JP2003103220A

JP2003103220A - 生体伝導アクチュエータ

Info

Publication number: JP2003103220A
Application number: JP2001301253A
Authority: JP
Inventors: Koji Uchida; 浩二内田
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】生体伝導アクチュエータにおいて、消費電力
の低減と不用振動（ノイズ）の低減と音漏れの低減、及
び着信信号と音声信号の振動変換の高効率化を同時に可
能とする生体伝導アクチュエークを提供すること。【解決手段】操作者が手首、手、手掌背面部、指ある
いは爪先に接触して、通信信号の伝達を行う通信信号伝
達部２と、前記通信信号伝達部を振動させる駆動部１
と、音声入力部４と、外部カバー部３にて構成される生
体伝導アクチュエータ１０において、前記駆動部１に電
気信号を振動に変換する圧電体１１を使用し、前記圧電
体１１のほぼ中央部と生体と接触して振動を伝達する前
記通信信号伝達部２のほぼ中央部を固定部材にて一体化
し、前記通信信号伝達部は支持バネ１６を介して外部カ
バー部３に連結してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動媒体として生
体に音声信号等の通信信号の伝達を音ではなく、生体を
媒体として振動にて伝達を行う機能と、音声入力機能と
を備えて構成される生体伝導アクチュエータに関し、特
に携帯電話等の呼び出し信号や、音声信号の通信信号を
送受信するために用いられる生体伝導アクチュエータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話等の着信信号と音声信号
の振動発生装置としては、携帯電話機からワイヤーにて
接続された骨伝導方式のイヤーホーン又はイヤースピー
カを使用するものが報告されている。又着信信号と音声
信号を振動に変換する方式として、代表的な例が電磁型
であり、圧電方式の生体伝導アクチュエータの報告は出
されていない。

【０００３】図７は従来の電磁型の生体伝導アクチュエ
ータの構造を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は半分
平面断面図、（ｃ）は（ｂ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線に
沿う断面図、（ｄ）は（ｂ）のＶＩＩＤ−ＶＩＩＤ線に
沿う断面図である。図７（ａ），（ｂ），（ｃ），及び
（ｄ）を参照すると、生体伝導アクチュエータ１００
は、２本の固定用ワイヤー１０３により、図示しないバ
ンド等を介して手首等に固定される。外部カバー１０７
内には、受信した着信信号と音声信号を振動に変換する
駆動部１１０があり、樹脂製のプレート１１１にカップ
状のヨーク１１９ａ、永久磁石１１９ｂ及びプレート１
１９ｃで構成される磁気回路１１９と、さらに螺旋バネ
１０８を介してベース１２１に固定されている。

【０００４】固定部材１１８がヨーク１１９ａ、永久磁
石１１９ｂ、及びプレート１１９ｃの中央を貫通して、
樹脂製のプレート１１１と振動的に結合しており、通信
信号伝達部１０１と一体化している。螺旋バネ１０８
は、ベース１２１を介して生体接触振動伝達部カバー１
２２に固定されている。

【０００５】外部カバー１０７の上部には、音声入力部
１０２が設けられている。音声入力部１０２は開口側に
設けられた防振材１０４に覆われたマイク１０５と、こ
れを駆動するための基板１０６が設けられている。防振
材１０４は弾性接着剤１１２を介して固定されても良
い。尚、符号１１３は配線である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の生体伝
導アクチュエータ１００は、電磁型の駆動部１１０を用
いており、電気信号を振動に変換する効率が低く、消費
電力が大きくなってしまうという欠点を持っている。

【０００７】また、電磁型は、駆動部１１０と通信信号
伝達部１０１の構成が複雑になり、外部カバー１０７ヘ
の振動の漏洩が大きく、不用な振動（ノイズ）の原因と
なり、又特に生体伝導アクチュエータの形状において、
厚さを減ずることに限界がある。

【０００８】また、着信信号に対して生体伝導アクチュ
エータの第１共振周波数を１００Ｈｚ〜８００Ｈｚに設
計すると、音声信号の周波数における振動レベルが低下
するという問題が生じる。

【０００９】そこで、本発明の技術的課題は、生体伝導
アクチュエータにおいて、消費電力の低減と不用振動
（ノイズ）の低減と音漏れの低減、及び着信信号と音声
信号の振動変換の高効率化を同時に可能とする生体伝導
アクチュエークを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ためには、駆動部に圧電体を使用し、前記圧電体と外周
部にリング状の弾性体と、重錘を接着部材にて一体化す
ることにより駆動部を構成し、前記圧電体のほぼ中央部
と通信信号伝達部を固定部材により一体化することによ
り、駆動部の第１共振周波数を低下することができ、着
信音をバイプレーションモード（２００Ｈｚ付近）で設
定することができ、スピーカモードの周波数範囲である
１．０ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚにおいて駆動することが可
能となる。

【００１１】駆動部の第２共振周波数を音声周波数範囲
より高い周波数におくことで、フラットな周波数特性が
得られる。その結果、電磁型の駆動部を使用した方式の
生体伝導アクチュエータの欠点である消費電力が大き
く、形状での欠点である薄くならないという欠点を解決
することができ、又駆動部が直接通信信号伝達部を直接
振動することが出来る構造であるため、振動歪を低減す
ることが可能となり、振動伝送特性が向上する。又前記
駆動部と前記通信信号伝達部との一体化の構造であり、
直接振動的に結合しているため、可聴音の発生（音漏
れ）を防ぐことが出来る構造である。

【００１２】即ち、本発明によれば、操作者が手首、
手、手掌背面部、指あるいは爪先に接触して、通信信号
の伝達を行う通信信号伝達部と、前記通信信号伝達部を
振動させる駆動部と、音声入力部と、外部カバーにて構
成される生体伝導アクチュエータにおいて、前記駆動部
に電気信号を振動に変換する圧電体を使用し、前記圧電
体のほぼ中央部と生体と接触して振動を伝達する前記通
信信号伝達部のほぼ中央部を固定部材にて一体化し、前
記通信信号伝達部は支持バネを介して前記外部カバーに
連結していることを特徴とする生体伝導アクチュエータ
が得られる。

【００１３】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記駆動部は、前記圧電体と、前
記圧電体の外周部にリング上の弾性体が接着剤にて固定
され、前記弾性体と重錘が接着剤にて固定された構造で
あることを特徴とする生体伝導アクチュエータが得られ
る。

【００１４】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記圧電体は、中央部に前記通信
信号伝達部との一体化のための貫通穴を有し、モノモル
フ又はバイモルフ、又はマルチモルフにて構成されてい
ることを特徴とする生体伝導アクチュエータが得られ
る。

【００１５】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記弾性体は、ゴム系の弾性体で
あることを特徴とする生体伝導アクチュエータが得られ
る。

【００１６】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記重鍾は、前記駆動部の第１共
振周波数を決定するための形状及び重量に調整されてい
ることを特徴とする生体伝導アクチュエータが得られ
る。

【００１７】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記駆動部の第１共振周波数は、
１００Ｈｚから８００Ｈｚであることを特徴とする生体
伝導アクチュエータが得られる。

【００１８】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記音声入力部は、前記通信信号
伝達部の側面部に位置し、前記外部カバーの前記音声入
力部側の生体との接触する部分にギャップを設けたこと
を特徴とする生体伝導アクチュエータが得られる。

【００１９】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記音声入力部は、前記通信信号
伝達部からの内部振動の影響を低減するために、前記音
声入力部の周辺に防振材を設置したことを特徴とする生
体伝導アクチュエータが得られる。

【００２０】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記外部カバーの生体側に防振材
を使用し、防振処理を施し、生体から戻る不用な振動を
吸収するとともに、生体との密着性を向上させることを
持微とする生体伝導アクチュエータが得られる。

【００２１】また、本発明によれば、前記生体伝導アク
チュエータにおいて、前記外部カバーの生体との接触を
減じ、生体よりの不用な振動を低減するため、前記外部
カバーの生体と接触する側のコーナー部を曲面に形成し
たことを特徴とする生体伝導アクチュエータが得られ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２３】図１（ａ）は本発明の実施の形態による生
体伝導アクチュエータを示す平面図、図１（ｂ）は
（ａ）の生体伝導アクチュエータの横断面図、図１
（ｃ）は（ａ）のアクチュエータの底面図、図１（ｄ）
は（ｃ）のアクチュエータのＩＤ−ＩＤ線に沿う部分側
面断面図である。

【００２４】図１（ａ）から（ｄ）を参照すると、本発
明の実施の形態による生体伝導アクチュエータ１０は、
受信した音声信号や着信信号を駆動部１において電気信
号から振動に変換し、通信信号伝達部２を振動させ生体
に振動を伝達する機能と、音声入力部により音声を電気
信号に変換する機能と、駆動部１及び通信信号伝達部２
及び音声入力部４を収納する外部カバー３よりなる構成
である。尚、符号５は後に説明するように、固定用のワ
イヤーである。

【００２５】駆動部１は、円盤状で、ほぼ中央部に貫通
する穴を有し、モノモルフ、又はバイモルフ、又はマル
チモルフの構造の圧電体１１を使用する。圧電体１１の
外周部にリング状の弾性体１２を画面テープ、又は接着
剤等により固着する。弾性体１２の他方に重錘１３を同
様の方法で固着し、駆動部１を構成する。

【００２６】駆動部１に使用される圧電体１１の中央部
の貫通穴と通信信号伝達部２の中央部の穴を、固定部材
としてのネジ１４等を使用して固定する。

【００２７】ここで、圧電体１１の振動姿態は、中央部
が固定されるので応力が最大となる部分であり、安定し
た固定を得るための構造が必要となり、スプリングワッ
シャー等を使用し、ネジ１４にて固定する。通信信号伝
達部２は、支持バネ１６を介して外部カバー３に連結す
る。支持バネ１６は、螺旋体で、かつその面に垂直方向
に螺旋腕を伸ばす構造をとることにより振動伝達が向上
する。生体に初期の負荷を与えることにより、効率よく
振動が伝達できる。

【００２８】駆動部１を構成する重錘１３は、駆動部１
の第１共振周波数を決定するため、形状及び重量が選定
される。駆動部１の第１共振周波数は、着信信号を生体
に伝達するために使用され、生体が着信信号を認識する
周波数帯は、１００Ｈｚから８００Ｈｚが最適である。
駆動部１の第１共振周波数の決定要素は、圧電体１１お
よび弾性体１２および重錘１３だけでなく、通信信号伝
達部２も決定要因となる。

【００２９】また、音声信号の周波数帯は１ｋＨｚ〜
３．４ｋＨｚなので、駆動部１の第２共振周波数を５ｋ
Ｈｚ以上で、好ましくは１０ｋＨｚ付近に設定する。

【００３０】図２は本発明の実施の形態による圧電型生
体伝導アクチュエータの第１共振周波数付近の振動の周
波数特性を示す図である。また、図３は本発明の実施の
形態による圧電型の生体伝導アクチュエータの音声信号
周波数帯域の振動の周波数特性を示す図である。図２及
び図３には、比較のために従来の電磁型（動電型）の生
体伝導アクチュエータの特性も合わせて示している。

【００３１】図２にに示すように、本発明で用いた圧電
型のアクチュエータの第１共振周波数付近における振動
伝達特性は、１００から４００Ｈｚにかけては、単調に
増加しているが、従来の電磁型、即ち、動電型において
は、３００Ｈｚ近辺にピークを備えている。また、図３
に示すように、本発明で用いた圧電型のアクチュエータ
の音声周波数帯域の振動伝達特性は、周波数が増加する
につれてやや単調に増加する傾向を示すが、従来の動電
型においては、本発明よりも小さく周波数が増加するに
つれて次第に減少する傾向を示す。

【００３２】図１に再び戻って、通信信号伝達部２は、
支持バネ１６を介して外部カバー３と連結しており、通
信信号伝達部２を保持し、かつ外部カバー３への振動の
伝達を吸収するためである。

【００３３】通信信号伝達部２の振動が外部カバー３に
伝達した場合、外部カバー３が振動し、そのため音を発
生する。生体伝導アクチュエータ１０の機能は、あくま
でも生体に振動伝達する必要があり、外部カバー３が振
動すると音が発生してしまう。外部カバー３に振動が伝
わることは、即ち、音漏れの原因となる。

【００３４】図４は１Ｇでの音漏れの周波数特性を示す
図である。図４に示すように、従来の動電型では、音漏
洩が周波数が大きくなるにつれて次第に大きくなる傾向
であるが、本発明の圧電方では、従来の音漏洩よりも小
さくまた、周波数が大きくなるにつれて次第に小さくな
る傾向があることがわかる。

【００３５】図１（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、
音声入力部４は、マイクロホン２０と基盤２１からな
り、外部カバー３の通信信号伝達部２に隣接して設置さ
れ、マイクロホン４の周囲と音声取り入れロ以外の上部
の面に防振材２２が弾性接着剤にて接着されている。又
マイクロホンの底部は基板２１に接続され、支持部材２
３を介して外部カバー３内に収納されている。音声入力
部４の外部カバー３の生体との接触部分には、ギャップ
が設けられている。そのギャップは操作者の手首の曲げ
による生体伝導アクチュエータ１０に対する機械的な干
渉を避けるために設けられている。

【００３６】音声入力部４の生体伝導アクチュエータ１
０の配置は、通信信号伝達部２の側面に位置することに
より、又マイクロホン２０の周囲及び上部に防振材２２
を施すことにより、外部カバー３経由の音声ノイズの吸
収効果が向上する。

【００３７】図５（ａ）は対策前、図５（ｂ）は本発明
の実施の形態の音声ノイズレベルを示す図である。

【００３８】図５（ａ）に示す従来の構造のものに比べ
て、図５（ｂ）に示す本発明によるものの方が音声ノイ
ズレベルが小さいことがわかる。

【００３９】また、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すよ
うに、生体伝導アクチュエータ１０の生体への取り付け
は、４本のワイヤー５により行う。通信信号伝達部２の
生体への接触部分においては、樹脂製のプレート６を使
用し、操作者の使用時における違和感防止と振動伝達の
向上を可能とする。

【００４０】また、通信信号伝達部２における樹脂製の
プレート６以外の生体接触部分においては、防振材１７
を用い、生体に伝達した振動が再び外部カバー３に戻ら
ないように振動吸収と、生体への密着性を向上させる。
外部カバー３を樹脂材とすることにより、通信信号伝達
部２に対する機械的負荷による不用振動を抑えるととも
に内部の構造に対する破損と全体の軽量化を可能とす
る。

【００４１】外部カバー３のコーナー部２４を曲面（面
取り）にすることにより、振動伝達の有効面積を減じさ
せ、構造的に音漏れ低減を可能にする。また、通信信号
伝達部２の上部及び音声入力部４の基板２１や配線等の
構造部品による不用な振動を発生させないように、接合
部や固定部分に弾性接着剤を用いて振動の吸収を行う。

【００４２】生体伝導アクチュエータ１０の外部ケース
３の形状は、図１に示したほか、図６に示す形状でも特
性を維持することが可能であり、又生体伝導アクチュエ
ータ１０とワイヤー５の取り付け個所は、変更が可能で
ある。

【００４３】図６に示すように、外部ケースの形状は、
（ａ）の符号３１で示される瓢箪型、（ｂ）の符号３２
で示される略長方形，（ｃ）の符号３３で示される長円
型、（ｄ）の符号３４で示される三角形状態でも良い。

【００４４】また、本発明の実施の形態では、圧電体１
１の形状を円盤状のものを採用したが、正方形、長方形
等でも設計が可能である。

【００４５】以上説明したように、本発明の実施の形態
においては、駆動部１に圧電体１１を使用した方式で、
携帯電話等の生体伝導アクチｘエータ１０が可能になっ
たことにより、従来の電磁型の生体電動アクチュエーク
１００は消費電力が大きく、かつ厚さが薄くならないと
いう欠点が解消された。

【００４６】また、本発明の実施の形態においては、駆
動部１と通信信号伝達部２との連結が複雑な構造をとら
ずに設計できるため、不用振動（ノイズ）が発生しにく
いという利点をもった生体伝導アクチュエータ１０が得
られた。

【００４７】また、本発明の実施の形態による生体伝導
アクチュエータ１０を電話機等の筐体に取り付けること
で、筐体振動圧電アクチュエータとして、着信バイブレ
ーター機能及び音声出力のスピーカー機能として使用す
ることも可能である。

【００４８】また、電話機以外の用途としては、視覚障
害者用の補聴器やテープレコーダー、ＣＤ，ＭＤ，ある
いはパソコンなどにも使用可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
駆動部に誘電体を使用した生体伝導アクチュエータが実
現できたことにより、電磁型の欠点である消費電力の低
減と形状の薄型化、及び不用振動（ノイズ）の低減、及
び音漏れの低減が可能となる生体伝導アクチュエータを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による生体伝導アクチュエ
ータを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面
図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ｃ）のＩＤ−ＩＤ線に
沿う部分側面断面図である。

【図２】本発明の実施の形態による生体伝導アクチュエ
ータの第１共振周波数付近の振動の周波数特性を示す図
である。

【図３】本発明の実施の形態による生体伝導アクチュエ
ータの音声周波数帯域の振動の周波数特性を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態による１Ｇでの駆動による
音漏れの周波数特性を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態による音声ノイズレベル
（ａ）対策前及び（ｂ）は対策を施した例を夫々示す図
である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態による生
体伝導アクチュエータの外部カバーの変形例を夫々示す
図である。

【図７】従来技術の電磁型生体伝導アクチュエータ
（ａ）正面図、（ｂ）平面半断面図、（ｃ）は（ｂ）の
VIIＣ一VIIＣ断面図、（ｄ）は（ｂ）のVIIＤ−VIIＤ断
面図である。

【符号の説明】

１駆動部２通信信号伝達部３外部カバー４音声入力部５ワイヤー６樹脂プレート１０生体伝導アクチュエータ１１圧電体１２弾性体１３重錘１４ネジ１６支持バネ１７防振材２１基板２４コーナー部１００生体伝導アクチュエータ１０１通信信号伝達部１０２音声入力部１０３固定用ワイヤー１０４防振材１０５マイク１０６基板１０７外部カバー１０８螺旋バネ１１０駆動部１１１樹脂製のプレート１１２弾性接着材１１３配線１１９ａヨーク１１９ｂ永久磁石１１９ｃプレート１１８固定部材１２１ベース１２２生体接触振動伝達部カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作者が手首、手、手掌背面部、指ある
いは爪先に接触して、通信信号の伝達を行う通信信号伝
達部と、前記通信信号伝達部を振動させる駆動部と、音
声入力部と、外部カバーにて構成される生体伝導アクチ
ュエータにおいて、前記駆動部に電気信号を振動に変換
する圧電体を使用し、前記圧電体のほぼ中央部と生体と
接触して振動を伝達する前記通信信号伝達部のほぼ中央
部を固定部材にて一体化し、前記通信信号伝達部は支持
バネを介して前記外部カバーに連結していることを特徴
とする生体伝導アクチュエータ。
【請求項２】請求項１記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記駆動部は、前記圧電体と、前記圧電体の
外周部にリング上の弾性体が接着剤にて固定され、前記
弾性体と重錘が接着剤にて固定された構造であることを
特徴とする生体伝導アクチュエータ。
【請求項３】請求項２記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記圧電体は、中央部に前記通信信号伝達部
との一体化のための貫通穴を有し、モノモルフ又はバイ
モルフ、又はマルチモルフにて構成されていることを特
徴とする生体伝導アクチュエータ。
【請求項４】請求項２記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記弾性体は、ゴム系の弾性体であることを
特徴とする生体伝導アクチュエータ。
【請求項５】請求項２記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記重鍾は、前記駆動部の第１共振周波数を
決定するための形状及び重量に調整されていることを特
徴とする生体伝導アクチュエータ。
【請求項６】請求項２記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記駆動部の第１共振周波数は、１００Ｈｚ
から８００Ｈｚであることを特徴とする生体伝導アクチ
ュエータ。
【請求項７】請求項１記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記音声入力部は、前記通信信号伝達部の側
面部に位置し、前記外部カバーの前記音声入力部側の生
体との接触する部分にギャップを設けたことを特徴とす
る生体伝導アクチュエータ。
【請求項８】請求項７記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記音声入力部は、前記通信信号伝達部から
の内部振動の影響を低減するために、前記音声入力部の
周辺に防振材を設置したことを特徴とする生体伝導アク
チュエータ。
【請求項９】請求項１記載の生体伝導アクチュエータ
において、前記外部カバーの生体側に防振材を使用し、
防振処理を施し、生体から戻る不用な振動を吸収すると
ともに、生体との密着性を向上させることを持微とする
生体伝導アクチュエータ。
【請求項１０】請求項９記載の生体伝導アクチュエー
タにおいて、前記外部カバーの生体との接触を減じ、生
体よりの不用な振動を低減するため、前記外部カバーの
生体と接触する側のコーナー部を曲面に形成したことを
特徴とする生体伝導アクチュエータ。