JP2007005845A - ボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ボビンレスボイスコイルを使用し、磁束の集中する箇所である磁気ギャップ5中のボイスコイル線材9の巻数を多くして磁気効率を高めながら、磁束の集中しない磁気ギャップ5外のボイスコイル線材9の巻数を減らして磁気効率のロスを抑えると共に、インピーダンスの低下、ボイスコイル質量を軽量化を図り、振動損失の少ない高感度、高出力のボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカを提供する。
【解決手段】 ボイスコイル10が、ボイスコイル線材9をN層(Nは2以上の整数)に巻いてなる第1コイル部10aと、該第1コイル部10aを構成するN層のうち特定のn層(nは1以上N−1以下の整数)を第1コイル部10aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部10bとを有し、そのボイスコイル10をスピーカが有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 ボイスコイル10が、ボイスコイル線材9をN層(Nは2以上の整数)に巻いてなる第1コイル部10aと、該第1コイル部10aを構成するN層のうち特定のn層(nは1以上N−1以下の整数)を第1コイル部10aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部10bとを有し、そのボイスコイル10をスピーカが有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、ボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカに関し、特に携帯電話等に用いられる小型スピーカ用のボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカに関するものである。
図9は左側半部に従来のボイスコイルを有するスピーカの左側半断面を示し、右側半部に従来の他のボイスコイルを有するスピーカの右側半断面を示し、全体として携帯電話等に用いられる一般的な小型スピーカの構造を示す側断面図、図10は従来のボイスコイル構造を示す図9左側半部の部分拡大図、図11は従来の他のボイスコイル構造を示す図9右側半部の部分拡大図である。図9乃至図11において、1は磁性材料からなり中央部に有底円筒部2を有するヨーク、3は有底円筒部2内の底部にその有底円筒部2内周面との間に所定の隙間を設けて固着された円柱状のマグネット、4はマグネット3の上面に固着された円板状のポールピースである。これら有底円筒部2とマグネット3とポールピース4とでスピーカの磁気回路が構成され、有底円筒部2の内周面とポールピース3の外周面との隙間に円形の磁気ギャップ5が形成されている。また、6は外縁部がヨーク1の外縁部に固着されて、ヨーク1の上面側に張設された樹脂や金属フィルムからなる円形の振動板である。この振動板6の中央部に円筒状のボイスコイル7又は8が取付けられており、振動板6とボイスコイル7又は8とでスピーカの振動系が構成され、磁気ギャップ5に振動系のボイスコイル7又は8が配置されている。
上記構造のスピーカは、ヨーク2に取付けた図示しない一対の端子を通じて、外部回路(アンプ)から音声信号や音楽信号等の駆動信号をボイスコイル7又は8に入力することで、ボイスコイル7又は8の駆動信号に応じた上下動によって振動板6が振動し、駆動信号に応じた音を再生するものである。
上記のスピーカには、従来、図9の左側半部及び図10に示すようなボビン付きボイスコイル(有芯ボイスコイル)7又は図9の右側半部及び図11に示すようなボビンレスボイスコイル(空芯ボイスコイル)8が使用されている。ボビン付きボイスコイル7は、樹脂や金属フィルムからなる円筒状のボイスコイルボビン7aを、ボイスコイル線材9を巻いてなる円筒状のボイスコイル本体(空芯ボイスコイル)7bと別に用意し、ボイスコイルボビン7aの外周面に接着剤を塗布し、ボイスコイル本体7bをボイスコイルボビン7aの外側に嵌合して、両者を一体化したもので、ボイスコイルボビン7aの上端を接着剤により振動板6に固着することで、ボイスコイルボビン7aと共にボイスコイル本体7bを構成しているボイスコイル線材9(巻線)が磁気ギャップ5に配置される。一方、ボイスコイル線材9を巻いただけの円筒状のボビンレスボイスコイル8は、上端を接着剤により直接振動板6に固着することで、下部を構成しているボイスコイル線材9(巻線)のみが磁気ギャップ5に配置される。
図12は従来のボビン付きボイスコイル7のボイスコイル本体7bやボビンレスボイスコイル8に使用されているボイスコイル線材9の構造図である。図12において、9aは銅やその合金からなる中心導線、9bは中心導線9aを被覆する高耐熱樹脂からなる絶縁層、9cは絶縁層9bを被覆する熱可塑性樹脂からなる融着層9c(外皮)であり、これら中心導線9aと絶縁層9bと融着層9cからなるボイスコイル線材9の巻始めを巻線機の巻線冶具(巻芯)に係止し、巻線冶具を回転させながら、ボイスコイル線材9に巻線冶具の回転軸に沿って送りを与えると同時に、熱風機により熱風を吹付け、ボイスコイル線材9をコイル状に巻付けると共に、熱風で溶融した融着層9cを再固化した後、巻線機から取外すことで、空芯のボイスコイル、つまり上記のようなボビン付きボイスコイル7のボイスコイル本体7bやボビンレスボイスコイル8を形成している。
特開平10−248099号公報
特開2001−359192号公報
上記のようなスピーカにおいては、磁束の集中する箇所である狭い磁気ギャップ5中にどれだけボイスコイル線材9を巻けるかが、感度向上に大きく影響を与える。ボビンレスのボイスコイル8構造は、ボビン付きのボイスコイル7構造に比べ、同じ磁気ギャップ5中により多くのボイスコイル線材9を巻くことができる点では、感度向上に有利である。しかしながら、ボビンレスのボイスコイル8構造では、どうしても磁気ギャップ5の深さよりもかなり長いボイスコイル長を持つことになるため、磁気ギャップ5の外で巻かれるボイスコイル線材9、つまり磁気効率の低いロス部分が多くなり、またインピーダンスが高くなり、さらにボイスコイル質量が重くなり、振動損失も大きくなる。しかも、従来のボビンレスのボイスコイル8構造では、磁気ギャップ5中のボイスコイル線材9の巻数を増やすため多層に巻いて使用する場合が多いが、磁気ギャップ5の内外に関係なくボイスコイル長の全長にわたって同じようにボイスコイル線材9を多層に巻いているために、磁気ギャップ5中のボイスコイル線材9の巻数を増やすほど、磁気ギャップ5外のボイスコイル線材9の巻数も増え、上記の構造的欠点が顕著に現れ、結果、高い感度及び高い出力を得ることができなかった。なお、ボイスコイルボビン7aの全周(ボイスコイルボビン長の全長)にボイスコイル線材9が単層又は多層に巻かれたボビン付きのボイスコイルの場合も同様である。
本発明の目的は、ボビンレスボイスコイルを使用し、磁束の集中する箇所である磁気ギャップ中のボイスコイル線材の巻数を多くして磁気効率を高めながら、磁束の集中しない磁気ギャップ外のボイスコイル線材の巻数を減らして磁気効率のロスを抑えると共に、インピーダンスの低下、ボイスコイル質量の軽量化を図り、振動損失の少ない高感度、高出力のボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカを提供することにある。
上記の目的を達成するために本発明は、ボイスコイルが、ボイスコイル線材をN層(Nは2以上の整数)に巻いてなる第1コイル部と、該第1コイル部を構成するN層のうち特定のn層(nは1以上でN−1以下の整数)を第1コイル部から軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部とを有し、そのボイスコイルをスピーカが有するものである。
本発明のボイスコイル構造では、ボビンレスのボイスコイル構造となり、第2コイル部の端部を振動板に固着することで、第2コイル部を介して第1コイル部を磁気ギャップに配置して使用することができるため、従来のボビンレスのボイスコイル構造と同様に、ボビン付きのボイスコイル構造に比べ、磁束の集中する箇所である磁気ギャップ中のボイスコイル線材の巻数を多くすることができ、しかも従来のボビンレスのボイスコイル構造に比べ、磁束の集中しない磁気ギャップ外のボイスコイル線材の巻数を減らすことができる。
本発明によれば、ボビンレスボイスコイルを使用し、磁束の集中する箇所である磁気ギャップ中のボイスコイル線材の巻数を多くして磁気効率を高めながら、磁気ギャップ外のボイスコイル線材の巻数を減らして磁気効率のロスを抑えると共に、インピーダンスの低下、ボイスコイル質量の軽量化を図り、振動損失の少ない高感度、高出力のボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は左側半部に本発明の第1の実施の形態に係るボイスコイルを有するスピーカの左側半断面を示し、右側半部に本発明の第2の実施形態に係るボイスコイルを有するスピーカの右側半断面を示し、全体として本発明の第1及び第2の実施の形態に係るスピーカ構造を示す側断面図、図2は本発明の第1の実施の形態に係るボイスコイル構造を示す図1左側半部の部分拡大図、図3は本発明の第2の実施の形態に係るボイスコイル構造を示す図1右側半部の部分拡大図である。なお、図1に示したスピーカは図9に示したスピーカとボイスコイルを除いて同じ構造であるため、同じ構造部分は同じ符号を付してその説明を省略する。
図1及び図2において、10は第1の実施の形態に係るボイスコイル、図1及び図3において、11は第2の実施の形態に係るボイスコイルである。各実施の形態に係るボイスコイル10,11は、従来と同じボイスコイル線材9(図12参照)をN層(Nは2以上の整数)に巻いてなる第1コイル部10a,11aと、該第1コイル部10a,11aを構成するN層のうち特定のn層(nは1以上でN−1以下の整数)を第1コイル部10a,11aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部10b,11bとを有するボビンレスのボイスコイル構造に構成されている。
具体的には、第1の実施の形態に係るボイスコイル10は、ボイスコイル線材9を4層に巻いてなる、スピーカの磁気ギャップ5の深さと略同じコイル長を有する第1コイル部10aと、該第1コイル部10aを構成する4層のうち内側から1層目と2層目の隣接する2層を第1コイル部10aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部10bとを有するボビンレスのボイスコイル構造に構成され、第2の実施の形態のボイスコイル11は、ボイスコイル線材9を4層に巻いてなる、スピーカの磁気ギャップ5の深さと略同じコイル長を有する第1コイル部11aと、該第1コイル部11aを構成する4層のうち内側から2層目と3層目の隣接する2層を第1コイル部11aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部11bとを有するボビンレスのボイスコイル構造に構成されている。
上記第1の実施の形態に係るボイスコイル10は、ボイスコイル線材9に与える送りが図3に示すような送り(ボイスコイル線材9の巻き方)になる以外、従来の空芯のボイスコイルと同じ方法で形成することができ、上記第2の実施の形態に係るボイスコイル11も、ボイスコイル線材9に与える送りが図4に示すような送りになる以外、従来の空芯のボイスコイルと同じ方法で形成することができる。図3及び図4において、黒丸はボイスコイル線材9の巻始めを示し、白丸はボイスコイル線材9の巻終わりを示している。図3に示すように、巻始めから一方向に第1コイル部長と第2コイル部長を合わせた長さに対応する長さ、つまりボイスコイル長の全長に対応する長さの送りをボイスコイル線材9に与えて内側から1層目を巻上げ、次いで1層目の巻終わり(送り終端)からその1層目と逆方向で略同じ長さの送りをボイスコイル線材9に与えて2層目を巻上げ、次いで2層目の巻終わりからその2層目と逆方向で第1コイル部長に対応する長さの送りをボイスコイル線材9に与えて3層目を巻上げ、最後に3層目の巻終わりからその3層目と逆方向で略同じ長さの送りをボイスコイル線材9に与えて4層目を巻上げて巻終わることで、第1コイル部10aと第2コイル部10bとを有する上記第1の実施の形態に係るボイスコイル10を形成することができる。また、図4に示すように、巻始めから一方向に第1コイル部長に対応する長さの送りをボイスコイル線材9に与えて内側から1層目を巻上げ、次いで1層目の巻終わり(送り終端)からその1層目と逆方向で第1コイル部長と第2コイル部長を合わせた長さに対応する長さ、つまりボイスコイル長の全長に対応する長さの送りをボイスコイル線材9に与えて2層目を巻上げ、次いで2層目の巻終わりからその2層目と逆方向で略同じ長さの送りをボイスコイル線材9に与えて3層目を巻上げ、最後に3層目の巻終わりからその3層目と逆方向で第1コイル部長に対応する長さの送りをボイスコイル線材9に与えて4層目を巻上げて巻終わることで、第1コイル部11aと第2コイル部11bとを有する上記第1の実施の形態に係るボイスコイル11を形成することができる。
また、第1の実施の形態に係るボイスコイル10のように、第2コイル部10bが、第1コイル部10aを構成するN層のうち内側から1層目又はその1層目を含む相互に隣接する複数のn層を第1コイル部10aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる場合には、内面に段差が形成されず、外面に段差の無い巻線冶具(巻芯)でボイスコイル線材9をコイル状に、かつ多層に巻上げることができる。一方、第2の実施の形態に係るボイスコイル11のように、第2コイル部11bが、第1コイル部10aを構成するN層のうち内側から2層目又はその2層目以降の相互に隣接する複数のn層を第1コイル部11aから軸方向に沿って一方向に突出させてなる場合には、内面に段差が形成されるので、その段差に応じた段差を外面に有する段付きの巻線冶具(巻芯)を使用することで、ボイスコイル線材9をコイル状に、かつ多層に巻上げることができる。
上記各実施の形態に係るボイスコイル10,11は、ボビンレスのボイスコイル構造であり、第2コイル部10b,11bの端部(ボイスコイル10,11の上端)を接着剤により直接振動板6に固着することで、第2コイル部10b,11bを介して第1コイル部10a,11aを磁気ギャップ5に配置して使用することができる。
そして、上記各実施の形態のボイスコイル10又は11を有するスピーカは、従来と同様に、ヨーク2に取付けた図示しない一対の端子を通じて、外部回路(アンプ)から音声信号や音楽信号等の駆動信号をボイスコイル10又は11に入力することで、ボイスコイル10又は11の駆動信号に応じた上下動によって振動板6が振動し、駆動信号に応じた音を再生することができ、また、上記各実施の形態に係るボイスコイル10,11構造では、従来のボビンレスのボイスコイル構造と同様に、ボビン付きのボイスコイル構造に比べ、磁束の集中する箇所である磁気ギャップ5中のボイスコイル線材9の巻数を多くすることができ、しかも従来のボビンレスのボイスコイル構造に比べ、磁束の集中しない磁気ギャップ5外のボイスコイル線材9の巻数を減らすことができるため、ボビンレスボイスコイルを使用し、磁束の集中する箇所である磁気ギャップ5中のボイスコイル線材9の巻数を多くして磁気効率を高めながら、磁気ギャップ5外のボイスコイル線材の巻数を減らして磁気効率のロスを抑えると共に、インピーダンスの低下、ボイスコイル質量の軽量化を図り、振動損失の少ない高い感度、高い出力を得ることができる。
以上の各実施の形態では、ボイスコイルにおける第1コイル部の実施の形態として、ボイスコイル線材9を4層に巻いてなる多層構造のものを示したが、この積層数Nは2以上の整数であればよく、第1コイル部が配置される磁気ギャップの幅に応じて適宜選択設定できる。また、ボイスコイル線材9を2層から8層に巻いた多層構造の第1コイル部を有するボイスコイルの場合は、第1コイル部が配置される磁気ギャップが狭い小型スピーカ、例えば携帯電話等に用いられる小型スピーカに好適に使用することができる。
また、ボイスコイルにおける第2コイル部の実施の形態として、第1コイル部を構成する4層のうち、内側から1層目と2層目の隣接する2層や2層目と3層目の隣接2層から軸方向に沿って一方向に突出させてなる多層構造のものを示したが、この第2コイル部を構成するために第1コイル部から軸方向に沿って一方向に突出させる第1コイル部の特定のn層は1以上でN−1以下の整数であればよい。第1コイル部を構成するN層のうち最内側や最外側の1層を第1コイル部から軸方向に沿って一方向に突出させてなる単層構造の第2コイル部の場合には、ボイスコイル質量の軽量化に有効であり、また第1コイル部を構成するN層のうち中央部の隣接するn層を第1コイル部から軸方向に沿って一方向に突出させてなる多層構造の第2コイル部の場合には、ボイスコイルの断面形状における重心をその中心部に設定できるので、ボイスコイル駆動時の安定性及びボイスコイル全体の形状を保持し易く、磁気ギャップこすり現象等を生じるのを防止する上で有効であり、この作用は第2コイル部を構成するボイスコイル線材の積層数nが多いほどボイスコイル全体の剛性が上がるので助長される。さらに多層構造の第2コイル部は第1コイル部を構成するN層のうち隣接しない特定のn層を軸方向に沿って一方向に突出させても構成することができるが、この場合には使用状態において第2コイル部の隣接しない平行な構成層の間に第1コイル部と振動板によって閉じられた空間が形成され、その空間により蓄熱されたり放熱が妨げられるためにボイスコイルの耐熱性が悪化するので、多層構造の第2コイル部を構成する場合は、上記空間が形成されないように、第1コイル部を構成するN層のうち隣接する特定のn層を軸方向に沿って一方向に突出させて構成することが望ましい。
さらに、ボイスコイルにおける第1コイル部の実施の形態として示した磁気ギャップの深さと略同じコイル長を有するものは、磁気ギャップの深さより長いコイル長を有するものに比べボイスコイル質量が軽く、また磁気ギャップの深さより短いコイル長を有するものに比べ高い感度を得ることができるので有効である。
また、第1コイル部と第2コイル部とを有するボイスコイルにおけるボイスコイル線材は、従来と同様のボイスコイル線材9を使用したが、これは中心導線(中心導体)が銅やその合金からなる銅線で、導通抵抗が低く同じインピーダンスでより多くのコイルを巻くことができると共に、熱伝導率がよく、熱分布が均一化されて高い耐熱性が得られるためであり、ボイスコイル線材9と同構造で中心導線の素材のみが異なる他のボイスコイル線材を使用することも可能である。例えば、アルミやその合金からなる中心導線の場合には素材自体が軽量のため軽量化に有効である。またボイスコイル線材の断面形状についても、従来と同様に円形のものを示したが、これはボイスコイル線材自体が安価で、また巻易く、均質なボイスコイルを得易く簡単に大量生産できるためであり、断面形状が角形のボイスコイル線材を使用することも可能である。例えば、断面形状が4角形や6角形のボイスコイル線材の場合には断面形状が円形のボイスコイル線材に比べ巻線密度を高くすることができ、同じ磁気キャップ中により多くのボイスコイル線材を配置できると共に、ボイスコイル全体の剛性も高めることができ、また熱伝導に優れボイスコイルの発熱を均一に分散でき、高い耐熱性が得られるので有効である。この作用は断面形状が4角形で扁平率の高いボイスコイル線材ほど助長して得られる。
また、1本のボイスコイル線材9を巻線冶具(巻芯)に巻付けて第1コイル部と第2コイル部とを有するボイスコイルを形成する方法を図3,図4に示したが、図6,図7に示すように、1本のボイスコイル線材9を2つに折曲げた(ただし、折曲げ形状はU字形が望ましい)連続する2本のボイスコイル線材9’,9’を同時に巻線冶具(巻芯)に巻付けて第1コイル部と第2コイル部とを有するボイスコイルを形成してもよい。この場合には第1コイル部と第2コイル部とを有するボイスコイルからボイスコイル線材の両端部を引出す際に、ボイスコイルの同じ側、略同じ軸方向位置(高さ位置)、略同じ周方向位置から、つまり近接位置から引出すことができるため、端子に対する結線をボイスコイル線材を不必要に引出し、引回すことなく簡単に行うことができる。なお、図6は第1の実施の形態に係るボイスコイル10を形成する際にボイスコイル線材9’,9’に与える送りを示し、図7は第2の実施の形態に係るボイスコイル11を形成する際にボイスコイル線材9’,9’に与える送りを示し、図6及び図7においても、図3及び図4と同様に、黒丸はボイスコイル線材9’,9’の巻始めを示し、白丸はボイスコイル線材9’,9’の巻終わりを示している。
なお、本発明の第1コイル部と第2コイル部を有するボイスコイルの使用例として、第1及び第2の実施の形態では、第2コイル部10b,11bの上端部を接着剤により直接振動板6に固着して使用する例を示したが、第2コイル部をボイスコイルボビンの下部内周又は外周に嵌合した状態で一体に取付けて、このボイスコイルボビンの上端を接着剤を介して振動板6に固着して使用することもできる。図8に示す他の使用例では、上記第1の実施の形態に係るボイスコイル10と同構造の第1コイル部20aと第2コイル部20bとを有するボイスコイル本体と、樹脂や金属フィルムからなる円筒状のボイスコイルボビン20cとを備え、ボイスコイルボビン20cの下部内周面に接着剤を塗布し、ボイスコイル本体の第2コイル部20bをボイスコイルボビン20cの下部内側に嵌合して、両者を一体化したボイスコイル20を示し、このボイスコイル20はボイスコイルボビン20cの上端を接着剤により振動板6に固着することで、ボイスコイル本体の第1コイル部20aが磁気ギャップ5に配置されて使用される。このような使用方法を採用することで、第2コイル部20bの剛性がより高くなり、ボイスコイル20全体の形状がより保持し易くなる。また、磁気ギャップ5外の第2コイル部20bの長さを短縮できるため、インピーダンスの低下、ボイスコイル質量の軽量化に有効である。
また、本発明のボイスコイルを有するスピーカの実施の形態として、円形の内磁型の磁気回路を構成するものを示したが、本発明のボイスコイルは楕円形や長円形の磁気回路、外磁型の磁気回路等、磁気回路の形状や構造に関係なく使用できると共に、スピーカのボイスコイルだけでなくマイクロフォン等にも使用できるものである。
1 ヨーク
2 有底円筒部
3 マグネット
4 トッププレート
5 磁気ギャップ
6 振動板
9 ボイスコイル線材
10 ボイスコイル(第1の実施形態の)
10a 第1コイル部
10b 第2コイル部
11 ボイスコイル(第1の実施形態の)
11a 第1コイル部
11b 第2コイル部
2 有底円筒部
3 マグネット
4 トッププレート
5 磁気ギャップ
6 振動板
9 ボイスコイル線材
10 ボイスコイル(第1の実施形態の)
10a 第1コイル部
10b 第2コイル部
11 ボイスコイル(第1の実施形態の)
11a 第1コイル部
11b 第2コイル部
Claims (7)
- ボイスコイル線材をN層(Nは2以上の整数)に巻いてなる第1コイル部と、該第1コイル部を構成するN層のうち特定のn層(nは1以上N−1以下の整数)を第1コイル部から軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部とを有するボイスコイル。
- ボイスコイル線材を2層から8層に巻いてなる第1コイル部と、該第1コイル部を構成する2層から8層のうち1層から7層を第1コイル部から軸方向に沿って一方向に突出させてなる第2コイル部とを有するボイスコイル。
- 多層構造の第2コイル部の構成層が、第1コイル部を構成するN層のうち相互に隣接するn層である請求項1又は請求項2記載のボイスコイル。
- 第1コイル部がスピーカの磁気ギャップの深さと略同じコイル長を有する請求項1乃至請求項3の何れか1記載のボイスコイル。
- 第2コイル部の端部がスピーカの振動板に取付けられ、該第2コイル部を介して第1コイル部がスピーカの磁気ギャップに配置される請求項1乃至請求項4の何れか1記載のボイスコイル。
- ボイスコイル線材が、中心導線と、該中心導線を被覆する高耐熱樹脂の絶縁層と、該絶縁層を被覆する熱可塑性樹脂の融着層を有する請求項1乃至請求項5の何れか1記載のボイスコイル。
- 請求項1乃至請求項6の何れか1記載のボイスコイルを有するスピーカ。
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|---|---|---|---|
| JP2005180018A JP2007005845A (ja) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | ボイスコイル並びにそのボイスコイルを有するスピーカ |
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