JP2008113367A - 平面型音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、振動面の振幅を大きくする。
【解決手段】振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅが座屈変形することで、振動面５４が大きく変位（振幅）する。従って、発生させたい音響を表す電気信号をコイルに通電することにより、振動膜がこの電気信号に応じて振動し、音響信号を発生させることができる。つまり、部品点数を増やすことなく、簡単な構成で、振動面５４の振幅を大きくすることが可能となっている。よって、音圧を上げことができる。また、低音域の再現性も良好となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面型音響変換装置に関する。

従来の平面型スピーカでは、複数の永久磁石が、上面の磁極面の極性が交互に反転するように配置されると共に、振動面がこれらの永久磁石の磁極面と対向するように所定の隙間を設けて配置されている。また、振動面には、永久磁石の各々に対応させて、渦巻き状のコイルが形成されている。そして、コイルに通電すると、フレミングの左手の法則に従って、コイルに垂直な方向に駆動力が発生するので、振動面は膜面に垂直な方向に変位する。よって、発生させたい音響を表す電気信号をコイルに通電することにより、振動面が電気信号に応じて振動し、音響信号を発生させることができる（例えば、特許文献１を参照）。

また、細長い振動板に、コイルが巻かれた断面コ字状の部材を取り付け、このコイルを一対の磁極面の間に配設することで、振動板を大きく振動させる構成の平面スピーカが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特許第３１５９７１４号 特開２０００−２６１８８９号公報

しかしながら、特許文献２の構成は、部品点数が多く構造が複雑である。また、製造方法も複雑であった。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、簡単な構成で、振動面の振幅を大きくすることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の平面型音響変換装置は、第１の磁極面が所定面に対して略平行になるように配置された第１の磁石と、前記第１の磁極面の極性と異なる極性の第２の磁極面が、前記所定面に対して略平行に、前記第１の磁石と所定距離隔てて又は前記第１の磁石と接触させて配置された第２の磁石と、前記第１の磁極面及び前記第２の磁極面に対向する振動面と、前記振動面の外側の領域を曲げて形成した支持面と、を有する振動膜と、前記振動膜の前記振動面の前記第１の磁極面に対応する領域に、磁束が鎖交するように配置された渦巻き状の第１のコイルと、前記振動膜の前記振動面の前記第２の磁極面に対応する領域に、磁束が鎖交するように配置された渦巻き状の第２のコイルと、前記振動膜の前記支持面の先端側を支持する支持部と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の平面型音響装置では、第１の磁石が第１の極性（例えば、Ｎ極）の第１の磁極面が、所定面に対して略平行になるように、配置されている。また、第２の磁石が第１の極性と異なる極性の第２の極性（例えば、Ｓ極）の第２の磁極面が、所定面に対して略平行に、第１の磁石と所定距離隔てて又は第１の磁石と接触させて配置されている。そして、第１の磁極面及び第２の磁極面に対向するように振動膜の振動面が配置されている。

これによって、各磁石から発生した磁束は、第１の磁極面から第２の磁極面、又は第２の磁極面から第１の磁極面に向かい、第１の磁極面と第２の磁極面との間の領域の磁束、すなわち、第１の磁石と第２の磁石との間の領域の磁束は、振動面と略平行な方向を向く成分が多くなる。

振動膜の振動面には渦巻き状に形成された第１のコイル及び第２のコイルが配置されている。第１のコイルは、振動膜の第１の磁極面に対応する領域に磁束が鎖交するように配置されている。また、第２のコイルも第１のコイルと同様に、振動膜の第２の磁極面に対応する領域に磁束が鎖交するように配置されている。

よって、例えば、第１のコイル及び第２のコイルに電流を流すと、フレミングの左手の法則に従って、電流が磁界から受ける力の方向は、すなわち、コイルに発生する力は、振動面に略直交する方向となる。そして、振動膜の支持面が変形することよって、振動面が面に垂直に変位する。従って、発生させたい音響を表す電気信号をコイルに通電することにより、振動面が電気信号に応じて振動し、音響信号を発生させることができる。

このように、振動膜の振動面の外側を曲げて形成した支持面が変形することで、振動膜の振動面が容易に変位するようになっている。つまり、簡単な構成で、振動面の振幅を大きくすることができる。よって、例えば、音圧を上げことができる。また、低音域の再現性も良好となる。

なお、磁石とコイルは、それぞれ２つ以上、備える構成であっても良い。

請求項２に記載の平面音響変換装置は、請求項１に記載の構成において、前記支持面には、屈曲部が形成されていることと特徴としている。

請求項２に記載の平面音響変換装置では、支持面が屈曲部の屈曲角度が変るように変形することで、振動面がより容易に変位する。よって、振動面の振幅幅を、より大きくできる。従って、例えば、音圧をより上げことができる。また、低音域の再現性もより良好となる。

請求項３に記載の平面型音響変換装置は、請求項１、又は請求項２に記載の構成において、前記支持面の剛性を、前記振動面よりも低くしたことを特徴としている。

請求項３に記載の平面型音響変換装置では、支持面の剛性を、振動面よりも低くしたことので、支持面がより変形し易くなると共に、振動面の撓みを防止できる。

請求項４に記載の平面型音響変換装置は、請求項から請求項３のいずれか１項に記載の構成において、前記第１の磁石及び前記第２の磁石が配置された磁性体の板状部材の周縁に、前記支持部を形成したことを特徴している。

請求項４に記載の平面型音響変換装置では、磁性体で構成された板状部材の上に磁石を配置することにより、板状部材が磁路として作用し、殆どの磁束がこの磁路内のみを通り、外部に漏れないので、第１の磁極面及び第２の磁極面側に密度が高い磁束を発生させることができ、これによって大きな音量の音響信号を発生させることができる。更に、板状部材の周縁に支持部を立設することにより、例えば、Ｎ極から出た磁束は支持部から磁石配置面を通ってＳ極へ入るため、側面方向からの外部への漏れ磁束がなくなり、効率よく磁気をシールドすることができる。そして、この支持部に振動膜の支持面を支持させることで、構成をより簡単にすることができる。

請求項５に記載の平面型音響変換装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の構成において、前記第１のコイルの前記第２のコイルに隣接した部分、及び前記第２のコイルの前記第１のコイルに隣接した部分に、同じ方向に電流が流れるようにしたことを特徴としている。請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の平面型音響変換装置。

請求項５に記載の平面型音響変換装置では、第１のコイルの第２のコイルに隣接した部分、及び第２のコイルの第１のコイルに隣接した部分に同じ方向に電流を流すことにより、第１のコイルの第２のコイルに隣接した内周から外周にわたる部分、及び第２のコイルの第１のコイルに隣接した内周から外周にわたる部分の各々を流れる電流が磁界から受ける力の方向が同じになる。よって、例えば、大きな音量の音響信号を発生させることができる。

なお、上記では、いずれもコイルに通電してフレミングの左手の法則に従って、振動膜の振動面を振動させる場合について説明したが、これに限定されない。フレミングの右手の法則に従って、振動膜の振動面を振動させて、コイルに誘導電流を発生させても良い。

以上説明したように本発明によれば、簡単な構成で、振動面の振幅を大きくすることができる。

以下、図面を参照して本発明をスピーカに適用した実施の形態を詳細に説明する。なお、説明しやすいように上下左右等と記載するが、いずれも図における上下左右方向をさしている。

図１と図２とに示すように、平面スピーカ１０は、磁性体で形成され、上面が開口した箱状のヨーク１４を備えている。なお、以降、長手方向とは、この箱の長辺方向をさす。

ヨーク１４の底面１４Ａには、永久磁石２２と永久磁石２４とが、所定の間隔を持って固定配置されている。永久磁石２２と永久磁石２４とは、磁極面２２Ａ，２４Ａを上方（開口側）に向けていると共に、異なる極性の磁極面２２Ａ，２４Ａが交互に位置するように配置されている。すなわち、永久磁石２２はＮ極の磁極面２２Ａが上方を向くように固定して配置され、永久磁石２４は、Ｓ極の磁極面２４Ａが上方を向くように固定して配置されている。

また、底面１４Ａ（磁石配置面）の周縁から立ち上がって永久磁石２２、２４を取り囲むと共に、永久磁石２２、２４の磁極面２２Ａ，２４Ａと略同じ高さ、或いは、磁極面２２Ａ，２４Ａよりも低い周壁１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅが設けられている（以降、周壁１４Ｂ〜Ｅと省略して記載することもある）。

なお、永久磁石２２、２４の種類は特に限定されない。例えば、フェライト系マグネットやネオジウム系マグネット等を使用することができる。

図３に示すように、振動膜５０は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー等の高分子フィルム等で構成された薄膜のシート状をしている。また、四角形状の振動面５４と、振動面５４の四辺から外側に延出した支持面５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅと、有している（以降、支持面５２Ｂ〜Ｅと記載することもある）。そして、折目線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４で、支持面５２Ｂ〜Ｅを折り曲げることで、図１に示すように、図における下面が開口した箱形状をしている。なお、支持面５２Ｂ〜Ｅ同士は接合されていないでので、正確には箱にはなっていない。

なお、図８に示すように、四角形状の振動膜８５０を、熱加工等によって、箱形状としても良い。

そして、図２に示すように、永久磁石２２、２４の磁極面２２Ａ、２４Ａ（上面）に対して、振動面５４が所定の間隔を持って且つ平行になるように、振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅの先端側が、ヨーク１４の周壁１４Ｂ〜Ｅに固定されている。

図１と図３とに示すように、振動膜５０の振動面５４には、永久磁石２２、２４（図１参照）に対応する位置に、コイル１５０、１５２が形成されている。コイル１５０、１５２は、永久磁石２２、２４の外縁と略相似形になるように渦巻き状に巻回するように形成され、渦巻きの外周であるコイル１５０、１５２の外周が磁極面２２Ａ，２４Ａ（図１参照）の外縁に対応する部位と略一致する領域に位置し、かつ渦巻きの外周部、すなわちコイル１５０、１５２の外周部が相互に重ならないように隣接して並んで配置されている。

なお、図３において上方から平面視すると、コイル１５０は反時計方向に巻回するように形成され、コイル１５２は時計方向に巻回するように形成されている。従って、コイル１５０とコイル１５２とが隣接する部分の電流の流れる方向は一致している。

なお、コイル１５０、１５２の形成方法としては、例えば、振動膜５０のコイル配置部分に銅薄膜を蒸着し、この銅薄膜を平面形状が渦巻き状になるようにエッチングすることにより形成することができる。或いは、銅薄膜を蒸着する代わりに、銅箔を圧着又は接着するか、銅めっきを積層してコイル１５０、１５２を形成してもよい。なお、コイル１５０、１５２は、絶縁材で被覆する。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

永久磁石２２と永久磁石２４とは、上方側の磁極面２２Ａ，２４Ａが異なった極性で、かつ同じ方向を向いている。このため、永久磁石２２、２４から発生した磁束は、Ｎ極の磁極面２２ＡからＳ極の磁極面２４Ａに向かい、永久磁石２２と永久磁石２４と間の領域の磁束は、振動膜５０の振動面５４と略平行な方向を向く成分が多くなる。

振動膜５０の振動面５４には、コイル１５０、１５２が形成されているため、各コイル１５０、１５２には振動面５４と略平行な方向を向いた磁束が鎖交する。コイル１５０、１５２に電流を通電させると、フレミングの左手の法則に従って、コイル１５０、１５２には、同じ方向でかつ振動膜５０の振動面５４に垂直な方向の駆動力が発生する。そして、この駆動力によって、振動膜５０の振動面５４が面に垂直な方向に変位（振幅）する。

なお、このとき、図５（Ａ）と図５（Ｂ）とに模式的に示すように、振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅ（図では支持面５２Ｃ，Ｅを図示）が座屈変形等することで、振動面５４が大きく変位（振幅）する（図における実線が変形前を示し、点線が変形後を示している）。

従って、発生させたい音響を表す電気信号をコイルに通電することにより、振動膜がこの電気信号に応じて振動し、音響信号を発生させることができる。なお、振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅが座屈変形するので、振動面５４の振幅を大きくできる。よって、音圧を上げことができる。また、低音域の再現性も良好となる。

さて、振動面の変位（振幅）を大きくするため、例えば、振動面とヨークとを弾力性のあるエッジを介して固定することで、振動面の面に垂直な方向への変位を容易にすることも可能であるが、部品点数が増えると共に、構成が複雑になる。

これに対して、本実施形態では、振動膜５０を曲げて形成した支持面５２Ｂ〜Ｅが座屈変形等することで、振動膜５０の振動面５４の変位が容易になるようにしている。つまり、部品点数を増やすことなく、簡単な構成で振動面５４の振幅を大きくすることが可能となっている。

また、永久磁石２２、２４は、磁性体で構成された箱部１４の底面１４Ａ上に配置している。このように磁性体で構成された部材上に磁石を配置することにより、底面１４Ａが磁路として作用し、殆どの磁束がこの磁路内のみを通り、外部に漏れないので、磁極面２２Ａ、２４側に密度が高い磁束を発生させることができ、これによって大きな音量の音響信号を発生させることができる。更に、Ｎ極から出た磁束は周壁１４Ｂ〜Ｅから磁石配置面を通ってＳ極へ入るため、側面から外部への漏れ磁束がなくなり、効率よく磁気をシールドすることができる。そして、この周壁１４Ｂ〜Ｅに振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅを支持させることで、別途、支持面５２Ｂ〜Ｅを支持するための部材が必要ないので、構成がより簡単になっている。

なお、上記説明では、図５（Ａ）と図５（Ｂ）とに模式的に示すように、振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅ（図では支持面５２Ｃ，５２Ｅのみが図示されている）が、座屈変形することで、振動面５４が大きく変位（振幅）する場合を説明したが、これに限定されない。支持面５２Ｂ〜Ｅはどのように変形をしても良い。例えば、Ｓ字状に座屈変形しても良い。

なお、支持面５２Ｂ〜Ｅの剛性を、振動面５４よりも低くする方が望ましい。このような構成とすることで、振動膜５０の支持面５２Ｂ〜Ｅを変形し易くすることができると共に、振動面５４の剛性を十分に高くして振動面５４の撓みを防止することができる。

支持面５２Ｂ〜Ｅの剛性を振動面５４よりも低くする方法は、どのような方法であっても良い。例えば、振動面５４（コイル配置部分）にコーティングを施して、振動面５４の周囲の支持面５２Ｂ〜Ｅの剛性よりも高めるようにしても良いし、振動膜５０よりも剛性の低い他の振動膜材に貼着させて、振動面５４の剛性を周囲の支持面５２Ｂ〜Ｅの剛性よりも高くするようにしても良い。

また、図９に示す振動膜９５０のように、支持面５２Ｂ，５２Ｄを形成せずに、支持面５２Ｅ，５２Ｃのみを形成することで、より振動面５４が上下に大きく変位しやすい構成としても良い。或いは、図示は省略するが、支持面５２Ｃ，５２Ｅを形成せずに、支持面５２Ｂ，５２Ｄのみを形成することで、より振動面５４が上下に大きく変位しやすい構成としても良い。

つぎに、振動膜の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成部分の説明は省略する。また、各図では、上記実施形態における支持面５２Ｃ，５２Ｅに対応する支持面のみを図示しているが、支持面５２Ｂ、５２Ｄに対応する支持面も同様の構成となっている。また、図６においては、実線が支持面の変形前を示し、点線が支持面の変形後を示している。

まず、第一変形例について説明する。

図４（Ａ）に示すように、第一変形例の振動膜３５０は、上記実施形態では図１などに示すように角が形成されるように折り曲げていたが、折目が付かないように湾曲させている（Ｒ形状となっている）。なお、支持面３５２Ｂ〜Ｅの変形は、上記実施形態と同様である。

つぎに、第二変形例について説明する。

図４（Ｂ）に示すように、第二変形例の振動膜４５０では、振動面４５４の外側を谷折りし、更にこの谷折りの外側を山折りすることで、支持面４５１Ｂ〜Ｅと支持面４５２Ｂ〜Ｅとを形成している。なお、谷折部分と山折部分が屈曲部である。

支持面を折り曲げ、支持面４５１Ｂ〜Ｅ、支持面４５２Ｂ〜Ｅとすることで、例えば、図６（Ａ）と図６（Ｂ）とに示すように、支持面４５１Ｂ〜Ｅと支持面４５２Ｂ〜Ｅとで構成する角部（屈曲部）の角度が変るように変形し、振動面４５４が上下に大きく変位する。

つぎに、第三変形例について説明する。

図４（Ｃ）に示すように、第三変形例の振動膜５５０では、支持面５５２Ｂ〜Ｅには、階段状となっている。なお、階段状にするために折り曲げている部分が屈曲部である。

このような構成の支持面５５２Ｂ〜Ｅの変形も、上記第二変形例で説明したように、屈曲部の角度が変るように、振動面５５４が上下に大きく変位する（図６（Ａ），（Ｂ）を参考）。

つぎに、第四変形例について説明する。

図４に示すように、第四変形例の振動膜６５０の支持面６５２Ｂ〜Ｅは、山折りと谷折とが交互に形成され蛇腹状になっている。なお、蛇腹状にするために折り曲げている部分が屈曲部である。

このような構成の支持面６５２Ｂ〜Ｅの変形は、蛇腹部分が伸縮するように変形することで、振動面６５４が上下に大きく変位する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、永久磁石２２と永久磁石２４とは、所定の間隔を持って配置されていたが、これに限定されない。図示は省略するが、永久磁石２２と永久磁石２４とが、接触してもいても良い。

また、例えば、上記実施形態では、二つの永久磁石２２、２４と、二つの永久磁石２２、２４に対応する位置に形成された二つのコイル１５０、１５２と、を備える構成であったが、これに限定されない。三つ以上の永久磁石とコイルとを備える構成であっても良い。

例えば、図７に示すように、６つの永久磁石７２２，７２４、７２６、７２８、７３０、７３２が３行×２列に配置されると共に、対応する位置にコイル７５２、７５４、７５６、７５８、７６０、７６２が３行×２列に形成されている構成であっても良い。なお、このような構成の場合も、永久磁石７２２，７２４、７２６、７２８、７３０、７３２は異なる極性の磁極面が交互に位置するように配置されている。また、コイル７５２、７５４、７５６、７５８、７６０、７６２は、隣接する部分の電流の流れる方向は一致するように巻かれている。

また、例えば、上記の実施形態では、コイルに通電して振動膜を振動させ、音を出力する平面スピーカについて説明したが、フレミングの右手の法則に従って、振動膜を振動させてコイルに誘導電流が流れるようにすれば、マイクロホンとしても使用することができる。

本発明の実施形態に係る平面スピーカの要部を示す分解斜視図である。 平面スピーカの要部の、（Ａ）は長手方向と直交する縦断面図であり、（Ｂ）は長手方向に沿った縦断面図である。 振動膜の展開図である。 （Ａ）は第一変形例の振動膜を、（Ｂ）は第二変形例の振動膜を、（Ｃ）は第三変形例の振動膜を、（Ｄ）は第四変形例の振動膜を、それぞれ示す図である。 振動膜の支持面が変形する様子を模式的に示す図であり、（Ａ）は振動面が上方に変位した状態を示し、（Ｂ）は振動面が下方に変位した状態を示している。 第二変形の振動膜の支持面が変形する様子を模式的に示す図であり、（Ａ）は振動面が上方に変位した状態を示し、（Ｂ）は振動面が下方に変位した状態を示している。 本発明のその他の実施形態に係る平面スピーカの要部を示す分解斜視図である。 振動膜の他の例を示す図である。 振動膜の他の例の示す図である。

符号の説明

１０ 平面スピーカ（平面型音響変換装置）
１４ ヨーク
１４Ａ 底面（板状部材）
１４Ｂ 周壁（支持部）
１４Ｃ 周壁（支持部）
１４Ｄ 周壁（支持部）
１４Ｅ 周壁（支持部）
２２ 永久磁石（第１の磁石）
２２Ａ 磁極面（第１の磁極面）
２４ 永久磁石（第２の磁石）
２４Ａ 磁極面（第２の磁極面）
５０ 振動膜
５２Ｂ 支持面
５２Ｃ 支持面
５２Ｄ 支持面
５２Ｅ 支持面
５４ 振動面
１５０ コイル（第１のコイル）
１５２ コイル（第２のコイル）

Claims (5)

1. 第１の磁極面が所定面に対して略平行になるように配置された第１の磁石と、
   前記第１の磁極面の極性と異なる極性の第２の磁極面が、前記所定面に対して略平行に、前記第１の磁石と所定距離隔てて又は前記第１の磁石と接触させて配置された第２の磁石と、
   前記第１の磁極面及び前記第２の磁極面に対向する振動面と、前記振動面の外側の領域を曲げて形成した支持面と、を有する振動膜と、
   前記振動膜の前記振動面の前記第１の磁極面に対応する領域に、磁束が鎖交するように配置された渦巻き状の第１のコイルと、
   前記振動膜の前記振動面の前記第２の磁極面に対応する領域に、磁束が鎖交するように配置された渦巻き状の第２のコイルと、
   前記振動膜の前記支持面の先端側を支持する支持部と、
   を備えることを特徴とする平面型音響変換装置。
2. 前記支持面には、屈曲部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の平面型音響変換装置。
3. 前記支持面の剛性を、前記振動面よりも低くしたことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の平面型音響変換装置。
4. 前記第１の磁石及び前記第２の磁石が配置された磁性体の板状部材の周縁に、前記支持部を立設したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の平面型音響変換装置。
5. 前記第１のコイルの前記第２のコイルに隣接した部分、及び前記第２のコイルの前記第１のコイルに隣接した部分に、同じ方向に電流が流れるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の平面型音響変換装置。

Images