JPWO2017037755A1

JPWO2017037755A1 - 電気音響変換器、電気音響変換器を有する組立体およびその組立体を有する電気音響変換器装置

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Publication number: JPWO2017037755A1
Application number: JP2017537034A
Authority: JP
Inventors: 暁典松永
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: CN107683611A; JP6440279B2; US20180220234A1; WO2017037755A1; US10791399B2; CN107683611B

Abstract

電気音響変換器の振動板は振動した際、その前面、裏面からそれぞれ音が放射される。それらの音は互いに逆位相のため、裏面の放射音は前面側に回り込み、干渉しないようにする必要がある。本発明は、内部に振動板を有する電気音響変換器裏面に、振動板裏面からの放射音を外部に放射する筒状の通気ポートを突設した。この通気ポート先端を実装される回路基板の貫通孔内に位置させ、回路基板接触面よりも振動板から離間した位置とした。通気ポート先端は貫通孔内であっても良く、回路基板裏面から外部に突出させても良い。これによって振動板前面からの放射音と分離し、振動板前面の放射音と干渉しないようにした。

Description

この発明は、電気音響変換器と、その電気音響変換器が回路基板に表面実装された組立体及びその組立体が筐体内に組み込まれた電気音響変換器装置に関する。

電気音響変換器としては種々のものがあるが、このうちリフロスピーカと称されるものなど、回路基板へ表面実装されるものがある（特許文献１）。

この種のスピーカとは、図１１に示すように、ケースとして機能し、かつ上面に放音孔３’が形成された中空状のフレーム２’内に音響デバイスの構成部材である振動板やそれを駆動する磁気回路等が収納されて構成され、クリームハンダが塗布された回路基板１２’にリフロー処理により表面実装される。

特開２０１０−１９３４１４号公報

上記した電気音響変換器１のフレーム２’内には、図１２に示すように、振動板６’が設けられている。この振動板６’は前後に振動するが、前面の放射音ａと裏面の放射音ｂとは逆位相のため、前面の音と裏面の音を分離する必要がある。そして、この分離が十分でない場合、前面の放射音ａと裏面の放射音ｂは相互に相殺されてしまい、音圧低下を招く。特に波長が長い（周波数が低い）程この影響は顕著になる。

従来の上記電気音響変換器１’は、詳しくは図１３に示すように、フレーム２’の外周壁下部から底面にかけて孔ａ’が形成されている。この孔ａ’は、電磁型の場合は主としてリフロー処理の際の熱で膨張した空気を逃がすためのものである。また、それに加えて動電型の場合は、低音再生時の振動板の大きな振幅に対し裏面の空気が密閉されることによりその動作が妨げられるのを防止するためである。しかしながら、この従来例では孔ａ’から放射音ｂが洩れてしまい、前方の放射音ａとの分離ができないため、それが音圧低下の原因となっている。

また、回路基板１２’に表面実装された電気音響変換器１’は、図１４に示すように、筐体１３’の内側に収められ、使用される。

この場合、電気音響変換器１’の前面を筐体１３’に密着させるようにするためには、図１４の右側に示すように、筐体１３’、回路基板１２’、電気音響変換器１’の寸法公差を吸収するための発泡ＰＥ等のパッキンＰが必要となる。このパッキンＰの使用により振動板前後の音の分離が可能となる。

一方、パッキンＰを使用しない場合には、同図１４の左側に示すように、動作時の振動によるビリツキ音が発生しないように、筐体１３’と電気音響変換器１’の上面との距離ｌを十分取る必要がある。

このような取付けでは、図１４の左側の矢印で示すように、電気音響変換器１’の外周部で、電気音響変換器１’内の振動板裏面の放射音ｂが電気音響変換器１’と回路基板１２’との隙間や孔ａ’から洩れ、振動板前面の放射音ａ側に回り込み、振動板前後の放射音の分離が確実にはできない状態となり、音圧低下を招き、更には隙間のバラツキにより音圧のバラツキが生じるおそれがある。

この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、音圧低下を抑えることができる電気音響変換器、その電気音響変換器が回路基板に実装された組立体、およびその組立体が筐体内に組込まれた電気音響変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、フレーム２内に振動板６が設けられた電気音響変換器１において、フレーム２はその上面に前記振動板６前面からの放射音ａを放射する放音孔３を有し、下部に回路基板１２上に導通固定するための端子を有し、かつ前記フレーム２内に設けられた振動板６裏面からの放射音ｂを放射する筒状の通気ポート５が突設され、前記通気ポート先端は前記回路基板接触面よりも前記振動板６から離間した位置にあることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、電気音響変換器１と、この電気音響変換器１を実装する回路基板１２とを含み、前記回路基板１２は、前記通気ポート５を挿通するための貫通孔１２ａが設けられ、前記通気ポート５の先端は、前記回路基板１２の表面よりも回路基板１２の裏面方向に位置することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２の組立体を筐体１３の内部に含むことを特徴とする。

請求項１、２記載の本発明によれば、回路基板に実装した場合、通気ポート先端が回路基板１２の貫通孔１２ａに入り込むこととなり、実装時に電気音響変換器１の振動板裏面からの音が前面に回り込みにくくすることができる。この場合、通気ポート先端を回路基板１２の裏面から突出させた位置とすれば、振動板裏面の放射音ｂを回路基板裏面により確実に放射させることができる。したがって、振動板前面の放射音ａと振動板裏面の放射音ｂとを分離させることができるため、音圧の低下を防止することができる。
請求項３記載の本発明によれば、筐体１３と電気音響変換器１との間にパッキンを設けず、その間の距離を十分とっても音圧が低下したり、音圧のバラツキが生じることもなく、設計の自由度が増し低コスト化も図れる。

本発明の一実施例に係る電気音響変換器の平面図。同上の電気音響変換器を斜め上方から見た斜視図。同上の電気音響変換器を下方から見た斜視図。図１中Ａ−Ａ線断面図。図１中Ｂ−Ｂ線断面図。本発明の一実施例の電気音響変換器を回路基板に実装する状態の斜視図。本発明の一実施例の電気音響変換器を回路基板に実装した状態の側面図。本発明の電気音響変換器を厚みのある回路基板に実装した状態の説明図。従来例と本発明とを対比した周波数に対する音圧特性を示す説明図である。本発明に係る電気音響変換器装置の一実施例であって、回路基板に電気音響変換器を表面実装した組立体を筐体内に配置した状態の動作説明図。従来の電気音響変換器を回路基板に表面実装する状態の説明図。電気音響変換器の振動板の動作説明図。従来の電気音響変換器を底面側から見た斜視図を示す。回路基板に従来の電気音響変換器が表面実装された組立体を筐体内に配置した状態の動作説明図。

本発明は、振動板前後の放射音を分離し、音圧低下を防止するという目的を、電気音響変換器に、この電気音響変換器が実装される回路基板の貫通孔に入り込む通気ポートを設けることによって振動板裏面からの放射音を確実に電気音響変換器裏面側に放射させることにより実現した。

図１ないし図３において、本発明の一実施例に係る電気音響変換器１の樹脂製のフレーム２は、内部に振動板等が収められる空間を持ち、上部が開口した箱型の下フレーム２Ａと、この下フレーム２Ａの開口部に被せられる蓋として機能する上フレーム２Ｂとにて構成されている。上フレーム２Ｂは下フレーム２Ａに対し接着剤または超音波溶着によって一体化される。

上フレーム２Ｂの上面には振動板の前面の放射音を放射する円形をなす複数個の放音孔３が形成されている。これらの放音孔３は二重の円環状に配列されているが、放音孔３の形状、配列は図示の態様に限定されるものではない。上フレーム２Ｂは、図１および図２に示すように、平面から見るとほぼ正方形をなしている。下フレーム２Ａの底面も図３から分かるようにほぼ正方形をなす。

また、下フレーム２Ａの下部四隅には、図２、図３に示すように、露出部がＬ字状をなす４つの端子４ａ〜４ｄがインサート成形により設けられている。これらの端子４ａ〜４ｄのうちフレーム２内においてボイスコイルの巻始め、巻終わりの引出線（図示せず）が接続されるのは例えば端子４ａ、４ｂである。残りの２つの端子４ｃ、４ｄはダミー端子である。どの端子がダミーであるかについてはフレーム２の上面の端子に相当する位置に適宜のマークを施すなどをすれば容易に判別することができる。なお、端子４ｃ、４ｄに巻始め、巻終わり引出線を接続し、端子４ａ、４ｂをダミーとしても良いことは勿論である。このように端子を４個としたのは回路基板にフレーム２を表面実装する場合、４箇所でハンダ付けをし、回路基板に確実に電気音響変換器１を固定できるようにしたためである。

また、端子４ａ〜４ｄ間の中央部の位置であって下フレーム２Ａの底面外周部には角筒状の通気ポート５が形成されている。この通気ポート５にはフレーム２の内部空間と外部とを連通させる通気孔５ａが形成され、この通気孔５ａを介し振動板裏面の放射音ｂを外部へ放射することができるように構成している。

図４および図５は電気音響変換器１の内部構造を示す側断面図である。前述のようにフレーム２内には振動板６が設けられている。振動板外周のエッジ６ａは下フレーム２Ａの内壁部に形成された段状の振動板固定部２ａに接着剤を用いて固定されている。７は振動板６の裏面に設けられた円筒状のボイスコイルで、その巻始め、巻終わりの引出線は前述のように下フレーム２Ａ内において端子４ａ、４ｂに接続される。８はボイスコイル７を駆動する磁気回路である。磁気回路８は、トッププレート９、マグネット１０、ヨーク１１にて構成され、ボイスコイル７はトッププレート９とヨーク１１との間の磁気ギャップ内に振動可能に配置されている。これらのスピーカの構造は周知である。なお、図３において、下フレーム２Ａの底面において円形をなす部材は図４に示した磁気回路８のヨーク底面である。

磁気ギャップ内のボイスコイル７に音声電流が流れるとボイスコイル７は駆動され振動板６が振動する。この場合、図５において、矢印で示すように、本発明では振動板６の裏面の放射音ｂを、振動板６の裏面と対向してストレート状に設けられた通気ポート５の通気孔５ａを介し速やかに外部に放射することができるように構成されている。

この電気音響変換器１が表面実装される回路基板１２には、図６に示すように、通気ポート５と対応した位置に通気ポート５を貫通させる貫通孔１２ａが形成され、この貫通孔１２ａは電気音響変換器１を実装する時に位置決の役割も果たし得る。また、ボイスコイル７の巻始め引出線、巻終わり引出線が接続された端子４ａ、４ｂは、ハンダ付けによって回路基板１２上に形成された導電部１２ｂと接続されて導通固定され、電気音響変換器１は回路基板１２に表面実装される。

なお、回路基板１２には電気音響変換器１を駆動する電子回路部品（図示せず）が搭載され、その他、必要に応じ所望の電子回路が組み込まれる。

図７は電気音響変換器１を回路基板１２にリフロー処理によって表面実装した状態の側面図を示す。本発明では、回路基板１２に表面実装させた場合、通気ポート５の先端は電気音響変換器１の回路基板表面に接触する面より振動板から離間する方向に位置させることに特徴を有している。図示例では通気ポート５は、回路基板１２を貫通し、回路基板裏面より下方に突出させ、振動板裏面の放射音ｂは回路基板１２の裏面側に放射するようにし、振動板前面の放射音ａ（図１２参照）と分離でき、音圧低下を防ぐようにしているが、必ずしもこの例に限定されるものではない。

すなわち、図８に示すように、回路基板１２が厚いような場合においては、通気ポート５を貫通孔１２ａに挿入した際、通気ポート先端は回路基板表面から回路基板裏面方向に入り込んでいれば良い。このように、通気ポート先端は必ずしも回路基板裏面から外部に突出させなくても良い。

なお、通気ポート先端が、回路基板１２の表面よりも振動板側に位置する場合は、回路基板１２とフレーム２の隙間から振動板６の表面側に漏れやすく、回路基板１２やフレーム２の互いの接触面の状態によりばらつきが出やすい。しかしながら、本発明のように、通気ポート先端を回路基板１２の表面よりも裏面方向に位置させることにより、振動板裏面の放射音ｂを回路基板１２の実装面と反対側、つまり裏面側に確実に放射させることができる。

本実施例においては回路基板１２の表面に接触する電気音響変換器１の面はフレーム２の下面部であるが、本実施例と同様の部品構成の電気音響変換器では、所望の性能や強度設計やリフローの信頼性向上のための設計等によりヨーク下面部、端子下面部の内いずれにもなり得る。

電気音響変換器１の形状寸法としては、図２において、例えばフレーム２の縦と横の寸法ｌ_１を２０ｍｍ、厚さｌ_２を５ｍｍ、フレーム下面から突出した通気ポート５の寸法ｌ_３を２ｍｍとすると、通気ポート５は少なくとも回路基板１２の表面から振動板６から離間する方向に２mm入り込むことになる。そして、図７において回路基板１２の厚さｌ_４が例えば１．６ｍｍの場合、回路基板１２の裏面から通気ポート５の先端を突出させることができる。なお、これらの寸法はあくまで好ましい例である。

本発明の電気音響変換器１の再生リソースは主に人の声の再生が目的で、一般的には３００〜６ｋＨｚ程度の帯域を再生することにある。本発明をカーナビやＥＴＣ等の音声を目的として使用する場合、６ｋＨｚ以下の音圧を上げることが重要である。

図９は従来例と本発明とを対比した周波数に対する音圧特性を示す。図９において、破線ａは通気ポートが突設されてない従来例、やや太い破線ｂは、図１１に示した回路基板１２’に図６の１２ａと同様の孔（図示せず）を開けた場合においてフレーム側面孔を塞いだ場合である。図９において実線ｃは本発明の通気ポート５を設けたタイプ、それより太い実線ｄ、ｅはそれぞれ通気ポートの長さを変えた場合等の特性を示す。

すなわち、従来例の電気音響変換器１’では図１３に示したように孔ａ’が形成されているため、図１１に示すように、電気音響変換器１’を回路基板１２’に実装した場合、回路基板１２’の表面側に放射音ｂの音漏れが生じ、図９において破線ａに示すように、重要な帯域である３００〜６ｋＨｚの範囲内で音圧が低下する。回路基板１２’に図６の１２ａと同様の孔（図示せず）を形成しても音漏れが生ずる。

図９においてやや太い破線ｂは孔ａ’の側面側を塞ぎ、振動板裏面放射音ｂの回路基板表面側への音漏れが出にくいようにしたものである。この例では、電気音響変換器１’のフレーム２’の形状を加工して回路基板１２’の表面とフレーム底面の外周部が隙間なく接触する様にしたものの特性である。しかしながら、量産時においてはフレーム成形時のひけや実装時のハンダの状態により、結局、フレーム２’と回路基板１２’との間に隙間が生じ、またはその隙間のばらつきにより、同様な特性が安定して得られるとは限らない。

本発明の実線ｃは通気ポート５の長さを０．２５ｍｍとしたもので、回路基板１２の貫通孔１２ａに通気ポート先端が入り込んだ場合の特性を示す。本発明品では実用領域（３００〜６ｋＨｚ）で音圧が低下することなく、良好な結果が得られた。

その他、実線ｃより太い線で表わしたｄ、ｅはそれぞれ通気ポート５の長さを１．０ｍｍ、２．０ｍｍとした場合で、これらによっても音圧が低下することはなく、安定した特性が得られた。

図１０は回路基板１２に電気音響変換器１を実装した本発明の組立体を、例えば自動車のダッシュボードのような筐体１３の内側に収めた状態の電気音響変換器装置を示す。

組立体の放射音は実装面側と実装面の裏面側とにそれぞれ逆位相の音がある程度分離され放射される。筐体１３への組み込みにあたっては、その何れか一方の放射音が筐体外部（放射音利用空間）に放射されやすいよう、放射穴を設けることが望ましい。しかし、放射穴が設けられていない場合であっても、筐体１３の材質が、樹脂等の軽量で比較的薄肉で成形されているような場合であれば、放射音が透過し問題はない。

本発明では筐体１３内において電気音響変換器１の振動板裏面の放射音ｂは回路基板１２の裏面側に通気ポート５の通気孔５ａから回路基板１２の裏面下方に確実に放射させることができる。したがって、電気音響変換器１の前面からの放射音ａと分離でき、筐体１３の筐体放射孔１３ａからの放射音ａの音圧が低下することはない。

なお、上記実施例では振動板前面側の放射音を利用する例を記載したが、振動板裏面の放射音、すなわちポート放射音を利用するようにしても良い。

本発明は、スピーカ以外に、例えばマイクロホン、レシーバのような電気音響変換器にも適用可能である。

１電気音響変換器
２フレーム
２Ａ下フレーム
２Ｂ上フレーム
３放音孔
４ａ〜４ｄ端子
５通気ポート
５ａ通気孔
６振動板
６ａエッジ
７ボイスコイル
８磁気回路
９トッププレート
１０マグネット
１１ヨーク
１２回路基板
１２ａ貫通孔
１２ｂ導電部
１３筐体

【０００３】
響変換装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
［００１２］
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、フレーム２内に振動板６が設けられた電気音響変換器１において、フレーム２はその上面に前記振動板６前面からの放射音ａを放射する放音孔３を有し、下部に回路基板１２上に導通固定するための端子を有し、かつ前記フレーム２内に設けられた振動板６裏面からの放射音ｂを放射する筒状の通気ポート５が突設され、前記通気ポート先端は前記回路基板接触面よりも前記振動板６から離間した位置にあることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１の電気音響変換器１と、この電気音響変換器１を実装する回路基板１２とを含み、前記回路基板１２は、前記通気ポート５を挿通するための貫通孔１２ａが設けられ、前記通気ポート５の先端は、前記回路基板１２の表面よりも前記回路基板１２の裏面方向に位置することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２の組立体を筐体１３の内部に含むことを特徴とする。
発明の効果
［００１３］
請求項１、２記載の本発明によれば、回路基板に実装した場合、通気ポート先端が回路基板１２の貫通孔１２ａに入り込むこととなり、実装時に電気音響変換器１の振動板裏面からの音が前面に回り込みにくくすることができる。この場合、通気ポート先端を回路基板１２の裏面から突出させた位置とすれば、振動板裏面の放射音ｂを回路基板裏面により確実に放射させることができる。したがって、振動板前面の放射音ａと振動板裏面の放射音ｂとを分離させることができるため、音圧の低下を防止することができる。
請求項３記載の本発明によれば、筐体１３と電気音響変換器１との間にパッキンを設けず、その間の距離を十分とっても音圧が低下したり、音圧のバラツキが生じることもなく、設計の自由度が増し低コスト化も図れる。
図面の簡単な説明

Claims

フレーム（２）内に振動板（６）が設けられた電気音響変換器（１）において、フレーム（２）はその上面に前記振動板（６）前面からの放射音（ａ）を放射する放音孔（３）を有し、下部に回路基板（１２）上に導通固定するための端子を有し、かつ前記フレーム（２）内に設けられた振動板（６）裏面からの放射音（ｂ）を放射する筒状の通気ポート（５）が突設され、前記通気ポート先端は前記回路基板接触面よりも前記振動板（６）から離間した位置にあることを特徴とする電気音響変換器。
電気音響変換器（１）と、この電気音響変換器（１）を実装する回路基板（１２）とを含み、前記回路基板（１２）は、前記通気ポート（５）を挿通するための貫通孔（１２ａ）が設けられ、前記通気ポート（５）の先端は、前記回路基板（１２）の表面よりも回路基板（１２）の裏面方向に位置することを特徴とする組立体。
請求項２の組立体を筐体（１３）の内部に含むことを特徴とする音響変換器装置。