JP5966774B2 - 電気音響変換器 - Google Patents

Description

本発明は、超磁歪振動素子を用いて電気信号を音響信号に変換する電気音響変換器に関する。

超磁歪振動素子を用いて電気信号を音響信号に変換する電気音響変換器が実用化されている。一例として、特許文献１には、超磁歪振動素子を用いた電気音響変換器（磁歪スピーカ）が記載されている。

特開２００５−１７６０５５号公報

超磁歪振動素子は、超磁歪材料と、超磁歪材料に磁気を与えるコイルとを含む。コイルに電流を流して超磁歪材料に磁気を与えると、超磁歪材料が伸縮する。これによって、超磁歪振動素子は極めて微小に振動する。超磁歪振動素子は伸縮する長さは短いが、超磁歪振動素子に接触した部材に対して非常に強い力を伝えることができる。

超磁歪振動素子を用いた電気音響変換器においても、高音質化が求められている。高音質化のためには、超磁歪振動素子をどのように固定して、音を発生させる部材に対して超磁歪振動素子が発生する強い力をどのように伝えるのかが重要となる。超磁歪振動素子の固定構造や超磁歪振動素子が発生する力の伝達構造が適切でないと、振動伝達ロスが発生して高音質の音響信号を発生することはできない。

本発明はこのような要望に対応するため、超磁歪振動素子を用いて、電気信号を高音質の音響信号に変換することができる電気音響変換器を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、超磁歪振動素子（２１）を内部に収納し、前記超磁歪振動素子に電気信号が供給されることによって発生する前記超磁歪振動素子の振動が伝達されて振動する振動部（２３）を有する超磁歪振動素子収納体（２０）と、前記超磁歪振動素子収納体を保持するホルダ（３０）と、前記ホルダに対して弾性部材（４２〜４４）を介して嵌合状態で装着され、前記振動部の振動が伝達される振動伝達体（４０）と、前記超磁歪振動素子収納体を保持するホルダ及び前記ホルダに装着された前記振動伝達体よりなる超磁歪振動素子組立体（５０）を収納し、前記振動伝達体に伝達された振動が伝達されて音を発生する収納体（１０）とを備え、前記超磁歪振動素子収納体及び前記ホルダは、前記収納体に対してフローティング状態となっていることを特徴とする電気音響変換器を提供する。

上記の電気音響変換器において、前記ホルダ及び前記振動伝達体はそれぞれ金属により形成されていることが好ましい。

上記の電気音響変換器において、前記ホルダはアルミニウムまたは亜鉛により形成され、前記振動伝達体は真鍮により形成されていることが好ましい。

上記の電気音響変換器において、前記ホルダは、円形の開口（３１ａ）を有する円形部（３１）と、前記円形部から突出し、前記超磁歪振動素子収納体を収容する収容凹部（３２２）が形成された突出部（３２）とを有し、前記振動伝達体はリング状部材（４１）により形成され、前記リング状部材が前記弾性部材を介して前記円形部の内側に嵌合状態で装着されていることが好ましい。

上記の電気音響変換器において、前記収納体は板材によって形成され、前記収納体は、前記板材の一方の面側に形成され、前記超磁歪振動素子組立体を収納する収納凹部（１１）を有し、前記収納凹部は蓋（１８）によって覆われており、前記リング状部材は、前記収納凹部の底面と前記蓋の裏面とで挟まれていることが好ましい。

上記の電気音響変換器において、前記超磁歪振動素子収納体及び前記ホルダは、前記収納凹部の底面及び前記蓋の裏面の双方に非接触であることが好ましい。

本発明の電気音響変換器によれば、超磁歪振動素子を用いて、電気信号を高音質の音響信号に変換することができる。

一実施形態の電気音響変換器を示す斜視図である。 一実施形態の電気音響変換器で用いる超磁歪振動素子収納体の一例構成を示す平面図である。 図２に示す超磁歪振動素子収納体を保持するためのホルダの一例構成を示す斜視図である。 図２に示す超磁歪振動素子収納体を図３に示すホルダに装着して両者を一体化した状態を示す斜視図である。 一実施形態の電気音響変換器で用いる振動伝達体の一例構成を示す斜視図である。 図５に示す振動伝達体を構成するリング状部材を示す斜視図である。 図２に示す超磁歪振動素子収納体を図３に示すホルダに装着し、ホルダに図５に示す振動伝達体を装着した超磁歪振動素子組立体を示す斜視図である。 図７に示す超磁歪振動素子組立体の断面図である。 一実施形態の電気音響変換器で用いる収納体の一例構成を示す斜視図である。 図９に示す収納体の収納凹部内に超磁歪振動素子組立体を収納した状態を示す斜視図である。 収納体の収納凹部内に超磁歪振動素子組立体を収納して、蓋を閉めた状態を示す斜視図である。 超磁歪振動素子組立体を収納している収納体の部分断面図である。 超磁歪振動素子組立体の変形例を示す平面図である。 リング状部材の変形例を示す断面図である。 一実施形態の電気音響変換器を使用する使用形態の例を示す斜視図である。

以下、一実施形態の電気音響変換器について、添付図面を参照して説明する。図１に示すように、一実施形態の電気音響変換器１００は、一例として無垢の板材によって形成された収納体１０を備える。収納体１０は、後述する超磁歪振動素子を含んで構成されている超磁歪振動素子組立体を内部に収納している。超磁歪振動素子組立体は、電気信号に応じて振動を発生する振動発生部である。

収納体１０からは、超磁歪振動素子組立体に音響信号に応じた電気信号を供給するためのコード２４が引き出されている。コード２４は図示していないアンプ等に接続される。

収納体１０に収納されている超磁歪振動素子組立体の具体的構造について説明する。図２において、超磁歪振動素子収納体２０は、内部に超磁歪振動素子２１（図８に図示）を収納している。超磁歪振動素子収納体２０は、円柱状に形成されている。超磁歪振動素子収納体２０の後端部からは、超磁歪振動素子２１に接続されたコード２４が引き出されている。超磁歪振動素子収納体２０の先端側の略半分の表面部分には、おねじ２２が形成されている。

超磁歪振動素子収納体２０の先端部には、超磁歪振動素子２１の振動が伝達される振動部２３が突出している。従って、超磁歪振動素子収納体２０にコード２４を介して電気信号が供給されると、外観的には振動部２３のみが振動することになる。

図３は、図２に示す超磁歪振動素子収納体２０を保持するためのホルダ３０を示している。図３に示すように、ホルダ３０は、円形の開口３１ａを有する円形部３１と、円形部３１から突出した突出部３２とを有する。ホルダ３０は、超磁歪振動素子収納体２０を保持して超磁歪振動素子２１を固定する必要があることから、質量の大きい金属で形成することが好ましい。加工のしやすさ等を考慮すると、ホルダ３０は、アルミニウムまたは亜鉛のダイカストで形成することが好ましい。

突出部３２の幅方向の中央部には、図３の上下それぞれに台形状の凸部３２１が形成されている。突出部３２の幅方向の中央部には、超磁歪振動素子収納体２０を収容する収容凹部３２２が形成されている。収容凹部３２２の円形部３１側の略半分の内周面には、めねじ３２３が形成されている。めねじ３２３は、円形部３１と突出部３２とをダイカストで形成した後にねじ切りをして形成することができる。

超磁歪振動素子収納体２０を収容凹部３２２に進入させて回転させると、おねじ２２がめねじ３２３に螺合して、超磁歪振動素子収納体２０は、ホルダ３０と強固に一体化される。図４は、超磁歪振動素子収納体２０を収容凹部３２２に収容して、超磁歪振動素子収納体２０とホルダ３０とを一体化した状態を示している。

円形部３１の開口３１ａ内には、図５に示す振動伝達体４０が装着される。振動伝達体４０は、図６に示すリング状部材４１を有する。図６に示すように、リング状部材４１の外周面には、ここでは２本の周方向に形成された溝４１１が形成されている。図５に示すように、溝４１１には、ゴムによって形成されたＯリング４２が嵌合している。リング状部材４１は金属であることが好ましく、真鍮が最も好ましい。Ｏリング４２は弾性部材であればよくゴムに限定されないが、ゴムが好適である。

図５に示す振動伝達体４０を開口３１ａ内に装着すると、図７に示す状態となる。図７に示す、超磁歪振動素子収納体２０をホルダ３０に装着し、ホルダ３０に振動伝達体４０を装着した状態の組立体を、超磁歪振動素子組立体５０と称することとする。なお、実際に、超磁歪振動素子組立体５０を組み立てる際には、ホルダ３０に振動伝達体４０を装着した後に、超磁歪振動素子収納体２０をホルダ３０に装着するのが好ましい。

図８は、図７において、突出部３２の幅方向の中央で超磁歪振動素子収納体２０の頂部を通るように切断した状態を示している。図８より分かるように、Ｏリング４２を装着した状態のリング状部材４１は、円形部３１の内周面と超磁歪振動素子収納体２０の先端部とで形成される略円形の内周面で挟まれている。即ち、振動伝達体４０は、ホルダ３０の円形部３１の内側に嵌合した状態となっている。

この状態において、超磁歪振動素子収納体２０より突出している振動部２３は、リング状部材４１のみに当接している。超磁歪振動素子収納体２０はホルダ３０によって強固に保持されており、リング状部材４１がＯリング４２を介して円形部３１に嵌合した状態となっているので、Ｏリング４２は超磁歪振動素子収納体２０を付勢している。従って、振動部２３の振動は、極めて損失が少ない状態でリング状部材４１に伝達されることになる。

図８より分かるように、リング状部材４１の高さは、ホルダ３０の円形部３１の高さよりも高い。また、リング状部材４１の高さは、対向する両側の凸部３２１の上底に相当する面間距離、即ち、図３における上側の凸部３２１の上平坦面と下側の凸部３２１の下平坦面との距離である突出部３２の高さよりも高い。従って、超磁歪振動素子収納体２０及びホルダ３０は、リング状部材４１に対してフローティング状態となっている。

以上説明した図７に示す超磁歪振動素子組立体５０は、次のようにして収納体１０の内部に収納される。図９は、板材である収納体１０の裏面を示している。収納体１０の裏面側には、上側傾斜面１０ａ、下側傾斜面１０ｂ、左右の傾斜面１０ｃ，１０ｄが形成されている。これらの傾斜面１０ａ〜１０ｄで囲まれた中央部分には、超磁歪振動素子組立体５０を収納するための収納凹部１１が形成されている。

収納凹部１１内には、収納凹部１１の開口を覆うための蓋１８（図１１に図示）を置く段差部１２が形成されている。段差部１２に蓋１８を置いた状態で、収納凹部１１の開口の周囲の面と蓋１８とが面一の状態となるよう、段差部１２の高さ及び蓋１８の厚みが設定されている。

段差部１２における収納凹部１１の４つの角部と、上側傾斜面１０ａと下側傾斜面１０ｂとの中央より上側傾斜面１０ａ側に寄った部分には、ここでは図示していないボルトを装着するための孔１３が形成されている。孔１３内には、鬼目ナット１９Ｎが埋め込まれている。ボルトは、六角穴付きボルトであることが好ましい。

上側傾斜面１０ａと下側傾斜面１０ｂとの中央より上側傾斜面１０ａ側に寄った部分に設けている孔１３は必須ではない。しかしながら、超磁歪振動素子組立体５０に近い位置で蓋１８を収納体１０に固定した方がよいので、上側傾斜面１０ａと下側傾斜面１０ｂとの中央より上側傾斜面１０ａ側に寄った部分に設けている孔１３を設けることが好ましい。

上側傾斜面１０ａ側に寄った収納凹部１１の底面には、円形の凹部１４が形成されている。凹部１４の中央部には、円形の凸部１５が形成されている。凸部１５の上面は、収納凹部１１の底面よりも突出している。円形の凹部１４内に円形の凸部１５が形成されていることによって、凸部１５の周囲はリング状の凹部となっている。このリング状の凹部は、リング状部材４１の下面側を凹部内に位置させて、リング状部材４１を位置決めするために設けられている。収納凹部１１の底面には、上側傾斜面１０ａと下側傾斜面１０ｂとを結ぶ方向に伸びた矩形状の凹部１６が形成されている。凹部１６は凹部１４と繋がっている。但し、凹部１６の深さは凹部１４の深さよりも深い。

収納体１０の収納凹部１１よりも下側傾斜面１０ｂ側の部分には、収納凹部１１の内壁と下側傾斜面１０ｂとを貫通する貫通孔１７が形成されている。

図１０は、超磁歪振動素子組立体５０を収納凹部１１内に収納した状態を示している。超磁歪振動素子組立体５０は、凹部１４の底面上にリング状部材４１の下面が当接し、突出部３２の凸部３２１と凹部１６とが非接触で対向した状態となっている。図７における超磁歪振動素子組立体５０の下面を収納凹部１１の底面に対向させるものとする。コード２４は貫通孔１７を通して外部へと引き出されている。

図１１は、図１０の状態で段差部１２に蓋１８を置いて、収納凹部１１を蓋１８によって覆った状態を示している。上記のように、それぞれの孔１３には鬼目ナット１９Ｎが装着されており、蓋１８は、六角穴付きボルト１９Ｂを鬼目ナット１９Ｎに締め付けることによって固定されている。

図１２は、図１１を、上側傾斜面１０ａと下側傾斜面１０ｂとを結ぶ方向の超磁歪振動素子収納体２０の頂部を外れた位置で切断した部分断面図である。図１２に示すように、リング状部材４１の下面は凹部１４の底面に当接しており、リング状部材４１の上面は蓋１８の裏面に当接している。蓋１８は収納体１０の裏面に六角穴付きボルト１９Ｂで強固に固定されていることから、リング状部材４１は収納凹部１１（凹部１４）の底面と蓋１８の裏面とで強固に挟まれた状態となっている。

図１２では、リング状部材４１の外周側が凹部１４の外周側に近接してリング状部材４１が凸部１５の周囲のリング状の凹部内に位置決めされている。凸部１５の径を図１２の状態よりも大きくしてリング状の凹部の幅を狭くしてもよい。この場合、リング状部材４１の内周側を凸部１５側に近接させて、リング状部材４１をリング状の凹部内に位置決めさせてもよい。

また、図１２に示すように、収納凹部１１の底面には凹部１６が形成されていることから、ホルダ３０の突出部３２の下面は収納凹部１１の底面と非接触である。突出部３２と対向する蓋１８の裏面には、凹部１８１が形成されていることから、突出部３２の上面は蓋１８の裏面と非接触である。円形部３１の下面も収納凹部１１の底面と非接触であり、円形部３１の上面も蓋１８の裏面と非接触である。従って、超磁歪振動素子収納体２０及びホルダ３０は、収納体１０及び蓋１８に対してフローティング状態となっている。

超磁歪振動素子収納体２０にコード２４を介して電気信号が供給されると、超磁歪振動素子２１が振動する。超磁歪振動素子２１が振動することによって、超磁歪振動素子収納体２０より突出している振動部２３が振動する。振動部２３の振動は、リング状部材４１へと伝達される。図１２に示すように、振動部２３からリング状部材４１へと伝達される振動の方向は、矢印Ｄ１方向である。矢印Ｄ１方向は、収納体１０の表面と平行な方向である。

リング状部材４１は収納体１０及び蓋１８のみに接触していることから、矢印Ｄ１方向の振動は、図１２に示すように、矢印Ｄ１方向と直交する矢印Ｄ２方向への振動へと変換される。矢印Ｄ２方向は、収納体１０の表面や蓋１８の面と直交する方向である。従って、振動部２３（超磁歪振動素子２１）の振動は、極めて損失が少ない状態で、振動部２３からリング状部材４１へと、さらに、リング状部材４１から収納体１０及び蓋１８へと伝達されることになる。

これによって、本実施形態の電気音響変換器１００においては、図１の収納体１０を構成する板材が極めて効率的に振動し、板材の前面（及び裏面）から高音質の音が出力される。電気音響変換器１００で再生される音は、上述した超磁歪振動素子２１（超磁歪振動素子収納体２０）の固定構造や超磁歪振動素子２１が発生する力の伝達構造の工夫によって、いわゆる、びびり音をほとんど含むことがなく高音質である。

本実施形態の電気音響変換器１００は以上説明した構成の他、種々の変形例を採用することができる。上述した構成では、ホルダ３０の円形部３１に、Ｏリング４２を装着したリング状部材４１（振動伝達体４０）を嵌合させているが、弾性部材をリング状部材４１の全周に設けなくてもよい。

例えば、図１３の（ａ）に示すように、振動部２３が当接する側とは反対側のリング状部材４１の表面に弾性シート等の弾性部材４３を貼り付けることによって、リング状部材４１を円形部３１に対して嵌合状態としてもよい。図１３の（ｂ）に示すように、円形部３１とリング状部材４１との間に４つの弾性部材４４を挟むことによって、リング状部材４１を円形部３１に対して嵌合状態としてもよい。弾性部材４３，４４としては、ゴムの他、ばねを用いてもよい。

リング状部材４１の形状は適宜変更可能である。図１４において、（ａ）〜（ｄ）に示す断面図はリング状部材４１の形状の例を示している。リング状部材４１の形状が異なるものの、ここでは便宜上、図１４の（ａ）〜（ｄ）全てに同じ符号を付している。

図１４の（ａ）は図６に示す形状であり、ここでは簡略化のため溝４１１を省略している。図１４の（ｂ）は、蓋１８の裏面と対向する側であるリング状部材４１の上面側よりも収納凹部１１の底面と対向する側であるリング状部材４１の下面側を肉厚とした例である。このようにすると、音を収納体１０の裏面よりも前面から多く出力させることができる。

図１４の（ｃ），（ｄ）は、振動部２３が当接するリング状部材４１の上下方向の中央部を肉厚とした例である。このようにすると、振動部２３の振動をリング状部材４１に伝達させやすくすることができ、リング状部材４１に伝達された振動を収納体１０及び蓋１８へと伝達させやすくすることができる。

リング状部材４１の形状は円形に限定されることはなく、多角形等の円形以外であってもよい。但し、円形の方が製作は容易であり、音質の点でも円形の方が好ましい。

ところで、音質を改善するため、特に低音を増強させるために、超磁歪振動素子２１を直列的に複数並べて超磁歪振動素子収納体２０を構成する場合がある。この場合、超磁歪振動素子収納体２０の全長が長くなる。図１０より分かるように、超磁歪振動素子収納体２０が長くなっても、収納凹部１１に収納されている超磁歪振動素子組立体５０が下側傾斜面１０ｂ側へと長くなるだけである。電気音響変換器１００が厚くなることはない。超磁歪振動素子収納体２０の長さに関係なく、収納体１０の板厚を薄くすることが可能である。

ここで、電気音響変換器１００の使用形態の例について説明する。図１５の（ａ）に示すように、超磁歪振動素子組立体５０を内蔵している電気音響変換器１００をストッパ１０１で鉛直に近い状態に立て、電気音響変換器１００より音を発生させる。図１５における矢印は、電気音響変換器１００より出力される音を観念的に示している。

図１５の（ｂ）は、電気音響変換器１００と底板１０２と上板１０３と後板１０４とを組み合わせて２面が開放している箱状に組み立てた例である。後板１０４を電気音響変換器１００で構成することも可能である。図１５の（ａ），（ｂ）では、コード２４の図示を省略している。その他、電気音響変換器１００を壁に掛けて使用することも考えられる。

本発明は以上説明した本実施形態に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変更可能である。収納体１０としては無垢の板材であることが好ましいが、合板を用いてもよい。収納体１０の材質は木であることが好ましいが、木以外の材質であってもよい。

１０ 収納体
１１ 収納凹部
１８ 蓋
２０ 超磁歪振動素子収納体
２１ 超磁歪振動素子
２３ 振動部
２４ コード
３０ ホルダ
３１ 円形部
３１ａ 開口
３２ 突出部
４０ 振動伝達体
４１ リング状部材
４２ Ｏリング（弾性部材）
４３，４４ 弾性部材
５０ 超磁歪振動素子組立体
１００ 電気音響変換器
３２２ 収容凹部

Claims (6)

1. 超磁歪振動素子を内部に収納し、前記超磁歪振動素子に電気信号が供給されることによって発生する前記超磁歪振動素子の振動が伝達されて振動する振動部を有する超磁歪振動素子収納体と、
   前記超磁歪振動素子収納体を保持するホルダと、
   前記ホルダに対して弾性部材を介して嵌合状態で装着され、前記振動部の振動が伝達される振動伝達体と、
   前記超磁歪振動素子収納体を保持するホルダ及び前記ホルダに装着された前記振動伝達体よりなる超磁歪振動素子組立体を収納し、前記振動伝達体に伝達された振動が伝達されて音を発生する収納体と、
   を備え、
   前記超磁歪振動素子収納体及び前記ホルダは、前記収納体に対してフローティング状態となっている
   ことを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記ホルダ及び前記振動伝達体はそれぞれ金属により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. 前記ホルダはアルミニウムまたは亜鉛により形成され、前記振動伝達体は真鍮により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電気音響変換器。
4. 前記ホルダは、円形の開口を有する円形部と、前記円形部から突出し、前記超磁歪振動素子収納体を収容する収容凹部が形成された突出部とを有し、
   前記振動伝達体はリング状部材により形成され、前記リング状部材が前記弾性部材を介して前記円形部の内側に嵌合状態で装着されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
5. 前記収納体は板材によって形成され、
   前記収納体は、前記板材の一方の面側に形成され、前記超磁歪振動素子組立体を収納する収納凹部を有し、
   前記収納凹部は蓋によって覆われており、
   前記リング状部材は、前記収納凹部の底面と前記蓋の裏面とで挟まれている
   ことを特徴とする請求項４に記載の電気音響変換器。
6. 前記超磁歪振動素子収納体及び前記ホルダは、前記収納凹部の底面及び前記蓋の裏面の双方に非接触であることを特徴とする請求項５に記載の電気音響変換器。

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