(57)【要約】【課題】ボイスコイルを横切る磁束の磁束密度を高め、安価で高能率の電磁変換器を得る。【解決手段】電磁変換器１は、表面にボイスコイル９が形成された振動板８と、振動板８の両側に位置する永久磁石層６，７と、永久磁石層６，７の永久磁石が取り付けられると共に振動板８を厚み方向に変位可能に挟持するフレーム２，３とから構成される。永久磁石層６，７の永久磁石の断面は、振動板８に対向する上辺の長さＵが、フレーム２，３に取り付けられる側である底辺の長さＢより長い台形状に形成される。【選択図】図２
2010056755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をあけて、交互に異なる極性で並べられた、台形断面を有する帯状の永久磁石と、
前記永久磁石の長手方向に平行な直線部を有する蛇行パターンのボイスコイルが表面上に形成された振動板と、
前記永久磁石が取り付けられると共に、前記永久磁石に対向する位置に前記振動板を挟持するフレームとを備えた電磁変換器。
【請求項２】
永久磁石の台形断面は、振動板に対向する上辺とフレームに取り付けられる底辺の長さの比が１．０以上であることを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
【請求項３】
永久磁石の台形断面は、振動板に対向する上辺の長さがボイスコイルの直線部間の長さ以下であ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、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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石と振動板とを組み合わせた電磁変換器については、様々な技術が提案されている。この種の電磁変換器は、例えば特許文献１および２のように、永久磁石板と、その永久磁石板に対向するように配置された振動板とを備えている。これら永久磁石板および振動板は固定部材で支持されており、永久磁石板が機械的に強固に固定されるのに対して、振動板は厚み方向へ自由に変位できるように取り付けられている。
【０００３】
ここで、永久磁石板は、帯状の異なる磁極が一定の間隔を置いて交互に形成されたものである。また、振動板は、永久磁石板の異なる磁極同士の間隙部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるボイスコイルが形成される。
【０００４】
ガムーゾン型と呼ばれる平面スピーカでは、ポリエステル、ポリイミド等からなる薄膜に銅、アルミ箔等を貼り付け、ボイスコイルの導体パターンをエッチングして振動板としていた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
この種の電磁変換器では、隣り合う永久磁石間においてＮ極からＳ極へ向かう磁束がボイスコイルの導体パターン直線部を横切っている。そのボイスコイルにオーディオ信号である電流が流れると、ボイスコイルと永久磁石とが電磁的に結合し、フレミングの法則に従って振動板にオーディオ振動が生じ、音波が発生する。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３３１５９６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００３／０７３７８７号公報
【非特許文献１】山本武夫編著、スピーカ・システム、ラジオ技術社、１９７７年７月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の電磁変換器は以上のように構成されているので、ボイスコイルを横切る磁束の磁束密度が低く、磁束密度に比例する音圧レベルも小さいという課題があった。
一方、高い磁束密度を得るようにネオジム磁石等の高価な希土類磁石を用いた場合または永久磁石を大きくした場合には、音圧レベルが上がる半面、電磁変換器が高価になってしまうという課題があった。
【０００８】
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、ボイスコイルを横切る磁束の磁束密度を高め、安価で高能率の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】
【０００９】
この発明に係る電磁変換器は、所定の間隔をあけて交互に異なる極性で並べられた、台形断面を有する帯状の永久磁石と、永久磁石の長手方向に平行な直線部を有する蛇行パターンのボイスコイルが表面上に形成された振動板と、永久磁石が取り付けられると共に、永久磁石に対向する位置に振動板を挟持するフレームとを備えるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、永久磁石を台形断面に形成することにより、ボイスコイルを横切る磁束密度を高め、安価で高能率の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】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁変換器を示し、図１（ａ）は外観を示す全体斜視図であり、図１（ｂ）は構成を示す分解斜視図である。図２は、図１（ａ）に示すＡＡ線に沿って切断した電磁変換器の断面図である。
電磁変換器１は、振動板８と、振動板８の表裏両面側に配置される永久磁石層６，７と、これらを挟持するフレーム２，３とを備える。
【００１２】
フレーム２，３は鉄等の磁性部材からなり、内部で発生した音波を外部へ放音するための放音孔４，５がそれぞれ複数ずつ穿設されている。
永久磁石層６，７は、複数の帯状の永久磁石を、所定の間隔をあけて平行に並べてなる。これら永久磁石の断面は台形状とする。図２に示すように、永久磁石層６の複数の永久磁石は、交互に異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が振動板８に対面する向き、かつ一定の極ピッチＰｐ間隔で、フレーム２の内側に設置されている。永久磁石層７の複数の永久磁石は、振動板８を挟んで対面する永久磁石層６の永久磁石の磁極と同じになるようにフレーム３の内側に設置されている。帯状の永久磁石を短手方向に沿って切断した断面において、振動板８に対向する辺の長さを上辺の長さＵとし、上辺とは反対側の、フレーム取り付け側の辺の長さを底辺の長さＢとする。また、底辺から上辺までの距離をＬとする。
【００１３】
永久磁石層６，７が対向する磁石表面間の中間位置、即ち永久磁石上面から距離Ｄの位置に、薄い高分子樹脂シートからなる振動板８が配置されている。この振動板８は、フレーム２，３によって厚み方向に変位可能に挟持されている。振動板８の表裏両面には、永久磁石の長手方向に平行する直線部９ａを有する蛇行パターンのボイスコイル９が形成されている。直線部９ａは、永久磁石層６，７の異なる磁極同士の間隙部分にコイルピッチＰｃの間隔で配置される。ひとつの永久磁石から左右方向に出た磁束１０は弧状の磁束線を描き、ボイスコイル９の直線部９ａを横切って他極に至る。
【００１４】
このような構成により、電磁変換器１においてボイスコイル９にオーディオ信号である電流が流れると、ボイスコイル９を横切る磁束１０によって振動板８が厚み方向上下に振動する。振動板８の振動によって発生した音波は、フレーム２，３の放音孔４，５を通して外部へ放音される。このとき、磁束１０の磁束密度が高ければ、再生音の音圧レベルが大きくなる。そこで本実施の形態では高い磁束密度を得ることを目的として、永久磁石の台形断面の上辺と底辺の長さの比（上辺底辺比）と磁束密度との関係を解析した。
【００１５】
図３は、電磁変換器１を構成する永久磁石形状の例を示す断面図であり、図３（ａ）は上辺底辺比が大きい場合を示し、図３（ｂ）は上辺底辺比が小さい場合を示す。図３では電磁変換器１の一部分の構成を抜き出して示す。永久磁石の台形断面の上辺底辺比を変更するために上辺の長さＵおよび底辺の長さＢが調整されるが、その際、台形断面の断面積、極ピッチＰｐ、コイルピッチＰｃは固定とし、断面積一定で上辺底辺比を変更するために底辺から上辺までの距離Ｌは可変とした。また、永久磁石とボイスコイル９との距離の違いによる磁束密度の不公平さを無くすため、永久磁石７上面から振動板８までの距離Ｄは一定とした。
【００１６】
図３に示すように永久磁石断面の上辺底辺比を調整して、ボイスコイル９を横切る磁束１０の磁束密度（水平方向成分）を計測した結果を図４に示す。図４において、横軸は永久磁石断面の上辺底辺比であり、縦軸はボイスコイル９の直線部９ａを横切る磁束１０の磁束密度である。ここでは、ボイスコイル９のコイルピッチＰｃおよび極ピッチＰｐを４ｍｍ一定とし、台形断面積３ｍｍ2、４ｍｍ2、５ｍｍ2それぞれで上辺底辺比を変更した場合の磁束密度曲線を示す。図４において、各磁束密度曲線に付与された記号のＡは台形断面積を表し、Ｄは永久磁石７上面から振動板８までの距離Ｄを表す。例えば、磁束密度曲線Ａ５Ｄ１は、台形断面積Ａを５ｍｍ2かつ距離Ｄを１．０ｍｍで固定し、上辺底辺比を１．０〜２．７に変化させた場合の磁束密度を示す。
【００１７】
図４より、断面積が３ｍｍ2、４ｍｍ2、５ｍｍ2のいずれであっても、上辺底辺比に応じて磁束密度は変化する。磁束密度が最高値となる上辺底辺比は２．３であり、それ以上の上辺底辺比になると磁束密度は低下する傾向がみられる。ただし、上辺底辺比が１．０以上であれば、同じ台形形状でも１．０より小さい時より大きな磁束密度が得られ、電磁変換器１の設計上、許容範囲内の音圧レベルを実現することができる。
【００１８】
図５は、極ピッチＰｐを５ｍｍ一定、かつ永久磁石７上面から振動板８までの距離Ｄを１．５ｍｍ一定とし、台形断面積３ｍｍ2、４ｍｍ2、５ｍｍ2それぞれで上辺底辺比を変更した場合の磁束密度曲線を示す。図５においても、図４と同様に各磁束密度曲線に付与された記号のＡは台形断面積を表し、Ｄは永久磁石７上面から振動板８までの距離Ｄを表す。
図５と図４との比較より、極ピッチＰｐが変化しても、上辺底辺比に応じて磁束密度が変化する傾向は変わらない。また、上辺底辺比が１．０以上であれば、同じ台形形状でも１．０より小さい時より大きな磁束密度が得られる。
【００１９】
このように、永久磁石を上辺底辺比１．０以上の台形断面形状、即ち底辺より上辺が長い台形断面形状にすることにより、ボイスコイル９の直線部９ａを横切る磁束１０の磁束密度を高めることが可能となる。また、磁束密度が高まり高能率となるため、永久磁石の断面積を小さくしても設計上必要となる磁束密度を確保することができ、安価な電磁変換器１を得ることが可能となる。
【００２０】
また、永久磁石の台形断面の底辺の長さＢを上辺の長さＵより短くしたので、永久磁石の底面側の間隔が広くなり、フレーム２，３の放音孔４，５を大きく穿設することができる。この結果、電磁変換器１を、振動板８の振動によって発生する音波を外部に放音しやすい構成にすることができる。
【００２１】
なお、振動板８と永久磁石層６，７との間で電磁力を効率良く発生させるためには、ボイスコイル９が異なる磁極同士の間隙部分に位置している必要がある。そのため、電磁変換器１を、隣接する永久磁石同士が接することなく、かつ永久磁石の上辺の長さＵをボイスコイル９のコイルピッチＰｃ以下に構成することが好ましい。永久磁石台形断面の上辺の長さＵの上限値がコイルピッチＰｃによって規定されることにより、上辺底辺比の上限値も自動的に規定されることとなる。
【００２２】
以上のように、実施の形態１によれば、電磁変換器１は台形断面を有する永久磁石を用いる構成とした。そのため、ボイスコイル９の直線部９ａを横切る磁束１０の磁束密度を高めることが可能となる。上辺の長さＵと底辺の長さＢとの比を１．０以上に構成した場合に、特に高い磁束密度を得ることができる。
また、永久磁石の台形断面の上辺底辺比を最適に調整することにより磁束密度が高まって高能率となるため、永久磁石の断面積を小さくすることが可能となる。従って、安価で高能率な電磁変換器１を得ることができる。
【００２３】
また、実施の形態１によれば、永久磁石台形断面の上辺の長さＵを、ボイスコイル９のコイルピッチＰｃ以下に構成した。そのため、永久磁石台形断面を、上辺の長さＵがコイルピッチＰｃ以下となる上辺底辺比にすることで、ボイスコイル９の直線部９ａを横切る磁束１０の磁束密度を高めることが可能となる。
【００２４】
なお、上記実施の形態１では、永久磁石層６，７が台形断面を有する永久磁石のみで構成されたが、これに限定されるものではなく、台形断面を有する永久磁石と矩形断面を有する永久磁石とが混在する構成であってもよい。例えば、放音孔４，５の周辺に設置される永久磁石は台形断面を有する永久磁石にし、その他の部位に設置される永久磁石は矩形断面を有する永久磁石とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器を示し、図１（ａ）は外観を示す全体斜視図であり、図１（ｂ）は構成を示す分解斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器を図１（ａ）のＡＡ線に沿って切断した断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の永久磁石形状の例を示す断面図であり、図３（ａ）は上辺底辺比が大きい場合を示し、図３（ｂ）は上辺底辺比が小さい場合を示す。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器（極ピッチ４ｍｍ）の永久磁石台形断面の上辺底辺比と磁束密度の関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器（極ピッチ５ｍｍ）の永久磁石台形断面の上辺底辺比と磁束密度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  電磁変換器、２，３  フレーム、４，５  放音孔、６，７  永久磁石層、８  振動板、９  ボイスコイル、９ａ  直線部、１０  磁束、Ｌ  底辺から上辺までの距離、Ｂ  底辺の長さ、Ｕ  上辺の長さ、Ｄ  永久磁石上面から振動板までの距離、Ｐｐ  極ピッチ、Ｐｃ  コイルピッチ（ボイスコイルの直線部間の長さ）。
【図１】
2010056755.tif 000003
【図２】
2010056755.tif 000004
【図３】
2010056755.tif 000005
【図４】
2010056755.tif 000006
【図５】
2010056755.tif 000007