(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅Ｗｍ、厚さＴｍおよび所定長の棒状永久磁石を、平面上に平行に交互に異なる磁極を対向させて一定の極ピッチτｐ間隔で複数個配列した第１の磁石配列層を形成し、
第１の磁石配列層と棒状永久磁石の同配列を有し、第１の磁石配列層と上下方向に互いに同一磁極を対向させ、かつ対向する磁石表面間の距離２×ｌｇを隔てて第２の磁石配列層を形成し、
上記第１および第２の磁石配列層における隣り合う棒状永久磁石の間隙部分に対向して形成された蛇行形状の導体パターンのコイルを各磁石配列層に対応する全面に渡って形成した振動膜を、前記対向する磁石表面間の中間に位置するように配置し、
α＝τｐ／ｌｇ、β＝Ｗｍ／τｐ、γ＝Ｔｍ／ｌｇとした場合、β≦０．１５α十０．１となるように上記棒状永久磁石を配置し、
前記対向する永久磁石表面と平行な方向で前記棒状永久磁石と垂直な方向の永久磁石面の磁束密度をＢｍａｘ、コイル導体部の上記同方向の磁束密度をＢｍｉｎ、磁石の残留磁束密度をＢｒとした場合、前記振動膜の振動方向の磁束密度に関する「ばらつきの割合」（Ｂｍａｘ−Ｂｍｉｎ）／Ｂｒ×１００を２％以下とし、導体が振動してない位置にいる部分の割合である「導体部の割合」Ｂｍｉｎ／Ｂｒ×１００を３５％以上としたことを特徴とする電磁変換器。
【請求項２】
γ≧１．０としたことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
【請求項３】
振動膜の磁石表面からの距離ｌｇは、ｌｇ≧１．０ｍｍと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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上下に配置した永久磁石の間に設けた振動膜の表面にコイルパターンを備え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】
永久磁石板と振動膜とを用いた矩形状の電磁変換器には、永久磁石板と振動膜を対向配置し、また永久磁石板と振動膜との間に緩衝材を配置したものがある。これらの永久磁石板、振動膜および緩衝材はフレーム等の部材に覆われて例えばスピーカ筐体に取り付けられている。上記永久磁石板は、一定の間隔を置いて極性を交互に替えた帯状の着磁部位を有している。また、振動膜は、永久磁石板の交互に極性を替えて着磁されている部位の間隙に、いわゆる着磁ニュートラルゾーンと称される部分に対向させて、電磁コイルとして作用する蛇行形状の有体パターンを当該振動膜の膜面に設けたものである（例えば特許文献１参照）。振動膜に形成されているコイルパターンにオーディオ信号の電流が流れると、電磁コイルとして作用する導体パターンと永久磁石の着磁パターンが電磁的に結合し、フレミングの法則によって上記の導体パターンを有する振動膜が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板とフレームに穿孔された放音孔を通して放射されてオーディオ再生が行われる。
また、上記の電磁変換器と同様な構成で、超薄型スピーカ「ガムーゾン形］が存在する(例えば非特許文献１参照)。これは上記の永久磁石板を棒状磁石にしたものであり、その他の部材は同一のもので構成される。棒状磁石は、同極（Ｎ極とＮ極、またはＳ極とＳ極）を向い合わせて、棒と垂直な配列方向には交互に極が並ぶ構成となる。この電磁変換器の構成によれば、オーディオ再生の発音動作も冒頭のものと同じとなる。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１９２３７２号公報
【非特許文献１】監修  佐伯多門、スピーカー＆エンクロージャー百科、２−２５節、誠文堂新光社（１９９９年５月発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のいずれの電磁変換器においても、大振幅で振動する振動膜を得ることは難しく、これに伴い低音域の再生音圧レベルは低いという課題があった。その主因は、対向する永久磁石の間隔を広げられないことにある。対向する永久磁石の間隔を安易に広げると駆動力を得るコイルパターンの位置（振動膜の位置）の磁束密度が低下するためである。また、磁束密度を大きくするために磁石厚を単純に大きくすると、磁石表面付近の磁束密度が大きくなり、振動膜の振幅が大きいほど、すなわち振動膜が磁石表面に近づくほど駆動力が大きくなるため、振動膜が永久磁石に接触して音の歪や異常音を発生させる原因にもなる。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、磁石間隔を大きくしても十分大きな振幅、かつ駆動範囲内で均一な駆動力で低音域の再生を可能にする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】
【０００６】
この発明に係る電磁変換器は、幅Ｗｍ、厚さＴｍおよび所定長の棒状永久磁石を、平面上に平行に交互に異なる磁極を対向させて一定の極ピッチτｐ間隔で複数個配列した第１の磁石配列層を形成し、第１の磁石配列層と棒状永久磁石の同配列を有し、第１の磁石配列層と上下方向に互いに同一磁極を対向させ、かつ対向する磁石表面間の距離２×ｌｇを隔てて第２の磁石配列層を形成し、第１および第２の磁石配列層における隣り合う棒状永久磁石の間隙部分に対向して形成された蛇行形状の導体パターンのコイルを各磁石配列層に対応する全面に渡って形成した振動膜を、対向する磁石表面間の中間に位置するように配置し、α＝τｐ／ｌｇ、β＝Ｗｍ／τｐ、γ＝Ｔｍ／ｌｇとした場合、β≦０．１５α十０．１となるように上記棒状永久磁石を配置し、前記対向する永久磁石表面と平行な方向で前記棒状永久磁石と垂直な方向の永久磁石面の磁束密度をＢｍａｘ、コイル導体部の上記同方向の磁束密度をＢｍｉｎ、磁石の残留磁束密度をＢｒとした場合、前記振動膜の振動方向の磁束密度に関する「ばらつきの割合」（Ｂｍａｘ−Ｂｍｉｎ）／Ｂｒ×１００を２％以下とし、導体が振動してない位置にいる部分の割合である「導体部の割合」Ｂｍｉｎ／Ｂｒ×１００を３５％以上としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、棒状永久磁石の断面寸法や配列ピッチを適正化することにより、２つの磁石配列層間の磁石間隔を大きくしても十分な大きさ、かつ駆動範囲内で均一な駆動力が得られ低音域の再生を可能にする。すなわち、大振幅を実現でき、大音量の低音域再生を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電磁変換器の構造を示す斜視図である。
図において、電磁変換器は、幅Ｗｍ、厚さＴｍおよび所定長の棒状永久磁石１０を、平面上に平行に交互に異なる磁極を対向させて一定の極ピッチτｐ間隔で複数個配列した第１の磁石配列層を備えている。また、電磁変換器は、第１の磁石配列層と棒状永久磁石１０の同配列を有し、第１の磁石配列層と上下方向に互いに同一磁極を対向させ、かつ対向する磁石表面間の距離２×ｌｇを隔てて形成した第２の磁石層を備えている。これら第１および第２の磁石配列層の棒状永久磁石１０は磁性体のヨーク４０に固着され、ヨーク４０は後述の振動膜２０と共にフレーム（図示せず）で支持されている。一つの棒状永久磁石１０から出た磁束は主に右方向または左方向に向かい、磁石同士が上下対向する空間では弧状の磁束線を描き他極に至る。
【０００９】
上下関係にある第１および第２の磁石配列層の対向する磁石表面間の中間位置、すなわち互いに対向する磁石表面から同じ距離ｌｇの位置にシート状の振動膜２０が配置されている。振動膜２０には、第１および第２の磁石配列層の異なる磁極同士の間隙部分に対向して形成された蛇行形状の導体パターンのコイル２１が各磁石配列層に対応する全面に渡って形成されている。したがって、コイル２１のパターンは、図１の上下の棒状永久磁石１０が呈する磁束が左右水平となる位置に配置されることになる。このような構成により、コイル２１に駆動電流が流れると、直交する磁束により図１の上方向または下方向に力が発生する。この力は、振動膜２０全体を上下に振動させることになり、ヨーク４０に設けられているスリット３０を通して音を発生させる。
【００１０】
以上の磁気回路構成において、大きなレベルの音を発生することは電磁変換器にとって重要であり、特にコイル２１が位置する場所の磁束密度を高くすることが必要である。そのためには強い磁気エネルギーを有する永久磁石を使うことや、上下磁石間隔（上記磁石表面間の距離２×ｌｇで、振動膜２０の磁石表面からの距離の２倍）を小さくして磁束密度を高めることの対策が考えられる。しかし、上下磁石間隔を狭めることは振動膜２０の振動を制約することになり、特に振動振幅の大きい低音域において大きな音圧が得られなくなる。
そのため、この発明では、以下に述べるように、上下磁石間隔を大きくしても十分な磁束密度を確保し、永久磁石の寸法や配置の最適化をして大きな駆動力が得られる構造を提案する。さらに、振動膜２０が大きな振幅で振動しても、振動方向（振動膜面に垂直な方向）に磁束密度の変化を少なくして駆動力を維持するようにする。
【００１１】
最初に、構成を規定するパラメータについて説明する。
α、β、γを、α＝τｐ／ｌｇ、β＝Ｗｍ／τｐ、γ＝Ｔｍ／ｌｇとする。また、磁石表面に平行な方向（図１の左右方向）の磁束密度をＢｍａｘ、コイル２１の導体部の同方向の磁束密度をＢｍｉｎとし、振動膜２０の振動方向の磁束密度に関する「ばらつきの割合」を（Ｂｍａｘ−Ｂｍｉｎ）／Ｂｒ×１００、磁石の残留磁束密度Ｂｒに対するコイル導体部の磁束密度Ｂｍｉｎの比、すなわち導体が振動してない位置にいる部分の割合である「導体部の割合」をＢｍｉｎ／Ｂｒ×１００とする。
以上の条件をもとに、種々の磁気回路構成につき電磁界解析を行う。上記「ばらつきの割合」の計算結果を図２に示し、「導体部の割合」の計算結果について図３に示す。図において、γ＝Ｔｍ／ｌｇをパラメータ（γ＝０．６７、１．００，１．３３，１．６７）とし、横軸はα＝τｐ／ｌｇを、縦軸β＝Ｗｍ／τｐとする分布図である。
【００１２】
図２の「ばらつきの割合」（Ｂｍａｘ−Ｂｍｉｎ）／Ｂｒ×１００に関しては、小さい値が望ましい。その理由は、コイル位置と磁石位置の磁束密度の差が小さい方が磁束密度の変化が少なくなり、振動膜２０が大きく振動して永久磁石に近づいても、もとのコイル位置と同程度の磁束密度があれば駆動力を保てることになるためである。図２において「ばらつきの割合」の値が小さくなるのは、大略、斜線Ｄの下側であり、数％の領域となる。ただし、γ＝０．６７に関しては、図２（ａ）の右下隅に３％を超える領域Ｔが現われており、望ましくない。このことからこの発明においては、γ≧１．０とし、磁石の厚さＴｍは棒状永久磁石１０と振動膜２０の間隔ｌｇより大きい構成とする。また、図２に記入した斜線Ｄは、直線β＝０．１５α十０．１の関係を有しており、α（＝τｐ／ｌｇ）とβ（＝Ｗｍ／τｐ）を規定する範囲はβ≦０．１５α十０．１とする（直線の下側）。
【００１３】
一方、図３の「導体部の割合」Ｂｍｉｎ／Ｂｒ×１００に関しては、磁石本来の性能である残留磁束密度Ｂｒがコイル導体部に有効に現われることが望ましく、大きい方がよい。図３から読み取れることは、図の右上に行くほど「導体部の割合」は大きいことである。すなわち、極ピッチτｐは大きめがよく（α：大）、極ピッチτｐに対する磁石幅Ｗｍも大きめの方がよい（β：大）ことである。磁石表面近くの磁束密度は、残留磁束密度の１／３は必要と考え、この発明においては、「導体部の割合」Ｂｍｉｎ／Ｂｒ×１００は３５％以上とする。
【００１４】
現状の多くの電磁変換器では、永久磁石と振動膜の間隔が０．５ｍｍか、それ以下の場合が多い。この状態では、低音域で大きな人力を印加した揚合、振動膜は永久磁石の表面に衝突し異音を発生することになる。その対策として、永久磁石と振動膜の間に緩衝材を挿入することがある。この緩衝材は、永久磁石と振動膜に接触させて配設されることになるので、振動膜の振動を制限することは自明である。すなわち、低音域の再生が制限され、電磁変換器スピーカとしては、５００Ｈｚから１ｋＨｚに近い中音域以上の再生範囲となってしまう。しかし、この発明を採用することにより、棒状永久磁石１０と振動膜２０の間隔ｌｇを大きくすることが可能となるので、例えば、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍあるいはそれ以上の間隔を採用することができる。この間隔ｌｇを大きくできるので、衝突防止の緩衝材を不要にすることができる。
【００１５】
上記図１の例では、棒状永久磁石１０を磁性体のヨーク４０に固着させた磁石配列層と振動膜２０で構成された電磁変換器について説明したが、これに限定されることはない。図４に示す電磁変換器はこの発明の他の例であるが、ここではヨーク無しとし、棒状永久磁石１０と振動膜２０は電磁変換器の前後両端に設けられるフレーム（図示無し）により直接保持・固定される構造となっている。
なお、図１のヨーク４０のスリット３０は、棒状永久磁石１０の長さ方向に偏長の矩形状の穴を示したが、磁路形成に支障をきたすことが無く、また、振動膜２０で発生した音が減衰されること無く外部に放射される構造のものであればよい。例えば、円形や正方形の穴を棒状永久磁石１０の間に配列したもの、楕円形や多角形等の穴であってもよい。
【００１６】
以上のように、この実施の形態１によれば、棒状永久磁石の断面寸法や配列ピッチを適正化することにより、２つの磁石配列層間の磁石間隔を大きくしても十分な大きさ、かつ駆動範囲内で均一な駆動力が得られ低音域の再生を可能にする。すなわち、大振幅を実現でき、大音量の低音域再生を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１による電磁変換器の構造を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る「ばらつきの割合」を示す分布図である。
【図３】この発明の実施の形態１係る「導体部の割合」を示す分布図である。
【図４】この発明の他の実施の形態１による他の電磁変換器の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  棒状永久磁石、２０  振動膜、２１  コイル、３０  スリット、４０  ヨーク、Ｗｍ  磁石の幅、Ｔｍ  磁石の厚さ、τｐ  極ピッチ、ｌｇ  振動膜の磁石表面からの距離。
【図１】
0005084445.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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