JP2020182041A - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を防ぎ且つ容易な加工により、磁気ギャップの磁束密度を向上させ、小型化及び高音質化を実現することができる電気音響変換器を提供すること。【解決手段】電気音響変換器１は、円筒状に巻回されたボイスコイル１２と、ボイスコイル１２と接続された振動板１０と、ボイスコイル１２よりも大径の円筒状をなし、ボイスコイル１２と同軸に配設されたマグネット２０と、ボイスコイル１２の外周側に配置され、マグネット２０の一方の極側と連結した環状のポールピース２１と、先端側がボイスコイル１２の内周側に配置され、ボイスコイル１２の軸方向に沿って根元側に向けて径が拡大した円錐部分３０ｂを有するセンターポール３０、及びセンターポール３０の根元から径方向外方に拡がり、マグネット２０の他方の極側と連結した平板部３１とを有するヨーク２２と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、主にイヤホンやヘッドホン等に用いられる電気音響変換器に関する。

近年、携帯音楽プレーヤや、スマートフォン等の携帯端末等でデジタル音源による高品質な音楽再生が普及してきており、小型で高音質なイヤホンやヘッドホン（以下、イヤホン等という）が求められている。

そこで、イヤホン等の音質を改善するため、電気音響変換器（いわゆるドライバユニット）の種々の改良が図られている。例えば、特許文献１には、スピーカ用の電気音響変換器において、円板状の第１のヨークの前面にリング状の第１の永久磁石（マグネット）を配設し、当該第１の永久磁石の前面にリング状の第２のヨークを配設し、当該第２のヨークの前面にリング状で第１の永久磁石とは反対極性の第２の永久磁石を配設し、第１のヨークの前面中央には第１の永久磁石及び第２のヨークの内周面と磁気ギャップを介して対向する円柱状のセンターポールを配設し、当該センターポールの前面に、第２の永久磁石とは反対極性の第３の永久磁石を配設したスピーカ用磁気回路が開示されている。当該特許文献１に記載の技術では、このような磁気回路構成とすることで、閉磁路を形成して磁気ギャップの空隙部磁束密度を高め、当該磁気ギャップ内に配置されるボイスコイルへの駆動力を増加させ、音質の改善を図っている。

特許文献２には、外磁型の磁気回路を有するスピーカ装置において、磁気回路の周囲に設けられる支持フレームの側面部に通気部を設けるとともに、磁気回路のヨークの中心部に円柱状の中空部を設けた構成が開示されている。当該特許文献２には、支持フレームの側面部に通気部を設け、振動板のエッジ部背面と磁気回路間の空気を逃がすことで、振動板の大きさに制約されることなく大型のマグネットが使用可能であり、感度を向上できることが記載されている。

特許第３９０２０６６号 特許第４２３３７４５号

しかしながら、特許文献１のように複数の永久磁石及び複数のヨークを設けると、部品点数が増加し、電気音響変換器の小型化を図るのが困難となる。また、部品点数の増加に伴い、電気音響変換器の製造コストが増加するという問題も生じる。

さらに、特許文献２では、磁気回路のヨークの中央を貫通する中空部（通気孔）を形成しているが、これによりセンタポールの径方向の肉厚が中空部の分だけ減少してしまう。このようにセンタポールの肉厚が減少すると、その分だけ磁気抵抗が増加し、センタポールとマグネットの上部に取り付けられるプレートとの間（磁気ギャップ）の磁束密度が低下して、音響特性の向上が妨げられるおそれがある。さらに、特許文献２では、センターポールの中空部を形成するために、センターポールの厚さ方向全域を貫通させる加工時間を要するという問題がある。

本開示は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品点数の増加を防ぎ且つ容易な加工により、磁気ギャップの磁束密度を向上させ、小型化及び音響特性の向上を実現することができる電気音響変換器を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本開示に係る電気音響変換器は、円筒状に巻回されたコイルと、前記コイルと接続された振動板と、前記コイルよりも大径の円筒状をなし、前記コイルと同軸に配設されたマグネットと、前記コイルの外周側に配置され、前記マグネットの一方の極側と連結した環状のポールピースと、先端側が前記コイルの内周側に配置され、前記コイルの軸方向に沿って根元側に向けて径が拡大した円錐部分を有するセンターポール、及び前記センターポールの根元から径方向外方に拡がり前記マグネットの他方の極側と連結した平板部とを有するヨークと、を備える。

上述の電気音響変換器において、前記ヨークのセンターポールは、前記円錐部分の先端が前記コイルの内周面と径方向において対向する範囲にあり、前記円錐部分の根元側の径が前記コイルの外周面よりも外周側に形成されていてもよい。

また、上述の電気音響変換器において、前記ヨークの平板部は、前記マグネットと連結した一面側の空間と、当該一面の反対側である他面側の空間とを連通する通気孔が形成されていてもよい。

また、上述の電気音響変換器において、前記ヨークの平板部は、前記通気孔が複数形成されていてもよい。

また、上述の電気音響変換器において、さらに、前記ヨークの平板部の他面側にて前記通気孔と連通する空間を区画し、且つ当該空間と外部とを連通する通気孔が形成されたプレート部材を備えてもよい。

上記手段を用いる本開示に係る電気音響変換器によれば、部品点数の増加を防ぎ且つ容易な加工により、磁気ギャップの磁束密度を向上させ、小型化及び高音質化を実現することができる。

本開示の実施形態に係る電気音響変換器の中心軸Ｏ方向一側から視た分解斜視図である。 本開示の実施形態に係る電気音響変換器の中心軸Ｏ方向他側から視た分解斜視図である。 （ａ）電気音響変換器の上面図、（ｂ）電気音響変換器の側面図、（ｃ）電気音響変換器の底面図である。 図３（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 （ａ）本実施形態の磁気回路における磁束分布図、（ｂ）比較例として全域円柱状のセンターポールを用いた磁気回路における磁束分布図である。 図５の（ａ）と（ｂ）のそれぞれのａ−ｂ間の磁束密度を示したグラフである。

以下、本開示の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本開示の実施形態に係る電気音響変換器の中心軸Ｏ方向一側から視た分解斜視図、図２は本開示の実施形態に係る電気音響変換器の中心軸Ｏ方向他側から視た分解斜視図、図３は（ａ）電気音響変換器の上面図、（ｂ）電気音響変換器の側面図、（ｃ）電気音響変換器の底面図、図４はＩＶ-ＩＶ線に沿う断面図である。以下、これらの図に基づき電気音響変換器の構成について説明する。

電気音響変換器１は、主に、外殻をなす筒状のケース２の内部に、振動板アセンブリ３と、当該振動板アセンブリ３を駆動する磁気回路４、磁気回路４に連結されるプレート部材５、当該プレート部材５内に設けられるスクリーン６、プレート部材５の外表面に設けられるターミナル７と、が設けられている。当該電気音響変換器１は、例えば、イヤホン又はヘッドホンに搭載される。

詳しくは、円筒状のケース２は、中心軸Ｏ方向の一側端部の外形が先端に向けて段階的に径が小さくなっており、一端面には放音用開口部２ａが形成されている。一方、ケース２の他端面はそのまま開放されている。

振動板アセンブリ３は、パルプやフィルム等からなる振動板１０の周縁が円環状の枠体１１により支持されている。振動板１０は中央に平坦な円形の中央面１０ａが形成され、当該中央面１０ａの周縁に中心軸Ｏ方向の一側に盛り上がった円環状のエッジ部１０ｂが形成されている。また、振動板１０の中央面１０ａの周縁部分の背面（中心軸Ｏ方向の他側の面）には、中心軸Ｏと同軸の円筒状に巻回されたボイスコイル１２（コイル）が接続されており、当該ボイスコイル１２の振動が振動板１０に伝達される。また当該ボイスコイル１２からはコイルを形成するワイヤの２本の引出線１２ａが外側に延びている。

磁気回路４は、マグネット２０と、当該マグネット２０の一方の極性と連結したポールピース２１と、他方の極性と連結したヨーク２２とから構成されている。ポールピース２１及びヨーク２２は磁性材料からなる。

マグネット２０は、ボイスコイル１２よりも大径の円筒状をなし、当該ボイスコイル１２と同軸に配設されている。当該マグネット２０は中心軸Ｏ方向に極性を有しており、中心軸Ｏ方向の一側に一方の極性（例えばＳ極）、中心軸Ｏ方向の他側に他方の極性（例えばＮ極）を有している。

ポールピース２１は、円環状をなし、ボイスコイル１２の外周側に配置されている。ポールピース２１の中心軸Ｏ方向一側の面の周縁部には、振動板アセンブリ３の枠体１１が係合する段差部２１ａが形成されている。またポールピース２１には、ボイスコイル１２の２本の引出線１２ａを通すための切欠部２１ｂが形成されている。

ヨーク２２は、先端側がボイスコイル１２の内周側に配置され、中心軸Ｏ方向に沿って延びるセンターポール３０と、当該センターポール３０の根元から径方向外方に拡がりマグネット２０と連結した円盤状の平板部３１とから構成されている。

センターポール３０は、先端側の円柱部分３０ａと、根元側の円錐部分３０ｂとから形成されている。円錐部分３０ｂは、円柱部分３０ａとの境目である先端から、中心軸Ｏ方向に沿って根元側（中心軸Ｏ方向の他側）に向けて径が拡がっている。

具体的には、円錐部分３０ｂは先端側から根元側にかけて拡径し、ボイスコイル１２よりも大径に径が拡がっているが、ボイスコイル１２が通電により振動した際でもボイスコイル１２とセンターポール３０とが干渉しない範囲で傾斜している。より具体的には、図４に示すように、円錐部分３０ｂの先端は、中心軸Ｏ方向においてボイスコイル１２の他端と略同一の位置にある。なお、円錐部分３０ｂの先端位置はこの位置に限られず、ボイスコイル１２の内周面と径方向に対向する位置にあればよい。そして、円錐部分３０ｂの根元の径は、ボイスコイル１２の外周面よりも外周側に形成されており、特に本実施形態ではマグネット２０の内径に接近して形成されている。

平板部３１は、マグネット２０の外径よりも僅かに大径な円盤状をなしている。平板部３１にはセンターポール３０の根元部分に架かる位置の３か所にて、平板部３１のマグネット２０と連結した一面側（中心軸Ｏ方向の一側の面）の空間Ａと、当該一面の反対側である他面側（中心軸Ｏ方向の他側の面）の空間Ｂを連通する３つの通気孔３１ａが形成されている。なお、各通気孔３１ａは円孔であり、各通気孔３１ａの形状に沿ってセンターポール３０の根元部分も一部削られている。また各通気孔３１ａの一面側の開口は、一部がマグネット２０により塞がれている。

また、平板部３１の周縁の一部にはボイスコイル１２の２本の引出線１２ａを通すための円弧状の切欠部３１ｂが形成されている。

プレート部材５は、周縁に段差がある円盤状をなしており、ヨーク２２の平板部３１の他側面に取り付けられている。これにより、当該プレート部材５はヨーク２２の平板部３１の他面側にて各通気孔３１ａと連通する空間Ｂを区画している。プレート部材５の中心位置には内部の空間と外部とを連通する通気孔５ａが形成されている。また、プレート部材５の周縁の一部にはボイスコイル１２の２本の引出線１２ａを通すための円弧状の切欠部５ｂが形成されている。

スクリーン６は、円形の膜状をなした通気性のある音響抵抗材であり、プレート部材５が形成する空間内にて通気孔５ａを覆うように設けられている。スクリーン６の他面側には円環状の両面テープ６ａが取り付けられており、スクリーン６は両面テープ６ａを介してプレート部材５に貼り付けられている。

ターミナル７は、中心孔７ａが形成された円形の板材であり、中心軸Ｏ方向の一側の面がプレート部材５に接着され、中心軸Ｏ方向の一側の面には電極７ｂが形成されている。また、ターミナル７の周縁の一部にはボイスコイル１２の２本の引出線１２ａを通すための円弧状の切欠部７ｃが形成されている。

上述したポールピース２１の切欠部２１ｂ、ヨーク２２の平板部３１の切欠部３１ｂ、プレート部材５の切欠部５ｂ、ターミナル７の切欠部７ｃはいずれも中心軸Ｏ方向と平行な略同一線上に位置しており、ボイスコイル１２の２本の引出線１２ａは各切欠部２１ｂ、３１ｂ、５ｂ、７ｃを通ってターミナル７の電極７ｂに接続されている。また図示しないが、ケース２とプレート部材５との間の円環状の隙間には周方向に沿ってＵＶ接着剤が塗布されており、当該ＵＶ接着剤によりケース２とプレート部材５の隙間は密閉されている。なお、プレート部材５の切欠部５ｂを通る２本の引出線１２ａもＵＶ接着剤により接着されている。したがって、このように構成された電気音響変換器１は、振動板１０の背面側の空間がスクリーン６を介してプレート部材５の通気孔５ａまで、閉じた空間となっている。

以上のように構成された電気音響変換器１は、ターミナル７の電極７ｂに電気信号が送られると、引出線１２ａを介してボイスコイル１２に通電され、当該電気信号に応じてボイスコイル１２が振動することで振動板１０が振動し、放音用開口部２ａから音が発せられる。

本実施形態における電気音響変換器１は、ヨーク２２のセンターポール３０に円錐部分３０ｂを形成することで、当該センターポール３０の径方向の厚さを最大限確保している。つまり、当該センターポール３０はマグネット２０に近い部分で肉厚を厚くすることができるので、上記特許文献２のようにセンターポールの中央に通気孔を形成した構成等よりも、磁気抵抗を下げることができる。

このようにヨーク２２の磁気抵抗を低減することで、センターポール３０とポールピース２１との間の磁気ギャップＧ（図４に図示）の磁束密度を向上させることができる。

ここで、図５及び図６に、本実施形態と比較例の構成についてシミュレーションした結果を示す。図５には（ａ）本実施形態の磁気回路における磁束分布図、（ｂ）比較例として全域円柱状のセンターポールを用いた磁気回路における磁束分布図が示されており、図６には図５の（ａ）と（ｂ）のそれぞれのａ−ｂ間の磁束密度を示したグラフが示されている。図５（ａ）に示すように本実施形態のヨーク２２では、円錐部分３０ｂが根元側にいくほどマグネット２０に近いことで、磁束密度がセンターポール３０の先端側に集中している。したがって、ボイスコイル１２が位置する、センターポール３０先端の円柱部分３０ａとポールピース２１との間の磁束密度が高くなり、当該ボイスコイル１２の駆動力が向上する。

一方、図５（ｂ）に示すように、円柱状のセンターポール３０’が平板部３１’の中央から突出した形状のヨーク２２’では、センターポール３０’の中心軸Ｏ方向の中央部に磁束密度が集中している。したがって、このようなヨーク２２’では、ボイスコイル１２が位置する部分の磁束密度を高めることが困難である。

さらに図６に示すように、図５（ａ）、図５（ｂ）のａ−ｂ間における磁束密度を表示した結果を見ても、ａ−ｂ間全域にわたって本実施形態の磁気ギャップＧの磁束密度が比較例よりも高いことがわかる。

このように本実施形態の電気音響変換器１によれば、ボイスコイル１２の駆動力を向上させ、より良好な音響特性を得ることができる。また、本実施形態の電気音響変換器１は、特に部品を追加したり、各部のレイアウトを大きく変更したりする必要もないことから、電気音響変換器１の小型化を図りつつ音響特性を向上させることができる。

また、本実施形態の電気音響変換器１は、ヨーク２２のセンターポール３０が、ボイスコイル１２に通電して振動した際にボイスコイル１２とセンターポール３０とが干渉しない範囲に円錐部分３０ｂが形成されていることから、ボイスコイル１２の振動を妨げることなく、磁気抵抗の低下を図ることができる。

さらに、円錐部分３０ｂの先端がボイスコイル１２の内周面と径方向において対向する範囲にあり、円錐部分３０ｂの根元側の径がマグネット２０の内径にまで至っていることで、センターポール３０の径方向の厚みを最大限確保し、磁気抵抗を最大限低下させることができる。

また、ヨーク２２には、平板部３１に通気孔３１ａが形成されていることで、センターポール３０の中心を穿設するよりも短い加工時間で通気孔３１ａを加工可能であるとともに、センターポール３０の肉厚を減少させることがないから、センターポール３０の磁気抵抗を増加させることもない。

また、当該通気孔３１ａを複数形成することで、マグネット２０とヨーク２２との位置ずれが生じ、マグネット２０によりいずれかの通気孔３１ａが塞がれることがあったとしても、他の通気孔３１ａからヨーク２２の背面へ確実に通気できる。また、通気孔３１ａの個数の増減や、各通気孔３１ａの孔径の変更により、音響調整（制動）の幅を持たせることが容易にできる。

そして、ヨーク２２の平板部３１の他面側にて各通気孔３１ａと連通する空間を区画し、且つ当該空間と外部とを連通する通気孔５ａが形成されたプレート部材５を設けることで、当該空間の容積と通気孔５ａの大きさにより、容易に電気音響変換器１の音質の設定を行うことができる。

以上により本実施形態に係る電気音響変換器１によれば、部品点数の増加を防ぎ且つ容易な加工により、磁気ギャップＧの磁束密度を向上させ、小型化及び高音質化を実現することができる。

以上で本開示の実施形態の説明を終えるが、本開示の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

例えば上記実施形態における電気音響変換器１ではヨーク２２の平板部３１に通気孔３１ａを３つ形成しているが、通気孔の数はこれに限られるものではなく、１つであったり、４つ以上形成したりしてもよい。

また、上記実施形態における磁気回路４のヨーク２２のセンターポール３０は先端側の円柱部分３０ａと根元側の円錐部分３０ｂから構成されているが、センターポールは円錐部分を有していればよく、この形状に限られるものではない。例えば、センターポールが円錐部分の根元から、さらに円柱部分を介して平板部に繋がる形状であってもよい。この円錐部分の根元から連なる円柱部分は、円錐部分の根元と同径であってもよいし、円錐部分の根元の径よりも大径の円柱であってもよい。センターポールの根元側の円柱部分の外径と、マグネットの内径とを係合させるようにすることで、ヨークとマグネットとの位置を容易に合わせて組み立てることができる。又は、ヨークのセンターポールが円錐部分のみから構成されてもよい。

１ 電気音響変換器
２ ケース
３ 振動板アセンブリ
４ 磁気回路
５ プレート部材
５ａ 通気孔
５ｂ 切欠部
６ スクリーン
７ ターミナル
７ａ 中心孔
７ｂ 電極
７ｃ切欠部
１０ 振動板
１１ 枠体
１２ ボイスコイル（コイル）
２０ マグネット
２１ ポールピース
２２ ヨーク
３０ センターポール
３０ａ 円柱部分
３０ｂ 円錐部分
３１ 平板部
３１ａ 通気孔
３１ｂ 切欠部

Claims (5)

1. 円筒状に巻回されたコイルと、
   前記コイルと接続された振動板と、
   前記コイルよりも大径の円筒状をなし、前記コイルと同軸に配設されたマグネットと、
   前記コイルの外周側に配置され、前記マグネットの一方の極側と連結した環状のポールピースと、
   先端側が前記コイルの内周側に配置され、前記コイルの軸方向に沿って根元側に向けて径が拡大した円錐部分を有するセンターポール、及び前記センターポールの根元から径方向外方に拡がり、前記マグネットの他方の極側と連結した平板部とを有するヨークと、
   を備えることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記ヨークのセンターポールは、前記円錐部分の先端が前記コイルの内周面と径方向において対向する範囲にあり、前記円錐部分の根元側の径が前記コイルの外周面よりも外周側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
3. 前記ヨークの平板部は、前記マグネットと連結した一面側の空間と、当該一面の反対側である他面側の空間とを連通する通気孔が形成されてい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. 前記ヨークの平板部は、前記通気孔が複数形成されている請求項３に記載の電気音響変換器。
5. さらに、前記ヨークの平板部の他面側にて前記通気孔と連通する空間を区画し、且つ当該空間と外部とを連通する通気孔が形成されたプレート部材を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の電気音響変換器。
   

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