CN115428477A - 微型换能器的模制 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种微型声换能器的制品和方法，该微型声换能器尽管具有小尺寸，但具有高度顺应性的悬置系统。在各种示例中，该悬置系统由液体硅橡胶(LSR)模制而成，并且被模制在内腔几何结构中，该内腔几何结构包括与悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移。

Description

微型换能器的模制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月20日提交的标题为“微型换能器的模制(MICROTRANSDUCER MOLDING)”的美国专利申请序列号62/992,583的权益，该美国专利申请的内容全文并入本文以用于所有目的。
背景技术
本公开涉及一种电声换能器，并且在各种示例中涉及一种微型电声换能器，该微型电声换能器包括具有顺应性悬架/环绕件的隔膜。
发明内容
本文所公开的系统和方法涉及具有由高顺应性悬置系统悬置的小隔膜的微型电声换能器，诸如在各种示例中，直径为8.0mm或更小、直径为5.5mm或更小、或者直径为4.2mm或更小的那些微型电声换能器。该悬置系统可以是由高度顺应性材料形成的环绕件，该材料可以被注塑成型以将隔膜附接或悬置在框架内。在一些示例中，根据本文所述的微型电声换能器的总宽度(例如，框架的宽度)可以是3.0mm或更小，可以是4.2mm或更小、5.5mm或更小或者8.0mm或更小。
根据各种示例，根据本文所述的隔膜可以由中心活塞、悬架和框架构成。在一些示例中，中心活塞和/或框架可以由热塑性材料构成，诸如尼龙和/或玻璃纤维组合。在一些示例中，框架或活塞中的任一者可以由尼龙9T(又称为聚酰胺9T)构成。
在各种示例中，悬架(也称为环绕件)可以由液体硅橡胶(LSR)或其他适当顺应性材料形成，其硬度小于70肖氏硬度A，并且优选地小于50肖氏硬度A。在一些示例中，该环绕件材料的硬度可以在20肖氏硬度A与40肖氏硬度A之间，并且在某些示例中，可以是约30肖氏硬度A。
在各种示例中，该环绕件材料的厚度可以在10μm至100μm的范围内，并且可以小于50μm，并且在一些示例中，可以在20μm至30μm的范围内，并且在某些示例中，可以是约25μm。在各种示例中，该隔膜的直径可以是5.5mm或更小，并且在一些示例中，可以是约5.2mm或更小，并且在某些示例中，可以是约4mm或更小。在各种示例中，该悬架可以导致活塞和悬挂组件在静止位置时具有50N/m或更小的轴向刚度。在一些示例中，该轴向刚度可以是35N/m或更小，并且在某些示例中，可以是25N/m或更小。在某些示例中，该轴向刚度可以在约8N/m至30N/m的范围内，或者可以在约5N/m至15N/m的范围内。该轴向刚度是指例如垂直于活塞的表面和/或垂直于环绕件的平面，轴向移动活塞所需的力的大小，与静止位置相距距离的大小。该轴向刚度可随着活塞从静止位置移动得更远而增加，但本文中提及轴向刚度指的是在静止位置处或非常接近静止位置处的力与距离比，例如，在远离静止位置的偏移使所需力增加之前，诸如未拉伸悬置系统的偏移量。
根据各种方面，提供了一种形成声换能器的方法，该方法包括提供具有内腔几何结构的模具并且将顺应性材料注入该模具中，该内腔几何结构具有与悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移。
各种示例还包括在相对于该模具的第一位置处提供活塞，在相对于该模具的第二位置处提供框架，并且其中将该顺应性材料注入该模具中使得该顺应性材料接触该活塞和该框架中的每一者。在一些示例中，该顺应性材料至少部分地粘附到该活塞和该框架中的每一者，使得在从该模具移除时，该顺应性材料使该活塞相对于该框架悬置。
根据一些示例，该模具的该内腔几何结构的外边缘限定具有小于8毫米的最大线性尺寸的几何闭合形状。在各种示例中，该最大线性尺寸为5.5mm或更小。在各种示例中，该几何闭合形状可以为圆形。
在某些示例中，该径向偏移中的至少一种在约20微米(μm)至110μm的范围内，并且该轴向偏移在约20μm至130μm的范围内。
根据其他方面，提供了一种声换能器，该声换能器包括：框架，该框架具有8.0毫米或更小的最大线性尺寸；悬架，该悬架由耦接到该框架的顺应性材料形成；以及活塞，该活塞耦接到该悬架并且由该悬架悬置，使得该活塞悬置在该框架内，并且该活塞在处于静止位置时以5牛顿每米(N/m)至50N/m的范围内的刚度对所施加的力作出反应。
根据一些示例，该悬架可以通过提供具有内腔几何结构的模具并且将该顺应性材料注入该模具中而形成，该内腔几何结构具有与该悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移。
根据各种示例，将该顺应性材料注入该模具中使得该顺应性材料接触该活塞和该框架中的每一者。
在某些示例中，该顺应性材料至少部分地粘附到该活塞和该框架中的每一者，使得在从该模具移除时，该顺应性材料使该活塞相对于该框架悬置。
在一些示例中，该模具的该内腔几何结构的外边缘限定具有5.5毫米或更小的最大线性尺寸的几何闭合形状。在某些示例中，该几何闭合形状可以为圆形。
根据某些示例，该径向偏移中的至少一种在约20微米(μm)至110μm的范围内，并且该轴向偏移在约20μm至130μm的范围内。
根据另一方面，提供了一种模具，该模具包括：内腔，该内腔具有内部几何结构，该内部几何结构包括与换能器悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移；以及入口，该入口允许将顺应性材料注入该内腔中。
根据一些示例，该径向偏移中的至少一种在约20微米(μm)至110μm的范围内，并且该轴向偏移在约20μm至130μm的范围内。
根据各种示例，该模具的该内部几何结构的外边缘限定具有8.0毫米或更小的最大线性尺寸的几何闭合形状。在某些示例中，该几何闭合形状可以为圆形。
在各种示例中，该模具包括一种或多个余量(allowance)，用以接合活塞和框架中的至少一者，使得该顺应性材料在注入该内腔时接触该活塞和该框架中的该至少一者。在某些示例中，该顺应性材料至少部分地粘附到该活塞和该框架中的至少一者中的每一者，使得在从该模具移除时，该顺应性材料使该活塞相对于该框架悬置。
以下详细讨论了这些示例性方面和示例的其他方面、示例和优点。本文所公开的示例可以与本文所公开的原理中的至少一个一致的任何方式与其他示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“另选示例”、“各种示例”、“一个示例”等的提及不一定使相互排斥得，而是旨在表示所描述的特定特征、结构或特性可包括在至少一个示例中。本文中此类术语的出现不一定全都指代相同的示例。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个示例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括附图以提供对各个方面和示例的例证和进一步理解，并且附图并入本说明书且构成本说明书的一部分，但并非旨在作为本发明的限制的定义。在附图中，在各种图中示出的相同或几乎相同的部件可以类似的参考符号或数字表示。为清楚起见，并不是在每个图中给每个部件都注上标记。在附图中：
图1是根据本文所述示例的示例性微型换能器的示意图；
图2A是示出图1的微型换能器的示例性环绕部件的示意图；并且
图2B是示出用于制备图2A的示例性环绕部件的示例性模具几何结构的示意图。
具体实施方式
现代入耳式耳机或耳塞通常包括微型扬声器，其为微型电声换能器。微型扬声器可以包括位于磁场中并且机械地耦接到声学隔膜的音圈。提供给音圈的电信号导致隔膜及其活塞或声学辐射表面的运动，从而产生响应于该电信号的声学信号。微型扬声器可以包括框架，活塞通过悬架或环绕件从该框架悬置，并且可以包括包封音圈以及磁性结构或电路的外壳。随着耳塞的尺寸减小，以允许广泛的频谱覆盖的方式来制造带有环绕悬架的声学隔膜变得越来越难。与常规微型扬声器相比，本文描述的微型扬声器的示例包括高顺应性(低刚度)环绕件或悬架。此类高顺应性换能器的至少一个益处包括比常规微型扬声器更宽的频谱输出，例如，相比于常规设计跨较大频率范围的较高声学位移和输出功率。
通常，在一个方面，电声换能器包括：具有前表面、后表面和周长的活塞；线轴，该线轴耦接到该活塞；和悬架(环绕件)，该悬架耦接到该活塞和框架。该线轴被构造为保持电导体(例如，音圈)的绕组。线轴沿线轴轴线的运动引起活塞的运动，从而产生从活塞的前表面传播的声学信号。在一些示例中，音圈可以更直接地耦接到活塞，而无需线轴。给定换能器的整体尺寸比例，悬架提供高顺应性。在一些情况下，术语隔膜可以旨在指代活塞和/或整体声学辐射表面(诸如可以包括活塞的前表面和悬架的一部分)。在其他情况下，术语隔膜可以旨在指代由活塞、环绕件和框架组成的隔膜组件。
本文讨论的方法和装置的示例不限于应用到以下描述中列出的或附图中示出的构造细节和部件布置。这些方法和装置能够在其他示例中实施，并且能够以各种方式操作或执行。本文提供的具体实施的示例仅出于进行示意性的目的，并非旨在进行限制。具体地讲，结合任何一个或多个示例所讨论的功能、部件、元件和特征并不旨在被排除在任何其他示例中的类似作用之外。
本文所公开的示例可以符合本文所公开的原理中的至少一个原理的任何方式与外部示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“另选示例”、“各种示例”、“一个示例”等的提及不一定是相互排斥的，而是旨在表示所描述的特定特征、结构或特性可包括在至少一个示例中。
此外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。以单数形式指代的对本文的系统和方法的示例、部件、元件、动作或功能的任何提及也可涵盖包括复数的实施方案，并且以复数形式对本文的任何示例、部件、元件、动作或功能的任何提及也可涵盖仅包括单数的示例。因此，单数或复数形式的提及并非旨在限制本发明所公开的系统或方法、它们的部件、动作或元件。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变型形式旨在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目。对“或”的提及可被理解为是包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可指示所述术语中的单个、多于一个和全部中的任何一种。对前和后、左和右、顶部和底部、上部和下部以及垂直和水平的任何引用是为了便于描述，而不是为了将本系统和方法或它们的部件限制成任何一个位置或空间取向。
图1以剖视图示出了具有由悬架120支撑的活塞110的示例性换能器100，该悬架进一步耦接到框架130。框架130形成支撑结构，其中活塞110由悬架120悬置。在各种示例中，框架130可以耦接到杯体140，该杯体与框架130、悬架120和活塞110结合可以形成封闭体积。另外，在各种示例中，线轴150可以机械地耦接到活塞110并且可以支撑音圈160。在一些示例中，音圈160可以定位在可由初级磁体170产生的磁场中。当电流穿过音圈160时，其产生与初级磁体170的磁场相互作用的另外的磁场，并沿轴向方向A产生经由线轴150传递到活塞110的力，该活塞作为响应地移动并且由此将电能转换成空气中的声能，如本领域中已知的。在一些而非所有示例中，磁场可以通过次级磁体180和/或币状物190进一步成形和/或强化。所示示例性换能器100的结构仅仅是一个示例，并且许多其他结构在不脱离本文所述的本发明的系统和方法的情况下可以是合适的。
本文所述的方法和装置涉及悬架120的制造和形成。活塞110和框架130形成悬架120的直接环境，并且可以采取多种形式中的任一种形式。活塞110、悬架120和框架130的组合在本文中可以称为组件或隔膜(或隔膜组件)。悬架120允许活塞110响应于来自音圈160的力而移动。将活塞110从标称位置或静止位置沿轴向方向A移动给定距离所需的力的大小是悬架120的(或组件的)刚度。在各种示例中，轴向刚度可以是50牛顿每米(N/m)或更小。在一些示例中，轴向刚度可以是35N/m或更小，或者可以是25N/m或更小。在某些示例中，轴向刚度可以在约8N/m至30N/m的范围内，或者可以在约5N/m至15N/m的范围内。
在各种示例中，本文描述的换能器的总直径D(或在一些情况下，隔膜直径)可以是8.0毫米(mm)或更小，5.5毫米或更小，并且在某些示例中，可以是约4mm或更小。
虽然活塞110被示出为弯曲或圆顶结构，但在各种示例中，活塞110可以是基本上平面的结构。另外，如图所示，活塞110是具有暴露的外表面或前表面的刚性结构。前表面是在操作中发射声能的空气界面。通常，术语隔膜可以指换能器中与流体(例如，空气)接触的部分，该部分与流体相对地移动，从而导致在流体中产生压力波。在各种示例中，如图所示的活塞110可以覆盖或涂覆在另一材料中，并且在不脱离本文描述的示例的情况下，此类材料的面在技术上可以是上述定义的“隔膜”。例如，在一些情况下，形成悬架120的材料可以延伸在活塞110的表面上。
虽然图1示出了线轴150，但各种示例可以不包括线轴，并且可以具有将音圈160耦接到活塞110或隔膜组件的替代形式。
在各种示例中，悬架120由柔软的顺应性材料形成。在各种示例中，悬架材料可以在20肖氏硬度A与40肖氏硬度A之间，并且在某些示例中，可以为约30肖氏硬度A。
图2A示出了活塞110、悬架120和框架130的组件的特写剖视图。悬架120具有厚度122，该厚度可以在10微米(μm)至100μm的范围内，并且可以小于70μm或小于50μm，并且在各种示例中，可以小于40μm，并且在一些示例中，可以在20μm至30μm的范围内，并且在某些示例中，可以为约25μm。
在某些示例中，悬架120可以通过注塑成型而形成。在各种示例中，悬架120可以由液体硅橡胶(LSR)或其他合适的顺应性材料形成。包含LSR的此类材料可以在固化期间收缩。在如本文所述的微型换能器和顺应性悬架材料的比例或物理尺寸的情况下，悬架120可以以各种非比例方式收缩。因此，根据本文所述的方法和示例形成悬架120可适应悬架120的顺应性材料在悬架120的物理尺寸处的非比例收缩。相应地，图2B中示出了可以从中制备出示例性悬架120的模具腔200。模具腔200具有与待形成的预固化悬架材料的形状相匹配的内部几何结构，使得在固化、干燥、收缩等步骤之后将产生适当成形的悬架120。
图2A包括由悬架120的预期所得形状限定的两个参考位置，即悬架120的“半滚”的最高点处的顶点124和任意轴向位置处的参考点126。模具腔200被成形为使得这些位置中的一个或多个位置位于与所得悬架120不同的位置处。应注意，术语“半滚”主要旨在指代悬架120的非平面(例如，非平坦)形状，并且不旨在表示所得形状必须具有半圆形横截面。
在各种示例中，模具腔200的内部几何结构具有顶点，该顶点具有与悬架120的顶点124的径向偏移224。在某些示例中，偏移224可以使得模具腔200的顶点比顶点124更靠近活塞110，例如，更靠近换能器的中心。
在一些示例中，径向偏移224可以是10μm或更大。在一些示例中，径向偏移224可以在约20μm至60μm的范围内。在一些示例中，径向偏移224可以在约20μm至130μm的范围内。在某些示例中，径向偏移224可以是约40μm、70μm或110μm。在各种示例中，径向偏移224可以表示模具顶点(相对于所得悬架120的顶点124)的偏移，其被定义为悬架120延伸的跨度128(或间隙)的分数或百分比。在各种示例中，径向偏移224可以是跨度128的5％至30％。在一些示例中，径向偏移224可以是跨度128的18％至30％。
在各种示例中，跨度128可以是约500μm或更小。在一些示例中，跨度128可以是约430μm或更小。在一些示例中，跨度128可以是图1的直径D的分数，例如直径D的约5％至15％。在某些示例中，跨度128可以是直径D的约7％至13％，并且在更具体的示例中，跨度128可以是直径D的8％至12％。
在各种示例中，模具腔200的内部几何结构包括轴向偏移226，使得在模制悬架120时，活塞110保持在与其静止位置轴向偏移的位置(例如，相对于框架130)。在各种示例中，轴向偏移226可以是25μm或更大。在一些示例中，轴向偏移226可以在约50μm至130μm的范围内。在某些示例中，轴向偏移226可以在约70μm至120μm的范围内。根据一些方面，各种示例可以具有20μm至60μm或30μm至60μm的轴向偏移226，并且可以在40μm至50μm的范围内。在某些示例中，具有约4.2mm的直径D的微型换能器的悬架120可以由轴向偏移为约40μm至50μm的模具腔200来制造。
在根据如本文所述的模具腔200模制之后，在从模具收缩之后的所得悬架120可以具有例如根据图1并且如图2A进一步说明的期望形状。尽管附图中未明确示出，但模具腔200可以包括入口或喷嘴，顺应性材料可以通过该入口或喷嘴引入或注入模具腔200中。
已经在上文描述了至少一个示例的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。此类改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的范围内。因此，上述说明书和附图仅是示例性的，并且本发明的范围应由所附权利要求书的适当构造及其等同内容来确定。

Claims (20)

1.一种形成声换能器的方法，所述方法包括：
提供具有内腔几何结构的模具，所述内腔几何结构具有与悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移；以及
将顺应性材料注入所述模具中。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在相对于所述模具的第一位置处提供活塞，在相对于所述模具的第二位置处提供框架，并且其中将所述顺应性材料注入所述模具中使得所述顺应性材料接触所述活塞和所述框架中的每一者。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述顺应性材料至少部分地粘附到所述活塞和所述框架中的每一者，使得在从所述模具移除时，所述顺应性材料使所述活塞相对于所述框架悬置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模具的所述内腔几何结构的外边缘限定具有小于8毫米的最大线性尺寸的几何闭合形状。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述最大线性尺寸为5.5mm或更小。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述几何闭合形状为圆形。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述径向偏移中的至少一种在约20微米(μm)至110μm的范围内，并且所述轴向偏移在约20μm至130μm的范围内。
8.一种声换能器，所述声换能器包括：
框架，所述框架具有8.0毫米或更小的最大线性尺寸；
悬架，所述悬架由耦接到所述框架的顺应性材料形成；和
活塞，所述活塞耦接到所述悬架并且由所述悬架悬置，使得所述活塞悬置在所述框架内，并且所述活塞在处于静止位置时以5牛顿每米(N/m)至50N/m的范围内的刚度对所施加的力作出反应。
9.根据权利要求8所述的声换能器，其中所述悬架通过提供具有内腔几何结构的模具并且将所述顺应性材料注入所述模具中而形成，所述内腔几何结构具有与所述悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移。
10.根据权利要求9所述的声换能器，其中将所述顺应性材料注入所述模具中使得所述顺应性材料接触所述活塞和所述框架中的每一者。
11.根据权利要求9所述的声换能器，其中所述顺应性材料至少部分地粘附到所述活塞和所述框架中的每一者，使得在从所述模具移除时，所述顺应性材料使所述活塞相对于所述框架悬置。
12.根据权利要求9所述的声换能器，其中所述模具的所述内腔几何结构的外边缘限定具有5.5毫米或更小的最大线性尺寸的几何闭合形状。
13.根据权利要求12所述的声换能器，其中所述几何闭合形状为圆形。
14.根据权利要求9所述的声换能器，其中所述径向偏移中的至少一种在约20微米(μm)至110μm的范围内，并且所述轴向偏移在约20μm至130μm的范围内。
15.一种模具，所述模具包括：
内腔，所述内腔具有内部几何结构，所述内部几何结构包括与换能器悬架的期望几何结构的径向偏移或轴向偏移中的至少一种偏移；和
入口，所述入口允许将顺应性材料注入所述内腔中。
16.根据权利要求15所述的模具，其中所述径向偏移中的至少一种在约20微米(μm)至110μm的范围内，并且所述轴向偏移在约20μm至130μm的范围内。
17.根据权利要求15所述的模具，其中所述模具的所述内部几何结构的外边缘限定具有8.0毫米或更小的最大线性尺寸的几何闭合形状。
18.根据权利要求17所述的模具，其中所述几何闭合形状为圆形。
19.根据权利要求17所述的模具，还具有一种或多个余量，用以接合活塞和框架中的至少一者，使得所述顺应性材料在注入所述内腔时接触所述活塞和所述框架中的所述至少一者。
20.根据权利要求19所述的模具，其中所述顺应性材料至少部分地粘附到所述活塞和所述框架中的每一者，使得在从所述模具移除时，所述顺应性材料使所述活塞相对于所述框架悬置。
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