WO2012035572A1

WO2012035572A1 - 振動検出装置

Info

Publication number: WO2012035572A1
Application number: PCT/JP2010/005573
Authority: WO
Inventors: 啓真鍋; 佐藤　宏
Original assignee: フォスター電機株式会社
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2012-03-22

Abstract

　装着性を向上でき、かつ許容量以上の圧力が加わるのを防止できる振動検出装置を提供する。　振動検出装置は、振動検出素子（２ａ）、第一のケース（１）および振動伝達媒体（４）を備えている。上記振動検出素子（２ａ）は、振動源（８）からの振動を検出する。上記第一のケース（１）は、上記振動検出素子（２ａ）を収容し、上記振動源（８）に接触する面側に、上記振動検出素子（２ａ）の振動検出面（３）に加わる圧力を制限する圧力制限部（１２）を有する。上記振動伝達媒体（４）は、ショアＡ硬度が０～５０の高分子材料で形成され、上記圧力制限部（１２）により上記振動源（８）との接触圧力が制限された状態で、上記振動源（８）からの振動を上記振動伝達媒体（４）を介し振動検出素子（２ａ）の振動検出面（３）に伝達する。上記振動検出素子（２ａ）を上記振動伝達媒体（４）を介して第一のケース（１）内に埋設する。

Description

振動検出装置

　本発明は、例えば携帯電話や音声入力装置、あるいは電子聴診器に用いられ、人体から発せられた振動を検出する振動検出装置に関する。

　近年、人体から直接音声を収音する接触型マイクロホンとして、骨伝導マイクロホンや肉伝導マイクロホンが開発され注目されている（非特許文献１参照）。

　骨伝導マイクロホンは、人体の骨を媒体とする音の伝達を利用するものであり、額部分などの比較的皮膚の薄いところにマイクとなるセンサを取り付けて音声等を収音する。

　一方、肉伝導マイクロホンは、人体の軟部組織、例えば皮膚や筋肉、脂肪などの弾性のある組織を媒体とする音の伝達を収音するものであり、首部や耳の下部に振動検出装置を接触させてささやき声のような極小さな体導音を拾うものが提案されている（非特許文献２参照）。ここに体導音としては、肉導音や骨導音をいう。これに対し、空気を伝搬する音は気導音という。なお、肉導音は肉伝導による音のことである。肉伝導マイクロホンは電子聴診器などに使われ、軟部組織を介して伝わる体導音を直接サンプリングできるので、通常の発声音量より小さいものでも感度良く検出できるという利点がある。

　しかしながら、従来の骨伝導マイクロホンは、収音するセンサを体の表面に強く押し当てるため痛みを伴うなど装着性に問題がある。また、従来の技術では、体表に押し当てる際に、許容量以上の圧力が振動検出装置にかかることを防止する手段がないため、強く押し当てると振動検出素子の検出限界に達し、収音ができない状態になってしまうという問題がある（特許文献１、特許文献２参照）。

再公表特許　国際公開番号ＷＯ２００７／１２９５００号公報

特開２００７－１０１３０５号公報

社団法人情報処理学会研究報告 (IPSJ SIG Technical Report)2004-H1-109(6) 2004-SLP-52(6) 2004/7/16 pp.33-40 中島淑貴、竹笛浩司、柏岡秀紀、鹿野清宏、ニックキャンベル、"NAMInterface Communication"

日本音響学会講演論文集 2008年９月 pp.637-638 清水奨太、平原達也、大谷真、「小型体導音センサの構造と感度特性」

　上述したように、骨伝導マイクロホンや肉伝導マイクロホンなどの従来の振動検出装置は、体表に強く押し当てる必要があるため装着性が十分でなかったり、体表に押し当てる際に許容量以上の圧力がかかると収音ができなかったりするという問題がある。

　従って、本発明の目的は、振動源への装着性を向上でき、かつ振動源に押し当てる際に許容量以上の圧力が加わるのを防止し、振動音を確実に収音し得る振動検出装置を提供することにある。

　請求項１の発明は、振動源からの振動を検出する振動検出素子と、前記振動検出素子を収容し、前記振動源に接触する面側に、前記振動検出素子の振動検出面に加わる過剰な圧力を制限する圧力制限部を有する第一のケースと、ショアＡ硬度が０～５０の高分子材料で形成され、前記圧力制限部により前記振動源との過剰な接触圧力が制限された状態で、前記振動源からの振動を前記振動検出素子の振動検出面に伝達し、かつ前記振動検出素子を前記第一のケース内に埋設する振動伝達媒体とを具備することを特徴とする振動検出装置である。

　請求項２の発明は、請求項１の振動検出装置において、前記振動検出素子を収容する第二のケースを更に具備し、前記第二のケースの前記振動源に対向する面側に前記振動検出素子の振動検出面が配置されることを特徴とする。

　請求項３の発明は、請求項１の振動検出装置において、前記振動伝達媒体上面に、前記振動伝達媒体より硬質な材料で形成された皮膚接触板を設けたことを特徴とする。

　請求項４の発明は、請求項３の振動検出装置において、前記皮膚接触板は、前記振動源に向かってドーム形状であることを特徴とする。

　請求項５の発明は、請求項１の振動検出装置において、前記振動検出素子を囲む前記振動伝達媒体の上面は、前記第一のケースの圧力制限部上端より下に配置されたことを特徴とする。

　請求項６の発明は、請求項１の振動検出装置において、前記振動検出素子を囲む前記振動伝達媒体の上面は、前記振動源に向かって凸面形状であることを特徴とする。

　本発明によれば、第一のケース内に収容された振動検出素子を高分子材料からなるショアＡ硬度０～５０の振動伝達媒体で覆った構成とし、かつ振動源に振動検出面を強く押圧した場合でも過剰な接触圧力が振動検出素子に加わるのを防止する圧力制限部を第一のケースの上端部に設けたため、許容量範囲以上の圧力が振動検出素子に加わるのを防止することができる。

　また、振動伝達媒体としてショアＡ硬度０～５０の軟質なものを用いたため、振動源である軟部組織に振動検出面を押し当てた場合、感触が良く、装着性が良い。

本発明の実施例１に係る振動検出装置を示す断面図である。本発明の実施例１に係る振動検出装置を体表に押し当てた状態を示す断面図である。本発明の実施例２に係る振動検出装置を示す断面図である。本発明の実施例２に係る振動検出装置の他の構成例を示す断面図である。本発明の振動検出装置の応用例１について説明するためのもので、携帯電話に組み込んだ場合の斜視図である。本発明の振動検出装置の応用例２について説明するためのもので、音声入力装置に適用した場合の正面図である。

　本発明について添付図面を参照しながら詳細に説明する。

　図１は、本発明の実施例１に係る振動検出装置を示す断面図である。この振動検出装置は、樹脂や金属などで形成された有底円筒形状の外ケース（第一のケース）１内に振動検出素子２ａを配置し、その周りをショアＡ硬度が０～５０の高分子材料、例えばシリコーン系であってヤング率４．５×１０^５［Ｐａ］程度、密度１．００×１０^３［Ｋｇ／ｍ^３］程度のエラストマを充填して振動検出素子２ａを埋設した構造になっている。

　外ケース１の外周上方部に外側に向かって張り出したフランジ１ａが形成されている。フランジ１ａの前面位置は、振動伝達媒体４の前面位置とほぼ等しくなっている。このフランジ１ａは、組込む際の取付部である。よって、フランジ１ａはなくても良い。

　上記ショアＡ硬度０～５０の高分子材料の前面は、肉導音を採音するために働く。すなわち、振動源である人体の体の表面、例えば皮膚からの振動を反射減衰を極力少なくし、上記振動検出素子２ａの振動検出面３に確実に伝達するための振動伝達媒体４として作用する。よって、この振動伝達媒体４は、採音にあたり気導音の媒体である空気を排するために、振動検出素子２ａの振動検出面３に確実に接触させる必要がある。ここで、ショアＡ硬度とは、スプリングと連結した針を押し当てた時に、針を押し返す力から算出する硬さのことであり、例えばデュロメータと呼ばれる硬度計で測定する。

　上記振動検出素子２ａとしては、例えばエレクトレット膜を利用するものを用いる。この振動検出素子２ａは、例えばアルミニウムで形成された内ケース（第二のケース）２内に、上記振動検出面３を上にして（振動源に対向させて）収容される。内ケース２は、底板と、この底板の周囲に立設された側板とからなり、上方が開口している。そして、内ケース２の外面と外ケース１の内面との間の隙間に振動伝達媒体４が介在している。なお、振動検出素子２ａの背面側からは、内ケース２、振動伝達媒体４および外ケース１を介して信号線７が外部に導出される。

　内ケース２内に振動検出素子２ａを収納したのは、振動検出素子２ａを保護するためである。また、内ケース２の側面および背面と外ケース１間に振動伝達媒体４を介在させたのは、外ケース１の外側面、背面から振動検出素子２ａに加わる外部雑音を防ぐためである。

　上記外ケース１は、その前部に振動源である皮膚に接触する上端部の外周に沿って、振動検出素子２ａの振動検出面３に加わる圧力を制限する圧力制限部１２を備えている。この圧力制限部１２は、皮膚と振動伝達媒体４との接触圧力を、上記振動検出素子２ａの検出限界以下になるように制限する。換言すると、皮膚に振動伝達媒体４を介して振動検出素子２ａを強く押し当てても、振動検出素子２ａへの過剰な圧力（検出限界以上の圧力）が加わるのを圧力制限部１２によって防止するようにしている。

　上記振動伝達媒体４は、その上面５が外ケース１の上部に設けた圧力制限部１２より低い位置になるように充填されており、この振動伝達媒体４の上面５を覆うように、振動伝達媒体４より硬質な材料、例えば樹脂や金属で形成された皮膚接触板６が設けられている。この皮膚接触板６は、振動検出装置を皮膚に押し当てた場合、接触の圧力が振動検出面３に均等にかかるようにし、なおかつ上面５を保護するもので、ドーム状の凸面形状になっている。なお、皮膚接触板６の頂部は平坦または曲面のいずれでも良い。また、頂部の位置は、好ましくは圧力制限部１２の上端位置とほぼ等しいか、僅かに内側の位置としている。

　上記のような構成によれば、皮膚接触板６が比較的軟らかい振動伝達媒体４を介在して体表に接触するために装着性を向上できる。しかも、ショアＡ硬度０～５０の振動伝達媒体４を用いても、図２に示すように圧力制限部１２により体表（振動源）８との接触圧力が制限された状態で、体表８からの振動を上記振動検出素子２ａの振動検出面３に好適に伝達することができる。従って、振動検出素子２ａの振動検出範囲（検出限界）を超えない振動を振動検出面３に与えることができる。

　また、振動伝達媒体４の上面５を外ケース１の圧力制限部１２の上端部より下に位置するようにし、その上面５を振動伝達媒体４より硬い皮膚接触板６で覆うことで、振動伝達媒体４の上面５に均等に圧力がかかるようにでき、上面５を保護することもできる。

　従って、本発明の振動検出装置によれば、装着性を向上でき、また、体表８に押し当てる際に、圧力制限部１２で振動検出素子２ａの振動検出面３に作用する圧力を検出限界に達しないように制限できるので、許容量以上の圧力が振動検出素子２ａに加わることはなく、収音できなくなるのを防止できる。

　なお、上記実施例１では、振動伝達媒体４として働く高分子材料のショアＡ硬度が０～５０の場合を示したが、より好ましいショアＡ硬度は１０～３０、最も好ましくは１５～２５である。ショアＡ硬度１５～２５の高分子材料は、音響インピーダンスが人体の軟部組織に近いため最も感度が高い。この範囲から外れるにつれて感度が低下するが、ショアＡ硬度が０～５０までは効果が得られる。

　また、上記外ケース１の材質として樹脂や金属、上記内ケース２の材質としてはアルミニウムを例に挙げたが、これらに限定されるわけではない。

　更に、皮膚接触板６の材質として樹脂や金属を例に挙げたが、もちろんこれらに限定されるわけではない。また、体表８に接触する部分がドーム形状を例にとって説明したが円柱や半球などでも良い。この皮膚接触板６の硬度は、振動伝達媒体４のショアＡ硬度が低い時には低い方が好ましいが、用途や振動を検出する人体の部位、あるいは振動検出素子２ａの特性などに応じて、振動伝達媒体４のショアＡ硬度とともに、材質や厚さ、形状などを決定すると良い。

　本発明の振動検出装置の組立は、まず上方に開口部を有する内ケース２に、上方から振動検出素子２ａを収納する。つぎに上方に開口部を有し、かつ上端部に圧力制限部１２を有する外ケース１内の底部に図１のように振動伝達媒体４を充填する。続いて、内ケース２を外ケース１内の振動伝達媒体４上に収容する。この過程で、好ましくは内ケース２および外ケース１の底部中央に形成された信号線引出孔を介し信号線７を外部に引き出す。ついで、再び振動伝達媒体４を外ケース１内に充填し、振動伝達媒体４によって内ケース２の側面および背面並びに振動検出素子２ａの振動検出面３を覆う。しかる後、振動伝達媒体４の上面５に粘弾性を有する接着剤を介し皮膚接触板６を設けた簡易構成としている。この場合、各部材の形状はシンプルで、組立部品点数も少ないため、各部材の製作が容易で、かつ一方向から順次部品を組み込んで組立てることができ、組立性が良く量産に適する。よって製造コストを安価にし得る。

　図３は、本発明の実施例２に係る振動検出装置を示す断面図である。この振動検出装置は、図１に示した振動検出装置における皮膚接触板６を設けずに、振動伝達媒体４の上面５に振動源である人体の体表、例えば皮膚を直接接触させて収音するものである。すなわち、この構造にあっては、振動伝達媒体４の上面５が皮膚接触面となる。その他の構成は、前述の実施例１と同じであるため、同一部材は同じ符号で示す。

　なお、図３では、振動伝達媒体４の上面５が凸面形状の場合を示しているが、図４に示すように外ケース１の上端部に設けた圧力制限部１２より低ければ平面であっても良い。

　このような構成であっても、圧力制限部１２により体表との接触圧力が制限された状態で、体表からの振動を上記振動検出素子２ａの振動検出面３に伝達することができる。この結果、振動検出素子２ａの振動検出範囲を超えない振動を振動検出面３に与えることができる。また、振動伝達媒体４は比較的軟らかく、圧力制限部１２とともに体表に接触するので装着性も向上できる。

　従って、体表への装着性を向上しつつ、体表に押し当てる際に許容量以上の圧力が加わるのを防止できる。
　変形例

　なお、上記実施例１、２では、外ケース１の振動源（人体の体表８、例えば皮膚）に押し当てる上端部の外周に沿って、圧力制限部１２を設ける場合を例にとって説明した。しかし、振動伝達媒体４の上面５を外ケース１の上端部よりも低くすることで外ケース１の一部を圧力制限部として利用することができる。すなわち、外ケース１の上端部により、皮膚接触板６あるいは振動伝達媒体４の上面５に当たる体表の圧力を制限し、振動検出素子２ａの振動検出範囲を超えないようにできる。
　応用例１

　図５は、本発明の振動検出装置を例えば折り畳み式の携帯電話に適用した応用例１を示す。図５に示すように、この携帯電話は、キー入力操作などを行う操作部１３と、種々の情報を表示する表示部１４とを備えており、表示部１４の下部両側に収音用の振動検出装置９、１０を設けた構成になっている。表示部１４の下部両側は耳の下部や頬の位置に当接できるため、携帯電話の表示部１４に設けた振動検出装置９、１０を耳下腺部(下顎の骨の角)に押し当てることで携帯電話を使用している人のささやき声のような極小さな音を収音することができ、いわゆる無音声電話とすることができる。
　応用例２

　図６は、本発明の振動検出装置を音声入力装置に適用した応用例２を示す。この音声入力装置１５は、頭部に装着する変形自在な弾性部材からなるヘッドバンドの少なくとも一端部に設けた耳あて部に、収音用の振動検出装置１１を設けた構成になっている。

　このような構成によれば、耳の周囲の軟部組織に振動検出装置１１を接触させて音声を拾うことができる。

　なお、図示しないが、本発明は、電子聴診器における収音用の振動検出装置として用いることもできる。

　以上のように、本発明に係る振動検出装置は、振動源への装着性が良く、かつ振動源に強く押し当てた際に、振動検出素子の振動検出面にかかる圧力を、第一のケースに設けた圧力制限部で検出限界に達しないように制限できるので、許容量以上の圧力が加わるのを防止できる。本発明は、人体から直接音声やその他の肉導音を収音する接触型マイクロホンとして用いることができ、例えば携帯電話や音声入力装置、あるいは電子聴診器などに好適である。

１　　外ケース（第一のケース）
２　　内ケース（第二のケース）
２ａ　　振動検出素子
３　　振動検出面
４　　振動伝達媒体
５　　振動伝達媒体の上面
６　　皮膚接触板
７　　信号線
８　　体表（振動源）
９、１０、１１　　振動検出装置
１２　　圧力制限部
１３　　操作部
１４　　表示部
１５　　音声入力装置

Claims

　振動源（８）からの振動を検出する振動検出素子（２ａ）と、
　前記振動検出素子（２ａ）を収容し、前記振動源（８）に接触する面側に、前記振動検出素子（２ａ）の振動検出面（３）に加わる過剰な圧力を制限する圧力制限部（１２）を有する第一のケース（１）と、
　ショアＡ硬度が０～５０の高分子材料で形成され、前記圧力制限部（１２）により前記振動源（８）との過剰な接触圧力が制限された状態で、前記振動源（８）からの振動を前記振動検出素子（２ａ）の振動検出面（３）に伝達し、かつ前記振動検出素子（２ａ）を前記第一のケース（１）内に埋設する振動伝達媒体（４）と
　を具備する振動検出装置。
　前記振動検出素子（２ａ）を収容する第二のケース（２）を更に具備し、前記第二のケース（２）の前記振動源（８）に対向する面側に前記振動検出素子（２ａ）の振動検出面（３）が配置される請求項１の振動検出装置。
　前記振動伝達媒体（４）上面に、前記振動伝達媒体（４）より硬質な材料で形成された皮膚接触板（６）を設けた請求項１の振動検出装置。
　前記皮膚接触板（６）は、前記振動源（８）に向かってドーム形状である請求項３の振動検出装置。
　前記振動検出素子（２ａ）を囲む前記振動伝達媒体（４）の上面（５）は、前記第一のケース（１）の圧力制限部（１２）上端より下に配置された請求項１の振動検出装置。
　前記振動検出素子（２ａ）を囲む前記振動伝達媒体（４）の上面（５）は、前記振動源（８）に向かって凸面形状である請求項１の振動検出装置。