JP4379215B2 - 電気音響変換器およびこれを用いたモジュール、電子機器および装置 - Google Patents

Description

本発明は各種音響機器や映像機器、情報通信機器に使用される電気音響変換器に関するものであり、特に、小型化されて装着スペースに制約がある場合に有効な、装着スペースに対応して外形形状を任意に設定することが可能な電気音響変換器に関するものである。

さらに、この電気音響変換器を搭載したモジュールおよび携帯電話等の電子機器および装置に関するものである。

図１５は従来のスピーカの構成を示した断面図である。

図１５に示すように、１はマグネット、２と３はこのマグネット１を上下から挟み込むように接合された上部プレートとヨークであり、これにより円環状の磁気ギャップ５を形成した内磁型の磁気回路を構成しているものである。

６は前記磁気回路を中心に結合したフレーム、８は上記磁気ギャップ５に可動自在に嵌まり込んだボイスコイル、７はこのボイスコイル８を中心に結合すると共に外周部を上記フレーム６の周縁に結合した振動板である。

このように構成された従来のスピーカは、ボイスコイル８に電気信号を入力することによりボイスコイル８が磁気ギャップ５内を上下方向に駆動し、これによりこのボイスコイル８に結合された振動板７が振幅して音響再生を行うように構成されたものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。
特開２００２−７８０８２号公報 特開２００４−５６２７８号公報

しかしながら上記従来の電気音響変換器では、急速に小型・薄型化や多機能化が進む製品に装着される場合にはスピーカを取り付けるためのスペースが極端に小さくなり、電気音響変換器の小型化が追従できないという問題があった。

特に、携帯電話においては小型・薄型化の取り組み以上に、多機能化がはるかに予測を超える著しい速度で進んでおり、このために今までに無かった新しい部品が大量に搭載されるようになり、極端な場合には電気音響変換器の装着スペースがないという問題も発生しているのが実情である。

従って、このような状況の中で従来のように電気音響変換器の外形形状が、円形、長円形、楕円形、方形、正多角形等に代表されるように、一定の規則性を持った形状の電気音響変換器では携帯電話に許容される電気音響変換器装着用の空隙部には到底取り付けできないという大きな課題を有していた。

本発明はこのような従来の課題を解決し、限られた装着スペースに対応して外形形状を自由に設定することが可能な、小型・薄型で高性能の電気音響変換器を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、磁気ギャップを設けた磁気回路と、この磁気回路に結合したフレームと、前記磁気回路に、磁気回路と非接触状態で近接配置されるボイスコイルを少なくとも一方の面に結合し、外周部が上記フレームの周縁に結合された振動板とからなる電気音響変換器において、フレームならびに振動板の外周部が、被装着機器において許容された電気音響変換器装着用の空隙部に、規則性を持たない形状で、かつ左右対称に形成されるとともに、１つの振動板上にボイスコイルを左右対称に独立して振動板の外周部の一部に沿って巻回される部分を含んで振動板面上に巻回状態で２つ設けることによりステレオ対応化して形成したものである。

以上のように本発明による電気音響変換器は、許容される電気音響変換器装着用の限られた装着スペースに対応して外形形状を自由に設定することが可能であり、しかもこの一定の規則性を持たない不特定形状の振動板でも均一な振幅をさせることができるため、小型高性能の特性を維持したままで被装着機器へのスピーカ装着の自由度を大きく向上させることが可能になるという格別の効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１による電気音響変換器の１つであるスピーカの構成を示した平面図、図２は同スピーカのＡ−Ａ’断面図、図３は同スピーカの振動板を除いた平面図、図４は同磁気回路のＢ−Ｂ’断面図である。

このスピーカの構成は、図１３に示す携帯電話等の電子機器の許容された電気音響変換器装着用の空隙部に、その装着スペースに対応させるため、スピーカの外形形状を規則性を持たない自由な形状で、かつ左右対称に形成して構成したものである。

ここで、図１３は本実施の形態によるスピーカを装着した携帯電話を示した斜視図である。

すなわち、円形、長円形、楕円形、方形、正多角形等の規則性を有した形状では装着スペースがない状態か、もしくは、これらの規則性を有した形状に設定すると、非常に小さい面積しか実現できなくなるため、許容された装着スペースに対応させた形状としたものである。

従って、当実施の形態については、その一例を示したものであり、当形状に限定されることなく、その形状については、外形形状が規則性を持たない自由な形状で、かつ左右対称であれば、どのような形状でも良い。

望ましくは、電子機器の許容された装着スペースに、できるだけ大きな面積を実現できる形状であれば良い。

また、当実施の形態は電気音響変換器の１つであるスピーカについて説明しているが、これに限定されることなく、レシーバやサウンダ、さらにはマイクロホン等電気音響変換器であれば、すべてに適用可能である。

図１〜図４において、２１はマグネット、２２は上部プレート、２３はヨーク、２４は磁気回路、２５は磁気ギャップ、２６はフレーム、２７は振動板、２８はボイスコイルである。

ここで、このスピーカの動作原理について説明すると、磁気回路２４にて発生した磁束を磁気ギャップ２５から漏洩させて、非接触状態で近接配置される上述した外形形状の振動板２７に結合されたボイスコイル２８に作用させている。

そして、このボイスコイル２８に入力信号が入力されると、振動板２７は入力信号に対応して上下方向に振動することにより音を発生させる。

すなわち、磁気ギャップ２５から漏洩させた磁界による磁束の方向を、上部プレート２２からヨーク２３の方向に発生していると仮定すると、ボイスコイル２８に右回りに入力信号が入力されると、振動板２７は入力信号に対応して上方向に作用する力を受けて上方向に移動し、一方、次の瞬間にボイスコイル２８に左回りに入力信号が入力されると、振動板２７は入力信号に対応して下方向に作用する力を受けて下方向に移動し、これらのフレミングの左手の法則に従う作用力を繰り返し受けることにより、上下方向に振動して音を発生させるという全体的な電気音響変換器の動作原理により、ボイスコイル２８に結合された振動板２７が振幅して音響再生を行うように構成したものである。

ここで、このボイスコイル２８は、最低限１層巻回されていれば、その機能は確保できるが、２層巻回以上に多層に巻回することで、その駆動力を上げスピーカの音圧レベルを向上させることができる。

また、振動板２７に結合されたボイスコイル２８についても、当実施の形態のように磁気回路２４側、すなわち振動板２７の裏面側に設けているが、振動板２７の表面側や、さらには表裏面の両面に設けても良い。

ここで、この振動板２７は樹脂により構成している。

この構成により、軽量で安価な振動板が実現でき、スピーカの音圧レベルを向上させることができ、さらにスピーカの低コスト化を図ることができる。

また、図２に示すように、フレーム２６の外形寸法と、振動板２７の外形寸法とを略同一寸法にして構成している。

この構成により、振動板２７の外形寸法を最大限大きくすることができ、すなわち振動板２７の面積を最大限大きくすることができ、スピーカの音圧レベルの向上を図る等、その効率を向上させることができる。

また、振動板２７に結合されたボイスコイル２８は、少なくとも振動板２７の外周部の一部に沿って巻回される部分を含んで振動板２７面上に巻回状態で設けて構成している。

この構成により、少なくとも振動板２７の外周部の一部にボイスコイル２８が存在するため、一定の規則性を持たない不特定形状の振動板であっても、均一な振幅をさせることが可能となる。

さらに、スピーカの磁気ギャップの形状を、振動板の外周部の形状と略相似形状にして、すなわちフレームの外周部の形状に合わせた構成としたものである。

この構成により、磁気ギャップの形状をフレームの外周部の形状に合わせた構成としたことにより、不特定形状の振動板を用いた場合でも振動板を均一に、効率よく振幅させることができ、不要共振の発生を低減させることができる。

よって、周波数特性の良好化等、スピーカの性能向上を図ることができる。

このように本実施の形態によるスピーカは、携帯電話等に代表されるように、スピーカ装着用のスペースが極めて限られたスペースしかない場合でも、この限られたスペースに対応して外形形状を自由に設定することが可能であり、しかもこの一定の規則性を持たない不特定形状の振動板であっても均一な振幅をさせることができるため、小型高性能の特性を維持したままで被装着機器へのスピーカ装着の自由度を大きく向上させることが可能になるという格別の効果が得られるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明について説明する。

本実施の形態は、前記実施の形態１で説明したスピーカの振動板２７を介して磁気回路２４を、振動板２７の上下に対向配置して構成し、さらにボイスコイル２８についても、振動板２７の表裏面に結合したものである。

前記以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図５は本発明の実施の形態２による振動板２７の構成を示した平面図、図６は同振動板２７の断面図である。

また、図７は本発明の実施の形態２によるスピーカの構成を示した平面図、図８は同スピーカの断面図である。

図５〜図８において、２３Ａはヨークの放音孔である。

図５および図６に示すように、当実施の形態の振動板２７は、特にスピーカとしての音圧レベルの向上を図るため、ボイスコイル２８を振動板２７の表裏面に結合し、さらに、多層巻回使用としている。

そして図７および図８に示すように、磁気回路２４を振動板２７の上下に対向配置して構成している。

この場合、実施の形態１で説明した磁気回路２４と同じ仕様のものを上下に配置しても良いし、上側には磁気回路２４を全面的に配置せず、必要な場所に必要なだけ部分的に配置しても良い。

さらに、上側には磁気回路２４のヨーク２３にヨークの放音孔２３Ａを設けることで、放音効率を向上させ、さらなるスピーカの音圧レベル向上を図ることもできる。

このように本実施の形態によるスピーカは、振動板２７を介して磁気回路２４を対称に配置した構成にしたことにより、さらなるスピーカの音圧レベル向上を図ることができ、小型高性能化を実現できるという格別の効果を奏するものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明について説明する。

本実施の形態は、前記実施の形態１で説明したスピーカの振動板に異なる２種類以上のボイスコイルを結合した構成のものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図９は本発明の実施の形態３による振動板の構成を示した平面図である。

図９において、２７は振動板、２８Ａは第１のボイスコイル、２８Ｂはもう１つの第２のボイスコイルである。

この構成は、スピーカをステレオ対応にした場合の振動板の構成を示したもので、ボイスコイルを規則性を持たない形状で、かつ左右対称に形成される１つの振動板２７上に、左右対称に独立して振動板の外周部の一部に沿って巻回される部分を含んで巻回状態で２つ設けることにより、簡単にステレオ対応スピーカを実現することができる。

また、この実施の形態に限定されることなく、ボイスコイルは面積違いのものを数種類設けて、そのそれぞれに夫々異なった周波数帯域の信号を入力することで、マルチウェイ化を図ることも可能である。

さらに、ステレオ対応化やマルチウェイ化を実施したときに、各々のボイスコイルに夫々対応するように、図１０に示すスピーカ平面図およびそのＥ−Ｅ’断面図である図１１に示すように、振動板を２７Ａと２７Ｂのように不連続構造とすることで、チャンネルセパレーション向上を図ることも可能である。

このように、振動板を不連続構造とすることで、異なったチャンネルの振動が互いに影響を及ぼしあうことなく、クロストークを低減させ、チャンネルセパレーションを向上させることができる。

そして、振動板に結合された異なる２種類以上のボイスコイルに夫々対応する磁気回路を設けることで、各々のボイスコイルと振動板を、より細かく、より正確に駆動させることができ、スピーカの性能向上を図ることができる。

このように本実施の形態によるスピーカは、振動板に異なる２種類以上のボイスコイルを結合した構成としたことにより、１つのスピーカでさまざまな音響再生を行うことができるという格別の効果を奏するものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したスピーカの振動板に結合されたボイスコイルの構成が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために詳細な説明は省略する。

実施の形態１で説明したボイスコイルの構成は、金属材料をエッチング工程やメッキ工程を経て生産したものであるが、本実施の形態は以下によるものである。

請求項８に記載のボイスコイルは、絶縁皮膜を有した金属線により構成したものであり、通常の電気音響変換器によく使用されている、汎用品であるマグネットワイヤーによりボイスコイルを構成したものである。

この構成により、ボイスコイルの生産性向上と低コスト化を図ることができ、スピーカの生産性向上と低コスト化を図ることができる。

このマグネットワイヤーについては、その断面形状が円形のものが一般的であるが、これを角形、すなわち平角線にすることで、占積率を向上させることができ、スピーカの音圧レベルを向上させることができる。

請求項９に記載のボイスコイルは、金属箔により構成したものである。

この構成により、ボイスコイル形状の精度および設定自由度の向上とともに、ボイスコイルの薄型化と軽量化を図ることができ、スピーカの性能向上と薄型化、さらには音圧レベルの向上を図ることができる。

請求項１０に記載のボイスコイルは、導電性インキにより構成したものである。

この構成により、ボイスコイル形状の精度および設定自由度の向上とともに、ボイスコイルの生産性と薄型化と軽量化を同時に図ることができ、スピーカの性能向上と、生産性と薄型化および音圧レベルの向上を図ることができ、その性能向上効果は大きい。

このように本実施の形態によるスピーカは、ボイスコイルを金属箔や導電性インキで形成することにより、不特定形状の振動板に精度良くボイスコイルを形成することができる。

（実施の形態５）
以下、実施の形態５を用いて、本発明について説明する。

本実施の形態は、前記実施の形態１で説明したスピーカの振動板の周縁とフレームとの結合が異なる構成のものである。

実施の形態１では、フレーム２６の材質として金属や樹脂を使用することが一般的であるが、本実施の形態は、柔軟性を有した材料を介して行うようにしたものである。

フレーム２６に、さらに柔軟性を有した材料、すなわちクッション材を配置結合し、さらに振動板２７を結合する構成としても良いし、フレーム２６自体を柔軟性を有した材料により形成することでも実現することができる。

柔軟性を有した材料としては、シリコンゴムや発泡ゴム、さらにはウレタンフォーム等の樹脂系やゴム系の材料がよく使用される。

このように本実施の形態によるスピーカは、振動板２７の外周部にクッション材を配置したり、あるいはエッジを設けたりすることにより、振動板２７の振幅をより効率よく行うことができる構造とすることができる。

よって、高性能のスピーカを提供することができるという格別の効果を奏するものである。

（実施の形態６）
以下、実施の形態６を用いて、本発明について説明する。

図１２は、本発明の一実施の形態のスピーカモジュールの断面図である。

図１２に示すように、請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載の電気音響変換器すなわちスピーカ３０と電子回路４０とを一体化してスピーカモジュール５０を構成している。

ここで、このスピーカモジュール５０の構成としては、回路基板４１に電子部品４２を固定して配線し、電子回路４０を構成している。そして、この電子回路４０と、前記請求項１から請求項１２のいずれか１つのスピーカ３０と一体化結合してスピーカモジュール５０を構成している。

この電子回路４０には、少なくともスピーカへ供給する音声信号の増幅回路が含まれている。すなわち、信号処理された音声信号をスピーカから出力させるために必要なレベルにまで増幅する回路を既にスピーカと一体化され、内部配線もされた状態で有しているため、このスピーカモジュールを結合するだけで容易に音声出力を得ることができる。

さらに、この電子回路４０には、前記の増幅回路以外に、携帯電話等の通信機器であれば、検波回路や変調回路、復調回路等の通信に必要な回路や、液晶等の表示手段のための駆動回路、さらには電源回路や充電回路等の各種回路を含めることもできる。

この構成とすることにより、従来別々で生産され、それぞれの検査工程や物流工程を経て、携帯電話等の電子機器の生産拠点に供給されていたスピーカと電子回路が一体化してモジュール化を実施することにより、生産工程、検査工程、物流工程の統合化を図ることができ、多大なコストダウンを実施することができる。

よって、スピーカ３０と電子回路４０とを結合したスピーカモジュール５０を安価に提供することができる。

（実施の形態７）
以下、実施の形態７を用いて、本発明について説明する。

図１３は、本発明の一実施の形態の電子機器である携帯電話の斜視図を示したものである。

図１３に示すように、請求項１から請求項１２記載のいずれか１つの電気音響変換器すなわちスピーカ３０を搭載して携帯電話８０を構成している。

ここで、この携帯電話８０の構成としては、スピーカ３０と液晶等の表示モジュール６０と操作部６５とマイクロホン６６やカメラ６７やレシーバ６８等の各部品やモジュール等を、外装ケース７０の内部に電子回路とともに搭載して携帯電話８０を構成している。

この構成とすることにより、スピーカ装着用のスペースが極めて限られたスペースしかない場合でも、この限られたスペースに対応して外形形状を自由に設定できる不特定形状の振動板を有するスピーカを搭載することで、高性能特性を維持したままで携帯電話等の電子機器の小型化を図ることができるという格別の効果が得られるものである。

（実施の形態８）
以下、実施の形態８を用いて、本発明について説明する。

図１４は、本発明の一実施の形態の装置である自動車９０の断面図を示したものである。

図１４に示すように、本発明の電気音響変換器すなわちスピーカ３０をリアトレイやフロントパネルに組込んで、カーナビゲーションやカーオーディオの一部として使用して自動車９０を構成したものである。

この構成とすることにより、スピーカ装着用のスペースが極めて限られたスペースしかない自動車内の場合でも、この限られたスペースに対応して外形形状を自由に設定できる不特定形状の振動板を有するスピーカを搭載することで、高性能特性を維持したままで自動車等の装置の小型化を図ることができるという格別の効果が得られるものである。

本発明によるスピーカは、許容されるスピーカ装着用の限られた装着スペースに対応して外形形状を自由に設定することが可能であり、しかもこの一定の規則性を持たない不特定形状の振動板でも均一な振幅をさせることができるため、小型高性能の特性を維持したままで被装着機器への電気音響変換器装着の自由度を大きく向上させることが可能になるという格別の効果を有する。

よって、小型・薄型化と多機能化が追求される携帯電話等の情報通信機器を中心とした電気音響変換器や電子機器用として有用である。

本発明の一実施の形態によるスピーカの構成を示した平面図 同スピーカの断面図 同スピーカの振動板を除いた平面図 同磁気回路の断面図 本発明の一実施の形態によるボイスコイルが結合された振動板の構成を示した平面図 同ボイスコイルが結合された振動板の断面図 本発明の一実施の形態によるスピーカの構成を示した平面図 同スピーカの断面図 本発明の一実施の形態によるボイスコイルが結合された振動板の構成を示した平面図 本発明の一実施の形態によるスピーカの構成を示した平面図 同振動板の構成を示した断面図 本発明の一実施の形態によるスピーカモジュールの断面図 本発明の一実施の形態による携帯電話の斜視図 本発明の一実施の形態による自動車の断面図 従来のスピーカの構成を示した断面図

２１ マグネット
２２ 上部プレート
２３ ヨーク
２３Ａ ヨーク放音孔
２４ 磁気回路
２５ 磁気ギャップ
２６ フレーム
２７ 振動板
２７Ａ 振動板
２７Ｂ 振動板
２８ ボイスコイル
２８Ａ ボイスコイル
２８Ｂ ボイスコイル
３０ スピーカ
４０ 電子回路
４１ 回路基板
４２ 電子部品
５０ スピーカモジュール
６０ 表示モジュール
６５ 操作部
６６ マイクロホン
６７ カメラ
６８ レシーバ
７０ 外装ケース
８０ 携帯電話
９０ 自動車

Claims (15)

1. 磁気ギャップを設けた磁気回路と、この磁気回路を結合したフレームと、前記磁気回路に、磁気回路と非接触状態で近接配置されるボイスコイルを少なくとも一方の面に結合し、外周部が前記フレームの周縁に結合された振動板とからなる電気音響変換器において、前記フレームならびに振動板の外周部が、被装着機器において許容された電気音響変換器装着用の空隙部に、規則性を持たない形状で、かつ左右対称に形成されるとともに、前記１つの振動板上に前記ボイスコイルを左右対称に独立して前記振動板の外周部の一部に沿って巻回される部分を含んで前記振動板面上に巻回状態で２つ設けることによりステレオ対応化した電気音響変換器。
2. フレームの外形寸法と、振動板の外形寸法とを略同一寸法にした請求項１に記載の電気音響変換器。
3. 磁気ギャップを設けた磁気回路を振動板を介して、振動板の上下に対向配置した請求項１または請求項２に記載の電気音響変換器。
4. 振動板の表裏面にボイスコイルを結合した請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
5. 磁気ギャップの形状を、振動板の外周部の形状と略相似形状にした請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
6. 振動板に結合された異なる２種類のボイスコイルに夫々対応するように振動板を不連続構造とした請求項１に記載の電気音響変換器。
7. 振動板に結合された異なる２種類のボイスコイルに夫々対応する磁気回路を設けた請求項１に記載の電気音響変換器。
8. 振動板に結合されたボイスコイルは、絶縁皮膜を有した金属線により構成されたものである請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
9. 振動板に結合されたボイスコイルは、金属箔により構成された請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
10. 振動板に結合されたボイスコイルは、導電性インキにより構成された請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
11. 振動板の周縁とフレームとの結合は、柔軟性を有した材料を介して行うようにした請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
12. 振動板を樹脂により構成した請求項１から請求項１１のいずれか１つに記載の電気音響変換器。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載の電気音響変換器と電子回路とを結合したモジュール。
14. 請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載の電気音響変換器を搭載した電子機器。
15. 請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載の電気音響変換器を搭載した装置。

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