(57)【要約】【課題】剛性を高めた振動膜を用いて電磁変換器を得る。【解決手段】異なる磁極が一定の間隔をおいて交互に着磁された永久磁石板と、永久磁石板に対向して配置され、永久磁石板の前記異なる磁極同士の間隔部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイルが低密度かつ高剛性の支持板の表面上に形成され、導体パターンに通電することにより永久磁石板と電磁的に結合して厚み方向に振動する振動板とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる磁極が一定の間隔をおいて交互に着磁された永久磁石板と、
前記永久磁石板に対向して配置され、前記永久磁石板の前記異なる磁極同士の間隔部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイルが低密度かつ高剛性の支持板の表面上に形成され、前記導体パターンに通電することにより前記永久磁石板と電磁的に結合して厚み方向に振動する振動板とを備えたことを特徴とする電磁変換器。
【請求項２】
支持板は、発泡高分子材料からな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】
支持板は、六角筒を蜂の巣状に配置したコア材と、前記コア材の開口面を覆うスキン材とで構成されるハニカム構造体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４】
支持板は、多数の球体をスキン材で挟み込んで板状に形成したマイクロバブル構造であることを特徴とする請求項１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、永久磁石と振動膜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】
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とを対向するように配置し、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、及び緩衝部材はフレーム等の部材に挟み込まれるように覆われ、例えばスピーカ筐体に取り付けられる。
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着磁部位（多極着磁パターンとも言う）を有している。また、振動膜は、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導体パターン（蛇行コイルパターンとも言う）を当該振動膜の膜表面に設けたものである。
振動膜に形成されている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板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作用し振動膜が振動する。この振動によって発生した音波は、永久磁石板及びフレームに穿孔された放射音穴を通して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、従来から上記の電磁変換器と同様な構成で上記の永久磁石板に替えて棒状磁石の構成になった「ガムーゾン形」と呼ばれる超薄型スピーカが存在している。この棒状磁石の同極を対向させて（Ｎ極とＮ極、又は、Ｓ極とＳ極）、棒状磁石と垂直な配列方向に交互に異なる極性を並べて配置する構成であり、他の部材は上記と同一のもので構成される（例えば、非特許文献１参照）。この構成によれば、オーディオ再生の発音動作も上記の電磁変換器と同じになる。
【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，誠文堂新光社，1999年5月発行（２−２５節  超薄型スピーカ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のいずれの電磁変換器においても、その振動膜は蛇行コイルパターンによる駆動力が振動面に一様に発生して、所謂、全面駆動方式の電磁変換器である。換言すれば、振動膜はピストン音源となり平坦な音圧周波数特性を呈する電磁変換器を実現している。
しかし、実際には振動膜が全帯域にわたって一様な駆動力を発生させてピストン振動することは難しく、周波数の低い帯域から共振して屈曲振動してしまう。また、周波数が高い帯域になるに従って、僅かな駆動力のアンバランスにより振動膜の変位が分布を持つようになって複雑に屈曲振動する現象が発生する。
【０００５】
このような屈曲振動を起こす電磁変換器の振動解析結果を図８〜図１３に示す。図８（ａ）〜（ｃ）は有限要素法を用いた数値解析モデル図であり、解析対象とした矩形状の振動膜１００と当該振動膜１００を支持するエッジ２００との振動系の正面図、側面図、振動膜１００の斜視図である。
振動膜１００は図８（ｃ）のように、基材１１０にプリントした導体１２０を有する構造になっている。一般的には、基材１１０は高分子材などの薄いシートであり、導体１２０はこの基材１１０の表面に銅やアルミニウムの薄膜をプリントして蛇行コイルパターンを形成している。
図９〜図１３は、振動膜１００のエッジ外周端を図８（ａ），（ｂ）のように完全拘束した条件で数値解析した固有値解析と応答解析の結果を示している。図８（ａ）の点Ａと点Ｂは応答解析を実施した観測点の位置を示している。
図９〜図１１は固有値解析結果のうち固有値が存在する３つの周波数の解析結果を示す図である。
図９は周波数９．９Ｈｚの解析結果であり、９．９Ｈｚはオーディオ帯域を外れた低域にあるが、参考のため最低次の固有値として取り上げた。振動膜１００の中心部を最大変位とする振動姿態、すなわち固有モードになっている。
図１０は周波数２６．３Ｈｚの解析結果であり、振動膜１００の中心部に近い場所に限定されて大きな変位を示す固有モードになっている。また、図１１の周波数５６．５Ｈｚは振動膜１００の矩形長辺の中間部の２箇所で大きな変位を示す固有モードになっている。
図１２、図１３は応答解析結果であり、それぞれ観測点Ａ、観測点Ｂにおける周波数応答特性を示す図である。両図には、上記した固有値が存在する３つの周波数の位置をｂ，ｃ，ｄに示している。また、斜線Ｌは固有値が存在しないと仮定したときのおおよその変位振幅特性であり、この傾斜は−６ｄＢ／ｏｃｔａｖｅで低域から高域に向かうにしたがってレベル低下する。
図１２、図１３の周波数応答特性によれば、固有値が存在する周波数近辺で周波数応答特性の特性変動が起こることがわかる。
図１２、図１３を比較すると、図９の９．９Ｈｚでは観測点Ａ，Ｂの双方で最大変位になっているが、図１０の２６．３Ｈｚでは観測点Ａの変動の幅が２０ｄＢ以上の差であり、観測点Ｂの変動の幅に比べて大きくなっている。図１１の５６．５Ｈｚでは観測点Ａの変動の幅が観測点Ｂの変動の幅に比べてさらに大きくなっており、およそ４０ｄＢの差になっている。
また、図１３の観測点Ｂでは、図１２の観測点Ａに比べて周波数２６．３Ｈｚと５６．５Ｈｚの特性変動の幅は小さめであるが、それ以上の周波数においては、図１２より変動の幅が大きくなっている。
以上のように、固有値の存在する周波数付近では、２０ｄＢを超す変動を呈しており、振動膜１００の変動を低減させる等の対応策が必要になるという課題がある。
【０００６】
また、振動膜１００は一般的に薄い膜状体であるため音の透過が発生しやすい。これは比較的剛性のある蛇行形状の導体パターンからなるコイル１２０で駆動力を発生させても、基材１１０が薄い高分子樹脂シートが軟弱であるために屈曲振動を発生しやすく、音の透過も起こりやすい。特に低音域においては、電磁変換器１０がエンクロージャに装着されている場合、裏面に放射された音がエンクロージャ内部で反射されて振動膜１００を透過して放射される。この裏面透過音は、前面放射音と干渉して音圧周波数特性に変動を与えるため、音質が劣化するという課題がある。
【０００７】
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、剛性を高めた振動膜を用いて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】
【０００８】
この発明に係る電磁変換器は、異なる磁極が一定の間隔をおいて交互に着磁された永久磁石板と、永久磁石板に対向して配置され、永久磁石板の前記異なる磁極同士の間隔部分に対向する位置に、蛇行形状の導体パターンからなるコイルが低密度かつ高剛性の支持板の表面上に形成され、導体パターンに通電することにより永久磁石板と電磁的に結合して厚み方向に振動する振動板とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の電磁変換器によれば、導体パターンを低密度かつ高剛性の材料からなる支持板の表面に形成したので、広い帯域に渡って一様な振動振幅を実現でき、音の透過を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態の電磁変換器の構成を説明するための分解斜視図である。
電磁変換器１０は、永久磁石板１１，１２、フレーム２０、振動板３０から構成されており、フレームの上側フレーム２１及び下側フレーム２２が、上側永久磁石１１ａと下側永久磁石１１ｂと振動板３０とを挟み込むように支持している。
【００１１】
永久磁石板１１は、帯状の異なる磁極を交互に着磁されており、この交互に異なる磁極の境界には振動板３０が発するオーディオ振動を放射する放射音穴１１ａが一定の間隔をあけて形成されている。永久磁石板１２は、永久磁石板１１と同様に帯状の異なる磁極を交互に着磁されており、この交互に異なる磁極の境界には振動板３０が発するオーディオ振動を放射する放射音穴１２ａが形成されている。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態の電磁変換器１０の振動板３０を示す断面図であり、振動板３０は、振動膜３１とこの振動膜３１を支持する支持板３３から構成される。
振動膜３１は、薄い高分子樹脂シートからなる基材３１ａと、基材３１ａの表面に蛇行形状に形成された導体（導体パターンからなるコイル）３１ｂとで構成されている。導体３１ｂは金属箔をプレスやエッチングなどにより打ち抜いて形成されるものである。
【００１３】
支持板３３は、振動膜３１の基材３１ａに接着剤等により貼り付けられ振動膜３１を支持する。
一般的にある程度の厚みを持っている構造体は曲げにくく、また、曲げ振動が起こる固有共振の周波数は厚さに比例して高くなるため、剛性の高いものにするには振動板３０を厚い構造にすればよい。
そこで、ある程度の厚さを持った支持板３３と柔軟な振動膜３１を貼り合わせることで多層構造とし、単独では曲げに弱い支持板３３であっても振動膜３１を貼り合わさることによって曲げに強い構造体の振動板３０を形成している。
【００１４】
従来の振動膜１００の厚さはシート状の基板１１０を用いたもので０．１ｍｍ以下が一般的であるが、振動板３０の厚さは基材３１ａと支持板３３とを貼り付けて０．５ｍｍ以上にすれば、支持板３３に基材３１ａと同じ材質を用いたとしても５倍以上の強度を有する振動板３０が得られる。ただし、従来の基材１１０と同じ材質を用いた場合は、質量が増え、音圧レベルを高く保つことが難しくなるので、支持板３３は質量を増やさないように低密度の材料を選定して形成される。この支持板３３は、例えば、密度が０．５〜１．０ｇｒ／ｃｍ3程度で強度を有する高発泡の多孔プラスチック材などの発泡高分子材料で成形されることが望ましい。
【００１５】
このように、実施の形態１では、一方の面に導体３１ｂが形成された振動膜３１を支持板３３の一方の面に貼り合わせて剛性を高めた振動板３０を説明したが、このような構成以外の振動膜３１と支持板３３とを貼り合わせた振動板３０の構成を図３から図５に示す。
図３は両面に導体３１ｂが形成された振動膜３１を支持板３３で支持した振動板３０の構成を示す断面図であり、図４は振動膜３１を支持板３３の両面に貼り合わせて支持した振動板３０の構成を示す断面図である。また、図５は図４で示した構造の振動板３０を２枚重ね合わせた構成を示す断面図であり、重ね合わせる際には、上下の振動板３０の導体３１ｂが接触して導体短絡が起こらないように絶縁層３４を介して接着する。
【００１６】
なお、導体３１ｂ間と基材３１ａと支持板３３とで囲まれる空間が存在しているが、導体３１ｂの厚さは数十ミクロンであるため、実質的に導体３１ｂと基材３１ａと支持板３３とは密着して接着されている。
また、このような幾つかの構造の振動板３０を組み合わせて、例えば図３と図１又は図２の構造の振動板３０を組み合わせ、また３枚以上で多層化した振動板３０にしてもよい。
【００１７】
以上のように、本実施の形態１の電磁変換器によれば、薄く柔軟な振動膜３１を高発泡の多孔プラスチック材等の低密度で軽量な材料からなる支持板３３に貼り合わせて支持することにより、質量を増やすことなく厚みを増して曲げに強い振動板３０にしたので、広い帯域において均一な変位で振動振幅し、音圧レベルが低下せず、音の透過を少なくすることができる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態１では、発泡高分子材で形成した支持板３３で振動膜３１を支持する構成について説明したが、支持板３３はハニカム構造体で形成してもよい。
図６は、ハニカム構造体で形成された支持板４３の構造を示す断面図であり、図６（ａ）は振動板３０の厚み方向の垂直断面図、図６（ｂ）は振動板３０の面方向Ｂ−Ｂ線の水平断面図である。なお、支持板４３以外の構成は実施の形態１で示した構成と同様であるため、同じ番号で示し説明を省略する。
支持板４３は、図６（ｂ）に示すように、箔状材料を用い無数の六角筒のセルが蜂の巣状に集まった構造のコア材４４、このコア材４４の蜂の巣状セルの開口している面に薄板状のスキン材４５が接着されている。
コア材４４及びスキン材４５は、一般的には軽量で剛性のある構造にするために、種々の材料の組み合わせで構成されており、例えば、アルミニウム、プラスチック、紙、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）あるいはＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）等が用いられており、本発明の基材３１ａで用いている高分子材料を用いてもよい。
コア材４４は、条線状にした箔状材料を交互に半ピッチずつずらして接着剤を塗ったものを重ねてプレスし、必要な厚みに切断し重ねた方向に引っ張ることで形成される。このコア材４４の蜂の巣状セルの開口面に接着剤を塗ったスキン材４５を貼り付けるか、熱プレスなどにより貼り付けられた支持板４３と振動膜３１とを接着剤等で接着して振動板３０は構成されている。
【００１９】
以上のように、実施の形態２の電磁変換器によれば、振動板３０を薄く柔軟な振動膜３１をハニカム構造体の支持板４３に貼り合わせて支持した構造にすることにより、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００２０】
実施の形態３．
実施の形態１では、発泡高分子材で形成した支持板３３で振動膜３１を支持する構成について説明したが、支持板３３はマイクロバブル構造体で形成してもよい。
図７は、マイクロバブル構造体で形成された支持板５３の構造を示す断面図である。なお、支持板５３以外の構成は実施の形態１で示した構成と同様であるため、同じ番号で示し説明を省略する。
支持板５３は、図７に示すように、多数の微小な球体５６を薄板状のスキン材５５で挟み込んで板状に成形したものである。この球体５６は、例えば高分子材料からなっており、球体５６間でずれが生じないようにその隙間を埋める充填材５７で結合されている。また、充填材５７に替えて球体５６を粘着性の高い材料で作成し、この球体５６の粘着性のある表面の強い摩擦力により球体５６間のずれを防止するようにしてもよい。
【００２１】
以上のように、実施の形態３の電磁変換器によれば、振動板３０を薄く柔軟な振動膜３１をマイクロバブル構造体の支持板５３に貼り合わせて支持する構造にしたことにより、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００２２】
上述したように、本発明による電磁変換器は、従来にあったような膜振動状態が解消されて、均一な変位を持つ振動が実現でき、音圧レベルの低下が無く高い周波数まで振動する電磁変換器が実現できる。また、厚さを持つ振動板となるので、音の透過も減少し良好な音圧特性が得られる。
【００２３】
なお、実施の形態１において、振動板３０は振動膜３１に支持板３３を貼り合わせた構成を示したが、支持板３３に直接導体３１ｂを貼り付けて基材３１ａを省略しても実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、部品数が削減でき、より簡易な構成を実現できる。
【００２４】
また、実施の形態２、３において、ハニカム構造体またはマイクロバブル構造体の支持板４３，５３は、表裏面をスキン材４５，５５で構成していた例を示したが、一方又は双方のスキン材４５，５５に替え振動膜３１を接着する構造にしても実施の形態２，３と同様の効果を奏するとともに、部品数が削減でき、より簡易な構成を実現できる。
【００２５】
また、以上のように構成した振動板３０は、適正な並進振動をさせるために、その外周部を柔軟に支持する支持体を配設してもよい。例えば、支持体は従来のコーン型スピーカのように、ロール状のエッジにより振動板全周、或いは、一部を保持するものである。
【００２６】
また、本発明の実施の形態で示した各図は、説明のために誇張拡大して示しており、各構成の厚み等の関係は実際とは異なるものもある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の電磁変換器の分解斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１の振動板の支持板片面に振動膜を貼り付ける構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１の振動板の支持板片面に振動膜を貼り付ける他の構造を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１の振動板の支持板両面に振動膜を貼り付けた構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１の振動板の支持板を２つ設けた構造を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２の振動板の構成を示す構造断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３の振動板の構成を示す構造断面図である。
【図８】従来の振動膜の振動解析モデル示す図である。
【図９】振動解析モデルの９．９Ｈｚにおける振動解析結果を示す図である。
【図１０】振動解析モデルの２６．３Ｈｚにおける振動解析結果を示す図である。
【図１１】振動解析モデルの５６．５Ｈｚにおける振動解析結果を示す図である。
【図１２】振動解析モデルの点Ａにおける振動解析−応答解析結果を示す図である。
【図１３】振動解析モデルの点Ｂにおける振動解析−応答解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  電磁変換器、１１，１２  永久磁石板、１１ａ，１２ａ  放射音穴、２０  フレーム、２１  上側フレーム（フレーム）、２２  下側フレーム（フレーム）、２１ａ，２２ａ  放射音穴、３０  振動板、３１，１００  振動膜、３１ａ，１１０  基材、，１２０  導体（導体パターンからなるコイル）、３３，４３，５３  支持板、３４  絶縁層、４４  コア材、４５，５５  スキン材、５６  球体、５７  充填材、２００  エッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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