(57)【要約】 【課題】  骨伝導用音響用振動子について、円形且つ小型の外形で所望の周波数特性を達成すること。【解決手段】  矩形の圧電バイモルフ素子を用いることで所望の周波数特性を実現し、複数の矩形の圧電バイモルフ４を放射状に配置することで円形且つ小型の外形形状を実現し、積層型の圧電バイモルフ素子を用いることで、低電圧駆動化を実現できる。また、骨伝導用として用いる場合には可撓性の物質で表面を覆うことで、本来の共振周波数よりもさらに周波数を低くすることが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極が施され、両主面に電極が形成された圧電基板が金属基板の両側に貼着されて構成された圧電バイモルフを備える骨伝導用音響振動子において、前記圧電バイモルフは、複数の矩形状の圧電バイモルフにおける主面の中心点を一致させて、互いに交差するように放射状に配置され、可撓性の物質で被覆されたことを特徴とする骨伝導用音響振動子。
【請求項２】
前記圧電バイモルフは、積層型圧電バイモルフからなる請求項１記載の骨伝導用音響振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨伝導応用に用いられる圧電型の骨伝導用音響振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、骨伝導用の電気−機械トランスデューサは、主に電磁式が用いられ、ダイナミックスピーカと同じ原理のコイルを流れる電流とマグネットとの相互作用で発生する駆動力を機械振動に変えるもので、特許文献１や特許文献２等のいくつかの提案がなされている。電磁方式の発生力は電磁力であり、電流を必要とするが、巻線の有する抵抗でエネルギー損失を生じ、電源から供給されるエネルギーの大半はジュール熱として散失し、音響エネルギーとして使用される分は、わずかに１％にすぎないという欠点があった。また、低音領域では、低インピーダンスのために、電流が過剰になりやすく電源側の負荷が大きく、結果的に低音域では出力を制限せざるを得ないために、低音が音響出力不足になりやすいという欠点があった。
【０００３】
一方、少数ではあるが、例えば、特許文献３および特許文献４のように、圧電素子を用いた骨伝導用トランスデユーサの提案がある。この場合は、圧電発音体として多く用いられる金属板と圧電材料を貼りあわせた圧電ユニモルフ素子を音響振動発生素子として用いているが、実用のサイズでは、共振周波数が１ｋＨｚ以上になるために、共振周波数より下の低音域の再生が不充分になり易い欠点があった。また、振動系の機械的品質係数Ｑが高いために特定の周波数で振動の発生が強調されたり、逆に減衰したりするために自然な音の再生ができないという欠点もあった。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９６７７７７号公報
【特許文献２】特許第３３５８０８６号公報
【特許文献３】特開昭５９−１４０７９６号公報
【特許文献４】特開昭５９−１７８８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の圧電素子の骨伝導への応用では、低音域を重視する場合には圧電振動子側の共振周波数をできるだけ低くする必要があった。圧電素子の共振周波数を低下させる手段は、振動を決める素子の直径や長さを大きく取る、素子の曲げ弾性係数を下げる、振動の腹の部分に質量を付加する、等の方法が考えられる。しかし、対象が携帯機器で大きさに制限がある場合には、素子の寸法を大きくする方法には限界があった。また、既存の電磁型スピーカーの多くが円型で実現されているために、各種の応用展開で圧電型に対しても円形のデザインを求められる場合が多かった。従って、本発明は、骨伝導用音響用振動子について、円形且つ小型の外形で所望の周波数特性を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための第１の発明は、分極が施され、両主面に電極が形成された圧電基板が金属基板の両側に貼着されて構成された圧電バイモルフを備える骨伝導用音響振動子において、前記圧電バイモルフは、複数の矩形状の圧電バイモルフにおける主面の中心点を一致させて、互いに交差するように放射状に配置され、可撓性の物質で被覆されたことを特徴とする骨伝導用音響振動子である。
【０００７】
上記目的を達成するための第２の発明は、前記圧電バイモルフは、積層型圧電バイモルフからなる骨伝導用音響振動子である。
【発明の効果】
【０００８】
同じ厚み方向で、面積が同じで、かつ同じ直径と長さの円板のバイモルフと矩形のバイモルフの性能を比較した場合に、矩形のバイモルフがはるかにステフィネスが小さく、共振周波数が低いので、曲げ弾性係数を大きく低減できる。その結果、共振周波数の低周波数化が実現できる。なお、円板の屈曲モードと矩形板の屈曲モードを比較した場合には、円板は二次元の面の屈曲なので、直交する変形との相互作用が大きく、結果としてステフィネスが大きい（硬い）のに対して、矩形は長手方向のみ（一次元）の屈曲を生じるので直交する方向の拘束が少ない（柔らかい）という理由による。
【０００９】
本発明の骨伝導用音響振動子は、矩形のバイモルフ素子を用いることで所望の周波数特性を実現し、複数の矩形のバイモルフを放射状に配置することで円形且つ小型の外形形状を実現し、積層型の圧電バイモルフとして用いることで、低電圧駆動化を実現できる。また、骨伝導用として用いる場合には可撓性の物質で表面を覆うことで、本来の共振周波数よりもさらに周波数を低くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、矩形バイモルフの基本構造を示した斜視図である。図２は、本発明を実施するための最良の形態に係る基本構造を示した図である。
【００１１】
本発明の最良の形態に係る骨伝導用音響振動子は、表面に電極が形成された圧電セラミックス矩形板（長さ２６ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）を金属板（長さ２６ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）の両面に、エポキシ系接着剤で接着接合することで作製される。なお、このような構造のデバイスは、圧電バイモルフと呼ばれる。圧電バイモルフを構成する各々の圧電セラミックスは、内部電極が印刷されている厚みが５０μｍの圧電セラミックス層を４層積層している。ここでは、ＮＥＣトーキン製商品名ＮＥＰＥＣ１０を用いた。金属板と両面のセラミックの外面にリード線を設けた圧電バイモルフ素子は、片方の圧電素子に分極方向と同じ電界が加わる場合に他の圧電素子には逆の電界が加わるように結線してある。（図１参照）
【００１２】
次に、この圧電バイモルフ素子を４枚用意し、厚み方向に０．５ｍｍの間隔で重ねる。各々の圧電バイモルフ素子は、中心点を一致させて、互いに交差するように放射状に配置させるために、面内方向に各々の圧電バイモルフ素子を４５度ずつ回転させて、互いにそれぞれ、４５度交差させてから重ねて配置する。
【００１３】
また、真鍮製の金型を用いてバイモルフ素子の全面にシリコーンゴムの溶液を流し込む。その後、硬化処理により厚み方向の両面に厚さ２ｍｍ、幅方向に１ｍｍのシリコーンゴム被膜が覆う構造の音響振動子を作製する。（図２参照）ここで示したシリコーンゴム被膜は、可撓性の物質で表面を覆うことに相当する。シリコーンゴムは、価格・性能面で好適である。
【実施例１】
【００１４】
次に、本発明の実施例１について詳細に説明する。図３は、円形バイモルフの基本構造を示した斜視図である。
【００１５】
最初に、円形バイモルフと周波数特性を比較するため、ＮＥＣトーキン製圧電セラミックス（商品名ＮＥＰＥＣ１０）を用いた直径３０ｍｍφ、厚さ０．１５ｍｍの圧電素子２枚と、外形寸法が同じで厚みが５０μｍの金属板をエポキシ系接着剤で貼り合わせた構造の圧電バイモルフ素子を作製し、矩形型の圧電バイモルフと同様に結線した。（図３参照）
【００１６】
次に、６Ｖｒｍｓ程度の音響信号を入力してこれらの片面を頭部に押し付けると明瞭な骨伝導による音声を確認でき、円形バイモルフに比較して本発明の実施例１のものは明らかに低音部が強調されていることが確認できた。
【実施例２】
【００１７】
次に、本発明の実施例２について詳細に説明する。図４は、本発明と円形バイモルフの人工内耳での加速度比較結果を示したグラフである。ここでは、骨伝導機能や関連する機器の評価法として、乳様突起から聴覚神経に至る伝達関数を正確に模擬した人工内耳（B&K型  Artificial Mastoid Type 4930）を用いた。人工内耳を用いて人体の聴覚神経に相当する位置での加速度を、すべて同じ駆動電圧で１００Ｈｚから１０ｋＨｚまで駆動して、本発明の実施例２のものと円形バイモルフについて測定し、両者を比較した。
【００１８】
図４に、本発明と円形バイモルフの人工内耳での加速度比較結果を示す。図４から明らかなように、本発明の実施例２に係る音響振動子の加速度は低周波数域でも伸びていて、共振部の鋭さが大きく緩和されていることが確認できた。
【００１９】
なお、可撓性物質の周波数低減、Ｑの緩和、音漏れ防止の効果は、実施例１のシリコーンゴムでのモールド成形の他に、可撓性の物質を表面に貼り付ける構成でも同様の効果が得られる。
【００２０】
また、積層型の圧電バイモルフ素子を骨伝導用音響素子に使うことにより、圧電素子の厚さを薄くできることから、同じ変位量を得るための電流値を低減できる。例えば４層構造では、同じ変位量を得るのに必要な電流値は１／４程度に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】矩形バイモルフの基本構造を示す斜視図。
【図２】本発明を実施するための最良の形態に係る基本構造を示す図。
【図３】円形バイモルフの基本構造を示す斜視図。
【図４】本発明と円形バイモルフの人工内耳での加速度比較結果を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１    圧電セラミックス
２    金属板
３    リード線
４    圧電バイモルフ
５    シリコーンゴム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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