JP3871628B2

JP3871628B2 - 電気音響変換器

Info

Publication number: JP3871628B2
Application number: JP2002235837A
Authority: JP
Inventors: 学岡本; 正人三好
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: JP2004080198A

Description

【０００１】
【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に電気音響変換器の一提案例を示す。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にこの発明の第１の実施例を示す、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に他の変形提案例を示す。この提案例ではケース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に示した提案例に密閉用弾性材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本願発明の第２の実施例を示す。
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】一提案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】この発明の第１の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】他の変形提案例を説明するための拡大断面図。
【図６】本願発明の第２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。

Claims

筐体に外縁を第１及び第２高分子ゲル材で挟持された圧電振動板と、
前記圧電振動板の一振動面の中心部に一方の端面が装着され、前記筐体の前記圧電振動板の一振動面と対面する蓋部の中心部に形成された孔部から外部に先端が突出する振動伝達部材と、
前記蓋部に被着され、前記孔部において前記振動伝達部材の周面に接触して、前記蓋部と前記振動伝達部材との間の空隙部分を塞ぐ密閉用弾性材とを有し、
前記筐体の内周面に縦方向に溝を設け、該溝の位置にあわせて前記第１、第２高分子ゲル材が除去されて、前記筐体内の前記圧電振動板で仕切られた２つの室相互間を連通させる構造としたことを特徴とする電気音響変換器。
筐体に外縁を第１及び第２高分子ゲル材で挟持された第１圧電振動板と、
該第１圧電振動板に対面し前記筐体に外縁を前記第２高分子ゲル材と第３高分子ゲル材で挟持された第２圧電振動板と、
前記第１圧電振動板の前記第２圧電振動板に対面する振動面の中心部と前記第２圧電振動板の前記第１圧電振動板に対面する振動面の中心部の間に挟持された連結部材と、
前記第１圧電振動板の前記第２圧電振動板と反対側の振動面の中心部に一方の端面が装着され、前記筐体の前記第１圧電振動板と対面する蓋部の中心部に形成された孔部から外部に先端が突出する振動伝達部材と、
前記蓋部に被着され、前記孔部において前記振動伝達部材の周面に接触して、前記蓋部と前記振動伝達部材との間の空隙部分を塞ぐ密閉用弾性材とを有し、
前記筐体の内周面に縦方向に溝を設け、該溝の位置にあわせて前記第１、第２，第３高分子ゲル材が除去されて、前記筐体内の前記第１及び第２圧電振動板で仕切られた３つの室相互間を連通させる構造としたことを特徴とする電気音響変換器。