JP5731310B2

JP5731310B2 - 平面スピーカ

Info

Publication number: JP5731310B2
Application number: JP2011164202A
Authority: JP
Inventors: 小野原　博文; 博文小野原; 達彌渡邊
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: JP2013030885A

Description

本発明はスピーカに関し、特に、平板状のヨーク間にダイアフラムが配置された平面スピーカに関し、特にダイアフラムを大型化した場合にもヨークの間隔を適切に保つことが容易な平面スピーカに関する。

平面上の２枚のヨークの間に電極パターンを有する振動板を配置し、電極パターンと鎖交する磁力線を発生させる磁石を前記ヨークに配置することで、平面スピーカを構成することができる。この場合、振動板の電極パターンに電流を流すと、該電流と磁力線とにより振動板を垂直に振動させる力が発生する。

この平面スピーカは、平面状の振動板の振動によって平面波を発生するため、減衰が少なく、離れた位置にも音を伝えられるという特徴を有している。

なお、この種の平面スピーカについては、以下の特許文献に提案がなされている。

特開２００３−１０２０８８公報

このような平面スピーカでは、磁性体で構成された２枚のヨークの間に振動板が挟まれた構造になっており、該ヨークの内側面に磁石が配置された構造になっている。このため、２枚のヨーク間で吸引力が働いて適正間隔を保つことが難しくなる。

一方、特許文献１では、このような問題を解消するため、２枚のヨーク間の一部の領域で磁石による反発力を発生させるようにして、吸引力を打ち消すようにしている。

この場合、反発力を働かせる領域では磁力線の向きが変えられてしまうため、磁力線の向きが全体で均一でなくなるため、音響的に最適化を図ることが難しくなる。すなわち、音響的に最適な磁力線の向きと適切な反発力を得るための磁力線の向きとで、バランスを取ることが難しくなる。

また、この場合には、吸引力を打ち消すことは可能であるが、逆に反発力が働くことになり、２枚のヨークの間隔が広がる方向に湾曲する可能性を有している。

また、このような反発力が存在していると、製造時において２枚のヨークの位置合わせが困難になる。

本発明は上記の問題点を解消するために成されたもので、音響的に適した磁力線の向きに悪影響を与えることなく、ヨークの湾曲やヨーク間の間隔変動を抑えて均一な間隔を保つことが可能な平面スピーカを提供することを目的とする。

以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。

（１）第１の発明は、磁性体で構成された平板状の第１ヨークと、前記第１ヨークと所定間隔で平行に配置され磁性体で構成された平板状の第２ヨークと、前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間に配置される平板状のダイアフラムと、複数の磁石のＮ極とＳ極とを交互に前記ダイアフラム側に向けるように前記第１ヨークにおいて前記ダイアフラム側の面に配置された磁石群と、前記磁石群の互いに隣接するＮ極とＳ極との間の磁力線と鎖交する方向であって前記ダイアフラムに設けられた導体パターンと、前記ダイアフラムの振動による音波を通過させるために前記第１ヨーク又は前記第２ヨークの少なくとも一方に設けられた貫通孔と、前記ダイアフラムにおいて前記導体パターンが設けられていない位置に設けられた穴部と、前記穴部を貫通すると共に前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間で前記所定間隔を維持するように前記磁石と前記第２ヨークとの間に配置された間隔維持部材と、を備えたことを特徴とする平面スピーカである。

（２）第２の発明は、（１）において、前記間隔維持部材は非磁性体である、ことを特徴とする平面スピーカである。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。

（１）以上の平面スピーカの発明では、平板状の２枚の磁性体ヨークの間に導体パターンを有するダイアフラムが挟まれた構造になっており、これら２枚のヨーク間には磁石群による吸着力が作用するものの、２枚のヨーク間には間隔維持部材が配置されているため、ヨークの湾曲やヨーク間の間隔変動を抑えて均一な間隔を保つことが可能になり、良好な特性の平面スピーカを実現できる。

また、反発力が発生する領域は存在していないため、反発力によってヨークがたわむことはなく、また、製造時の位置決めが難しくなることもない。
また、間隔維持部材は、磁石と第２ヨークとの間に配置されるため、ダイアフラムに設けられた導体パターンの経路を邪魔することがないため、ボイスコイルとして作用する導体パターンと磁力線との鎖交に悪影響を与えることなく、ヨークの湾曲やヨーク間の間隔変動を抑えて均一な間隔を保つことが可能になり、良好な特性の平面スピーカを実現できる。

（２）また、以上の（１）において、２枚のヨーク間には非磁性体の間隔維持部材が配置されているため、音響的に適した磁力線の向きに悪影響を与えることなく、ヨークの湾曲やヨーク間の間隔変動を抑えて均一な間隔を保つことが可能になり、良好な特性の平面スピーカを実現できる。

本発明の実施形態の平面スピーカの全体構成を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカの断面構成を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカのダイアフラムの構成を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカの磁石群の配置を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカのダイアフラムの電流を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカのダイアフラムと磁石群の配置を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカの全体構成を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカの断面構成を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカの間隔維持部材の配置例を示す構成図である。本発明の実施形態の平面スピーカの特性を示す特性図である。本発明の実施形態の平面スピーカの特性を示す特性図である。本発明の実施形態の平面スピーカの特性を示す特性図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１では本発明の第１実施形態の平面スピーカ１００を分解斜視図により示し、図２では本発明の第１実施形態の平面スピーカ１００を断面構成図により示している。

ここで、本実施形態の平面スピーカ１００は、磁性体で構成された平板状の第１ヨーク１１０と、第１ヨーク１１０と所定間隔で平行に配置され磁性体で構成された平板状の第２ヨーク１２０と、複数の磁石のＮ極とＳ極とを交互（図４参照）に後述するダイアフラム１５０側に向けるように第１ヨーク１１０において内面に配置される磁石群１３０（図１破線）と、第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０との間で所定間隔を維持するように配置された間隔維持部材１４０と、第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０との間に配置される平板状の振動可能な部材で構成されたダイアフラム１５０と、磁石群１３０の互いに隣接するＮ極とＳ極との間の磁力線と鎖交する方向であってダイアフラム１５０のいずれかの面に設けられたジグザグ線状の導体パターン１６０と、ダイアフラム１５０において導体パターン１６０が設けられていない位置において間隔維持部材１４０を貫通させるように設けられた穴部１５０Ｈと、第１ヨーク１１０とダイアフラム１５０とが周端部において所定間隔を維持するように保つ第１外枠部１７０と、ダイアフラム１５０と第２ヨーク１２０とが周端部において所定間隔を維持するように保つ第２外枠部１８０と、ダイアフラム１５０の振動による音波を通過させるために第１ヨーク１１０又は第２ヨーク１２０の少なくとも一方に設けられた貫通孔（図１では第２ヨーク１２０側に示す）と、を備えて構成される。

ここで、間隔維持部材１４０は、第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０の周端部以外の位置において、１個又は複数個配置されている。また、この間隔維持部材１４０は、磁石群１３０のいずれかの磁石と第２ヨーク１２０との間において、第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０の所定間隔を維持することも可能である。

また、導体パターン１６０を備えたダイアフラム１５０は、フレキシブルプリント基板の手法で構成することができる。

なお、図１および図２では原理的構成のため簡単に示しているが、ダイアフラム１５０と導体パターン１６０とは、具体的には図３のように構成される。ここで、導体パターン１６０は、多数のジグザグ線が端部で接続されて、一端の電極部１６０ａから他端の電極部１６０ｂへ電流が流れるように構成されている。この場合、図３において、電極部１６０ａと電極部１６０ａとに交流信号を供給すると、電極パターン１６０全体で、図５以降に説明する向き（またはその反対向き）に電流が流れるよう構成されている。

図４は、磁極の向きを説明するために磁石群１３０の一部を取り出して示す配置図である。ここで、磁石群１３０の各磁石は、図４のように隣接する磁石間で磁極の向きが交互に反転するように配置されている。

図５は、導体パターン１６０に流れる電流の向きを説明するために、導体パターン１６０の一部を取り出して示す配置図である。ここで、図５の導体パターン１６０は、図４の磁石群１３０に対応する状態で示している。

なお、図５で矢印で示す電流は、平面スピーカ１００に供給される交流信号における所定のタイミングの電流の向きであり、別なタイミングでは全体として反対向きに電流が流れるものである。

また、図６は、磁石群１３０の磁極の向き（図４参照）と導体パターン１６０の電流の向き（図５参照）とを重ねて示す説明図である。ここで、破線矢印は磁石による磁力線の向きを示し、実線矢印は図５と同じ向きの電流を示している。

ここで、磁石群１３０の各磁石の周囲を囲むように、かつ、磁石群１３０の磁極の向きが交互に反転することに対応して、磁石の周囲を流れる電流の向きが交互に反転するように、ジグザグ線状の導体パターン１６０が配置されている。

このため、電流と磁力線とは略９０°の角度で交わるようになり、電流が磁界から受ける力の方向はダイアフラム面に略直交する方向となる。図６に示す電流の状態では、導体パターン１６０によってダイアフラム１５０は紙面手前方向の力が発生する。また、電流の向きが図６と反対になると、導体パターン１６０によってダイアフラム１５０は紙面奥方向への力が発生する。

すなわち、導体パターン１６０に交流信号を供給すると、導体パターン１６０を流れる電流により生じる力によって、ダイアフラム１５０は面と垂直方向に振動する。なお、ダイアフラム１５０が振動して発生した音は、第１ヨーク１１０及び第２ヨーク１２０の少なくとも一方に設けられた貫通孔を通過して放射される。

なお、この平面スピーカ１００においてダイアフラム１５０の振動により発生する音は平面波になるため、このダイアフラム１５０に穴部１５０Ｈが設けられていても周波数特性の乱れや音圧の低下は発生しないことが実験により確認された。

そして、この平面スピーカ１００では、間隔維持部材１４０が第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０の周端部以外の位置において１個又は複数個配置されているため、第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０の所定間隔を維持することが可能になる。このため、周波数特性も音圧特性も適正な状態を長期間保つことが可能になる。

すなわち、２枚のヨーク間には磁石群による吸着力が作用するものの、２枚のヨーク間には間隔維持部材１４０が配置されているため、ヨークの湾曲やヨーク間の間隔変動を抑えて均一な間隔を保つことが可能になり、良好な特性の平面スピーカを実現できる。また、反発力が発生する領域は存在していないため、反発力のために磁石配置を最適配置から犠牲にすることもない。また、間隔維持部材１４０は非磁性体であるため、音響的に適した磁力線の向きに悪影響を与えることない。さらに、間隔維持部材１４０は、磁石と第２ヨーク１２０との間に配置することで、ダイアフラム１５０に設けられた導体パターン１６０の経路を一切邪魔することがなく、導体パターン１６０と磁力線との鎖交に悪影響を与えることなく、良好な特性の平面スピーカを実現できる。

すなわち、何も対策がない場合には、磁石群１３０の吸引力によって、第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０とが接近するように湾曲するが、本実施形態ではそのような問題は発生しない。一方、磁石を用いて反発させる場合には、反発による湾曲、製造時位置合わせ困難、磁力線の不均一による音響特性への悪影響、などの問題が発生するが、本実施形態ではそのような問題は発生しない。

さらに、第１ヨーク１１０または第２ヨーク１２０の少なくとも一方を非磁性体にすれば磁石群１３０の吸引力による問題は発生しないものの、磁気抵抗が上昇することによる音圧低下という問題が発生するが、本実施形態の構成では第１ヨーク１１０と第２ヨーク１２０の両方を磁性体としているために音圧低下の問題は発生しない。
〔第２実施形態〕
図７では本発明の第２実施形態の平面スピーカ１００を分解斜視図により示し、図８では本発明の第２実施形態の平面スピーカ１００を断面構成図により示している。

なお、第１実施形態と同一物には同一番号を付すことで重複した説明を省略する。

ここで、第１実施形態と異なる部分は、第１外枠部１７０により囲まれた空間において磁石群１３０とダイアフラム１５０の間でダイアフラム１５０の振動を吸収するダンパ１７０Ｄと、第２外枠部１８０により囲まれた空間においてダイアフラム１５０と第２ヨーク１２０の間でダイアフラム１５０の振動を吸収するダンパ１８０Ｄと、を備えて構成されたことである。

この場合、ダンパ１７０Ｄとダンパ１８０Ｄとは、ダイアフラム１５０と同様に、間隔維持部材１４０を通す穴部が設けられている。なお、ダンパ１７０Ｄとダンパ１８０Ｄとは、ダイアフラム１５０の振動による音を透過させつつダンパとして作用するため、不織布などを用いることができる。
〔実施形態により得られる効果〕
ここで、以上の実施形態と、間隔維持部材を有しない従来技術とについて、平面スピーカ１００を駆動した際に、第１ヨーク１００又は第２ヨーク１２０が振動する変位をシミュレーションにより求めた。

なお、間隔維持部材を有しない従来技術の構成（図９（ａ））、平面スピーカ１００を縮小した形状の４箇所に間隔維持部材を有する実施形態（図９（ｂ））、平面スピーカ１００を縮小して４５度傾けた菱形形状の４箇所に間隔維持部材を有する実施形態（図９（ｃ））、略円形の８箇所に間隔維持部材を有する実施形態（図９（ｄ））、の４種類について変位を求めた。

図１０は、間隔維持部材を有しない従来技術の構成（図９（ａ））と、平面スピーカ１００を縮小した形状の４箇所に間隔維持部材を有する実施形態（図９（ｂ））について、変位の周波数特性を示す特性図である。１２０Ｈｚ付近と２５０Ｈｚ付近で発生していた変位のピーク（不要振動）が１／１０に抑えられる効果が確認された。

図１１は、間隔維持部材を有しない従来技術の構成（図９（ａ））と、平面スピーカ１００を縮小して４５度傾けた菱形形状の４箇所に間隔維持部材を有する実施形態（図９（ｃ））について、変位の周波数特性を示す特性図である。１２０Ｈｚ付近と２５０Ｈｚ付近で発生していた変位のピーク（不要振動）が１／１０に抑えられ、さらに平坦な特性が３００Ｈｚ付近まで拡大しており、少ない間隔維持部材でありながら良好な効果が確認された。

図１２は、間隔維持部材を有しない従来技術の構成（図９（ａ））と、略円形の８箇所に間隔維持部材を有する実施形態（図９（ｄ））について、変位の周波数特性を示す特性図である。１２０Ｈｚ付近と２５０Ｈｚ付近で発生していた変位のピーク（不要振動）が１／１０に抑えられ、さらに平坦な特性が４００Ｈｚ付近まで拡大する効果が確認された。

また、以上のことから、複数の間隔維持部材を配置する場合には、平面スピーカ１００の形状を縮小した形でない状態に配置することが良好であり（図１１、図１２参照）、また、間隔維持部材の個数を増やすことでより良い特性が得られることが判明した。

１００スピーカ
１１０第１ヨーク
１２０第２ヨーク
１３０磁石群
１４０間隔維持部材
１５０ダイアフラム
１６０導体パターン
１７０第１外枠部
１８０第２外枠部

Claims

磁性体で構成された平板状の第１ヨークと、
前記第１ヨークと所定間隔で対向するように配置され磁性体で構成された平板状の第２ヨークと、
前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間に配置される平板状のダイアフラムと、
複数の磁石のＮ極とＳ極とを交互に前記ダイアフラム側に向けるように前記第１ヨークにおいて前記ダイアフラム側の面に配置された磁石群と、
前記磁石群の互いに隣接するＮ極とＳ極との間の磁力線と鎖交する方向であって前記ダイアフラムに設けられた導体パターンと、
前記ダイアフラムの振動による音波を通過させるために前記第１ヨーク又は前記第２ヨークの少なくとも一方に設けられた貫通孔と、
前記ダイアフラムにおいて前記導体パターンが設けられていない位置に設けられた穴部と、
前記穴部を貫通すると共に前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間で前記所定間隔を維持するように前記磁石と前記第２ヨークとの間に配置された間隔維持部材と、
を備えたことを特徴とする平面スピーカ。
前記間隔維持部材は非磁性体である、
ことを特徴とする請求項１に記載の平面スピーカ。