JP4341939B2

JP4341939B2 - 多機能型発音体

Info

Publication number: JP4341939B2
Application number: JP27548499A
Authority: JP
Inventors: 小林　　孝; 昭米山; 哲也赤崎
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001103586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の周波数帯に対して応答し、音響周波数あるいは更に低周波の振動を出力する多機能型発音体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば数１００〜数ｋＨｚの音響周波数の電気的入力に応答して音響信号を出力すると共に、１０〜１００Ｈｚ程度の低周波数の電気的入力にも応答して体感できる振動（バイブレーション）出力をも行う多機能型発音体が知られている。これは１個の音響変換器であるのに複数種類の信号を発生できるために、携帯電話等の機器の小型化・低コスト化のための手段としての有効性が高い。図３にその従来例の多機能発音体の構造の概略を示す。
【０００３】
図３は主要な各部がほぼ円筒形状をなす従来の多機能発音体の模式的断面図である。１は筐体で合成樹脂製であり略円筒状をなす。２は振動板で音響出力用のものであり、駆動コイル３が一体化されている。４は磁気回路で、ヨーク４ａ、永久磁石４ｂ、および円形平板状の磁極片（トッププレートとも称する）４ｃは駆動用の磁界を磁気空隙４ｄに集中させる。また磁気回路４は支持バネ５によって筐体１に結合されている。４ｅは円筒形の付加質量であり、磁気回路４に固着されて固有振動数を十分下げるための錘となり、磁気回路４の質量に含まれて可聴域下の低周波振動の体感性を増す。磁気回路の固有振動数は１０〜数１０Ｈｚ程度である。なお筐体１の上面または下面は小型電気音響機器の外壁または回路基板等（図示せず）に固着されている。
【０００４】
このような構成であるから、駆動コイル３に外部回路（図示せず）から駆動電流を入力すると磁気回路４との間に相対的に電磁力が発生する。駆動電流が音響あるいは音声周波数であると、磁気回路４はその固有振動数がはるかに低いために応答せず、専ら振動板２のみが振動して音響を出力する。しかし駆動電流が磁気回路４の固有振動数に近い低い周波数であると、振動板３はほとんど応答せず、磁気回路４が共振して大振幅で軸方向に振動する。そして音響を嫌う環境中やあるいは逆に騒音が大きくて音響信号が不適当な環境の中で、サイレントでかつ体感可能な振動による信号を発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
可聴周波数以下の低周波数で体感性を高めようとするとき、振動質量ができるだけ大きいことが重要である。そこで従来技術においては図３に示すように、リング状の付加質量４ｅをヨーク４ａに嵌め込んで振動質量を増していた。しかしこの付加質量は発音体の磁気的特性とは無関係である。どうせ磁気回路の質量を増すならば磁気回路に本来必要な部品の質量を増すこととし、その質量増加がたとえ僅かであろうとも発音体の磁気的特性にプラスになる方向であるように配慮することが望ましい。そして発音体、ひいてはそれが内蔵される音響的電子機器の小型化・薄型化の要求から、増加する質量は従来有効に使われていなかったスペースに配置されることが望ましい。
【０００６】
またもっと古くからの技術である、音響出力のみを発生でき低周波の体感可能な振動は発生できないスピーカーあるいはブザーとしての単機能の発音体があった。それら発音体においては磁気回路が筐体に固定されていたが、上記従来例においては磁気回路を可動として振動質量を兼ねさせ、多機能化が可能となった。しかしそのために新たな問題点が発生した。すなわち質量の大きな磁気回路が比較的軟らかい支持バネで支持されていたため、発音体を搭載している電子機器に落下等による衝撃が印加された場合、重い磁気回路が大きく変位し、発音体自身の筐体、支持バネ、コイル、振動板、あるいは近接する他の部品等の変形や破損の原因となることである。
【０００７】
本発明の目的は、多機能型発音体において、特に磁気回路の一部の部品に通常と異なる形状を与えて、それ自体により、あるいは他の手段を併用して振動質量の増加を図ることである。また他の目的は、磁気回路の一部の部品の質量の増加に際して発音体の内部スペースの有効活用を図ることである。また更に他の目的は、こうして増加した磁気回路の質量による発音体の破損を防止する効果的な耐衝撃の手段をも同時に提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の多機能型発音体の構造においてはこの課題を解決するため、下記の特徴（１）を備える。また併せて（２）以下の特徴を同時に備えることがある。
【０００９】
（１）筐体と、該筐体に支持され音響周波数の電磁力を受けて振動する振動板と、前記筐体に弾性支持されて比較的低周波の振動系を構成し、前記振動板に対して前記電磁力を発生するための磁界を与える永久磁石を含み比較的質量の大なる磁気回路とより成り、複数の周波数帯の電気的入力に対応して前記振動板または前記磁気回路が主に応答して振動する多機能型発音体において、前記振動板を前記筐体の外部に向かう凸面となし、前記永久磁石の前記振動板側の表面を凸面に成形し、該凸面の形状を前記振動板の凸面とほぼ平行する面としたこと。
【００１０】
（２）前記永久磁石の凸面側に、前記磁気回路の一部をなし前記凸面に倣う形状を有する皿状の磁極片を固着したこと。
【００１１】
（３）前記比較的低周波の振動系を構成する質量要素のほとんどは前記磁気回路を構成する各部品の質量の合計であり、バネ要素は前記磁気回路を支持する支持バネのバネ性の合計であること。
【００１２】
（４）前記筐体と前記磁気回路とに、該両者が所定値を越える相対的変位をなそうとするとき接触する運動制限部材を設けたこと。
【００１３】
（５）前記筐体側に設けた前記運動制限部材は内周方向に突出し、前記磁気回路側に設けた前記運動制限部材は外周方向に突出し、かつそれらのいずれか一方は他方を厚さ方向に空隙を保って挟むように構成されていること。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態である多機能型発音体の断面図である。図３で既に説明したものと機能に共通性がある部分については同じ記号と名称を付して重複する説明を省略し、異なる部分について説明する。まず本発明に特徴的なことは、磁極片（トッププレート）４ｃに従来例の如き円板状ではなく、平凸レンズのように中央部を厚くした形状を与えたことであって、この中高部分の質量の増加分が振動質量に加算されていることである。そしてヨーク４ａの外壁には径方向の厚みを十分に与えて質量を更に補ってある。このようにして磁気回路４は十分な質量を得、付加質量（従来例４ｅ）は省略されている。
【００１５】
ヨーク４ａは筐体１に固着しておらず、図５のような平面形状を有する平板状の支持バネ５により、筐体１に触れないように支持され、上下方向（中心軸方向）に振動可能になっている。支持バネ５は内側のリング状部分がヨーク４ａ（図３には図示せず）の上面に溶接され、その外側に４本の可撓性の腕があり、各腕の外端は筐体１の上ケース１ａにインサートモールドされ固定されている。結果的に磁気回路４は筐体１にバネで釣られた構造になっている。
【００１６】
なお主にヨーク４ａ、永久磁石４ｂ、磁極片４ｃの合計より成る磁気回路４の質量と、支持バネ５の腕部のバネ性とによって磁気回路４の上下方向の固有振動数がほぼ決定される。従って駆動コイル３にこの固有振動数に近い、低い周波数の電流入力を与えると、磁気回路４は共振して大きな振幅で振動し、体感できる低周波振動を出力する。
【００１７】
磁極片４ｃの中央部を厚くしたことは磁気的にも意味のある好ましい形状である。何となれば、磁極片４ｃは円筒状の永久磁石４ｂの全面が軸方向に発生する磁束をほぼ直角に放射状に曲げて、リング状の磁気空隙４ｄにその内部から到達させる役割を担うが、その状態の磁束密度は磁極片４ｃの中心部で大きく周縁部で小さくなる筈だから、中心部の断面が厚いことは内部の磁束密度を均等化できることとなり、漏洩磁束を減じると共に使用材料の磁気特性（透磁率）にも余裕を持たせることができる。
【００１８】
磁極片４ｃの中央部を厚くしたことは多機能型発音体の内部スペースを有効利用する上でも意味がある。何となれば、振動板２は、それが薄くても剛性を与える必要があるため、通常その中心部が外側に向く凸面（ほぼ球面の一部）をなしている。磁極片４ｃのほぼ球状の表面は振動板２のカーブとほぼ平行しており、磁極片４ｃの厚さの増加分は振動板２の背後の空間にうまく収まり、多機能型発音体の厚さを増すことがない。
【００１９】
樹脂製の筐体１は上ケース１ａ、下ケース１ｂが重ねて固着されており、それぞれは筒状の本体の内方に向かって張り出している運動制限部材１ｃ、１ｄを備える。両運動制限部材の中間部には断面「コ」字型のリング状空間が形成されている。ヨーク４ａは軟磁性金属材料より一体成形されており、外周部には外向きに張り出している運動制限部材４ｆを有する。
【００２０】
ヨーク４ａの外周の運動制限部材４ｆは筐体１に形成された前記断面「コ」字型のリング状空間の内部に嵌入している。ただし規定の振動出力を与える振幅では内壁に接触しないような間隔が設定されている。しかし衝撃等が加わり、磁気回路４が筐体１に対していずれかの方向に過大な変位をすると、運動制限部材４ｆは筐体側の運動制限部材１ｃまたは１ｄと接触して変位の最大量が制限される。「コ」字型断面空間の最外周奥部や運動制限部材４ｆの根元の円筒面も変位の方向が概略円筒形をなしてい発音体の半径方向（横方向）である場合には運動制限機能を果たすことがある。
【００２１】
図２は本発明の第２の実施の形態である多機能型発音体の断面図である。図１の第１の実施の形態と異なるところは永久磁石４ｂと磁極片４ｃの形状であり、両者とも図１と異なり断面を図示している。その他の構造は第１の実施の形態と共通とした。本例では永久磁石４ｂが凸レンズ状をなして振動質量を稼いでおり、その凸面に皿状の磁極片４ｃを密着させている。本例の場合は永久磁石４ｂ自体の体積が増え、従って磁束の量も増すことができる。磁極片４ｃ内部の磁束分布は上述の第１の実施の形態ほど理想的にはならないが、多少漏洩磁束が多くなっても、磁気空隙に集まる有効磁束はむしろ増やすことができる。更に極端な場合には皿状磁極片４ｃを省略した構造をも考えることができる。いずれの場合でも振動板２の背後スペースを有効利用できることは第１の実施の形態と同様である。本実施の形態の変形例として、凸レンズ状の永久磁石と、その表面に適合する凹面を有するメニスカスレンズ状の磁極片を用いることもできる。
【００２２】
図４は本発明の運動制限部材の平面的形状を示し、（ａ）はその１実施例の一部を破断して示した平面図、（ｂ）は他の実施例の平面図である。各平面図は筐体１とヨーク４ａのみを示し、他の部分は図示を省略した。なお本発明の運動制限部材は互いに入り組んだ構造をとっているため、（１）磁気回路が震動出力を生じているとき、前記「コ」字型断面空間の内部の空気は運動制限部材４ｆの外側の狭い流路を回り込んで移動せねばならず、ヨークの振動に対して流体抵抗が発生し、振動振幅が不足する問題がある。また（２）筐体とヨークの組立て上の問題が生じる。これらの問題に対する各実施例での解決策を以下に説明する。
【００２３】
図４（ａ）に示す第１実施例においては、上記（１）の対策として運動制限部材４ｆに多数の小穴４ｇが開けてあり、空気の流路を増やして流体抵抗の増大を回避している。図では小穴をヨーク側にのみ設けているが、対面する筐体側の運動制限部材にも穴を設けて空気を外部に逃がすと更に抵抗が減じるであろう。小穴の位置・形状も自由であるし、穴のかわりに多数の切欠を設けてもよい。また運動制限部材を全周に切れ目なく設けたための上記（２）の対策としては、既に図１の説明で述べたように筐体をケース１とケース２の２体構成とし、ヨーク４ａを挟みながら組み立てるようにしている。
【００２４】
また図４（ｂ）に示す第２実施例においては、各運動制限部材を全周に設けず大きな切欠きで分断し、複数のセクター状として空気の閉じ込められる空間領域を円周長さの一部だけとしまた上下の片側のみとして大幅に減らし、上記（１）対策とした。もちろん各セクター上に小穴を更に設けてもよい。また運動制限部材１ｃと１ｄを互いに重ならないように設けたので筐体１を分離せず一体の射出成形を容易にしている。またヨーク４ａの組込み時、運動制限部材４ｆを運動制限部材１ｄと重なる位置においてから約２２．５°（４セクターの場合）回転させることによって、運動部材１ｃ、１ｄと半分づつ重なった図示状態とし、その後ヨーク４ａと支持バネ（図示せず）とを溶接等で固着し、上記（２）対策とする。あるいはヨークと支持バネとを先に固着しておき、その構造体を筐体の裏側から嵌め込み、その後支持バネの周囲と筐体とを固着してもよい。
【００２５】
以上本発明の実施の形態の各例について説明したが、本発明は既に述べた実施の形態には限定されない。本発明における磁極片あるいは永久磁石の形状については比較的明瞭に定義されるけれども、それらの材質や細部形状、あるいはそれらと組み合わされる発音体の基本構造、運動制限部材の有無あるいはその形状構造、支持バネ形状等を種々変更し、あるいは構成要素の特徴を混合することにより、他の異なる種々の実施の形態を取らせることも可能である。例えば運動制限部材については異なる位置や他の部材上に設けるとか、運動制限部材の少なくとも一方を軟らかい材質で作るかコーティングするなどしてもよい。また例示した実施の形態では運動制限部材を筐体側２枚、ヨーク側１枚としているが、その枚数関係を逆にしても実質的に均等な構成・効果が得られることは自明である。
【００２６】
【発明の効果】
（１）本発明においてはまず磁極片あるいは永久磁石の形状を工夫して凸形状とすることにより、磁気回路の質量を大きくすることができた。
【００２７】
（２）磁極片あるいは永久磁石の凸形状を振動板の凸形状に沿わせることにより、多機能型発音体の内部スペースを有効に利用し大型化を防止し得た。
【００２８】
（３）振動質量を実質的に磁気回路の質量のみとすることにより、付加質量が不要となり多機能型発音体の部品点数を削減できた。
【００２９】
（４）更に筐体と磁気回路とに運動制限部材を設けることにより、大質量への衝撃印加による発音体のダメージを防止することができた。
【００３０】
（５）筐体から内周方向に突出した部材と磁気回路側から外周方向に突出した部材を係合させることにより、効果的な運動制限部材の構造が提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である多機能型発音体の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である多機能型発音体の断面図である。
【図３】従来の多機能発音体の模式的断面図である。
【図４】本発明に用いられる運動制限部材の平面図であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ異なる実施例を示す。
【図５】本発明に用いられる支持バネの形状の１例を示す平面図である。
【符号の説明】
１筐体
１ａ上ケース
１ｂ下ケース
１ｃ運動制限部材
１ｄ運動制限部材
２振動板
３駆動コイル
４磁気回路
４ａヨーク
４ｂ永久磁石
４ｃ磁極片
４ｄ磁気空隙
４ｅ付加質量
４ｆ運動制限部材
４ｇ穴
５支持バネ
５ａスポーク

Claims

筐体と、該筐体に支持され音響周波数の電磁力を受けて振動する振動板と、前記筐体に弾性支持されて比較的低周波の振動系を構成し、前記振動板に対して前記電磁力を発生するための磁界を与える永久磁石を含み比較的質量の大なる磁気回路とより成り、複数の周波数帯の電気的入力に対応して前記振動板または前記磁気回路が主に応答して振動する多機能型発音体において、前記振動板を前記筐体の外部に向かう凸面となし、前記永久磁石の前記振動板側の表面を凸面に成形し、該凸面の形状を前記振動板の凸面とほぼ平行する面としたことを特徴とする多機能型発音体。
前記永久磁石の凸面側に、前記磁気回路の一部をなし前記凸面に倣う形状を有する皿状の磁極片を固着したことを特徴とする請求項１の多機能型発音体。
前記比較的低周波の振動系を構成する質量要素のほとんどは前記磁気回路を構成する各部品の質量の合計であり、バネ要素は前記磁気回路を支持する支持バネのバネ性の合計であることを特徴とする請求項１あるいは２の多機能型発音体。
前記筐体と前記磁気回路とに、該両者が所定値を越える相対的変位をなそうとするとき接触する運動制限部材を設けたことを特徴とする請求項１、２あるいは３の多機能型発音体。
前記筐体側に設けた前記運動制限部材は内周方向に突出し、前記磁気回路側に設けた運動制限部材は外周方向に突出し、かつそれらのいずれか一方は他方を厚さ方向に空隙を保って挟むように構成されていることを特徴とする請求項４の多機能型発音体。