JP4553983B2 - 電磁変換器 - Google Patents

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を組み合わせた従来の電磁変換器は、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、振動膜および緩衝材は、フレーム等の部材に挟み込まれるように覆われて、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磁石部位（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に蛇行コイルパターンを形成したものである。振動膜に形成された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電流が作用して振動膜が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板およびフレームに穿孔された放射音穴を通して外部へ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、この振動によって振動膜上に形成された蛇行コイルパターンの導体コイルが金属疲労で断線するのを防止する目的で、振動膜を剛性付与部材で補強していた（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の構成で、上記の永久磁石板に替えて長尺の棒状磁石で構成した「ガムーゾン型」と呼ばれる薄型スピーカが存在している。ガムーゾン型の薄型スピーカは、振動膜の表裏を、交互に異なる極性の棒状磁石を並べた棒状磁石板で挟み、振動膜を挟んで対向する棒状磁石の極を同一（Ｎ極とＮ極、またはＳ極とＳ極）に配置した構成であり、その他の部材は上記の電磁変換器と同一の部材で構成される。
このような薄型スピーカは、ポリエステルまたはポリイミドから成る薄膜に銅またはアルミ箔を貼り付け、ボイスコイルパターンをエッチングして構成された振動膜を有している（例えば、非特許文献１参照）。この構成の薄型スピーカは、オーディオ再生の音波発生動作も上記の電磁変換器と同じになる。

特許第３１９２３７２号公報 国際公開ＷＯ２００３／０７３７８７号公報 山本武雄編著、スピーカー・システム、ラジオ技術社、１９７７年７月発行

従来の電磁変換器は以上のように構成されているので、永久磁石を着磁した後、１つ１つの磁極の向きに注意しながらフレームに取り付けなければならず、作業効率が悪いという課題があった。
また、着磁し、磁化された状態で作業せねばならず、作業工程中に鉄粉等の異物が混入しやすかった。そのため、電磁変換器は異物混入によって異音が発生し、当初の性能が出ない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、磁化しない状態の永久磁石をフレームに取り付け、電磁変換器を組み立てた後に全ての永久磁石を一括して着磁できる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、表面に放音孔が設けられた中空のフレームと、片面または両面に蛇行コイルパターンが成形され、フレームの内部に設置された振動膜と、振動膜を挟んで対向するフレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石とを備え、振動膜は、千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状に形成されると共に、蛇行コイルパターンが、当該永久磁石の磁束方向と略直交する、当該振動膜の長手方向側面および底面上の位置に成形されるものである。

この発明によれば、フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石を備えるようにしたことにより、磁化しない状態の永久磁石をフレームに取り付け、電磁変換器を組み立てた後に全ての永久磁石を一括して着磁できる。この結果、着磁における工程を削減でき、組み立て作業の効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の構造を示す外観図であり、図１（ａ）は外観正面図、図１（ｂ）は外観側面図、図１（ｃ）は外観平面図、図１（ｄ）は外観背面図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の構造を示す断面図であり、図２（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線にそって切断した断面図、図２（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の振動膜の外観を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る電磁変換器の構造を示す断面図であり、図４（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に相当する位置で切断した断面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ線に相当する位置で切断した断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１０の構造を示す外観図であり、図１（ａ）は外観正面図、図１（ｂ）は外観側面図、図１（ｃ）は外観平面図、図１（ｄ）は外観背面図である。図１（ａ）および（ｂ）において、フレーム１５の内部に収容されて実際には見えない構造は点線で示す。
図２は、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１０の構造を示す断面図であり、図２（ａ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図、図２（ｃ）は図１（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図である。図３は、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１０の振動膜１１の外観を示す斜視図である。
なお、図１〜３は説明を簡単にするために誇張拡大して示したものであり、実際の縮尺とは異なる。

電磁変換器１０は、上側フレーム１６、永久磁石１２、振動膜１１、永久磁石１３、および下側フレーム１７から構成される。上側フレーム１６および下側フレーム１７からフレーム１５が構成され、このフレーム１５は内部が空洞の筐体構造である。ここでは便宜的に上側フレーム、下側フレームと呼ぶが、上下が反転してもかまわない。
上側フレーム１６の内壁面、即ち振動膜１１に対向する面には、所定の間隔で永久磁石１２が接着剤で固定されている。下側フレーム１７の内壁面、即ち振動膜１１に対向する面の、永久磁石１２同士の隙間に相当する位置に複数列の永久磁石１３が接着剤で固定されている。よって、図２（ａ）の断面図に示すように、永久磁石１２，１３が上側フレーム１６と下側フレーム１７に互い違いに固定された千鳥配置になっている。

図２（ａ）に示すように、上側フレーム１６に固定された永久磁石１２は、上側フレーム１６に固定された端面がＮ極、振動膜１１に対向する端面がＳ極となっている。他方、下側フレーム１７に固定された永久磁石１３は、下側フレーム１７に固定された端面がＳ極、振動膜１１に対向する端面がＮ極となっている。よって、永久磁石１２，１３は、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する構成である。

また、上側フレーム１６および下側フレーム１７の永久磁石１２，１３が固定されていない部分には、外部に開口した放音孔１５ａが一定の間隔で設けられている。

振動膜１１は、薄い高分子シートの基材１１ａから成る。この基材１１ａは永久磁石１２，１３の固定間隔に合わせた幅の凹凸形状に立体構造化されている。この凹凸形状は、永久磁石１２，１３が互いに対向する端面で構成される凹凸構造に沿う形状とする。
振動膜１１の表面には、導体コイル１１ｂが蛇行形状に成形されている。導体コイル１１ｂは、銅またはアルミの電気導体の箔を、エッチングまたはプレス等によって打ち抜いて成形される。
振動膜１１の外周には振動膜支持材１４が固定されており、この振動膜支持材１４を下側フレーム１７の内周に固定することにより振動膜１１が上下変位可能に支持される。図２（ａ）に示すように、振動膜支持材１４は振動膜１１を下側フレーム１７に固定するが、その際、導体コイル１１ｂが永久磁石１２，１３の端面同士が互いに対向する高さ位置になるように位置合わせされている。

なお、振動膜支持材１４に支持された振動膜１１が振動して上下変位したときに永久磁石１２，１３に接触しないように、振動膜１１と永久磁石１２，１３との間に空間を有するように基材１１ａの凹凸形状を成形しておく。
また、振動膜１１表裏の凸面には、振動膜１１の剛性を向上させるために、リブ構造または凹凸構造の振動膜補強構造部１１ｃを設ける。

次に、永久磁石１２，１３の着磁方法について説明する。
先ず、永久磁石１２を上側フレーム１６に、永久磁石１３を下側フレーム１７に互い違いの千鳥配置に固定し、振動膜１１を挟んで電磁変換器１０を組み立てる。その後、組み立てた電磁変換器１０を、上側フレーム１６および下側フレーム１７に対して垂直な方向で一遍に着磁することで、永久磁石１２，１３が同一の磁極方向で磁化される。よって、永久磁石１２，１３の互いに対向する端部は、交互に異なる帯状の極性となる。

次に、電磁変換器１０の動作原理について説明する。
図１および図２に示す電磁変換器１０において、振動膜１１の導体コイル１１ｂに外部から電流（オーディオ信号）が供給されると、永久磁石１３のＮ極から出る磁束が導体コイル１１ｂに直交して永久磁石１２のＳ極へ至る。このとき、永久磁石１２，１３の磁束方向と略直角に成形された導体コイル１１ｂの蛇行するコイルパターンに流れる電流と永久磁石１２，１３の着磁パターン（磁束密度）が電磁的に結合し、フレミングの法則に従って駆動力が発生する。発生した駆動力によって、振動膜支持材１４に支持されている振動膜１１が振動する。この振動がフレーム１５に設けられた放音孔１５ａからオーディオ再生音として放射される。

上記した実施の形態１によれば、振動膜１１を凹凸形状にし、永久磁石１２，１３を互い違いの千鳥配置に並べて、永久磁石１２の磁極方向と永久磁石１３の磁極方向が同一になるように構成したので、電磁変換器１０の組み立て後に永久磁石１２，１３を一括で着磁できる。そのため、従来のガムーゾン型スピーカにあったような、永久磁石を着磁した後で１つ１つの磁極の向きに注意しながらフレームに取り付ける作業を削減でき、組み立て作業効率を向上させることができる。
また、電磁変換器１０の組み立て後に着磁するため、組み立て作業中に鉄粉等の異物が混入することがない。そのため、電磁変換器１０に異音が発生して当初の性能が出なくなることを防ぎ、品質の高い電磁変換器１０を簡易に製造することができる。

なお、導体コイル１１ｂは、基材１１ａの片側一面に成形してもよく、あるいは図２（ａ）に示すように基材１１ａの表裏両面に成形してもよい。表裏両面に成形した場合には、オーディオ信号をより忠実にオーディオ再生音に変換することができる。
また、上記実施の形態１では、電磁変換器１０の組み立て後にフレーム１５に固定された永久磁石１２，１３を一括で着磁する構成であったが、上側フレーム１６および下側フレーム１７に分けて永久磁石１２，１３を別々に着磁する構成であってもよい。
また、上記実施の形態１では、永久磁石１２，１３を３列とする構成であったが、２列以上の構成であれば上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る電磁変換器１０の構造を示す断面図であり、図４（ａ）はこの電磁変換器１０を図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に相当する位置で切断した断面図、図４（ｂ）はこの電磁変換器１０を図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に相当する位置で切断した断面図である。図４において、上記実施の形態１で説明した電磁変換器１０と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

図４に示す電磁変換器１０は、永久磁石１２，１３それぞれの振動膜１１に対向する端面に、磁束密度を高めるための鉄板１８が接着固定されている。
電磁変換器１０において、鉄板１８と導体コイル１１ｂとが同じ高さ位置になるため、鉄板１８に集中した磁束が導体コイル１１ｂを流れる電流と電磁的に結合して、より大きな音圧レベルが得られる。

上記した実施の形態２によれば、永久磁石１２，１３それぞれの振動膜１１に対向する端面に鉄板１８を接着固定するように構成した。そのため、導体コイル１１ｂを通る磁束密度を高めることができる。

以上のように、この発明に係る電磁変換器は、組み立て後に着磁することで異物混入を防止して異音が発生しないようにしたので、スピーカに用いるのに適している。

Claims (4)

1. 表面に放音孔が設けられた中空のフレームと、
   片面または両面に蛇行コイルパターンが成形され、前記フレームの内部に設置された振動膜と、
   前記振動膜を挟んで対向する前記フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石とを備え、
   前記振動膜は、前記千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状に形成されると共に、前記蛇行コイルパターンが、当該永久磁石の磁束方向と略直交する、当該振動膜の長手方向側面および底面上の位置に成形されることを特徴とする電磁変換器。
2. 蛇行コイルパターンが成形されている部分以外の振動膜に補強のためのリブ構造または凹凸構造を形成したことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
3. 千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面に鉄板を固定し、かつ、それぞれの鉄板を同じ高さで配置したことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
4. 表面に放音孔が設けられた中空のフレームと、
   片面または両面に蛇行コイルパターンが成形され、前記フレームの内部に設置された振動膜と、
   前記振動膜を挟んで対向する前記フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定された複数の永久磁石とを備え、
   前記振動膜は、前記千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状に形成されると共に、前記蛇行コイルパターンが、当該永久磁石の磁束方向と略直交する、当該振動膜の長手方向側面および底面上の位置に成形される電磁変換器を組み立てた後、前記一対の内壁面に対して垂直な方向に着磁することにより、前記千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面を交互に異なる極性にしてなる電磁変換器。

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