JP2010021785A

JP2010021785A - 電磁変換器

Info

Publication number: JP2010021785A
Application number: JP2008180248A
Authority: JP
Inventors: Masanori Takahashi; 政典高橋; Shunji Yoshida; 俊治吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-28

Abstract

【課題】
振動膜の分割振動による異音を抑制する電磁変換器を得る。
【解決手段】
所定の間隔をおいて交互に異なる磁極に配置された永久磁石と、永久磁石に対向して配置され、蛇行形状の導体コイルが薄膜状の樹脂表面上に形成されて、導体コイルに通電することにより永久磁石と電磁的に結合して厚み方向に振動する振動膜と、永久磁石及び振動膜を覆うように支持するフレームとを備え、振動膜は、その表面を分割する位置に設けられた樹脂体に挟み込まれて支持されるものである。
【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。

永久磁石板と振動膜とを用いた矩形状の電磁変換器には、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

上記のいずれの電磁変換器においても、その振動膜は蛇行コイルパターンによる駆動力が振動面に一様に発生するという全面駆動方式の電磁変換器である。換言すれば、振動膜はピストン音源となり平坦な音圧周波数特性を呈する電磁変換器を実現している。
しかし、実際には振動膜が全帯域にわたって一様な駆動力を発生させてピストン振動することは難しく、特に振動膜の縦横比を大きくするにしたがい、振動膜が分割振動を発生しやすくなり、図４（ａ），（ｂ）に示すように振動膜の分割振動の部分的な大振幅により磁石に接触し異音を発生してしまうという課題があった。また、振動膜の分割振動により音圧周波数特性に乱れを生じて音圧が劣化す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、振動膜の分割振動を抑制し音圧周波数特性が平坦な電磁変換器を提供することを目的とする。

この発明に係る電磁変換器は、所定の間隔をおいて交互に異なる磁極に配置された永久磁石と、永久磁石に対向して配置され、蛇行形状の導体コイルが薄膜状の樹脂表面上に形成されて、導体コイルに通電することにより永久磁石と電磁的に結合して厚み方向に振動する振動膜と、永久磁石及び振動膜を覆うように支持するフレームとを備え、振動膜は、その表面を分割する位置に設けられた樹脂体に挟み込まれて支持されるものである。

この発明の電磁変換器によれば、振動膜の分割振動の腹に対応する部分を樹脂体が挟み込んで振動膜を支持するようにしたので、振動膜の分割振動を抑制することができるとともに、音圧周波数特性を平坦にして安定させることができる。また、振動膜自体に重量を付加しないので、振動膜の駆動に与える影響を少なくすることができる。

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の構造を示す図であり、図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２（ｃ）は本実施の形態１の電磁変換器１の動作状態を示す断面図である。

電磁変換器１は、振動膜１０、樹脂体１１，１２、永久磁石２１，２２、フレーム３０から構成され、フレーム３０の上側フレーム３１及び下側フレーム３２が振動膜１０と樹脂体１１と永久磁石２１，２２とを覆うように支持している。

振動膜１０は、矩形の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（コイル）１０ｂとで構成されており、蛇行パターンからなる導体コイル１０ｂは金属箔をプレスで打ち抜いたりエッチングなどにより形成されるものである。

樹脂体１１，１２は、例えばウレタン等の弾性を有する樹脂材料を板状の直方体に形成したものであり、フレーム３１，３２の内壁に沿って固定される。また、上側樹脂体１１と下側樹脂体１２とで振動膜１０の両面の長手方向を区切る位置で挟み込むようにして支持している。

永久磁石２１，２２は、磁性体材料を形成した帯状磁石を着磁して、隣り合う帯状磁石の振動膜１０に対向する面の磁極が交互に異なる磁極となるように配置されており、フレーム３０の振動膜１０に対向する面に接着剤等で所定の間隔をあけて固定されている。

フレーム３０は、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の両辺から突出した図示しない一部を挟み込んで支持している。また、フレーム３０の振動膜１０に対向する面には、樹脂体１１，１２が接着剤等で貼り付けられており、樹脂体１１，１２を介して振動膜１０の表面を長手方向に略３等分に区切る位置で支持している。
振動膜１０に対向する面には、所定の間隔で帯状の永久磁石２１，２２が固定されており、その永久磁石２１，２２の所定の間隔には、内壁から外部に貫通した円形の放音孔３１ａ，３２ａが一定の間隔で設けられている。

次に電磁変換器１の組立方法について説明する。
上下の各フレーム３１，３２の内面に治具等で位置決めを行って永久磁石２１，２２を接着剤で接着させて保持するとともに、樹脂体１１，１２を各フレーム３１，３２の内壁に沿って接着剤で接着させて保持する。このフレーム３１，３２が、先に導体コイル１０ｂを形成した振動膜１０を覆うように嵌め合わせられる。このように組み立てることで、樹脂体１１，１２に振動膜１０が挟み込まれる。

ここで、振動膜１０の導体コイル１０ｂと永久磁石２１，２２とは、フレーム３０に固定した永久磁石２１，２２の所定の間隔に対向する位置に導体コイル１０ｂが配置されるように形成されており、本発明においては、この部分の導体コイル１０ｂを直線部分といい、帯状磁石の長手方向に直交する部分を折り返し部分という。

また、振動膜１０は、樹脂体１１，１２が振動膜１０の分割振動の振幅が最大になる腹の部分を挟み込んで支持することで最大振幅を抑制するなど、どのような特性を持つ電磁変換器を設計するのかによりその保持位置が決められるものであり、本実施の形態１における樹脂体１１，１２は、片面３つずつで６つの樹脂体１１，１２により２つの波をもつ振動だと振動膜１０が永久磁石２１，２２に接触してしまうが、片面４つずつで８つの樹脂体１１，１２を用いて４箇所で支持する構成にして、３つの波をもつ振動（３／２波長分の分割振動）にすれば最大出力にしても、振動膜１０が永久磁石２１，２２に接触しないものと仮定して、片面４つずつで８つの樹脂体１１，１２を用いて４箇所で支持される構成である。

次に動作について説明する。
図４は、従来の電磁変換器１００の分割振動を示す図であり、図４（ａ）は振動膜１１０の分割振動が１／２波長である場合の振動状態、図４（ｂ）は振動膜１１０の分割振動が１波長の場合の振動状態を示している。

従来の電磁変換器１００は、振動膜１１０の縦横比が大きくなるにしたがい、例えば、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、振動膜１１０が分割振動しやすくなり部分的な大振幅により永久磁石２１，２２に当たって異音を発生させていた。また、分割振動によって音圧周波数特性に乱れを生じさせていた。

本実施の形態１の電磁変換器１は、上記の構成を採用することで、図２に示すように振動膜１０が樹脂体１１を介してフレーム３０に挟み込まれるように支持され、振動膜１０の大きな振幅を抑えた複数の振幅でオーディオ振動を発生させる。例えば図２（ｃ）に示すように振動膜１０の表面が区切られるように支持されており、樹脂体１１間で３つに分割されて振動するため、大振幅せず振動膜１０が永久磁石２１，２２に接触することがない。このように永久磁石２１，２２に接触しない複数の振幅にするので異音が発生せず、音圧周波数特性が平坦になり安定する。

以上のように、実施の形態１の電磁変換器１によれば、薄く柔軟な振動膜１０の面の長手方向を分割する位置で支持する樹脂体１１をフレーム３０で挟み込むようにして支持することで、分割振動の部分的な大振幅を抑制するので、異音の発生や音圧周波数特性の乱れを防止することができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２の電磁変換器１の構造を示す図であり、図３（ａ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（ｃ）は本実施の形態２の電磁変換器１の動作状態を示す断面図である。

実施の形態１では、振動膜１０の表面の長手方向を分割するようにフレーム３０に固定された樹脂体１１，１２で支持するようにしたが、実施の形態２の電磁変換器１は、フレーム３０に固定された永久磁石２１，２２の振動膜１０に対向する面に樹脂体１１，１２を接着して固定させたものである。なお、実施の形態１の電磁変換器１と同様の構成については、図中においても同じ番号で示すものとし、その説明を省略する。

上側樹脂体１１は、一つおきの永久磁石２１の振動膜１０に対向する面に配置されて接着剤などで接着され固定されている。また、同様に、下側樹脂体１２は、一つおきの永久磁石２２の振動膜１０に対向する面に配置されて固定されている。
このように樹脂体１１，１２は、片面５つずつで１０個の樹脂体１１，１２を用いて５箇所で支持する構成にして、４つの波をもつ振動（２波長分の分割振動）にすれば最大出力にしても、振動膜１０が永久磁石２１，２２に接触しないものと仮定して、片面５つずつで１０個の樹脂体１１，１２を用いて５箇所で支持される構成である。

次に電磁変換器１の組立方法について説明する。
上下の各フレーム３１，３２の内面に治具等で位置決めを行って永久磁石２１，２２を接着剤で接着させる。続いて樹脂体１１，１２は、永久磁石２１，２２の振動膜１０に対向する面、及び、フレーム３１，３２の内壁側面に接着剤で接着され保持される。このフレーム３１，３２が、先に導体コイル１０ｂを形成した振動膜１０を覆うように嵌め合わせられる。このように組み立てることで、樹脂体１１，１２に振動膜１０が挟み込まれる。

以上のように実施の形態２の電磁変換器１は、上記の構成にすることで、分割振動による部分的な大振幅を抑制することができ、実施の形態１の電磁変換器１と同様の効果を得ることができるとともに、フレーム３１，３２に設けられた放音孔３１ａ，３２ａを塞ぐことがないので影響を与えずに音場を形成することができる。

上述したように、本発明による電磁変換器は、振動膜が表面を分割するように上下に設けられた樹脂体を介して支持されるように構成したので、振動膜の分割振動による部分的な大振幅を抑制でき、異音の発生を防止するとともに、音圧周波数特性を平坦にし安定させることができる。また、振動膜に加重しない構成により振動膜の振動そのものを妨げない。

なお、本発明の電磁変換器１において、蛇行パターンからなる導体コイル１０ｂは振動膜１０の表面に形成されていると記載しているが、電気信号をより忠実にオーディオ振動として変換するために、振動膜１０の両面に導体コイル１０ｂを形成してもよい。

また、本発明の電磁変換器１において、着磁された帯状の永久磁石２１，２２を用いているが、フレーム３０に固定した後に着磁してもよく、また、所定の間隔で帯状に異なる磁極を交互に着磁している永久磁石板を用いてもよい。

また、本発明の実施の形態１〜３で示した振動膜１０に形成した導体コイル１０ｂと永久磁石２１，２２との配置は、この組み合わせに限るものではなく、例えば、電磁変換器１の長手方向に導体コイル１０ｂの長手直線部分とした蛇行形状を形成し、電磁変換器１の長手方向に帯状の永久磁石２１，２２の長手方向を配置してもよい。

また、本発明における樹脂体１１，１２は、ウレタン等の樹脂からなると説明したが、その他にも発泡ゴム、シリコンゴム等の弾性のある材料で、耐熱性に優れている材料が適している。

また、本発明における樹脂体１１，１２は、振動膜１０の導体コイル１０ｂが駆動時に１００℃を超えるため、例えば蛇行パターンの折り返し部分に配置するなど、導体コイル１０ｂとの接触部分はできるだけ少ないことが好ましい。

また、本発明の電磁変換器１の永久磁石２１，２２は、磁性体（ネオジム、サマリウム−コバルト、フェライト等）粉とバインダー（樹脂、ゴム）とを混合して帯状に形成したボンド磁石を用いれば、焼結磁石に比べて低コストで製造することができ、形状等の自由度も高くすることができる。

また、本発明の電磁変換器１において円形の放音孔３１ａ，３２ａであると説明しているが、放音孔３１ａ，３２ａの形状は円形に限るものではなく、振動膜１０の振動によるオーディオ振動を効率的に放射させることができるように目的に応じて形状及び大きさが設計される。

また、本発明の実施の形態で示した各図は、説明の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の外観を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）分解斜視図である。実施の形態１の電磁変換器１の構成を示す（ａ）Ａ−Ａ線断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図及び（ｃ）振動膜１０の動作時を示すＡ−Ａ線断面図である。実施の形態２の電磁変換器１の構成を示す（ａ）Ａ−Ａ線断面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ線断面図及び（ｃ）振動膜１０の動作時を示すＡ−Ａ線断面図である。従来の電磁変換器１０の振動膜１００が永久磁石２１，２２へ接触する（ａ）分割振動が１／２波長分の場合、（ｂ）分割振動が１波長分の場合を示す図である。

符号の説明

１電磁変換器、１０振動膜、１０ａ基材、１０ｂ導体コイル（コイル）、１１，１２樹脂体、２１上側永久磁石、２２下側永久磁石、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

所定の間隔をおいて交互に異なる磁極に配置された永久磁石と、
上記永久磁石に対向して配置され、蛇行形状の導体コイルが薄膜状の樹脂表面上に形成されて、前記導体コイルに通電することにより上記永久磁石と電磁的に結合して厚み方向に振動する振動膜と、
上記永久磁石及び上記振動膜を覆うように支持するフレームとを備え、
上記振動膜は、その表面を分割する位置に設けられた樹脂体に挟み込まれて支持されることを特徴とする電磁変換器。
樹脂体は、フレームに保持されていることを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
樹脂体は、永久磁石に保持されていることを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。