JP2010021783A - 電磁変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用目的に応じた効率的な磁束密度によりオーディオ振動を放射する電磁変換器を提供する。
【解決手段】所定の間隔をあけて交互に異なる帯状の極性で並べられた永久磁石と、永久磁石に対向して配置され、蛇行コイルパターンが形成された振動膜と、振動膜の振動を外部に放射する放音孔を設けたフレームとを備えた電磁変換器において、永久磁石が、例えばネオジム磁石及びフェライト磁石のような、少なくとも２種類以上の材質の異なる磁石を組み合わせて配列して構成されるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、永久磁石と振動膜とを組み合わせてオーディオ信号から音声再生を行う電磁変換器に関するものである。

従来から、永久磁石板と振動膜とを組み合わせた電磁変換器は、永久磁石板と振動膜とを対向するように配置し、また永久磁石板と振動膜との間に緩衝材を配置したものがある。これらの永久磁石板、振動膜、及び緩衝部材はフレーム等の部材に挟み込まれるように覆われ、例えばスピーカ筐体に取り付けられる。
上記の永久磁石板は、一定の間隔をもって交互に異なる極性にした帯状の着磁部位（多極着磁パターンとも言う）を有している。また、振動膜は、永久磁石板の異なる極性の境界にある間隔に対向する位置、いわゆる着磁ニュートラルゾーンと称される部分に対向させて、電磁コイルとして作用する蛇行形状の導体パターン（蛇行コイルパターンとも言う）を当該振動膜の膜表面に設けたものである。
振動膜に形成されている蛇行コイルパターンにオーディオ信号の電流が流れると、蛇行コイルパターンと永久磁石板の多極着磁パターンとが電磁的に結合し、フレミングの法則によって上記の蛇行コイルパターンに作用し振動膜が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板及びフレームに穿孔された放射音穴を通して放射されてオーディオ再生が行われる（例えば、特許文献１参照）。
また、このような振動によって振動膜上に形成された導体コイルが金属疲労で断線するのを防止する目的で、振動膜に剛性付与部材が設けられている（例えば、特許文献２参照）。
また、従来から上記の電磁変換器と同様な構成で上記の永久磁石板に替えて長尺の棒状磁石の構成になった「ガムーゾン形」と呼ばれる超薄型スピーカが存在している。この棒状磁石の同極を対向させて（Ｎ極とＮ極、又は、Ｓ極とＳ極）、棒状磁石と垂直な配列方向に交互に異なる極性を並べて配置する構成であり、他の部材は上記と同一のもので構成される。このような超薄型スピーカは、ポリエステルやポリイミドからなる薄膜に銅やアルミ箔を貼り付け、ボイスコイルのパターンをエッチングして構成された振動板を有している（例えば、非特許文献１参照）。この構成によれば、オーディオ再生の発音動作も上記の電磁変換器と同じになる。

特許第３１９２３７２号公報 国際公開ＷＯ２００３／０７３７８７号公報 山本武夫編著、スピーカー・システム，ラジオ技術社，１９７７年７月発行

しかしながら、従来の電磁変換器において、より高い磁束密度を得るために永久磁石として用いられるネオジム磁石などの希土類磁石の原料は、原料の産出地が限られているなどの理由から高価であり、電磁変換器自体の価格を下げることができないという課題があった。また、電磁変換器の使用目的も多様になっており、必ずしもネオジム磁石の磁束密度でなくとも十分な音圧レベルを得られるので、効率的な磁束密度でない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、使用目的に応じた効率的な磁束密度によりオーディオ振動を放射する電磁変換器を提供することを目的としている。

この発明に係る電磁変換器は、所定の間隔をあけて交互に異なる帯状の極性で並べられた永久磁石と、永久磁石に対向して配置され、蛇行コイルパターンが形成された振動膜と、振動膜の振動を外部に放射する放音孔を設けたフレームとを備えた電磁変換器の製造方法において、永久磁石が、少なくとも２種類以上の材質の異なる磁石で構成されるようにしたものである。

この発明の電磁変換器によれば、永久磁石は、少なくとも２種類以上の材質の異なる磁石で構成されるようにしたので、永久磁石の磁束密度を使用目的に応じて十分な磁束密度にすることができるとともに、磁束密度の低い安価な磁石を用いることができ電磁変換器のコストを抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の電磁変換器１の構成を示す図であり、図１（ａ）は電磁変換器１の外観を示す全体斜視図、図１（ｂ）は電磁変換器１の構成を示す分解斜視図である。
図２は、本実施の形態１の電磁変換器１の構造を示すＡ−Ａ断面図である。

電磁変換器１は、振動膜１０、永久磁石２１，２２、フレーム３０から構成されており、フレーム３０の上下フレーム３１，３２が振動膜１０及び永久磁石２１，２２を上下方向から覆うように支持して構成されている。

振動膜１０は、薄い高分子樹脂シートからなる基材１０ａと、基材１０ａの表面に蛇行形状に形成された導体コイル（蛇行コイルパターン）１０ｂとで構成されており、蛇行パターンからなるコイル１０ｂは金属箔をプレスやエッチングなどにより打ち抜いて形成されるものである。

長尺帯状の永久磁石２１，２２は、磁性体粉（ネオジム粉、フェライト粉）とバインダー（プラスチック材料、ゴム材料等）とを混合し成形（射出成形等）した加工が容易なボンド磁石で成形され、着磁されたものである。この着磁された帯状の永久磁石２１，２２は、振動膜１０に対向する面が交互に異なる磁極で並べられ（以下、多極着磁パターンともいう）、上側永久磁石２１が上側フレーム３１の振動膜１０に対向する面に、また下側永久磁石２２が下側フレーム３２の振動膜１０に対向する面に、それぞれ接着剤等で接着され固定されている。

図２に示すように、上側永久磁石２１は、ネオジム磁石２１ｎ、フェライト磁石２１ｆの順に交互に異なる種類の磁石で配置されており、この交互に異なる種類の磁石が振動膜１０に対向する面を交互に異なる磁極となるようにＮ極、Ｓ極の順で着磁されている。
下側永久磁石２２は、上側永久磁石２１と同様にネオジム磁石２２ｎ、フェライト磁石２２ｆの順に交互に異なる種類の磁石で配置されており、この交互に異なる種類の磁石が振動膜１０に対向する面を交互に異なる磁極となるようにＮ極、Ｓ極の順で着磁されている。

このように、永久磁石２１，２２は、ネオジムを磁性体とするネオジム磁石２１ｎ，２２ｎ、フェライトを磁性体とするフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとで構成され、図２に示すように永久磁石２１，２２の隣り合う帯状の磁石がネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとを交互に異なるように配置され、振動膜１０を挟んで対向する磁石が同じ種類になるように配置されている。

フレーム３０は、例えば鉄などの金属からなる上側フレーム３１と下側フレーム３２とを重ね合わせた空洞の内部をもつ筺体構造であり、上側フレーム３１と下側フレーム３２との接合面は、振動膜１０の両端の一部を挟み込んで支持している。振動膜１１の導体コイル１０ｂに対向する位置には、外部に開口した放音孔３１ａ，３２ａが一定の間隔で設けられている。

ここで、振動膜１０の導体コイル１０ｂ、永久磁石２１，２２及び放音孔３１ａ，３２ａの位置関係は、蛇行形状の導体コイル１０ｂの直線部分及びフレーム３０の放音孔３１ａ，３２ａが、フレーム３０に固定された永久磁石２１，２２の所定の間隔に対向する位置に形成されるように構成されている。
本発明の実施の形態１の電磁変換器１は以上のように構成されている。

次に永久磁石２１，２２に用いる磁石の設計方法について説明する。
本発明によるガムーゼン型の電磁変換器１は、永久磁石２１，２２にネオジム磁石２１ｎ，２２ｎを用いることで高い磁束密度を得られることができる。しかしながら、ネオジム磁石等の希土類磁石は原料が高価格であり、電磁変換器１の価格も高くなる。また、使用目的に応じて、永久磁石２１，２２の全てにネオジム磁石２１ｎ，２２ｎを用いなくても十分な音圧を得ることができる。そこで、磁束密度は低いが低価格のフェライト磁石を組み合わせて永久磁石２１，２２が構成されている。

ここで、本発明の電磁変換器１において、ネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ,２２ｆとは同じ大きさ、体積で示しているが、実際はネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとによって生じる磁束密度が導体コイル１０ｂの直線部分のどの部分でもほぼ均一になるように各磁石２１ｎ，２１ｆ，２２ｎ，２２ｆの形状及び、各磁石２１ｎ，２１ｆ，２２ｎ，２２ｆと導体コイル１０ｂとの配置が決定される。例えば、各種類の磁石の体積を異なるようにして、ネオジム磁石２１ｎ，２２ｎがフェライト磁石２１ｆ，２２ｆに比べて小さい体積で設計される。また、ネオジム磁石２１ｎ，２２ｎを小さくすることで永久磁石２１，２２同士の間隔が広くなるので、ネオジム磁石２１ｎ，２２ｎに隣り合う放音孔３１ａ，３２ａは大きい断面積で設けられる。
このようにして、永久磁石２１，２２が設計される。

次に電磁変換器１の動作について説明する。
上記の構成の電磁変換器１において、振動膜１０の導体コイル１０ｂへ電流（オーディオ信号）が供給されると、この導体コイル１０ｂと永久磁石２１，２２の多極着磁パターンとが電磁的に結合し、フレミングの法則により振動膜１０が変位して振動が発生する。この振動がフレーム３０内の空気を振動させフレーム３０の放音孔３１ａ，３２ａからオーディオ振動として放射される。

このように本実施の形態１の電磁変換器１は、永久磁石２１，２２がネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとを組み合わせて構成されており、各磁石が異なる種類で交互に配置され、同じ種類で対向するように配置されるようにしたので、使用目的に応じた磁束密度を設計することができるとともに低コスト化することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１の電磁変換器１では、永久磁石２１，２２がネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとを組み合わせて構成されており、各磁石が異なる種類で交互に配置され、同じ種類で対向するように配置されるようにしたが、実施の形態２の電磁変換器１は、各磁石が異なる種類で交互に配置され、異なる種類で対向するように配置したものであり、他の構成は実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。

図３は、本実施の形態２の電磁変換器１のＡ−Ａ断面図である。
上側永久磁石２１は、ネオジム磁石２１ｎ、フェライト磁石２１ｆの順に交互に異なる種類の磁石で配置されており、この交互に異なる種類の磁石が振動膜１０に対向する面を交互に異なる磁極となるようにＮ極、Ｓ極の順で着磁されている。
下側永久磁石２２は、フェライト磁石２２ｆ、ネオジム磁石２２ｎの順に交互に異なる種類の磁石で配置されており、この交互に異なる種類の磁石が振動膜１０に対向する面を交互に異なる磁極となるようにＮ極、Ｓ極の順で着磁されている。

このように本実施の形態２の電磁変換器１は、永久磁石２１，２２がネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとを組み合わせて構成されており、各磁石が異なる種類で交互に配置され、異なる種類で対向するように配置されるようにしたので、使用目的に応じた磁束密度を設計することができるとともに低コスト化することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態２の電磁変換器１では、永久磁石２１，２２がネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとを組み合わせて構成されており、各磁石が異なる種類で交互に配置され、異なる種類で対向するように配置されるようにしたが、実施の形態３では、同じ種類の磁石で隣り合って配置され、異なる種類の磁石で対向するように配置したものであり、他の構成は実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。

図４は、本実施の形態３の電磁変換器１のＡ−Ａ断面図である。
上側永久磁石２１は、ネオジム磁石２１ｎが所定の間隔を空けて配置されており、このネオジム磁石２１ｎの振動膜１０に対向する面を交互に異なる磁極となるようにＮ極、Ｓ極の順で着磁されている。
下側永久磁石２２は、フェライト磁石２２ｆが所定の間隔を空けて配置されており、このフェライト磁石２２ｆの振動膜１０に対向する面を交互に異なる磁極となるようにＮ極、Ｓ極の順で着磁されている。

このように本実施の形態３の電磁変換器１は、上側永久磁石２１がネオジム磁石２１ｎで、下側永久磁石２２がフェライト磁石２２ｆで構成されており、同じ種類の磁石が隣り合うように配置され、異なる種類の磁石が対向するように配置されるようにしたので、使用目的に応じた磁束密度を設計することができるとともに安価でより薄型化した電磁変換器にすることができる

なお、本発明の実施の形態１，２の電磁変換器１においては、長尺の永久磁石２１，２２をそれぞれ７本ずつ設けた構成を示しているが、これに限られるものではなく使用目的及びコスト面を考慮して本数が定められる。

また、本発明の永久磁石２１，２２は、ネオジム磁石２１ｎ，２２ｎとフェライト磁石２１ｆ，２２ｆとであると説明したが、この種類の磁石に限るものではなく、例えばサマリウム−コバルト磁石などの希土類磁石、アルニコ磁石などの合金磁石を用いて、高価と安価、磁束密度が大きい磁石と小さい磁石などを複数種類の磁石を組み合わせるものであってもよい。

また、本発明の電磁変換器１における帯状の永久磁石２１，２２は、ボンド磁石であると説明したが、これに限られるものではなく焼結磁石などであってもよい。

また、本発明の永久磁石２１，２２は、フレーム長手方向に長い帯状磁石で構成していることを示しているが、導体コイル１０ｂと永久磁石２１，２２とで振動膜１０を振動させる構成であればフレーム短手方向に長い帯状の永久磁石２１，２２で構成するものでもよい。

また、本発明の実施の形態で示した各図は、わかりやすく説明するために誇張拡大して示しており、各構成の厚み等の関係は実際とは異なるものもある。

この発明の電磁変換器１の（ａ）外観を示す斜視図及び（ｂ）構造を示す分解斜視図である。 実施の形態１の電磁変換器１のＡ−Ａ線断面図である。 実施の形態２の電磁変換器１のＡ−Ａ線断面図である。 実施の形態３の電磁変換器１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 電磁変換器、１０ 振動膜、１０ａ 基材、１０ｂ 導体コイル（蛇行コイルパターン）、２１，２２ 永久磁石、２１ｎ，２２ｎ ネオジム磁石、２１ｆ，２２ｆ フェライト磁石、３０ フレーム、３１ 上側フレーム（フレーム）、３１ａ，３２ａ 放音孔、３２ 下側フレーム（フレーム）。

Claims (5)

1. 所定の間隔をあけて交互に異なる帯状の極性で並べられた永久磁石と、
   上記永久磁石に対向して配置され、蛇行コイルパターンが形成された振動膜と、
   上記振動膜の振動を外部に放射する放音孔を設けたフレームとを備えた電磁変換器において、
   上記永久磁石は、少なくとも２種類以上の材質の異なる磁石で構成することを特徴とする電磁変換器。
2. 永久磁石は、交互に材質の異なる磁石を配置することを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
3. 永久磁石は、振動膜の両面に対向する各磁石同士が、材質の異なる磁石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. 所定の間隔をあけて交互に異なる帯状の極性で並べられた永久磁石と、
   上記永久磁石に対向して配置され、蛇行コイルパターンが形成された振動膜と、
   上記振動膜の振動を外部に放射する放音孔を設けたフレームとを備えた電磁変換器の設計方法において、
   少なくとも２種類以上の材質の異なる磁石によって生ずる磁束密度が、上記蛇行コイルパターンにおいてほぼ均一になるように、上記永久磁石の形状及び、上記永久磁石と上記蛇行コイルパターンの配置を決定することを特徴とする電磁変換器の設計方法。
5. 永久磁石の形状に応じて、放音孔の形状を決めることを特徴とする請求項４記載の電磁変換器の設計方法。

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