JP2009159577A - ソリッドソニックスピーカシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の一番の課題は、コストダウンと耳栓の研究開発である。
１００人必要とする人がいれば（左右含め）２００種類の耳栓が必要になってくる。
それにどう対応していくのか、今後の課題のひとつである。
音を伝えるメカニズムは確立しておりますが、その音（言葉）を伝える手段、即ち耳栓である。
この度開発した１２種の耳栓にこだわることなく、安くて使いやすい安全な耳栓を新規開発していきたい。
【解決手段】 本発明の耳栓は１２種類の中から各個人別に合わせて自分で選ぶ方法を考えております（自己責任）。
特に外側のパーツセットを確実に行うことにより、その後の使用感が良くなり、目的を達成することができる。現在、新しい素材を使用した耳栓を開発中であり金型を用いた大量生産でコストを安く、安全に使用できる耳栓を開発していきたい。
【選択図】図１４

Description

技術的分野

本発明は、圧電スピーカを使用して音を振動に変換して聴覚器官に直接伝える骨伝導方式に関する。

発明の名称 耳せん 特許公開出願番号。特開２００２−１９９４９５ 骨伝導補聴器。特許公開出願番号。特表２００４−５２７１６５ 外耳道内挿型骨伝導受話器。特許公開出願番号。特開２００４−１６６１７４ 医療用具承認番号２１３００ＢＺＹ００５８７０００

１．健常者、難聴者が安心して使用できる集音器（スーピカ）の開発である。
従来の方式であるダイナミックスピーカではピストン運動により振動を鼓膜に伝える方式です。その為、外耳道の中の気圧が上がり、少しではありますが外との気圧の差が発生し、頭痛を引起す原因と言われております。また難聴になりやすい環境をつくり出しているとも云われております（ユウボウ細胞に悪影響を与えているため）。これらのマイナス要因を解決して明瞭な音や言葉を聴ける安全な集音器（スピーカ）を発明することである。
２．振動を確実に伝える耳栓の開発
特に外耳（耳介）にセットする耳栓にドライバーユニットをいかに軽く取り付けることができるか、素材の選定が重要である。
３．制振材の開発
センター支持ボルトに振動が集中できるようにして、ユニットケース等に振動が伝わらないようにする事。

１．本発明は従来の方式（ダイナミックスピーカを使用して空気の振動を鼓膜に感知させる方式）では、鼓膜に異状のある方は音（言葉）を感知することが出来なかった。本発明では鼓膜や耳小骨に異状があり、従来方式では音や言葉を感知できなかった方々にも使用できる骨伝導方式を採用した。その骨伝導方式のメカニズムは、空気振動が鼓膜や耳小骨を経由するプロセスを省き、その代わりに直接外耳や外耳道及び中耳の軟骨、骨、頭蓋骨等に振動を与え感知させるシステムを開発した。
本発明のプロセスは、圧電セラミックを使用したドライバーユニットを直接耳栓にセットして外側外耳（耳介）と内側外耳道に直接振動を与えることにより、外耳道の下部を通っている骨（骨壁、鼻小骨、顎骨）が交わる所があり、その部分に振動が伝わりその振動を頭蓋骨で感知することが出来るようにした。さらに確実な振動を得るために外耳（耳介）、外耳道及び中耳の骨、軟骨を振動させることができる耳栓の開発も同時に行っております。
ドライバーユニットの振動源は圧電セラミックと電極板をバイモルフに接着し、セラミックスと電極板の中心付近に穴を開けて支持する「全周波節中心支持方式」を採用し「請求項６，７」に記載してある方法で耳栓にセットして使用する「ソリッドソニックスピーカシステム」を開発した。
２．本発明の耳栓は、外耳部（耳介）と外耳道部に二つのパーツに分かれており、１２種類の中から自分の耳に合ったパーツをドライバーユニットのセンター支持ボルトにセットしてソリッドソニックスピーカシステムを完成させる。
３．本発明は鼓膜を使わずに頭蓋骨及び骨（外耳及び中耳）を直接振動させて音や言葉を感知させる骨伝導方式である。
従来は、空気の振動を耳の中（中耳）にある鼓膜に音や言葉を感知させるダイナミック方式や耳周辺の骨をたたいて感知させる骨伝導方式がありました。
本発明は、耳の中の外耳道の下側部分の所に鼻の骨、顎の骨、骨壁の三つの骨が交わるところがあり、そこに振動を与えると骨伝導となり音や言葉を感知する。もうひとつの方式は先に述べたように、外側外耳と耳の中の外耳道全体と中耳（軟骨）に振動を与えるとさらに音や言葉がはっきり感知することができる。

１．本発明は骨伝導で音を伝えるシステムですので、鼓膜の機能を失った方や、難聴者、または耳小骨に異状のある方でも音や言葉を感知できることである。
ソリッドソニックスピーカシステムは頭蓋骨、軟骨、骨に振動を伝え、その振動が蝸牛内部のリンパ液に伝わり、その振動を電気信号に変えて聴覚神経が知覚し脳に伝える仕組みになっている。
２．本発明の振動は、ピストン運動ではなく面振動ですので外耳道の中が気圧が上がることはないので頭痛をひきおこしたり、細胞に悪影響を与えたりしない。

１．ソリッドソニックスピーカシステムに求められるのは、音（言葉）だけでなく、アンプを含めた与えられた条件の中で最大の振動をつくり出すことである。
そのためには「請求項２−１」に記載されていることをよく検討しまちがいのない設計を行うことである。特に振動源は、曲げ振動と面振動の合成ですからドライバーの形状と表面積が大きなウェイトを持つことになる。例えばドライバーの形状を長方形にすれば大きな振動と小さな振動を組み合わせてつくり出すことができるのではないか等、要求される条件を最良の形態に造りだすことが大切である。
２．本発明のソリッドソニックスピーカシステムにはもうひとつ大切なことは、耳栓の選択である。１２種のパーツの中から自分に合った耳栓を選びだすことである。
外耳（耳介）部と外耳道部の二つのパーツをセットして、ドライバーユニットのセンター支持ボルトで耳栓を組込み振動を確認することが大切である。

実際に開発し商品化して販売している骨伝導システムは、携帯電話用、トランシーバー用、無線対応用の三種類の骨伝導方式の商品を販売しておりますが、三種類とも頭蓋骨に振動を与えて使用する方法をとっており、外耳（耳介）外耳道、中耳に振動を与えて会話する方法は始めであるが実験の結果ソリッドソニックスピーカシステムは、音や言葉の明瞭度も良く伝えることができる。

本発明を主体にした商品を研究開発中で、新しいタイプの集音器（スピーカ）として使用できる商品が完成する予定です。
振動源にセラミックスを使用し中心支持方式で使用するドライバーユニットで振動源を作り、直接耳栓に振動を伝えロスが少ない仕様になっている。
振動を伝えるメカニズムも従来方式とはまったく違う方式を考えております。
前にも述べたように耳介と外耳道に耳栓をセットして中耳の軟骨及び頭蓋骨に直接振動を伝える仕組みを作り安全で無理のない振動で音や言葉を伝えることができるのがソリッドソニックスピーカシステムである。

・・セラミックスの平面図 ・・セラミックスの断面図 ・・電極板の平面図 ・・電極板のカット後の平面図 ・・電極板にセラミックスを接着した図 ・・ドライバーにダンパーを接着した図 ・・ドライバーユニットリアケース平面図 ・・ドライバーユニットリアケース断面図 ・・ドライバーユニットフロントケース平面図 ・・ドライバーユニットフロントケース断面図 ・・センター支持ボルト平面図 ・・センター支持ボルト断面図 ・・ドライバーユニット平面組図 ・・センター支持ボルトでドライバーユニットを組立後の断面図 ・・ドライバーユニット内装パッドゴムカバー平面図 ・・ドライバーユニット内装パッドゴムカバー断面図 ・・ソリッドソニックスピーカシステムを耳にセットした時の予想断面図

Claims (10)

1. 本発明はヘッドホン方式と耳栓方式を併用した新しいタイプの骨伝導方式に依る集音器である。他の商品との違いは振動源の活用方法である。振動源に超薄型セラミックス、５０μ〜３００μの中から要求される振動の大きさによって計算され、決定する。
   決定されたセラミックスをバイモルフ又はユニモルフで電極板に接着する。
   その接着されたセラミックスと電極板のセンターもしくはセンター付近に穴を開け、ドライバーを製作する。製作されたドライバーの製造方法と使用方法が「全周波節中心支持方式」と言う。
   「全周波節中心支持方式」のドライバーユニットと耳栓をセットして「ソリッドソニックスピーカシステム」を完成させた。
   その内容は、多くの方々の協力を得て発見できたのですが、骨伝導は大きく三つに分けることができます。頭蓋骨伝導は頭又は骨壁に振動を与え直接蝸牛（内耳）聴覚神経に送られ、脳が感知するプロセスである。軟骨伝導は耳介又は外耳道及び鼓膜周辺の軟骨に振動を与えると耳小骨を経由して蝸牛（内耳）に伝えられ感知するプロセスである。外耳道中間部下の所で骨壁と鼻小骨及び顎骨が一緒に交わるところがあり、その外耳道の中間部を耳栓で振動を与えてやると直接蝸牛（内耳）に伝わり音や言葉を感知するプロセス。この三つのプロセスを同時に行うことができるのが「ソリッドソニックスピーカシステム」である。
   その振動源にセラミックスを採用した「全周波節中心支持方式」と、その振動を伝える耳栓の開発、また振動を伝えるプロセスの発見が本発明の基本である。
2. 鼓膜を使わずに頭蓋骨、軟骨及び骨（外耳及び中耳）を直接振動させて音や言葉を感知させる骨伝導方式である。
   普通は音を感知する時、空気の振動を耳の中にある鼓膜が感知して鼓膜が振動する。
   鼓膜の奥には耳小骨と言う三ツの骨があり、鼓膜の振動は耳小骨を経由して渦巻状の蝸牛（内耳）に伝えられる仕組みになっている。
   蝸牛（内耳）の内部はリンパ液で満たされておりリンパ液が振動して電気信号に置き換えられ聴覚神経に送られて、それを脳が感知して音（言葉）として認識する仕組みになっている。
   それに対し、頭蓋骨伝導、軟骨伝導及び骨伝導の方式（ソリッド・ソニック・スピーカ・システム）は上記知覚メカニズムの中で、振動が鼓膜と耳小骨を経由するプロセスが省かれて、代わりに外耳及び中耳の軟骨や骨に直接振動を伝えられ、そこから直接蝸牛（内耳）聴覚神経に送られる仕組みと、もうひとつは外耳道の下を通っている鼻の骨（鼻小骨と呼ぶ）顎骨、骨壁の三つの骨が「まじわる」近辺に皮膚１枚の部分があり、その部分（近辺）に耳栓で音振動を与えると、その音振動は三つの骨に伝わり頭蓋骨に伝わり蝸牛（内耳）、聴覚神経、脳へと送られ音振動が音（言葉）として認識される。
   この二つのメカニズムを併用したのが、ソリッドソニックスピーカシステムである。併用方式と振動源に圧電セラミックスを採用した「全周波節中心支持方」を採用したＰＺＴドライバーユニットと振動を伝える耳栓の開発が本発明の基本である。
3. 軟骨及び骨伝導の「振動源」は超薄型セラミックスを採用し、そのセラミックスの厚さは、要求される振動の大きさ、周波数、加振力で計算され、５０ミクロン〜３００ミクロンまでの厚さの中から選択しセラミックス及び電極板の大きさ（直径）厚さを最終決定し「振動源」を作り出す。
   １．セラミックス及び電極板の使用方法はセンター支持方式を採用し、セラミックスのパワーを最大限引き出せる支持方式である。
   ソリッド・ソニック・システムは「全周波節中心支持方式」との組合せにより小さな振動から大きな振動まで効率よく取り出しており、それを効率よくコントロールできるシステムを開発した事である。
   ドライバーユニット（振動源）は曲げ振動と面振動の合成である。
   そのためドライバーユニットの性能の決定要因は振動板の密度及び面密度・曲げ合成・形状・表面積・内部損失・振動板の支持方式等によって計算される。
   ２．セラミックス及び電極板を長方形にカットする理由は左右の振動を大きくとれるようにする事と高い周波数を作り出すために両サイドをカットし、特に難聴者が聞き取りやすい高い音の振動を造りやすくするため、ドライバーのセラミックスと電極板をカットした。（カットする寸法は請求項２−１に記載してある内容で計算される）ゆうぼう細胞がおとろえて難聴者が聴き取れにくい「カ行、サ行」の高音を聴きやすくする為。
   ３．ドライバーユニット仕上がり図及び各部品名
4. ソリッドソニックスピーカシステムとは、「請求項１，２」に記載されている通りですが、本システムは頭蓋骨伝導、軟骨伝導と骨伝導の併用である。
   従来の骨伝導方式は、頭蓋骨又は耳周辺の骨に直接振動を与えて聴く方法である。
   本システムは頭蓋骨、外耳（耳介）、外耳道、中耳に直接振動を与える方法と、鼻小骨、顎骨、骨壁の三つの骨が交わる所にソリッドソニックスピーカシステムの専用耳栓で音振動を与えてやると頭蓋骨に伝わり直接蝸牛に伝わり聴覚神経に伝わる専用の耳栓を開発した事と、その耳栓を振動させる専用ドライバーユニットを新規開発したことです。
   特に振動を伝えるドライバーユニットはセラミックスφ２５×ｔ０．１ｍｍ電極板φ３０ｍｍ×ｔ０．１ｍｍを使用しておりますが理想的な振動源を得るためセラミックスと電極板を長方形にした。
   セラミックスは両サイド２ｍｍ、電極板は両サイドを４ｍｍカットした長方形の「振動源」を製作した。
   ドライバーユニットを作るためプラスチックのユニットケースを直径φ３２ｍｍ×２６ｍｍの梯形のユニットケースと丸型の直径φ３２ｍｍのユニットケースを製作した。
   製作したドライバーユニットが下記図面である。
5. 従来の方式（空気の振動を鼓膜が感知する方法）では鼓膜に異状のある方は音（言葉）を感知する事はできない。又、頭蓋骨で聴く方法も耳小骨や聴覚神経に異状のある方は聴きにくい。これらを解決したのがソリッド・ソニック・スピーカ・システムです。
   ソリッド・ソニック・スピーカ・システムの知覚メカニズムは、空気振動が鼓膜や耳小骨を経由するプロセスを省き、その代わりに直接外耳や中耳及び頭蓋骨に振動を与えそこから直接蝸牛（内耳）に伝える方法である。
   直接振動を受けたリンパ液の振動によって作られた電気信号が聴覚神経に送られ脳が音や言葉を認識する仕組みになっている。
   特に、この振動は鼓膜に向かって振動するのではなく、外耳道及び中耳の耳穴周辺（耳穴壁）に向かって振動が伝わる仕組みになっている。
   振動を音に変換して聴覚神経に直接伝え、骨で聴く音振動は疲れない特徴がある。
6. 要求された振動（周波数及び加振力）を造り出す方式として、ダンパーを使用し、電極板に接着して周波数及び加振力を調整する方式を考案した。
   重りの材料はゴム厚さ１ｍｍと２ｍｍを両面に分けて接着した。特に注意しなければならないのは、セラミックス、電極板等に悪影響を与えない物質を使用すること。この場合、電極板の厚さ、セラミックスの厚さ、センター支持ボルト及び穴の大きさ等に注意して計算すること。又、ドライバーを収納するユニットケースは外径よりも内径に注意して電極板の大きさより２ｍｍ以上大きく製作すること。ドライバーユニットからの音漏れを防ぐ為、ユニットケースのセンター支持穴に制振銅材で製作したブッシュをはめ込み、ユニットケースに振動が伝わらないようにして音漏れを防ぐ対策を行い、センター支持ボルトに悪影響を与えないようにする。
7. １．ドライバーユニットの音振動を受け止めて、その音振動を伝える耳栓が必要になってくる。ソリッドソニックスピーカシステムの耳栓は外耳（耳介）と耳の中の外耳道と二つのパーツから成り立っており、それをセンター支持ボルトでセットする仕組みになっている（センター支持ボルトは音振動を耳栓に伝えるボルト）。
   耳栓を外側と内側に分けることにより、自分に合った最適条件の耳栓を選ぶことができる。
   ２．耳栓の作り方は、先に耳外側の外耳パーツを自分の耳にあわせ、次に耳の中の外耳道パーツを耳の中にセットしてみて自分に合っているパーツを選び外側パーツとセットして再度確認してからドライバーユニットをセットするので当たり外れの問題は解決する。
8. 開発した耳栓の組み立て方は、先に外側の耳栓本体を基本となる１２種類の原形の中から選び出し、次に耳の中に入る部分を同じく１２種類の原形の中から選び出す。その選び出した各々のパーツをセンター支持ボルトでセットする。
   （耳栓の材質は、軟質ウレタン樹脂又は軟質エラストマ樹脂で成型加工する）
9. ドライバーユニットと耳栓の組み立て方は、先にドライバーユニットケースの本体にセンター支持ボルトをセットし、次にＰＺＴスピーカをユニットケース本体に組み込み、センター支持ボルトを耳栓本体とセットする。この時点を中間検査とし、周波数、加振力（振動）、音圧等を測定し、問題がないことを確認した上で耳の中に入れる部分の耳栓をセンター支持ボルトで本体に固定する。最後にドライバーユニットカバーを組込み、ドライバーユニットと耳栓の組み立てが完了する。
10. 従来の方式（空気の振動を鼓膜が感知する方式）では鼓膜に異状にある方は音や言葉を感知することができない。
    又、頭蓋骨だけで聴く骨伝導も難聴者や耳小骨に異状のある方は音や言葉が聞き取りにくいといわれている。
    これらと比較してソリッドソニックスピーカシステムではよく聴くことができる。本発明はできるだけ直接振動を与える方法を取りました。ドライバーユニットも外耳外側の部分に取り付ける方法。センター支持ボルトを使い耳の中まで直接振動を与える仕組みにした。
    振動を与える目標をリンパ液とし、途中の鼓膜や耳小骨、蝸牛等に異状があった場合でも外耳（外耳道）を通して中耳、特に中耳の軟骨に振動を与えリンパ液に振動を伝えることで脳に音振動を知覚させることができる仕組みとした。その意味においてソリッドソニックスピーカシステムは併用方式といえる。

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