(57)【要約】【課題】振動板の剛性が高く、かつ性能に優れた低コストの電磁変換器を得る。【解決手段】電磁変換器１０は、表面に音放射孔１５が設けられた上側フレーム１６および下側フレーム１７からなる中空のフレームと、上側フレーム１６と下側フレーム１７に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石１２，１３と、永久磁石１２，１３の互いに対向する端面に固定された鉄板１８と、ボイスコイル１１ｂが成形された振動板１１とを備える。振動板１１は、永久磁石１２，１３の互いに対向する端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状であり、凹凸形状の凹部１１ｄと凸部１１ｃとの境界部分であって鉄板１８と同一の高さ位置に凹部１１ｄおよび凸部１１ｃと平行な基準面１１ｆを有し、この基準面１１ｆにボイスコイル１１ｂが成形されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に音放射孔が設けられた中空のフレームと、
前記フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石と、
千鳥配置された前記永久磁石の互いに対向する前記端面に固定された鉄板と、
千鳥配置された前記永久磁石の互いに対向する前記端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状であり、前記凹凸形状の凹部と凸部との境界部分であって前記鉄板と同一の高さ位置に前記凹部および前記凸部と平行な基準面を有し、当該基準面に蛇行コイルパターンが成形された振動板とを備えた電磁変換器。
【請求項２】
振動板は、蛇行コイルパターンが成形された平面状の振動板基材を当該蛇行コイルパターンが成形された部分を基準にして凹部および凸部を成形してなる凹凸形状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】
振動板の凹部および／または凸部に、補強のためのリブ構造または凹凸構造を形成した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。
【請求項４】
表面に音放射孔が設けられた中空のフレームと、前記フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定された複数の永久磁石と、千鳥配置された前記永久磁石の互いに対向する端面に固定された鉄板と、千鳥配置された前記永久磁石の互いに対向する前記端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状であり、前記凹凸形状の凹部と凸部との境界部分であって前記鉄板と同一の高さ位置に前記凹部および前記凸部と平行な基準面を有し、当該基準面に蛇行コイルパターンが成形された振動板とを備えた電磁変換器を組み立てた後、前記フレームの前記一対の内壁面に対して垂直な方向に着磁することにより、千鳥配置された前記永久磁石の互いに対向する前記端面を交互に異なる極性にしてなる電磁変換器。
【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】
従来の電磁変換器は、永久磁石板と振動板とが対向するように配置されフレーム等の部材に挟み込まれるように覆われて、例えばスピーカ筐体に取り付けられる。
【０００３】
上記の永久磁石板は、一定の間隔をもって交互に異なる極性にした帯状の磁石部位（多極着磁パターンとも言う）を有している。また、振動板は、永久磁石板の異なる極性の境界にある間隔に対向する位置、いわゆる着磁ニュートラルゾーンに蛇行コイルパターンを形成したものである。振動板に形成された蛇行コイルパターンにオーディオ信号の電流が流れると、蛇行コイルパターンと永久磁石の多極着磁パターンとが電磁的に結合し、フレミングの法則によって上記の蛇行コイルパターンに電流が作用して振動板が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板およびフレームに穿孔された音放射孔を通して外部へ放射されてオーディオ再生が行われる（例えば、特許文献１参照）。
また、この振動によって振動板上に形成された蛇行コイルパターンの導体コイルが金属疲労で断線するのを防止する目的で、振動板を剛性付与部材で補強していた（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、従来から、上記の電磁変換器と同様の構成で、上記の永久磁石板に替えて長尺の棒状磁石で構成した「ガムーゾン型」と呼ばれる薄型スピーカが存在している。ガムーゾン型の薄型スピーカは、振動板の表裏を、交互に異なる極性の棒状磁石を並べた棒状磁石板で挟み、振動板を挟んで対向する棒状磁石の極を同一に配置した構成であり、その他の部材は上記の電磁変換器と同一の部材で構成される。
このような薄型スピーカは、ポリエステルまたはポリイミドから成る薄膜に銅またはアルミ箔を貼り付け、ボイスコイルパターンをエッチングして構成された振動板を有している（例えば、非特許文献１参照）。この構成の薄型スピーカは、オーディオ再生の音波発生動作も上記の電磁変換器と同じになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１９２３７２号公報
【特許文献２】国際公開第２００３／０７３７８７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山本武雄編著、スピーカー・システム、ラジオ技術社、１９７７年７月発行
【発明の概要】
【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、電磁変換器を構成する永久磁石を１本１本着磁した後、交互に異なる極性で並べて組み立てなければならず、組み立て後に１回の着磁操作で全ての磁石を着磁できるコーン型スピーカに比べてコスト高になってしまう課題があった。また、永久磁石が磁化された状態で電磁変換器の組み立て作業を行わねばならず、組み立ての際に鉄粉等が混入してしまう課題があった。
他方、安価なスピーカを得るために振動板の片側表面のみに永久磁石板を配置した場合には、永久磁石板のない側のボイスコイル付近の磁束密度が小さくなるために音圧レベルも小さくなるという課題があった。また、振動板表裏方向に生じる磁束分布の変動が大きくなってしまい、歪が発生する課題があった。
さらに、振動板基材が数十ミクロンの平たい薄膜構造であるために機械的強度が小さく、低い周波数でも固有共振が生じてしまった。共振が生じることにより、振動板の異常振動による異音、および振動板の振幅増大による振動板磁石当り音が発生する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、振動板の剛性が高く、かつ性能に優れた低コスト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、表面に音放射孔が設けられた中空のフレームと、前記フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石と、千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面に固定された鉄板と、千鳥配置された永久磁石の互いに対向する端面で構成される凹凸構造に対応した凹凸形状であり、凹凸形状の凹部と凸部との境界部分であって鉄板と同一の高さ位置に凹部および凸部に平行な基準面を有し、基準面に蛇行コイルパターンが成形された振動板とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、フレームの一対の内壁面に互い違いに千鳥配置で固定され、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する複数の永久磁石を備えるようにしたことにより、磁化しない状態の永久磁石をフレームに取り付け、電磁変換器を組み立てた後に全ての永久磁石を一括して着磁できる。また、振動板を凹凸形状の立体構造にしたことにより、振動板の剛性を高めることができる。この結果、振動板の剛性が高く、かつ性能に優れた低コストの電磁変換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の構成を示し、図１（ａ）は外観斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電磁変換器を図１に示す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に係る電磁変換器を図１に示すＡＡ線に沿って切断した断面図の一部を拡大した図であり、磁気回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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１０の構成を示し、図１（ａ）は外観斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。図２は、図１に示すＡＡ線に沿って切断した電磁変換器１０の断面図であり、図３はその一部を拡大した断面図である。なお、図１〜３は説明を簡単にするために誇張拡大して示したものであり、実際の縮尺とは異なる。
【００１３】
電磁変換器１０は、上側フレーム１６、永久磁石１２、鉄板１８、振動板１１、永久磁石１３、および下側フレーム１７から構成される。上側フレーム１６および下側フレーム１７を重ね合わせてなるフレームは、内部が空洞の筐体構造である。ここでは便宜的に上側フレーム、下側フレームと呼ぶが、上下が反転してもかまわない。
【００１４】
上側フレーム１６の内壁面、即ち振動板１１に対向する面には、所定の間隔で永久磁石１２が固定されている。下側フレーム１７の内壁面、即ち振動板１１に対向する面の、永久磁石１２同士の隙間に相当する位置に複数列の永久磁石１３が固定されている。よって、図２に示すように、永久磁石１２，１３が上側フレーム１６と下側フレーム１７に互い違いに固定された千鳥配置になっている。
【００１５】
図２に示すように、上側フレーム１６に固定された永久磁石１２は、上側フレーム１６に固定された端面がＮ極、振動板１１に対向する端面がＳ極となっている。他方、下側フレーム１７に固定された永久磁石１３は、下側フレーム１７に固定された端面がＳ極、振動板１１に対向する端面がＮ極となっている。よって、永久磁石１２，１３は、固定された面とは逆側の、互いに対向する端面が交互に異なる極性を有する構成である。
【００１６】
上側フレーム１６および下側フレーム１７の永久磁石１２，１３が固定されていない部分には、外部に開口した音放射孔１５が一定の間隔で設けられている。また、永久磁石１２，１３の振動板１１に対向する端面には、鉄板１８が接着されている。
【００１７】
振動板１１の基材となる振動板基材１１ａは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の熱可塑性フィルムからなる。この振動板基材１１ａの表裏面には、銅、アルミ箔等のボイスコイル１１ｂが蛇行形状に形成されている。また、振動板基材１１ａは、上側フレーム１６側へ突出した振動板凸部１１ｃと、下側フレーム１７側へ突出した振動板凹部１１ｄとが形成されている。振動板凸部１１ｃと振動板凹部１１ｄとの境界部分にはボイスコイル１１ｂ配置のための振動板基準面１１ｆが設けられている。これら振動板凸部１１ｃ、振動板凹部１１ｄ、振動板基準面１１ｆは互いに平行な面を有する。
【００１８】
また、振動板凸部１１ｃおよび振動板凹部１１ｄそれぞれには振動板１１の剛性を向上させるための凹凸構造またはリブ構造からなる振動板リブ部１１ｅが設けられている。ただし、振動板１１は振動板凸部１１ｃと振動板凹部１１ｄとからなる凹凸形状によっても剛性が向上するため、振動板リブ部１１ｅを設けなくてもよい。また、振動板リブ部１１ｅを振動板凸部１１ｃおよび振動板凹部１１ｄ全てに設けずに一部にのみ設けるようにしてもよい。
【００１９】
振動板１１の外周には振動板支持部１４が固定されており、この振動板支持材１４を上側フレーム１６または下側フレーム１７の内周に固定することにより振動板１１が上下変位可能に支持される。図２に示すように、振動板支持材１４は振動板１１をフレームに固定するが、その際、ボイスコイル１１ｂが配置された振動板基準面１１ｆが鉄板１８と同一高さ位置になるように位置合わせされている。
【００２０】
ここで、振動板１１の成形方法を説明する。先ず、平面状の振動板基材１１ａの表裏面に、蛇行形状に銅、アルミ箔等を貼り付けて、またはエッチングしてボイスコイル１１ｂを形成する。そして、ボイスコイル１１ｂの貼り付け箇所を基準にして、熱プレス、真空成形等によって振動板基材１１ａに振動板凸部１１ｃおよび振動板凹部１１ｄを成形する。即ち、基準にした箇所はそのまま振動板基準面１１ｆとなり、ボイスコイル１１ｂが貼り付けられていない部分が振動板凸部１１ｃおよび振動板凹部１１ｄとなる。よって、伸び率の異なるボイスコイル１１ｂと振動板基材１１ａとを貼り合わせているにもかかわらず、一体で成形することができ、かつ、振動板基材１１ａが破断することもない。なお、振動板凸部１１ｃおよび振動板凹部１１ｄの振動板基準面１１ｆからの突出高さは、振動板支持材１４に支持された振動板１１が振動して上下変位したときに永久磁石１２，１３に接触しない程度とする。
【００２１】
次に、永久磁石１２，１３の着磁方法について説明する。先ず、永久磁石１２を上側フレーム１６に、永久磁石１３を下側フレーム１７に互い違いの千鳥配置に固定し、振動板１１を挟んで電磁変換器１０を組み立てる。その後、組み立てた電磁変換器１０を、上側フレーム１６および下側フレーム１７に対して垂直な方向で一遍に着磁することで、永久磁石１２，１３が同一の磁極方向で磁化される。よって、永久磁石１２，１３の互いに対向する端面は、交互に異なる帯状の極性となる。
【００２２】
次に、電磁変換器１０の動作原理について説明する。図３に示すように、振動板１１のボイスコイル１１ｂ周辺では、鉄板１８が接着された永久磁石１３のＮ極から出る磁束がボイスコイル１１ｂを横切って、異なる永久磁石１２のＳ極へ至る。振動板１１のボイスコイル１１ｂに外部から電流（オーディオ信号）が供給されると、ボイスコイル１１ｂを流れる電流と永久磁石１２，１３の着磁パターン（磁束密度）が電磁的に結合し、フレミングの法則に従って駆動力が発生する。発生した駆動力によって、振動板支持部１４によって変位可能に支持されている振動板１１が振動する。この振動が音放射孔１５からオーディオ再生音として放射される。電磁変換器１０の永久磁石１２，１３の一端には鉄板１８が接着されているため、鉄板１８が磁極を作り、Ｎ極からＳ極へ直線的に進む部分（図３に矢印Ｂで示す）に磁束密度が集中する。本実施の形態では、永久磁石間の磁気ギャップにおいて磁束密度が最大になる矢印Ｂの高さ位置にボイスコイル１１ｂを配置するため、ボイスコイル１１ｂを横切る磁束が大きくなり、音圧レベルを向上させることができる。
【００２３】
以上のように、実施の形態１によれば、振動板凸部１１ｃおよび振動板凹部１１ｄを成形することにより振動板１１を凹凸形状にしたので、剛性が向上し、共振発生を抑制することができる。また、振動板凸部１１ｃおよび／または振動板凹部１１ｄに振動板リブ部１１ｅを形成したので、剛性をさらに向上させることができる。
さらに、振動板基準面１１ｆにボイスコイル１１ｂを成形しておいたので、振動板１１を凹凸形状に立体成形する際、振動板基材１１ａとボイスコイル１１ｂの伸び率が異なるにもかかわらず振動板基材１１ａが破断することがなく、精度の高い成形を実現することができる。
【００２４】
また、振動板１１を凹凸形状にし、永久磁石１２，１３を互い違いの千鳥配置に並べて、永久磁石１２の磁極方向と永久磁石１３の磁極方向が同一になるように構成したので、電磁変換器１０の組み立て後に永久磁石１２，１３を一括で着磁できる。そのため、組み立て作業中に鉄粉等の異物が混入することがない。よって、電磁変換器１０に異音が発生して当初の性能が出なくなることを防ぎ、性能に優れた電磁変換器１０を簡易に製造することができる。
【００２５】
また、永久磁石１２，１３を互い違いの千鳥配置に並べたので磁石の数量を半減することができ、低コストの電磁変換器１０を得ることができる。従来は磁石数量を半減する目的で振動板片側のみに永久磁石を配置すると振動板表裏方向で磁束分布が変動してしまったが、本実施の形態では磁石数量を半減させても振動板１１の表裏方向に配置するようにしたので、振動板１１の表裏の磁気回路によって表裏方向の磁束分布を均一化することができる。この結果、歪の発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  電磁変換器、１１  振動板、１１ａ  振動板基材、１１ｂ  ボイスコイル、１１ｃ  振動板凸部、１１ｄ  振動板凹部、１１ｅ  振動板リブ部、１１ｆ  振動板基準面、１２，１３  永久磁石、１４  振動板支持部、１５  音放射孔、１６  上側フレーム、１７  下側フレーム、１８  鉄板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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