JP2006067113A

JP2006067113A - 電気音響変換器

Info

Publication number: JP2006067113A
Application number: JP2004245576A
Authority: JP
Inventors: Masahide Sumiyama; 昌英隅山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】本発明は音響機器や映像機器、情報通信機器に使用される電気音響変換器、モジュールさらには電子機器および装置に関するものであり、薄型化可能な電気音響変換器を提供することを目的とするものである。
【解決手段】磁気回路１５を形成するプレート１４に少なくとも１つ以上の窪み部１４ｂを設けることにより、窪み部１４ｂまたはその周辺で磁気飽和を発生させて、漏洩した磁束を利用したところに特徴を有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は各種音響機器や映像機器、情報通信機器に使用される電気音響変換器に関するものである。

電気音響変換器は、これが搭載されるセットとして携帯電話やステレオセット、テレビ等の電子機器、さらには自動車等の移動装置に使用されることが多かった。

これらの電子機器は、最近の市場動向として、小型化、薄型化が図られ、特に携帯電話等の情報通信分野では、カメラ機能搭載などの高機能化とともに、従来にない小型化、薄型化が要望されるようになってきた。

このような市場動向を背景に、これら電子機器や装置に使用されている電気音響変換器について薄型化が強く求められている。

従来の電気音響変換器の振動系は、電気信号を入力するボイスコイルと、このボイスコイルに結合され、ボイスコイルの振動の伝達を受け、この振動を音響変換する振動板とにより構成している。

このため、この振動板とボイスコイルとは電気音響変換器を構成する上で必要不可欠の構成部品となっている。

図３は従来構造の磁気回路を備えた電気音響変換器の一種であるスピーカーの断面図である。

図３において、１０１は永久磁石であり、その磁軸を垂直方向に着磁されており、鉄等からなる上部プレート１０２と、ヨーク１０３により挟み込まれ、磁気ギャップ１０５を有する内磁型の磁気回路１０４を構成し、フレーム１０６に結合している。

このフレーム１０６の周縁部に、振動板１０７を結合し、この振動板１０７にボイスコイル１０８を結合するとともに、磁気回路１０４の磁気ギャップ１０５にボイスコイル１０８がはまり込むように結合している。

このような構成により、ボイスコイル１０８に電流が流れると、ボイスコイル１０８は磁気回路１０４によって形成される磁界に影響を受けるため、フレミングの左手の法則により、図中上下方向の電磁力を受けるため、振動板１０７はボイスコイル１０８に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。

尚、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００２−７８０８２号公報

しかしながら、前記スピーカーは音を発生させるために必要不可欠な構成部品として、ボイスコイル１０８を磁気回路１０４の磁気ギャップ１０５の中で、上下振幅させる必要がある。

そのため、その駆動力とリニアリティーを得るために、上下方向の振幅ストロークが必要となる。よって、スピーカーの薄型化を図るため磁気回路１０４を薄型化するには前記振幅ストロークと磁気ギャップ１０５の幅を小さくする必要があり、薄型化に限界を有するものであった。

前記目的を達成するために、本発明は特に磁気回路の上部プレートに窪みを設けることによって上部プレートで意図的に磁気飽和を起こさせ、漏洩磁束を発生させ、その漏洩磁束を用いて振動板を駆動させるという構造にすることで、従来のような磁気ギャップを持たないという特徴を有するものである。

本発明は前記特徴構成により、磁気回路に従来のような磁気ギャップを有しないため、磁気回路の薄型化を図ることができる電気音響変換器を提供できるものである。

（実施の形態１）
図１は、本発明における実施の形態１のスピーカーの構成を示し、図１（ａ）は（ｂ）および（ｃ）におけるＡ−Ａ’面での断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での上部プレートの断面図である。

図１（ａ）において、１１は鉄等からなる一方を開放した箱型のヨークであり、ヨーク１１の周囲は非磁性体のポリカーボネイト等のフレーム１２によって囲まれている。

１３はヨーク１１の片面にその磁軸が垂直になるように設置された永久磁石であり、この永久磁石１３の上部には鉄等からなるプレート１４が載置されており、ヨーク１１と永久磁石１３とプレート１４とから磁気回路１５を構成している。プレート１４には漏洩磁束を発生させるための複数の窪み部１４ｂが設けられているとともに、複数の材厚薄肉部１４ａを有している。

１６はプレート１４から所定距離だけ離して配設された振動板であり、柔軟性に富むウレタン等からなる支持部材１７によって支持されており、これにより振動板１６は上下にスムーズに振幅できるように構成されている。

また、この振動板１６は、絶縁性を有するポリイミド等のフィルム基材１８の片面または両面に、アルミニウムのワイヤー等の導電体を巻回することにより形成した渦巻状ボイスコイル１９を接着固定して構成されている。

なお、ボイスコイル１９の導電体部分はプレート１４における材厚薄肉部１４ａに対応した位置に配置されている。

ボイスコイル１９の両端部分１９ａ，１９ｂをフレーム１２上に固定することにより、音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用する。このときボイスコイル１９の両端部分１９ａ，１９ｂのそれぞれとターミナルとの接続には金糸線等の柔軟性に富む導電体（図示せず）を用いることが好ましい。それによりボイスコイル１９が接着固定された振動板１６と、フレーム１２上に設けられたターミナルとの間に、振動板１６の上下振幅を容易に確保することができるものである。

このように構成された本実施の形態のスピーカーは以下のように動作するものである。

永久磁石１３の磁気エネルギーは、磁気回路１５を構成することで、永久磁石１３のＮ極すなわち上側から、プレート１４とヨーク１１とを経て、永久磁石１３のＳ極すなわち下側に向かって、磁束が通過する。

このとき、永久磁石１３が磁気回路１５の中央部に配置されているため、その磁束の通過経路は、図１（ａ）に示す断面図の永久磁石１３を中心として、右側と左側に均等に分かれて磁束が通過する。

これは、永久磁石１３が中央部に配置されているため、右側も左側も磁気抵抗値が均等に構成されているためである。

そして、プレート１４を通過しようとする磁束は、その材厚薄肉部１４ａが存在するため、磁束の全てが通過しきれず磁気飽和を起こし、通過できなかった磁束が漏洩して、窪み部１４ｂに現れることになる。

この窪み部１４ｂに現れた磁束の上部近傍分を利用して、渦巻状ボイスコイル１９に作用させることにより、振動板１６を駆動させている。

この磁気回路１５の構成により、永久磁石１３を中心として、それぞれ右側と左側、とともに上側と下側に方向の異なる磁束が通過する。

また、図１（ｂ）に示す渦巻状に形成されたボイスコイル１９を通過する電流方向についても、振動板１６の中心部から、それぞれ右側と左側で方向の異なる電流が通過するとともに上側と下側でも方向の異なる電流が通過する。

よって、この図１（ａ）に示す磁気回路１５と振動板１６の右側と左側、および上側と下側で、振動板１６全体の駆動方向を一致させる構成とすることができ、図中Ｈ方向の磁界に対し、同じく図示する方向の電流は、フレミングの左手の法則により、Ｆ方向の電磁力を受けるため、振動板１６は渦巻状ボイスコイル１９に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。

ここで、プレート１４の窪み部１４ｂの形状は同一中心の多重方形の溝としているが、これはボイスコイル１９の導電体に効率よくフレミングの左手の法則に従う磁界を発生させることのできる形状パターンであればよい。

また、プレート１４の窪み部１４ｂの数を多くする、またはピッチを大きくすることによって、窪み部１４ｂ一つあたりの漏洩磁束は減少するが、音を発する面積は増加する。したがって、必要な出力に応じて窪み部１４ｂの形状を設計することが望ましい。

このように本実施の形態では、磁気回路１５を構成しているプレート１４に所望の形状に窪み部１４ｂを設けることで、プレート１４を通過する磁束を意図的に漏洩させ、その漏洩した磁束を利用して振動板１６を駆動させるという特徴を有している。

従来の構成では磁気ギャップ１０５にのみ磁束を発生させていたので、磁束の供給範囲は限られたものであったが、本実施の形態では、漏洩磁束を使用することで広範囲に磁束を供給させることができる。

この構成により、略平面状の振動板の広い範囲にボイスコイルを形成することができ、振動板を一様に駆動できることから、振動板の分割共振を低減させることができ、歪みの少ない良好な音質を実現することができる。

さらに、従来の構成では従来形状の磁気ギャップ１０５があったので、縦型形状のボイスコイル１０８を上下振幅させるため、上下方向の振幅ストロークが必要になり、薄型化には限界があったが、本実施の形態では、従来形状の磁気ギャップ１０５を必要としなくなり、略平面状のボイスコイルを使用することでさらなる薄型化を図ることができるものである。

（実施の形態２）
図２は、本発明における実施の形態２を示す、図２（ａ）は（ｂ）および（ｃ）におけるＢ−Ｂ’面での断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での上部プレートの断面図である。

本実施の形態の特徴は導電体を渦巻状でなく、直線状にかつ並列に配置したことであり、これに伴い、磁気回路も磁束の方向が一方向になるように構成したことを特徴とした点である。

図２（ａ）において、ヨーク２１は右側と左側の２体に分割されており、その間に磁軸を水平方向に着磁された永久磁石２３が挟持されており、周囲は非磁性体のポリカーボネイト等のフレーム２２によって囲まれている。

永久磁石２３から所定距離離して、鉄等からなるプレート２４が載置されている。ヨーク２１と永久磁石２３とプレート２４とから磁気回路２５を構成している。プレート２４には漏洩磁束を発生させるために窪み部２４ｂを設けることで、材厚薄肉部２４ａを形成する。

振動板２６はプレート２４から所定距離だけ離して配設され、絶縁性を有するポリイミド等のフィルム基材２８の片面または両面にアルミニウムのワイヤー等の導電体２９を直線状にかつ並列に接着固定して配置されており、柔軟性に富むウレタン等からなる支持部材２７によって支持されている。

また、直線状にかつ並列に接着固定された導電体２９はプレート２４における材厚薄肉部２４ａに対応した位置に配置されている。

なお、導電体２９の各両端部は電気的にも接続されており、その両端部２９ａおよび２９ｂをフレーム２２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用している。

このとき導電体２９の両端部分２９ａ，２９ｂのそれぞれとターミナルとの接続には金糸線等の柔軟性に富む導電体（図示せず）を用いることが好ましい。それにより導電体２９が接着固定された振動板２６と、フレーム２２上に設けられたターミナルとの間に、振動板２６の上下振幅を容易に確保することができるものである。

永久磁石２３の磁気エネルギーは、磁気回路２５を構成することで、永久磁石２３のＮ極すなわち右側から、ヨーク２１とプレート２４とを経て、永久磁石２３のＳ極すなわち左側に向かって磁束が通過する。

このとき、その磁束の通過経路は図２（ａ）に示す断面図のプレート２４の右側から左側に向かって通過する。そして、プレート２４を通過しようとする磁束は、その材厚薄肉部２４ａが存在するため、磁束の全てが通過しきれず磁気飽和を起こし、通過できなかった磁束が漏洩して、窪み部２４ｂに現れることになる。

この窪み部２４ｂに現れた磁束の上部近傍分を利用して、導電体２９に作用させることにより、振幅板２６を駆動させている。

よって、この図２（ａ）に示すｈ方向の磁界に対し、同じく図示する方向の電流は、フレミングの左手の法則により、ｆ方向の電磁力を受けるため、振動板２６は導電体２９に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。

また、本実施の形態においては実施の形態１における振動板１６の渦巻状コイル１９の巻線工程が不要となるので生産性の向上を図ることができる。

ここで、プレート２４の窪み部２４ｂの形状は直線状の溝としているがこれは導電体２９に効率よくフレミングの左手の法則に従う磁界を発生させることのできる形状パターンであればよい。

また、プレート２４の窪み部２４ｂの数を多くする、またはピッチを大きくすることによって、窪み部２４ｂ一つあたりの漏洩磁束は減少するが、漏洩磁束が発生する面積は拡大する。よって、音を発する面積は増加する。したがって、必要な出力に応じて窪み部２４ｂの形状を設計することが望ましい。

また、本実施の形態２ではプレート２４の窪み部２４ｂすなわち材厚の差によって漏洩磁束を発生させていたが、これはプレート２４に２種類の磁気抵抗の異なる材料を用いることによって発生させることも可能である。すなわち、窪み部２４ｂにあたる部分に磁気抵抗が高くなるように炭素含有量の高い鉄を用いても同様の効果が得られるものである。

また、本実施の形態では、漏洩する磁束を利用しているので磁気回路２５を構成するヨーク２１には磁気抵抗の低いパーメンジュールなどを用いれば、発生する漏洩磁束による磁界は強くなり、音圧レベルはさらに向上する。

なお、本実施の形態の中で、磁気回路２５は図中に１個図示したが、２個以上とすることで磁界は強くなり、音圧レベルはさらに向上する。

また、その磁気回路２５は振動板２６の片側に限らず振動板２６を挟んで両側に配置しても同様の効果となる。

また、本実施の形態では振動板２６の形状を方形としたが円形や楕円形、トラック形等のスリム形状でも同様の効果が得られる。

これらは本実施の形態１についても同様のことが言えるものである。

以上のように、本発明にかかる電気音響変換器は、薄型化が必要な映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、さらには自動車等の装置に適用できる。

（ａ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの平面図、（ｃ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーのプレートの断面図（ａ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの平面図、（ｃ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーのプレートの断面図従来のスピーカーの断面図

符号の説明

１１，２１，１０３ヨーク
１２，２２，１０６フレーム
１３，２３，１０１永久磁石
１４，２４，１０２プレート
１４ａ，２４ａ材厚薄肉部
１４ｂ，２４ｂ窪み部
１５，２５，１０４磁気回路
１６，２６，１０７振動板
１７，２７支持部材
１８，２８フィルム基材
１９渦巻状ボイスコイル
１９ａ，１９ｂ，２９ａ，２９ｂ両端部
２９導電体
１０５磁気ギャップ
１０８ボイスコイル

Claims

ボイスコイルが結合された略平面状の振動板と、略平面状のフレームと、前記振動板を駆動させる略平面状の磁束発生手段とからなり、前記磁束発生手段は少なくとも１つ以上の窪み部を有するプレートとマグネットとヨークとを備え、前記プレートに設けた窪み部またはその周辺で磁気飽和を発生させ、この漏洩した磁束を利用して前記振動板を駆動させることを特徴とする電気音響変換器。
前記フレームと前記振動板との結合は、柔軟性に富む材料を介して構成したことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
前記磁束発生手段において、前記マグネットは前記プレートと前記ヨークによって挟持され、前記マグネットの着磁方向は電気音響変換器の高さ方向としたことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
前記振動板は基材と導電体からなり、この導電体は渦巻状に配置されたことを特徴とする請求項３記載の電気音響変換器。
前記磁束発生手段において、２体以上に分割された前記ヨークに前記マグネットを挟み込み、その着磁方向は電気音響変換器の水平方向としたことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
前記振動板は基材と導電体からなり、この導電体は並列状に配置されたことを特徴とする請求項５記載の電気音響変換器。
前記磁束発生手段におけるプレートにおいて磁気抵抗の異なる２種類の材質を用いたことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
前記磁束発生手段におけるヨークにおいてパーメンジュールを用いたことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
前記磁束発生手段は２つ以上設けたことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
前記磁束発生手段は振動板の両側に設けたことを特徴とする請求項９記載の電気音響変換器。