JP5684943B1 - ムービングコイル歪振動発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】新たな振動発生システムを歪振動発生システムとして構築し、これをスピーカーに応用することを課題とする。【解決手段】以下の振動発生システムを、歪振動発生システムとして構築する。円錐状に形成された可動部分（１）の先が振動を与える対象物に点接続してある振動発生システム。【選択図】図１

Description

振動発生システムの発明である。

振動発生システムは、常により良い性能を求められている。

特願２０１４−００７３１６（本出願時未公開） 特許第５２９６９１１

本願は特許文献1の実施例の追加に相当するものである。

スピーカーの分野に於いて、骨伝導スピーカーとして利用するなどで、より良い性能を求める模索もされているが、理想的スピーカーの実現にはまだ課題が多い。そこで本願では、新たな振動発生システムを歪振動発生システムとして構築し、これをスピーカーに応用することを課題とする。

以下の振動発生システムを、ムービングコイル歪振動発生システムとして構築する。

ボイスコイル（３）の振動方向直列に、先端が円錐状に形成された可動部分（１）の先が平板振動板（２）に点接続されている事により、平板振動板（２）に歪振動を発生するムービングコイル振動発生システム。

本願発明の原理
図２上＜従来の接続＞に示した従来の平板振動板スピーカーに於いては、発振体の可動部分（１）は、ボイスコイルの直径と同等の大きさの円柱状で形成されているので、ある程度の大きさの面積を有して平板振動板（２）に面接続されることになり、可動部分（１）が振動すると平板振動板（２）は可動部分（１）と一体となり往復運動する。そして、特に平板振動板（２）に大きな歪運動は発生しないし、平板振動板（２）自体が鳴るような現象は見られない。

つづいて、図２中＜従来の接続の変更＞に示すように可動部分（１）を斜めにして平板振動板（２）に接続すると、こんどは平板振動板（２）には歪運動が発生し、平板振動板（２）自体が鳴る現象が発生することに気が付く。これは、可動部分（１）と平板振動板（２）とを、接触する面積を狭く接続すると、平板振動版（２）には歪運動が発生するからと解釈できる。だれもが同様の事をすれば再現できるこの現象を発見し、利用したのが以下に示す本願発明である。

図２下＜本願発明の接続＞に示す様に、可動部分（１）と平板振動板（２）が接続面積は殆ど無い点形態で接続、つまり先が尖っている円錐状に形成された可動部分（１）の先が平板振動板（２）に点接続されていると、可動部分（１）が振動するエネルギーは平板振動版（２）上の可動部分（１）が点接続された面積の狭い一つの点に集中してくわえられるので、慣性の力に逆らって平板振動板（２）の位置が移動開始する前に、この点接続された平板振動版（２）上の一点が歪むことになり、この発生した歪運動が平板振動板（２）全体に伝わっていき歪振動が発生する。

この＜本願発明の接続１＞は、可動部分（１）もしくはボイスコイル（３）の振動する方向直列に、可動部分（１）の先が平板振動板（２）に点接続されている事により、平板振動板（２）に歪振動を発生する振動発生システムを示したことになる。

なお、本願の趣旨を分かり易く言い換えると、円錐状に形成された可動部分（１）の先が振動を与える対象物に点接続してある振動発生システムの事である。

可動部分とは、振動発生ユニットにおいて、発生した振動を最初に伝えるパーツである。

振動を与える対象物とは例えば平板振動板（１１）にすると、音声を空気中に放出する時に最も効果があるが、特に限定するものではなく、あらゆるものが対象物になり得る。

歪振動発生システムとは、振動板の撓み（たわみ）運動や伸縮運動などによる歪振動の発生で、振動版自体に鳴る現象が見られるものであると本願が定義するもので、従来のスピーカーの様に、振動板の往復運動で空気の疎密波を生成して音声を発生するのとは動作原理が異なる。なお、本願システムより発生する波動を歪振動波（hizumi-vibration）と定義する。

平板振動板（２）とは、発生する振動を最終的に伝える目的となる例えば空気、地面、水中、物体、人体、などに接して設置し、振動を伝えるパーツの事であり、システム形態によっては本体の場合もあるのでこれを実施例７に示した。

平板振動板（２）の形態は、一枚の平板を四角形などのある形にカットしたものを選択する事を基本とするが、振動板の強度を増したり性能を調整するために多少の湾曲を加える事も可能である。実施例１１参照。

平板振動板（２）の素材には、板木材、紙、プラスチック板、スチロール板、極薄金属板、或いは与圧を加えた膜（実施例２０参照）などを選択できる。

平板振動板（２）の設置形態は本体などに固定設置するのであって、従来のスピーカーの振動板の様に、コーンエッジなどの柔らかい材質だけで支える構造にするのとは異なる。

平板振動板（２）の設置形態は、骨伝導スピーカーなどにみられる、可動部分（１）の先だけで振動板を支える構造にしたりするのとは、振動板の設置構造が異なる。

つまりは、平板振動板（２）の形態は、一枚の平板を自由な形にカットしたものが理想的だけれどこれにこだわる必要は無く、立方体、球体、棒形状、筒状、あるいは不定形、など、どんな形でも、使う目的により適宜選択できる。いくつかの例を実施例１１、実施例１９に示した。

点とは数学的に言えば面積は持たない。しかし、点を現実に表示すると鉛筆で書いた太さ分は面積が存在するのと同じように、本願発明でいう点接続でも、点接続を形成するために必要な接着部分の面積は存在することとする。

点接続を形成するために必要な接着部分の面積は小さいほうが能力効果は大きいが、それに反して構造の強度は減少するので、効果と強度のバランスを取りながら接着部分の構造や面積を調整するのが良い。

本願により、発生する平板振動板（２）の歪振動から歪振動波を外界に発生できる。

可動部分（１）の先は円錐形になっているので、可動部分（１）の先を振動板に接続するには接続面積が小さいので、特に接続具を設ける必要は無く、装置を組み立てるのにただ単に接着剤で接着する事が可能となる。

可動部分（１）の先が円錐形になっているので、本発明でシステムを製作する時に、例えば平板振動板（２）をただ単にユニットの上に乗せるだけで平板振動板（２）への取り付け位置目印をつけられるので、組立が容易になる。

可動部分（１）の先端が円錐形になっているので、先端を振動板に貫通させて組立接続することが容易に作業可能となり、貫通の後、接着剤で固定接続も容易に形成出来、この結果可動部分（１）の先と平板振動板（２）が安定して動作するシステムを構築できる。実施例２参照。

可動部分（１）の先の円錐形のどの部分まで平板振動板（２）に侵入させるかで接続面積を調節することが可能となり、スピーカーの特性を容易に調整できる。

可動部分（１）の先が貫通し出っ張りすぎたところは適宜短く成形する事が可能で、簡単に見た目をよりスマートにできる。

本願はムービングコイル発振体を使用する時に最も効果的に動作するが、マグネットが振動するマグネチック発振体や、超磁歪素子発振体など、他の形態の振動発生システムにも応用が可能であろう。

ここで先行技術と比較して説明する。

特許文献２ 特許第５２９６９１１に於いて、振動方向直列に、可動部分（可動部分３）の先（振動アーム３ｂ）が平板振動板（上蓋２ｂ）に接続されている事により、振動を発生するムービングコイル振動発生システム（ボイスコイルアクチュエータ）が記載されているけれど、特許文献２の可動部分の先は円錐状に形成されていないので、特許文献２と本願とは異なる発明である。

は、実施例1の断面図 は、動作原理図 は、実施例２の断面図 は、実施例３の断面図 は、実施例４の断面図 は、実施例５の断面図と円錐形接続部（１５）の拡大図 は、実施例６の断面図（上）と実施例7の断面図（下） は、実施例8の断面図（上）と実施例9の断面図（下） は、実施例１０の各図 は、実施例１１の各図 は、実施例１２の各図 は、実施例１３の断面図と立体図 は、実施例１３の立体図 は、実施例１４の断面図 は、実施例１５の断面図と拡大図 は、実施例１６の説明図 は、実施例１７の断面図 は、実施例１８の断面図 も、実施例１８の断面図 は、実施例１９の説明図 は、実施例２０の断面図

発振体に電力が加えられ可動部分（１）が振動すると、円錐状に形成された可動部分（１）の先は点接続で平板振動板（２）に接続されているので、点接続された平板振動板（２）の場所を中心に、撓み運動、伸縮運動などの歪み運動が発生し、発生した運動が平板振動板（２）全体に広がり平板振動板（２）に歪振動が発生する。

可動部分（１）の先を平板振動板（２）に接着部（４）で点接続した構造を図1に示した。

この実施例を含む全実施例に示される接着部（４）は、接着剤を盛り固める事で形成できる。この時の接着剤の量で点接続の効果と強度のバランスを取ると良い。或いは状況に対応してパーツとして設置しても良い。

可動部分（１）の先を平板振動板（２）に貫通させてから接着部（４）で固定し、可動部分（１）の先と平板振動板（２）との点接続の十分な強度を得ることが出来る構造を図３に示した。

先が円錐形に形成されている振動伝達具（１１）を可動部分（１）に一体化すべく固定設置して、先端が円錐状に形成されている可動部分（１）を実現している例を図４に示した。

可動部分（１）の先に、先が円錐状に形成された円錐形固定具（１２）を設置し、円錐形固定具（１２）を直接平板振動板（２）に接続するのではなく振動伝達棒（１３）を介して平板振動板（２）に点接続した例の構造を図５に示した。

振動伝達棒（１３）は、より細くした方が効果は大きいけれどその反面構造強度は小さくなるので、効果と強度のバランスを取り太さや材質を選択する事が良い。

円錐形固定具（１２）は円錐状に形成されているので、点接続効果を期待する、より細い振動伝達棒（１３）でも十分な強度で振動伝達棒（１３）を支える事が可能である。

この例では、可動部分（１）の先に円錐固定具（１２）を接続する事で、可動部分（１）の先を円錐形にすることが出来、可動部分（１）の先を、振動伝達棒（１３）を介して平板振動板（２）に点接続した構造を示したことになる。

円錐形固定具（１２）は効果と強度のバランスを取り大きさや構造を設定するのが良い。

円錐形固定具（１２）は接着剤を盛り固める方法で形成する事も良いアイデアであろう。

可動部分（１）の先に、先が円錐状に形成された円錐形接続部（１５）を接続し可動部分（１）の先を円錐状に形成し、円錐形接続部（１５）の先を、先が円錐状に形成された楊枝形振動伝達棒（１４）を介して平板振動板（２）に点接続した構造を、及び楊枝形振動伝達棒（１４）の構造を図６に示した。

先が円錐状に形成される円錐形接続部（１５）は、効果と強度のバランスをとり材質や形状を設定する。

接着剤を盛り固める方法で円錐形接続部（１５）を形成すると良い。

楊枝形振動伝達棒（１４）は図６下に示すように、先が円錐状に形成された細い円柱丸棒で、いわば楊枝を半分に切った形状で、平板振動板（２）に接続する円錐部と円錐形接続部（１５）に接続する円柱部とで形成される。

円錐部の形状は効果と強度のバランスを取り成形する。

この例では、可動部分（１）の先に楊枝形振動伝達棒（１４）を接続する事で、可動部分（１）の先を円錐形にすることが出来、可動部分（１）の先を、楊枝形振動伝達棒（１４）を介して平板振動板（２）に点接続した構造を示したことになる。

本体（１６）に発振体（１７）は設置され、発振体（１７）の可動部分（１）の先は、先が円錐形の振動伝達具（１１）を介して平板振動板（２）に点接続され、平板振動板（２）は本体（１６）に固定設置で支えられていて、振動を発生させ伝達させる主要なパーツであるこれら、本体（１６）、発振体（１７）可動部分（１）振動伝達具（１１）平板振動板（２）は、振動が伝達する順番にループ状に接続構成されている振動発生システムの例を図7上に示した。

本体（１６）は自由な形態が可能であり、密閉箱にする必要は無く、発振体（１７）と平板振動板（２）とを支え固定する機能を有するものであり、例えば携帯電話ケース、各種機材や製品、などにする事ができる。

可動部分（１）の先を、先が円錐形の振動伝達具（１１）を介して本体（１６）に点接続した歪振動発生システムを図７下に示した。これを使用するには、使う目的に応じて何れかの本体（１６）の面を、振動を与えたい対象物に、たとえば平板振動板（２）に接触させる。

可動部分（１）と平板振動板（２）の間に板バネやブラスチックゴムなどの弾性体（１８）を、直列的に挿入設置することで弾性体（１８）の共振作用を利用し、発振性能を調整できるように構成した例を図８上に示した。

弾性体としては、焼き入れ金属板、焼き入れ金属ワイヤ，焼き入れ金属針、硬質プラスチック、などのバネ形態素材、あるいは、プラスチックゴムなどが利用可能であろう。

この実施例では可動部分（１）と先が円錐形の振動伝達具（１１）の間に、プラスチックゴム素材の弾性体（１８）を挿入設置した。

図示してないが、振動伝達具（１１）の代わりに、弾性体（１８）の先端を細くして平板振動板（２）に点接続可能な形態にするのも一案である。

棒形状の物体に振動を与えると周波数に応じて振動のしかたが変化する共振作用を利用する為に、可動部分（１）の先に共振棒（１９）を挿入設置しても良い。図８下参照。

共振棒（１９）の形状は、細長い形状を基本とし、丸棒、角棒、長い平板状、あるいは細い針状のものを、又、材質には金属、木材、プラスチックなど、又共振棒の太さや長さ質量を取捨選択することで性能を調整できる。

なお、振動を加える方向は共振棒（１９）の長さ方向とする。

又、共振棒（１９）の先端を円錐状に形成して点接続可能の形態にしても良い。

背面開口形態のボックス（２０）でシステムを構築した例の断面図、正面図、斜め背面立体図を図９に示した。
平板振動板（２）の上辺と下辺だけをボックス（２０）に固定させて左右の辺はボックス（２０）との間に隙間（２１）が設けてある。このように平板振動板（２）の固定の仕方は振動板（２）の一部を固定すればよい。隙間（２１）にはスポンジなどの柔らかい材質のもので補強してもよい。又、平板振動板（２）には梁や吸音材などを設置して音響特性を調整しても良い。

又、隙間（２１）の長さや幅、あるいは平板振動板（２）を固定させる場所は適宜調整できる。

高音用には従来のスピーカーで低音用に本願スピーカーで２Ｗａｙ方式としたスピーカーを図１０に示した。

振動板と、発振体の設置場所を組み合わせた、様々な形態の例を図１１に示した。

振動板は、全ての辺を固定設置する必要はなく、固定設置の仕方は求める音色のために適宜変更できる。

図１１の６は中央がへこんだパラボラアンテナ形状の振動板を示した。
図１１の７は平面を少し湾曲させた形状の振動板を示した。

この様に平板振動板（２）は空気中に音声を発生させるには適しているけれど、平板形状に限る訳ではなく適宜目的により変更することが出来るし、実際にはどんな形状の振動板にでも応用することが出来る。例えば球状、円柱状、筒状、立方体、など完全に自由な形態の振動板に応用できる。

平板振動板（２）をフレーム（２２）に設置する事で、本願システムを構成した例の断面図と立体図を図１２に示した。

平板振動板（２）は自由な大きさの平面の円形としたが、これ以外の形を選択可能であり、例えば四角形でもよい。

この例はこのままで正常に音声を発生できるので、丸くくり抜いた板に設置するかなどで、ただ単に発振体を固定する構造を加えるだけで利用する事が可能であり、従来のスピーカーの様に発振体を密閉箱に設置する必要はない。

なお、スタンドで固定した例の立体図を図１３に示した。

ムービングコイル発振体の代わりに超磁歪素子発振体で構成した例を図1４に示した。

ボイスコイル発振体で構成した振動発生システムの断面図と、可動部分（1）の拡大図を図１５に示した。可動部分（１）の中心にある、先が尖った円錐形部分（３０）で平面振動板（２）に点接続で接続されている。

ドーム型ボイスコイル発振体で携帯電話に応用した例の断面図を図１６上に、又、音響特性を調整するためにダンパ（３２）は特殊な形態にしているのを図１６下に示した。

電子鍵盤楽器に応用した例の断面図を図１７に示した。

本願電磁アクチュエータはスピーカーシステムを構築するのみならず、地底検査や物質探査、振動分別装置、振動耐久検査など、あらゆる振動を利用する分野の振動発生システムに利用可能である。

振動を与えたい対象物（３６）に接触させて使用するシステムの例の断面図を図１８及び図１９に示した。図１８の固定具（３７）には適度の弾性の性質を加えて特性を調整しても良い。

又、振動板（２）の面積を大きくして特性を調整しても良い。

地中を伝わる横波発生装置の例を図２０に示した。
設置筒（４）を地中に埋め込んで使用する。

平板振動板（２）の代わりに、引っ張りテンションを加えた振動膜（４１）に振動を起こす構造にした例を図２１に示した。振動膜（４１）はスネアのヘッドのような薄い膜状の形態とする。振動膜（４１）の張り具合を調節できる、例えばスネアのチューニングボルトのようなパーツを設置しても良い。

最終的に振動を放出するパーツの例えば振動板の素材に超磁歪物質を選択すると、振動板からは振動と共に電磁波を放出する事が可能になる。振動板は超磁歪物質だけで形成しても良いし、他の物質と超磁歪物質とを混在させても良い。なおこの実施例の原理は、超磁歪物質の逆磁歪現象を利用したものである。

振動機に応用できる。
従来の振動機は重りなどを往復運動させる構造なので、振動パワーや振動の種類は限定されたものだけれど、本願発明には重りは必要ないので装置がコンパクトに実現できるし、入力する電力を調整する事により、振動パワーも振動の種類も自由に設定できる。

本願装置を巨大化させて巨大入力可能な構成にすれば、空気中や水中、地中などに巨大な歪振動波を発生させる装置の実現が期待できる。

この巨大歪振動波発生装置の複数台を、ある一定の間隔を置いて設置し、ある特定の一点の対象物へ向けて歪振動波を放出する事で、離れた対象物に巨大な歪応力を加える事が出来るシステムも実現可能であろう。

又、地震は瞬間に単発で発生するものだけれど、本システムの場合は、振動周波数も自由に連続して横波を発生できる。

１ 可動部分
２ 平板振動板（振動板）
３ ボイスコイル
４ 接着部
５ フレーム
６ 金属リング
７ マグネット
８ ヨーク
９ ボビン
１０ ダンパ
１１ 振動伝達具
１２ 円錐形固定具
１３ 振動伝達棒
１４ 楊枝形振動伝達棒
１５ 円錐形接続部
１６ 本体
１７ 発振体
１８ 弾性体
１９ 共振棒
２０ ボックス
２１ 隙間
２２ フレーム
２３ 固定具
２４ 本体
２５ コイル
２６ ボビン
２７ バイアス磁石
２８ 超磁歪素子
２９ 固定具
３０ 円錐形部分
３１ 携帯電話ケース
３２ ダンパ
３３ 取付け台
３４ 取付具
３５ 背面板
３６ 対象物
３７ 固定具
３８ 本体
３９ 設置具
４０ 設置筒
４１ 振動膜
４２ ボディ
４３ ストッパー

Claims (3)

1. ボイスコイル（３）の振動方向直列に、先端が円錐状に形成された可動部分（１）の先が平板振動板（２）の中心に、平板振動板（２）に突き刺さった状態、或いは平板振動板（２）を貫通した状態の点接続で固定接続されている事により、平板振動板（２）に歪振動を発生するムービングコイル振動発生システム。
   
   
2. ボイスコイル（３）の振動方向直列に、先端が円錐状に形成された楊枝形振動伝達棒（１４）の先が平板振動板（２）の中心に、平板振動板（２）に突き刺さった状態、或いは平板振動板（２）を貫通した状態の点接続で固定接続されている事により、平板振動板（２）に歪振動を発生するムービングコイル振動発生システム。
   
   
3. ボイスコイル（３）の振動方向直列に、先端が円錐状に形成された円錐形固定具（１２）の先が振動伝達棒（１３）を介して平板振動板（２）の中心に、平板振動板（２）に突き刺さった状態、或いは平板振動板（２）を貫通した状態の点接続で固定接続されている事により、平板振動板（２）に歪振動を発生するムービングコイル振動発生システム。