微扬声器及装配微扬声器的方法 【发明背景】
1.技术领域
本发明总体上涉及用于音频扬声器的装置及方法。具体地，本发明涉及微扬声器及使用液体悬浮机制装配微扬声器的方法。
2.背景技术
传统的扬声器通常包括磁体组件、及从磁体组件延伸的非磁环形框架，以支承锥形振膜的较大的端。锥形振膜的较小的端连接到音圈，音圈伸展入磁体组件中提供的环形磁隙内。为了使音圈准确地定位于并悬置在磁隙内，音圈通常通过波纹状的环形悬置而连接到周围的框架上。
音圈被设计来在不经受其它类型的运动如转动的情况下轴向振荡，在振荡行程中在不同的点向轴向倾斜移动或在不同的方向移动。如果音圈与磁隙表面刮擦，音圈将过早破坏。一种解决办法是使用低挥发性、油基、磁流体悬浮机制来使音圈定位于并悬置在磁隙内。油基磁性粒子胶体粘附到音圈及磁隙表面，因为精微的磁性粒子由于跨磁隙建立的永磁场而被磁吸引到间隙表面。精微的即大约0.01微米的磁性粒子保持磁隙中的胶体地液相。
然而，磁隙中低挥发、油基、磁流体的使用并不是没有问题。一个问题是液体在工作期间有弹出或流出磁隙的倾向，从而耗尽与音圈接触的液体的数量。这个现象是由于音圈的摆动运动造成的，其在靠近极靴端部的大气中及在围绕极靴的环形腔中产生瞬间的压力变化。压力补偿通道或过道已被用于防止该潜在的流出问题。另一个问题是因为定位和悬浮机制使用的特别调配的低挥发、油基磁流体而增加了成本。
扬声器生产者坚持不懈地试图减小扩音器的大小以用在小型器件中如耳机、助听器、便携式电话等。美国专利5,243,662(1993年，Sogn等)即是这些微型或微扬声器器件的一个例子。其公开了一小型的电力声波发生器，该发生器具有振膜、带有极靴的永磁体、磁体磁轭、及音圈。音圈连接到靠近振膜的边缘，及在磁轭的外侧，振膜被弯曲并连接到磁轭的外壁。
美国专利4,742,887(1988，Yamagishi)公开了一种耳机，其具有包含驱动单元(driver unit)的外壳。驱动单元包括由磁极板、磁轭和磁体形成的磁路，及由振膜和置于磁轭和磁体之间的间隙中的音圈形成的振动系统。驱动单元跨邻近于外壳前面的声音发生开口的外壳延伸，以将外壳的内部分为前腔和后腔。
美国专利4,320,263(1982，Thiele)公开了一种动力电声传感器，其具有确定磁气隙的磁极外壳(case)、安装在气隙中并与磁极外壳间隔开的可移动的音圈，磁流体在气隙中的音圈和外壳之间伸展。振膜被连接到音圈并外围附于磁极外壳，使得在音圈的上面和下面确定密封的空间，空间之间可相互沟通。空间的密封的封口防止了磁流体的液体部分蒸发，蒸发将导致动力电声传感器的特征的劣化。
美国专利5,335,287(1994，Athanas)公开了一种扩音器，其具有用于音圈的油基磁流体悬浮液，以代替传统使用的波纹状的圆盘悬置。特别设计的通风口被形成于磁体组件中以阻止内部压强形成或子大气条件，其可导致磁流体流出磁隙。
由于市场驱动的成本限制，在便携式电话及其它普遍的消费电子产品中使用的微扬声器的生产者已设计出不使用波纹状机构来使音圈置中及定位于磁隙中的微扬声器。用于使音圈置中并定位于微扬声器的磁隙中的磁流体机制尚未被使用，因为磁流体使这些小型扬声器中的声压减少即消除得太多。因此，音圈并没有使用这两种特殊的置中机制来置中并悬置在磁隙中。
微扬声器的大小还在装配过程期间对生产者带来了问题。目前，微扬声器的生产者经受相当高的微扬声器拒收率(rejection rate)。造成该拒收率的一个原因是，装配过程是一个手工密集的过程。失败的主要原因在于导线的断裂，其通常的直径为约0.008in(0.2mm)到约0.013in(0.33mm)，其连接到单片电路音圈，磁极靴变形因其是相当薄的金属片，及当连接到振膜的音圈插入扬声器的磁隙内并固定在适当的位置时导线与磁轭接触。
因此，需要一种允许在制造过程期间可很容易地使音圈置中并悬置的装配方法。还需要一种可降低制造过程拒收率的装配方法。还需要一种使用低廉的方法，且通过降低微扬声器生产期间的故障率其代价多于补偿。
【发明内容】
本发明的目标在于提供一种实施低廉的微扬声器及制造微扬声器的方法。本发明的目标还在于提供制造微扬声器的方法，其在将振膜/音圈组件装配到磁轭组件期间使音圈定位于并置中于磁隙中。本发明的目标还在于提供制造微扬声器的方法，其降低了微扬声器生产期间的微扬声器的故障率。
本发明实现了这些目标及其它目标，其提供一种使微扬声器的音圈在装配过程期间定位于并置中于微扬声器的驱动单元的磁隙中的简单方法和机构。该方法包括在将音圈插入磁隙中之前将预定量的挥发性磁流体添加到磁隙中的步骤。挥发性磁流体使音圈在装配过程期间定位于并置中于磁隙中。一旦音圈和振膜以这样的方式固定到微扬声器的支承结构，则磁流体的蒸发被允许，磁流体被蒸发从而在音圈和微扬声器的磁极靴之间留下气隙。
与油基磁流体不同，其通常使用低挥发性载液如烃油，本发明的挥发性磁流体为具有相当挥发性的载液基楚(base)流体。挥发性载液通常为能够在室温或更高的但低于油基载液所要求的温度下蒸发的挥发性液体。挥发性液体的例子如水及脂肪族烃溶剂如辛烷、庚烷及己烷。通常，对于给定的扬声器结构，为了用作音圈置中机构，饱和磁化强度应尽可能的低，以免在音圈或磁极靴上形成较厚的磁性粒子多余层。
本发明的方法包括，获得挥发性磁流体并将预定量的挥发性磁流体添加到微扬声器的磁隙中。挥发性磁流体可使用投放器添加或通过将固体针状棒或中空棒(即毛细管)浸入磁流体中并使固体棒、中空棒或投放器靠近磁隙放置而实现添加。铁磁液体的润湿能力和驱动单元的磁力场使得挥发性磁流体填满微扬声器的磁隙。振膜/音圈组件的音圈接着被放置在居中置放的磁轭即极靴的上面，且音圈被插入磁隙。挥发性磁流体将围绕音圈布置，使得音圈被定位并置中于磁隙内。振膜/音圈组件接着紧固到位。一旦紧固后，挥发性磁流体被蒸发，从而留下音圈悬置在磁隙内。
【附图说明】
图1为微扬声器的简化的截面图。
图2为微扬声器的支承结构的简化的截面图。
图3为在磁隙中具有挥发性磁流体的微扬声器的支承结构的简化的截面图。
图4为在音圈周围的磁隙中具有挥发性磁流体的所装配的微扬声器的简化的截面图。
图5为磁隙中的挥发性磁流体已被蒸发后的所装配的微扬声器的简化的截面图。
【具体实施方式】
图1-5示出了本发明的优选实施例。在图1中，示出了微扬声器10的简化的截面。微扬声器10包括驱动单元20和振动系统40。驱动单元20包括由支承框架或磁轭22、磁体24及磁极板26形成的磁路。振动系统40由振膜42和音圈44形成并包括它们。音圈44被置于由磁轭22、磁体24和磁极板26形成的径向间隙(radial gap)46中，且径向间隙46在各个表面上具有由挥发性磁流体的蒸发导致的剩余物。
微扬声器10为不引人注目的扬声器，通常用于便携式电话及类似设备中。为了更好地理解本发明的重要性，提供了目前可用的微扬声器的典型尺寸的列表。磁极板26为圆盘的形状，其直径约7.9mm，厚度为约0.4mm。磁体24同样为圆盘状，其直径为约7.4mm，厚度为约0.6mm。支承框架或磁轭22形成用于磁体24和磁极板26的外壳，其提供约0.75mm的径向间隙46。径向间隙容量为约8.15mm3。音圈44具有约8.3mm的内径、约8.7mm的外径，并在径向间隙46中形成约2.14mm3的音圈容量。
从上面所述的、微扬声器的典型尺寸，可以理解，扬声器生产者在制造中具有相当高的拒收率。在径向间隙46内的音圈44的封闭规格及微扬声器10的大小使得驱动单元20及振动系统40的处理很难且很单调。当振动系统40装配到驱动单元20时，这将导致连接到音圈44的导线断裂、磁极板26变形、和/或音圈44与磁轭22接触。
本发明提供了在装配过程期间将音圈44定位并置中于径向间隙46内的方法。本发明的方法包括使用挥发性磁流体。挥发性磁流体通常包括挥发性载液或基楚流体、多个磁性粒子、及用于使多个磁性粒子分散在挥发性载液中的分散剂。一些有用的载液是水及脂肪族烃如己烷、庚烷和辛烷。任何基于挥发性液体作为载液的传统磁流体均可使用，且该挥发性磁流体的调配在本领域一般技术人员的知识范围内。尽管芳族烃和其它极性溶剂可被用作基楚载液，但假定这些类型的液体的使用可能影响微扬声器中所使用的胶粘剂(如果有的话)的整体性。
现在转到图2-5，其示出了本发明的方法。图2示出了微扬声器10的驱动单元20，其具有由支承框架或磁轭22、磁体24及磁极板26形成的磁路。预定量的挥发性磁流体80，通常仅为几微升或更少，被添加到径向间隙46中。磁流体80可使用带有针状尖端82的投放器添加，或简单地将适当大小的针状棒浸入大量磁流体中并接着将在棒尖端上具有滴或微滴的针状棒靠近径向间隙放置而将挥发性磁流体滴或微滴转移到径向间隙46中。应注意的是，适当大小的毛细管可用于取代针状棒。
图3示出了径向间隙46中挥发性磁流体80的位置。具有振膜42和音圈44的振动系统40被置于驱动单元20的上面，使得音圈44与由磁轭22、磁体24和磁极板26形成的径向间隙46对准。一旦对准，振动系统40被放置到位。图4示出了放置在驱动单元20中的振动系统40。由于磁体24与磁轭22和磁极板26建立的磁力场，挥发性磁流体80使音圈44定位并置中于径向间隙46中。振动系统40现在于适当的位置固定到驱动单元20。
在振动系统40于适当的位置固定到驱动单元20后，挥发性磁流体80被从微扬声器10蒸发，如图5所示。尽管挥发性的基楚载液被蒸发，残余层50被留在径向间隙46的表面上。残余层50包括来自所蒸发的挥发性磁流体的多个磁性粒子。
每单位体积磁流体的磁性粒子的数量由磁流体的饱和磁化强度表示并被测量为高斯。相比于具有较高的饱和磁化强度的磁流体，低饱和磁化强度的液体趋于留下更薄的残余层。然而，根据所使用的制造工艺，二者均可使用。使用具有低饱和磁化强度的磁流体将允许液体填满磁隙以使音圈置中，但可要求振膜或临时固定或固定在断续的位置，以提供挥发性的液体蒸气逃离径向间隙的途径。对于使用具有低饱和磁化强度的挥发性磁流体的本发明的方法，扬声器装配领域的技术人员在没有不适当的试验的情况下能够更好地确定最经济的装配过程。
使用较高饱和磁化强度的磁流体则允许径向间隙的不完全填充，从而与气路形成不完全的O形环，但提供较强的置中磁力。气路可用作通道，其允许磁流体的挥发性液体蒸气逃离径向间隙。优选地，本发明中使用的饱和磁化强度范围被保持为相当低以在音圈44和/或磁极板26上形成相当厚的磁性粒子残余层。应该理解的是，对于给定的挥发性磁流体合成物，适当的饱和磁化强度将依赖于各种因素，包括在挥发性磁流体中用作基楚挥发性液体的载液的类型、扬声器的大小、径向间隙的大小、音圈和径向之间的间隙，等等。
在有代表性的磁流体样本上执行测试以确定在蒸发后可能留下的磁性粒子的大概数量。两种类型的使用庚烷作为挥发性载液的磁流体被准备。这些磁流体的准备均按本领域的一般技术人员所公知的方式进行。在第一例子中，油酸用作分散剂，且多余量的油酸被除去。在第二例子中，油酸用作分散剂，且部分多余的油酸(约5vol.％)被留在磁流体中。每一类型的磁流体均被分作不同的样本且每一样本的饱和磁化强度均被调节。样本的采集表明每一类型的磁流体具有50、100、200和400高斯的饱和磁化强度。
测试夹持机构(test fixture)被准备，其由磁外壳、磁体、隔离物、插套和上磁极板构成。测试夹持机构类似于没有音圈或振膜的圆顶状高音扬声器。测试夹持机构的径向间隙容量为约116mm3。具有不同饱和磁化强度值的每种磁流体被注入测试夹持机构的径向间隙内。对于每一测试，约120mm3体积的磁流体被注入。挥发性基楚载液通过蒸发而被除去，且径向间隙中的残余磁性粒子的条件被观察。
具有油酸分散剂/表面活性剂且不包含多余的分散剂/表面活性剂的100高斯磁流体在磁极板26的外侧形成约0.09mm的残余层，并在径向间隙46的内侧形成约0mm到约0.01mm的残余层。残余层表现为易碎、破裂且不粘。具有油酸分散剂且包含相当于铁磁液体的容量约5vol.％的多余油酸分散剂/表面活性剂的100高斯磁流体在磁极板26的外侧形成约0.25mm的残余层，并在径向间隙46的内侧形成约0到约0.01mm的残余层。残余层表现为非常粘。该结果趋于指明，用于使多个磁性粒子分散在挥发性基楚载液中的表面活性剂最好是具有相对较短的分子尾状物(molecular tail)，类似于油酸的分子尾状物，且多余的表面活性剂最好从磁流体中除去。即使测试夹持机构的径向间隙容量大约比微扬声器中的径向间隙容量大14倍，可预期的是，所使用的磁流体的容量及所得到的磁性粒子残余层同样将成比例地少于以使用可比较的高斯值的挥发性磁流体的测试夹持机构观察到的量及层，并可能更少，因为微扬声器的径向间隙可能小于圆顶状高音扬声器的径向间隙且因为音圈所占的体积将同样减少蒸发步骤前留在径向间隙中的挥发性液体的量。
挥发性磁流体的另一调配可包括一些胶粘剂。即使磁力场在挥发性载液蒸发后可吸引并保持磁性粒子即残余层在磁轭和磁极板的壁上，将一些胶粘剂混合在挥发性磁流体中可确保蒸发后磁性粒子/残余层的固定。这是除磁力之外的保持粒子/残余层在适当位置的效果。
尽管本发明的优选实施例已在此描述，上面的描述仅仅是说明性的。对在此公开的发明的进一步的修改将由各个领域的技术人员发生，且所有这些修改均视为在本发明的范围之内。