JP4520446B2 - コンデンサマイクロホン、マイクロホンユニット、及び血圧計 - Google Patents

コンデンサマイクロホン、マイクロホンユニット、及び血圧計 Download PDF

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Description

本発明は、圧力の変動する状況下においても、感度よく音響信号を検出することのできるコンデンサマイクロホン、そのコンデンサマイクロホンを主体にして構成したマイクロホンユニット、及び、同マイクロホンによりコロトコフ音を検出して血圧測定を行う血圧計に関するものである。
従来、コロトコフ音をマイクロホンで検出し、それに基づいて血圧値を割り出す血圧計が知られている。その中で、カフに連通する導管の端部にマイクロホンを配置し、導管の内部を空気伝播してくるコロトコフ音を、そのマイクロホンで検出するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平6−14888号公報
上記のように、カフに連通する導管の端部にマイクロホンを配置する場合、一般的には、導管の端壁に接するようにマイクロホンを配置することが考えられるが、管壁を介してノイズを拾いやすくなるので、実際に小さなコロトコフ音を弁別することは困難である。
また、導管の端部開口に直接マイクロホンを配置することも考えられるが、カフに連通する導管は、血圧測定のために気密に保持されていなくてはならず、マイクロホンにもカフ内と同等の圧力変動が加わることになる。従って、ダイヤフラムの振動によってコロトコフ音を検出するコンデンサマイクロホンを使用することは難しいと思われていた。
本発明は、上記事情を考慮し、カフ圧のような圧力の変動する環境下においても、感度よく小さな音(例えばコロトコフ音)を弁別して検出することのできるコンデンサマイクロホン、それを主要部品とするマイクロホンユニット、それらのマイクロホンを用いた血圧計を提供することを目的とする。
請求項1の発明のコンデンサマイクロホンは、前面に音波入射用の開口を有するハウジングの内部に、ダイヤフラムとバックプレートを2枚の対向電極として配置したコンデンサマイクロホンにおいて、前記ハウジングの後面を塞ぐ壁部に通気孔を形成すると共に、前記ハウジングの前面または後面のいずれか一方に、前記開口または通気孔を覆うように、検出対象の周波数帯域に対しての吸音特性を持つ吸音フィルタ手段を配置したことを特徴としている。
請求項2の発明は、請求項1に記載のコンデンサマイクロホンであって、前記ハウジングの前面に、該ハウジングの前面の開口の周囲に接着剤を配した状態で、前記吸音フィルタ手段としての吸音材が貼り付けられていることを特徴としている。
請求項3の発明は、請求項1に記載のコンデンサマイクロホンであって、前記ハウジングの前面に、該ハウジングの前面の開口の周囲に接着剤を配した状態で、通気性を有する布材が貼り付けられており、更に、その上面に接着剤を介して、前記吸音フィルタ手段としての吸音材が貼り付けられていることを特徴としている。
請求項4の発明のマイクロホンユニットは、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンデンサマイクロホンを主要部品として含むマイクロホンユニットであって、前端に接続口を有し後面に組立用開口を有したユニットケースの内部に、前面を前記接続口に向け且つ前記ハウジングの周囲に隙間を保った状態で前記コンデンサマイクロホンを収容し、前記ユニットケースの後面の開口を、前記コンデンサマイクロホンとの間に隙間を保った状態で蓋板で塞ぐと共に、前記コンデンサマイクロホンの2本の端子を、前記蓋板に形成した貫通孔からそれぞれ外部に突出させ、その上で、蓋板の外面にシール材を充填して、蓋板とユニットケースの隙間及び蓋板と端子の隙間をシールしたことを特徴としている。
請求項5の発明は、請求項4に記載のマイクロホンユニットであって、前記ユニットケースの後面の開口の周縁に1つの切欠を設けると共に、前記蓋板の周縁に1つの突起を設け、前記切欠と突起を位置合わせして蓋板をユニットケースの後面の開口に嵌めることで、前記コンデンサマイクロホンの2本の端子とユニットケースとの位置関係を定め、更に、前記ユニットケースの外面に、前記2本の端子の区別を行うための形状的な目印を設けたことを特徴としている。
請求項6の発明は、請求項4または5に記載のマイクロホンユニットであって、前記シール材として、前記ユニットケース及び蓋板とは異なる色を有した不透明なシール材を使用したことを特徴としている。
請求項7の発明の血圧計は、血圧測定部位に巻き付けるカフと、前記カフを加圧する加圧手段と、前記カフを減圧する減圧手段と、前記カフ内部の空気を介して伝わるコロトコフ音を検出する音響センサと、を備えた血圧計であって、前記音響センサとして、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンデンサマイクロホンを使用し、当該コンデンサマイクロホンを、前記カフの内圧の及ぶ連通空間内に配置したことを特徴としている。
請求項8の発明の血圧計は、血圧測定部位に巻き付けるカフと、前記カフを加圧する加圧手段と、前記カフを減圧する減圧手段と、前記カフに連通する管路と、該管路内の空気を介して伝わるコロトコフ音を検出する音響センサと、を備えた血圧計であって、前記音響センサとして、請求項4〜6のいずれか1項に記載のマイクロホンユニットを使用し、当該マイクロホンユニットの接続口を、前記管路の端部に接続したことを特徴としている。
請求項1の発明によれば、ハウジングの後面を塞ぐ壁部に通気孔を設けたので、ダイヤフラムの後面側にも、前面側とほぼ等しい圧力を導入することができる。従って、ダイヤフラムに圧力の変動による無用な負担をかけずに、圧力環境下でも音響センサとして問題なく使用することができる。また、ダイヤフラムの両面に入力する空気振動のうち、どちらか一方の面に入力する空気振動から、検出対象の周波数帯域の音を吸音フィルタ手段によって除くようにしているため、他方の面にのみ検出対象の周波数帯域の音波が入射され、他の周波数帯域の振動は両面で相殺されることになる。従って、ダイヤフラムとバックプレートから、検出対象の周波数帯域の音響に対応した電気信号のみが出力されることになり、音響センサとして使う場合に高い検出感度を発揮できるようになる。
請求項2の発明によれば、ハウジングの前面の開口を接着剤で塞ぐことがないので、検出対象の周波数帯域の音波を吸音材で吸収しながら、吸音材を通して、空気の圧力をダイヤフラムの前面に入力することができる。
請求項3の発明によれば、風切音防止用の布材が前面に貼り付けられている市販品のコンデンサマイクロホンの場合でも、そのまま布材の上に吸音材を貼り付けるだけで、感度
の良いコンデンサマイクロホンを構成することができ、敢えて布材を剥がす手間が省ける。
請求項4の発明によれば、ユニットケースの接続口を例えば検出対象の圧力管路に気密に連通させるだけで、気密状態を保ちながら、圧力管路内の空気を介して伝播してくる音響を、感度よく検出することができる。
請求項5の発明によれば、次の効果を奏する。即ち、請求項4の発明のように、小さなコンデンサマイクロホンをケースに収容して蓋をした場合、2本ある端子のうち、どちらが+側または−側の端子であるかを判別しにくくなるが、請求項4の発明では、ユニットケースの外面に形状的な目印を付けているので、ユニットケースの外から2本の端子を区別することが容易にできることになる。また、蓋板の貫通孔に端子を通す時点で、区別を付けながら端子を通しておけば、蓋板をユニットケースに嵌める段階では、突起と切欠により自動的に位置決めがなされるので、端子の位置を間違うことがなく、組立が容易にできる。
請求項6の発明によれば、蓋板の外面に充填するシール材の色を、ユニットケース及び蓋板とは異なる不透明色にしたので、シール材を付け忘れているかどうかを簡単に目で見てチェックすることができる。
請求項7の発明によれば、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンデンサマイクロホンを、カフの内圧の及ぶ連通空間内に配置したので、カフの内圧の変化に左右されずに、感度よくコロトコフ音を検出することができる。即ち、カフ内の圧力変動(脈圧も含む)のような低周波成分については、ダイヤフラムの両面に作用させることで相殺し、コロトコフ音のような高周波成分についてだけ、ダイヤフラムの片面に作用させることで、感度よく検出することができる。
請求項8の発明によれば、請求項4〜6のいずれか1項に記載のマイクロホンユニットの接続口を、カフと連通する管路の端部に接続したので、例えば、カフと加圧手段及び減圧手段とを接続する管路(チューブ)を介して伝わるコロトコフ音を、カフの内圧の変化に左右されずに感度よく検出することができる。即ち、カフ内の圧力変動(脈圧も含む)のような低周波成分については、ダイヤフラムの両面に作用させることで相殺し、コロトコフ音のような高周波成分についてだけ、ダイヤフラムの片面に作用させることで、感度よく検出することができる。また、この場合、前記管路をカフ圧の導入・排出用とコロトコフ音検出用とで共有することができるので、余計な管路や配線などを設けないで済む。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は実施形態のコンデンサマイクロホンの原理構成を示す図、図2はその具体的な構成を示す断面図、図3はそのコンデンサマイクロホンを主要部品とするマイクロホンユニットをコロトコフ音を検出するための音響センサとして使用した血圧計の概略構成図、図4はマイクロホンユニットの構成図で、(a)は側断面図、(b)は(a)のIVb−IVb断面図、図5は同マイクロホンユニットの分解図で、(a)は全体構成を示す分解斜視図、(b)は(a)のVb−Vb矢視図、(c)は(a)のVc−Vc矢視図である。
図1に原理構成を示すように、実施形態のコンデンサマイクロホン10は、前面に音波入射用の開口11aを有するハウジング11の内部に、ダイヤフラム13とバックプレート14を2枚の対向電極として配置したコンデンサマイクロホンにおいて、ハウジング11の後面を塞ぐ壁部11B(基板)に通気孔30を形成すると共に、ハウジング11の前面に、前記開口11aを覆うように、検出対象の周波数帯域に対しての吸音特性を持つ吸
音フィルタ手段としての吸音材20を配置したものである。
このようにハウジング11の後面を塞ぐ壁部11Bに通気孔30を設けた場合、ダイヤフラム13の後面側にも、前面側とほぼ等しい圧力を導入することができる。従って、ダイヤフラム13に圧力の変動による無用な負担をかけずに、圧力環境下でも、音響センサとして問題なく使用することができる。また、ダイヤフラム13の両面に入力する空気振動のうち、前面に入力する空気振動から、検出対象の周波数帯域の音を吸音材20によって除くようにしているので、後面にのみ検出対象の周波数帯域の音波が入射され、他の周波数帯域の振動は両面で相殺されることになり、結果的に、ダイヤフラム13とバックプレート14から、検出対象の周波数帯域の音響に対応した電気信号のみが出力されることになり、音響センサとして使う場合に高い検出感度を発揮できるようになる。
例えば、後述するように、血圧計のカフの内圧の及ぶ環境下に、このコンデンサマイクロホン10を配置した場合、ダイヤフラム13の前面と後面にカフ内圧が作用するが、前面には、コロトコフ音の周波数帯域(30Hz〜150Hz)の音波を吸収する特性の吸音材20を配置してあるので、コロトコフ音を含む空気振動は、ダイヤフラム13の後面にのみ作用する。つまり、吸音材20がローパスフィルタの役割を果たすことで、低周波の空気振動(脈波レベルまでの振動)はダイヤフラム13まで届くが、高周波の振動(コロトコフ音)は、前面については吸音材20でカットされる。従って、コンデンサマイクロホン10からは、低周波が相殺された後に残る高周波信号(コロトコフ音=K音信号)のみが検出されることになる。
図2を用いて具体的な構成を説明すると、ハウジング11は、前面と後面に円形の開口11a、11bを有する金属製で円筒状のケーシング11Aと、このケーシング11Aの後面の開口11bを塞ぐように配されたプリント基板(壁部)11Bとからなる。ハウジング11の内部には、前面側からダイヤフラム(振動膜)13と孔14a付きのバックプレート(固定電極)14とが配置され、これらを支持するために、各種のリング16、17、18やクッションプレート15が配置されている。また、プリント基板11Bの外面側には、ダイヤフラム13とバックプレート14につながる「+」と「−」の2本の端子26が突出している。
また、ケーシング11Aの前面には、開口11aの周囲に接着剤21を配した状態で、発泡ウレタン等よりなる吸音材20が貼り付けられている。従って、カフ内の圧力(空気振動)Pは、吸音材20を通し、接着剤21の円形孔21a及びケーシング11Aの開口11aを通して、ダイヤフラム13の前面に入射する。また、ダイヤフラム13の後面に対しては、基板11Bに設けた通気孔30及びバックプレート14の孔14aを通して、カフ内の圧力(空気振動)Pが直接作用する。
次に、このコンデンサマイクロホンを内蔵したマイクロホンユニットと、それを適用した血圧計について説明する。
図3に示すように、この血圧計は、血圧測定部位に巻き付けるカフ(空気袋付きの血管圧迫帯)150と、カフ150を加圧する加圧手段(ポンプ)101と、カフ150を減圧する減圧手段(排気弁)102と、カフ150の圧力を検出する圧力センサ103と、カフ150に連通する管路110、112と、管路110、112内の空気を介して伝わるコロトコフ音を検出する音響センサとしてのマイクロホンユニット50と、血圧測定のための全般の制御を行う制御部104と、測定結果等を表示する表示部105と、を備えている。
カフ150以外の要素は血圧計本体100に含まれており、カフ150と血圧計本体100は管路110であるチューブ(導管)により接続されている。そして、血圧計本体1
00内部の管路112の1つの端部にマイクロホンユニット50が接続されている。
このマイクロホンユニット50は、図4に示すように、前端に接続口53を有し角柱状本体部52の後面に組立用開口55を有したユニットケース51の円形収容室52aの内部に、前面を接続口53に向け且つハウジング11の周囲に隙間を保った状態で前述のコンデンサマイクロホン10を収容し、ユニットケース51の後面の開口55を、コンデンサマイクロホン10との間に隙間を保った状態で蓋板60で塞ぐと共に、コンデンサマイクロホン10の2本の端子26を、蓋板60に形成した貫通孔62からそれぞれ外部に突出させ、その上で、蓋板60の外面にシール材(接着剤など)70を充填して、蓋板60とユニットケース51の隙間及び蓋板60と端子26の隙間をシールした構造のものである。
前記の隙間を確保するために、円形収容室52aの内周壁には、周方向に間隔をあけて3箇所に段部54a付きの支持突起54が設けられ、蓋板60の内面には、押さえ突起61が設けられている。また、組立用開口55の周縁には、円形の蓋板60が嵌まる周溝55aが形成され、その周溝55aの1箇所に切欠55bが設けられている。コンデンサマイクロホン10は、支持突起54の段部54aにハウジング11の前端を突き当て、ハウジング11の後端面を、蓋板60の押さえ突起61で押圧することにより、前記隙間を保った状態で、ユニットケーシング52の内部にガタつかないように保持されている。
また、蓋板60の周縁部には、前記切欠55bに嵌まる位置決め用の突起63が設けられている。図5(b)及び(c)に示すように、切欠55bと突起63は、端子26を通す2つの貫通孔62の区別が付くような位置に設けられている。例えば、突起63はマイナス(−)側の端子用の貫通孔63に近い位置に設けられており、切欠55bは、ユニットケース51の角柱状本体部52の1つの角部に近い位置に設けられている。そして、反対側の角部には、形状的な目印として面取部52cが設けられている。そして、切欠55bと突起63を位置合わせすることで、蓋板60が、ユニットケース51の後面開口55の周溝55aに嵌められている。
また、蓋板60の上から充填されるシール材70としては、ユニットケース51及び蓋板60とは異なる色を有した不透明なシール材を使用している。例えば、ユニットケース51及び蓋板60を透明樹脂で構成した場合には、白、黒、あるいは、緑や赤等の有色の不透明なシール材70を使用している。
このように構成したマイクロホンユニット50を使用する場合、図3に示すように、ユニットケース51の接続口53を、検出対象の管路112の端部開口に気密に接続するだけで、気密状態を保ちながら、カフ150内の空気を介して伝播してくるコロトコフ音を感度よく検出することができる。
また、図4に示すように、小さなコンデンサマイクロホン10をユニットケース51に収容して蓋板60で閉じた場合、2本ある端子26のうち、どちらが+側または−側の端子であるかを判別しにくくなるが、ユニットケース51の外面に形状的な目印(面取部52c)を設けているので、ユニットケース51の外から2本の端子26を区別することが容易にできることになる。また、蓋板60の貫通孔62に端子26を通す時点で、区別を付けながら端子26を通しておけば、蓋板60をユニットケース51に嵌める段階では、突起63と切欠55bにより自動的に位置決めがなされるので、端子26の位置を間違うことがなく、組立が容易にできる。
また、蓋板60の外面に充填するシール材70の色を、ユニットケース51及び蓋板60とは異なる不透明色にしたので、シール材70を付け忘れているかどうかを簡単に目で
見てチェックすることができる。
また、上記のマイクロホンユニット10の接続口53を、カフ150と連通する管路112の端部に接続して血圧計を構成したので、管路110、112を介して伝わるコロトコフ音を、カフ150の内圧の変化に左右されずに感度よく検出することができる。即ち、カフ150内の圧力変動(脈圧も含む)のような低周波成分については、ダイヤフラム13の両面に作用させることで相殺し、コロトコフ音のような高周波成分についてだけ、ダイヤフラム13の片面に作用させることで、感度よく検出することができる。また、この場合、管路110をカフ圧の導入・排出用とコロトコフ音検出用とで共有することができるので、余計な管路や配線などを設けないで済み、取り扱いの面及びコスト面での合理化が図れる。
なお、図6、図7に示すように、ハウジング11の前面に、前面開口11aの周囲に接着剤21を配した状態で、通気性を有する布材23が貼り付けられている場合は、その上面に接着剤24を介して、前記吸音フィルタ手段としての吸音材20を貼り付けてよい。
図6の例は、接着剤24を中心円孔24aを残して配置した場合、図7の例は、吸音材20の裏面全面に接着剤24を配置した場合を示している。図6の場合は、接着剤24に中心円孔24aがあいているので、吸音材20を通してカフ内の圧力Pを内部に作用させることができるが、図7の場合は、布材23の厚み方向の内部間隙を通して、カフ内の圧力Pを作用させることができる。この場合は、空気振動が布材23の厚み方向の内部間隙を通過する際に高周波域の音波が減衰されることになるので、布材23自体が吸音フィルタ手段の役目の一部を担うことになる。従って、後から貼り付ける部材については、必ずしも吸音材20でなくてもよくなる。
いずれの場合も、風切音防止用の布材23が前面に貼り付けられている市販品のコンデンサマイクロホンの場合でも、そのまま布材23の上に吸音材20を貼り付けるだけで、感度の良いコンデンサマイクロホンを構成することができ、敢えて布材23を剥がす手間が省ける。
また、上記実施形態では、ハウジング11の前面に吸音材20を配置した場合を示したが、ハウジング11の後面に通気孔30を覆うように吸音材20を配置してもよい。
また、上記実施形態では、コンデンサマイクロホン10を、マイクロホンユニット50の形で管路112の端部に接続した場合を示したが、直接コンデンサマイクロホン10をカフ150の内圧の及ぶ連通空間内に配置してもよい。
また、上記実施形態では、コンデンサマイクロホン10を、コロトコフ音検出用の音響センサとして血圧計に適用した場合を説明したが、本発明のコンデンサマイクロホンは、電子聴診器のマイクロホンや、他の用途のマイクロホンとして使用することもできる。
本発明の実施形態のコンデンサマイクロホンの原理構成を示す図である。 同コンデンサマイクロホンの具体的な構成を示す断面図である。 同コンデンサマイクロホンを主要部品とするマイクロホンユニットをコロトコフ音を検出するための音響センサとして使用した血圧計の概略構成図である。 同マイクロホンユニットの構成図で、(a)は側断面図、(b)は(a)のIVb−IVb断面図である。 同マイクロホンユニットの分解図で、(a)は全体構成を示す分解斜視図、(b)は(a)のVb−Vb矢視図、(c)は(a)のVc−Vc矢視図である。 本発明の他の実施形態のコンデンサマイクロホンの構成を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態のコンデンサマイクロホンの構成を示す断面図である。
符号の説明
10 コンデンサマイクロホン
11 ハウジング
11a 開口
11B 基板(壁部)
13 ダイヤフラム
14 バックプレート
20 吸音材
21,24 接着剤
23 布材
50 マイクロホンユニット
30 通気孔
26 端子
51 ユニットケース
52c 面取部(形状的な目印)
53 接続口
55 開口
55b 切欠
60 蓋板
62 貫通孔
63 突起
70 シール材
150 カフ
101 加圧手段
102 減圧手段
112 管路

Claims (8)

  1. 前面に音波入射用の開口を有するハウジングの内部に、ダイヤフラムとバックプレートを2枚の対向電極として配置したコンデンサマイクロホンにおいて、
    前記ハウジングの後面を塞ぐ壁部に通気孔を形成すると共に、
    前記ハウジングの前面または後面のいずれか一方に、前記開口または通気孔を覆うように、検出対象の周波数帯域に対しての吸音特性を持つ吸音フィルタ手段を配置したことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
  2. 請求項1に記載のコンデンサマイクロホンであって、
    前記ハウジングの前面に、該ハウジングの前面の開口の周囲に接着剤を配した状態で、前記吸音フィルタ手段としての吸音材が貼り付けられていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
  3. 請求項1に記載のコンデンサマイクロホンであって、
    前記ハウジングの前面に、該ハウジングの前面の開口の周囲に接着剤を配した状態で、通気性を有する布材が貼り付けられており、更に、その上面に接着剤を介して、前記吸音フィルタ手段としての吸音材が貼り付けられていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンデンサマイクロホンを主要部品として含むマイクロホンユニットであって、
    前端に接続口を有し後面に組立用開口を有したユニットケースの内部に、前面を前記接続口に向け且つ前記ハウジングの周囲に隙間を保った状態で前記コンデンサマイクロホンを収容し、前記ユニットケースの後面の開口を、前記コンデンサマイクロホンとの間に隙間を保った状態で蓋板で塞ぐと共に、前記コンデンサマイクロホンの2本の端子を、前記蓋板に形成した貫通孔からそれぞれ外部に突出させ、その上で、蓋板の外面にシール材を充填して、蓋板とユニットケースの隙間及び蓋板と端子の隙間をシールしたことを特徴とするマイクロホンユニット。
  5. 請求項4に記載のマイクロホンユニットであって、
    前記ユニットケースの後面の開口の周縁に1つの切欠を設けると共に、前記蓋板の周縁に1つの突起を設け、前記切欠と突起を位置合わせして蓋板をユニットケースの後面の開口に嵌めることで、前記コンデンサマイクロホンの2本の端子とユニットケースとの位置関係を定め、更に、前記ユニットケースの外面に、前記2本の端子の区別を行うための形状的な目印を設けたことを特徴とするマイクロホンユニット。
  6. 請求項4または5に記載のマイクロホンユニットであって、
    前記シール材として、前記ユニットケース及び蓋板とは異なる色を有した不透明なシール材を使用したことを特徴とするマイクロホンユニット。
  7. 血圧測定部位に巻き付けるカフと、前記カフを加圧する加圧手段と、前記カフを減圧する減圧手段と、前記カフ内部の空気を介して伝わるコロトコフ音を検出する音響センサと、を備えた血圧計であって、
    前記音響センサとして、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンデンサマイクロホンを使用し、
    当該コンデンサマイクロホンを、前記カフの内圧の及ぶ連通空間内に配置したことを特徴とする血圧計。
  8. 血圧測定部位に巻き付けるカフと、前記カフを加圧する加圧手段と、前記カフを減圧す
    る減圧手段と、前記カフに連通する管路と、該管路内の空気を介して伝わるコロトコフ音を検出する音響センサと、を備えた血圧計であって、
    前記音響センサとして、請求項4〜6のいずれか1項に記載のマイクロホンユニットを使用し、
    当該マイクロホンユニットの接続口を、前記管路の端部に接続したことを特徴とする血圧計。
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