(57)【要約】【課題】家庭内劣悪環境下でも長期間使用可能な磁歪スピーカを提供することを目的とする。【解決手段】樹脂及び磁性材料からなり、磁歪現象による振動を伝える磁歪アクチュエータ２０１と、樹脂または金属からなり、上面が磁歪アクチュエータ２０１の下面に結合されて、磁歪アクチュエータ２０１から伝えられた振動を音に変換する振動板２０２と、樹脂または金属からなり、外周部が振動板２０２と結合するとともに中心部２０３ａが磁歪アクチュエータ２０１の上面を押圧し、振動板２０２とともに磁歪アクチュエータ２０１を密閉する板ばね２０３とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪現象によって振動を伝える磁歪アクチュエータと、
樹脂または金属からなり、上面が前記磁歪アクチュエータの下面に結合されて、前記磁歪アクチュエータから伝えられた振動を音に変換する振動板と、
樹脂または金属からなり、外周部が前記振動板と結合するとともに中心部が前記磁歪アクチュエータの上面を押圧し、前記振動板とともに前記磁歪アクチュエータを密閉する弾性体と
を備えたことを特徴とする磁歪スピーカ。
【請求項２】
前記磁歪アクチュエータは、
別体の蓋部および底部を有するヨークと、
前記蓋部の中心側の下面に上面が結合し、かつ、前記底部の中心側の上面に下面が結合した磁歪素子と、
この磁歪素子と同心円状に配置され前記ヨークと結合されたコイルボビンと、
このコイルボビンに巻回されたコイルと、
前記蓋部の外周側の下面に上面が結合し、かつ、前記底部の外周側の上面に下面が結合したバイアス磁石と、
前記底部の中心側の下面に上面が結合した振動伝達部とを備え、
前記振動伝達部の下面に前記振動板の中心側の上面が結合し、前記振動板の外周側の上面に前記弾性体の外周側の下面が結合し、かつ、前記蓋部の上面に前記弾性体の中心側の下面が結合したことを特徴とする請求項１に記載の磁歪スピーカ。
【請求項３】
前記磁歪アクチュエータは、
別体の蓋部、第１の底部および第２の底部を有するヨークと、
前記蓋部の中心側の下面に上面が結合し、かつ、前記第１の底部の中心側の上面に下面が結合した磁歪素子と、
この磁歪素子と同心円状に配置され前記ヨークと結合されたコイルボビンと、
このコイルボビンに巻回されたコイルと、
前記蓋部の外周側の下面に上面が結合し、かつ、前記第２の底部の上面に下面が結合したバイアス磁石と、
前記第１の底部と前記第２の底部とに結合する振動吸収材と、
前記第１の底部の中心側の下面に上面が結合した振動伝達部とを備え、
前記振動伝達部の下面に前記振動板の中心側の上面が結合し、前記振動板の外周側の上面に前記弾性体の外周側の下面が結合し、かつ、前記蓋部の上面に前記弾性体の中心側の下面が結合したことを特徴とする請求項１に記載の磁歪スピーカ。
【請求項４】
前記弾性体は板ばねであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁歪スピーカ。
【請求項５】
前記磁歪アクチュエータは、超磁歪現象によって振動を伝える超磁歪アクチュエータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の磁歪スピーカ。
【請求項６】
請求項１に記載の磁歪スピーカを搭載した家電製品。
【請求項７】
請求項１に記載の磁歪スピーカを搭載した電子機器。
【請求項８】
請求項１に記載の磁歪スピーカを搭載した移動体。
【請求項９】
請求項１に記載の磁歪スピーカを埋設した建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪スピーカに関するものであり、特に炊飯器、洗濯機などの家電製品、ノートパソコンなどの電子機器、車やバイクなどの移動体、天井や壁などの建築物に搭載される磁歪スピーカの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ユニバーサルデザインの観点から、音声ガイダンス機能を搭載した家電や電子機器が増加している。これに伴い、音声ガイダンスを再生するスピーカには、機器に内蔵可能な小型化に加え、熱・水・埃といった家庭内劣悪環境への高い耐久性能の要求が生じている。
【０００３】
従来の音声ガイダンス用のスピーカについて、図面を用いて説明する。
【０００４】
図１１は、従来の音声ガイダンス用小型スピーカの構成を示した断面図である。
【０００５】
図１１において示されるように、スピーカ１００は、フレーム１０１と、このフレーム１０１に載置されたヨーク１０２と、このヨーク１０２に結合された磁石１０３と、この磁石１０３の上面に結合されたプレート１０４と、ヨーク１０２とプレート１０４との間に設けられた磁気空隙内に配挿されたコイルボビン１０５と、このコイルボビン１０５に巻回されたボイスコイル１０６と、フレーム１０１とコイルボビン１０５に結合されたダンパー１０７と、コイルボビン１０５に結合された振動板１０８と、振動板１０８とフレーム１０１に結合されたエッジ１０９と、振動板１０８に結合されたダストキャップ１１０とを備える。
【０００６】
防水性を高めるために、スピーカ１００は、振動板１０８及びダストキャップ１１０にフッ素系樹脂による表面処理が施されている（例えば、以下の特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００７−６０７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のスピーカは、布、紙といった材料を含んで構成されることが多く、フッ素系の樹脂等で防水性を高めたとしても耐熱性が上がらず、また布や紙で構成された振動系部品の経年劣化があるため、長期間の使用が困難であるという課題を有していた。さらに、磁気空隙に埃が混入すると異常音の原因となるため、水や熱、埃といった家庭内の劣悪な環境下で長期間設置される機器に内蔵するにあたって、耐久性に難点があるという課題も有している。
【０００８】
本発明の目的は、家庭内劣悪環境下でも長期間使用可能な磁歪スピーカを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の磁歪スピーカは、磁歪現象によって振動を伝える磁歪アクチュエータと、樹脂または金属からなり、上面が前記磁歪アクチュエータの下面に結合されて、前記磁歪アクチュエータから伝えられた振動を音に変換する振動板と、樹脂または金属からなり、外周部が前記振動板と結合するとともに中心部が前記磁歪アクチュエータの上面を押圧し、前記振動板とともに前記磁歪アクチュエータを密閉する弾性体とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、紙や布といった耐久性の高くない材料は用いられず、磁歪アクチュエータは、樹脂または金属からなる弾性体および振動板とによって形成された空間内に固定され、外部空間からも遮断されるので、家庭内劣悪環境への高い耐久性能と、長期使用における故障の少ないスピーカを実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における磁歪スピーカについて図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１における磁歪スピーカの斜視図である。図２は、図１における磁歪スピーカを矢印Ａ方向から見た正面図である。図３は、図１における磁歪スピーカを線Ｂ−Ｂ’に沿う断面を矢印Ａの方向から見たときの断面図である（以下、特に言及されない場合、断面図は、この方向から見たときの断面図を意味する）。
【００１３】
図１から図３に示されるように、磁歪スピーカ２００は、磁歪アクチュエータ２０１と、この磁歪アクチュエータ２０１を覆うとともに押圧する振動板２０２と、磁歪アクチュエータ２０１を覆うとともに押圧する弾性体としての板ばね２０３とを備える。磁歪アクチュエータ２０１は、エラストマなどの樹脂、磁石、および鉄をはじめとした磁性材料から構成される。振動板２０２は例えば平板振動板で構成される。また、振動板２０２は、家庭内環境下で長期間利用できるように、硬質の樹脂や金属で形成される。本実施形態では、弾性体として板ばねを用いたが、板ばねのかわりにゴムなどの他の弾性体を用いてもよい。
【００１４】
図３に示されるように、磁歪アクチュエータ２０１は、磁歪素子２０４と、この磁歪素子２０４に結合するコイルボビン２０５と、このコイルボビン２０５に巻回されるボイスコイル２０６と、バイアス磁石２０７と、振動吸収材２０８と、振動伝達部２０９と、これらのバイアス磁石２０７、振動吸収材２０８、および、振動伝達部２０９と結合するヨーク２１０とを備える。
【００１５】
磁歪素子２０４は、中実棒状体に構成される。外部磁界の大きさに応じて寸法変化を生じるものであり、ニッケル、コバルト、鉄といった強磁性材料や、それらを基にした合金で構成される。磁歪アクチュエータ２０１は、この磁歪素子２０４の寸法変化によって生じる振動を駆動源として利用するデバイスである。磁歪素子２０４は、特に、鉄（Ｆｅ）と、テルビウム（Ｔｂ）やジスプロシウム（Ｄｙ）などの希土類との合金で構成される超磁性材料が望ましい。このような超磁性材料が用いられたとき、磁歪素子２０４は、超磁歪素子と呼ばれ、磁歪アクチュエータ２０１は、超磁歪アクチュエータと呼ばれる。また、磁歪素子２０４は、加圧されると磁歪量や透磁率が変化する。
【００１６】
コイルボビン２０５は、樹脂などの非磁性体で構成され、筒状部と上下のフランジ部とからなる。コイルボビン２０５の上側のフランジ部は、ヨーク２１０と結合する。コイルボビン２０５は、筒状部の内周で磁歪素子２０４の側面と結合してもよいし、結合しなくてもよい。また、ボイスコイル２０６は、コイルボビン２０５の筒状部の外周に巻回されている。
【００１７】
バイアス磁石２０７は、リング状に構成され、磁歪素子２０４にバイアス磁界を与えるものである。振動吸収材２０８は、リング状のゴムやバネなどの振動を吸収する樹脂で構成される。したがって、振動吸収材２０８が不要振動を抑制するため、磁歪スピーカ２００は入力信号により忠実な動作を行うことができる。振動伝達部２０９は、振動板２０２の材質に合わせた最適な樹脂または金属で構成され、音質をコントロールすることができる。振動伝達部２０９の下面は、振動板２０２の上面と結合している。
【００１８】
ヨーク２１０は、磁性材料で構成され、略円板状の蓋部２１０ａと、略円板状の第１の底部２１０ｂと、略リング状の第２の底部２１０ｃとを備える。ヨーク２１０は、バイアス磁石２０７で発生した磁束を磁歪素子２０４に導く。
【００１９】
蓋部２１０ａの中心側の下面は、磁歪素子２０４の上面と結合している。蓋部２１０ａの外周側の下面は、バイアス磁石２０７の上面と結合している。
【００２０】
第１の底部２１０ｂの上面は、磁歪素子２０４の下面と結合している。第１の底部２１０ｂの側面は、振動吸収材２０８の内周と結合している。第一の底部２１０ｂは、振動吸収材２０８によって、第１の底部２１０ｂの横方向における中心位置を保持されている。第１の底部２１０ｂの下面は、振動伝達部２０９の上面と結合している。
【００２１】
第２の底部２１０ｃの上面は、バイアス磁石２０７の下面と結合している。第２の底部２１０ｃの内周は、振動吸収材２０８の外周と結合している。なお、第１の底部２１０ｂの上面側に設けられるとともに外径方向に突出したフランジと、第２の底部２１０ｃの下面側に設けられるとともに中心方向に突出したフランジとによって、振動吸収材２０８は、段差がつけられている。この二つのフランジによって、振動吸収材２０８と、第１の底部２１０ｂおよび第２の底部２１０ｃとの接触面積が増える。したがって、振動吸収材２０８と第１の底部２１０ｂおよび第２の底部２１０ｃとの結合強度を高めることができる。
【００２２】
振動板２０２は、平板状に構成される。本実施形態では、この振動板２０２は円板状に構成される。振動板２０２の平面形状は、三角形や四角形など、どのような形状であってもよい。なお、振動板２０２に発生する共振を分散し、平坦な周波数特性を得るため、振動板２０２の平面形状は、非対称であることが望ましい。ここで、振動板２０２の平面形状が非対称であるとは、振動板２０２を磁歪素子２０４の中心（駆動中心）から１８０°回転した場合に同じ平面形状にならないことを意味する。中心側の上面で振動伝達部２０９と結合し、外周側の上面で板ばね２０３と結合している。
【００２３】
板ばね２０３は、中心側が盛り上がった中心部２０３ａと外周側が平坦な外周部２０３ｂとを備える。中心部２０３ａは、中心近傍で、その周囲よりも窪んでいる。そして、この窪んだ部分の下面で蓋部２１０ａの上面が押圧される。
【００２４】
この点について、図４を用いて詳細に説明する。図４（ａ）は、振動板２０２と板ばね２０３とを結合する前の磁歪スピーカ２００の状態を示す断面図である。図４（ｂ）は、振動板２０２と板ばね２０３とを結合した後の磁歪スピーカ２００の状態を示す断面図である。図４（ａ）に示されるように、振動板２０２と結合する前の板ばね２０３は、復元力が加わっていない。板ばね２０３と振動板２０２との間には、空隙がある。図４（ａ）に示されるように、振動板２０２と板ばね２０３とを結合する前の状態から、板ばね２０３の外周部２０３ｂが、下方に引っ張られて、図４（ｂ）に示されるように振動板２０２と板ばね２０３とが結合される。このとき、板ばね２０３には、図４（ａ）に示されるような、復元力がかかっていない元の状態に戻ろうとする復元力が働く。この復元力の反作用として、板ばね２０３の中心部２０３ａには下方に力が加わり、板ばね２０３の中心部２０３ａと固定されている磁歪アクチュエータ２０１の蓋部２１０ａに圧縮応力を加え続ける。
【００２５】
また、中心部２０３ａと蓋部２１０ａとの接触面積が小さいほど、適切な圧力をかけるための外力が小さくなるため、板ばね２０３が弾性限界を超えて変形する故障を抑制することができる。
【００２６】
ボイスコイル２０６に外部から交流信号が印加されると、磁歪素子２０４が上下方向に寸法変化する。ボイスコイル２０６に加えられる交流信号は、磁歪素子２０４の寸法変化が板ばね２０３の弾性限界の範囲内となるように調整される。また、磁歪素子２０４には、あらかじめバイアスの磁界が印加されている。したがって、磁歪素子２０４は、伸びる方向にも縮む方向にも寸法変化することができ、振動板２０２を振動させて音を出力することができる。また、中心部２０３ａと蓋部２１０ａとが一点で結合し、磁歪アクチュエータ２０１が押圧されると、板ばね２０３に対する圧縮応力が大きくなり、磁歪現象による磁歪量を増加することができる。なお、中心部２０３ａは、下面で蓋部２１０ａの上面と結合して磁歪アクチュエータ２０１を押圧すればよく、一点で押圧しなくてもよい。外周部２０３ｂの下面全体に接着剤が塗布されて振動板２０２の外周側の上面全体と結合している。
【００２７】
以上のように、磁歪アクチュエータ２０１は、振動板２０２と板ばね２０３とによって密閉されるとともに押圧されて、内部の磁歪素子２０４に適切な圧縮応力が加え続けられている。これにより、磁歪スピーカ２００は、磁歪素子２０４の磁歪現象による磁歪量をより増加させることができ、外部磁界が加えられたときに大きなストロークが取れるようになるため、通常よりも大きな音を発生することが可能となる。
【００２８】
また、磁歪スピーカ２００は、磁歪アクチュエータ２０１が金属または樹脂からなる振動板２０２および板ばね２０３によって密閉されているため、家庭内の劣悪な環境下でも塵や水や温度等から磁歪アクチュエータ２０１を守り、長期使用においても故障を防止することができる。したがって、磁歪スピーカの音響性能を高めるとともに、耐久性能を高めることができる。このような磁歪スピーカは、塵や水や温度等の影響が大きい炊飯器や洗濯機などの家電製品の音声ガイダンスに特に適している。
【００２９】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における磁歪スピーカ３００について図面を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態２における磁歪スピーカの断面図である。磁歪アクチュエータ２０１は、弾性体であるクッション３０９をさらに備える。このクッション３０９は、下面が蓋部２１０ａと結合し、上面が板ばね２０３の中心部２０３ａと結合する。板ばね２０３は、復元力によってクッション３０９を介して磁歪アクチュエータ２０１を下方向に押し付ける。このため、クッション３０９の厚みを変えることで少ない種類の板ばねを様々な厚みのアクチュエータにそのまま用いることが可能になり、部品としての汎用性が向上する。
【００３１】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３における磁歪スピーカ４００について図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、実施の形態２と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
【００３２】
図６は、本発明の実施の形態３における磁歪スピーカの上面図である。図７は、図６における磁歪スピーカを線Ｃ−Ｃ’に沿う断面を矢印Ｄの方向から見たときの断面図である。図６、図７に示されるように、振動板２０２は、複数のクランプ部４０２を備える。板ばね２０３は、外周部２０３ｂに複数の突部４０３を備える。
【００３３】
次に、板ばね２０３を振動板２０２に取り付ける手順について説明する。まず、板ばね２０３の突部４０３は、クランプ部４０２が設けられていない振動板２０３上に配置される。そして、図６の紙面に垂直に引いた直線を回転軸にして板ばね２０３を回転させて、突部４０３をクランプ部４０２にそれぞれ差し込んで固定する。そして、接着剤を用いて突部４０３とクランプ部４０２とを結合する。
【００３４】
これにより、振動板２０２と板ばね２０３を機械的に接合することができるため、接着剤のみを用いて接合した場合と比べて接合強度が増す。
【００３５】
なお、板ばね２０３と振動板２０２との固定を容易にし、突部４０３やクランプ部４０２の破損を防止する観点から、突部４０３やクランプ部４０２は、板ばね２０３の外周部２０３ｂ、振動板２０２の外周側にそれぞれ等間隔に設けられるのが望ましい。
【００３６】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４における磁歪スピーカ５００について図面を用いて説明する。なお、実施の形態１から実施の形態３と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
【００３７】
図８は、本発明の実施の形態４における磁歪スピーカの断面図である。板ばね２０３の外周部２０３ｂと、振動板２０２の外周側には、ネジ５１１とナット５１２を通すために複数の穴が設けられている。そして、板ばね２０３は、ネジ５１１とナット５１２によって振動板２０２に固定されている。
【００３８】
これにより、振動板２０２と板ばね２０３を機械的に接合することができるため、接着剤のみを用いて接合した場合と比べて接合強度が増す。
【００３９】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５における磁歪スピーカ６００について図面を用いて説明する。なお、実施の形態１から実施の形態４と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図９は、本発明の実施の形態５における磁歪スピーカの断面図である。振動板２０２は、外周の縁の全体に雄ネジ部６０２を備える。また、板ばね２０３は、外周部２０３ｂの内側全体の縁に雌ネジ部６０３を備える。振動板２０２の雄ネジ部６０２に、板ばね２０３の雌ネジ部６０３が螺合されて、振動板２０２と板ばね２０３とが固定される。
【００４１】
振動板２０２と板ばね２０３を機械的に接合することができるため、接着剤のみを用いて接合した場合と比べて接合強度が増す。
【００４２】
（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６における磁歪スピーカ７００を搭載した移動体について図面を用いて説明する。なお、実施の形態１から実施の形態５と同一部分は同一番号を付し、説明を省略する。
【００４３】
図１０は、本発明の実施の形態６における磁歪スピーカを搭載した自動車の断面図である。例えば、磁歪スピーカ７００は、移動体である自動車７１０の後席のヘッドレストに内蔵されている。また、前席のヘッドレストやドアに内蔵されてもよい。
【００４４】
これにより、布や紙やゴムといった材料が用いられる通常のスピーカであれば熱や埃や水等が故障の原因となるところ、本実施の形態の磁歪スピーカ７００には外部から熱や埃や水等が入り込まず、故障しにくいため劣悪な使用環境下においても故障を抑えてスピーカを機能させることができる。
【００４５】
また、磁歪スピーカ７００をセンターコンソールやインパネに内蔵したり、炊飯器や冷蔵庫等の家電製品に内蔵したり、住宅用天井材、壁材等の建築物に内蔵してもよい。
【００４６】
本実施形態では、磁歪スピーカ７００を移動体である自動車７１０に搭載したが、他の電子機器等に搭載されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の磁歪スピーカは、居住空間内に設置される炊飯器や洗濯機などの家電製品、テレビ等のＡＶ機器に搭載される音響機器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】発明の実施の形態１における磁歪スピーカの斜視図
【図２】図１における磁歪スピーカを矢印Ａ方向から見た正面図
【図３】図１における磁歪スピーカの線Ｂ−Ｂ’に沿う断面を矢印Ａの方向から見たときの断面図
【図４】本発明の実施の形態１における板ばねと磁歪アクチュエータと振動板との結合状態を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態２における磁歪スピーカの断面図
【図６】本発明の実施の形態３における磁歪スピーカの上面図
【図７】図６における磁歪スピーカを線Ｃ−Ｃ’に沿う断面を矢印Ｄの方向から見たときの断面図
【図８】本発明の実施の形態４における磁歪スピーカの断面図
【図９】本発明の実施の形態５における磁歪スピーカの断面図
【図１０】本発明の実施の形態６における磁歪スピーカを搭載した移動体の断面図
【図１１】従来の平板スピーカの構造を示す断面図
【符号の説明】
【００４９】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００  磁歪スピーカ
１０１  フレーム
１０２、２１０  ヨーク
１０３  磁石
１０４  プレート
１０５、２０５  コイルボビン
１０６、２０６  ボイスコイル
１０７  ダンパー
１０８、２０２  振動板
１０９  エッジ
１１０  ダストキャップ
２０１  磁歪アクチュエータ
２０３  板ばね
２０３ａ  中心部
２０３ｂ  外周部
２０４  磁歪素子
２０７  バイアス磁石
２０８  振動吸収材
２０９  振動伝達部
２１０ａ  蓋部
２１０ｂ  第１の底部
２１０ｃ  第２の底部
３０９  クッション
４０２  クランプ部
４０３  突部
５１１  ネジ
５１２  ナット
６０２  雄ネジ部
６０３  雌ネジ部
７１０  自動車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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