JP2017028382A - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、大きな駆動力が得られ、連通口を設けるスペースを確保できる電気音響変換器を提供する。
【解決手段】磁気回路１５０は、マグネット１５１と、第１底部１５３ａ，第１筒部１５３ｂを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなす共に、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３と、第１ヨーク１５３の第１底部１５３ａ、第１筒部１５３ｂと対向する第２底部１５９ａ、第２筒部１５９ｂを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状の第２ヨーク１５９とからなる。フレーム１８０は、第１ヨーク１５３と、つば部１５５とからなり、連通口１５５ａはつば部１５５に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、音信号により駆動され、音を放出するドライバ電気音響変換器に関し、例えば、イヤホンに適用して好適な電気音響変換器に関する。

近年、モバイルオーディオにおいて、イヤホンはカナル（外耳道挿入）型が主流になっている。
カナル型イヤホンは、電気信号が入力されると、振動板から音響エネルギを放射する電気音響変換器（ドライバ）と、電気音響変換器を収める筐体と、振動板から放射された音響エネルギを外耳道に導く音響管と、音響管を外耳道に保持するイヤピースとで構成される。尚、電気音響変換器の一例として、マグネット，ヨークからなり、磁気ギャップを有する磁気回路と、磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、ボイスコイルが取り付けられる振動板とからなるダイナミック型がある。

電気音響変換器や筐体は、製品として要求される性能や用途に応じてそれぞれ設計されるが、装着状態の安定性や音楽鑑賞用途での音質の良さは特に重要視されている。そのために、筐体の外形寸法設計と筐体の内部空間の設計、電気音響変換器の適正な駆動力，振動板，振動板前後のフレームの空間，連通口（振動板の裏面側の空気を外部へ排気するための穴）の設計等が重要となる。

従来、カナル型で十分な出力特性と装着性とを考慮したイヤホンとして、下記特許文献１，２に記載されたものがある
特許文献１に記載されたイヤホン装置は、ハウジング（筐体）を耳甲介腔と外耳道の位置関係に合わせた形状とすることでドライバユニット（電気音響変換器）を小型化することなく耳甲介腔内にハウジング（筐体）が収まるようにしている。

特許文献２に記載されたイヤホンは、電気音響変換器を音導管放射方向に対して垂直方向に配置することで、振動板面積を確保したものである。

特許第４７０９０１７号公報 特開２００９−５５２４８号公報

特許文献１に記載されたイヤホン装置、特許文献２に記載されたイヤホンは、いずれも形状を人体の装着部の形状に合わせることで、大型の電気音響変換器（ドライバ）を使用可能としている。
特許文献１に記載されたイヤホン装置、特許文献２に記載されたイヤホンには、以下のような短所がある。

(1) 質量が大きくなり、長時間使用や、ジョギング時のように頭部の動きが激しい使用には向いていない。
(2) 形状を人体の装着部の形状に合わせたことにより、左右の筐体の形状が異なる。よって、部品点数，部品コストが増え、更に部品、製品の管理コストも上昇する。

上記短所を解決するために、イヤホンの筐体を小型化すれば、左右共通の筐体であっても装着性が良好なものができる。その場合、電気音響変換器（ドライバ）を小径化しなくてはならず、以下のような問題点がある。
(1) 電気音響変換器（ドライバ）を小型化しようとすると、磁気回路も小さくせざるを得ず、適正な駆動力を得られず、性能の低下を招く。

電気音響変換器のボイスコイルに発生する駆動力Ｆは、以下の式で表される。
Ｆ＝Ｂｇ×Ｉｃ×Ｉ
Ｂｇ：磁気ギャップＧでの磁束密度
Ｉｃ：ボイスコイルのコイルの有効長（コイルの磁気ギャップＧの磁気が作用する部分の長さ）
Ｉ：コイルに流れる電流
駆動力Ｆを大きくするためには、Ｂｇ，Ｉｃを大きくする必要がある。

Ｂｇを大きくするためには、磁気発生源であるマグネットを大きくすること、特に、磁極面の面積を大きくすることが効果的である。即ち、マグネットが円柱状の場合は、径を大きくすることが効果的である。また、ヨーク（磁路）の断面積を大きく取ることも効果的である。断面積が小さいと漏洩磁束が増加し、また、磁路の磁気抵抗の増加によりマグネットの動作点が低下することにより、マグネットの能力を効果的に磁気ギャップで利用することができない。

Ｉｃは長いほどよいが、接続する電力供給源（アンプ）とのマッチングにより所定の抵抗値の要求に合わせる必要や、振動要素としての質量の効果も加味する必要があるので、単純に長くすることはできない。しかし、駆動力を重視する場合は、ボイスコイル径を大きく取り、コイルの線径を大きくすることで抵抗を増加させることなく、Ｉｃを長くすることができる。

磁気回路のボイスコイルに発生する駆動力を大きくするためにボイスコイル径を大きくしたり、マグネットの径を大きくしたり、ヨークの磁路の断面積を大きくしたりすることは、すべて磁気回路の外径を大きくすることとなる。
(2) 電気音響変換器（ドライバ）の振動板の裏面側が密閉空間であると振動板の動きを阻害する。よって振動板の裏面側の空間の空気を外部へ排気する連通口が必要となる。電気音響変換器（ドライバ）が小型化されると、連通口を設けるスペースが確保できない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、小型で、大きな駆動力が得られ、連通口を設けるスペースを確保できる電気音響変換器を提供することにある。

課題を解決する請求項１に係る発明の電気音響変換器は、
磁気ギャップを有する磁気回路と、
該磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、
中心部に前記ボイスコイルに取り付けられ、外縁部がフレームに取り付けられた振動板と、
前記フレームに設けられ、前記振動板の裏面側の空気を前記フレームの外部へ排気する連通口と、
を有する電気音響変換器であって、
前記磁気回路は、
マグネットと、
該マグネットの底面に接合する第１底部，該第１底部に連設され前記マグネットの外周面に対して、前記磁気ギャップとなる隙間を介して対向する内周面を具備する第１筒部を有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなす共に、前記フレームの一部分となる第１ヨークと、
該第１ヨークの第１底部の外面と対向する第２底部，該第２底部に連設され、前記第１ヨークの第１筒部の外周面と対向する第２筒部を有し、一方の端面が開放面となった有底筒状の第２ヨークと、
からなり、
前記フレームは、
前記第１ヨークと、
前記第１ヨークの第１筒部の開放面側の周部から外側に向けて延出するように形成され、前記振動板の外縁部が取り付けられるつば部と、
からなり、
前記連通口は、
前記つば部に形成されていることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、以下に述べる発明を実施するための形態並びに添付の図面から一層明らかになるであろう。

本発明の電気音響変換器によれば、
前記磁気回路は、
マグネットと、
該マグネットの底面に接合する第１底部，該第１底部に連設され前記マグネットの外周面に対して、前記磁気ギャップとなる隙間を介して対向する内周面を具備する第１筒部を有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなす共に、前記フレームの一部分となる第１ヨークと、
該第１ヨークの第１底部の外面と対向する第２底部，該第２底部に連設され、前記第１ヨークの第１筒部の外周面と対向する第２筒部を有し、一方の端面が開放面となった有底筒状の第２ヨークと、
からなることにより、
磁気回路の磁路の断面積が広くなり、磁束密度を大きくすることができるので、大きな駆動力を確保できる。

第２ヨークの形状を適宜設定することで、連通口が設けられるフレームのつば部のスペースを大きく確保できる。
本発明の他の効果は、以下に述べる発明を実施するための形態並びに添付の図面から一層明らかになるであろう。

第１実施形態の電気音響変換器を有したイヤホンの断面図である図２の電気音響変換器の拡大図である。 第１実施形態の電気音響変換器を有したイヤホンの断面図である。 第２実施形態の電気音響変換器の断面図である。

＜第１実施形態＞
図面を用いて第１実施形態を説明する。
図１は第１実施形態の電気音響変換器を有したイヤホンの断面図である図２の電気音響変換器の拡大図、図２は第１実施形態の電気音響変換器を有したイヤホンの断面図である。

最初に、図２を用いて第１実施形態の電気音響変換器を有したイヤホンの全体構成を説明する。
図２において、イヤホン１０２のハウジング１０１は、開放面１０３ａと底部１０３ｂを有した椀形状のフロントハウジング１０３と、開放面１０５ａと天部１０５ｂを有した椀形状のリアハウジング１０５とからなっている。

そして、フロントハウジング１０３とリアハウジング１０５とは、各ハウジングの開放面１０３ａと開放面１０５ａとが重なるように組み付けられ、内部に空間が形成されている。
フロントハウジング１０３内の底部１０３ｂ側には、音信号により駆動され、フロントハウジング１０３の底部１０３ｂに向かって音を放出するドライバ（電気音響変換器）１０７が設けられている。

ハウジング１０１内において、ドライバ１０７のリアハウジング１０３側の空間（ドライバ１０７の背部空間）は、音響特性の調整を行うキャビティＣとなっている。
リアハウジング１０５には、周面から半径方向に延出する円筒状のコード取り込み部１０５ｃが形成されている。このコード取り込み部１０５ｃには、リアハウジング１０５の内壁面に開口を有する貫通穴１０５ｄが形成されている。この貫通穴１０５ｄを介して、コード１１３がイヤホン１０２の外部からリアハウジング１０５の内部へ取り込まれている。

イヤホン１０２の外部からリアハウジング１０５内へ取り込まれたコード１１３は、結びされて、リアハウジング１０５内で玉結び玉部１１３ａが形成されている。この結び玉部１１３ａの径は、貫通穴１０５ｄの径より大きく、コード取り込み部１０５ｃからリアハウジング１０３内へ取り込まれたコード１１３の抜け止めとなっている。

フロントハウジング１０３には、底部１０３ｂから外部に向かって延出する音導管１０３ｃが形成されている。音導管１０３ｃは、フロントハウジング１０３の内壁面に開口を有する貫通穴１０３ｄが形成されている。
音導管１０３ｃの外周面には、ウレタン樹脂、シリコンゴム等でなるイヤピース１１７が設けられている。

音導管１０３ｃの先端には、貫通穴１０３ｄの開口を塞ぐように設けられたスクリーン１１９が設けられる。
次に、図１を用いて、ドライバ（電気音響変換器）１０７の説明を行う。
本実施形態のドライバ１０７は、磁気回路１５０と、ボイスコイル１７０と、振動板１９０とからなっている。
（磁気回路）
磁気回路１５０は、円柱状で、着磁方向が円柱の高さ方向であるのマグネット１５１と、第１ヨーク１５３と、プレート１５７と、第２ヨーク１５９とからなっている。

第１ヨーク１５３は、強磁性体でなり、マグネット１５１の底面に接合する第１底部１５３ａ，第１底部１５３ａに連設されマグネット１５１の外周面に対して、磁気ギャップＧとなる隙間を介して対向する内周面を具備する第１筒部１５３ｂを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなしている。

そして、第１ヨーク１５３には、第１筒部１５３ｂの開放面側の周部から外側に向けて延出するようにつば部１５５が形成され、第１ヨーク１５３とつば部１５５とでフレーム１８０が構成されている。
プレート１５７は、強磁性体でなり、マグネット１５１の天面に設けられている。

第２ヨーク１５９は、強磁性体でなり、第１ヨーク１５３の第１底部１５３ａの外面に接合する第２底部１５９ａと、第２底部１５９ａに連設され、第１ヨーク１５３の第１筒部１５３ｂの外周面と微少な空間を介して対向する第２筒部１５９ｂとを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状となっている。

尚、本実施形態では、第１ヨーク１５３を有するフレーム１８０と、第２ヨーク１５９とは、強磁性を有する材料の板材をプレス絞り加工することにより形成した。
（ボイスコイル、振動板）
一般に、ボイスコイルとして、円筒状のボビンと、該ボビンの外周面に巻回されたコイルとからなるものや、線材を円筒状に巻回したコイルがある。

本実施形態のボイスコイル１７０は、導電性を有する線材を円筒状に巻回したコイルである。
そして、ボイスコイル１７０が磁気回路１５０の磁気ギャップＧに位置するように、ボイスコイル１７０の一方の端部は、振動板１９０の中央部に取り付けられている。

このボイスコイル１７０には、コード１１３が接続され、コード１１３を介して音声信号が供給されるようになっている。
振動板１９０の外縁部はフレーム１８０のつば部１５５に取りけられている。
更に、フレーム１８０のつば部１５５には、振動板１９０の裏面側の空間（振動板１９０とフレーム１８０とで囲まれた空間）の空気を外部へ排気する連通口１５５ａが形成されている。

本実施形態では、磁気回路１５０の第２ヨーク１５９の第２筒部１５９ｂの開放面側の端面１５９ｃは、つば部１５５に当接せず、第２ヨーク１５９の端面１５９ｃとつば部１５５との間には、空間が形成されている。
次に、上記構成のドライバ（電気音響変換器）１０７の作動を説明する。

マグネット１５１と、第１ヨーク１５３，第２ヨーク１５９と、プレート１５７とからなる磁気回路１５０の磁気ギャップＧには、磁界が発生している。この磁気ギャップ１Ｇに配置されたボイスコイル１７０にコード１１３を介して音声信号を流すと、フレミングの左手の法則に起因してボイスコイル１７０に駆動力（推進力）が発生し、これによって振動板１９０が振動し、音が放出される。

上記構成によれば、以下のような効果が得られる。
(1) 磁気回路１５０は、マグネット１５１と、マグネット１５１の底面に接合する第１底部１５３ａ，第１底部１５３ａに連設されマグネット１５１の外周面に対して、磁気ギャップＧとなる隙間を介して対向する内周面を具備する第１筒部１５３ｂを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなす共に、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３と、第１ヨーク１５３の第１底部１５３ａの外面に接合する第２底部１５９ａと、第２底部１５９ａに連設され、第１ヨーク１５３の第１筒部１５３ｂの外周面と微少な空間を介して対向する第２筒部１５９ｂとを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状の第２ヨーク１５９と、からなることにより、第１ヨーク１５３と第２ヨーク１５９とからなる磁路の断面積が広くなり、磁束密度を大きくすることができるので、大きな駆動力を確保できる。

特に、本実施形態では、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３の厚さを組立上最低限の機械強度が確保できる厚さに設定することで、フレーム１８０の軽量化を図ることができる。
(2) 磁気回路１５０の第２ヨーク１５９の第２筒部１５９ｂの開放面側の端面１５９ｃは、つば部１５５に当接せず、第２ヨーク１５９の端面１５９ｃとつば部１５５との間には、空間が形成されるように構成したことにより、連通口１５５ａが設けられるつば部１５５のスペースを大きく確保できる。

特に、本実施形態では、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３の厚さを組立上最低限の機械強度が確保できる厚さに設定することで、つば部１５５のスペースを更に大きく確保できる。
そして、つば部１５５に設けられる連通口１５５ａの開口面積や連通口１５５ａに設けられる音響抵抗を適宜設定することにより、適切な音響インピーダンスが得られる。

尚、本実施形態において、第１ヨーク１５３と第２ヨーク１５９とは接着等により固定されなくても良いが、マグネット１５１からの磁束を第１ヨーク１５３、第２ヨーク１５９へ確実に誘導するために、マグネット１５１の底部付近と、第２ヨーク１５９の第２筒部１５９ｂの開口付近の第１ヨーク１５３、第２ヨーク１５９間の隙間は極力無くすことが望ましい。
＜第２実施形態＞
図面を用いて第２実施形態を説明する。図３は第２実施形態の電気音響変換器の断面図である。

尚、本実施形態と第１実施形態との相違点は、磁気回路、更に詳しく言えば、第２ヨークであり、他の部分は同一である。よって、同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態の磁気回路２５０の第２ヨーク２５９は、強磁性体でなり、第１ヨーク１５３の底部１５３ａの外面に接合する第２底部２５９ａと、第２底部２５９ａに連設され、第１ヨーク１５３の第１筒部１５３ｂの外周面と微少な空間を介して対向する第２筒部２５９ｂとを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状となっている。

尚、本実施形態では、第１ヨーク１５３を有するフレーム１８０と、第２ヨーク２５９とは、強磁性を有する材料の板材をプレス絞り加工することにより形成した。
本実施形態では、磁気回路２５０の第２ヨーク２５９の第２筒部２５９ｂの開放面側の端面２５９ｃは、つば部１５５に当接している。

そして、つば部１５５に形成された連通口１５５ａは、第２筒部２５９ｂの外周面より外側に形成されている。
このような構成によれば、以下のような効果が得られる。
(1) 磁気回路２５０は、マグネット１５１と、マグネット１５１の底面に接合する第１底部１５３ａ，第１底部１５３ａに連設されマグネット１５１の外周面に対して、磁気ギャップＧとなる隙間を介して対向する内周面を具備する第１筒部１５３ｂを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなす共に、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３と、第１ヨーク１５３の第１底部１５３ａの外面に接合する第２底部２５９ａと、第２底部２５９ａに連設され、第１ヨーク１５３の第１筒部１５３ｂの外周面と微少な空間を介して対向する第２筒部２５９ｂとを有し、一方の端面が開放面となった有底筒状の第２ヨーク２５９と、からなることにより、第１ヨーク１５３と第２ヨーク２５９とからなる磁路の断面積が広くなり、磁束密度を大きくすることができるので、大きな駆動力を確保できる。

特に、本実施形態では、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３の厚さを組立上最低限の機械強度が確保できる厚さに設定することで、フレーム１８０の軽量化を図ることができる。
(2) 磁気回路２５０の第２ヨーク２５９の第２筒部２５９の開放面側の端面２５９ｃは、つば部１５５に当接し、つば部１５５に形成された連通口１５５ａは、第２筒部２５９ｂの外周面より外側に形成されていることにより、連通口１５５ａの開口を確実に確保できる。

本実施形態でも、フレーム１８０の一部分となる第１ヨーク１５３の厚さを組立上最低限の機械強度が確保できる厚さに設定することで、つば部１５５のスペースを大きく確保できる。
そして、つば部１５５に設けられる連通口１５５ａの開口面積や連通口１５５ａに設けられる音響抵抗を適宜設定することにより、適切な音響インピーダンスが得られる。

尚、本実施形態において、第１ヨーク１５３と第２ヨーク１５９とは接着等により固定されなくても良いが、マグネット１５１からの磁束を第１ヨーク１５３、第２ヨーク２５９へ確実に誘導するために、マグネット１５１の底部付近と、第２ヨーク２５９の第２筒部２５９ｂの開口付近の第１ヨーク１５３、第２ヨーク２５９間の隙間は極力無くすことが望ましい。

１５０ 磁気回路
１５１ マグネット
１５３ 第１ヨーク
１５３ａ 第１底部
１５３ｂ 第１筒部
１５５ つば部
１５９ 第２ヨーク
１５９ａ 第２底部
１５９ｂ 第２筒部
１８０ フレーム

Claims (3)

1. 磁気ギャップを有する磁気回路と、
   該磁気回路の磁気ギャップに配置されたボイスコイルと、
   中心部に前記ボイスコイルに取り付けられ、外縁部がフレームに取り付けられた振動板と、
   前記フレームに設けられ、前記振動板の裏面側の空気を前記フレームの外部へ排気する連通口と、
   を有する電気音響変換器であって、
   前記磁気回路は、
   マグネットと、
   該マグネットの底面に接合する第１底部，該第１底部に連設され前記マグネットの外周面に対して、前記磁気ギャップとなる隙間を介して対向する内周面を具備する第１筒部を有し、一方の端面が開放面となった有底筒状をなす共に、前記フレームの一部分となる第１ヨークと、
   該第１ヨークの第１底部の外面と対向する第２底部，該第２底部に連設され、前記第１ヨークの第１筒部の外周面と対向する第２筒部を有し、一方の端面が開放面となった有底筒状の第２ヨークと、
   からなり、
   前記フレームは、
   前記第１ヨークと、
   前記第１ヨークの第１筒部の開放面側の周部から外側に向けて延出するように形成され、前記振動板の外縁部が取り付けられるつば部と、
   からなり、
   前記連通口は、
   前記つば部に形成されていることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記第２ヨークの第２筒部の開放面側の端面と、前記つば部との間には隙間が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
3. 前記第２ヨークの第２筒部の開放面側の端面は、前記フレームのつば部に当接し、
   前記連通口は、前記第２筒部の外周面より外側に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。

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