JP2010245601A - 全面駆動スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型でかつ小型でありながら実用的音圧レベルで音響再生が可能な高密度配置の磁気駆動方式を持ち、前面形状設計の自由度の高い全面駆動スピーカの提供。
【解決手段】 磁気駆動方式を、夫々小径の円形磁気ギャップを有して所定形状と面積の平面に高密度で併置整列させた複数の内磁型又は外磁型の磁気回路と、隣接する磁気ギャップの円形の一方の半部を次々に列の一端からたどり、列の他端で磁気ギャップの円形の他方の半部に繋いで列の始めの一端まで他方の半部を次々にたどる一筆書きパターンで形成したボイスコイルを磁気ギャップの磁界内に位置させて担持する振動板とで形成する。磁気回路の高密度化により、接近した磁性体が急激吸引されて振動板を損傷させ易いが、板状磁性体製のプロテクターを、ボイスコイルより大きめに設けた開口をボイスコイルと同心にして振動板前面に置き、振動板保護と磁束密度向上に資する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、薄型で小型の機器に内蔵させるために極めて薄型化され、小型化された全面駆動型のスピーカに関する。

近年、例えば小型平面テレビ等の電気ないし電子機器の薄型化、小型化の進展に伴い、これら機器が内蔵するスピーカについても、より薄型でより細幅であること、しかも実用的な音圧レベルでの音響再生が可能であり、更に、スピーカの前面形状についても、細幅と限らず、取付け場所に応じた各種形状を含むように設計の自由度が大きいことを求められている。

スピーカの薄型化のためには平面型のものであることが好適であり、平面型において音響特性を重視すれば全面駆動型スピーカが最適であるが、平面型ないし全面駆動型のスピーカにしても多様な種類と構成のものが見られるものの、上記の諸要求を満たすものは見られない。ただ、平面型スピーカにおいて、大きな音を遠方に伝達したい場合や、低音の再生限界を下げるためには振動板の面積を大きくする必要があり、その場合の課題解決策の一つが示されている（特許文献１参照）。

この文献では平面型音響変換装置として、第１と第２の平板状ヨークとそれらの中間の振動板とを平行に配置し、多数の小型方形の第１と第２の永久磁石群を、各ヨーク上でそれぞれ隣接する同士が異極となり、振動板を介して斜めに異極同士で対向する位置に列として第１と第２のヨークの内面側に配列し、振動板上の、第１と第２のヨーク間を斜交する第１と第２の磁石群の間の磁界と交差する位置にボイスコイルとしての導体線を配置してなる構成が示される。しかし、この構成において振動板面積を大きくすると第１と第２のヨーク間で対向する磁石群の吸引力が増大し、そのため各ヨークが湾曲してしまう。このような湾曲を抑えるために、少なくとも一方のヨークの略中央部分において、他方のヨークの磁石列と正面で対向する位置に反発力を生じる反発用磁石群を設けることが示される。この反発用磁石群は、しかし、音響変換に寄与することなく装置の重量を増大する点において却って不利であり、２枚の板状ヨーク間に間隙を置いて振動板を配する点において、音響変換装置をより薄型とすることを志向する場合に、この文献の示す構成は不適切である。

一方、平面型であって全面駆動型のスピーカにおいては振動板として表面に金属箔をコイル状に形成したプラスチックフィルムを用いるのが一般的であるが、その場合の耐熱性の低さと高域音をフラットに表現できない点を改善するために、金属製の振動板基板を用い、この基板上にボイスコイルを形成することが提案されている（特許文献２参照）。しかし、この場合も金属製の振動板基板に金属製のボイスコイルを設けるために基板とコイルとの間に絶縁層を介在させねばならず、本来小型で薄型のスピーカを更に薄型化することを意図する場合に何ら示唆することのない構成である。

厚さ数ミリメートルのスピーカを実現する手段の一つとして、多数の極小型平板スピーカを直並列で繋ぎ合わせる方法があり、そのために用いる微小平板コイルが提案されている（特許文献３参照）。この微小平板コイルにおいては、各コイルのユニットごとにコイルの両端末を絶縁基板の一面の周辺部に設けたボンディングパッドに接続されるが、微小な面積の基板上に、音響変換には直接寄与しないボンディングパッドが占める面積の比率がかなり大きくなって効率を下げる。更に、これらコイルを複数のユニットごとにまとめるための構造材や配線を別途設ける必要がある。また、まとめられたユニットの形状も方形または長方形に限られ、前面形状について設計の自由度は低い。

更に他の方法として、一つの薄型の磁気回路の上方に、ボイスコイルを備える振動板を近接配置し、スピーカユニットの中心軸線と水平に交わる磁束を利用する全面駆動型スピーカがあるが、その場合、磁束内の有効線長と磁束密度の改善のためには磁気回路を大型化する必要があった。つまり、線長を増すために配線本数を増やすが、そのために磁気ギャップを広げると磁束密度が下がるので、磁石を大きくすることが必要となる。また、この場合のスピーカユニットを前方から見たとき、縦長の振動板の左右に磁石部分が略同じ面積で並ぶ構成となるため、スピーカの薄型化と共に細幅化を図ることが困難である。

特開２００３−１０２０８８号公報 特開昭５７−４８８９５号公報 実開昭５３−４７５５２号公報

本発明が意図するスピーカの薄型化は、すでに小型平面テレビであって薄型を標榜する機種では厚さ１０ｍｍ以下が実現されていることを考慮し、実用のスピーカユニットの薄さの限界に挑む意味において、厚さ数ｍｍ以下、具体的に３ｍｍ以下のスピーカユニットの実現にある。この薄型スピーカに適合する駆動方式としては、元来扁平な構造を有する全面駆動型を採用するが、特許文献１が用いるような２枚のヨーク板で振動板を挟むものでなく、より薄型の、振動板の一面のみに磁気回路が対峙するものが望ましい。そして、小型化された小面積の振動板をもってなお実用的な音圧レベルを発生するために、駆動手段の単位面積当りの密度を上げるよう、より小型化された磁気回路をより多数用い、同様に小型化され多数化した振動板上のボイスコイルとの組合せにおいてより緻密なパターンで配列することにより、更に効率の良い、しかも前面形状を自由に設計可能とする全面駆動方式を達成することが求められる。

従って本発明は、より扁平化され、薄型化とともに小型化され、しかも実用的な音圧レベルの音響変換能力を有する高密度パターンで、前面形状の設計の自由度の高い駆動方式を持つ、全面駆動スピーカを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明による全面駆動スピーカは、それぞれ円形の磁気ギャップを包有し、互いに隣接して平面上に併置整列させた複数の磁気回路と、各磁気ギャップの円形の一方の半部ずつを磁気回路の隣接部分で隣の一方の半部に連結して列の一端から磁気ギャップの円形のなぞり書きを始め、列の他端で他方の半部に折り返して同様のなぞり書きを始めの一端の磁気ギャップで書き終わる一筆書きで交差させることなく繋ぐ線に沿って形成したボイスコイルを磁気ギャップと対峙させる振動板とよりなることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明による全面駆動スピーカは、請求項１のスピーカにおいて、磁気回路が内磁型および外磁型のいずれかでなることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明による全面駆動スピーカは、請求項１または２のスピーカにおいて、複数の磁気回路に対峙するボイスコイルの一筆書き連結形状によって設計可能となる多種の前面形状を有することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明による全面駆動スピーカは、請求項３のスピーカの前面形状が複数の磁気回路を１行とする略線状の細幅形状、ｍ行ｎ列の長方形状と台形状、中心から螺旋状に緻密に連続して広がる六角形状、螺旋状帯状に連続して巻いた円形状、緻密な俵積み形式による長六角形状を含むことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明による全面駆動スピーカは、請求項１のスピーカにおいて、ボイスコイルの長さが磁気回路の列の長さのπ倍となり、磁気回路の隣接部分における連結部分が駆動力に寄与しないことを考慮すれば、磁気回路１列の有効線長はπ×（０．７〜０．８）の間に、ｎ列を折り返して連結すればｎπ×（０．７〜０．８）の間に維持され、所定正面形状の所定面積内でのボイスコイルの有効線密度が高まることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明による全面駆動スピーカは、請求項２のスピーカにおいて、磁気回路を内磁型とする場合は複数の磁気回路のヨーク部分が、外磁型とする場合は複数の磁気回路の磁石部分が、それぞれ複数の磁気回路の円形磁気ギャップと磁石またはセンターポールに対応する円形穴を有する単一の板状体でなることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明による全面駆動スピーカは、請求項１〜６のいずれかのスピーカにおいて、各磁気ギャップに対応するボイスコイルより大きい径の開口をボイスコイルと同心に位置させて振動板の前面に配置させ、磁石またはセンターポールからの漏洩磁束を斜め外方に引き付けてボイスコイル位置の磁束密度を向上する磁性体でなるプロテクターを備えることを特徴とする。

スピーカユニットの薄型化の方向においては従来の扁平構造を有する全面駆動型の駆動方式を採用することが有利であり、更に小型化を意図して、円筒形の磁気ギャップを形成する内磁型または外磁型の磁気回路を小型化し、多数の小型磁気回路を緻密に並置して与えられた取付けスペースが許す面積の範囲内で全磁気回路の磁気ギャップ総計を最長とするとともに、この最長の磁気ギャップ総計にほぼ一致する長さとなるよう各円形磁気ギャップの各半部を連結して一筆書きでトレースしたパターンによるボイスコイルを組み合わせることによって、最大の有効線長を実現可能とし、従来の全面駆動型よりも更に高密度で均一な全面駆動が実現される。更に、これによって従来の全面駆動スピーカのコイル配置パターンに起因する振動モードの発生を根本的に防止し得る。

なお、上記の高密度駆動構成のスピーカにおいては全面に磁気回路のギャップが並ぶため、振動板が介在しても磁気回路近傍に接近した磁性体は激しく吸引され、振動板に損傷を与える恐れがあるが、本発明は磁性材製のプロテクターを振動板の前面に置いてこの危険から振動板を保護すると同時に、磁気回路が外磁型であればヨークのセンターポールからの、内磁型であれば磁石からの漏洩磁束の一部を斜めに引きつけてボイスコイルを通る磁束密度を向上させる。

図１は本発明による全面駆動スピーカの磁気ギャップとボイスコイルによる駆動方式の基本構成を略図的に示し、図１（Ａ）は複数の円筒型磁気回路の連続一列とした円形磁気回路を二重円で示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の各磁気ギャップについて一筆書きパターンとしたボイスコイルを示し、図１（Ｃ）はこれら磁気ギャップとボイスコイルを重ね合わせて基本構成における配列関係を示す。 図２は、図１の基本構成に基づくボイスコイルの有効線長と振動板の面積との関係における有利性の対比説明図で、簡略化のため磁気ギャップはボイスコイルＶＣとほぼ重なった図としてあり、図２（Ａ）は一方の大面積の対比例を、図２（Ｂ）は他方の小面積の対比例を示し、図２（Ｃ）は図２（Ａ）と同一面積において図１の基本構成が有効線長を増大し得ることを示し、図２（Ｄ）は図２（Ｃ）の磁気回路の配列をずらせて密度を上げ得ることを示す。 図３は本発明の基本構成における磁気回路の配列とボイスコイルの一筆書きパターンが適宜変更しうること、従ってスピーカ前面の形状に自由度があることを示し、図３（Ａ）〜（Ｃ）は同じ磁気回路配列において一筆書きパターンの経路を変え得ること、図３（Ｄ）は前面形状を６角形とし得ることとその場合の一筆書き経路の一例を示す。 図４は本発明の基本構成による全面駆動スピーカの実施例１の前面形状と磁気回路配列ならびにボイスコイルパターンを示す。 図５は実施例１の全面駆動スピーカの分解断面図である。 図６はプロテクターを備えた実施例２の全面駆動スピーカの分解断面図である。

小型スピーカにおいて実用レベルの音圧を得るには、それぞれ小型化され高密度に配列された最大多数の磁気ギャップと、これら磁気ギャップに対応するパターンで可能な最大の有効線長を持つボイスコイルを組み合わせた駆動方式を必要とする。本発明による駆動方式の基本構成の概念を図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

図１（Ａ）において二重円で示すように、小型化つまり小径化した多数の円形磁気回路ＭＣが密接して一列に設けられる。磁気回路ＭＣは内磁型の磁気回路によるものと外磁型の磁気回路によるもののいずれでも良い。また、磁気ギャップＭＧの径と数は、要求されるスピーカの寸法と性能に応じて選定される。

図１（Ｂ）は上記磁気回路ＭＣの列をいわゆる一筆書きでたどるパターンで例えばポリイミドフィルムによる振動板上に形成したボイスコイルＶＣであり、磁気ギャップＭＧの円の、それぞれの隣接部分で分けた半円の一方を列の一端からたどり始め、隣接部分で次々に隣のギャップの一方の半円に繋げ、列の他端において他方の半円に連結して再び隣接部分で次々と隣の他方の半円に繋げ、列の始めの一端に至るまで交差すること無く、磁気ギャップＭＧの連続円をたどることによって得たパターンである。図１（Ｃ）は駆動方式における図１（Ａ）の磁気回路ＭＣと図１（Ｂ）のボイスコイルＶＣの位置関係を示す。

図２（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の駆動方式パターンが、与えられたスピーカの前面面積内においてボイスコイルの有効線長を増大し得ることを説明する。図２（Ａ）の９ｃｍ長、３ｃｍ幅の長方形内に取り得る磁気回路ＭＣの最大外径は３ｃｍ、数は３個であり、ボイスコイルＶＣの径は磁気回路ＭＣの外径の８０％として２．４ｃｍとなる。この場合のボイスコイルの長さはπ×２．４×３＝２２．６ｃｍ、連結部の長さは０．６ｃｍ×２箇所×２本＝２．４ｃｍ、全体で２２．６＋２．４＝２５．０ｃｍとなる。

図２（Ｂ）の長方形は図２（Ａ）と同じ９ｃｍ長だが１ｃｍ幅とした場合、磁気回路ＭＣの最大外径は１ｃｍ、数は９個であり、ボイスコイルＶＣの径は０．８ｃｍとなる。ボイスコイルの長さはπ×０．８×９＝２２．６ｃｍ、連結部は０．２×８箇所×２本＝３．２ｃｍ、全体で２２．６＋３．２＝２５．８ｃｍとなる。つまり、本発明の駆動方式パターンによれば、面積を３分の１としてもボイスコイルの有効線長を僅かながら増加することが出来る。換言すれば、図２（Ａ）と同じ面積の長方形、つまり図２（Ｂ）の３倍の面積の長方形について図２（Ａ）のボイスコイルの３倍強の有効線長のボイスコイルが得られる。図２（Ｃ）はその場合の配列を示し、図２（Ａ）の長方形に対して本発明の駆動方式パターンを３列配置できること、したがって駆動方式パターンの列をＮ倍にすることによってボイスコイルの有効線長をＮ倍にし得ることを示す。図２（Ｄ）は、更に、駆動方式パターンの列を互いにずらしていわゆる俵積み型とすることにより、磁気ギャップ数を９個と１０個と９個の３列とし、図２（Ｃ）の長方形の幅を０．９１倍に縮め、配置密度を１．１倍に高め得ることを示す。

磁気回路ＭＣが図２（Ｃ）、（Ｄ）のように複数列に配置されている場合、ボイスコイルＶＣを一筆書きでたどる順序、つまり隣接する円形磁気回路ＭＣの半円を連結する進路は限定されない。図２（Ｃ）では３列配置の場合の１例として、上列の右端を始端として一方の半円を左へ、上列の左端から中列左端へ、そこから右へ、中列右端から下列右端へ、そこから左へ、下列左端で他方の半円へ折り返し、そこから同じ進路を逆にたどって同じ始端に至る連結進路を示す。図３（Ａ）は図２（Ｄ）の俵積み型３列の場合における図２（Ｃ）と本質的に同じ連結進路ＣＣを示すが、この例に限らず、図３（Ｂ）、（Ｃ）に連結進路ＣＣで示すように、各種のパターンを採ることが可能であり、いずれの場合でも、磁気ギャップとボイスコイルの径が同じであれば、すべて同じ線長となる。

本発明による全面駆動方式の基本構成が各種寸法の長方形に収まることは、すでに図２（Ｂ）〜（Ｄ）において明らかであるが、この基本構成は他の形状にも適合し得る。例えば図２（Ｄ）の俵積み型は長六角形とすることもでき、下列両端に磁気ギャップとボイスコイルによる要素を加えれば台形となる。そして、図３（Ｄ）に示すように正六角形の配列も可能であり、その場合の渦巻状の連結進路ＣＣも例示される。その他、図示はしないが正六角形から容易に想到される円形、ｍ行ｎ列で可能な三角形と方形も含まれる。また例えば磁気ギャップを２列とし、スピーカユニットを幅２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ３ｍｍとしたものに対して、同数の磁気ギャップを１列に並べ替え、スピーカユニットを幅１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍとして、同一の面積と性能を持って形状を変えることができる、つまり形状に自由性があることが理解されよう。

本発明による実施例１の全面駆動スピーカは、図４に示す全面駆動方式を用いたものであるが、この方式は図２（Ｄ）の俵積み型の磁気回路ＭＣとボイスコイルＶＣの基本構成であり、磁気ギャップＭＧはボイスコイルＶＣの単位円と重なっている。スピーカユニット外寸は幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ３ｍｍとし、その中に配置する磁気回路ＭＣは外径を８．８ｍｍ、厚さ２ｍｍとし、３列の磁気回路ＭＣをそれぞれ９個、１０個、９個による合計２８個とし、ボイスコイルＶＣは長六角形の振動板１上に、図３（Ａ）の連結進路ＣＣと同じ一筆書きパターンで形成され、下列右端に始・終端２を有する。

図５に実施例１の駆動方式の模式的な構成を分解断面図で示す。振動板１は１２．５μｍ厚のポリイミドフィルムＰＩ上に、１２．５μｍ厚、０．４μｍ幅の銅箔によるボイスコイルＶＣを形成し、１５μｍ厚の接着層を介して１２．５μｍ厚のポリイミドフィルムＰＩで被覆してなる。この振動板１の周辺にフレーム３を接着する。磁気回路の磁気ギャップは、磁気ギャップの外径となる径８．８ｍｍの円形穴を９個、１０個、９個の３列で有する磁石板（外磁型の場合）又はヨーク板（内磁型の場合）５と、磁気ギャップの内径となる円柱又は円板状のセンターポール（外磁型の場合）又は磁石（内磁型の場合）を円形穴と同数同配列で有するヨーク板又は磁石板６とを重合してなり、磁石板又はヨーク板５の円形穴にヨーク板又は磁石板６のセンターポール又は磁石がそれぞれ嵌入して磁気ギャップを形成する。重合した磁気回路はギャップ側表面を平坦とし、全センターポール又は磁石の表面にかけて接着剤を介して不織布４を載置し、フレーム３で保持した振動板１を磁石板（外磁型の場合）又はヨーク板（内磁型の場合）５の外周端に載置する。

このように構成した小型スピーカは実用上十分な感度を有する。

図６は本発明による実施例２の全面駆動スピーカを分解断面図で示す。この実施例２においては振動板１、フレーム３、不織布４と磁気回路ＭＣによる構成は実施例１と同じとするが、異なる点は振動板１の前面に、振動板１とは隙間を置いて、プロテクターＰを取付けたことである。本発明の特徴として振動板１の実質的に全面に磁気回路の磁気ギャップＭＧが配列されるため、振動板１を介在させてもスピーカ前面に磁性体を近づけると、磁気回路ＭＣに磁性体は激しく吸引されて振動板１に衝突し、振動板１に損傷を与える。本実施例２のプロテクターＰは先ず、振動板のこのような損傷を防止する。

更に、本実施例２のプロテクターＰは磁性体による板状体でなり、各磁気ギャップＭＧに対応する各ボイスコイルＶＣの外径よりやや大きい径の開口ＡＰを磁気ギャップＭＧに対応して備える。従ってヨーク板６のセンターポール又は磁石板６の磁心からの漏洩磁束の一部がプロテクターＰの開口ＡＰの外周部に、図６に一点鎖線で示すように、斜め上方に引付けられ、振動板１のボイスコイルＶＣを通過する磁束密度の向上に寄与する。

ＭＣ 磁気回路
ＶＣ ボイスコイル
ＣＣ 連結進路
ＰＩ ポリイミドフィルム
１ 振動板
２ 始・終端
３ フレーム
４ 不織布
５ 磁石板又はヨーク板
６ ヨーク板又は磁石板
ＭＧ 磁気ギャップ
Ｐ プロテクター
ＡＰ 開口

Claims (7)

1. それぞれ円形の磁気ギャップを包有し、互いに隣接して平面上に併置整列させた複数の磁気回路と、各磁気ギャップの円形の一方の半部ずつを磁気回路の隣接部分で隣の一方の半部に連結して列の一端から磁気ギャップの円形のなぞり書きを始め、列の他端で他方の半部に折り返して同様のなぞり書きを始めの一端の磁気ギャップで書き終わる一筆書きで交差させることなく繋ぐ線に沿って形成したボイスコイルを磁気ギャップと対峙させる振動板とよりなることを特徴とする、全面駆動スピーカ。
2. 磁気回路が内磁型および外磁型のいずれかでなることを特徴とする、請求項１記載の全面駆動スピーカ。
3. 複数の磁気回路に対峙するボイスコイルの一筆書き連結形状によって設計可能となる多種の前面形状を有することを特徴とする、請求項１または２記載の全面駆動スピーカ。
4. スピーカの前面形状が複数の磁気回路を１行とする略線状の細幅形状、ｍ行ｎ列の長方形状と台形状、中心から螺旋状に緻密に連続して広がる六角形状、螺旋状帯状に連続して巻いた円形状、緻密な俵積み形式による長六角形状を含むことを特徴とする、請求項３記載の全面駆動スピーカ。
5. ボイスコイルの長さが磁気回路の列の長さのπ倍となり、磁気回路の隣接部分における連結部分が駆動力に寄与しないことを考慮すれば、磁気回路１列の有効線長はπ×（０．７〜０．８）の間に、ｎ列を折り返して連結すればｎπ×（０．７〜０．８）の間に維持され、所定正面形状の所定面積内でのボイスコイルの有効線密度が高まることを特徴とする、請求項１記載の全面駆動スピーカ。
6. 磁気回路を内磁型とする場合は複数の磁気回路のヨーク部分が、外磁型とする場合は複数の磁気回路の磁石部分が、それぞれ複数の磁気回路の円形磁気ギャップと磁石またはセンターポールに対応する円形穴を有する単一の板状体でなることを特徴とする、請求項２記載の全面駆動スピーカ。
7. 各磁気ギャップに対応するボイスコイルより大きい径の開口をボイスコイルと同心に位置させて振動板の前面に配置させ、磁石またはセンターポールからの漏洩磁束を斜め外方に引き付けてボイスコイル位置の磁束密度を向上する磁性体でなるプロテクターを備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の全面駆動スピーカ。
   

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