(57)【要約】本発明は、従来の技術と比べて高い性能と、小型の寸法と、高い信頼性を提供する新しい原理に基づいた可変抵抗型の電磁式振動器に関する。これはコイルによって発生する磁気単一磁束が、良好な磁気性質を有する薄板状の鉄材からなるシートによって形成されることを特徴としたボビン本体及び１つ又は複数のヨークによって遮られることによって得ることができる。
2005525762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気信号磁束を生成／監視するためのコイル（５）と、磁気導電性材料からなるボビン本体（２）と、磁気導電性材料からなる１つ又は複数のヨーク（８ａ、８ｂ）と、磁気偏向磁束を生成するための１つ又は複数の永久磁石（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）とから構成され、
上記ボビン本体（２）は磁気導電性材料からなる薄板状のシートから構成されることを特徴とする可変抵抗の原理に基づく振動を生成又は監視するための装置。
【請求項２】
上記ヨーク（８ａ、８ｂ）もまた磁気導電性材料からなる薄板状のシートから構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記シートは、該シート間において低い電気伝導率を有する層を形成する接着剤を用いて接合（相互に固定）されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
上記シートは押抜きによって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
振動器たる上記装置がエネルギーを一切消費しないような周波数帯域の位置において平行共振が得られるように、容量性インピーダンスは平行に接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
上記容量性インピーダンスは、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換が効率的に行えるような周波数帯域の位置において直列共振が得られるように、直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
上記容量性インピーダンスは平行共振が得られるように平行に接続され、かつ直列共振が得られるように直列に接続されることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
上記コイル（５）は２つに分割され、異なる周波数帯域に関して該コイル間のエネルギーの分配を制御するように単純な交差ネットワークが設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、より効率的でより最適化された可能性を提供する可変抵抗設計を有する電磁式振動器の構成の新規の技術に関し、特に磁気信号磁束を生成／監視するためのコイルと、磁気導電性材料からなるボビン本体と、磁気導電性材料からなる１つ又は複数のヨークと、磁気偏向磁束を生成するための１つ又は複数の永久磁石とから構成されることを特徴とする可変抵抗の原理に基づいて振動を生成又は監視するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変抵抗原理に基づく電磁式振動器は、例えば骨伝導性補聴器及び聴覚閾値を測定するための聴力測定振動器などにおいて用いられている。このような振動器は、効率的で小型で信頼性があり、かつそれが有する特性が特定の用途に適するように設計されることが重要となる。このような点に関連して従来の骨伝導性振動器を改良するために、例としてはＳＥ００００８１０−２による発明の方法などによって技術が開発されてきた。
【０００３】
様々な点において改良が行われたにもかかわらず、これらの振動器は動的磁気磁束を伝導する鉄材において特に生じる損失に苦しんだ。これらの損失は、可変抵抗型の従来の振動器と比べて、ＳＥ００００８１０−２で開示された改良された構造においてなお一層大きく現れた。
【０００４】
主として渦電流によって生じるこのような損失は効率性の低下や、多くの場合鉄材の望ましくない加熱につながる。例えば、コイルの巻きにおいて短絡回路が生じるに至るまで熱の発生が高くなることもある。移植可能な骨伝導性補聴器においてこのような振動器が用いられた場合、ほんの少しの温度の上昇によって周囲の組織が損傷する恐れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、骨伝導の用途のための可変抵抗振動器における動的磁気磁束を伝導する鉄材において生じる渦電流の問題を軽減することを目的とする。
【０００６】
この新しい発明によって、コイルの電気端末において見られるように電気インピーダンスに変異が生じ、異なる用途のために振動器の機能を最適化することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（先行技術）
（最先端の）可変抵抗型の従来の振動器だけでなく、平衡電磁分離式変換器（Ｂａｌａｎｃｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｓｅｐａｒａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ／ＢＥＳＴ）を有する改良された技術における機能もまたＳＥ００００８１０−２において開示されており、本件では省略される。
【０００８】
（従来の設計の可変抵抗振動器を用いた際に伴う不利な点）
動的磁気磁束が軟鉄によって遮られると、損失は主に渦電流の形態で生じる。このような損失の存在は、ボビンの周囲を取り囲むコイルの電気インピーダンスを分析することによって観察できる。これらの損失は、電気インピーダンスの位相が図１で示されるように５０度から６０度の段階で横ばいになることから特徴付けられる。これらの損失は、主に処理が困難であるという理由から、（最先端の）従来の骨伝導性振動器において顧みられていない。
【０００９】
しかしながら、ＢＥＳＴ原理による振動器の新しい設計において、動的磁束がコイルの周囲に至るまで軟鉄を通過するため、これらの損失はより一層面倒になる。高性能であることが最も重要な特性となる補聴器において、このような損失は大きな難点となる。これは、移植された装置に経皮膚的に（表皮を通って）エネルギーを伝達するのが困難な補聴器において、とりわけ重要な問題となる。さらに、これは熱に変化する損失によって振動器自体が有害な温度に至るまで熱することがない補聴器においても重大な問題となる。またさらに、新しい振動器原理ＢＥＳＴに基づいたボビン本体は小型かつ軽量でなければならないため、すなわち熱容量が非常に乏しいため、従来の振動器よりもより危険性が高くなる。これが、ＢＥＳＴ振動器においてコイル／ボビン本体が従来の振動器のように空隙のカウンターウェイト側ではなく空隙の負荷側に配置された結果である。
【００１０】
上記に説明されたように、可変抵抗振動器において引き起こされる損失を軽減する強い要望があることは明白である。
【００１１】
本件で提案される発明は、少なくともボビン本体、好ましくは動的磁気磁束を伝導する全体とした電機子が、意図された用途において好適な磁気性質を有する薄板状の金属シートから形成されることを特徴とする可変抵抗型の新しい振動器である。
【００１２】
本発明は、ボビン本体が磁気導電性材料からなる薄板状のシートから形成されることを特徴とし、従来に周知であった問題点を解消する。
【００１３】
本発明の好適な具体案は、ヨーク部分さえが磁気導電性材料からなる薄板状のシートから形成されることによって特徴付けられる。
【００１４】
本発明の別の好適な具体案は、シートがこのシート間において低い電気伝導率を有する層を形成する接着剤を用いて接合（相互に固定）されることによって特徴付けられる。
【００１５】
また別の好適な具体案は、シートが押抜きによって形成されることによって特徴付けられる。
【００１６】
さらに別の好適な具体案は、容量性インピーダンス（蓄電器）が、振動器がエネルギーを一切消費しないような、例えばスイッチ周波数又は搬送周波数などの周波数帯域の位置において平行共振が生じるように、平行に接続されることによって特徴付けられる。
【００１７】
また別の好適な具体案は、容量性インピーダンス（蓄電器）が電気エネルギーから機械エネルギーへの変換が効率的に行えるような周波数帯域の位置において直列共振が得られるように直列に接続されることによって特徴付けられる。
【００１８】
さらに別の好適な具体案は、容量性インピーダンス（蓄電器）が平行共振を得られるように平行に接続され、かつ直列共振が得られるように直列に接続されることによって特徴付けられる。
【００１９】
さらに別の好適な具体案は、コイルが２つに分割され、異なる周波数帯域に関してこのコイル間のエネルギーの分配を制御するように単純な交差ネットワークが設けられることによって特徴付けられる。
【発明の効果】
【００２０】
従来の振動器の設計における磁気回路の軟鉄部品の蓄積された損失は、損失がない場合よりも電気インピーダンスが抵抗をより有するという事実として呈される。これは今日の設計は６０度をほとんど超えない電気インピーダンスの位相角度を有することを意味し、ボビン本体を備えた本発明で得ることが可能な、図１Ｂで示されるように約８０度から８５度の電気インピーダンスの位相角度と対比される。本件の新しい発明において電気インピーダンスのより誘導的な性質が得られ、すなわち一方では渦電流による損失が軽減され、その一方で電気インピーダンスがより高いインダクタンスを有するようになる。
【００２１】
本発明の具体的な形で現れた効果である、このようなより純化された誘導的な性質は、振動器がある特定の周波数帯域において非常に効率的になるように、又はその他の周波数帯域において非常に高いインピーダンスを有するようにあつらえて形成されることが可能となるように役立てられてもよい。このような最適化は外付けの電気部品を用いることで容易に行うことが可能である。
【００２２】
薄板状の核部分を用いる技術は例えば変換器、電気式エンジン及び気導のための拡声器などのその他の用途においては多く用いられているが、骨伝導を目的とした振動器においてはいまだ用いられていない。磁気磁束経路の部品を薄板状にすることが提案されている用途は、米国特許３６３２９０４から周知である。それには「稼動コイル型」又は「音声コイル型」の従来の拡声器において薄板状に形成する手法を用いることが提案されている。この拡声器は、可変抵抗型の振動器と比べて全く異なる原理に基づいて機能する。
【００２３】
これに関連した興味深い事項は、米国特許Ａ３６３２９０４の明細書及び図面に応じて実施された薄板状形成でみられるように、渦電流による損失が軽減されないということである。実際に薄板状の層は１つの磁束に対して９０度の直角で配置され、これらは同一の平面で誘導されるため、渦電流による損失は軽減されない。音声コイルを有する周知の円形の対称性拡声器の構造において、場合によっては連続的に変化する直径を有する円柱が隔離層を間に挟んで相互に収められるようにしなければならないため、薄板状に形成することは困難となる。
【００２４】
米国特許３９３５３９８において、薄板状の構成は気導の補聴器のための小型の空気拡声器において開示されている。それにおいて薄板状の構成は、磁気磁束経路の一部のために用いられているが、最も重要な箇所、すなわちコイルで巻かれた鉄製の核部分においては用いられていない。拡声器において振動を空気に伝達する可動式部品であるボビンの核部分が薄いバンド状に形成されているこのような類の拡声器においては、ボビン本体／鉄製核部分に薄板状の構成を用いることはできない。  
【００２５】
今日の骨伝導性振動器において薄板状の構成が用いられないことには幾つか理由がある。薄板状構造の試練を行っていない理由の１つは、今日の骨伝導性振動器の電磁機能の正確な分析は実質的に行うことが不可能であり、結果としてその問題の重大さを誰一人としてはっきりと示すことができないためである。本発明の完全なる可能性が理解されるようになるのは、まず相当な数の試験が行われてからである。薄板状構造の試練が行われなかったもう１つの理由は、ＳＥ００００８１０−２による新しい構造で見られるように、渦電流による問題がそれほど重大なものではなかったため、明らかに誰も本発明で提案されるような方法で問題を解消しようと試みなかったのだ。３つめの理由は、今日使用されている従来の振動器は円形の対称性の構造であるため、製造上の観点及び経済的な観点から考慮しても薄板状の構造は困難であったためである。
【００２６】
本発明による用途は、骨組織によって伝導される補聴器及び聴覚メーター振動器のみに制限されず、その他の拡声器における用途及び加振機又は骨伝導マイクとして用いられることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図２において、骨伝導用途のための振動器における渦電流による損失によって生じる不利な点を、部分的又は完全に解消する好適な例示的具体案が開示されている。振動器（１）は長方形の対称的な形状を有する。Ｈ型に形成されたボビン本体（２）は、２つのバネ部品（３ａ、３ｂ）を用いて偏向磁束ユニット（４）に対して弾性的に係止される。ボビン本体／鉄製核部分の周囲に配置されたコイル（５）を流れる電流によって発生する単一の磁束φ〜は、軟鉄物質を可能な限り短い経路を通り、水平面を延長する軸上の空隙（６ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を概ね通るように回路が形成される。磁気偏向磁束（永久磁石からの静的磁束）を作り出すためのユニットは、４つの磁石（７ａ、ｂ、ｃ、ｄ）、２つのヨーク（８ａ、ｂ）、４つの偏向ヨーク（９a、ｂ、ｃ、ｄ）及び１つのカウンターマス（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｍａｓｓ）（１０）によって構成される。４つの偏向ヨークは、一方（９ａ、ｂ）が１つの一体型ユニットを形成し、もう一方（９ｃ、ｄ）が２つ目のユニットを形成するように設計されてもよい。それぞれの磁石は、外側空隙（１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ）から偏向ヨーク（９ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を通って流れる偏向磁束φ0によって、概ね最も近隣にある内側空隙（６ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を偏向する。
【００２８】
コイルが周囲に配置されたＨ型に形成された核部分／ボビン本体（２）は、図３で示されるように薄板状に形成される。この薄板状の構造は、適した磁気性質を有し、低い電気伝導率を持ち、シート間に薄膜状の層を形成する接着剤を用いて接合されたシート（１２）によって構成される。このように薄板状の構造によって、鉄材の周囲を流れる動的磁束の周囲における放射状平面において発生する渦電流が解消される。Ｈ型に形成されたボビン本体（２）が薄板状に形成されない場合、渦電流による損失によって物質における温度は大幅に上昇し、それが小型で軽量に形成されているが故に容易に過熱され、結果としてコイルの短絡回路を引き起こすリスクが生じる。渦電流による損失をさらに軽減するためには、２つのヨーク（８ａ、ｂ）さえもが薄板状のユニットに設計されてもよい。
【００２９】
ＳＥ００００８１０−２において記載されているように、静的偏向磁束を作り出すために永久磁石が多くの異なる方法で配置されることも可能である。これらの例示的具体案においてボビン本体が長方形で対称性の設計を用いて形成されているため、薄板状に形成することが可能であるのは明白である。また、磁気単一磁束経路を閉鎖する複数のヨークが薄板状に形成されることも可能である。
【００３０】
本発明による振動器における電気インピーダンスは強い誘導的な性質を有し、本質的には図４のモデル案によるところのインダクタンス（Ｌ）とコイルの抵抗損（ｏｈｍｉｃ  ｌｏｓｓｅｓ）（Ｒ）とによって構成される。振動器の機能は、比較的単純な手段を用いてある特定の、ほぼ任意に選択された周波数帯域において最適化されることが可能である。例を挙げると、蓄電器（Ｃ1）は平行共振を得るためにコイル（１）に対して平行に配置されてもよく、これはすなわち振動器が図４ａで示されるように共振周波数において非常に少ない電力しか消費しないことを意味する。これは、例えばスイッチ又は搬送周波数において振動器が電力を消費することが望ましくないＤクラス増幅器などのデジタル式電力増幅器で用いられる場合に重要となる。
【００３１】
また図４ｂで示されるように、蓄電器（Ｃ2）をコイルと直列に配置してもよい。このようにすることで、蓄電器（Ｃ2）の適した数値を選択することが可能となり、例えば音声周波数帯域などのある特定の周波数帯域において非常に効率的な電磁変換を得ることができる。このようにＣ2を用いた方法は、Ｃ1が点線で示されている図４ｂにおいて示されるようにＣ1と組み合わせて用いることも可能である。蓄電器Ｃ1及びＣ2は図４では開示されていないが漏れに対する抵抗性を有する。蓄電器は、望ましい抑制（Ｑ値）を得るために直列又は並列に配置された抵抗器を備えてもよい。最終的に、蓄電器（Ｃ3）及び蓄電器（Ｃ4）は振動器における異なるコイルに直列に接続され、交差ネットワークとして機能することも可能である。一方のコイル（Ｌ1）は、例としては最高１から２ｋＨｚまでの周波数帯域において良好に機能するために最適化され、もう一方のコイル（Ｌ2）は例としては１から２ｋＨｚ以上のそれに隣接する周波数帯域において良好に機能するために最適化される。
【００３２】
開示された具体案は、本発明を説明するために表されたものであるが、添付の請求項によって定義される発明の範囲及び案から逸することなく、当業者によって詳細を改良、付加又は削除することが可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の類（Ａ）及び本発明（Ｂ）による可変抵抗振動器のインピーダンスの振幅（ａ）及び位相（ｂ）における特徴を示す。
【図２】本発明の好適な具体案の断面図を示す。
【図３】好適な具体案における詳細を示す。
【図４】外的電気部品を用いて本発明の振動器を最適化するための例を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１      振動器
２      ボビン本体
３ａ    バネ部品
３ｂ    バネ部品
４      磁束ユニット
５      コイル
６ａ    （内側）空隙
６ｂ    （内側）空隙
６ｃ    （内側）空隙
６ｄ    （内側）空隙
７ａ    磁石
７ｂ    磁石
７ｃ    磁石
７ｄ    磁石
８ａ    ヨーク
８ｂ    ヨーク
９ａ    偏向ヨーク
９ｂ    偏向ヨーク
９ｃ    偏向ヨーク
９ｄ    偏向ヨーク
１０    カウンターマス
１１ａ  外側空隙
１１ｂ  外側空隙
１１ｃ  外側空隙
１１ｄ  外側空隙
１２    シート
１３    薄膜層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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