JP2009118396A - 送受話装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波ノイズの多い環境下で使用する場合において、骨伝導スピーカを用いた送受話装置の発熱を低く抑えることのできる安全性の高い送受話装置を提供する。
【解決手段】 圧電型骨伝導スピーカを用いた送受話装置であり、前記骨伝導スピーカ２１に圧電素子と一体に温度センサ（サーミスタ）２５を内蔵するように構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、通信機等本体に接続し、骨伝導スピーカを利用した骨伝導送受話を行なうことが可能な通信機等用送受話器で、予め通信機等に取り付けられ、あるいは、既存の通信機等に付け替えて用いるものに関する。

音情報を人の聴覚器官である内耳に伝達する受話装置には、気導式と骨導式とがあり、音響発生部（以下、スピーカとよぶ）となる振動体の構成が相違している。気導式による受話装置は、外耳道の入り口部にスピーカを当てるなどして、外耳等の入口部から外耳道、鼓膜を含む中耳伝音系を介して気導経由で音声情報を内耳へ伝達するように設計されている。

骨導式による受話装置は、耳介近傍、下顎骨らの骨組織上の皮膚に振動子を圧着することにより、骨組織を介して中耳伝音系を介さずに、直接的に音声情報を内耳へ伝達するように設計されている。このような骨導式による受話装置が使用される目的は、主に、中耳の機能が低下した場合の難聴者向けの補聴であるが、近年では健聴者に対しても聴き取りやすい受話手段として活用され始めている。

気導式による受話装置としては、いわゆるヘッドフォンと呼ばれる受話装置が汎用されているが、骨導式による受話装置に関連する従来技術としては、例えば骨伝導スピーカを筐体に取り付けるとともに、外耳道の閉塞機能を有し、気導音を遮断して骨導音を聴き取りやすくした携帯電話機や、電磁式の骨伝導スピーカを筐体内面に取り付けて筐体振動を含むスピーカとして、骨伝導音をも聴取できる携帯電話機が提案されている。

図５は、従来の骨伝導スピーカを有する携帯電話機を示す斜視図である。図５に示す携帯電話機は、電話機本体５１の上部内部に骨伝導スピーカ５２を具備し、振動面５３に接合する挿入部材５４を備え、この挿入部材５４を外耳道に挿入することで、気導音を遮断して骨導音を聴き取りやすくしたものである。このような骨導式による受話装置は、特許文献１に開示されている。

また図６は、従来の骨伝導スピーカを有する携帯電話機を示す部分断面図である。図６に示す携帯電話機は、ヨーク６２とマグネット６３とボイスコイル６４及び振動板６５からなる電磁式の骨伝導スピーカ６６が、ハウジング６１の内面に配置されている。この構成によれば、骨伝導スピーカ６６が発生する音響振動が、振動板６５を介してハウジング６１を振動させるので、空気振動音が発生し、気導経由で音声を聞くことが出来、さらにハウジング６１を外耳に押圧することで、骨伝導音も聴取可能としている。このような骨導式による受話装置は特許文献２に開示されている。

また、図７は、従来の骨伝導スピーカを有する携帯電話機を示す斜視図である。図７に示す折り畳み型の携帯電話機７１は、骨伝導による音声と気導音による音声との両方が聴取可能な携帯電話機７１となり、さらに骨伝導スピーカ７７を耳の耳珠近傍に押圧する押圧力を調整することで前記骨伝導による音声と気導音による音声とのバランスを制御することが出来、需要者にとって最適な状態での音声の聴取を可能としている。このような骨伝導式による受話装置は特許文献３に開示されている。

特開 ２００３−３４８２０８号公報 特開 ２００４−１８７０３１号公報 特開 ２００７−１８９５７８号公報

本発明の技術的課題は、高周波ノイズの多い環境下で使用する場合において、骨伝導スピーカを用いた送受話装置の発熱を低く抑えることのできる安全性の高い送受話装置を提供することである。

従来の骨導式による送受話装置においては、圧電型骨伝導スピーカは、容量性である為、高周波領域にいくに従って低いインピーダンス特性となる。この為、スピーカに高い周波数成分が入力された場合、電流がより多く流れ、発熱しやすい傾向となる。携帯電話においては、通常は通信環境が高品質であり、高周波ノイズはカットされる為、発熱の問題は無い。

しかし、トランシーバー等の高周波ノイズの多い環境下で使用する場合においては、駆動アンプから圧電型骨伝導スピーカに高周波信号が流れる為、必然的に高周波電流が増えることになる。この為、インピーダンス特性に応じて発熱が増え易い環境になる。高周波ノイズとしてピンクノイズを発生させた環境下において、１分間で４３℃まで温度上昇した例もあり、長時間使用時にはこれ以上の温度となる可能性も考えられる。

そこで、これまでの圧電型骨伝導スピーカにおいては、高周波ノイズの多い環境下におけるデバイス自身の温度特性を極めて慎重に測定し、発熱の問題が無いことが確認されてから市場に投入されていた。

このように、骨伝導スピーカは高周波ノイズの多い環境下で使用する場合においては、駆動アンプから圧電型骨伝導スピーカに高周波信号が流れる為、必然的に高周波電流が増えることになり、インピーダンス特性に応じて発熱が増え易くなる。したがって、高周波ノイズの多い環境下で使用する場合に用いる骨伝導スピーカを用いた送受話装置としては、温度特性の要求面の制約が大きく、小型化、インピーダンス特性の自由度の確保、温度特性の測定の点で問題があった。

本発明は上述した問題点を解決すべくなされたもので、骨伝導スピーカを用いた送受話装置において、高周波ノイズの多い環境下で使用する場合の発熱の問題を解決した送受話装置を提供するものである。

即ち、本発明によれば、骨伝導スピーカを用いた送受話装置であって、前記骨伝導スピーカに温度センサを内蔵したことを特徴とする送受話装置が得られる。

また、本発明によれば、前記骨伝導スピーカが圧電素子を用いた圧電型骨伝導スピーカであって、前記温度センサが、前記圧電素子と一体に構成されることを特徴とする送受話装置が得られる。

また、本発明によれば、前記温度センサが、サーミスタで構成されることを、特徴とする送受話装置が得られる。

本発明によれば、骨伝導スピーカを用いた送受話装置を、高周波ノイズの多い環境下で使用する場合においても、発熱に対応することができ、温度特性の要求に応えられる送受話装置を提供することが、可能になった。そのため、市場に投入までの時間を短縮することができ、市場テストの効率化が計れ、小型化、インピーダンス特性の自由度の確保も可能になる。

また、本発明による温度検出機能付の送受話装置であれば、高温環境で作業している作業者の周囲の温度を測定し、作業管理者へ安全な温度環境なのかを知らせること等も、可能となる。

本発明の送受話装置について、図１に本発明の実施の形態に係る骨伝導スピーカを有する携帯電話機の斜視図を示す。本発明の実施の形態に係る、携帯電話機１１を説明する。本発明の骨伝導スピーカ１７は、折り畳み型の携帯電話機１１の送受話装置１６に組み込まれている。温度センサは、骨伝導スピーカ１７に内蔵されている。

圧電型の骨伝導スピーカ１７は、小型薄型の圧電素子をフレキシブルパターン基板で包み、それをモールドしている。このフレキシブルパターン基板にはスペースに余裕がある為、温度センサを搭載することが可能である。温度センサで骨伝導スピーカの温度を把握して温度が高くならないように温度を調節することで、骨伝導スピーカの発熱の問題に対処することができる。

温度センサとしては、チップサーミスタを用いるのが、この場合は好適である。チップサーミスタからの配線をフレキシブルパターン基板の外部電極に出して、駆動回路側で骨伝導スピーカの温度を把握するように構成できる。図２に小型軽量化が要求される携帯機器に一般に用いられるチップＮＴＣサーミスタの温度特性の一例を示す。

サーミスタの温度特性は次式（１）に与えられる。
Ｒ１＝Ｒ２×ｅｘｐ｛Ｂ×（１／Ｔ１−１／Ｔ２）｝ ・・・・・（１）
Ｂ：Ｂ定数（サーミスタ特性）、Ｒ１：熱検知後の抵抗値、Ｒ２：常温での抵抗値、
Ｔ１：変化後の温度（絶対温度）、Ｔ２：常温（絶対温度）

モールドにチップサーミスタを内蔵させ、温度が高くならないように駆動回路側で調整を行うことで、発熱の問題に対処できるようになる。温度調整方法として簡単で有効な方法としては、次のように構成すれば良い。チップサーミスタは負の温度特性を持つものを用い、チップサーミスタを駆動回路の増幅率を決める抵抗に使うように回路を構成する。このようにすると、温度上昇があった場合、増幅率を減らすことになり、骨伝導スピーカの発熱による温度上昇を抑制することができる。また、骨伝導スピーカが動作していないときには、回路的に切り替えて周囲の温度も計測可能である。

次に具体的な実施例を挙げ、本発明の送受話装置についてさらに詳しく説明する。

図３は、本発明の実施例に係る骨伝導スピーカの説明図で、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。

ＮＥＣトーキン製圧電セラミックのＮ１７材をベースにして、一層７０μｍのグリーンシート（焼成されていない生シート）を作成し、銀とパラジュームよりなる内部電極２３を印刷したあと、熱プレスでこのグリーンシートを４層積層したあと、裁断して焼成して得られた矩形状の圧電セラミック板２２（Ｌ３０ｍｍ×Ｗ４ｍｍ×ｔ０．２ｍｍ）を準備する。この圧電セラミック板２２に燐青銅板２４（Ｌ３３ｍｍ×Ｗ４ｍｍ×ｔ０．０１ｍｍ）をエポキシ系接着剤２７で接着し、分極処理したあと、リード線を半田付けして、圧電バイモルフ素子２８とした。

リード線の半田付けパターンに沿わせてチップサーミスタ２５を実装させる。これの表面にウレタンゴム２６の層を被覆した。被覆は金型を用いて行い、外形をＬ３４ｍｍ×Ｗ１８ｍｍの形状にして全体の厚みｔは３ｍｍとした。このようにして、温度センサと一体化した骨伝導スピーカ２１を形成した。

上述の形状において外部端子として、骨伝導スピーカ用プラスとマイナス、チップサーミスタ両端子の計４端子の構成とした。このようにすることで、スピーカとして駆動する場合の、スピーカ用プラスとマイナスの端子と、温度センサとして使用する場合の、チップサーミスタ両端子を、各々に使用することができる。

図４は、本発明の実施例に係る回路図で、（ａ）部はサーミスタ切換回路、（ｂ）部は温度調整回路、（ｃ）部は温度センサ回路である。回路は、大きく３つに分けられており、一個のサーミスタ３１を、温度調整用と温度センサ用に使い分ける為の（ａ）部のサーミスタ切換回路が設けられている。温度調整方法として、駆動信号３４の増幅率を変えてやる（ｂ）部の温度調整回路が設けられている。又、温度センサとして、サーミスタ３１の温度による抵抗変化を電圧に変換して温度として取り込む（ｃ）部の温度センサ回路が設けられている。

（ａ）部のサーミスタ切換回路について説明する。サーミスタ切換回路は、サーミスタ３１を温度調整用と温度センサ用と、２通りに使用する為アナログスイッチ３２を使い選択信号３３に従ってサーミスタ３１からの両端子接続を切り換えている。選択信号３３が、「Ｈ」（ＯＮ）の時、アナログスイッチ３２によりサーミスタ３１は、ＣＯＭ１−ＮＯ１、ＣＯＭ２−ＮＯ２と接続され温度調整用となる。また、選択信号３３が、「Ｌ」（ＯＦＦ）の時、アナログスイッチ３２によりサーミスタ３１は、ＣＯＭ１−ＮＣ１、ＣＯＭ２−ＮＣ２と接続され温度センサ用となる。

サーミスタ３１は、骨伝導スピーカ２１と一体化する為、１００５タイプ（Ｌ１．０ｍｍ×Ｗ０．５ｍｍ×ｔ０．５ｍｍ）のチップＮＴＣサーミスタを用いた。温度特性は、図２に示している。

（ｂ）部の温度調整回路について説明する。温度調整回路は、サーミスタ３１をオペアンプＡ３５の増幅率を決める抵抗として用いて、骨伝導スピーカの駆動信号３４の増幅率を調整する。（ｂ）部の温度調整回路において、Ｒ１＝１００ｋΩ、Ｒ２＝Ｒ３＝３３ｋΩ、Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ６＝Ｒ７＝３３ｋΩ、とすると 駆動信号Ｖｉｎの増幅率は、（サーミスタ抵抗値／Ｒ１）となり、駆動信号Ｖｉｎは、次式（２）で増幅される。

Ｖｏｕｔ＝（サーミスタ抵抗値／Ｒ１）Ｖｉｎ・・・・・（２）
回路構成としては、反転増幅のオペアンプＡ３５とオペアンプＢ３６を、組み合わせて用いている。

図２の温度特性のチップサーミスタを用いて、実際の増幅率を算出すると表１のようになる。

温度調整回路により、骨伝導スピーカｋ駆動回路３７に送られる信号Ｖｏｕｔが、温度によって調整され、温度が上昇すると増幅率を下げて発熱による温度上昇を抑制することができる。

（ｃ）部の温度センサ回路について説明する。温度により変化するサーミスタ３１の抵抗を定電圧回路３８の電圧をサーミスタ３１と抵抗Ｒ８で分圧することにより、電圧出力Ｖｔに変換して、その出力を８ｂｉｔＡ／Ｄコンバータ３９でデジタル変換して、マイコン４０へ温度データとして入力する。マイコン４０は、サーミスタ３１の温度による抵抗変化の電圧変換値を温度の値に変換する。マイコン４０は、温度の値により判断して、色々な制御信号４１を出力して各種処理を行わせる。

（ｃ）部の温度センサ回路において、Ｒ８＝１００ｋΩ、定電圧回路３８出力電圧Ｖｒｅｆとすると、温度出力電圧Ｖｔは次式（３）で電圧変換される。

Ｖｔ＝（Ｒ８／（サーミスタ抵抗値＋Ｒ８））Ｖｒｅｆ ・・・・・（３）

図２の温度特性のチップサーミスタを用いて、実際の電圧を算出すると表２のようになる。

温度センサ回路により、周囲の温度を検出することが可能になり、マイコンでソフト処理する事により温度によって警報を鳴らすなど色々の対応が取れるようになり、安全な温度環境の中で作業することができる。

また、骨伝導スピーカの構成は回路を切り換えて使用すれば、骨伝導マイクとして使用できるので、骨伝導のみによる送受話を可能とすることもできる。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の骨伝導スピーカを用いた送受話装置を用いることにより、高周波ノイズの多い環境下で使用する場合において、発熱を低く抑えることのできる安全性の高い送受話装置を提供するとともに、市場に投入までの時間を短縮することができ、市場テストの効率化が計ることができる。

また、本発明による温度検出機能付の送受話装置であれば、高温環境で作業している作業者の周囲の温度を検出し、作業管理者へ安全な温度環境なのかを知らせることができる。

本発明の実施の形態に係る骨伝導スピーカを有する携帯電話機の斜視図。 本発明の実施の形態に係るチップサーミスタの特性図。 本発明の実施例に係る骨伝導スピーカの説明図。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図。 本発明の実施例に係る回路図、（ａ）部はサーミスタ切換回路、（ｂ）部は温度調整回路、（ｃ）部は温度センサ回路。 従来の骨伝導スピーカを有する携帯電話機の斜視図。 従来の骨伝導スピーカを有する携帯電話機の斜視図。 従来の骨伝導スピーカを有する携帯電話機の斜視図。

符号の説明

１１ 携帯電話機
１２ 第一の筺体
１３ 第二の筺体
１４ 凹部
１５ 蝶板部
１６ 送受話装置
１７ 骨伝導スピーカ
２１ 骨伝導スピーカ
２２ 圧電セラミック板
２３ 内部電極
２４ 燐青銅板
２５ チップサーミスタ
２６ ウレタンゴム
２７ エポキシ系接着剤
２８ 圧電バイモルフ素子
３１ サーミスタ
３２ アナログスイッチ
３３ 選択信号
３４ 駆動信号
３５ ＯＰＡ（オペアンプＡ）
３６ ＯＰＢ（オペアンプＢ）
３７ 駆動回路
３８ 定電圧回路
３９ ８ｂｉｔ Ａ／Ｄ コンバータ
４０ マイコン
４１ 制御信号
５１ 電話機本体
５２ 骨伝導スピーカ
５３ 振動面
５４ 挿入部材
６１ ハウジング
６２ ヨーク
６３ マグネット
６４ ボイスコイル
６５ 振動板
６６ 骨伝導スピーカ
７１ 携帯電話機
７２ 第一の筺体
７３ 第二の筺体
７４ 凹部
７５ 蝶板部
７６ 受話装置
７７ 骨伝導スピーカ

Claims (3)

1. 骨伝導スピーカを用いた送受話装置であって、前記骨伝導スピーカに温度センサを内蔵したことを特徴とする送受話装置。
2. 前記骨伝導スピーカが圧電素子を用いた圧電型骨伝導スピーカであって、前記温度センサが、前記圧電素子と一体に構成されたことを特徴とする請求項１記載の送受話装置。
3. 前記温度センサが、サーミスタで構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の送受話装置。

Images