(57)【要約】【課題】  回転振動をそのまま利用できる場合と異なり、直進振動に変換したほうが工業上有利と言う場合がある。音響用スピーカはその典型の一つである。特に振幅の大きい低音用は産業構造自身が直進運動を基本として構成されている。本発明は従来の産業パラダイムの利用可能部分を活用し、かつ高品位な低音再生を行う為、回転振動源の往復動を直進振動に変換する事を目的とする。【解決手段】  本発明は回転振動をプーリーと可撓性部材の利用により、剛性部材の直進運動に変換することを特徴とする。これによりボイスコイルに代って音響再生、特には低音の高品位再生を競争力のあるコストで提供できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源による回転振動を対応する直進運動に変換するシステムに於いて、回転部分により駆動されるプーリー、そのプーリーに部分的に巻きついている可撓性部材、直進運動の主体である剛性部材、及び可撓性部材と剛性部材を一体に稼動させる為の結合部を有することを特徴とする回転振動直進変換システム。
【請求項２】
前記システムに於いて、可撓性部材に常に張力を与えるバネ性部材を同時に関与させている事を特徴とする請求項１に記載の回転振動直進変換システム。
【請求項３】
前記システムに於いて、駆動点、作用点、バネ性付与点等可撓性部材と回転体間で不平衡偶力モーメントの発生を抑えるよう、偶力処理を施した事を特徴とする請求項２に記載の回転振動直進変換システム。
【請求項４】
前記システムに於いて、１つの剛性部材に対し回転駆動源を複数同時に使用してより大出力を得る事を特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【請求項５】
前記システムに於いて、複数の回転駆動源を剛性部材に配置するとき、剛性部材の軸に対称に回転駆動源を配置する事を特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【請求項６】
前記システムに於いて、剛性部材により音響用スピーカを駆動する事を特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【請求項７】
前記システムであって、複数の回転振動直進変換システムを同時に使用する事を特徴とする請求項６に記載の音響用スピーカシステム。
【請求項８】
前記システムであって、複数の回転振動直進変換システムを同時に使用する場合、それらの配置をスピーカの中心に対して対称に配置した事を特徴とする請求項７に記載の音響用スピーカシステム。
【請求項９】
前記回転駆動源として、超音波モータを使用したことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【請求項１０】
前記可撓性部材として、ピアノ線、メタル撚り線等金属性部材を使用していることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【請求項１１】
前記剛性部材として、制振性部材、中空メタル管等を使用したことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【請求項１２】
前記システムに於いて、回転駆動源として超音波モータを用い、そのロータに直接プーリーを取り付けた事を特徴とする請求項９に記載の回転振動直進変換システム。
【請求項１３】
前記システムに於いて、プーリーを取り付ける際、制振性を付与したことを特徴とする請求項１２に記載の回転振動直進変換システム。
【請求項１４】
前記システムに於いて、プーリーを取り付ける際、制振性を付与したことを特徴とする請求項１２に記載の回転振動直進変換システムの製造方法。
【請求項１５】
前記請求項９乃至１４のいずれかに記載された事を特徴とする回転振動直進変換システムを振動板に取り付ける際、高調波歪を低減する手段を講じる事を特徴とするスピーカ製造方法。
【請求項１６】
前記請求項１０乃至１５のいずれかに記載された事を特徴とする回転振動直進変換システムを筐体に取り付ける際、制振性を付与したことを特徴とするスピーカ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直進運動を行う剛体に正確に回転運動からの力を伝達する機構に関する。特に往復動、別けても音響再生用スピーカに於いて大振幅を歪なく再生する用途に関するものである。
【０００２】
回転式振動発生装置により振動を発生するシステムに於いて、回転振動を直進振動に変換するメカニズムに関する。特にはスピーカ装置・システムに於ける振動伝達装置、回転運動直進変換システム、同製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、一般に使用されているスピーカはボイスコイルと呼ばれるメカニズムにより音声信号を再生している。その原理は一般の電磁モータと同一であり、一種の中空（コアレス）型である。但し異なる所はその動作で、通常のモータが回転力を生じるのに対しボイスコイルは直進運動を行う。これは音響業界で長年の歴史に基づくものであり、パラダイムとして定着している。結果として大多数のスピーカは直進運動を行って、音声信号再生を行うよう産業構造までが出来上がっている。
【０００４】
これらのスピーカはダイナミック型と呼ばれ、フレミングの法則により磁界中において音声電流がボイスコイルに流れると、力が発生する。その力は往復動であり、直接コーンと呼ばれる振動板に伝えられて往復動を生じる。またボイスコイルを磁界中に保持するため、スパイダーと呼ばれるゼロ点保持並びにダンパー機構とコーンのエッジ材により直進運動のみに自由度を有するよう保持されている。先に述べたように世界レベルでこの方式は事実上の標準となっており、スピーカは直進運動する物という既成概念が支配している。
【０００５】
しかしながら音響再生にとっては、直進でなければならぬと言う制約はない。事実回転運動のままで音響再生するスピーカも散見されており、例えば米国サイクロン社の回転型スピーカ等でも十分その任を果し得る（例えば、特許文献１参照。）。しかしながらコスト競争力等実用性があるシステムを構築する場合、既存の産業構造を活用出来るか否かは重大である。つまり流用部品の寡多はコストに直結するからである。そこで、たとえ回転運動で元振動が発生していても特性上の制約なく直進に変換する技術は実用上極めて重要になる。特に低音を再生するスピーカは大量の空気を出し入れする必要があり、その量は直接スピーカの出力に関係する。具体的には振動板の口径（面積）と移動距離で空気量が定まり、大口径であれば移動量は小さくとも良いが、小口径の場合は１０−３０ｍｍと言う移動量が必要となる。それだけに直進化に伴う歪除去は不可欠となる。
【０００６】
しかしながら先行技術は限りがあり、いずれの場合にも性能上限界が見られる。回転運動を直接アームで往復運動に変換している（例えば、特許文献２参照。）。更にベルトにより回転運動が直進運動に変換されている例も示されている。一方サーボドライブ社はベルト駆動で２ヶのスピーカを同時に駆動して、偶力からの影響を最小化している。この思想は発明者の先行特許に於いても共有化されているが、複数のスピーカを表裏に置いて同時に駆動する事は、実用上それなりの工夫が必要である（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
一方、プーリー方式は駆動軸を保持するため、スピーカの前面にまで保持部材を配置する形式を取っている（例えば、特許文献４参照。）。当然のことながら従来のパラダイムに於いては見られなかった構造である。更に本先行例には以下の記載がある。すなわち『モータ３Ｕは超小型の直流モータが用いられる、このモータ３Ｕの軸には出来るだけ小さな回転で振動板２を上下に動かす様に大きい直径を有するプーリー４Ｕが嵌着されている』とある。しかるに本発明者達の知見に拠れば、超小型直流モータは高速回転には適するがトルクが小さく、とても大きい直径のプーリーを駆動する力は得られなかった。
【０００８】
なお、上記に於ける偶力処理の必要性は駆動径の大小及び回転量の寡多にかかっている。ちなみに偶力処理と述べているものは、回転力の伝達機構から生じる偶力モーメントの偏り防止である。偏りが無視できないと、結果として回転軸に不平行な力がかかり、異音の発生や、寿命の短縮につながる。先行例の場合、いずれも駆動源である電磁モータは高速低トルクであり、十分な出力を得る為には必然的に駆動径は小さく、回転量が大きくなる。結果として偶力モーメントが小さく、しかも力点は円周方向に分散され、結果として偶力処理が不要となる。
【０００９】
つまり従来技術に於いても、回転振動を直進振動に変換する技術は存在するが、いずれも歪が本質的に内在していたり、歪は内在していなくとも現パラダイムの応用が困難であったりする。このままでは半世紀以上に亘って蓄積された直進型スピーカの技術基板が生かせず、いたずらに高価格や不必要な特性劣化をもたらす。
【特許文献１】特公平５−７９０００号公報
【特許文献２】米国特許第４，５６４，７２７号明細書
【特許文献３】特開２０００−２２５３７７号公報
【特許文献４】特開２０００−１５２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は上記従来技術の欠点を改善する事を課題としている。具体的には後述の実施形態にゆだねるが、ここでその技術思想を明確にしておく。まず第１に本技術が目指す事は直進化による性能低下を最小限にする事である。続いて第２に直進化の手段選択により従来の技術の援用を容易にする事である。更に第３には本発明により、従来技術ではなし得なかった機能の統合または除去を目指している。
【００１１】
まず、第一に直進化による性能低下を最小限に抑える事である。一般に回転運動を直進に変換する事により従来のパラダイムに合流できるが、通常は以下の特性劣化が生じる。例えば特開平８−７９８９６号公報に於いては板バネで直結しているが、振幅の増加と共に加速度的に歪が増大する。特に高調波歪増が顕著であり、スピーカに於いては聴感上問題となる。一方上記歪を避け、ギヤによって伝達した場合、遊びやギヤ音が生じこれも別種の歪の原因となる。なおこの種の歪がない上記プーリーやベルトは特殊な構成を前提としている為、やはり結果としてパラダイム・ミスマッチを生んでいる。
【００１２】
そこで改めて直進化の目的と条件を検討すると、従来見落としていたアプローチが見えてくる。すなわち変換に伴う非線形性除去、遊びの除去、及び特殊な構成の排除を同時に達成する事である。ちなみにこの視点から上記３方式を評価すると、板バネは非線形歪を本質的に内在、ギヤは遊びによる歪を本質的に内在する事になる。一方前述のプーリーやベルトでは歪レスだがパラダイム・ミスマッチを生んでいる。
【００１３】
上記分析は本発明に明快な指針を与えた。すなわち基本的に歪を内在するメカニズムは如何に他方面でメリットが有ろうとも使用しない。残る方法はプーリーやベルトの如き歪レス手段を如何に現パラダイムにマッチさせるかである。
【００１４】
本発明はプーリー／ベルトで用いている可撓性材料の張力による回転直進変換を基本とし、しかも現行パラダイムにマッチする為、剛体と一体化した構成を有する新規な回転直進変換メカニズムである。まず可撓性部材は回転体に直結するプーリー等により遊びなき状態で駆動される。ここまでは従来技術と同等である。本発明の特徴はこの可撓性部材の両端と、棒状等の剛性部材とを一体化する事にある。結果として、回転体の往復振動は剛性部材の直進往復動に変換される。この構成により、従来のパラダイム、すなわち産業構造に合致したシステムとなり、製造も容易となる。従ってコスト的にも有利であり実用性が高まる。
【００１５】
更に本発明に於ける偶力処理に関して説明を続ける。前述のごとく、偶力処理は異音防止、並びに長寿命化に不可欠である。本発明は前記特開２０００−２２５３７７号公報と同じく低速高トルクな回転駆動源、超音波モータをまず念頭に置いている。必然的に回転量は限られており、結果としてプーリーも大きくなり、偶力モーメントが大である。しかも限られた角度内での往復動は円周周りの力点を開放点付近に局在化させる。そこで可撓部材への張力付与、及び結果としての力点分散化のため、作用点の対称位置に張力附加兼作用点を設ける。しかもプーリーと可撓性部材間の摩擦係数を制御することにより、結果として回転軸周りの偶力はバランスし、実用範囲になる。
【００１６】
以上のごとく本発明は従来技術の欠点を除去し、しかも現行パラダイムに整合するメカニズムが得られる。既に特開２０００−２２５３７７号公報に於いて述べているように、超音波モータは従来品にない優れた低音特性を有するが、回転駆動である為単純な置き換えが不可能であった。本発明により、回転型駆動源であっても何ら遜色なく従来の直進型に置き換え可能となる。自動車に例えて言えばシャーシは同じで、エンジンだけをより高性能なものに置き替える事が出来るようになったのである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【００１８】
（１）回転駆動源による回転振動を対応する直進運動に変換するシステムに於いて、回転部分により駆動されるプーリー、そのプーリーに部分的に巻きついている可撓性部材、直進運動の主体である剛性部材、及び可撓性部材と剛性部材を一体に稼動させる為の結合部を有することを特徴とする回転振動直進変換システム。
【００１９】
（２）前記システムに於いて、可撓性部材に常に張力を与えるバネ性部材を同時に関与させている事を特徴とする前記（１）に記載の回転振動直進変換システム。
【００２０】
（３）前記システムに於いて、駆動点、作用点、バネ性付与点等可撓性部材と回転体間で不平衡偶力モーメントの発生を抑えるよう、偶力処理を施した事を特徴とする前記（２）に記載の回転振動直進変換システム。
【００２１】
（４）前記システムに於いて、１つの剛性部材に対し回転駆動源を複数同時に使用してより大出力を得る事を特徴とする前記（１）乃至（３）いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【００２２】
（５）前記システムに於いて、複数の回転駆動源を剛性部材に配置するとき、剛性部材の軸に対称に回転駆動源を配置する事を特徴とする前記（１）乃至（４）いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【００２３】
（６）前記システムに於いて、剛性部材により音響用スピーカを駆動する事を特徴とする前記（１）乃至（５）いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【００２４】
（７）前記システムであって、複数の回転振動直進変換システムを同時に使用する事を特徴とする前記（６）に記載の音響用スピーカシステム。
【００２５】
（８）前記システムであって、複数の回転振動直進変換システムを同時に使用する場合、それらの配置をスピーカの中心に対して対称に配置した事を特徴とする前記（７）に記載の音響用スピーカシステム。
【００２６】
（９）前記回転駆動源として、超音波モータを使用したことを特徴とする前記（１）乃至（５）いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【００２７】
（１０）前記可撓性部材として、ピアノ線、メタル撚り線等金属性部材を使用していることを特徴とする前記（１）乃至（５）いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【００２８】
（１１）前記剛性部材として、制振性部材、中空メタル管等を使用したことを特徴とする前記（１）乃至（５）いずれか記載の回転振動直進変換システム。
【００２９】
（１２）前記システムに於いて、回転駆動源として超音波モータを用い、そのロータに直接プーリーを取り付けた事を特徴とする前記（９）に記載の回転振動直進変換システム。
【００３０】
（１３）前記システムに於いて、プーリーを取り付ける際、制振性を付与したことを特徴とする前記（１２）に記載の回転振動直進変換システム。
【００３１】
（１４）前記システムに於いて、プーリーを取り付ける際、制振性を付与したことを特徴とする前記（１２）に記載の回転振動直進変換システムの製造方法。
【００３２】
（１５）前記前記（９）乃至（１４）のいずれかに記載された事を特徴とする回転振動直進変換システムを振動板に取り付ける際、高調波歪を低減する手段を講じる事を特徴とするスピーカ製造方法。
【００３３】
（１６）前記前記（１０）乃至（１５）のいずれかに記載された事を特徴とする回転振動直進変換システムを筐体に取り付ける際、制振性を付与したことを特徴とするスピーカ製造方法。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、回転駆動源の回転振動は、歪なく剛性部材の直進運動に変換される。これにより従来技術では成し得なかった回転駆動源からの回転振動力を、従来の音響機器のパラダイムに直結する直進振動源として利用可能となった。しかも従来必要とされたスパイダーが不要となった。結果として従来のボイスコイル型低音スピーカの諸欠点を大幅に改善した音響機器を、競争力あるコストで提供出来る事となった。
【００３５】
しかも本発明によりより大出力を得る為、１つの（直進）剛性部材に対し複数の回転駆動源を配する事も可能である。すなわち剛性部材の軸に対して対称位置に回転駆動源を配するのである。図３においては、剛性部材が軸対称に２つ配置された場合、および４つの場合が示されている。
【００３６】
しかも本発明に拠れば、従来のボイスコイル型では困難であった同一駆動源を複数同時に使用することにより、大面積振動板の多点駆動を容易に行う事が出来る。従来は大面積駆動の場合、大型のボイスコイルを開発していた。当然大型の磁気回路を必要とし、重量、コストとも級数的に上昇した。ところが本発明により、小型の駆動源を複数大面積振動板に配置する事で、重量、コストとも数に比例する増加に留まる。
【００３７】
この様に一つの剛性部材に複数の回転駆動源を配する方法と、振動板に対して複数の直進駆動源を配する場合とを併用する事により、単一の回転駆動源から多くのバリエーションに富んだ駆動力が得られる。この事は、従来のボイスコイルスピーカでは決してあり得なかったことである。この様に共通部品の多用は更なるコスト低減に寄与する。これは従来のパラダイムには見られなかった画期的優位性である。
【００３８】
なお、以上の如き回転運動直進変換システムにより、駆動される剛性部材をスピーカ振動板と接合する時、不要な高調波歪を更に低減する事も有用である。各種の制振性接着剤や、接合方法が利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下具体的に本発明を説明する。
【００４０】
図１はプーリー／ロッド型回転直進変換メカ原理図である。（１）は回転型駆動源、（２）はプーリー並びに可撓性部材であり、前者に後者が巻きついている。（３）は剛性部材であり、（４）は（２）の可撓性部材自由端と（３）の剛体部材を両端で結合している。本構成では（１）の回転駆動源は必然的に筐体（本図では省略）に固定されている。なお、回転駆動源自身の取り付け時、制振性を付与することにより、不要振動を除去する。また（３）の剛性部材は振動板（本図では省略）に直結される。更に（３）の剛性部材はこれも省略されている支持部材で、直進運動のみの自由度を保証されている。このような構成にすることにより、回転運動は剛性部材の直進運動に歪なく変換される。結果として回転駆動源によってもたらされた音性信号に対応する回転振動は、正確に剛性部材を通じてスピーカの振動板の往復振動に変換される。なお、本発明はいわゆるスパイダーを不用とする。スパイダーには１）中心軸を保持する、２）振動範囲を制限する、及び３）ゼロ点を保持すると言う３つの機能がある。当然振動に不可避的歪をもたらす。本発明に於いてはスパイダーの機能１）、３）を支持部材や駆動信号制御部分が受け持ち、結果として歪の元となる２）メカニカルダンパー機能を除外できる。
【実施例】
【００４１】
以上基本原理を図１により説明した。ここでは実施例の説明を以下の図２にて行う。（１）は回転駆動源である。（２）は回転駆動源に直結した駆動点であり、（３）の可撓性部材に対し回転振動を伝達する作用点である。この（２）駆動点は剛性部材の点対称位置に配置され、不必要な偶力の発生を抑えている。（４）のバネ性支点は、可撓性部材に対して必要不可欠な張力を付与する。これは回転運動を直進運動に変換するとき可撓性部材が正確に回転振動を直進運動に変換できる様、必要な張力を保つ働きをする。（５）は回転支持部であり（１）がピンポイントで力を伝達するのに対し、約１２０度の角度に及ぶ広範な部位で可撓性部材を支持する。（６）結合部、（７）剛性部材は前記原理図１と同等である。
【００４２】
上記のように配置した各部材は以下のように作用する。まず（１）の回転駆動源は超音波モータを想定している。（２）の回転駆動点はロータまたはプーリーに設けた作用点であり、可撓性部材に対し確実に回転運動を伝達する作用を行う。前述の如く、剛性部材の対極に位置し偶力処理に配慮している。結果として（３）の可撓性部材は回転運動に対応した直進運動を行うが、まだそのまま剛性部材に伝達は出来ない。何故ならば可撓性部材は往々にして応力を繰り返し受けるとクリープ現象が生じる。従ってそのまま剛性部材と結合してもいずれは弛みが生じ、結果として正確な振動伝達が不可能となる。
【００４３】
そこで、常に可撓性部材を弛みなく保つため。（４）のバネ性支点が配置されている。そのバネ力は回転駆動力よりははるかに大きくなければならない。さもないと回転振動ごとにバネ性支点が反応し、本来の駆動力伝達の用を成さなくなる。つまり釣りで使用するリールのように、弛んだ分を巻き取り、常に必要なテンションを掛けておく役割を有する。その為には、（５）の回転支持部は単なるプーリーの一部ではない。本回転支持部は可撓性部材に対し適当な摩擦係数を有するように設定されている。これは前記（４）のバネ性支点の働きを、間接的に剛性部材に伝達する為である。また（４）のバネ性支持部との位置関係は、回転支持部（５）の端部と対称の位置に配置され、不要な偶力発生を防止している。これらの配慮は回転駆動源を現実的に見た場合、回転中心に対して不必要な偶力の発生を出来るだけ防止するためである。いずれも前述の偶力処理に基づく。なお本構造から明らかな如く、本発明は必要な回転量を最大でも３分の１回転以下と見ている。これ以上の回転量の場合は従来技術で対応可能である。
【００４４】
更に本発明を実施するに当たり、各部材の代表的実例を示しておく。まず（１）の回転駆動源は超音波モータを使用している。プーリーを取り付ける際は、制振性を付与することも不要振動の除去に有効である。またプーリーをロータに直結させ、不要なよじれを防止する事も高周波歪低減に有用である。また勿論電磁モータ各種も使用可能であるが、前述の如く高回転速度の割にはトルク不足であり、この場合はプーリーの径を相対的に小さくする必要がある。（２）の駆動点は通常のメタル等でよく、（３）の可撓性部材はピアノ線、メタル撚り線、高張力繊維、例えばナイロン（登録商標）、ポリイミド、カーボンファイバー等が適する。（４）のバネ性支点は、回転駆動源によるトルクから発生する力より、はるかに高い張力を付与できる事が大前提である。材料としては通常の各種バネ材が利用できる。（５）の回転支持部は本来プーリーの一部である。その上、前述の張力を常に全体に行き渡らせる為、適度な滑り摩擦性を必要とする。（３）の可撓み部材との兼ね合いにもよるが、各種メタル、デルリン等軸受け部材が利用可能である。（６）の結合部は（３）と（７）をしっかり固定できればよい。剛性部材（７）はまず（３）の可撓み性部材の張力に耐え、直進振動をスピーカ振動板に伝達する機能を軽量で果す必要がある。各種メタルのパイプ材等が利用可能である。また更に剛性部材は駆動源からの不要な振動を吸収する機能を持つことも望ましく、各種制振性部材の活用も有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】プーリー／ロッド型回転運動直進変換メカ原理図
【図２】実施例説明図
【図３】剛性部材への複数回転駆動源配置に関する説明図
【符号の説明】
【００４６】
１  回転駆動源
２  駆動点
３  可撓性部材
４  バネ性支点
５  回転支持部
６  結合部
７  剛性部材
【図１】
2005184100.tif 000003
【図２】
2005184100.tif 000004
【図３】
2005184100.tif 000005