JP2004080198A - 電気音響変換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電振動板2の外縁をヤング率10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材で挟持して筒状の筐体1内に装着すると共に、圧電振動板2の少なくとも一振動面の中心部に振動伝達部材を装着した構造とし、高分子ゲル材5の弾性変形により圧電振動板の有効振動面積を拡大し低い周波数も振動可能とした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、頭蓋骨を振動させると共に音波を生成することを目的とする電気音響変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
音声信号或は音楽信号を振動に変換し、頭蓋骨を加振することにより、その信号を音として聴取させる骨導式の電気音響変換器は、難聴者用及び高齢者用等として実用されている。また一部では健聴者用として実用される例がある。
従来のこの種の電気音響変換器は駆動方式として磁石および電気コイルからなる動電式が多く使われていたが、動電式は部品数が多く、大型であることと、また磁石を用いるため重量が大きくなる欠点があるため、現状では圧電素子を使った電気音響変換器が広く用いられている。
【0003】
図7に従来の圧電素子を使った骨導式の電気音響変換器の構造を示す。図中1は一端が閉塞された筒状の筐体、2は圧電振動板、3はこの圧電振動板2を筐体1の内部に装着するための保持体、4は圧電振動板2の振動を聴取者の頭部に伝える振動伝達部材を示す。
筐体1は一方の開口面が底面板1Aで塞がれた円筒状の筒状体によって構成され、内部に圧電振動板2が実装される。圧電振動板2はその外周縁が硬質プラスチックで形成されたリング状の保持体3に挟み付けられ、蓋1Bの圧接力(蓋1Bは接着材等で筐体1に固定される)により筐体1内に固定され、中心部分が自由に振動できるように支持される。
【0004】
圧電振動板2の中心部に振動伝達部材4が装着され、この振動伝達部材4が筐体1の開口面を閉塞する蓋1Bに形成された円孔1B−1を通じて筐体1の外部に突出される。振動伝達部材4の先端には直径が太い膨大部4Aが形成され、この膨大部4Aの先端側が円弧面4Bとされ、この円弧面4Bが受聴者の頭に圧接される。
図8に圧電振動板2の振動の様子を示す。従来は圧電振動板2の外周縁が硬質プラスチックで形成された保持体3で挟み付けられて固定されているため、圧電振動板2は周縁が固定された形態で振動する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧電振動板を用いた骨導式の電気音響変換器では圧電振動板2の縁を固定しているため圧電振動板2の縁が自由に動かない。このために圧電振動板2の実効振動面積が狭くなり、低い周波数の振動を出力しにくいという第一の課題があった。
従来の電圧振動板を用いた骨導式の電気音響変換器では圧電振動板一枚のみで、振動を作るため十分な出力が出ないという第二の課題があった。
この発明の第1の目的は圧電振動板を用いた骨導式の電気音響変換器において、低い周波数の音を十分再生可能な電気音響変換器を提供しようとするものである。
この発明の第2の目的は高出力電気音響変換器を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明では筐体に外縁をヤング率10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材を介して挟持された圧電振動板と、この圧電振動板の少なくとも一振動面の中心部に振動伝達部材を有する電気音響変換器を提案する。
この発明では更に第1圧電振動板に対し第2圧電振動板を第1圧電振動板と同様にヤング率が10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材で挟持した構造とし、更に第1圧電振動板の他振動面の中心部と第2圧電振動板の一振動面の中心部の間に連結部材を挟持させ、これら複数の圧電振動板により共通の振動伝達部材を励振する構造とした電気音響変換器を提案する。
【0007】
作用
この発明の電気音響変換器によれば励振方式として圧電振動板を用いるため、圧電振動板とその保持用の部品のみで構成することができる。このために小型で然も軽量化が可能となる。特に、この発明によれば圧電振動板の外縁をヤング率10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材で挟持したから、圧電振動板は高分子ゲル材で挟持されている部分も変形し、振動することができる。
この結果、振動板の実効振動面積が大きくなり、低い周波数の出力が増加し、第一の課題を解決することができる。
更に、この発明によれば複数枚の圧電振動板を連結部材で連結して共通の振動伝達部材を励振する構造としたから高出力かが可能となる。これにより第二の課題を解決することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1にこの発明よる電気音響変換器の一実施例を示す。図1Aは図1Bに示すY―Y線上の断面、図1Bは図1Aに示すX―X線上の断面を示す。筐体1は例えば硬質プラスチックで構成することができ、内径が約15〜25mm程度の筒状に形成される。筐体1の一方の開口面は底面板1Aで塞がれており、他方の開口面には蓋1Bが接着剤で接着されて塞がれる。
筐体1の筒状部分と底面板1Aは例えばABS樹脂のような硬質プラスチックで一体に成形される。筒状部分と底面板1Aは筐体としての強度を得ることと、内部に格納する圧電振動板2の駆動によって発生する音波に対して共振しない程度の厚み、例えば3〜5mm程度の厚みに選定される。蓋1Bに関しても同様に筐体としての強度と圧電振動板2の駆動によって発生する音波に対して共振しない程度の厚み、2〜3mm程度に選定される。更に蓋1Bは筐体としての強度と圧電振動板2の駆動によって発生する音波に対して共振しない強度の接着力を発生する接着材で筐体1を構成する筒状部分の開口端面に接着される。
【0009】
圧電振動板2は直径が約15〜25mm厚みが2〜3mm程度のセラミック円盤で構成される。この発明ではこの圧電振動板2の外縁の両面にヤング率10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材5を塗布し、この高分子ゲル材5で圧電振動板2の外縁を挟持する。高分子ゲル材5は例えばシリコンゲルを用いることができ、圧電振動板2の外縁から内側へ2〜5mm程度の幅で塗布する。厚みは2〜4mm程度とされ、圧電振動板2と高分子ゲル材5の厚みの総和が筐体1の深さ方向の寸法Hよりわずかに大きくなるように高分子ゲル材5の厚みを設定する。
【0010】
圧電振動板2の蓋1Bと対向する面のほぼ中心位置に振動伝達部材4を装着する。振動伝達部材4は筐体1と同様にABS樹脂のような硬質プラスチックで構成することができ、全長は約10〜20mm程度で直径が約5〜9mm程度の円柱形状とされる。振動伝達部材4の一方の端面に接着剤を塗布し、この接着剤で振動伝達部材4を圧電振動板2の中心部分に接着する。ここで用いる接着剤は硬化状態で圧電振動板2と振動伝達部材4との間を強固に連結するが圧電振動板2の変形に対してはその変形に追従して変形することができる特性の例えば圧縮力により接着力を増す感圧式ゴム系接着剤を用いる。
【0011】
筐体1の一端側を塞ぐ蓋1Bには中心部分に振動伝達部材4の直径より大きい例えば10〜15mm程度の直径の円孔1B―1が形成され、この円孔1B―1を通じて振動伝達部材4の先端が筐体1の外部に突出される。振動伝達部材4の先端には振動伝達部材4の直径より2〜3倍程度の直径が太い膨大部4Aを形成する。この膨大部4Aの先端側に円弧面4Bを成形し、この円弧面4Bを受聴者の頭部に接触させる。
【0012】
図2に受聴者の頭部にこの発明による電気音響変換器を装着した状態の一例を示す。受聴者の側頭部間に例えば弾力性を持つ樹脂で形成したヘッドバンド6を装着する。ヘッドバンド6はバネ性によりその両端が受聴者の両方の側頭部に弾性的に圧接力を与える。ヘッドバンド6の一端側又は両端にこの発明による電気音響変換器10を装着する。図2に示す側では筐体1の周面に例えば筐体1と同一の材料で一体に直径が約7〜10mm、長さが10〜20mm程度の支持棒7を突設し、この支持棒7とヘッドバンド6の端部との間を連結レバー8で連結して電気音響変換器10をヘッドバンド6に装着する。電気音響変換器10はヘッドバンド6の弾性により受聴者の側頭部に圧接され、この圧接力により振動伝達部材4の先端が受聴者の側頭部に圧接される。この状態で圧電振動板2が励振されることにより、その振動が振動伝達部材4を通じて受聴者の頭蓋骨に伝達され、受聴者はその振動を音として受聴することができる。
【0013】
図3はこの発明の変形実施例を示す、図3に示す実施例では筐体1の一方の開口面を閉塞する蓋1Bに沿わせて振動吸収性の高い例えば衝撃吸収性の合成ゴムで構成された厚みが1〜3mm程度の密閉用弾性材9を接着剤により接着し、密閉用弾性材9により蓋1Bと振動伝達部材4との間に発生する空隙部分Gを塞ぐ構造としたことと、筐体1の内周面に縦方向に溝11を例えば周方向に90°間隔に4本形成し、この溝11の各位置にあわせて高分子ゲル材5の非被着面12を形成して圧電振動板2の表側と蓋1Bとの間に形成される室RO1と、圧電振動板2の裏側と底面板1Bとの間に形成される室RO2を溝11と高分子ゲル材5の非被着面12で形成される空隙により連通させる構造とした場合を示す。尚、密閉弾性材9は振動伝達部材4の周面に接触し、その接触部分は接触摩擦抵抗により振動伝達部材4の振動に追従して変位し、振動伝達部材4と密閉弾性材9との間で摩擦が発生しない構造としている。
【0014】
振動伝達部材4と蓋1Bに形成した円孔1B−1の縁との間に形成される空隙部分Gを密閉用弾性材9で塞ぐことにより音が外部に漏れることを阻止することができる。更に、この実施例では圧電振動板2の表側と裏側に形成される室RO1とRO2を溝11と高分子ゲル材5の非被着面12によって形成される空隙によって連通させる構成としたから、圧電振動板2が振動する際に筐体1内に形成された2つの室RO1とRO2の相互に空気が流通することができるから、2つの室の空気の圧力は一定に保たれ圧電振動板2の振動を妨害することを阻止することができる。
【0015】
つまり、この実施例では蓋1Bと振動伝達部材4との間に存在した空隙部分Gを密閉用弾性材9で閉塞したから、ケース1の内部は密閉される。このため、圧電振動板2が振動する際に筐体1の内部に形成された2つの空気圧は一方が減少するとき、他方は上昇する変化を繰返すため、圧電振動板2は空気抵抗により振動が阻止され、出力の低下を来す不都合が生じる。
従って、この実施例のように、ケース1内の2つの室RO1とRO2を溝11と高分子ゲル材5の非被着面で形成される空隙によって連通させることにより、空気抵抗は減少し、高出力で振動させることができる。
【0016】
図4にこの発明による電気音響変換器に用いられている圧電振動板2が振動する様子を示す。図4に示すように、この発明によれば圧電振動板2をヤング率10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材5で挟持したから、圧電振動板2は高分子ゲル材5で挟持されている部分も振動することができる。この結果、実効振動面積が増え低い周波数の振動をより効率よく出力することができる。
尚、高分子ゲル材5は硬すぎると圧電振動板2の振動が妨げられ、柔すぎると振動伝達部材4を人体に押し付けた場合、つぶれてしまって圧電振動板2が底面板1Aに押し付けられて振動が不能な状態に至るおそれがある。このために高分子ゲル材5のヤング率は10kPa乃至103kPaの素材が望ましい。
【0017】
図5はこの発明の更に他の変形実施例を示す。この実施例ではケース1内に2枚の圧電振動板2を配置し、2枚の圧電振動板2の相互を連結部材13で連結して共通の振動伝達部材4を励振する構造とした場合を示す。連結部材13は振動伝達部材4と同様にABS樹脂のような硬質プラスチック等で構成することができる。2枚の圧電振動板2は例えば2〜4mm程度の間隔で高分子ゲル材5に挟持させて保持され筐体1内に格納される。連結部材13は2枚の圧電振動板2の対向間隔と同じ長さに切断され、その両端面が接着剤により圧電振動板2の他面と一方の面に接着される。
この構造により2枚の圧電振動板2を同相で駆動することにより振動伝達部材4の励振力は倍化され強い励振力を得ることができる。
【0018】
図6は図5に示した実施例に密閉用弾性材9を被着した構造とした点と、図6AとBに示すように筐体1の内周面に溝11の位置に高分子ゲル材5の非被着面12を形成した圧電振動板2で仕切られた3つの室RO1とRO2及びRO3の相互の間を連通させる構造とした実施例を示す。
これらの構造により音の漏れを防ぐことができることと、筐体1内の空気抵抗によって発生する出力の低下を解消することができる。
尚、図5及び図6に示した実施例では筐体1内に圧電振動板2を2枚設けた構造とした例を説明したが、さらに第2圧電振動板の第1圧電振動板と連結された反対側の面に連結部材を挟むことにより、第3の圧電振動板を設けることが出来る。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば圧電振動板2の支持部分も振動することが可能となるので低域の振動を出すことが可能となり、広帯域の骨導イヤホンが実現できる。
また、この発明では複数の圧電振動板を連結して駆動する構造を採ることにより、圧電振動板が1枚の場合と比較して同一入力レベルで駆動してもより高出力の振動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を説明するためのAは同図Bに示したY―Y線上の拡大断面図、Bは同図Aに示したX―X線上の拡大断面図。
【図2】この発明による電気音響変換器を受聴者に装着した状況を説明するための斜視図。
【図3】この発明の変形実施例を説明するためのAは同図Bに示したY―Y線上の拡大断面図、Bは同図Aに示したX―X線上の拡大断面図。
【図4】この発明に用いた圧電振動板の動作を説明するための拡大断面図。
【図5】この発明の更に他の変形実施例を説明するための拡大断面図。
【図6】図5に示した実施例の他の実施例を示すAは同図Bに示すY―Y線上の拡大断面図。Bは同図Aに示したX―X線上の拡大断面図。
【図7】従来の技術を説明するための拡大断面図。
【図8】従来の電気音響変換器を説明するための拡大断面図。
【符号の説明】
1 筐体 5 高分子ゲル材
1A 底面板 6 ヘッドバンド
1B 蓋 7 支持棒
2 圧電振動板 8 連結棒
3 保持体 10 電気音響変換器
4 振動伝達部材 11 溝
4A 膨大部 13 連結部材
4B 円弧面
Claims (2)
- 筐体に外縁をヤング率10kPa乃至103kPaの高分子ゲル材を介して挟持された圧電振動板と、
該圧電振動板の少なくとも一振動面の中心部に振動伝達部材を有することを特徴とする電気音響変換器。 - 請求項1記載の電気音響変換器において、前記圧電振動板を第1圧電振動板とし、該第1圧電振動板に対面し前記筐体に外縁を前記高分子ゲル材を介して挟持された第2圧電振動板と、
前記第1圧電振動板の他振動面の中心部と前記第2圧電振動板の一振動面の中心部の間に挟持された連結部材と、
を有することを特徴とする電気音響変換器。
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