JP2015126339A - 骨伝導スピーカー - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動素子の振動を効率的に振動体に伝えることができ、且つ、外部への音漏れ及びハウリングを減少した骨伝導スピーカーを提供すること。
【解決手段】本発明の骨伝導スピーカー１０では、板状の圧電振動素子２０が、一方の面において、周縁で振動体３０の周縁凸部３２に固定され、中央で振動体の中央凸部３１に当接しており、その反対側において圧電振動素子が樹脂製の背面ケース４０により覆われている。振動体は、その中央凸部において、圧電振動素子により音信号から変換された振動が最も大きくなっている圧電振動素子の中央に当接しているため、振動を効率的に拾い振動することができる。また、制振ダンパーを用いないため、吸収のない、高効率の振動伝達が行われる。さらに、圧電振動素子と背面ケースの間の空間の空気振動は樹脂製の背面ケースにより吸収されるため、外部への音漏れが少く、ハウリングが低減される。
【選択図】図２

Description

本発明は、音信号を圧電素子によって変換した振動を、鼓膜を介さずに頭部の骨から聴神経に伝える骨伝導スピーカーに関する。

骨伝導スピーカーは、従来よりコイル式のものが用いられていたが、最近では、低消費電力で電磁波の発生が少ない圧電式のものが多く利用されている。
特許文献１には、円板状の圧電素子の周囲に環状の制振ダンパーを装着し、該制振ダンパーを2つの凹状筐体で挟み込むことにより、圧電素子をこれら筐体内に収納した耳穴式骨伝導スピーカー（イヤホン）が記載されている。圧電素子の振動を伝える側の筐体には、圧電素子の側の中央に圧電素子に向けて突出する円筒突出部が形成されており、反対側の中央には円筒状の中空ロッドが突設されている。圧電素子は、その中心部がこの円筒突出部に接着されており、振動は、この円筒突出部から中空ロッドを介して使用者の外耳道付近の軟骨又は骨に伝達される。反対側の筐体はウェイトカバーとなっており、これら筐体内部の空気振動を外部に漏れにくくするために重量をもたせている。特許文献１では、上記制振ダンパーは、圧電素子からの振動が筐体を介して外部に漏れるのを低減するとともに、周波数の特性を改善するなどのために備えられている、とされている。

特開2010-087810号公報

骨伝導スピーカーでは、圧電素子からの振動（エネルギー）を効率的に振動体に伝えることや、外部に漏れる振動（音）により生じるハウリングを防止することなどが重要となる。特許文献１に記載の耳穴式骨伝導スピーカー（イヤホン）では、制振ダンパーにより振動を吸収しているため、そこで振動エネルギーの損失が生じる。また、振動を骨に伝達する中空ロッドにおいても、中空部で振動エネルギーの損失が生じる。そして、ウェイトカバーにより筐体内部の空気振動の外部への漏出を防止しようとしているものの、重量のあるウェイトカバーはむしろ振動を伝達しやすいことから、音漏れ対策（ハウリング対策）が十分ではないという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、圧電素子の振動を効率的に振動体に伝えることができ、且つ、外部への音漏れ及びハウリングを減少した骨伝導スピーカーを提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る骨伝導スピーカーは、
a) 板状の圧電振動素子と、
b) 前記圧電振動素子の一面側に配置された、該圧電振動素子の中央において該圧電振動素子に当接する中央凸部と、該圧電振動素子の周縁において該圧電振動素子に固定される周縁凸部とを有する板状の振動体と、
c) 前記圧電振動素子の他面側に配置された、前記振動体の前記周縁凸部において該振動体に固定される蓋状の樹脂製背面ケースと
を備えることを特徴とする。

本発明に係る骨伝導スピーカーでは、板状の圧電振動素子が、その周縁で振動体の周縁凸部に固定され、中央において振動体の中央凸部に当接している。ここで、振動体の中央凸部は圧電振動素子に直接当接していてもよいし、後述のように間接的に当接していてもよい。外部から与えられる音信号は圧電振動素子により、該圧電振動素子の板面に垂直な方向の振動に変換されるが、圧電振動素子はその周縁において振動体に固定されているため、その振動は圧電振動素子の中央において最も大きくなる。振動体の中央凸部は、この圧電振動素子の最も大きい振動を受け、大きく振動する。この振動体の振動がそれに接触する頭部の骨等に伝達されることにより、骨伝導による音の伝達が行われる。ここで、本発明に係る骨伝導スピーカーでは制振ダンパーを用いないため、吸収のない、高効率の振動伝達が行われる。

また、本発明に係る骨伝導スピーカーでは振動体の反対側において圧電振動素子が樹脂製の背面ケースにより覆われているため、圧電振動素子と背面ケースの間の空間の空気振動はこの樹脂製の背面ケースにより吸収され、外部への音漏れが少ない。従って、ハウリングを低減することができる。

前記骨伝導スピーカーは、さらに、前記圧電振動素子の前記他面の中央に取り付けられたウェイトを備えることが望ましい。

このウェイトは、圧電振動素子の最大振動点である中央に取り付けられているため、高音振動の抑制や、低音振動の低下の抑制、外部への振動漏れ防止をより効果的に行うことができる。このウェイトには様々な質量のものを用意しておき、使用者の要望に合わせて適したものを取り付けることが望ましい。

ウェイトに代え、圧電振動素子の中央を、該圧電振動素子の面に垂直な方向に押圧する手段を設けても良い。圧電振動素子は周縁において振動体の周縁凸部に固定されているため、中央において垂直方向に押圧することにより、ウェイトを取り付けた場合と同様、圧電振動素子は中央においてその振動が拘束され、高音振動の抑制や外部への振動漏れの防止をより効果的に行うことができる。また、中央において押圧されることにより、圧電振動素子は全体として凸状又は凹状となり、全体としての振動モードが変化することも、圧電振動素子の振動特性の変化に寄与する。この押圧力を変化させることにより、使用者の要望に応じた骨伝導スピーカーの特性の調整が容易となる。

前記骨伝導スピーカーにおいて、前記圧電振動素子の周縁と前記背面ケースとが離間していることが望ましい。

この構成により、圧電振動素子と背面ケースが接しないため、圧電振動素子からの振動が背面ケースを介して外部に漏れることを防ぐことができる。

この骨伝導スピーカーを、Ｕ字状の支持体の両端に設けられた取付部に取り付けることにより骨伝導ヘッドホンとして使用することができる。

また、この骨伝導スピーカーの振動体の、圧電振動素子が当接していない側の面の中央に、中実の耳穴挿入部を固定することが望ましい。この耳穴挿入部を耳穴に挿入することにより、本発明に係る骨伝導スピーカーを骨伝導イヤホンとして使用することができる。耳穴挿入部が中実であることにより、振動伝達時のエネルギー損失が抑えられるとともに、高音を伝達しやすくなる。

本発明に係る骨伝導スピーカーは、圧電素子の振動を効率的に振動体に伝えることができ、音漏れやハウリングも少ない。

本発明に係る骨伝導スピーカーを骨伝導ヘッドホンに適用した第１実施例の概略正面図。 同実施例の骨伝導スピーカーの平面図(a)及びX-X断面図(b)。 同実施例の骨伝導スピーカーの変形例の断面図。 同変形例の骨伝導スピーカーの別の変形例の圧電振動素子及び振動体の拡大断面図。 同実施例の骨伝導スピーカーの別の変形例の断面図。 本発明に係る骨伝導スピーカーを骨伝導イヤホンに適用した第２実施例の概略側面図。

（第１実施例）
本発明に係る骨伝導スピーカーを骨伝導ヘッドホンに適用した一実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
本実施例の骨伝導ヘッドホンは、Ｕ字状の支持体１１と、支持体１１の両端に設けられたスピーカー取付部１２と、該スピーカー取付部１２に取り付けられた骨伝導スピーカー１０などから成る。

骨伝導スピーカー１０は、円板状の圧電振動素子２０と、圧電振動素子２０の一面側と接し、圧電振動素子２０の振動を外部（頭骨等）に伝える振動体３０と、圧電振動素子２０の他面側に配置された背面ケース４０と、振動体３０と背面ケース４０を一体化する側面カバー５０と、圧電振動素子２０に音信号を伝える電線１３などを備える。

圧電振動素子２０は、厚さ約50μm、直径約21 mmの円形の真鍮製薄板（金属薄板）２２の両面にそれぞれ、周縁約1 mmのブランクを残して、厚さ約35〜40μmのチタン酸バリウムの圧電素子薄膜２１ａ、２１ｂを形成したものである。両側の圧電素子薄膜２１ａ、２１ｂは、その圧電作動方向が互いに逆方向となるように貼付されており、音信号を伝える2本の電線１３の一方は中央の金属薄板２２に、そして他方の電線は両側の圧電素子薄膜２１ａ、２１ｂの外側の表面に共通して、接続されている。
なお、圧電振動素子２０としては、このような圧電バイモルフ構造が好ましいが、信号線からの電気信号（音信号）を振動に変換することができるものであれば、本実施例の構造や材質に限定されない。

振動体３０は、圧電振動素子２０とほぼ同径の円板状のシリコーン樹脂板から成り、一方の面の中央に中央凸部３１が、周縁に周縁凸部３２が形成されている。周縁凸部３２は、その外周面にフランジ状の外周凸部３３を有している。
振動体３０の材質は、シリコーン樹脂以外にも、ウレタンなどの様々なエラストマー（弾力性樹脂材料）を用いることができる。架橋剤や硬化剤によってその硬度を調整することにより、骨伝導の音質（周波数特性）を変化させることができる。

背面ケース４０は、振動体３０の外周凸部３３とほぼ同径の円筒状部と、該円筒状部の一端面を塞ぐドーム部から成り、全体として蓋状になっている。円筒状部の他端部には階段状の第１端部４１と該端部４１よりも外周側に位置する第２端部４２が形成されている。第２端部４２は第１端部４１よりも突出しており、振動体３０の外周凸部３３に対応している。外周凸部３３の上に第２端部４２を載置したとき、第１端部４１は僅かな隙間をおいて周縁凸部３２と対向する。円筒状部の外周面には、側面カバー５０を係合固定するための係合凸部４３が設けられている。背面ケース４０のドーム部の外側中央には、この骨伝導スピーカー１０をスピーカー取付部１２に取り付けるための取付部材４５が設けられている。

圧電振動素子２０を挟んで振動体３０と背面ケース４０を固定する側面カバー５０は、振動体３０の外周凸部３３の外径、及び背面ケース４０の円筒状部の外径とほぼ同じ内径を有する環状部材である。側面カバー５０は、振動体３０の外周凸部３３と背面ケース４０の係合凸部４３により両者を係合固定する。

背面ケース４０及び側面カバー５０は、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂やポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、高硬度のエラストマー樹脂など、軽量であり、且つ、比較的硬い樹脂材料を用いることが望ましい。

本実施例では、振動体３０の周縁凸部３２及び中央凸部３１の上に圧電振動素子２０を載せ両者を接着し、背面ケース４０を振動体３０の上に被せる。この状態で側面カバー５０を背面ケース４０と振動体３０の周りに嵌め、該側面カバー５０の上端部及び下端部を係合凸部４３及び外周凸部３３に係合させる。これにより、振動体３０と背面ケース４０が一体化され、このとき、圧電振動素子２０は周縁凸部３２と第１端部４１の間に挟持される。また、圧電振動素子２０に接続された電線１３は、背面ケース４０の中央の孔４４を通して外部に引き出され、音声信号増幅器に接続される。音声信号増幅器には、別体に形成されたマイクが接続される。

本実施例に係る骨伝導スピーカー１０では、振動体３０は、その周縁で圧電振動素子２０の中央の金属薄板２２を固定し、最大振動を生じる中央においてその最大振動を拾うため、圧電振動素子２０の振動を効率的に外部（頭骨等）に伝えることができる。そして、圧電振動素子２０の振動を吸収する制振ダンパー等が介在しないため、エネルギー効率が高い。
また、圧電振動素子２０の反対側には樹脂製の軽量な背面ケース４０が設けられているため、圧電振動素子２０の振動により生成された背面ケース４０内の空気振動がその側に伝達されることが少なく、外部への音漏れ及びハウリングの防止が可能となる。

（変形例１）
図３は、上記実施例の骨伝導スピーカー１０の変形例の断面図である。この変形例では、背面ケース４０側の圧電振動素子２０の中央にウェイト６０が固定されている。固定には両面テープや接着剤等を用いることができる。

このウェイト６０の質量により圧電振動素子２０の周波数特性が変化し、ウェイト６０の質量が大きいほど高音が抑制される。従って、その質量は、使用者に応じて、使用者が聞き取りやすい骨伝導の音質（周波数特性）となるように決定される。

（変形例２）
図４は、上記実施例の骨伝導スピーカー１０の別の変形例の圧電振動素子及び振動体の拡大断面図である。この変形例の骨伝導スピーカーでは、圧電振動素子２０の中央にＡＢＳ樹脂等の樹脂製のスペーサー６３が載置され、これらの中央に孔が設けられ、振動体３０の中央凸部３１にはねじ穴が設けられている（いずれも図示せず）。そして、圧電振動素子２０及びスペーサー６３の孔を通してネジ６１が振動体３０のねじ穴に螺挿されている。ネジ６１の頭とスペーサー６３の間にはバネ６２が介装されている。圧電振動素子４０の周縁は、振動体の周縁凸部３２と接着されていないが、ネジ６１とバネ６２によって周縁凸部３２と密着する。本変形例の骨伝導スピーカー１０では、振動体３０の中央凸部３１は直接的に圧電振動素子２０に当接するのではなく、ネジ６１とバネ６２及びスペーサー６３を介して間接的に当接している。

この構成では、バネ６２によって圧電振動素子２０は中央凸部３１側に押圧され、湾曲する。また、ネジ６１を中央凸部３１のねじ穴にねじ込む量を調節することにより圧電振動素子２０が押圧され湾曲する程度を変化させることができる。これにより圧電振動素子２０の振動特性が変化するため、使用者に合わせて骨伝導の音質（周波数特性）を調整することが可能となる。

なお、この変形例では、ネジ６１及びバネ６２に代えてビスで圧電振動素子２０を中央凸部３１に固定するようにしても良い。この構成では圧電振動素子２０の押圧量を調整できないが、構成を簡略化できる。また、バネをなくした分、骨伝導スピーカーの厚みを小さくできる。
また、スペーサーは省略しても良い。

（変形例３）
図５は、上記実施例の骨伝導スピーカー１０のさらに別の変形例の断面図である。この変形例では、振動体３０の外周凸部３３と当接する背面ケース４０の第２端部４２の幅が振動体３０の外周凸部３３の幅よりも小さくなっており、且つ第１端部４１が周縁凸部３２から離間する方向に傾斜している。これにより、背面ケース４０の第２端部４２を振動体３０の外周凸部３３の上に載せたとき、該背面ケース４０と振動体３０との間の隙間が大きくなり、圧電振動素子２０と背面ケース４０が離間する。このため、圧電振動素子２０の振動がその周縁から背面ケース４０へ直接伝達されることが防止され、ハウリングをより少なくすることができる。なお、前記隙間には、スポンジやエラストマー等から成る環状の振動吸収材料を詰めてもよい。

（第２実施例）
図６は、本発明に係る骨伝導スピーカーを骨伝導イヤホンに適用した第２実施例の概略側面図である。
この骨伝導イヤホンの骨伝導スピーカー９０は、振動体９２の圧電振動素子側ではない面の中央に、中実の耳穴挿入部９３を有する。その他の構成は第１実施例の骨伝導スピーカー１０とほぼ同じである。

本実施例の骨伝導イヤホンによると、振動体９２の振動は耳穴挿入部９３を通って外耳道付近の軟骨又は骨に伝達される。このとき、耳穴挿入部９３が中実であるため、中空の耳穴挿入部に比べ振動エネルギーの損失が少なくなる。このため、圧電振動素子からの振動を効率よく使用者に伝えることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、変形例１〜変形例３の骨伝導スピーカーの振動体に耳穴挿入部を設けて骨伝導イヤホンとしても良い。
上記実施例では、振動体の周縁凸部の外周に外周凸部を設け、該外周凸部に背面ケースを固定したが、周縁凸部の幅を大きくし、該周縁凸部の上面の内周側半部に圧電振動素子を固定し、外周側半部に背面ケースを固定するようにしても良い。

１０、９０…骨伝導スピーカー
１１…支持体
１２…スピーカー取付部
１３…電線
２０…圧電振動素子
２１…圧電素子薄膜
２２…金属薄板
３０、９２…振動体
３１…中央凸部
３２…周縁凸部
３３…外周凸部
９３…耳穴挿入部
４０…背面ケース
４１…第１端部
４２…第２端部
４３…係合凸部
４５…取付部材
５０…側面カバー
６０…ウェイト
６１…ネジ
６２…バネ
６３…スペーサー

Claims (6)

1. a) 板状の圧電振動素子と、
   b) 前記圧電振動素子の一面側に配置された、該圧電振動素子の中央において該圧電振動素子に当接する中央凸部と、該圧電振動素子の周縁において該圧電振動素子に固定される周縁凸部とを有する板状の振動体と、
   c) 前記圧電振動素子の他面側に配置された、前記振動体の前記周縁凸部において該振動体に固定される蓋状の樹脂製背面ケースと
   を備えることを特徴とする骨伝導スピーカー。
2. さらに、前記圧電振動素子の前記他面の中央に取り付けられたウェイトを備えることを特徴とする請求項１に記載の骨伝導スピーカー。
3. 前記圧電振動素子の中央を、該圧電振動素子の面に垂直な方向に押圧する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の骨伝導スピーカー。
4. 前記圧電振動素子の周縁と前記背面ケースとが離間していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の骨伝導スピーカー。
5. Ｕ字状の支持体と、
   該支持体の両端に設けられた取付部と、
   該取付部に取り付けられた請求項１〜４のいずれかに記載の骨伝導スピーカーと
   を備えることを特徴とする骨伝導ヘッドホン。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の骨伝導スピーカーと、
   前記振動体の、前記圧電振動素子が当接していない側の面の中央に固定された中実の耳穴挿入部と
   を備えることを特徴とする骨伝導イヤホン。

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