JP2014096739A - イヤホン - Google Patents

Abstract

【課題】 外部の音とイヤホンからの音を両方聞くことが可能であって、用途に合わせて聞き取りやすい音を調整することが可能なイヤホンを提供することを目的とする。
【解決手段】 イヤホン１であって、一端が外耳道に挿入される、両端が開放された円筒状の挿入部２と、挿入部２の側面の一部に設けられた、且つ挿入部２を外耳道に挿入した状態で一部が耳珠に接触する、入力される電気信号に応じて音響振動を発生する電気音響変換素子３が内蔵された伝達部材４と、一端が挿入部２内に設けられ、挿入部２の他端側の開口部を塞ぐとともに、挿入部２の一端と挿入部２の他端との間で移動可能な栓５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鼓膜および耳珠を振動させるイヤホンに関する。

従来から、イヤホンの一種として、音が頭蓋骨に振動して入り、蝸牛等の内耳を刺激し、蝸牛にて振動を電気信号に変換し脳に伝える骨伝導式のイヤホンが提案されている（下記、特許文献１参照）。なお、特許文献１には、筒状の貫通部の外側部に振動素子を設けたイヤホンが示されており、外部の音とイヤホンからの音を両方聞くことが可能な技術が提案されている。

特開２００４−２０８２２０号公報

ところが、特許文献１の技術は、イヤホンを人体の外耳道に嵌める構造であるが、外耳道内の空間が貫通部を介して大気中に露出された構造となる。そのため、１００Ｈｚ以下の低音を聞こうとしても、外耳道内で音がこもりにくく、人に合わせた低音に調整することが難しい。

本発明は、外部の音とイヤホンからの音を両方聞くことが可能であって、用途に合わせて聞き取りやすい音を調整することが可能なイヤホンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るイヤホンは、一端が外耳道に挿入される、両端が開放された円筒状の挿入部と、前記挿入部の側面の一部に設けられた、且つ前記挿入部を前記外耳道に挿入した状態で一部が耳珠に接触する、入力される電気信号に応じて音響振動を発生する電気音響変換素子が内蔵された伝達部材と、一端が前記挿入部内に設けられた、前記挿入部の他端側の開口部を塞ぐとともに、前記挿入部の一端と前記挿入部の他端との間で移動可能な栓とを備えている。

本発明によれば、外部の音とイヤホンからの音を両方聞くことが可能であって、用途に合わせて聞き取りやすい音を調整することが可能なイヤホンを提供することができる。

本実施形態に係るイヤホンを左の耳に装着した状態を示した概観図である。 本実施形態に係るイヤホンの概観図である。 図２のＸ−Ｘに沿った、イヤホンの断面図である。 図３の栓を取り除いた状態の断面図である。 伝達部材を構成する、振動体、接合部材および電気音響変換素子の断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるイヤホンの実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものとする。なお、図１から図４は、左の耳に装着
して使用するものを示している。図１は、本実施形態に係るイヤホンを人の左耳に装着した状態を示している。図２は、本実施形態に係るイヤホンであって、挿入部、伝達部材、栓および引掛部材を示している。図３は、図２のＸ−Ｘに沿ったイヤホンの断面を示しており、挿入部、伝達部材および栓の断面図である。図４は、図３の断面図に相当しており、図３から栓を取り除いた状態を示している。図５は、伝達部材を構成する、振動体、接合部材および電気音響変換素子の断面図であって、接合部材の構成を示している。なお、図３の矢印は、栓のスライド可能な方向を示している。

＜イヤホンの構成＞
本実施形態に係るイヤホン１は、例えば、スマートフォン、ポータブルオーディオプレーヤーまたはポータブルメディアプレーヤー等の携帯音楽端末や、ラジオ等の無線通信端末に用いるものであって、耳に装着して使用する。イヤホン１は、一端が外耳道に挿入される、両端が開放された円筒状の挿入部２と、挿入部２の側面の一部に設けられた、且つ挿入部２を外耳道に挿入した状態で一部が耳珠に接触する、入力される電気信号に応じて音響振動を発生する電気音響変換素子３が内蔵された伝達部材４と、一端が挿入部２内に設けられ、挿入部２の他端側の開口部を塞ぐとともに、挿入部２の一端と挿入部２の他端との間で移動可能な栓５とを有している。さらに、伝達部材４には、人体の耳介に引っ掛ける弾性変形可能な引掛部材６が設けられている。

挿入部２は、円筒状であって、外耳道にはめて用いるものである。挿入部２は、貫通孔Ｔが空いている。そして、挿入部２を外耳道にはめたときには、貫通孔Ｔによって外耳道内と外耳道外との空間がつながっている。

挿入部２は、変形可能な弾性体から構成されていることで、人の力で簡単に変形させて外耳道内に嵌めることができる。また、挿入部２の両端は、図３に示すように、外耳道に嵌めやすいように湾曲して、外耳道の内面が傷つかないように調整されている。そして、挿入部２は、両端の外径が両端で挟まれる領域の外形に比べて外径が小さくなるように形成されている。挿入部２の両端の外径を小さくすることで、挿入部２の一端を外耳道内に嵌めやすくすることができる。さらに、挿入部２の一端と挿入部２の他端との間には、外径が最も小さくなっている箇所を形成されていることが好ましい。挿入部２の一端と挿入部２の他端との間に、外径が最も小さくなっている箇所を設けることで、外耳道の形状は複雑にカーブするように鼓膜につながっているが、外耳道の複雑な形状に対応するように嵌まりやすくすることができる。

また、挿入部２は、弾性変形可能であって、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等の樹脂からなる。挿入部２は、円筒状の外径が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であって、内径が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定されている。挿入部２は、栓５のスライド可能な方向に沿って長さが４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に設定されている。

挿入部２は、挿入部２の側面から挿入部２の円筒状の軸と直交する方向に延在した延在部２ａを有している。延在部２ａは、接合部材７を介して電気音響変換素子３が設けられる。ここで、挿入部２の円筒状の軸とは、貫通孔Ｔの軸方向と同軸である。なお、延在部２ａは、挿入部２と別体であっても構わない。かかる場合は、延在部２ａは、挿入部２の側面に、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等からなる接着材を介して接続される。

延在部２ａは、矩形状の板状である。延在部２ａ上には、振動板８が設けられる。延在部２ａは、例えば、剛性および弾性が大きい合成樹脂等の材料を好適に用いて形成することができる。そして、電気音響変換素子３の音響振動は、振動体８を介して延在部２ａに
伝わり、伝達部材４全体を振動させることができる。なお、延在部２ａは、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等の絶縁材料から構成されている。また、延在部２ａは、板状であって、例えば一辺の長さが２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であって、厚みが１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成されている。

振動体８は、矩形状の板状である。振動体８は、例えばアクリル樹脂やガラス等の剛性および弾性が大きい材料を好適に用いて形成することができる。振動体８は、延在部２ａ上に設けられている。そして、振動体８の下面と延在部２ａの上面とが、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等からなる接着材を介して接続されている。なお、振動体８は、例えば一辺の長さが５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であって、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下に形成されている。

電気音響変換素子３は、バイモルフ構造を有する圧電体で構成されている。電気音響変換素子３は、分極された複数の圧電体層と複数の電極層とが交互に積層された構造である。そして、電気音響変換素子３は、一方主面および他方主面が屈曲するように屈曲振動することで、音響振動が発生する。また、電気音響変換素子３は、例えば、長さが１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、幅が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、厚みが０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下の直方体状の形状に設定されている。なお、電気音響変換素子３を構成する圧電体層は、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、Ｂｉ層状化合物またはタングステンブロンズ構造化合物等の非鉛系圧電体材料等から成る。電気音響変換素子３を構成する電極層は、例えば、銀またはパラジウムが含まれた合金や、この合金にセラミック成分やガラス成分を含有させたものから成る。

このような電気音響変換素子３は、例えば次のような方法によって作製することができる。まず、圧電材料の粉末にバインダー、分散剤、可塑剤および溶剤を添加して掻き混ぜて、スラリーを作製し、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを作製する。次に、グリーンシートに導体ペーストを印刷して電極層パターンを形成し、この電極層パターンが形成されたグリーンシートを積層して、積層成形体を作製した後に、脱脂、焼成し、所定寸法にカットすることにより積層体を得る。次に、表面電極を形成するための導体ペーストを印刷し、所定の温度で焼付けた後に、電極層を通じて直流電圧を印加して圧電体層の分極を行う。このようにして、電気音響変換素子３を得ることができる。

電気音響変換素子３は、振動体８上に接合部材７を介して設けられている。接合部材７は、フィルム状の形状を有しており、電気音響変換素子３の屈曲振動の振幅よりも大きい厚みを有している。また、接合部材７は、延在部２ａよりも柔らかく変形しやすいもので形成されており、延在部２ａよりもヤング率，剛性率，体積弾性率等の弾性率や剛性が小さい。すなわち、接合部材７は、変形可能であり、延在部２ａよりも変形しやすい。なお、接合部材７は、電気音響変換素子３の全周を取り囲むように設けられている。電気音響変換素子３の全周を取り囲むように接合部材７を設けることで、電気音響変換素子３と振動体８との接続強度を向上させることができ、電気音響変換素子３が振動体８から剥離しにくくすることができる。さらに、電気音響変換素子３の振動を振動体８に効率よく伝えることができる。

接合部材７は、図５に示すように、２層の粘着層７１ａ，７１ｂと、これらの間に配置された基部層７２とからなる３層構造を有している。そして、振動体８の上面に接合部材７の下面（粘着層７１ａ）が全体的に固定されているとともに、電気音響変換素子３の下面に接合部材７の上面（粘着層７１ｂ）が全体的に固定されている。

粘着層７１ａ，７１ｂは、粘弾性体で構成されており、その厚みは、例えば１０μｍ以上３０μｍ以下に設定される。粘着層７１ａ，７１ｂを構成する粘弾性体としては、例え
ばアクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等の高分子材料からなる。

基部層７２は、粘着層７１ａ，７１ｂよりも高い剛性を有しており、その厚みは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下に設定される。基部層７２は、ポリエステル等の樹脂を好適に用いて構成することができるが、例えば、粘着層７１ａ，７１ｂを構成する粘弾性体および不織布によって基部層７２を構成することが望ましい。

また、基部層７２は、不織布と粘着材とで構成されたもの、より詳細には、不織布に粘着材が含浸されたものであることが望ましい。そして、基部層７２の厚み方向（２層の粘着層７１ａ，７１ｂの一方から他方へ向かう方向）の全体に渡って、少なくとも一部が粘弾性体で構成されていることが望ましい。これにより、振動体８と電気音響変換素子３の間に働く熱応力を緩和する効果と、電気音響変換素子３の振動を振動体８へ伝達する効果の両方を高めることができる。

伝達部材４は、電気音響変換素子３から発生する音響振動が伝達される。伝達部材４は、耳にあてると軟骨を介して内耳に音を良好に伝達することができる。具体的には、挿入部２を外耳道に嵌めた状態で、一部が耳珠近傍に当接し、耳珠近傍の軟骨および皮膚に音響振動を伝達する。

伝達部材４は、挿入部２の側面に設けられ、延在部２ａを取り囲んだカバー部材であって、内部に電気音響変換素子３が内蔵される。なお、伝達部材４は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等の樹脂でコーティングされている。さらに、使用者に耳の形状に合わせて、伝達部材４の位置を調整して位置決めされている。

伝達部材４は、電気音響変換素子３を制御する信号が伝わる電気配線９が接続されている。そして、電気配線９の一端が、伝達部材４と接続されている。また、電気配線９の他端が、電気音響変換素子３を制御する電気回路や電気音響変換素子３に電源を供給する電源と電気的に接続されている。なお、電気配線９は、電気音響変換素子３と電気的に接続されたワイヤと接続されている。

栓５は、一端が挿入部２内に設けられる。栓５は、挿入部２の他端側の開口部に位置する貫通孔Ｔを塞ぐ部材であって、挿入部２内の空間の大きさを調整することができる。栓５は、栓５の一端が、挿入部２内の空間である貫通孔Ｔを塞いでいる。栓５は、挿入部２の一端と挿入部２の他端との間で移動可能に設けられている。

栓５は、挿入部２が電気音響変換素子３からの音響振動によって振動し、挿入部２内の空間を振動させて特定周波数領域の音波を発生させる。栓５と外耳道との間で音波が振動して鼓膜を震わせることができる。栓５は、挿入部２内を移動することで、音波の周波数領域を変更することができる。つまり、挿入部２の一方を外耳道に嵌めると、栓５の振動が挿入部２の貫通孔Ｔ内の空気を震わせて、気導音が外耳道内の鼓膜を振動させることができる。なお、栓５は、例えば、カーボン、液晶ポリマーフィルムまたはカーボンナノチューブ等の振動膜から構成されている。栓５は、外部の音が鼓膜に伝わりやすくするように、ポーラス材料から構成されていてもよい。

栓５は、一端に貫通孔Ｔに嵌まる凸部５ａと、挿入部２の他端に取っ手部５ｂと、凸部５ａと取っ手部５ｂとの間に貫通孔Ｔをスムーズに移動可能な棒状部５ｃとを有している。凸部５ａは、挿入部２の内径に対応する大きさである。凸部５ａは、例えば、直径が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であって、厚みが５ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定されている。取っ手部５ｂは、円柱状であって人の指でつまむことが可能な大きさに設定されている。取っ手部５ｂは、例えば、直径が５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であって、栓５のスライド可能な方
向に沿って長さが５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されている。棒状部５ｃは、円柱状であって、例えば直径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であって、栓５のスライド可能な方向に沿って長さが３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下に設定されている。

栓５は、凸部５ａが挿入部２内の一端にまでスライドして、鼓膜に最も近い状態になった場合は、鼓膜と凸部５ａとの間の距離が最も短くなり、外部からの音が人に伝わりにくくなる。これは、鼓膜と凸部５ａとの間の空間が小さくなるため、外部の音がその空間にまで振動して伝わりにくくなるためである。そして、電気音響変換素子３からの音響振動による音が、外部からの音に比べて人に伝わりやすくなる。さらに、鼓膜と凸部５ａとの間の空間を最小にすることで、その空間に音がこもりやすくなり低音の周波数領域まで発生させることができる。

また、栓５は、凸部５ａが挿入部２内の他端にまでスライドして、鼓膜から最も遠い状態になった場合は、鼓膜と凸部５ａとの間の距離が最も長くなり、外部からの音が人に伝わりやすくなる。これは、鼓膜と凸部５ａとの間の空間が大きくなるため、外部の音がその空間にまで振動して伝わりやすくなるためである。そして、電気音響変換素子３からの音響振動による音が、人に伝わりにくくなる。このように、栓５を挿入部２に対してスライドさせることで、外部の音を聞き取りたいときや、電気音響変換素子３の音を中心に聞き取りたいとき等、人の用途に合わせて聞こえる音の大きさを手動で自由に調整することができる。つまり、人の用途に合わせて、いつでもどこでも手動で聞き取りやすい音を選択することができる。

引掛部材６は、耳介に装着し、耳介の裏側と側頭部との間に位置するものである。引掛部材６は、耳介形状に合うように形成されており、使用者の耳の形や大きさに合わせたものが用いられる。引掛部材６は、耳介の付け根と接触する部分が耳介の付け根の形状に沿って湾曲している。引掛部材６は、耳の裏側に設けることができ、外から引掛部材６の大部分を耳の表側から隠すことができる。なお、引掛部材６の表面は、凹凸を設けてもよい。凹凸を設けることで、使用者の耳と接触する部分を少なくし、外耳道が蒸れるのを抑制し、不快感を低減することができる。

引掛部材６は、弾性変形可能なプラスチックからなり、その表面が樹脂で覆われている。樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコンまたはウレタンゴム等であって、人体に悪影響を与えない材料からなる。引掛部材６の表面を樹脂でコーティングすることで、耳に装着したときに、耳との摩擦を少なくし、耳にフィットして長時間使用できるようにすることができる。

引掛部材６の一端は、耳垂（耳たぶ）側にまで延在している。また、引掛部材６の他端は、耳介の表側にまで延在している。そして、引掛部材６の他端には、電気音響変換素子３を内蔵した伝達部材４が設けられている。

本実施形態に係るイヤホン１は、挿入部２を外耳道に嵌めて使用した状態で、外耳道外に位置する伝達部材４の一部が耳珠に当接する。挿入部２は、外耳道に嵌まることで、人の上下運動の動作によっても外れにくく、良好に耳介に固定し続けることができる。また、仮に挿入部２そのものが大きく振動する構造と比較して、挿入部２そのものが大きく振動することがなく、外耳道の表面とこすれて徐々に外れ落ちるような虞を低減することができる。さらに、耳珠に接触する伝達部材４の内部に電気音響変換素子３を内蔵させて、伝達部材４そのものを振動させて、挿入部２が振動しにくい構造を実現することができる。

また、本実施形態に係るイヤホン１は、引掛部材６を耳に引掛けて、さらに挿入部２を
外耳道に嵌めて使用した状態で、伝達部材４が耳珠に当接することで、良好に耳介に固定し続けることができる。単に、外耳道に挿入部２を嵌めた構造と比較して、耳介に引掛けた引掛部材６を設け、さらに挿入部２を外耳道に嵌めることで、イヤホン１が耳介から外れにくくすることができる。

また、耳に引っ掛ける引掛部材６内に電池や電気回路を設けても良い。引掛部材６内に、電池や電気回路電源を設けた場合は、外部電源等から配線を延ばす必要がなくなり、使用者が自由に行動してイヤホン１を使用しやすくすることができる。

また、電気音響変換素子３として圧電素子を用いることが好ましい。圧電素子を用いた場合は、骨伝導スピーカーと異なり、圧電素子にて発生される音響振動が小さくてすむ。そのため、耳珠近傍に電気音響変換素子３を配置しても、使用者の顔が振動しすぎることがなく、頭蓋骨を振動させにくくすることができる。その結果、使用者が長時間使用しても頭痛が発生するような虞が少なく、長時間快適に使用することができる。

なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、栓５を挿入部２に対して一時的に固定することが可能な固定部材を挿入部２に設けて、栓５が勝手に挿入部２からスライドすることがないようにするようにしてもよい。また、栓５の貫通部Ｔの入り口に隙間を設けて、鼓膜に伝わる気導音の大きさや音質を調整するようにしてもよい。そして、外部の音が挿入部２の貫通孔Ｔを通りやすくすることで、外部の音を集中して聞きやすくすることができ、仕様の自由度を向上させることができる。

１ イヤホン
２ 挿入部
２ａ 延在部
３ 電気音響変換素子
４ 伝達部材
５ 栓
５ａ 凸部
５ｂ 取っ手部
５ｃ 棒状部
６ 引掛部材
７ 接合部材
７１ａ，７１ｂ 粘着層
７２ 基部層
８ 振動板
９ 電気配線
Ｔ 貫通孔

Claims (4)

1. 一端が外耳道に挿入される、両端が開放された円筒状の挿入部と、
   前記挿入部の側面の一部に設けられた、且つ前記挿入部を前記外耳道に挿入した状態で一部が耳珠に接触する、入力される電気信号に応じて音響振動を発生する電気音響変換素子が内蔵された伝達部材と、
   一端が前記挿入部内に設けられた、前記挿入部の他端側の開口部を塞ぐとともに、前記挿入部の一端と前記挿入部の他端との間で移動可能な栓とを備えたことを特徴とするイヤホン。
2. 請求項１に記載のイヤホンであって、
   前記栓は、前記挿入部の他端の外にまで延在する棒状部を有していることを特徴とするイヤホン。
3. 請求項２に記載のイヤホンであって、
   前記伝達部材は、前記挿入部の側面から前記棒状部に直交する方向に延在した延在部を有しており、前記延在部に接合部材を介して前記電気音響変換素子が設けられていることを特徴とするイヤホン。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のイヤホンであって、
   前記伝達部材には、耳介に引っ掛ける弾性変形可能な引掛部材が設けられていることを特徴とするイヤホン。
   

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