JPWO2010122605A1 - 電磁変換器 - Google Patents

Abstract

一対のフレーム１６，１７を組み合わせた際に空洞の内部が形成され、一対のフレーム１６，１７の内部に配置された永久磁石３２，３３には磁束を集中させるプレート３８が設けられており、振動板２１は、プレート３８からの磁束を受けるコイルパターン２１ｂが振動膜２１ａ上に形成され、厚さを均一にした振動膜２１ａが凹凸形状の立体構造に形成されている。

Description

この発明は、永久磁石と振動板とを組み合わせて、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。

永久磁石と振動板とを組み合わせた従来の電磁変換器は、永久磁石と振動板とを対向するように配置し、また、永久磁石と振動板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、振動板及び緩衝材は、フレーム等の部材に挟み込まれるように覆われて、例えばスピーカの筺体に取り付けられる。

この種の電磁変換器の永久磁石は、一定の間隔を持って交互に異なる極性に配置された帯状の磁石部位（多極着磁パターンとも言う）を有している。また、振動板は、永久磁石の異なる磁極の境界にある間隙、すなわち磁界のニュートラルゾーンと称される部分に対向する位置に蛇行コイルパターンを配置したものである。振動板に配置された蛇行コイルパターンに音声信号が流れると、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作用し、フレミングの法則に従って振動板が振動する。この振動によって、周囲の空気が振動して音波が発生する。この発生した音波は永久磁石及びフレームにあけられた音放射孔を通して電磁変換器の外部に放射され、オーディオ再生が行われる（例えば、特許文献１参照）。

また、振動板が繰り返し振動を受けて蛇行コイルパターンが金属疲労により断線するのを防止するために、振動板が剛性付与部材等で補強されている構成が開示されている（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、上記の永久磁石に替えて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。このガムーゾン型スピーカでは、所定の間隔で隣り合う棒状磁石を交互に異なる極性で並べ、対向する棒状磁石の磁極を同一（Ｎ極とＮ極、またはＳ極とＳ極）に配置し、棒状磁石が中央に配置された振動板を表裏方向から挟み込んでいる。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、ポリイミド等からなる基材に銅やアルミニウムなどの金属導体の箔を蒸着もしくは接着した振動板部材に、コイルパターンをエッチングにより配置した振動板を有している（例えば、非特許文献１参照）。この薄型スピーカも上記の電磁変換器と同様の音波発生動作でオーディオ再生を行う。

これら従来の電磁変換器には、薄く柔軟な高分子フィルムからなる平板形状の振動板が用いられている。

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

しかしながら、上述した従来の電磁変換器は、薄く柔軟な高分子フィルムからなる平板形状の振動板が用いられており、低音域を再生する場合、振動板が振動する際に振動板が共振して異音を発生するという課題があった。また、振動板が共振することにより、性能が悪いという課題があった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、異音の発生を抑制した性能の良い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、組み合わせた際に空洞の内部を形成する一対のフレームと、フレームの内部に配置され、磁束を集中させるプレートが設けられた永久磁石と、プレートにより集中された磁束を受けるようコイルパターンが形成された振動板とを備え、振動板の厚さが均一で凹凸形状の立体構造に形成されているものである。

この発明に係る電磁変換器によれば、振動板は、厚さが均一で凹凸形状の立体構造に形成されたことにより、振動板自体の剛性を向上させることができ、低音域を再生する場合であっても、振動板が振動する際に振動板の共振が生じにくく、異音の発生を抑制することができる。また、振動板の共振を抑制するので、性能を良くすることができる。

実施の形態１の電磁変換器の外観を示しており、図１（ａ）が外観前面図、図１（ｂ）及び図１（ｃ）が外観側面図、図１（ｄ）が外観背面図である。 実施の形態１の電磁変換器の構成を示す断面図であり、図２（ａ）が図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）が図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１の振動板の外観斜視図である。 実施の形態１の電磁変換器の他の振動板の外観を示す斜視図である。 実施の形態１の電磁変換器の他の振動板の外観を示す斜視図である。 実施の形態１の電磁変換器の他の振動板の外観を示す斜視図である。 実施の形態１の電磁変換器の他の振動板の外観を示す斜視図である。 実施の形態２の電磁変換器の外観を示しており、図８（ａ）が外観前面図、図８（ｂ）及び図８（ｃ）が外観側面図、図８（ｄ）が外観背面図である。 実施の形態２の電磁変換器の構成を示す断面図であり、図９（ａ）が図８（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図９（ｂ）が図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 実施の形態２の振動板の外観斜視図である。 実施の形態２の電磁変換器の他の振動板の外観斜視図である。 実施の形態２の電磁変換器の他の振動板の外観斜視図である。 実施の形態２の電磁変換器の他の振動板の外観斜視図である。

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の電磁変換器１０の外観を示しており、図１（ａ）が電磁変換器１０の外観を示す前面図、図１（ｂ）が長手側面から見た電磁変換器１０の外観を示す側面図、図１（ｃ）が短手側面から見た電磁変換器１０の外観を示す側面図、図１（ｄ）が電磁変換器１０の外観を示す背面図である。

図１（ａ）、図１（ｄ）に示すように、電磁変換器１０は、フレーム１５に一定の間隔をおいて形成された音放射孔１５ａを両面に有しており、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、フレーム１５は、上側フレーム１６及び下側フレーム１７を組み合わせて構成されている。なお、説明のため、上側フレーム１６と下側フレーム１７とで上下の区別をつけているが、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、上側フレーム１６及び下側フレーム１７の形状は略同一であり、上下を反転させた構成であっても良い。

図２は、この発明の実施の形態１の電磁変換器１０の構成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場合の電磁変換器１０の断面図である。

図２（ａ）に示すように、電磁変換器１０は、フレーム１５、振動板２１、振動板支持材２４、上側永久磁石３２、下側永久磁石３３、プレート３８から構成されている。フレーム１５は、上側フレーム１６と下側フレーム１７とを組み合わせた際に空洞の内部を形成する筺体構造であり、フレーム１５の空洞の内部に振動板２１、振動板支持材２４、永久磁石３２，３３、プレート３８を覆うように収容している。

また、図２（ａ）に示すように、振動板２１は、数十ミクロンから数百ミクロンの薄い高分子フィルムからなり、厚さを略均一にした振動膜２１ａを凹凸形状の立体構造となるよう形成しており、振動膜２１ａの表面には、電気導体からなるコイルパターン２１ｂを形成している。コイルパターン２１ｂは、銅やアルミの電気導体の箔をエッチングやプレスなどにより打ち抜いて形成され、振動膜２１ａの表面に接着されている。この振動板２１の短手端部と下側フレーム１７の内壁面には、振動板支持材２４が取り付けられており、振動板２１は振動板支持材２４を介して下側フレーム１７に振動可能に支持されている。

また、図２（ａ）に示すように、上側フレーム１６と下側フレーム１７の対向する内壁面には、永久磁石３２，３３が配置されている。永久磁石３２は、上側フレーム１６の内壁面に取り付けられており、永久磁石３３は、下側フレーム１７の内壁面に取り付けられており、永久磁石３２に対向する下側フレーム１７の位置には永久磁石３３は配置されていない。また、永久磁石３３に対向する上側フレーム１６の位置には永久磁石３２は配置されていない。よって、永久磁石３２，３３は、上側フレーム１６及び下側フレーム１７の対向する内壁面に互い違いに千鳥配置で取り付けられている。

また、図２（ａ）に示すように、永久磁石３２の磁極は、上側フレーム１６に固定されている面がＮ極、上側フレーム１６に固定されている面に相対する面がＳ極であり、永久磁石３３の磁極は、下側フレーム１７に固定されている面がＳ極、下側フレーム１７に固定されている面に相対する面がＮ極である。よって、永久磁石３２，３３は同一の磁極方向で着磁されている。

また、図２（ａ）に示すように、永久磁石３２の上側フレーム１６に固定されている面に相対する面及び永久磁石３３の下側フレーム１７に固定されている面に相対する面には、プレート３８が載置されており、プレート３８が水平方向に一定の間隔をあけて一直線上に並んで配置されている。プレート３８は、鉄板などの磁性体で構成され、永久磁石３２，３３の磁束を水平方向に隣り合うプレート３８へ集中させるヨークとして作用している。

さらに、図２（ａ）に示すように、振動板２１の振動膜２１ａは、永久磁石３３とフレーム１５との間、プレート３８と上側フレーム１６との間、プレート３８と下側フレーム１７との間、及びプレート３８間を通るように凹凸形状に形成されており、凹凸形状の降り曲がった立ち上がり及び立ち下がりの部分は略垂直になるよう形成されている。コイルパターン２１ｂは、フレーム１５とプレート３８の間、及びプレート３８間に形成されている。この構成により、ヨークとしてのプレート３８により磁力を集中させた位置にコイルパターン２１ｂが配置されている。

図２（ｂ）は、図１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の電磁変換器１０の断面図である。図２（ｂ）に示すように、振動板２１の長手端部と下側フレーム１７との間には、振動板支持材２４が取り付けられている。また、上述したように振動板２１の短手端部にも振動板支持材２４が取り付けられている。よって、振動板支持材２４が振動板２１の外周端部と下側フレーム１７との間に取り付けられており、振動板２１は、振動板支持材２４を介して下側フレーム１７に振動可能に支持されている。

図３は、実施の形態１の振動板２１の外観を斜めから見た斜視図である。
図３に示すように、振動板２１は、振動膜２１ａが凹凸形状の立体構造に形成されている。振動膜２１ａの表面には、電気導体からなるコイルパターン２１ｂが蛇行形状に形成されている。コイルパターン２１ｂの両端は、図示しない制御部等からのオーディオ信号がコイルパターン２１ｂに供給されるように外部と接続されている。

また、図３に示すように、振動板２１の外周部には、皺状の重なり部２１ｃが形成されており、重なり部２１ｃは、振動膜２１ａを皺状に形成し重ね合わせ厚みを作ることで、振動板２１外周部の強度を向上させている。

次に、電磁変換器１０の動作原理について説明する。
電磁変換器１０では、永久磁石３２，３３に載置されたプレート３８間に高い磁束密度で磁界が発生している。外部から振動板２１上のコイルパターン２１ｂにオーディオ信号としての電流が供給されると、プレート３８間の磁束とコイルパターン２１ｂに流れる電流とが作用することにより、永久磁石３２，３３上のプレート３８と振動板２１のコイルパターン２１ｂとが電磁的に結合し、コイルパターン２１ｂには、フレミングの法則にしたがって駆動力が発生する。コイルパターン２１ｂが駆動されることで振動板２１が振動し、振動板２１の振動によりフレーム１５内の空気が振動する。フレーム１５内の空気の振動は、オーディオ振動として音放射孔１５ａから外部に放射される。

次に振動板２１の剛性を高める構成について説明する。
図３に示すように、振動板２１は、厚さを略均一にした薄膜からなる振動膜２１ａにより凹凸形状の立体構造に形成されたことにより、従来の平板形状の振動板に比べ振動板自体の剛性が向上している。

また、図３に示すように、振動板２１の外周部には、振動膜２１ａを皺状に形成し重ね合わせた重なり部２１ｃを形成したことにより、振動板２１外周部の剛性を向上させている。

なお、振動板２１の剛性を向上させる構成であれば、他の構成であってもよい。
ここで、振動板２１の剛性を向上させる他の構成の例について説明する。
図４は、実施の形態１の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図３の重なり部２１ｃに替えて、補強用コイルパターン２１ｄを形成している。補強用コイルパターン２１ｄは、振動板２１のコイルパターン２１ｂ間、すなわち振動板２１の凸形状表面の長手方向及び長手方向に略直角の短手方向に形成されており、コイルパターン２１ｂとは電気的にも切り離されて形成されている。

図５は、実施の形態１の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図４の補強コイルパターン２１ｄに替えて、補強リブ２１ｅを形成している。補強リブ２１ｅは、振動板２１表面のコイルパターン２１ｂの間、即ち振動板２１の凸形状上面の短手方向に溝形状を形成している。

図６は、実施の形態１の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図３の重なり部２１ｃに替えて、補強板２１ｆを設けている。補強板２１ｆは、振動板２１の材質と同等又は比重の小さい材質から構成され、振動板２１の凸形状の隣り合う長手端部同士を繋ぐように設けられており、振動板２１の凸形状を補強している。

図７は、実施の形態１の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図６の補強板２１ｆに替えて、補強板２１ｇを設けている。補強板２１ｇは、振動板２１の材質と同等又は比重の小さい材質から構成され、振動板２１の凸形状の内壁面又は凸形状の外壁面に設けられており、振動板２１の凸形状を補強している。なお、図示しないが、振動板２１の内壁面に沿って補強板２１ｇを設ける場合、永久磁石３２，３３及びプレート３８は、分割もしくは切り欠いた構造になっており、振動板２１が振動しても補強板２１ｇがプレート３８や永久磁石３２，３３に接触しない構成となっている。

以上のように、実施の形態１の電磁変換器１０によれば、振動板２１は、厚さを略均一にした薄膜からなる振動膜２１ａにより凹凸形状の立体構造に形成されると共に、プレート３８により集中された磁束を受けるコイルパターン２１ｂが振動膜上に形成されたことにより、振動板２１自体の剛性を向上させることができ、低音域を再生する場合であっても、振動板２１が振動する際に振動板２１の共振が生じにくく、異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。また、振動板２１の共振を抑制するので、性能が良くなるという効果を奏する。

また、実施の形態１の電磁変換器１０によれば、振動板２１の外周部には、振動膜２１ａを皺状に形成し重ね合わせた重なり部２１ｃを形成したことにより、振動板２１外周部の剛性が向上して振動板２１が変形せず、より異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。

また、実施の形態１の電磁変換器１０によれば、振動板２１の凸形状の表面にコイルパターン２１ｂと電気的に切り離した補強用コイルパターン２１ｄを形成したことにより、振動板２１の剛性が向上して振動板２１が変形せず、異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。

また、実施の形態１の電磁変換器１０によれば、振動板２１表面のコイルパターン２１ｂの間、即ち凸形状上面に溝形状の補強リブ２１ｅを形成したことにより、振動板２１の剛性が向上して振動板２１が変形せず、異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。

また、実施の形態１の電磁変換器１０によれば、振動板２１の材質と同等又は比重の小さい材質からなる補強板２１ｆ，２１ｇで振動板２１の凸形状を補強したことにより、振動板２１の剛性が向上して振動板２１が変形せず、異音の発生を抑制することができるという効果が得られる。

さらに、振動板２１の凹凸形状の立ち上がり部を略垂直に形成したことにより、永久磁石３２，３３間の磁気ギャップを狭くすることができ、磁気回路の磁束密度を大きくすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、永久磁石３２，３３が複数設けられた構成について説明したが、実施の形態２は、電磁変換器１０の寸法を小型化する構成について図８〜図１３を用いて説明する。なお、説明の重複を避けるため、実施の形態１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８は、この発明の実施の形態２の電磁変換器１０の外観を示しており、図８（ａ）が電磁変換器１０の外観を示す前面図、図８（ｂ）が長手側面から見た電磁変換器１０の外観を示す側面図、図８（ｃ）が短手側面から見た電磁変換器１０の外観を示す側面図、図８（ｄ）が電磁変換器１０の外観を示す背面図である。

図８（ａ）に示すように、上側フレーム１６は、音放射孔１５ａとともに、上側フレーム１６の中央部に音放射孔１５ａよりも大きい音放射孔１５ｂが形成されており、音放射孔１５ｂは、振動板２１の凸形状と略同じ大きさである。

図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、上側フレーム１６は、平板形状であり、下側フレーム１７の一面を覆って空洞の内部を形成するように構成されており、上側フレーム１６の音放射孔１５ｂから、振動板２１が外部に露出している。

図８（ｄ）に示すように、下側フレーム１７には、音放射孔１５ａが形成されているが、音放射孔１５ｂは形成されていない。

図９は、この発明の実施の形態２の電磁変換器１０の構成を示す断面図であり、図９（ａ）は、図８（ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿って切断した場合の電磁変換器１０の断面図である。

図９（ａ）に示すように、上側フレーム１６は、中央部に音放射孔１５ｂが形成されており、音放射孔１５ｂと所定の間隔をあけて音放射孔１５ａが形成されている。

また、図９（ａ）に示すように、永久磁石３３は、下側フレーム１７の上側フレーム１６と対向する内壁面の中央に配置固定されており、永久磁石３３の下側フレーム１７の固定された面に相対する面にはヨークとしてのプレート３８が載置されている。プレート３８は、上側フレーム１６の水平方向に一直線上に配置されており、上側フレーム１６との間に磁束密度の高い磁界を発生させている。

さらに、図９（ａ）に示すように、振動膜２１ａが永久磁石３３と下側フレーム１７との間、プレート３８と上側フレーム１６との間、プレート３８と対向する位置を通る凸形状に形成されており、また、コイルパターン２１ｂがプレート３８と上側フレーム１６との間に形成されている。

図９（ｂ）は、図８（ａ）に示すＤ−Ｄ線に沿って切断した場合の電磁変換器１０の断面図である。図９（ｂ）に示すように、振動板２１の凸形状の上面は、上側フレーム１６の音放射孔１５ｂから突出して露出している。

なお、電磁変換器１０の動作原理については、実施の形態１と同様である。

次に振動板２１の剛性を高める構成について説明する。
図１０は、実施の形態２の振動板２１を斜めから見た斜視図である。
図１０に示すように、振動板２１は、厚さを略均一にした薄膜からなる振動膜２１ａにより凹凸形状の立体構造に形成されると共に、プレート３８により集中された磁束を受けるコイルパターン２１ｂが振動膜上に形成されたことにより、従来の平板形状の振動板に比べ振動板自体の剛性が向上している。

また、図１０に示すように、振動板２１の外周部には、振動膜２１ａを皺状に形成し重ね合わせた重なり部２１ｃを形成したことにより、振動板２１外周部の剛性を向上させている。

なお、実施の形態１と同様に、振動板２１の剛性を向上させる構成であれば、他の構成であってもよい。
ここで、振動板２１の剛性を向上させる他の構成について示す。
図１１は、実施の形態２の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図１０の重なり部２１ｃに替えて、振動板２１の凸形状表面に補強用コイルパターン２１ｄを形成している。

図１２は、実施の形態２の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図１１の補強コイルパターン２１ｄに替えて、補強リブ２１ｅを形成している。補強リブ２１ｅは、振動板２１表面のコイルパターン２１ｂの間、即ち凸形状上面の短手方向に溝形状を形成したものである。

図１３は、実施の形態２の電磁変換器１０の他の振動板２１の外観を示す斜視図であり、図１０の重なり部２１ｃに替えて、補強板２１ｇを設けている。補強板２１ｇは、振動板２１の凸形状の内壁面に設けられており、振動板２１の凸形状を補強している。

以上のように、実施の形態２の電磁変換器１０によれば、実施の形態１の電磁変換器１０と同じ効果が得られると共に、電磁変換器１０の寸法を小型化することができるという効果が得られる。

なお、実施の形態１，２において、蛇行形状のコイルパターン２１ｂが振動板１１の表面に形成されていると記載しているが、振動膜２１ａの両面にコイルパターン２１ｂを構成するものであっても良い。また、振動板２１にコイルパターン２１ｂが埋め込まれた構成であっても良い。

また、実施の形態１，２において、永久磁石１２，１３が３列及び１列の場合の例を示したが、その他の列数でも良く、振動板２１を同様に構成することで同様の効果が得られる。

また、振動膜２１ａに補強用コイルパターン２１ｄを設ける例、振動膜２１ａに溝形状の補強リブ２１ｅを形成する例、振動板１１の外周部や内部に振動板２１の構成部品と同等または比重の小さい材料から成る補強板２１ｆ，２１ｇを設けた例を示したが、各々単独で用いても、複数用いても、組み合わせで構成しても良く、同様の効果が得られる。

また、説明のため、上側フレーム１６と下側フレーム１７とで上下の区別をつけているが、上下を反転させた構成であっても良い。

また、本発明の実施の形態で示した各図は、わかりやすく説明するために誇張拡大して示しており、各構成の厚み等の関係は実際と異なるものである。

以上のように、この発明に係る電磁変換器は、振動板自体の剛性を向上させることができ、低音域を再生する場合であっても、振動板が振動する際に振動板の共振が生じにくく、異音の発生を抑制することができると共に、振動板の共振を抑制して性能を良くすることができるので、オーディオシステムのスピーカなどに用いるのに適している。

この発明に係る電磁変換器は、組み合わせた際に空洞の内部を形成する一対のフレームと、フレームの内部に配置され、磁束を集中させるプレートが設けられた永久磁石と、プレートにより集中された磁束を受けるようコイルパターンが振動膜の長手側面に配置され、当該長手側面に配置されたコイルパターン間をつなぐコイルパターンが上記振動膜の天面または底面に配置された振動板とを備え、振動板の厚さが均一で凹凸形状の立体構造に形成されているものである。

Claims (5)

1. 組み合わせた際に空洞の内部を形成する一対のフレームと、
   上記フレームの内部に配置され、磁束を集中させるプレートが設けられた永久磁石と、
   厚さを均一にした振動膜により凹凸形状の立体構造に形成されると共に、上記プレートにより集中された磁束を受けるコイルパターンが上記振動膜上に形成された振動板とを備えた電磁変換器。
2. 上記振動板の外周には、皺状に形成し重ね合わせた重なり部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
3. 上記振動板の表面に上記コイルパターンと電気的に切り離した補強用コイルパターンが形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
4. 上記振動板表面のコイルパターン間に溝形状の補強リブ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。
5. 上記振動板の立体構造を補強する補強板を設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。

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