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技術 電気音響変換装置

出願人 ヤマハ株式会社
発明者 土橋優宮田智矢
出願日 2018年7月18日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-134714
公開日 2020年1月23日 (11ヶ月経過) 公開番号 2020-014106
状態 未査定
技術分野 ヘッドホーン・イヤホーン 可聴帯域用圧電型電気機械変換器 電気機械変換器用振動板
主要キーワード 上下対象 中空管状 ピストンモーション オーディオ信号出力端子 電気音響変換装置 耳孔内 円領域 イヤピース
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年1月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

圧電素子を利用した電気音響変換装置において、圧電素子を支持することによる圧電素子の周波数特性への影響を防止する。

解決手段

筐体2Aは、密閉された空間を内包する。圧電素子1Aは、多孔質膜10Aと、多孔質膜10Aを挟む一対の電極11Aおよび12Aとを有する。支持ブロック23および24は、筐体2A内において、電極11Aおよび12A間の電圧印加される圧電素子1Aの領域を他の部材と接触させないように、電極11Aおよび12A間の電圧が印加されない圧電素子の領域である露出領域10pおよび10qを支持する。

概要

背景

圧電素子を利用したイヤホン等の電気音響変換装置が知られている。特許文献1および2に開示のイヤホンでは、筐体内に圧電素子が配置されており、外部からの電気信号により圧電素子が駆動され、圧電素子が振動することにより筐体内の空間に音波が発生する。

概要

圧電素子を利用した電気音響変換装置において、圧電素子を支持することによる圧電素子の周波数特性への影響を防止する。筐体2Aは、密閉された空間を内包する。圧電素子1Aは、多孔質膜10Aと、多孔質膜10Aを挟む一対の電極11Aおよび12Aとを有する。支持ブロック23および24は、筐体2A内において、電極11Aおよび12A間の電圧印加される圧電素子1Aの領域を他の部材と接触させないように、電極11Aおよび12A間の電圧が印加されない圧電素子の領域である露出領域10pおよび10qを支持する。

目的

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を利用した電気音響変換装置において、圧電素子を支持することによる圧電素子の周波数特性への影響を防止する技術的手段を提供する

効果

実績

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牽制数
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請求項1

密閉された空間を内包する筐体と、多孔質膜と前記多孔質膜を挟む一対の電極とを有する圧電素子と、前記筐体内において、前記一対の電極間電圧印加される前記圧電素子の領域を他の部材と接触させないように、前記一対の電極間の電圧が印加されない前記圧電素子の領域を支持する支持部とを具備することを特徴とする電気音響変換装置

請求項2

前記多孔質膜の周囲の少なくとも一部が支持されることを特徴とする請求項1に記載の電気音響変換装置。

請求項3

前記圧電素子は、前記筐体内の空間を略2等分することを特徴とする請求項1または2に記載の電気音響変換装置。

請求項4

前記略2等分された前記筐体内の空間の相互間で空気を出入りさせる隙間を有することを特徴とする請求項3に記載の電気音響変換装置。

請求項5

前記筐体は、前記圧電素子の側面側音道を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1の請求項に記載の電気音響変換装置。

技術分野

0001

この発明は、圧電素子を利用した電気音響変換装置に関する。

背景技術

0002

圧電素子を利用したイヤホン等の電気音響変換装置が知られている。特許文献1および2に開示のイヤホンでは、筐体内に圧電素子が配置されており、外部からの電気信号により圧電素子が駆動され、圧電素子が振動することにより筐体内の空間に音波が発生する。

0003

実開昭51−32525号公報

先行技術

0004

特開2016−86403号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上述した特許文献1および2に開示のイヤホンは、圧電素子の一方の面の全体が支持板に固定された構成となっている。このような構成は、支持板が圧電素子の振動に影響を与えるため、圧電素子の周波数特性が損なわれる問題があった。

0006

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を利用した電気音響変換装置において、圧電素子を支持することによる圧電素子の周波数特性への影響を防止する技術的手段を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

この発明は、密閉された空間を内包する筐体と、多孔質膜と前記多孔質膜を挟む一対の電極とを有する圧電素子と、前記筐体内において、前記一対の電極間電圧印加される前記圧電素子の領域を他の部材と接触させないように、前記一対の電極間の電圧が印加されない前記圧電素子の領域を支持する支持部とを具備することを特徴とする電気音響変換装置を提供する。

図面の簡単な説明

0008

この発明による電気音響変換装置の第1実施形態であるイヤホンの構成を示す断面図である。
同イヤホンにおける圧電素子の構成を示す斜視図である。
同イヤホンにおける第1筐体部の構成を示す斜視図である。
この発明による電気音響変換装置の第2実施形態であるイヤホンの構成を示す断面図である。
同イヤホンにおける圧電素子の構成を示す斜視図である。
この発明による電気音響変換装置の他の実施形態であるイヤホンの構成を示す断面図である。
この発明による電気音響変換装置の他の実施形態であるイヤホンの構成を示す斜視図である。

実施例

0009

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。

0010

<第1実施形態>
図1は、この発明による電気音響変換装置の第1実施形態であるイヤホン100Aの構成を示す断面図である。図2は同イヤホン100Aにおける圧電素子1Aの構成を示す斜視図である。図3は同イヤホン100Aにおける第1筐体部21Aの構成を示す斜視図である。

0011

図1に示すように、イヤホン100Aは、圧電素子1Aと、筐体2Aと、音道3とを有する。筐体2Aは、密閉された空間を内包している。音道3は、筐体2Aとユーザの耳孔に挿入されるイヤピース(図示略)とを接続する部材である。この音道3は、中空管状をなしており、筐体2A内の空間をイヤピースを介してユーザの耳孔内の空間に接続する。圧電素子1Aは、外部から与えられる電気信号により駆動されて振動する板状の素子である。筐体2A内の空間は、この圧電素子1Aにより略同一体積の第1の空間41と第2の空間42に区分されている。すなわち、筐体2A内の空間は、圧電素子1Aにより略2等分されている。

0012

圧電素子1Aは、多孔質膜10Aの両面に電極11Aおよび12Aを貼り付けた構成となっている。以下では、電極11Aおよび12Aの一方から他方に向かう方向を多孔質膜10Aの厚さ方向とする。多孔質膜10Aは、圧電材料から構成されており、電極11Aおよび12A間に与えられる電圧に応じて厚さ方向に膨張または収縮する。より具体的には、多孔質膜10Aでは、電極11Aおよび12A間に挟まれた領域が、電極11Aおよび12A間に与えられる電圧に応じて、厚さ方向中心から電極11Aおよび12A側に向かう方向に膨張し(矢印Y1)、あるいは電極11Aおよび12A側から厚さ方向中心に向かう方向に収縮する(矢印Y2)。これにより圧電素子1Aにおける電極11Aおよび12Aの外側の空間に音波が発生する。

0013

多孔質膜10Aは、例えばポリテトラフルオロエチレンPTFE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものである。

0014

多孔質膜10Aの平均厚さの下限としては、10μmが好ましく、50μmがより好ましい。一方、多孔質膜10Aの平均厚さの上限としては、500μmが好ましく、200μmがより好ましい。多孔質膜10Aの平均厚さが前記下限に満たない場合、多孔質膜10Aの強度が不十分となるおそれがある。逆に、多孔質膜10Aの平均厚さが前記上限を超える場合、多孔質膜10Aの変形能が小さくなり、出力音圧が不十分となるおそれがある。

0015

電極11A、12Aは、多孔質膜10Aの両面に積層される。電極11A、12Aの材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。

0016

電極11A、12Aの平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば0.1μm以上30μm以下とすることができる。電極11A、12Aの平均厚さが前記下限に満たない場合、電極11A、12Aの強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極11A、12Aの平均厚さが前記上限を超える場合、多孔質膜10Aの振動を阻害するおそれがある。

0017

電極11A、12Aの多孔質膜10Aへの積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インク印刷銀ペースト塗布乾燥等が挙げられる。

0018

本実施形態において、多孔質膜10Aは、円板形状をなしている。また、電極11Aおよび12Aは、多孔質膜10Aよりも径の短い円板形状をなしている。そして、多孔質膜10Aの両面の周辺には、電極11Aおよび12Aによって各々覆われていない円環状の露出領域10pおよび10qがある。本実施形態では、多孔質膜10Aにおける円環状の露出領域10pおよび10qを支持することにより圧電素子1Aを筐体2A内に浮かせた状態で支持する支持部が設けられている。ここで、筐体2A内に浮かせた状態とは、一対の電極11Aおよび12A間の電圧が印加される圧電素子1Aの領域を他の部材と接触させない状態を意味する。

0019

さらに詳述すると、筐体2Aは、皿状の第1筐体部21Aの周縁部と皿状の第2筐体部22Aの周縁部とを嵌め合わせた構成となっている。第1筐体部21Aと圧電素子1Aとの間に挟まれた空間が上述した第1の空間41であり、第2筐体部22Aと圧電素子1Aとの間に挟まれた空間が上述した第2の空間42である。また、音道3は、第2筐体部22Aに接続されており、第2の空間42は音道3内の空間に直接繋がっている。

0020

第1筐体部21Aの周縁部の内側には、図3に示すように、複数の略直方体形状の支持ブロック23が円を描いて配置されている。これらの支持ブロック23の上面の内側には、多孔質膜10Aの露出領域10pの外周縁を受け容れる溝23aが各々形成されている。第2筐体部22Aの周縁部の内側にも、多孔質膜10Aの露出領域10qの外周縁を受け容れる溝24aを有する支持ブロック24が円を描いて配列されている。圧電素子1Aは、多孔質膜10Aの外周端が支持ブロック23の溝23aと支持ブロック24の溝24aとがなす空間内に嵌め込まれた状態で筐体2A内に支持されている。

0021

このように本実施形態では、支持ブロック23および24が圧電素子1Aを支持する支持部として機能する。そして、この支持部である支持ブロック23および24は、多孔質膜10Aにおいて、一対の電極11Aおよび12Aの外側の露出領域10pおよび10q、すなわち、一対の電極11Aおよび12A間の電圧が印加されない領域を支持する。また、図2に示すように、支持部である支持ブロック23および24は、圧電素子1Aにおいて電極11Aおよび12A間の電圧が印加される領域を他の部材に接触させないで、圧電素子1Aを筐体2A内に支持する。

0022

第1筐体部21Aにおいて、隣り合う支持ブロック23間には隙間25が設けられている。同様に第2筐体部22Aの隣り合う支持ブロック24間にも隙間(図示略)が設けられている。ここで、第1筐体部21Aの各隙間25は第2筐体部22Aの各隙間と対向し、相互に繋がっている。従って、第1の空間41内に発生した音波は、支持ブロック23間の隙間25および支持ブロック24間の隙間を介して第2の空間42内に伝搬し、そこから音道3およびイヤピースを介してユーザの耳孔内へと伝搬する(矢印X2)。一方、第2の空間42内に発生した音波は、音道3およびイヤピースを介してユーザの耳孔内へと伝搬する(矢印X1)。

0023

第1筐体部21Aの周縁部には2つの切り欠き部26が設けられている。第2筐体部22Aの周縁部にも、これらの切り欠き部26と対向する位置に同様な切り欠き部が設けられている。第1筐体部21A側の2つの切り欠き部26と第2筐体部22A側の2つの切り欠き部は、電極11Aおよび12Aに接続される2本の導線を通すための2つの孔を構成している。電極11Aおよび12Aに接続され、この2つの孔を通過した2本の導線は、オーディオ再生装置等の音源オーディオ信号出力端子電気的に接続される。
以上が本実施形態によるイヤホン100Aの構成である。

0024

本実施形態において、多孔質膜10Aからなる圧電素子1Aは、その厚さ方向にのみ変形する。このため、厚さ方向の変形を阻害しないように圧電素子1Aを支持すれば共振周波数が変化せず、多孔質ならではのフラットな周波数特性を有する発音体となる。本実施形態では、多孔質膜10Aからなる圧電素子1Aの厚さ方向に変化しない領域、すなわち、電極11Aおよび12A間の電圧が印加されない露出領域10pおよび10qを支持部である支持ブロック23および24が支持している。このような構成とすることにより、圧電素子1Aの振動を妨げることなく圧電素子1Aを駆動することができ、均質ピストンモーションを実現し、圧電素子1Aの周波数特性をフラットな周波数特性にすることが可能となる。

0025

また、このような構成にすることで、図1の矢印Y1およびY2が示すように、圧電素子1Aは上下対象に振動する。このため、図1において、圧電素子1Aの上方向の振動成分と下方向の振動成分が打ち消し合うことにより、圧電素子1Aから筐体2Aに伝搬する振動成分が減少し、筐体2Aが剛体的に揺らされる振動を抑えることが可能となる。この結果、異音を抑えることができ、高音質化につながる。

0026

また、本実施形態では、圧電素子1Aにより区切られた第1の空間41および第2の空間42を支持ブロック23間の隙間25および支持ブロック24間の隙間により連結する構成を採用している。このような構成とすることで、第1の空間41の放射音と第2の空間42の放射音の両方を放射することができ、電気音響変換高効率化を実現することができる。

0027

<第2実施形態>
図4は、この発明による電気音響変換装置の第2実施形態であるイヤホン100Bの構成を示す断面図である。図5は同イヤホン100Bにおける圧電素子1Bの構成を示す斜視図である。

0028

本実施形態によるイヤホン100Bは、圧電素子1Bと、筐体2Bと、音道3とを有する。上記第1実施形態と同様、筐体2B内の空間は、圧電素子1Bにより略2等分されている。また、筐体2Bは、第1筐体部21Bと第2筐体部22Bとからなり、音道3は第2筐体部22Bに接続されている。

0029

図4および図5に示すように、圧電素子1Bは、円板状の多孔質膜10Bの両面に円環状の電極11Bおよび12Bを貼り付けた構成となっている。そして、多孔質膜10Bの中心には、円状の孔10aが空いており、多孔質膜10Bの両面において、この孔10aの周囲の円環状の領域は、電極11Bまたは12Bによって覆われていない露出領域10pおよび10qとなっている。本実施形態において、筐体2Bの支持部は、多孔質膜10Bの中心付近にある円環状の露出領域10pおよび10qを支持することにより圧電素子1Bを筐体2B内に浮かせた状態で支持する。

0030

さらに詳述すると、第1筐体部21Bの底部中央には円柱状の凸部21BHが突出しており、第2筐体部22Bの底部中央にも円柱状の凸部22BHが突出しており、両凸部の頂上は互いに接触している。また、凸部21BHの頂上の外周には円状の溝21BHaが形成され、同様に、凸部22BHの頂上の外周にも円状の溝22BHaが形成されている。そして、凸部21BHの頂上において溝21BHaの内側の円領域と、凸部22BHの頂上において溝22BHaの内側の円領域は、多孔質膜10Bの孔10a内に収められ、孔10a内において相互に接触している。また、圧電素子1Bは、多孔質膜10Bの中央の露出領域10pおよび10qが、凸部21BHにおいて溝21BHaの底となる領域と凸部21BHにおいて溝21BHaの底となる領域とに挟まれることにより筐体2B内に支持される。

0031

このように、筐体2Bの凸部21BHおよび22BHは、圧電素子1Bにおいて一対の電極11Bおよび12B間の電圧が印加される領域を他の部材と接触させないように、一対の電極11Bおよび12B間の電圧が印加されない露出領域10pおよび10qを支持する。従って、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。

0032

<他の実施形態>
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

0033

(1)図6はこの発明による電気音響変換装置の他の実施形態であるイヤホン100Cの構成を示す断面図である。このイヤホン100Cは、圧電素子1Cと、筐体2Cと、音道3とを有する。筐体2Cは、第1実施形態の筐体2Aと基本的に同様な第1筐体部21Aおよび第2筐体部22Aからなる。第1実施形態と同様、第1筐体部21Aの周縁部内側には複数の支持ブロック23が配列され、第2筐体部22Aの周縁部内側には複数の支持ブロック24が配列されている。

0034

本実施形態における圧電素子1Cは、円板状の多孔質膜10Cの両面に円板状の電極11Cおよび12Cを貼り付けた構成となっている。上記第1実施形態では、多孔質膜10Aの両面に露出領域10pおよび10qがあった。これに対し、本実施形態では、多孔質膜10Cの両面のうち第1筐体部21C側の面は、全面に亙って電極11Cにより覆われており、露出領域がない。そして、多孔質膜10Cの両面のうち第2筐体部22C側の面に露出領域10qがある。本実施形態では、多孔質膜10Cの外周付近において、電極11Cと多孔質膜10Cとが、支持ブロック23の溝23a’と支持ブロック24の溝24aに挟まれることにより圧電素子1Cが筐体2C内に支持される。なお、本実施形態では、溝23a’および24a間に多孔質膜10Cと電極11Cを挟むので、支持ブロック23の溝23a’を第1実施形態の溝23aより深くしてあるが、この点を除けば、支持ブロック23の構成は上記第1実施形態と同様である。

0035

本実施形態では、多孔質膜10Cと一対の電極のうちの一方の電極11Cのみしか支持ブロック23および24間に挟まれない。多孔質膜10Cにおいて、支持ブロック23および24間に挟まれる領域は、一対の電極11Cおよび12C間の電圧が印加されないため、厚さ方向の振動が発生しない。従って、支持ブロック23および24による支持が圧電素子1Cの振動に悪影響を与えることがなく、上記第1実施形態と同様な効果が得られる。

0036

(2)上記各実施形態では、圧電素子を円板状に構成したが、圧電素子の形状はこれに限定されるものではない。圧電素子は、例えば矩形板状であってもよいし、三角形五角形等の多角形であってもよい。また、圧電素子は、円筒状であってもよい。

0037

(3)上記各実施形態では音道が第2筐体部と接続されていたが、これに限定されるものではない。例えば図7に示すイヤホン100Dのように、扁平な筐体2D内の音をイヤピース4に導く音道3を筐体2Dの側面に接続してもよい。

0038

(4)上記各実施形態では、この発明をイヤホンに適用したが、この発明はヘッドホン等のイヤホン以外の電気音響変換装置にも適用可能である。

0039

(5)上記第1実施形態では、筐体2A内において圧電素子1Aにより区分された第1の空間41と第2の空間42とを連結する隙間を設けたが、この隙間を設けなくてもよい。この場合においても、圧電素子1Aの周波数特性をフラットにし、かつ、圧電素子1Aから筐体2Aへ伝搬する振動を低減して異音の発生を防止することができる。

0040

100A,100B,100C,100D……イヤホン、1A,1B,1C……圧電素子、10A,10B,10C……多孔質膜、11A,11B,11C,12A,12B,12C……電極、2A,2B,2C,2D……筐体、21A,21B,21C……第1筐体部、22A,22B,22C……第2筐体部、41……第1の空間、42……第2の空間、23,24……支持ブロック、25……隙間、23a,24a,21BHa,22BHa……溝、21BH,22BH……凸部、26……切り欠き部、10p,10q……露出領域、3……音道、4……イヤピース。

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