WO2021181735A1

WO2021181735A1 - 生体音響センサおよびそれを備えた聴診器

Info

Publication number: WO2021181735A1
Application number: PCT/JP2020/037272
Authority: WO
Inventors: 加藤　貴敏; 渡辺　博文; 井上　浩一; 山本　浩誠
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-09-16

Abstract

生体音響センサは、筺体と、筺体に設けられ、生体に接触する接触面を備える振動板と、筺体に設けられ、振動板の振動を電気信号に変換する振動電気変換デバイスとを有する。振動板が、一定位置の支点を備え、その支点を中心にして揺動するように筺体に設けられている。

Description

生体音響センサおよびそれを備えた聴診器

　本発明は、例えば心音などの生体が発する振動を測定する生体音響センサおよびそれを備える聴診器に関する。

　例えば、特許文献１には、生体に接触させて該生体からの発生音を集音する電子聴診器が開示されている。この電子聴診器は、マイクロフォンを備えて生体に接触する集音部と、集音部を姿勢変更可能に保持する保持部とから構成されている。具体的には、保持部は、ばねやゴムなどの弾性部材を介して集音部を保持することにより、その集音部を姿勢変更可能に保持する。その結果、集音部の接触面が生体に密着する。

特開２０１５－１４６９９１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された電子聴診器の場合、生体から電子聴診器に伝達される発生音、すなわち振動が弾性部材によって吸収されて減衰される。その結果、小さな発生音を聴診できない可能性がある。

　そこで、本発明は、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することを課題とする。

　上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
　筐体と、
　前記筺体に設けられ、生体に接触する接触面を備える振動板と、
　前記筺体に設けられ、前記振動板の振動を電気信号に変換する振動電気変換デバイスと、を有し、
　前記振動板が、一定位置の支点を備え、前記支点を中心にして揺動するように前記筺体に設けられている、生体音響センサが提供される。

　また、本発明の別態様によれば、
　前記生体音響センサと、
　前記生体音響センサの振動電気変換デバイスからの電気信号に基づいて駆動するスピーカーと、
　前記生体音響センサと前記スピーカーとを内蔵するチェストピースと、
　前記チェストピースに接続され、前記スピーカーの音声を外部に出力するイヤーチップと、を有する、聴診器が提供される。

　本発明によれば、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る生体音響センサを備えた聴診器の斜視図カバー部材が装着された状態のチェストピースの斜視図カバー部材が取り外された状態のチェストピースの斜視図カバー部材が取り外された状態のチェストピースの断面図一例の振動検出ユニットの断面図一例の振動検出ユニットの分解斜視図一例の圧電板の詳細を示す斜視図聴診器の制御系を示すブロック図振動検出ユニットが傾いた状態の生体音響センサの断面図実施例および比較例のＰＺＴ特性図実施例の生体音響センサの概略図比較例の生体音響センサの概略図本発明の実施の形態２に係る生体音響センサの断面図本発明の実施の形態３に係る生体音響センサの断面図実施の形態３に係る生体音響センサの上面図本発明の実施の形態４に係る生体音響センサの断面図別例の振動検出ユニットの断面図

　本発明の一態様の生体音響センサは、筐体と、前記筺体に設けられ、生体に接触する接触面を備える振動板と、前記筺体に設けられ、前記振動板の振動を電気信号に変換する振動電気変換デバイスと、を有し、前記振動板が、一定位置の支点を備え、前記支点を中心にして揺動するように前記筺体に設けられている。

　この態様によれば、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

　例えば、生体音響センサは、前記振動板を含む振動検出ユニットを有し、前記振動検出ユニットが、前記筺体に対して一定位置の支点を中心にして揺動するように、前記筺体に支持されてもよい。

　例えば、前記振動検出ユニットおよび前記筺体の一方に凸状部が設けられているとともに、他方に前記凸状部の先端に対して接触し、前記先端を支点にして揺動する凹状部が設けられてもよい。

　前記筺体が前記振動検出ユニットを凸状部の先端とその先端に接触する凹状部を介して支持する場合、生体音響センサは、前記振動検出ユニットを前記筺体に向かって付勢し、前記振動検出ユニットと前記筺体との間の接触を維持する付勢部材を有してもよい。これにより、筺体と振動検出ユニットの接触を維持することができる。

　例えば、前記振動検出ユニットが、ボールジョイントを介して、前記筺体に支持されてもよい。

　例えば、生体音響センサが、前記振動検出ユニットを前記振動板の接触面に平行な第１の揺動中心線を中心にして揺動可能に支持する中間支持体を有し、前記筺体が、前記振動板の接触面に対して平行であって且つ前記第１の揺動中心線に対して直交する第２の揺動中心線を中心にして揺動可能に、前記中間支持体を支持してもよい。

　例えば、前記筺体が、前記振動検出ユニットを格納する凹状の格納部を備え、前記格納部の底面に、前記振動検出ユニットが最大に傾いたときに当該振動検出ユニットとの接触を回避する凹部を備えてもよい。これにより、凹部がない状態で接触を回避する場合に比べて、生体音響センサのサイズを小さくすることができる。

　例えば、前記振動電気変換デバイスが、前記振動検出ユニットに設けられてもよい。

　例えば、前記振動電気変換デバイスが圧電板であって、前記振動検出ユニットが、前記圧電板を支持するベース部材と、前記ベース部材に設けられ、前記圧電板に対して前記接触面の法線方向に間隔をあけて対向した状態で、前記振動板を支持する振動板支持部材と、前記振動板と前記圧電板との間に配置され、前記法線方向に前記振動板と前記圧電板とに接触し、前記振動板の振動を前記圧電板に伝達する振動伝達部材と、を含んでもよい。

　例えば、前記振動電気変換デバイスが前記筺体に固定された圧電板であって、前記振動板が凸状部を備え、前記振動板が、前記凸状部の先端が前記圧電板に接触した状態で、前記凸状部の先端を支点として揺動してもよい。

　例えば、生体音響センサが、前記振動電気変換デバイスから出力された電気信号に含まれるノイズを除去するフィルター回路を有してもよい。

　また、本発明の別態様の聴診器は、前記生体音響センサと、前記生体音響センサの振動電気変換デバイスからの電気信号に基づいて駆動するスピーカーと、前記生体音響センサと前記スピーカーとを内蔵するチェストピースと、前記チェストピースに接続され、前記スピーカーの音声を外部に出力するイヤーチップと、を有する。

　この態様によれば、生体の発生音（振動）を聴診する聴診器において、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る生体音響センサを備えた聴診器の斜視図である。

　図１に示すように、本実施の形態１に係る聴診器１０は、いわゆるデジタル聴診器であって、先端にイヤーチップ１２がそれぞれ取り付けられた２つの耳管１４と、２つの耳管１４に接続されたＹ字チューブ１６と、Ｙ字チューブ１６に接続されたチェストピース１８とを有する。本実施の形態１に係る生体音響センサは、チェストピース１８に組み込まれている。

　図２Ａは、カバー部材を装着した状態のチェストピースの斜視図である。また、図２Ｂは、カバー部材を取り外した状態のチェストピースの斜視図である。そして、図３は、カバー部材を取り外した状態のチェストピースの断面図である。なお、図に示すＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系は、発明の理解を容易にするためのものであって、発明を限定するものではない。

　図２Ａ～図３に示すように、チェストピース１８は、例えば円柱状の筐体２０を有する。筐体２０は、生体（例えば人間）と接触する接触面２０ａを備える。なお、本実施の形態１の場合、接触面２０ａは、図１に示すように、シリコン材料などから作製されたカバー部材２２によって覆われている。この場合、接触面２０ａはカバー部材２２を介して生体に接触する。これに代わって、接触面２０ａは、生体に直接接触してもよい。

　本実施の形態１の場合、生体音響センサ２４は、筐体２０に複数の構成要素を組み込むことによって作製されている。

　具体的には、図３に示すように、本実施の形態１の場合、生体音響センサ２４は、筐体２０（その一部）と、筺体２０に支持された振動検出ユニット２６とを有する。筐体２０の接触面２０ａには、振動検出ユニット２６を格納する凹状の格納部２０ｂが形成されている。その格納部２０ｂに、一部が接触面２０ａから突出した状態で、振動検出ユニット２６は格納されている。なお、本実施の形態１の場合、振動検出ユニット２６を格納した格納部２０ｂは、弾性変形可能な材料、例えばエラストマ樹脂材料から作製されたフィルムシール２８によって覆われている。フィルムシール２８は、筺体２０の接触面２０ａに接着するとともに、振動検出ユニット２６にも接着する。このフィルムシール２８を介して、筺体２０は、振動検出ユニット２６を支持し続ける。なお、フィルムシール２８は、格納部２０ｂへの異物侵入を防止する役割もする。

　図４は、一例の振動検出ユニットの断面図である。また、図５は、一例の振動検出ユニットの分解斜視図である。

　図４および図５に示すように、振動検出ユニット２６は、ベース部材３０、振動板３２、振動板支持部材３４、圧電板３６、圧電板支持部材３８、および振動伝達部材４０を有する。振動検出ユニット２６において、これらの構成要素は、振動板３２の接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）に並んで配置されている。

　振動検出ユニット２６のベース部材３０は、変形しにくい材料、例えば金属材料から作製された剛体である。本実施の形態１の場合、ベース部材３０は、中央部３０ａと、振動板３２の接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に中央部３０ａから延在する４本のビーム部３０ｂとを備える。

　また、図４に示すように、ベース部材３０の中央部３０ａの裏面（圧電板３６と対向する面に対して反対側の面）には、凹状部３０ｃが形成されている。凹状部３０ｃは、例えば、湾曲した凹面で構成される底面を備える有底穴である。

　このベース部材３０の凹状部３０ｃは、図３に示すように、筺体２０の格納部２０ｂの底面２０ｃの中央に形成された凸状部２０ｄの先端に対して揺動可能に接触する。凸状部２０ｄは、例えば、円錐状の突起である。また例えば、凹状部３０ｃの凹面状の底面の曲率に比べて大きい曲率を、凸状部２０ｄの先端が備える。これにより、詳細は後述するが、ベース部材３０、すなわち振動検出ユニット２６は、凸状部２０ｄの先端を実質的に支点として天秤のように揺動可能である。

　なお、これに代わって、ベース部材３０に凸状部を設け、その凸状部の先端と揺動可能に接触する凹状部を筺体２０に設けてもよい。

　また、振動検出ユニット２６（すなわちベース部材３０）と筺体２０の接触は、弾性材料から作製されたフィルムシール２８が振動検出ユニット２６を筺体２０に向かって付勢することによって維持されている。

　振動検出ユニット２６の振動板３２は、生体に接触する接触面３２ａと、その接触面３２ａに対して反対側の裏面２６ｂとを備える。本実施の形態１の場合、接触面３２ａは、図２Ａ～図３Ｂに示すように、カバー部材２２とフィルムシール２８とを介して生体に接触する。また、振動板３２は、実質的に圧縮変形しない材料、例えば金属材料や硬質樹脂から作製された円盤状の部材である。振動板３２は、接触面３２ａに接触する生体の振動を受けて振動する。

　振動検出ユニット２６の振動板支持部材３４は、本実施の形態１の場合、例えば樹脂材料から作製されたリング状の剛体である。振動板支持部材３４は、ベース部材３０の４本のビーム部３０ｂそれぞれの先端部上に配置される。また、振動板支持部材３４は、振動板３２の裏面２６ｂにおける外周縁側部分を支持する。

　本実施の形態１の場合、振動板支持部材３４は、振動板３２の接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）に弾性変形可能な弾性部材４２を介して、振動板３２を支持している。弾性部材４２は、例えばスポンジ材料から作製されている。このような弾性部材４２により、振動板支持部材３４は、接触面３２ａの法線方向に振動可能に振動板３２を支持している。なお、振動板支持部材３４を弾性材料から作製する場合、この弾性部材４２を省略することができる。

　振動検出ユニット２６の圧電板３６は、振動板３２の振動を対応する電気信号に変換する振動電気変換デバイスである。具体的には、圧電板３６は、振動によって変形し、その変形量に対応する電気信号を生成する。本実施の形態１の場合、圧電板３６は円盤状である。

　図６は、一例の圧電板の詳細を示す斜視図である。

　図６に示すように、圧電板３６は、例えば、ピエゾ素子４４と、ピエゾ素子４４を挟持する第１および第２の電極４６、４８とを備える。また、圧電板３６は、第１の電極４６に電気的に接続された第１の信号線５０と、第２の電極４８に電気的に接続された第２の信号線５２とを備える。圧電板３６が変形することにより、すなわちピエゾ素子４４が変形することにより、第１の電極４６と第２の電極４８との間の電位差が変化する。その電位差に対応する電気信号（電流）が、第１および第２の信号線５０、５２を介して外部に出力される。

　図４および図５に戻り、振動検出ユニット２６の圧電板支持部材３８は、ベース部材３０の中央部３０ａに設けられ、圧電板３６を支持する。すなわち、ベース部材３０は、圧電板支持部材３８を介して、圧電板３６を支持する。本実施の形態１の場合、圧電板支持部材３８は、振動板３２の接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）視で、圧電板３６の中央部分を支持する。なお、圧電板支持部材３８は、ベース部材３０と異なる部材でなくてもよく、ベース部材３０の一部分であってもよい。

　振動検出ユニット２６の振動伝達部材４０は、振動板３２の振動を圧電板３６に伝達するための部材である。具体的には、振動板３２は、圧電板３６に対して接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）に間隔をあけて対向した状態で、振動板支持部材３４によって支持されている。振動伝達部材４０は、振動板３２と圧電板３６との間に配置され、法線方向に振動板３２と圧電板３６とに接触する。

　また、振動伝達部材４０は、本実施の形態１の場合、弾性材料、例えばスポンジ材料から作製されたリング状の部材である。リング状の振動伝達部材４０は、振動板３２の接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）視で、圧電板３６の外周縁側部分と接触する。すなわち、法線方向視で、振動伝達部材４０は、圧電板支持部材３８に対してオーバーラップしない。

　このような振動伝達部材４０によれば、圧電板３６は、振動伝達部材４０を介して振動板３２と接触する。振動板３２が生体の振動をその接触面３２ａで受けて振動すると、その振動を圧電板３６の外周縁側部分に伝達する。その圧電板３６は、その中央部分が圧電板支持部材３８によって支持されているために、外周縁側部分が中央部分に対して変位するようにたわみ変形を繰り返す。その結果、圧電板３６は、振動板３２の振動に対応する電気信号を発生することができる。

　ここまでは、聴診器１０のチェストピース１８、すなわち生体音響センサ２４の構造について説明してきた。ここからは、聴診器１０の制御系について説明する。

　図７は、聴診器の制御系を示すブロック図である。

　図７に示すように、聴診器１０は、生体音響センサ２４に加えて、生体音響センサ２４（すなわち圧電板３６）からの電気信号を処理するＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）６０を有する。また、ＭＰＵ６０は、電気信号をアナログ－デジタル変換するＡ／Ｄ変換部６０ａを備える。

　ＭＰＵ６０にデジタル処理された生体音響センサ２４からの電気信号は、アンプ６２およびスピーカー６４によって音声に変換され、その音声がＹ字チューブ１６、耳管１４、およびイヤーチップ１２を介して出力される。聴診器１０のチェストピース１８（すなわち振動板３２の接触面３２ａ）が生体の心臓近くの皮膚に接触しているとき、心音が出力される。

　また、ＭＰＵ６０によってデジタル処理された生体音響センサ２４からの電気信号は、データとして、記憶デバイス６６に記憶される。例えば、記憶デバイス６６は、聴診器１０のチェストピース１８に対して着脱可能なメモリーカードである。聴診器１０のチェストピース１８（すなわち振動板３２の接触面３２ａ）が生体の心臓近くの皮膚に接触しているとき、心音データが記憶される。

　さらに、ＭＰＵ６０は、無線通信モジュール６８を介して、外部の装置（例えばコンピュータ）に対して、デジタル処理した生体音響センサ２４からの電気信号をリアルタイムに送信可能に構成されている。また、ＭＰＵ６０は、記憶デバイス６６に記憶されている心音データなどのデータを、無線通信モジュール６８を介して外部の装置に送信するように構成されている。なお、無線通信モジュール６８は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのデジタル無線通信規格に準拠する無線通信モジュールである。

　このようなＭＰＵ６０を操作するために、図１に示すように、複数の操作ボタン７０がチェストピース１８の筐体２０に設けられている。操作ボタン７０を操作することにより、例えば聴診器１０の起動するまたは停止する。また、操作ボタン７０を操作することにより、デジタル処理された生体音響センサ２４からの電気信号を無線通信モジュール６８を介して送信するモード、電気信号を音声に変換してイヤーチップ１２を介して出力するモードなどのモード選択が行われる。

　また、ＭＰＵ６０を駆動するためのバッテリ７２がチェストピース１８に搭載されている。なお、ＭＰＵ６０、アンプ６２、スピーカー６４、記憶デバイス６６、無線通信モジュール６８、およびバッテリ７２は、図３に示す筐体２０の内部空間２０ｅに収納されている。

　なお、図７に示すように、生体音響センサ２４は、圧電板３６から出力された電気信号に含まれるノイズを除去するフィルター回路７４を有してもよい。

　本実施の形態１の場合、生体音響センサ２４は、聴診器１０に搭載されて使用される。そのため、生体音響センサ２４が検出すべき振動の周波数の範囲は、ある程度特定される。特定の周波数の範囲以外の周波数のノイズを除去するために、フィルター回路７４は、例えば、概ね１０Ｈｚ以下の周波数のノイズを除去するＨＰＦ（Ｈｉｇｈ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）７６と、ＨＰＦ７６を通過した信号を増幅する増幅器７８と、増幅器７８を通過した１～２ｋＨｚの周波数のノイズを除去するＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）８０とを含んでいる。

　ＨＰＦ７６は、聴診器１０を使用する診察者がチェストピース１８を生体の皮膚表面に押し当てる押圧力の変化によって生じる、概ね１０Ｈｚ以下の周波数のノイズを除去する。ＬＰＦ８０は、診察者がチェストピース１８を生体との接触を維持しつつ移動させたときに生じる擦過音に由来する、２ｋＨｚ程度以上の周波数のノイズを除去する。これにより、生体音響センサ２４は、検出すべき周波数の振動を検出し、対応する電気信号を出力することができる。

　ここからは、生体音響センサ２４の動作について説明する。ここでは、その説明のために、聴診器１０を用いて生体（例えば人間）の心音を聴診するためにチェストピース１８の筐体２０の接触面２０ａが心臓近くの皮膚表面に接触している例を挙げる。

　チェストピース１８の筺体２０の接触面２０ａが生体の皮膚表面に接触すると、生体音響センサ２４の振動検出ユニット２６が揺動し、振動検出ユニット２６における振動板３２の接触面３２ａが皮膚表面に密着する。このことについて、図８を参照しながら具体的に説明する。

　図８は、振動検出ユニットが傾いた状態の生体音響センサの断面図である。

　図８に示すように、生体音響センサ２４の振動検出ユニット２６は、筺体２０の凸状部２０ｄの先端によって支持されているために、その先端を実質的に支点Ｐとして揺動可能である。それにより、チェストピース１８の筺体２０の接触面２０ａが生体の心臓近くの皮膚表面に接触すると振動検出ユニット２６が揺動し、振動板３２の接触面３２ａがその全体にわたって皮膚表面に密着する。その結果、生体の心臓の拍動（振動）が、振動板３２の接触面３２ａに効率的に伝達される。

　心臓の拍動により、生体音響センサ２４の振動板３２が振動する。その振動は、圧電板３６に振動伝達部材４０を介して伝達される（図４参照）。その伝達された振動により、圧電板３６は変形を繰り返し、振動に対応する電気信号をＭＰＵ６０に出力する。

　また、生体の振動は、大きく減衰することなく、振動検出ユニット２６の振動板３２に伝達する。すなわち、生体からの振動エネルギが、大きく損失することなく、振動板３２に伝達される。

　具体的に説明すると、振動検出ユニット２６は、図３および図８に示すように、筺体２０の凸状部２０ｄの先端を実質的に支点Ｐとして揺動可能に、筺体２０に支持されている。その支点Ｐは、凸状部２０ｄの先端であるので、実質的に筺体２０に対して一定の位置に存在する。なお、「支点が一定の位置に存在する」ことは、支点が実質的に移動しないことを意味し、さらに言えば、支点を構成する２つの対象（本実施の形態１の場合には、振動検出ユニット２６と凸状部２０ｄ）の互いの接触箇所は揺動中に変わるものの、揺動する対象の揺動中心が残りの対象に対する実質的に固定の位置に存在して移動しないことを意味する。

　また、診察者が筺体２０（チェストピース１８）を生体の皮膚表面に接触した状態で振動しないように保持しているので、支点Ｐが生体の皮膚表面の振動に対して独立している、すなわち支点Ｐが生体の振動に追随しない。そのため、振動検出ユニット２６は、皮膚表面の振動により、皮膚表面と支点Ｐとの間で圧縮応力を繰り返し受ける。すなわち、生体からの振動エネルギが、振動検出ユニット２６内の振動板３２の変位のみに使用され、筺体２０を介して外部に振動エネルギが逃げることがない。その結果、生体から伝達された振動の減衰が抑制される。

　この振動板３２を含む振動検出ユニット２６が一定位置の支点Ｐを中心にして揺動することの効果について、図９を参照しながら説明する。

　図９は、実施例および比較例のＰＺＴ特性図である。また、図１０Ａは、実施例の生体音響センサの概略図である。そして、図１０Ｂは、比較例の生体音響センサの概略図である。

　図１０Ａに示すように、実施例の生体音響センサ２４においては、振動検出ユニット２６が、筺体２０の凸状部２０ｄの先端に支持されている。そのため、振動検出ユニット２６は、凸状部２０ｄの先端を実質的に支点Ｐとして揺動する。また、ばね２８（フィルムシール）によって振動検出ユニット２６と凸状部２０ｄとの接触が維持されている。

　実施例と異なり、比較例の生体音響センサ１２４においては、振動検出ユニット２６が、ばねなどの弾性部材１９０を介して筺体１２０に支持されている。弾性部材１９０が変形することにより、振動検出ユニット２６の位置および姿勢が変化する。

　実施例の生体音響センサ２４と比較例の生体音響センサ１２４それぞれの振動検出ユニット２６の振動板３２に加振力Ｆを加え、その加振力Ｆの周波数を変更し、ＰＺＴ特性の周波数特性を調べた。その結果が図９に示されている。なお、図９には、参考例として、振動検出ユニット２６を筺体に固定して加振力を加えたときのＰＺＴ特性の周波数特性を示している。

　図９に示すように、聴診器１０に搭載されて使用されるときの実用的な周波数の範囲（数１００Ｈｚ以下）において、実施例と参考例は、感度の周波数特性は概ね一致する。一方、比較例の感度は、実施例や参考例に比べて低い。これは、振動検出ユニット２６の振動板３２に加えられた加振力Ｆ（振動エネルギ）の一部が弾性部材１９０に吸収されるためである。このような図９に示す結果から、実施例、すなわち振動検出ユニット２６が一定位置の支点Ｐを中心にして揺動することにより、生体の振動エネルギが振動検出ユニット２６内の振動板３２の振動に効率的に使用されることがわかる。

　なお、生体の振動エネルギが振動板３２の振動に使用されるためには、筺体２０および振動検出ユニット２６が、振動を吸収しない、すなわち振動によって変形しない剛体である必要がある。例えば、振動板３２が数１００ｇｆの押圧力で生体の心臓近くの皮膚表面に接触する場合、心臓の鼓動の変位（数１０～数１００μｍの変位）に対して変形しない剛性が必要である。この場合、筺体２０および振動検出ユニット２６は、一例として、約１０Ｎ／ｍｍ以上の曲げ剛性を備えるのが好ましく、そのような曲げ剛性を備える材料から作製される、および／またはそのような曲げ剛性を構造によって持つように作製される。そのような曲げ剛性を備える材料としては、本実施の形態１のように聴診器に使用される場合には軽量な材料が好ましく、例えば、アルミ、ＳＵＳなどの金属材料、ＰＣ、ＰＥＥＫ材などのエンジニアリングプラスチック材料、ＡＢＳ、ＰＡなどの硬質プラスチック材料が挙げられる。また、聴診器に適して曲げ剛性を備える構造としては、例えば、エンボス構造、ハニカム構造などの軽量で高強度の構造が挙げられる。

　また、振動検出ユニット２６を揺動可能に維持するために、また、振動検出ユニット２６の振動板３２から筺体２０への振動の伝達を抑制するために、振動検出ユニット２６は、筺体２０の凸状部２０ｄの先端との接触を除いて、筺体２０との接触を回避する必要がある。

　本実施の形態１の場合、振動検出ユニット２６は、図８に実線で示すように、最大に傾いたときに、筺体２０の格納部２０ｂの底面２０ｃおよび側面２０ｆとの接触を回避する必要がある。

　図８に示すように、筺体２０の接触面２０ａの法線方向と振動検出ユニット２６（振動板３２）の接触面３２ａの法線方向が平行である自然状態（二点鎖線）から、振動検出ユニット２６は、最大で角度θだけ傾くとする。この最大傾き角度θは、例えば±３°である。また、最大傾き角度θは、本実施の形態１の場合、図３に示すように、振動検出ユニット２６を筺体２０に向かって付勢するフィルムシール２８の弾性力によって決まる。なお、振動検出ユニット２６の自然状態は、振動検出ユニット２６の接触面３２ａに外力が作用していない状態を言う。

　角度θで振動検出ユニット２６が傾くと、支点Ｐから最も遠い振動検出ユニット２６における振動板３２側の遠位端Ｅ１（すなわち振動板３２の接触面３２ａにおける外周縁）が、筺体２０の接触面２０ａの法線方向にΔＨだけ変位する。この変位量ΔＨは、接触面３２ａに平行な方向についての支点Ｐと遠位端との間の距離（すなわち振動板３２の半径）をＲとすると、下記の数式１のように表すことができる。

　距離Ｒが１０ｍｍである場合、変位量ΔＨは、約０．５２ｍｍであるのが好ましい。

　なお、支点Ｐから最も遠い振動検出ユニット２６における遠位端Ｅ１が変位量ΔＨで筺体２０の格納部２０ｂの底面２０ｃから離れる方向に変位すると、遠位端Ｅ１に対して支点Ｐを挟んで反対側の遠位端Ｅ２が反対方向に同一の変位量ΔＨで変位する。このとき、遠位端Ｅ２と底面２０ｃとの接触を回避する必要がある。そのために、自然状態（二点鎖線）の振動検出ユニット２６における遠位端Ｅ２と底面２０ｃとの距離は、ΔＨに比べて大きくする必要がある。あるいは、振動検出ユニット２６が最大に傾いたときに、振動検出ユニット２６（本実施の形態１の場合、ベース部材３０）との接触を回避する、例えば溝などの凹部２０ｇを格納部２０ｂの底面２０ｃに設けてもよい。凹部２０ｇを設けることにより、設けない場合に比べて、筺体２０の格納部２０ｂの深さを小さくすることができ、その結果として筺体２０のサイズを小さくすることができる。

　また、振動検出ユニット２６が傾いたときに、その遠位端Ｅ１が筐体２０の格納部２０ｂの側面２０ｆとの接触を回避する必要がある。すなわち、筺体２０の格納部２０ｂの内径Ｒｉｎが、最大に傾いたとき（角度θで傾いたとき）の振動検出ユニット２６における遠位端Ｅ１と支点Ｐとの間の距離Ｌに比べて大きい必要がある。この距離Ｌは、下記の数式２のように表すことができる。

　数式２において、Ｄは、支点Ｐと振動検出ユニット２６（振動板３２）の接触面３２ａとの間の距離である。

　筺体２０の格納部２０ｂの側面２０ｆと振動検出ユニット２６との接触を回避するためには、格納部２０ｂの内径Ｒｉｎが距離Ｌに比べて大きい必要がある。製造上のバラツキを考慮すると、内径Ｒｉｎと距離Ｌとの差は、０．５～１ｍｍであるのが好ましい。

　以上のような本実施の形態１によれば、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

（実施の形態２）
　本実施の形態２に係る生体音響センサは、筺体による振動検出ユニットの支持の形態について、上述の実施の形態１に係る生体音響センサと異なる。したがって、異なる点を中心に、本実施の形態２に係る生体音響センサについて説明する。

　図１１は、本発明の実施の形態２に係る生体音響センサの断面図である。

　図１１に示すように、本実施の形態２に係る生体音響センサ２２４において、振動検出ユニット２６は、ボールジョイント２９２を介して、筺体２２０に支持されている。この場合、振動検出ユニット２６は、ボールジョイント２９２のボール部２９２ａの中心を、支点として揺動する。ボールジョイント２９２のボール部２９２ａの中心は、筺体２２０に対して実質的に一定の位置に存在する。

　本実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様に、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

（実施の形態３）
　本実施の形態３に係る生体音響センサは、筺体による振動検出ユニットの支持の形態について、上述の実施の形態１に係る生体音響センサと異なる。したがって、異なる点を中心に、本実施の形態３に係る生体音響センサについて説明する。

　図１２Ａは、本発明の実施の形態３に係る生体音響センサの断面図である。また、図１２Ｂは、本実施の形態３に係る生体音響センサの上面図である。

　図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、本実施の形態３に係る生体音響センサ３２４において、振動検出ユニット２６は、中間支持体３９４を介して、筺体３２０に支持されている。

　中間支持体３９４は、振動検出ユニット２６の振動板３２の接触面３２ａの法線方向（Ｚ軸方向）視で、振動検出ユニット２６を囲むリング状の部材である。また、中間支持体３９４は、振動検出ユニット２６を、接触面３２ａに平行な第１の揺動中心線Ｃ１を中心にして揺動可能に支持している。具体的には、中間支持体３９４から接触面３２ａに平行に延在する一対の支持ピン３９６を介して、中間支持体３９４は振動検出ユニット２６を揺動可能に支持する。

　筺体３２０は、振動板３２の接触面３２ａに対して平行であって且つ第１の揺動中心線Ｃ１に対して直交する第２の揺動中心線Ｃ２を中心にして揺動可能に、中間支持体３９４を支持する。具体的には、筺体３２０から接触面３２ａに平行に延在する一対の支持ピン３９８を介して、筺体３２０は中間支持体３９４を支持する。

　このような中間支持体３９４により、第１および第２の揺動中心線Ｃ１、Ｃ２の交点が支点Ｐとして実質的に機能し、振動検出ユニット２６は、その支点Ｐを中心として揺動する。この第１および第２の揺動中心線Ｃ１、Ｃ２の交点は、筺体３２０に対して一定の位置に存在する。

　なお、本実施の形態３の場合、筺体３２０に対して中間支持体３９４を介して振動検出ユニット２６が取り付けられているので、フィルムシール２８を省略することも可能である。ただ、筺体３２０への異物の侵入を防止する必要がある場合、フィルムシール２８を設けてもよい。

　本実施の形態３によれば、上述の実施の形態１と同様に、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

（実施の形態４）
　上述の実施の形態１～３の場合、振動板３２は、筺体に対して一定位置の支点を中心にして揺動する振動検出ユニット２６に設けられている。その結果、振動板３２は、間接的に支点を備え、その支点を中心にして揺動し、生体の皮膚表面に密着することができる。これと異なり、本実施の形態４に係る生体音響センサにおいて、振動板は、このような振動検出ユニットに設けられていない。

　図１３は、本発明の実施の形態４に係る生体音響センサの断面図である。

　図１３に示すように、本実施の形態４に係る生体音響センサ４２４において、振動板４３２は、生体とフィルムシール２８を介して接触する接触面４３２ａに対して反対側の裏面４３４ｂの中央に、例えば、逆円錐状の凸状部４３４ｃを備える。その凸状部４３４ｃの先端は、筺体４２０に固定された圧電板３６に接触する。また、振動板４３２は、圧電板３６との接触を維持するために、弾性材料から作製されたフィルムシール２８によって圧電板３６に向かって付勢されている。

　このような構成によれば、振動板４３２は、その凸状部４３４ｃの先端を支点として揺動する。振動板４３２は、自身が振動するので、その支点は筺体に対して厳密には一定位置にない。しかしながら、凸状部４３４ｃの先端が圧電板３６に対して接触し続けるため、支点は圧電板３６に対しては一定位置に存在する。すなわち、振動板４３２は、圧電板３６に対して一定の位置に存在する支点を直接的に備え、その支点を中心にして揺動可能に、筺体４２０に設けられている。

　本実施の形態４によれば、上述の実施の形態１と同様に、生体の振動を測定する生体音響センサにおいて、生体から伝達された振動の減衰を抑制することができる。

　以上、複数の実施の形態１～４を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれらに限らない。

　例えば、上述の実施の形態１の場合、図３に示すように、振動検出ユニット２６と筺体２０の凸状部２０ｄの先端との接触は、筺体２０の接触面２０ａと振動板３２の接触面３２ａとに接着されたフィルムシール２８に付勢されることによって維持されている。しかしながら、振動検出ユニットを付勢する付勢部材は、フィルムシール２８に限らない。例えば、筺体２０の格納部２０ｂの底面２０ｃまたは側面２０ｆと振動検出ユニット２６との間に引っ張りばねを配置し、その一端を筺体に接続し、他端を振動検出ユニット２６に接続してもよい。なお、付勢部材に代わって、磁石によって振動検出ユニット２６と筺体２０の接触が維持されてもよい。振動検出ユニット２６と凸状部２０ｄとの接触が維持されることにより、意図しない雑音、例えば振動検出ユニット２６と凸状部２０ｄが接触と離間とを繰り返すことによって発生する雑音を抑制することができる。

　また、上述の実施の形態１の場合、図４に示すように、振動検出ユニット２６において、圧電板３６は、その外周縁側部分に、リング状の振動伝達部材４０を介して、振動板３２の振動が伝達される。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。

　図１４は、別例の振動検出ユニットの断面図である。

　図１４に示すように、別例の振動検出ユニット５２６において、振動伝達部材５４０は、リング状ではなく、柱状である。また、振動伝達部材５４０は、振動板３２の中央部分と圧電板３６の中央部分に接触する。このような振動伝達部材５４０に対応するために、圧電板３６を支持する圧電板支持部材５３８は、圧電板３６の外周縁側部分と接触するリング形状を備える。これにより、図４に示す振動検出ユニット２６における圧電板３６と同様に、図１４に示す振動検出ユニット５２６における圧電板３６も、振動板３２の振動により、外周縁側部分が中央部分に対して変位するようにたわみ変形を繰り返す。

　さらに、上述の実施の形態１の場合、振動板３２の振動を電気信号に変換する振動電気変換デバイスは、圧電板３６である。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らない。振動電気変換デバイスは、圧電フィルム、コンデンサマイク、ＭＥＭＳマイクなどであってもよい。マイクである場合、振動電気変換デバイスは、振動板３２に接触する必要がなく、そのため振動検出ユニット２６に必ず設ける必要もない。

　すなわち、本発明に係る実施の形態の生体音響センサは、広義には、筐体と、前記筺体に設けられ、生体に接触する接触面を備える振動板と、前記筺体に設けられ、前記振動板の振動を電気信号に変換する振動電気変換デバイスと、を有し、前記振動板が、一定位置の支点を備え、前記支点を中心にして揺動するように前記筺体に設けられている、生体音響センサである。

　以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、ある実施の形態に対して少なくとも１つの実施の形態を全体としてまたは部分的に組み合わせて本発明に係るさらなる実施の形態とすることが可能であることは、当業者にとって明らかである。

　本発明は、心音などの生体から発生する音（振動）を測定する機器に適用可能である。

Claims

　筺体と、
　前記筺体に設けられ、生体に接触する接触面を備える振動板と、
　前記筺体に設けられ、前記振動板の振動を電気信号に変換する振動電気変換デバイスと、を有し、
　前記振動板が、一定位置の支点を備え、前記支点を中心にして揺動するように前記筺体に設けられている、生体音響センサ。
　前記振動板を含む振動検出ユニットを有し、
　前記振動検出ユニットが、前記筺体に対して一定位置の支点を中心にして揺動するように、前記筺体に支持されている、請求項１に記載の生体音響センサ。
　前記振動検出ユニットおよび前記筺体の一方に凸状部が設けられているとともに、他方に前記凸状部の先端に対して接触し、前記先端を支点にして揺動する凹状部が設けられている、請求項２に記載の生体音響センサ。
　前記振動検出ユニットを前記筺体に向かって付勢し、前記振動検出ユニットと前記筺体との間の点接触を維持する付勢部材を有する、請求項３に記載の生体音響センサ。
　前記振動検出ユニットが、ボールジョイントを介して、前記筺体に支持されている、請求項２に記載の生体音響センサ。
　前記振動検出ユニットを前記振動板の接触面に平行な第１の揺動中心線を中心にして揺動可能に支持する中間支持体を有し、
　前記筺体が、前記振動板の接触面に対して平行であって且つ前記第１の揺動中心線に対して直交する第２の揺動中心線を中心にして揺動可能に、前記中間支持体を支持する、請求項２に記載の生体音響センサ。
　前記筺体が、前記振動検出ユニットを格納する凹状の格納部を備え、
　前記格納部の底面に、前記振動検出ユニットが最大に傾いたときに当該振動検出ユニットとの接触を回避する凹部を備える、請求項２から６のいずれか一項に記載の生体音響センサ。
　前記振動電気変換デバイスが、前記振動検出ユニットに設けられている、請求項２から７のいずれか一項に記載の生体音響センサ。
　前記振動電気変換デバイスが、圧電板であって、
　前記振動検出ユニットが、
　前記圧電板を支持するベース部材と、
　前記ベース部材に設けられ、前記圧電板に対して前記接触面の法線方向に間隔をあけて対向した状態で、前記振動板を支持する振動板支持部材と、
　前記振動板と前記圧電板との間に配置され、前記法線方向に前記振動板と前記圧電板とに接触し、前記振動板の振動を前記圧電板に伝達する振動伝達部材と、を含む、請求項８に記載の生体音響センサ。
　前記振動電気変換デバイスが、前記筺体に固定された圧電板であって、　前記振動板が、凸状部を備え、
　前記振動板が、前記凸状部の先端が前記圧電板に接触した状態で、前記凸状部の先端を支点として揺動する、請求項１に記載の生体音響センサ。
　前記振動電気変換デバイスから出力された電気信号に含まれるノイズを除去するフィルター回路を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の生体音響センサ。
　請求項１から１１のいずれか一項に記載の生体音響センサと、
　前記生体音響センサの振動電気変換デバイスからの電気信号に基づいて駆動するスピーカーと、
　前記生体音響センサと前記スピーカーとを内蔵するチェストピースと、
　前記チェストピースに接続され、前記スピーカーの音声を外部に出力するイヤーチップと、を有する、聴診器。