JP2007281886A - 電磁変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動膜と永久磁石板との間に発生する背気圧をなくし、振動膜の振幅抵抗を抑えることにより、オーディオ信号の音圧低下の発生を低減させることが可能な電磁変換器を提供する。
【解決手段】下側永久磁石板１１、緩衝部材１２、挿入振動膜１３、挿入永久磁石板１５、蛇行コイルパターン１７ａが形成された振動膜１７、緩衝部材１２、音放射穴１９ａが形成された上側永久磁石板１９を平行に重ねた構造体２０を、背面フレーム３１および前面フレーム３３とからなるフレーム３０とで覆うことにより構成される電磁変換器１０。第２の蛇行コイルパターン１３ａは、蛇行コイルパターン１７ａと対向する位置に同一のパターンとして設けられ、緩衝部材１２、挿入振動膜１３、振動膜１５、下側および上側永久磁石板１１および１９は同じ大きさおよび形状であって振動膜１７および挿入振動膜１３は同相で駆動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばオーディオ信号を再生する電磁変換器に関するものである。

永久磁石と振動膜とを組み合わせた電磁変換器については、様々な技術が提案されている。この種の電磁変換器は、通常、永久磁石板と、その永久磁石板に対向するように配置した振動膜と、これら永久磁石板と振動膜との間に配置された緩衝部材とを備えている。永久磁石板は、帯状の異なる磁極が一定の間隔を置いて交互に形成されたものである（以下、この平行縞状の着磁パターンを多極着磁パターンともいう。）。また、振動膜は多極着磁パターンの形成面と対向配置され、異なる磁極同士の間隙部分の、いわゆる着磁のニュートラルゾーンと称される部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイル（以下、蛇行コイルパターンともいう。）が全面に形成されている。上述の永久磁石板の、帯状の異なる磁極同士の間隙部分には、発生した音振動波を外部に放出するための音放射穴が、一定のピッチで複数形成されている（例えば、特許文献１参照）。

上述の永久磁石板、振動膜、緩衝部材を重ねた構造体は、例えば上述の構造体の下側に敷かれる板状の背面フレームと、上述の構造体の上側および周囲を覆う前面フレームとを張り合わせて構成されるフレームに覆われる。以上のようにして構成された電磁変換器は、例えばスピーカ等の音響装置用の筐体に取り付けられ、オーディオ信号を再生する音響装置として用いられる。

特開平９−３３１５９６号公報

以上のように構成された電磁変換器は、振動膜に設けられた蛇行コイルパターンに電流（オーディオ信号）が流れることにより、この蛇行コイルパターンと、永久磁石板における多極着磁パターンとが電磁的に結合し、フレミングの左手の法則にしたがって振動膜が厚み方向に振動し、音振動波が発生することにより動作する。
このタイプの電磁変換器は振動膜を部品によって定位置に固定させるものではないため、振動膜を固定させる部品を持つ電磁変換器と比較して、永久磁石板と振動膜とのギャップ（間隔）は小さい。振動膜が振動し得る動作範囲は、永久磁石板と振動膜とのギャップに依存する。蛇行コイルパターンに流れる電流の周波数の帯域が中低域（ここでは２００Hz前後以下の帯域を指す）の場合、振動膜は大きい振動動作を必要とするため、振動膜が振動する際に、振動膜と永久磁石板との間に背気圧が生じる。その結果振動膜に振幅抵抗がかかり、オーディオ信号の音圧の低下の原因となるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、従来の構成の電磁変換器に加えて、振動膜に対して平行に配置した挿入振動膜を備えることにより、振動膜の振動動作を挿入振動膜が補助する形となり、中低域の音圧低下の発生を低減させることが可能な電磁変換器を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁変換器は、帯状の異なる磁極が一定の間隔をおいて交互に形成された永久磁石板と、永久磁石板に対向配置され、かつ永久磁石板の異なる磁極同士の間隙部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイルを全面に形成した振動膜を備えた電磁変換器において、振動膜と平行に、蛇行形状の導体パターンからなる第２のコイルを全面に形成した挿入振動膜を、一枚または複数枚備えるようにしたものである。

この発明によれば、振動膜に対して平行に配置した一枚または複数枚の挿入振動膜を備えて電磁変換器を構成したので、振動膜の振動動作を挿入振動膜が補助する形（あるいは、振動膜と挿入振動膜とが互いの振動動作を補助する形）となる。このため、従来の電磁変換器において振動膜と永久磁石板との間に生じていた背気圧をなくし、振動膜の振幅抵抗を抑えることができるため、一枚のみの振動膜によって生じる音振動波よりも大きな音振動波を得ることができる。したがって、中低域の音圧低下の発生を低減させることが可能な電磁変換器が得られるという効果がある。

以下、この発明の実施の様々な形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による、電磁変換器１０の構成を説明するための分解斜視図であり、図２は、電磁変換器１０の構成を示す断面図であり、電磁変換器１０を、蛇行形状の導体パターンからなるコイル１７ａ（または蛇行形状の導体パターンからなる第２のコイル１３ａ）を含み、かつこれに直交する方向に切断した断面の一部を示したものである。図２における垂直方向の矢印は振動膜が振動する方向を示す。なお、断面を示すハッチングは一部省略してある。
ここでは、一枚の振動膜を二枚の永久磁石板により、緩衝部材を介して上下から挟むような一般的に見られる構成の電磁変換器に、挿入振動膜およびこれと対になる永久磁石板を一枚ずつ挿入した構成の電磁変換器とした。また、ここでは、音振動波を外部に放射するための音放射穴が形成されている側の永久磁石板を上側永久磁石板と称し、上側永久磁石板と振動膜および挿入振動膜を挟んで対向する永久磁石板を下側永久磁石板と称する。

図において、電磁変換器１０は以下のように構成されている。下側永久磁石板１１は、後述する挿入振動膜１３に対向する面のほぼ全面に、焼結フェライト磁石からなる帯状の異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が一定の間隔をおいて交互に形成されている（以下、この平行縞状の着磁パターンを、多極着磁パターンともいう。）。異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）同士の間隙に、いわゆる着磁のニュートラルゾーンが存在する。

下側永久磁石板１１の上側の、多極着磁パターンが形成されている面と対向する位置には、緩衝部材１２を介して薄く柔軟な樹脂フィルムからなる挿入振動膜１３が配置されている。挿入振動膜１３の全面に、蛇行形状の導体パターンからなる第２のコイル（以下、第２の蛇行コイルパターンともいう。）１３ａが構成されている。第２の蛇行コイルパターン１３ａの長手方向の直線部分のそれぞれは、下側永久磁石板１１の異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）同士の間隙部分に存在する、いわゆるニュートラルゾーンに対応する位置となるように設けられている。直線部分とは、ここでは第２の蛇行コイルパターン１３ａのうち、一定の間隔を持って互いに平行に配置されている、長い直線部分のことを指す。
挿入振動膜１３の上側には、緩衝部材１２を介して挿入永久磁石板１５が配置されている。さらに、挿入永久磁石板１５の上側には緩衝部材１２を介して振動膜１７が配置されている。振動膜１７には、その全面に蛇行形状の導体パターンからなるコイル（以下、蛇行コイルパターンともいう。）１７ａが形成されている。すでに述べてある第２の蛇行コイルパターン１３ａは、この蛇行コイルパターン１７ａに対向する位置に、同一のパターンとなるように形成されている。

挿入振動膜１３は、たとえば振動膜１７と同様の材料および形成方法で形成することができる。また、挿入永久磁石板１５も、下側永久磁石板１１および後述する上側永久磁石板１９と同様の材料で形成することができる。さらに、挿入永久磁石板１５および上側永久磁石板１９は同様の形成方法で形成することができる。
ここでは、挿入振動膜１３および挿入永久磁石板１５の大きさおよび形状は、いずれも振動膜１７、上側永久磁石板１９、下側永久磁石板１１と同一のものとした。電磁変換器１０のように、全ての永久磁石板および振動膜を同一の大きさおよび形状とした場合、次のような効果が得られる。

挿入振動膜１３および振動膜１７に電気信号を入力すると、挿入振動膜１３および振動膜１７が同じ大きさおよび形状であれば、理論上これら挿入振動膜１３および振動膜１７は同じ振動動作を行うことができる（以下、同じ振動動作をすることを同相で駆動するともいう。）。たとえば、挿入振動膜１３と振動膜１７とのインピーダンスを合わせて、同時に駆動させることにより、同相で駆動することができる。このようにして、挿入振動膜１３と振動膜１７とを同相で駆動させると、各振動膜固有の余分な振幅、振り返しなどがなく、振動の同期不良に伴う音振動波の位相ずれを無視することが可能となり、各振動膜１３および１７同士の振幅動作阻害要因を最小限に抑えることができる。

振動膜１７の上側には、緩衝部材１２を挟んで、振動膜１７に対向する面のほぼ全面に焼結フェライト磁石からなる帯状の多極着磁パターンが形成された上側永久磁石板１９が配置されている。上側永久磁石板１９には、多極着磁パターンの異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）同士の間隙のニュートラルゾーンに沿って、一定のピッチで音放射穴１９ａが設けられている。

以上、下側永久磁石板１１と、４枚の緩衝部材１２と、挿入振動膜１３と、挿入永久磁石板１５と、振動膜１７と、上側永久磁石板１９とが重ねられた構造体２０の下側に、この構造体２０を載置した板状の背面フレーム３１と、構造体２０の上側および周囲を覆う前面フレーム３３とを張り合わせることにより、フレーム３０が構成されている。このフレーム３０の、前面フレーム３３における、構造体２０の上側を覆う部分の、音放射穴１９ａが形成された位置に対応して、音放射穴３３ａが設けられている。
この発明の電磁変換器を良好に動作させるためには、少なくとも挿入振動膜１３の縁部分Ｅ１および振動膜１７の縁部分Ｅ２を密閉して覆うのがよい。そうすれば、音振動波を音放射穴１５ａ、１９ａ、３３ａからのみ放射させることができ、他の構成要素の隙間から空気と共にもれるのを防ぐことができる。したがって、放射音圧の低下をより効果的に低減させることができる。上述のように、ここではフレーム３０を用いて、構造体２０の周囲の全てを覆うことにより、挿入振動膜１３の縁部分Ｅ１および振動膜１７の縁部分Ｅ２を密閉して覆うことを満たした。

次に動作について説明する。
図示しない入力端子より信号が入力され、挿入振動膜１３および振動膜１７の表面に形成されている第２の蛇行コイルパターン１３ａおよび１７ａにオーディオ信号としての電流が流れると、その第２の蛇行コイルパターン１３ａおよび１７ａと、これに対向配置された下側永久磁石板１１、挿入永久磁石板１５、上側永久磁石板１９のそれぞれにおける多極着磁パターンとが電磁的に結合し、フレミングの左手の法則にしたがって挿入振動膜１３および振動膜１７が、図２の矢印が示すように厚み方向に振動する。

このとき、第２の蛇行コイルパターン１３ａおよび１７ａは対向する位置に同じパターンで配置されており、また、挿入振動膜１３および振動膜１７の振動は、それぞれのインピーダンスを合わせた状態で振動させているため、これら挿入振動膜１３および振動膜１７は同相で振動する。したがって、振動膜１７の振動動作を挿入振動膜１３が補助する形（あるいは、挿入振動膜１３と振動膜１７とが互いの振動動作を補助する形）となり、従来の電磁変換器において振動膜と永久磁石板との間に生じていた背気圧をなくすことができ、振動膜の振幅抵抗を抑えることができる。このような振動によって発生した音振動波Ｗ１は、音放射穴１５ａを通過し、さらに音放射穴１９ａおよび３３ａを通過するとき、より大きな音振動波Ｗ２となって空気中に放射される（図２）。

以上のように、この発明の実施の形態１の電磁変換器１０によれば、振動膜１７に対して平行に配置した挿入振動膜１３を備えていることにより、振動膜１７の振動動作を挿入振動膜１３が補助する形（あるいは、挿入振動膜１３と振動膜１７とが互いの振動動作を補助する形）となるため、従来の電磁変換器において振動膜と永久磁石板との間に生じていた背気圧をなくすことができ、振動膜の振幅抵抗を抑えることができる。このような振動によって発生した音振動波は、より大きな音振動波Ｗ２となって空気中に放射される。このため、中低域の音圧低下の発生を低減させることが可能な電磁変換器を得ることができる。
また、電磁変換器１０によれば、緩衝部材１２、挿入振動膜１３、挿入永久磁石板１５、振動膜１７、上側永久磁石板１９は全て同じ大きさおよび形状で形成されている。挿入振動膜１３と振動膜１７とを同相で駆動させると、各振動膜固有の余分な振幅、振り返しなどがなく、振動の同期不良に伴う音振動波の位相ずれを無視することが可能となり、各振動膜１３および１７同士の振幅動作阻害要因を最小限に抑えることができる。このため、中低域の音圧低下の発生をより低減させることが可能な電磁変換器を得ることができる。
さらに、電磁変換器１０によれば、振動膜１７および挿入振動膜１３は、それぞれの縁部分Ｅ１およびＥ２を密閉して覆うことを特徴としている。このため、音振動波を音放射穴１５ａ、１９ａ、３３ａからのみ放射させることができ、他の構成要素の隙間から空気と共にもれるのを防ぐことができる。したがって、放射音圧の低下をより効果的に低減させることができる。

実施の形態１では、挿入振動膜１３を一枚配置した電磁変換器１０につき説明したが、挿入振動膜１３を複数枚（二枚以上）用いた場合も同様の効果が得られる。その場合、挿入振動膜一枚につき、これと対となる挿入永久磁石板も一枚追加する。挿入振動膜１３の枚数については、電磁変換器の大きさや機能を考慮して決定する。
また、実施の形態１の電磁変換器１０では、挿入振動膜１３、挿入永久磁石板１５、振動膜１７、上側永久磁石板１９、下側永久磁石板１１、緩衝部材１２を全て同一の大きさおよび形状としたが、使用する電磁変換器により、最適な振動膜や永久磁石板の大きさおよび形状にしても同様の効果が得られる。たとえば、電磁変換器をスピーカとして構成するとき、スピーカのデザインが、音振動波が放射される面から奥行き方向に徐々に拡大していくピラミッド型形状であっても、蛇行コイルパターン（および第２の蛇行コイルパターン）の形状を考慮し、インピーダンスを合わせて、挿入振動膜と振動膜とを同相で駆動する、すなわち挿入振動膜が振動膜の振動動作を補助する形にすれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。その他、挿入振動膜がその機能を満足し、同様の効果を奏するものであれば、電磁変換器の構成要素の大きさおよび形状は、実施の形態の１の電磁変換器１０と同じものに限定されることはない。

実施の形態１の電磁変換器の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態１の電磁変換器の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電磁変換器、１１ 下側永久磁石板、１２ 緩衝部材、１３ 挿入振動膜、１３ａ 蛇行形状の導体パターンからなる第２のコイル、１５ 挿入永久磁石板、１５ａ，１９ａ，３３ａ 音放射穴、１７ 振動膜、１７ａ 蛇行形状の導体パターンからなるコイル、１９ 上側永久磁石板、２０ 構造体、３０ フレーム、３１ 背面フレーム、３３ 前面フレーム、Ｅ１ 挿入振動膜の縁部分、Ｅ２ 振動膜の縁部分、Ｗ１ 音振動波、Ｗ２ より大きな音振動波。

Claims (4)

1. 帯状の異なる磁極が一定の間隔をおいて交互に形成された永久磁石板と、上記永久磁石板に対向配置され、かつ上記永久磁石板の上記異なる磁極同士の間隙部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイルを全面に形成した振動膜とを備えた電磁変換器において、
   上記振動膜と平行に、蛇行形状の導体パターンからなる第２のコイルを全面に形成した挿入振動膜を、一枚または複数枚備えたことを特徴とする電磁変換器。
2. 挿入振動膜は、上記振動膜と同相で駆動することを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
3. 挿入振動膜は、該挿入振動膜に形成された上記蛇行形状の導体パターンからなる第２のコイルが、上記蛇行形状の導体パターンからなるコイルと対向する位置に、同一のパターンとして設けられ、上記挿入振動膜、上記振動膜、および上記永久磁石板は同じ大きさおよび形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁変換器。
4. 振動膜および挿入振動膜は、それぞれの縁部分を密閉して覆うことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
   

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