JP2004282761A - 音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 変換器の機械的設計を改良し、完全自動式の変換器の生産、特に直径１０ｍｍ以下の非常に小型の変換器の生産が、多大なコストがかからずに、かつ変換器の品質を損なうことなく可能となるようにする。
【解決手段】深絞りされた鋼板からなるハウジング（６）と、磁石（９）を有する磁石機構部（４）と、接触部位（１５）へ通じる線材（５）が引き出されているコイル（１３）を備えるダイヤフラム（１４）とを有する、電気力学の原理に基づく小型化された音響変換器（１）である。最大２０ｍｍの外径をもつハウジング（６）が最大０．２ｍｍの平均厚をもつ薄い鋼板でできており、磁石機構部（４）は下側の磁極プレートと上側の磁極プレート（１０）を有しており、この磁極プレート（１０）はハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍の厚さをもつ鋼板でできている。１つの形態では、磁石システムは下側の磁極プレートの代わりに磁性カップ（８）を有している。このような種類の変換器を製造する方法も対象としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は深絞りされた鋼板からなるハウジングと、磁石を有する磁石機構部と、接触部位へ通じる線材が引き出されているコイルを備えるダイヤフラムとを有する、電気力学の原理に基づく小型化された音響変換器に関する。このような種類の変換器は、特に電話、携帯電話、電話やヘッドホンなどのハンズフリー装置といった小型機器に組み込むことが意図されている。この種の小型化された電気音響式の音響変換器は、ダイヤフラムおよびこれに取り付けられた可動コイルと、磁石機構部と、場合により前面カバーおよび／または裏面カバーとを備えている。本発明は変換器を製造する方法も対象としている。

電気力学の原理に基づく電気音響式の音響変換器は百年近くも前から公知となっており、スピーカ、ヘッドホンとしての用途や、種々の音響上の用途、たとえば電話の受話側として用いられており、以下においては便宜上「変換器」と呼ぶ。

このような変換器の今日の構造は、たとえば特許文献１や特許文献２に記載されているように、基本的にプラスチックを使って行われている。このような解決法はダイヤフラムシートや変換器ハウジングだけでなく、磁石システムや電気接点の被覆もコンパクトなユニットを形成する変換器の製造を可能にしてきた。このような解決法は、以前に実施されていた手作業での製造とは異なる、半自動式の変換器製造が普及するのに寄与してきた。この解決法は、非常に複雑なために高価であることが少なくないプラスチック射出成形金型を必要とする。変換器製造の完全自動化は、プラスチックで被覆されるべき変換器モジュールの取扱が複雑であるために、今日に至るまで成功していない。そのために、被覆されたモジュールを用いる、それ自体としては技術的に非常に優れた解決法を、大量生産の場で低コストに利用することはできていなかった。

原則として、一方では変換器の感度を引き上げるため、また他方では再生のひずみを最低限に抑えるために、変換器のエアギャップにおける磁界の強さを可能な限り大きく、かつ直線的にすることが重要である。変換器のエアギャップにおける磁界の強さは、まず第１に、永久磁石の磁気的な強度と体積に依存して決まる。磁石が強くて大きいほど、高い電位が磁石に含まれている。しかしこの電位を活用することができるのは、磁力線の長さがエアギャップまで延びており、磁力線が内部を進む材料が、あまりに磁力線を減衰させない場合に限られる。このことは、磁界強度を最大限に高めるための第２の重要な要因である。一般的に考えると、長くて「薄い」経路は、磁石継鉄を通って伝搬するときに磁力線を弱めてしまうので常に好ましくない。使用する材料の磁気特性が既知であれば、磁場の計算は電気的なスイッチ回路の計算と非常に類似したものになる。

電気音響変換器の磁気回路は、比較的狭い環状の空気領域（エアギャップ）で最大の磁界強度が得られるように構想される。変換器が小型で「スペースが貴重」である場合、磁石の大きさはきわめて限られている。それだけに、磁石継鉄の施工がいっそう重要な役割を果たすことになる。一般的に言うと、継鉄を不要に薄くしないことが重要である。したがって２ｍｍ以下の磁性カップの厚さは好ましくなく、０．５ｍｍ以下ならば、あまりに多くの損失を引き起こすのでほとんど使い物にならない。同様のことは磁極プレートについても言える。

磁極プレートの２番目に重要な役割は、音響変換器のエアギャップで、できるだけ直線状の磁界強度を可能にすることにある。このことは、（対称軸に対して横向きの方向すなわち半径方向では）磁界分布が一定であるべきことを意味している。したがって磁極プレートは、ダイヤフラムの行程にほぼ相当する厚さを有しているのが普通である。これは変換器の形式や用途に応じて０．５ｍｍから２ｍｍの間である。可動コイルは磁極プレートの厚さよりも最大３００％だけ長いのが普通である。このことは、ダイヤフラムに極端な振幅が生じた場合でも、コイルがまだ少なくとも長さの３分の１だけエアギャップ領域に位置することを可能にするために必要である。

したがって、およそ１０センチを超える直径をもつ変換器では、約２ｍｍの厚さである場合が多い適当な厚さの鋼板を深絞りすることで、ハウジングを製作するのが普通である。本発明は、直径がおよそ２０ｍｍ以下の小型化された変換器を対象とするものであり、そのため、このような厚さの鋼板を深絞り方法で用いることがもはや許容されない。逆に薄い鋼板を使うことは、上に挙げたような理由から適切でなく、したがって派生する問題があるにもかかわらず、依然として冒頭に述べたプラスチックハウジングが用いられている。
オーストリア国特許出願公告第２２１１５０Ｂ号明細書 オーストリア国特許出願公告第２３６４７４Ｂ号明細書

本発明の課題は、変換器の機械的設計を改良し、完全自動式の変換器の生産、特に直径１０ｍｍ以下の非常に小型の変換器の生産が、多大なコストがかからずに、かつ変換器の品質を損なうことなく可能となるようにすることである。

本発明によればこの目的は、冒頭に定義した種類の変換器において、最大２０ｍｍの外径をもつハウジングが最大０．２ｍｍの平均厚をもつ薄い鋼板でできており、磁石機構部は下側の磁極プレートと上側の磁極プレートを有しており、これらの磁極プレートはハウジングの底面の平均厚の少なくとも１．５倍の厚さをもつ鋼板でできていることによって達成される。それにより、ハウジングを深絞りで有利に製作し、下側の磁極プレートによる底面領域の補強によって壁部領域の磁界強度の減衰を甘受し、その代わりにはるかに進んだ小型化を実現することが可能である。

「平均厚」という概念は、ハウジングの深絞りのときに生じる、完成したハウジングの異なる部位の壁厚の差異があるので必要である。

本発明の一実施形態では、磁極プレートが、ハウジングの底面の平均厚の少なくとも１．５倍、有利には少なくとも２倍、格別に有利には３倍の厚さを有していることが意図される。それにより、エアギャップの領域で格別に均一な磁界が得られ、ハウジングの厚さが少ないことによる磁界の減衰がいっそう減る。

１つの態様では、下側の磁極プレートが磁性カップの一部であり、有利には一体的な一部であり、この磁性カップの外套領域は少なくとも実質的に上側の磁極プレートの上側の表面まで達していることが意図される。変換器の小型化の程度が若干しか低くならないこの変形例は、磁界が事実上減衰されないという利点を有している。

上に挙げた態様の１つの発展例は、磁性カップの壁厚が、ハウジングの底面の平均厚の少なくとも１．５倍、有利には少なくとも２倍、格別に有利には少なくとも３倍に相当していることを特徴としている。それにより、エアギャップの領域で格別に均一な磁界が得られる。

下側の磁極プレートを備える本発明の変換器を製造する方法では、下側の磁極プレートがハウジングの深絞りのときにロストコアの方式で金型に挿入されることを特徴としている。それにより、関与するすべての部品の少ない寸法にもかかわらず、簡単な取扱が可能である。そのうえ、接着等を行わずに磁極プレートが高い信頼度で固定される。

また、磁性カップを備える本発明の変換器を製造する方法は、磁性カップがハウジングの深絞りのときにロストコアの方式で金型に挿入されることを特徴としている。その利点は、さきほど述べた方法の場合と同様である。

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。

本発明による解決手段が、図１に原理的に図示されている。本発明の変換器１は、深絞りされて打ち抜かれ、それによってダイヤフラム１４のためのダイヤフラムシート面２と、後方の音響開口部３と、磁石機構部４のための組付け切欠きとが形成され、コイル１３のリード線５を接続部位１５へと案内することができる鋼板ハウジング６で構成されている。

そして、前記変換器１は、最大２０ｍｍの外径をもつハウジング６が最大０．２ｍｍの平均厚をもつ薄い鋼板でできており、磁石機構部４は、後述するように、下側の磁極プレート１１と上側の磁極プレート１０を有しており、これらの磁極プレートはハウジング６の底面の平均厚の少なくとも１．５倍の厚さをもつ鋼板でできている。

変換器の製造に鋼板を使用することは、上に述べたようにそれ自体としては従来技術に相当しており、以前からスピーカの製造で利用されてきた。多くの場合数デシメートルであるスピーカの比較的大きい直径は、比較的厚い鋼板の使用を許すので、スピーカハウジングのカップ状の鋼板で磁石継鉄（磁石と磁極プレート）を直接構成することが製造法からして可能である。使用される鋼板は最大２ミリの厚さなので、磁石機構部４のエアギャップにおける磁界の強さにマイナスの影響を及ぼすことがない。これよりも薄い鋼板を使うと、磁石システムのエアギャップにおける磁界強度、およびこれに伴うスピーカの効率が劇的に低下する。

携帯電話等の現代の遠隔通信機器は、極端な場合には直径が１０ｍｍ以下の大きさでさえある小型の変換器をますます必要としている。このような変換器の製造を安価に設計するために、本発明によれば、図２に示すようにカップ８と磁石９と磁極プレート１０とで構成される磁石機構部４を、深絞りされた鋼板ハウジング６と結合することが意図される。この場合、カップ８の底部は、後述の磁極プレート１１としても機能し、このようにして「比較的厚い」磁性カップで磁気回路が構成されるので、最大０．２ｍｍの薄い鋼板を、エアギャップにおける磁界損失なしに使用することが可能である。

図４に示すもっと単純な別の実施形態では、カップ８の代わりに第２の磁極プレート１１だけが設けられる。それにより、図３に比べて劣る磁束しか得られないものの、いっそうの小型化が可能である。磁力線が磁石９の底面から下側の磁極プレート１１および薄い鋼板ハウジング６を介して上側部分のエアギャップに至り、さらに上側の磁極プレート１０（図２）から磁石９へと戻るように延びているものと、磁束を想定することができる。このとき、当然ながら磁力線は（厚壁のカップ８ではない）薄い鋼板を通る経路で、厚壁のカップの場合よりも減衰されるが、このことは、特別に小型の変換器にとっては甘受することができる。

本発明は有利な製造方法として、ハウジング６を深絞りするとき、図３ないし図４に模式的に図示するように、カップ８ないし下側の磁極プレート１１を深絞り金型に挿入し、ハウジング鋼板とともに深絞りすることを提案する。それにより、磁石システムのカップ８ないし下側の磁極プレート１１と、変換器１の残りの鋼板ハウジング６との間に接着剤を使わない堅固な結合が得られる。

図１と図５から明らかなように、本発明に基づいて薄い鋼板から深絞りされた変換器ハウジング１は、開口部（貫通孔）３も有している。この開口部３は、変換器の必要な音響調節の役目をするものであり、電気音響の分野の当業者には周知であり、その個数、大きさ、位置に応じて容易に決めることができる。

小型変換器の、本発明による実際に即した磁石継鉄は、具体的には、厚さ０．９ｍｍの磁石（９）と、厚さ０．３ｍｍの磁極プレート（１０）と、厚さ０．４ｍｍの磁性カップ（８）とを有している。この磁性カップ（８）が、厚さ０．２ｍｍの変換器ハウジング（６）に保持される。

以上との関連で本発明は、コイルから接続部位までのリード線５の挿通の改善も提案する。

図５に模式的に示すように、深絞り工程の過程で変換器ハウジング６の外側領域に、リード線５が中に通される開口部３の近傍領域で２つの隆起部１２が形成される。リード線５をこれらの隆起部１２の間で案内し、その位置で、場合により接着剤で固定することができる。図６は、縮尺どおりではなく純粋に模式的に、（図６には図示しない）リード線（線材）に対して鉛直方向の断面を示している。図７は同じく模式的に、単純な開口部３としてではなく、同じく隆起部１２を備えるように構成された開口部３の領域の断面図を示している。開口部１２の大きさは、多様性が広いことを明示するために、図７では意図的に図１と異なる大きさに図示されている。

当然ながら、カップ８の領域ないし第２の磁極プレート１１の領域にも、カップないし磁極プレートの相応の切欠きないし開口に対応するように鋼板ハウジング６の開口部３を設けて、所望の音響的な調節を実現することが可能である。

本発明の実施の態様を整理すると、次のようになる。

深絞りされた鋼板からなるハウジング（６）と、磁石（９）を有する磁石機構部（４）と、接続部位（１５）へ通じる線材（５）が引き出されているコイル（１３）を備えるダイヤフラム（１４）とを有する、電気力学の原理に基づく小型化された音響変換器（１）において、最大２０ｍｍの外径をもつハウジング（６）が最大０．２ｍｍの平均厚をもつ薄い鋼板でできており、磁石システム（４）は下側の磁極プレート（１１）と上側の磁極プレート（１０）を有しており、これらの磁極プレート（１０，１１）はハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍の厚さをもつ鋼板でできていることを特徴とする音響変換器。

前記磁極プレートが、ハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍、有利には少なくとも２倍、格別に有利には少なくとも３倍の厚さを有している。

前記下側の磁極プレート（１１）が磁性カップ（８）の一部であり、有利には一体的な一部であり、この磁性カップの外套領域は少なくとも実質的に上側の磁極プレート（１０）の上側の表面まで達している。

前記磁性カップ（８）の壁厚が、ハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍、有利には少なくとも２倍、格別に有利には少なくとも３倍に相当している。

前記音響変換器を製造する方法において、下側の磁極プレート（１１）がハウジング（６）の深絞りのときにロストコアの方式で金型に挿入される。

前記磁性カップ（８）がハウジング（６）の深絞りのときにロストコアの方式で金型に挿入され。

本発明に基づいて構成された変換器の断面図である。 図１の詳細を拡大した縮尺で示す図である。 製造の過程を示す詳細図である。 図３の変形例を示す図である。 コイルの線材（リード線）の案内部を示す図である。 コイルの線材の案内部を示す図である。 コイルの線材の案内部を示す図である。

符号の説明

１ 音響変換器
３ 開口部
４ 磁石機構部
６ ハウンジング
８ 磁性カップ
１０ 磁極プレート
１１ 磁極プレート
１３ コイル
１４ ダイヤフラム

Claims (6)

1. 深絞りされた鋼板からなるハウジング（６）と、磁石（９）を有する磁石機構部（４）と、接続部位（１５）へ通じる線材（５）が引き出されているコイル（１３）を備えるダイヤフラム（１４）とを有する、電気力学の原理に基づく小型化された音響変換器（１）において、
   最大２０ｍｍの外径をもつハウジング（６）が最大０．２ｍｍの平均厚をもつ薄い鋼板でできており、磁石システム（４）は下側の磁極プレート（１１）と上側の磁極プレート（１０）を有しており、これらの磁極プレート（１０，１１）はハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍の厚さをもつ鋼板でできていることを特徴とする音響変換器。
2. 磁極プレートが、ハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍、有利には少なくとも２倍、格別に有利には少なくとも３倍の厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の音響変換器。
3. 下側の磁極プレート（１１）が磁性カップ（８）の一部であり、有利には一体的な一部であり、この磁性カップの外套領域は少なくとも実質的に上側の磁極プレート（１０）の上側の表面まで達していることを特徴とする請求項１または２に記載の音響変換器。
4. 磁性カップ（８）の壁厚が、ハウジング（６）の底面の平均厚の少なくとも１．５倍、有利には少なくとも２倍、格別に有利には少なくとも３倍に相当していることを特徴とする請求項３に記載の音響変換器。
5. 請求項１または２に記載の音響変換器を製造する方法において、下側の磁極プレート（１１）がハウジング（６）の深絞りのときにロストコアの方式で金型に挿入されることを特徴とする方法。
6. 請求項３または４に記載の音響変換器を製造する方法において、磁性カップ（８）がハウジング（６）の深絞りのときにロストコアの方式で金型に挿入されることを特徴とする方法。

Images