JP7382677B2 - 骨伝導デバイス - Google Patents

Description

本発明は、骨伝導スピーカ及び骨伝導ピックアップ等の骨伝導デバイスに関するものである。

従来より、音楽や会話を聴く手段として、ヘッドホンやイヤホンなどのような装置（以下、聴音装置という。）が広く使用されてきている。このような聴音装置としては、空気伝導を利用したものと骨伝導を利用したものとがある。空気伝導を利用したものは、電気信号として入力された音源を空気の振動に変換して鼓膜に伝えて振動させ、鼓膜の振動が耳の奥の中耳を通って、脳に音の情報が伝達され認識される仕組みを利用している。

一方、骨伝導を利用した聴音装置は、電気信号として入力された音響信号を機械的な振動に変換し、その振動を適切な位置から骨に与えて骨に振動を伝え、その振動により伝わる骨伝導音で音を認識させるものである。この骨伝導を利用した聴音装置は、ヘッドホンやイヤホンのように耳孔に挿入して使用する必要がなく、耳には周囲の音が遮蔽されることなく入ってくるので、装着していても安全である。また、鼓膜の振動を利用しないことから、難聴の人でも音を認識することができ、補聴器等への利用も進められている。

図４は、一般的な骨伝導スピーカ１０１の断面を示す概略図である。図４に示す骨伝導スピーカ１０１は、上面が開放されたケース１１１の内部にヨーク１０９が収容され、ヨーク１０９の内部に磁石１０３が収容される。また、磁石１０３の周囲には、間隔をあけてコイル１０５が配置され、コイル１０５の上部に振動部材１０７が接合されている。

骨伝導スピーカ１０１では、コイル１０５に信号電流が印加されると、コイル１０５の周囲の磁石１０３から発生する磁界中で発生するローレンツ力によりコイル１０５の軸方向に力が加わり、ケース１１１に対してコイル１０５等が振動する。この際、振動部材１０７はコイル１０５と一体となって、ケース１１１に対して振動する（例えば特許文献１）。

特許第４６５５８８９号公報

コイル１０５の軸方向に発生する力は、コイル１０５を貫通する磁束密度の大きさに比例する。このため、より大きな力を発生させるためには、より強力な磁界が必要となる。しかしながら、１つの磁石１０３から発生する磁界には限界がある。このため、より効率よくコイルを貫通する磁束密度を大きくする方法が望まれる。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、効率よく振動を発生させることが可能な骨伝導デバイスを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために本発明は、骨伝導デバイスであって、磁石ユニットと、前記磁石ユニットの周囲に配置されるコイルと、前記磁石ユニット及び前記コイルを収容するケースと、前記ケースに固定され、前記コイルの軸方向に振動可能に配置される振動板と、を具備し、前記磁石ユニットは、円盤状の第１の磁石と、円盤状の第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置される中央に空間を有するリング状の第１のヨークと、を具備し、前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに同一極性が対向するように離隔して配置され、前記振動板を介して、前記コイルと前記磁石ユニットとが相対的に振動可能であることを特徴とする骨伝導デバイスである。

本発明の骨伝導デバイスでは、第１の磁石と第２の磁石とを互いに同一極性が対向するように第１のヨークを挟んで離隔して配置し、その周囲にコイルを配置する。これにより、磁石を１つだけ配置した骨伝導スピーカと比較して、コイルを貫通する磁束密度を大きくすることができ、例えば、骨伝導デバイスを骨伝導スピーカとして使用した際に効率よく振動を発生させることができる。

前記磁石ユニットは、前記ケースに固定され、前記振動板には、前記コイルが接続され、前記コイルの一部が前記磁石ユニットの外周に配置され、前記振動板と前記コイルが、前記ケースに対して振動可能であり、前記振動板には、前記第１のヨークとは別のヨーク が接続され、当該別のヨークに前記コイルが接続されていてもよい。
前記第１のヨークとは別のヨークは、一方が塞がれ、他方が開口する筒状であってもよ い。

または、前記コイルは、前記ケースに固定され、前記振動板には、前記磁石ユニットが接合され、前記振動板と前記磁石ユニットが、前記ケースに対して振動可能であり、前記 磁石ユニットは、磁気回路を形成するヨークとして機能する２枚のプレートによって挟み 込まれていてもよい。

ケースに固定される部材と振動板に接続される部材とを部材の質量等に応じて決定することで、振動板に適切な振動を発生させることができる。

前記磁石ユニットに対応する位置の前記コイルの外周に、さらに他の磁石ユニットが配置され、前記他の磁石ユニットは、前記第１の磁石の周囲に配置される第３の磁石と、前記第２の磁石の周囲に配置される第４の磁石と、前記第３の磁石と前記第４の磁石の間に配置される第２のヨークと、を有し、前記第３の磁石と前記第４の磁石は、前記第１の磁石と前記第２の磁石とは逆の極性であって、互いに同一極性が対向するように離隔して配置されてもよい。

これにより、第１の磁石と第２の磁石とを配置した骨伝導スピーカと比較して、コイルを貫通する磁束密度をさらに大きくすることができる。

本発明によれば、効率よく振動を発生させることができる骨伝導デバイスを提供できる。

骨伝導デバイス１の断面を示す図。 骨伝導デバイス１ａの断面を示す図。 骨伝導デバイス１ｂの断面を示す図。 骨伝導スピーカ１０１の断面を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る骨伝導デバイス１の断面を示す概略図である。骨伝導デバイス１は、主に、磁石ユニット２、コイル７、ケース９、振動板１１等からなる。なお、以下の説明では骨伝導デバイスを骨伝導スピーカとして使用する場合について説明するが、本発明では、骨伝導デバイスを骨伝導ピックアップ（マイク）としても使用することが可能である。

磁石ユニット２は、第１の磁石である磁石３、第２の磁石である磁石５、及び第１のヨークであるヨーク１３等からなる。磁石３と磁石５は互いに同一極性が対向するように離隔して配置される。例えば、図示した例ではＮ極同士が対向するように配置される。なお、磁石３、５は、例えば略同一形状の（略同一の磁力を有する）円盤状である。

磁石３と磁石５との間には、ヨーク１３が配置される。すなわち、磁石３と磁石５は、ヨーク１３によって一体化する。ヨーク１３は、例えばリング状であり、少なくとも、磁石３、５の外径以上の外径で構成される。

ケース９は、例えば略円筒形であり、一面が開口する。ケース９の内部には、磁石ユニット２及びコイル７等が収容される。ケース９の開口面には、振動板１１が固定される。コイル７は、磁石ユニット２の周囲の少なくとも一部を覆うように、磁石ユニット２から離隔して配置される。振動板１１は、弾性変形が可能であり、コイル７の軸方向に振動可能である。

磁石ユニット２は、ケース９の振動板１１と対向する面（開口面とは逆側）に固定される。振動板１１には、ヨーク１５が接続され、ヨーク１５にはコイル７が接続される。すなわち、コイル７およびヨーク１５は、ケース９に対して振動可能である。ヨーク１５は、例えば、一方が塞がれ、他方が開口する筒状に形成される。ヨーク１５の塞がれた側は振動板１１と接合される。また、ヨーク１５の開口部側の縁部近傍にコイル７が接続され、ヨーク１５は、開口部側で磁石３を上方から覆うように配置される。ヨーク１５は、磁束を通しやすい透磁率の大きい材質（鉄等）で構成され、ヨーク機能（磁気回路の形成）を発揮するとともに、コイル７と振動板１１との取付け部材としても機能する。なお、ヨーク機能を考慮せず、コイル７と振動板１１との取付け部材としての機能のみでよい場合には、ヨーク１５に代えて、アルミニウムなどの透磁率が低い材質で形成した、同様の形状のコイル取付け部材としてもよい。

骨伝導デバイス１では、磁石ユニット２により矢印に示すように、コイル７を貫通するような磁場が形成されている。より詳細には、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線を想定すると、Ｎ極同士が対向するため、Ｎ極から発生する磁力線は、互いいに反発するように、外方（コイル７側）に向かって形成される。そして、磁力線は、コイル７を貫通し、さらにそれぞれのＳ極側に向かう。

従来のように、１つの磁石のみでは、Ｎ極から出た磁力線は、他の磁場に影響されないため、ある程度の広がりを形成する。しかし、一対の磁石の同極同士を対向させて配置することで、互いに磁力線の広がりを抑制して、磁力線を急激にコイル７方向に向けて形成することができる。このため、コイル７を貫通する磁束密度を大きくすることができる。

この状態でコイル７に信号電流が印加されると、磁石ユニット２から発生する磁界よるローレンツ力によりコイル７の軸方向に力が生じる。このため、振動板１１を介して、コイル７側と磁石ユニット２側が相対的に振動する。すなわち、ケース９に対してヨーク１５および振動板１１が振動する。

第１の実施形態によれば、磁石３と磁石５とを互いに同一極性が対向するようにヨーク１３を挟んで配置した磁石ユニット２が用いられるため、磁石を１つだけ配置した場合と比較して、コイル７を貫通する磁束密度が大きくすることができる。このため、磁石ユニット２と同じサイズの一つの磁石を用いた場合と比較して、効率よく振動を発生させることができる。

以下、本発明の別の例について、第２、第３の実施形態として説明する。各実施形態は、これまでに説明した実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることができる。

［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態に係る骨伝導デバイス１ａの断面を示す図である。骨伝導デバイス１ａは、他の磁石ユニット１６をさらに備える点で第１の実施形態の骨伝導デバイス１と主に異なる。

磁石ユニット１６は、磁石ユニット２に対応する位置のコイル７の外周に配置される。磁石ユニット１６は、第３の磁石である磁石１７、第４の磁石である磁石１９、及び第２のヨークであるヨーク２１等からなる。なお、磁石１７、１９は、例えば略同一形状の（略同一の磁力を有する）リング状である。

磁石３と磁石１７とは略同一の厚みである。また、磁石５と磁石１９とは略同一の厚みである。また、ヨーク１３とヨーク２１とは略同一の厚みである。このため、磁石１７は磁石３の外周に配置され、磁石１９は磁石５の外周に配置され、ヨーク２１は、ヨーク１３の外周に配置される。

磁石１７と磁石１９は、それぞれ磁石３と磁石５に対して逆の極性となる向きに配置され、互いに同一極性が対向するように離隔して配置される。例えば、図示した例では、磁石３と磁石５とが、Ｎ極同士が対向するように配置され、磁石１７と磁石１９とが、Ｓ極同士が対向するように配置される。

磁石１７と磁石１９との間にはヨーク２１が配置される。すなわち、磁石１７と磁石１９とは、ヨーク２１によって一体化する。磁石１７、１９及びヨーク２１は、それぞれ略リング状であって、リング形状の内部に、磁石ユニット１６と離隔して、磁石ユニット２、コイル７及びヨーク１５が配置される。なお、磁石ユニット１６は、磁石ユニット２とともに、ケース９に固定される。

骨伝導デバイス１ａでは、磁石ユニット２及び磁石ユニット１６により矢印に示すように、コイル７を貫通する磁場が形成されている。この際、前述したように、一対の磁石３、５の同極同士を対向させて配置することで、互いに磁力線の広がりを抑制することができる。

また、磁石３、５の外周には、磁石１７、１９が配置され、磁石３、５のＮ極と磁石１７、１９のＳ極とが隣り合うように配置される。このため、磁石３、５のＮ極から出た磁力線は、磁石１７、１９のＳ極に向かって形成される。また、磁石１７、１９のＮ極から出た磁力線は、それぞれ磁石３、５のＳ極に向かって形成される。このようにすることで、磁石ユニット２のみの場合と比較して、磁力線をより急激にコイル７方向に向けて形成することができる。このため、コイル７を貫通する磁束密度をより大きくすることができる。

この状態で、コイル７に信号電流が印加されると、磁石ユニット２および磁石ユニット１６から発生する磁界よるローレンツ力によりコイル７の軸方向に力が生じる。このため、コイル７側と磁石ユニット２及び磁石ユニット１６側が相対的に振動する。すなわち、ケース９に対してヨーク１５および振動板１１が振動する。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、磁石３と磁石５とを互いに同一極性が対向するようにヨーク１３を挟んで配置した磁石ユニット２に加えて、磁石１７と磁石１９とを磁石３と磁石５とは逆の極性であって互いに同一極性が対向するようにヨーク２１を挟んで配置した磁石ユニット１６が用いられる。このように、磁石ユニット１６を加えることにより、磁石ユニット２のみを用いる場合と比較して、コイル７を貫通する磁束密度をより大きくすることができるため、より効率よく振動を発生させることができる。

［第３の実施形態］
図３は本発明の第３の実施形態に係る骨伝導デバイス１ｂの断面を示す図である。骨伝導デバイス１ｂは、磁石ユニット２及び磁石ユニット１６が振動板１１に接合される点で第２の実施形態の骨伝導デバイス１ａと主に異なる。

骨伝導デバイス１ｂでは、コイル７がケース９に固定される。また、磁石ユニット２と磁石ユニット１６とはプレート２３で一体化され、プレート２３が固定部材２７を介して振動板１１に接合される。磁石ユニット２と磁石ユニット１６のそれぞれのプレート２３と逆の面にはプレート２５が配置される。プレート２３、２５は、磁石ユニット２と磁石ユニット１６を挟み込むように配置され、磁気回路を形成するヨークとしても機能する。

前述したように、磁石ユニット１６は、全体が略リング状であり、磁石ユニット２は、磁石ユニット１６の内側に配置される。また、コイル７は、磁石ユニット２と磁石ユニット１６の間に離隔して配置される。

骨伝導デバイス１ｂも、骨伝導デバイス１ａと同様に、コイル７に信号電流が印加されると、フレミングの左手の法則に従ってコイル７の軸方向に力が生じる。このため、コイル７側と磁石ユニット２及び磁石ユニット１６側が相対的に振動する。すなわち、ケース９に対して磁石ユニット２、１６および振動板１１が振動する。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果をえることができる。すなわち、第２の実施形態と同様に、磁石ユニット１６を加えることにより、磁石ユニット２のみを用いる場合と比較して、コイル７を貫通する磁束密度を大きくし、効率よく振動を発生させることができる。

磁石を一つ用いた従来品（図４参照）と、磁石を対向配置させた実施例（図３参照）とを用いて、周波数特性を評価した。２０Ｈｚ～２０ｋＨｚにおいて、スイープ正弦波による周波数特性を測定したところ、従来品は、所定のＳＮ比を示す周波数帯が約１００Ｈｚ～２０ｋＨｚであったのに対し、実施例では、同じＳＮ比を示す周波数帯が約４０Ｈｚ～２０ｋＨｚとなり、特に低周波領域での特性が向上した。更に、磁石を一つ用いた従来品（図４参照）と、磁石を対向配置させた実施例（図３参照）とを用いて振動強度を測定した結果、磁石を対向配置させた実施例（図３参照）の振動ゲインが約１０ｄＢの上昇が確認された。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、磁石の極性は図示した例と逆であってもよい。また、本発明の効果が得られる限り、他の部材を適宜追加してもよい。

また、前述したように、本発明の骨伝導デバイスは、骨伝導ピックアップ（マイク）として使用することが可能である。一般的な骨伝導デバイスのスピーカ用途としての動作原理は、磁石から発生する磁界中にコイルを配置し、コイルに電流を流すことにより発生するローレンツ力でコイルを振動させ、その振動を骨を介して聴覚神経に伝え音として認識するものである。

一方、骨伝導デバイスのピックアップ（マイク）用途としての動作原理は、磁石から発生する磁界中にコイルを配置し、コイルおよび磁石を振動させ、コイルに加わる磁界が変化することで電磁誘導による起電力を発生させるものである。本発明による骨伝導デバイスに振動を加えた結果、２０Ｈｚ～２０ＫＨｚの振動に対して十分な起電力が得られることを発見した。この結果、本発明による骨伝導デバイスはスピーカ機能にとどまらずピックアップ機能（マイク機能）としても使用可能である。

以下、本骨伝導デバイスのピックアップ機能（マイク機能）としての動作について詳細する。図１、図２および図３の磁石３、５、１７、１９、１０３から発生させた磁界はヨーク１３、１５、２１、１０９により誘導され、コイル７、１０５に加わっている。ケース９および振動板１１に振動を加えることにより、コイルに加わる磁界が変化し電磁誘導により起電力が発生する。

ピックアップ機能（マイク機能）用途の場合、振動板１１側あるいはケース９側のどちらを振動面に当てるかが重要である。図１、図２は、ケース９に磁石３とヨーク１３が固定されており、振動板にコイル７が固定されている。一方、図３では、ケース９にコイル７が固定され、振動板１１に磁石３とヨーク１３が固定されている。コイル８とケース９の合計重量と、磁石３とヨーク１３の合計重量を比較すると、磁石３とヨーク１３は金属であり重いため慣性モーメントが大きくなる。振動面に接触する場合、重量が重い方を接触させるか、軽い側を接触させるかでピックアップ性能が異なる。

測定の結果、図３の骨伝導デバイス１ｂを用い、振動板１１側を振動面に接触した場合は、１ＫＨｚ以下の低周波側を優位にピックアップし、ケース９側を振動面に接触した場合は１ＫＨｚから２０ＫＨｚの高周波側を優位にピックアップすることが判明した。これは、ケース９側を振動面に接触した場合、ケース９側の慣性モーメントが振動板１１側に比べ小さいため、高周波の振動に追従しやすいことによる。

以上の結果から、ピックアップする振動周波数により骨伝導デバイスの接触面を変えることでより有効なピックアップが可能である。図１、図２の場合も同様にケース９側と振動板１１側の慣性モーメントの違いを利用して、骨伝導デバイスの接触側を変えることで、より有効なピックアップが可能となる。

１、１ａ、１ｂ………骨伝導デバイス
２、１６………磁石ユニット
３、５、１７、１９、１０３………磁石
７、１０５………コイル
９、１１１………ケース
１１………振動板
１３、１５、２１、１０９………ヨーク
２３、２５………プレート
２７………固定部材
１０１………骨伝導スピーカ
１０７………振動部材

Claims (5)

1. 骨伝導デバイスであって、
   磁石ユニットと、
   前記磁石ユニットの周囲に配置されるコイルと、
   前記磁石ユニット及び前記コイルを収容するケースと、
   前記ケースに固定され、前記コイルの軸方向に振動可能に配置される振動板と、
   を具備し、
   前記磁石ユニットは、円盤状の第１の磁石と、円盤状の第２の磁石と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置される中央に空間を有するリング状の第１のヨークと、を具備し、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに同一極性が対向するように離隔して配置され、
   前記振動板を介して、前記コイルと前記磁石ユニットとが相対的に振動可能であることを特徴とする骨伝導デバイス。
2. 前記磁石ユニットは、前記ケースに固定され、
   前記振動板には、前記コイルが接続され、前記コイルの一部が前記磁石ユニットの外周に配置され、
   前記振動板と前記コイルが、前記ケースに対して振動可能であり、
   前記振動板には、前記第１のヨークとは別のヨークが接続され、当該別のヨークに前記コイルが接続されていることを特徴とする請求項１記載の骨伝導デバイス。
3. 前記第１のヨークとは別のヨークは、一方が塞がれ、他方が開口する筒状であることを特徴とする請求項２記載の骨伝導デバイス。
4. 前記コイルは、前記ケースに固定され、
   前記振動板には、前記磁石ユニットが接合され、
   前記振動板と前記磁石ユニットが、前記ケースに対して振動可能であり、
   前記磁石ユニットは、磁気回路を形成するヨークとして機能する２枚のプレートによって挟み込まれていることを特徴とする請求項１記載の骨伝導デバイス。
5. 前記磁石ユニットに対応する位置の前記コイルの外周に、さらに他の磁石ユニットが配置され、
   前記他の磁石ユニットは、前記第１の磁石の周囲に配置される第３の磁石と、前記第２の磁石の周囲に配置される第４の磁石と、前記第３の磁石と前記第４の磁石の間に配置される第２のヨークと、を有し、
   前記第３の磁石と前記第４の磁石は、前記第１の磁石と前記第２の磁石とは逆の極性であって、互いに同一極性が対向するように離隔して配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の骨伝導デバイス。

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