(57)【要約】【課題】厚み方向に着磁された薄膜磁石を有する振動膜によるムービングマグネット型の平面型電気音響変換器を提供する。【解決手段】ポリイミド樹脂などの高分子フィルム１１にコバルトクロムなどにより薄膜磁石１２を成膜し、その薄膜磁石１２を厚み方向に着磁してなる振動膜１０を空芯コイル２０内に配置する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来する音波によって受動的に振動するか、もしくは自ら能動的に振動して音波を発生する電気音響変換器用振動膜において、
周縁が所定の支持体にて支持される高分子フィルムと、上記高分子フィルムの上記周縁を除く中央部分の少なくとも片面に成膜された永久磁石材料からなる薄膜磁石とを備え、上記薄膜磁石がその膜厚方向に着磁されていることを特徴とする電気音響変換器用振動膜。
【請求項２】
上記薄膜磁石が、上記高分子フィルムの両面に設けられている請求項１に記載の電気音響変換器用振動膜。
【請求項３】
一方の面の各々に上記薄膜磁石が形成されている上記高分子フィルムの２枚を、その他方の面同士を貼り合わせてなる請求項１に記載の電気音響変換器用振動膜。
【請求項４】
上記薄膜磁石の表面を覆うように上記高分子フィルム上に形成されたコーティング膜を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気音響変換器用振動膜。
【請求項５】
上記薄膜磁石がコバルトクロムからなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電気音響変換器用振動膜。
【請求項６】
空芯コイル内に請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電気音響変換器用振動膜を、その膜面が上記空芯コイルの軸線と直交するように配置してなることを特徴とする電気音響変換器。
【請求項７】
上記空芯コイルが、上記振動膜の周縁に上記薄膜磁石に対して同心状に形成された導体パターンよりなる請求項６に記載の電気音響変換器。
【請求項８】
上記導体パターンがリッツ線化されている請求項７に記載の電気音響変換器。
【請求項９】
上記空芯コイルの周りに配置された磁性材からなる環状のヨークをさらに備えている請求項６ないし８のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
【請求項１０】
上記空芯コイルの表裏両面が、支持体によって固定静止され、上記薄膜磁石の部分のみが振動可能である請求項７または８に記載の電気音響変換器。
【請求項１１】
上記空芯コイルと上記薄膜磁石との間に振動膜エッヂが形成されている請求項１０に記載の電気音響変換器。
【請求項１２】
上記空芯コイルが、上記振動膜の静止時位置と振動時の最大変位位置との間において上記振動膜から所定高さ離された位置に配置されている請求項６，８，９または１１に記載の電気音響変換器。
【請求項１３】
所定サイズのマザー基板に、請求項６ないし１１のいずれか１項に記載した電気音響変換器を複数個配置してなる多点駆動型電気音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカやマイクロホンに用いられる電気音響変換器用振動膜および電気音響変換器に関し、さらに詳しく言えば、ムービングマグネット型でありながら、薄型かつ軽量で、特に平面スピーカに好適な電気音響変換器用振動膜と同振動膜を有する電気音響変換器および同電気音響変換器を多数個配置してなる多点駆動型電気音響変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の液晶ディスプレイやプラズマディスプレイの出現に伴い、その音響出力手段であるスピーカにも、平面化が求められている。すなわち、平面型のディスプレイに対して、その音響出力手段であるスピーカが依然としてコーン型であると、トータル的な平面化が達成し得ないからである。
【０００３】
また、最近では、携帯用スピーカにも同様に平面化の要求が高まっている。そこで、各社より平面（薄型）スピーカの提案が種々なされているが、その多くは、振動膜としての高分子フィルムよりなる基材に平面コイルを形成し、これと対向するように永久磁石を配置するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の平面スピーカはムービングコイル型であるが、ムービングマクネット型で平面スピーカを実現するには、重量が可動コイル（プリントコイル）と同等もしくはそれ以下で、しかも駆動コイルが作る磁界に対し十分に抗して減磁・消磁しない永久磁石が要求される。
【０００５】
また、ムービングマクネット型平面スピーカ用の永久磁石には、温度により容易に減磁しないように、キュリー温度が高く、エネルギー積（ＢＨｍａｘ）の大きいことも要求されるが、従来の技術では、可聴周波数領域まで応答し得るムービングマクネット型の平面トランスジューサは実用段階にまで至っていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたもので、本願の第１発明は、到来する音波によって受動的に振動するか、もしくは自ら能動的に振動して音波を発生する電気音響変換器用振動膜において、周縁が所定の支持体にて支持される高分子フィルムと、上記高分子フィルムの上記周縁を除く中央部分の少なくとも片面に成膜された永久磁石材料からなる薄膜磁石とを備え、上記薄膜磁石がその膜厚方向（垂直方向）に着磁されていることを特徴としている。
【０００７】
薄膜磁石は、高分子フィルムの片面に設けられてもよいが、振動膜の振動特性上、両面に設けられていることが好ましい。これとは別に、一方の面の各々に薄膜磁石が形成されている高分子フィルムの２枚を、その他方の面同士を貼り合わせてもよい。
【０００８】
本発明において、薄膜磁石の保磁力は、スピーカ用途の場合その駆動コイルが作る磁界に対し十分に大きいことが必要とされ、また、磁化方向が膜に垂直とされることが重要である。この薄膜磁石には、磁気メモリ媒体として開発されたコバルトクロム（ＣｏＣｒ）からなる垂直磁性薄膜が最適である。
【０００９】
高分子フィルムには耐熱性の良好なポリイミド樹脂が好適で、その膜厚は５０μｍ以下が好ましい。また、薄膜磁石の膜厚は、その可動質量の増大を抑え、かつ、高保磁力との関係で決められるが、概して０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
薄膜磁石は例えばスパッタ法などにより高分子フィルム上に成膜されるが、高分子フィルムの振動や経年変化などにより、薄膜磁石が高分子フィルムから剥離するのを防止するため、高分子フィルム上に薄膜磁石の表面を覆うようにコーティング膜を施すことが好ましい。
【００１１】
本願の第２発明は電気音響変換器に係り、空芯コイル内に上記第１発明による振動膜を、その膜面が空芯コイルの軸線と直交するように配置してなることを特徴としている。この電気音響変換器は、マイクロホンとスピーカのいずれにも適用可能である。スピーカの場合には、特に薄型で、かつ、軽量の平面スピーカが得られる。
【００１２】
本発明の好ましい態様によると、空芯コイルは振動膜の周縁に形成された銅箔などの導体パターン（超偏平平角線）よりなるが、空芯コイルに流れる電流の周波数が高くなると、電流が表皮に片寄って流れるため、見かけ上コイル断面積が小さくなってコイルが発熱することがある。これを防止するため、上記導体パターンにスリットを入れて空芯コイルをリッツ線化することが好ましい。
【００１３】
本発明の電気音響変換器において、空芯コイルと振動膜の薄膜磁石との磁気結合を効率的にするため、空芯コイルの周りに例えば鉄系の軟磁性材からなる環状のヨークを配置することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電気音響変換器は、空芯コイルを振動膜の静止時位置と振動時の最大変位位置との間において振動膜から所定高さ離された位置に配置することを特徴としている。この場合、空芯コイルは、薄膜磁石の磁束が空芯コイルに鎖交する時間変化の割合が最大となる位置に配置されることが好ましい。
【００１５】
電気音響変換器を実際に組み立てるにあたって、空芯コイルが振動膜の周縁に形成された導体パターンよりなる場合、空芯コイルの表裏両面が支持体によって固定静止され、薄膜磁石を有する部分のみが振動可能とされる。また、空芯コイルと薄膜磁石との間に振動膜エッヂが形成されるが、本発明によれば、振動膜としての高分子フィルム上で薄膜磁石，空芯コイルおよび振動膜エッヂを高精度に位置決めした状態で一体に形成できる。
【００１６】
なお、本発明には、所定サイズ（例えば、名刺サイズ）のマザー基板に、上記電気音響変換器の複数個を配置してなる多点駆動型電気音響変換器（例えば、平面スピーカ）も含まれる。また、本発明には、圧力センサとしての用途も含まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明による電気音響変換器を作図上２分割として、その片側を拡大して示す平面図、図２はその拡大断面図、図３は空芯コイルの端子処理方法を示す説明図である。
【００１８】
この電気音響変換器１は、基本的な構成として、振動膜１０と、振動膜１０の周縁に形成された空芯コイル２０と、空芯コイル２０を介して振動膜１０を振動可能に支持する支持リング（ダイアフラムリング）３０と、空芯コイル２０の周りに配置される環状のヨーク４０とを備えている。
【００１９】
振動膜１０は、基材としての高分子フィルム１１と、高分子フィルム１１に成膜された薄膜磁石１２とからなる。高分子フィルム１１は耐熱性が良好であるとともに、強靱でもあるポリイミド樹脂が好ましく採用される。
【００２０】
高分子フィルム１１の膜厚は、自ら振動して音を出す例えばスピーカなどの能動用と、到来する音波によって振動する例えばマイクロホンなどの受動用とでは異なる膜厚とされることが好ましい。
【００２１】
一例として、能動用途の場合、５０μｍ以下であることが好ましく、例えば１２．５μｍ，２５μｍ，５０μｍなどが適宜選択されてよい。これに対して、受動用途の場合には、能動用途の膜厚の約１／１０程度の膜厚とされ、また、能動／受動兼用の場合には、その中間膜厚が採用される。この例において、振動膜１０の直径は約１０ｍｍである。
【００２２】
高分子フィルム１１は、周縁が支持リング３０にて支持されるが、この例では、支持リング３０の内周側近傍に振動膜エッヂとして断面波形のダンパー１１１を備えている。このダンパー１１１は、振動膜の音響的終端としての役割を果たすもので、例えば低域から高域にかけての音響特性を考慮して設計される。
【００２３】
薄膜磁石１２は、高分子フィルム１１の中央部分に設けられる。なお、高分子フィルム１１にダンパー１１１が形成されている場合には、そのダンパー１１１よりも内側部分に設けられる。ダンパー１１１は熱プレスなどにより形成することができる。
【００２４】
薄膜磁石１２は、一例としてスパッタ法により高分子フィルム１１上に成膜される。本発明において、薄膜磁石１２はコバルトクロムよりなり、垂直磁性薄膜として、その厚さ方向（垂直方向）に着磁される。
【００２５】
薄膜磁石１２は、好ましくは高分子フィルム１１の表裏両面に形成されるが、高分子フィルム１１を２枚用い、その一方の面の各々に薄膜磁石１２を形成した後、他方の面同士を貼り合わせてもよい。
【００２６】
薄膜磁石１２の膜厚は、高分子フィルム１１の片面につき１００μｍ以下であることが好ましい。この膜厚は、使用する永久磁石材料や成膜方法などに応じて適宜選択されてよい。なお、場合によっては、高分子フィルム１１の両面ではなく、片面側のみに形成されてもよい。
【００２７】
なお、高分子フィルム１１の振動や経年変化などにより、薄膜磁石１２が高分子フィルム１１から剥離するのを防止するため、高分子フィルム１１上に薄膜磁石１２の表面を覆うようにコーティング膜（図示省略）を施すことが好ましい。
【００２８】
空芯コイル２０は、薄膜磁石１２に対して同心状に高分子フィルム１１の周縁に沿って形成される。この例において、空芯コイル２０は例えば銅箔の導体パターンよりなり、例えば４ターン分のコイルメンバー２１，２２；２４，２５を備えている。
【００２９】
すなわち、高分子フィルム１１の上面側に２ターン分のコイルメンバー２１，２２が同心状に形成され、高分子フィルム１１の下面側に残りの２ターン分のコイルメンバー２４，２５が同じく同心状に形成されている。
【００３０】
この空芯コイル２０の端子処理は、図３（ａ）に示すように、各コイルメンバーを直列的に接続して、そのコイル両端から通電端子２０ａ，２０ｂを引き出してもよく、また、図３（ｂ）に示すように、通電端子２０ａ，２０ｂに対して各コイルメンバーを並列的に接続してもよい。
【００３１】
この例では、各コイルメンバー２１，２２；２４，２５は、厚さ０．１ｍｍ，幅０．８ｍｍの超偏平平角線として形成されている。各コイルメンバー２１，２２；２４，２５の直流抵抗分は、できるだけ小さいことが好ましいが（例えば０．１Ω以下）、空芯コイル２０に流れる電流の周波数が高くなると、電流が表皮に片寄って流れるため、見かけ上コイル断面積が小さくなってコイルが発熱することがある。
【００３２】
これを防止するため、空芯コイル２０にリッツ線方式を採用し、この例では各コイルメンバー２１，２２；２４，２５にそれぞれＶ字状のスリットＧを入れて、一つのコイルメンバーを複数に分割している。なお、変形例として、振動膜１０上に導線をループコイル状に配線して空芯コイル２０を形成してもよい。
【００３３】
支持リング３０は、全体が合成樹脂などの非磁性体からなり、この例において、支持リング３０は、振動膜１０の上面側コイルメンバー２１，２２上に積層される２枚のワッシャ３１，３２と、振動膜１０の下面側コイルメンバー２４，２５上に積層される同じく２枚のワッシャ３３，３４とを備えている。なお、ワッシャ３１，３２およびワッシャ３３，３４の各々を１枚化してもよい。
【００３４】
ヨーク４０は、例えば鉄系などの軟磁性体からなる円筒体であって、空芯コイル２０と薄膜磁石１２とを効率良く磁気的に結合するため、支持リング３０の外周面側に配置される。
【００３５】
この電気音響変換器１をスピーカとして用いる場合には、空芯コイル２０にオーディオ信号の駆動電流を流す。これにより、空芯コイル２０から発生する磁束が薄膜磁石１２に作用し振動膜１０が振動する。すなわち、ムービングマグネット型として動作する。
【００３６】
図４に、この電気音響変換器１の複数個（例えば１２個）を名刺サイズのマザー基板Ｍに割り付けて多点駆動の平面スピーカとした例を示す。ちなみに、この例において、電気音響変換器１は直径約１０ｍｍ，厚さ４ｍｍ程度である。
【００３７】
次に、上記した電気音響変換器１の製造工程の一例を図５により説明する。まず、図５（ａ）に示すように、高分子フィルム１１として例えば厚さ５μｍのブロック共重合ポリイミドフィルムからなる円形のフィルムを用い、その片面１１ａのほぼ中央部にスパッタ法などにより、コバルトクロムよりなる薄膜磁石１２を厚さ５０〜６０μｍ程度に形成する。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、高分子フィルム１１の片面１１ａの周辺に、例えば蒸着法により銅箔の導体パターン２０Ａを薄膜磁石１２の周りに同心状に成膜する。なお、場合によっては、銅箔の導体パターン２０Ａを高分子フィルム１１に貼り付けてもよい。
【００３９】
そして、図５（ｃ）に示すように、銅箔の導体パターン２０Ａ上に図示しないフォトレジストを塗布し、露光・現像して、高分子フィルム１１の周辺に、空芯コイル２０のコイルメンバーを数ターン分形成する。
【００４０】
ターン数は任意であるが、この例では３ターン分のコイルメンバー２１，２２，２３を形成している。その後、先に説明した図３（ａ），（ｂ）のいずれかにしたがって、コイルメンバー２１，２２，２３の端子処理を行う。
【００４１】
また、必要に応じて、うず電流の発生を抑制するため、図５（ｄ）に示すように、コイルメンバー２１，２２，２３の各々に、エッチング処理にて所定本数のスリットＧを同心状に形成してリッツ線化する。
【００４２】
このようにして、高分子フィルム１１に薄膜磁石１２と空芯コイル２０とを形成したものを２枚作製し、図５（ｅ）に示すように、各高分子フィルム１１，１１の裏面１１ｂ，１１ｂ同士を例えば所定の接着材を介して貼り合わせて振動膜１０を得る。
【００４３】
そして、各薄膜磁石１２，１２を膜厚方向（垂直方向）に着磁した後、図２で説明したように、振動膜１０に支持リング３０を取り付け、その外周にヨーク４０を配置する。
【００４４】
なお、ダンパー（振動膜エッヂ）１１１を例えば熱プレスにて形成する場合には、薄膜磁石１２を成膜する前に形成することが好ましいが、図５（ｅ）のように２枚の高分子フィルムを貼り合わせた後、ダンパー１１１を形成してもよい。
【００４５】
このようにして、本発明の電気音響変換器１が得られるのであるが、次に、図６を参照して、平面スピーカの作製例について説明する。
【００４６】
図６に示すように、例えば厚さ５μｍのポリイミドフィルムからなる所定サイズのマザーフィルムＡ上の複数箇所（この例では６箇所）に、図５で説明した作成方法にしたがって、薄膜磁石１２（厚さ５０〜６０μｍ程度）と空芯コイル２０とを形成する。コイル形成時に、各空芯コイル２０を渡り線Ｗにて直列に接続し、渡り線Ｗの両端に通電端子Ｔａ，Ｔｂを形成する。
【００４７】
これとは別に、マザーフィルムＡとほぼ同サイズのヨーク板Ｂと押さえ板Ｃとを用意し、ヨーク板Ｂには各空芯コイル２０ごとにその外径よりも若干大きめの透孔ＢＨを形成し、また、押さえ板Ｃには各空芯コイル２０ごとにその内径よりもやや小径の透孔ＣＨを形成する。
【００４８】
ヨーク板Ｂは軟磁性材よりなり、上記のヨーク４０に相当する。押さえ板Ｃは、マザーフィルムＡの薄膜磁石１２の部分のみを振動可能とし、空芯コイル２０を含むその他の部分を固定静止化するためのもので、所定の硬さを有する合成樹脂基板（非磁性体基板）であることが好ましい。この押さえ板Ｃは、上記の支持リング３０に相当する。
【００４９】
そして、図７（ａ）に示すように、マザーフィルムＡの上にヨーク板Ｂと押さえ板Ｃとをそれぞれ所定の接着材を介して貼り合わせて積層体Ｄを得る。この積層体Ｄを一対（１組）作製して、図７（ｂ）に示すように、背中合わせとして貼り合わせる。
【００５０】
このようにして、複数の電気音響変換器１を備えた平面スピーカが得られるのであるが、この電気音響変換器１はマイクロホンユニットとしても使用可能である。すなわち、到来する音波によって振動膜１０が振動すると、空芯コイル２０に作用する磁束が変化するため、空芯コイル２０に電圧が誘起され、その誘起電圧を増幅して取り出すことにより、オーディオ信号を得ることができる。
【００５１】
なお、これとは別に、薄膜磁石１２の直下に約１０μｍ程度の空隙を介してパーマロイなどによる磁気抵抗効果型磁気応答素子（ＭＲ素子）を配置して、振動膜の振動を電気信号として取り出すこともできる。
【００５２】
また、本発明には図８に示す態様の電気音響変換器１Ａも含まれる。なお、図８は一例を示すもので、この電気音響変換器１Ａはこれに限定されるものではない。この電気音響変換器１Ａにおいても、高分子フィルム１１の両面に薄膜磁石１２，１２を有する振動膜１０を備え、その周縁が上下一対の非磁性体からなる支持リング３０１，３０２によって挟まれるようにして支持されている。
【００５３】
振動膜１０の周縁には、その両面側に空芯コイル２０１，２０２が配置されるが、この電気音響変換器１Ａにおいて、空芯コイル２０１，２０２は振動膜１０と同一平面上ではなく、振動膜１０から離れた所定高さ位置に配置されている。
【００５４】
すなわち、空芯コイル２０１，２０２は、振動膜１０の静止時位置と振動時の最大変位位置（鎖線図示の位置）との間の高さ位置で、振動膜１０と平行な平面内に位置するように支持リング３０１，３０２に支持されている。
【００５５】
この電気音響変換器１Ａをマイクロホンに用いる場合、振動膜１０の外部音圧による薄膜磁石１２，１２の磁束の分布変化は、振動膜１０の周縁に配置されている検出コイルとしての空芯コイル２０１，２０２に対する鎖交磁束の時間変化、すなわち速度誘起電圧ｅとして検出される。
【００５６】
ここで、振動膜１０の振動方向の位置をｘとし、薄膜磁石１２，１２の磁束の空芯コイル２０１，２０２への鎖交磁束量をλとすると、速度誘起電圧ｅは、ｅ＝（δλ／δｘ）・（ｄｘ／ｄｔ）で表される。このうち、速度成分である（ｄｘ／ｄｔ）は最大変位位置でゼロで、変位ゼロ（静止時位置）で最大となる。
【００５７】
一方、振動方向の位置ｘにおける薄膜磁石１２，１２の空芯コイル２０１，２０２に鎖交する磁束の割合は、薄膜磁石１２，１２から立体的に外方を見たパーミアンス分布の位置に対する変化の割合に相当する。この両者の積によって速度誘起電圧ｅが決まる。したがって、空芯コイル２０１，２０２が配置される位置は、速度誘起電圧ｅが最大となる位置が好ましい。
【００５８】
なお、薄膜磁石１２，１２に代えて、高分子フィルム１１上に渦巻き状のコイル（図示省略）を配置し、そのコイルに直流電流を流して電磁石として作用させてもよい。
【００５９】
なお、図８に示す態様において、上記の例では２つの空芯コイル２０１，２０２を用いているが、場合によっては、空芯コイルをいずれか一方のみとしてもよい。また、空芯コイルを振動膜の片側に２つずつそれぞれ配置し、合計４つとしてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高分子フィルムに薄膜磁石を成膜し、その薄膜磁石を厚み方向（垂直方向）に着磁してなる振動膜を空芯コイル内に配置することにより、ムービングコイル型と同等もしくはそれ以上の性能を有するムービングコイル型の平面型電気音響変換器を得ることができる。
【００６１】
また、空芯コイルを振動膜と同一平面ではなく、振動膜の静止時位置と最大変位位置との間の所定高さ位置で振動膜と平行な平面内に配置することにより、マイクロホン用途の場合には大きな検出電圧が得られ、スピーカ用途の場合には振動板をより効率的に駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気音響変換器を作図上２分割としてその片側を拡大して示した平面図。
【図２】上記電気音響変換器の拡大断面図。
【図３】上記電気音響変換器が備える空芯コイルの端子処理の２例を示す説明図。
【図４】上記電気音響変換器の複数個をマザー基板に配置してなる多点駆動型平面スピーカを示した模式図。
【図５】上記電気音響変換器の製造工程を示す説明図。
【図６】上記多点駆動型平面スピーカの製造工程を示す説明図。
【図７】上記多点駆動型平面スピーカの製造工程を示す説明図。
【図８】本発明による電気音響変換器の別の態様を示す模式的な断面図。
【符号の説明】
１　電気音響変換器
１０　振動膜
１１　高分子フィルム
１２　薄膜磁石
２０，２０１，２０２　空芯コイル
２１〜２５　コイルメンバー
３０，３０１，３０２　支持リング
４０　ヨーク
Ａ　マザーフィルム
Ｂ　ヨーク板
Ｃ　押さえ板
Ｄ　積層体
ＢＨ，ＣＨ　透孔
【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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