JP5733240B2 - 振動検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動検出装置に関する。

近年、人体などへの接触型マイクなどが提案されており、医療・医用向け技術や騒音下での音採取などへの応用が期待される。例えば、非特許文献１、特許文献１、特許文献２では、人体の軟部組織と音響インピーダンスの近い特性を有した音響材料を人体とマイクロホン素子との間に介在している。この構成によって、人体と空気との間で起こる音響インピーダンスのミスマッチングを回避し、音響音圧のロスを減らした生体音の検出を行っている。

国際公開２００７／１２９５００号 特開２０１１―１８２０００号公報

「ＮＡＭインターフェイスコミュニケ−ション」中村淑貴著 奈良先端技術大学院大学博士論文、２００５年２月２日

しかしながら、上記の構造は目的音を検出する意図と関わらず、音響材料が振動を伝達してしまう。このため、音検出以外の生体との接触時の接触音や接触部との摩擦による音、また、生体とマイクロホンを離しているときの外部騒音なども伝わる。上記の目的外音は検出時のノイズになるとともに、操作時の不快音となってしまう。

本願発明は、上記課題を鑑み、利便性の高い振動検出装置を提供することを目的とする。

本願発明の一態様にかかる振動検出装置は、一方の面が検出対象物に接触可能な接触面となる第一振動伝達部と、前記第一振動伝達部の他方の面と空気層を介して設けられた第二振動伝達部と、前記第二振動伝達部の空気層側の反対の面に当接する振動部材を有する振動検出素子と、前記第一振動伝達部第二振動伝達部と、前記第二振動伝達部と、前記振動検出素子とを保持するケースとを備え、前記第一振動伝達部が検出対象物と接触することによる変形によって、前記第一振動伝達部と前記第二振動伝達部とが当接するものである。この構成では、目的とする振動のみを検出することができるため、利便性を向上することができる
上記の振動検出装置において、前記ケースには、前記空気層からケース外に到達する空気孔が一つ以上設けられていてもよい。この構成では、空気層の空気を外部空間に逃がすことができる。
上記の振動検出装置において、前記第一振動伝達部と前記ケースとが、前記第一振動伝達部よりも柔らかい連結部で連結されていてもよい。これにより、連結面積を調整することができるため、より性能を向上することができる。
上記の振動検出装置において、前記ケースが、前記第一振動伝達部と連結され、前記振動部材に対し垂直方向に可動する可動部をさらに備えていてもよい。これにより、連結面積を調整することができる。
上記の振動検出装置において、前記振動検出素子が生体音を検出するためのマイクロホン素子であってもよい。

本願発明によれば、利便性の高い振動検出装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる振動検出装置の構成を示す側面断面図である。 実施の形態１にかかる振動検出装置の構成を示す平面図である。 実施の形態２にかかる振動検出装置の構成を示す側面断面図である。 実施の形態３にかかる振動検出装置の構成を示す側面断面図である。 実施の形態４にかかる振動検出装置の構成を示す側面断面図である。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態にかかる振動検出装置について、添付図面を参照して説明する。図１に本発明の振動検出装置の断面図を示す。図２に振動検出装置の平面図を示す。振動検出装置は、マイクロホン素子１と、ケース２と、第一振動伝達部３と、第二振動伝達部４と、回路基板５と、を備えている。

マイクロホン素子１は、振動板６における振動を検出して、振動に応じた電気信号を回路基板５に出力する。ケース２は、図２に示すように一例として円筒形になっており、マイクロホン素子１を収容する。ケース２の内部には、第一振動伝達部３、第二振動伝達部４、マイクロホン素子１、及び振動板６が保持されている。第一振動伝達部３及び第二振動伝達部４は、マイクロホン素子１の振動検出方向前面に設けられている。なお、第一振動伝達部３の表面が、検出対象（振動源）と接触する接触面９となっている。マイクロホン素子１背面には所定の回路素子が設置された回路基板５が設けられている。例えば、回路基板５は、ケース２に取り付けられている。

マイクロホン素子１として、ここではエレクトリックコンデンサ型を用いるが、例えばコンデンサ型や圧電型、ダイナミック型マイクロホンを用いてもよい。マイクロホン素子１は、検出対象や使用環境によって選択されるものであるが、軽量化、小サイズ、回路処理の観点からエレクトリックコンデンサ型が有効である。マイクロホン素子１は、振動検出方向に露出した振動板６を有している。振動板６は第二振動伝達部４と当接している。なお、マイクロホン素子１の第二振動伝達部４と接触する振動部材は、振動板６に限らず、振動膜であってもよい。

ケース２はマイクロホン素子１の外側面を覆うように設置される。ここでは、ケース２を、円筒形としているが、これに制限されるものではない。また、ケース２の内側にはマイクロホン素子１の前面側に円筒形の空洞が設けられているが、これがコーン型、パラボラ型、ホーン型であってもよい。ケース２は、金属、樹脂材料などの材料で形成されている。また、ケース２のマイクロホン素子１設置場所前方には、少なくとも１つの空気孔７が設けられている。

ケース２内側には検出した生体音をマイクロホン素子１に伝達するための振動伝達部材である第一振動伝達部３、及び第二振動伝達部４が設けられている。第一振動伝達部３、及び第二振動伝達部４は検出対象物（振動源）で発生した振動を、振動板６に伝達する振動伝達媒体である。例えば、第一振動伝達部３、及び第二振動伝達部４は、平板上であり、振動板６と平行に配置されている。第一振動伝達部３、及び第二振動伝達部４は、空気層８を介して対向配置されている。すなわち、第一振動伝達部３の接触面９と反対側の面が空気層８と接触している。また、第二振動伝達部４の検出方向前側の面が、空気層８と接触している。第二振動伝達部４の検出方向後側の面が振動板６と接触している。なお、２つの振動伝達部材を第一振動伝達部３、及び第二振動伝達部４としているが、振動伝達部材は３以上であってもよい。

空気層８は、空気孔７と連結するように設けられている。空気層８は、空気孔７を介して、外部空間と連通する。空気孔７は、円筒状のケース２の側面から、ケース２の内部空間にある空気層８まで到達している。このように、空気層８まで到達する空気孔７をケース２に１つ以上設けることが好ましい。

このように、２つの振動伝達部材のうち、生体と接触する側を第一振動伝達部３、振動板６と当接する側を第二振動伝達部４とする。第一振動伝達部３と第二振動伝達部４とが空気層８を隔てて対向配置される。第一振動伝達部３、第二振動伝達部４は、生体の軟部組織に近い音響インピーダンスをもつ部材とすることが好ましい。第一振動伝達部３、第二振動伝達部４は、例えばソフトシリコーンのような軟性部材で形成されている。本実施例においては、第一振動伝達部３、及び第二振動伝達部４は同一部材で統一するが、第一振動伝達部３と第二振動伝達部４において音響インピーダンスの整合がとれる部材であれば、異なる部材であってもよい。

この構成によれば、生体の目的音検出を行わないときは、第一振動伝達部３および第二振動伝達部４との間に空気層８が設けられている。こうすることにより、第一振動伝達部３で目的外音を検出してしまっても、空気層８との音響インピーダンスのミスマッチングによる音響反射が起き、第二振動伝達部４にまで目的外音の伝達を防ぐことができる。よって、検出対象が接触面９と接触していない場合、マイクロホン素子１が雑音を検出するのを防ぐことができる。

目的音検出の際には、生体の軟部組織に第一振動伝達部３の接触面９を接触させる。そして、ケース２の背面から接触面９に向かって荷重が加えられ、または接触面９への生体の接触による荷重が加えられる。これらの荷重によって、第一振動伝達部３が空気層８側に変形して、第一振動伝達部３と第二振動伝達部４が連結される。よって、接触面９からの振動が、空気層８を介さずに、振動板６に到達する。従って、生体から振動板６までの音響インピーダンスのマッチングがとれ、生体目的音の検出を行うことができる。また、空気層８は空気孔７と連結する位置に設けられているため、第一振動伝達部３の微変形による空気層８内の空間容積の変化に対応できる。すなわち、第一振動伝達部３が変形した場合でも、空気孔７を介して空気層８内の空気を外部空間に逃がすことができる。

回路基板５はケース２の背面に配置されている。すなわち、回路基板５はマイクロホン素子１背面側に設置されている。回路基板５の大きさは、ケース２の円面積よりも小さくすることが好ましい。回路基板５は、第一振動伝達部３、第二振動伝達部４を通じてマイクロホン素子１で検出された振動（生体音）に応じた信号を出力する。また、回路基板５に設けられた回路からの信号はここでは記述しないが外部の測定機器や電機音響変換器などに送られる。

このように、生体音を検出する振動検出装置において、生体音をマイクロホン素子１に伝達する振動伝達媒体を２つに分けている。すなわち、生体表面と接触可能な接触面９を有する第一振動伝達部３と、マイクロホン素子１の振動板６と接触させる第二振動伝達部４との間に空気層８を設けている。こうすることにより、目的音検出を行わないときには第一振動伝達部３に伝わる音は空気層８との音響インピーダンスのミスマッチングにより反射される。このため、検出時以外で入る雑音や目的音検出ポイントの捜索するための移動操作時に発生する摩擦音やアタック音を軽減することができる。

目的音検出の際には、装置を生体に押し当てることにより、生体と接触している第一振動伝達部３に生体からの荷重が加わる。すると、第一振動伝達部３が空気層８側に押され、変形して、第一振動伝達部３が第二振動伝達部４と当接する。よって、第一振動伝達部３と第二振動伝達部４とで音響インピーダンスのマッチングがとれ，振動板６までの伝達を低減衰で行える。これにより、高性能の振動検出装置を実現することができる。

上記の構成によれば、生体音情報の検出時に発生する目的外音の侵入を防止することができる。さらに、装置操作時に発生する雑音や空間騒音の侵入を防止することができる。これにより、利便性を向上することができる。よって、減衰が小さく、高性能な振動検出装置を実現することができる。また、上記の説明では、生体音検出するためのマイクロホン素子１を用いて、振動検出装置を生体音検出装置としたが、生体音以外の振動を検出する振動検出装置としてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２にかかる振動検出装置の断面図を図３に示す。なお、本実施の形態にかかる振動検出装置には、連結部１０が設けられている。なお、連結部１０以外の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

図３に示すように、第一振動伝達部３とケース２内側との間に連結部１０が設けられている。すなわち、第一振動伝達部３がケース２の内径よりも小さくなっており、第一振動伝達部３がケース２の内面から隙間を隔てて配置されている。そして、連結部１０がケース２と第一振動伝達部３との間に配置され、第一振動伝達部３をケース２に連結する。

連結部１０は伸縮可能な材料であり、また、第一振動伝達部３よりも柔らかい材料または撓みやすい材料または構造であることが望まれる。連結部１０の形状はケース２内側接着部と第一振動伝達部３外径との間を埋めるドーナツ形状、もしくは網目状に備わるドーナツ形状であるが、少なくとも２本以上の線で連結されていても構わない。連結部１０がケース２と第一振動伝達部３の隙間の全部又は一部を埋める構成とすればよい。このような構成でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる

また、連結部１０を設けることにより、生体目的音検出時の第一振動伝達部３と第二振動伝達部４との連結面積が調整可能となる。また、連結部１０を網目形状とした場合、空気孔７の構造を省くことができる。すなわち、第一振動伝達部３が変形した場合でも、網目から空気層８の空気を逃がすことができる。
このような構造の場合、空気孔７は、ケース２に設けず連結部１０に設けられていてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３にかかる振動検出装置の断面図を図４に示す。本実施の形態ではケース２の構造を変形させたものである。なお、本実施の形態３において、その他の構成については、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

第一振動伝達部３および上記第一振動伝達部３とケース２との結合部分を切り離したような格好としたケース可動部１１を備える。すなわち、ケース２は、第一振動伝達部３を可動させるケース可動部１１を有している。

ケース可動部１１は、ケース２の検出方向前側に配置される。ケース可動部１１は、ケース２と同様に円筒形になっており、第一振動伝達部３を収納する。すなわち、第一振動伝達部３はケース可動部１１に連結されている。第一振動伝達部３は、ケース可動部１１を介して、ケース２に保持される。第一振動伝達部３と第二振動伝達部４との間に空気層８が設けられるように、第一振動伝達部３はケース可動部１１に連結され、第二振動伝達部４はケース２に連結されている。

ケース可動部１１とケース２との間には、スプリングバネ１２を設置する。スプリングバネ１２は、振動板６に対し垂直方向に可動する。従って、ケース可動部１１が、検出方向に移動することで、第一振動伝達部３が第二振動伝達部４に対して近接離間する。よって、検出対象からの荷重が加わると、第一振動伝達部３が第二振動伝達部４と連結される。もちろん、スプリングバネ１２以外の弾性体を可動機構としてもよい。この場合、第一振動伝達部３および第二振動伝達部４が連結できるように、スプリングバネ１２の収容部をケース２およびケース可動部１１に設けるとよい。このような構成でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、スプリングバネ１２を用いることで、所望の弾性力を得ることができ、連結面積を調整することができる。
スプリングバネ１２は、バネ構造を有さなくても、生体との接触による荷重によって第一振動伝達部３と第二振動伝達部４とが接触する構造であれば、どのような材料や構造であってもよい。例えば、弾性を有する樹脂やゴムなどを用いることができる。

また、第一振動伝達部３が変形して第二振動伝達部４と当接した場合でも、ケース可動部１１とケース２との間の空気孔７から、空気層８の空気が逃げる。なお、実施の形態２と実施の形態３の構成を組み合わせるようにしてもよい。

（実施の形態４）
実施の形態４にかかる振動検出装置の断面図を図５に示す。本実施の形態では、第二振動伝達部４と、第一振動伝達部３の形状が、実施の形態１と比べて異なっている。なお、第一振動伝達部３と第二振動伝達部４の形状以外の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

実施の形態１では、第二振動伝達部４の空気層８側の面と、第一振動伝達部３の空気層８側の面が平行な平面となっていたが、本実施の形態では、図５に示すように、第二振動伝達部４の空気層８側の面と、第一振動伝達部３の空気層８側の面が平面になっていない。第一振動伝達部３の空気層８側の面は、中央部が膨らみ、端に向かうにつれて第二振動伝達部４から遠ざかる。同様に、第二振動伝達部４の空気層８側の面は、中央部が膨らんでおり、端に向かうにつれて第一振動伝達部３から遠ざかっている。

このように、第二振動伝達部４の空気層８側の面と、第一振動伝達部３の空気層８側の面を湾曲させて、非平行とすることで、位置に応じて第一振動伝達部３と第二振動伝達部４との間隔を変えることができる。すなわち、第二振動伝達部４と第一振動伝達部３との間の空気層８の厚さが一定となっておらず、中央部ほど、第二振動伝達部４と第一振動伝達部３とが接近する構成となる。

この構成では、生体との接触荷重が小さくても、より確実に第一振動伝達部３と第二振動伝達部４とが接触する。生体面の凹凸が少なくても、より確実に第一振動伝達部３と第二振動伝達部４とが接触する。よって、振動検出器の検出性能を向上することができる。実施の形態４の構成を、実施の形態２、３の少なくとも一方と組み合わせて用いてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ マイクロホン素子
２ ケース
３ 第一振動伝達部
４ 第二振動伝達部
５ 回路基板
６ 振動板
７ 空気孔
８ 空気層
９ 接触面
１０ 連結部
１１ ケース可動部
１２ スプリングバネ

Claims (5)

1. 一方の面が検出対象物に接触可能な接触面となる第一振動伝達部と、
   前記第一振動伝達部の他方の面と空気層を介して設けられた第二振動伝達部と、
   前記第二振動伝達部の空気層側と反対側の面に当接する振動部材を有する振動検出素子と、
   前記第一振動伝達部と、前記第二振動伝達部と、前記振動検出素子とを保持するケースとを備え、
   前記第一振動伝達部が検出対象物と接触することによる変形によって、前記第一振動伝達部と前記第二振動伝達部とが当接する、振動検出装置
2. 前記ケースには、前記空気層からケース外に到達する空気孔が一つ以上設けられている請求項１に記載の振動検出装置。
3. 前記第一振動伝達部と前記ケースとが、前記第一振動伝達部よりも柔らかい連結部で連結されている請求項１、又は２に記載の振動検出装置。
4. 前記ケースが、前記第一振動伝達部と連結され、前記振動部材に対し垂直方向に可動する可動部を有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動検出装置。
5. 前記振動検出素子が生体音を検出するためのマイクロホン素子である請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動検出装置。

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