JP6256139B2 - 骨伝導デバイス - Google Patents

Description

本発明は、骨伝導スピーカやマイクの振動ドライバとして好適に用いられる骨伝導デバイスに関し、特に、小型・軽量としても高出力が可能な効率の良い骨伝導デバイスに関する。

従来、この種の骨伝導デバイスとしては、例えば特許文献１の図１に開示されているように、振動板（７０）を支持する延長部（３０）（３０’）を設け、ボイスコイル（４０）と中央磁極（ヨーク）（５０）を形成し、上部に鉄片（６０）が固定される振動板（７０）を延長部（３０）（３０’）間に渡設し、鉄片（６０）の上部にマグネット（９０）を付着した構造のものが提供されている。この構造は、組立工程が簡単となりコスト低減を図れるとともに、マグネットがボイスコイルの外周側ではなく振動板の上部に位置するためボイスコイルの大きさ等を比較的自由に変えることができ、特性の調整の巾が広がり、デバイス全体の小型化、軽量化も可能となるというものである。

しかしながら、上記特許文献１の骨伝導デバイスの構造によれば、たしかにボイスコイルの外周側にマグネットが存在せず、全体のスリム化が可能となり、ボイスコイルやマグネットについて、特性の調整の巾や設計の自由度も高まるのであるが、出力アップに一定の限界が生じていた。

特開２００７−７４６９３号公報

そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、小型・軽量としても高出力が可能な骨伝導デバイスを提供する点にある。

本発明者は、かかる現況に鑑み、鋭意検討した結果、上記特許文献１の骨伝導デバイスが出力アップの限界を生じている原因として、マグネットが振動板に対してボイスコイルと反対側となる上部に固定されており、これが磁気漏れを誘発し、磁気回路の非効率化を招いていること、並びに、ヨークを有するケースの構造が磁気回路を乱し、磁束の流れを不均一化し、同じく磁気漏れや磁束の飽和、磁気回路の非効率化を招いていることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、上端が開口し、該開口を全周にわたって囲む周壁を備えた磁性材料よりなる有底の筒状本体と、前記筒状本体の開口部に渡設される振動板と、前記振動板の下面側に固定され、少なくとも一部が筒状本体の上端開口の位置よりも下側の筒状本体内に位置するマグネットと、前記筒状本体の内側底面に立設され、上端が前記マグネットの下端面に隙間を介して対向するヨークと、前記筒状本体内における前記ヨークの周りに配置されるボイスコイルとよりなることを特徴とする骨伝導デバイスを提供する。

ここで、前記筒状本体が、磁性材料で形成され、全周にわたる周壁を備えた有底の内側筒状部と、非磁性材料で形成され、前記内側筒状部の外周面側に設けられ且つ前記振動板を固定する固定部を備えた外側被覆部とよりなるものが好ましい。

以上にしてなる本願発明に係る骨伝導デバイスによれば、振動板の下面側に固定されているマグネットの上面側からの磁束の大部分が、筒状本体の開口から外部に放散されるのではなく、該開口を全周にわたって囲んでいる筒状本体周壁の上端部に効率よく捕捉され、該筒状本体を通じてヨーク、マグネットへと導かれる。磁束の方向は限定されず、逆の場合も同じである。すなわち本発明によれば、磁束の流れが均一且つコンパクトとなる効率のよい磁気回路が形成され、外部への磁気漏れも極めて少なくなることから、ボイスコイル外周側にマグネットが存在せず全体のスリム化が図れ、特性の調整の巾や設計の自由度も高くなるといった作用効果に加え、高効率となり、小型・軽量にしても高出力を得ることが可能となる。

また、筒状本体が、磁性材料で形成され、全周にわたる周壁を備えた有底の内側筒状部と、非磁性材料で形成され、前記内側筒状部の外周面側に設けられ且つ前記振動板を固定する固定部を備えた外側被覆部とよりなるので、磁気回路となる内側筒状部に複雑な形状となる固定部を設ける必要がなく、したがって形状設計の自由度を高く保つことができ、磁束の乱れを生じさせない、できるだけ単純な形状・構造にすることが可能となり、磁束の流れを均一として磁気漏れを防止し、効率化・高出力化をさらに追求することができる。

本発明の代表的実施形態に係る骨伝導デバイスを示す斜視図。 同じく骨伝導デバイスの縦断面図。 同じく分解斜視図。 比較例２のモデルの構造を示す説明図。 比較例３のモデルの構造を示す説明図。 実施例１の磁束密度分布のシミュレーション結果。 比較例１の磁束密度分布のシミュレーション結果。 比較例２の磁束密度分布のシミュレーション結果。 比較例３の磁束密度分布のシミュレーション結果。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

本発明に係る骨伝導デバイス１は、図１〜図３に示すように、上端が開口し、該開口を全周にわたって取り囲む周壁２ｃを備えた磁性材料よりなる有底の筒状本体２と、筒状本体２の開口部２ａに渡設される振動板３と、振動板３の下面３ｃ側に固定され、少なくとも一部が筒状本体２の上端開口の位置よりも下側の筒状本体２内に位置するマグネット５と、筒状本体２の内側底面２ｂに立設され、上端面４ａがマグネット５の下端面５ｂに隙間を介して対向するヨーク４と、筒状本体２内のヨーク４周りに配置されるボイスコイル６とより構成されている。

筒状本体２は、ヨーク４、マグネット５及びボイスコイル６を内側に配する有底のケースであり、磁性材料で形成される内側筒状部２０と非磁性材料で形成される外側被覆部２１とより構成されている。そして、非磁性体の外側被覆部２１に振動板３を固定する固定部を備えさせ、磁性体の内側筒状部２０をそのような複雑構造を有しないシンプルな筒状体とすることで、マグネットからの磁束を乱すことなく内側筒状部２０を通じて均一に効率よく導くことができる構造とされている。

内側筒状部２０は、周壁２ｃの一部を為す全周にわたる周壁２４を備えた有底の筒状体であり、磁性体金属、例えばＳＵＳ４３０のステンレス材をプレス加工等して形成されている。内側筒状部２０の周壁２４は、上端の位置が全周にわたり略同じ高さとされている。マグネット５の上面側からの磁束は周囲の全方位に広がろうとするが、その大部分を全周にわたって略同一高さで囲んでいる周壁２４によって効率よく捕捉することができ、外部への磁気漏れを極めて少なくすることができる。

また、周壁２４は全周にわたり略均一な厚みを有しており、さらに本例では周壁２４の少なくとも内周面が上側から見た平面視で角のない連続した曲面、特に略円形（本例では真円形）の円筒体とされ、周壁２４の全面に切欠きや穴がなく全周にわたって均一厚み、均一高さとされている。したがって、当該内側筒状部２０により周方向に均一で効率的な磁気回路が形成される。平面視で略楕円形のものなども好ましい。ただし、均一性は低下するが、四角形その他の多角形であるものや異形のものであっても勿論よく、また周壁の一部に切欠きや穴があってもよい。

内側筒状部２０の底壁２５の中央部には、磁性材料よりなるヨーク４を固定するための貫通した取付穴２０ｃが穿設されている。そして、略円柱状のヨーク４が前記取付穴２０ｃに底部をカシメ止めして固定されている。勿論、溶接固定などその他の固定方法によりヨーク４を底壁２５に立設してもよい。また、本例のように別途形成したヨーク４を固定する代わりに、削り出しや鋳造によって筒状本体２（内側筒状部２０）と一体的に形成したものでもよい。

外側被覆部２１は、内側筒状部２０の外面側に設けられ、且つ振動板３を固定する固定部２３を有している。具体的には、内側筒状部２０の外面側に合成樹脂材料を用いてインサート成形された同じく有底の筒状部であり、上端外周部に前記固定部２３として複数のフランジが突設され、該フランジ（固定部２３）の上面間に振動板３が架設される。

外側被覆部２１の成形は、あらかじめ内側筒状部２０の底面に上記のとおりヨーク４をカシメ止めした状態で行われる。したがって内側筒状部２０の取付穴２０ｃから下方に突出しているヨーク４のカシメ部分も外側被覆部２１を構成する合成樹脂に埋められ、ヨーク４の組み付け強度が向上する。

本例では内側筒状部２０と同様、周壁２ｃの一部を為す全周にわたる周壁２６を有する有底の筒状であるが、これに限定されず、例えばフランジ（固定部２３）の箇所のみ壁を有するものや、フランジ（固定部２３）が形成される上端側のみに筒状に被覆されているものでもよい。外側被覆部２１は磁気回路を構成しないので、内側筒状部２０の周壁２４のように周方向に均等な周壁としなくても磁気漏れの低減や効率化に殆ど影響しないためである。また、インサート成形に限らず、例えば外側被覆部２１として別途合成樹脂により筒状に成形した部材を内側筒状部２０の外側に組み付けて構成することもできる。

振動板３は、筒状本体２の上端部、具体的には上記外側被覆部２１のフランジ（固定部２３）の上面に、取付ネジ７により固定される環状の枠部３０と、枠部３０の内側に隙間ｓ１を介して配される振動部３１と、該振動部３１を枠部３０に対して軸方向（筒状本体２の軸方向）に相対移動可能に連結している連結部３２とより構成されている。枠部３０が固定される固定部２３の上面の高さは、内側筒状部２０の上端面２２と同じか、より高い位置となるように設定されており、したがって振動板３は略フラットでよく、振動部３１が筒状本体２の開口部２ａを覆うように渡設されている。

振動部３１の枠部３０との隙間ｓ１を臨む外周縁の形状は、内側筒状部２０の開口縁部にほぼ沿った真円の形状とされているが、これに何ら限定されない。振動板３は非磁性体、例えばＳＵＳ３０４のステンレスなどより構成されている。したがって、振動板３は磁気回路を構成しないが、振動板３の下面に固定されるマグネット５は磁性体の内側筒状部２０の周壁２４に囲まれており、マグネット５からの磁束は周壁２４の上端に効率よく捕捉されるのである。

勿論、振動板３は内側筒状部２０と同じようにＳＵＳ４３０のような磁性体材料で構成してもよい。この場合には振動板３が磁気回路を構成するため、本例のように振動部３１の外周縁の形状を内側筒状部２０の開口縁部２２ａ（周壁２４の上端縁部）に沿った形状とすることで、外周縁３１ａから筒状本体２の開口縁部２２ａにスムーズに磁束の流れが形成され、磁気漏れもさらに抑制することができる。振動部３１には図示しない振動伝達部材を取り付ける取付穴３１ｂが設けられており、骨伝導スピーカとして利用する場合は振動部３１の振動が振動伝達部材を通じて人体の頭皮等に伝達される。それにより人体の頭蓋骨内の鼓膜や耳小骨に異常のある難聴者でも、蝸牛や聴覚神経が正常であれば確実に音を聞くことが出来る。

マグネット５は、内側筒状部２０の内周面と略相似する平面視略円形（真円）の円柱形状であり、振動板３の下面３ｃのうち、内側筒状部２０と略同軸になる位置（振動部３１の略中央位置）に固定されるとともに、下面側がヨーク４の上端面４ａに隙間を介して対向するように配置されている。これにより、磁気回路を構成するマグネット５、ヨーク４、内側筒状部２０がすべて同軸状に配置され、磁束の流れが均一となる効率のよい磁気回路が形成される。マグネット５の形状は、このような円柱形状以外に三角柱形状、五角柱形状その他の種々なる形状が採用できる。

ボイスコイル６は、ヨーク４の外周面上、又は筒状本体２の内側筒状部２０の底面上に固定されている。ボイスコイル６のコイル線の両端部は、筒状本体２の底面の貫通孔２ｄを通じて外部に引き出され、外部からボイスコイル６に対してサウンド信号等が入力される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら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なる形態で実施し得ることは勿論である。

以下、実施例１、比較例１〜３の各モデルについて、音圧レベル、磁束密度分布をコンピュータシミュレーションで計算した解析結果について説明する。

実施例１のモデルは、本発明に係る骨伝導デバイス（図１〜図３）、比較例１のモデルは、従来の骨伝導デバイス（特許文献１に記載の図１、図２に磁性体の振動伝達板を設けた構造）、比較例２のモデルは、実施例１の構造のうちコイルケースの一部をカットしたもの（図４）、比較例３のモデルは、実施例１の構造のうちコイルケースと樹脂ケースを一体化したもの（図５）とした。

実施例１のモデルは、振動板を、外径２０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのＳＵＳ３０４（バネ鋼）製とし、筒状本体（内側筒状部）を、外径１４ｍｍ、高さ６．１ｍｍ、厚さ１ｍｍのＳＵＳ４３０製、筒状本体（外側被覆部）を、周壁、底壁の厚さが１．５ｍｍのＰＰＳ製、ヨークを、外径４．５ｍｍ、カシメ部を除く高さ３．４ｍｍのＳＳ４００製、マグネットを、外径が７ｍｍ、厚さが１ｍｍのＮ−３５材、コイルを銅線とした。

比較例１のモデルは、永久磁石（９０）を実施例１と同じ材質、寸法のマグネットＮ−３５材とし、振動板（７０）、鉄片（６０）の材質は実施例１と同じくＳＵＳ３０４製、ヨーク（２０）は実施例１と同じくＳＳ４００製、コイル（４０）は実施例１と同じく銅線とした。永久磁石（９０）の上の振動伝達板はＳＵＳ４３０製とした。

比較例２のモデルは、図４に示すように内側筒状部、外側被覆部とも、対向する一対の平面視９０°の範囲の周壁を除く部分を切り欠いた構造であり（切欠き部分も対向する一対の平面視９０°の範囲の切欠き）、その他の寸法、材質等は実施例１と同じとした。

比較例３のモデルは、図５に示すように外側被覆部を省略して筒状本体を内側筒状部のみとし、該内側筒状部に振動板を固定する固定部を設けた構造である。その他の寸法、材質等は実施例１と同じとした。

実施例、比較例の各モデルの変位量、音圧レベルの解析結果は表１、表２のとおりである。尚、これらの計算は、株式会社ＪＳＯＬ製のシミュレーションソフト「ＪＭＡＧ」を用いた。

具体的には、磁場解析シミュレーションプログラムで各モデルの推力が算出され、この算出された推力を各モデルの振動板に加えた場合の変位量が構造解析シミュレーションで求められる。音圧レベル（ＳＰＬ）は、算出された変位量を下記式１の振幅値にして音圧に変換することにより求める。

式１の音圧（Ｐ、Ｐ_ｒｅｆ）は、振幅値として記載されている。音圧レベルを算出するため括弧内で実効値に変換している。各節点の音圧Ｐは、音圧条件に設定された面の変位速度を用いて算出される。本解析においては、モデルのすべての表面が音圧条件に設定された面である。

表１、表２から分かるように、従来の骨伝導ドライバである比較例１に比べて、実施例１のモデルではすべての周波数で音圧レベルが増大している。これは振動板の上側にマグネットを設け、周壁も全周にわたって設けられていない比較例１に対し、本発明に係る実施例１では、振動板の下面に設けたマグネットの磁束を、これを全周にわたって囲む筒状本体周壁が効率よく捕捉し、均一な磁束を有する効率のよい磁気回路が形成されているために、音圧レベルがすべての周波数で増大したと考えられる。

また、実施例１のモデルと周壁に切欠きを有する点のみ異なる比較例２との比較において、比較例１との比較ほどの差はないものの、同じくすべての周波数で音圧レベルが増大しており、上記のとおり、筒状本体の周壁が全周にわたって設けられる効果が実証された。

また、実施例１のモデルと周壁が内側筒状部だけで構成されている点のみ異なる比較例３との比較においても、４０００Ｈｚ以下の周波数帯では音圧レベルが増大しており、磁気回路となる内側筒状部について、複雑な形状となる固定部を有しない単純な構造とすれば、磁束の流れが均一となり、通常使用される４０００Ｈｚ程度までの周波数（例えば、人の声は３００〜７００Ｈｚ程度）において効率化・高出力化をさらに追求できることが分かる。

実施例、比較例の各モデルの磁束密度分布の解析結果は、図６〜図９のとおりである。尚、磁束密度分布の計算は、株式会社ＪＳＯＬ製のシミュレーションソフト「ＪＭＡＧ」を用いた。

図６の実施例１の磁束密度分布と図７の比較例１の磁束密度分布を比べると、比較例１では中心ヨーク部以外に、マグネット上部やケース側壁に磁束が集中してしまい、上部への磁気漏れやケース側壁での磁束の飽和が生じ、したがって上記のとおり音圧レベルが伸びない、という結果に結びついていることが分かる。

また、同じく実施例１の磁束密度分布（図６）と図８の比較例２の磁束密度分布を比べると、比較例２では切欠かれた周壁の残部が磁気回路を構成するため当該周壁部分に磁束が集中してしまい飽和が生じるとともに、磁束の流れが不均一となり、上記のとおり音圧レベルが実施例１よりも落ちてしまう、という結果に結びついていることが分かる。

また、同じく実施例１の磁束密度分布（図６）と図９の比較例２の磁束密度分布を比べると、比較例２では内側筒状部の固定部であるフランジの部分に磁気が分散し、磁束の流れが不均一となって磁気漏れを誘発するとともに、当該固定部から周壁下部への箇所に磁束が集中してしまい、したがって音圧レベルが低下してしまうということが分かる。

１ 骨伝導デバイス
２ 筒状本体
２ａ 開口部
２ｂ 内側底面
２ｃ 周壁
２ｄ 貫通孔
３ 振動板
３ｃ 下面
４ ヨーク
４ａ 上端面
５ マグネット
５ｂ 下端面
６ ボイスコイル
７ 取付ネジ
２０ 内側筒状部
２０ｃ 取付穴
２１ 外側被覆部
２２ 上端面
２２ａ 開口縁部
２３ 固定部
２４ 周壁
２５ 底壁
２６ 周壁
３０ 枠部
３１ 振動部
３１ａ 外周縁
３１ｂ 取付穴
３２ 連結部
ｓ１ 隙間

Claims (2)

1. 上端が開口し、該開口を全周にわたって囲む周壁を備えた磁性材料よりなる有底の筒状本体と、
   前記筒状本体の開口部に渡設される振動板と、
   前記振動板の下面側に固定され、少なくとも一部が筒状本体の上端開口の位置よりも下側の筒状本体内に位置するマグネットと、
   前記筒状本体の内側底面に立設され、上端が前記マグネットの下端面に隙間を介して対向するヨークと、
   前記筒状本体内における前記ヨークの周りに配置されるボイスコイルと、
   よりなることを特徴とする骨伝導デバイス。
2. 前記筒状本体が、磁性材料で形成され、全周にわたる周壁を備えた有底の内側筒状部と、非磁性材料で形成され、前記内側筒状部の外周面側に設けられ且つ前記振動板を固定する固定部を備えた外側被覆部とよりなる請求項１記載の骨伝導デバイス。

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