力生成コイル９の誘導起電力ｅは、電力生成コイル９の巻数をＮ、電力生成コイル９の内部を貫通する磁束をΦとすると、以下の（１）式で表される。

（１）式の右辺第２項ｄΦ／ｄｔが交流磁束である。（１）式からわかるように、巻線の巻数Ｎが一定であれば、交流磁束が大きいほど、誘導起電力ｅは大きくなる。したがって、図１に示すように、補助マグネット１１を設けることにより、交流磁束が増大し、これにより、誘導起電力ｅも増大し、二次側閉回路に流れる交流電流が増える。二次側閉回路に流れる交流電流が増えると、発光素子１０は、より強く発光することになる。実際には、交流電流の半周期の間しか発光素子１０は発光しないため、補助マグネット１１を設けることにより、発光素子１０はより強い発光強度で点滅動作を行う。

本発明者は、図１の構造から補助マグネット１１を省略した場合と、図６に示す従来例のように補助マグネット１１の代わりに磁性体を設けた場合と、図１の構造の場合とで、磁気回路２内部の磁束密度を実測し、その結果を図３にまとめた。図３には、磁気回路２の磁気ギャップ中にホール素子を挿入し、ポールピース１３の外周部の任意の３箇所（測定ポイント１〜３）にて磁束密度を測定した結果と、これら３箇所の測定結果の平均値とを記載している。

図３からわかるように、本実施形態における磁気回路２内部の磁束密度は、電力生成コイル９を省略した場合に比べて約１．８倍、また、電力生成コイル９の内周側が磁性体の場合に比べて約１．４倍増大した結果が得られた。

図１の電力生成コイル９は駆動源を必要とせず、永久磁石からなる補助マグネット１１に電力生成コイル９を巻回させた構造体を事前に用意しておき、この構造体を磁気回路２上に接合するだけでよいため、配線の手間も入らず、スピーカ１の組立を容易に行うことができる。

このように、第１の実施形態では、電力生成コイル９の内部に補助マグネット１１を配置するため、電力生成コイル９の内部を貫通する交流磁束を増大させることができ、第１のボイスコイル４に流す交流電流を増やすことなく、発光素子１０の発光強度を増大できる。したがって、消費電力が増大するおそれもない。

また、補助マグネット１１は、電力生成コイル９の内部に配置されるため、補助マグネット１１の有無によってスピーカ１のサイズが変化することもない。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、ボイスコイルの構造が第１の実施形態とは異なることを特徴とする。

図４は本発明の第２の実施形態に係るスピーカ１ａの断面図、図５は図４のスピーカ１ａの電気回路図である。図４および図５では、図１および図２と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図４のスピーカ１ａは、第１のボイスコイル４の他に第２のボイスコイル２０を備えている。第１のボイスコイル４は、図１と同様に、ボビン３の後端側に巻回されて、磁気回路２の磁気ギャップ中に配置されている。第２のボイスコイル２０は、ボビン３の前端側に巻回されている。図５に示すように、第１および第２のボイスコイル４，２０は、互いに直列に接続されている。

図５のスピーカ１ａは、第１および第２のボイスコイル４，２０以外の構造は図１と同じであり、電力生成コイル９は補助マグネット１１に巻回された状態で、磁気回路２の前面に配置されている。

図５に示すように、第１および第２のボイスコイル４，２０と、電力生成コイル９とは、磁気的に結合された変圧器を構成している。第１および第２のボイスコイル４，２０と、これらボイスコイルに交流電流を流す駆動源１８とは、一次側閉回路を構成している。また、電力生成コイル９と発光素子１０は、二次側閉回路を構成している。

図６は第１のボイスコイル４により形成される磁力線Φ１の磁路と第２のボイスコイル２０により形成される磁力線Φ２の磁路とを示す図である。図示のように、２つの磁力線Φ１，Φ２は、電力生成コイル９の内部を同じ方向に貫通する。これにより、第１のボイスコイル４だけの場合よりも、電力生成コイル９の内部を貫通する交流磁束が増大し、電力生成コイル９の誘導起電力も大きくなり、結果として、発光素子１０の発光強度をより高めることができる。

図７は、第１の実施形態のように第１のボイスコイル４のみを設けた場合と、本実施形態のように第１および第２のボイスコイル４，２０を設けて直列接続した場合とについて、電力生成コイル９に生成される誘導起電力を比較した図である。図７では、第１のボイスコイル４に流す交流電流の周波数を種々変化させて、誘導起電力を測定している。

図７からわかるように、本実施形態における誘導起電力は、交流電流の周波数のいかんにかかわらず、第１の実施形態における誘導起電力の約１．４倍に増大する。また、交流電流の周波数が高くなるほど、誘導起電力は高くなる。この傾向は、第１の実施形態の場合も同じである。

このように、第２の実施形態では、第２のボイスコイル２０を新たに設けるため、電力生成コイル９の内部を貫通する交流磁束をより増大でき、電力生成コイル９の誘導起電力がより増大して、発光素子１０の発光強度をより高めることができる。

第２の実施形態では、ボビン３の後端側に第１のボイスコイル４を巻回し、前端側に第２のボイスコイル２０を巻回したが、これら第１および第２のボイスコイル４，２０の巻回位置は必ずしもボビン３の端部である必要はなく、第１および第２のボイスコイル４，２０を前後に配置しさえすれば、具体的な巻回位置は問わない。

上述した各実施形態では、発光素子１０を１個だけ設ける例を説明したが、発光素子１０の数には特に制限はない。また、発光素子１０の種類も特に問わない。例えば、発光ダイオードや半導体レーザなどの各種の発光素子１０が適用可能である。

上述した各実施形態では、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態の構造に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上述した各実施形態では、内磁型の磁気回路２について説明したが、外磁型であっても構わない。また、振動板７の形状もコーン形には限定されず、ドーム型等の種々の形状のものが適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係るスピーカの断面図。図１のスピーカ１の電気回路図。図１の構造から補助マグネット１１を省略した場合と、図６に示す従来例のように補助マグネット１１の代わりに磁性体を設けた場合と、図１の構造の場合とで、磁気回路２内部の磁束密度を実測し、その結果をまとめた図。本発明の第２の実施形態に係るスピーカ１ａの断面図。図４のスピーカ１ａの電気回路図。第１のボイスコイル４により形成される磁力線の磁路と第２のボイスコイル２０により形成される磁力線の磁路とを示す図。第１の実施形態のように第１のボイスコイル４のみを設けた場合と、本実施形態のように第１および第２のボイスコイル４，２０を設けて直列接続した場合とについて、電力生成コイル９に生成される誘導起電力を比較した図。特許文献１に開示されたスピーカの断面図。

符号の説明

１、１ａスピーカ
２磁気回路
３ボビン
４第１のボイスコイル
５フレーム
６エッジ
７振動板
８ダンパー
９電力生成コイル
１０発光素子
１１補助マグネット
１２メインマグネット
１３ポールピース
１４アンダープレート
１５ポットヨーク
１６ガスケット
１７端子板
１８駆動源
１９変圧器
２０第２のボイスコイル
Φ１，Φ２磁力線

Claims

磁気回路と、
前記磁気回路の少なくとも一部を取り囲むように配置されるボビンと、
前記ボビンに巻回され、前記磁気回路の磁気ギャップ中に配置されて前後に振動可能とされる第１のボイスコイルと、
前記磁気回路に接合されるフレームと、
中央後部が前記ボビンに接合されて、外周縁部がエッジを介して前記フレームに支持される振動板と、
内周部が前記ボビンに接合され、外周部が前記フレームの内周部に支持されるダンパーと、
前記ボビンの内部に配置され、前記第１のボイスコイルに流れる交流電流により誘導起電力を生成する電力生成コイルと、
前記ボビンの内部に配置され、前記電力生成コイルとともに閉回路を形成し、前記電力生成コイルの誘導起電力により点滅動作を行う発光素子と、
少なくとも一部が前記電力生成コイルの内部に配置され、前記電力生成コイルの内部を貫通する交流磁束を増大させる補助マグネットと、を備え、
前記磁気回路は内磁型であり、
前記磁気回路は、
メインマグネットと、
前記メインマグネットの前面に配置されるポールピースと、
前記メインマグネットの後面に配置されるアンダープレートと、
前記アンダープレートの後面に配置されるポットヨークと、を有し、
前記補助マグネットは、前記ポールピースの前面に配置されることを特徴とするスピーカ。
前記補助マグネットは、前後方向に磁極を有する永久磁石であり、
前記電力生成コイルは、その内部を前後方向に交流磁束が貫通するように前記補助マグネットの外表面に巻回されることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。
前記補助マグネットは、前記磁気回路の前面に接合されることを特徴とする請求項１または２に記載のスピーカ。
前記発光素子は、その発光が前記振動板の前方から視認されるように、前記補助マグネットの前面に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスピーカ。
前記第１のボイスコイルよりも前方側で前記ボビンに巻回され、前記第１のボイスコイルと直列に接続される第２のボイスコイルを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスピーカ。