KR101204033B1 - 평면형 음향 변환 장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

평면형 음향 변환 장치(100)는 소정의 간격을 가지고 서로 인접하여 배치된 영구 자석(10) 및 자성 부재(20)와, 영구 자석(10) 및 자성 부재(20)에 대향하여 설치된 평탄한 진동막(30)과, 진동막(30)에 고정된 복수의 코일(40)을 구비하고, 복수의 코일(40)에 전기 신호를 인가함에 의해 영구 자석(10)의 자극면(12)과 자성 부재(20)의 사이에 형성된 자속(Φ)에 의해 진동막(30)에 진동력(F)을 얻는다. 그리고, 평면형 음향 변환 장치(100)는 자극면(12)과 자성 부재(20)의 상면(22)의 사이에 단차(50)를 가짐과 동시에 전기신호의 무인가시에 있어서 코일(40)의 권선(42)의 적어도 일부가 단차(50)의 내부에 배치되어 있다.

Description

평면형 음향 변환 장치 및 그 구동방법{FLAT ACOUSTIC TRANSDUCER AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 평면형 음향 변환 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
기존의 평면형 음향 변환 장치(평면 스피커)로써는 평판상의 요크의 기면에 복수의 영구자석을 나란히 하여 극성이 반대가 되도록 설치하고, 영구자석에 대향하는 평탄한 진동막에 복수의 소용돌이 모양의 코일을 배열하여 설치한 것이 알려져있다(특허 문헌 1,2를 참조). 그리고, 코일에 전기 신호를 인가함으로 인해 코일은 영구자석의 자극 면으로부터 자력을 받고 영구자석의 위쪽에서 진동한다.
이러한 평면형 음향 변환 장치에서는 복수의 영구자석의 상면(자극면)은 서로 평편하게 구성되고, 이러한 자극면과 코일은 소정의 간격을 가지고 이간하고 있다.
특허문헌1 : 일본특개 2001-333493호 공보 특허문헌2 : 일본특개 2008-141570호 공보
평면 스피커에서는 진동막을 진동시키기 위해 코일에 전류를 인가하면 진동막과 함께 코일도 진동한다. 그 진폭거리는 최대 예를 들면 1.Omm 정도에 달한다.
이때 요크상에 배열된 복수의 영구자석의 상면 높이는 하나같이 정렬되어 있는 것으로 부터, 코일이 진동의 최하점에 위치하는 경우와 최상점에 위치하는 경우에서는 코일에 대한 자력의 작용도가 서로 다른 것이 된다. 여기서 코일에 작용하는 자력은 영구 자석의 자극면과 코일과의 거리의 2승에 반비례하여 약해지므로, 코일에서의 인가전류가 일정한 경우에는 진동하는 코일의 위치에 따라서 진동막에 생기는 구동력이 변동한다. 그 결과, 평면 스피커로부터 발생되는 음에는 왜곡이 발생하고 원음의 재현성이 심하게 손상되는 문제가 발생했다.
본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것이며, 원음을 충실히 재현하는 것이 가능한 평면형 음향 변환 장치 및 평면형 음향 변환 장치의 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 평면형 음향 변환 장치는 소정의 간격을 가지고 서로 인접하여 배치된 영구 자석 및 자성 부재와, 상기 영구 자석 및 자성 부재에 대향하여 설치된 평면 진동막과, 상기 진동막에 고정된 코일을 구비하고,
상기 코일에 전기 신호를 인가함으로 인해 상기 영구 자석의 자극면과 상기 자성부재의 사이에 형성된 자속에 의하여 상기 진동막에 진동력을 얻는 평면형 음향변환장치로써,
상기 자극면과 상기 자성 부재의 상면과의 사이에 단차를 가지고 있으며,
상기 전기 신호의 무인가시에 있어서 상기 코일 권선의 적어도 일부가 상기 단차 내부에 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서 영구 자석이 형성하는 정자장은 영구 자석의 자극면으로부터 인접하여 배치된 자성 부재의 능선인 상면으로 향하는 영역에 있어서 자속 밀도가 가장 높아진다. 따라서 영구 자석의 자극면과 자성 부재의 상면과의 사이에 단차를 설치하는 것에 의해, 이러한 단차의 내부에 자속 밀도의 극대영역이 형성된다. 따라서 상기 발명과 같이 전기 신호의 무인가시에 있어서 코일을 해당 단차의 내부에 배치함에 의해 진동막이 아래로 진동한 경우와 위로 진동한 경우에서 코일이 받는 자력을 균등화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써 상기 전기신호의 무인가시에 있어서 상기 코일의 권선의 적어도 일부가,
상기 자속 중, 상기 코일의 코일면에 평행한 자속 성분의 밀도가 극대로 되는 높이 위치에 배치되어도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 상기 전기신호의 무인가시에 있어서 상기 코일의 권선의 적어도 일부가,
상기 자극면과 상기 상면의 중간 높이 위치에 있어서, 상기 자극면과 상기 상면의 근접연끼리를 잇는 선분보다도 위쪽에 배치되어도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 상기 자성 부재가, 인접하는 상기 영구 자석과 자극면의 극성을 반전시킨 다른 영구 자석이어도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 상기 코일이 상기 진동막으로부터 상기 영구 자석 또는 상기 자성 부재로 향하여 돌출하여 설치되어도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 상기 코일의 권축이 상기 자극면 또는 상기 상면의 중심축과 일치하여도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 자성재료로 이루어지고 상기 영구자석 또는 상기 자성 부재를 장착하기 위한 단부가 설치된 요크를 더 설치해도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 상기 요크가 상기 영구 자석 및 상기 자성 부재의 정렬 방향에 대한 측방으로 연장한 측벽부를 가져도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 각각 복수의 상기 영구자석 및 상기 자성 부재가 일차원 방향 또는 이차원 방향으로 반복 패턴배치되어도 좋다.
또한, 본 발명의 평면형 음향 변환 장치에서는 보다 구체적인 실시형태로써, 상기 영구 자석 또는 상기 자성 부재 중 적어도 하나가 링상을 이루는 동시에
상기 영구 자석 및 상기 자성 부재가 동심상으로 배치되어도 좋다.
본 발명의 평면형 음향 변환 장치의 구동 방법은 전기 신호가 각각 인가되는 코일이 고정된 평면 진동막을 가지는 평면형 음향 변환 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 코일의 코일면에 평행한 자속 성분의 밀도가 상기 진동막의 진동 방향으로 변화하는 정자장을 형성함과 동시에,
상기 자속 성분의 밀도가 극대되는 위치에 배치된 상기 코일에 상기 전기신호를 인가하여 상기 진동막을 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 각종 구성 요소는 각각 독립한 존재일 필요는 없고, 복수의 구성요소가 한 개의 부재로 형성되어있는 것, 하나의 구성 요소가 복수의 부재로 형성되고 있는 것, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 일부인 것, 어떤 구성 요소의 일부와 다른 구성 요소의 일부가 중복된 것 등이어도 좋다.
또한, 본 발명에서는 상하의 방향을 규정하고 있는데, 이것은 본 발명의 구성 요소의 상대 관계를 쉽게 설명하기 위해 편의적으로 규정한 것으로, 본 발명을 실시하는 경우의 제조시나 사용시의 방향을 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 평면형 음향 변환 장치 및 그 구동 방법에 의하면 진동 중심에 위치하는 코일이 아래쪽으로 진동한 경우와 위쪽으로 진동한 경우에서 영구 자석으로부터 받는 자력이 균등화되므로 코일의 진동 위치에 관계없이 원음을 충실히 재현 할 수 있다.
상술한 목적 및 그 외 목적, 특징 및 이점은 아래에서 설명하는 알맞은 실시형태 및 이에 부수하는 이하의 도면에 의해 더욱 분명하게 된다.
도 1은 제1실시 형태의 평면형 음향 변환 장치를 나타낸 위쪽 사시도,
도 2(a)는 도 1의 II-II단면도, (b)는 (a)의 점선 영역 X의 확대도, (c)는 평면형 음향 변환 장치의 작용 설명도,
도 3(a)는 요크의 측면도, (b)는 요크 변형예를 나타낸 측면도,
도 4는 제2실시 형태의 평면형 음향 변환 장치를 나타낸 위쪽 사시도,
도 5는 제3실시 형태의 평면형 음향 변환 장치를 나타낸 위쪽 사시도,
도 6은 제3실시형태의 변형예의 평면형 음향변환장치를 나타낸 위쪽 사시도,
도 7(a)는 제4실시형태의 평면형 음향변환장치의 종단면도이며, (b)는 (a)의 점선영역Y의 확대도,
도 8은 제5실시형태의 평면형 음향변환장치의 분해사시도,
도 9는 도 8의 IX-IX단면도 이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 같은 구성요소에는 같은 부호를 붙이고 적절한 설명을 생략한다.
<제1실시 형태>
도 1은 본 발명의 제1실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)를 나타낸 위쪽 사시도이다. 단, 동 도면에서는 설명을 위해 요크(60)에 설치된 상태의 진동막(30)을 이점 쇄선으로 표시하고, 진동막(30)의 하면측의 상태를 실선으로 도시하고 있다.
도 2(a)는 도 1의 II-II 단면도이다. 동도(b)는 동도(a)의 점선영역X의 확대도이다. 동도(c)는 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)의 작용 설명도이다. 또한, 도 2 각도에 나타낸 코일(40)은 전기 신호의 무인가시에 있어서 위치를 나타내고 있다.
처음으로, 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)의 개요에 대해서 설명한다.
평면형 음향 변환 장치(100)는 소정의 간격을 가지고 서로 인접하여 배치된 영구 자석(10) 및 자성 부재(20)와, 영구 자석(10) 및 자성 부재(20)에 대향하여 설치된 평면 진동막(30)과, 진동막(30)에 고정된 코일(40)을 갖추고, 코일(40)에 전기 신호를 인가함에 의해 영구 자석(10)의 자극면(12)과 자성 부재(20)의 사이에 형성된 자속Φ에 의해 진동막(30)에 진동력F(도 2(b)를 참조)를 얻는다.
그리고, 평면형 음향 변환 장치(100)는 자극면(12)과 자성 부재(20)의 상면(22)의 사이에 단차(50)를 가짐과 동시에 전기 신호의 무인가시에 있어서 코일(40)의 권선(42)의 적어도 일부가 단차(50)의 내부에 배치되어 있다.
다음으로 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에 대해서 자세히 설명한다.
본 발명에 사용되는 자성 부재(20)는 자성체로 이루어진 부재이고 자화된 자성체인 영구자석 또는 자화되지 않은 자성체를 사용할 수 있다.
이 중, 본 실시 형태에서는 자성 부재(20)로써, 인접한 영구 자석(10)과 자극면(12)의 극성을 반전시킨 다른 영구 자석을 사용한다. 즉, 자성부재(20)의 상면(22)은, 영구 자석(10)의 자극면(12)과는 극성이 N극 또는 S극으로 반전한 자극면이다.
이하, 영구 자석(10)을 제1자석, 자성 부재(20)를 제2자석으로 호칭하고 공통부호를 붙여 설명한다.
본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)는 자성 재료로 구성되며, 제1자석(영구 자석)(10) 또는 제2자석(자성 부재)(20)을 장착하기 위한 단부(62)가 설치된 요크(60)를 더 갖추고 있다.
도 1은 요크(60)로써, 동도의 상면에 해당하는 기면(64)보다 단부(62)가 돌출하여 형성된 것을 도시하고 있다. 단, 단부(62)의 요철을 역전하여 단부(62)를 기면(64)보다 함몰하여 형성해도 좋다.
제1자석(10)은 요크(60)의 기면(64)에 탑재되어 있다. 그리고, 제2자석(20)은 요크(60)의 단부(62) 위에 탑재되어 있다. 요크(60)는 자성부재로 이루어지기 때문에 제1자석(10) 및 제2자석(20)은 자력에 의해 요크(60)에 흡착시켜서 장착할 수 있다. 제1자석(10) 및 제2자석(20)은 접착제 등의 접합수단을 사용하여 요크(60)에 접착 고정해도 좋고, 또는 자력에 의한 흡착과 접착 고정을 병용해도 좋다.
제1자석(10)의 상측의 자극면(12)과 이에 인접한 제2자석(20)의 상면(자극면)(22)과는 극성을 반전시켜 요크(60)에 탑재되어 있다.
또한, 제1자석(10)에 관하여 미리 언급이 없이 '자극면(12)'이라고 호칭한 경우는 그 상면측의 자극면을 의미한다.
본 실시 형태의 제1자석(10)과 제2자석(20)과는 서로 동일 형상 및 동일치수로 형성되어 있다.
이것에 의해 기면(64)에 탑재된 제1자석(10)에 대해 단부(62)의 위에 탑재된 제2자석(20)은 보다 높은 위치에 위치하게 된다. 그리고, 제1자석(10)의 상면측의 자극면(12)에 대해 제2자석(20)의 상면(22)은 단부(62)의 돌출 높이(도 2(b)에 표시된 거리 L3)만큼 높은 위치에 위치한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 요크(60)의 기면(64)을 기준으로 상하방향 및 고저를 정의한다. 이것은 중력 방향에 대한 상하와는 꼭 일치하지 않는다.
요크(60)의 단부(62)는 제1자석(10)의 자극면(12)과 제2자석(20)의 상면(자극면)(22)의 사이에 고저차를 주기 위하여 마련되었다. 따라서 제1자석(10)과 제2자석(20)의 높이 치수를 서로 다르게 한 경우에는, 단부(62)는 불필요하며 요크(60)를 평탄한 평판모양으로 형성할 수 있다. 다시 말하면 요크(60)에 대해서 단부(62)를 요철형상으로 함에 의해 제1자석(10)과 제2자석(20)을 동일치수로 할 수 있으며 부품점수의 삭감에 기여한다.
또한, 자성 부재(20)로써 본 실시 형태와 같은 영구 자석이 아니라 미자화의 자성체를 사용하는 경우, 요크(60)와 자성 부재(20)를 별도의 부재로써 구성해도 좋고, 또한, 일체로 구성해도 좋다. 요크(60)와 자성 부재(20)를 일체로 구성하는 경우에는 이산 배치된 영구 자석(10)들 사이에 자성 부재(20)에 상당하는 돌기부를 기면(64)으로부터 돌출시켜 형성하는 것이 좋다.
요크(60)의 기면(64)에는 소정의 간격으로 복수 개의 단부(62)가 형성되어있다.
그리고, 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)는 각각 복수의 제1자석(영구 자석)(10) 및 제2자석(자성 부재)(20)이 일차원방향으로 반복패턴배치되어 있다. 도 2(c)와 같이 제1자석(10)과 제2자석(20)은 반복 방향(동도면의 좌우방향)에 서로 간격을 가지고 배치되어 있다.
본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에 있어서 제1자석(영구 자석)(10)과 이에 인접한 제2자석(자성부재)(20)의 간격과는 기면(64)의 면내방향(도 2의 좌우방향)에 관한 양자의 거리를 의미한다.
또한, 본 실시 형태에서는 제1자석(10)과 제2자석(20)의 간격은 반복패턴마다 서로 동일하다. 단, 후술과 같이 기면(64)의 중앙 근방에 있어서 자석끼리의 간격과 주변 근방에 있어서 자석끼리의 간격을 서로 다르게 하여도 좋다.
또한, 제1자석(10)의 자극면(12)과 제2자석(20)의 상면(22) 사이의 단차(50)의 높이에 관해서도 인접하는 자석쌍 마다 공통으로 해도, 서로 상이해도 좋다.
요크(60)에는 제1자석(10) 및 제2자석(20)의 반복 방향(긴방향)의 양단에 입벽(66)이 기면(64)보다 위쪽으로 기립하여 마련되어있다. 입벽(66)의 상단면(67)에는 진동막(30)이 요동가능하게 설치되어있다.
진동막(30)은 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 액정폴리머 등의 고분자 재료로 구성된 얇은 가연성시트로 구성된다. 또한, 상기에 한정되는 것이 아니라 비자성 금속판, 예를 들면 알루미늄 등을 사용하는 것도 가능하다. 특히 비자성 금속판을 사용하는 경우에는 경량하고 적당한 경도를 가지고 있는 것으로부터 원음의 재현성이 더욱 향상된다는 이점을 얻을 수 있다.
진동막(30)의 한쪽면 또는 양면에는 코일(40)이 형성되어 있다. 본 실시형태의 코일(40)은 전기 신호를 인가시에 제1자석(10) 및 제2자석(20)으로부터의 자속Φ을 받아서 진동막(30)의 면직방향으로 자력을 받는 것이라면 그 선재료와 권선의 패턴은 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에서 말하는 전기 신호는 진동막(30)을 진동시켜서 음성 출력을 하기 위한 입력 신호를 말한다.
코일(40)은 일례로 와이어를 권회한 권선코일이나 플렉시블기판에 금속 재료를 도공 혹은 피착한 패터닝코일(필름코일)이 바람직하게 사용된다. 권선 코일의 경우는 유심코일이어도 공심코일이어도 좋다.
본 실시 형태에서는 코일(40)을 구성하는 와이어나 패턴을 총칭하여 권선이라 한다.
또한, 코일(40)의 권회패턴에 대해서도 특별히 한정되는 것이 아니라, 제1자석(10)과 제2자석(20) 사이에 형성되는 자속Φ의 방향을 횡단하는 방향으로 연재하는 선영역을 포함하는 것이면 좋다. 구체적인 권회패턴으로써는 권선을 동일경으로 다층으로 권회해도, 권경을 변화시켜서 동일층 내에 소용돌이 모양으로 권회해도, 혹은 권선을 주회시키지 않고 사행하여 권회하여도, 또는 이것을 조합하여도 좋다.
코일(40)을 권선 코일로 한 경우, 패터닝코일에 비하여 와이어의 단면적을 크게 할 수 있는 것으로부터 저항 성분을 낮출 수 있으며 평면형 음향 변환 장치(100)의 높은 출력을 얻을 수 있다.
한편, 코일(40)을 패터닝코일로 한 경우, 코일의 중량을 가볍게 억제할 수 있기 때문에 진동막(30)은 진동 응답성에 우수하고 또한, 평면형 음향변환장치(100) 전체의 경량화를 도모할 수 있다.
본 실시 형태의 코일(40)로써는 와이어를 권회한 공심코일을 사용하는 것으로 한다. 도 2 각도에 나타난 바와 같이, 권경방향, 권두께방향 모두 복수 감기에 와이어가 권회 되어 있다.
본 실시 형태에서는 제1자석(영구 자석)(10) 및 제2자석(자성 부재)(20)의 반복 방향으로 복수의 코일(40)이 서로 이간하여 설치되어있다. 복수 코일(40)은 전기적으로 서로 접속되어있다.
본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에서는 권선(42)의 권횟수 및 권두께는 코일(40)마다 공통한다. 단, 후술과 같이 진동막(30)의 중앙 근방에 배치된 코일(40)의 권횟수나 권두께와 주변 근방에 배치된 코일(40)의 권횟수나 권두께는 서로 다르게 해도 좋다.
코일(40)은, 진동막(30)의 면내에 있어서, 제1자석(10) 또는 제2자석(20)의 적어도 한쪽에 대응하는 영역에 배치된다. 환언하면 코일(40)은 제1자석(10) 또는 제2자석(2)에 대향한 영역의 적어도 일부를 둘러싸고 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 진동막(30)의 주면의 한쪽(하면측)에만 코일(40)이 설치되어 있지만 진동막(30)의 반대측의 주면상에 또는 진동막(30)의 막두께의 내부에 추가적인 코일(40)을 적층하여 배치해도 좋다.
본 실시 형태의 코일(40)은 진동막(30)으로부터 제1자석(영구 자석)(10) 또는 제2자석(자성부재)(20)을 향해 돌출하여 설치되어있다.
코일(40)의 권축(AX)은 제1자석(영구 자석)(10)의 자극면(12), 또는 제2자석(자성 부재)(20)의 상면(자극면)(22)의 중심축과 일치하고 있다.
더 구체적으로는 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에서는 제2자석(20)보다도 낮은 위치에 있는 제1자석(10)에 대해 코일(40)의 권축(AX)을 일치시키고 있다.
본 실시 형태의 코일(40) 내경은 제1자석(10)의 자극면(12)의 외형 치수보다도 작고 한편, 코일(40)의 외경은 제1자석(10)의 자극면(12)의 외형 치수보다도 크다.
단, 코일(40)의 외경은 제1자석(10)의 중심으로부터 제2자석(20)까지의 거리보다도 작다. 환언하면 코일(40) 최외주의 권선(42)은 제1자석(10)과 제2자석(20)과의 간극(V)의 내부 영역에 존재하고 있다. 따라서 진동하는 코일(40)이 제2자석(20)과 간섭하는 일은 없다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 권선(42)은 와이어가 권회된 각 턴을 의미하는 경우가 있다.
도 2(b)와 같이 자극면(12)과 제2자석(20)의 상면(22)의 근접연(24)과의 거리(L1)는 자극면(12)과 요크(60)의 기면(64)과의 거리(L2) 보다도 짧다. 또한, 도 1과 같이 제1자석(10)의 상면측의 자극면(12)은 N극이다.
이에 의해 제1자석(10)의 자극면(12)이 형성하는 정자장(H)은 그 종단면(도 2(b),(c)를 참조)내에 있어서 서로 인접하는 에지인 자극면(12)의 둘레(18)와 상면(22)의 근접연(24)을 잇는 선분(L)상 또는 살짝 그 위쪽에서 자속(Φ)의 밀도가 극대된다. 그리고, 자속 밀도의 수평방향성분 즉, 코일(40)의 권경방향(동도의 좌우 방향)성분도 거의 선분(L)상의 위치에 있어서 최대가 된다.
그리고, 전기 신호의 무인가시에 있어서 코일(40)의 권선(42)의 적어도 일부는, 자속(Φ) 중, 코일(40)의 코일면(44)에 평행한 자속 성분의 밀도가 극대로 되는 높이 위치에 배치되어있다.
이에 의해 해당 권선(42)이 제1자석(10) 및 제2자석(20)으로부터 받는 자력은 진동의 중심(복)에 있어서 극대가 된다.
도 2(c)에 선분(L)상에 생기는 자속(Φ)의 수평 성분(B?)과 수직 성분(B⊥)을 나타낸다. 수평 성분 B?는 권선(42)의 권회면인 코일면(44)과 일치하는 자속 성분이고, 수직 성분 B⊥는 권선(42)의 권축(AX)에 일치하는 자속 성분이다. 즉, 수평 성분 B? 및 수직 성분 B⊥는 자속(Φ)의 벡터 성분이다. 그리고, 수평 성분 B?는 권선(42)을 흐르는 전기 신호에 대해 직교한다.
따라서, 수평 성분 B?가 극대가 되는 자속(Φ) 내부에 진동의 중심을 가지는 권선(42)은 진동의 중심으로부터 코일(40)이 아래쪽으로 이동하는 경우도 위쪽으로 이동하는 경우도 받는 자력은 어느 쪽도 감소한다.
이 때문에 코일(40)이 진폭의 하사점에 이른 경우에도 상사점에 이른 경우에도 코일(40)로부터 진동막(30)이 받는 구동력이 균등화되고 평면형 음향변환 장치(100)의 원음의 재현성, 특히 코일(40)이 위쪽으로 진동한 경우에 있어서 재현성이 향상한다.
또한, 전기 신호의 무인가시에 있어서 코일(40)의 권선(42)의 적어도 일부는 자극면(12)과 상면(22)의 중간 높이 위치에 있는 동시에 자극면(12)과 상면(22)의 근접연끼리(둘레(18) 및 근접연(24))를 잇는 선분L 보다도 위쪽에 배치되어있다.
보다 구체적으로는 전기 신호의 무인가시에 있어서 코일(40) 중, 권두께방향의 중앙임 동시에 최외주에 해당하는 권선(42a)(도 2(b)를 참조)이 선분(L)상 또는 선분(L)보다도 위쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 전기 신호의 무인가시에 있어서 코일(40)의 권선의 일부가 선분(L)보다도 아래쪽에 있어서 다른 일부가 선분(L)보다도 위쪽에 있는 것이 좋다.
도 2(b),(c)에 관하여 제1자석(10)과 제2자석(20)이 형성하는 정자장(H)는, 보다 상세하게는 자극면(12)의 둘레(18)와 상면(22)의 근접연(24)과를 잇는 선분(L)에 대하여 그 위쪽에 있어서 자속 밀도가 아래에 있어서 자속 밀도보다도 높아진다. 이것은 일반적으로 영구 자석이 그 양단의 자극면보다도 축방향의 외측에 대해서 보다 강한 정자장(H)을 형성하기 때문이다.
따라서 코일(40)의 권선의 적어도 일부에 대해서 진동의 중심 높이를 상기 선분L보다도 근소하게 위쪽으로 하면 좋다. 이것에 의해 코일(40)의 전체에 관해서 진폭의 상사점과 하사점에 있어서 받는 자력을 균등화 할 수 있다.
코일(40)의 진동의 하사점은 제1자석(10)의 자극면(12)보다도 위쪽에 있어서 코일(40)의 권선(42)과 자극면(12)이 간섭하는 일은 없다. 즉, 코일(40)의 진동의 하단 위치는 제1자석(영구 자석)(10)과 제2자석(자성 부재)(20) 중, 보다 낮은 위치에 해당하는 상면보다도 위쪽에 있다. 그리고, 코일(40)은 단차(50)의 내부 및 그 위쪽 공간에서 진동한다.
진동막(30)에는 그 하면측에 돌출하여 비자성재료로 구성되는 대좌부(32)가 설치되어 있다. 코일(40)은 대좌부(32)에 장착되어있다. 대좌부(32)는 진동막(30)과 일체로 설치되어 있어도 좋고, 소정 두께의 플레이트 형태로 제작되어도 진동막(30)의 하면측에 접합 되어도 좋다. 게다가 플레이트 모양의 대좌부(32)의 일부를 진동막(30)에 대해서 수직으로 입설하고 코일(40)의 권선(42)을 권회하기 위한 보빈부로 하여도 좋다. 즉, 보빈부에 상당하는 주상부와 그 상단에 플랜지상으로 형성된 플레이트부에서 대좌부(32)를 구성해도 좋다.
대좌부(32)는 진동막(30)과 코일(40)과의 두께 방향의 거리를 확보하기 위한 스페이서이다. 이러한 대좌부(32)를 설치함에 있어서 진동하는 진동막(30)과 제2자석(20)과의 간섭을 계속 방지하면서 제1자석(10)의 자극면(12)과 코일(40) 사이의 거리를 상기 원하는 만큼 조정하고 있다.
상기 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)의 작용 효과에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에서는 제1자석(10)과 제2자석(20)의 사이에 단차(50)를 마련함으로 인하여 영구 자석이 형성하는 자속 밀도가 극대되는 영역, 즉 근접연끼리를 잇는 선분(L)이 해당 영구 자석의 자극면의 법선에 대해 대각선이 된다. 그리고, 이러한 선분(L)상에서는 자속(Φ)의 수평 성분B?의 자속밀도가 극대가 된다. 이 때문에 선분(L)상에 코일(40)의 권선(42)을 배치한 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에서는 권선(42)과 자극면이 간섭하는 일이 없으며 권선(42)이 진동 중심에 있어서 받는 자력이 극대화된다. 이것에 의해 코일(40)의 진동 방향에 관계없이 코일(40)이 받는 자력이 약 대칭화되고 평면형 음향 변환 장치(100)의 원음의 재현성이 향상한다.
또한, 도 1에서와 같이 제1자석(10) 및 제2자석(20)을 일렬로 배치하여 구성한 평면형 음향 변환 장치(100)는 폭치수가 협소화 할 수 있다. 이 때문에 예를 들어, 평면 TV의 테두리 부분처럼 공간이 제한된 공간에서의 응용이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 코일(40)은 진동막(30)으로부터 제1자석(10)을 향해 돌출하여 설치되어 있다. 이것에 의해 코일(40)을 진동 공간으로써 단차(50)의 내부를 계속 활용하면서 제1자석(10)이나 제2자석(20)과 진동막(30)과의 간섭이 방지되어서 전체에 얇은 평면형 음향 변환 장치(100)를 얻을 수 있다.
여기서 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)의 구동 방법(이하, 본 방법이라고 하는 경우가 있다.)의 개략에 대해 설명한다.
본 방법은 전기 신호가 각각 인가되는 코일(40)이 고정된 평탄한 진동막(30)을 가지는 평면형 음향 변환 장치(100)의 구동 방법에 관한 것이다.
그리고, 본 방법은 코일(40)의 코일면(44)에 평행한 자속 성분(수평 성분B?)의 밀도가 진동막(30)의 진동 방향으로 변화하는 정자장(H)을 형성함과 동시에 자속 밀도가 극대가 되는 위치에 배치한 코일(40)에 전기 신호를 인가하여 진동막(30)을 진동시키는 것이다.
본 방법에 따라 전기 신호의 인가에 의해 정자장(H)으로부터 코일(40)이 받는 자력이 코일(40)의 배치 위치에 있어서 극대가 된다. 따라서 이러한 배치위치로부터 진동 방향의 어느 쪽으로 이동해도 진동막(30)에 주어지는 구동력은 대칭화되므로 평면형 음향 변환 장치(100)에 있어서 음의 왜곡이 저감되고 원음의 재현성이 향상된다.
또한, 본 실시 형태에 대해서는 다양한 변형을 허용한다.
도 3(a)는 도 2 각도에 나타난 본 실시 형태의 요크(60)의 측면도이다. 본 실시 형태의 요크(60)는 긴 방향(도 3(a)의 좌우 방향)의 양단에 진동막(30)(동도에서는 도시하지 않음)을 고정하기 위한 입벽(66)이 설치되어 있다.
한편, 도 3(b)는 요크(60)의 변형 예를 보여주는 측면도이다. 변형 예의 요크는 입벽을 구비하지 않고 단부(62)를 제외하고 전체로 평탄하게 형성되어 있다. 본 변형 예의 요크(60)는 틀(70)에 장착하여 사용하면 좋다. 틀(70)은 자성 재료 또는 비자성재료로 구성되며, 요크(60)를 탑재하는 평탄한 저면(72)과 저면(72)의 긴 방향의 양단에 기립하여 설치된 입벽(74)을 갖추고 있다. 입벽(74)의 상단면(76)에는 진동막(30)의 연부를 고정하여 설치할 수 있다. 또한, 틀(70)에는 코일에 전기 신호를 공급하기 위한 회로부(미도시)를 설치해도 좋다. 이러한 틀(70)을 요크(60)와 별체로 함으로 인하여 요크(60)에 대해서 제1자석 및 제2자석을 높은 정밀도로 위치결정 할 때의 작업성을 손상하는 일이 없다.
<제2실시 형태>
도 4는 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)를 나타내는 상향 사시도이다. 단, 진동막 및 코일은 도시를 생략하고 있다.
본 실시 형태의 요크(60)는 제1자석(영구 자석)(10) 및 제2자석(자성 부재)(20)의 정렬 방향에 대한 측면으로 연재하는 측벽부(68)을 가지고 있다.
측벽부(68)는 요크(60)의 상기 정렬방향의 양단에 설치된 입벽(66)과 접속되어 요크(60)의 주위를 둘러싸고 있다.
측벽부(68)는 요크(60)와 동종 또는 이종의 자성 재료로 이루어져 있다. 이것에 의해 진동막의 면내방향 중, 제1자석(10) 및 제2자석(20)의 정렬 방향과는 수직인 방향에도 자기 회로가 형성되게 되어, 코일을 통과하는 자계가 강화됨과 동시에 전체적으로 균일화된다. 이 때문에 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에 의하면 제1실시 형태에 비해 출력 효율이 높고, 원음의 안정적인 재현이 가능하다. 또한, 입벽(66,74)과 측벽부(68)와는 서로 조합되어도 또는 개별로 설치되어도 좋다.
<제3실시 형태>
도 5는 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)를 나타낸 상향사시도이다.
단, 동도에서는 설명을 위해 도 1과 마찬가지로 진동막(30)과 요크(60)를 이간시켜서 진동막(30)의 하면측의 상태를 도시하고 있다.
본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)는 각각 복수의 제1자석(영구 자석)(10) 및 제2자석(자성 부재)(20)이 이차원방향으로 반복 패턴 배치되어있다.
즉, 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에서 제1자석(10) 및 제2자석(20)이 격자형태 또는 지그재그형태로 배치되어있다.
본 실시 형태와 같이 제1자석(10) 및 제2자석(20)을 복수열로 구성한 평면형 음향 변환 장치(100)는 폭치수가 확대화 할 수 있다. 이 때문에 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)는 예를 들면, 영화관이나 홀용 또는 가옥의 벽면 그 자체를 스피커로 하는 경우 등, 대형 평면형 음향 변환 장치로써의 용도로 적합하다.
또한, 본 실시 형태의 변형 예를 도 6에 나타낸다. 진동막(30)은 도시를 생략하고 있다.
본 변형 예는 제1자석(10) 및 제2자석(20)을 이차원방향으로 반복 패턴 배열하는 요크(60)의 주변 전체에 걸쳐 자성 재료로 구성된 측벽부(68)가 형성되어 있다. 이것에 의해 최외주에 배치된 제1자석(10) 및 제2자석(20)이 측벽부(68)의 사이에서 자기회로를 형성하기 위해 진동막(30)의 구동력을 향상함과 동시에 면내에 균일화할 수 있다.
<제4실시 형태>
도 7(a)는 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)를 긴 방향으로 자른 종단면도이다. 동도 (b)는 동도 (a)의 점선 영역(Y)의 확대도이다.
본 실시 형태에서는, 코일(40)의 권축(AX)이 제2자석(자성 부재)(20)의 상면(22)의 중심축과 일치함과 동시에 권선(42)의 적어도 일부가 제2자석(20)의 주위를 둘러싸고 설치되어 있다.
코일(40)로써는 제1실시 형태와 마찬가지로 공심 코일을 사용하여 그 내경이 제2자석(20)의 외형 치수보다 크게 형성되어 있다.
그리고, 진동막(30)과 함께 동도의 상하 방향으로 코일(40)이 진동하면 제2자석(20)의 상면(22)은 코일(40)의 공심 내부를 권선(42)과 비접촉하여 진퇴한다.
이것에 의해 본 실시 형태의 제2자석(20)은 코일(40)의 심재로 작용한다. 따라서 제1실시 형태에 비해 제1자석(10) 및 제2자석(20)으로부터 받는 자력이 증대하므로 진동막(30)의 구동력이 향상한다.
또한, 코일(40)로써 그 두께가 반진폭보다도 작은 패너팅코일을 사용하는 경우는 코일(40)과 진동막(30) 사이에 설치한 대좌부(32)(도 2를 참조)를 링상으로 형성하는 것이 좋다. 즉, 제2자석(20)의 상면(22)의 외형 치수보다 큰 중공부를 갖는 링상의 대좌부(32)를 코일(40)과 진동막(30)의 사이에 끼워두는 것에 의해 진동막(30)과 상면(22)과의 간섭을 계속 방지하면서 패터닝코일인 코일(40)을 상면(22)보다도 아래쪽 위치에 배치할 수 있다.
<제5실시 형태>
도 8은 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)의 분해 사시도이다.
본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)는 제1자석(영구 자석)(10) 또는 제2자석(자성 부재)(20)의 적어도 한쪽이 링상을 이루고 있다.
그리고, 제1자석(영구 자석)(10) 및 제2자석(자성 부재)(20)은 동심상으로 배치되어 있다.
여기서 링상으로써는 원환상 또는 직사각형환상 중 하나를 선택해도 좋다.
더 구체적으로 본 실시 형태의 제1자석(10)은 원주상이며 외경이 가장 작은 코어자석(14)과 원환상이며 외경이 가장 큰 링자석(16)을 조합하여 이루어진다. 그리고, 제2자석(20)은 코어자석(14)과 링자석(16)의 중간 외형치수를 가지고 링상을 이룬다. 코어 자석(14), 제2자석(20) 및 링자석(16)은 내측부터 이 순서인 동시에 동심상으로 줄지어있다. 이들 자석은 서로 경방향으로 소정의 간격을 가지고 이간하고 있다.
도 9는 도 8의 IX-IX단면도이며, 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)를 경방향으로 자른 종단면을 나타내고 있다.
제2자석(20)의 높이 치수는 제1자석(10)(코어 자석(14) 및 링자석(16))의 높이 치수보다 크다. 코어 자석(14)과 링자석(16)의 높이 치수는 서로 일치하거나 상이해도 좋다.
이 자석은 평탄한 원반 모양을 이루는 자성체로 이루어진 요크(60) 위에 탑재되어있다.
게다가 요크(60)는 저면을 갖는 원통상의 틀(70)에 설치된다. 틀(70)의 원형의 저면(72) 주위에는 입벽(74)이 기립하여 설치되어 있다.
본 실시 형태의 진동막(30)은 원반 모양을 이루고 있다. 진동막(30)의 둘레는 입벽(74)의 상단면(76)에 고정된다.
진동막(30)의 상하의 주면 중, 요크(60)에 대향하는 하면에는 코일(40)이 설치되어있다. 본 실시 형태의 코일(40)에는, 동심상으로 배치된 원환상의 제1코일(46) 및 제2코일(47)을 조합하여 사용한다. 제1코일(46) 및 제2코일(47)은 진동막(30) 보다 아래쪽에 돌출하여 설치되어 있다. 이때 필요에 따라 제1코일(46) 또는 제2코일(47) 중 적어도 한쪽과 진동막(30)의 사이에 대좌부(32)(도 2(b),(c)를 참조)를 개재시켜도 좋다. 본 실시 형태에서 사용하는 대좌부(32)는 진동막(30)과 함께 대좌부(32)가 진동할 때에 제2자석(20)의 상면(22)과 간섭하는 일을 막기 때문에 코일(40)(제1코일(46), 제2코일(47))의 형상에 맞춰서 링상으로 하고, 코일(40)의 내경에 상당하는 영역을 오목형상으로 하면 좋다.
도 9와 같이 코어자석(14)과 제2자석(20)과의 간극(Vl)의 상부영역에 제1코일(46)이 배치되고, 제2자석(20)과 링자석(16)과의 간극(V2)의 상부영역에 제2코일(47)이 배치되어있다. 그리고, 제2자석(20)의 상면(22)보다도 낮게 위치하며 코어 자석(14) 및 링자석(16)의 상면보다도 높은 위치의 높이 위치에 제1코일(46) 및 제2코일(47)의 권선(42)의 적어도 일부가 배치되어 있다.
이러한 상태로부터 제1코일(46) 및 제2코일(47)에 전기 신호를 인가함에 의해서 제1코일(46)은 코어 자석(14)와 제2자석(20)의 사이에 형성되는 정자장에 의해 자력을 받는다. 또한, 제2코일(47)은 링자석(16)과 제2자석(20) 사이에 형성되는 정자장에 의해 자력을 받는다.
또한, 본 실시 형태의 평면형 음향 변환 장치(100)에 있어서도 진동의 중간부터 위쪽 또는 아래쪽에 코일(40)(제1코일(46), 제2코일(47))이 이동한 경우에 제1자석(10) 및 제2자석(20)으로부터 받는 자력은 대칭화된다.
또한, 본 실시 형태는 동심상에 배치되는 코어 자석(14), 제2자석(20) 및 링자석(16) 중, 코어 자석(14)과 링자석(16)(제1자석(10))에 미자화의 자성체를 사용해도 좋다. 이것에 의해 영구 자석으로써 1개의 제2자석(20)만을 사용하고 복수개의 코일(제1코일(46) 및 제2코일(47))을 구동할 수 있는 것으로부터 비용면에서의 이점을 얻을 수 있다.
상기 각 실시 형태에서는 제1자석(10)과 제2자석(20)의 간격 및 단차(50)의 높이를 인접하는 자석 세트마다 공통으로 하고 있다. 또한, 복수개의 코일(40)에 관하여 그 권두께 및 권횟수를 공통으로 하고 있다. 단 본 발명은 이것에 국한되지 않고 다양한 변화가 가능하다.
예를 들면 복수 개의 코일(40)에 전기 신호가 각각 인가된 경우에 진동막(30)의 중앙 근방에 생기는 진폭과 주변 근방에 생기는 진폭이 거의 동일하도록 자석끼리의 간격, 단차(50)의 높이, 코일(42)의 권두께 또는 권횟수의 어느 것이 1이상의 요소를 평면형 음향 변환 장치(100)의 면내 영역별로 상이시켜도 좋다.
구체적으로 도 1에 표시된 제1실시 형태에 있어서는 기면(64)의 긴 방향의 주변 근방에 있어서 제1자석(10)과 제2자석(20)의 간격을 중앙 부근에 있어서 간격보다도 작게 해도 좋다. 또한, 도 9에 나타낸 제5실시 형태에 있어서는 링자석(16)과 제2자석(20)과의 사이의 간극V2를 코어 자석(14)과 제2자석(20)의 사이의 간극Vl보다도 작게 해도 좋다. 게다가 진동막(30)의 주변 근처에 배치된 코일(40)의 권횟수를 중앙 근처에 배치된 코일(40)의 권횟수보다도 많게 해도 좋다. 이것에 의해 복수개의 코일(40)에 대해서 공통의 전기신호가 인가된 경우에 진동막(30)이 주변 근처에 있어서 받는 자력이 중앙 부근에 있어서 받는 자력보다 강해진다. 이 때문에 진동막(30)의 둘레를 요크(60) 또는 틀(70)(도 3(a) 또는 (b)를 참조)에 고정한 경우에 이러한 고정부에 근접하여 요동성이 떨어지는 주변 근방의 진폭과 요동성이 뛰어나는 중앙 부근의 진폭을 거의 동일하게 할 수 있다.
따라서 이러한 평면형 음향 변환 장치(100)에 따르면 진동막(30)이 보다 평면을 그대로 유지하면서 면직방향으로 왕복 진동하는 것이 가능하기 때문에 높은 지향성의 음성출력을 얻을 수 있다.
이 출원은 2008년 12월 8일에 출원된 일본 출원 특원 2008-312656을 기초로하는 우선권을 주장하고 그 개시의 전부를 여기에 포함한다.

Claims (11)

  1. 소정의 간격을 가지고 서로 인접하여 배치된 영구 자석 및 자성부재와, 상기 영구 자석 및 자성 부재에 대향하여 설치된 평탄한 진동막과, 상기 진동막에 고정된 코일를 구비하고,
    상기 코일에 전기 신호를 인가하는 것에 의해 상기 영구 자석의 자극면과 상기 자성 부재 사이에 형성된 자속에 의하여 상기 진동막에 진동력을 얻는 평면형 음향 변환 장치에 있어서,
    상기 자극면과 상기 자성 부재의 상면 사이에 단차를 가지고 있음과 동시에
    상기 전기 신호의 무인가시에 있어서 상기 코일 권선의 적어도 일부가 상기 단차의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전기 신호의 무인가시에 있어서 상기 코일 권선의 일부가 상기 자극면과 상기 상면의 근접연끼리를 잇는 선분보다도 아래쪽에 있으며,
    상기 전기 신호의 무인가시에 있어서 상기 권선의 다른 일부가 상기 선분보다도 위쪽에 있는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전기 신호의 무인가시에 있어서 상기 코일 권선의 적어도 일부가
    상기 자극면과 상기 상면의 중간 높이 위치이며, 상기 자극면과 상기 상면의 근접연끼리를 잇는 선분보다도 위쪽에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 자성부재가 인접하는 상기 영구 자석과 자극면의 극성을 반전시킨 다른 영구 자석인 평면형 음향 변환 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 코일이 상기 진동 막으로부터 상기 영구 자석 또는 상기 자성 부재를 향해 돌출하여 설치되어있는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 코일 권축이 상기 자극면 또는 상기 상면의 중심축과 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 자성 재료로 구성되며 상기 영구 자석 또는 상기 자성 부재를 장착하기 위한 단부가 설치된 요크를 더 구비한 평면형 음향 변환 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 요크가 상기 영구 자석 및 상기 자성 부재의 정렬 방향에 대한 측방향으로 연재하는 측벽부를 갖는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 각각 복수의 상기 영구 자석 및 상기 자성 부재가 일차원방향 또는 이차원방향으로 반복 패턴 배치되고 있는 평면형 음향 변환 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 영구 자석 또는 상기 자성 부재의 적어도 한쪽이 링상을 이루는 것과 동시에,
    상기 영구 자석 및 상기 자성 부재가 동심상으로 배치되어있는 것을 특징으로 하는 평면형 음향 변환 장치.
  11. 삭제
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