JP2010109724A - 電磁変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガムーゾン型の全面駆動型のスピーカにおいて、スリム、薄型化が困難であった。
【解決手段】磁性体により形成される板状のフレーム３０と、フレームの略中央に一面が接するよう配置された棒状の永久磁石２０と、永久磁石のフレーム方向と反対方向面に一面が接するよう配置されたポールピース３１と、ポールピースのフレーム方向と反対方向面に設けられた支持部材４０と、フレームの両側面に設けられたフレーム側板部３０ａと、フレーム側板部に両端が固定され、一定の角度で折り曲げられた折り曲げ部１０ａを有し、折り曲げ部のフレーム方向の面を支持部材により支持された振動膜１０と、振動膜に設けられ、渦巻き状の導体パターンからなる導体１２と、を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、振動膜の表面にコイルパターンを備え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用いた矩形状の電磁変換器には、永久磁石板と振動膜を対向配置し、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覆われ、例えばスピーカ筐体に取り付けられている。
上記永久磁石板は、一定の間隔を置いて極性を交互に替えた帯状の着磁部位を有している。また、振動膜は、永久磁石板の交互に極性を替えて着磁されている部位の間隙（以下ここでは、磁石板の長手方向間隙の直線部を磁路と呼ぶことにする）に、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を当該振動膜の膜面に設けたものである。
振動膜に形成されているコイルパターンにオーディオ信号の電流が流れると、電磁コイルとして作用する導体パターンと永久磁石板の着磁パターンが電磁的に結合し、フレミングの法則によって導体パターンを有する振動膜が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板とフレームに窄孔された放音孔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、上記電磁変換器と同様な構成の電磁変換器も以前から存在し、「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。これは、上記永久磁石板が棒状磁石の構成になったものであり、その他の部材は同一のもので構成できる。棒状磁石は、同極を向かい合わせて（Ｎ極とＮ極、または、Ｓ極とＳ極）、棒と垂直な配列方向には交互に極が並ぶ構成となる（例えば、非特許文献参照）。この構成によれば、オーディオ再生の発音動作も上記と同じとなる。

特許第３１９２３７２号公報 佐伯多門監修、スピーカー＆エンクロージャー百科、誠文堂新光社、１９９９年５月発行

上記いずれの電磁変換器においても、その振動膜はコイルパターンによる駆動力が振動面に一様に発生して、所謂、全面駆動方式の電気音響変換器となっている。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が実現できると言うものである。図４にその代表的な構造の断面図を示すが、横方向に平行に配置された多数の磁石２０（紙面に垂直）の上下２層の間に振動膜１０が狭持されている。振動膜１０はシート状の基材１１と薄い金属箔の導体１２で構成され、導体１２は上下磁石２０中間の複数の磁路（図４では５磁路）に位置している。
このように多数の磁路で構成して大きな駆動力を得て再生音圧レベルを保っているので、例えば幅の狭いスリム電磁変換器の要求があった場合には、音圧レベル維持というような性能を保つことは難しかった。具体的には、部品点数（特に磁石）を減らすといった要求に答えられない欠点があった。

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、磁気回路構造を簡略化し、安価な薄型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、磁性体により形成される板状のフレームと、フレームの略中央に一面が接するよう配置された棒状の永久磁石と、永久磁石のフレーム方向と反対方向面に一面が接するよう配置されたポールピースと、ポールピースのフレーム方向と反対方向面に設けられた支持部材と、フレームの両側面に設けられたフレーム側板部と、フレーム側板部に両端が固定され、一定の角度で折り曲げられた折り曲げ部を有し、折り曲げ部のフレーム方向の面を支持部材により支持された振動膜と、振動膜に設けられ、渦巻き状の導体パターンからなる導体と、を有するものである。

この発明によれば、一定の角度で折り曲げられた折り曲げ部を有し、折り曲げ部のフレーム方向の面を支持部材により支持された振動膜と、振動膜に設けられ、渦巻き状の導体パターンからなる導体と、を有するように構成したので、磁界を有効に利用することができ、簡易な構成で安価なスリム電磁変換を得ることができる。

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（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の断面図を示す図であり、図の左右方向が電磁変換器の幅であり、上下方向が奥行き、紙面に垂直な方向が高さ（長さ）であり、高さに対してスリムで薄型な電磁変換器を示している。また、図１（ｂ）は、振動膜１０の面を示した平面図である。

電磁変換器１は、振動膜１０、永久磁石２０、フレーム３０及びポールピース３１から構成されており、永久磁石２０、フレーム３０及びポールピース３１により磁気回路が構成されている。

振動膜１０は、薄い高分子樹脂シートからなる基材１１と、図１（ｂ）に太線で示されるように、基材１１の両面に、多数のターンから成り、永久磁石２０の長手方向に平行に配置される部分が長くなるような渦巻状の導体パターンに形成される導体１２とで構成され、導体１２は駆動電流を供給する入力端子４３に接続されている。渦巻状の導体パターンに形成される導体１２は、金属箔のプレスやエッチングなどにより形成されるものである。また、振動膜１０の縦横比は５：１〜１０：１の縦長に構成され、例えば、ディスプレイ装置の左右の側面に配接するのに適したスリムな形状に構成される。

永久磁石２０は、表裏で異なる極性で着磁（両面２極着磁）された棒状の磁石から成る。図１（ａ）に示すように、電磁変換器１の振動膜１０方向面をＮ極、フレーム３０方向面をＳ極とし、電磁変換器１のフレーム３０の略中央に１本の永久磁石２０が接着剤等で固定されている。

フレーム３０は、例えば鉄などの金属からなる板状の磁性体であり、板状のフレーム３０の両側には振動膜１０、永久磁石２０及びポールピース３１を挟むようにフレーム側板部３０ａが設けられ、さらにフレーム側板部３０ａの上部には、永久磁石２０設置面と略並行なフレーム折り曲げ部３０ｂが一体に設けられる。このフレーム折り曲げ部３０ｂとポールピース３１との間で磁気ギャップが形成される。

永久磁石２０から発生した磁束を通すためのポールピース３１は、永久磁石２０とほぼ同一の形状を有し、永久磁石２０のフレーム３０方向と反対方向面に一面が接するように配置されている。さらにポールピース３１のフレーム３０方向と反対方向面に振動膜１０を支持する支持部材４０が配置されている。

振動膜１０は、略中央部に一定の角度に折り曲げられた折り曲げ部１０ａを有し、支持部材４０により山型に支持され、両端をフレーム側板部３０ａに接着剤等で固定されている。これにより振動膜１０は、フレーム３０のフレーム折り曲げ部３０ｂとポールピース３１間に形成される磁気ギャップ内に配置される。
この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１は以上のように構成されている。

上記のような構成の電磁変換器１の永久磁石２０において、その表面のＮ極から裏面のＳ極へと磁束が生じる。この永久磁石２０によって発生する磁束は、永久磁石２０の表面のＮ極から発生し、永久磁石２０の上部に配置されるポールピース３１を通り、ポールピース３１から電磁変換器１の幅方向左右にほぼ均等に２つに分かれて磁気ギャップを経てフレーム３０のフレーム折り曲げ部３０ｂに至り、永久磁石２０の裏面のＳ極に戻るループとなる。

ここで、フレーム折り曲げ部３０ｂとポールピース３１との間の磁気ギャップは広めで磁束は弱くなる傾向にあるが、多数の永久磁石２０を用いて隣り合う永久磁石２０の間隙の対向する位置に導体１２を設ける方式と異なり、導体１２を所定の間隔をおいて配置する必要がなく、導体１２を多数のターンから成る渦巻状に形成して、導体１２の間隔を狭く配置することで、振動膜１０の幅方向に導体１２を長く設け、駆動力の発生する有効面積を広く設けることができる。また、振動膜１０に一定の角度で折り曲げた折り曲げ部１０ｂを形成し、左右のフレーム折り曲げ部３０ｂとポールピース３１間での磁気ギャップ内に配置したので、１本の永久磁石２０から発生し、ポールピース３１を通り左右に分かれる磁束を効率よく利用することができ、振動膜１０に発生する駆動力を維持できることになる。

導体１２によって発生する駆動力をＦとするとＦ＝ＢＬＩでることが知られている。
ここで、Ｂは導体１２上での永久磁石２０により発生する磁束の磁束密度、Ｌは永久磁石２０の長手方向に平行に配置され、永久磁石２０により発生する磁束の振動膜１０上での位置に対応する導体１２の長さ、Ｉは導体１２に流れる電流である。図では振動膜１０の片側の斜面に設けられた導体１２のターン数は３本であるが、この導体１２のターン数を増やして導体１２の長さＬを大きくすれば、駆動力Ｆも増大することができる。

上記のような構成の電磁変換器１において、振動膜１０の導体１２へ電流が供給されると、導体１２と永久磁石２０とが電磁的に結合し、フレミングの左手の法則により振動膜１０が変位して振動が生じることにより、音波が発生し、外部に放出されることになる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１は、磁性体により形成される板状のフレーム３０と、フレーム３０の略中央に一面が接するよう配置された棒状の永久磁石２０と、永久磁石２０のフレーム３０方向と反対方向面に一面が接するよう配置されたポールピース３１と、ポールピース３１のフレーム３０方向と反対方向面に設けられた支持部材４０と、フレーム３０の両側面に設けられたフレーム側板部３０ａと、フレーム側板部３０ａに両端が固定され、一定の角度で折り曲げられた折り曲げ部１０ａを有し、折り曲げ部１０ａのフレーム３０方向の面を支持部材４０により支持された振動膜１０と、振動膜１０に設けられ、渦巻き状の導体パターンからなる導体１２とを有するので、磁界を有効に利用することで、簡易な構成で安価なスリム電磁変換器を得ることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１に係る電磁変換器１では、永久磁石２０をフレーム３０の略中央に配置するように構成したが、この発明の実施の形態２に係る電磁変換器１は、永久磁石２０をフレーム３０の幅方向両端に配置し、フレーム折り曲げ部３０ｂの代わりにプレート３２を設けたものであり、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２は、この発明の実施の形態２に係る電磁変換器１の断面図を示す図である。
永久磁石２０は、電磁変換器１のプレート３２方向面をＮ極、フレーム３０方向面をＳ極とし、電磁変換器１の幅方向両端面に各１本ずつ配置され、接着剤等で固定されている。また、プレート３２は、例えば鉄などの金属からなる板状の磁性体であり、永久磁石２０のフレーム方向と反対方向面に一面が接するように配置され、プレート３２とポールピース３１間に磁気ギャップが形成されるように構成されている。これらの永久磁石２０、プレート３２とフレーム３０、ポールピース３１により磁気回路が構成される。また、振動膜１０の両端は、永久磁石２０に接着剤等で固定されている。

フレーム３０の幅方向両端面に配置された永久磁石２０により生じる磁束は、左右の永久磁石２０のＮ極から発生し、左右のプレート３２から磁気ギャップを経て中央に配置されたポールピース３１を通り、フレーム３０でほぼ均等に左右に分かれて左右の永久磁石２０のＳ極に戻るループとなる。このように配置することで、永久磁石２０が中央に１本設けられた場合と比較して、薄型化を維持しながら、永久磁石２０の磁石体積をより大きくすることができ、磁力アップとなる。

以上のように、この発明の実施の形態２に係る電磁変換器１では、２本の永久磁石２０をフレーム３０の幅方向両端面に配置するように構成したので、磁石体積を大きくすることができ、磁力アップが可能となるため、薄型の電磁変換器１において、より駆動力を高めることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、振動膜１０の両端の固定方法はフレーム側板部３０ａや、永久磁石２０に直結する構造のものを示したが、この発明の実施の形態３に係る電磁変換器１では、特に低域の音圧再生を最適化するために、振動膜１０にロール状に形成されたエッジ１３の支持を介して固定するように構成したものである。また、フレーム折り曲げ部３０ｂの代わりにプレート３２を切り欠き面を設けて配置し、ポールピース３１の断面形状を曲面にし、構成したものである。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、この発明の実施の形態３に係る電磁変換器１を示した図である。
図３において、ポールピース３１は、振動膜１０に対向する面が曲面形状に構成されている。これにより、ポールピース３１からプレート３２に流れる磁束を、振動膜１０面に対してより均一に通すことができる。また、プレート３２は、振動膜１０面に対して磁束をより有効に鎖交させ、実効性を高めるための切り欠き面３２ａを有し、フレーム側板部３０ａの上部にフレーム３０とは別体に設けられる。これらのようにポールピース３１及びプレート３２を構成することにより、振動膜１０に対して磁束をより有効に作用させることができる。これらのポールピース３１、プレート３２と永久磁石２０、フレーム３０により磁気回路が構成される。

エッジ１３は、例えば、平織りの布にゴムもしくは樹脂を含浸またはコートしたものを熱プレス成形してロール状にしたものであり、このエッジ１３を振動膜１０の両端に接着剤等で接着し、エッジ１３の振動膜１０を接着した面の裏面をフレーム側板部３０ａに接着剤等で固定する。このように振動膜１０を、エッジ１３を介してフレーム側板部３０ａに固定することにより、適度な弾力性を得ることができ、良好な低音特性を得ることができる。

以上のように、この発明の実施の形態３に係る電磁変換器１は、ポールピース３１の振動膜１０に対向する面を曲面形状とし、プレート３２に切り欠き面３２ａを設け、振動膜１０は、ロール状に成形されたエッジ１３の支持を介してフレーム３０に固定するように構成したので、振動膜１０に対して磁束がより有効に作用し、また、低音の音圧再生を最適化することができるので、薄型で音響特性のよい電磁変換器を得ることができる。

なお、この発明の実施の形態２に係る電磁変換器１の場合においても、ポールピース３１の断面を曲面形状に形成することで、プレート３２からポールピース３１に流れる磁束が振動膜１０面に対してより均一になり、磁束を有効に作用させることができる。

また、この発明の実施の形態１〜３に係る電磁変換器１を構成するフレーム３０、ポールピース３１、プレート３２の寸法・形状は磁気回路の磁気ギャップ間の磁束密度を可能な限り高め、振動膜１０の導体１２の長さを長くし、駆動力をより高めるために最適化が必要であり、この発明の実施の形態に示したものに限られるものではない。

また、この発明の実施の形態１〜３に係る電磁変換器１では、振動膜１０の縦横比は５：１〜１０：１であるとして説明したが、これに限るものではなく、振動膜１０の縦横比が１０：１以上のより縦長でスリムな電磁変換器であってもよい。

この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁変換器の断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電磁変換器の断面図である。 従来の電磁変換器の断面図である。

符号の説明

１ 電磁変換器、１０ 振動膜、１０ａ 折り曲げ部、１１ 基材、１２ 導体、１３ エッジ、２０ 磁石、３０ フレーム、３０ａ フレーム側板部、３０ｂ フレーム折り曲げ部、３１ ポールピース、３２ プレート、３２ａ 切り欠き面、４０ 支持部材、４３ 入力端子。

Claims (8)

1. 磁性体により形成される板状のフレームと、
   前記フレームの略中央に一面が接するよう配置された棒状の永久磁石と、
   前記永久磁石の前記フレーム方向と反対方向面に一面が接するよう配置されたポールピースと、
   前記ポールピースの前記フレーム方向と反対方向面に設けられた支持部材と、
   前記フレームの両側面に設けられたフレーム側板部と、
   前記フレーム側板部に両端が固定され、一定の角度で折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部の前記フレーム方向の面を前記支持部材により支持された振動膜と、
   前記振動膜に設けられ、渦巻き状の導体パターンからなる導体と、
   を有する電磁変換器。
2. フレーム側板部に永久磁石設置面と略平行なフレーム折り曲げ部、若しくは、フレームの永久磁石設置面と略平行に設けられ、フレーム側板部と接するように配置され、磁性体により形成され、フレームとは別体に設けられたプレートを設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
3. フレーム折り曲げ部もしくはプレートは、振動膜に対向する部分に切り欠き面を有することを特徴とする請求項２記載の電磁変換器。
4. 磁性体により形成される板状のフレームと
   前記フレームの両端面状に一面が接するよう配置された複数の棒状の永久磁石と、
   前記永久磁石の前記フレーム方向と反対方向面に一面が接するよう配置され、磁性体により形成されたプレートと、
   前記フレームの略中央上面に下面が接するよう配置されたポールピースと
   前記ポールピースの前記フレーム方向と反対方向面に設けられた支持部材と、
   前記永久磁石に両端が固定され、一定の角度で折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部のフレーム方向の面を前記支持部材により支持された振動膜と、
   前記振動膜に設けられ、渦巻き状の導体パターンからなる導体と、
   を有する電磁変換器。
5. ポールピースは、振動膜に対する対向する面を曲面とすることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１記載の電磁変換器。
6. 振動膜は、ロール状に成形されたエッジの支持を介して固定されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１記載の電磁変換器。
7. 振動膜の縦横比は、５：１〜１０：１であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の電磁変換器。
8. 振動膜の縦横比は、１０：１以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の電磁変換器。

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