(57)【要約】【課題】面状の振動体を備えるスピーカにおいて、短絡や感電の危険性を少なくし軽量にする。【解決手段】強磁性の布２０Ｕと磁性を有さない布２０Ｌとの間には、渦巻き状の配線パターンで形成された複数のコイルを表面に備える振動体１０が配置され、振動体１０と布２０Ｕ，２０Ｌの間には弾性部材３０Ｕ，３０Ｌが配置されている。コイルに流れる音響信号の振幅がプラスとなると、コイル周囲に発生する磁界が強くなり、振動体１０は強磁性の布２０Ｕ側に引っ張られてＡ方向へ変位する。一方、音響信号の振幅がマイナスとなるとコイル周囲に発生する磁界が弱くなる。すると、振動体１０が布２０Ｕ側に引っ張られる力が弱くなり、弾性部材３０Ｕが元の形状に戻ろうとする力により振動体１０はＢ方向へ変位する。電流が流れる振動体１０上のコイルは、表裏のいずれにも露出していないため短絡や感電の危険性が少ない。【選択図】図５
2009111565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性と音響透過性を有する面状の第１部材と、
非磁性で前記第１部材に対向して離間配置された面状の第２部材と、
面状であって、音響信号が供給される平面コイルを一方の表面に有し、平面コイル側を前記第１部材に向けて前記第１部材と前記第２部材との間に位置する振動体と、
前記振動体と前記第１部材との間に位置し、絶縁性と弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、
前記振動体と前記第２部材との間に位置し、絶縁性と弾性および音響透過性を有する第２弾性部材と
を有する面状スピーカ。
【請求項２】
前記第１部材、前記第１弾性部材、前記振動体、前記第２弾性部材および前記第２部材は、糸で縫い合わされていることを特徴とする請求項１に記載の面状スピーカ。
【請求項３】
前記第１部材と前記第２部材は布状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状スピーカ。
【請求項４】
前記振動体は、
前記平面コイルを複数有し、該平面コイルは渦巻き状であり、各平面コイルの巻方向が同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の面状スピーカ。
【請求項５】
前記平面コイルに供給される音響信号に、所定のバイアス電圧を重畳する電圧重畳手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の面状スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状のスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
平面型のスピーカとしては、静電型スピーカと呼ばれるスピーカがある。この静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の電極と、この２枚の電極の間に挿入された導電性を有するシート状の振動体とから構成されている。振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、音響信号の変化に応じて振動体は変位を繰り返し（すなわち振動し）、音響信号に応じた音声がスピーカから発生する。
また、平面型のスピーカとしては、特許文献１に開示された平面スピーカがある。この平面スピーカは、振動膜と複数の永久磁石を有しており、振動膜の両面には渦巻き状にコイルが複数配置されている。また、このコイルに対向するようにコイルから所定距離だけ離れて永久磁石が配置されており、コイルに電流が流されるとフレミングの左手の法則により、振動膜上においてコイルが配置されている面と垂直方向に力が働いて振動膜が変位する。そして、コイルに音響信号を供給すると、音響信号に応じてコイルに流れる電流が変化し、これに応じて振動膜に働く力も変化することとなり、振動膜が振動して音響信号に応じた音声がスピーカから発生する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３３３４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、静電型スピーカにおいては、振動体を挟んでいる電極がスピーカの表面／背面となる。静電型のスピーカにおいて振動体を変位させる際には、電圧が印加される２枚の電極に対して高電圧を印加する必要があるが、表面／背面となる部分が高電圧となるので感電を防ぐ工夫が必要となる他、電圧が印加される部分が表になるため物が衝突した際に短絡などの危険を防ぐ工夫も必要となる。
この電流が流れる部分が表面となる点に関し、特許文献１に開示された平面スピーカにおいては、電流が流れるコイルが表面に露出しないようにするために、絶縁性を有する樹脂でコイル表面を被膜することが行われている。しかしながら、電流が流れる部分が表面にあると、物や人との衝突により被膜が破れる虞があり、短絡の可能性を完全に排除することは難しい。また、特許文献１に開示された平面スピーカにおいては、振動膜を振動させるために磁石を必要としており、これにより重量が重くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、面状の振動体を備えるスピーカにおいて、短絡や感電の危険性を少なくし、軽量なスピーカ提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために本発明は、磁性と音響透過性を有する面状の第１部材と、非磁性で前記第１部材に対向して離間配置された面状の第２部材と、面状であって、音響信号が供給される平面コイルを一方の表面に有し、平面コイル側を前記第１部材に向けて前記第１部材と前記第２部材との間に位置する振動体と、前記振動体と前記第１部材との間に位置し、絶縁性と弾性および音響透過性を有する第１弾性部材と、前記振動体と前記第２部材との間に位置し、絶縁性と弾性および音響透過性を有する第２弾性部材とを有する面状スピーカを提供する。
【０００７】
本発明においては、前記第１部材、前記第１弾性部材、前記振動体、前記第２弾性部材および前記第２部材は、糸で縫い合わされていてもよい。
また、本発明においては、前記第１部材と前記第２部材は布状であってもよい。
また、本発明においては、前記振動体は、前記平面コイルを複数有し、該平面コイルは渦巻き状であり、各平面コイルの巻方向が同じであってもよい。
また、本発明においては、前記平面コイルに供給される音響信号に所定のバイアス電圧を重畳する電圧重畳手段を有していてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、面状の振動体を備えるスピーカにおいて、短絡や感電の危険性を少なくし、軽量にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る面状スピーカ１の外観を模式的に示した図、図２は、面状スピーカ１の断面を模式的に示した図である。
図に示したように、この面状スピーカ１は、振動体１０、布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌ、および糸４０とで構成されている。なお、本実施形態においては、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌの構成は同じであるため、両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｕ」の記載を省略する。また、図中の振動体１０、布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０等の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
【００１０】
（面状スピーカ１の各部の構成）
布２０Ｕは、無電界ニッケルメッキされた経糸と、同じく無電界ニッケルメッキされた緯糸を平織りした強磁性の布である。布２０Ｕは形状が矩形となっており、平織りされて空気の通過が可能となっているため、音響透過性が確保されている。
布２０Ｌは、木綿などの導電性を有さない経糸と緯糸を平織りした磁性を有さない布である。布２０Ｌも、形状が矩形となっており、平織りされて空気の通過が可能となっているため、音響透過性が確保されている。
糸４０は、布２０Ｕ、布２０Ｌ、弾性部材３０および振動体１０を縫い合わせるための糸であり、その素材は木綿など導電性を有さない素材となっている。
【００１１】
弾性部材３０は、中綿を熱を加えて圧縮したものであって空気の通過が可能となっており、その形状は矩形となっている。弾性部材３０は、外部から力を加えられると変形し、外部から加えられた力が取り除かれると元の形状に戻る。なお、本実施形態においては、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０ＬのＺ方向の高さは、いずれも同じとなっている。
【００１２】
振動体１０は、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート）で形成された膜状のフィルム１１表面にアルミニウムを蒸着させた後、エッチングによりフィルム１１上にアルミニウムの配線を形成したものである。
なお、本実施形態においては、フィルム１１の厚さは１２μｍ、蒸着されたアルミニウムの厚さは２５μｍとなっているが、ＰＥＴやアルミニウムの厚さは、この厚さに限定されるものではなく、他の厚さであってもよい。
【００１３】
図３は、振動体１０におけるアルミニウムの配線パターンを模式的に示した図である。フィルム１１の一方の面上には、時計回りで外側から内側へ渦巻き状に配線パターンが形成されて３行３列にコイル１２−１〜１２−９が形成されている（以下、フィルム１１においてコイル１２−１〜１２−９が形成されている面を表面といい、コイル１２−１〜１２−９が形成されていない側の面を裏面という）。また、フィルム１１においては、フィルム１１を貫通し導電性を有するスルーホール１３−１〜１３−１８が設けられている。
また、図３に示したようにフィルム１１上には、音響信号が入力される入力端１４Ａ，１４Ｂが設けられており、この入力端１４Ａから１４Ｂまでの間は、コイル１２−１〜１２−９、スルーホール１３−１〜１３−１８、裏面側に設けられてスルーホール同士を接続する配線パターンを介して一筆書き状に繋がっている。
【００１４】
具体的には、枝番がｎのコイルの内側端部と枝番がｎ＋１のコイルの外側端部は、枝番ｎのコイルの内側端部に繋がるスルーホールと、枝番ｎ＋１のコイルの外側端部に繋がるスルーホールと、これらスルーホールをつなぐ裏面の配線パターンとにより接続されている。
例えば、入力端１４Ａから延びている配線パターンは、時計回りで外側から内側へ渦巻き状に形成されてコイル１２−１を形成し、２周半したところでスルーホール１３−１に到達する。スルーホール１３−１は、フィルム１１の裏面側に通じており、この裏面側においては、スルーホール１３−１と隣接するスルーホール１３−２をつなぐパターンが形成されている。スルーホール１３−２は、コイル１２−１に隣接するコイル１２−２の外側端に繋がっており、コイル１２−１とコイル１２−２は、スルーホール１３−１、スルーホール１３−２、スルーホール１３−１とスルーホール１３−２とをつなぐ配線パターンにより繋がっている。
【００１５】
同様に、他のコイルについてもコイル同士はスルーホールと裏面側の配線パターンとを介してつながっている。そして、コイル１２−９の内側端部は、スルーホール１３−１７と裏面の配線パターンを介してスルーホール１３−１８に繋がっており、スルーホール１３−１８は入力端１４Ｂに繋がっているため、入力端１４Ａから入力端１４Ｂまでの間は一筆書き状に繋がっている。
【００１６】
（面状スピーカ１の組み立て方法）
次に面状スピーカ１の組み立て方法について説明する。面状スピーカ１を組み立てる際には、まず、布２０Ｌの上に弾性部材３０Ｌが載せられる。次に、弾性部材３０Ｌの上に振動体１０が載せられ、振動体１０の上に弾性部材３０Ｕが載せられた後、弾性部材３０Ｕの上に布２０Ｕが載せられる。そして、布２０Ｕ，布２０Ｌ、振動体１０および弾性部材３０を重ね終えた後、各部材が導電性を有さない糸４０で縫い合わされる。各部材は、図１に示したように各部材を貫いた糸４０で縫い合わされて拘束されるため、変形させても布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０および振動体１０がずれることがない。
なお、本実施形態においては、各部材を糸４０で縫い合わせる際には、振動体１０においてアルミニウムの配線パターンが形成されている領域をよけるようにして縫い合わせるのが好ましい。
【００１７】
（面状スピーカ１の動作）
次に、面状スピーカ１の動作について説明する。振動体１０においては、外部から音響信号が入力される入力端１４Ａ，１４Ｂが設けられており、この入力端には、所定のバイアス電圧が重畳されている。そして、音響信号は、このバイアス電圧に重畳されて入力される。具体的には、図４（ａ）に示したように、正負の振幅がある音響信号が入力される場合、図４（ｂ）に示したようにマイナス側の振幅が０Ｖ以下とならないように所定のバイアス電圧が音響信号に重畳される。
【００１８】
図４（ｂ）に示した音響信号が、入力端１４Ａに外部から供給されると、供給された音響信号はコイル１２−１〜１２−９を通過する。
図５は、コイルを音響信号が通過したときの作用を説明するための図である。なお、同図においては、コイルの配線の断面中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かって電流が流れていることを意味し、コイル断面中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かって電流が流れていることを意味するものとする。
【００１９】
まず、音響信号の振幅がなく、バイアス電圧のみが入力端から印加されている状態では、図５において二点鎖線で示したようにコイルの周囲においては右ネジの法則に従ってコイルを中心に磁界が発生する。なお、図５において二点鎖線上の矢印は磁界の方向を表している。
ここで、コイルの近傍には弾性部材３０Ｕを挟んで強磁性を有する布２０Ｕがあり、コイルの周囲に磁界が発生すると布２０Ｕはコイル側に引っ張られる力を受ける。しかしながら、布２０Ｕと振動体１０との質量を比較すると、メッキされた糸を織って形成された布２０Ｕのほうが膜状の振動体１０より重いため、ここでは、布２０Ｕ側に振動体１０が引っ張られ、振動体１０と布２０Ｕとの間にある弾性部材３０Ｕが圧縮される。そして、弾性部材３０Ｕにおいては、圧縮されると元の形状に戻ろうとする力が働き、この力と振動体１０が布２０Ｕ側に引っ張られる力とが釣り合うと、振動体１０は静止する。
【００２０】
次に、バイアス電圧が重畳される前の音響信号において振幅がプラスとなり、コイルを通過する電流が増加すると、バイアス電圧のみがコイルに印加されている時と比較して、コイル周囲に発生する磁界が強くなる。すると、振動体１０はバイアス電圧のみが印加されている状態から、さらに布２０Ｕ側に引っ張られて図５中の矢印Ａ方向へ変位する。
【００２１】
一方、バイアス電圧が重畳される前の音響信号において振幅がマイナスとなり、コイルを通過する電流が減少すると、バイアス電圧のみがコイルに印加されている時と比較して、コイル周囲に発生する磁界が弱くなる。すると、バイアス電圧のみが印加されている状態と比較すると、振動体１０が布２０Ｕ側に引っ張られる力が弱くなり、圧縮されている弾性部材３０Ｕが元の形状に戻ろうとする力により振動体１０は布２０Ｌ側（矢印Ｂ方向）へ変位する。
【００２２】
このように、面状スピーカ１においては、音響信号に応じてコイル１２−１〜１２−９周囲の磁界の強さが変化し、磁界の強さに応じて振動体１０が布２０Ｕまたは布２０Ｌの方向へ変位する。振動体１０の変位方向と変位量は、音響信号の振幅に対応したものとなるため、振動体１０は音響信号の振幅に応じて振動し、その振動状態（振動数、振幅、位相）に応じた音が振動体１０から発生する。そして、発生した音は、布２０Ｕと布２０Ｌの少なくとも一方を通り抜けて面状スピーカ１の外部に放射される。
【００２３】
本実施形態においては、電流が流れる部分が表または裏面に露出していないため、短絡や感電の危険性が少ない。
また、本実施形態においては、面状スピーカ１を構成する振動体１０、布２０Ｕ，２０Ｌおよび弾性部材３０は、糸４０により拘束されているため、面状スピーカ１を変形させても形や構造が崩れることなく、布２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０および振動体１０は、ずれることがない。
また、振動体１０、布２０Ｕ，２０Ｌおよび弾性部材３０は柔軟性があるため、円弧状に変形させたり、曲面に沿って変形させたり自在に変形させることができ、衣服に取り付けたりすることができる。
また、各部材は柔軟性があるため、人体が衝突しても人体にダメージを与える虞がない。このため、ヘッドレストに取り付けたり、フルフェイス形のヘルメットの内部に配置すれば、人体を傷付けることなく耳元で発音させることができる。
【００２４】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。
【００２５】
上述した実施形態において、振動体１０は、ＰＥＴのフィルムとアルミニウムの配線パターンで形成されているが、フィルムの素材はＰＥＴに限定されるものではなく、ポリイミドなどの他の高分子材料であってもよい。また、振動体１０における配線パターンは、アルミニウムではなく銅など他の導電性を有する金属で形成されていてもよい。
【００２６】
上述した実施形態においては、配線パターンは２周半してコイルを形成しているが、コイルの配線パターンの周回数は２周半に限定されるものではなく、２周半より多くてもよい。また、上述した実施形態においては、コイルの数は９個となっているが、コイルの数は９個に限定されるものではなく、８個以下でもよく、また１０個以上であってもよい。また、コイルの配列も３行３列に限定されるものではなく、ｍ行ｎ列とし、ｍとｎの値を任意に選択してもよい。なお、本実施形態においては、各コイルの外径を大きくしてコイルの数を少なくするより、各コイルの外径を小さくしてコイルの数を多くするほうが好ましい。
また、上述した実施形態においては、Ｚ方向から見た時に各コイルの形状は方形となっているが、円形や楕円形など方形以外の形状であってもよい。
【００２７】
上述した実施形態においては、隣接するコイル同士をスルーホールと裏面側の配線パターンで接続しているが、隣接するコイル同士を接続する方法は、上述した実施形態の方法に限定されるものではない。
例えば、コイルの外側端部と内側端部を残してフィルム１１の表面を絶縁性を有する素材で被膜し、露出しているコイルの外側端部と内側端部をジャンパ線で接続してコイル同士を繋げるようにしてもよい。
【００２８】
上述した実施形態においては、弾性部材３０は中綿となっているが、弾性を有し且つ音響透過性があれば、他の部材であってもよい。
また、上述した実施形態においては、面状スピーカ１の各部材は糸４０により縫い合わされているが、折り曲げられたりすることがない場合には、糸４０で縫い合わせず、各部材を重ねるのみでもよい。
【００２９】
上述した実施形態においては、音響信号に重畳するバイアス電圧を操作子を操作してユーザが可変できるようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、バイアス電圧が重畳された音響信号がコイル１２−１〜１２−９に供給されるが、所定の電圧を音響信号に重畳するバイアス電源を面状スピーカ１に設けてもよい。
そして、図４（ａ）に示したように正負の振幅の音響信号を面状スピーカ１に入力し、この入力された音響信号に対して、面状スピーカ１が備えるバイアス電源がバイアス電圧を重畳し、バイアス電源が重畳された音響信号をコイル１２−１〜１２−９に供給してもよい。
上述した実施形態においては、振動体１０を挟んでいるのが布２０Ｕと布２０Ｌであるが、強磁性を有するのであれば、布２０Ｕに替えて金属パネルなど他の部材にしてもよい。なお、金属パネルを使用する際は、音響透過性を確保するために金属パネルを貫通する穴を複数設けるのが好ましい。また、布２０Ｌについては、磁性を有さないのであれば、布２０Ｌに替えて合成樹脂パネルなど他の部材にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る面状スピーカ１の外観の模式図である。
【図２】同実施形態に係る面状スピーカ１の断面図である。
【図３】振動体１０における配線パターンの模式図である。
【図４】面状スピーカ１に入力される音響信号を例示した図である。
【図５】面状スピーカ１の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・面状スピーカ、１０・・・振動体、１１・・・フィルム、１２−１〜１２−９・・・コイル、１３−１〜１３−１８・・・スルーホール、１４Ａ，１４Ｂ・・・入力端、２０Ｕ・・・布、２０Ｌ・・・布、３０・・・弾性部材、４０・・・糸
【図１】
2009111565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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