JPWO2017145521A1 - ウェアラブル装置 - Google Patents

Abstract

人の耳に装着して用いられ、主に音響の出力又は入力を行なうウェアラブル装置を提供する。
外筐体１１０は、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０９の間に形成された耳甲介艇３０６にフィットするような細長い形状に形成される。音響発生部１２０は、振動素子１２１と、錘１２２からなる。振動素子１２１は、外筐体１１０の長手方向に沿って細長い形状からなり、一端が外筐体１１０の内壁に固定され、開放端となる他端には錘１２２が取り付けられている。振動素子１２１に交流電界を与えることにより音声に相当する振動を発生する。

Description

本明細書で開示する技術は、人体に取り付けて用いられるウェアラブル装置に係り、特に、人の耳に装着して用いられ、主に音響の出力又は入力を行なうウェアラブル装置に関する。

再生装置や受信機から出力された電気信号を耳又は鼓膜に近接されたスピーカーで音響信号に変換する小型の音響変換装置、すなわちイヤホンが広く普及している。この種の音響再生装置は、着用した聴取者本人だけに聴こえるように音響を発するので、さまざまな環境で利用に供されている。

現在普及しているイヤホンの多くは、聴取者の耳に差し込む形状をなしている。例えば、インナーイヤー型イヤホンは、聴取者の耳介に引っ掛ける形状である。また、カナル型イヤホンは、耳の穴（外耳道：ｅａｒ ｃａｎａｌ）に深く差し込んで使用する形状であり、構造上密閉型が多く、遮音性能が比較的良好であることから、騒音のやや大きい場所でも音楽を楽しめるといったメリットがある。

カナル型イヤホンは、一般的に、電気信号を音響信号に変換するスピーカー・ユニットと、音響管を兼ねたほぼ円筒状のハウジング（筐体）を基本構成要素として、スピーカー・ユニットはハウジングの一端（外耳道の外側）に取り付けられる。ハウジングには、スピーカー・ユニットで発生した空気振動を外耳道に放射して鼓膜に伝える放射出口が設けられている。また、ハウジングの他端（外耳道の挿入部分）には、通常、聴取者が装着した際に外耳道に合致した形状となるイヤピース（着脱式部品）が取り付けられている。例えば、ハウジングの中心から外れた位置から斜めに音響管を配置することにより、耳甲介腔にハウジングを収めた上で、外耳道入口まで音響管を配置することができる、カナル型のイヤホン装置について提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

聴取者がイヤホンを装着して、提示される音声を聴取している間であっても、例えば周囲の人々が話し掛けたときなどに、周囲音も同時に聴取する必要がある。例えば、ウォーキング、ジョギング、サイクリング、登山、スキー、スノーボードを始めとする野外並びに室内でスポーツを行なう際や、運転若しくはナビゲーションの際において、周囲音を聴き取ることができないのは、危険な状況である。また、コミュニケーション若しくはプレゼンテーションの際に、周囲音を聴き取ることができないと、サービスの低下につながる。しかしながら、カナル型など従来のイヤホンのほとんどは、装着状態において耳穴をほぼ完全に塞ぐ構造となっているため、聴取者が聴視中に周囲音を聴き取ることは極めて困難である。

また、従来のイヤホンは、周囲の人々にも、装着状態の聴取者は耳穴を塞いでいるように見えるため、イヤホンの装着者に話し掛けづらい印象を与えることになり、人と人とのコミュニケーションを阻害することにもなる。

特許第４７０９０１７号公報

本明細書で開示する技術の目的は、人の耳に装着して用いられ、装着状態においても非装着状態と同等の周囲音の聴取特性を保ちつつ、同時に良好な音響情報の入出力を実現ことができる、優れたウェアラブル装置を提供することにある。

本明細書で開示する技術は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、
耳介が持つ第１の谷間部に適合する形状からなる外筐体と、
前記外筐体の内部で支持される部品と、
を具備し、前記第１の谷間部に配置され、耳介に保持して用いられるウェアラブル装置である。

本明細書で開示する技術の第２の側面によれば、第１の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体は、前記第１の谷間部としての耳甲介艇に適合する細長い若しくは流線形の形状に形成されている。そして、ウェアラブル装置は、耳甲介艇に配置されたときに、対耳輪下脚と耳輪脚で挟持されるようにして、耳介に保持されるように構成されている。

本明細書で開示する技術の第３の側面によれば、第１の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体の内部で支持される前記部品は、音声を生成する音響発生部を含んでいる。

本明細書で開示する技術の第４の側面によれば、第３の側面に係るウェアラブル装置の前記音響発生部は、振動素子と、前記振動子に取り付けられた錘を備えている。

本明細書で開示する技術の第５の側面によれば、第４の側面に係るウェアラブル装置の前記振動素子は、一端が前記外筐体の内壁に固定された固定端で、他端が開放端である。そして、前記錘は、前記開放端側に取り付けられている。

本明細書で開示する技術の第６の側面によれば、第４の側面に係るウェアラブル装置の前記振動素子は、バイモルフ型素子からなる。

本明細書で開示する技術の第７の側面によれば、第４の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体は細長い形状を有している。そして、前記振動素子は、前記外筐体の長手方向に沿うように配置されている。

本明細書で開示する技術の第８の側面によれば、第４の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体は、完全封止構造である。

本明細書で開示する技術の第９の側面によれば、第５の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体は、前記振動素子の前記固定端を所定の加締め圧で固定するように構成されている。

本明細書で開示する技術の第１０の側面によれば、第３の側面に係るウェアラブル装置の前記音響発生部は、ダイナミック型、バランスド・アーマーチュア型、コンデンサー型、圧電型、静電型のうちいずれかのスピーカーを備えている。

本明細書で開示する技術の第１１の側面によれば、第１０の側面に係るウェアラブル装置の前記音響発生部は、音導管をさらに備えている。

本明細書で開示する技術の第１２の側面によれば、第１１の側面に係るウェアラブル装置の前記音導管は、緩やかに湾曲した形状を有している。また、前記音導管の一端は、前記外筐体と接合されている。そして、前記外筐体を前記第１の谷間部に配置されたときに、前記音導間の他端は外耳道入り口付近に到達するように構成されている。

本明細書で開示する技術の第１３の側面によれば、第３の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体の内部で支持される前記部品は、音声を集音するマイクをさらに含んでいる。

本明細書で開示する技術の第１４の側面によれば、第１の側面に係るウェアラブル装置の前記外筐体の内部で支持される前記部品は、センサーを含んでいる。

本明細書で開示する技術の第１５の側面によれば、第１の側面に係るウェアラブル装置は、前記外筐体の表面を覆う柔軟なクッション部をさらに備えている。

本明細書で開示する技術の第１６の側面によれば、第１の側面に係るウェアラブル装置は、前記外筐体を保持する保持部と、耳介が持つ第２の谷間部に適合する形状からなる係合部を有するアダプターをさらに備えている。

本明細書で開示する技術の第１７の側面によれば、第１６の側面に係るウェアラブル装置において、前記第１の谷間部は耳甲介艇であり、前記第２の谷間部は三角窩である。

本明細書で開示する技術の第１８の側面によれば、第１６の側面に係るウェアラブル装置のように構成されている。

本明細書で開示する技術の第１９の側面によれば、第１の側面に係るウェアラブル装置は、前記部品と信号の入出力又は電源供給を行なうケーブルをさらに備えている。

本明細書で開示する技術の第２０の側面によれば、第１９の側面に係るウェアラブル装置は、前記外筐体を前記第１の谷間部に差し込んだときに下側となる側面に沿うように前記ケーブルを接続している。

本明細書で開示する技術によれば、人の耳に装着して用いられ、装着状態においても非装着状態と同等の周囲音の聴取特性を保ちつつ、同時に良好な音響情報の入出力を実現ことができる、優れたウェアラブル装置を提供することができる。

なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。

本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、本明細書で開示する技術の第１の実施例に係るウェアラブル装置１００の外観構成を示した図である。 図２は、本明細書で開示する技術の第１の実施例に係るウェアラブル装置１００の外観構成を示した図である。 図３は、耳介の形状並びに各部の名称を示した図である。 図４は、ウェアラブル装置１００を耳甲介艇に差し込んでいる様子を示した図である。 図５は、ケーブル付きのウェアラブル装置１００を耳甲介艇に差し込んでいる様子を示した図である。 図６は、アダプター６００の構成例を示した図である。 図７は、アダプター付きのウェアラブル装置１００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示した図である。 図８は、イヤホンに適用したウェアラブル装置１００の側面と断面（内部構成例）を示した図である。 図９は、イヤホンに適用した、マイク付きのウェアラブル装置１００の側面と断面（内部構成例）を示した図である。 図１０は、振動素子１２１と錘１２２からなる音響発生部１２０を斜視した様子を示した図である。 図１１は、開放端に質量Ｘ［ｇ］の錘を載せた振動素子１２１の静止状態を例示した図である。 図１２は、振動素子１２１の駆動状態を例示した図である。 図１３は、振動素子１２１の開放端が振動する様子を例示した図である。 図１４は、振動素子１２１の駆動により、ウェアラブル装置１００全体が振動する様子を例示した図である。 図１５は、振動素子１２１の外筐体１１０への取付方法を例示した図である。 図１６は、振動素子１２１の外筐体１１０への取付方法を例示した図である。 図１７は、振動素子１２１の外筐体１１０への取付方法を例示した図である。 図１８は、振動素子１２１の外筐体１１０への取付方法を例示した図である。 図１９は、振動素子１２１の外筐体１１０への取付方法を例示した図である。 図２０は、本明細書で開示する技術の第２の実施例に係るウェアラブル装置２００の外観構成を示した図である。 図２１は、ウェアラブル装置２００を音響出力装置として適用した場合の内部構成例を示した図である。 図２２は、音響発生部２３０としてのダイナミック型スピーカーの構造を示した図である。 図２３は、マイク付きのウェアラブル装置２００を正面、上面、並びに側面の各々から眺めた三面図を示した図である。 図２４は、ウェアラブル装置２００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示した図である。 図２５は、耳甲介艇に差し込まれたウェアラブル装置１００が耳介軟骨を振動する様子を示した図である。 図２６は、マイク孔を持つウェアラブル装置２００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示した図である。 図２７は、マイク孔を持つウェアラブル装置２００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示した図である。

以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２には、本明細書で開示する技術の第１の実施例に係るウェアラブル装置１００の外観構成を示している。但し、図１は、ウェアラブル装置１００を正面、上面、並びに側面の各々から眺めた三面図であり、図２はウェアラブル装置１００の斜視図である。

図１及び図２から分かるように、ウェアラブル装置１００本体は、流線形若しくは細長形状を有している。ウェアラブル装置１００の主な用途は、イヤホンなどの音響出力であり、人の耳介のさまざまな部位（窪み部分）に装着して用いられる。

ウェアラブル装置１００は、インナーイヤー型やカナル型のイヤホンのように耳穴に差し込むのではなく、耳介に装着して用いられることから、装着状態においても、耳穴は解放されたままであり、非装着状態と同等の周囲音の聴取特性を保つことができる。

ウェアラブル装置１００を、例えば、耳甲介艇や、耳甲介腔、耳珠近傍、三角窩、舟状窩など、耳介が有するいずれかの谷間部に差し込んで利用することができる。

参考のため、耳介の形状並びに各部の名称を図３に示しておく。耳介３００の構造を大まかに言うと、外側から順に、耳輪３０１、対耳輪３０２、耳甲介３０３、耳珠３０４がある。また、耳珠３０４の外側には、対となる突起である対耳珠３０５がある。耳珠３０４と対耳珠３０５の間にある切れ込みが、珠間切痕３１２である。また、耳介３００の下端は、耳垂３１３である。

耳輪３０１は、耳の最外周で、耳の輪郭を形成する部位である。耳輪３０１は、耳介３００の中央付近（外耳道入口３１１の上付近）で内側に向かって湾曲した後は、耳介３００の真ん中付近をほぼ水平に通過し、耳甲介３０３を上下に分割する突起をなしている。耳輪脚３０６は耳輪３０１が耳介３００の内側に向かって湾曲する付近であり、耳輪根３０７は耳輪脚３０６のさらに耳甲介３０３に入り込んでくる部分である。

対耳輪３０２は、対耳珠３０５から上方に向かう稜線であり、耳甲介３０３の縁にも相当する。対耳輪３０２をなす稜線は二股に分かれ、上の枝は対耳輪上脚３０２ａと言い、三角窩３０８の上側の辺に相当する。また、下の枝は対耳輪下脚３０２ｂと言い、三角窩３０８の下側の辺に相当する。

耳甲介３０３は、耳の中央の、最も窪んだ部分であり、耳輪根３０７を境に、上半分の細長い窪みからなる耳甲介艇３０９と、下半分の耳甲介腔３１０に分かれる。また、耳甲介腔３１０の耳珠３０４付近に、外耳道入口３１１がある。

三角窩３０８は、対耳輪上脚３０２ａと対耳輪下脚３０２ｂと耳輪３０１を三辺とする三角形の窪みである。また、舟状窩３１４は、対耳輪３０２と耳輪３０１の間にある、耳介３００全体で言うと上外側の部分にある窪みである。

なお、ヒトの耳介は、主に軟骨と皮膚でできている。耳介の部分に存在する軟骨は、耳介軟骨と呼ばれる。但し、耳垂の部分には軟骨は存在しない。耳甲介艇付近の耳介軟骨は、前耳介筋にて頭蓋骨と接続されており、振動を鼓膜へと伝え易い。

図１及び図２に示した、第１の実施例に係るウェアラブル装置１００は、例えば耳甲介艇３０９に差し込んで用いることができる。対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６という２つの部位の間に形成された細長い谷間部（空間）である（図３を参照のこと）。図４には、ウェアラブル装置１００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示している。ウェアラブル装置１００の本体は、耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成されており、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６で挟持されるようにして、耳介に保持される。変形例として、耳甲介腔３１０や、耳珠３０４の近傍、三角窩３０８、舟状窩３１４など、耳介が有する耳甲介艇３０９以外の谷間部に差し込んで利用するようにウェアラブル装置１００を構成することもできる。

また、図５には、ケーブル付きのウェアラブル装置１００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示している。ウェアラブル装置１００の本体は、耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成されており、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６で挟持されるようにして、耳介に保持される（同上）。外筐体１１０の長手方向の中央付近に、外筐体１１０の側面に沿うように、ケーブル５０１が接続されている。このケーブル５０１を経由して、外部からの電源や信号がウェアラブル装置１００内部に供給され、又は、ウェアラブル装置１００内部で発生した信号が外部に出力される。但し、電源や回路基板をすべてウェアラブル装置１００に内蔵する場合には、ケーブル５０１は不要である。

図５に示す例では、耳介の上部から耳裏に通して、ケーブル５０１を耳に引っ掛ける「シュア（Ｓｈｕｒｅ）掛け」をしている。シュア掛けとすることによって、フィット感が増して、ウェアラブル装置１００が耳介から脱落し難くなるとともに、ユーザーにとってケーブル５０１が邪魔にならなくなる。また、ケーブル５０１が（図示しない場所で）ユーザーの服などと擦れて振動する場合であっても、ケーブル５０１の耳裏を伝う部分で遮られて耳まで届くのを防ぐことができる。ケーブル５０１をシュア掛けし易くするには、例えば図５に示したように、外筐体１１０を耳甲介艇３０９に差し込んだときに下側となる側面に沿うように、ケーブル５０１を接続することが好ましい。

ウェアラブル装置１００の本体は、耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成されるが、例えばジョギング時に使用する場合など、ウェアラブル装置１００が耳介から脱落が心配な場合もある。そこで、耳介への装着性、装着安定性、密着性を改善するためのアダプターを、ウェアラブル装置１００と併用するようにしてもよい。

図６には、アダプター６００の構成例を示している。図示のアダプター６００は、略Ｕ字の形状をなし、Ｕ字の一端に保持部６０１を備えるとともに、他端に係合部６０２を備えている。保持部６０１は凹み形状をなし、この凹みの中にウェアラブル装置１００を嵌め込んで保持することができる。ウェアラブル装置１００を保持した状態の保持部６０１は、耳甲介艇３０９に引っ掛かるような形状となる。一方、係合部６０２は、三角窩３０８に引っ掛かるような略三角形の形状をしている。アダプター６００は、例えばエラストマーなどの非常に柔らかい素材で構成され、各個人の耳の形状に応じて変形できるものとする。

また、図７には、アダプター６００付きのウェアラブル装置１００を耳介に取り付けている様子を示している。保持部６０１は、輪の中にウェアラブル装置１００を取り付けることで、ウェアラブル装置１００の外形に沿った形状となる。そして、ウェアラブル装置１００を取り付けた保持部６０１は、耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成となり、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６で挟持されるようにして保持される。一方、係合部６０２は、三角窩３０８に引っ掛かるような略三角形の形状をしており、対耳輪上脚３０２ａと対耳輪下脚３０２ｂと耳輪３０１を三辺に囲まれるようにして保持される。

図７からも分かるように、アダプター６００付きのウェアラブル装置１００は、耳甲介艇３０９と三角窩３０８という、耳介が有する２つの谷間部を利用して耳介に取り付けられるので、耳甲介艇３０９にのみウェアラブル装置１００を差し込む場合と比較して、装着性、装着安定性、密着性を大幅に改善することができるとともに、ユーザーの耳にかかる負担を分散させる役目を負う。また、ウェアラブル装置１００単体で耳介に取り付ける場合と比較して、アダプター６００付きのウェアラブル装置１００は、耳介との接触面積が大きくなる。したがって、ウェアラブル装置１００をイヤホンなどの音響出力装置として利用する場合には、音響信号の伝達特性を改善することができる。

図８には、イヤホンに適用したウェアラブル装置１００の側面と断面（内部構成例）を示している。図示のウェアラブル装置１００は、外筐体１１０と、外筐体１１０の内部で支持される音響発生部１２０を備えている。

外筐体１１０は、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６の間に形成された耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成される（図４を参照のこと）。外筐体１１０は、人が指で摘んだくらいの外力が加わっても変形しない、ある程度の機械強度を備えたリジットな構造体であり、音響発生部１２０などの内蔵部品を外力から保護する役割もある。また、耳甲介艇とのフィット感を向上し、又は、耳甲介艇３０９からの脱落を防止するために、外筐体１１０の表面を、シリコンゴムなどの柔軟なクッション部（図示しない）で覆ったり、特殊な表面処理を施したりしてもよい。また、図示を省略するが、アダプター（前述並びに図６を参照のこと）と併用してもよい。

音響発生部１２０は、振動素子１２１と、錘１２２からなる。振動素子１２１は、外筐体１１０の長手方向に沿って細長い形状からなり、一端のみが外筐体１１０の内壁に固定された片持ち梁であり、開放端となる他端には錘１２２が取り付けられている。

振動素子１２１の一端（固定端）は、ボンドや加締め用金属などによって外筐体１１０に固定されている。また、錘１２２は、タングステンや真鍮などの素材で形成された重量物である。

振動素子１２１は、例えばバイモルフ型素子で構成される。ここで、バイモルフ型素子は、 長さ方向に伸縮する圧電素子２枚を接合若しくは積層し、一方が伸びると他方が縮むように構成した撓み振動子であり、交流電界を与えることにより音声に相当する振動を発生する。ちなみに、バイモルフ型素子に逆に撓み力を与えると交流電界を出力することができる。

外筐体１１０の長手方向に振動素子１２１を配置して、長さ方向（片持ち梁）の寸法をより大きくし、且つ、錘１２２を重くすることで、振動素子１２１の固有振動数が減少し、音響発生部１２０が出力する音質が向上する。振動素子１２１の動作原理の詳細については、後述に譲る。

また、外筐体１１０の内部空間を真空に近い状態に保つことにより、内部空気の流動による音響のロスを抑えることができる。

振動素子１２１への音声信号や電源は、ケーブル１２３を介して外筐体１１０の内部に供給される。但し、電源や回路基板をすべて外筐体１１０に内蔵する場合には、ケーブル１２３は不要である。

図９には、マイク付きのウェアラブル装置１００の側面と断面（内部構成例）を示している。図示のウェアラブル装置１００は、外筐体１１０と、外筐体１１０に内蔵される音響発生部１２０と、マイク１３０を備えている。

外筐体１１０は、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６の間に形成された耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成される。また、音響発生部９２０は、振動素子１２１と、錘１２２からなる。振動素子１２１は、外筐体１１０の長手方向に沿って細長い形状からなる。振動素子１２１の一端（固定端）は、ボンドや加締め用金属などによって外筐体１１０に固定されている。振動素子１２１の他端は開放端であり、タングステンや真鍮などの素材で形成された錘１２２が取り付けられている（同上）。

外筐体１１０の先端付近には、音声を集音するマイク１３０が取り付けられている。マイク１３０で集音された音声信号は、マイク信号線１３１を介して外筐体１１０内を伝送され、さらにケーブル１２３から外部出力される。さらに、外筐体１１０の壁面には、マイク１３０の設置場所に合わせてマイク孔１１１が穿設されている。周囲の音声は、このマイク孔１３０を介してマイクに届く。

マイク１３０の用途の一例は、ノイズキャンセリングである。すなわち、マイク１３０で周囲の音を拾い、ちょうどその音と逆位相の音波を発生させることによって、ノイズを低減する。マイク１３０をフィードフォワード型若しくはフィードバック型のノイズキャンセリング用マイクとして利用することができる。ウェアラブル装置１００にマイク１３０を装備することで、鼓膜により近い場所でノイズキャンセリングを実現することができる。

なお、ウェアラブル装置１００には、上述したマイク以外のセンサーも搭載するようにしてもよい。ウェアラブル装置１００が人体と接触して使用されるという性質を利用して、さまざまな生体センサー、着脱センサーをウェアラブル装置１００に搭載するようにしてもよい。

続いて、音響発生部１２０の動作原理について説明する。

図１０には、音響発生部１２０を斜視した様子を示している。上述したように、音響発生部１２０は、振動素子１２１と、錘１２２からなる。

振動素子１２１は、例えばバイモルフ型素子で構成される。バイモルフ型素子は、 長さ方向に伸縮する圧電素子２枚を上下に接合若しくは積層し、一方が伸びると他方が縮むように構成した撓み振動子であり、交流電界を与えることにより音声に相当する振動を発生することができる。

図１１には、一端を固定端とし、他端を開放端とし、且つ、開放端に質量Ｘ［ｇ］の錘を載せた振動素子１２１の静止状態を例示している。振動素子１２１を構成する上下２枚の圧電素子には電界が印加されず（若しくは、各圧電素子の伸縮が同程度となるように電界がそれぞれ与えられ）、振動素子１２１は撓むことなく、水平方向にほぼ真直ぐに伸びている。

また、図１２には、振動素子１２１の駆動状態を例示している。同図では、振動素子１２１を構成する２枚の圧電素子のうち下側が伸び上側が縮むような電界が印加され、この結果、振動素子１２１は上側に撓み、開放端は水平位置からＹ［ｍｍ］だけ上に変位している。

振動素子１２１に交流電界を印加すると、２枚の圧電素子が交互に進展と収縮を繰り返し、図１３に示すように、錘１２２を取り付けた開放端側が紙面の上下方向に振動する。

振動素子１２１の最低共振周波数（Ｆ０）は、素子全長Ｌと開放端に取り付けた錘１２２の質量Ｘ［ｇ］で決まる。したがって、音響発生部１２０がより広い音声出力周波数帯域を確保するためには、できる限り長い振動素子１２１で、且つ、重い錘１２２を利用することが好ましい。また、振動素子１２１を片持ちで支持する外筐体１１０を、金属のような重量のある素材で製作すれば、低周波数帯域の確保に寄与するものと思料される。

これまで図示してきた例では、細長い形状の外筐体１１０の長手方向に沿って振動素子１２１が配置されるので、素子長を可能な限り長くすることができる。そして、振動素子１２１は、例えばバイモルフ型素子からなり、上下方向（外筐体１１０の長手方向とは垂直な方向）に撓んで振動する。外筐体１１０を細長い形状にすれば、片持ち梁となる振動素子１２１を支持し易い、ということができる。付言すれば、振動素子１２１の素子長を長くすると、低域の音声を出力し易くなるが、その分だけノイズキャンセリングし易くなると言うこともできる。

図１４には、振動素子１２１の駆動により、ウェアラブル装置１００全体が振動する様子を例示している。参照番号１４０１で示す錘１２２の振動は、作用反作用の原理により、参照番号１４０２で示すように、外筐体１１０に伝搬すると、参照番号１４０３〜１４０５で示すように、外筐体１１０の振動となる。これらの振動１４０３〜１４０５は、まず耳甲介艇を構成する皮膚及び耳介軟骨に伝わる。図２５には、耳甲介艇に差し込まれたウェアラブル装置１００が、耳介軟骨を振動する様子を示している。耳介軟骨に伝わった振動により、さらに鼓膜や中耳を加振することで、音響信号を伝えることができる。なお、振動素子１２１の振動１４０３〜１４０５の振幅は、振動素子１２１自体や錘１２２が外筐体１１０の内壁にぶつからないようにクリアランスを保つ設計とする必要がある。

第１の実施例に係るウェアラブル装置１００では、振動素子１２１は電気信号を空気振動（音波）に変換するというよりも、むしろ、振動素子１２１の機械振動１４０３〜１４０５をそのまま人体に伝える（骨伝導）と言うべきである。そして、人体が２次的な発音体となって空気に音を伝えることによって（より具体的には、人体を媒介にして伝わった振動が外耳道の壁面（軟骨領域）に伝わった振動が空気振動に変換され）、鼓膜へ届く。

人体に振動を伝えるという観点から、外筐体１１０は、細長い形状で人体（耳甲介艇）との接触面積ができる限り広いことが好ましい。外筐体１１０を、単に細長い形状とするのではなく、対耳輪に沿って緩やかに湾曲した形状とすることにより、耳介との接触面積がさらに広くなり、振動素子１２１の振動が人体に伝わり易くなる、と言うことができる。

第１の実施例に係るウェアラブル装置１００自体は、電気信号を空気振動に変換しないので、音波を伝搬する音導管や音孔などの開口部を設ける必要がない。したがって、ウェアラブル装置１００（若しくは、外筐体１１０）を完全封止による完全防水構造に構成することが可能である。また、第１の実施例に係るウェアラブル装置１００は、耳垢などによって音孔が閉塞して使用不能な状況に陥ることがなく、メンテナンスフリーであるとともに、洗浄が容易である。但し、マイク付きのウェアラブル装置１００はマイク孔が必要であり（例えば、図９を参照のこと）、完全封止ではなくなる点に留意されたい。

また、第１の実施例に係るウェアラブル装置１００は、圧電素子などからなる振動素子１２１を使用することから、以下の理由（１）〜（３）に基づいて、省電力が可能というメリットがある。

（１）圧電素子は、回路素子としてはキャパシターに見えるので、直流電流が流れない。
（２）可聴域の高い周波数（交流電流）は流れるが、ダイナミック型スピーカーに比べて省電力である。
（３）高い周波数のレスポンスは比較的高めであり、信号処理で出力を抑制することで省電力化が可能である。

ここで、振動素子１２１の最低共振周波数は、素子全長Ｌと開放端に取り付けた錘１２２の質量Ｘ［ｇ］で決まる。したがって、音響発生部１２０がより広い音声出力周波数帯域を確保するためには、できる限り長い振動素子１２１で重い錘１２２を利用することが好ましい。

但し、図１５に示すように振動素子１２１の一端を外筐体１１０にリジットに固定すると、振動素子１２１の取付しろの部分は外筐体１１０の内壁に埋設されまったく振動しないので、実効素子全長Ｌ´（開放端から固定端までの長さ）は素子全長Ｌよりも取付しろの長さだけ短くなり、その分だけ音声出力周波数帯域も狭くなってしまう。

図１６には、振動素子１２１の一端を、ボンド１６０１のような弾性を持つ素材を介して、言わば半固定にして外筐体１１０に取り付けた例を示している。このような場合、振動素子１２１は、取付しろの部分も稼働が可能となるので、実効素子全長Ｌ´（開放端から固定端までの長さ）は図１５に示した例ほど短縮せず、むしろ振動素子１２１の全長Ｌよりも実効素子全長Ｌ´の方が長くなることもある。

なお、図１６に示したようにボンド１６０１で振動素子１２１の一端を外筐体１１０に取り付ける方法では、ボンド１６０１の固着具合により固定端の位置がばらついて実効素子全長Ｌ´が一定にならないため、最低共振周波数が変化する（音質が安定しない）、という問題がある。そこで、振動素子１２１の固定部分の加締め圧を調整できる構造や（図１７を参照のこと）、振動素子１２１の一端をネジ留めする構造（図１８を参照のこと）を採用して、例えば製造出荷時において、規定の最低共振周波数となるように加締め圧を調整するようにしてもよい。あるいは、最低共振周波数のばらつきを信号処理などで補正するようにしてもよい。

また、図１９には、振動素子１２１の一端を、板材１９０１を介して外筐体１１０に取り付けた例を示している。板材１９０１は外筐体１１０の内壁にリジットに固定されているが、振動素子１２１は全長にわたって稼働が可能な状態である。このような場合、振動素子１２１の実効素子全長Ｌ´（開放端から固定端までの長さ）は、板材１９０１が介在する分だけ、振動素子１２１の全長Ｌよりも長くなる。なお、板材１９０１として、薄いステンレスの板金など、可撓性を備えるとともに機械的疲労に強い素材であることが好ましい。

付言すれば、第１の実施例に係るウェアラブル装置１００によれば、振動素子１２１の素子全長Ｌ（若しくは、実効素子全長Ｌ´）と錘１２２の質量以外は、音響発生素子１２０の制約は少なく、形状設計の自由度が高いというメリットがある。他方、振動板で空気を振動させるタイプのスピーカーの場合、振動板を円盤状にした方が、音質が安定して製造し易いといった形状依存があり、設計上の制約になる。

図２０には、本明細書で開示する技術の第２の実施例に係るウェアラブル装置２００の外観構成を示している。但し、同図は、ウェアラブル装置２００を正面、上面、並びに側面の各々から眺めた三面図である。また、図２１には、ウェアラブル装置２００を音響出力装置として適用した場合の内部構成例を示している。

第２の実施例に係るウェアラブル装置２００は、音響発生部２３０としてダイナミック型スピーカーを用いており、このダイナミック型スピーカーを内部で支持する外筐体２１０と、ダイナミック型スピーカーによって生成された音波を外界に伝搬する音導管２２０を備えている。

外筐体２１０は、流線形若しくは細長形状を有しており、例えば、耳甲介艇や、耳甲介腔、耳珠近傍、三角窩、舟状窩など、耳介が有するいずれかの谷間部に差し込んで利用することができる。外筐体２１０は、人が指で摘んだくらいの外力が加わっても変形しない、ある程度の機械強度を備えたリジットな構造体であり、音響発生部２３０などの内蔵部品を外力から保護する役割もある。

音導管２２０は、音響発生部（ダイナミック型スピーカー）２３０で生成した音波を、外筐体２１０の設置場所から外耳道入り口付近まで伝搬して、外耳道の奥（鼓膜）に向けて放射する。音導管２２０は、その一端２２１にて外筐体２１０と接合されている。また、音導管２２０は、緩やかに湾曲した形状を有しており、外筐体２１０を耳甲介艇に差し込んだときに、音導管２２０の他端２２２は外耳道入り口付近に到達する。

外筐体２１０は、耳甲介艇に差し込んで利用するという理由により細長い形状をなす。一方、音響発生部２３０としてダイナミック型スピーカーを用いる場合、音質や製造上の都合により振動板を円盤状にした方がよいという形状依存がある。このため、外筐体２１０内で音響発生部２３０を図２１に示したように配置して、振動板をできる限り大きくできるようにすることが好ましいと思料される。また、図２１に示す音響発生部２３０の配置によれば、音導管２２０に向かって音波を生成することができる。

図２２には、音響発生部２３０としてのダイナミック型スピーカーの構造を詳細に示している。

マグネット２２０１により構成される磁気回路中に対向して、ボイス・コイル２２０２を有する振動板２２０３が配置されている。また、音響発生部２３０の内部は、この振動板２２０３によって、振動板前面空間（フロント・キャビティー）２２０４と振動板背面空間２２０５（バック・キャビティー）に仕切られている。そして、ボイス・コイル２２０２に入力される音声信号に応じて磁界が変化すると、マグネット２２０１の磁力よって振動板２２０３が前後に動作することで、振動板前面空間２２０４と振動板背面空間２２０５の間で気圧の変化が発生し、これが音響となる。

振動板前面空間２２０４で発生する音響は、音導部２２０の一端２２１に取り込まれると、その管内を伝搬して、音導部２２０の他端２２２から外耳道の奥に向かって放射されると、その後は鼓膜に到達する。

したがって、音導管２２０の一端２２１は、振動板前面空間２２０４付近にて外筐体２１０と接合されている。また、外筐体２１０を耳甲介艇に差し込んだときに、他端２２２が外耳道入り口付近に到達するように、音導管２２０は、緩やかに湾曲した形状を有している。

なお、音響発生部２３０の発音素子は、上記のダイナミック型の他、バランスド・アーマーチュア型、コンデンサー型、圧電型、静電型のうちいずれか１つ、又は２以上の複合であってもよい。

図２０及び図２１に示した、第２の実施例に係るウェアラブル装置２００は、第１の実施例に係るウェアラブル装置１００と同様、例えば耳甲介艇３０９に差し込んで用いることができる。耳甲介艇３０９は、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６という２つの部位の間に形成された細長い谷間（空間）である（図３を参照のこと）。

なお、図２３には、マイク（図示しない）付きのウェアラブル装置２００を正面、上面、並びに側面の各々から眺めた三面図を示している。マイクは、外筐体の内部で支持されているものとする。図示のように、外筐体の壁面には、マイクの設置場所に合わせてマイク孔２３０１が穿設されている。音声は、このマイク孔２３０１を介してマイクに届く。

マイクの用途の一例は、ノイズキャンセリングである。すなわち、マイクで周囲の音を拾い、ちょうどその音と逆位相の音波を発生させることによって、ノイズを低減する。マイクをフィードフォワード型若しくはフィードバック型のノイズキャンセリング用マイクとして利用することができる。ウェアラブル装置２００にマイクを装備することで、鼓膜により近い場所でノイズキャンセリングを実現することができる。

なお、ウェアラブル装置２００には、上述したマイク以外のセンサーも搭載するようにしてもよい。ウェアラブル装置２００が人体と接触して使用されるという性質を利用して、さまざまな生体センサー、着脱センサーをウェアラブル装置１００に搭載するようにしてもよい。

図２４には、ウェアラブル装置２００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示している。ウェアラブル装置２００の本体は、耳甲介艇３０９にフィットするような細長い（若しくは、流線形の）形状に形成されており、対耳輪下脚３０２ｂと耳輪脚３０６で挟持されるようにして、耳介に保持される。また、音響発生部２３０（ダイナミック型スピーカー）によって生成された音波は、音導管２２０を伝わって、外耳道入り口付近に放射される。

耳甲介艇とのフィット感を向上し、又は、耳甲介艇３０９からの脱落を防止するために、外筐体２１０の表面を、シリコンゴムなどの柔軟なクッション部（図示しない）で覆ったり、特殊な表面処理を施したりしてもよい。また、図示を省略するが、第１の実施例に係るウェアラブル装置１００と同様に、ウェアラブル装置２００をアダプター（図６を参照のこと）と併用してもよい。

なお、変形例として、耳甲介腔、耳珠近傍、三角窩、舟状窩など、耳介が有する耳甲介艇以外の谷間部に差し込んで利用するようにウェアラブル装置２００を構成することもできる。

参考として、図２３に示したような、外筐体の壁面にマイク孔２３０１が穿設されたウェアラブル装置２００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を、図２６に示しておく。また、図２７には、変形例として、外筐体ではなく、音導管の壁面にマイク孔２７０１を穿設したウェアラブル装置２００を耳甲介艇３０９に差し込んでいる様子を示しておく。図２７に示す例では、外筐体ではなく音導管の内部でマイクが支持されていることを想定しており、マイクの設置場所に合わせて音導管の壁面にマイク孔２７０１が穿設されている。図２６及び図２７のいずれに示す例でも、ウェアラブル装置２００を耳介に取り付けた状態では、マイク孔は外界（耳介の反対側）に向けられており、周囲からの空気振動（音波）の入り口となる。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書で開示する技術に係るウェアラブル装置は、音響出力装置に適用した場合には、いわゆるイヤホンと同様に聴取者の耳に装着して用いられるが、装着状態においても非装着状態と同等の周囲音の聴取特性を実現しつつ、同時に音響情報を出力することができる、及び、装着状態においても周囲の人々からは聴取者の耳穴を塞いでいないように見える、といった特徴がある。

このような特徴を生かして、本明細書で開示する技術を適用した音響出力装置を、ウォーキング、ジョギング、サイクリング、登山、スキー、スノーボードを始めとする野外並びに室内で行なうさまざまなスポーツ分野（プレイ中や遠隔コーチングなど）、周囲音聴取と音声情報提示が同時に必要となるコミュニケーション若しくはプレゼンテーション分野（例えば、芝居観覧時情報補足、博物館音声情報提示、バード・ウォッチング（鳴声聴取）など）、運転若しくはナビゲーション、警備員、ニュースキャスターなどに適用することができる。

また、本明細書で開示する技術に係るウェアラブル装置は、マイク付きのイヤホンに適用したり、耳介に装着して生体情報を検出する生体センサーを始めさまざまなセンサーを組み込んだりこともできる。

本明細書では、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきた。したがって、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）耳介が持つ第１の谷間部に適合する形状からなる外筐体と、
前記外筐体の内部で支持される部品と、
を具備し、前記第１の谷間部に配置され、耳介に保持して用いられるウェアラブル装置。
（２）前記外筐体は、前記第１の谷間部としての耳甲介艇に適合する細長い若しくは流線形の形状に形成され、
耳甲介艇に配置されたときに、対耳輪下脚と耳輪脚で挟持されるようにして、耳介に保持される、上記（１）に記載のウェアラブル装置。
（３）前記外筐体の内部で支持される前記部品は、音声を生成する音響発生部を含む、
上記（１）に記載のウェアラブル装置。
（４）前記音響発生部は、振動素子と、前記振動子に取り付けられた錘を備える、
上記（３）に記載のウェアラブル装置。
（５）前記振動素子は、一端が前記外筐体の内壁に固定された固定端で、他端が開放端であり、
前記錘は、前記開放端側に取り付けられる、
上記（４）に記載のウェアラブル装置。
（６）前記振動素子は、バイモルフ型素子からなる、
上記（４）に記載のウェアラブル装置。
（７）前記外筐体は細長い形状を有し、
前記振動素子は、前記外筐体の長手方向に沿うように配置される、
上記（４）に記載のウェアラブル装置。
（８）前記外筐体は、完全封止構造である、
上記（４）に記載のウェアラブル装置。
（９）前記外筐体は、前記振動素子の前記固定端を所定の加締め圧で固定する、
上記（５）に記載のウェアラブル装置。
（１０）前記音響発生部は、ダイナミック型、バランスド・アーマーチュア型、コンデンサー型、圧電型、静電型のうちいずれかのスピーカーを備える、
上記（３）に記載のウェアラブル装置。
（１１）前記音響発生部は、音導管をさらに備える、
上記（１０）に記載のウェアラブル装置。
（１２）前記音導管は、緩やかに湾曲した形状を有し、
前記音導管の一端は、前記外筐体と接合され、
前記外筐体を前記第１の谷間部に配置されたときに、前記音導間の他端は外耳道入り口付近に到達する、
上記（１１）に記載のウェアラブル装置。
（１３）前記外筐体の内部で支持される前記部品は、音声を集音するマイクをさらに含む、
上記（３）に記載のウェアラブル装置。
（１４）前記外筐体の内部で支持される前記部品は、センサーを含む、
上記（１）に記載のウェアラブル装置。
（１５）前記外筐体の表面を覆う柔軟なクッション部をさらに備える、
上記（１）に記載のウェアラブル装置。
（１６）前記外筐体を保持する保持部と、耳介が持つ第２の谷間部に適合する形状からなる係合部を有するアダプターをさらに備える、
上記（１）に記載のウェアラブル装置。
（１７）前記保持部は、前記外筐体を保持して前記第１の谷間部に適合する形状となる、
上記（１６）に記載のウェアラブル装置。
（１８）前記第１の谷間部は耳甲介艇であり、前記第２の谷間部は三角窩である、
上記（１６）に記載のウェアラブル装置。
（１９）前記部品と信号の入出力又は電源供給を行なうケーブルをさらに備える、
上記（１）に記載のウェアラブル装置。
（２０）前記外筐体を前記第１の谷間部に差し込んだときに下側となる側面に沿うように前記ケーブルを接続する、
上記（１９）に記載のウェアラブル装置。

１００…ウェアラブル装置
１１０…外筐体、１１１…マイク孔
１２０…音響発生部、１２１…振動素子
１２２…錘、１２３…ケーブル
１３０…マイク、１３１…マイク信号線
２００…ウェアラブル装置
２１０…外筐体、２２０…音導管、２３０…音響発生部
６００…アダプター、６０１…保持部、６０２…係合部
２２０１…マグネット、２２０２…ボイス・コイル
２２０３…振動板
２３０１…マイク孔

Claims (20)

1. 耳介が持つ第１の谷間部に適合する形状からなる外筐体と、
   前記外筐体の内部で支持される部品と、
   を具備し、前記第１の谷間部に配置され、耳介に保持して用いられるウェアラブル装置。
2. 前記外筐体は、前記第１の谷間部としての耳甲介艇に適合する細長い若しくは流線形の形状に形成され、
   耳甲介艇に配置されたときに、対耳輪下脚と耳輪脚で挟持されるようにして、耳介に保持される、請求項１に記載のウェアラブル装置。
3. 前記外筐体の内部で支持される前記部品は、音声を生成する音響発生部を含む、
   請求項１に記載のウェアラブル装置。
4. 前記音響発生部は、振動素子と、前記振動子に取り付けられた錘を備える、
   請求項３に記載のウェアラブル装置。
5. 前記振動素子は、一端が前記外筐体の内壁に固定された固定端で、他端が開放端であり、
   前記錘は、前記開放端側に取り付けられる、
   請求項４に記載のウェアラブル装置。
6. 前記振動素子は、バイモルフ型素子からなる、
   請求項４に記載のウェアラブル装置。
7. 前記外筐体は細長い形状を有し、
   前記振動素子は、前記外筐体の長手方向に沿うように配置される、
   請求項４に記載のウェアラブル装置。
8. 前記外筐体は、完全封止構造である、
   請求項４に記載のウェアラブル装置。
9. 前記外筐体は、前記振動素子の前記固定端を所定の加締め圧で固定する、
   請求項５に記載のウェアラブル装置。
10. 前記音響発生部は、ダイナミック型、バランスド・アーマーチュア型、コンデンサー型、圧電型、静電型のうちいずれかのスピーカーを備える、
    請求項３に記載のウェアラブル装置。
11. 前記音響発生部は、音導管をさらに備える、
    請求項１０に記載のウェアラブル装置。
12. 前記音導管は、緩やかに湾曲した形状を有し、
    前記音導管の一端は、前記外筐体と接合され、
    前記外筐体を前記第１の谷間部に配置されたときに、前記音導間の他端は外耳道入り口付近に到達する、
    請求項１１に記載のウェアラブル装置。
13. 前記外筐体の内部で支持される前記部品は、音声を集音するマイクをさらに含む、
    請求項３に記載のウェアラブル装置。
14. 前記外筐体の内部で支持される前記部品は、センサーを含む、
    請求項１に記載のウェアラブル装置。
15. 前記外筐体の表面を覆う柔軟なクッション部をさらに備える、
    請求項１に記載のウェアラブル装置。
16. 前記外筐体を保持する保持部と、耳介が持つ第２の谷間部に適合する形状からなる係合部を有するアダプターをさらに備える、
    請求項１に記載のウェアラブル装置。
17. 前記保持部は、前記外筐体を保持して前記第１の谷間部に適合する形状となる、
    請求項１６に記載のウェアラブル装置。
18. 前記第１の谷間部は耳甲介艇であり、前記第２の谷間部は三角窩である、
    請求項１６に記載のウェアラブル装置。
19. 前記部品と信号の入出力又は電源供給を行なうケーブルをさらに備える、
    請求項１に記載のウェアラブル装置。
20. 前記外筐体を前記第１の谷間部に差し込んだときに下側となる側面に沿うように前記ケーブルを接続する、
    請求項１９に記載のウェアラブル装置。