JP2012119845A - 電磁型電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化できる電磁型電気音響変換器を提供すること。
【解決手段】 信号電流が供給されるコイル２３が巻設された円柱状の磁性材料からなる芯体２２とマグネット２８とを対向して配置し、これら芯体２２とマグネット２８との間に可動磁性板２９とダイヤフラム２７を配置する。上記可動磁性板２９には、上記マグネット２８から直接的にバイアス磁界が印加され、上記コイル２３に供給される信号電流に対応する磁束の変化に基づいて振動する。この可動磁性板２９の振動がダイヤフラム２７で音響信号に変換されて出力される。コイル２３の外周部にリング状マグネットを設ける必要がなく、かつマグネット２８が小型であっても可動磁性板２９を十分に大きな振幅で振動させることができる。また、ヨークを用いずにコイル２３より小さな円柱状の芯体２２を用いるので、占有面積や体積を小さくして小型化が図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばヘッドホン、あるいは携帯電話、携帯情報端末および携帯ゲーム機等の携帯電子機器のスピーカに用いられる電磁型電気音響変換器に関する。

従来、この種の電磁型電気音響変換器には、例えば図４に示すような構成が採用されており、例えば特許文献１の段落［０００２］乃至［０００４］および図１８（ａ）、（ｂ）に類似した構造の電磁型電気音響変換器が記載されている。

図４では、電磁型電気音響変換器の一例としてヘッドホンを例に取って耳当て部の断面構造を示している。すなわち、樹脂等で形成された有底円筒形状のフレーム１の底面に、中央に中空円筒部２ａが形成された円板状の磁性体からなるヨーク２が、この中空円筒部２ａを上にして設置されている。このヨーク２の上記中空円筒部２ａの周囲には、コイル３が巻設されている。また、上記ヨーク２の外周部上には、コイル３の外周部と所定の間隔離隔し、かつフレーム１の内面に沿ってリング状マグネット５が配設されている。

上記フレーム１の上端にはフランジ１ａが設けられており、このフランジ１ａの外周部と樹脂等からなるプロテクタ６の下部内面とが嵌合されてヘッドホンの耳当て部の筐体７が形成される。このプロテクタ６は、ヘッドホンを装着する際に耳に当接するものであり、本例では上面の周辺部がドーム状で中央部がほぼ平坦になっており、放音用の複数の音孔８ａ_１、８ｂ_１、８ｃ_１、８ａ_２、８ｂ_２、８ｃ_２が同心円状に設けられている。ここでは、音孔８ａ_１、８ｃ_１、８ａ_２、８ｃ_２の内径は上下が等しく、音孔８ｂ_１、８ｂ_２には上部に行くに従って広がる凹みが設けられている場合を示している。

上記プロテクタ６の内面の下部には段差部６ａが形成され、上記フレーム１のフランジ１ａの上端に上記段差部６ａと係合する突部１ｂが形成されており、そこに樹脂等からなる円板状のダイヤフラム（振動板）９の外周部が挟持される。このダイヤフラム９は、上記リング状マグネット５、コイル３および中空円筒部２ａのそれぞれの上端から離隔し、かつプロテクタ６の内面とも干渉しないように張設されている。また、このダイヤフラム９上の上記中空円筒部２ａに対応する位置には、磁性体からなる円板状の可動磁性板１０が固着されている。

上記のような構成の電磁型電気音響変換器では、図５において矢印１１Ａ、１１Ｂで示すように、リング状マグネット５から筐体７内、可動磁性板１０の外周部、ヨーク２の中空円筒部２ａおよびこのヨーク２の外周部を介してリング状マグネット５に戻る磁気回路１１Ａ、１１Ｂが形成される。そして、コイル３に音声や音楽等に対応する信号電流が供給されると、電磁誘導作用によりコイル３内に起電力が発生し、磁気回路１１Ａ、１１Ｂの磁束が信号電流のレベルに対応して変化する。これによって、可動磁性板１０が振動し、ダイヤフラム９が振動して信号電流に対応する音声や音楽等の音響信号が生成され、音孔８ａ_１、８ｂ_１、８ｃ_１、８ａ_２、８ｂ_２、８ｃ_２を介して筐体７の外部に出力される。

このように、従来の電磁型電気音響変換器では、リング状マグネット５から可動磁性板１０に印加されるバイアス磁界は、ヨーク２を通して与えられる。また、可動磁性板１０の下にリング状マグネット５が配置されていることから、可動磁性板１０は図５に矢印１２で示すように下向きにバイアスされる。

特開２００１−２３１０９７号公報

しかしながら、上記のような構成では、コイル３の外周部にリング状マグネット５を配置し、かつ可動磁性板１０にヨーク２を介してバイアス磁界を印加するため、磁気回路１１Ａ、１１Ｂが大型となり、電磁型電気音響変換器の小型化が困難であった。

本発明は、上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、可動磁性板にバイアス磁界を直接的に印加することにより小型化を図れる電磁型電気音響変換器を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の電磁型電気音響変換器は、信号電流が供給されるコイル２３が巻設された円柱状の磁性材料からなる芯体２２と、前記芯体２２に対向して配置されたマグネット２８と、前記芯体２２と前記マグネット２８との間に配置されて前記マグネット２８から直接的にバイアス磁界が印加され、前記コイル２３に供給される信号電流に対応する磁束の変化に基づいて振動する可動磁性板２９と、前記芯体２２と前記マグネット２８との間に張設され、前記可動磁性板２９が固着されて前記可動磁性板２９の振動を音響信号に変換するダイヤフラム２７とを具備することを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明は、請求項１記載の電磁型電気音響変換器において、前記コイル２３、前記芯体２２、前記マグネット２８、前記可動磁性板２９および前記ダイヤフラム２７を収容する、非磁性材料からなる筐体２５をさらに具備する。

さらに、請求項３に係る本発明は、請求項２記載の電磁型電気音響変換器において、前記筐体２５は、下部に行くに従って外径が段状に小さくなり、上端にフランジ２１ａを有する有底円筒形状の非磁性材料からなるフレーム２１と、放音用の複数の音孔２６ａ_１、２６ｂ_１、２６ｃ_１、２６ａ_２、２６ｂ_２、２６ｃ_２が形成され、下部内面が前記フランジ２１ａの外周部に嵌合される非磁性材料からなるプロテクタ２４とを備え、前記芯体２２は前記フレーム２１の底部に立設され、前記マグネット２８は、前記芯体２２に対向して前記プロテクタ２４の内面に固着され、前記ダイヤフラム２７は、外周部が前記フレーム２１と前記プロテクタ２４の嵌合部に挟持され、前記芯体２２と前記マグネット２８との間に張設される。

請求項１記載の本発明では、ダイヤフラム２７を振動させる可動磁性板２９を、バイアス磁界を印加するマグネット２８と、コイル２３を巻設した芯体２２との間に配置し、バイアス磁界をマグネット２８から可動磁性板２９に直接印加するようにしたので、コイル２３の外周部にリング状マグネットを設ける必要がない。また、磁気回路を形成しないので、中央に中空円筒部が形成された円板状の磁性体からなるヨークに代えて、上記中空円筒部に対応する大きさの円柱状の磁性材料からなる芯体２２を用いることができる。この結果、リング状マグネットとヨークの配置用の空間（スペース）が不要となり、マグネット２８と芯体２２の占有面積や体積を小さくできるので、電磁型電気音響変換器の小型化が図れる。

また、請求項２記載の本発明では、非磁性材料からなる筐体２５を用いることで、バイアス磁界や磁束の変化に影響を与えることなく、可動磁性板２９とダイヤフラム２７を保護できる。

さらに、請求項３記載の本発明では、磁性材に接触しないマグネット２８により近接して配置された可動磁性板２９に大きなバイアス磁界を直接的、かつ効果的に印加することができるので、マグネット２８の小型化も図れる。また、回路基板やケースへの実装時に、フレーム２１の下面側の段差部と回路基板やケースとの間のスペースに電子部品等を配置して実装密度を上げることができる。

本発明の実施例に係る電磁型電気音響変換器の断面図である。 本発明の実施例に係る電磁型電気音響変換器における磁力線、および可動磁性板のバイアス方向を示す断面図である。 従来と本発明の電磁型電気音響変換器の周波数特性を対比して示す特性図である。 従来の電磁型電気音響変換器の断面図である。 従来の電磁型電気音響変換器における磁気回路、およびバイアス印加方向を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例に係る電磁型電気音響変換器の断面図である。図１では電磁型電気音響変換器の一例として、図４と同様にヘッドホンを例に取って耳当て部の断面構造を示している。樹脂等の非磁性材料で形成され、下部に行くに従って外径が段状に小さくなる有底円筒形状のフレーム２１の底面に、円柱状の磁性材料からなる芯体（例えば鉄芯）２２が設置されている。この芯体２２は、その下部がフレーム２１の底面に形成されたヨーク取付用凹部２１ｂに収納されて接着剤等で固定されることで底面から立設されている。

上記芯体２２の周囲には、コイル２３が巻設されている。このコイル２３はボビンを介して芯体２２に巻設しても良いし、直接芯体２２に巻設しても良い。あるいは、樹脂を用いて熱融着して一体化したコイル（ボビンレスコイル）を芯体２２に投入して接着すれば製造工程の簡単化が図れる。

上記フレーム２１の上端にはフランジ２１ａが設けられており、このフランジ２１ａの外周部と樹脂等の非磁性材料からなるプロテクタ２４の下部内面とが嵌合されてヘッドホンの耳当て部の筐体２５が形成される。このプロテクタ２４は、ヘッドホンを装着する際に耳に当接するものであり、本例では上面の周辺部がドーム状で中央部がほぼ平坦になっており、放音用の複数の音孔２６ａ_１、２６ｂ_１、２６ｃ_１、２６ａ_２、２６ｂ_２、２６ｃ_２が同心円状に設けられている。ここでは、音孔２６ａ_１、２６ｃ_１、２６ａ_２、２６ｃ_２の内径は上下が等しく、音孔２６ｂ_１、２６ｂ_２には上部に行くに従って広がる凹みが設けられている場合を示している。

上記プロテクタ２４の内面中央部には、マグネットの位置決めと固定を行うためのマグネット取付用凹部２４ａが形成されており、このマグネット取付用凹部２４ａに短円柱状のマグネット（永久磁石）２８の上部が収容され、接着剤等で固定されている。この際、マグネット２８の下面と上記芯体２２の上面が対向し、かつ短円柱状のマグネット２８と円柱状の芯体２２の中心軸が一致するように配置される。

また、上記プロテクタ２４の内面の下部には段差部２４ｂが形成され、上記フレーム２１のフランジ２１ａの上端に上記段差部２４ｂと係合する突部２１ｃが形成されており、そこに樹脂等からなる円板状のダイヤフラム（振動板）２７の外周部が挟持される。このダイヤフラム２７は、上記芯体２２およびコイル２３の上端から離隔し、かつマグネット２８の下端とも干渉しないように張設されている。このダイヤフラム２７の下面には、上記芯体２２に対応する位置に、磁性体からなる円板状の可動磁性板２９が固着されている。

上記のような構成の電磁型電気音響変換器では、マグネット２８から可動磁性板２９にバイアス磁界が直接的に印加される。すなわち、図２において矢印で示すように、可動磁性板２９には、芯体２２から上方のマグネット２８へ向かう方向の磁力線３０Ａ、３０Ｂと、マグネット２８から筐体２５の外部へ出た後、筐体２５内に入り、再びマグネット２８へ戻るループ状の磁力線３０Ｃ、３０Ｄとが印加される。芯体２２から上方のマグネット２８へ向かう方向の磁力線３０Ａ、３０Ｂは、可動磁性板２９の中央部を通過し、磁束密度が高く、ループ状の磁力線３０Ｃ、３０Ｄに比べて十分に強いので、磁力線３０Ａ、３０Ｂによるバイアス磁界が支配的である。また、可動磁性板２９の上にマグネット２８が配置されていることから、可動磁性板２９は図２に矢印３１で示すように上向きにバイアスされることになる。

そして、コイル２３に音声や音楽等に対応する信号電流（電気信号）が供給されると、電磁誘導作用によりコイル２３内に起電力が発生し、可動磁性板２９を通過する磁束が信号電流のレベルに対応して変化する。これによって、可動磁性板２９が振動し、ダイヤフラム２７が振動して音声や音楽等の音響信号が生成され、音孔２６ａ_１、２６ｂ_１、２６ｃ_１、２６ａ_２、２６ｂ_２、２６ｃ_２を介して筐体２５の外部に出力される。

図３は、従来と本発明の電磁型電気音響変換器の周波数特性を対比して示す特性図である。図３において実線Ａは本発明の電磁型電気音響装置の周波数特性、一点鎖線Ｂは従来の周波数特性を示している。この図３から明らかなように、従来は１０００Ｈｚ程度の周波数の時に音圧のピークがあり、このピークは７６〜７７ｄＢであった。これに対し、本発明ではマグネット２８や芯体２２を小型化したにもかかわらず１５００Ｈｚ以上の周波数で１００００Ｈｚに至るまで音圧が向上しており、２０００Ｈｚ程度の周波数の時の音圧のピークでは８２〜８３ｄＢになっている。

上述したように、本発明では、ダイヤフラム２７を振動させる可動磁性板２９を、バイアス磁界を印加するマグネット２８とコイル２３を巻設した磁性材料からなる芯体（例えば鉄心コイル）２２との間に配置し、バイアス磁界をマグネット２８から可動磁性板２９に直接印加するようにしたので、コイル２３の外周部にリング状マグネットを設ける必要がない。また、磁気回路を形成しないので、中央に中空円筒部が形成された円盤状の磁性体からなるヨークは不要であり、複雑な形状でサイズの大きなヨークに代えて、従来のヨークの中空円筒部に対応する大きさで単純な円柱状の芯体２２を用いることができる。

これによって、リング状マグネットとヨークの配置用の空間（スペース）が不要となり、マグネット２８と芯体（例えば鉄心コイル）２２の占有面積や体積を小さくして電磁型電気音響変換器の小型化が図れる。また、芯体２２の形状加工は、従来形状のヨークに比べて容易であり、製造コストも削減できる。

さらに、磁性材に接触しないマグネット２８により、可動磁性板２９にバイアス磁界を直接的、かつ効果的に印加することができるのでマグネット２８を小型化でき、可動磁性板２９を十分に大きな振幅で振動させることができることから音圧も向上できる。

なお、上記実施例では可動磁性板２９をダイヤフラム２７の下面（芯体２２）側に配置したが、ダイヤフラム２７の上面（マグネット２８）側に配置しても同様な作用効果が得られる。また、マグネット２８の形状は短円柱状に限らず、例えば短四角柱状等の他の適形状であっても良い。

さらに、上記実施例ではヘッドホンを例にとって説明したが、同様にして携帯電話、携帯情報端末、および携帯ゲーム機等の携帯電子機器のスピーカにも適用可能である。スピーカへ適用する場合、回路基板やケースへの実装時にフレームの下面側の段差部と回路基板やケースとの間のスペースに電子部品等を配置して実装密度を上げることができる。

上述したように、本発明によれば、可動磁性板にバイアス磁界を直接的に印加することにより小型化を図れる電磁型電気音響変換器を提供できる。

以上実施例を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも一つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも一つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１、２１ フレーム
１ａ、２１ａ フランジ
１ｂ、２１ｃ 突部
２１ｂ ヨーク取付用凹部
２ ヨーク
２ａ 中空円筒部
３、２３ コイル
５ リング状マグネット
６、２４ プロテクタ
２４ａ マグネット取付用凹部
６ａ、２４ｂ 段差部
７、２５ 筐体
８ａ_１、８ｂ_１、８ｃ_１、８ａ_２、８ｂ_２、８ｃ_２、２６ａ_１、２６ｂ_１、２６ｃ_１、２６ａ_２、２６ｂ_２、２６ｃ_２ 音孔
９、２７ ダイヤフラム
１０、２９ 可動磁性板
１１Ａ、１１Ｂ 磁気回路
１２、３１ バイアス方向
２２ 芯体
２８ マグネット
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 磁力線

Claims (3)

1. 信号電流が供給されるコイル（２３）が巻設された円柱状の磁性材料からなる芯体（２２）と、
   前記芯体（２２）に対向して配置されたマグネット（２８）と、
   前記芯体（２２）と前記マグネット（２８）との間に配置されて前記マグネット（２８）から直接的にバイアス磁界が印加され、前記コイル（２３）に供給される信号電流に対応する磁束の変化に基づいて振動する可動磁性板（２９）と、
   前記芯体（２２）と前記マグネット（２８）との間に張設され、前記可動磁性板（２９）が固着されて前記可動磁性板（２９）の振動を音響信号に変換するダイヤフラム（２７）と
   を具備することを特徴とする電磁型電気音響変換器。
2. 前記コイル（２３）、前記芯体（２２）、前記マグネット（２８）、前記可動磁性板（２９）および前記ダイヤフラム（２７）を収容する、非磁性材料からなる筐体（２５）をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の電磁型電気音響変換器。
3. 前記筐体（２５）は、下部に行くに従って外径が段状に小さくなり、上端にフランジ（２１ａ）を有する有底円筒形状の非磁性材料からなるフレーム（２１）と、放音用の複数の音孔（２６ａ_１、２６ｂ_１、２６ｃ_１、２６ａ_２、２６ｂ_２、２６ｃ_２）が形成され、下部内面が前記フランジ（２１ａ）の外周部に嵌合される非磁性材料からなるプロテクタ（２４）とを備え、
   前記芯体（２２）は前記フレーム（２１）の底部に立設され、
   前記マグネット（２８）は、前記芯体（２２）に対向して前記プロテクタ（２４）の内面に固着され、
   前記ダイヤフラム（２７）は、外周部が前記フレーム（２１）と前記プロテクタ（２４）の嵌合部に挟持され、前記芯体（２２）と前記マグネット（２８）との間に張設されることを特徴とする請求項２記載の電磁型電気音響変換器。

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