JP2014158080A - 振動減衰構造を有する電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型を前提として、スピーカ鳴動時の筐体振動を抑制することにより高効率で大音量の再生を可能にすることに貢献し得る、電気音響変換器を提供する。
【解決手段】電気音響変換素子９と筐体２の間に、制振部材３が配設され、当該制振部材と接し、当該筐体への当該電気音響変換素子の取り付け方向に向く表面に、凹部および凸部からなる凹凸状の構造が設けられ、当該凹部に当該制振部材が埋め込まれてなる振動減衰部５が介在する電気音響変換器１。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動減衰構造を有する電気音響変換器に関する。

携帯電話においては、音楽再生、ハンズフリーなどの音響機能を商品価値とした薄型のスタイリッシュな携帯電話の開発が活発化している。特に携帯電話においては、その商品性訴求から筐体の薄型化が促進されており、筐体剛性が低下する傾向にある。また、音響機能として動画再生などのアミューズメント機能が強化される中、高音質・大音量が要求されており、ハイパワーのスピーカの搭載が不可欠となっている。

特開平０２−２２６９００号公報

以下の分析は、本願発明者により与えられる。

上述のような携帯電話の開発環境においては、スピーカ鳴動時の筐体振動の抑制が大きな課題となっている。

この筐体振動を抑制する方法として、電気音響変換素子と筐体の間に、制振部材を介在させる方法があり、この方法を利用したものとして、金属板の間に制振樹脂を挟むサンドイッチ構造の制振ラミネートシートからなるスペーサをスピーカユニットのフレームとスピーカキャビネットの間に介在させるスピーカシステムの防振構造が知られている（特許文献１）。

しかしながら、上記特許文献１に記載されるような、電気音響変換素子と筐体の間に制振部材が介在するが、一般的な制振部材を用いた電気音響変換器では、振動減衰効果が小さい。したがって、スピーカ鳴動時に発生するスピーカフレームの振動が、十分に減衰されることなく筐体に伝播し、筐体自体が振動してしまう。なお、スピーカの小型化、薄型化によってこの傾向は一層強まる。その結果、スピーカと比較して筐体の面積は大きいため、僅かな振動量でも大音圧を放射し、スピーカからの音波と干渉して、音響特性が大きく劣化するという問題があった。

本発明の課題は、薄型を前提として、スピーカ鳴動時の筐体振動を抑制することにより高効率で大音量の再生を可能にすることに貢献し得る、電気音響変換器を提供することにある。

本発明の一視点によれば、電気音響変換素子と筐体との間に、制振部材が配設され、当該制振部材と接し、当該筐体への当該電気音響変換素子の取り付け方向に向く表面に、凹部および凸部からなる凹凸状の構造が設けられ、当該凹部に当該制振部材が埋め込まれてなる振動減衰部が介在する電気音響変換器が提供される。

本発明に係る電気音響変換器は、薄型にも関わらず筐体振動が抑制され、音響特性の向上に貢献する。

本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した図３のＸ−Ｘ´間で切断した場合の部分模式展開図である。 本発明の実施形態２に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した図４のＸ−Ｘ´間で切断した場合の部分模式展開図である。 本発明の実施形態１の電気音響変換器の構成を模式的に示した斜視図である。 本発明の実施形態２の電気音響変換器の構成を模式的に示した斜視図である。 従来の電気音響変換器の実装形態を示す。 本発明の実施形態２の電気音響変換器と従来の実装形態（比較例）の電気音響変換器の音響特性の比較図である。

はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した図３のＸ−Ｘ´間で切断した場合の部分模式展開図である。図３は、本発明の実施形態１に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した斜視図である。

電気音響変換器１は、本発明に係る振動減衰部を有することにより、スピーカ鳴動時の筐体振動を抑制することが可能な電気音響変換器である。電気音響変換器１は、例えば、携帯電話機、スマートフォン等の、特に携帯型の小型電子機器に実装される。

電気音響変換器１は、主な構成部として、電気音響変換素子９と、スピーカフレーム４と、及びスピーカフレーム４上に設けられた振動減衰部５と、を有する。電気音響変換素子９と筐体２との間には、筐体２側から順に、貫通穴部１１を有する制振部材３と、筐体２に向けて開口部１２を有するスピーカフレーム４と、が配設されており、スピーカフレーム４の、制振部材３と接し筐体２への電気音響変換素子９の取り付け方向に向く表面（すなわち、制振部材３が積層されている面）には、凹部６および凸部７からなる凹凸状の凹凸構造８が設けられている。凹部６には、制振部材３が埋め込まれている。振動を吸収する機能を有する振動減衰部５は、制振部材３及び凹凸構造８から構成される。

電気音響変換素子９から発生した振動が、筐体２に直接伝達されることは無い。すなわち、電気音響変換素子９からスピーカフレーム４に伝達された振動エネルギーは、スピーカフレーム４に接合する振動減衰部５によって吸収されるため、筐体２へと伝わる振動は抑制される。電気音響変換素子９により発生した音波は、スピーカフレーム４の開口部１２から、制振部材３の貫通穴部１１を経て、筐体２外へ放出される。

制振部材３は、筐体２と、スピーカフレーム４との間に介在し、筐体２およびスピーカフレーム４に接合する。制振部材３は、弾性を有する部材であり、貫通穴部１１を有する。制振部材３の一部は、スピーカフレーム４上に設けられた凹部６に埋め込まれている。制振部材３の形状は、スピーカフレーム４の制振部材３と接する面の形状に対応する形状でもよく、例えば、環状、楕円形、矩形の枠状などでよい。また、貫通穴部１１の形状は、スピーカフレーム４の開口部１２の形状に対応する形状でも良く、例えば、円形、楕円形、矩形などでよい。制振部材３は、振動エネルギーを吸収する機能を有する。制振部材３は、ウレタン（特に、発泡ウレタン）、ニトリルゴム、金属と樹脂との複合材料などの振動吸収力の高い、弾性樹脂材料を使用することができ、好ましくはウレタン（特に、発泡ウレタン）またはニトリルゴム、を使用することができる。

スピーカフレーム４には、筐体２と対向する面と反対側に、電気音響変換素子９が取り付けられている。スピーカフレーム４は、筐体２に対向する面に開口部１２を有し、制振部材３と接する表面に凹凸構造８を備える。筐体２に対向する面の形状は特に限定されず、例えば、環状、楕円形、矩形の枠状などでよい。開口部１２の形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、矩形などでよい。スピーカフレーム４の材質は、制振部材３に対して剛基礎の効果を与える、すなわち制振部材３よりも高い剛性を有するものであればよく、硬質樹脂材料、金属材料などを使用することができ、好ましくは、金属材料を使用することができ、例えば、ステンレスまたは真鍮を使用することができる。

凹凸構造８は、凹部６および凸部７から構成される。凹凸構造８は、振動時には、凹部６に埋め込まれた制振部材３に応力を集中させることにより、効率よく振動エネルギーを吸収する機能を有する。凹凸構造８は、制振部材３と接する表面全体に施されていても良く、部分的に施されていても良い。制振部材３と接する表面積に占める凹凸構造８を有する面積の割合は、好ましくは、６割以上である。凹部６および凸部７の形状は、凹部６に埋め込まれた制振部材３に応力を集中させることができる機能を有しているものであれば、図示される凹凸形状に限定されず、他の形状（例えば、台形形状、波形形状）の構造であってもよい。

凹部６の深さは、図１において、凸部７の頂点から制振部材３の筐体２に接する面までの高さｔ０に対する、凸部７の高さｔ１（すなわち、凸部７の頂点から、凹部６の底面までの長さ）の割合として表される。凹部６の深さは、好ましくは、ｔ０：ｔ１が、１：１から１：０．５である。図中において、凹部６の底面は、制振部材３とスピーカフレーム４の境界面とほぼ平行である。凹部６の形状は、凹部６に埋め込まれた制振部材３に応力を集中させることができる機能を有しているものであれば、図示される凹形状に限定されず、例えば、その断面が、凹部底面に向って窄まる台形形状などであってもよい。

凹凸構造の振動減衰（制振）効果は、必ずしも明確になっている訳ではないが、凸部７は、その側面壁により、凹部６（すなわち、相対する２つの凸部７の間の空間）に埋め込まれた弾性を有する制振部材３の振動による変形を制限するものと推察される。この結果、スピーカフレームから伝わる振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、振動が減衰されるものと推察される。図中において、凸部７の側壁面は、制振部材３とスピーカフレーム４の境界面とほぼ９０度の角度である。凸部７の形状は、例えば、その断面が、図示される凸形状、凸部頂点に向って窄まる台形形状などであってもよい。この場合、凸部７の頂点を含む平面（すなわち、台形の上底を含む平面）に対する、凸部７の側面の傾斜角度αは、３０°〜９０°であり、好ましくは、４５°〜６０°である。

凹部６の開口部の幅ａ１と、凸部７の頂点部分の幅ａ２の比率は、３：１〜１：１であり、好ましくは、２：１である。なお、凹部６および凸部７の数は特に制限されない。

電気音響変換素子９は、入力された電気信号を振動振幅に変換する機能を有する。電気音響変換素子９は、スピーカフレーム４に取り付けられている。電気音響変換素子９は、磁気駆動方式の素子（永久磁石など）、圧電素子などを用いることができる。

［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る電気音響変換器について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態２に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した図４のＸ−Ｘ´間で切断した場合の部分模式展開図である。図４は、本発明の実施形態２に係る電気音響変換器の構成を模式的に示した斜視図である。

実施形態２は、実施形態１の変形例であり、制振部材３をスピーカフレーム４に直接接合させるのをやめ、制振部材３と接する表面に凹凸構造８が設けられている支持部材１０を介してスピーカフレーム４に接合させたものである（すなわち、制振部材３および支持部材１０は、スピーカフレーム４に積層されて配されている）。実施形態１と異なり、スピーカフレーム４の支持部材１０と接する面に、凹凸構造８は設けられていない。その他の構成および実施の形態は、実施形態１と同様である。

支持部材１０は、スピーカフレーム４から独立し、貫通穴部１３を有する部材である。支持部材１０の形状は、スピーカフレーム４の支持部材１０に接する面の形状に対応する形状でもよく、例えば、環状、楕円形、矩形の枠状などでよい。また、貫通穴部１３の形状は、スピーカフレーム４の開口部１２の形状に対応する形状でもよく、例えば、円形、楕円形、矩形などでよい。支持部材１０は、制振部材３と接する表面に凹凸構造８（すなわち、凹部６および凸部７から構成される凹凸構造）が設けられている。制振部材３の一部は、凹凸構造８の凹部６に埋め込まれている。支持部材１０の材質は、制振部材３に対して剛基礎の効果を与える、すなわち制振部材３よりも高い剛性を有するものであればよく、硬質樹脂材料、金属材料などを使用することができ、好ましくは、金属材料を使用することができ、例えば、ステンレスまたは真鍮を使用することができる。

支持部材１０は、スピーカフレーム４から独立した部材であるので、実施形態１のようにスピーカフレーム４の材質が制限されることはない。また、制振部材３と、支持部材１０とを一体として変更することによって、容易に筐体振動を抑制することができることから、製造が容易となる。またコストを軽減することができる。

［本発明に係る振動減衰部５の作用］
本発明に係る振動減衰部５の作用を、図２を用いて以下に説明する。

スピーカフレーム４の表面に支持部材１０（例えば、環状金属板）が接合し、次に支持部材１０に、制振部材３（ないしは弾性部材ともいう）および筐体２が順に接合する。ここで、支持部材１０は制振部材３の土台となる効果を有し、制振部材３の振動吸収特性を向上させる。すなわち、剛基礎の効果を生じる。

また、支持部材１０に設けられた凹凸形状を有する凹凸構造８の凹部６には、制振部材３が埋め込まれている。振動時に凹部６に埋め込まれた制振部材３に応力を集中させ、振動エネルギーを吸収させる。すなわち、振動によって、弾性を有する制振部材３は変形しようとするが、相対する凸部７の側面壁により拘束されているため変形ができずに、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されるものと推察される。このように、振動減衰部５は、電気音響変換素子９からの振動を減衰させる機能を有し、振動減衰効果を向上させる。

図５は、従来の振動減衰構造を有する電気音響変換器１´の実装形態を示す。電気音響変換素子９´およびスピーカフレーム４´は、制振部材３´を介して筐体２´に取り付けられている。本実装形態においては、支持部材は存在せず、また、スピーカフレーム４´には凹凸状の構造（すなわち、凹凸構造８に対応する構造）は設けられていない。

本発明に係る電気音響変換器は、従来型の電気音響変換器と比較して振動減衰の効果が大きく、その結果音響特性が向上する。更に、本発明の実施形態２においては、支持部材がスピーカフレームから独立したものとなっているため、スピーカフレームの材質が制限されることはなく、また、制振部材３と、支持部材１０とを一体として変更することによって、容易に筐体振動を抑制することができることから、製造が容易となる。またコストを軽減することができるなどその工業的価値は大である。

実施例及び比較例の音響特性を比較することにより本発明を具体的に説明する。

実施例（図２に記載される構造を有する実装状態、すなわち、スピーカフレームの表面に支持部材が接合し、続いてその支持部材に、制振部材と筐体が順に接合する構造である）及び比較例（図５に記載される構造を有する実装状態、すなわち、スピーカフレームの表面に制振部材と筐体が順に接合する構造である）における音響特性を測定した。図２のｔ１＋ｔ０=図５のＴとし、制振部材としては発泡ウレタンを使用し、支持部材としてはステンレスまたは真鍮を使用し、図２における、ｔ１＝０．３ｍｍ、ｔ０＝０．５ｍｍ、ａ１＝ａ２＝０．５ｍｍとした。なお、振動試験は、スピーカとして外形φ１５ｍｍの動電型スピーカを用い、０．５Ｗの駆動電力により行なった。測定は、音源から１０ｃｍ離れた位置に音圧測定器（B＆K製、オーディオアナライザー）の探測子を配置して行なった。

試験により測定された音響特性を図６に示す。周波数がおよそ１２００Ｈｚ以下の領域（特に３００〜１２００Ｈｚ）では、実施例の音圧レベルが比較例の音圧レベルを最大約８ｄＢ、平均約４ｄＢ上回っている。これは、筐体２の振動を抑えることにより、電気音響変換素子から生ずる音波との干渉が弱められたことによって音圧が高まったことによる。また、比較例で測定される６０００〜１００００Ｈｚ付近の音圧レベルの急激な上昇が抑えられている。これは、筐体２の振動を抑えることにより、電気音響変換素子から生ずる音波との共振が抑制されたことによる。したがって、本発明に係る電気音響変換器を使用することにより、スピーカ鳴動時の筐体振動が抑制され、音響特性が向上するという効果が得られた。

本発明に係る振動減衰構造は、振動を発する機器における防振手段として広く使用することができる。特に、携帯電話機、スマートフォン等の薄型で携帯型の小型電子機器の防振手段として実装することができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）電気音響変換素子と筐体との間に、制振部材が配設され、当該制振部材と接し、当該筐体への当該電気音響変換素子の取り付け方向に向く表面に、凹部および凸部からなる凹凸状の構造が設けられ、当該凹部に当該制振部材が埋め込まれてなる振動減衰部が介在する電気音響変換器。
（付記２）本発明の前記電気音響変換器において、前記凹凸状の構造は、スピーカフレーム又はこれに積層されて配された支持部材に設けられていることを特徴とすることが好ましい。
（付記３）本発明の前記電気音響変換器において、前記凹部の深さは、ｔ０とｔ１の比率が、１：１から１：０．５であることが好ましい。
（付記４）本発明の前記電気音響変換器において、前記凸部の断面形状は、台形形状であることが好ましい。
（付記５）本発明の前記電気音響変換器において、前記凹部の開口部の幅ａ１と前記凸部の頂点部分の幅ａ２の比率は、３：１〜１：１であることが好ましい。
（付記６）本発明の前記電気音響変換器において、前記スピーカフレーム又はこれに積層されて配された支持部材は、金属材料からなることが好ましい。
（付記７）本発明の前記電気音響変換器において、前記スピーカフレーム又はこれに積層されて配された支持部材は、硬質樹脂材料からなることが好ましい。
（付記８）本発明の前記電気音響変換器において、前記制振部材は、弾性を有する樹脂材料からなることが好ましい。
（付記９）本発明の前記電気音響変換器において、前記制振部材は、ウレタンまたはニトリルゴムからなることが好ましい。

なお、上記の特許文献の先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（特許請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の特許請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。なお、本書に記載した数値および数値範囲については、当該範囲内に含まれるあらゆる数値の代表例として記載したものあり、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

１、１´：電気音響変換器
２、２´：筐体
３、３´：制振部材
４、４´：スピーカフレーム
５：振動減衰部
６：凹部
７：凸部
８：凹凸構造
９、９´：電気音響変換素子
１０：支持部材
１１、１１´、１３：貫通穴部
１２：開口部
１４：音孔

Claims (9)

1. 電気音響変換素子と筐体との間に、制振部材が配設され、当該制振部材と接し、当該筐体への当該電気音響変換素子の取り付け方向に向く表面に、凹部および凸部からなる凹凸状の構造が設けられ、当該凹部に当該制振部材が埋め込まれてなる振動減衰部が介在する電気音響変換器。
2. 前記凹凸状の構造が、スピーカフレーム又はこれに積層されて配された支持部材に設けられていることを特徴とする請求項１の電気音響変換器。
3. 前記凹部の深さが、ｔ０とｔ１の比率が１：１から１：０．５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
4. 前記凸部の断面形状が台形形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の電気音響変換器。
5. 前記凹部の開口部の幅ａ１と、前記凸部の頂点部分の幅ａ２の比率が、３：１〜１：１であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の電気音響変換器。
6. 前記スピーカフレーム又はこれに積層されて配された支持部材が、金属材料からなることを特徴とする請求項２から５のいずれか一に記載の電気音響変換器。
7. 前記スピーカフレーム又はこれに積層されて配された支持部材が、硬質樹脂材料からなることを特徴とする請求項２から５のいずれか一に記載の電気音響変換器。
8. 前記制振部材が、弾性を有する樹脂材料からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一に記載の電気音響変換器。
9. 前記制振部材が、ウレタンまたはニトリルゴムからなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一に記載の電気音響変換器。

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