JP2007174588A - ヘッドフォン - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドフォンにおいて、自由度の高い意匠性、小型化、音響特性を追究しつつ、耐衝撃性の高い構造を提供することを目的とする。
【解決手段】ヘッドフォン１００において、内部筐体として機能するベース１０２内にスピーカユニット１０３を収め、その上に回路基板１０４を保持し、さらにベース１０２を、弾性外筐部であるゴムによって構成されるラバー１０１に保持固定する。また、硬質外筐部であるアクリル製のドーム１０６の内側の溝１０６ｂをベース１０２の凸部１０２ｂに係合させ、ラバー１０１の弾性によって付勢し固定する。これにより、ドーム１０６がベース１０２に対して可動的に取り付けられる。ドーム１０２に衝撃が加わると、ラバー１０１が変形することで、ドーム１０２がベース１０２に対して動き衝撃が吸収される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、赤外線通信やBluetooth規格通信等を利用したワイヤレスヘッドフォンに適用可能な技術に係り、特に耐衝撃性の高いヘッドフォンに関する。

赤外線通信等やBluetooth規格通信等を利用したワイヤレスヘッドフォンが知られている。ワイヤレスヘッドフォンは、小型軽量化が進んでおり、例えば受信システムと音響システムを一体化した耳掛け型のものが実用化されている。このような小型軽量化を図った機器は、持ち運びや取り扱いが簡単である優位性があるが、小型軽量であるので、取り扱い時に落下したり、どこかにぶつけたりして衝撃が加わりやすい。特にワイヤレスヘッドフォンは、受信回路と増幅回路がヘッドフォン部分に一体化されているので、衝撃による回路基板からの電子部品の脱落や回路基板におけるクラックの発生が問題となる。この問題を回避するために、製品の外側を弾性材料で覆ったものが知られている。また、基板と外装ケースの間に発泡系のクッション材を配置し、直に衝撃が基板に加わらないようにしている製品もある。製品を弾性材料で覆った構造に関しては、例えば特許文献１に記載されている。

特表２００４−５０８７８７

しかしながら、製品の外側を弾性材料で覆った構造は、意匠面での自由度がないという問題がある。また、基板と外装ケースの間にクッション材を配置する構造は、音響特性への悪影響が生じる問題がある。ヘッドフォンは、小型化が追究されているが、一方で音響特性を確保するためにスピーカ等の音響変換素子の背後に空間（背後空気層）が必要である。クッション材は、スポンジ等の多孔質材料であるので、音響的には、背後空気層の容積を狭めることになる。このため、クッション材を製品内に配置する構造は、ただでさえ小型化を追究することで、背後空気層の確保が難しいところに、さらに音響的に不利な構造となる。

そこで、本発明は、耳掛け型ヘッドフォンに代表されるような小型のヘッドフォンにおいて、自由度の高い意匠性、小型化、音響特性を追究しつつ、耐衝撃性の高い構造を提供することを目的とする。

本発明のヘッドフォンは、回路基板と、前記回路基板を支持する内部筐体と、前記内部筐体および回路基板を保護するための外部筐体とを有し、前記外部筐体は、弾性部材により形成された弾性外筐部と、硬質部材によって形成された硬質外筐部とにより形成され、前記硬質外筐部は、前記内部筐体に可動的に取り付けられ、かつ、前記回路基板を覆うように保護し、前記弾性外筐部は、前記内部筐体に固定され、かつ、前記硬質外筐部を弾性により付勢していることを特徴とする。

可動的に取り付けられた構造というのは、力を加えなければ、動かず固定された状態にあるが、所定の力を加えた場合に、相対的な動きが可能な取り付け状態のことをいう。本発明においては、弾性外筐部の弾性により硬質外筐部が内部筐体に対して可動的に取り付けられているので、硬質外筐部に力を加えると、反発力を示しつつ硬質外筐部が内部筐体に対して相対的に動く構造となる。この構造によれば、硬質外筐部に衝撃が加わった場合に、その衝撃は、硬質外筐部を弾性的に支持する弾性外筐部で受け止められ、弾性外筐部の変形により吸収される。つまり、硬質外筐部は衝撃を受け止めるように内部筐体に対して動き、その変位は、弾性外筐部が弾性的に変形することで許容される。この衝撃緩和機構によれば、内部筐体には、弾性外筐部を介して間接的に衝撃が伝わるので、回路基板に伝わる衝撃は大きく緩和される。衝撃が問題となるのは、衝撃が発生した瞬間の加速度であるので、この衝撃初期の加速度が弾性外筐部の変形によって吸収されることで、回路基板からの電子部品の脱落や回路基板へのクラックの発生を招くような事態を避けることができる。また、弾性外筐部に直接衝撃が加わった場合は、弾性外筐部自体の弾性によってその衝撃が吸収される。

また、本発明によれば、硬質外筐部をアクリル樹脂等によって構成することができるので、自由度の高い意匠性を確保することができる。また、外部筐体の内部にクッション材を配置する必要がないので、音響特性の追究に必要な内部空間を確保することが容易となる。このため、小型化を追究しつつ必要な音響特性を得ることができる。

本発明において、前記硬質外筐部と前記回路基板との間にクリアランスが設けられている構造とすることは好ましい。この態様によれば、このクリアランスによって、衝撃を受けた硬質外筐部が、内部筐体に対して動く幅（可動幅）を確保することができる。この場合、このクリアランスの範囲内において、回路基板（内部筐体）に対して硬質外部筐体は相対的に動くことができ、衝撃を効果的に吸収することができる。また、衝撃を受けて、硬質外筐部が動いても、硬質外筐部が回路基板に接触することがなく、衝撃が回路基板に直接伝達されることがない構造とすることができる。

本発明において、弾性外筐部は、ゴムにより形成されていることは好ましい。弾性外筐部をゴムによって形成することで、衝撃吸収能力、硬質外筐部を保持するための弾性、強度、自由度のある成形性、低コスト性、耐久性といった諸条件を追究することができる。ゴム以外としては、弾性を有する樹脂材料や硬質発砲ウレタン、シリコン樹脂、熱可塑性エラストマー材料等を利用することができる。

本発明において、弾性外筐部が配置される側に、音を出力するスピーカが配置されていることは好ましい。この態様によれば、ヘッドフォンを装着した場合に、弾性外筐部が耳に接触するので、弾性外筐部を耳に当たる部分のクッション材（耳当て）として機能させることができる。

本発明によれば、外部筐体を弾性外筐部と硬質外筐部とに分け、弾性外筐部を介して硬質外筐部を内部筐体に可動的に取り付けることで、衝撃を受けた際に硬質外筐部を内部筐体に対して相対的に変位可能とし、硬質外筐部に加わる衝撃を、硬質外筐部の内部筐体に対する変位、およびその変位を許容する弾性外筐部の弾性変形によって吸収することができる。これにより、耳掛け型ヘッドフォンのような小型のヘッドフォンにおいて、自由度の高い意匠性、小型化、音響特性を追究しつつ、耐衝撃性の高い構造を得ることができる。

（１）ヘッドフォンの構成
図１は、本発明を利用したヘッドフォンの構造を示す分解斜視図である。図１に示すように、ヘッドフォン１００は、内部筐体として機能する樹脂製のベース１０２内にスピーカユニット１０３が収められ、その上に回路基板１０４が保持固定された構造を有する。ベース１０２は、弾性外筐部であるゴムによって構成されるラバー１０１に保持固定され、それを覆うように硬質外筐部であるアクリル製のドーム１０６が、ベース１０２に対して相対的に動くことができる状態で固定される。

すなわち、ベース１０２は、円形に２段の段差のある凹部を備えた略円板形状を有し、またその外側の周囲にフランジ部１０２ａを備えている。また、ベース１０２には、雌ネジ孔１０２ｄが形成されている。ベース１０２の凹部中央にスピーカユニット１０３を収めた状態において、その上から回路基板１０４を配置し、ビス１０４ｃを雌ネジ孔１０２ｄに螺合させることで、スピーカユニット１０３と回路基板１０４は、ベース１０２に保持固定される。スピーカユニット１０３は、図示しない磁石や鉄等により形成されたヨーク等により構成される磁気回路部を含む駆動部１０３ａとバネ電極端子１０３ｂを備えている。このバネ電極端子１０３ｂに回路基板１０４裏面側の電極パターンが接触し、回路基板１０４とスピーカユニット１０３との電気的な接続が行われる。回路基板１０４上には、赤外線受光ユニット１０４ｂ、電池ホルダ１０４ａが配置され、また図示しない電子回路が形成されている。また、回路基板１０４の裏面側にも電子回路が形成されている。電池ホルダ１０４ａには、電力源となる電池１０５が装着される。

ベース１０２にスピーカユニット１０３と回路基板１０４を保持固定させた状態において、ベース１０２のフランジ部１０２ａを略円環形状のラバー１０１内側の溝１０１ａに嵌め込むことで、ベース１０２がラバー１０１に固定される。なお、ラバー１０１のＺ軸方向の大きさは、ドーム１０６がベース１０２に固定された際にフランジ１０２ａと溝１０１ａを支点とする弾性反発力によりドーム１０６をＺ軸方向に押し付けられるように、ドーム１０６との接触位置よりも若干（図４のＺ軸方向の上側へ）大きくなっている。そしてこの状態において、略椀型のドーム１０６がベース１０２に対して可動的に取り付けられた構造となる。この可動的な取り付け構造については後述する。

図２は、ヘッドフォン１００の外観を示す斜視図である。図２（Ａ）は、ドーム１０６側の斜め方向から見た状態を示し、図２（Ｂ）は、ベース１０２側の斜め方向から見た状態を示す。図３は、ヘッドフォン１００の外観を示す上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および（Ｃ）である。側面図（Ｂ）は、上面図（Ａ）をＸ軸方向に向かって見た外観であり、側面図（Ｃ）は、上面図（Ａ）をＹ軸方向に向かって見た外観である。図２および図３に示すように、ヘッドフォン１００の外部筐体は、ラバー１０１とドーム１０６とによって構成されている。ドーム１０６には、長方形の開口部１０７が形成されている。この開口部１０７は、図１に示すスピーカユニット１０３背後の背後空気層につながっている。符号１０６ａによって示される底部が平坦な凹部は、意匠用のシールを貼るための部分である。

図４は、ヘッドフォン１００の断面図である。図４（Ａ）は、図３（Ａ）のＹ−Ｙ断面であり、図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）のＸ−Ｘ断面であり、図４（Ｃ）は、符号３０１の部分の拡大断面図である。図４に示すように、ベース１０２は、２段に凹部が形成されており、その１段目にスピーカユニット１０３が配置されている。スピーカユニット１０３は、音波の背面への回り込みを防ぐガスケットを兼ねる両面テープ１０９によって、ベース１０２に固定されている。ベース１０２には、雌ネジ孔１０２ｄが設けられている。この雌ネジ孔１０２ｄを利用して、ビス１０４ｃによって、回路基板１０４がベース１０２に固定されている。この固定の際に、バネ電極端子１０３ｂが、回路基板１０４裏面の音声信号出端子の電極パターンに接触し、回路基板１０４とスピーカユニット１０３との電気的な接続が行われる。

スピーカユニット１０３と回路基板１０４との間には、スピーカユニット１０３の背後空気層１０８が設けられている。背後空気層１０８は、ドーム１０６に形成された開口部１０７につながっている。背後空気層１０８の容積、開口部１０７の開口面積、開口部１０７の奥行き寸法等によって、スピーカユニット１０３の音響特性がチューニングされている。

回路基板１０４上には、電池ホルダ１０４ａが設けられ、そこに電池１０５が装着されている。また、回路基板１０４上には、赤外線受光ユニット１０４ｂが配置されている。ドーム１０６はアクリル製である。アクリルは赤外線を透過するから、ドーム１０６を介して、赤外線受光ユニット１０４ｂは、赤外線信号を受光することができる。

また図４（Ｂ）に示すように、ベース１０２のフランジ部１０２ａが、ラバー１０１内側の溝１０１ａに嵌合することで、ベース１０２のラバー１０１への固定（装着）が行われている。

図４（Ｃ）には、ドーム１０６のベース１０２への可動的な固定構造が示されている。すなわち、図４（Ｃ）に示すように、ドーム１０６内側には内周に沿った略Ｌ字形状のパターンを有する溝１０６ｂが形成されている。一方、ベース１０２側の縁側面には、凸部１０２ｂが設けられている。凸部１０２ｂと溝１０６ｂとの位置を合わせた状態において、ドーム１０６をベース１０２に押し付け、次いでドーム１０６をベース１０２に対して回転させると、略Ｌ字形状のパターンを有する溝１０６ｂに沿って凸部１０２ｂが動き、両者が係合する。この際、ドーム１０６は、ラバー１０１を押し、それを少し変形させるので、その反発力によってＺ軸方向に付勢される。このため、ドーム１０６の縁部分の内側に突出した凸部１０６ｃの上面は、ベース１０２側の凸部１０２ｂの下面にラバー１０１の弾性反発力によって押し付けられる。このベース１０２側からの押し付ける力によって、ドーム１０６がベース１０２に対して固定される。

この構造においては、ドーム１０６がラバー１０１の反発力によってＺ軸方向に付勢されるので、凸部１０２ｂの上方にクリアランス１１０が形成される。また、溝１０６ｂの内部寸法の設定により、クリアランス１１０は、凸部１０２ｂの側面方向にも形成される。さらにドーム１０６の縁部分の内側に突出した凸部１０６ｃと、ベース１０２との間にもクリアランス１１０ａが形成される。そして、ドーム１０６をＺ軸の方向から押すと、クリアランス１１０が存在し、またラバー１０１が弾性を有しているために、ドーム１０６が押した方向に動く。そして、ドーム１０６を押す力を取り除くと、ラバー１０１の反発力によって元の位置に戻る。こうして、ドーム１０６がベース１０２に対して可動的に取り付けられた状態を得る。

さらにこの構造においては、クリアランス１１０における凸部１０２ｂの側面方向における隙間寸法およびクリアランス１１０ａの隙間寸法よりも、ベース１０２に固定されている回路基板１０４の端部側面とドーム１０６との間の隙間寸法１１０ｂの方を大きく設定している。このため、衝撃によりドーム１０６がＸ軸方向に動いたとしても、ドーム１０６は、回路基板１０４には接触せず、衝撃が回路基板１０４に直接伝達しない。また、クリアランス１１０の凸部１０２ｂの上面方向における隙間寸法よりも、回路基板１０４の端部上面とドーム１０６との間の隙間寸法１１０ｃの方を大きく設定している。このため、衝撃によりドーム１０６がＺ軸方向に動いたとしても、ドーム１０６は、回路基板１０４には接触せず、衝撃が回路基板１０４に直接伝達しない。つまり、大きな衝撃を受けてドーム１０６がベース１０２に対して大きく動いたとしても、ドーム１０６が回路基板１０４に直接接触することがない。

ドーム１０６は、アクリル等の意匠の自由度が高い材料によって構成されるので、その形状、色彩、光沢、質感等を自在に選択することができる。そのため、ヘッドフォン１００の意匠性を追究することができる。また、シンプルでコストの低い構造とすることができる。なお、ヘッドフォン１００の通信方式は、赤外線に限定されず、Bluetooth規格のようなマイクロ波を利用したものであってもよい。また、通信方式は光ファイバや有線通信であってもよい。

（２）ヘッドフォンの動作
図１〜４に示すヘッドフォン１００の電気的な動作の一例を説明する。赤外線で送られてくる音声信号は、アクリルで構成されたドーム１０６を透過し、赤外光受光ユニット１０４ｂで受光される。赤外光受光ユニット１０４ｂの出力は、回路基板１０４に設けられた電子回路で低周波信号として増幅される。増幅された低周波信号は、バネ電極端子１０３ｂを介して、スピーカユニット１０３に伝わり、駆動部１０３ａを動作させる。駆動部１０３ａの動作によって発生した音波は、スピーカ開孔１０２ｃからヘッドフォン外に放射される。

（３）衝撃を受けた際におけるヘッドフォンの機能
ヘッドフォン１００の耐衝撃性について、図４（Ｃ）を用いて説明する。図中のＺ軸の方向からドーム１０６に衝撃が加わると、ドーム１０６がラバー１０１を押し、ラバー１０１が変形する。この際、クリアランス１１０があるため、その寸法分だけドーム１０６は、ベース１０２に近づくことができる。この可動範囲において、ラバー１０１が変形し衝撃が吸収される。これにより、ベース１０２に衝撃が直接伝わることが防止される。またベース１０２に衝撃が伝わったとしても、その衝撃は大きく緩和されたものとなる。また、クリアランス１１０ａが設けられているので、ドーム１０６は、ベース１０２に対してＸ軸方向に動くこともできる。このため、ドーム１０６が横方向（Ｘ軸方向）からの衝撃を受けたとしても、ドーム１０６のＸ軸方向への移動およびその際におけるベース１０１の弾性変形（ベース１０１は、ドーム１０６をＺ軸方向に付勢しているので、ドーム１０６がＸ軸方向に動こうとすると、両者の接触面において、ベース１０１にずれの弾性変形が生じる）が発生し、衝撃が吸収される。

また、ドーム１０６が受ける衝撃がラバー１０１の変形によって吸収されるので、衝撃によりドーム１０６が割れたり、ひびが入ったりすることを防止することができる。このため、ドーム１０６を薄くすることができ、またコストの低い材質によって構成することができる。このことは、軽量化、低コスト化、高耐久性を追求する上で有利となる。

（４）耳掛け型ヘッドフォンの例
ここでは、図１〜４に示すヘッドフォンを利用した耳掛け型のヘッドフォンの例を説明する。図５は、耳掛け型ヘッドフォンの一例を示す斜視図である。図５に示す耳掛け型ヘッドフォン４００は、ヘッドフォン１００、耳に掛ける耳掛け部４０１を備えている。ヘッドフォン１００は、図１〜３に示した構造を有する。この耳掛け型ヘッドフォン４００は、ラバー１０１の部分が耳に当たる耳当て部として機能するので、高い装着性を得ることができる。すなわち、ラバー１０１をドーム１０６に対する衝撃を吸収するための衝撃吸収手段として機能させると共に、弾力性のある耳当て部として機能させることができる。

（５）実施形態の変形
ドーム１０６をベース１０２に対して可動的に取り付ける構造としては、嵌め込み構造やビスによる取り付け構造であってもよい。ただし、ドーム１０６をベース１０２の方向に押した際に、ドーム１０６がベース１０２に対して動くことができる余裕を確保することが必要である。

嵌め込み式としては、例えば図４（Ｃ）に示す構造において、凸部１０２ｂの断面形状を略三角形状とした構造とする例を挙げることができる。この場合、ドーム１０６をベース１０２に対して押し付けると、ドーム１０６の縁部分の内側方向へ突出した凸部１０６ｃを、ベース１０２側の凸部１０２ｂが乗り越え、溝１０６ｂに凸部１０２ｂが入り込む。こうして、両者が係合する。この際、ラバー１０１がドーム１０６によって下方に押されて変形し、その反発力によってドーム１０６が上方（Ｚ軸方向）に付勢される。この構造においても、クリアランス１１０が形成され、ドーム１０６をＺ軸方向から押すと、ラバー１０１が弾性変形し、ドーム１０６は、ベース１０２に対して動くことができる。そして、加えた力を取り除くと、ドーム１０６は、ラバー１０１の反発力によって元の位置に戻る。こうして、ベース１０２にドーム１０６が嵌め込み構造によって、可動的に取り付けられた構造が実現される。

ビスによる取り付け構造としては、例えば図４（Ｃ）に示す構造において、ドーム１０６にビス孔を設け、ベース１０２の対応する位置に雌ネジ部を形成する。そして、ドーム１０６とベース１０２との間にクリアランスが存在し、ラバー１０１によってドーム１０６がベース１０２から離れる方向に付勢される状態にビスを締め付ける。この構造においても、ドーム１０６をＺ軸方向から押すと、ラバー１０１が弾性変形し、ドーム１０６は、ベース１０２に対して動くことができる。

ヘッドフォン１００の構造を、携帯電話やパーソナル・コンピュータの外部スピーカとして利用することもできる。例えば、ヘッドフォン１００のスピーカユニット１０３の音響特性を外部スピーカに適したものに変更したワイヤレススピーカを用意する。一方、長方形のプラスチック板を、内側の角度が７５°程度の変形Ｌ型に曲げ、一面を設置面（例えば机面）に接触させるようにし、他面に上記ワイヤレススピーカを取り付ける開口部を形成した外部スピーカスタンドを用意する。この外部スピーカスタンドの開口部に上記のワイヤレススピーカを嵌め込み、適当な場所に置く。そして、携帯電話やパーソナル・コンピュータの赤外線通信機能を用いて、音声を上記ワイヤレススピーカに飛ばし、音声を出力させる。

本発明は、例えばワイヤレスヘッドフォンに利用することができる。

発明を利用したヘッドフォンの構造を示す分解斜視図である。 発明を利用したヘッドフォンの外観を示す斜視図である。 発明を利用したヘッドフォンの上面図（Ａ）、側面図（Ｂ）および（Ｃ）である。 発明を利用したヘッドフォンの断面図である。 発明を利用した耳掛け型ヘッドフォンである。

符号の説明

１００…ヘッドフォン、１０１…ラバー（弾性外筐部）、１０１ａ…溝、１０２…ベース（内部筐体）、１０２ａ…フランジ部、１０２ｂ…凸部、１０２ｃ…スピーカ開孔、１０２ｄ…雌ネジ孔、１０３…スピーカユニット、１０４…回路基板、１０４ａ…電池ホルダ、１０４ｂ…赤外線受光ユニット、１０４ｃ…ビス、１０５…電池、１０６…ドーム、１０６ａ…凹部、１０６ｂ…ドーム内側の溝、１０６ｃ…ドーム縁部分の内側へ突出した凸部、１０７…開口部、１０８…背後空気層、１０９…ガスケット兼両面テープ、１１０…クリアランス、１１０ａ…クリアランス。

Claims (4)

1. 回路基板と、
   前記回路基板を支持する内部筐体と、
   前記内部筐体および回路基板を保護するための外部筐体と
   を有するヘッドフォンにおいて、
   前記外部筐体は、弾性部材により形成された弾性外筐部と、硬質部材によって形成された硬質外筐部とにより形成され、
   前記硬質外筐部は、前記内部筐体に可動的に取り付けられ、かつ、前記回路基板を覆うように保護し、
   前記弾性外筐部は、前記内部筐体に固定され、かつ、前記硬質外筐部を弾性により付勢していることを特徴とするヘッドフォン。
2. 前記硬質外筐部と前記回路基板との間にクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドフォン。
3. 前記弾性外筐部は、ゴムにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドフォン。
4. 前記弾性外筐部が配置される側には、音を出力するスピーカが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドフォン。

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