JP2006080938A - 電気−音声変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動コイルを巻線機で巻線した従来のスピーカに比べて、薄型化及び／又は小型化を図れ、作製が容易なスピーカ等の電気−音声変換装置を提供すること。
【解決手段】 蒸着法によって振動板９に形成された薄膜コイル８と、この薄膜コイル８に対向したマグネット１２と、振動板９とを具備するスピーカ２。振動板９に、蒸着マスク２７を用いてコイルパターンに成膜された薄膜コイル８が、フレーム１側のマグネット１２と間隙を置いて対面して設けられ、特に薄膜コイル８の巻終点２１が振動板９上のレジスト２４を介して導電層２５Ａによって外部に取り出されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スピーカ等の電気−音声変換装置に関し、特に携帯電話や、液晶又はプラズマ等を用いた薄型テレビジョン受像機のスピーカとして好適な電気−音声変換装置に関するものである。

従来、スピーカとしては、動電形の変換器を用いた駆動コイル（一般にボイスコイルと呼ばれる。）と、音響放射用の円錐状の振動板（コーン振動板）とからなる動電スピーカが知られている。

こうした動電スピーカは、低音での大振幅に耐え、感度周波数特性が良好であり、電気インピーダンスが純抵抗に近いことに加え、振動板の作製技術が進歩し、磁石鋼の開発によって大きな磁気エネルギーが得られること等の理由から、広く用いられている。

この動電スピーカの構造は一般に、永久磁石を有する中心磁極とヨークとで円筒状の磁界を作り、中心磁極とヨークとの間に装入されたコーン中心位置の円筒部に駆動コイル（巻線）が巻回されたものである。

そして、中心磁極による磁界に対し、信号電流に応じて駆動コイルから生じる磁界が磁気的に相互作用して、磁力による吸引作用又は反発作用によって、駆動コイルを有するコーン振動板を振動させ、目的とする音声を再生することができる。

また、平面型の振動板の中心位置に円筒状の突起部を設け、この突起部に駆動コイルを巻回する構造のスピーカも存在する。

しかし、上記の従来例においては、スピーカの振動板の中心位置に設けた円筒部に駆動コイルを巻回する必要があるため、駆動コイルによってスピーカ自体が嵩高くなる上に、専用の巻線機が必要となり、スピーカの作製コストもそれ程低減させることができない。

本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、薄型化及び／又は小型化を図れ、作製が容易なスピーカ等の電気−音声変換装置を提供することにある。

即ち、本発明は、コイルと、このコイルに対向した磁石と、振動体とを具備する電気−音声変換装置において、前記振動体に前記コイルとしての薄膜コイルが設けられていることを特徴とする、電気−音声変換装置に係わるものである。

本発明によれば、前記コイルとしての薄膜コイルが前記振動体自体に設けられているために、このコイルを巻線として振動体の円筒部に巻回する構造と比べて、コイル部が薄型化、小型化され、電気−音声変換装置の薄型化及び／又は小型化が可能となると共に、前記薄膜コイルを蒸着マスクを用いた蒸着等で成膜することができるために、専用の巻線機や巻線を確保するための円筒部が不要となり、電気−音声変換装置の作製自体も比較的容易に行うことができる。

本発明においては、前記磁石としての永久磁石に対し、間隙を置いて前記振動体としての振動板が対向配置され、この振動板の永久磁石側に前記薄膜コイルが設けられ、特に前記薄膜コイルが蒸着によって形成されているのが望ましい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。

第１の実施の形態
図１〜図５は、本発明の第１の実施の形態を示すものである。

本実施の形態によるスピーカ２は、携帯電話用として好適なものであって、図１及び図２に示すように、ほぼ円形のフレーム１を有し、このフレーム１の中央部の凹部１４に円柱形の薄型マグネット（永久磁石）１２が嵌入固定され、このマグネット１２に対し、間隙を置いて円盤状の例えばポリイミドからなる振動板９が対向配置されている。振動板９には、周辺部のリング状突起部１０（振動板エッジ部）の内側位置に、マグネット１２と対面状態で薄膜（駆動）コイル８が設けられている。また、振動板９のコイル端子部は、再生音導出用の孔部４を有するカバー３と導電ゴム接点１１との間に挟着されている。

また、カバー３の周辺部は、フレーム１の凹部１５に装入され、またフレーム１の端子収納孔１３には、導電ゴム接点（例えば導電ラバー）１１と共に、振動板９の振動によって生じる衝撃を吸収するため導電ゴム接点１１にインサート成形された導電性コイルばね６（例えば金めっきされたコイル）が外部端子３９として装着されている。従って、スピーカ２が実装基板（図示せず：以下、同様）上に実装された際には、導電性コイルばね６及び導電ゴム接点１１からなる端子３９を介して、コイル８と実装基板とが電気的に接続される。なお、フレーム１の底部には、実装基板にスピーカを実装する際のガイドピンとして突起部７が一体に設けられている。

ここで注目すべきことは、マグネット１２に対し間隙を置いて対向配置された振動板９において、マグネット１２側に駆動コイル８が蒸着法等によって薄膜コイルパターンに形成されていることである。

即ち、振動板９自体にコイル８が薄膜に設けられているために、スピーカ２を薄型化、小型化することができる。

また、後述するように、薄膜コイル８を蒸着マスクを用いた蒸着によって薄膜パターンに成膜できるために、特別な巻き線機等を使用することなく、コイル８を所望のパターン及び膜厚に精度良くかつ容易に形成することができる。

また、薄膜コイル８を設けた振動板９がカバー３と接点１１との間に挟持されているので、コイル８の劣化等によるコイル８の交換の際に、カバー３を外せば、正常なコイル８付きの振動板９を容易に装着することができ、コイル８の交換等を容易に行うことができる。振動板９の中央部には、内圧を均一化してその振動をスムーズに行わせるための空気通過用の孔部１７が設けられているが、これは必ずしも設ける必要はない。

なお、このスピーカ２の各構成部分の寸法サイズは一例として、フレーム１の外形を５ｍｍφ、その厚み（高さ）を２．２ｍｍ、振動板９の外径を４ｍｍφ、マグネット１２の外径を２．３ｍｍφ、振動板９とマグネット１２との間隔を０．６ｍｍとしてよい。薄膜コイル８については後述する。

次に、図３〜図４について、振動板９の作製工程を説明する（但し、コイル８を含む振動板９の断面図は同図の平面図に示したものよりも詳細に幾分誇張して図示している：以下、同様）。

まず、図３（ａ）に示すように、円盤状の振動板（基板）９の周辺部に、その振動をスムーズに行うための断面がほぼ半円形のリング状突起部１０（振動板エッジ部であるダンパー）を型押し加工する。また、この振動板９をフレーム１に配置する際の位置決めガイドとなる切り欠き部１８を振動板９の外周に２箇所設ける。

次に、図３（ｂ）に示すように、突起部１０とは反対側の振動板９上に蒸着法によって薄膜コイル８を所定の巻回パターンに形成する。この際、振動板９の外周付近にコイル巻始点１９を、振動板９の中心付近にコイル巻終点２１をそれぞれコイル端子として形成する。

この場合、例えば、振動板９の外径寸法を４ｍｍφ、コイル線幅を３０μｍ、コイル線間のギャップを２０μｍとし、１４ターンにコイル８を形成してよく、またコイル８を厚さ２０μｍの銅層で形成してよい。

コイル８の作製方法としては、図５に示すように、予めコイル８に対応するパターンの開口部２６を有する蒸着マスク２７を振動板９下に配置し、各開口部２６を介して蒸着物質（例えば銅）を振動板９上に蒸着させることにより、厚みが例えば２０μｍ（又は１０μｍ）のコイル８を薄膜パターンに形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、振動板９の中心付近に開口部２２を、振動板９の外周付近に開口部２３を有するように電気絶縁性のレジスト２４を振動板９上に形成する。ここで、開口部２２はコイル巻終点２１が露出し、開口部２３はコイル巻始点１９が露出するように形成する。こうしたレジスト２４のパターンは、レジスト材の印刷により形成するが、これ以外にもレジストの塗布後の露光、現像によっても形成できる。

次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト開口部２２から振動板９の外周にかけてレジスト２４上に、例えばＡｇ／Ｐｄを印刷した後、焼成することによって、コイル巻終点２１を外部へ取り出すための導電層２５Ａを形成し、かつ、レジスト開口部２３にはレジスト２４上にかけてコイル巻始点１９を外部へ取り出すための導電層２５Ｂを形成して、振動板９の作製を完了する。なお、このコイル８付きの振動板９は、工程初期には大面積の振動板（基板）に、上記したコイルの蒸着まで一括して行い、この後に振動板形状に個々にカットし、その後は上記した工程を行うことができる。或いは、カットは図３（ｃ）又は図４（ｄ）の工程後に行ってもよい。

第２の実施の形態
図６は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。

本実施の形態においては、上述した振動板において突起部１０（振動板エッジ部）が形成されていないが、コイル領域より僅かに径大の例えばポリイミドからなる振動板９から径方向外側に延びる幅狭の延設部９ａが、例えば対称的に４箇所に設けられている。これらの延設部は、振動板エッジ部と同等の振動特性を付与するものである。振動板９の一方の面には上述したと同様の第１の薄膜コイル８ａが形成され、また振動板９の他方の面にも上述したと同様の第２の薄膜コイル８ｂが形成され、これらの薄膜コイル８ａと８ｂとがその巻終点２１ａ、２１ｂにおいて貫通したスルーホール５０を介して（図示省略したスルーホールめっきによって）互いに接続されている。

従って、第１の薄膜コイル８ａのコイル巻終点１９ａから第２の薄膜コイル８ｂのコイル巻始点１９ｂに至るまで、薄膜コイル８ａと８ｂとが直列に接続され、そのターン数を全体として倍増させている。但し、この直列接続において各薄膜コイルを平面的にみて同一方向に電流が流れるように、コイル巻回方向をそれぞれ決める必要がある。

なお、図中のＢ及びＣの位置において薄膜コイル８ａ及び８ｂの各巻始点１９ａ及び１９ｂにはそれぞれ、貫通したスルーホール５１が形成され、ここに図示省略したスルーホールめっき及びはんだによって外部端子が接続される端子部２８ａ、２８ｂが形成されており、これらの反対側の面にも外部との接続を安定に行うために同一形状の導体パターン２８ｂ’、２８ａ’が形成されている。図中のＡ及びＤの位置においても端子部と同様の導体パターン２８ａ”、２８ｂ”が設けられているが、これは全体の強度バランスにとって必要であるが、必ずしも設ける必要はない。

このように、本実施の形態によれば、振動板９の表、裏面にそれぞれ薄膜コイル８ａ及び８ｂが形成されているので、上述した第１の実施の形態で述べた同様の作用効果が得られる上に、薄膜コイル８ａと８ｂとが直列に接続されているので、そのターン数を全体として倍増させ、電磁変換特性を向上させることができる。しかも、振動板９をより小型化でき、延設部９ａの存在によって平坦性を保持し、振動板を周辺の４箇所にて安定してフレームに固定することができる（但し、延設部の個数は４個に限らず、例えば各端子部のある２ヶ所としてもよい）。また、各薄膜コイル８ａ、８ｂの端子取り出し構造において、上述したレジストの如き層間絶縁膜が不要となり、スルーホール５０を介して端子の取り出しを容易に行うことができ、しかもコイル領域の厚みもより薄くて平坦化することができる。

第３の実施の形態
図７〜図８は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。

本実施の形態によるスピーカ２９は、液晶又はプラズマ型等の薄型テレビジョン受像機用として好適ないわゆるウーハスピーカとして、例えば、外径が６０ｃｍの四角形のフレーム３４を背面側に有し、その中心部の孔部２８の周囲に形成されたリング状の凹部３８に外径１５ｃｍ、内径１１ｃｍのマグネット（永久磁石）３１が収容されている。そして、孔部２８から放射状に延びるリブ３０ａによって連結された同心円状の板部３０ｂからなる支持板３０によって、スピーカ背面側に多数の小空間が形成され、振動音による再生特性を向上させている。

このフレーム３４のマグネット３１と間隙を置いて振動膜３３が対向配置され、この振動膜３３には、薄膜コイル３５がマグネット３１と対面状態で設けられている。薄膜コイル３５は、上述した薄膜コイル８と同様にして形成されたものであるが、比較的硬質の環状の振動板３２の内周の内面に、コイル３５を有する振動膜３３が接着されている。

材質及び寸法については、例えば、振動板３２はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）製で厚さを０．２ｍｍとし、振動膜３３はポリイミド製で厚さを５０μｍ、外径を３０ｃｍとすることができ、これらは接着で一体化してよい。

特に、図８（Ｄ）は、図７（Ｂ）のＡ部を拡大して示すものであるが、振動膜３３に設けられた薄膜コイル３５は、コイル巻始点１９及びコイル巻終点２１を有し、コイル巻終点２１、及び導線部４０上の導線３６ｂの導線端子４１を除いて（上述した開口部２２、２３と同様に）、電気絶縁性のレジスト２４によって覆われている。

そして、レジスト２４で覆われていないコイル巻終点２１と導線端子４１とは、上述したＡｇ／Ｐｄ等の配線部３７によって電気的に接続され、コイル巻終点２１が外部に導出されている。他方、コイル巻始点１９と導線部４０上の導線３６ａとは一体に形成され、コイル巻始点１９が外部に導出されている。なお、導線３６ａ及び３６ｂは、振動板３２及びフレーム３４を介して実装基板の外部回路に接続されるが、この接続構造は図示省略する。

なお、薄膜コイル３５のコイル線幅を５０μｍ、コイル線間のギャップを４０μｍとし、２２０ターンに巻回することができ、またコイル領域の外径は１５０ｍｍφ、内径は１１０ｍｍφとしてよい。また、振動膜３３とマグネット３１との間隔は８ｍｍとしてよい。また、振動膜３３及び振動板３２の前面には、上述したようなカバーが取り付けられてよい。

本実施の形態においても、蒸着法等で形成した薄膜コイル３５を振動膜３３に設けているので、上述した第１の実施の形態で延べたと同様の作用及び効果を得ることができる。

以上に説明した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能である。

例えば、上述の薄膜コイルは、蒸着マスクを用いて形成する以外に、振動板全域に成膜した蒸着膜をフォトエッチング法によってパターニングしてもよい。また、蒸着法以外にも、スパッタリング法等の物理的成膜法や、スクリーン印刷法、コイルパターンを転写するスタンピング法等で形成することもできる。

また、コイル巻終点を外部に取り出すための導電層（配線部）は、振動板上のレジストを介してコイルとクロスオーバーさせたが、このクロスオーバー領域のみにレジストを設けることもできる。また、振動板にスルーホールを設け、このスルーホールを介してコイル巻終点を振動板の反対側の面に取り出すこともできる。

また、上述のマグネットに対向する状態であれば、振動板エッジ部（ダンパー）が設けられている側の振動板面に薄膜コイルを設けてもよい。薄膜コイルを保護する作用も上述のレジストが有しているが、別途有効な保護膜をコーティングしてもよい。その他、上述のスピーカの各部の構造、形状、材質等は種々に変更してよい。

なお、本発明は、上述したスピーカに限らず、他の電気−音声変換装置、例えばマイクロフォンにも適用することができる。この場合には、スピーカとは逆の動作によって、外部からの音声で振動板を振動させ、コイルに流す電流を変調して電気信号に変換できる。

本発明は、例えば携帯電話や薄型テレビジョン受像機等の音響装置用として好適な薄型及び／又は小型のスピーカ等の電気−音声変換装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態によるスピーカの正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、Ａ−Ａ’線断面図（Ｃ）及び背面図（Ｄ）である。 同、スピーカのフレームの正面図（Ａ）及びＡ−Ａ’線断面図（Ｂ）である。 同、スピーカの振動板の作製工程（ａ）〜（ｃ）を順次示す正面図及びＡ−Ａ’線断面図である。 同、スピーカの振動板の作製工程（ｄ）を示す正面図及びＡ−Ａ’線断面図である。 同、スピーカの振動板の作製工程（ｂ）を詳細に説明するための拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるスピーカの平面図（Ａ）、Ｘ−Ｘ’線断面図（Ｂ）及び裏面図（Ｃ）である。 本発明の第３の実施の形態によるスピーカの背面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。 同、Ａ−Ａ’線断面図（Ｃ）及びＡ部拡大図（Ｄ）である。

符号の説明

１、３４…フレーム、２、２９…スピーカ、３…カバー、６…導電性コイルばね、
８、８ａ、８ｂ、３５…薄膜コイル、９、３２…振動板、９ａ…延設部、
１１…導電ゴム接点、１２、３１…マグネット、１９、１９ａ、１９ｂ…コイル巻始点、
２１、２１ａ、２１ｂ…コイル巻終点、２４…レジスト、２５…導電層、
２７…蒸着マスク、２８ａ、２８ｂ…端子部、３０…支持板、３０ａ…リブ、
３０ｂ…板部、３３…振動膜、３６ａ、３６ｂ…導線、３７…配線部、３９…端子、
４０…導線部、４１…導線端子、５０、５１…スルーホール

Claims (3)

1. コイルと、このコイルに対向した磁石と、振動体とを具備する電気−音声変換装置において、前記振動体に前記コイルとしての薄膜コイルが設けられていることを特徴とする、電気−音声変換装置。
2. 前記磁石としての永久磁石に対し、間隙を置いて前記振動体としての振動板が対向配置され、この振動板の永久磁石側に前記薄膜コイルが設けられている、請求項１に記載の電気−音声変換装置。
3. 前記薄膜コイルが蒸着によって形成されている、請求項１に記載の電気−音声変換装置。
   

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