JP2024035864A - モジュール及びウェアラブル機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機器内に設けられた圧電発音ユニットにより良好な音圧でビープ音等を発音させることができる。【解決手段】モジュールが、生体情報取得部である生体センサ５１（心拍センサ等）が搭載された基板５２と、基板５２に重畳され、圧電体７１を含む圧電発音ユニット７と、基板５２と圧電発音ユニット７との間に設けられた緩衝部材６と、を備え、圧電発音ユニット７は、圧電体７１の面方向における中心位置Ｃ２が、基板５２の面方向における中心位置Ｃ１からずれた位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、モジュール及びウェアラブル機器に関する。

従来、非侵襲的に生体に関する各種情報を取得することのできる生体情報取得部（各種生体センサ等）を搭載した機器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような生体情報取得部を備える機器では、生体情報をセンシングする部分（生体センサ等）が生体に近接した位置に配置可能となっていることが必要である。

また各種のウェアラブル機器等において、ビープ音を発生させる（ブザーを鳴らす）ことでユーザ等に対して各種報知を行う発音部（圧電発音ユニット）を有するものが知られている。このような発音部（圧電発音ユニット）では、例えば圧電体（圧電素子）に変動電圧を印加することで周期的に変形させ、当該圧電体が貼着された振動板を振動させることでビープ音を発生させることができる。

特開２０２１－０１３４０４号公報

しかしながら、生体情報取得部（各種生体センサ等）を搭載したウェアラブル機器では、ユーザビリティ等の観点から、聞き取りやすい良好な音圧でビープ音を発生させる必要がある。

本発明はこうした課題を解決するためのものであり、機器内に設けられた圧電発音ユニットによりビープ音等を発音させる場合に、音圧の低減を抑制して良好な音圧で発音させることができるモジュール及びウェアラブル機器を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明に係るモジュールは、
生体情報取得部が搭載された基板と、
前記基板に重畳され、圧電体を含む圧電発音ユニットと、
前記基板と前記圧電発音ユニットとの間に設けられた緩衝部材と、
を備え、
前記圧電発音ユニットは、前記圧電体の面方向における中心位置が、前記基板の面方向における中心位置からずれた位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、圧電発音ユニットにより良好な音圧で発音させることができる。

実施形態における時計の要部側断面図である。 図１に示す裏蓋部材側に配置される主な部品の要部分解斜視図である。 （ａ）は、実施形態における基板のセンサ搭載側の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す基板の裏面側の平面図である。 （ａ）は、実施形態における圧電発音ユニットの視認側の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す圧電発音ユニットの非視認側の平面図である。 本実施形態における裏蓋部材と裏蓋部材の上に配置される部品の要部断面図である。

図面を参照しつつ、本発明に係るモジュール（基板の固定構造）及びモジュールを備えるウェアラブル機器の一実施形態について説明する。本実施形態ではウェアラブル機器が使用者の腕に装着して用いられる電子時計である場合を例示して説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

［構成］
図１は、本実施形態におけるウェアラブル機器（以下単に「時計」とする。）の要部断面図である。また図２は、図１に示す時計の裏蓋側の主な部材を示す要部分解斜視図である。

図１に示すように、本実施形態におけるウェアラブル機器である時計１００は、機器ケース１を有している。
本実施形態の機器ケース１は、上下が開口した中空の短柱形状に形成されており、内部の中空部分が各種部品を収納する収納空間を構成している。
機器ケース１は、例えばエンジニアリング・プラスチックやスーパーエンジニアリング・プラスチック等の比較的硬質の合成樹脂によって形成されている。なお、機器ケース１を形成する材料はここに例示したものに限定されない。機器ケース１は、例えばＳＵＳ等の金属材料で形成されていてもよい。

機器ケース１の図２における外側部等には、ユーザが各種入力操作を行う各種操作ボタン１２（押ボタンやりゅうず等）が設けられている。
また図示は省略するが、機器ケース１の外側面には、アナログ時計における１２時位置と６時位置に、図示しないバンドが取り付けられる一対のバンド取付け部（図示せず）が設けられている。
さらに、機器ケース１の表面側（時計における視認側）の開口部分は、図示しない風防部材により閉塞されている。風防部材は、例えばガラス材料や透明な樹脂材料等により形成された透明な部材（カバー部材）である。その他機器ケース１の表面側（時計における視認側）には、開口部分を囲むように図示しない外装部材（ベゼル）が設けられていてもよい。

詳細な図示及び説明は省略するが、機器ケース１の内部には、ウェアラブル機器である時計１００の制御部、動作部やバッテリ等が収容されている。
時計１００がデジタル表示方式である場合には、動作部として、液晶（Liquid Crystal）表示パネル等を含む表示部等を備え、この表示部が時計の表面側（視認側、図１において上側）に配置される。また時計１００がアナログ表示方式である場合には、動作部として、上記各構成の代わりに指針、当該指針を回転動作させる歯車列（輪列機構）や駆動部（モータ等）等を有する。なお時計１００は、デジタル方式とアナログ方式の両方を有するハイブリッドタイプでもよく、この場合には、双方の構成部を動作部として有する。
制御部は、図示しない回路基板上等に実装されており、動作部による表示動作等を制御する。図１では、これら動作部と制御部とをまとめてムーブメント３とする。

機器ケース１の裏面側（時計における非視認側）の開口部分は、裏蓋部材２により閉塞
されている。なお、裏蓋部材２は機器ケース１と一体的に形成されていてもよい。
また裏蓋部材２は、図示しない防水リング等を介して機器ケース１に取り付けられることが好ましい。防止リング等を介して裏蓋部材２を取り付けることで、機器ケース１内の防水性（気密性）を確保した状態で、機器ケース１の裏面側（時計における非視認側）の開口部分を閉塞することができる。

図１及び図２に示すように、裏蓋部材２における面内のほぼ中央部には、凹部２１が形成されている。
凹部２１内には、生体センサユニット５（図５参照）が配置される。生体センサユニット５は、生体情報取得部としての生体センサ５１と、生体センサ５１を搭載した基板５２とを含んでいる。
また凹部２１内であって、生体センサユニット５を裏蓋部材２に組み付けたさに生体センサ５１が位置する部分は窓部２２となっている。

生体センサ５１は、生体の生体情報を取得可能なセンサであって、例えば心拍センサ、血圧センサ、血中酸素濃度測定センサ等である。生体センサ５１は生体の情報を取得するものであればよく、ここに例示したものに限定されない。生体センサ５１は複数の生体情報に対応できるものであってもよい。
生体センサ５１は、例えばＬＥＤ（Light Emittng Diode）を含む発光部、ＰＤ（Photo
Diode）を含む受光部（いずれも図示せず）を備えている。

例えば心拍等の生体情報を取得する際には、生体センサ５１の発光部が生体であるユーザの腕等に対して光を照射する。発光部が照射する光は例えば比較的肌の浅い部分で反射する緑色の光である。なお、発光部から照射される光は緑色に限定されない。発光部は取得する生体情報の種類、用途に応じて複数種類の光を照射可能であってもよい。
受光部は発光部から照射された光が腕で反射される反射光を受光する。そして、反射光の受光光量を示す検出信号を検出情報として出力する。
検出情報は、基板５２等に搭載された図示しない演算部で処理され、ユーザの心拍数等が算出される。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態における生体センサユニットの基板の平面図である。図３（ａ）は、生体センサユニット５を裏蓋部材２に組み付けた際に、裏面側（時計における非視認側、図１及び図２における下側）となる面側から基板５２を見た図であり、図３（ｂ）は、生体センサユニット５を裏蓋部材２に組み付けた際に、表面側（時計における視認側、図１及び図２における上側）となる面側から基板５２を見た図である。

本実施形態における基板５２は、折り曲げ変形が可能なフレキシブルプリント配線板（以下これを「ＦＰＣ」という）で構成されており、図中二点鎖線で示した箇所は、裏蓋部材への組み込み時に山折りされる箇所である。点線で示した箇所は、裏蓋部材２への組み込み時に谷折りされる箇所である。
基板５２の一端には、生体センサ５１が搭載されるメイン基板本体５３ａが設けられている。また、その他の回路素子等が搭載される補助基板本体５３ｂがＦＰＣを介してメイン基板本体５３ａに接続されている。
また基板５２の他端側は、ムーブメント３内の図示しない回路基板（本体基板）に接続されている。

またメイン基板本体５３ａ上には、生体センサ５１の光漏れを防止するために、生体センサ５１の厚みと同等以上の厚みの緩衝部材６１が配置されている（図３（ａ）参照）。
さらに、メイン基板本体５３ａにおける、生体センサ５１が搭載される面とは逆側の面
上には、緩衝部材６が貼着されている（図３（ｂ）参照）。
緩衝部材６１及び緩衝部材６は、衝撃吸収性に優れる各種樹脂等で形成される。緩衝部材６の材料としては、例えばマイクロセルポリマーシート（例えば株式会社ロジャースイノアック製の「PORON」（登録商標）等）のような高機能ウレタンフォームが好適に用いられる。なお緩衝部材６１及び緩衝部材６を形成する材料はこれに限定されない。緩衝部材６１と緩衝部材６とでそれぞれ形成する材料が異なっていてもよい。

またメイン基板本体５３ａにおいて生体センサ５１が搭載される側は、絶縁シート５５を介して、裏蓋部材２の凹部２１内に配置される。絶縁シート５５は、例えばメイン基板本体５３ａと裏蓋部材２とで挟み込んで固定されている。

さらに、生体センサユニット５の上側（裏蓋部材２とは逆側、時計における視認側）には、緩衝部材６を介して、ビープ音を発生させる（ブザーを鳴らす）ことでユーザ等に対して各種報知を行う圧電発音ユニット７が配置される。なお図２に示すように、圧電発音ユニット７の上側（視認側）には、衝撃吸収用の緩衝部材５７が配置され、圧電発音ユニット７を衝撃から保護するようになっている。なお、緩衝部材５７は、圧電発音ユニット７の振動（後述）を阻害しないように、圧電発音ユニット７の外周側に配置されることが好ましい。
図４（ａ）は、圧電発音ユニットを視認側（図１及び図２における上側）から見た平面図であり、図４（ｂ）は、圧電発音ユニットを非視認側（図１及び図２における下側）から見た平面図である。
緩衝部材６を介して生体センサユニット５の上に圧電発音ユニット７を配置する際には、図４（ｂ）に示す側が緩衝部材６と対向する（図２参照）。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態の圧電発音ユニット７は、圧電体７１が金属板部材７２に接着されたユニモルフ構造体である。圧電体７１は、例えば図示しない電極を形成した圧電セラミックス（圧電磁器板）であり、金属板部材７２は例えばＳＵＳ等の板金であって、圧電発音ユニット７は圧電体７１に金属板部材７２を接着することで構成される。なお、金属板部材７２はＳＵＳに限定されず、黄銅やニッケル等であってもよい。
圧電発音ユニット７では、電圧をかけることで圧電体７１（圧電セラミックス、圧電磁器板）が伸びる一方、圧電体７１に接着されている金属板部材７２は伸縮しない。これにより、圧電発音ユニット７に電圧がかかると圧電発音ユニット７全体が曲がり、圧電発音ユニット７に逆向きの電圧をかけると逆向きに曲がる。このため、電圧の向きが交互に変わるように信号を入力することで圧電発音ユニット７全体が交互に異なる向きに曲がり、これを繰り返すことで振動し、音波が発生して、ビープ音を出力させる。

圧電発音ユニット７の非視認側の面には、図４（ｂ）に示すように、外周縁に沿って両面テープ５６が貼着されている。裏蓋部材２の内側（図２において上側）の面には、圧電発音ユニット７の形状に合わせて一段掘り下げられた段部２３が形成されており、圧電発音ユニット７は、裏蓋部材２の段部２３内に配置され、両面テープ５６により貼着される。

図５は、裏蓋部材の内側に配置された生体センサユニット及び圧電発音ユニットの位置関係を模式的に示した断面図である。
図５に示すように、生体センサ５１が窓部２２から外部に（直接又はガラス等を介して間接に）露出するように生体センサユニット５を裏蓋部材２の内側に配置した場合に、生体センサユニット５の基板５２が凹部２１内にほぼ平らに配置され、その上に、緩衝部材６を介して圧電発音ユニット７が配置される。
これにより、生体情報取得部である生体センサ５１が外部の生体（例えばユーザの腕等
）と対向して近接可能となる位置に基板５２が固定され、圧電発音ユニット７は基板５２を含む生体センサユニット５を所定位置に固定する固定部材として機能する。

［作用］
本実施形態の時計１００を組み立てる場合には、機器ケース１内にムーブメント３を収容して視認側の開口部分を風防部材で閉塞するとともに、非視認側の開口部分を裏蓋部材２で閉塞する。
この裏蓋部材２には、その内側（機器ケース１の内側に配置される側）に生体センサユニット５を配置する。具体的には、裏蓋部材２の窓部２２から生体センサ５１が露出するようにして、凹部２１内に基板５２を配置する。そして、その上から緩衝部材６を介して圧電発音ユニット７を配置し、圧電発音ユニット７を両面テープ５６で裏蓋部材２の内側面（裏蓋部材２の段部２３内）等に固定する。

本実施形態では、図５に示すように圧電発音ユニット７を裏蓋部材２の段部２３内に配置し、基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）に重畳させた状態において、圧電発音ユニット７の圧電体７１の面方向における中心位置Ｃ２が、基板５２の面方向における中心位置Ｃ１からずれた位置に配置されるようになっている。

ユニモルフ構造体である圧電発音ユニット７では圧電体７１の中心位置Ｃ２及びその付近が最も振動しやすく、発音の音圧に影響する。
この点、基板５２の中心位置Ｃ１と圧電体７１の中心位置Ｃ２とをずらすことにより、圧電発音ユニット７によって基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）を所定位置に固定し、圧電発音ユニット７が基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）を固定する固定部材を兼ねる構成とした場合でも、圧電発音ユニット７を十分振動させることができ、圧電発音ユニット７の音圧の低減を抑えて、良好な音圧で発音させることができる。

より具体的には以下のような作用となる。
圧電発音ユニット７の金属板部材７２は、裏蓋部材２に両面テープ（図５において図示せず）で接着固定されている。また、少なくとも圧電体７１の一部は、圧電体７１が接着された金属板部材７２と裏蓋部材２との固定面上に配置されている。本実施形態では、この圧電発音ユニット７により、緩衝部材６を介して生体センサユニット５の基板５２を固定している。この際、平面視して、圧電発音ユニット７における円形の圧電体７１の中心位置Ｃ２を、生体センサユニット５の基板５２の中心位置Ｃ１からずらすことで、音圧の低減を抑えて、良好な音圧で発音させることができる。

なぜなら、生体センサユニット５の基板５２の中心位置Ｃ１は、裏蓋部材２と圧電発音ユニット７の金属板部材７２とが両面テープで接着固定された箇所から離れており、撓み易くなっている。また、緩衝部材６（クッション）の中心位置は、生体センサユニット５の基板５２の中心位置Ｃ１と略一致している。したがって、緩衝部材６は、緩衝部材６の中心位置において最も撓み易くなっており、上側に撓んだ状態となる。圧電発音ユニット７の圧電体７１は、上下に振れて振動し、音を出力するものであるところ、緩衝部材６が上側に撓んでいると、圧電発音ユニット７の圧電体７１が下側に振動し難いため、圧電発音ユニット７の音圧が低減してしまう。この点、基板５２の中心位置Ｃ１と圧電体７１の中心位置Ｃ２とをずらすことで、こうした圧電体７１が振動し難い状態を解消することができる。

［効果］
以上のように本実施形態におけるモジュールは、生体情報取得部である生体センサ５１が搭載された基板５２と、基板５２に重畳され、圧電体７１を含む圧電発音ユニット７と
、基板５２と圧電発音ユニット７との間に設けられた緩衝部材６と、を備え、圧電発音ユニット７は、圧電体７１の面方向における中心位置Ｃ２が、基板５２の面方向における中心位置Ｃ１からずれた位置に配置されている。
これにより、圧電発音ユニット７により、裏蓋部材２の内側の適切な位置（すなわち窓部２２から生体センサ５１が露出するとともに、凹部内に基板５２が配置される位置）に生体センサユニット５が固定される。そしてこの場合に、圧電発音ユニット７において最も振動しやすく、発音の音圧に影響する圧電体７１の中心位置Ｃ２が基板５２の中心位置Ｃ１とずれて配置されることで、十分な音圧が確保され、良好な音圧でビープ音を出力させることができる。

また本実施形態では、生体センサ５１が外部の生体と対向して近接可能となる位置に基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）を固定する固定部材を圧電発音ユニット７が兼ねる構成となっている。
このように本実施形態では、本来時計１００等の電子機器（ウェアラブル機器）が備えている圧電発音ユニット７によって基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）を固定する。このため、基板５２を固定するための部材を別途設ける必要がなく、部品点数を削減して、モジュールを組み込んだ機器（時計１００）全体の小型化、軽量化に資する。

また本実施形態における圧電発音ユニット７は、圧電体７１が金属板部材７２に接着されたユニモルフ構造体である。
このように圧電発音ユニット７を比較的簡易な構成とすることで、部品点数を低減し、モジュールを組み込んだ機器（時計１００）全体の小型化、軽量化を実現することができる。

また本実施形態において、基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）と圧電発音ユニット７とは、互いに離間して配置されている。
このため、生体センサユニット５が圧電発音ユニット７の発音を阻害せず、十分な音圧が確保された良好な状態でビープ音を出力させることができる。

また本実施形態において、生体情報取得部である生体センサ５１は、心拍センサ、血圧センサ、血中酸素濃度測定センサの何れかを含んでいる。
このため、本実施形態のモジュールを含むウェアラブル機器を腕等に装着するだけで、ユーザは簡易に心拍情報等の生体情報を得ることができる。

また本実施形態のウェアラブル機器である時計１００が、上記の基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）の固定構造を有する場合には、部品点数を抑えて効率よく生体センサユニット５を固定することができる。このため、心拍や血圧等の生体情報を取得可能な機器（時計１００）であっても、小型化、軽量化を実現することができる。
そしてこの場合、図５に示すように、圧電発音ユニット７において最も振動しやすく、発音の音圧に影響する圧電体７１の中心位置Ｃ２を基板５２の中心位置Ｃ１とずらして配置することで、十分な音圧が確保され、良好な音圧でビープ音を出力させることができる。

そして、本実施形態では機器ケース１における、生体情報取得対象である生体（ユーザの腕等）と接する側に裏蓋部材２を有し、基板５２（基板５２を含む生体センサユニット５）は、裏蓋部材２の所定位置に配置され、固定される。
このため、生体センサユニット５の生体センサ５１の位置がずれると正確なセンシングを行うことが困難となるが、本実施形態では生体センサ５１をセンシングに適した位置に固定することができ、正確な生体情報を取得することができる。

なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば本実施形態では、ウェアラブル機器が時計１００である場合を例示し、モジュール（生体センサユニット５の基板５２を固定する構造）が、時計１００に搭載された場合を例示したが、本実施形態のモジュール（基板５２の固定構造）を適用可能な機器はこれに限定されない。
例えば各種のスマートウォッチ、スポーツウォッチ等の電子機器、時刻の他、心拍や血流の情報等の生体情報を取得するウェアラブル機器等の電子機器に広く適用することが可能である。

以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。

１ 機器ケース
２ 裏蓋部材
２１ 凹部
２２ 窓部
２３ 段部
３ ムーブメント
５ 生体センサユニット
５１ 生体センサ（生体情報取得部）
５２ 基板
６ 緩衝部材
７ 圧電発音ユニット
７１ 圧電体
７２ 金属板部材
１００ 時計（ウェアラブル機器）

Claims (8)

1. 生体情報取得部が搭載された基板と、
   前記基板に重畳され、圧電体を含む圧電発音ユニットと、
   前記基板と前記圧電発音ユニットとの間に設けられた緩衝部材と、
   を備え、
   前記圧電発音ユニットは、前記圧電体の面方向における中心位置が、前記基板の面方向における中心位置からずれた位置に配置されている、
   ことを特徴とするモジュール。
2. 前記圧電発音ユニットは、前記生体情報取得部が外部の生体と対向して近接可能となる位置に前記基板を固定する固定部材を兼ねる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記圧電発音ユニットは、前記圧電体が金属板部材に接着されたユニモルフ構造体である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
4. 前記基板と前記圧電発音ユニットとは、互いに離間して配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
5. 前記生体情報取得部は、心拍センサ、血圧センサ、血中酸素濃度測定センサの何れかを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモジュールを有し、
   前記基板及び前記圧電発音ユニットを収容する機器ケースを備える、
   ことを特徴とするウェアラブル機器。
7. 前記機器ケースにおける、生体情報取得対象である生体と接する側に裏蓋部材を有し、
   前記基板は、前記裏蓋部材の所定位置に配置され、固定される、
   ことを特徴とする請求項６に記載のウェアラブル機器。
8. 少なくとも前記圧電発音ユニットを構成する圧電体の一部は、前記圧電体が接着された金属板部材と前記裏蓋部材との固定面上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載のウェアラブル機器。

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