JP5367534B2

JP5367534B2 - 電磁型電気音響変換器

Info

Publication number: JP5367534B2
Application number: JP2009246047A
Authority: JP
Inventors: 博之原野; 秀典本永; 博山縣; 賢介中西
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: JP2011097126A

Description

本発明は小型で低価格のスピーカやマイクを製造することが可能な電磁型電気音響変換器に関する。

電気音響変換器は、音や機械的振動を電気信号に変えたり、逆に電気信号を音や機械的振動に変えたりする可逆変換器であり、動電型、電磁型、磁歪型、静電型、圧電型、電歪型等の多種多様なものがある。その中で電磁型電気音響変換器に係るスピーカについては、振動板を近接配置された永久磁石で吸引させた状態で、磁極に巻いたコイルに電気信号を流して磁石の吸引力を変化させ、これにより振動板を振動させて電気信号を音に変換する構成となっている（例えば、特許文献１、２等がある。）。なお、電磁型電気音響変換器に係るマイクロフォンについても全く同様である。

特開２００２−５５６８３号公報特開２００２−１７６６９４号公報

ところで、携帯電話や玩具等の小型電子機器に使用されるスピーカ等については、組み込みスペースが限られているため、可能な限り小型化且つ薄型化することが要請されている。また、構造を簡素化して更に小型化を低コスト化の要求も強い。しかしながら、上記従来の電磁型電気音響変換器では、振動板とヨークとの位置合わせをするためにサスペンションや弾性体等を用いており、内部構造が複雑となり、小型化や低コスト化を阻害している。

本発明は上記背景に鑑みて創作されたものであり、その目的とするところは、内部構造が簡単で小型化及び低コスト化も容易である電磁型電気音響変換器を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の電磁型電気音響変換器は、ベース部と、ベース部に装着された軸状のヨークと、ヨークの外周面に巻回されたコイルと、ヨークの先端部分を囲むように配置された振動板リングと、ヨークの先端面に対してギャップを開けて対向配置された薄膜であって振動板リングの開口面にテンションを掛けてフラットに装着された振動板と、振動板の面上に設けられたマグネットと、金属製有底筒状部材であり底面に音孔が形成されたカプセルとを備える。特に、前記ベース部は樹脂製部材でありコイルの入力／出力端子がインサート成形により配設され、振動板及びマグネットを有した振動板リング、ヨーク及びコイルを有したベース部をこの順にカプセルに収容し、カプセルの開放面側の端部が内側に屈曲してベース部の露出面の縁部にかしめられている。

上記発明による場合、振動板上のマグネットがヨークとの間で吸引される一方で、薄膜の振動板が振動板リングの開口面にテンションを掛けてフラットに装着された構成となっているので、振動板、磁性体、ヨーク等との間の位置合わせが容易になり組み立てが容易になった。しかもサスペンション等の特別の部品が不要となり、これに伴って、内部構造が簡単となり、同変換器の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。また、ベース部の作成段階で入力／出力端子の絶縁や取り付けが行なわれることから自動組み立てに適し、この点で一層の低コスト化を図ることが可能になる。特に、全体が自動組み立てに適することから、この点でも一層の低コスト化を図ることが可能になる。

同変換器のマグネットについては、ヨークのマグネット対向側面と同一形状を有した薄板とすると良い。

上記特徴を有した発明の場合、小型化及び低コスト化に加えて薄型化を図ることが可能になり、これに伴ってＳＭＴ(Surface mount technology)対応を容易に図ることが可能になる。

上記変換器のマグネットについては、ヨークのマグネット対向側面に対応した形状を有した環状の薄板とすると良い。

上記特徴を有した発明の場合、小型化、薄形化及び低コスト化の効果に加えて、マグネットの内外径の変更を通じて周波数特性のチューニングが可能であり、音質向上化を容易に実現可能という効果を奏する。

同変換器のヨークについては、コイルを巻回するために凸状又は軸状の形状とすると良い。

上記特徴を有した発明の場合、コイルのヨークに対する巻き付け作業が容易となり自動組み立てにも適することから、これらの点で低コスト化を図ることが可能になった。

本発明の実施の形態に係る電磁型電気音響変換器の縦断面図である。同電磁型電気音響変換器の分解斜視図である。同電磁型電気音響変換器の変形例に係る図であって、振動板リング上の振動板及びマグネットの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。ここに例として挙げる電磁型電気音響変換器１００は、図外の携帯電話内の基板に実装される基板実装型のものであり、同基板上の音声回路から入力された音声信号を音声に変換するスピーカと、音声を音声信号に変換して同音声回路に出力するマイクロフォンとの両方に使用されている。図１中１０はベース部、２０はヨーク、３０はコイル、４０は振動板リング、５０は振動板、６０はマグネット、７０はカプセルである。これらの各部により電磁型電気音響変換器１００が構成される。なお、図１中Ｃはキャビティ、Ｇはギャップである。

ベース部１０については、樹脂成形品の円盤状の基板である。ベース部１０の中心部にヨーク２０を装着するための貫通孔１１及び凹部１２が形成され、凹部１２の周りに入力／出力端子１３、１３が１８0 °ピッチで設けられている。

貫通孔１１はヨーク２０のセンター部２１の直径に対応した外径を有した円形穴であって、センター部２１の端部が装入される。凹部１２はベース１０の内側面（図１中下側面）に貫通孔１１と同心状に形成された円形窪みであって、ヨーク２０の鍔部２２の直径に対応した外径、下鍔部２２の厚みに対応した深さを有し、突起部２１が装入される。即ち、貫通穴１１及び凹部１２によりヨーク２０がベース部１０に対して装着可能になっている。

入力／出力端子１３、１３は断面Ｌ字状の金属片であり、同変換器１００をスピーカとして使用する場合には上記音声信号を上記音声回路から入力するための入力端子となる一方、マイクロフォンとして使用する場合には上記音声信号を上記音声回路に出力するための出力端子となる。入力／出力端子１３、１３はベース部１０を作成する際のインサート成形により図示の通りに配設される。入力／出力端子１３、１３の先端部はベース１０の外側面（図１中上側面）から垂直に出され、同面に平行となるように屈曲されている。入力／出力端子１３、１３の後端部はベース１０の内側面から垂直に出されている。

ヨーク２０については、ベース部１０の内側面の中央部に装着可能な軸状磁性体であり、コイル３０を巻回するために凸状の形状になっている。具体的には、円柱状のセンター部２１と、センター部２１の周りに形成された鍔部２２とを有している。センター部２１の鍔部２２から図１中上側に延びた部分が突起部２１であり、センター部２１の鍔部２２から図１中下側に円筒状に延びた部分にコイル３０が巻回されるようになっている。

コイル３０については、ヨーク２０の鍔部２２から円筒状に延出されたセンタ部２１に複数巻回されたコイル線である。コイル３０の各端部３１、３２は入力／出力端子１３、１３の後端部に各々半田付けされている。コイル３０をヨーク２０に巻回する際、コイル線にテンションが掛けられ、熱風をあてながら巻回されることにより、コイル線に塗布している接着層が溶融し、冷却後にそれが固まり、コイル３０がヨーク２０にそのまま固定されるので、コイル３０とヨーク２０の接着に別途接着材を用いる必要がない。なお、コイル３０の線径や巻き数については、同変換器１００の入力／出力インピーダンス等に応じて適宜設定すれば良い。

振動板リング４０については、ベース部１０と同一外径を有ーした環状部材であり、カプセル７０に組み込まれた状態でベース部１０の内側面上にヨーク２０の先端部分を囲むように配置される。振動板リング４０の材質としては、耐熱性が要求されない場合は樹脂であるが、高耐熱性が要求される場合（例えばＳＭＴ対応使用等の場合）はステンレスや真鍮等の金属を用いても良い。

振動板５０については、振動板リング４０の開口面（図２中右側面）にテンションを掛けて装着されたフィルム基材であり、振動板５０をピンと張って緊張させた状態（スティフネス制御）で振動板リング４０の端部に接着材等を用いて固着されている。振動板５０は、カプセル７０に組み込まれた状態でヨークの先端面に対してギャップＧを開けて対向配置される。

振動板５０の材質については、可聴周波数帯域において広く平坦な周波数特性を得るのに適した樹脂フィルムであり、本実施形態ではＳＭＴ対応が容易なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の耐熱フィルムを用いている。振動板５０の厚みについては、要求される周波数特性やテンション等に応じて適宜設定すれば良い。例えば、振動板５０としてＰＰＳを用いた場合、厚みを６μｍ程度としている。なお、振動板５０を振動板リング４０に貼る際のテンションについては後述することにする。

マグネット６０については、振動板５０の面上に固着された永久磁石である。本実施形態ではヨーク２０及びコイル３０に対向配置（ヨーク２０のセンター部２１の天面（振動板５０との対向面）と対向配置）され且つ振動板５０の反ヨーク側面に固着されている。マグネット６０は、ヨーク２０に対する磁気吸引力と振動板５０によるテンションとが逆方向に作用し、その結果、図１に示されるようにカプセル７０の内底面から浮いた状態で振動板５０とともにヨーク２０に対してフラットに保持される。

よって、振動板５０を振動板リング４０に貼る際のテンションについては、入出力信号のレベルを十分に考慮しつつ最低共振周波数付近でマグネット６０がカプセル７０及び／又はヨーク２０に衝突することなくフラットに維持される程度に適宜設定すれば良い。

カプセル７０については、振動板リング４０及びベース部１０に対応した内径を有した金属製の有底筒状部材であり、底面に音孔７１が複数個形成されている。図２に示すように振動板リング４０の開放面に振動板５０を装着した後、振動板５０にマグネット６０を固着する。一方、ベース部１０にコイル３０が巻回されたヨーク２０を装着した後、コイル３０の各端部３１、３２と入力／出力端子１３、１３の後端部との間を半田付けする。このように組み立てられた振動板５０及びマグネット６０を有した振動板リング４０、ヨーク２０及びコイル３０を有したベース部１０をこの順にカプセル７０に収容し、カプセル７０の開放面側の端部７２を内側に屈曲してベース部１０の外側面（露出面）の縁部にかしめている。

上記電磁型電気音響変換器１００による場合、マグネット６０、振動板５０、ヨーク２０等との間の位置合わせが容易であり、従来とは異なりサスペンション等の特別の部品が不要であることから、内部構造が非常に簡単となり、直径４ｍｍ程度の小型化を図ることが可能になった。また、ヨーク２０及びマグネット６０の厚みが薄いことから、１．５ｍｍ程度の薄型化を図ることが可能になった。しかもヨーク２０が凸状でありコイル３０が巻き易く、ヨーク２０のベース部１０への装着も容易であることから、自動組み立てにより製造することが可能となり、この点も含めて低コスト化を図ることを可能になった。

従来のスピーカについては、動電型（ダイナミック型）が主流であり、小型化及び自動化が困難という問題を内在していた。この点、電磁型電気音響変換器１００はこの問題を上記した通り全て解消するに至っている。また、携帯電話に使用されるマイクロフォンについては、サイズの点で動電型が使用されずエレクトレットコンデンサ型が使用されていた。この点、電磁型電気音響変換器１００は、上記した通り小型化が図られていることから、携帯電話にも十分に使用可能である。しかもエレクトレットコンデンサ型とは異なり、ＦＥＴ等の電子部品が不要であり、ノイズ発生源がないことから、ダイナミックレンジを大幅に拡大可能という効果を有している。さらに、電磁型電気音響変換器１００は、スピーカとマイクロフォンとの兼用利用が可能であることから、使い勝手が良いという別意の効果もある。

次にマグネット６０の変形例を図３を参照して説明する。図３に示すマグネット６０’については、円盤状ではなく環状の薄板磁石である。図１及び図２に示す実施形態と異なるのはマグネット６０’のみであり、この以外の構成については全く同一である。

この変形例による場合、図３に示すように振動板５０において、マグネット６０’の内側の領域５１とマグネット６０’の外側の領域５３とでダブル振動板が構成される。よって、マグネット６０’の内径及び／又は外径の寸法の変更を通じて周波数特性のチューニングが可能となり、音質向上化を容易に実現可能となる。

なお、本発明に係る電磁型電気音響変換器は上記実施形態に限定されず、形状を丸形ではなく角形等としたり、適用対象を携帯電話だけでなくヘッドフォンやハンズフリーマイク等の他、超音波送受信用として利用することが可能である。ベース部については、カプセルの一部であっても良く、入力／出力端子の有無やヨークの装着方法等が問われない。ヨークについては、外周面にコイルが巻回可能で且つベース部に装着可能である限り、その形状や材質が問われず、ボビン状等の軸状であっても良い。振動板リングについては、開口面に振動板をテンションを掛けて装着できる限り、その形状や材質が問われず、カプセルの一部であっても良い。振動板については、材質や厚み等を要求される周波数特性に応じて適宜設計変更すれば良い。特に超音波送受信用として利用する際にはステンレス箔、チタン箔等（例えば、厚みが１０μｍ以下）の金属フィルムを使用すると良い。マグネットについては、材質、形状、振動板の面上に設ける方法等が問われない。また、マグネットとヨーク又はカプセルとの接触を防止する手段を設けるようにしても良い。カプセルについては、材質、形状等が問われず外面に入力／出力端子を設けても良い。カプセルに音孔を形成するのではなくベース部に形成する形態であっても良い。

１００電磁型電気音響変換器
１０ベース部
２０ヨーク
３０コイル
４０振動板リング
５０振動板
６０マグネット
７０カプセル
７１音孔

Claims

ベース部と、ベース部に装着された軸状のヨークと、ヨークの外周面に巻回されたコイルと、ヨークの先端部分を囲むように配置された振動板リングと、ヨークの先端面に対してギャップを開けて対向配置された薄膜であって前記振動板リングの開口面にテンションを掛けてフラットに装着された振動板と、振動板の面上に設けられたマグネットと、金属製有底筒状部材であり底面に音孔が形成されたカプセルとを備え、前記ベース部は樹脂製部材であり前記コイルの入力／出力端子がインサート成形により配設され、前記振動板及びマグネットを有した振動板リング、前記ヨーク及びコイルを有したベース部をこの順にカプセルに収容し、カプセルの開放面側の端部が内側に屈曲してベース部の露出面の縁部にかしめられていることを特徴とする電磁型電気音響変換器。
請求項１記載の電磁型電気音響変換器において、前記マグネットは、前記ヨークのマグネット対向側面と同一形状を有した薄板であることを特徴とする電磁型電気音響変換器。
請求項１記載の電磁型電気音響変換器において、前記マグネットは、前記ヨークのマグネット対向側面に対応した形状を有した環状の薄板であることを特徴とする電磁型電気音響変換器。
請求項１記載の電磁型電気音響変換器において、前記ヨークは前記コイルを巻回するために凸状又は軸状の形状になっていることを特徴とする電磁型電気音響変換器。