特許 6153448 エレクトレットコンデンサヘッドホンユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6153448

(24)【登録日】2017年6月9日

(45)【発行日】2017年6月28日

(54)【発明の名称】エレクトレットコンデンサヘッドホンユニット

(51)【国際特許分類】

   H04R 19/01 20060101AFI20170619BHJP

   H04R 1/10 20060101ALI20170619BHJP

【ＦＩ】

   H04R19/01

   H04R1/10 101Z

【請求項の数】10

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-219189(P2013-219189)

(22)【出願日】2013年10月22日

(65)【公開番号】特開2015-82723(P2015-82723A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000128566

【氏名又は名称】株式会社オーディオテクニカ

(74)【代理人】

【識別番号】100088856

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 佳之夫

(72)【発明者】

【氏名】秋野 裕

【審査官】 岩田 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１１７７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０９０３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０２９６００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １／１０

１１／００−１１／０６

１１／１４−１５／０２

１９／００−１９／０４

２１／００−２１／０２

２３／００−２３／０２

３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動板と、この振動板に対向して配置され表面にエレクトレット層が設けられている固定極とを備え、上記振動板を挟んで両側に上記固定極が配置され、両側の上記固定極間に音声信号が入力されるエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットであって、
上記固定極は、絶縁板と、この絶縁板の両面に独立して配置された電極板と、この電極板および上記絶縁板を含む上記固定極全体を覆って形成されたエレクトレット材料と、を有してなり、
上記振動板は２枚が互いに平行に配置され、
上記各振動板を挟んで上記固定極が配置され、
上記各固定極の少なくとも上記振動板との対向面にあるエレクトレット材料は帯電されてエレクトレット層になっており、
上記各固定極の上記エレクトレット層は、音声信号が上記各固定極の上記電極板に入力されることにより上記２枚の振動板を同期的に同じ向きに駆動するように構成されているエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項2】

エレクトレット層の極性は、すべての固定極において同じ向きである請求項１記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項3】

２枚の振動板と３つの固定極が、固定極、振動板、固定極、振動板、固定極の順に配置されている請求項１または２記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項4】

両外側に配置された２つの固定極において、それぞれの外側に位置する電極板には音声信号が入力されない請求項３記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項5】

両外側に配置された２つの固定極において、それぞれの外側に位置する電極板は接地されている請求項３記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項6】

各固定極には音波を通すための孔が形成され、上記孔の周囲の壁面もエレクトレット材料で覆われている請求項１乃至５のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項7】

エレクトレット材料は、有機エレクトレット材料からなる請求項１乃至６のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項8】

音声信号入力用のトランスをさらに有し、トランスの２次巻き線から音声信号が入力される請求項１乃至７のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項9】

上記２次巻き線はセンタータップを有し、このセンタータップは、両外側に配置された固定極において、それぞれの外側に位置する電極板に接続されている請求項８記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【請求項10】

固定極は、両面に導電パターンが形成された両面プリント配線基板をベースとして構成され、上記導電パターンが電極板を構成し、上記電極板を含む両面プリント配線基板全体がエレクトレット材料で覆われている請求項１乃至９のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、両面に独立した電極を持つ絶縁板を固定極とし、この固定極の表面にエレクトレット層を設けた、いわゆるプッシュプル型のエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

静電力を利用して振動板を振動させ、音声信号を音波に変換するコンデンサ型ヘッドホンがある。コンデンサ型ヘッドホンは、振動板と固定極を対向させて配置した構造になっていて、振動板と固定極との間に３００〜６００Ｖというような高電圧の成極電圧を印加するとともに、振動板と固定極との間に音声信号を入力する構成になっている。入力される音声信号に応じて振動板と固定極との間の静電力が変化し、静電力の変化に応じ振動板が振動して音波が放射される。

【0003】

コンデンサ型ヘッドホンから放射される音波の音圧は、振動板と固定極との間に印加される成極電圧と入力される音声信号の電圧に依存する。しかし、振動板と固定極との間に印加される成極電圧は、空気の絶縁破壊電圧以上になると振動板と固定極との間で放電するので、上記絶縁破壊電圧以下に制限される。また、入力される音声信号に応じ振動板が振動して振動板と固定極との間隔が狭まったとき、振動板と固定極との間で火花放電が生じないように、音声信号の入力電圧レベルが制限される。このような要因によって、コンデンサ型ヘッドホンから出力することができる音圧は制限を受ける。

【0004】

そこで、音声信号の一定の入力電圧レベルに対して約２倍の音圧出力を得ることができるように、振動板と固定極からなるコンデンサヘッドホンエレメントを、音響的に直列に配置することが提案されている。図５は、その例を示す。

【0005】

図５において、符号１０１はコンデンサヘッドホンエレメント（以下、単に「エレメント」という）を示している。２つのエレメント１０１が適宜の空間をおいて互いに平行に対向して配置され、コンデンサヘッドホンユニット１００を構成している。各エレメント１０１は、振動板１０３とこの振動板１０３を挟んで両側に対向させて配置された固定極１０２を有してなる。したがって、コンデンサヘッドホンユニット１００は、固定極１０２、振動板１０３、固定極１０２、固定極１０２、振動板１０３、固定極１０２がこの順に配置されることによって構成されている。各固定極１０２は、音波を通すための複数の孔１２４を有している。振動板１０３は外周縁部が保持リング１３１によって保持されている。

【0006】

振動板１０３には成極電圧として外部から直流の高電圧が印加され、固定極１０２に音声信号が入力される。具体的な電気的接続は以下の通りである。音声信号５はトランス６で昇圧されてコンデンサヘッドホンユニット１００に入力される。トランス６の２次コイルはセンタータップ６１を有し、センタータップ６１を起点とする直流電圧源８が高抵抗９を経て各振動板１０３に接続されている。直流電圧源８は例えば５００Ｖ程度の高電圧を出力し、この高電圧が成極電圧として各振動板１０３に印加される。トランス６の２次コイルの両端から音声信号の＋側と−側が出力される。図５に示す例では、音声信号の＋側が各振動板１０３の右側に位置する固定極１０２に接続され、音声信号の−側が各振動板１０３の左側に位置する固定極１０２に接続されている。換言すれば、それぞれの振動板１０３を挟んで両側に配置されている固定極１０２間に音声信号が入力される。

【0007】

図５に示す従来例において、音声信号５がトランス６を経てコンデンサヘッドホンユニット１００に入力されると、音声信号５に対応して各エレメント１０１において静電力が同じ向きに生じる。したがって、一方のエレメント１０１で生じる音圧が他方のエレメント１０１で生じる音圧に重畳され、１つだけのエレメント１０１で生じる音圧の約２倍の音圧出力を得ることができる。

【0008】

しかし、上記従来のコンデンサヘッドホンユニットによれば、２つの振動板１０３の間に２つの固定極１０２が介在するため、２つの振動板１０３の間に存在する空気室の容積が大きくなる。この空気室の容積が大きくなると、２つの振動板１０３間の音響容量が大きくなるため、２つの振動板１０３による音圧重畳効果が低下し、コンデンサヘッドホンユニットの音圧出力が低下する難点がある。

【0009】

図５に示すコンデンサヘッドホンユニットの成極電圧印加回路に近似の回路を備えたコンデンサヘッドホンの例が特許文献１に記載されている。特許文献１記載のコンデンサヘッドホンは、ユーザーが成極電圧に感電しないように、使用状態においてユーザーの耳側に位置する固定電極が接地に接続されることを特徴とするものである。

【0010】

図５に示す従来のコンデンサヘッドホンユニットは、振動板と固定極との間に高電圧の成極電圧を印加するために、高電圧電源あるいは高電圧生成回路を設ける必要がある。しかし、エレクトレット材料を用いれば、振動板と固定極との間に３００〜６００Ｖというような高電圧の成極電圧を生成することができ、高電圧電源あるいは高電圧生成回路は不要になる。エレクトレット材料は電荷を閉じ込めることができる誘電体で、この誘電体を電極で挟み電極間に高電圧を加えると、電極表面に電荷が移動し、誘電体内部に電気双極子ができる。その後電極板間をショートしても、誘電体内部の電気双極子は残り、エレクトレット状態が維持される。

【0011】

固定極の表面にエレクトレット層を形成する方法が特許文献２に記載されている。特許文献２記載の発明は、エレクトレットコンデンサヘッドホンユニットの製造方法に関するもので、独特の方法で固定極の表面にエレクトレット層を形成するものである。特許文献２記載のエレクトレット層形成方法によれば、例えば、固定極に約−６００Ｖ、振動板に約＋６００Ｖの表面電位を持たせることができ、振動板と固定極との間に印加する電圧源が不要となる。

【0012】

図５に示すように２つのエレメント１０１を音響的に直列に配置し、特許文献２に記載されているようなエレクトレットを用いれば、音圧出力の高いエレクトレットコンデンサヘッドホンが得られるはずである。しかしながら、このようなエレクトレットを図５のエレクトレットコンデンサヘッドホンに適用しても、依然として２つの振動板の間に２つの固定極が介在するため、前述のように空気室の容積が大きくなる。従って、２つの振動板による音圧重畳効果が低下して、音圧出力が低下する難点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特許第４５３３７８２号公報

【特許文献2】特許第４６５９７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明は、以上説明した従来のエレクトレットコンデンサヘッドホン技術に鑑みてなされたもので、高出力のエレクトレットコンデンサヘッドホン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】

【0015】

本発明は、
振動板と、この振動板に対向して配置され表面にエレクトレット層が設けられている固定極とを備え、上記振動板を挟んで両側に上記固定極が配置され、両側の上記固定極間に音声信号が入力されるエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットであって、
上記固定極は、絶縁板と、この絶縁板の両面に独立して配置された電極板と、この電極板および上記絶縁板を含む上記固定極全体を覆って形成されたエレクトレット材料と、を有してなり、
上記振動板は２枚が互いに平行に配置され、
上記各振動板を挟んで上記固定極が配置され、
上記各固定極の少なくとも上記振動板との対向面にあるエレクトレット材料は帯電されてエレクトレット層になっており、
上記各固定極の上記エレクトレット層は、音声信号が上記各固定極の上記電極板に入力されることにより上記２枚の振動板を同期的に同じ向きに駆動するように構成されていることを最も主要な特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

固定極は、絶縁板の両面に独立して配置された電極板を有し、これらの電極板はエレクトレット材料で覆われているため、一つの固定極の両側に振動板を配置し、各振動板の外側にはさらに別の固定極を対向させて配置することができる。２枚の振動板の両側に固定極があり、各固定極のエレクトレット層は、音声信号の入力により振動板を同期的に同じ向きに駆動するように構成されているため、一方の振動板の振動による音圧が他方の振動板の振動による音圧に重畳される。２枚の振動板間には、これらの振動板を駆動するための固定極が配置され、２枚の振動板間の空気室の容積は小さいため、上記２つの振動板の振動による音圧が効率よく重畳される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットの実施例１を示す縦断面および電気回路図である。

【図2】本発明に係るエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットの実施例２を示す縦断面および電気回路図である。

【図3】上記実施例中の固定極を拡大して示す縦断面図である。

【図4】上記固定極の一部をさらに拡大して示す縦断面図である。

【図5】従来のコンデンサヘッドホンユニットの例を示す縦断面および電気回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係るエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットの実施例について、図面を参照しながら説明する。

【実施例1】

【0019】

図１において、符号１はエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットを示している。エレクトレットコンデンサヘッドホンユニット１は、振動板３と、この振動板３に適宜の間隔をおいて対向して配置され表面にエレクトレット層２３が設けられている固定極２とを備えている。図１に示す例では、２枚の振動板３と３つの固定極２が、固定極２、振動板３、固定極２、振動板３、固定極２の順に配置されている。１つの振動板３とこれを挟んで両側に配置された２つの固定極２によって１つのエレクトレットコンデンサヘッドホンエレメントを構成し、実質的に２つのエレメントが音響的に直列に配置されている。中央の固定極２は２つの振動板３に対して共通に作用する。

【0020】

図示されていないが、各固定極２は円板形、各振動板３は円形のフィルム状になっていて、図１にはこれらの縦断面が示されている。各振動板３は、適宜の張力が与えられた状態で周縁部が保持リング３１で保持されている。

【0021】

図３、図４に示すように、各固定極２は、絶縁板２１と、絶縁板２１の両面に独立して配置された電極板２２と、電極板２２および絶縁板２１を含む固定極２全体を覆って形成されたエレクトレット層２３と、を有してなる。各固定極２は、両面に導電パターンが形成された両面プリント配線基板をベースとして構成することができる。すなわち、プリント配線基板の絶縁基板が絶縁板２１を構成し、絶縁基板の両面に形成されている導電パターンが電極板２２を構成する。導電パターンからなる電極板２２は、絶縁板２１の一面と他方の面全面にベタの導電パターンとして形成されている。振動板３の振動によって放射される音波が固定極２を通り抜けるように、固定極２には電極板２２も貫通して複数の孔２４が形成されている。

【0022】

エレクトレット層２３は、既に述べた通り、誘電体からなるエレクトレット材料を電極で挟み、電極間に高電圧を加えることによって、電荷が閉じ込められており、成極電圧源がなくても高電圧を保持している。電極板２２および絶縁板２１を含む固定極２全体をエレクトレット材料で覆うために、流動性を持たせた液状のエレクトレット材料の中に固定極２全体を浸漬するとよい。エレクトレット材料の中から固定極２を引き上げ、エレクトレット材料を滴下させて、固定極２を構成する両面プリント配線基板の表面全体にエレクトレット材料層を形成する。これによって上記孔２４の周囲の壁面もエレクトレット材料で覆われる。

【0023】

エレクトレット材料として、有機質材料と無機質材料があり、それぞれ特徴を備えている。本発明では、エレクトレット材料で固定極全体を覆うため、エレクトレット層の厚みは制限されない。したがって、厚膜化が容易な有機エレクトレット材料、例えばフッ素樹脂などを用いるとよい。実施例においては、エレクトレット材料として、旭硝子株式会社製のＣＹＴＯＰ（ＣＴＬ−１０７ＭＫ）を使用した。

【0024】

固定極２の平面を覆うエレクトレット材料を電極で挟み込み、電極間に高電圧を加えることによってエレクトレット層２３が形成される。エレクトレット層２３を形成する際の一方の電極として電極板２２を利用することができる。エレクトレット層２３を形成する際の極性はすべての固定極２において同じ向きとする。例えば、図４に示すように、固定極２の縦断面における左右のエレクトレット層２３の極性はともに右側が−、左側が＋となるように電荷を分極させる。

【0025】

図１に示すように、エレクトレット層２３を上記のように形成した３つの固定極２を配置し、２枚の振動板３をそれぞれ２つの固定極２間に配置する。そして、２枚の振動板３のそれぞれ右側に位置する各固定極２の振動板３側の電極板２２に音声信号の＋側を入力し、２枚の振動板３のそれぞれ左側に位置する各固定極２の振動板３側の電極板２２に音声信号の−側を入力する。この実施例では、音声信号５が音声信号入力用のトランス６で昇圧され、トランス６の２次巻き線から出力される音声信号の＋側と−側が上記のように入力される。したがって、それぞれの振動板３を挟んで配置されている両側の固定極２間に音声信号が入力されるように接続されている。

【0026】

各固定極２の両面のエレクトレット層２３に、図４に示すように電荷を分極させた状態で、図１に示すように音声信号を入力するものとする。また、２枚の振動板３は＋に帯電しているものとする。順方向の音声信号が入力された瞬間を考えると、２枚の各振動板３の右側に位置するエレクトレット層２３に＋電圧が加算され、各振動板３には右側に反発力が生じる。一方、２枚の各振動板３の左側に位置するエレクトレット層２３には−電圧が加算され、各振動板３には左側に吸引力が生じる。

【0027】

逆方向の音声信号が入力された瞬間を考えると、２枚の各振動板３の左側に位置するエレクトレット層２３に＋電圧が加算され、各振動板３には左側に反発力が生じる。一方、２枚の各振動板３の右側に位置するエレクトレット層２３には−電圧が加算され、各振動板３には右側に吸引力が生じる。なお、図３、図４の下側に示す引き出し線は、２つの振動板３間に配置された中央の固定極２において、両面の電極板２２にそれぞれトランス６の２次巻き線を通して印可される音声信号５の極性を示している。

【0028】

このようにして、２枚の振動板３は、音声信号５に応じて同期的に同じ向きに駆動されるため、一方の振動板３の振動によって生成される音圧が、他方の振動板３の振動によって生成される音圧に加算される。また、２枚の振動板３の間には、固定極２が介在して、２枚の振動板３の間の空間の容積が制限されているため、一方の振動板３によって生成される音圧が他方の振動板３の振動によって生成される音圧に効率よく加算される。さらに、２枚の振動板３の間に介在する上記固定極２は上記２枚の振動板３の駆動力を生成するため、２枚の振動板３の駆動によって生じる音圧を効果的に高めることができる。

【0029】

前にも述べた通り、各固定極２に音波を通すために形成した孔２４の周囲の壁面も、面と面がつながる角の部分も、エレクトレット材料で覆われている。エレクトレット材料は絶縁体であり、体積抵抗率と表面抵抗率が高いため、固定極２相互が近接していても、固定極２相互間の火花放電を防止することができる。

【0030】

互いに平行に配置されている３つの固定極２のうち両外側に位置する固定極２すなわち２つの固定極２において、それぞれ外側に位置する電極板２２には音声信号は入力されず、電気的には浮いた状態になっていて、電気音響変換作用には寄与していない。したがって、両外側に位置する固定極２の、外側に位置するエレクトレット材料には帯電させなくてもよい。換言すれば、各固定極２の少なくとも振動板３との対向面にあるエレクトレット材料がエレクトレット層になっていればよい。

【実施例2】

【0031】

図２に、本発明に係るエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットの実施例２を示す。実施例２に係るエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットの構造は実施例１とほぼ同じであり、電気的な接続のみが異なるものであるため、電気的な接続部分を重点的に説明する。実施例１の構成と同じ部分には共通の符号を付している。

【0032】

図２において、音声信号を昇圧してエレクトレットコンデンサヘッドホンユニット１に入力するトランス６は、２次巻き線にセンタータップ６１を有している。このセンタータップ６１は、互いに平行に配置されている３つの固定極２のうち最外側に位置する２つの固定極２の、それぞれ外側に位置する電極板２２に接続されかつ接地されている。このような電気的接続以外は実施例１と構成および動作は同じである。

【0033】

実施例２によれば、ヘッドホンの使用時にユーザーの耳の近くに位置する固定極２のエレクトレット層が接地されているため、ヘッドホンの使用時にユーザーの耳とエレクトレット層との間で放電することを防止することができる。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本発明に係るエレクトレットコンデンサヘッドホンユニットは、これを適宜のハウジングに組み込むことによりエレクトレットコンデンサヘッドホンを構成することができる。

【符号の説明】

【0035】

１ エレクトレットコンデンサヘッドホンユニット
２ 固定極
３ 振動板
５ 音声信号源
６ トランス
２１ 絶縁板
２２ 電極板
２３ エレクトレット層
２４ 孔
３１ 保持リング
６１ センタータップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】