(57)【要約】【課題】全面駆動型のスピーカにおいて、導体位置での磁束密度が異なることによって発生する駆動力が異なり、駆動力のアンバランスが起こるという問題が発生する。【解決手段】平行に配置された複数の永久磁石２０に対向配置された振動膜１０と、磁性体により形成され、永久磁石と振動膜とを保持するフレーム３０と、永久磁石の異なる磁極同士の間隙部分に対向する振動膜上の位置及び両端に配置された永久磁石とフレームの間隙部分に対向する振動膜上の位置に、蛇行形状の導体パターンとして形成された導体１２と、導体と電気的に接続された入力端子４３とを備えた電磁変換器１において、振動膜には複数の回路を設けて並列に接続し、平行な永久磁石の長手方向間隙の導体における磁束密度が異なる場合、振動膜に発生する駆動力を補正し、振動膜面内で駆動力を略均一にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された複数の永久磁石に対向配置された振動膜と、
磁性体により形成され、上記永久磁石と上記振動膜とを保持するフレームと、
上記永久磁石の異なる磁極同士の間隙部分に対向する上記振動膜上の位置及び両端に配置された上記永久磁石と上記フレームの間隙部分に対向する上記振動膜上の位置に、蛇行形状の導体パターンとして形成された導体と、
上記導体と電気的に接続された入力端子とを備えた電磁変換器において、
上記振動膜には複数の回路を設けて並列に接続し、平行な上記永久磁石の長手方向間隙の上記導体における磁束密度が異なる場合、上記振動膜に発生する駆動力を補正し、上記振動膜面内で上記駆動力を略均一にすることを特徴とする電磁変換器。
【請求項２】
平行に配置された複数の永久磁石に対向配置された振動膜と、
磁性体により形成され、上記永久磁石と上記振動膜とを保持するフレームと、
上記永久磁石の異なる磁極同士の間隙部分に対向する上記振動膜上の位置に蛇行形状の導体パターンとして形成された導体と、
上記導体と電気的に接続された入力端子とを備えた電磁変換器において、
上記振動膜には複数の回路を設けて並列に接続し、平行な上記永久磁石の長手方向間隙の上記導体における磁束密度が異なる場合、上記振動膜に発生する駆動力を補正し、上記振動膜面内で上記駆動力を略均一にすることを特徴とする電磁変換器。
【請求項３】
導体の長さを調整することにより、振動膜に発生する駆動力を補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁変換器。
【請求項４】
導体の抵抗を調整することにより、振動膜に発生する駆動力を補正することを特徴とする請求項１項または請求項２記載の電磁変換器。
【請求項５】
一方の入力端子から他方の入力端子とに接続される回路の本数を調整することにより、振動膜に発生する駆動力を補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁変換器。
【請求項６】
回路の駆動力を有効に発生する磁路の長さを調整することにより、振動膜に発生する駆動力を補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、振動膜の表面にコイルパターンを備え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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石板と振動膜とを用いた矩形状の電磁変換器には、永久磁石板と振動膜を対向配置し、また永久磁石板と振動膜との間に緩衝材を配置したものがある。これらの永久磁石板、振動膜、及び緩衝部材はフレーム等の部材に覆われ、例えばスピーカ筐体に取り付けられている。
上記永久磁石板は、一定の間隔を置いて極性を交互に替えた帯状の着磁部位を有している。また、振動膜は、永久磁石板の交互に極性を替えて着磁されている部位の間隙（以下ここでは、磁石板の長手方向間隙の直線部分を直線部分の磁路と呼ぶことにする）に、いわゆる着磁ニュートラルゾーンと称される部分に対向させて、電磁コイルとして作用する蛇行形状の導体パターンを当該振動膜の膜面に設けたものである。
振動膜に形成されているコイルパターンにオーディオ信号の電流が流れると、電磁コイルとして作用する導体パターンと永久磁石板の着磁パターンが電磁的に結合し、フレミングの法則によって導体パターンを有する振動膜が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板とフレームに窄孔された放音孔を通して放射されてオーディオ再生が行われる（例えば、特許文献１参照）。
また、上記電磁変換器と同様な構成の電磁変換器も以前から存在し、「ガムーゾン形」と呼ばれる超薄型スピーカが存在している。これは、上記永久磁石板が棒状磁石の構成になったものであり、その他の部材は同一のもので構成できる。棒状磁石は、同極を向かい合わせて（Ｎ極とＮ極、または、Ｓ極とＳ極）、棒と垂直な配列方向には交互に極が並ぶ構成となる（例えば、非特許文献参照）。この構成によれば、オーディオ再生の発音動作も上記と同じとなる。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１９２３７２号公報
【非特許文献１】佐伯多門監修、スピーカー＆エンクロージャー百科、誠文堂新光社、１９９９年５月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記いずれの電磁変換器においても、その振動膜はコイルパターンによる駆動力が振動面に一様に発生して、所謂、全面駆動方式の電気音響変換器となっている。換言すれば、振動膜はピストン音源となり、平坦な音圧周波数特性を呈する電磁変換器が実現できるというものである。しかし実際には、振動膜は全帯域に亘って一様な駆動力が発生してピストン振動することは難しく、周波数の低い帯域から、共振して屈曲振動することが知られている。また、振動膜上で駆動力のアンバランスが存在すると振動膜の変位が面内で不均一な分布を持つようになって複雑に屈曲振動する現象が発生する。例えば隣り合う磁石間の幾つかの直線部分の磁路において、導体パターンが配置される場所の磁界の強さ（磁束密度）が相互に異なっていれば駆動力はアンバランスとなる。図３はその例であり、ガムーゾン形の電磁変換器１の断面図を示している。この電磁変換器１は、基材１１と導体１２からなる振動膜１０と複数本（図３では上下それぞれ３本）の磁石２０と鉄などの磁性体であるフレーム３０で構成されている。導体１２が位置する直線部分の磁路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（紙面に垂直）において、内側の直線部分の磁路Ｂ，Ｃは隣り合う磁石２０間に存在するので、それら直線部分の磁路の磁束密度は大きく、これに対し外側の直線部分の磁路Ａ，Ｄは磁石２０とフレーム３０間に存在することになり直線部分の磁路Ｂ、Ｃの構成とは異なってくる。すなわち、直線部分の磁路Ａ，Ｄの磁束密度は、直線部分の磁路Ｂ，Ｃよりは小さくなる。図４に、振動膜１０の位置での磁束密度分布を示すが、直線部分の磁路Ｂ，Ｃの磁束密度（の絶対値）をＢ1、直線部分の磁路Ａ，Ｄの磁束密度（の絶対値）をＢ2とすると、Ｂ1＞Ｂ2となる。磁石２０とフレーム３０の構成の仕方によっては、Ｂ2／Ｂ1の比が１／２を下回ることもある（以下、β＝Ｂ2／Ｂ1とおく）。このような場合には、導体１２に流れる電流が一定であっても、直線部分の磁路が異なると磁束密度の違いによって発生する駆動力が異なって、駆動力のアンバランスが起こるという問題が発生する。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、振動膜上に発生する駆動力を略均一にする電磁変換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電磁変換器は、平行に配置された複数の永久磁石に対向配置された振動膜と、磁性体により形成され、永久磁石と振動膜とを保持するフレームと、永久磁石の異なる磁極同士の間隙部分に対向する振動膜上の位置及び両端に配置された永久磁石とフレームの間隙部分に対向する振動膜上の位置に、蛇行形状の導体パターンとして形成された導体と、導体と電気的に接続された入力端子とを備えた電磁変換器において、振動膜には複数の回路を設けて並列に接続し、平行な永久磁石の長手方向間隙の導体における磁束密度が異なる場合、振動膜に発生する駆動力を補正し、振動膜面内で駆動力を略均一にするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、振動膜には複数の回路を設けて並列に接続し、平行な永久磁石の長手方向間隙の導体における磁束密度が異なる場合、振動膜に発生する駆動力を補正し、振動膜面内で駆動力を略均一にするように構成したので、従来にあったような不均一な振動が解消され、音響特性が良好な電磁変換器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の断面図であり、図１（ａ）は電磁変換器１の構造を示す断面図であり、図１（ｂ）は磁気回路の片側（例えば図１（ａ）の上部磁気回路）を取り去ったときの振動膜１０の面を示した平面図である。
【０００９】
電磁変換器１は、振動膜１０、永久磁石２０、フレーム３０から構成されており、永久磁石２０とフレーム３０により磁気回路が構成されている。また、フレーム３０の上下フレーム３０ａ，３０ｂが振動膜１０及び永久磁石２０を上下方向から覆うように支持して構成されている。
【００１０】
振動膜１０は、薄い高分子樹脂シートからなる基材１１と、基材１１の両面に蛇行形状の導体パターンに形成された導体１２とで構成されている。蛇行形状の導体パターンからなる導体１２は金属箔のプレスやエッチングなどにより形成されるものである。
【００１１】
永久磁石２０は、図１（ａ）に示すように、表裏で異なる極性で着磁（両面２極着磁）された多数本の棒状の永久磁石であり、一定の間隔を置いて平行かつ振動膜１０に対向する面の極性が交互に異なるように配列され、上側の永久磁石２０が上側フレーム３０ａの振動膜１０に対向する面に、また下側の永久磁石２０が下側フレーム３０ｂの振動膜１０に対向する面に、それぞれ接着剤等で接着され固定されている。
【００１２】
フレーム３０は、例えば鉄などの金属からなる上側フレーム３０ａと下側フレーム３０ｂとを合わせた空洞の内部をもつ筐体構造であり、上側フレーム３０ａと下側フレーム３０ｂとの接合面は、振動膜１０の両端の一部を挟み込んで支持している。また、フレーム３０には、駆動電流を供給するための入力端子４３が２つ設けられている。
【００１３】
導体１２は図１（ｂ）の振動膜１０面上に太線で示されるように、２つの入力端子４３をそれぞれ始点、終点とし、隣り合う永久磁石２０により発生する磁束の振動膜１０面上の位置に形成される第１回路４１と、永久磁石２０とフレーム３０により発生する磁束の振動膜１０面上の位置に形成される第２回路４２とにより構成される。なお、以下永久磁石２０により発生する磁束の長手方向間隙の直線部分を直線部分の磁路と呼ぶことにする。
【００１４】
導体１２の第１回路４１と第２回路４２は、入力端子４３により並列に接続されており、導体１２が、一方の入力端子４３から他方の入力端子４３に至るまでを１ターンと称し、これを複数回繰り返すときには複数ターンと称する。なお、図１（ｂ）では、簡略化のため、第１回路及び第２回路がそれぞれ１ターンで構成される場合を示している。また、第１回路または第２回路を複数ターンとする場合、同じ磁気回路内を複数回繰り返すことになるため上下の導通が必要となる。
【００１５】
また、図１（ａ）に示すように、振動膜１０の導体１２に対向する位置には、上側フレーム３０ａと下側フレーム３０ｂそれぞれに外部に開口した放音孔３１ａ，３１ｂが設けられ、導体１２の直線部分に沿って、一定の間隔で複数設けられている。
この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１は以上のように構成されている。
【００１６】
上記のような構成では、振動膜１０の面内で導体１２の直線部分を横切るような向きに隣り合う異なる永久磁石２０間の磁路または、永久磁石２０とフレーム３０間の磁路が通ることになる。従って、振動膜１０の導体１２へ電流が供給されると、導体１２と永久磁石２０とが電磁的に結合し、フレミングの左手の法則に従う電磁力が振動膜１０の厚み方向に発生し、振動膜１０が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石２０及びフレーム３０に形成した放音孔３１ａ，３１ｂを通って外部に放出される。
【００１７】
ここで、振動膜１０面上に形成された、第１回路４１及び第２回路４２の導体１２に流れる電流をそれぞれｉ1，ｉ2とし、駆動力が有効に発生する第１回路４１及び第２回路４２上での直線部分の磁路の長さをＬとする。さらに、図１（ｂ）に示すように、振動膜１０面上での隣り合う永久磁石２０間での直線部分の磁路を直線部分の磁路Ｂ，Ｃとし、永久磁石２０とフレーム３０間での直線部分の磁路を直線部分の磁路Ａ，Ｄとする。また、直線部分の磁路Ｂ，Ｃの磁束密度（の絶対値）をＢ1とし、直線部分の磁路Ａ，Ｄの磁束密度（の絶対値）をＢ2とする。さらに、直線部分の磁路Ｂ，Ｃに発生する駆動力をＦ1とし、直線部分の磁路Ａ，Ｄに発生する駆動力をＦ2とすると、第１回路４１及び第２回路４２に発生する駆動力Ｆ1，Ｆ2はＦ1＝Ｂ1Ｌｉ1，Ｆ2＝Ｂ2Ｌｉ2で表される。
【００１８】
図１（ｂ）では、簡略化のため、第１回路４１及び第２回路４２のターン数がそれぞれ１ターンである場合を示しているが、回路の一般化を考え、２つの回路のターン数をそれぞれＮ1，Ｎ2とすると、そのときの２つの回路の各直線部分の磁路上での導体１２の長さＬ1，Ｌ2はそれぞれＬ1＝Ｎ1Ｌ、Ｌ2＝Ｎ2Ｌとなり、駆動力Ｆ1，Ｆ2はＦ1＝Ｂ1Ｌ1ｉ1、Ｆ2＝Ｂ2Ｌ1ｉ2となる。
【００１９】
ここで、第１回路４１と第２回路４２は図２に示すような並列接続であるため、電磁変換器１の回路への入力電圧をＥ、第１回路４１及び第２回路４２の抵抗をそれぞれＲ1，Ｒ2とすると、第１回路４１及び第２回路４２に流れる電流は、ｉ2＝Ｅ／Ｒ2，ｉ2＝Ｅ／Ｒ2で表すことができる。
【００２０】
従って、隣り合う永久磁石２０間の直線部分の磁路Ｂ，Ｃ及び、永久磁石２０とフレーム３０間の直線部分の磁路Ａ，Ｄのすべての直線部分の磁路において、駆動力Ｆ1，Ｆ2が等しくなるようにするための条件式は次式（１）で表される。
【数１】
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【００２１】
上式（１）から、第１回路４１または第２回路４２の各直線部分の磁路上の導体１２の長さＬ1，Ｌ2、或いは第１回路４１または第２回路４２の導体１２の抵抗Ｒ1，Ｒ2を調整することにより、永久磁石２０とフレーム３０間の直線部分の磁路Ａ，Ｄ、永久磁石２０間の直線部分の磁路Ｂ，Ｃのすべての直線部分の磁路において、駆動力Ｆ1，Ｆ2を等しくすることができ、振動膜１０面上で略均一な駆動力を得ることが可能である。
【００２２】
さらに、第１回路４１と第２回路４２の各直線部分の磁路上での導体１２の長さＬ1，Ｌ2はターン数Ｎ1，Ｎ2に依存するので、第１回路４１と第２回路４２のターン数Ｎ1，Ｎ2を調節することによってもすべての直線部分の磁路での駆動力Ｆ1，Ｆ2を等しくすることができる。
【００２３】
この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１では、２本ずつの直線部分の磁路（隣り合う永久磁石２０間の直線部分の磁路Ｂ，Ｃ、永久磁石２０とフレーム３０間の直線部分の磁路Ａ，Ｄ）の例について説明してきたが、それに限定されることなく、特に隣り合う永久磁石２０間の直線部分の磁路である内側の直線部分の磁路（図１（ｂ）では直線部分の磁路Ｂ，Ｃの２本）が３本以上の磁気回路構成においてもこの発明の実施の形態１と同様の考え方を適用することができ、各直線部分の磁路で同一の駆動力を得ることが可能である。
【００２４】
また、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１の例では、駆動力を有効に発生する直線部分の磁路の長さをすべて同じＬとしていたが、駆動力の調整のため、第１回路４１と第２回路４２とで、相互に異なる直線部分の磁路の長さによって磁気回路を構成してもよい。
【００２５】
また、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１では、振動膜１０に対向して配置される永久磁石２０は上下３本ずつで説明したが、これに限るものではなく、上下４本ずつ以上でもよい。
【００２６】
また、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１では、永久磁石２０として棒状の永久磁石を用いて構成したが、棒状の永久磁石の替わりに、一定の間隔をおいて極性を交互に異なるように替えて着磁させた板状の永久磁石を用いることも可能である。上記の板状の永久磁石を用いて電磁変換器１を構成することで、この発明の実施の形態１と同様の効果を得ることができ、さらに十分な機械的強度を持たせることができる。
【００２７】
また、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１では、永久磁石２０の異なる磁極間に生じる磁束密度及び永久磁石２０とフレーム３０間に生じる磁束密度の差により駆動力のアンバランスが生じる例により説明したが、これに限るものではなく、電磁変換器１を構成する上で、構造上の制約などにより、寸法や強さの異なる２種類以上の永久磁石２０を使うこと、永久磁石２０の配列の間隔を同一にできないこと、などでそれぞれの永久磁石２０の異なる磁極間に発生する磁束密度が異なる場合にも、実施の形態１の２回路による駆動力均一化方策を適用することができる。
【００２８】
さらに、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１では、永久磁石２０の異なる辞去区間に生じる磁束密度及び永久磁石２０とフレーム３０間に生じる磁束密度の２種類の磁束密度が異なる場合について説明したが、これに限るものではなく、磁束密度が３種類以上異なる場合も、この発明の実施の形態１の拡張で対応することができ、３回路以上の構成をもって実現することが可能である。
【００２９】
以上のように、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器１では、駆動力は振動面内で略均一となり、従来にあったような不均一な振動が解消され、良好な音圧特性が得られる。また、振動膜１０は２回路（以上）が形成される構成となるが、プレス、エッチングなどによるコイルパターン成形は従来と同様に行うことができ、コストアップすることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の回路接続図である。
【図３】従来の電磁変換器の断面図である。
【図４】従来の電磁変換器断面の磁束密度分布のグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１  電磁変換器、１０  振動膜、１１  基材、１２  導体、２０  磁石、３０  フレーム、３０ａ，３０ｂ  上側フレーム，下側フレーム、３１ａ，３１ｂ  放音孔、４１  第１回路、４２  第２回路、４３  入力端子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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