JP2015186103A - 骨伝導デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量としても高出力が可能な骨伝導デバイスを提供せんとする。【解決手段】上端が開口し、磁性材料よりなる有底の筒状本体２と、筒状本体２の開口部２ａに渡設される振動板３と、筒状本体２の内側底面２ｂに立設されるヨーク４と、筒状本体２内のヨーク４周りに配置されるボイスコイル６とより構成するとともに、ヨーク４を、マグネット４１と該マグネット４１上端に接合される磁性材料よりなる端部材４２とより構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、骨伝導スピーカやマイクの振動ドライバとして好適に用いられる骨伝導デバイスに関し、特に、小型・軽量としても高出力が可能な効率の良い骨伝導デバイスに関する。

従来、この種の骨伝導デバイスとしては、例えば特許文献１の図１に開示されているように、振動板（７０）を支持する延長部（３０）（３０’）を設け、ボイスコイル（４０）と中央磁極（ヨーク）（５０）を形成し、上部に鉄片（６０）が固定される振動板（７０）を延長部（３０）（３０’）間に渡設し、鉄片（６０）の上部にマグネット（９０）を付着した構造のものが提供されている。この構造は、組立工程が簡単となりコスト低減を図れるとともに、マグネットがボイスコイルの外周側ではなく振動板の上部に位置するためボイスコイルの大きさ等を比較的自由に変えることができ、特性の調整の巾が広がり、デバイス全体の小型化、軽量化も可能となるというものである。

しかしながら、上記特許文献１の骨伝導デバイスの構造によれば、たしかにボイスコイルの外周側にマグネットが存在せず、全体のスリム化が可能となり、ボイスコイルやマグネットについて、特性の調整の巾や設計の自由度も高まるのであるが、出力アップに一定の限界が生じていた。

特開２００７−７４６９３号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、小型・軽量としても高出力が可能な骨伝導デバイスを提供する点にある。

本発明者は、かかる現況に鑑み、鋭意検討した結果、上記特許文献１の骨伝導デバイスが出力アップの限界を生じている原因として、マグネットが振動板に対してボイスコイルと反対側となる上部に固定されており、これが磁気漏れを誘発し、磁気回路の非効率化を招いていることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、上端が開口し、磁性材料よりなる有底の筒状本体と、該筒状本体の開口部に渡設される振動板と、前記筒状本体の内側底面に立設されるヨークと、前記筒状本体内における前記ヨークの周りに配置されるボイスコイルとを備え、前記ヨークが、マグネットと該マグネット上端に接合される磁性材料よりなる端部材とより構成されていることを特徴とする骨伝導デバイスを構成した。

ここで、前記筒状本体が、前記上端の開口を全周にわたって囲む周壁を備えているものが好ましい。

また、前記振動板の下面側に、磁性材料よりなる板材又は第２のマグネットを固定してなるものが好ましい。

以上にしてなる本願発明に係る骨伝導デバイスによれば、前記ヨークが、マグネットと該マグネット上端に接合される磁性材料よりなる端部材とより構成されているので、ボイスコイル外周側にマグネットが存在せず全体のスリム化が図れ、特性の調整の巾や設計の自由度も高くなるといった作用効果に加え、振動板にもマグネットを省略でき、コンパクトであるとともに、マグネットからの磁束は発散せずに上端の磁性材料よりなる端部材を通じて上方向に出て、そこから磁性材料よりなる筒状本体の周壁上端部に捕捉され、該筒状本体を通じて再びヨークのマグネットへと導かれる。磁束の方向は限定されず、逆の流れでも同様である。すなわち、本発明によれば磁束の流れがコンパクトであり、効率のよい磁気回路が形成され、外部への磁気漏れも極めて少なくなることから高効率となり、小型・軽量にしても高出力を得ることが可能となる。

また、前記筒状本体が、前記上端の開口を全周にわたって囲む周壁を備えているので、前記端部材からの磁束の大部分が、開口を全周にわたって囲んでいる筒状本体周壁の上端部に効率よく捕捉され、該筒状本体を通じてヨークへと導かれる。すなわち、磁束の流れが均一且つコンパクトとなる効率のよい磁気回路が形成され、外部への磁気漏れも極めて少なくなることから、より高効率となり、小型・軽量にしても高出力を得ることが可能となる。

また、前記振動板の下面側に、磁性材料よりなる板材又は第２のマグネットを固定してなるので、前記端部材からの磁束をより効率よく筒状本体、ヨークへと導くことができ、更なる高出力、高効率化を図ることができる。

本発明の代表的実施形態に係る骨伝導デバイスを示す斜視図。 同じく骨伝導デバイスの縦断面図。 同じく分解斜視図。 実施例１の磁束密度分布のシミュレーション結果。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明に係る骨伝導デバイス１は、図１〜図３に示すように、上端が開口し、磁性材料よりなる有底の筒状本体２と、筒状本体２の開口部２ａに渡設される振動板３と、筒状本体２の内側底面２ｂに立設されるヨーク４と、筒状本体２内のヨーク４周りに配置されるボイスコイル６とより構成されており、ヨーク４が、マグネット４１と該マグネット４１上端に接合される磁性材料よりなる端部材４２とより構成されている。

筒状本体２は、ヨーク４、板材５及びボイスコイル６を内側に配する有底のケースであり、磁性材料で形成される内側筒状部２０と非磁性材料で形成される外側被覆部２１とより構成されている。そして、非磁性体の外側被覆部２１に振動板３を固定する固定部を備えさせ、磁性体の内側筒状部２０をそのような複雑構造を有しないシンプルな筒状体とすることで、ヨーク４のマグネット４１からの磁束を乱すことなく内側筒状部２０を通じて均一に効率よく導くことができる構造とされている。すなわち、磁気回路となる内側筒状部２０に形状設計の自由度を高く保つことができ、磁束の乱れを生じさせない、できるだけ単純な形状・構造にすることが可能となり、磁束の流れを均一として磁気漏れを防止し、効率化・高出力化をさらに追求することができる。

内側筒状部２０は、周壁２ｃの一部を為す全周にわたる周壁２４を備えた有底の筒状体であり、磁性体金属、例えばＳＵＳ４３０のステンレス材をプレス加工等して形成されている。内側筒状部２０の周壁２４は、上端の位置が全周にわたり略同じ高さとされている。ヨーク端部材４２から出た磁束を受ける振動板下面側の板材５上面からは、磁束が周囲の全方位に広がろうとするが、その大部分を全周にわたって略同一高さで囲んでいる内側筒状部２０の周壁２４の上端部によって効率よく捕捉することができ、外部への磁気漏れを極めて少なくすることができる。

また、周壁２４は全周にわたり略均一な厚みを有しており、さらに本例では周壁２４の少なくとも内周面が上側から見た平面視で角のない連続した曲面、特に略円形（本例では真円形）の円筒体とされ、周壁２４の全面に切欠きや穴がなく全周にわたって均一厚み、均一高さとされている。したがって、当該内側筒状部２０により周方向に均一で効率的な磁気回路が形成される。平面視で略楕円形のものなども好ましい。ただし、均一性は低下するが、四角形その他の多角形であるものや異形のものであっても勿論よく、また周壁の一部に切欠きや穴があってもよい。

内側筒状部２０の底壁２５の中央部には、ヨーク４（ベース部材４０）を固定するための貫通した取付穴２０ｃが穿設されている。そして、略円柱状のヨーク４（ベース部材４０）が前記取付穴２０ｃに底部をカシメ止めして固定されている。勿論、溶接固定などその他の固定方法により底壁２５に立設してもよい。また、本例のように別途形成したベース部材４０を固定する代わりに、削り出しや鋳造によって筒状本体２（内側筒状部２０）と一体的にベース部材４０を形成したものでもよい。

外側被覆部２１は、内側筒状部２０の外面側に設けられ、且つ振動板３を固定する固定部２３を有している。具体的には、内側筒状部２０の外面側に合成樹脂材料を用いてインサート成形された同じく有底の筒状部であり、上端外周部に前記固定部２３として複数のフランジが突設され、該フランジ（固定部２３）の上面間に振動板３が架設される。

外側被覆部２１の成形は、あらかじめ内側筒状部２０の底面に上記のとおりヨーク４のベース部材４０をカシメ止めした状態で行われる。したがって内側筒状部２０の取付穴２０ｃから下方に突出しているベース部材４０のカシメ部分も外側被覆部２１を構成する合成樹脂に埋められ、ヨーク４の組み付け強度が向上する。

本例では内側筒状部２０と同様、周壁２ｃの一部を為す全周にわたる周壁２６を有する有底の筒状であるが、これに限定されず、例えばフランジ（固定部２３）の箇所のみ壁を有するものや、フランジ（固定部２３）が形成される上端側のみに筒状に被覆されているものでもよい。外側被覆部２１は磁気回路を構成しないので、内側筒状部２０の周壁２４のように周方向に均等な周壁としなくても磁気漏れの低減や効率化に殆ど影響しないためである。また、インサート成形に限らず、例えば外側被覆部２１として別途合成樹脂により筒状に成形した部材を内側筒状部２０の外側に組み付けて構成することもできる。

振動板３は、筒状本体２の上端部、具体的には上記外側被覆部２１のフランジ（固定部２３）の上面に、取付ネジ７により固定される環状の枠部３０と、枠部３０の内側に隙間ｓ１を介して配される振動部３１と、該振動部３１を枠部３０に対して軸方向（筒状本体２の軸方向）に相対移動可能に連結している連結部３２とより構成されている。また、振動部３１の下面には磁性材料よりなる板材５が固定されている。

枠部３０が固定される固定部２３の上面の高さは、内側筒状部２０の上端面２２と同じか、より高い位置となるように設定されており、したがって振動板３は略フラットでよく、振動部３１が筒状本体２の開口部２ａを覆うように渡設されている。振動部３１の枠部３０との隙間ｓ１を臨む外周縁の形状は、内側筒状部２０の開口縁部２２ａにほぼ沿った真円の形状とされているが、これに何ら限定されない。振動板３は非磁性体、例えばＳＵＳ３０４のステンレスなどより構成されている。したがって、振動板３は磁気回路を構成しないが、振動板３の下面に固定される板材５は磁性体の内側筒状部２０の周壁２４に囲まれており、板材５を通じた磁束は周壁２４の上端部に効率よく捕捉されるのである。

勿論、振動板３は内側筒状部２０と同じようにＳＵＳ４３０のような磁性体材料で構成してもよい。この場合には板材５を省略すればよい。振動板３が磁性材料であれば振動板３が磁気回路を構成するため、本例のように振動部３１の外周縁の形状を内側筒状部２０の開口縁部２２ａ（周壁２４の上端縁部）に沿った形状とすることで、外周縁３１ａから筒状本体２の開口縁部２２ａにスムーズに磁束の流れが形成され、磁気漏れもさらに抑制することができる。

振動部３１には図示しない振動伝達部材を取り付ける取付穴３１ｂが設けられており、骨伝導スピーカとして利用する場合は振動部３１の振動が振動伝達部材を通じて人体の頭皮等に伝達される。それにより人体の頭蓋骨内の鼓膜や耳小骨に異常のある難聴者でも、蝸牛や聴覚神経が正常であれば確実に音を聞くことが出来る。

ヨーク４は、内側筒状部２０の取付穴２０ｃに底部をカシメ止めされる磁性材料よりなる略扁平円柱状のベース部材４０と、その上面に設けられる同じく略扁平円柱状のマグネット４１と、その上面に設けられる同じく略扁平円柱状の磁性材料よりなる端部材４２とより構成されており、これらは同軸状に積層された状態とされている。具体的には、マグネット４１の中央部を貫通する磁性材料の芯部材４３によりベース部材４０、マグネット４１及び端部材４２が一体的に組み付けられている。

すなわち、ベース部材４０には予め芯部材４３を立設するための有底の取付穴４０ａが上面に穿設されており、ベース部材４０が筒状本体２にカシメ止めにより取付られた後、まず芯部材４３を前記取付穴４０ａに差し込んで固定することで立設し、この芯部材４３に対して、中央部に貫通穴４１ａ、４２ａが穿設された上記マグネット４１、端部材４２を順次、貫通穴４１ａ、４２ａに芯部材４３を挿通させて装着し、組み付けたものである。このように芯部材４３によりヨーク４が効率よく組み付けられ、組み付け後の高い強度が保持されている。

尚、このように芯部材４３を用いた組み付け構造に何ら限定されるものではなく、他の嵌合構造によって同じく高い強度で組み付けることも好ましく、単に接着したものでも勿論よい。さらに、本例では磁性材料よりなるベース部材４０とマグネット４１を別に構成しているが、ベース部材４０を省略し、マグネット４１を直接筒状本体２の底面に固定したものでもよい。

板材５は、内側筒状部２０の内周面と略相似する平面視略円形（真円）の扁平な円柱形状または円筒形状とされており、振動板３の下面３ｃのうち、内側筒状部２０と略同軸になる位置（振動部３１の略中央位置）に固定されるとともに、下面側がヨーク４の端部材４２の上面に隙間を介して対向するように配置されている。このような形状、配置により、磁気回路を構成するヨーク４、板材５、内側筒状部２０がすべて同軸状に配置され、磁束の流れが均一となる効率のよい磁気回路が形成される。

板材５は省略することもできる。また、その形状も円柱形状や円筒形状以外に三角柱形状、五角柱形状その他の種々なる形状が採用できる。特に、振動板３自体が磁性体であれば、板材５を設ける必要性は低い。また、板材５を第２のマグネットとしてもよい。その場合、ヨーク４のマグネット４１と互いに引き合う磁極配置とすればよい。

ボイスコイル６は、ヨーク４の外周面上、又は筒状本体２の内側筒状部２０の底面上に固定されている。ボイスコイル６のコイル線の両端部は、筒状本体２の底面の貫通孔２ｄを通じて外部に引き出され、外部からボイスコイル６に対してサウンド信号等が入力される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

以下、本発明に係る実施例１の骨伝導デバイスのモデルについて、磁束密度分布をコンピュータシミュレーションで計算した解析結果について説明する。

実施例１のモデルは、本発明に係る骨伝導デバイス（図１〜図３）とした。振動板は、外径２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのＳＵＳ３０４（バネ鋼）製とし、筒状本体（内側筒状部）を、外径１４ｍｍ、高さ５．６ｍｍ、厚さ１ｍｍのＳＵＳ４３０製、筒状本体（外側被覆部）を、周壁、底壁の厚さが１．５ｍｍのＰＰＳ製、振動板下面の板材を、外径が７ｍｍ、厚さが０．５ｍｍのＳＵＳ４３０製、ヨークのベース部材を、外径４．５ｍｍ、カシメ部を除く高さ１．１ｍｍのＳＳ４００製、ヨークのマグネットを、外径が４．５ｍｍ、高さ（厚さ）が１．１ｍｍのＮ−３５材、ヨークの端部材を、外径４．５ｍｍ、高さ（厚さ）１．１ｍｍのＳＳ４００製、ヨークの芯材を電磁鋼板５０Ａ４００、コイルを銅線とした。

磁束密度分布の計算は、株式会社ＪＳＯＬ製のシミュレーションソフト「ＪＭＡＧ」を用いた。磁束密度分布の解析結果を図４に示す。図４から分かるように、実施例１はヨークのマグネットからの磁束が板材を通じて筒状本体を導かれ、該筒状本体からヨークへと効率のよい磁気回路が形成され、磁気漏れも少なくなる。

１ 骨伝導デバイス
２ 筒状本体
２ａ 開口部
２ｂ 内側底面
２ｃ 周壁
２ｄ 貫通孔
３ 振動板
３ｃ 下面
４ ヨーク
５ 板材
６ ボイスコイル
７ 取付ネジ
２０ 内側筒状部
２０ｃ 取付穴
２１ 外側被覆部
２２ 上端面
２２ａ 開口縁部
２３ 固定部
２４ 周壁
２５ 底壁
２６ 周壁
３０ 枠部
３１ 振動部
３１ａ 外周縁
３１ｂ 取付穴
３２ 連結部
４０ ベース部材
４０ａ 取付穴
４１ マグネット
４１ａ 貫通穴
４２ 端部材
４３ 芯部材
ｓ１ 隙間

Claims (3)

1. 上端が開口し、磁性材料よりなる有底の筒状本体と、
   該筒状本体の開口部に渡設される振動板と、
   前記筒状本体の内側底面に立設されるヨークと、
   前記筒状本体内における前記ヨークの周りに配置されるボイスコイルと、
   を備え、
   前記ヨークが、マグネットと該マグネット上端に接合される磁性材料よりなる端部材とより構成されていることを特徴とする骨伝導デバイス。
2. 前記筒状本体が、前記上端の開口を全周にわたって囲む周壁を備えている請求項１記載の骨伝導デバイス。
3. 前記振動板の下面側に、磁性材料よりなる板材又は第２のマグネットを固定してなる請求項１又は２記載の骨伝導デバイス。

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