JP6364900B2 - エネルギー変換装置及びスピーカー構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギーおよび機械エネルギーを相互に変換するエネルギー変換装置に関する。

電気エネルギーおよび機械エネルギーを相互に変換するエネルギー変換装置として、スピーカーやマイクロフォンがある。スピーカーにおいては、永久磁石に近接するコイルを電磁誘導による反発力で振動させることで、当該コイルに固定される振動板が空気を振動させ音波が発生する。一方、マイクロフォンにおいては、音波によって振動板を振動させることで、当該振動板に連動するコイルに電磁誘導の作用で電流が流れる。

従来、スピーカーにおいては、コーン型の振動板を採用するものが主流を占めていたが、近年、平板状の振動板を採用した薄型のスピーカー（いわゆる、平面スピーカー）が注目されている（例えば、特許文献１）。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、任意の構造体に取り付けることができる新規なエネルギー変換装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、所定の領域に固定される永久磁石と、導線パターンからなるコイルが形成され、前記永久磁石上に配置される振動板と、を有するエネルギー変換装置が提供される。

上述したように、本発明によれば、任意の構造体に取り付けることができるエネルギー変換装置が提供される。本発明のエネルギー変換装置は、例えば、スピーカーやマイクロフォンへの応用展開が可能である。

本実施形態のスピーカー構造が取り付けられる構造体の類型を示す図。 本実施形態における振動板および永久磁石を示す図。 本実施形態のスピーカー構造の作製手順を説明するための模式図。 本実施形態のスピーカー構造の断面図。 本実施形態のスピーカー構造の断面図。 本実施形態における振動板を示す図。 本実施形態のスピーカー構造の断面図。 本実施形態におけるスペーサーの配置状態を示す図。 本実施形態のスピーカー構造の断面図。 本実施形態における振動板を示す図。 本実施形態のスピーカー構造を示す図。 本実施形態のスピーカー構造の断面図。 本実施形態のスピーカー構造の作製過程を示す図。 本実施形態における振動板の位置合わせ方法を説明するための概念図。 本実施形態のスピーカー構造の断面図。 本実施形態のスピーカー構造の表裏面を示す図。 指向特性評価の実験条件を示す図。 本実例のスピーカー構造の構造体を示す図。 本実例のスピーカー構造の断面図。 指向特性評価の実験条件を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 本実例のスピーカー構造の構造体と振動板を示す図。 本実例の実験結果を示す図。 参考例の実験結果を示す図。

以下、本発明のエネルギー変換装置を、スピーカーの実施形態をもって説明するが、本発明は、マイクロフォン、扇風機等の他のエネルギー変換装置にも適用可能であり、後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。また、各図に記載された構造のスケールは、必要に応じてデフォルメされているものとして参照されたい。

本実施形態のスピーカー構造は、任意の構造体の曲面を有する領域に対して追加的に取り付けることができる。図１は、本実施形態のスピーカー構造を取り付けることができる領域の類型として、円柱形状の領域５０（図１（ａ）に示す）および球形状の領域５２（図１（ｂ）に示す）を示す。

ここでは、まず、円柱形状の領域５０（以下、円柱５０として参照する）に対してスピーカー構造を追加的に取り付ける手順について説明する。

本実施形態においては、まず、図２（ａ）に示す振動板１０および図２（ｂ）に示す永久磁石２０を用意する。

振動板１０は、可撓性を有する厚さ１０〜３０μｍ程度の樹脂基板１２で構成することができる。樹脂基板１２は、２０００〜３０００ＭＰａ程度の曲げ弾性率を有することが好ましく、例えば、エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などを採用することができる。

樹脂基板１２は、その形状が縦長の長方形であり、その幅は、円柱５０の長さより短い適切な長さに設定することが好ましく、その長さは、円柱５０の外周とほぼ等しい適切な長さに設定することが好ましい。

樹脂基板１２には、コイル１４が一面に形成される。コイル１４は、蛇行あるいはパルス状に形成された導線パターンからなり、樹脂基板１２の幅方向に延びる導線が一定のピッチＰで形成されている。本実施形態においては、例えば、銅箔付きの樹脂基板１２をウェットエッチングしたり、銅ペーストをスクリーン印刷の手法で樹脂基板１２に印刷したりして導線パターンを形成することができる。さらに、コイル１４には、電源に接続するためのプラス端子１４ａとマイナス端子１４ｂが設けられる。

永久磁石２０は、その形状が縦長の長方形であり、その幅および長さは、それぞれ、コイル１４の導線パターンの幅および長さに応じて適切な長さに設定される。また、永久磁石２０は、円柱５０の曲面の形状に倣って形状を自在に変形することができるようにシート状のボンド磁石（ゴム磁石）で構成することが好ましい。

ここで、永久磁石２０には、図２（ｂ）に示すように、幅方向に延びる帯状のＮ極とＳ極が交互に現れるように平行縞状の帯磁パターンが形成されており、当該帯磁パターンのピッチＰが振動板１０に形成されるコイル１４のピッチＰに等しくなるように構成されている。

なお、永久磁石２０としては、フェライト磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石等を用いることができ、磁力の強いネオジム磁石を用いることがより好ましい。

上述した振動板１０と永久磁石２０の用意ができたら、続いて、図３（ａ）に示すように、円柱５０の外周面に沿って永久磁石２０を巻き付けるように固定する。なお、本実施形態においては、円柱５０の外周面に永久磁石２０の厚みに応じた凹部を形成して、永久磁石２０を円柱５０に埋め込むようにしてもよい。

その後、図３（ｂ）に示すように、永久磁石２０の表面全体を覆うように緩衝膜３０を配置する。緩衝膜３０の配置により、振動板１０と永久磁石２０の固着と振動板１０の分割振動が回避されるとともに、振動板１０が十分な振幅をもって振動するために必要な可動域が確保される。

緩衝膜３０は、可撓性を有する非磁性材料からなり、永久磁石２０と振動板１０の間に介在して両者の離間距離を一定に保持する。本実施形態において、緩衝膜３０は、数μｍから数百μｍ程度の厚みを有することが好ましく、例えば、和紙やクリーンペーパー、クリーンワイプ等のセルロース繊維などで構成することができ、ゴムなどの弾性体で構成することもできる。

最後に、振動板１０を、図３（ｃ）に示すように、その長手方向に丸め（湾曲させ）、永久磁石２０を覆うようにして緩衝膜３０の上に配置した後、適切な固定用部材１５を使用して、振動板１０の両端を円柱５０の表面に固定する。

このとき、振動板１０のコイル１４の幅方向に延びる導線パターンが振動板１０の下に位置する永久磁石２０のＮ極の帯磁パターンとＳ極の帯磁パターンの境界線に一致するように、振動板１０を位置決めして円柱５０の表面に固定することが望ましい。

図４（ａ）は、上述した手順を経て完成した図３（ｃ）に示すスピーカー構造１００のＡ−Ａ’線での断面図を示し、図４（ｂ）は、断面図の破線で囲んだ一部の拡大図を示す。

図４（ｂ）に示す拡大図において、永久磁石２０の表面においてＮ極からＳ極へ向けて円弧状に通る磁力線の磁界成分のうち、振動板１０に形成されたコイルの電磁誘導に大きく寄与するは、永久磁石２０の表面に平行な成分であるところ、この平行成分は、Ｎ極の帯磁パターンとＳ極の帯磁パターンの境界線Ｎ極とＳ極の境界付近で最大となる。

本実施形態においては、コイル１４に交流電流を通電して磁界を発生させると、フレミング左手の法則に従って、コイル１４に電磁誘導による反発力が生じ、振動板１０が円柱５０表面の法線方向に振動する。先に説明したように、コイル１４の幅方向に延びる導線パターンをＮ極とＳ極の境界線に一致するように位置決めすると、振動板１０は、最大の効率をもって振動し、スピーカー用途として必要十分な音圧を発生する。

なお、永久磁石２０の帯磁パターンおよびコイル１４に形成される導線パターンは、上述した態様に限定されるものではなく、コイル１４に通電したときに電磁誘導による反発力が生じるような態様であればよい。

図５は、スピーカー構造１００の別態様を示す。図５（ａ）は、振動板１０において、樹脂基板１２の両面にコイル１４の導線パターンを形成した実施形態を示す。本実施形態によれば、通電によって発生する磁界がより大きくなる結果、振幅が増大し、より大きな音圧が発生するようになる。

さらに、図５（ｂ）は、永久磁石２０と円柱５０の間に高透磁率材料からなる高透磁率シート４０を配置した実施形態を示す。本実施形態によれば、高透磁率シート４０の存在により永久磁石２０の裏側の漏洩磁界が減少し、振動板１０（コイル１４）側の漏洩磁界が多くなる結果、振幅が増大し、より大きな音圧が発生するようになる。

以上、本実施形態のスピーカー構造１００について説明してきたが、続いて、上述した緩衝膜３０の代替手段を採用したスピーカー構造２００について説明する。

本実施形態のスピーカー構造２００においては、図６に示すように、振動板１０の表面（永久磁石２０に相対する面）に対して、絶縁体材料による微細な突起１６をドット状に形成する。本実施形態においては、例えば、シリカ微粒子を分散した硬化性樹脂のペーストを振動板１０の表面にノズル方式やスクリーン印刷方式で形成することができる。

図７（ａ）は、表面に突起１６をドット状に形成した振動板１０を備えるスピーカー構造２００の断面図を示し、図７（ｂ）は、断面図の破線で囲んだ一部の拡大図を示す。

図７（ｂ）の拡大図が示すように、スピーカー構造２００においては、振動板１０と永久磁石２０の間に緩衝膜３０が配置されていない。本実施形態においては、その代わりに、振動板１０の永久磁石２０に相対する面にドット状に形成された突起１６が、振動板１０と永久磁石２０の固着および振動板１０の分割振動を防止して、振動板１０の適切な振動を担保する。

以上、本実施形態のスピーカー構造２００について説明してきたが、続いて、上述したスピーカー構造２００において、振動板１０のより大きい可動域を確保するための構成を採用したスピーカー構造３００について説明する。

本実施形態のスピーカー構造３００においては、図８に示すように、永久磁石２０の表面の幅方向に３本のライン状のスペーサー２２を形成する。本実施形態において、スペーサー２２は、非磁性材料からなる弾性体で形成することができる。

図９（ａ）は、永久磁石２０の表面にスペーサー２２を形成してなるスピーカー構造３００の断面図を示し、図９（ｂ）は、断面図の破線で囲んだ一部の拡大図を示す。

図９（ｂ）の拡大図が示すように、スピーカー構造３００においては、振動板１０と永久磁石２０の間に形成されたスペーサー２２によって振動板１０の可動域が拡大される結果、振幅が増大し、より大きな音圧が発生するようになる。

なお、図８では、永久磁石２０の表面の幅方向（円柱５０の長手方向）に沿ってスペーサーを形成する態様を示したが、スペーサーの配置位置は図８に示した例に限定されない。別の態様では、永久磁石２０の表面の長手方向（円柱５０の円周方向）に沿ってスペーサーを形成してもよいし、スペーサーとして、永久磁石２０の両縁（円柱５０の円周方向）に沿って円柱５０の外周面から突出する凸条を形成してもよい。

以上、円柱形状の領域５０に取り付けるスピーカー構造について説明してきたが、次に、図１（ｂ）に示す球形状の領域５２に対してスピーカー構造を追加的に取り付ける手順について説明する。

図１０は、本実施形態において使用する振動板６０を示す。振動板６０は、図１０（ａ）に示すように、球の展開図に倣って、６つの紡錘形の樹脂基板６２を横に並べて繋げた形状を備える。

また、紡錘形の樹脂基板６２のそれぞれに球の罫線に沿って導線パターンが形成されており、各樹脂基板６２に形成された導線パターンが樹脂基板６２の接続部分で連結することでコイル６４を形成している。なお、樹脂基板６２およびコイル６４は、先に説明した実施形態の材料と同等のものを用いて作製することができる。

本実施形態においては、図６において説明したのと同様の方法で、振動板６０の表面（永久磁石に相対する面）に対して、絶縁体材料による微細な突起１６をドット状に形成する。図１０（ｂ）は、表面に突起１６をドット状に形成した振動板６０を示す。

一方、本実施形態においては、図１１（ａ）に示すように、永久磁石７０（ボンド磁石）を球形状の領域５２（以下、球５２として参照する）の曲面に沿ってその外周を取り囲む形で固定する。

ここで、永久磁石７０には、図１１（ａ）に示すように、球５２の経線方向に沿った帯状のＮ極とＳ極が交互に現れるように平行縞状の帯磁パターンが形成されており、当該帯磁パターンのピッチＰが振動板６０に形成されるコイル６４のピッチＰに等しくなるように構成されている。

次に、図１１（ｂ）に示すように、振動板６０の突起１６が形成された面を内側に向けた状態で、球５２を包み込むように覆った後、適切な固定用部材６５を使用して、６つの樹脂基板６２の頂点を合わせて球の表面に固定する。

このとき、振動板６０のコイル６４の経線方向に延びる導線パターンが振動板６０の下に位置する永久磁石７０のＮ極の帯磁パターンとＳ極の帯磁パターンの境界線に一致するように、振動板６０を位置決めして球５２の表面に固定することが望ましい。

図１２（ａ）は、上述した手順を経て完成した図１１（ｂ）に示すスピーカー構造４００のＡ−Ａ’線での断面図およびその拡大図を示し、図１２（ｂ）は、スピーカー構造４００のＢ−Ｂ’線での断面図を示す。

本実施形態においては、コイル６４に交流電流を通電して磁界を発生させると、フレミング左手の法則に従って、コイル６４に電磁誘導による反発力が生じ、振動板６０が球５２表面の法線方向に振動する。先に説明したように、コイル６４の導線パターンをＮ極とＳ極の境界線に一致するように位置決めすると、振動板６０は、最大の効率をもって振動し、スピーカー用途として必要十分な音圧を発生する。

なお、永久磁石７０の帯磁パターンおよびコイル６４に形成される導線パターンは、上述した態様に限定されるものではなく、コイル６４に通電したときに電磁誘導による反発力が生じるような態様であればよい。

以上、説明したように、本発明によれば、任意の構造体の曲面を有する領域にスピーカー構造を追加的に取り付けることができ、応用展開としては、本発明のスピーカー構造を既存の構造物の曲面を有する領域に取り付けることが想定される。

ここでいう既存の構造物としては、直管蛍光灯のソケット部を例示することができる。仮に、このソケット部に従来のコーン型のスピーカーを追加することを考えた場合、スペースの関係でサイズの小さいスピーカー（振動板）を採用せざるを得ず、その場合、音の広がりが期待できない。

この点につき、本発明のスピーカー構造であれば、直管蛍光灯のソケット部の円柱状の曲面を利用して取り付けることができ、この場合、円弧状の曲面を有する振動板が発生する音波は、広い範囲（振動板の曲面の法線方向）に伝播する。

なお、上述した直管蛍光灯のソケット部を利用した態様は、あくまで例示であり、曲面を有する構造物であればどのようなものでも本発明のスピーカー構造を取り付けるための領域として利用することができる。

また、上述した実施形態では、専ら、既存の構造体の曲面を有する領域に対してスピーカー構造を追加的に取り付ける態様について説明してきたが、スピーカー構造を構築するために専用の構造体を用意してもよいことはいうまでもない。

また、これまで、構造体の曲面にスピーカー構造を追加的に取り付ける実施形態について説明してきたが、本発明の別の実施形態によれば、角錐形状（切頭角錐を含む）の構造体の角錐面を取り付け領域としてスピーカー構造を追加的に取り付けることで、無指向性を実現することもできる。

また、これまで、取り付ける構造体を事前に想定し、当該構造体に定常的に取り付ける形のスピーカー構造について説明してきたが、本発明の別の実施形態によれば、スピーカー構造を、取り付ける構造体を特に想定せず、所望の構造体に対して自由に付け替えができるような形に構成することができる。以下、所望の構造体に対して付け替え自在なスピーカー構造の実施形態について説明する。

図１３に基づいて、本実施形態のスピーカー構造５００の作製過程を説明する。本実施形態においては、まず、図１３（ａ）に示すように、帯状の可塑性基板８０を用意し、可塑性基板８０の中央に永久磁石２０を配置する。ここで、可塑性基板８０は、可塑性の材料で形成される。また、可塑性基板８０は、蛍光灯などの熱源に取り付けられることを想定して熱伝導性を有していることが好ましく、安全性の観点から難燃性を有していることが好ましく、高いＳ／Ｎ比を実現するために電磁波シールド性を有していることが好ましい。

次に、図１３（ｂ）に示すように、可塑性基板８０の永久磁石２０が配置されていない領域および永久磁石２０の側面に対して接着剤８２を塗布する。このとき、永久磁石２０の上面には接着剤８２を塗布しない。また、可塑性基板８０の一方の端部領域も後述する面ファスナーを貼り付けるために接着剤８２を塗布しないでおく。なお、本実施形態においては、接着剤８２として両面テープを用いてもよい。

次に、図１３（ｃ）に示すように、永久磁石２０の上に緩衝膜３０を配置する。緩衝膜３０は、図３において先に説明したように、可撓性を有する非磁性材料からなり、永久磁石２０と後述する振動板１０の間に介在して両者の離間距離を一定に保持するためのものであり、和紙やクリーンペーパー、クリーンワイプ等のセルロース繊維などで構成することができ、ゴムなどの弾性体で構成することもできる。

次に、図１３（ｄ）に示すように、緩衝膜３０の上に振動板１０を配置する。このとき、振動板１０に形成されたコイル１４の幅方向に延びる導線パターンが振動板１０の下に位置する永久磁石２０のＮ極の帯磁パターンとＳ極の帯磁パターンの境界線に一致するように、振動板１０を位置決めして配置することが望ましい。

図１４は、振動板１０の位置決め方法を説明するための概念図である。この方法では、図１４（ａ）に示すように、永久磁石２０と緩衝膜３０の積層構造の上に振動板１０を配置する際に、磁気シート９０をコイル１４の導線パターンの一部が見える形で振動板１０の上に置く。ここで、磁気シート９０とは、磁性流体をフィルム状のシートに均一に分布させた状態で封入したものであり、磁石の着磁パターンを可視化することができる機能シートである。

振動板１０の上に置かれた磁気シート９０においては、図１４（ｂ）に示すように、緩衝膜３０の下に配置される永久磁石２０の着磁パターンが磁性流体の濃淡パターンとして可視化される。これを受けて、振動板１０の位置を動かして、磁気シート９０に現れた濃淡パターンとコイル１４の導線パターンが合致する位置に振動板１０を配置する。その結果、図１４（ｄ）において、振動板１０の一部を切り欠いて示すように、コイル１４の幅方向に延びる導線パターンの位置がその下に位置する永久磁石２０のＮ極の帯磁パターンとＳ極の帯磁パターンの境界線に一致するように振動板１０が配置される。なお、上述した位置決め方法は、本発明の他の実施形態にも同様に適用できることはいうまでもない。

最後に、図１３（ｅ）に示すように、振動板１０の上に可塑性基板８０と同じ幅の保護シート８４を配置し、その外縁部を接着剤８２で可塑性基板８０に固着させる。その結果、帯状のスピーカー構造５００が得られる。ここで、保護シート８４は、多孔性材料など透音性を有することが望ましく、撥水性および難燃性を有することが好ましい。

図１５は、図１３（ｅ）に示すＸ−Ｘ’線の断面図である。なお、図１５は、便宜上、厚み方向の縮尺をデフォルメしている。図１５に示すように、スピーカー構造５００においては、保護シート８４が、可塑性基板８０上に配置される永久磁石２０、緩衝膜３０および振動板１０からなる積層構造を覆って密封する形で固定する。

さらに、本実施形態においては、図１６に示すように、帯状のスピーカー構造５００の両端部領域に面ファスナーを設けることによって、スピーカー構造５００の簡便な付け替えを実現することができる。図１６に示す例では、図１３（ｅ）に示したスピーカー構造５００の表面の端部領域（接着剤８２を塗布しない領域）に面ファスナーのオス面８６を設け、スピーカー構造５００の裏面の対向する端部領域に面ファスナーのメス面８８を設けている。図１６に示す例の場合、スピーカー構造５００を保護シート８４を外側に向けて任意の構造体（例えば、蛍光灯）に巻きつけ、面ファスナーのオス面８６とメス面８８を貼り合わせることでスピーカー構造５００を簡便に取り付けることができ、同様に、面ファスナーをはがすことでスピーカー構造５００を簡便に取り外すことができる。

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した磁石は、サビ防止のために表面処理を施すことが好ましく、また、スピーカー構造の保護のためにその最外表面をフッ素系多孔質膜などの保護シートで覆うことが好ましい。また、これまで、本発明のエネルギー変換装置をスピーカー構造の実施形態をもって説明してきたが、本発明は、マイクロフォンへの応用展開が可能であることはいうまでもない。また、先の実施形態で開示した各要素は、陽に開示していない別の態様で組み合わせることができる。その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

以下、本発明のエネルギー変換器について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。

上述した実施形態に係るスピーカーを作製して、その指向特性を評価する実験を行った。

（スピーカーの作製）
円柱状のポリカーボネイトの曲面を取り付け領域とする５つのスピーカー（実施例１〜５）と球状のポリカーボネイトの曲面を取り付け領域とするスピーカー（実施例６）を作製した。

実施例１においては、振動板として、片面にコイル（厚さ9μm、ピッチ3mmの銅パターン）を形成したポリイミド樹脂膜（膜厚20μｍ）を使用し、実施例２〜６においては、振動板として、同様のコイルを両面に形成したポリイミド樹脂膜（膜厚20μｍ）を使用した。

また、実施例１、２、３、５、６においては、ボンド系Nd磁石（漏洩磁界：±100ガウス、厚み1mm、帯磁石のピッチ：3mm）を取り付け領域に外付けするki形で配設し、実施例４においては、同様の磁石を取り付け領域に面一で埋め込む形で配設した。

さらに、実施例３、４、５においては、スペーサーとしてライン状のゴム（2mm幅、24mm長、1mm厚）を図８に示した態様で配設した。

さらに、実施例５においては、高透磁率磁性シート（バスタレイド・FK3、NEC-TOKIN製）をボンド系Nd磁石と取り付け領域の間に配設した。

さらに、実施例６においては、紡錘形に裁断したポリイミド樹脂膜（膜厚20μｍ）の磁石と相対する面にドット状の突起を形成した。なお、本実施例では、テトラエチルオルソシリケートにシリカ粒子（平均粒子径：約５μｍの複合粒子）を分散させエチルセルロースのバインダを加えたペーストをエアロジェット（武蔵エンジニアリング製：針径φ0.3mm）で塗布・硬化してドット状の突起物を形成した。

また、比較例として、平板状のポリカーボネイトの平面（取り付け領域）にボンド系Nd磁石（漏洩磁界：±100ガウス、厚み1mm）を外付けし、その上に、厚さ9μｍの銅パターンで片面にコイルを形成したポリイミド樹脂膜（膜厚20μｍ）を振動板として配置してスピーカーを作製した。

本実験におけるスピーカーの作製条件を下記表１にまとめて示す。

（指向特性の評価）
上述した手順で作製したスピーカーから出力される音を測定し、スピーカーの指向特性を検証した。本実験では、スピーカーからマイク（アコー株式会社製、Type4152：無指向性）までの距離を50cmとし、図１７（ａ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対するスピーカーの周方向の相対角度：０°、３０°、６０°、９０°で示す）、ならびに、図１７（ｂ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対するスピーカーの長手方向の相対角度：０°、３０°、４５°、６０°で示す）でスピーカーから出力された音を測定した。

なお、本測定においては、単一の周波数の音を出力させるフリーソフト（ＷａｖｅＧｅｎｅ：ver1.4）を音源として使用し、スピーカーから出力された２種類の音（10KHzおよび20KHz）を音圧測定ソフト（スペクトラ、アコー株式会社製）で測定した。図１７（ａ）に示す４つの測定位置の測定結果を下記表２にまとめて示し、図１７（ｂ）に示す４つの測定位置の測定結果を下記表３にまとめて示す。

上記表２および表３に示した測定結果から、比較例では、平板状の振動板に垂直な基準線に対する相対角度が大きくなるほど測定された音圧(dB)が減少しており、指向性が認められるのに対し、実施例１〜６では、相対角度が大きくなっても測定された音圧(dB)が大きく変化しないことが認められた。

ボビン形状の構造体を有するスピーカーを作製して、その指向特性を評価する実験を行った。

（スピーカーの作製）
図１８（ａ）〜（ｃ）に示すボビン形状の構造体６００ａ〜６００ｃをポリカーボネイトで作製した。構造体６００ａにおいては、その円筒部分の両縁に沿ってフランジ状に一対の耳部６０２を形成し、円筒部分の外周面に一対の耳部６０２の内側全周に沿って一対の凸条６０４を形成し、一対の凸条６０４と面一になるように帯状の凸条６０６を形成した。同様に、構造体６００ｂにおいては、10mm長の凸条６０４を等間隔に形成し、構造体６００ｃにおいては、5mm長の凸条６０４を等間隔に形成した。

作製した構造体６００ａの一対の凸条６０４の間にボンド系Nd磁石（漏洩磁界：±100ガウス、厚み1mm、帯磁石のピッチ：3mm）を外付けする形で固定し、磁石の上を覆うように振動板を配置してスピーカーを作製した（実施例７）。なお、振動板として、両面にコイル（厚さ9μm、ピッチ3mmの銅パターン）を形成したポリイミド樹脂膜（膜厚20μｍ）を使用した。

図１９（ａ）は、作製したスピーカーのＡ−Ａ’方向（図１８）に沿った断面図を示し、図１９（ｂ）は、上述した手順で作製したスピーカーのＢ−Ｂ’方向（図１８）に沿った断面図を示す。

本実施例では、図１９（ａ）に示すように、振動板１０の両端をネジ孔が形成された凸条６０６の上で重ね合わせてネジ止めし、図１９（ｂ）に示すように、スペーサーとして機能する一対の凸条６０４の上に支持される振動板１０と磁石２０と間に0.5mmの隙間が維持されるようにした。

構造体６００ｂおよび６００ｃを使用して同様の手順でスピーカーを作製した（実施例８、９）。

さらに、スリットを形成した振動板を使用して上述したのと同様の手順でスピーカーを作製した（実施例１０、１１、１２）。なお、スリットは、振動板の両縁に沿って凸条が当たる位置に形成した。さらに加えて、スリットを形成した振動板の上に保護シートを設けたものを作製した（実施例１３）。なお、保護シートは、フッ素系多孔質膜（sa-PTFEベントフィルター、日本バルカー製）を使用し、保護シートの両端を凸条６０６の上で重ね合わせてネジ止めした。

上述したスピーカーの作製条件を下記表４にまとめて示す。

（指向特性の評価）
上述した手順で作製したスピーカーから出力される音を測定し、スピーカーの指向特性を検証した。本実験では、スピーカーからマイクまでの距離を1mまたは2mとし、図２０（ａ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対するスピーカーの周方向の相対角度：０°、３０°、４５°、６０°で示す）、ならびに、図２０（ｂ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対するスピーカーの長手方向の相対角度：０°、３０°、４５°、６０°で示す）でスピーカーから出力された４種類の音（10KHz、14KHz、18KHzおよび20KHz）を音圧測定ソフトで測定した。

実施例７〜１２のそれぞれの測定結果を図２１〜図２６に示す。なお、実施例１３の測定結果は、20KHzの音圧が2dB低い以外は実施例１０の測定結果とほぼ同じ値であったので図示を省略した。

図２１〜図２６に示す測定結果から、実施例７〜１３では、相対角度が大きくなっても測定された音圧(dB)が大きく変化しないことが認められた。

四角錐形状および切頭四角錐形状の構造体を有するスピーカーを作製して、その指向特性を評価する実験を行った。

（スピーカーの作製）
図２７（ａ）に示す略四角錐形状の構造体７００ａおよび略切頭四角錐形状の構造体７００ｂをＡＢＳ樹脂で作製した。構造体７００ａおよび７００ｂにおいては、角錐の稜線に相当する位置にスペーサーとして機能する一対の凸条７０２を形成した。

作製した構造体７００ａの４つの角錐面（三角形）にボンド系Nd磁石（漏洩磁界：±100ガウス、厚み1mm、帯磁石のピッチ：3mm）を埋め込む形で固定し、磁石の上を覆うように図２７（ｃ）に示す振動板を配置してスピーカーを作製した（実施例１４）。なお、振動板として、両面にコイル（厚さ9μm、ピッチ3mmの銅パターン）を形成したポリイミド樹脂膜（膜厚20μｍ）を使用した。同様の手順で、作製した構造体７００ｂの４つの角錐面（台形）にボンド系Nd磁石を外付けする形で固定し、磁石の上を覆うように振動板を配置してスピーカーを作製した（実施例１５）。

上述したスピーカーの作製条件を下記表５にまとめて示す。

（指向特性の評価）
上述した手順で作製したスピーカーから出力される音を測定し、スピーカーの指向特性を検証した。本実験では、スピーカーからマイクまでの距離を1mまたは2mとし、図２０（ａ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対する相対角度：０°、３０°、４５°、６０°で示す）でスピーカーから出力された４種類の音（10KHz、14KHz、18KHzおよび20KHz）を音圧測定ソフトで測定した。

実施例１４の測定結果を図２８（ａ）および（ｂ）に示し、実施例１５の測定結果を図２８（ｃ）および（ｄ）に示す。図２８に示す測定結果から、実施例１４および実施例１５では、相対角度が大きくなっても測定された音圧(dB)が大きく変化しないことが認められた。

図１３で説明した手順で帯状のスピーカー構造体を作製して、その指向特性を評価する実験を行った。

（スピーカーの作製）
シート部材として、難燃性シート（セーレン株式会社製、導電パターンフィルム、難燃タイプ）を長方形状（40mm×165mm×165μm厚）に切り取ったものを用意し、当該難燃性シートの上にボンド系Nd磁石（漏洩磁界：±100ガウス、25mm×90mm×1mm厚、帯磁石のピッチ：3mm）を配置した後、両面テープ（３Ｍ製、難燃性アクリル系）を難燃性シートに貼付してボンド系Nd磁石が動かないように固定した。次に、ボンド系Nd磁石の上に同じ大きさの非磁性のゴムシートを載せた後、振動板として、両面にコイル（厚さ9μm、ピッチ3mmの銅パターン）を形成したポリイミド樹脂膜（25mm×110mm×20μm厚）をゴムシートの上に図１４で説明した方法を使用して位置決め配置した。さらに、片面を撥水加工したシートを、振動板の上から覆い被せる形で配置し、その外縁を両面テープを介して難燃性シートに固着した。最後に、面ファスナー（MORITO製、ニューエコマジック耐熱タイプ、40mm×25mm）を表面と裏面に図１６に示した態様で貼り付けることで帯状のスピーカー構造を得た。

（指向特性の評価）
上述した手順で作製したスピーカー構造の面ファスナーを貼り合わせ、その状態で出力される音を測定し、スピーカーの指向特性を検証した。本実験では、スピーカーからマイクまでの距離を1mまたは2mとし、図２０（ａ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対するスピーカーの周方向の相対角度：０°、３０°、４５°、６０°で示す）、ならびに、図２０（ｂ）に示す４つの測定位置（スピーカーの中心を通る基準線に対するスピーカーの長手方向の相対角度：０°、３０°、４５°、６０°で示す）でスピーカーから出力された４種類の音（10KHz、14KHz、18KHzおよび20KHz）を音圧測定ソフトで測定した。その結果、実施例１０の測定結果とほぼ同じ値を示した。

なお、参考例として、市販の平面スピーカーと市販の通常スピーカー（コーン型）について、上述したのと同様の条件でスピーカーの指向特性を検証した。図２９（ａ）および（ｂ）は、市販の平面スピーカーの測定結果を示し、図２９（ｃ）および（ｄ）は、市販の通常スピーカーの測定結果を示す。図２９に示すように、市販のスピーカーは、いずれも音圧が相対角度によって大きくばらつく結果となった。

以上の実験結果から、本発明を適用したスピーカーが無指向性を有することが分かった。

１０…振動板
１２…樹脂基板
１４…コイル
１５…固定用部材
１６…突起
２０…永久磁石
２２…スペーサー
３０…緩衝膜
４０…高透磁率シート
５０…円柱状の領域
５２…球状の領域
６０…振動板
６２…樹脂基板
６４…コイル
６５…固定用部材
７０…永久磁石
８０…可塑性基板
８２…接着剤
８４…保護シート
８６…面ファスナー（オス面）
８８…面ファスナー（メス面）
９０…磁気シート
１００…スピーカー構造
２００…スピーカー構造
３００…スピーカー構造
４００…スピーカー構造
５００…スピーカー構造
６００ａ、６００ｂ、６００ｃ…構造体
６０２…耳部
６０４…凸条
６０６…凸条
７００ａ、７００ｂ…構造体
７０２…凸条

特開２０１０−２５１８１６号公報

Claims (10)

1. 所定の領域に固定される永久磁石と、
   導線パターンからなるコイルが形成され、前記永久磁石の上に配置される振動板と、を有し、
   前記振動板の前記永久磁石に相対する面に微細な突起がドット状に形成されている、
   エネルギー変換装置。
2. 前記振動板の可動域を確保するためのスペーサーが該振動板と前記永久磁石との間に形成されている、
   請求項１に記載のエネルギー変換装置。
3. 前記導線パターンが前記振動板の両面に形成されている、
   請求項１または２に記載のエネルギー変換装置。
4. 前記永久磁石と前記領域の間に高透磁率シートが配置される、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
5. 前記領域は、円柱状または球状の曲面である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
6. 前記領域は、角錐または切頭角錐の角錐面である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
7. 前記永久磁石は、ボンド磁石である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
8. 前記振動板は、樹脂基板で形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエネルギー変換装置。
9. 所定の領域に固定される永久磁石と、
   導線パターンからなるコイルが形成され、前記永久磁石の上に配置される振動板と、を有し、
   前記振動板の前記永久磁石に相対する面に微細な突起がドット状に形成されている、
   スピーカー構造。
10. エネルギー変換装置を製造する方法であって、
    所定の領域に永久磁石を固定するステップと、
    導線パターンからなるコイルが形成された振動板を前記永久磁石の上に配置するステップと、
    を含み、
    前記配置するステップは、
    前記振動板の上に磁性流体を封入した磁気シートを置いて該振動板の下に配置される前記永久磁石の着磁パターンを磁性流体の濃淡パターンとして可視化するステップと、
    前記振動板の位置を動かして前記濃淡パターンと前記コイルの導線パターンが合致する位置に該振動板を配置するステップと、
    を含む、
    方法。