JP2018074471A - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量であって小出力にも対応できる電気音響変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】振動板１２と、振動板１２の周縁部において振動板１２を保持するフレーム１６と、フレーム１６の内部に固定されたボイスコイル１８と、一対の互いに平行な面を有し、一対の互いに平行な面の一方がＮ極に、他方がＳ極に着磁されているとともに、ボイスコイル１８の内部に、ボイスコイルの軸線が前記一対の互いに平行な面に交差するとともに、ボイスコイル１８の軸線方向に沿って往復動可能に配置された磁石２０と、を有し、磁石２０は、前記一対の面の一方において、振動板１２の中心部におけるボイスコイル１８に相対する側の面に固定されている電気音響変換装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気音響変換装置にかかり、特に、ヘッドフォンに好適に使用できる電気音響変換装置に関する。

近年、ボイスコイルが固定され、磁石が移動することにより、振動板を振動させるスピーカが開発されている。このようなスピーカとしては、例えば、磁気回路の筒状磁気空隙内に筒状に形成したステータコイルを固定し、この磁気空隙内を軸方向に移動自在となるように内外面が異極に着磁された筒状の界磁マグネットを設け、この界磁マグネットの軸方向の振動移動によって連動する振動体の端部を延長して塵埃侵入防止部を形成したスピーカがある（特許文献１）。

また、高分子フィルムからなる振動板の両面にコバルトクロムなどの磁性材料により薄膜磁石を成膜し、その薄膜磁石を厚み方向に着磁した振動板を空芯コイル内に配置したスピーカもある（特許文献２）。

特開平０１−２５８５９４号公報 特開２００４−５６７７１号公報

本発明は、軽量であって小出力にも対応できる電気音響変換装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、振動板と、前記振動板の周縁部を弾性支持するフレームと、
前記フレームの内部に固定されたボイスコイルと、一方の端面がＮ極に、他方の端面がＳ極に着磁され、前記ボイスコイルの内部に、前記ボイスコイルの軸線方向に沿って往復動可能に配置され、前記振動板の中心部における裏面に装着された磁石と、を有する電気音響変換装置に関する。

第１の態様の電気音響変換装置は、一方の端面がＮ極に、他方の端面がＳ極に着磁された磁石が、ボイスコイルの内側に、ボイスコイルの軸線方向に沿って往復動可能に設けられた構成とされている。したがって、構成が単純である。

また、磁石は、小型化することにより、軽量化され、小出力の音声信号に対しても効果的に駆動されるから、第１の態様の電気音響変換装置は、小出力にも対応できる。更に、ボイスコイルの内径、外径ともに小さくできるから、電気音響変換装置全体としても小型化が容易である。

本発明の第２の態様は、第１の態様の電気音響変換装置において、前記振動板の中心部における裏面に前記磁石を固定する磁石固定部材を有するものに関する。

第２の態様の電気音響変換装置においては、磁石固定部材によって振動板の中心部における裏面に磁石が固定される。したがって、振動板と磁石との固定が確実である。

本発明の第３の態様は、第２の態様の電気音響変換装置において、前記振動板の中心部には開口部が形成されているとともに、前記磁石には前記端面を貫通する孔が形成され、
前記磁石固定部材の一端は大径部とされ、前記開口部に挿入固定され、他端は、前記孔に挿通固定される小径部とされているものに関する。

第３の態様の電気音響変換装置においては、磁石固定部材の一端に形成された大径部が振動板の中心部の開口部に固定され、他端に形成された小径部が磁石の孔に挿入固定されるから、磁石固定ピンの振動板及び磁石への固定が確実である。

本発明の第４の態様は、前記第２の態様の電気音響変換装置において、前記振動板の中心部には開口部が形成されているとともに、前記磁石には前記端面を貫通する孔が形成され、前記磁石固定部材の一端は小径部とされ、前記小径部は前記開口部に挿通されて前記磁石の孔に挿通固定され、前記磁石固定部材の他端は大径部とされ、前記大径部は、前記振動板の開口部の周縁部に固定されるものに関する。

第４の態様の電気音響変換装置においては、磁石固定ピンの小径部が磁石の中心孔に挿入固定されるだけでなく、磁石固定ピンの大径部が振動板の開口部の周縁部に固定されるから、磁石固定ピンと磁石との間の固定だけでなく、磁石固定ピンと振動板との固定も確実である。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様の電気音響変換装置において、ボイスコイルの軸線方向中央部を境として巻線の巻回方向をボイスコイルの一端側と他端側とで逆方向とされているものに関する。

第５の態様の電気音響変換装置においては、前記ボイスコイルの巻線の巻回方向は、前記ボイスコイルの軸線方向中央部を境として一端側と他端側とで逆方向とされている。したがって、着磁方向も軸線方向中央部を境として一端側と他端側とで逆方向になるから、一端側で生じた磁界と他端側で生じた磁界とがボイスコイルの軸線方向中央部において互いに強め合う。したがって、磁石は、ボイスコイル内でより大きな電磁力をうけるから、同一出力の音声信号によって振動板をより大きな振幅で振動させることができる。

以上説明したように本発明によれば、軽量であって小出力にも対応できる電気音響変換装置が提供される。

図１は、実施形態１に係る電気音響変換装置を軸線に沿って切断した断面図である。 図２は、実施形態１に係る電気音響変換装置の内部の構成を示す部分破断斜視図である。 図３は、実施形態２に係る電気音響変換装置を軸線に沿って切断した断面図である。 図４（Ａ）は、実施形態１〜３に係る電気音響変換装置が備えるボイスコイルを、前記ボイスコイルの軸線に沿って切断した断面図であり、図４（Ｂ）は、前記ボイスコイルが備えるセパレータの構成を示す平面図である。 図５は、図４に示すボイスコイルの作用を示す概略図である。 図６は、図４に示すボイスコイルの作用を示す概略図である。 図７は、実施形態１〜３に係るヘッドフォンが備える振動板の一例の平面図である。 図８は、図７に示す振動板を軸線に沿って切断した断面を示す断面図である。 図９は、実施形態１及び２に係る電気音響変換装置が備える振動板の他の例の平面図である。 図１０は、図９に示す振動板を軸線に沿って切断した断面である。 図１１は、実施形態１及び２に係る電気音響変換装置が備えるフレームの構成を示す平面図である。 図１２は、図１１に示すフレームを軸線に沿って切断した断面を示す断面図である。 図１３は、磁石固定部材を軸線に沿って切断した断面を示す断面図である。を示す断面図である。

１．実施形態１
本発明の電気音響変換装置の一例について以下に説明する。
＜構成＞
実施形態１の電気音響変換装置１は、図１及び図２に示すように、振動板１２と、振動板１２を弾性的に保持するフレーム１６と、フレーム１６の底面１６Ａの中心部に固定された空芯コイルであるボイスコイル１８と、ボイスコイル１８の内部に収容されたワッシャ状の磁石２０と、磁石２０を振動板１２に固定する磁石固定部材の一例としての磁石固定ピン２４と、を有する。

振動板１２は、図７及び図８に示すように、全体として前方、即ち音声が放射される方向に向かって凸状に湾曲するとともに、全体として中心部に向かって凹陥した円錐面状であって、振動板１２の頂部言い換えれば中心部には開口部１３が形成されている。振動板１２は、紙や不織布などの繊維材料、ＰＥＴ樹脂やポリイミド樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのプラスチック材料、及びこれらの混合物などのフィルム等から形成されている。

振動板１２の外周には、振動板１２の全周に亘ってゴム等の弾性材料から形成されたエッジ１４が設けられている。エッジ１４は、半円状の凹陥断面又は波状断面を有しているが、半円状の突出断面又は円形又は楕円形の閉じた断面を有していてもよい。振動板１２とエッジ１４とは一体に形成されていてもよい。

振動板１２の面には、図９及び図１０に示すように、中心部から周縁部に向かって螺旋状に延びるリブ１５が形成されていてもよい。図９及び図１０に示す例においては、リブ１５は、振動板１２の面から前方に向かって突出するように形成されているが、振動板１２の面から後方、即ち音声が放射される方向とは反対に方向に向かって突出するように形成されていてもよい。振動板１２にリブ１５を形成することにより、振動板１２の剛性が高まるから、電気音響変換装置１の高音再生特性が更に改善される。

ボイスコイル１８は、図４（Ａ）に示すように空芯コイルであって、軸線方向中央部に位置するセパレータ１９と、セパレータ１９を境にして一端側に位置する一端側コイル１８Ａと、セパレータ１９を境にして他端側に位置する他端側コイル１８Ｂと、を有する。したがって、ボイスコイル１８は、セパレータ１９を境として一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとに分けられる。セパレータ１９と一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとは一体に形成されている。

一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとは、互いに同一の内径Ｂ及び外径Ａを有するが、図４（Ａ）、図５、及び図６に示すように、巻線の巻回方向が互いに逆方向とされている。一端側コイル１８Ａの巻き終り部と他端側コイル１８Ｂの巻き始め部とは、亘り線１８Ｃによって接続されている。

一方、セパレータ１９は、図４（Ｂ）に示すように、絶縁性材料からなるワッシャ状の部材であって、ボイスコイル１８の内径Ｂと同一の内径を有するが、外径Ｃは、一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂの外径Ａよりも大きい。セパレータ１９には、一端側コイル１８Ａの巻き始め部が挿通されるスリット１９Ａと、亘り線１８Ｃが挿通されるスリット１９Ｂとが形成されている。

ボイスコイル１８は、セパレータ１９においてフレーム１６の底面１６Ａに固定される。

なお、上記の例は、ボイスコイル１８がボビンレスコイルである例であるが、セパレータ１９の両面にボビンを一体に形成し、夫々のボビンに巻線を互いに逆方向に巻回して一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとを形成したボイスコイル１８も好ましく使用できる。

磁石２０は、一方の端面がＮ極に、他方の端面面がＳ極に着磁されているとともに、全体としてワッシャ状の形状を有し、中心部には一方の端面と他方の端面とを貫通する中心孔２１が形成されている。

磁石固定ピン２４は、図１３（Ａ）に示すように、大径部としての頭部２３と、頭部２３に隣接して設けられ、頭部２３よりも小さな外径を有する小径部としての脚部２５と、を有する。頭部２３は、全体として半球状、言い換えればドーム状に形成されている。頭部２３と脚部２５との間には段差２６が形成されている。また、頭部２３の脚部２５に隣接する部分、言い換えれば基部は、全周に亘って半径方向外側に向かってフランジ状に突出したフランジ状部２８とされている。そして、頭部２３の外周面とフランジ状部２８との間にも段差２７が形成されている。磁石固定ピン２４には、更に軸線に沿って空洞部２４Ａが設けられている。

図１に示すように、磁石固定ピン２４の頭部２３は、振動板１２の開口部１３に挿通され、開口部１３の内周面に接着固定されている。一方、脚部２５は、中心孔２１の壁面に接着、固定されている。ここで、段差２７が振動板１２の開口部１３に当接することにより、振動板１２が頭部２３に対して位置決めされる。一方、脚部２５においては、段差２６が磁石２０のＮ極に着磁された面に当接することにより、磁石２０が脚部２５に対して位置決めされる。

磁石固定ピン２４は、ＡＢＳ樹脂のようなプラスチック材料から形成してもよく、またアルミニウム合金やマグネシウム合金から形成してもよい。磁石固定ピン２４をプラスチック材料で形成すれば、射出成形法によって安価に製造できる。また、磁石固定ピン２４をアルミニウム合金やマグネシウム合金から形成すれば、ボイスコイル１８で生じた熱を磁石２０及び磁石固定ピン２４を介して効果的に発散させることができるから、電気音響変換装置１に熱が篭ることが効果的に防止される。

フレーム１６は、図１、図１１、及び図１２に示すように、ボイスコイル１８が固定される底面１６Ａと、底面１６Ａの全周に亘って底面１６Ａの周縁部から立ち上がる側壁１６Ｂと、を有する有底円筒状の部材である。フレーム１６の底面の中心部には、ボイスコイル１８の他端側コイル１８Ｂが挿通される開口部１６Ｃが形成され、開口部１６Ｃの周囲には、セパレータ１９が固定される凹陥部１６Ｄが形成されている。
図１、図７〜図１０に示すように、フレーム１６における側壁部１６Ｂの端縁には、円環状の固定部材１７によってエッジ１４が固定されることにより、振動板１２が、フレーム１６に弾性的に保持されている。

＜作用・効果＞
電気音響変換装置１において、ボイスコイル１８に音声信号を入力すると、ボイスコイル１８に発生した軸線方向の磁界によって、磁石２０は、ボイスコイル１８の軸線方向に沿って往復動する。

磁石２０の往復動は、磁石固定ピン２４を介して振動板１２に伝達され、これによって振動板１２が振動して音声が発生する。

電気音響変換装置１は、１対の端面の一方がＮ極に、他方がＳ極に着磁された磁石２０が、ボイスコイル１８の内側に、ボイスコイル１８の軸線が磁石の一対の互いに平行な面に交差するように配置されているとともに、磁石固定ピン２４によって振動板１２の頂部に固定され、ボイスコイル１８内部をボイスコイル１８の軸線方向に沿って往復動可能に保持された構成とされている。したがって、電気音響変換装置１は、構成が単純である。

また、磁石２０は、磁石２０は、全体としてワッシャ状の形状を有し、中心部には中心孔２１が形成されている。したがって、ボイスコイル１８の軸線方向及び径方向の寸法を磁石２０に合わせて小さくすることができるから、電気音響変換装置１を使用したヘッドフォンは、軽量且つコンパクトに構成できる。

また、ボイスコイル１８の一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとは、セパレータ１９を境として互いに同心に設けられているが、巻線の巻回方向は反対である。したがって、ボイスコイル１８に音声信号を入力すると、図５及び図６に示すように、ボイスコイル１８における逆方向の磁界が発生する。

例えば、図５に示すように一端側コイル１８Ａに反時計回りの電流が流れると、他端側コイル１８Ｂには時計回りの電流が流れる。これにより、一端側コイル１８Ａの図５における上側がＮ極に下側がＳ極となり、他端側コイル１８Ｂの図５における上側がＳ極に、下側がＮ極になる。したがって、ボイスコイル１８においては、一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとの間の部分でＳ極同士が強め合うから、磁石２０は、図５において矢印Ｆで示すように、下向きの力を受ける。

一方、図６に示すように一端側コイル１８Ａに時計回りの電流が流れると、他端側コイル１８Ｂには反時計回りの電流が流れる。これにより、一端側コイル１８Ａの図６における上側がＳ極に下側がＮ極となり、他端側コイル１８Ｂの図６における上側がＮ極に、下側がＳ極になる。したがって、ボイスコイル１８においては、一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとの間でＮ極同士が強め合うから、磁石２０は、図６において矢印Ｆで示すように、上向きの力を受ける。

このように、ボイスコイル１８においては、一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとの巻線の巻回方向が互いに逆方向であるから、一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとの間で磁束が強め合う。これにより、一端側コイル１８Ａと他端側コイル１８Ｂとの巻線の巻回方向が互いに同方向の場合とは異なり、磁石２０において、ボイスコイル１８の軸線に沿った大きな電磁力が生じる。したがって、小出力の音声信号を入力した場合であっても大きな音声を発生させることができる。

また、磁石固定ピン２４において、頭部２３の外周面が振動板１２の頂部に位置する開口部１３の内周面に接着、固定され、脚部２５が磁石２０の中心孔２１に挿通、固定された構成とされている。これにより、磁石固定ピン２４と振動板１２及び磁石２０との間の固定が、振動板１２の中央部における後方側の面に磁石２０を直接接着する構成と比較してより確実となる。

更に、磁石固定ピン２４の頭部２３が振動板１２の中央部から前方に向かってドーム状に突出した構成とされているから、振動板１２の中央部が平らな場合と比較して前方への音声の放射特性が改善される。

２．実施形態２
本発明の電気音響変換装置の他の一例について以下に説明する。
＜構成＞
実施形態２の電気音響変換装置２は、図３に示すように、磁石固定ピン２４の構成を除いては実施形態１に係る電気音響変換装置１と同様の構成を有する。

電気音響変換装置２が備える磁石固定ピン２４は、図１３（Ｂ）に示すように、全体として半球状乃至ドーム状に形成された頭部２３と、頭部２３よりも小径の円柱状部である脚部２５とを有するが、図３に示すように、脚部２５は、磁石２０の中心孔２１だけでなく、振動板１２の開口部１３にも挿通され、中心孔２１の壁面に接着固定される。そして、頭部２３は、振動板１２の前方の面、言い換えれば表側の面において開口部１３の周縁部に接着固定される。したがって、頭部２３は、振動板１２を挟んで磁石２０の反対側に位置する。なお、振動板１２の裏面と磁石２０のＮ極に着磁された側の面もまた、何れも互いに接着固定されている。

振動板１２、フレーム１６、ボイスコイル１８、及び磁石２０の構成については、実施形態１で説明したとおりである。

＜作用・効果＞
作用は、実施形態１のところで述べたとおりである。また、効果については、実施形態１のヘッドフォンの効果に加えて、更に次のような効果を有する。
先ず、小径部である脚部２５が振動板１２の開口部１３に挿通されるから、磁石固定ピン２４の頭部２３が開口部１３に挿通される実施形態１の電気音響変換装置１と比較して開口部１３の径を小さくすることができる。

また、磁石固定ピン２４で振動板１２に磁石２０を固定した状態において、振動板１２は、磁石２０と磁石固定ピン２４の頭部２３との間に挟持された状態となるため、頭部２３を振動板１２の開口部１３に挿通、固定する形態と比較して、磁石２０が振動板１２に更に強固に固定される。

本発明の電気音響変換装置は、ヘッドフォン用としてだけでなく、一般のスピーカとしても使用できる。

１ 電気音響変換装置
２ 電気音響変換装置
３ 電気音響変換装置
１０ 振動板
１２ 振動板
１３ 開口部
１４ エッジ
１６ フレーム
１６Ａ 底面
１６Ｂ 側壁
１６Ｂ 側壁部
１６Ｃ 開口部
１６Ｄ 凹陥部
１７ 固定部材
１８ ボイスコイル
１８Ａ 一端側コイル
１８Ｂ 他端側コイル
１８Ｃ 亘り線
１９ セパレータ
２０ 磁石
２１ 中心孔
２３ 頭部
２４ 磁石固定ピン
２５ 脚部
２６ 段差
２７ 段差
２８ フランジ状部

Claims (5)

1. 振動板と、
   前記振動板の周縁部を弾性支持するフレームと、
   前記フレームの内部に固定されたボイスコイルと、
   一方の端面がＮ極に、他方の端面がＳ極に着磁され、前記ボイスコイルの内部に、前記ボイスコイルの軸線方向に沿って往復動可能に配置され、前記振動板の中心部における裏面に装着された磁石と、
   を有する電気音響変換装置。
2. 前記振動板の中心部における裏面に前記磁石を固定する磁石固定部材を有する
   請求項１に記載の電気音響変換装置。
3. 前記振動板の中心部には開口部が形成されているとともに、前記磁石には前記端面を貫通する孔が形成され、
   前記磁石固定部材の一端は大径部とされ、前記開口部に挿入固定され、他端は、前記孔に挿通固定される小径部とされている
   請求項２に記載の電気音響変換装置。
4. 前記振動板の中心部には開口部が形成されているとともに、前記磁石には前記端面を貫通する孔が形成され、
   前記磁石固定部材の一端は小径部とされ、前記小径部は前記開口部に挿通されて前記磁石の孔に挿通固定され、前記磁石固定部材の他端は大径部とされ、前記大径部は、前記振動板の開口部の周縁部に固定される
   請求項２に記載の電気音響変換装置。
5. 前記ボイスコイルの巻線の巻回方向は、前記ボイスコイルの軸線方向中央部を境として一端側と他端側とで逆方向とされている請求項１〜４の何れか１項に記載の電気音響変換装置。