JP2010098461A - 平面スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】振動体が外部から損傷を受けることが少ない平面スピーカを提供する。
【解決手段】音響信号の電流値が変化するとソレノイド６０のピン６１が移動し、第２磁石プレート５２がＸ軸方向へ移動する。すると第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間に生じている反発力が変化し、振動体４０がＺ軸方向へ変位して振動体４０から音が発生する。外側に面している振動体４０は金属で形成されているため、振動体４０に物が衝突しても破損する虞が少なく、音の再生に支障がでることがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、平面スピーカに関する。

特許文献１に開示された平面スピーカは、振動膜と複数の永久磁石を有しており、振動膜の両面には渦巻き状で面状のコイルが複数配置されている。また、コイルと永久磁石は対向しており、コイルに電流が流されると振動膜と垂直方向に力が働いて振動膜が変位する。そして、コイルに音響信号を供給すると、音響信号に応じてコイルに流れる電流が変化し、これに応じて振動膜に働く力も変化することとなり、振動膜が振動して音響信号に応じた音声がスピーカから発生する。
なお、特許文献１に開示された平面スピーカにおいては、コイルに電流が流れると熱が発生し、また、コイルが振動膜と共に激しく振動して力を受けるため、振動膜とコイルとの接着力が弱いとコイルが振動膜から剥離するおそれがある。そこで特許文献１に開示された平面スピーカでは、コイルを覆うように樹脂の被膜が設けられており、この被膜によりコイルは振動膜に押さえつけられ、コイルが振動膜から剥離するのが阻止されている。

特開２００１−３３３４９３号公報

さて、スピーカは、経年劣化による損傷以外に外部から物が衝突することによって損傷する場合があり、たとえば、一般家庭においては幼児などが直接触れたり、玩具などが衝突して振動膜が損傷する場合がある。特許文献１に開示されたスピーカにおいては、振動膜の表面に樹脂の被膜がされており、この被膜により多少の損傷は防げるものの、鋭利なものなどについては損傷を防ぐのが難しく、被膜が破られてコイルが損傷し、音の再生に支障がでる場合がある。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、振動体が外部から損傷を受けることが少ない平面スピーカを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、板状の振動体と、板状で前記振動体と対向して距離をおいて位置する駆動体と、音を表す音響信号に応じて前記駆動体を移動させる駆動手段とを有し、前記振動体は、前記駆動体に対向している面側にＮ極またはＳ極の第１領域を有し、前記駆動体は、前記振動体に対向している面側に前記第１領域の極と同じ極の第２領域を有し、前記駆動手段により前記駆動体が移動すると前記第１領域に対して前記第２領域が移動し、前記第１領域と前記第２領域との間に生じる反発力が変化して前記振動体が変位することを特徴とする平面スピーカを提供する。

本発明においては、前記振動体は、前記駆動体に対向している面側に前記第１領域と異なる極の第３領域を有し、前記駆動体は、前記振動体に対向している面側に前記第３領域と同じ極の第４領域を有し、前記駆動手段により前記駆動体が移動すると前記第３領域に対して前記第４領域が移動し、前記第３領域と前記第４領域との間に生じる反発力も変化して前記振動体が変位する構成としてもよい。
また、本発明においては、前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域および前記第４領域は規則的に並んでいる構成としてもよい。
また、本発明においては、板状で磁性を有するプレートが、少なくとも前記振動体において前記駆動体に対向している面と反対側の面または前記駆動体において前記振動体に対向している面と反対側の面のいずれかに固着されている構成としてもよい。
また、本発明においては、前記振動体は側面の一部を中心にして該側面と反対側の側面が変位する構成としてもよい。

また、本発明は、板状の振動体と、板状で前記振動体と対向して距離をおいて位置する駆動体と、音を表す音響信号に応じて前記駆動体を移動させる駆動手段とを有し、前記振動体は、前記駆動体に対向している面側にＮ極またはＳ極の第１領域を有し、前記駆動体は、前記振動体に対向している面側に前記第１領域の極と異なる極の第２領域を有し、前記駆動手段により前記駆動体が移動すると前記第１領域に対して前記第２領域が移動し、前記第１領域と前記第２領域との間に生じる吸引力が変化して前記振動体が前記駆動体から離れる方向または前記駆動体に近づく方向に変位することを特徴とする平面スピーカを提供する。

本発明によれば、振動体が外部から損傷を受けることが少ない平面スピーカを提供することができる。

［実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る平面スピーカ１の外観を模式的に示した図、図２は、平面スピーカ１の断面を模式的に示した図である。なお、図面においては、各構成要素の寸法は構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。

（平面スピーカ１の各部の構成）
まず、筐体１０は、板状で正方形の底板１１と、正方形の角管の形状をした側壁１２とで構成されており、底板１１が側壁１２の一方の開口部を塞ぐようにして側壁１２の固着されている。

振動体４０は、磁性を有する金属を板状で正方形の形状に加工した第１プレート４１と、板状で一方の面側がＮ極で他方の面側がＳ極であって正方形の磁石４５を複数連結した第１磁石プレート４２とで構成されている。ここで、第１磁石プレート４２は、図３に示したようにＮ極とＳ極とが交互に並ぶようにして磁石４５を３行３列に配列し、隣接する磁石同士を固着して板状にしたものである。第１磁石プレート４２は、その面積が第１プレート４１より狭くなっており、中央にＮ極がある面側を第１プレート４１に向けて第１プレート４１の中央部分に固着されている。

駆動体５０は、磁性を有する金属を板状で正方形の形状に加工した第２プレート５１と、第１磁石プレート４２と同じく磁石４５を３行３列に配列し、隣接する磁石同士を固着して板状にした構成の第２磁石プレート５２とで構成されている。第２磁石プレート５２は、その面積が第２プレート５１と同じとなっており、中央にＮ極がある面側を第２プレート５１に向けて第２プレート５１に固着されている。

ダンパ３０は、振動体４０を支持するための部材であって、弾性を有する素材を正方形の枠形の形状にしたものである。また、ダンパ３０はコルゲート加工されていて断面を見ると半円形の部分があり、内周部分にＺ方向への力が加わると半円形の部分が変形し、加えられていた力がなくなると元の形状に戻る。

ソレノイド６０は、筐体１０に設けられた入力端子（図示略）を介して外部から供給される信号の電気エネルギーを機械的な直線運動に変換するものである。ソレノイド６０はピン６１を有しており、供給された信号に応じてこのピンを移動させる。

支持部材２５は底板１１と同じ素材を板状で長方形の形状に加工したものであり、図２に示したように底板１１に固着され、底板１１と直交する壁となっている。
バネ３５はコイルバネであり、一端が支持部材２５に固着され、もう一端が駆動体５０の側面に固着されている。

（平面スピーカ１の構造）
平面スピーカ１においては、複数のソレノイド６０がＸ方向に並べられて底板１１に固着されており、各ソレノイド６０のピン６１が図２に示したように駆動体５０の一つの側面に固着されている。そして、駆動体５０においてピン６１に固着されている側と反対側の側面はバネ３５に固着されており、駆動体５０は図２に示したように底板１１と距離をおいてソレノイド６０と支持部材２５およびバネ３５により支持されている。なお、駆動体５０は第２プレート５１が底板１１と向かい合うようしてバネ３５とピン６１に固着されており、第２磁石プレート５２は中央にＳ極がある面側がＺ方向（底板１１と反対の方向）を向いている。

また、側壁１２において底板１１が固着されている側と反対側の開口部においては、ダンパ３０の外縁が側壁１２の内周側に固着されており、ダンパ３０の内縁には第１プレート４１の側面が固着されている。なお、第１プレート４１は、図２に示したように第１磁石プレート４２が第２磁石プレート５２と向かい合うようにしてダンパ３０の内縁に固着されており、中央にＳ極がある面側が第２磁石プレート５２の方向に向いている。
このため、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２は、各磁石プレートを構成する磁石同士が対向し、図４示したように対向する磁石同士は相手に向いている面側の極性が互いに同じとなる領域がある。

（平面スピーカ１の動作）
次に、平面スピーカ１の動作について説明する。
平面スピーカ１においては、音を表す交流の音響信号が図示せぬ入力端子から入力されてソレノイド６０へ送られる。ソレノイド６０は、音響信号が入力されると、入力された音響信号に応じてピン６１を移動させる。

具体的には、入力端子に入力される音響信号は交流の音響信号にバイアス電流Ｉbを加えたものであり、図５に示したようにバイアス電流Ｉbを中心にして電流値の振幅が最大値Ｉmaxから最小値Ｉminの範囲内に入るように調整されている。そして、バイアス電流が加えられる前の音響信号の電流の値が０の時には、電流値がＩbである信号が入力端子に入力され、この信号の電流値に応じてソレノイド６０のピン６１が移動する。
ここで、第１磁石プレート４２とピン６１により移動させられた第２磁石プレート５２の位置関係は図６（ｂ）に示したようになり、Ｚ方向から見るとＹ方向にはずれていないものの、第１磁石プレート４２から見て第２磁石プレート５２はＸ方向へｘ１だけずれていて、第１磁石プレート４２において第２磁石プレート５２に対向してる面の８０％の領域が第２磁石プレート５２において第１プレート４１に対向している面の極性と同じとなる。
そして、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間で互いに同じ極同士が対向している領域においては反発力が生じる。駆動体５０はＺ方向への変位が拘束されており、一方、振動体４０はＺ方向への変位がダンパ３０により可能となっているため、発生した反発力により第１磁石プレート４２を有する振動体４０が変位し、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間の距離が反発力に応じた距離となる。

また、バイアス電流が加えられる前の音響信号が変化してこの信号の電流値が最大値となると、電流値がＩmaxである信号が入力端子に入力され、この信号の電流値に応じてソレノイド６０のピン６１がＸ軸の負の方向へ移動する。ここで、第１磁石プレート４２とピン６１により移動させられた第２磁石プレート５２との位置関係は図６（ａ）に示したようになり、第１磁石プレート４２から見て第２磁石プレート５２はＸ方向へｘ２だけずれていて（ｘ２＜ｘ１）、第１磁石プレート４２において第２磁石プレート５２に対向してる面の９５％の領域が第２磁石プレート５２において第１磁石プレート４２に対向している面の極性と同じとなる。
そして、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間で互いに同じ極同士が対向している領域においては反発力が生じるが、図６（ｂ）の状態より同じ極同士が対向している領域が大きくなって図６（ｂ）の時より反発力が大きくなっているため、第１磁石プレート４２は第１プレート４１と共に図６（ｂ）の状態より第２磁石プレート５２から離れることとなる。

また、バイアス電流が加えられる前の音響信号が変化してこの信号の電流値が最小値となると、電流値がＩminである信号が入力端子に入力され、この信号の電流値に応じてソレノイド６０のピン６１がＸ軸の正の方向へ移動する。ここで、第１磁石プレート４２とピン６１により移動させられた第２磁石プレート５２との位置関係は図６（ｃ）に示したようになり、第１磁石プレート４２から見て第２磁石プレート５２はＸ方向へｘ３だけずれていて（ｘ３＞ｘ１）、第１磁石プレート４２において第２磁石プレート５２に対向してる面の６５％の領域が第２磁石プレート５２において第１磁石プレート４２に対向している面の極性と同じとなる。
そして、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間で互いに同じ極同士が対向している領域においては反発力が生じるが、図６（ｂ）の状態より同じ極同士が対向している領域が小さくなって図６（ｂ）の時より反発力が小さくなるため、第１磁石プレート４２は第１プレート４１と共に図６（ｂ）の状態より第２磁石プレート５２へ近づくこととなる。

このように、平面スピーカ１においては、第１磁石プレート４２が音響信号に応じて図のＺ方向またはＺ方向と逆方向に変位する。そして、その変位方向が逐次変わることによって振動となり、その振動状態（振動数、振幅、位相）に応じた音が振動体４０から発生する。

本実施形態においては、外側に面している振動体４０は金属で形成されているため、振動体４０に物が衝突しても破損する虞が少なく、音の再生に支障がでることがない。
また、本実施形態においては振動体４０は面全体が第２磁石プレート５２により駆動されるため、振動体４０において分割共振が発生しにくくなっている。
また、本実施形態においては、各磁石プレートにおいて磁石が規則的に連結されているため、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２とが対向した時に反発力のバランスを取りやすく振動体４０と駆動体５０との平行を保ちやすい。
また、本実施形態においては第１プレート４１と第２プレート５２は磁束を集めるヨークとなるため、第１プレート４１と第２プレート４２を備えない構成と比較して磁力が反発力が大きくなる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

上述した実施形態においては、振動体４０は駆動体５０の変位方向（実施形態中はＸ軸方向）に対して垂直な方向（実施形態中はＺ軸方向）に変位するが、振動体４０は駆動体５０に対して垂直方向に変位しなくてもよい。例えば図７に示した構成は、振動体４０が駆動体５０に対して垂直方向に変位しない構成の一例である。
駆動台７０は、駆動体５０を移動させるための台であり、支持台７１は振動体４０を支持するための台である。また、固定フィルム７２は、合成樹脂をフィルム状に形成したものであって自在に折り曲げ可能となっており、振動体４０と支持台７１に接着されて振動体４０を支持台７１に取り付ける。
また、図７においては振動体４０は帯状のダンパ３０に固着され、ダンパ３０は側壁１２に固着されている。また、駆動台７０はピン６１に固着されており、ソレノイド６０が動作してピン６１が移動すると、ピン６１の移動に伴って移動する。

図７において第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２は実施形態と同様に対向しており、ソレノイド６０に音響信号が入力されるとピン６１が移動して駆動台７０と共に駆動体５０が移動する。そして、駆動台７０が移動して第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間で互いに異なる極性同士が対向している領域の大きさが変化すると、この領域の大きさの変化に伴って第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間に生じる反発力が変化する。

例えば、駆動台７０が図中の左方向へ移動して第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間に生じる反発力が大きくなると、固定フィルム７２は折り曲げ可能であるため、振動体４０は固定フィルム７２で駆動台７０に取り付けられている側を中心にして図７においては反時計方向に変位する。また、駆動台７０が図中の右方向へ移動して第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２との間に生じる反発力が小さくなると、固定フィルム７２は折り曲げ可能であるため、振動体４０は固定フィルム７２で駆動台７０に取り付けられている側を中心にして図７においては時計方向に変位する。このように、図７に示した構成においても振動体４０が音響信号に応じて変位するため、振動体４０からは音響信号に応じて音が発生する。
なお、図７に示した構成においては固定フィルム７２に替えてダンパ３０で振動体４０を支持してもよい。この構成によれば、振動体４０について水平方向と垂直方向の変位量をコントロールすることができる。また、この構成によれば駆動体５０の移動量が上述した実施形態と同じでも振動体４０の振幅を大きくとることができる。また、図７の構成においては、振動体４０が駆動体５０と平行を保って変位するようにしてもよい。

本発明においては、磁石４５の形状は正方形に限定されるものではなく、長方形、三角形、五角形以上の多角形、円形または楕円形などであってもよい。
また、第１磁石プレート４２や第２磁石プレート５２を構成する磁石４５の数は上述した実施形態の数に限定されるものではなく、９個未満や１０個以上であってもよい。
また、上述した実施形態においては、複数の磁石同士が固着されて磁石プレートを構成し、磁石プレートが第１プレート４１や第２プレート５１に固着されているが、磁石の磁石を隙間をあけて第１プレート４１や第２プレート５１に固着するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、駆動体５０はバネ３５を用いて支持されているが、弾性を有していればバネではなく膜状の合成樹脂をコルゲート加工したダンパなどで支持されていてもよい。
また、駆動体５０を支持する構成としては、駆動体５０が振動体４０の方向または振動体４０と反対方向へ変位するのを防げるのであれば、上下に距離をおいて平行に配置された平板の間に駆動体５０の端部を挿入し、この平板により駆動体５０を水平方向に移動可能に支持するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、平面スピーカ１は第１プレート４１と第２プレート５１を備えているが、平面スピーカ１は、第１プレート４１と第２プレート５１の両方を備えない構成、または第１プレート４１と第２プレート５１のいずれか一方を備えない構成であってもよい。

上述した実施形態においては、第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２は、図３に示したようにＮ極とＳ極とが交互に並んだ構成となっているが、Ｚ軸の方向から見て１列目がＮ極、２列目がＳ極、３列目がＮ極というように磁石４５を並べた構成としてもよい。

上述した実施形態においては対向する第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２とにおいて同じ極同士が対向しているが、異なる極同士を対向させ、異なる極が対向する領域の広さが音響信号に応じて変化するように駆動体５０を変位させるようにしてもよい。この構成によれば、異なる極同士の間で働く吸引力が変化し、振動体４０が変位して音が発生する。

本発明の一実施形態に係る平面スピーカ１の外観の模式図である。 平面スピーカ１の断面図である。 第１磁石プレート４２の外観図である。 第１磁石プレート４２と第２磁石プレート５２の位置関係を示した図である。 ソレノイド６０に入力される音響信号を例示した図である。 平面スピーカ１の動作を説明するための図である。 本発明の変形例の断面図である。

符号の説明

１・・・平面スピーカ、１０・・・筐体、１１・・・底板、１２・・・側壁、２５・・・支持部材、３０・・・ダンパ、３５・・・バネ、４０・・・振動体、４１・・・第１プレート、４２・・・第１磁石プレート、５０・・・駆動体、５１・・・第２プレート、５２・・・第２磁石プレート、６０・・・ソレノイド、６１・・・ピン

Claims (6)

1. 板状の振動体と、
   板状で前記振動体と対向して距離をおいて位置する駆動体と、
   音を表す音響信号に応じて前記駆動体を移動させる駆動手段と
   を有し、
   前記振動体は、前記駆動体に対向している面側にＮ極またはＳ極の第１領域を有し、
   前記駆動体は、前記振動体に対向している面側に前記第１領域の極と同じ極の第２領域を有し、
   前記駆動手段により前記駆動体が移動すると前記第１領域に対して前記第２領域が移動し、前記第１領域と前記第２領域との間に生じる反発力が変化して前記振動体が前記駆動体から離れる方向または前記駆動体に近づく方向に変位すること
   を特徴とする平面スピーカ。
2. 前記振動体は、前記駆動体に対向している面側に前記第１領域と異なる極の第３領域を有し、
   前記駆動体は、前記振動体体に対向している面側に前記第３領域と同じ極の第４領域を有し、
   前記駆動手段により前記駆動体が移動すると前記第３領域に対して前記第４領域が移動し、前記第３領域と前記第４領域との間に生じる反発力も変化して前記振動体が変位すること
   を特徴とする請求項１に記載の平面スピーカ。
3. 前記第１領域、前記第２領域、前記第３領域および前記第４領域は規則的に並んでいることを特徴とする請求項２に記載の平面スピーカ。
4. 板状で磁性を有するプレートが、少なくとも前記振動体において前記駆動体に対向している面と反対側の面または前記駆動体において前記振動体に対向している面と反対側の面のいずれかに固着されていること
   を特徴とする請求項２または請求項３に記載の平面スピーカ。
5. 前記振動体は側面の一部を中心にして該側面と反対側の側面が変位することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の平面スピーカ。
6. 板状の振動体と、
   板状で前記振動体と対向して距離をおいて位置する駆動体と、
   音を表す音響信号に応じて前記駆動体を移動させる駆動手段と
   を有し、
   前記振動体は、前記駆動体に対向している面側にＮ極またはＳ極の第１領域を有し、
   前記駆動体は、前記振動体に対向している面側に前記第１領域の極と異なる極の第２領域を有し、
   前記駆動手段により前記駆動体が移動すると前記第１領域に対して前記第２領域が移動し、前記第１領域と前記第２領域との間に生じる吸引力が変化して前記振動体が前記駆動体から離れる方向または前記駆動体に近づく方向に変位すること
   を特徴とする平面スピーカ。

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