(57)【要約】【課題】 従来の再生装置では原理的に困難であった低周波領域での忠実再生が可能な、小型で長寿命の低周波数域用振動音響発生装置を提供することにある。【解決手段】振動音響発現体１１と振動回転式モータ１を連結子１０で連結して直接駆動する装置で、電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を定常回転している前記振動回転式モータ１に入力することにより、モータ駆動面と被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままでその相対回転速度を変化させ、前記電気信号に応じた振動あるいは音響を発現させる。【選択図】図２
2007067999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
該駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有する少なくとも１個以上のイナーシャディスクと、該被駆動体とが、一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
で構成されたモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該駆動体と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって該モータが所定の回転数で定常連続回転している状態において、入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【請求項２】
振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
連続回転する該駆動体に入力信号を伝達する入力端子と、
該駆動体に一体的に取り付けられて、該被駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有するイナーシャリングと、
該被駆動体が一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
で構成されたモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該被駆動体もしくは該回転シャフトと該振動音響発現体とを連結して該被駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって該モータが所定の回転数で定常連続回転している状態において、入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該被駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【請求項３】
振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
該駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有する少なくとも１個以上のイナーシャディスクと、該被駆動体とが、一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
で構成された２式のモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該回転シャフトを同一回転中心座標軸上に配置した２式の該モータ加振装置の２式の該駆動体を結合する結合部材と、
該結合部材と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって２式の該モータが所定の回転数で逆方向に定常連続回転している状態において、当該２式の駆動体のうち少なくとも一方の駆動体に入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
各々の該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、結合部材によって結合された該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【請求項４】
振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成された２式のモータと、
２つの該被駆動体が一体的に固定設置された回転シャフトと、
２つの該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも２個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
１つの該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
他方の該駆動体を静止体に固定する軸受支持台と、
で構成されたモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
回転可能な１つの該駆動体と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって２式の該モータの駆動方向が逆向きになるように運転している状態において、当該２式の駆動体のうち少なくとも一方の駆動体に入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
回転可能な該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【請求項５】
振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
該駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有する少なくとも１個以上のイナーシャディスクと、該被駆動体とが、一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
で構成された少なくとも２式以上のモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該振動音響発現体の軸対称中心軸を中心とした仮想円上の等分角度ピッチ位置に、該回転シャフトが該仮想円の接線方向を向くように配置された該モータ加振装置の該駆動体全数を結合する結合部材と、
該結合部材と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって該モータ全台数が該中心軸に対して同方向に所定の回転数で定常連続回転している状態において、入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【請求項６】
前記モータは、前記駆動面に形成する弾性振動波によって前記被駆動面が駆動される振動波モータであることを特徴とする請求項１から５に記載の振動音響発生装置。 
【請求項７】
前記連結子は、前記振動音響発現体の前記軸対称中心軸方向の力は伝達するが、該軸対称中心軸直角方向の力は該振動音響発現体に伝達しない絶縁機能部材として、その一部に弾性部を有するか、もしくは該振動音響発現体または前記駆動体との連結部を柔に連結していることを特徴とする請求項１から６の振動音響発生装置。
【請求項８】
前記連結子は、前記振動音響発現体の前記軸対称中心軸方向に動くように直進ガイドで支えられていることを特徴とする請求項７の振動音響発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動波モータ等のモータを用いた低周波数域用振動音響発生装置に関するものであり、特に低音用スピーカ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般に使用されているスピーカは、いわゆるダイナミック型と呼ばれる電磁型（動電型ともいう）のものがほとんどであり、一部のハイファイスピーカが静電型のものである。一方、特開平８−７９８９６号公報（特許文献１）及び特開２０００−２２５３７７号公報（特許文献２）では、進行性振動波で駆動される振動波モータによりスピーカ（振動音響発現体）を直接機械的に駆動するという新しい原理に基づく構成が提案され、さらに特開２００５−１８４１００号公報（特許文献３）では、振動波モータで発生する回転往復振動をプーリーとロッドによって直進往復振動に変換してスピーカに伝達するという駆動機構が提案されているが、まだ実用化には至っていない。
【０００３】
ダイナミック型スピーカとは電磁現象を利用したものであり、磁界中に流れる電流量に応じて発生する電磁気力（フレミングの左手の法則）によってスピーカ（振動音響発現体）を駆動するものである。即ち、一定磁界中にあるボイスコイルに音声に対応した電力を流すことによりスピーカ（振動音響発現体）を振動させ、周囲の空気を揺り動かして音声を放射するものであり、既に８０年以上の長い歴史がある。
【０００４】
また、近年、テレビの大画面化が進んでいるが、並行して薄型化、軽量化のニーズも高く、前述の従来型の低音用スピーカでは重量等の面から限界に達しており、改善が望まれている。
【０００５】
また、最近では、より真実味のある状況の再現を目指し、音響のみならず機械的な振動までも再現体感させるための研究も行われており、多数のスピーカと振動発生装置を取り付けた椅子に座り、眼前の大画面での映像と合わせて、五感全てを刺激する迫力ある映画鑑賞が楽しめるようになりつつある。体感音響振動を適切に付与すると、臨場感を高める効果や印象を深める効果のみならず、リラクセーションの効果も得られると言われており、体感音響装置は受容的音楽療法への応用も期待されている。これらのニーズに対応した、特に低周波域の振動、音響を精度良く再現できる、小型で、安価な装置の開発が望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−７９８９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２２５３７７号公報
【特許文献３】特開２００５−１８４１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ダイナミック型スピーカにおいては、磁界中を導体であるボイスコイルが移動する際に、逆起電力も発生する（フレミングの右手の法則）。この逆起電力はアンプのインピーダンスと複雑に絡み合い、この電磁型のスピーカモータの線形性を損なう等、スピーカ特性に対して様々な悪影響を及ぼす。更に、ピエゾ素子トランスデューサにおいても同様な相互作用が発現する。
【０００８】
このほかダイナミック型スピーカは、作動原理に基づく宿命的な欠陥としての共振現象，群遅延現象があり、大きさ、重さ、出力等の間で常にトレードオフが必要である。
【０００９】
一方、特許文献１では、進行性振動波で駆動される振動波モータによりスピーカ（振動音響発現体）を機械的に直接駆動するという新しい原理に基づく構成が提案されており、前記ダイナミック型スピーカのような、反作用を有するシステム特有の欠点がようやく改良されたとされている。
【００１０】
しかしながら前記発明は、従来の電磁型スピーカモータに対する振動波モータの優位性を示しているだけで、その性能を十分に発揮できるようなスピーカの具体的かつ詳細な構成は提示されていない。
【００１１】
また、特許文献２では、振動波モータの回転出力軸に対して点対称となるように振動伝達部材（連結子）を配置し、対向する２枚の振動板（振動音響発現体）を逆位相に駆動する小型で軽量なスピーカ装置が示されており、特許文献１に記載されている振動波モータ採用に伴う特徴だけでなく、不均衡な負荷の発生を回避することによって振動波モータの長寿命化や、極めてコンパクトな平面型低音用スピーカ、あるいはノイズ振動とは逆位相の振動を発生してノイズを除去するといった振動発生装置を得ることができたとされている。
【００１２】
しかしながらどちらの発明も、図１４（特許文献１より転載）に示すように振動回転式モータの正逆回転によって振動音響発現体を駆動する方式を採用しており、振動回転式モータの回転動作が切り替わる時、即ち前進と後進の速度方向が切り替わる際（ゼロクロス時）に、摩擦状態は前進方向の動摩擦から静摩擦へ、そして後進方向の動摩擦へ、と急変することによる往復動特有の非線形な特異現象が発生し、低周波の振動や音を忠実に再生することができなかった。
【００１３】
また、特許文献３では、振動回転式モータに設置したプーリーに可撓性部材の一端を取り付け、回転移動変化分をプーリーに巻きつけることでスピーカに加わる回転動作を吸収する機構や、それら複数台をスピーカ中心に対し点対称に配置して偶力を低減する機構が提案されているが、可撓性部材に発生するクリープ現象を回避するために非常に大きなテンションを加えておかねばならず、非常に複雑な構造となる上に長期寿命が懸念されるなど、コスト面、信頼性の面で課題があった。
【００１４】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、低周波振動、音を忠実に再生できる振動再生装置、スピーカ装置として使用される低周波域用高精度振動音響発生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の課題を達成するために、本発明の振動音響発生装置では、以下（１）〜（８）に示す構成としている。
【００１６】
（１）振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
該駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有する少なくとも１個以上のイナーシャディスクと、該被駆動体とが、一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
で構成されたモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該駆動体と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって該モータが所定の回転数で定常連続回転している状態において、入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【００１７】
（２）振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
連続回転する該駆動体に入力信号を伝達する入力端子と、
該駆動体に一体的に取り付けられて、該被駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有するイナーシャリングと、
該被駆動体が一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
で構成されたモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該被駆動体もしくは該回転シャフトと該振動音響発現体とを連結して該被駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって該モータが所定の回転数で定常連続回転している状態において、入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該被駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【００１８】
（３）振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
該駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有する少なくとも１個以上のイナーシャディスクと、該被駆動体とが、一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
で構成された２式のモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該回転シャフトを同一回転中心座標軸上に配置した２式の該モータ加振装置の２式の該駆動体を結合する結合部材と、
該結合部材と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって２式の該モータが所定の回転数で逆方向に定常連続回転している状態において、当該２式の駆動体のうち少なくとも一方の駆動体に入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
各々の該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、結合部材によって結合された該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【００１９】
（４）振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成された２式のモータと、
２つの該被駆動体が一体的に固定設置された回転シャフトと、
２つの該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも２個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
１つの該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
他方の該駆動体を静止体に固定する軸受支持台と、
で構成されたモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
回転可能な１つの該駆動体と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって２式の該モータの駆動方向が逆向きになるように運転している状態において、当該２式の駆動体のうち少なくとも一方の駆動体に入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
回転可能な該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【００２０】
（５）振動音響発生装置であって、
入力信号によって駆動面に回転駆動力を発生する駆動体と、該駆動面に対向して駆動される被駆動面を有する被駆動体とが、相対回転可能に対になって構成されたモータと、
該駆動体と同等以上の極回転慣性モーメントを有する少なくとも１個以上のイナーシャディスクと、該被駆動体とが、一体的に固定設置された回転シャフトと、
該駆動体と該回転シャフトの間に設置されて該駆動体を該回転シャフト回りに回転自在に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該回転シャフトと軸受支持台との間に設置されて該回転シャフトおよび該被駆動体を該被駆動体の回転中心座標軸回りに連続回転可能に支持する少なくとも１個以上の軸受と、
該駆動体と静止体との間に設置されて該駆動体の回転可能範囲を制限する弾性支持部材と、
で構成された少なくとも２式以上のモータ加振装置と、
入力振動を機械的振動あるいは音波として発現させる振動音響発現体と、
該振動音響発現体の軸対称中心軸を中心とした仮想円上の等分角度ピッチ位置に、該回転シャフトが該仮想円の接線方向を向くように配置された該モータ加振装置の該駆動体全数を結合する結合部材と、
該結合部材と該振動音響発現体とを連結して該駆動体の振動動作を該振動音響発現体に伝達する連結子と、
を備え、
入力信号によって該モータ全台数が該中心軸に対して同方向に所定の回転数で定常連続回転している状態において、入力信号として電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力することにより、
該駆動面と該被駆動面間の相対的な運動方向を一定に保ったままで該駆動体と該被駆動体間の相対回転速度を変化させ、該駆動体の振動動作を該連結子を介して該振動音響発現体に伝達し、該入力信号に対応した機械的振動または音波を発生させることを特徴とした振動音響発生装置。
【００２１】
（６）前記モータは、前記駆動面に形成する弾性振動波によって前記被駆動面が駆動される振動波モータであることを特徴とする（１）から（５）に記載の振動音響発生装置。 
【００２２】
（７）前記連結子は、前記振動音響発現体の前記中心軸方向の力は伝達するが、中心軸直角方向の力は振動音響発現体に伝達しない絶縁機能部材として、その一部に弾性部を有するか、もしくは振動音響発現体または駆動体との連結部を柔に連結していることを特徴とする（１）から（６）の振動音響発生装置。
【００２３】
（８）前記連結子は、前記振動音響発現体の中心軸方向に動くように直進ガイドで支えられていることを特徴とする（７）の振動音響発生装置。
【発明の効果】
【００２４】
上記のように構成された本発明の装置によれば、モータが一定方向に定常連続回転している状態で電気信号の瞬時振幅値で変調した信号による速度変調加振を行うのでゼロクロス点の非線形特異現象がなく、またその振動波を連結子を介して機械的に直接振動音響発現体に伝達し駆動するので、従来の電磁気力を用いた加振装置で発生していたような逆起電力や共振現象、群遅延現象は発生せず、特に低周波用として極めて忠実な再現性を有する振動音響発生装置を得ることができる。なお、振動波モータを用いた場合には、小型軽量なモータでも大きなトルクを発生できるので、コンパクトで長寿命な振動音響発生装置を得ることができ、小型で再現性の高い低音用スピーカ装置として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本件発明をコーン型低音用スピーカ装置の実施例によって、図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は、コーン型低音用スピーカ装置に限らず、振動発生装置，スピーカシステムの形で同様に実施することができる。また、この振動発生装置は、低音或は音の範囲に入らない超低音の振動を発生し、たとえば、ノイズの振動とは逆位相の振動を発生してノイズを除去するといったノイズキャンセラ、あるいは発生した事象を画像や音響と同時に機械的な動きや空気の流れとして再現する振動体感装置として使用することもできる。更に、例えば津波の発生挙動調査用など、空気以外の流体、液体に低周波振動を発生させる装置として使用することもできる。
【００２６】
（第１の実施形態）図１は、本実施形態の“コーン型低音用スピーカ装置９９” の構成概念を示す外観図であり、図２は、モータ加振装置部、即ち、モータ、イナーシャディスク、回転シャフト、及び軸受支持台部分の縦断面の模式図、図３は、モータの詳細構造を示した縦断面図である。また、図４は、振動波モータの駆動原理を示した模式図である。
【００２７】
まず、図４で振動波モータ１の駆動原理を簡単に説明する。振動波モータ１の駆動体２は、付加電圧によって伸縮する圧電セラミック材２１を金属製部材の一方の面の側に貼り付けて構成されている。この圧電セラミック材２１を周方向に等分ピッチで配置し、そこに電気的な位相差をもった交流電圧を付加すると、金属製部材には楕円運動する回転方向の進行性弾性歪振動が発生する。この駆動面２０に被駆動体３の被駆動面３０を加圧接触させ、相互間に発生する摩擦力で被駆動面３０を移動運動させるのが振動波モータ１の駆動メカニズムである。振動波モータ１では、その駆動原理構造上、機械インピーダンスを高くとれるので応答性、制御性に優れ、また低速高トルク性に優れたモータ性能を得ることができる。
【００２８】
図１は、コーン型低音用スピーカ装置９９の外観を示しており、符号１が装置を動かすモータ１である。本モータ１は、後に図３で詳細説明するように駆動体２と被駆動体３とがカバー９で覆われており、図１では、駆動体２が取り付けられたカバー９が外観されている。この駆動モータは電磁誘導型のモータでも良いが、好ましくは、前述したような駆動特性の優れた特長を有する振動波モータ（超音波モータ）を用いると良い。この振動波モータ１としては、例えば株式会社新生工業から市販されているＵＳＲ６０E３などの超音波モータが使用可能である。
【００２９】
図２は、モータ加振装置部、即ち、モータ１、回転イナーシャディスク１３、回転シャフト４、及び軸受支持台１２部分の縦断面の模式図であり、図３は本実施形態で用いる、組立市販品として汎用的に使用されている振動波モータ１の構造断面図である。以下、図２と図３を基に、本実施形態のコーン型低音用スピーカ装置９９の構造と動作を説明する。
【００３０】
図３で示すように、本モータ１の構造は大別すると、駆動体２側と被駆動体３側で構成されている。被駆動体３側は回転シャフト４に取り付けられ、上、下カバー９ａ、９ｂとの間で、上、下軸受５ａ、５ｂで支えられている。駆動体２側は下カバー９ｂに固定して取り付けられ、上カバー９ａと下カバー９ｂで構成されるカバー９で駆動体２と被駆動体３は囲われている。即ち、駆動体組立品９２と被駆動体組立品９３は、上、下軸受５ａ、５ｂで相互に支持し合い、共に自由に回転可能なように構成されている。なお、駆動体２の圧電セラミック材２１には入力端子７を介して、電圧入力用リード線８を通じて必要な電気信号が供給される。
【００３１】
図２に示すように、被駆動体３は回転シャフト４に一体的に取り付けられ、その両脇には右側回転イナーシャディスク１３ａ、左側回転イナーシャディスク１３ｂが同様に回転シャフト４に固定取り付けられている。そして、それらの被駆動体組立品９３は、左右の軸受１７ａ、１７ｂで回転可能に支持されている。被駆動体３はカバー９と一体的に構成され、駆動体２と被駆動体３は、回転中心座標軸６０に対して回転自在に相互支持されており、さらに、静止体１５との間では弾性支持材１４を介して有限範囲で回転可能に支持されている。また、カバー９と振動音響発現体１１（本実施形態ではコーン型スピーカが対応する。構造説明においては、理解しやすいように“コーン型スピーカ”と称する。）との間は連結子１０で連結されており、振動音響発現体１１は、静止体１５に振動音響発現体支持台１６で固定されている。
【００３２】
そして、電圧入力用リード線８を介して所定の交流電圧を駆動体２に付加することにより、駆動体２は被駆動体３を回転させると同時に、その反力によって駆動体２自身も逆方向に回転し、発生トルクと弾性支持材１４及びコーン型スピーカ（振動音響発現体）１１から保持力によるトルクとが釣り合った回転角度で静定する。被駆動体３は、駆動体２から供給された駆動トルクによって一定の回転数で定常回転する。即ち、この状態では、駆動体２と被駆動体３の接触対向面２０，３０は相対的に一定方向に速度差を持って運動している。
【００３３】
この状態において、電圧入力用リード線８から電気信号の瞬時振幅値で変調した信号を入力すると、回転運動量保存則に従い、駆動体２と被駆動体３はそれぞれの極回転慣性モーメントに応じて回転速度、釣り合い位置の変化を来たす。定常回転している被駆動体３側、即ち、被駆動体組立品９３の極回転慣性モーメントが駆動体組立品９２の極回転慣性モーメントに比較して十分に大きければ、極回転慣性モーメントの小さい駆動体２側の回転角速度の方に、変化が顕著に現れる。したがって、本構造においては、２つの回転イナーシャ１３ａ、１３ｂを回転シャフト４に取り付けることで、被駆動体組立品９３の極回転慣性モーメントを大きくして、駆動体２の応答感度を上げている。
【００３４】
駆動体２はこの釣り合いのために静定していた角度位置から回転移動するが、相対的速度差をもって運動していた駆動体２と被駆動体３の接触対向面２０，３０の相対速度方向が変わらない範囲で動作させるので、速度方向変化に伴う摩擦の急変、不感帯等によるゼロクロス点の非線形特異現象は発生せず、良好な線形性が得られる領域で運転することができる。
【００３５】
こうした駆動体２の回転変動は、連結子１０を介してコーン型スピーカ１１に伝達され、静止体１５に固定されたコーン型スピーカ１１が振動して、入力電気信号に対応した音響が発生する。
【００３６】
なお、連結子１０は、駆動体２の回転運動をコーン型スピーカ１１に直進運動として伝達できるようにＬ字形をしており、その一方の部分１０ａはコーン型スピーカ１１の中心部に向かって水平に配置され、他方の部分１０ｂはモータ１の中心部から垂直になるように配置されている。また、連結子１０はある程度の変形を許容できる弾性構造・材料でできており、運動方向の誤差を変形吸収できるようになっている。
【００３７】
このように、モータ１が一定方向に定常連続回転している状態で電気信号の瞬時振幅値で変調した信号による速度変調加振を行うので、非常に低周波数での大振幅な振動の再現が可能となる。また、駆動面２０と被駆動面３０の相対速度方向を維持した範囲で作動することによってゼロクロス現象を回避することによって、線形性が高く、極めて再現性が良い信号の再生が可能となる。駆動体組立品９２に比べ被駆動体組立品９３の極回転慣性モーメントを非常に大きくした構成にしているので応答感度は高く、さらに、小型軽量でも大きなトルクを発生できる振動波モータ１を用いているので、コンパクトで極めて再現性が高く、長寿命な低音用スピーカ装置９９が得られる。なお、上記の構成においては電磁気的な力を利用していないので、前述の従来のダイナミックスピーカでの逆起電力や共振現象、群遅延現象等の問題も発生しない。
【００３８】
（第２の実施形態）図５にモータ加振装置部の断面図を示す。同じ名称の部品についての説明は割愛する。本構造では、振動波モータ１を、前図３で示したようなカバー９で囲われた汎用組立品を使用せずに、駆動体２、被駆動体３、回転シャフト４他、軸受支持台１２を含めて順次、装置として組み上げている。即ち、駆動体２は、中央軸受１７ｃで回転シャフト４に回転可能に取り付けられ、さらに、弾性支持材１４によって静止体１５に回転範囲を規制された状態で支持されている。被駆動体３は、予圧付加材１８によって駆動体２の駆動面２０に加圧され、回転シャフト４に一体的に取り付けられている。また、回転シャフト４には２つの回転イナーシャディスク１３ａ、１３ｂが同様に一体的に取り付けられ、両端部を２つの軸受１７ａ、１７ｂで連続回転可能に支持されている。第１の実施形態と異なり、駆動体２と一体となって被駆動体３を囲うカバー９はなく、連結子１０は、駆動体２に直接取り付けられ、コーン型スピーカ１１に連結されている。
【００３９】
このような構成にすることにより、駆動体２とカバー９の持つ極回転慣性モーメントを小さく抑え、第１の実施形態よりもさらに応答感度を向上した。また、軸受５、１７の総個数を削減し、低コスト化を可能とした。
【００４０】
（第３の実施形態）図６にモータ加振装置部の模式断面図を示す。また、図７にモータ加振装置部の断面図を示す。本構造においては、先の構造と異なり、駆動部２が連続回転し、被駆動体３が限定範囲の回転をし、その角度変化の範囲を連結子１０でコーン型スピーカ１１に伝達する方式としている。
【００４１】
振動波モータ１の駆動メカニズム上、駆動体２側は圧電セラミック材２１等のモータとして作動するための部材が付属し極回転慣性モーメントが大きくなるので、駆動体２を回転させた方が全体としてコンパクト化が可能になる。なお、駆動体２が回転するために、入力信号は水銀浴のスリップリング１９を介して導入している。
【００４２】
（第４の実施形態）図８にモータ加振装置部の模式断面図を示す。本構造においては、回転シャフト１０４ａ、１０４ｂにモータ１０１ａ、１０１ｂ及び回転イナーシャディスク１１３ａ、１１３ｂを取り付けられたモータ加振装置２式が同一回転中心座標軸上に配置されている。２つの駆動体１０２ａ、１０２ｂは結合部材１９で結合され、さらに当該結合部材１９には連結子１０を取り付けられてコーン型スピーカ１１に連結されている。
【００４３】
当該2式のモータ１０１ａ、１０１ｂは逆方向に同量だけ回転するようにセットしてあるので、結合した該駆動体１０２ａ、１０２ｂは各々に働くトルクが釣り合い定常的な回転トルクは加わらず、一定の角度位置で静定している。このような構成において、定格回転での運転時に一方のモータに変調信号を入力すると、第１の実施形態の構造に比べて駆動体１０２ａ、１０２ｂ側の回転慣性は大きく、被駆動体１０３ａ、１０３ｂ側の回転運動量は大きいので、結合された２つの駆動体１０２ａ、１０２ｂは感度良く応答し、良好な再現性を得ることができる。また、運転時の発熱等による特性変化に対しても、相互にキャンセルして平均化するので、安定した特性を得ることができる。
【００４４】
（第５の実施形態）図９にモータ加振装置部の模式断面図を示す。本構造においては、一つの回転シャフト２０４に２つのモータ２０１ａ、２０１ｂを取り付け、一方のモータ２０１ａの駆動体２０２ａは静止体１５に固定されており、他方のモータ２０１ｂの駆動体２０２ｂは連結子１０を介して、コーン型スピーカ１１に連結されている。
【００４５】
当該2つのモータ２０１ａ、２０１ｂは逆方向に回転しており、大きな回転運動量を保有しているので、その一方のモータに変調信号を入力すると、駆動体２０２ｂの応答は顕著に現われ、感度が高くなる。
【００４６】
（第６の実施形態）図１０に全体の構成の模式断面図と平面図を示す。本構造においては、モータ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを、コーン状スピーカ１１の軸対称中心軸３６１周りに等分ピッチになるように、該中心軸３６１を中心とする仮想円の接線方向に各モータ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの回転シャフト３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃが向くように複数台を配置し、該中心軸３６１に対して一定の方向に回転している。複数のモータの駆動体３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃは結合部材３０６で結合され、その中央部において、結合部材３０６とコーン型スピーカ１１の中心部とが連結子３１０で連結されている。また、結合部材３０６は金属あるいはゴム等の弾性部材でできており、モータの回転移動量に応じて変形すると共に、無用なノイズを減衰除去する。
【００４７】
各モータの駆動体３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃに、同時に前記変調信号を入力して回転変動振動を発生させると、結合部材３０６が軸対称形状をしているので、連結子３１０はコーン型スピーカ１１の中心軸方向に直進運動を生じ、さらに線形性の高い応答を得ることができる。すなわち、従来の構造と異なり、巻きつけるなどの機構が不要であり、シンプルで、信頼性が高い低コストな構造とすることが可能である。
【００４８】
図１０に示した構造は、3台のモータ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃが１２０°ピッチに配置された構造であるが、図１１のように２台のモータ４０１ａ、４０１ｂを１８０°ピッチに配置しても良い。なお、図１１の構造においては、連結子４１０がコーン型スピーカ１１の中心軸方向に直進運動するように直進運動ガイド４５０を設けて、連結子４１０の動きを規制、ガイドすることで、コーン型スピーカ１１に大きなモーメントが負荷され損傷するのを防止している。
【００４９】
（第７の実施形態）図１２は、連結子１０とコーン型スピーカ１１との連結部に連結ばね５５１を設置した構造を示す。連結ばね５５１は、連結子１０の中間部に設置しても良いし、連結子１０とモータ１との間に設置しても良い。
【００５０】
図１３は、連結子６１０とコーン型スピーカ１１との連結部にすべり運動と傾き運動方向に自由度を有するスライディングピボット軸受６５２を配置すると共に、スピーカが変位、傾き自在に位置調整用バネ６５３で弾性支持された構造を示す。
【００５１】
このようにすれば、連結子６１０の回転挙動分を吸収することができ、過大なモーメントがコーン型スピーカ１１に加わることを回避し、寿命を延ばすことができる。
【００５２】
（他の実施形態）本発明の実施形態は、上述の実施形態のほかでも発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、以上の構成においては、安価で取り扱いが容易な玉軸受支持のモータ構造を例示したが、モータを支持する軸受はこれに限られるものではなく、油含浸軸受や動圧溝付軸受、あるいは固体潤滑すべり軸受など、一般に使用されている他の各種軸受を用いても良い。それらの軸受を用いることによって、玉軸受特有の玉の転動による振動騒音を回避することができる。
また、電圧入力用のリード線８が結線された駆動体２が回転運動する際に、リード線８の結合部に応力が加わり破損するということがないように、リード線８の一部を固縛したり、中間に中継点を設けても良い。
また、駆動体２が連続回転する構造において、スリップリング１９の代りに電気ブラシを用いて金属接触式の接点を用いて動力を入力しても良い。そうすれば、さらにコストダウンや高速回転化が図れるようになる。
さらに、以上ではコーン型スピーカ１１での構造を示したが、カーブドコーン型でも良いし、平板型でも良い。
【００５３】
（他の用途での実施形態）また、以上は低音用スピーカ装置９９としての適用例を示した。しかし、全く同じ方式構造で、放射されてくる騒音に対して逆位相の音波を発生するように入力信号を調整することによって、能動制御型遮音装置として利用してもよい。
さらに、以上は振動音響発現体として、周囲の空気を振動させて音波を発生しやすくした軽量柔構造のスピーカを用いた例を示したが、これに代えて、振動音響発現体として、機械的に振動を伝播させやすい構造体（例えば、椅子などの人体載置物）に取り付けることによって、低周波の振動を再現良く体感させる振動体感音響装置として使用することもできる。
【実施例】
【００５４】
本発明の第３の実施例について、直径６ｃｍの超音波モータと直径２５ｃｍの振動音響発現体を用いて試作し、特性を計測した。結果を図１５に示す。
従来のスピーカでは、４０〜６０Hz以下のレスポンスは急峻に下降するのが通例であったのに対し、本試作機は既存部品による手作りであるにもかかわらず、低周波数から良好な周波数特性を示している。実際の音声、音楽信号による作動性能も良好であり、本試作検討によって、本発明の作用効果は立証された。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明における低音用スピーカ装置の構成概念を示す全体概観図である。
【図２】本発明の第１の実施例における低音用スピーカ装置のモータ加振装置部の縦断面模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に用いた振動波モータの縦断面図である。
【図４】振動波モータの駆動原理を説明する模式図である。
【図５】本発明の第２の実施例における低音用スピーカ装置のモータ加振装置部の縦断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例における低音用スピーカ装置のモータ加振装置部の縦断面模式図である。
【図７】本発明の第３の実施例における低音用スピーカ装置のモータ加振装置部の縦断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例における低音用スピーカ装置のモータ加振装置部の縦断面模式図である。
【図９】本発明の第５の実施例における低音用スピーカ装置のモータ加振装置部の縦断面模式図である。
【図１０】本発明の第６の実施例における低音用スピーカ装置のモータ装置側の横断面模式図と平面図（モータが３台の場合）である。
【図１１】本発明の第６の実施例における低音用スピーカ装置のモータ装置側の横断面模式図（モータが２台の場合）である。
【図１２】本発明の第７の実施例における低音用スピーカ装置の連結子の取り付け部構造模式図（ばねの場合）である。
【図１３】本発明の第７の実施例における低音用スピーカ装置の連結子の取り付け部構造模式図（スライディングピボット軸受の場合）である。
【図１４】従来の振動回転式モータを用いた正逆回転駆動方式低音用スピーカ装置の概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施例における低音用スピーカ装置の特性測定データ例を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１、１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ，２０１ｂ，３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、４０１ａ、４０１ｂ、９０１                                          モータ
２、１０２ａ、１０２ｂ、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ          駆動体
３、１０３ａ、１０３ｂ                                        被駆動体
４、１０４ａ、１０４ｂ、２０４、３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ  回転シャフト
５ａ、５ｂ、５ｃ                                              軸受
６、１０６，３０６，４０６                                    結合部材
７                                                            入力端子
８                                                            電圧入力用リード線
９                                                            カバー
９ａ                                                          上カバー
９ｂ                                                          下カバー
１０、１０ａ、１０ｂ、３１０、６１０、９１０ａ、９１０ｂ      連結子
１１、９１１                          コーン型スピーカ（振動音響発現体）
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、２１２ａ、２１２ｂ  
軸受支持台
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１１３ａ、１１３ｂ、        回転イナーシャディスク
１４                                                          弾性支持材
１５                                                          静止体
１６                        コーン型スピーカ（振動音響発現体）支持台
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ                                  軸受
１８                                                          予圧付加材
１９                                                          スリップリング
２０                                                          駆動面
２１                                                          圧電セラミック材
３０                                                          被駆動面
５０、４５０                                                  直進運動ガイド
５１、５５１                                                  連結ばね
５２、６５２                                        スライディングピボット軸受
５３、６５３                                                  位置調整用バネ
６０                                                          回転中心座標軸
６１、３６１、４６１、５６１、６６１                コーン状スピーカ軸対称中心軸
９２                                                          駆動体組立品
９３                                                          被駆動体組立品
９９                                                コーン型低音用スピーカ装置
【図１】
2007067999.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007067999.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007067999.tif 000009
【図８】
2007067999.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007067999.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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