JP3842395B2

JP3842395B2 - 全面駆動型スピーカ

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Publication number: JP3842395B2
Application number: JP22488697A
Authority: JP
Inventors: 裕次和泉
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: JPH1169487A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気音響変換装置に関し、特に、磁性材料を用いた振動板にその板面に沿って磁束を通し、磁束と鎖交する方向に電流を流して振動板を振動させる全面駆動型スピーカに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性材料からなる振動板にその板面に沿って磁束を通し、磁束と鎖交する方向に音声電流を流して振動板を音響振動させる電気音響変換装置は、例えば特公昭４７−１４９３６号公報に記載されているように公知である。
【０００３】
この装置は、図９に示すように、マグネット１１，１１’の磁極１４，１５間を金属磁性材料からなる振動板１３により橋絡して、振動板１３中に矢印１８で示すように磁束が通るようにし、かつ、リード線１６，１７を通じて振動板１３に点線の矢印で示すように磁束と鎖交する方向に音声電流を流すようにしたものである。
【０００４】
この装置では、振動板１３中での磁束と電流の相互作用により、振動板１３が磁束および電流の方向と直交する方向で振動し、電流に対応した音響を発生する。すなわち、電気音響変換装置となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の電気音響変換装置は、磁束を発生させるために磁石を用いている。磁石は、電気音響変換に必要な磁束密度を得るためには、ある程度の大きさを必要とし、このため、磁石を用いる限り電気音響変換装置の薄型化には限界がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、薄型化が容易な全面駆動型スピーカを実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）課題を解決するための請求項１の発明は、導電性の板部材と、前記板部材にその板面に平行な電流を通じる通電手段と、前記板部材の少なくとも１つの面に電気的に絶縁して被着され、前記電流によって生じる磁束を通す磁気通路およびこの磁気通路の磁束と鎖交する電流を通す電気通路を構成する導電性の磁性膜と、前記磁性膜が被着された前記板部材を振動可能に支持する支持手段と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明では、板部材に流れる電流による磁束が磁性膜中に集中する。そして、磁性膜中の磁束との相互作用により、外部から電気通路に与えられた電流に応じた板部材の振動が生じる。
【０００９】
（２）課題を解決するための請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記磁性膜が、前記磁束と鎖交する方向において互いに平行になるように分離されかつ互いに同じ方向に電流を流すように直列に接続された複数の条体である、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明では、直列接続された複数の条体に流れる電流によって能率良く振動が発生する。
（３）課題を解決するための請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記支持手段が前記板部材を支持する第２の板部材を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明では、第２の板部材が、磁性膜が被着された板部材と一体の振動板となり、その振動特性が電気音響変換の周波数特性を支配する。
（４）課題を解決するための請求項４の発明は、渦巻状あるいは蛇行状の連続的な偏平のパターンをなす導電部材と、前記導電部材にそのパターンに沿って電流を通じる通電手段と、前記導電部材のパターンに沿い少なくとも１つの偏平面に電気的に絶縁して被着され、前記電流によって生じる磁束を通す磁気通路およびこの磁気通路の磁束と鎖交する電流を通す電気通路を構成する導電性の磁性膜と、前記磁性膜が被着された前記導電部材を振動可能に支持する支持手段と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明では、連続的な偏平のパターンをなす導電部材に流れる電流による磁束が磁性膜中に集中する。そして、磁性膜中の磁束との相互作用により、外部から電気通路に与えられた電流に応じた導電部材の振動が生じる。
【００１３】
（５）課題を解決するための請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記支持手段が、前記磁性膜が被着された前記導電部材を支持する支持板部材を備える、
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明では、支持板部材が、磁性膜が被着された導電部材と一体の振動板となり、その振動特性が電気音響変換の周波数特性を支配する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
（発明の実施の形態の第１の例）
図１に全面駆動型スピーカの模式的構成を示す。本スピーカは、本発明の実施の形態の第１の例である。
【００１７】
（構成）
本スピーカの構成を説明する。図１に示すように、本スピーカは導電性の板部材２を有する。板部材２は、本発明における板部材の実施の形態の一例である。板部材２は、例えば銅やアルミニウム等の導電材料を用いて構成される。
【００１８】
板部材２の両面には、導電性の磁性膜４，４’がそれぞれ被着されている。磁性膜４，４’は、本発明における磁性膜の実施の形態の一例である。磁性膜４，４’は、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。以下では両面に磁性膜を設けた例について説明する。
【００１９】
磁性膜４，４’は、例えばパーマロイ等の高透磁率の金属磁性材料を、例えばメッキやスパッタリングすること等によって構成される。金属磁性材料は、パーマロイに限らず他の高透磁率合金であって良い。金属磁性材料は一般的に導電性を有する。
【００２０】
板部材２と磁性膜４，４’の間には絶縁層６，６’が介在する。絶縁層６，６’は、例えばポリエステル等の高分子絶縁材料の膜によって構成される。その他、板部材２の表面に形成する酸化膜層や接着剤層等によって構成しても良い。
【００２１】
両面に磁性膜４，４’が被着された板部材２は、振動板８を構成する。振動板８は、図におけるｘ方向の両端部が支持部材１０，１０’で支持されている。支持部材１０，１０’は、本発明における支持手段の実施の形態の一例である。
【００２２】
板部材２には、図におけるｙ方向、すなわち、例えば矢印２２の方向に沿って、電流が通じられるようになっている。電流は、図示しない電流供給源から例えば直流の定電流として与えられる。電流供給源は、本発明における通電手段の実施の形態の一例である。電流供給源として可変出力のものを用いれば、電流値を変更することができる。
【００２３】
板部材２を流れる電流によって磁界が生じ、この磁界によって板部材２の周りに磁束が生じる。この磁束は、板部材２の両面に高透磁率の磁性膜４，４’が被着されていることにより、それらに集中して通過する。すなわち、磁性膜４，４’は磁気通路を構成することになる。
【００２４】
磁束は、例えば破線の矢印２４で示すように、磁性膜４，４’中を図のｘ方向に通過して板部材２の周りを周回する。このような周回磁束が、板部材２のｙ方向の全長にわたって形成される。
【００２５】
例えば、板部材２の厚さを５μｍ、幅を５００μｍとし、磁性膜４，４’および絶縁層６，６’の厚さをいずれも２．５μｍとしたとき、板部材２に１Ａの電流を通じることにより、磁性膜４，４’中に０．８Ｔ（テスラ）程度の磁束密度の磁束を生じさせることができる。すなわち、磁石を用いた通常のスピーカにおけるのと同程度の磁束密度を得ることができる。
【００２６】
図２に、磁性膜４における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す。同図に示すように、磁性膜４のｘ方向の０．０００１５〜０．０００３５ｍの範囲で０．８２１〜０．８２６Ｔの磁束密度が得られる。
【００２７】
磁束密度は、振動板８の各層を薄くするほど高くなる傾向を有する。また、板部材２に流す電流値を調節することにより、磁性膜４，４’中の磁束密度を調節することができる。
【００２８】
磁性膜４，４’には、ｙ方向すなわち矢印２６，２６’の方向に沿って、電流が入力されるようになっている。これらの電流は、図示しない電流入力回路から入力される。
【００２９】
磁性膜４，４’は、入力電流のための電気通路をも構成する。この電気通路を流れる電流は磁性膜４，４’の中で磁束と鎖交する。すなわち、磁気通路と鎖交する電気通路が構成される。
【００３０】
（動作）
本スピーカの動作を説明する。図示しない電流入力回路から、磁性膜４，４’に、矢印２６，２６’の方向に沿ってそれぞれ電流を入力する。なお、磁性膜４と４’では電流の方向を逆にする。そのような電流を流すには、磁性膜４と４’を、図における後端部で直列に接続するのが便利である。これによって、磁性膜４と４’は、一方が往路、他方が復路となり、同一値の電流が互いに逆方向に流れるようになる。
【００３１】
これらの電流はそれぞれ磁性膜４，４’中の磁束と鎖交するものとなる。このため、磁束と電流の相互作用により、磁性膜４，４’には、磁束および電流の方向と直交する方向、すなわち、矢印２８で示すように、膜面に垂直な方向に力が作用する。
【００３２】
この力は磁性膜４，４’の全面にわたってほぼ均等に作用する。磁性膜４と４’に供給される電流の極性が互いに逆であることにより、磁性膜４と４’には同じ向きに力が作用する。
【００３３】
供給された電流が例えば音声電流である場合は作用する力が変動し、それによって振動板８が振動する。この振動が周囲の空気に粗密波を発生する。すなわち、電気信号が音響信号に変換される。
【００３４】
本スピーカは、磁石を使用しないので容易に薄型化ないし小型化することができる。薄型化ないし小型化は、振動板８の各層の厚さを薄くして磁性膜４，４’中の磁束密度を高める点において、ますます好都合である。また、磁束発生用の電流供給源および信号入力用の電流入力回路は、半導体集積回路技術を利用して薄型化ないし小型化することが容易である。したがって、本スピーカは薄型化するのに好適な全面駆動型スピーカとなる。
【００３５】
薄型化した本スピーカを複数個用いて、アレイ(array) 型の全面駆動型スピーカを構成することができる。アレイは１次元アレイ、２次元アレイまたは３次元アレイのいずれでも構成することができる。アレイを構成した場合は、フェーズドアレイ(phased array)の手法を利用することにより、音響の指向性を自在に調節することができ、利便性が向上する。
【００３６】
また、電気音響変換に関わる磁束の発生を、板部材２に流す電流によっているので、この電流を調節することにより磁束密度を調節することができ、これによって、電気音響変換の感度を自在に調節することができる。
【００３７】
また、板部材２に流す電流をも入力信号とすることもできる。その場合、この入力信号と磁性膜４，４’に入力する電流との掛算に相当する音響出力を得ることができる。
【００３８】
また、磁性膜４と４’に与える電流をそれぞれ独自の入力信号とすることができる。その場合は、それらの代数和に相当する音響出力を得ることができる。
さらに、以上の２つの方式を組み合わせることによって、３入力の全面駆動型スピーカを得ることができる。
【００３９】
以上は、磁性膜４，４’を、板部材２の表面を連続的に覆うように設けた例であるが、磁性膜４，４’は、例えば図３に示すように、磁束と鎖交する方向の複数の平行な条体４１となるように形成し、これら複数の条体４１をリード線４２により直列に接続するようにしても良い。条体４１は、本発明における条体の実施の形態の一例である。このようにすることにより、同一の電流が複数回繰り返して磁束と鎖交するようになるので、電流当たりの能率が良い音響振動を発生させることができる。
【００４０】
磁性膜を板部材２の片面にのみ設けるときは、例えば図４に示すように条体４１をリード線４で同じ極性で直列に接続する。このようにしても、同一の電流を複数回繰り返して磁束と鎖交させ、電流当たりの能率が良い音響振動を発生させることができる。
【００４１】
（発明の実施の形態の第２の例）
図５に、本発明の実施の形態の第２の例の模式的構成を示す。図５において、図１と同様の部分に同一の符号を付し説明を省略する。同図に示すように、振動板８は、支持板２０の上に密着して取り付けられている。なお、振動板８は、図３または図４に示したようなものであっても良い。
【００４２】
これにより、支持板２０は振動板８と一体となって振動板８’を構成する。振動板８’においては、支持板２０の厚みが板厚の大部分を占めるようになっている。
【００４３】
支持板２０は、本発明における第２の板部材の実施の形態の一例である。電流供給線３２，３２’が振動板８の板部材２に接続されている。電流入力線３４，３４’が振動板８の磁性膜４，４’にそれぞれ接続されている。磁性膜４と４’は、図における後端部において互いに電気的に接続されている。
【００４４】
支持板２０の、図におけるｘ方向の両端部が支持部材１０，１０’で支持されている。支持板２０の両端付近は波型に成形され、振動板８’のエッジ部を構成している。
【００４５】
支持板２０は、例えばポリエステル等の高分子材料の板ないしフィルムで構成される。支持板２０は、ポリエステルに限らず他の樹脂材料、例えばポリエチレン、ポリイミド等で構成しても良い。
【００４６】
振動板８’の振動特性は、厚みの大部分を占める支持板２０の機械的特性によって支配される。そこで、支持板２０の材質とその厚みを選ぶことにより、振動板８’の振動特性を変えることができる。これによって設計の自由度が増し、音質設計等がやり易くなる。
【００４７】
（発明の実施の形態の第３の例）
図６に本発明の実施の形態の第３の例を示す。同図の（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお、図６の（ｂ）においては一部の図示を省略している。
【００４８】
（構成）
本スピーカの構成を説明する。図６に示すように、本スピーカは振動板８''を有する。振動板８''は円板状になっている。円板状の振動板は指向性と異方性を持たない点で好ましい。なお、円板に限らず、楕円形や四辺形等適宜の形状の板を振動板８''として用いることができる。
【００４９】
振動板８''は、その周部が支持部材１０によって支持されている。支持部材１０は円筒状をなしている。円筒の端面に振動板８''の周部の裏面が例えば接着等によって固着されている。振動板８''には、支持部材１０の内周に沿って波型部８２が形成されている。波型部８２は、振動板８''のいわゆるエッジを構成する。
【００５０】
振動板８''上には、回路パターン６０が設けられている。回路パターン６０は偏平な渦巻状のパターンをなし、振動板８''の板面に固着されている。渦巻の中心は振動板８''の中心と一致している。渦巻の巻数は例えば数１０ターン程度である。なお、ターン数は必要に応じて適宜の値として良い。
【００５１】
回路パターン６０は多層構造を有する。回路パターン６０の多層構造は、図１に示した振動板８の多層構造と同様になっている。多層構造の回路パターン６０が振動板８''と一体になっている。この一体構造の断面の拡大図を図７に示す。図７において、板部材２は、本発明における導電部材の実施の形態の一例である。回路パターン６０は、振動板８''に一体的にモールドするようにしても良い。これは、一体化をさらに完全なものにする点で好ましい。
【００５２】
一体構造においては、その厚みの大部分が振動板８''の厚みで占められる。振動板８''は、本発明における支持板部材の実施の形態の一例である。振動板８''と支持部材１０は本発明における支持手段の実施の形態の一例である。振動板８''は、図３に示した支持板２０と同様に、例えばポリエステル等の高分子材料の板ないしフィルムで構成される。
【００５３】
回路パターン６０と振動板８''との一体構造の振動特性は、厚みの大部分を占める振動板８''の機械的特性によって支配される。そこで、振動板８''の材質とその厚みを選ぶことにより、振動特性を変えることができる。これによって設計の自由度が増し、音質設計等がやり易くなる。
【００５４】
回路パターン６０の両端、すなわち、渦巻の中心部と末端部に導線８０，８０’がそれぞれ接続されている。導線８０，８０’は、板部材２に接続され、磁性膜４，４’とは絶縁されるようになっている。
【００５５】
磁性膜４，４’には、回路パターン６０の一端、例えば渦巻の末端部において導線１００，１００’がそれぞれ接続されている。また、回路パターン６０の他端、例えば渦巻の中心部側では、磁性膜４と４’は図示しないリード線で直列に接続されている。
【００５６】
板部材２には、導線８０，８０’を通じて図示しない電流供給源から電流が通じられるようになっている。電流は例えば直流の定電流として与えられる。電流供給源は、本発明における通電手段の実施の形態の一例である。電流供給源として可変出力のものを用いれば、電流値を変更することができる。
【００５７】
板部材２を流れる電流によって磁界が生じ、この磁界によって、図１で説明したように、板部材２の周りに磁束が生じる。この磁束は回路パターン６０の全長にわたって生じる。磁性膜４，４’には、導線１００，１００’を通じて電流が流される。電流は図示しない電流入力回路から与えられる。電流入力回路は、例えば音声電流源等である。
【００５８】
（動作）
本スピーカの動作を説明する。導線１００，１００’を通じて、図示しない電流入力回路から、磁性膜４，４’に電流を入力する。なお、磁性膜４と４’では電流の向きが逆になる。
【００５９】
これらの電流はそれぞれ磁性膜４，４’中の磁束と鎖交するものとなる。このため、磁束と電流の相互作用により、磁性膜４，４’には、磁束および電流の方向と直交する方向、すなわち、膜面に垂直な方向に力が作用する。
【００６０】
この力は磁性膜４，４’の全面にわたり、また、回路パターン６０の全長にわたって均等に作用する。磁性膜４と４’に流れる電流の方向が互いに逆であることにより、磁性膜４と４’には同じ向きに力が作用する。この力が振動板８''に作用する。
【００６１】
供給された電流が例えば音声電流である場合は作用する力が変動し、それによって振動板８''が振動する。この振動が周囲の空気に粗密波を発生する。すなわち、電気信号が音響信号に変換される。
【００６２】
回路パターン６０が複数ターンの渦巻になっていることにより、入力電流はターン数倍されて力の発生に寄与する。したがって、入力電流当たりの音圧が大きくなり、入力電流が能率良く音圧に変換される。
【００６３】
渦巻状の回路パターンを振動板８''の裏面にも設け、両回路パターンを直列に接続すれば、さらに入力電流に対する能率の良い全面駆動型スピーカとすることができる。さらに、必要に応じて、振動板８''の内部に回路パターンを多層に形成し、それらすべてを直列接続すればさらに能率を向上させることができる。
【００６４】
回路パターンは渦巻状に限らず、例えば図８に示すように、蛇行状の回路パターン６０’としても良い。この場合、入力電流は蛇行数倍されて力の発生に寄与する。したがって、入力電流当たりの音圧が大きくなり、入力電流が能率良く音圧に変換される。その他、回路パターンは、必要に応じて種々の形状の連続パターンとすることができる。
【００６５】
本スピーカは、磁石を用いないので、容易に薄型化ないし小型化することができる。薄型化ないし小型化は、回路パターン６０の各層の厚さが薄くなり、磁性膜４，４’’中の磁束密度が高まる点において好都合である。薄型化ないし小型化に際しては、振動板８''を省略し、回路パターン６０または６０’のみで振動部を構成するようにしても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明では、板部材に流れる電流による磁束をそれに被着した磁性膜中に集中させ、磁束との相互作用により、外部から磁性膜に与えられた電流に応じた板部材の振動を生じさせるようにしたので、薄型化が容易な全面駆動型スピーカを実現することができる。
【００６７】
また、請求項２の発明では、磁性膜が、磁束と鎖交する方向において互いに平行になるように分離されかつ互いに同じ方向に電流を流すように直列に接続された複数の条体であることにより、複数の条体に直列に流れる電流によって能率良く振動が発生する。
【００６８】
また、請求項３の発明では、第２の板部材を、磁性膜が被着された板部材と一体化し、その振動特性が電気音響変換の周波数特性を支配するようにしたので、第２の板部材を選ぶことによって周波数特性を調整できる薄型化が容易な全面駆動型スピーカを実現することができる。
【００６９】
また、請求項４の発明では、渦巻状あるいは蛇行状の連続的な偏平のパターンをなす導電部材に流れる電流による磁束を導電部材の磁性膜に集中させ、磁性膜中の磁束との相互作用により、外部から磁性膜に与えられる電流に応じた振動を生じさせるようにしたので、薄型化が容易な全面駆動型スピーカを実現することができる。
【００７０】
また、請求項５の発明では、支持板部材と導電部材とが一体の振動板を構成するようにしたので、支持板部材の厚みや材質等によって周波数特性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の模式的構成を示す図である。
【図２】磁性膜内の磁束密度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の一例における振動板の他の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例における振動板の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の一例の模式的構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の一例の模式的構成を示す図である。
【図７】図６の一部の拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態の一例における回路パターンの他の例を示す図である。
【図９】従来例の模式的構成を示す図である。
【符号の説明】
２板部材
４，４’ 磁性膜
６，６’ 絶縁層
８，８’，８'' 振動板
１０，１０’ 支持部材
２０支持板
３２，３２’ 電流供給線
３４，３４’ 電流入力線
４１条体
４２リード線
８２波型部
６０，６０’ 回路パターン
８０，８０’，１００，１００’ 導線
１１，１１’ マグネット
１３振動板
１４，１５磁極
１６，１７リード線

Claims

導電性の板部材と、
前記板部材にその板面に平行な電流を通じる通電手段と、
前記板部材の少なくとも１つの面に電気的に絶縁して被着され、前記電流によって生じる磁束を通す磁気通路およびこの磁気通路の磁束と鎖交する電流を通す電気通路を構成する導電性の磁性膜と、
前記磁性膜が被着された前記板部材を振動可能に支持する支持手段と、
を具備することを特徴とする全面駆動型スピーカ。
前記磁性膜が、前記磁束と鎖交する方向において互いに平行になるように分離されかつ互いに同じ方向に電流を流すように直列に接続された複数の条体である、
ことを特徴とする請求項１に記載の全面駆動型スピーカ。
前記支持手段が前記板部材を支持する第２の板部材を有する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の全面駆動型スピーカ。
渦巻状あるいは蛇行状の連続的な偏平のパターンをなす導電部材と、
前記導電部材にそのパターンに沿って電流を通じる通電手段と、
前記導電部材のパターンに沿い少なくとも１つの偏平面に電気的に絶縁して被着され、前記電流によって生じる磁束を通す磁気通路およびこの磁気通路の磁束と鎖交する電流を通す電気通路を構成する導電性の磁性膜と、
前記磁性膜が被着された前記導電部材を振動可能に支持する支持手段と、
を具備することを特徴とする全面駆動型スピーカ。
前記支持手段が、前記磁性膜が被着された前記導電部材を支持する支持板部材を備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の全面駆動型スピーカ。