(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部、センサ部、音源部、および、発音部を有し、
前記本体部は使用者により触接可能であって、外力に応じて変形されるものであり、
前記センサ部は、前記本体部に該本体部の形状に沿って取り付けられ、前記本体部の曲げ変形に応じた信号を出力するものであり、
前記音源部は、前記センサ部の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、または、既に出力されている前記発音部駆動信号を変化させるものであり、
前記発音部は、前記発音部駆動信号を入力して可聴音および振動を出力するものである、
ことを特徴とする可聴音および振動の発生装置。
【請求項２】
本体部、センサ部、音源部、および、発音部を有し、
前記本体部は使用者により触接可能であって、外力に応じて変形されるものであり、
前記センサ部は、前記本体部に該本体部の形状に沿って取り付けられ、前記本体部の曲げ変形に応じた信号を出力するものであり、
前記音源部は、前記本体部に取り付けられ、前記センサ部の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、または、既に出力されている前記発音部駆動信号を変化させるものであり、
前記発音部は、前記本体部に取り付けられ、前記発音部駆動信号を入力して可聴音および振動を出力し、かつ、前記振動を前記本体部に伝達するものである、
ことを特徴とする可聴音および振動の発生装置。
【請求項３】
前記本体部は弾性回復力を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可聴音および振動の発生装置。
【請求項４】
前記本体部はループ状である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可聴音および振動の発生装置。
【請求項５】
前記本体部は球状である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の可聴音および振動の発生装置。
【請求項６】
本体部、センサ部、音源部、および、発音部を有し、
前記本体部は使用者により触接可能なループ状であり、
前記センサ部は、前記本体部に取り付けられ、前記本体部に加えられた外力に応じた信号を出力するものであり、
前記音源部は、前記センサ部の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、または、既に出力されている前記発音部駆動信号を変化させるものであり、
前記発音部は、前記発音部駆動信号を入力して可聴音および振動を出力するものであり、
前記ループ状の本体部の少なくとも片側の開口面に、複数本の線条体が設けられている、
ことを特徴とする可聴音および振動の発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置の本体部に外力を受けたとき、聴覚で知覚される可聴音および振動感覚で知覚される振動の双方を発生する可聴音および振動の発生装置に関するものである。幼児等を対象とした発音知育具などに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
音は聴覚で捉えるものである。しかし、音を聴覚で捉えていては音が聞こえる仕組みである振動そのものを捉えることができない。
音に興味を持ち始める時期の幼児に音や音楽に魅力を感じてもらうには、音を、聴覚だけでなく、触覚（振動感覚）によっても感じ取れる知育具が望ましい。触覚（振動感覚）で音を感じ取れれば、聴覚障害を持つ人にとっても、健常者と一緒に、音や音楽に対して魅力を感じてもらえる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、音を聴覚および触覚（振動感覚）で感じ取れるようにした可聴音および振動の発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載の発明においては、可聴音および振動の発生装置において、本体部、センサ部、音源部、および、発音部を有し、前記本体部は使用者により触接可能であって、外力に応じて変形されるものであり、前記センサ部は、前記本体部に該本体部の形状に沿って取り付けられ、前記本体部の曲げ変形に応じた信号を出力するものであり、前記音源部は、前記センサ部の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、または、既に出力されている前記発音部駆動信号を変化させるものであり、前記発音部は、前記発音部駆動信号を入力して可聴音および振動を出力するものである。
したがって、可聴音とともに、音が聞こえる仕組みである振動そのものを使用者に伝えることができる。聴覚障害を持つ使用者にも、音を触覚（振動感覚）という形で感じ取れるようにし、音や音楽に魅力を感じてもらうことができる。
センサ部は、外力に応じた信号として、本体部の曲げ変形に応じた信号を出力する。発音部は、１個の発音体のみを有する場合の他、可聴音、振動のそれぞれに適した発音体を有する場合もある。振動に適した発音体の一例として、偏芯錘を軸に取り付けたモータがある。
【０００５】
請求項２に記載の発明においては、可聴音および振動の発生装置において、本体部、センサ部、音源部、および、発音部を有し、前記本体部は使用者により触接可能であって、外力に応じて変形されるものであり、前記センサ部は、前記本体部に該本体部の形状に沿って取り付けられ、前記本体部の曲げ変形に応じた信号を出力するものであり、前記音源部は、前記本体部に取り付けられ、前記センサ部の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、または、既に出力されている前記発音部駆動信号を変化させるものであり、前記発音部は、前記本体部に取り付けられ、前記発音部駆動信号を入力して可聴音および振動を出力し、かつ、前記振動を前記本体部に伝達するものである。
したがって、可聴音とともに、音が聞こえる仕組みである振動そのものを、外力を加えた使用者の手指などに対して振動を伝えることができる。聴覚障害を持つ人にも、音を触覚（振動感覚）という形で感じ取れるようにし、音や音楽に魅力を感じてもらうことができる。
センサ部は、外力に応じた信号として、本体部の変形に応じた信号を出力する。発音部は、１個の発音体のみを有する場合の他、可聴音、振動のそれぞれに適した発音体を有する場合もある。
センサ部と音源部と発音部とを本体部のほぼ同一位置に配設することにより、回路構成部分を１つにまとめてカバーすることができる。
【０００６】
請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載の可聴音および振動の発生装置において、前記本体部は弾性回復力を有するものである。
したがって、外力が加わらなくなると変形が復元され、再度の外力に対しても変形して動作することができる。
【０００７】
請求項４に記載の発明においては、請求項１または２に記載の可聴音および振動の発生装置において、前記本体部はループ状であるものある。
したがって、外力を加えることが容易であり、手でつかみやすく、ころがしたり投げたりすることもできる。
請求項５に記載の発明においては、請求項１または２に記載の可聴音および振動の発生装置において、前記本体部は球状であるものである。
したがって、外力を加えることが容易であり、手でつかみやすく、ころがしたり投げるたりすることもできる。センサ部、音源部、発音部が球体内部に取り付けられている場合には、これらを保護することもできる。
【０００８】
請求項６に記載の発明においては、可聴音および振動の発生装置において、本体部、センサ部、音源部、および、発音部を有し、前記本体部は使用者により触接可能なループ状であり、前記センサ部は、前記本体部に取り付けられ、前記本体部に加えられた外力に応じた信号を出力するものであり、前記音源部は、前記センサ部の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、または、既に出力されている前記発音部駆動信号を変化させるものであり、前記発音部は、前記発音部駆動信号を入力して可聴音および振動を出力するものであり、前記ループ状の本体部の少なくとも片側の開口面に、複数本の線条体が設けられているものである。
したがって、線条体に対して外力を加えることにより、異なる態様で可聴音および振動を出力させることができる。センサ部、音源部、発音部がループ内部に取り付けられている場合には、これらを保護することもできる。複数本の線条体を両側の開口面に設ければ、保護機能が一層向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の概要を説明する機能構成図である。
図中、１は装置の本体部、２はセンサ部、３は音源部、４は発音部である。
本体部１は、使用者により触接可能なものであり、装置の操作入力部でもある。
センサ部２は、本体部１に取り付けられ、本体部１に加えられる外力に応じた信号として、センサの特性に応じて、例えば、本体部１の変形，振動などに応じた信号を出力する。具体的には、抵抗値変化型曲げセンサ、圧電センサ（ピエゾセンサ）がある。外力に応じた信号として、本体部１の加速度に応じた信号を出力するものでもよい。
音源部３は、センサ部２の出力信号に応じて、発音部駆動信号を出力開始するか、出力開始または前回の外力印加などにより、既に出力されている発音部駆動信号を所定の態様で変化させる。なお、音源部３は、必ずしも、本体部１に取り付ける必要はない。
【００１１】
可聴音とは、人が耳で聞くことのできる空気振動であって、周波数帯域は、定常波で２０Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚといわれている。正弦波に限らず、高調波成分を含んだ矩形波、三角波、鋸歯状波等の基本波、楽器音色を有する楽音、人の声や動物の鳴き声、抽象的な効果音等のサンプリング波である場合もある。時間とともに減衰する減衰性の音、持続性の音の場合もある。
一方、振動とは、本明細書では、手指などの人体の触覚（振動感覚）によって知覚される物体の振動であって、周波数帯域は、可聴音帯域の低域側と重なり、おおよそ数１００Ｈｚまでが望ましい。しかし、原理的には、周波数がこれより高くても振動知覚できるものである。発音体に直に触れる構造であるなら、１，０００Ｈｚ程度は振動知覚の範囲内ということができる。
また、実施の形態によっては、可聴音を発生させるための電気信号が単純な正弦波であっても、物理的な発音体側の歪で高調波が付加される場合がある。逆に、電気信号は楽音としてそのまま用いられるために高調波成分を含んだ豊かな信号であるが、発音体側で発音体そのものがフィルタを構成して単純化された正弦波に近くなる場合がある。
【００１２】
音源部３は、アナログ発振回路で実現することもできるが、電子楽器で使用されているデジタル化された音源集積回路を用いることもできる。
発音部駆動信号は、可聴音出力用と振動出力用に、個別に出力される場合の他、１つの駆動信号として出力される場合もある。例えば、可聴音としても振動としても知覚できる周波数の信号であったり、可聴周波数成分と振動周波数成分とを含む信号であったりする。
あるいは、可聴周波数信号を分周したり、そのピッチ（基本周波数成分）を低域に変換したりする低域変換処理部を設けて、振動周波数成分の信号を生成することもできる。後述するように、偏芯錘を取り付けた直流モータを用いて振動を出力する場合に、その駆動信号は直流信号となる。
【００１３】
可聴音および振動のそれぞれの、出力開始または出力態様変化とは、独立して決めることができる。また、相互に関連を持たせることもできる。例えば、同時に出力開始させてもよいし、時間差を設けて出力開始させてもよい。
センサ部２の出力信号のピーク値あるいは瞬時値などに応じて、可聴音の周波数（ピッチ）および振幅の少なくとも一方を可変にすることができる。同様に、振動の振動周波数および振幅の少なくとも一方を可変にすることができる。
また、外力が加えられたことを検出する度に、出力態様の変化として、可聴音の周波数（ピッチ）、振幅の少なくとも一方、振動の周波数、振幅の少なくとも一方を変化させることができる。検出回数によっては、可聴音、振動の少なくとも一方を出力停止させることもできる。外力が加えられたことを検出する度に、可聴音の音色あるいはサンプリング波を変更することもできる。
【００１４】
複数のセンサを、それぞれ、本体部１の複数箇所に設け、各センサの出力を個別に音源部３に出力し、音源部３において、複数の発音部駆動信号の出力開始、出力態様変化を、個別に制御することができる。また、各センサの出力を合成して音源部３に出力し、出力開始、出力態様変化を制御することができる。
【００１５】
発音部４は、音源部３が出力する発音部駆動信号を入力して、可聴音および振動を出力する。可聴音と振動とは、同一の発音体を用いて出力させてもよく、また、可聴周波数、振動に適した個別の発音体を用いて発音させてもよい。
発音体としては、例えば、圧電スピーカ、電磁型スピーカ、動電型（ダイナミック）スピーカ、偏芯モータなどがある。
この発音部４は、本体部１に取り付けられ、振動を本体部１を介して、本体部１に外力を加えた使用者の手指などに伝達することにより、振動を触覚（振動感覚）で感知させる。
発音部４を本体部１と分離し、この発音部４を使用者により触接可能なものとして、可聴音を発生するとともに、発音部４の振動を使用者の手指などに伝達することにより振動を感知させてもよい。
【００１６】
図２は、本発明の第１の実施の形態の説明図である。
図２（ａ）は、外形図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した入出力部１２の内部構成を示す水平断面図、図２（ｃ）は入出力部１２の垂直断面図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）中、ｃ，ｃで切断した垂直断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ｃ）中ｂ，ｂで切断した水平断面図である。
【００１７】
図２（ａ）中、１１は本体部であって、図示の例では、リング状でかつ平板形状、すなわち、筒状であり、幼児等の使用者により触接可能なものである。かつ、この本体部１は、例えば、弾性体そのもの、あるいは、その表面に被覆が施されて形成されたもので、弾性回復力（バネ性）がある。弾性体としては、使用者が加える外力に応じた弾性を有するものであれば、合成樹脂製、ゴム製、金属製いずれでもよい。
１２は入出力部であり、１３は電池部であって、いずれも本体部１に取り付けられている。図示の例では、リング状の本体部１１の内周面に設けられ、樹脂製またはゴム製のカバーで覆われている。電池部３は、入出力部２に対し、図示しない配線を介して電源を供給する。
この電源は、乾電池、ボタン電池、充電池等、製品の形態や価格等によって任意に選択設計される。
【００１８】
図２（ｂ）において、１４はウレタンゴム等によるカバー、１５は支持台である。１６はセンサであって、外形が楕円のリング状である。一具体例として、１６ａは金属ベースであり、本体部１１に接着剤等で固着されている。１６ｂは、金属ベース１３ａ上に接合された、圧電セラミックス等の圧電体であり、その両面に電極が形成されている。
圧電センサとして、この他、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子膜を用いたものでもよい。その際、圧電センサそのもので本体部１１を構成してもよい。
【００１９】
１７は発音体であって、楕円形状である。一具体例として、１７ａは金属ベースであり、センサ１６の中央孔内に間隙を隔てて、本体部１１に接着剤等で固着されている。１７ｂは、金属ベース１７ａ上に接合された圧電体であり、その両面に電極が形成されている。
支持台１５は、センサ１６および発音体１７の背面を空けるために設けられる。１８は回路基板であって、支持台１５上に設けられる。回路基板１８は、図５，図６を参照して後述するように、センサ１６の出力信号に応じて、振動としても知覚できる可聴周波数信号を発生し、発音体１７を駆動する。
支持台１５および回路基板１８は、空間を設ける必要にあるところを除いて、カバー１４の材料で充填されるように覆われ、接着剤等により本体部１１に取り付けられている。
なお、電池部１３を設けることなく、電池を入出力部１２に回路基板１８とともに設けてもよい。
【００２０】
使用者が本体部１１に手で外力を加えると、本体部１１が変形し、センサ１６も変形する。圧電体１６ｂには、圧電変換作用により、特に、振動によく応答して電気信号が発生する。
また、使用者が本体部１１をころがしたり、叩いたりする操作で外力を加えても、本体部１１が変形されて、圧電体１６ｂに外力に応じた電気信号が発生する。
回路基板１８は音源部を含み、上述したセンサ１６の出力信号に応じて、発音体１７の駆動信号を出力する。発音体１７は、可聴周波数および振動を出力し、振動を本体部１１に伝達する。
【００２１】
発音体１７に対する駆動信号の第１の例として、可聴音としても振動としても感知できる程度の低い周波数の可聴周波数信号を用いる。周波数が低ければ、手指の触覚で振動としても感知できる。
第２の例として、振動感覚としては検知しにくい比較的高い可聴周波数成分と、振動として検知可能な低周波数成分とを含む信号を出力する。
例えば、高調波成分を多く含む矩形波であって基本周波数が低い信号を用いる。基本周波数成分を振動として感知させ、高調波成分を音として感知させる。あるいは、可聴周波数成分と、触覚で感知できる振動周波数成分とを合成した駆動信号を用いれば、可聴周波数成分および振動周波数成分の、各周波数および振幅を独立して設定できる。
【００２２】
可聴音および振動を単に出力するだけでなく、加えられた外力に応じたセンサ部２の出力信号に応じて、可聴音およびまたは振動の振幅、周波数の少なくとも一方を変化させることもできる。
本体部１１を片手で持ち、テーブルなどを叩くと、外力に応じて可聴音が出力開始され、その外力に応じて可聴音の振幅あるいは周波数を変化させる。振動も出力開始され、この振動の振幅あるいは周波数も変化させて、手指などで捉えさせる。
【００２３】
図３は、図２（ａ）に示した入出力部１２の変形例を示す水平断面図である。
図中、２１はカバー、２２は支持台、２３はセンサ、２４は発音体である。
この例は、平板状のセンサ２３と平板状の発音体２４とを並行させて、図２と同様のリング状の本体部１１の内周面に、接着剤等により固着させたものである。
図２（ｃ）と同様に、支持台２２は、センサ２３および振動体２４の背面を空間とするために設けられ、図示しない回路基板が、支持台２２の上に設けられ、入出力部の全体がカバー２１で覆われる。
電池は、電池部として別に設けられても、入出力部内に設けられてもよい。
【００２４】
図４は、図２（ａ）に示した入出力部１２の他の配置例を示す構成図である。
図中、１２ａ〜１２ｄは第１〜第４の入出力部である。
この例は、図２に示した入出力部１２を本体部１１の複数箇所に分散配置したものである。
図示の例では、ループ状の本体部１１の内周面に、等角で配置した。電池は、入出力部１２ａ〜１２ｄとは別に設けても、少なくとも１つの入出力部内に設けてもよい。
【００２５】
本体部１に外力が加えられる部分に応じて、入出力部１２ａ〜１２ｄが個別に、それぞれの内部のセンサ出力に応じて、可聴音および振動を発生する。
入出力部１２ａ〜１２ｄは、可聴音として異なる音階構成音を出力したり、異なる楽音やサンプリング音を出力するようにしてもよい。同時に、振動としても、例えば、可聴音の１〜数オクターブ下のベース音を出力させてもよい。
入出力部１２ａ〜１２ｄの１個を除いて、その他のものを入力専用としてもよい。
なお、図３に示した入出力部についても、同様に、本体部１１の複数箇所に配置することができる。
【００２６】
図５は、本発明の第１の実施の形態の回路構成を説明するためのブロック図である。
図６は、図５中の主要部の信号出力の一例を示す波形図である。
本体部１１が衝撃的な外力を受けると、センサ１６の出力は、図６（ａ）に示すように過渡的に急峻なピークを有する振動性の信号を出力する。この出力を、例えば、後述する発音体１７が出力する周波数成分あるいはノイズ成分等を除去するフィルタ３１に通し、エンベロープ検出回路３２に出力する。
エンベロープ検出回路３２は、図６（ｂ）に示すエンベロープ（包絡線）信号を出力する。例えば、全波整流回路および平滑回路により構成される。
【００２７】
ピークホールド部３３は、入力電圧が保持（ホールド）電圧を超えたときに保持電圧を更新することにより、ピーク電圧を出力する。例えば、入力信号をダイオードとコンデンサの直列回路に入力し、このダイオードとコンデンサとの接続点から、図６（ｃ）に示すピークホールド電圧を出力する。
ピークホールド電圧としては、図示ｃ1のように所定の時定数で減衰させるか、図示ｃ2のようにほとんど減衰させないものとする。いずれを採用するかで、後続の回路構成が異なるとともに、機能的にも若干異なる。
ゲート回路３４は、ピークホールド電圧を入力し、閾値設定回路３６から出力される所定の閾値Ｔｈ1と比較し、この所定の閾値Ｔｈ1を超えたときには、ピークホールド電圧がゼロレベル近傍になるか、リセットされるまで、ピークホールド電圧をＡ／Ｄ変換器３５に出力する。
なお、この閾値Ｔｈ1の設定値等によっては、フィルタ３１を必要としない。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器３５は、ゲート回路３４から出力されるピークホールド電圧をデジタル信号に変換し、キーオン検出部３７および音源部３８に出力する。
キーオン検出部３７は、例えば、ピークホールド電圧が、上述した閾値Ｔｈ1と同じレベルを超えたことを検出することにより、センサ出力を検出し、キーオン信号を音源部３８に出力し、音源部３８に出力を開始させる。
音源部３８は、キーオン信号を受けると、Ａ／Ｄ変換器３５の出力するデジタル化されたピークホールド電圧に応じて振幅レベルを設定し、かつ、減衰特性である、図６（ｅ）に示す発音体駆動信号をデジタル出力する。Ｄ／Ａ変換器３９は、これをアナログ電圧に変換し、増幅器４０に出力し、発音体１７を駆動する。
図示の例では、発音体が１個であるので、音源部３８は、振動としても感知できる程度に低い周波数の発音体駆動信号を出力する。
【００２９】
図６（ｃ）に示した減衰性のピークホールド信号ｃ1を用いた場合は、図５中の減衰出力部４１を用いない。
このピークホールド信号ｃ1が減衰しきるまでに新たに衝撃的な外力が加わって、大きなセンサ出力信号が発生したとき、ピークホールド信号ｃ1は上昇する。このとき、キーオン検出部３７は新たにキーオンを検出しないから、発音体駆動信号が新たに出力開始することはない。
その結果、ピークホールド信号ｃ1が減衰しきるまでは、時間的に近接して発生する複数の衝撃的な外力に対して、１度だけ減衰性の可聴音および振動が出力される。
【００３０】
次に、図６（ｃ）に示すピークホールド信号ｃ2を用いた場合は減衰出力部４１を用いる。
減衰検出部４１が音源部３８から出力される駆動信号が減衰したことを、例えば、発音体駆動信号のエンベロープがゼロレベル近傍の所定の閾値Ｔｈ2以下に減衰したことによって検出したとき、ピークホールド回路３３がピークホールド電圧ｃ2をリセットする。
このピークホールド信号ｃ2がリセットされるまでは、新たに衝撃的な外力が加わって、大きなセンサ出力信号が発生しても、同様に、キーオン検出部３７は、新たにキーオンを検出しないから、発音体駆動信号が新たに出力開始することはない。
その結果、発音体駆動信号のエンベロープが減衰するまでは、時間的に近接して発生する複数の衝撃的な外力に対して、１度だけ減衰性の可聴音および振動が発生する。
上述した場合、ピークホールド信号ｃ1，ｃ2の上昇によって、現在発音中の可聴音および振動を増加または変更（音色が変化）するようにしてもよい。
【００３１】
上述した説明では、単独の発音体１７で、可聴音および振動を発生させる構成をとった。これに代えて、可聴音を発生させる発音体と振動を発音させる発音体とを別々に設ければ、各周波数に適した特性に設計された発音体を用いることができる。
図５に破線で示す４２〜４５は、振動出力用に別の発音体を用いる場合の回路構成である。４２は周波数変換部であって、可聴周波数を、２分の１〜１００分の１に、分周、あるいは、ピッチダウンさせる変換をする。４３はＤ／Ａ変換器であって、アナログ電圧信号に変換し、増幅器４４で増幅し、発音体４５で振動を発生する。
圧電スピーカは、一般に低い周波数では能率が悪い。そこで、発音体４５としては、低い周波数において比較的良好な特性になるように設計された電磁型スピーカや動電型スピーカ（ダイナミックスピーカ）を用いればよい。このように、低周波特性の良好なスピーカなら、それ自身で可聴音と振動とを発生することができる。
【００３２】
図７は、本発明の第２の実施の形態の構成を説明するための第１の説明図である。
図７（ａ）は外形図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＺ，Ｚで切断した本体部５１の断面図である。
図７（ａ）中、５１は本体部であって、第１の実施の形態とほぼ同様のものであり、例えば、円筒状で弾性回復力（バネ性）がある。なお、本体部５１の外周面の一部に、他部分よりも肉厚のベース５１ａが設けられているが必須のものではない。
５２は出力部であり、本体部１に取り付けられ、カバーで覆われている。
この出力部５２は、電池を内蔵するがセンサを内蔵しない。
５３ａ，５３ｂは独立して外力に応じた信号を出力する複数のセンサである。長尺薄板状のものであり、出力部５２から本体部５１の内周面に沿って反対方向に伸びる。この実施の形態では、抵抗値変化型曲げセンサを用いる。この曲げセンサは、本体部５１の曲げ変形に応じて抵抗値が変化するものであって、曲げ変形が持続している間は、曲げ変形に応じた抵抗値を示す。
【００３３】
このような曲げセンサとして、例えば、特公平７−９２４６８号公報（特許第２０６２７２４号明細書）に記載のものがある。長尺薄板状ベース部材の上面と下面に、Ｕ字状の抵抗体（例えば、可撓性を有し伸縮に応じて抵抗値が変化する）を設けたものである。上面と下面の抵抗体を抵抗ブリッジ回路の２辺とし、抵抗ブリッジ回路の出力電圧を差動増幅する。ベース材の曲げに応じて、上面と下面の抵抗体の抵抗値が逆方向に変化して出力が変化する。
この他、特開平６−１２３６０４号公報（特許第３０３６２６２号明細書）に記載のものは、ベース部材の上面と下面の各２箇所に、Ｕ字状に幾重にも折り曲げられた抵抗体のパターンが、エッチング、スパッタリング、蒸着等の方法で形成され、これらを抵抗ブリッジ回路の４辺とし、その１辺は抵抗体に調整抵抗を直列接続したものである。センサの原理は前者と同様である。
【００３４】
図７（ｂ）において、本体部５１の内周面には、図７（ａ）では省略した逆Ｌ字状のガイド部５４ｂ，５５ｂが設けられ、センサ５３ｂを両側面から摺動可能に支持する。ガイド部５４ｂ，５５ｂは、例えば、本体部５１と一体成形される。
本体部５１の曲げに従って、センサ５３ｂも曲がるが、ガイド部５４ｂ，５５ｂに案内されて摺動自在であるため、本体部５１の局所的に無理な変形に対しても過度の変形が加わらない。また、ガイド部５４ｂ，５５ｂは、センサ５３ｂの取り付け取り外しを容易にする。他方のセンサ５３ａについても同様であり、ガイド部５４ａ，５５ａが両側面から摺動自在に支持する。
【００３５】
なお、ガイド部５４ａ，５５ａ、５４ｂ，５５ｂを設けることなく、本体部５１を袋状として、ここにセンサ５３ａ，５３ｂを挿入し、摺動自在にしてもよい。
この他、摺動自在ではなくなるが、センサ５３ａ，５３ｂを本体部５１の周面に固着してもよい。また、本体部５１自体をセンサのベース部材とし、その上面（内周面）と下面（外周面）とに、上述した抵抗体を形成してもよい。これらの抵抗体を保護するために被覆を形成してもよい。
【００３６】
この実施の形態では、本体部５１に外力が加わると、可聴音および振動の出力が開始され、本体部５１が弾性回復力を有するので、外力がなくなり変形が解き放たれて復元すると、可聴音および振動出力が停止する。この間、変形の大きさに応じて、可聴音の周波数と振動の周波数を変化させる。
したがって、本体部５１を両手で持ち、徐々に力を加えて行くと、それに応じて可聴音の周波数が連続的に変化し、連動して、振動の周波数も連続的に変化して、これを手指で捉えることができる。本体部５１をころがしたり、投げつけたりしても、外力が変化して外力に応じた出力信号が得られるので、可聴音および振動を発生する。
このように、可聴音とともに振動が出力されるので、使用者は、触接している本体部５１から振動を知覚することができる。
【００３７】
図８は、本発明の第２の実施の形態の構成を説明するための第２の説明図である。
図８（ａ）は、図７に示した本体部５１を、内側面を上にして展開して示す平面図である。
図８（ｂ）は、出力部５２の正面図であり、カバー６１を取り除いている。
図中、図７と同様な部分には同じ符号を付している。
【００３８】
図８（ａ）において、６１はカバー取り付け位置を示す仮想線である。６２ａ，６２ｂはセンサ保持部であって、左右にそれぞれ伸びたセンサ５３ａ，５３ｂの出力端子と、これに電気的に接続されるインターフェース回路６３ａ，６３ｂを収容する。センサ保持部６３ａ，６３ｂは、本体部５１との間に隙間を形成している。
６４は平板スピーカであって、可聴音を出力するもので、センサ保持部６３ａと本体部５１との隙間に本体部５１の内側面に固着され、その背面とセンサ保持部６３ａとの間には、隙間を空けている。平板スピーカ６４として、例えば、圧電スピーカ、動電型スピーカを用いる。
【００３９】
６５はモータ、６６はモータ軸に偏芯して取り付けられた偏芯錘であって、これらが振動出力用アクチュエータを構成する。このモータ６５としては、例えば、携帯電話端末用小型バイブレータとして使用されているコアレスＤＣモータを用いる。モータ６５の回転に応じて重心位置が周期的に移動するので、振動を発生し、これを本体部５１に伝達する。
図８（ｂ）に示すように、ベース５１ａには、穴５１ｃが設けられ、ここからネジ６９により、モータ６５をベース５１ａの裏面に固着する。
再び、図８（ａ）において、右側のセンサ保持部６２ｂと本体部５１との隙間には、制御回路６７の基板が設けられ、本体部５１，センサ保持部６２ｂの一方に取り付けられる。
電池６８ａ，６８ｂは、図８（ａ）で図示を省略したが、図８（ｂ）に示すように、センサ保持部６２ａ，６２ｂ上に取り付けられる。
【００４０】
図９は、本発明の第２の実施の形態で用いる回路構成を説明するためのブロック図である。
図９（ａ）は全体構成のブロック図、図９（ｂ）は図９（ａ）中の制御回路６７のブロック図である。
図１０は、図９中の主要部の信号出力例を示す波形図である。
図９（ａ）中、図８と同様な部分には同じ符号を付している。
センサ５３ａ，５３ｂは、それぞれインターフェース回路６３ａ，６３ｂを介し、図１０（ａ）に例示する、外力に応じたセンサ出力信号Ｓa，Ｓbを制御回路６７に出力する。制御回路６７は、図１０（ｂ）に例示する可聴音出力用駆動信号を出力し、平板スピーカ６４はこれを入力して可聴音を出力する。
制御回路６７は、図１０（ｃ）に例示する振動出力用駆動信号を出力し、偏芯錘６６が取り付けられたモータ６５は、これを入力して振動を発生する。
【００４１】
図９（ｂ）に示す制御回路６７は、主要構成が半導体集積回路で実現される。７１ａ、７１ｂはＡ／Ｄ変換器、７２ａ，７２ｂはキーオン検出部、７３は音源部、７４はＡ／Ｄ変換器、７５はアンプ、７６はＤ／Ａ変換器、７７はモータ駆動回路である。
Ａ／Ｄ変換器７１ａ，７１ｂは、インターフェース回路６３ａ、６３ｂから出力されたセンサの出力信号Ｓa，Ｓbをデジタル値に変換し、それぞれ、キーオン検出部７２ａ，７２ｂに出力するとともに、音源部７３に出力する。
【００４２】
キーオン検出部７２ａ，７２ｂは、入力レベルがゼロからわずかに高い所定閾値Ｔｈ3を超えたときに、キーオン信号を音源部７３に出力し、音源部７３は、キーオン信号を受けて、Ａ／Ｄ変換器７１ａ，７１ｂの出力に応じた周波数の可聴音出力用駆動信号（図１０（ｂ））、および、図示しない振動周波数信号を出力する。
キーオン検出部７２ａ，７２ｂあるいは音源部７３は、入力レベルがゼロからわずかに高い所定閾値Ｔｈ3未満になったとき、キーオフ信号を出力して、可聴音出力用駆動信号（図１０（ｂ））および振動周波数信号をゼロにする。
【００４３】
可聴音出力用駆動信号は、Ｄ／Ａ変換器７４、アンプ７５を介して平板スピーカ６４を駆動し、可聴音を出力させる。
振動周波数信号は、Ｄ／Ａ変換器７４においてアナログ信号に変換され、モータ駆動回路７７において、振動周波数に応じて直流電圧を変更させるようにし、図１０（ｃ）に示す、振動出力用駆動信号となって、モータ６５に供給する。
モータ６５は、振動出力用駆動信号電圧に応じて回転するとともに、この電圧によって回転数が変化し、偏芯錘６６のために振動周波数が変化する。図示の例では、モータ駆動回路７７の出力が振動用の発音部駆動信号となるので、機能的には、モータ駆動回路７７も音源部に含まれる。
なお、センサ５３ａ，５３ｂの入力系統のそれぞれに対し、独立して、可聴音および振動を、それらの出力開始タイミングを含めて制御するか、各入力系統の出力信号を加算して、あるいは、その大きい方の出力信号に応じて、１系統の可聴音および振動を、その出力開始タイミングを含めて制御してもよい。
【００４４】
抵抗値変化型曲げセンサであるセンサ５３ａ，５３ｂは、曲げ変形がないときの抵抗値が完全には元に戻らなくなり、ブリッジ回路出力にオフセットを生じるようになることがある。
そのため、Ａ／Ｄ変換器７１ａ，７１ｂの出力を、例えば、音源部７３において常時監視するようにし、所定時間間隔毎に、その時、Ａ／Ｄ変換器７１ａ，７１ｂの出力に変化がないことを条件として、インターフェース回路６３ａ，６３ｂに対し、このときのオフセット値を出力して、インターフェース回路６３ａ，６３ｂのオフセット電圧がゼロになるように調整してもよい。
【００４５】
図１１は、本発明の第３，第４の実施の形態を説明するための外形図である。
図１１（ａ）において、８１は本体部であって、図２の本体部１１と同様な円筒状のものである。８２は図２に示した入出力部１２と同様な入出力部、８３は線条体であり、糸のように張力がないときにたるむもの、ピアノ線のように弾性を有するものなど、何でもよい。複数本が並行して本体部８１の開口部の少なくとも一方側に設けられている。
本体部８１に外力が加わっていないとき、線条体８３には張力が加わっている。使用者がこの複数の線条体８３をつかんだり、弾いたりして外力を加えると、本体部８１が変形して可聴音および振動を出力する。
【００４６】
上述した並行状の線条体に代えて、格子状に交差する線条体としたり、網状の線条体にしてもよい。これらにより、ループ状の本体部８１の内部にある入出力部８２に触れにくくなるから、入出力部８２の保護機能を有する。特に、開口の両面にこれら複数本の線条体を設けることにより、保護機能を強化することができる。
入出力部８２は、図７に示した出力部５２であってもよく、この場合、図７に示したセンサ５３ａ，５３ｂと同様ものを本体部８１の内周面に備える。
【００４７】
一方、図１１（ｂ）において、９１は球状の本体部を示す仮想線であって、本体部９１は、合成樹脂製あるいはゴム製であり、ゴムボールのような弾性回復力を有するものである。例えば、半球を合体して作られる。
９３ａ〜９３ｃは、図７に示したセンサ５３ａ、５３ｂと同様の、抵抗値変化型曲げセンサである。図示の例では、センサを３本として、球面のどこを押しても外力に応じた信号を出力可能なようにしている。
これらは、本体部９１の内面に、図７（ｂ），図８に示したガイド５４ａ，５４ｂ、５５ａ，５５ｂと同様なガイドにより、本体部の内面に摺動可能に取り付けられるか、内面あるいは外面に固着される。
センサの抵抗体を直接に、本体部９１の内面あるいは外面に形成してもよい。外面に形成した後に被覆を形成してもよい。
９２は図７に示した出力部５２と同様の出力部であり、さらに、電池を内蔵し、本体部９１の内面に設けられている。
センサ９３ａ〜９３ｃのそれぞれの系統の出力信号に対し、独立して複数系統の可聴音および振動を出力してもよいし、それぞれの系統のセンサの出力信号の平均値あるいは最大値に応じて、１系統の可聴音および振動を出力してもよい。
【００４８】
上述した図２〜図６を参照して説明した第１の実施の形態では、圧電センサを用いて本体部の振動に応じた信号を出力して、減衰性の可聴音および振動を出力するようにした。一方、図７〜図１０を参照して説明した第２の実施の形態では、抵抗値変化型曲げセンサを用いて本体部の変形に応じた信号を出力して、持続性の可聴音および振動を出力するようにした。
これらに代えて、第１の実施の形態において抵抗値変化型曲げセンサを用い、第２の実施の形態において圧電センサを用いてもよい。
また、第１の実施の形態において、振動を出力する発音体として偏芯錘が軸着されたモータを用いてもよい。また、第２の実施の形態において、振動を出力する発音体として、電磁型あるいは動電型のスピーカを用いてもよい。
上述した各実施の形態において、カバーは、本体部に対して取り外し不可能にしたり、密閉構造としてもよい。少なくとも一部を着脱可能として、電池あるいは部品交換を容易にしてもよい。
【００４９】
上述した説明では、本体部の形状として、ループ形状、球形状を例示したが、使用者が触接可能なもので、外力に応じた信号をセンサから出力できるものであれば形状に特に制約はない。弾性回復力を有する方が好ましい。本発明は、他と切り離された独立した物体とするほか、装置の一部、例えば、ペット型ロボットの頭部などとすることもできる。
発音知育具に限らず、ゲーム装置の操作入力装置としても用いることができる。
本装置を複数種類用意し、種類毎に、異なる発生態様の可聴周波数およびまたは振動を出力するようにしてもよい。
例えば、種類毎に、ドレミファソラシドといった音階構成音の１つを割り当てる。同時に、振動についても、可聴周波数に対応した振動周波数を割り当ててもよい。あるいは、種類毎に、異なる音色やサンプリング波を割り当ててもよい。これら多種類の装置を同時に使用すれば変化に富んだ使用形態が可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、上述した説明から明らかなように、音を聴覚および触覚（振動感覚）で感じ取れることができるという、従来にない優れた効果がある。
本装置は、押したり叩いたりするだけでなく、転がせても、投げてもよい。本装置を追いかけてキャッチする遊びの中で音感を養うことも可能である。多様な態様の遊びが可能なので、幼児を対象とする発音知育具となり、さらには、健常者および目の不自由な人が共に楽しむことができる装置となる。
幼児が手などで本装置に働きかけたとき、働きかけた手指などに対して直接的に振動で応答を返すことにより、能動的な行為に対する反応を受け取る感覚を養うこともできる。
さらにまた、幼児用知育具に限らず、正式な楽器として、例えば、ハンドベルに代わる楽器としても使用可能であり、その応用範囲は広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の概要を説明する機能構成図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図３】  図２の入出力部１２の変形例を示す水平断面図である。
【図４】  図２の入出力部１２の他の配置例を示す構成図である。
【図５】  本発明の第１の実施の形態の回路構成を説明するためのブロック図である。
【図６】  図５の主要部の信号出力例を示す波形図である。
【図７】  本発明の第２の実施の形態の構成を説明するための第１の説明図である。
【図８】  本発明の第２の実施の形態の構成を説明するための第２の説明図である。
【図９】  本発明の第２の実施の形態で用いる回路構成を説明するためのブロック図である。
【図１０】  図９中の主要部の信号出力例を示す波形図である。
【図１１】  本発明の第３，第４の実施の形態を説明するための外形図である。
【符号の説明】
１，１１，５１…本体部、２…センサ部、３…音源部、４…発音部、１２…入出力部、１３…電池部、１４，２１…カバー、１５，２２…支持台、１６，２３，５３ａ，５３ｂ…センサ、１７，２４…発音体、１８…回路基板、５２…出力部、５４ａ，５５ａ，５４ｂ，５５ｂ…ガイド部、６１…カバー（仮想線）、６２ａ，６２ｂ…センサ保持部、６３ａ，６３ｂ…インターフェース回路、６４…平板スピーカ、６５…モータ、６６…偏芯錘、６７…制御回路、６８ａ，６８ｂ…電池、６９…ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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