JP5541771B2 - 電気音響変換器およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロホンやスピーカなどの電気音響変換器およびその製造方法に関するもので、特に、振動板のスティフネスのばらつきを少なくして音響特性を均一化することを可能にしたものである。

音波を受けて電気信号に変換するマイクロホンや、逆に、電気信号を音波に変換するスピーカなどの電気音響変換器では、一般的に振動板が用いられている。マイクロホンにおいては、音波を受けて振動する振動板の振動を電気信号に変換し、スピーカにおいては、電気信号によって振動板を振動させて音波を発するようになっている。

ダイナミック型の電気音響変換器の場合、振動板にボイスコイルが一体的に固着され、振動板の周縁部はフレームなどに固着され、ボイスコイルは、永久磁石とヨーク、ポールピースなどで構成された磁気回路中の磁気ギャップ内に配置されている。マイクロホンの場合、振動板が音波を受けてボイスコイルとともに振動すると、ボイスコイルが磁気ギャップ内の磁束を横切ることにより、音波に対応した音声信号を出力する。スピーカの場合は、音声信号をボイスコイルに入力することにより、この電流と上記磁束との電磁力によりボイスコイルおよび振動板が振動し、音声信号に対応した音波を発する。

ダイナミック型の電気音響変換器に限らず、例えば、コンデンサ型の電気音響変換器も振動板を有している。電気音響変換器の振動板は、周縁部がフレームなどに接着などによって固定されているが、振動板の周縁部の固着条件によって、低域共振周波数などの音響特性に影響を受ける。特に、マイクロホンやヘッドホン用の小型のスピーカユニットに用いられる振動板は、薄いフィルムの成形品であり、制御方式が質量制御方式であることから、収音あるいは再生することができる低域限界は低域の共振周波数によって決定される。振動板の質量成分の主なものは、ボイスコイル、振動板自体、振動板と一緒に動く空気の付加質量である。これらの質量成分は設計によって決まり、ばらつきはほとんどない。

これに対して振動板のスティフネスは、振動板の成形条件、振動板の周縁部をフレームに固着するときの接着状態などによってばらつきが発生する。以下、これらについて、より具体的に説明する。マイクロホンやヘッドホン用の小型のスピーカユニットに用いられる振動板は一般に加熱加圧成形によって作製されるが、素材の熱履歴、成形時の各種条件などで、個々の振動板のスティフネスにばらつきが生じる。また、振動板の周縁部は上記のようにユニットフレームに接着によって固着されるが、接着剤の濡れ性の程度、接着剤の乾燥時の収縮、接着時にかかった応力など、さまざまな要因によって個々の振動板のスティフネスにばらつきが生じる。スティフネスがばらつくと、上記のように低域共振周波数がばらつく。

特に、ノイズキャンセルヘッドホンのように、目的外の環境騒音を能動的にキャンセルしようとする場合には、マイクロホンで検出された環境騒音信号の位相を反転させたキャンセル信号を生成し、このキャンセル信号の位相および振幅を適切に調整する必要があるが、マイクロホンの低域共振周波数がばらつくと、ノイズキャンセル性能を低下させる大きな要因となる。なぜなら、低域共振周波数を境としてその上側（プラス側）と下側（マイナス側）とでは位相が逆になるため、低域共振周波数が大きくばらつくと、設計上予定しなかった音声周波数領域まで検出されることになり、その領域では位相が逆になりノイズキャンセル効果がなくなるからである。また、左右の環境騒音検出用マイクロホン相互間で低域共振周波数が大きくばらつくと、左右のスピーカ（ヘッドホンドライバ）から出る音が異なり、使用者に違和感を与える要因になる。

ここで、従来の電気音響変換器の例を挙げて具体的について説明する。図２は、ヘッドホンドライバとして構成された電気音響変換器の例を示す。図２において、ヘッドホンドライバはユニットフレーム１をベースとして組み立てられている。ユニットフレーム１は外形が円形の金属製の部材で、一面側の外周縁部に突堤１１が全周にわたって形成されている。この突堤１１の形成面側には、突堤１１よりも内周側において、かつ、突堤１１に近接して、突堤１１の高さよりも低い突堤１２が全周にわたり形成されている。ユニットフレーム１には、その外周と同心の円に沿って円筒部１３が上記突堤１１，１２の形成側とは反対側の面から突出して形成されている。

ユニットフレーム１の上記円筒部１３の内周には、扁平な有底円筒形のヨーク２が、その開放端を上記突堤１１形成側に向けて嵌合され、接着あるいは圧入などによってユニットフレーム１に一体に結合されている。ヨーク２の内底面には円板状の永久磁石３がその外周面とヨーク２の周壁内面との間に適宜の間隔をおいて固着されている。永久磁石３にはさらに円板状のポールピース４が重ねて固着されている。ポールピース４の外周面とヨーク２の周壁内面との間には適宜の円筒形の間隙が形成されている。ヨーク２、永久磁石３、ポールピース４で磁気回路が形成され、ポールピース４とヨーク２の間に形成されている上記間隙は、ポールピース４とヨーク２の一方から他方に向かって磁束が通る磁気ギャップになっている。

上記磁気ギャップには、細い導線が円筒形状に巻き回されてなるボイスコイル７が、ヨーク２にもポールピース４にも接触することなく配置されている。ボイスコイル７の一端は振動板５に固着されている。振動板５は薄いフィルムの成形品からなり、球面の一部を切り取った形のメインドーム５１と、このメインドーム５１の周囲に一体に形成された断面が部分円弧状のサブドーム５２を有し、サブドーム５２の外周側は、平坦面をなすエッジ部となっている。このエッジ部は前記ユニットフレーム１の突堤１２の上に載せられ、上記エッジ部には振動板５を保護するためのプロテクタ６が載せられている。より具体的には、プロテクタ６の外周に平坦面をなしてエッジ部６２が形成されていて、このエッジ部６２が上記振動板５のエッジ部に載せられている。ユニットフレーム１の突堤１２と振動板５のエッジ部、このエッジ部とプロテクタ６のエッジ部６２は、相互に接着されることにより、振動板５は上記エッジ部を支点として振動することができるようになっている。ボイスコイル７の一端は、振動板５のメインドーム５１とサブドーム５２の境界の稜線に沿って固着されている。

プロテクタ６は、振動板５のメインドーム５１、サブドーム５２の形状に合わせて形成されると共に、これらメインドーム５１、サブドーム５２との間に一定の空間が生じるように、外周壁に続いて上記エッジ部６２が形成されている。プロテクタ６には、振動板５が振動することによって発せられる音波を外部に放出するための複数の孔６１が形成されている。振動板５の振動に対して抵抗とならないように、振動板５の背面側の空間を外部に連通させるための孔１４がユニットフレーム１に形成されている。孔１４は複数形成されていて、適宜の孔１４には音響抵抗材８が付加されて、ヘッドホンドライバの音響特性が調整されている。

以上、ヘッドホンドライバの例で説明したが、ダイナミック型マイクロホンにおける振動板も上記振動板５と同様に、平坦面をなす外周のエッジ部がユニットフレームの平坦面に接着によって固着されている。
電気音響変換器の特性を安定化させるためには、振動板の上記エッジ部がユニットフレームに確実にかつ強固に固着されていることが必要である。しかしながら、上記エッジ部を接着によって固着すると、図２に符号９で示すように、余った接着材が振動板５を伝わってはみ出し、はみ出した接着材が硬化することによって振動板５が固くなる。振動板５は固くなると振動しにくくなり、特に低音域の応答性が悪くなる。マイクロホンの場合は低音域が電気信号に変換されにくくなり、スピーカの場合は低音が再生されにくくなる。これに加えて、上記接着剤のはみ出し量はまちまちであるため、個々の電気音響変換器において特性がばらつくという問題もある。

図２に示すような、振動板の外周の平坦なエッジ部をフレームの平坦面に接着によって固着してなる電気音響変換器とほぼ同様に構成された電気音響変換器の従来例として特許文献１記載の発明がある。特許文献１に記載されている電気音響変換器は、振動板の固定構造が図２に示す固定構造とほぼ同じ構造になっているため、上に述べたような課題と同様の技術課題を持っている。

特開２００４-６４１５８号公報

本発明は、上記従来の電気音響変換器の問題点を解消すること、すなわち、振動板の外周のエッジ部を接着によって固着するにもかかわらず、余分の接着剤が振動板の振動動作部分にはみ出すことがなく、振動板のスティフネスを、ばらつきがなく目論見通りに設定することができる電気音響変換器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、振動板の外周のエッジ部が接着によってフレームに固着されてなる電気音響変換器であって、上記フレームは、上記エッジ部を接着するための接着傾斜面を備え、上記エッジ部は、上記接着傾斜面の傾斜角度よりも小さな傾斜角度になっていて、上記エッジ部の基端部と上記接着傾斜面の一端部とが接点となっていて、上記接着傾斜面は、上記接点側から外周側に向かって連続的に高さが低くなっていて、上記接点よりも上記エッジ部及び上記接着傾斜面の外周側に隙間があって、上記隙間が接着剤で埋められていることを最も主要な特徴とする。

本発明はまた、振動板の外周のエッジ部を接着によってフレームに固着する電気音響変換器の製造方法であって、上記フレームには、上記エッジ部を接着するための接着傾斜面を設け、上記エッジ部の基端部と上記接着傾斜面の一端部とに接点を設け、上記接着傾斜面を、上記接点側から外周側に向かって連続的に高さを低くすることにより、上記接点よりも上記エッジ部及び上記接着傾斜面の外周側に隙間を設け、上記エッジ部を押圧治具によって上記接着傾斜面に向かって押圧し、上記エッジ部に所定の応力をかけた状態で上記隙間を接着剤で埋めて硬化させることを特徴とする。

本発明に係る電気音響変換器によれば、振動板のエッジ部に、上記フレームの接着傾斜面の傾斜角度よりも小さな傾斜角度を持たせ、上記振動板のエッジ部と上記フレームの接着傾斜面との間に生じている隙間を接着剤で埋めているため、接着材は上記隙間内にとどまり、振動板の振動動作する部分にまではみ出すことはない。よって、はみ出した接着材によって振動板のスティフネスが目論見よりも大きく（固く）なることはなく、特に低音域の特性の劣化のない安定した音響特性を得ることができる。

本発明に係る電気音響変換器の製造方法によれば、振動板のエッジ部を押圧治具によってフレームの接着傾斜面に向かって押圧し、上記振動板のエッジ部に所定の応力をかけた状態で上記振動板のエッジ部と上記フレームの接着傾斜面との間に生じている隙間を接着剤で埋めて硬化させるようにしたため、上記振動板のエッジ部に加わる応力を所定の応力に安定して設定することができ、所定の音響特性をばらつきなく得ることができる。

上記接着剤を、紫外線硬化型接着剤のような、硬化の過程で体積の変化のない、あるいは体積変化の少ない接着剤を用いれば、振動板のスティフネスを目論見通りに設定することが容易であり、また、スティフネスのばらつきも少なくすることができる。

本発明に係る電気音響変換器およびその製造方法の実施例の要部を示す拡大縦断面図である。 従来の電気音響変換器の例を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る電気音響変換器およびその製造方法の実施例を、図１を参照しながら説明する。

図１において、符号１０は、電気音響変換器のフレームを示している。フレーム１０は、図１に示す従来例のユニットフレーム１と同様に、外周が円形で、この外周と同心円の円筒部を一体に有している。この円筒部には、図２に示す従来例と同様に、有底円筒形のヨークが嵌合されて固着され、このヨークには永久磁石が、この永久磁石にはポールピースが固着されて、図２に示す従来例と同様の磁気回路が構成されている。上記ポールピースとヨークとの間には円筒形状の磁気ギャップが形成され、この磁気ギャップ内には細い導線が円筒形状に巻き回されてなりかつ一端が振動板２０に固着されたボイスコイル（図示されず）が位置している。

振動板２０は、図２に示す従来例と同様に、薄いフィルムの成形品からなり、球面の一部を切り取った形のメインドームと、このメインドームの周囲に一体に形成された断面が部分円弧状のサブドームを有し、サブドームの外周側はエッジ部２０５になっている。振動板の上記メインドームとサブドームの境界に沿って上記ボイスコイルの一端が固着されている。振動板のエッジ部２０５は、もともとは平坦面になっている。このもともとの平坦面をなすエッジ部を、図１では符号２０５Ａで示している。

フレーム１０は外周縁部の一面側に円筒形状の突堤１０１が一体に形成されていて、この突堤１０１の内周側に隣接して突堤１０１よりも低い突堤１０２が形成されている。この突堤１０２の図１における上面は、フレーム１０の縦断面において、フレーム１０の内径側から外径側に向かって連続的に高さが低くなる傾斜面になっている。この傾斜面に振動板２０のエッジ部２０５を接着剤３０で接着するようになっているので、上記傾斜面を接着傾斜面１０３という。この接着傾斜面１０３はフレーム１０の周方向に連続して形成されているので円錐面をなしている。

上記のように、振動板のエッジ部２０５は、もともとは平坦面なエッジ部２０５Ａになっている。したがって、この平坦なエッジ部２０５をフレーム１０の突堤１０２に載せると、上記エッジ部２０５の基端部と、フレーム１０の接着傾斜面１０３の一端部すなわち接着傾斜面１０３の最上端でありかつ突堤１０２の上端とが接触する接点４０となる。正確には、接点４０はフレーム１０と振動板２０の周方向に連続しているので、円形の接線になる。この接点４０よりも、振動板２０のエッジ部２０５およびフレーム１０の接着傾斜面１０３の外周側に隙間１０４が生じる。この隙間１０４が接着剤３０によって埋められ、接着剤３０が硬化することによって振動板２０のエッジ部２０５がフレーム１０の接着傾斜面１０３に固着されている。

ただし、上記隙間１０４を接着剤３０によって埋める前に、図１に示すように円筒形状の押圧治具３５によって振動板２０の平坦なエッジ部２０５Ａをフレーム１０の接着傾斜面１０３に向かって押圧し、振動板２０のエッジ部２０５に所定の応力をかけ、振動板２０のサブドームのスティフネスが所定の値まで高まるように調整する。サブドームのスティフネスが所定の値に達したか否かの確認は、例えば、所定の周波数の音波を振動板２０に当て、あるいは所定の周波数の音声信号をボイスコイルに入力して、振動板２０を上記所定の周波数で振動させ、これにストロボ光を照射して観察する方法によって行うことができる。ストロボ光の発光周波数を上記所定の周波数に設定しておけば、振動板２０が停止して見えるときが所定の周波数で振動しているときであり、このときサブドームのスティフネスが所定の値になっている。この状態で、後述のように振動板２０のエッジ部２０５を接着する。ストロボ光の発光周波数を徐々に変化させれば、振動板２０の前側と後ろ側への最大移動位置を観察することもできるから、振動板２０の振幅も観察することができる。図１において点線で表わしているのは、押圧治具３５が振動板２０のエッジ部２０５を押圧している状態であり、この状態では、振動板２０のエッジ部２０５が上記接点４０を支点にして撓み、フレーム１０の接着傾斜面１０３に近づいている。

振動板２０のエッジ部２０５は、上記接点４０を支点にして全周が同じ角度で撓むことにより円錐面を形成している。振動板２０のエッジ部２０５の傾斜角度はフレーム１０の接着傾斜面１０３の傾斜角度よりも小さな傾斜角度になっていて、振動板２０のエッジ部２０５に所定の応力がかかっている。この状態で、振動板２０のエッジ部２０５とフレーム１０の接着傾斜面１０３との間に生じている隙間１０４に接着材３０を塗布して上記隙間１０４を埋め、接着材３０を硬化させて振動板２０のエッジ部２０５をフレーム１０の接着傾斜面１０３に接着する。

接着材３０は、硬化過程で体積の収縮がなく、あるいは、なるべく体積の収縮が少ないものがよい。例えば、紫外線硬化型の接着剤、あるいはシーラントとして用いられているＲＴＶゴムなどを用いるとよい。特に紫外線硬化型の接着剤は体積の収縮がほとんどないから、振動板２０のエッジ部２０５に所定の応力をかけた状態で接着したとき、接着剤の硬化によって上記応力が変動するという不具合は生じない。また、紫外線硬化型の接着剤は、紫外線を照射することによって硬化するので、硬化工程を任意にコントロールできる利点もある。

紫外線硬化型の接着剤を用いる場合、振動板２０は、接着剤３０を硬化させるための紫外線を透過させることができるように、透明な、例えば、プラスチックのフィルムなどで作製される。上記のようにして振動板２０をフレーム１０に固着した後、押圧治具３５を除去し、振動板２０との間に所定の間隔をおきかつ振動板２０を覆ってプロテクタを配置してこれをフレーム１０に固着する。

振動板２０のエッジ部２０５とフレーム１０の接着傾斜面１０３との間に生じている隙間１０４に塗布される接着剤は、表面張力によって上記隙間１０４に保持され、振動板２０の振動部分などに流れ出すことはほとんどない。したがって、振動板２０のエッジ部２０５に所定の応力をかけて、振動板２０のスティフネスを所定の値に設定した後、接着材によってスティフネスが変動するという不具合が生じることもない。特に、接着剤が振動板の振動部分にはみ出して振動板のスティフネスが目論見以上に大きくなり、低音域の応答性が低下する、という不具合の発生を回避することができる。また、音響特性がばらつくこともない。

本発明に係る電気音響変換器およびその製造方法は、マイクロホンユニットおよびその製造方法としても、あるいはスピーカユニットおよびその製造方法としても適用可能である。
接着傾斜面１０３は、図示の実施例のように連続した傾斜面でなくてもよく、例えば、高さが段階的に変化する傾斜面であってもよい。

本発明に係る電気音響変換器は、ノイズキャンセルヘッドホンにおける環境騒音検出用のマイクロホンとして適している。すなわち、低域共振周波数のばらつきが少ないため、低域共振周波数のばらつきが大きいことを要因とする前述のノイズキャンセルに対して逆効果となること、また、左右のノイズキャンセル効果が大きくばらつくことによる違和感の発生などを回避することができるからである。

１０ フレーム
２０ 振動板
３０ 接着剤
３５ 押圧治具
４０ 接点
１０３ 接着傾斜面
１０４ 隙間
２０５ エッジ部

Claims (10)

1. 振動板の外周のエッジ部が接着によってフレームに固着されてなる電気音響変換器であって、
   上記フレームは、上記エッジ部を接着するための接着傾斜面を備え、
   上記エッジ部は、上記接着傾斜面の傾斜角度よりも小さな傾斜角度になっていて、
   上記エッジ部の基端部と上記接着傾斜面の一端部とが接点となっていて、
   上記接着傾斜面は、上記接点側から外周側に向かって連続的に高さが低くなっていて、
   上記接点よりも上記エッジ部及び上記接着傾斜面の外周側に隙間があって、
   上記隙間が接着剤で埋められている電気音響変換器。
2. 上記エッジ部と上記接着傾斜面とは、ともに円錐面である請求項１記載の電気音響変換器。
3. 上記接着剤は紫外線硬化型接着剤である請求項１または２記載の電気音響変換器。
4. 上記エッジ部の基端部と上記接着傾斜面の一端部とが接点となっていて、上記接点よりも上記エッジ部および上記接着傾斜面の外周側に隙間があって、上記隙間が上記接着剤で埋められている請求項１、２または３記載の電気音響変換器。
5. 上記エッジ部が上記接着傾斜面に向かって押されることにより上記振動板に所定の応力が加えられている状態で、上記エッジ部と上記接着傾斜面との間に生じている上記隙間が上記接着剤で埋められている請求項１乃至４のいずれかに記載の電気音響変換器。
6. 上記振動板は、
   メインドームと、
   上記メインドームの周囲に一体に形成されたサブドームと、
   を有し、
   上記サブドームの外周側は、平坦面をなす上記エッジ部となっている請求項１乃至５のいずれかに記載の電気音響変換器。
7. 振動板の外周のエッジ部を接着によってフレームに固着する電気音響変換器の製造方法であって、
   上記フレームには、上記エッジ部を接着するための接着傾斜面を設け、
   上記エッジ部の基端部と上記接着傾斜面の一端部とに接点を設け、
   上記接着傾斜面を、上記接点側から外周側に向かって連続的に高さを低くすることにより、上記接点よりも上記エッジ部及び上記フレームの接着傾斜面の外周側に隙間を設け、
   上記エッジ部を押圧治具によって上記接着傾斜面に向かって押圧し、
   上記エッジ部に所定の応力をかけた状態で上記隙間を接着剤で埋めて硬化させる電気音響変換器の製造方法。
8. 上記エッジ部と上記接着傾斜面を、ともに円錐面とした請求項７記載の電気音響変換器の製造方法。
9. 上記接着剤として紫外線硬化型接着剤を用いる請求項７または８記載の電気音響変換器の製造方法。
10. 上記振動板は、
    メインドームと、
    上記メインドームの周囲に一体に形成されたサブドームと、
    を有し、
    上記サブドームの外周側は、平坦面をなす上記エッジ部となっている請求項７乃至９のいずれかに記載の電気音響変換器の製造方法。

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