JP5328691B2 - 電磁変換器 - Google Patents

Description

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。

振動板とボイスコイルパターンを一体化した構成の従来のスピーカとして、例えば特許文献１の平面型音響変換装置、特許文献２のスピーカがある。
特許文献１の平面型音響変換装置は、熱硬化性樹脂のポリイミド、又は熱可塑性樹脂のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）若しくは液晶ポリマーからなるシートに渦巻状のボイスコイルパターンを形成し、両端側を折り曲げて断面コ字状に成形した振動板を有する。振動板の天面とフレームとを弾性のエッジで接合して、振動板両端側のボイスコイルパターンが磁気回路の磁束発生部分にくるように保持される。このため、振動板の振幅が大きくなっても、ボイスコイルパターンの上下変位幅を磁束発生部分の中に収めることができる。

しかし、この振動板は、長手方向の両端側を折り曲げただけで、短手方向の両端側は折り曲げられていないため剛性が低く、振動に伴う不要共振により異音が発生しやすいという問題があった。さらに、振動板をフレームに固定するエッジ等の支持系も、振動板の天面にしか接合できないので、大振幅時にピストン振動が乱れ、ローリングによる磁気ギャップ不良が発生しやすいという問題もあった。

これに対して、特許文献２のスピーカは、ポリイミドシート、又はガラス樹脂とエポキシ樹脂とからなる積層シートのプリプレグ等の熱硬化性樹脂シートに予めボイスコイルパターンを形成し、加熱成形して断面Ｕ字状のドーム形の振動板を有する。振動板の全周とフレームとをエッジで接合すると共に、振動板の内側に支持板を固定して、この支持板をフレーム側のダンパに接合する。このため、振動板をドーム形状にすることにより剛性を向上させることができ、また、振動板の支持構造を部分的ではあるが二重にすることができる。

特開２００８−１１３３６８号公報 特開２０００−１０２０９４号公報

従来の電磁変換器は以上のように構成されているので、特許文献１の構成の場合、上述したように振動板の剛性が低いことによる異音発生、及びピストン振動の乱れによる磁気ギャップ不良発生という課題があった。
これに対して、特許文献２の構成の場合には、振動板の剛性不足の問題は解決できるが、ダンパを部分的にしか設けることができないためにピストン振動が乱れる問題を解消することはできなかった。

さらに、特許文献２の構成の場合、フレームにダンパを固定するために磁気回路を分割しなければならず、部品点数が増えるという課題があった。また、磁気回路を分割配置すると、磁束密度にムラが生じたり、磁束密度が低下したりする原因になってしまった。

また、熱硬化性樹脂シートを用いて特許文献２の形状の立体構造の振動板を得るには、ボイスコイルパターンを形成した熱硬化性樹脂シートを立体構造に成形してから、加熱処理により硬化させればよいが、熱可塑性樹脂シートを用いて立体構造の振動板を得るには、ボイスコイルパターンを形成した熱可塑性樹脂シートを熱プレスによる絞り成形で伸ばして立体形状を得る必要がある。このとき、熱可塑性樹脂シートの伸び率とこのシート上に形成されたボイスコイルパターンの伸び率とが異なるため、絞り成形するとコイルやシートが破断するという問題がある。さらに、熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に比べコストが高くなるという問題もある。

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、少ない部品構成の二重支持構造で振動板をピストン振動させるようにして、性能の優れた電磁変換器を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁変換器は、永久磁石、当該永久磁石の一方の磁極面を固定して他方の磁極側は開口したフレーム、及び他方の磁極面に固定したプレートからなる磁気回路と、プレートを覆う位置にある天面、当該天面から永久磁石の方向へ形成されプレートとフレーム開口の間に位置する４側面、及び対向する２側面の間を連結する補強部を有し、片面又は両面にボイスコイルパターンが形成された振動板と、振動板の天面周縁とフレーム開口周縁とに接合して、振動板を変位自在に保持する第１の支持部と、振動板の側面先端側周縁とフレーム内周面とに接合して、振動板を変位自在に保持する第２の支持部とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、振動板の天面周縁をフレーム開口周縁に接合すると共に、側面先端側周縁をフレーム内周面に接合するようにしたので、少ない部品構成の二重支持構造で振動板をピストン振動させることができ、性能の優れた電磁変換器を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁変換器の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る電磁変換器を、図１のＡＡ線に沿って切断した断面図である。 実施の形態１に係る電磁変換器を、図１のＢＢ線に沿って切断した断面図である。 実施の形態１に係る電磁変換器のうちの振動板を、図１のＣＣ線に沿って切断した断面図を図４（ａ）に示し、裏面の構成を図４（ｂ）に示す。 実施の形態１に係る電磁変換器の出力特性のグラフである。 実施の形態１に係る電磁変換器において振動板の変形例を示す外観斜視図である。 実施の形態１に係る電磁変換器において振動板の変形例を示す外観斜視図である。

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の構成を示す分解斜視図であり、ＡＡ線に沿って切断した断面図を図２に示し、ＢＢ線に沿って切断した断面図を図３に示す。また、ＣＣ線に沿って切断した振動板１５の断面図を図４（ａ）に示し、裏側の構成を図４（ｂ）に示す。図に示す電磁変換器１０は、上側フレーム１１、下側フレーム１２、２個の永久磁石１３ａ，１３ｂ及び２個のプレート１４ａ，１４ｂからなる磁気回路と、振動板１５と、この振動板１５を磁気回路上側で保持するための上側ガスケット１６及びエッジ１７からなる第１の支持部と、振動板１５を磁気回路内部で保持するための下側ガスケット１８及びダンパ１９からなる第２の支持部とで構成される。なお、本実施の形態１では、説明のために上下を区別しているが、実際にはどの面が上でもよい。

下側フレーム１２は永久磁石１３ａ，１３ｂそれぞれの一方の磁極面を固定し、上側フレーム１１は永久磁石１３ａ，１３ｂごと下側フレーム１２を被覆して、永久磁石１３ａ，１３ｂそれぞれの他方の磁極面と略同一高さ位置に開口１１ａを有する。永久磁石１３ａ，１３ｂそれぞれの他方の磁極面上にはプレート１４ａ，１４ｂがそれぞれ接着されている。よって、プレート１４ａ，１４ｂと開口１１ａとが略同一高さ位置になり、プレート１４ａ，１４ｂと開口１１ａとの間の磁束密度が高くなる。
なお、永久磁石１３ａ，１３ｂ及びプレート１４ａ，１４ｂは、振動板１５の長手方向の側面１５ｂ，１５ｃの下部に形成した突き出し部１５ｉ，１５ｊに当らないよう分割して配置している。

振動板１５には、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の熱可塑性樹脂シートを用いる。立体成形する前の熱可塑性樹脂シートの片面又は両面の、天面１５ａと長手方向の側面１５ｂ，１５ｃに相当する位置に、導体箔（銅、アルミニウム等）をエッジングしてボイスコイルパターン１５ｇを形成し、熱プレス成形にて立体構造にする。熱プレス成形により、振動板１５の４辺を天面１５ａから垂れ下がる４側面１５ｂ〜１５ｅに成形することによって振動板１５の剛性を向上させることができる。なお、図示例では、長手方向の側面１５ｂ，１５ｃは天面１５ａから垂直に垂れ下がる形状に形成し、短手方向の側面１５ｄ，１５ｅは天面１５ａから斜めに垂れ下がる形状に形成している。ボイスコイルパターン１５ｇが形成された長手方向の側面１５ｂ，１５ｃは、熱プレス成形時に熱可塑性樹脂シートを伸ばさず成形できるので、伸び率の違いによる破断の恐れはない。

また、側面１５ｂ〜１５ｅの先端側にはフランジ部１５ｆを成形する。このフランジ部１５ｆは、振動板１５をダンパ１９に接着するときの固定しろとなる。
さらに、側面１５ｂと側面１５ｃの先端側の一部に、熱可塑性樹脂シートを延長した舌状の突き出し部１５ｉ，１５ｊを形成する。これら突き出し部１５ｉ，１５ｊのうちの一方に嵌合用凸部１５ｋを形成し、他方に孔を形成し、嵌合用凸部１５ｋを孔に嵌め合わせ接着して帯状にすることで、駆動時に発生する振動に対する補強部となる。

また、図示例では、ボイスコイルパターン１５ｇを振動板１５の表裏両面に形成している。ここで、振動板１５の長手方向の側面１５ｂ，１５ｃのそれぞれの表裏両面に形成したボイスコイルパターン１５ｇを、表面のパターンと裏面のパターンの一部が互いに重なり合うように配置して、振動板１５の剛性を高める。

エッジ１７の開口１７ａ周縁は、振動板１５の天面１５ａ周縁に接合され、エッジ１７の外周縁は、上側ガスケット１６の開口１６ａ周縁に接合される。上側ガスケット１６は上側フレーム１１の上側表面に固着している。これら上側ガスケット１６及びエッジ１７が第１の支持部となって、振動板１５を上下変位可能に支持する。なお、上側ガスケット１６を用いず、エッジ１７の外周縁を直接、上側フレーム１１に接合してもよい。その場合には、振動板１５が上下変位したときにプレート１４ａ，１４ｂに衝突しないように天面１５ａとプレート１４ａ，１４ｂの間に所定の距離を確保する必要があるため、例えば上側フレーム１１の上面の一部を上方へ突設させて高さ位置合わせをしたり、エッジ１７の外周縁を上側フレーム１１上面へ延出させたりすればよい。

ダンパ１９の開口１９ａ周縁は、振動板１５側面先端周縁のフランジ部１５ｆに接合され、ダンパ１９の外周は、下側ガスケット１８の開口１８ａ周縁に接合される。下側ガスケット１８は上側フレーム１１の上側裏面、即ち磁気回路内部に固着している。これら下側ガスケット１８及びダンパ１９が第２の支持部となって、振動板１５を上下変位自在に支持する。なお、下側ガスケット１８を用いず、ダンパ１９の外周縁を直接、上側フレーム１１内部に接合してもよい。

一般的な、円錐状の振動板を有する電磁変換器では、エッジに空気の透過性のない材質を用いるが、本実施の形態１に係る電磁変換器１０では、エッジ１７に空気の透過性の良い材質又は空気が透過する構造を用いてもよい。これにより、振動板１５の側面１５ｂ，１５ｃから発生する音を利用できる。即ち、振動板１５の側面１５ｂ，１５ｃから発生する音が、エッジ１７を透過し、天面１５ａから発生する音に合成されることにより、電磁変換器１０の高音再生の性能が向上する。

図４は、エッジ１７の材質の違いによる電磁変換器１０の再生性能を比較したグラフであり、縦軸は音圧レベル、横軸は周波数を示す。この例では、エッジ１７を空気が透過しないエラストマで構成した場合（実線で示す）と、空気が透過するポリエステルを疎に織ったクロスで構成した場合（点線で示す）の電磁変換器１０の周波数特性を例示する。このグラフより、空気透過性のエッジ１７を用いるほうが、より良い高音域特性を得ることが分かる。
このとき、ダンパ１９は、振動板１５の背面から出る逆位相の音を電磁変換器１０の前面に出さないようにするために、空気が透過しない材質又は空気が透過しない構造にする。

次に、電磁変換器１０の動作原理を説明する。
外部からボイスコイルパターン１５ｇに電流（オーディオ信号）が供給されると、ボイスコイルパターン１５ｇを流れる電流と、上側フレーム１１の開口１１ａとプレート１４ａ，１４ｂの間に発生している磁束とが電磁的に結合し、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１５が上下方向にピストン振動し、音波が発生する。振動板１５の天面１５ａ全周及びフランジ部１５ｆ全周は第１及び第２の支持部によってそれぞれ上下変位自在に支持されているため、大振幅時でも上下平行移動するピストン振動が乱れることがない。そのため、ローリングによる磁気ギャップ不良が発生しない。

また、突き出し部１５ｉ，１５ｊを嵌め合わせ接着した補強部が側面１５ｂ，１５ｃの不要共振を抑えるため、振動板１５が永久磁石１３ａ，１３ｂ及びプレート１４ａ，１４ｂに衝突せず、当り音も発生しない。
さらに、振動板１５の長手方向の側面１５ｂ，１５ｃのボイスコイルパターン１５ｇが表面と裏面とで一部重なり合う構成のため、側面１５ｂ，１５ｃの剛性が高まり、不要共振が少なくなる。そのため、異音の発生を抑えることができる。

以上より、実施の形態１によれば、電磁変換器１０は、永久磁石１３ａ，１３ｂ、これら永久磁石１３ａ，１３ｂの一方の磁極面を固定する下側フレーム１２、他方の磁極側に開口１１ａを形成した上側フレーム１１、及び他方の磁極面に固定したプレート１４ａ，１４ｂからなる磁気回路と、これらプレート１４ａ，１４ｂを覆う位置にある天面１５ａ及びこの天面１５ａから永久磁石１３ａ，１３ｂの方向へ形成されプレート１４ａ，１４ｂと上側フレーム１１の開口１１ａの間に位置する４側面１５ｂ〜１５ｅを有し、片面又は両面にボイスコイルパターン１５ｇが形成された振動板１５と、上側フレーム１１の開口１１ａ周縁に接着する上側ガスケット１６と、振動板１５の天面１５ａ周縁及び上側ガスケット１６の開口１６ａ周縁に接合して、振動板１５を変位自在に保持するエッジ１７と、上側フレーム１１の内周面に接着する下側ガスケット１８と、振動板１５のフランジ部１５ｆ及び下側ガスケット１８の開口１８ａ周縁に接合して、振動板１５を変位自在に保持するダンパ１９とを備えるように構成した。
このため、振動板１５を少ない部品構成の二重支持構造で支持してピストン振動させることができ、異音の発生を防止できる。また、従来のように磁気回路を分割する必要がなくなり、部品点数が増加することもコストアップすることもない。さらに、磁気回路を分割配置する必要がないため、磁束密度のムラが発生することも磁束密度が低下することもない。

また、実施の形態１によれば、振動板１５は、熱可塑性樹脂シートの長手方向の両側端及び短手方向の両側端を熱プレス成形して形成した４側面１５ｂ〜１５ｅを有し、ボイスコイルパターン１５ｇを長手方向の側面１５ｂ，１５ｃ及び天面１５ａに配置する構成とした。このため、高コストの熱硬化性樹脂ではなく、低コストの熱可塑性樹脂を用いることができ、この結果、安価な電磁変換器１０を得ることができる。

また、実施の形態１によれば、振動板１５の、対向する２側面１５ｂ，１５ｃを延長して舌状の突き出し部１５ｉ，１５ｊを成形して接着することにより、側面１５ｂ，１５ｃの間を連結する補強部を構成した。このため、振動板１５を補強するための構造を新たに設けることなく、少ない部品で振動板１５を補強することができる。

また、図中に表記はないが、振動板１５の舌状の突き出し部１５ｉ，１５ｊに、振動板１５の剛性を高めるためのリブ構造又は凹凸構造を形成してもよい。側面１５ｂ，１５ｃに渡した帯状の突き出し部１５ｉ，１５ｊに補強構造を設けることにより、振動板１５の剛性をより向上させることができ、電磁変換器１０の性能を高めることができる。
さらに、側面１５ｂ，１５ｃの間の連結は、突き出し部１５ｉ，１５ｊの接着による１箇所だけに限定されるものではなく、複数箇所に突き出し部を成形して連結数を多くした構成であってもよい。

また、実施の形態１によれば、ボイスコイルパターン１５ｇは、振動板１５の側面１５ｂ，１５ｃの表裏両面に形成され、表面のパターンと裏面のパターンの一部が互いに重なり合う構成にした。このため、高い剛性を有する銅、アルミニウム又は合金からなる導体パターンに比べて強度の劣る熱可塑性樹脂シートだけの部分を無くして、振動板１５の剛性をより向上させることができ、電磁変換器１０の性能を高めることができる。

また、実施の形態１によれば、エッジ１７を空気の透過する材質又は構造にしたので、振動板１５の天面１５ａ及び側面１５ｂ〜１５ｅから発生する音が電磁変換器１０の前面から出るようになり、高音域の再生性能を高めることができる。
このとき、ダンパ１９を空気の透過しない材質又は構造にすれば、振動板１５の背面から出る逆位相の音が電磁変換器１０の前面から出ないようにでき、電磁変換器１０の性能をより高めることができる。

なお、振動板１５の天面１５ａに、振動板１５の剛性を高めるための補強構造１５ｈを形成してもよい。図６及び図７は、実施の形態１による振動板１５に設けた補強構造１５ｈの構成を示す斜視図である。この補強構造１５ｈはリブ構造又は凹凸構造によって実現すればよく、また、リブ又は凹凸の形成方向は、図６及び図７に示すような振動板１５の長手方向でも、短手方向でもよい。天面１５ａに補強構造１５ｈを設けることにより、振動板１５の剛性をより向上させることができ、電磁変換器１０の性能を高めることができる。

また、上記実施の形態１では、振動板１５を熱プレス成形する前にエッジングによりボイスコイルパターン１５ｇを形成する方法を説明したが、これに限定されるものではなく、立体成形前の振動板１５にボイスコイルパターン１５ｇをプリントして形成してもよいし、或いは、立体成形後の振動板１５にコイルを貼り付けてボイスコイルパターン１５ｇを形成してもよい。

１０ 電磁変換器、１１ 上側フレーム（フレーム）、１１ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ 開口、１２ 下側フレーム（フレーム）、１３ａ，１３ｂ 永久磁石、１４ａ，１４ｂ プレート、１５ 振動板、１５ａ 天面、１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ 側面、１５ｆ フランジ部、１５ｇ ボイスコイルパターン、１５ｈ 補強構造、１５ｉ，１５ｊ 突き出し部、１５ｋ 嵌合用凸部、１６ 上側ガスケット（第１の支持部）、１７ エッジ（第１の支持部）、１８ 下側ガスケット（第２の支持部）、１９ ダンパ（第２の支持部）。

Claims (7)

1. 永久磁石、当該永久磁石の一方の磁極面を固定して他方の磁極側は開口したフレーム、及び前記他方の磁極面に固定したプレートからなる磁気回路と、
   前記プレートを覆う位置にある天面、及び当該天面から前記永久磁石の方向へ形成され前記プレートと前記フレーム開口の間に位置する４側面を有し、片面又は両面にボイスコイルパターンが形成された振動板と、
   前記振動板の天面周縁と前記フレーム開口周縁とに接合して、前記振動板を変位自在に保持する第１の支持部と、
   前記振動板の側面先端側周縁と前記フレーム内周面とに接合して、前記振動板を変位自在に保持する第２の支持部とを備える電磁変換器。
2. 振動板は、熱可塑性樹脂シートの長手方向の両側端及び短手方向の両側端を熱プレス成形して形成した４側面を有し、ボイスコイルパターンが前記長手方向の両側面及び天面に配置されたことを特徴とする請求項１記載の電磁変換器。
3. 振動板は、対向する２側面の間を連結する帯状の補強部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁変換器。
4. 振動板は、天面に補強用のリブ構造又は凹凸構造を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁変換器。
5. 振動板は、帯状の補強部に補強用のリブ構造又は凹凸構造を有することを特徴とする請求項３記載の電磁変換器。
6. ボイスコイルパターンは、振動板の側面の表裏両面に形成され、表面のパターンと裏面のパターンの一部が互いに重なり合うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁変換器。
7. 第１の支持部は、空気の透過する材質又は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。

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