WO2017212698A1

WO2017212698A1 - 発音装置

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Publication number: WO2017212698A1
Application number: PCT/JP2017/007336
Authority: WO
Inventors: 大志沼田; 佐藤　清; 大悟青木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2018-12-09

Abstract

【課題】　ケース内で振動板を挟んで区分された発音空間と隣接空間との気圧差を高精度に解消できる発音装置を提供する。【解決手段】　フレーム５の振動体取付け面５ｂに振動体１０を構成する振動板１１と振動支持シート１２とが設置されている。振動板１１よりも上の発音空間（ｉ）は発音口４ｄを経て発音ノズル４１の発音通路４１ａに通じ、振動板１１よりも下側の隣接空間（ｉｉ）は通気穴７を通じて発音通路４１ａに通じている。そのため、発音通路４１ａ内に大きな気圧変化が生じても、発音空間（ｉ）と隣接空間（ｉｉ）との間に大きな気圧差が発生するのを防止できる。

Description

発音装置

　本発明は、ケースの内部が振動体によって２つの空間に区分され、前記振動体の振動によって発音する発音装置に関する。

　特許文献１に、電気音響変換器に関する発明が記載されている。
　この電気音響変換器は、樹脂フィルムにダイヤフラムが接着され、樹脂フィルムの外周部分がダイヤフラムフレームの上面に接着されている。ハウジングは２つに分離されており、ダイヤフラムフレームの外周部分が２つのハウジングの開口端部に挟まれ、ダイヤフラムフレームと２つのハウジングとがレーザー溶接で固定されている。

　ハウジング内には、アーマチュア部が設けられている。アーマチュア部は、磁石およびコイルと、前記コイルに与えられる電流で振動させられるアーマチュアとを有しており、前記アーマチュアの振動によって前記ダイヤフラムが振動させられる。ハウジングの内部はダイヤフラムと樹脂フィルムによって２つの空間に区分され、ダイヤフラムの振動によって生じる一方の空間の空気振動が、ハウジングに形成された切欠き部から外部空間に伝達されて発音する。

　この電気音響変換器では、外気圧が変化したときに、ダイヤフラムと樹脂フィルムで区分されたハウジング内の２つの空間の気圧差を調整して、ダイヤフラムが常に適正な周波数特性で動作できるようにする必要がある。そのため、特許文献１に記載されたものでは、ダイヤフラムに形成された穴部の内部に位置する樹脂フィルムにベント穴を形成し、ベント穴で２つの空間を連通させている。

特開２００１－２４５３９８号公報

　特許文献１に記載の電気音響変換器は、ハウジング内の２つの空間の気圧差を調整するために、樹脂フィルムにベント穴を形成している。しかし、樹脂フィルムにベント穴を形成すると、ベント穴を通過しようとする空気によってベント穴の周囲において樹脂フィルムに圧力が作用する。この圧力の変化により、樹脂フィルムが局部的に変形したり振動するおそれがあり、音圧周波数特性に影響を与えることになる。この影響を少なくするためには、樹脂フィルムに開口するベント穴の開口面積や開口位置を高精度に管理することが必要になる。そのため、ベント穴の加工作業が煩雑になる。また、樹脂フィルムではベント穴の径の管理などが難しく、歩留まりも悪化する原因となる。

　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、樹脂フィルムにベント穴を開口せずに、ケース内の２つの空間の気圧差を調整できるようにして、加工作業を容易にし、また音圧周波数特性のばらつきを少なくすることができる発音装置を提供することを目的としている。

　本発明は、ケースの内部に、フレームに支持された振動体と、前記振動体を駆動する駆動機構とが収納され、前記ケースの内部が、前記振動体によって発音空間と、隣接空間とに区分されている発音装置において、
　前記ケースには、前記発音空間と連通する発音口が開口し、前記ケースと前記フレームの少なくとも一方には、前記隣接空間と通じて前記発音口と同じ向きに開口する通気穴が形成されていることを特徴とするものである。

　本発明の発音装置では、前記通気穴の開口面積が、前記発音口の開口面積よりも小さい。

　本発明の発音装置は、前記ケースに発音ノズルが固定されており、前記発音口と前記通気穴が、前記発音ノズルの発音通路内に開口しているものである。

　本発明の発音装置は、前記フレームが、２つのケースに挟まれており、前記ケースの開口端部と前記フレームとの接合部において、前記ケースの前記開口端部と前記フレームの少なくとも一方に前記通気穴を構成する溝が形成されているものとして構成できる。

　この場合に、前記フレームは、ケース内に位置する開口部を有し、前記振動体が前記開口部に配置されており、
　前記溝が前記フレームに形成され、前記溝が前記開口部に連続していることが好ましい。

　本発明の発音装置は、前記通気穴は、前記ケースの側壁部を貫通して形成されているものであってもよい。

　本発明の発音装置は、振動体を構成する樹脂フィルムに穴を形成することなく、ケース内の２つの空間の気圧差を修正できるようになる。気圧差を調整するための通気穴を、ケースとフレームの少なくとも一方に形成することで、通気穴の開口面積と開口位置を高精度に決めることができ、通気穴の存在によって音圧周波数特性にばらつきなどが生じるのを抑制できるようになる。

本発明の第１の実施の形態の発音装置の外観を示す斜視図、本発明の第１の実施の形態の発音装置を示す分解斜視図、図１に示す発音装置をＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図、第１の実施の形態の発音装置において、フレームに振動板と上部ヨークおよびアーマチュアが取り付けられた状態を示す平面図、図３に示すＶ－Ｖ線の断面図、図３に示す第１の実施の形態の発音装置の発音口と通気穴の開口部分を拡大して示す拡大断面図、本発明の第２の実施の形態の発音装置の発音口と通気穴の開口部分を拡大して示す拡大断面図、本発明の第３の実施の形態の発音装置の発音口と通気穴の開口部分を拡大して示す拡大断面図、本発明の第４の実施の形態の発音装置の発音口と通気穴の開口部分を拡大して示す拡大断面図、

　図１と図２などに示すように、本発明の第１の実施の形態の発音装置１は、ケース２を有している。ケース２は下ケース３と上ケース４とから構成されている。下ケース３と上ケース４は非磁性材料または磁性の金属材料を使用しダイキャスト法で形成され、あるいは、非磁性または磁性金属板からプレス加工されて形成されている。

　図２に示すように、下ケース３は、底部３ａと、４側面を囲む側壁部３ｂと、側壁部３ｂの上端の開口端部３ｃを有している。上ケース４は天井部４ａと、４側面を囲む側壁部４ｂと、側壁部の下端の開口端部４ｃを有している。下ケース３の内部空間は、上ケース４の内部空間よりも広く、上ケース４は下ケースの蓋体として機能している。

　図３と図５に示すように、下ケース３の開口端部３ｃと上ケース４の開口端部４ｃとの間にフレーム５が挟まれている。図２に示すように、フレーム５は、Ｚ方向の厚さ寸法が均一な非磁性材料または磁性材料の金属板材で形成されている。フレーム５の中央部に、開口部５ｃが上下に貫通して形成されている。開口部５ｃは矩形状の穴である。

　フレーム５は、矩形状の枠体であり、図示上面の前記開口部５ｃの周辺部分が振動体取付け面５ｂで、図示下面の開口部５ｃの周囲部分が駆動機構取付け面５ａである。

　図２と図５に示すように、フレーム５の図示上側に振動体１０が取り付けられている。振動体１０は、振動板１１と振動支持シート１２とで構成されている。振動板１１はアルミニウムやＳＵＳ３０４などの薄い金属材料で形成されており、必要に応じて曲げ強度を増強するためのリブがプレス成形されている。振動支持シート１２は振動板１１よりも撓み変形しやすいものであり、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やナイロンあるいはポリウレタンなどの樹脂シート（樹脂フィルム）で形成されている。

　振動板１１と振動支持シート１２は矩形状であり長方形である。振動板１１の面積は、フレーム５の開口部５ｃの開口面積よりも小さく、振動支持シート１２の面積は振動板１１よりも大きい。図３と図５に示すように、振動板１１は振動支持シート１２の下面に接着剤を用いて接着されて固定されている。振動支持シート１２の外周縁部１２ａは振動板１１の外周縁よりも周囲に突出しており、この外周縁部１２ａが、フレーム５の枠形状の上面である振動体取付け面５ｂに接着剤を介して固定されている。振動板１１は、振動支持シート１２の撓みと弾性によって、支点側端部１１ｃを支点として、自由端１１ｂがＺ方向へ変位するように振動可能である。

　図３と図４に示すように、フレーム５の駆動機構取付け面５ａに磁界発生ユニット２０が取り付けられている。図２に示すように、磁界発生ユニット２０は、上部ヨーク２１と下部ヨーク２２とを有している。上部ヨーク２１と下部ヨーク２２は、磁性材料で形成されており、例えばＳＰＣＣに代表される冷間圧延鋼板などの鋼板やＮｉ－Ｆｅ合金などで形成されている。

　図２に示すように、下部ヨーク２２はＵ字形状に曲げられて、底面部２２ａと、Ｘ方向の両側で上向きに折り曲げられた一対の側面部２２ｂ，２２ｂとが形成されている。側面部２２ｂ，２２ｂの上端部が、平板形状の上部ヨーク２１の内面２１ａに接合され、レーザースポット溶接などで、上部ヨーク２１と下部ヨーク２２とが固定されている。上部ヨーク２１と下部ヨーク２２とが固定されると、下部ヨーク２２の底面部２２ａの内面と、上部ヨーク２１の内面２１ａとが平行に対向する。

　図２と図３および図５に示すように、磁界発生ユニット２０では、上部ヨーク２１の内面２１ａに第１の磁石２４が固定され、下部ヨーク２２の底面部２２ａの内面に第２の磁石２５が固定されている。第１の磁石２４の着磁面２４ａと第２の磁石２５の着磁面２５ａは、互いに逆の極性となるように、各磁石２４，２５が着磁されている。第１の磁石２４の着磁面２４ａと第２の磁石２５の着磁面２５ａとの間に、Ｚ方向に間隔δが設定されている。

　図２と図３に示すように、磁界発生ユニット２０と並ぶ位置にコイル２７が設けられている。コイル２７はＹ方向に延びる巻き軸を中心として導線が周回するように巻かれている。図３に示すように、コイル２７のＹ方向の左側に向く端面が接合面２７ａとなっており、この接合面２７ａが磁界発生ユニット２０の上部ヨーク２１と下部ヨーク２２のＹ方向に向く側面に接着剤などで固定されている。このとき、コイル２７の巻き中心線が、第１の磁石２４と第２の磁石２５との間隔δの中心に一致するように位置決めされて互いに固定されている。

　図２と図３に示すように、発音装置１にアーマチュア３２が設けられている。アーマチュア３２は厚さが均一な磁性材料の板材で形成されており、例えば、Ｎｉ－Ｆｅ合金で形成されている。アーマチュア３２はプレス加工されて、可動部３２ａと固定部３２ｂと曲げ部３２ｃを有するＵ字形状に形成されている。図２に示すように、アーマチュア３２の可動部３２ａの自由端側に向く先部３２ｄはＸ方向の幅寸法が小さくなっており、先部３２ｄに連結穴３２ｅが上下に貫通して形成されている。

　図３と図４に示すように、アーマチュア３２の固定部３２ｂは、上部ヨーク２１の上向きの外面である接合面２１ｂに固定されている。アーマチュア３２の可動部３２ａは、コイル２７の空間２７ｃの内部に挿入され、さらに第１の磁石２４と第２の磁石２５との間隔δ内に挿入されている。アーマチュア３２の先部３２ｄは、前記間隔δよりも図示左側に飛び出している。

　図３に示すように、上部ヨーク２１の上面の接合面２１ｂがフレーム５の下面の駆動機構取付け面５ａに接合されて固定されている。図４と図５に示すように、上部ヨーク２１は、フレーム５の開口部５ｃをＸ方向へ横断するように設置され、上部ヨーク２１のＸ方向の両端部が、フレーム５の駆動機構取付け面５ａに接合されて、上部ヨーク２１とフレーム５がレーザースポット溶接で固定されている。

　図４に示すように、アーマチュア３２の固定部３２ｂは、フレーム５の開口部５ｃの開口面積よりも小さく、上部ヨーク２１の上面の接合面２１ｂが、フレーム５の下面である駆動機構取付け面５ａに固定されると、図３と図５に示すように、前記接合面２１ｂに固定されているアーマチュア３２の固定部３２ｂが、フレーム５の開口部５ｃの内部に入り込む。固定部３２ｂのＺ方向の厚さ寸法は、フレーム５のＺ方向の厚さ寸法よりも小さく、同じく開口部５ｃ内に位置する振動板１１と、アーマチュア３２の固定部３２ｂとの間に、振動板１１がＺ方向に振動できるようにＺ方向の隙間が空けられている。

　図３に示すように、振動板１１の自由端１１ｂと、アーマチュア３２の先部３２ｄは伝達体３３で連結されている。伝達体３３は金属または合成樹脂で形成された針状部材であり、例えばＳＵＳ２０２のピン材で形成されている。伝達体３３の上端３３ａは振動板１１に形成された取付け穴１１ｅに挿入されて、振動板１１と伝達体３３とが接着剤または半田付けで固定されている。伝達体３３の下端部３３ｂは、アーマチュア３２の先部３２ｄに形成された連結穴３２ｅに挿入されて、伝達体３３と先部３２ｄとがレーザースポット溶接あるいは接着剤または半田付けで固定されている。伝達体３３はフレーム５の開口部５ｃ内を上下に横断しており、伝達体３３の一部が開口部５ｃの内部に位置している。

　本明細書では、磁界発生ユニット２０とアーマチュア３２および伝達体３３で、振動体１０を動作させるための駆動機構が構成されている。

　図５に示すように、振動支持シート１２は、フレーム５の上面である振動体取付け面５ｂにおいて、開口部５ｃの開口縁部から一定の幅寸法Ｗの範囲内に接着されており、フレーム５の外周部分は、振動支持シート１２とこれを接着する接着剤層が存在しない被挟持部６となっている。図３と図５に示すように、下ケース３の開口端部３ｃは、被挟持部６の下面に突き当てられ、上ケース４の開口端部４ｃは、被挟持部６の上面に突き当てられて、下ケース３および上ケース４と被挟持部６とがレーサースポット溶接で固定されている。

　下ケース３と上ケース４との間にフレーム５が挟まれて固定されると、振動板１１と振動支持シート１２とによって、ケース２の内部の空間が上下に区分される。振動体１０を構成する振動板１１および振動支持シート１２よりも上側であって上ケース４の内部の空間が発音空間（ｉ）である。発音空間（ｉ）は、上ケース４の側壁部４ｂに形成された発音口４ｄによって外部空間に通じている。図２に示すように、発音口４ｄは、フレーム５の被挟持部６と上ケース４の開口端部４ｃとの接合部において、側壁部４ｂの一部を切り欠くことで形成されている。

　図３と図５に示すように、振動体１０を構成する振動板１１および振動支持シート１２よりも下側であって下ケース３の内部の空間が隣接空間（ｉｉ）である。図１と図３に示すように、フレーム５の被挟持部６と、下ケース３の開口端部３ｃとの接合部に、通気穴７が形成されている。通気穴７によって隣接空間（ｉｉ）と外部とが連通されている。図１に示すように、発音口４ｄと通気穴７は、ケース２の同じ側面で同じ向きに開口しており、発音口４ｄと通気穴７が同じ向きに開口している。図３に示すように、ケース２の側面に発音ノズル４１が固定されている。前記発音口４ｄと通気穴７は、共に発音ノズル４１の発音通路４１ａ内に通じている。

　図２に示すように、また図６に拡大して示すように、下ケース３の開口端部３ｃに、側壁部３ｂの一部を切り欠いた溝７ａが形成されている。また、フレーム５の下面である駆動機構取付け面５ａに溝７ｂが形成されている。溝７ｂは、フレーム５の外端部から開口部５ｃにかけて連続して形成されている。すなわち溝７ｂはフレーム５の枠部を横断するように連続して形成されている。そして、下ケース３の溝７ａとフレーム５の溝７ｂとが合わされて通気穴７が形成されている。

　図２と図３に示すように、下ケース３の底部には吸排気口３ｄが形成されている。振動板１１および振動支持シート１２よりも下側３の隣接空間（ｉｉ）は、吸排気口３ｄによっても外気に通じている。なお、隣接空間（ｉｉ）は通気穴７によって外気と連通しているため、下ケース３に吸排気口３ｄを設けなくてもよい。図２に示すように、下ケース３の側壁部３ｂには一対の配線穴３ｅが開口しており、図３に示すように、コイル２７を構成する導線の一対の端末部２７ｂがそれぞれ配線穴３ｅから外部に引き出されている。ケースの側壁部３ｂの外部には基板４２が固定され、端末部２７ｂが基板４２に形成された小穴内を通過しこの小穴が塞がれることで、配線穴３ｅが外側から閉鎖されている。

　発音装置１の組立作業では、フレーム５に各部品を組み込む。振動板１１と振動支持シート１２をフレーム５の開口部５ｃに接合する。磁界発生ユニット２０の組立作業は、上部ヨーク２１の内面２１ａに第１の磁石２４を接合して、下部ヨーク２２の底面部２２ａの上面に第２の磁石２５を接合し、上部ヨーク２１と下部ヨーク２２とをレーサースポット溶接などで固定する。また、コイル２７の接合面２７ａを上部ヨーク２１と下部ヨーク２２のＹ方向に向く側面に接着剤で固定する。

　アーマチュア３２は、プレス加工され、可動部３２ａと固定部３２ｂとがＺ方向で平行に対向できるように曲げ部３２ｃが加工される。アーマチュア３２の可動部３２ａを、コイル２７の巻き中心の空間２７ｃと、第１の磁石２４と第２の磁石２５の間隔δ内に挿入し、固定部３２ｂを、上部ヨーク２１の上面である接合面２１ｂに突き当ててレーザースポット溶接などで固定する。

　次に、ヨーク２１，２２と磁石２４，２５とから成る磁界発生ユニット２０にコイル２７とアーマチュア３２が組み込まれた部分組立体を、フレーム５の駆動機構取付け面５ａに固定する。上部ヨーク２１の接合面２１ｂをフレーム５の駆動機構取付け面５ａに突き当て、レーザー溶接などで固定する。

　駆動機構取付け面５ａに磁界発生ユニット２０とコイル２７およびアーマチュア３２を組み込んだ後に、アーマチュア３２の可動部３２ａの先部３２ｄと振動板１１との間を伝達体３３で連結し、駆動機構の組立を完了する。

　その後、下ケース３の開口端部３ｃと上ケース４の開口端部４ｃとの間に、フレーム５の周縁の被挟持部６を挟むようにし、下ケース３とフレーム５と上ケース４をレーザースポット溶接で固定する。なお、コイル２７の導線の端末部２７ｂは下ケース３の配線穴３ｅから外部に引出し、配線穴３ｅを基板４２で覆う。さらにケース２に発音ノズル４１を固定して組立を完了する。

　次に、発音装置１の動作を説明する。
　ボイス電流がコイル２７に与えられると、アーマチュア３２に磁界が誘導される。アーマチュア３２に誘導される磁界と、第１の磁石２４の着磁面２４ａと第２の磁石２５の着磁面２５ａとの間に生成される磁界とで、アーマチュア３２の可動部３２ａにＺ方向を振幅方向とする振動が発生する。この振動は伝達体３３を介して振動板１１に伝達される。その結果、振動支持シート１２で支持されている振動板１１は、支点側端部１１ｃを支点として自由端１１ｂがＺ方向へ振れて振動する。

　振動板１１の振動により、振動板１１と上ケース４とで囲まれた発音空間（ｉ）に音圧が生成され、この音圧が発音口４ｄから外部へ出力され、発音ノズル４１の発音通路４１ａから外部に音が出される。

　ここで、外部から発音ノズル４１の発音通路４１ａの内部に向けて大きな静圧または大きな負圧が作用し、発音通路４１ａの内部の気圧の変化が大きくなると、その気圧の変化が、発音口４ｄから発音空間（ｉ）に及ぶ。また、発音通路４１ａの内部の気圧の変化は、通気穴７を経ることによって、振動板１１と下ケース３とで囲まれた隣接空間（ｉｉ）にも与えられる。そのため、振動板１１の上側の発音空間（ｉ）と、下側の隣接空間（ｉｉ）とに大きな気圧差が生じるのを防止できる。その結果、発音通路４１ａ内の気圧の変化で、気圧差ケース２内で振動板１１の振動負荷が増大することもなくなり、音圧周波数特性の悪化を防止できるようになる。

　なお、ケース２の内部で振動板１１が振動すると、発音空間（ｉ）と隣接空間（ｉｉ）とで、位相が１８０度相違する音圧が発生するが、発音口４ｄの開口面積に比較して通気穴７の開口面積が十分に小さいため、発音ノズル４１の発音通路４１ａの内部で、位相が相違する音圧が干渉するのを制限することができる。そのためには、発音通路４１ａの開口面積／発音口４ａの開口面積の比が、１／５以下であることが好ましく、さらには１／１０以下であることが好ましい。

　前記発音装置１では、発音空間（ｉ）と隣接空間（ｉｉ）との気圧差を解消するための通気穴７に関し、その開口面積と開口位置とを高精度に設定して加工することができるため、開口面積と開口位置のばらつきの発生を防止でき、音圧周波数特性が製品ごとにばらつくのを抑制できるようになる。

　また、ケース２に形成される通気穴７は、下ケース３に溝７ａを加工し、フレーム５の駆動機構取付け面５ａに溝７ｂを加工することで形成することができる。溝７ａは、下ケース３の開口端部４ｃで側壁部３ｂを横断するように加工すればよく、溝７ｂは、フレーム５の駆動機構取付け面５ａにおいて開口部５ｃに連続するように加工すればよいため、通気路７の加工も容易である。

　なお、図７に示す第２の実施の形態ように、フレーム５に加工した溝７ｂのみで通気穴７を形成してもよいし、図８に示す第３の実施の形態のように、下ケース３に加工した溝７ａのみで通気穴７を形成してもよい。さらに、図９に示す第４の実施の形態のように、下ケース３の側壁部３ｂを貫通する貫通穴７ｃを通気穴としてもよい。

１　発音装置
２　ケース
３　下ケース
３ｃ　開口端部
４　上ケース
４ｃ　開口端部
４ｄ　発音口
５　フレーム
５ｂ　振動体取付け面
７　通気穴
７ａ，７ｂ　溝
１１　振動板
１１ｂ　自由端
１１ｃ　支点側端部
１２　振動支持シート
２１　上部ヨーク
２２　下部ヨーク
２４　第１の磁石
２５　第２の磁石
３２　アーマチュア
３３　伝達体
（ｉ）　発音空間
（ｉｉ）　隣接空間

Claims

　ケースの内部に、フレームに支持された振動体と、前記振動体を駆動する駆動機構とが収納され、前記ケースの内部が、前記振動体によって発音空間と、隣接空間とに区分されている発音装置において、
　前記ケースには、前記発音空間と連通する発音口が開口し、前記ケースと前記フレームの少なくとも一方には、前記隣接空間と通じて前記発音口と同じ向きに開口する通気穴が形成されていることを特徴とする発音装置。
　前記通気穴の開口面積は、前記発音口の開口面積よりも小さい請求項１記載の発音装置。
　前記ケースに発音ノズルが固定されており、前記発音口と前記通気穴が、前記発音ノズルの発音通路内に開口している請求項１または２記載の発音装置。
　前記フレームが、２つのケースに挟まれており、前記ケースの開口端部と前記フレームとの接合部において、前記ケースの前記開口端部と前記フレームの少なくとも一方に前記通気穴を構成する溝が形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の発音装置。
　前記フレームは、ケース内に位置する開口部を有し、前記振動体が前記開口部に配置されており、
　前記溝が前記フレームに形成され、前記溝が前記開口部に連続している請求項４記載の発音装置。
　前記通気穴は、前記ケースの側壁部を貫通して形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の発音装置。