電気音響変換器
【課題】本発明は音響機器や映像機器、情報通信機器に使用される電気音響変換器、モジュールさらには電子機器および装置に関するものであり、薄型で高音圧化可能な電気音響変換器を提供することを目的とするものである。
【解決手段】振動板１６を形成する導電体２０をワイヤー状の導電体芯材２１の周囲に少なくとも導電体被覆として絶縁層２２を形成したもので構成するとともに、その導電体２０同士を配列結合させることにより一体化された振動板１６を構成したところに特徴を有するものである。
【解決手段】振動板１６を形成する導電体２０をワイヤー状の導電体芯材２１の周囲に少なくとも導電体被覆として絶縁層２２を形成したもので構成するとともに、その導電体２０同士を配列結合させることにより一体化された振動板１６を構成したところに特徴を有するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種音響機器や映像機器、情報通信機器に使用される電気音響変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気音響変換器は、これが搭載されるセットとして携帯電話やステレオセット、テレビ等の電子機器、さらには自動車等の移動装置に使用されることが多かった。
【０００３】
これらの電子機器は、最近の市場動向として、小型化が図られ、特にテレビ等の映像分野では、液晶テレビ、プラズマディスプレイテレビ等の薄型テレビの急速な普及に伴い、従来にない薄型化が要望されるようになってきた。
【０００４】
このような市場動向を背景に、これら電子機器や装置に使用されている電気音響変換器についても薄型化と、さらに大入力を可能とする高耐入力化の厳しい市場要求がなされている。
【０００５】
従来の電気音響変換器の振動系は、音声電気信号を入力するボイスコイルと、このボイスコイルに結合され、ボイスコイルの振動の伝達を受け、この振動を音響変換する振動板とにより構成している。
【０００６】
このため、この振動板とボイスコイルとは電気音響変換器を構成する上で必要不可欠の構成部品となっている。この電気音響変換器の薄型化を図るため、図７に示すような平面スピーカーの構造が提案されている。
【０００７】
図７は従来の電気音響変換器の一種である平面スピーカーの構成を示し、図７（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＤ−Ｄ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＷ−Ｗ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。
【０００８】
図７において１０１は鉄等からなり、一方を開放した箱型のヨークである。ヨーク１０１の周囲は非磁性体のポリカーボネイト等の樹脂材料からなるフレーム１０２によって囲まれている。
【０００９】
１０３はヨーク１０１の片面にその磁軸が垂直になるように設置された永久磁石であり、この永久磁石１０３の上部には漏洩磁束の安定を目的に鉄等からなるプレート１０４が載置されている。ヨーク１０１と永久磁石１０３とプレート１０４とから磁気回路１０５を構成している。
【００１０】
１０６はプレート１０４から所定距離だけ離して配設された振動板であり、柔軟性に富むウレタン等からなる支持部材１０７によって支持されており、これにより振動板１０６は上下にスムーズに振幅できるように構成されている。
【００１１】
また、この振動板１０６は、絶縁性を有するポリイミド等のフィルム基材１０８の片面に、アルミニウムのワイヤー等を巻回することにより形成した渦巻状ボイスコイル１０９を接着固定して構成されている。
【００１２】
このような構成により、渦巻状ボイスコイル１０９に図示した方向に電流が流れると、渦巻状ボイスコイル１０９は磁気回路１０５によって形成される漏洩磁界に影響を受けるため、すなわち図中のＨ方向の磁束に対し、フレミングの左手の法則により、Ｆの方向の電磁力を受けるため、振動板１０６は渦巻状ボイスコイル１０９に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。
【００１３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【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】
【００１４】
従来のこの種のスピーカーでは、漏洩磁束によりボイスコイルを駆動させているため、ボイスコイルには小さい磁束密度しか作用させることができず、高音圧化を図ることが困難であった。従って、前記従来の平面スピーカーでは高音圧化を図ろうとするとコイル自身の自己インダクタンスを上げる必要があるが、インピーダンスを一定にして、自己インダクタンスを上げるには、ボイスコイル自身の線径を太くしてコイルの巻き数を増やすことが必要であった。このため、ボイスコイル自身の厚みが大きくなるとともに面積が大きくなり、重量が増加してしまい、高音圧化、薄型化、が図りにくくなるものであった。
【００１５】
また、ボイスコイル自身の重量が増加するとボイスコイルの基材に対する面積あたりの接着強度が低下するため、振動板の振動により基材とボイスコイルの接合ずれや剥離が生じてしまい、ボイスコイルが振動板に衝突し、異音が発生してしまうという課題を有していた。さらに、接合ずれや剥離等の結合不良はボイスコイルで発生するジュール熱によってボイスコイルと基材の接合強度が低下することによっても生じ、従来の平面スピーカーでは薄型化と高音圧化に限界を有するものであった。
【００１６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、薄型で高音圧対応可能な電気音響変換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために本発明は、振動板の形成を、導電体をワイヤー状の導電体芯材の周囲に導電体被覆として、少なくとも絶縁層を形成したもので構成するとともに、その導電体を配列させ、結合させることにより一体化された振動板として構成したところに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は前記特徴構成により、振動板を導電体だけで形成することができ、導電体自身を振動板として機能させることができるため、従来のようなボイスコイルを保持するための基材が不要となり、軽量化、薄型化を図ることができる。
【００１９】
また、従来のようなボイスコイルと基材の接合ずれや剥離が全く発生しないため、振動伝達ロスのない、薄型化で高音圧対応可能な電気音響変換器を提供できるものである。また、部品点数を削減することができるため、生産性の向上およびコストダウンを図ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明における実施の形態１のスピーカーの構成を示し、図１（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＡ−Ａ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。また、図２は導電体となるマグネットワイヤーの断面図である。
【００２１】
図１において１１は鉄等からなる一方を開放した箱型のヨークである。ヨーク１１の周囲は非磁性体のポリカーボネイト等のフレーム１２によって囲まれている。
【００２２】
１３はヨーク１１の片面にその磁軸が垂直になるように設置された永久磁石であり、この永久磁石１３の上部には漏洩磁束の安定を目的に鉄等からなるプレート１４が載置されている。ヨーク１１と永久磁石１３とプレート１４とから磁気回路１５を構成している。
【００２３】
１６はプレート１４から所定距離だけ離して配設された振動板であり、柔軟性に富むウレタン等からなる支持部材１７によって支持されており、これにより振動板１６は上下にスムーズに振幅できるように構成されている。
【００２４】
また、この振動板１６は音声電気信号が入力されるワイヤー状の導電体２０によって構成されており、その導電体２０は図２に示すように構成されている。すなわち本実施の形態では導電体２０としてマグネットワイヤーが利用されており、このマグネットワイヤーはその中心にアルミニウムからなる導電体芯材２１を有し、導電体被覆としてその周囲をポリイミド等からなる絶縁層２２で覆うとともに、さらにその周囲をポリアミド、エポキシ等の融着層２３で覆って平角線状に構成されている。
【００２５】
この融着層２３については、必ずしも最初から存在する必要はなく、ボイスコイルを形成する時に塗布される構成のものであっても良い。
【００２６】
本実施の形態では、この導電体２０を角型渦巻状に隙間なく巻線して平板状に構成し、これに熱を加えることにより隣り合う融着層２３同士を固着させて、導電体２０が一体化した略平板状の振動板１６として使用している。
【００２７】
また、この導電体２０の巻き始め部１８ａと巻き終わり部１８ｂを、フレーム１２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用することができる。このとき、導電体２０の巻き始め部１８ａと巻き終わり部１８ｂのそれぞれとターミナルとの接続には金糸線等の柔軟性に富む導電体（図示せず）を用いることが好ましい。それにより導電体２０で形成された振動板１６と、フレーム１２上に設けられたターミナルとの間に、振動板１６の上下振幅を容易に確保することができるものである。
【００２８】
このように構成された本実施の形態のスピーカーは以下のように動作するものである。すなわち、ヨーク１１と永久磁石１３とプレート１４とによる磁気回路１５によって図中Ｈ方向の磁界が発生している。この磁界中では図示する方向の電流に対し、フレミングの左手の法則により、Ｆ方向の電磁力を受けるため、振動板１６は導電体２０に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態は従来の振動板１０６を図１に示されるような振動板１６に置き換えるだけで以下のような特徴を奏するものである。
【００３０】
まず、本実施の形態によれば、振動板１６を導電体２０だけで形成することができ、従来スピーカーのボイスコイルとしての役割を果たしている導電体自身を振動板として機能させることができるため、従来のような渦巻状ボイスコイル１０９を保持するためのフィルム基材１０８が不要となり、軽量化、薄型化を図ることができる。
【００３１】
さらに、従来の構成では、振動板１０６であるフィルム基材１０８と導電体である渦巻状ボイスコイル１０９との間には原理的に、接合における振動伝達ロスが発生することになり、また、渦巻状ボイスコイル１０９における重量増加やジュール熱によって接着強度が低下することにより、接合ずれや剥離が発生することがあったが、本実施の形態によればフィルム基材１０８を必要としない構成であることから、接合ずれや剥離は発生しない。
【００３２】
また、従来は振動板１０６の軽量化を図るために、磁気回路１０５による磁界の発生領域に応じ渦巻状ボイスコイル１０９をフィルム基材１０８上に形成していたので、振幅によっては磁界領域を外れることで不安定な振動になる場合があったが、本実施の形態によれば、振動板１６全体にわたり導電体２０が存在するため、振動板１６としての振動モードを安定化させることができる構成となっている。これにより振動板１６における不要共振をなくし、音圧周波数特性や歪を良好化させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、従来の構成に比べ、導電体２０を隙間なく一様に巻線配置することが可能となることから、導電体２０を磁界中に、占積率高く、均一に配置することができ、変換効率向上と、ローリングが発生しない安定した上下振幅を得ることができる。よって、音圧レベルの向上と歪の低減を図ることができる。
【００３４】
さらに、導電体２０にマグネットワイヤーを使用していることで、導電体材料として既存の市販品を使用することができ、生産性の向上と低コスト化を図ることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態において振動板１６を形成している導電体芯材２１にはアルミニウムを用いているが、これにより振動板１６の軽量化を図ることができるため、高音圧化とともに、高域限界周波数伸長に適したスピーカーを実現することができる。一方、導電体芯材２１に銅を用いると、アルミニウムに比べ比抵抗が低いため、同じインピーダンス値に対して大きな自己インダクタンスを得られることによる音圧レベルの向上と、最低共振周波数（Ｆ０値）伸長に適したスピーカーとすることができる。
【００３６】
さらに、金糸線やターミナル部との結合も、その半田付けの良好性から信頼性の高いものとなり、材料物性的にも弾性率が高く、振動時における断線耐性を向上させることで、さらに信頼性を高めることができる。
【００３７】
なお、導電体芯材２１にアルミニウムと銅の混合物を用いることにより、前記両方の特徴を得ることができる。
【００３８】
すなわち、アルミニウムによる高域限界周波数の伸長と、銅による信頼性の向上を両立させることができる。
【００３９】
また、従来はフィルム基材１０８などの平板状のものに渦巻状ボイスコイル１０９を形成させることで振動板１０６を構成させていたため、従来の振動板の構成で、例えば凸面状や球面状の振動板１０６を形成しようとすると、渦巻状ボイスコイル１０９がフィルム基材１０８から外れやすい構造になってしまうものであったが、本実施の形態によると導電体自体を例えば凸面状や球面状に容易に加工することができ、振動板の形状における設計自由度が飛躍的に向上するものである。
【００４０】
また、振動板がコーン型の形状の場合、従来であれば図６（ａ）に示されるように振動板６６ａを駆動させようとすると、必ずボイスコイル６９が必要になるとともに接合部６８が必要となるものであり、常にボイスコイル６９の振動を接合部６８を介して間接的に伝えるものであった。一方、本実施の形態によれば、図６（ｂ）に示されるように振動板６６ｂ自体を導電体によって形成することができるため、すなわち、振動板６６ｂ自体が従来のボイスコイル６９として機能するため、従来のような間接駆動ではなく、直接駆動が可能になる。
【００４１】
この動作原理としては、導電体により形成された振動板６６ｂに、この振動板６６ｂが振動可能なように、漏洩磁束を作用させる磁気回路を近傍に設けることで対応している。この構成により、振動伝達ロスをなくし音圧レベルの向上を図ることができ、さらに、高忠実度再生も可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば振動板１６を駆動する磁気回路１５は永久磁石１３による直流磁界を発生させているが、この磁気回路の代わりに直流電流による誘導磁界を発生させても同様の効果を得るものである。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施形態２を示す。図３（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＢ−Ｂ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。
【００４４】
本実施の形態の特徴は、図３（ｃ）において４個の渦巻状コイル３９ａ〜ｄが１本のつながった導電体２０から構成されている点である。すなわち、図３（ｃ）において、巻き始め部３８ａを開始点とする導電体２０は、渦巻状コイル３９ｄにおいて外側から内側に向かって巻かれており、中心部で渦巻状コイル３９ｄの下面を通って渦巻状コイル３９ｃの中心部となり、そこから外側に向かって巻かれ、そのまま渦巻状コイル３９ｂにおいて外側から内側に巻かれ、再び渦巻状コイル３９ｂの下面を通って渦巻状コイル３９ａの中心部から外側に向かって巻かれ、巻き終わり部３８ｂにおいて終了点となっている。
【００４５】
また、巻き始め部３８ａと巻き終わり部３８ｂをフレーム３２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用している。
【００４６】
前記のように形成された４個の渦巻状コイル３９ａ〜ｄは一体平板化され振動板３６を構成しており、各コイル３９ａ〜ｄの隣接する辺には、同じ方向に電流が流れるように巻線されている。
【００４７】
このように構成することによって、各コイルの中心部に対向し、隣り合う磁性が反対になるようにその磁軸を垂直にしてヨーク３１に設置されている永久磁石３３と、ヨーク３１と、プレート３４とからなる磁気回路３５から発生する図中Ｈ方向の磁界中では、フレミングの左手の法則により、Ｆ方向の電磁力を受ける。
【００４８】
この構成から振動板３６は導電体２０に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。
【００４９】
本実施の形態において、渦巻状コイル３９ａ〜ｄのコイル数が４個に増えたこととそれに応じた磁気回路３５を構成したことにより、振動板３６の駆動力が高まり、音圧レベルの向上を図ることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施形態３を示す。図４（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＣ−Ｃ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＺ−Ｚ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。
【００５１】
本実施の形態の特徴は導電体を渦巻状でなく、直線状にかつ並列に配置したことであり、これに伴い、磁気回路も磁束の方向が一方向になるように構成したことを特徴とした点である。
【００５２】
図４（ｃ）において振動板４６は複数本の導電体２０を直線状にかつ並列に隙間なく配置し、一体平板化することにより形成されている。なお、導電体２０の各両端部は電気的にも接続されており、その両端部４８ａおよび４８ｂをフレーム４２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用している。
【００５３】
永久磁石４３はその磁軸を垂直にし、かつ隣り合う磁性が同じになるように着磁され、導電体２０と同方向に細長い形状で複数配置した状態で、ヨーク４１、プレート４４とともに磁気回路４５を構成している。
【００５４】
特にプレート４４は図４（ａ）にあるように、永久磁石４３と、ヨーク４１とからループ状になるように配置することで、導電体２０の方向と垂直の図中Ｈ方向に集中させて磁界を発生させることができるものである。このＨ方向の磁界に対し、図中矢印方向の電流はＦ方向の電磁力を受けることにより、振動板４６は導電体２０に流れる電流に対し上下に振幅し、音を発生することになる。
【００５５】
また、従来の構成による渦巻状コイル１０９の自己インダクタンスによるインピーダンスの増加に比べ、本実施の形態によると、一定の長さに切断された導電体２０を並列接続構成していることから、低インピーダンス化を図ることができ、変換効率が向上し、消費電力を低減させることが可能となる。
【００５６】
また、従来の構成による振動板１０６における渦巻状コイル１０９の巻線工程が不要となるので、本実施の形態においては生産性の向上を図ることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態の中で、磁気回路は図中に２個図示したが、２個以上とすることで磁界は強くなり、音圧レベルはさらに向上する。
【００５８】
なお、本実施の形態では振動板４６を１層の導電体２０としているが２層以上の導電体２０でもよく、これによりコイルの自己インダクタンスが向上し、さらに音圧レベルの向上を図ることができる。
【００５９】
また、本実施の形態では方形としたが円形や楕円形、トラック形等のスリム形状でも同様の効果が得られる。
【００６０】
これらは本実施の形態１、２についても同様のことが言えるものである。
【００６１】
（実施の形態４）
図５は導電体２０であるマグネットワイヤーの断面図である。
【００６２】
（ａ）は本実施形態１で用いた平角線の断面図である。中心の導電体芯材２１は断面形状が平角状であることから、導電体被覆となる融着層２３の接触面積を広くし、接合強度を高めるとともに導電芯材の占積率向上を図ることができ、音圧レベルを向上することを特徴としたものである。
【００６３】
図５（ｂ）〜（ｆ）はそのほかの断面形状である。（ｂ）は円形であり、この形状は導電体２０であるマグネットワイヤーとして最も広く用いられている形状であることから、汎用性がありコストダウンを図ることができるものである。
【００６４】
（ｃ）はトラック形であり、（ｂ）に比べ、より薄型化を図ることができるものである。
【００６５】
（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ三角形、台形、菱形であり、導電体同士の接合部分が面状であるとともに、振動板としての振動方向に対して接触面が斜めに構成されている。この構成により、振動板の上下振幅に対して外れにくくなる効果を発揮している。すなわち、力の加わり方が均等にならなかった場合や、振動板の場所により力の加わり方に差がある場合に振動板を引き裂く方向にせん断応力が働くことになるので、これを防ぐ効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかる電気音響変換器は、薄型化とともに高音圧化が必要な映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、さらには自動車等の装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの断面図、（ｃ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの振動板の平面図
【図２】本発明の実施の形態１、２、３におけるスピーカーの振動板に用いられるマグネットワイヤーの断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの断面図、（ｃ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの振動板の平面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態３におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるスピーカーの断面図、（ｃ）本発明の実施の形態３におけるスピーカーの振動板の平面図
【図５】（ａ）〜（ｆ）本発明の実施の形態１、２、３におけるスピーカーの振動板に用いられるマグネットワイヤーの断面図
【図６】（ａ）従来のスピーカーの振動板とボイスコイルにおける斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１の応用例における振動板の斜視図
【図７】（ａ）従来の平面スピーカーの断面図、（ｂ）従来の平面スピーカーの断面図、（ｃ）従来の平面スピーカーの振動板の平面図
【符号の説明】
【００６８】
１１，３１，４１，１０１ ヨーク
１２，３２，４２，１０２ フレーム
１３，３３，４３，１０３ 永久磁石
１４，３４，４４，１０４ プレート
１５，３５，４５，１０５ 磁気回路
１６，３６，４６，１０６ 振動板
１７，１０７ 支持部材
１８ａ，３８ａ 巻き始め部
１８ｂ，３８ｂ 巻き終わり部
２０ 導電体
２１ 導電体芯材
２２ 導電体被覆・絶縁層
２３ 導電体被覆・融着層
３９ａ〜ｄ 渦巻状ボイスコイル
４８ａ，４８ｂ 導電体端部
６６ａ，６６ｂ 振動板
６８ 接合部
６９ ボイスコイル
１０８ フィルム基材
１０９ 渦巻状コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種音響機器や映像機器、情報通信機器に使用される電気音響変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気音響変換器は、これが搭載されるセットとして携帯電話やステレオセット、テレビ等の電子機器、さらには自動車等の移動装置に使用されることが多かった。
【０００３】
これらの電子機器は、最近の市場動向として、小型化が図られ、特にテレビ等の映像分野では、液晶テレビ、プラズマディスプレイテレビ等の薄型テレビの急速な普及に伴い、従来にない薄型化が要望されるようになってきた。
【０００４】
このような市場動向を背景に、これら電子機器や装置に使用されている電気音響変換器についても薄型化と、さらに大入力を可能とする高耐入力化の厳しい市場要求がなされている。
【０００５】
従来の電気音響変換器の振動系は、音声電気信号を入力するボイスコイルと、このボイスコイルに結合され、ボイスコイルの振動の伝達を受け、この振動を音響変換する振動板とにより構成している。
【０００６】
このため、この振動板とボイスコイルとは電気音響変換器を構成する上で必要不可欠の構成部品となっている。この電気音響変換器の薄型化を図るため、図７に示すような平面スピーカーの構造が提案されている。
【０００７】
図７は従来の電気音響変換器の一種である平面スピーカーの構成を示し、図７（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＤ−Ｄ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＷ−Ｗ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。
【０００８】
図７において１０１は鉄等からなり、一方を開放した箱型のヨークである。ヨーク１０１の周囲は非磁性体のポリカーボネイト等の樹脂材料からなるフレーム１０２によって囲まれている。
【０００９】
１０３はヨーク１０１の片面にその磁軸が垂直になるように設置された永久磁石であり、この永久磁石１０３の上部には漏洩磁束の安定を目的に鉄等からなるプレート１０４が載置されている。ヨーク１０１と永久磁石１０３とプレート１０４とから磁気回路１０５を構成している。
【００１０】
１０６はプレート１０４から所定距離だけ離して配設された振動板であり、柔軟性に富むウレタン等からなる支持部材１０７によって支持されており、これにより振動板１０６は上下にスムーズに振幅できるように構成されている。
【００１１】
また、この振動板１０６は、絶縁性を有するポリイミド等のフィルム基材１０８の片面に、アルミニウムのワイヤー等を巻回することにより形成した渦巻状ボイスコイル１０９を接着固定して構成されている。
【００１２】
このような構成により、渦巻状ボイスコイル１０９に図示した方向に電流が流れると、渦巻状ボイスコイル１０９は磁気回路１０５によって形成される漏洩磁界に影響を受けるため、すなわち図中のＨ方向の磁束に対し、フレミングの左手の法則により、Ｆの方向の電磁力を受けるため、振動板１０６は渦巻状ボイスコイル１０９に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。
【００１３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【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】
【００１４】
従来のこの種のスピーカーでは、漏洩磁束によりボイスコイルを駆動させているため、ボイスコイルには小さい磁束密度しか作用させることができず、高音圧化を図ることが困難であった。従って、前記従来の平面スピーカーでは高音圧化を図ろうとするとコイル自身の自己インダクタンスを上げる必要があるが、インピーダンスを一定にして、自己インダクタンスを上げるには、ボイスコイル自身の線径を太くしてコイルの巻き数を増やすことが必要であった。このため、ボイスコイル自身の厚みが大きくなるとともに面積が大きくなり、重量が増加してしまい、高音圧化、薄型化、が図りにくくなるものであった。
【００１５】
また、ボイスコイル自身の重量が増加するとボイスコイルの基材に対する面積あたりの接着強度が低下するため、振動板の振動により基材とボイスコイルの接合ずれや剥離が生じてしまい、ボイスコイルが振動板に衝突し、異音が発生してしまうという課題を有していた。さらに、接合ずれや剥離等の結合不良はボイスコイルで発生するジュール熱によってボイスコイルと基材の接合強度が低下することによっても生じ、従来の平面スピーカーでは薄型化と高音圧化に限界を有するものであった。
【００１６】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、薄型で高音圧対応可能な電気音響変換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために本発明は、振動板の形成を、導電体をワイヤー状の導電体芯材の周囲に導電体被覆として、少なくとも絶縁層を形成したもので構成するとともに、その導電体を配列させ、結合させることにより一体化された振動板として構成したところに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は前記特徴構成により、振動板を導電体だけで形成することができ、導電体自身を振動板として機能させることができるため、従来のようなボイスコイルを保持するための基材が不要となり、軽量化、薄型化を図ることができる。
【００１９】
また、従来のようなボイスコイルと基材の接合ずれや剥離が全く発生しないため、振動伝達ロスのない、薄型化で高音圧対応可能な電気音響変換器を提供できるものである。また、部品点数を削減することができるため、生産性の向上およびコストダウンを図ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明における実施の形態１のスピーカーの構成を示し、図１（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＡ−Ａ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。また、図２は導電体となるマグネットワイヤーの断面図である。
【００２１】
図１において１１は鉄等からなる一方を開放した箱型のヨークである。ヨーク１１の周囲は非磁性体のポリカーボネイト等のフレーム１２によって囲まれている。
【００２２】
１３はヨーク１１の片面にその磁軸が垂直になるように設置された永久磁石であり、この永久磁石１３の上部には漏洩磁束の安定を目的に鉄等からなるプレート１４が載置されている。ヨーク１１と永久磁石１３とプレート１４とから磁気回路１５を構成している。
【００２３】
１６はプレート１４から所定距離だけ離して配設された振動板であり、柔軟性に富むウレタン等からなる支持部材１７によって支持されており、これにより振動板１６は上下にスムーズに振幅できるように構成されている。
【００２４】
また、この振動板１６は音声電気信号が入力されるワイヤー状の導電体２０によって構成されており、その導電体２０は図２に示すように構成されている。すなわち本実施の形態では導電体２０としてマグネットワイヤーが利用されており、このマグネットワイヤーはその中心にアルミニウムからなる導電体芯材２１を有し、導電体被覆としてその周囲をポリイミド等からなる絶縁層２２で覆うとともに、さらにその周囲をポリアミド、エポキシ等の融着層２３で覆って平角線状に構成されている。
【００２５】
この融着層２３については、必ずしも最初から存在する必要はなく、ボイスコイルを形成する時に塗布される構成のものであっても良い。
【００２６】
本実施の形態では、この導電体２０を角型渦巻状に隙間なく巻線して平板状に構成し、これに熱を加えることにより隣り合う融着層２３同士を固着させて、導電体２０が一体化した略平板状の振動板１６として使用している。
【００２７】
また、この導電体２０の巻き始め部１８ａと巻き終わり部１８ｂを、フレーム１２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用することができる。このとき、導電体２０の巻き始め部１８ａと巻き終わり部１８ｂのそれぞれとターミナルとの接続には金糸線等の柔軟性に富む導電体（図示せず）を用いることが好ましい。それにより導電体２０で形成された振動板１６と、フレーム１２上に設けられたターミナルとの間に、振動板１６の上下振幅を容易に確保することができるものである。
【００２８】
このように構成された本実施の形態のスピーカーは以下のように動作するものである。すなわち、ヨーク１１と永久磁石１３とプレート１４とによる磁気回路１５によって図中Ｈ方向の磁界が発生している。この磁界中では図示する方向の電流に対し、フレミングの左手の法則により、Ｆ方向の電磁力を受けるため、振動板１６は導電体２０に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態は従来の振動板１０６を図１に示されるような振動板１６に置き換えるだけで以下のような特徴を奏するものである。
【００３０】
まず、本実施の形態によれば、振動板１６を導電体２０だけで形成することができ、従来スピーカーのボイスコイルとしての役割を果たしている導電体自身を振動板として機能させることができるため、従来のような渦巻状ボイスコイル１０９を保持するためのフィルム基材１０８が不要となり、軽量化、薄型化を図ることができる。
【００３１】
さらに、従来の構成では、振動板１０６であるフィルム基材１０８と導電体である渦巻状ボイスコイル１０９との間には原理的に、接合における振動伝達ロスが発生することになり、また、渦巻状ボイスコイル１０９における重量増加やジュール熱によって接着強度が低下することにより、接合ずれや剥離が発生することがあったが、本実施の形態によればフィルム基材１０８を必要としない構成であることから、接合ずれや剥離は発生しない。
【００３２】
また、従来は振動板１０６の軽量化を図るために、磁気回路１０５による磁界の発生領域に応じ渦巻状ボイスコイル１０９をフィルム基材１０８上に形成していたので、振幅によっては磁界領域を外れることで不安定な振動になる場合があったが、本実施の形態によれば、振動板１６全体にわたり導電体２０が存在するため、振動板１６としての振動モードを安定化させることができる構成となっている。これにより振動板１６における不要共振をなくし、音圧周波数特性や歪を良好化させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態によれば、従来の構成に比べ、導電体２０を隙間なく一様に巻線配置することが可能となることから、導電体２０を磁界中に、占積率高く、均一に配置することができ、変換効率向上と、ローリングが発生しない安定した上下振幅を得ることができる。よって、音圧レベルの向上と歪の低減を図ることができる。
【００３４】
さらに、導電体２０にマグネットワイヤーを使用していることで、導電体材料として既存の市販品を使用することができ、生産性の向上と低コスト化を図ることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態において振動板１６を形成している導電体芯材２１にはアルミニウムを用いているが、これにより振動板１６の軽量化を図ることができるため、高音圧化とともに、高域限界周波数伸長に適したスピーカーを実現することができる。一方、導電体芯材２１に銅を用いると、アルミニウムに比べ比抵抗が低いため、同じインピーダンス値に対して大きな自己インダクタンスを得られることによる音圧レベルの向上と、最低共振周波数（Ｆ０値）伸長に適したスピーカーとすることができる。
【００３６】
さらに、金糸線やターミナル部との結合も、その半田付けの良好性から信頼性の高いものとなり、材料物性的にも弾性率が高く、振動時における断線耐性を向上させることで、さらに信頼性を高めることができる。
【００３７】
なお、導電体芯材２１にアルミニウムと銅の混合物を用いることにより、前記両方の特徴を得ることができる。
【００３８】
すなわち、アルミニウムによる高域限界周波数の伸長と、銅による信頼性の向上を両立させることができる。
【００３９】
また、従来はフィルム基材１０８などの平板状のものに渦巻状ボイスコイル１０９を形成させることで振動板１０６を構成させていたため、従来の振動板の構成で、例えば凸面状や球面状の振動板１０６を形成しようとすると、渦巻状ボイスコイル１０９がフィルム基材１０８から外れやすい構造になってしまうものであったが、本実施の形態によると導電体自体を例えば凸面状や球面状に容易に加工することができ、振動板の形状における設計自由度が飛躍的に向上するものである。
【００４０】
また、振動板がコーン型の形状の場合、従来であれば図６（ａ）に示されるように振動板６６ａを駆動させようとすると、必ずボイスコイル６９が必要になるとともに接合部６８が必要となるものであり、常にボイスコイル６９の振動を接合部６８を介して間接的に伝えるものであった。一方、本実施の形態によれば、図６（ｂ）に示されるように振動板６６ｂ自体を導電体によって形成することができるため、すなわち、振動板６６ｂ自体が従来のボイスコイル６９として機能するため、従来のような間接駆動ではなく、直接駆動が可能になる。
【００４１】
この動作原理としては、導電体により形成された振動板６６ｂに、この振動板６６ｂが振動可能なように、漏洩磁束を作用させる磁気回路を近傍に設けることで対応している。この構成により、振動伝達ロスをなくし音圧レベルの向上を図ることができ、さらに、高忠実度再生も可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば振動板１６を駆動する磁気回路１５は永久磁石１３による直流磁界を発生させているが、この磁気回路の代わりに直流電流による誘導磁界を発生させても同様の効果を得るものである。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施形態２を示す。図３（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＢ−Ｂ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。
【００４４】
本実施の形態の特徴は、図３（ｃ）において４個の渦巻状コイル３９ａ〜ｄが１本のつながった導電体２０から構成されている点である。すなわち、図３（ｃ）において、巻き始め部３８ａを開始点とする導電体２０は、渦巻状コイル３９ｄにおいて外側から内側に向かって巻かれており、中心部で渦巻状コイル３９ｄの下面を通って渦巻状コイル３９ｃの中心部となり、そこから外側に向かって巻かれ、そのまま渦巻状コイル３９ｂにおいて外側から内側に巻かれ、再び渦巻状コイル３９ｂの下面を通って渦巻状コイル３９ａの中心部から外側に向かって巻かれ、巻き終わり部３８ｂにおいて終了点となっている。
【００４５】
また、巻き始め部３８ａと巻き終わり部３８ｂをフレーム３２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用している。
【００４６】
前記のように形成された４個の渦巻状コイル３９ａ〜ｄは一体平板化され振動板３６を構成しており、各コイル３９ａ〜ｄの隣接する辺には、同じ方向に電流が流れるように巻線されている。
【００４７】
このように構成することによって、各コイルの中心部に対向し、隣り合う磁性が反対になるようにその磁軸を垂直にしてヨーク３１に設置されている永久磁石３３と、ヨーク３１と、プレート３４とからなる磁気回路３５から発生する図中Ｈ方向の磁界中では、フレミングの左手の法則により、Ｆ方向の電磁力を受ける。
【００４８】
この構成から振動板３６は導電体２０に流れる電流によって上下に振動し、音が発生することになる。
【００４９】
本実施の形態において、渦巻状コイル３９ａ〜ｄのコイル数が４個に増えたこととそれに応じた磁気回路３５を構成したことにより、振動板３６の駆動力が高まり、音圧レベルの向上を図ることができる。
【００５０】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施形態３を示す。図４（ａ）は、（ｂ）および（ｃ）におけるＣ−Ｃ’面での断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＺ−Ｚ’面での断面図、（ｃ）は振動板の平面図である。
【００５１】
本実施の形態の特徴は導電体を渦巻状でなく、直線状にかつ並列に配置したことであり、これに伴い、磁気回路も磁束の方向が一方向になるように構成したことを特徴とした点である。
【００５２】
図４（ｃ）において振動板４６は複数本の導電体２０を直線状にかつ並列に隙間なく配置し、一体平板化することにより形成されている。なお、導電体２０の各両端部は電気的にも接続されており、その両端部４８ａおよび４８ｂをフレーム４２上に固定することにより音声電気信号を入力するターミナル（図示せず）として使用している。
【００５３】
永久磁石４３はその磁軸を垂直にし、かつ隣り合う磁性が同じになるように着磁され、導電体２０と同方向に細長い形状で複数配置した状態で、ヨーク４１、プレート４４とともに磁気回路４５を構成している。
【００５４】
特にプレート４４は図４（ａ）にあるように、永久磁石４３と、ヨーク４１とからループ状になるように配置することで、導電体２０の方向と垂直の図中Ｈ方向に集中させて磁界を発生させることができるものである。このＨ方向の磁界に対し、図中矢印方向の電流はＦ方向の電磁力を受けることにより、振動板４６は導電体２０に流れる電流に対し上下に振幅し、音を発生することになる。
【００５５】
また、従来の構成による渦巻状コイル１０９の自己インダクタンスによるインピーダンスの増加に比べ、本実施の形態によると、一定の長さに切断された導電体２０を並列接続構成していることから、低インピーダンス化を図ることができ、変換効率が向上し、消費電力を低減させることが可能となる。
【００５６】
また、従来の構成による振動板１０６における渦巻状コイル１０９の巻線工程が不要となるので、本実施の形態においては生産性の向上を図ることができる。
【００５７】
なお、本実施の形態の中で、磁気回路は図中に２個図示したが、２個以上とすることで磁界は強くなり、音圧レベルはさらに向上する。
【００５８】
なお、本実施の形態では振動板４６を１層の導電体２０としているが２層以上の導電体２０でもよく、これによりコイルの自己インダクタンスが向上し、さらに音圧レベルの向上を図ることができる。
【００５９】
また、本実施の形態では方形としたが円形や楕円形、トラック形等のスリム形状でも同様の効果が得られる。
【００６０】
これらは本実施の形態１、２についても同様のことが言えるものである。
【００６１】
（実施の形態４）
図５は導電体２０であるマグネットワイヤーの断面図である。
【００６２】
（ａ）は本実施形態１で用いた平角線の断面図である。中心の導電体芯材２１は断面形状が平角状であることから、導電体被覆となる融着層２３の接触面積を広くし、接合強度を高めるとともに導電芯材の占積率向上を図ることができ、音圧レベルを向上することを特徴としたものである。
【００６３】
図５（ｂ）〜（ｆ）はそのほかの断面形状である。（ｂ）は円形であり、この形状は導電体２０であるマグネットワイヤーとして最も広く用いられている形状であることから、汎用性がありコストダウンを図ることができるものである。
【００６４】
（ｃ）はトラック形であり、（ｂ）に比べ、より薄型化を図ることができるものである。
【００６５】
（ｄ）〜（ｆ）は、それぞれ三角形、台形、菱形であり、導電体同士の接合部分が面状であるとともに、振動板としての振動方向に対して接触面が斜めに構成されている。この構成により、振動板の上下振幅に対して外れにくくなる効果を発揮している。すなわち、力の加わり方が均等にならなかった場合や、振動板の場所により力の加わり方に差がある場合に振動板を引き裂く方向にせん断応力が働くことになるので、これを防ぐ効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかる電気音響変換器は、薄型化とともに高音圧化が必要な映像音響機器や情報通信機器等の電子機器、さらには自動車等の装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの断面図、（ｃ）本発明の実施の形態１におけるスピーカーの振動板の平面図
【図２】本発明の実施の形態１、２、３におけるスピーカーの振動板に用いられるマグネットワイヤーの断面図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの断面図、（ｃ）本発明の実施の形態２におけるスピーカーの振動板の平面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態３におけるスピーカーの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるスピーカーの断面図、（ｃ）本発明の実施の形態３におけるスピーカーの振動板の平面図
【図５】（ａ）〜（ｆ）本発明の実施の形態１、２、３におけるスピーカーの振動板に用いられるマグネットワイヤーの断面図
【図６】（ａ）従来のスピーカーの振動板とボイスコイルにおける斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態１の応用例における振動板の斜視図
【図７】（ａ）従来の平面スピーカーの断面図、（ｂ）従来の平面スピーカーの断面図、（ｃ）従来の平面スピーカーの振動板の平面図
【符号の説明】
【００６８】
１１，３１，４１，１０１ ヨーク
１２，３２，４２，１０２ フレーム
１３，３３，４３，１０３ 永久磁石
１４，３４，４４，１０４ プレート
１５，３５，４５，１０５ 磁気回路
１６，３６，４６，１０６ 振動板
１７，１０７ 支持部材
１８ａ，３８ａ 巻き始め部
１８ｂ，３８ｂ 巻き終わり部
２０ 導電体
２１ 導電体芯材
２２ 導電体被覆・絶縁層
２３ 導電体被覆・融着層
３９ａ〜ｄ 渦巻状ボイスコイル
４８ａ，４８ｂ 導電体端部
６６ａ，６６ｂ 振動板
６８ 接合部
６９ ボイスコイル
１０８ フィルム基材
１０９ 渦巻状コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号が入力されるワイヤー状の導電体芯材からなるとともに、少なくともその導電体芯材を覆うように絶縁層が形成された導電体によって形成された振動板と、前記振動板を駆動させる磁束発生手段と、前記振動板と前記磁束発生手段を支持するフレームを備え、前記振動板は隣接する前記導電体同士が結合することで一体化されてなることを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
振動板は略平面状に形成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項３】
導電体は渦巻状に形成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項４】
導電体は直線状に形成したものを複数結合して構成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項５】
導電体は、各々が絶縁され、隙間なく結合構成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項６】
導電体は略平面状に形成され、２層以上に積層構成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項７】
導電体がマグネットワイヤーからなることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項８】
マグネットワイヤーの導電体芯材が銅、アルミニウム、あるいは銅とアルミニウムとの混合物からなることを特徴とする請求項７記載の電気音響変換器。
【請求項９】
マグネットワイヤーの断面形状が長方形、正方形、正円、トラック形、三角、台形、菱形のいずれかであることを特徴とする請求項７記載の電気音響変換器。
【請求項１０】
前記磁束発生手段は電流による誘導磁界を用いた請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項１】
電気信号が入力されるワイヤー状の導電体芯材からなるとともに、少なくともその導電体芯材を覆うように絶縁層が形成された導電体によって形成された振動板と、前記振動板を駆動させる磁束発生手段と、前記振動板と前記磁束発生手段を支持するフレームを備え、前記振動板は隣接する前記導電体同士が結合することで一体化されてなることを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
振動板は略平面状に形成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項３】
導電体は渦巻状に形成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項４】
導電体は直線状に形成したものを複数結合して構成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項５】
導電体は、各々が絶縁され、隙間なく結合構成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項６】
導電体は略平面状に形成され、２層以上に積層構成した請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項７】
導電体がマグネットワイヤーからなることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項８】
マグネットワイヤーの導電体芯材が銅、アルミニウム、あるいは銅とアルミニウムとの混合物からなることを特徴とする請求項７記載の電気音響変換器。
【請求項９】
マグネットワイヤーの断面形状が長方形、正方形、正円、トラック形、三角、台形、菱形のいずれかであることを特徴とする請求項７記載の電気音響変換器。
【請求項１０】
前記磁束発生手段は電流による誘導磁界を用いた請求項１記載の電気音響変換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−６７１１２（Ｐ２００６−６７１１２Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４５５７５（Ｐ２００４−２４５５７５）
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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