JP2007201974A - 環状回路の平面スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の小片磁石を碁盤目状に配置し、振動膜面上に小片磁石に沿って渦巻状又はジグザグ状に回路を設定する既存の平面スピーカ構造は、振動膜の部分的な分割振動を助長する。
【解決手段】平板状のヨーク面に、複数個の環状磁石を、一定の間隙を設け同心状に且つ極性が順次変換するように配置する。環状磁石群に近接する振動膜面上に、環状磁石群が形成する磁束方向に直交するように導電回路が渦巻状に形成される。当該導電回路は、各環状磁石の外周辺と内周辺に沿って周回するよう設定するが、環状磁石の水平磁束方向が反転する毎に、その周回方向も反転させる。導電回路は、最内周の環状磁石の中心部近傍に位置するスルーホールを経て、振動膜の反対面(裏面)で外周側に向かって表面と同様な渦巻状の周回を繰り返し出力端子まで到達する。環状磁石と渦巻状の導電回路を組み合わせることで、物理的に平面形状の保持力が高い振動膜の形成を可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面型音響変換器（ガムーゾン型平面スピーカ）の性能向上に資する振動膜上の回路形成に関する。

現行実用化されているガムーゾン型平面スピーカは、いずれも薄いフィルム状の基板面に、エッチング等の方法でアルミ或いは銅箔の導電回路が磁束に直交するように設定され、この回路に通電することにより音響を再生する方法である。

上記の平面スピーカには、棒状磁石を並べる方式及び正方形状の小片磁石を碁盤目状に並べる方式がある。前者の棒状磁石方式は、高域再生用ツィータとして多用されており、振幅が極小のため本発明の性能向上の対象ではない。後者の小片磁石を碁盤目状に並べる方式は、中型・大型平面スピーカとして主として広帯域の再生用として使用されている。

この小片磁石を碁盤目状に並べる方式による平面スピーカは、音響変換効率との関係で薄いフィルム状の振動膜素材が使われている。更に、磁石面に対して水平方向の漏れ磁束を使う方式であり、混在する垂直方向の磁束の影響（振動膜を捩る力）を必然的に受けざるを得ない。特に、中低音域まで再生しようとする中型・大型の平面スピーカは、振幅巾も必要な処から振動膜全体の形状保持力、均質な水平磁束の供給、垂直方向の磁束の影響抑制等が振動膜の良好な駆動に関連している。

小片状の磁石を碁盤目状に並べる方式の平面スピーカではいずれも、小片状の磁石周辺に沿って振動膜上に導電回路が設定される方式、即ち、小片磁石の周辺を渦巻状或いはジグザグ状に導電回路が周回する方式が採られている。

このような方式では、各小片磁石の周辺に設定される導電回路が個別且つ独立的に振動する構造をしている処から、振動膜全体の水平形状保持力が弱く、垂直方向の磁束の影響を受け易く、波動・分割振動を起し易いと思われる。導電回路が小片磁石毎に個別且つ独立的に振動する構造は、中音域に在る振動膜の共振点での共振運動を抑制するのにも不利な構造となる。
特許番号：P3159714 特許公開番号：2003・179994

ガムーゾン方式の平面スピーカの振動膜は、薄くて軽い高分子フィルムとそのフィルム面に積層されるより硬い金属箔(アルミ又は銅箔)の導電回路から構成される。音声再生時の振動膜全体の形状保持力は、導電回路の構造上の剛性にほぼ全面的に依存している。前述の平面スピーカは、複数の小片磁石の周辺を渦巻状或いはジグザグ状に周回する振動膜上の導電回路で構成されており、１個の小片磁石とこれを周回する導電回路とが１個の個別のスピーカを形成する構造をしている。個別の小さなスピーカの集合体とみなされる構造は、振動膜面の部分部分が個別・独立的な音響再生振動をしていることを意味する。

前記の平面スピーカで使用されている小片磁石は、振動膜と対面する磁石面が正方形の形状をし、この正方形形状の磁石が碁盤の目のようにヨーク上に並べられている。この正方形形状の磁石の周辺を渦巻状或いはジグザグ状に周回する導電回路が振動膜上に設定されている。ヨーク上に碁盤目状に並べられた磁石の水平方向の磁束を振動膜面の位置で計測すると、正方形磁石の辺の中央部では高い磁束値が得られるが、正方形磁石の角の部分に近づくに従ってその磁束値は急速に減少する。このことは、正方形磁石を周回する導電回路は、磁束値が位置によって異なり高い磁束値の所と低い所とが散在していることを示している。電流が導電回路に流された場合に、磁束値の高い所では大きな力を、磁束値の低い所では小さな力を受けることになり、導電回路全体に均等な力を受けていないことになる。換言すると、振動膜面上で多数の凹凸状の波動運動が起きていることになる。

要約すると、前述の平面スピーカは、個別の小さなスピーカの集合体の構造を持つため、振動膜面全体の剛性が弱く振動膜面全体の形状保持力に難点があるため、分割振動をし易い構造となっている。更に、個々の小さなスピーカの部分部分で不均等な力を得ているため局所的にも不均質な振動をしている。これらの２つの理由と垂直方向の磁束の影響とが複合的原因で、振動膜の分割振動及び膜表面での複雑な波動運動の来たしている懸念がある。これらの負の要因を改善すること、即ち、より均等な磁束の分配と振動膜面全体の剛性を高めることで、より一体的な振動膜の同相駆動を可能にし、音響変換効率の向上、歪みの低減、並びに振動膜の共振点での共振運動の抑制を可能にする。

本発明では、小片状の磁石を碁盤目状に並べる方式を避け、一定の面積のヨーク上に1個の環状磁石、或いは大きさが異なる複数の環状磁石を同心状に並べる方式を採る。このように磁石を配列することにより、１個の渦巻状の導電回路を振動膜面全体に設定できるようにする。導電回路全体により均等な水平磁束を分配することと、剛性の高い導電回路材の物理的性状によって、分割振動や波動運動を抑制し易い構造にする。

平板形状のヨークの片面上に、1個の環状磁石を設置する、或いは、ほぼ同一の厚さと幅を持ち大きさの異なる複数個の環状の磁石を同心状に並べる。最小の環状磁石を中央部に（或いは中心部だけには一個の平板磁石を設置しても良い）、次に小さい環状磁石を前記最小(環状)磁石の外周部に位置するように順次設置し最外周には最大の環状磁石を設置する。

各環状磁石は、ヨークとの接合面とその反対の磁石面（所定の磁石面）とがN-S極を形成する。所定の磁石面で隣接する磁石の極性が互いに異なる極性となり、且つ互いに隣接する環状磁石間の間隔がいずれもほぼ等距離に設定される。

所定の磁石面に平行且つ所定の磁石面から若干離れた位置に振動膜が設置される。その振動膜の片面或いは両面には、複数個の環状磁石が形成する水平磁束方向に直交するように導電回路が形成される。

当該導電回路は、振動膜の外辺部の近傍に入力端子を持ち、最外周に位置する環状磁石の外縁部の近傍を外周辺に沿って所定の方向（時計廻り、或いは時計の逆廻り）に渦巻状に周回し、最外周に設置された環状磁石の外縁部の内側に導電回路が導かれる。更に当該導電回路は最外周の環状磁石の外縁部から所定の距離まで内側に周回した段階で当該磁石を幅方向にほぼ直角に横切り、当該最外周の環状磁石の内縁部側に導かれる。

更に最外周の環状磁石の内縁部に導かれた導電回路は、その周回方向を反転して、内周辺近傍に沿って所定の方向と反対の方向に周回し、外周側から見て２番目の環状磁石の外縁部近傍に至るまで同一方向に周回する。尚、1個の環状磁石の場合は、内縁部の近傍を所定の回数周回した時点で、スルーホールを通じて振動膜の裏面に導電回路が導かれる。

同様に、導電回路の位置が、当該２番目の環状磁石の外縁部から所定の距離まで内側に周回した段階で当該２番目の環状磁石を幅方向にほぼ直角に横切り、当該２番目の環状磁石の内縁部側に導かれ、導電回路の周回方向を再度反転して、当該環状磁石の内縁部近傍をその内周辺に沿って所定の方向に周回する。

導電回路の周回方法を前記のとおり順次繰り返して、導電回路は最内周に位置する環状磁石の内縁部の近傍に到達する。最内周に位置する環状磁石の中心近傍にスルーホールを設定し振動膜の反対側の面（裏面）に導電回路が導かれる。

振動膜の裏面に導かれた導電回路は、(振動膜の表面側から見て)表面の同じ位置の導電回路の周回方向と同一の方向に、最内周に位置する環状磁石の内縁部の近傍を周回することから開始して、今度は内周側から外周側に向かって、前記と同様に磁石を幅方向に横切るごとに周回方向を反転して、複数の環状磁石の内外縁部を周回しながら振動膜の外辺部近傍の出力端子まで到達する。入力端子及び出力端子はそれぞれ振動膜の両面に設定され、スルーホールにより両面の入力端子どうし、出力端子どうしが導通される。

前記のように周回回路を設定することにより、導電回路は、複数の環状磁石が形成する水平磁束に直行する位置に設定され、電流が流されると全て同じ方向（所定の磁石面の上方向或いは下方向）に力を受ける。交流電流である音響信号が流されると、導電回路は上下に振動し音響を再生する動作を起こす。

ガムーゾン方式の平面スピーカの振動膜は、極薄の高分子フィルムとそのフィルム面に形成される硬い金属箔 (アルミ又は銅箔) の導電回路から成り立っている。振動膜が振動する際の振動膜面の一体的な駆動（同相駆動）は、振動膜全体の形状保持力に依存するところが大である。

本発明は、小片状の磁石を碁盤目状に並べる方式を避け、一定の面積のヨーク上にそれぞれ大きさが異なる複数の環状磁石を、同心状、即ち１つの環状磁石の周囲をもう一つの環状磁石が取り囲むように、順次並べる方式を採用した。このように環状の磁石を配列することにより、１個の(直列の)渦巻状の導電回路を振動膜面全体に網羅的に設定できるようにした。

小片状の磁石を碁盤目状に配列する平面スピーカ方式は、振動膜面上の渦巻状あるいはジグザグ状の導電回路が部分的、独立的な駆動をし易い。即ち、分割振動を起し易い集合体構造をしている。これに対し、本発明による環状の導電回路は直列の同心状の渦巻状回路が振動膜面全体に設定される。振動膜の全面で複数回周回する導電回路は、金属箔の剛性が振動膜全体の形状を強く保持する構造となっており、振動膜が駆動する際も物理的に振動膜全体の平面形状を一定に保持するのに秀でている。

更に、碁盤目状の磁石配列では、正方形形状の磁石辺の中央部では高い水平磁束値を示すものの、磁石の角に近づくにつれてその磁束値が急速に減少する。これに対して、本発明による磁石配列では磁石辺の位置による水平磁束の値が殆ど変化せず、環状回路全体に均一な水平磁束が供給されている。前者の平面スピーカは、回路の部分部分に不均等な力が加わり分割振動を惹起する原因となっている。これに対し、本発明による平面スピーカは、環状回路全体に渡りほぼ均一な力が加わることから振動膜面全体が一体的な同相駆動をし易い。

本発明による導電回路は、振動膜全体を覆う環状回路の形状であり、導電回路材の剛性よって振動膜全体の形状保持力が強い構造をしている。これにより、垂直方向の磁束の影響、即ち、振動膜面を捩る力、も受けにくくすると伴に、振動膜の共振運動が抑制される構造になっている。

既述の理由から、本発明による平面スピーカは、小片状の磁石を碁盤目状に配列する平面スピーカ方式に比べて、振動膜全体の形状保持力に優れ、分割振動が起こり難く、従って、音響変換効率が高く、歪みも少なく、振動膜の共振点での振動膜表面での波状振動も軽減される。

本発明に係る実施例２件を以下に示す。

図１は、本発明に拠る平面スピーカの概念的断面図で、同じく環状回路の平面スピーカの概念的断面図である図２の破線で囲った部分の拡大図を示す。図1及び図２は、図３(ヨークと環状磁石の配置図)と図４(振動膜上の環状回路図)を組み合わせたものの中心線の断面図でもある。

図３は、多数の通風孔1bを備えた平板状のヨーク1a面に、ネオジュウム磁石で加工された正方形形状の環状磁石、1c、1d、1e、1f 及び1gが設置されている状態を示している。全ての環状磁石の厚さは３ｍｍ、幅は５ｍｍで統一され厚さ方向にＮ−Ｓ極に着磁されている。図３の環状磁石の内、1c、1e及び1gは所定面（表面）でＳ極、1d及び1fはＮ極となっている。即ち、隣接する環状磁石は互いに異なる極性になるように配置され、隣接する磁石の間隙は５ｍｍに設定されている。

前述のように設置された環状磁石面に近接して、図4の振動膜1iが設置される。振動膜1iは、ヨーク上の周辺に設定された厚さ５ｍｍのスペーサ1jに接着されその位置が固定されている。環状磁石の所定面と振動膜面との間隙は２ｍｍである。

振動膜1iの両面には図４に示すような導電回路1hが設定されている。振動膜の外周辺近傍の入力端子から始まる導電回路は磁石1gの外縁部近傍を時計の逆廻りに２回周回した所で、磁石1gの内縁部側に移り、更に磁石1gの内縁部の近傍から磁石1fの外縁部近傍まで、周回方向を反転させ時計回りに５回周回している。その後、導電回路は、磁石1fの内縁部近傍から磁石1eの外縁部近傍まで、磁石1eの内縁部近傍から磁石1dの外縁部近傍まで、磁石1dの内縁部の近傍から磁石1cの外縁部近傍まで、更に磁石1cの内縁部近傍を、都度周回方向を反転させながら周回し、中央近傍のスルーホールに導かれていく。

中央近傍のスルーホールを通過して振動膜の反対面(裏面)に到達した導電回路は、回路の内周側から外周側に向かって周回し、(振動膜の同一方向から見て)表面の回路と振動膜の同一位置で同一方向に周回するように、都度反転・周回を繰り返して振動膜の外辺部近傍の出力端子まで到達する。

このように設定された導電回路と環状磁石との位置関係が、図１に示されている。直流電流が入力された場合、導電回路1hの各位置における電流の流れの方向が、図１の手前から奥に向かう方向の電流となる回路部分は白地の回路として、奥側から手前の方向の電流となる回路部分は黒地の回路として示されている。

一方、各位置の電流の流れる方向に対して、同位置での水平磁束の方向が図１内に示されている。磁束はＮ極からＳ極に向かっているので、磁石1d から磁石1cに向かう磁束と磁石1fから磁石1eに向かう磁束は図面１上で左向き、磁石1dから磁石1e に向かう磁束と磁石1f から磁石1gに向かう磁束は図面１上で右向きとなっている。磁石1cの内周辺側の磁束は右向き、磁石1gの外周辺側の磁束は左向きとなっている。

例えば、磁石1cと磁石1dとの間の導電回路は図１の手前から奥に向かう方向の電流となり、同じ位置の磁束方向は左向きとなるので、直流電流が流された際この位置の導電回路は、フレミングの左手の法則に従って上向きの力を受ける。磁石1dと磁石1eとの間の導電回路は図１の奥側から手前に向かう方向の電流となり、同じ位置の磁束方向は右向きとなるので、この位置の導電回路は同じく上向きの力を受ける。同様に、図１に記載した全ての位置の導電回路は、一様に上向きの力を受ける。

従って、交流電流である音響信号が入力されると、導電回路全体が上下同一方向に駆動し、結果として振動膜全体が同相駆動することとなる。同相駆動する振動膜は、空気の粗密波の音響信号を発生させ、音響を再生する。

環状回路を用いた平面スピーカの詳細断面図（図２の部分拡大図） 環状回路を用いた平面スピーカの概念的断面図（全体図） ヨーク上に設置される環状磁石の配置図 振動膜の両面に設定される環状回路図

Claims (6)

1. 以下（１）〜（４）により構成される平面型音響変換器。
   （１）複数の通風孔が設けられた磁性体からなる平板形状のヨークと（２）当該ヨークの一方の面に接合され、ヨークとの接合面と反対の磁石面（所定の磁石面）がＮ−Ｓ極を形成する1個の環状磁石と、（３）所定の磁石面に平行且つ所定の磁石面から若干離れた位置に設置される振動膜と、（４）当該振動膜上に前記環状磁石が形成する磁束方向に直交するように、印刷、蒸着或いはエッチング等の方法で以下の態様に形成された導電回路。
   当該導電回路は、振動膜の一方の面（表面）の外周辺近傍の入力端子を起点として、環状磁石の外縁部周辺を外側から所定の方向（時計廻り、或いは時計の逆廻り）に渦巻状に周回し、環状磁石の外縁部周辺の内側に向かって導電回路が導かれる。導電回路は、当該環状磁石の外縁部から所定の距離まで内側に来た段階で当該磁石を幅方向にほぼ直角に横切り、当該環状磁石の内縁部側に導かれる。導電回路は、更に当該環状磁石の内縁部の近傍をその内縁部に沿って所定の方向と反対の方向に渦巻状に周回し、内縁部から所定の距離まで離れた段階でスルーホールを通じて振動膜の反対側の面（裏面）に導かれる。振動膜の裏面に導かれた導電回路は、環状磁石の内縁部の近傍を（表面より見て）所定の方向と反対の方向に周回することから開始し、今度は内周側から外周側に向かって、前述と同様な手順で当該環状磁石の内外縁部を各々渦巻状に周回して、振動膜の外周辺近傍に位置する出力端子まで到達する。
2. 複数個の外形寸法の異なる環状磁石が、同一ヨーク上に一定の間隙を保持して同心状に、且つ所定の磁石面で隣接する環状磁石の極性が互いに異なるように配置され、当該複数個の環状磁石が形成する水平磁束方向に直行するように渦巻状に形成された振動膜上の導電回路が、水平磁束方向が反転する毎に渦巻の巻方向を反転するように形成された「請求項１」に記載の平面型音響変換器。
3. 同心状に設置される最小の環状磁石に代わり、他の環状磁石と外形形状が相似形でほぼ同等な厚さを持つ平板磁石が設置される「請求項２」に記載の平面型音響変換器。
4. ヨークの両面に環状磁石、振動膜及び導電回路が設定される「請求項２」及び「請求項３」に記載の平面型音響変換器。
5. 振動膜の両側に、ヨークと環状磁石あるいは環状磁石の一部が設定され、両側のヨーク上にそれぞれ設置される磁石が合わさって一重あるいは二重に環状の磁石を形成する「請求項２」及び「請求項３」に記載の平面型音響変換器。
6. 「請求項１」から「請求項」に各々記載の環状磁石（又は磁石）群の複数組が同一のヨーク上に並べて設置され、最外周の環状磁石の極性が互いに異なるように隣接され、前記複数組の環状磁石群の磁束に直交する複数個の導電回路が互いに直列、並列或いは直並列に同一の振動膜上に形成される単独の平面音響変換器。
   
   

Images