JPS5979699A - Detector of vibration - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a small-sized vibration detector detecting vibration applied to the case sufficiently and to improve the sensitivity by opposing a fixed electrode to a movable electrode, and by forming a metallic layer with the thickness thicker than that required for electric function of an electrode on the movable electrode to increase the mass. CONSTITUTION:In the movable electrode 6 obtained by treating a metallic foil or a polyester film by metal evaporation or the like, the metallic foil or the metal-evaporated layer is increased in thickness to increase the mass of the electrode 6 by using the weight. If vibration is applied to the case 4, the movable electrode 6 is oscillated, the change of capacity is generated between the movable electrode 6 and the fixed electrode 9 and the change is applied to an FET11 as an electric signal. If it is defined that the charge of an electrolet 10 is Q and the capacity between the movable electrode 6 and the fixed electrode 9 is C, the voltage V applied to the FET11 is expressed by V=Q/C. The source 11c of the FET11 is connected to the case 4 through an earth pattern 12a of a printed circuit board 12 and earthed. The electrode 6 is sharply oscillated by the weight of the evaporated layer in accordance with the externally accelerated vibration and outputs high output voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の振動を検知して電気信号に変換する、例
えば外耳道内に装着して人が話をした時に生じる骨伝導
振動を検知し、これを音声電気信号に変換するイヤマイ
クロホンに応用し得る振動検知装置に関する。Detailed Description of the Invention The present invention detects the vibration of an object and converts it into an electrical signal.For example, it detects the bone conduction vibration that occurs when a person speaks by wearing it in the ear canal, and converts it into an audio electrical signal. The present invention relates to a vibration detection device that can be applied to a converting ear microphone.

従来、この種の振動検知装置、例えばイヤマイクロホン
に使用する振動検知装置は第１図ａ、ｂに示すような構
造のものが利用されていた。Conventionally, this type of vibration detection device, for example, a vibration detection device used in an ear microphone, has a structure as shown in FIGS. 1a and 1b.

この振動検知装置は、圧１累子を使用したものであり、
１図において、１は外耳道内に挿入可能な形状に形成さ
れた金属筒たは合成樹脂等によるケース、２は該ケース
１の開口部に嵌着される同じく合成樹脂による支持体、
３は鈑支持体２に一端が固定され片持ち支持された圧電
素子にして、リード、１ｊ）３ａによって出力が外部に
取り出される構造となっている。This vibration detection device uses a pressure unit,
In Figure 1, 1 is a case made of a metal tube or synthetic resin formed into a shape that can be inserted into the ear canal, 2 is a support made of synthetic resin that is fitted into the opening of the case 1,
3 is a piezoelectric element whose one end is fixed to the plate support 2 and supported in a cantilever manner, and the output is taken out to the outside through a lead 1j) 3a.

而して、装着者が話をすると、骨伝導による音声振動が
ケース１に伝達され、該ケース１から支持体２を介して
圧＊索子３に伝達される。従って圧ｖｔ素子３が振動し
、その出力がリードｉ３ａを介して゛電気信号として得
られるものである。When the wearer speaks, sound vibrations due to bone conduction are transmitted to the case 1, and from the case 1 via the support 2 to the pressure cord 3. Therefore, the pressure VT element 3 vibrates, and its output is obtained as an electrical signal via the lead i3a.

ところで、上記した圧電素子３は、２合２図イの周波数
特性で示す如く、ある周波数において非常に高いピーク
を生じる。そのためにピークの周波数では感度が著しく
良く、その他の帯域では感度が低いという欠点を有し、
また圧１！累子固有のノイズを発生する外、リードｉ３
ａの圧電素子３への接続がｍ１倒である等の欠点を有し
ていた。By the way, the piezoelectric element 3 described above generates a very high peak at a certain frequency, as shown by the frequency characteristic shown in FIG. Therefore, it has the disadvantage that the sensitivity is extremely good at the peak frequency, but the sensitivity is low in other bands.
Pressure 1 again! In addition to generating noise specific to Seiko, the lead i3
It has drawbacks such as the connection of a to the piezoelectric element 3 is backwards.

本発明は斜上の欠点を是正せんとするもので、その目的
とするところは、感度が良好であると共に小型で大きな
出力を得ることができ、かつ所望の周波数特性の出力を
得ることが谷易な振動検知装置を提供するにある。The present invention aims to correct the drawbacks of the slope, and its purpose is to have good sensitivity, be able to obtain a large output with a small size, and be able to obtain an output with a desired frequency characteristic. The purpose of the present invention is to provide a vibration detection device that is easy to use.

次に本発明をエレクトレットを使用した場合の′ＪＡＭ
１例について第３図以降において説明する。Next, the present invention will be explained using electret.
One example will be explained from FIG. 3 onwards.

第３図ａ、ｂにおいて、４は金属製の有底円筒状のケー
ス、５は該ケース４の底部に嵌挿されたリング状の金へ
スペーサ、６は金属箔やポリエステルフィルムに金ｖ４
蒸着等の処理を施した可動電極にして、上記金属スペー
サ５に周縁部が電気的に接触して張設固定されている。In FIGS. 3a and 3b, 4 is a metal cylindrical case with a bottom, 5 is a ring-shaped gold spacer fitted into the bottom of the case 4, and 6 is a metal foil or polyester film made of gold v4.
A movable electrode that has been subjected to a process such as vapor deposition is stretched and fixed to the metal spacer 5 with its peripheral edge electrically in contact with the metal spacer 5.

なお、本実施例においては、金属箔、金属蒸着層の厚み
を犬となし、その重量な第１１用して可動電極６の質刊
を大きくしている。Ｔは上記可動電極６の他面に重ねら
れるリング状の絶縁スペーサ、８は合成樹脂製等の絶縁
材による支持体にして、上記絶縁スペーサ７に重ねられ
ている。そしてこの支付体８には凹部８ｍ、８ｂが両側
向に形成されている。９は支持体８の凹５８１Ｌ内に接
層固定された固定電極にして、上記可動１１ｔ極６と対
応する面に永久的に電荷を保持するエレクトレット１０
が貼着されている。１１は電界効果トランジスタ（Ｆｇ
Ｔ）にして上記支持体８の凹４ａｂ内に埋設され、その
ゲ−４ｌｌａが上記固定電極９と圧着接続されている。In this embodiment, the thickness of the metal foil and the metal vapor deposited layer is set to a certain value, and the thickness of the movable electrode 6 is increased by using the weight thereof. T is a ring-shaped insulating spacer superimposed on the other surface of the movable electrode 6, and 8 is a support made of an insulating material such as synthetic resin, which is superimposed on the insulating spacer 7. This support body 8 has recesses 8m and 8b formed in both directions. Reference numeral 9 denotes an electret 10 which is a fixed electrode fixed in contact with the recess 581L of the support 8 and permanently retains an electric charge on the surface corresponding to the movable 11t pole 6.
is pasted. 11 is a field effect transistor (Fg
T) is buried in the recess 4ab of the support 8, and its gate 4lla is connected to the fixed electrode 9 by pressure.

１２は上記支持体８に重ねられた印刷配線板にして、露
出面にアースパターン１２１Ｌと信号パターン１２ｂと
が形成され、ＦＩＣ’ｌ’ｌｌのソース１１１）とドレ
イン１１０が夫々接続されている。Reference numeral 12 denotes a printed wiring board superimposed on the support 8, on the exposed surface of which a ground pattern 121L and a signal pattern 12b are formed, and the source 111) and drain 110 of the FIC'l'll are connected, respectively.

このようにケース４内に１１次部品を挿入し終えた俵、
該ケース４の開口部４ａを内方に指向して全部品をカシ
メ固定して形成する。In this way, the bale after inserting the 11th part into the case 4,
The opening 4a of the case 4 is directed inward and all parts are caulked and fixed.

次に上記した構造に基いて動作を説明するに、今、ケー
ス４に振動が加わると、可動電＆６が振動し、固定電極
９との間に容量変化が余生し、これが：￥Ｌ気倍信号し
てＦＥＴ１１に印加される。Next, to explain the operation based on the above structure, when vibration is applied to the case 4, the movable electrode &6 vibrates, and a capacitance change remains between it and the fixed electrode 9, which causes: A signal is applied to FET11.

すなわち、ＦＥＴＩ　１に印加される電圧Ｖはｖ＝ｑ／
ｃ となる。That is, the voltage V applied to FETI 1 is v=q/
c.

なお、Ｑはエレクトレット１０の電荷、Ｃは可＠電極６
と固定１！極９との間の容量である。In addition, Q is the charge of the electret 10, and C is the charge of the electret 6.
And fixed 1! This is the capacitance between pole 9 and pole 9.

ここで、ＦＲＴｌｌを設けたのは、出力される信号のイ
ンピーダンスが高いので、インピーダンスを下げるため
である。そしてＦＲＴｌ　１のソース１１Ｃは印刷配線
板１２のアースノくターン１２１Ｌを介してケース４に
接続されアースされる。Here, the reason why FRTll is provided is to lower the impedance since the impedance of the output signal is high. The source 11C of the FRTl 1 is connected to the case 4 via the ground turn 121L of the printed wiring board 12 and grounded.

なお、ＦＫＴｌ　１を接続してインピーダンスを低下さ
せるだめの回路を第４図に示す。Incidentally, a circuit for connecting FKTl 1 to lower the impedance is shown in FIG.

而して、上記した如く可動電極６は蒸着層の重みにより
、良く外部加速振動に対し大きく振動するので、出力電
圧として大きなものが得られると共に第２図イの如く全
体として高出力の平坦な周波数特性となる。As mentioned above, the movable electrode 6 often vibrates greatly in response to externally accelerated vibration due to the weight of the vapor deposited layer, so a large output voltage can be obtained, and a flat, high output voltage can be obtained as a whole, as shown in Fig. 2A. It becomes a frequency characteristic.

また、本実施例にあっては、固定電極ＳとＦＥＴＩ　１
のゲー）１１１Ｌをケース４にて囲っているので、紬〈
インピーダンスの出力であってもシールド幼果によって
誘導ノイズを除去することができる。Furthermore, in this embodiment, the fixed electrode S and the FETI 1
game) 111L is surrounded by case 4, so Tsumugi
Even in the case of impedance output, induced noise can be removed by the shield.

第５図は上記した本発明に保る揚動検知装置ムを取付け
た外耳道内水方向通話装置を示１．、Ｂは外耳道内に挿
入される亜鉛ダイキャスト等の伯匂−が大なる材料で形
成された挿入体にして、貰趨孔Ｂ、と取付孔Ｂ、とが形
成されている。セしてこの取付孔Ｂ、内には、上記した
振動検知装置ムが挿入固定されている。０は挿入体Ｂの
背面に接着固定される外部ダンパにして、硬度１０°以
上の成型シリコンゴム、ウレタンゴムによって形成され
ている。ＤＦｉ外部ダンパ０を介して挿入体Ｂに同定さ
れた外体にして、挿入体Ｂと同様に質吾大なる材料によ
って形成されている。そしてこの外体りにはスピーカ収
納部り、が形成される。Ｅはスピーカにして、弾性係数
の商い羽村（例えば一定の形状を保持し得るシリコンゲ
ルの成形物）で作られたスピーカ用ダンパｙによって浮
かされた状態でスピーカ収納部り、に収納されている。FIG. 5 shows an ear canal water direction communication device equipped with a lifting motion detection device according to the present invention described above. , B is an insert body made of a material with a large thickness, such as zinc die-casting, which is inserted into the ear canal, and has a guide hole B and a mounting hole B formed therein. The above-mentioned vibration detection device is inserted and fixed into the mounting hole B. 0 is an external damper that is adhesively fixed to the back surface of the insert B, and is made of molded silicone rubber or urethane rubber with a hardness of 10° or more. The outer body is identified to the insert B via the DFi external damper 0 and, like the insert B, is made of a solid material. A speaker housing portion is formed in this outer body. E is a speaker, and is housed in a speaker storage part in a suspended state by a speaker damper y made of a material with a high elastic modulus (for example, a molded silicone gel that can maintain a certain shape).

ＧはスピーカＸの放音部鴇に一端が接続された弾性係数
の大なる肉薄のシリコンチューブより成る音４管にして
、外部ダンパＣの空間を介して挿入体Ｂの貨通孔Ｂ、内
に挿入されている。ＨｒＩ′ｉ該音導管Ｇの他端か接続
された金属パイプにして、先端は挿入体Ｂの先端に開口
されている。Ｉは金属パ。G is a sound tube made of a thin silicone tube with a large elastic modulus, one end of which is connected to the sound emitting part of speaker X. is inserted into. The other end of the sound conduit G is connected to a metal pipe, the tip of which is opened at the tip of the insert B. I is metal pa.

イブＨを挿入体Ｂに弾性的に支持する音４官ダンパにし
て、弾性係数の大きな材料が使用される。A material with a large elastic modulus is used to form a sound damper that elastically supports the eve H on the insert B.

すなわち、上記スピーカＥのダンパＦと同じような材料
を用いる。Ｊ　１−を外体りの表面に固定された中継基
板にして、振動検知装置ムとスピーカＸよりのリード暇
人、とＥ、とが接続されている。そしてこのリード線人
１　とＥ２とは、高い弾性係数が必要であることから極
細より線が使用されている。Ｋは９紬基板Ｊを介してリ
ード線人、とＥ！に接続される外部リード線、Ｌは外体
りの表面な株い、外部リード１Ｍにまでもモールドした
外被である。そしてリード線人、は外部リードＫを介し
て送信機に、捷たリード線Ｅ、は同じく外部リード線Ｋ
を介して斐信機に接続されている。That is, the same material as the damper F of the speaker E is used. J1- is a relay board fixed to the surface of the outer body, and the vibration detecting device, the lead wire from the speaker X, and E are connected. Since the lead wires 1 and E2 require a high elastic modulus, extremely thin stranded wires are used. K is the lead wire person through 9 Tsumugi board J, and E! The external lead wire L connected to the external lead 1M is an outer sheath molded onto the surface of the external body. Then, the lead wire E is connected to the transmitter via the external lead K, and the cut lead wire E is also connected to the external lead K.
It is connected to the Hishin machine via.

次に動作について説明するに、使用者が発生する音声は
骨伝導振動として挿入体Ｂに伝達されて、振動検知装置
ムで振動から電気信号に変換される。Next, to explain the operation, the sound generated by the user is transmitted to the inserter B as bone conduction vibration, and the vibration is converted into an electric signal by the vibration detection device.

そしてこの遁気傷号はインピーダンス変換回路でインピ
ーダンス変換され、リード線人５、中継基板Ｊを介して
外部リード線Ｋ　Ｋ込出され、該外部リード線により送
信機に送られ電波と１７て放射され（または有縁により
）、相手方に伝送される。The impedance of this Tonkiki signal is converted by an impedance conversion circuit, and the signal is sent to an external lead wire KK via a lead wire 5 and a relay board J. It is sent to a transmitter by the external lead wire, and is emitted as a radio wave 17. (or by connection) and transmitted to the other party.

一方相手方よりの音声１６号は父ＩＮ機で無森として、
あるいは有線で受傷され、外部リード＃ｌｌＫ。On the other hand, the voice No. 16 from the other party was from my father's IN machine, as Nomori,
Or if the wire is damaged, the external lead #llK.

リード線Ｅ、を介してスピーカＸに伝送される。The signal is transmitted to speaker X via lead wire E.

従ってスピーカ翼が駆動されて音声はｖ２＃管Ｇ１金属
パイプＨを介して外耳道内に放音される。Therefore, the speaker blades are driven and the sound is emitted into the ear canal through the v2# tube G1 metal pipe H.

ところで、口で発生する音声は、骨伝導により外耳道に
伝達される間に受ける音声の減衰の周波数特性は、周波
数が高くなるに従って対数目盛で略直線的に減衰する。By the way, the frequency characteristic of the attenuation of the sound generated in the mouth while being transmitted to the external auditory canal by bone conduction is such that as the frequency becomes higher, the attenuation is substantially linear on a logarithmic scale.

そこでマイクロホンを口から発生する音声に近づけ明瞭
度も高くするには、周波数を必要音声帯域内で補正する
必要がある。Therefore, in order to bring the microphone closer to the sound generated from the mouth and to improve the clarity, it is necessary to correct the frequency within the required audio band.

不発明は、上記した振！ｌ１ＩＩ枳知装置ムを上記１７
た外耳道内双方篇通話装置に利用する場合に、上記した
骨伝導による周波数特性をｉ６癒して、第６図ａ　−ｃ
Ｏｙ口〈可！Ｉ２１’を極６に孔６ａまたけスリット６
ｂを形成し、核可′１ＩＪＪ寛極６の振動、特に高域で
の振動に対し良く追随するようにした。このように可動
電極６に孔６ａ、スリッ）６ｂを形成すると、第２図の
特性ハの如く低域から成域に向って尚くなるので、有伝
導による周波数特性を補正できて平坦な特性の出力を得
ることができる。Non-invention is the same as above! The above 17
When used in a two-way communication device in the ear canal, the above-mentioned frequency characteristics due to bone conduction are cured and the frequency characteristics shown in Figs.
Oy mouth possible! I21' to pole 6 and slit 6 spanning hole 6a
b, so that it follows well the vibrations of the 1 IJJ Kanpoku 6, especially the vibrations in the high range. When the holes 6a and slits 6b are formed in the movable electrode 6 in this way, the characteristics become more pronounced from the low frequency range to the high frequency range as shown in FIG. You can get the output of

なお、孔６＆やスリット６ｂの形状は図示のものにｔｉ
ｔ　ｗ−ａれるものではない。Note that the shapes of the holes 6& and slits 6b are different from those shown in the drawings.
It's not something you can do.

第Ｔ図ａは、可動□□□極６の振動幅の太きいν（１に
ゴム等の弾性体６０を固定したもので、可ａｍ極６が振
動してエレクトレット１０に接触することを防止するた
めに設けたものである。固定電極９と可＠電極６間には
高い直圧が印加されているため、両１１１を悌９，６は
電気的に引き合っていて接触が起り易く、従って接触し
ても大きな衝撃を起さないようにしている。Figure T a shows a structure in which an elastic body 60 such as rubber is fixed to the movable □□□ pole 6 with a large vibration width ν (1) to prevent the movable am pole 6 from vibrating and contacting the electret 10. Since a high direct pressure is applied between the fixed electrode 9 and the flexible electrode 6, the two electrodes 9 and 6 are electrically attracted to each other and contact is likely to occur. This prevents large shocks from occurring even if they come into contact.

また、ＭＴ図すは可ｕＪ電極６にブチルゴム等の抵抗体
６ｄを固定したもので、可動を極６のもつ固有振動周波
数でのＱｔＤｍい共振を防止するために設けたものであ
る。そしてこの抵抗体６ｄを取付けて、Ｑを低下させＰ
９′に望の周波数特性を得るようにする。In addition, the MT diagram has a resistor 6d made of butyl rubber or the like fixed to the flexible uJ electrode 6, and is movable to prevent QtDm resonance at the natural vibration frequency of the pole 6. Then, this resistor 6d is attached to lower Q and P
9' to obtain the desired frequency characteristics.

なお、上記においてはエレクトレットの一合について卯
、明したが、静電形のものにも応用で性る。Note that although the above description has been made regarding a combination of electrets, it can also be applied to electrostatic types.

本発明は上記したように、固定電極に可ｍ電極を対問さ
せると共に可動ｍ極に電極とし、ての電気的機能以上の
厚さの金ｋＡ層を形成ＬＩｊｊＩ仙を太きくしたことに
より、小型で、かつケースに加わる振動を良く検知して
感度が良好でおると共に対向面積が大きいことから大き
な出力がイ得られ、またイヤマイクに応用した場合には
可動電極に孔やスリットを形成することによって骨伝導
による高域の低下を補正して出力として平坦な周波数特
性を得ることができる等の効呆を有するものである。As described above, the present invention uses a movable electrode as a fixed electrode and a movable electrode as an electrode, and forms a gold layer with a thickness that exceeds the electrical function of the electrode. It is small and has good sensitivity by detecting vibrations applied to the case, and the large facing area provides a large output.When applied to ear microphones, it is possible to form holes or slits in the movable electrode. This has the advantage that it is possible to correct the decline in high frequencies due to bone conduction and obtain flat frequency characteristics as an output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図ａ、ｂは従来の圧電素子を使用した振動検知装置
の横断面図およびＮ上のｂ−ｂ断面図、第２図は周波数
特性図、第３図ａ、ｂは本発明に係る＆Ｕｔ検知装置の
横断面図および同上の左側面図、第４図は本発明装置の
回路図、第５図は水弁１９４　＊　Ｉｄｔを外耳道内双
方同連話装置に応用した横断面図、第６図ａ　−Ｃは可
１ｉｌＩｌ電極の種々なる形状の正面図、第１図ａ、ｂ
は可動′６他に弾性体および抵抗体を固定した場合の正
面図である。 ４・・・ケース、６・・・可動？１１極、９・・・固定
１転１０・・・エレクトレット。 （１１） 第１図 （ｂ）　　　　　　（ａ） 第２図 周近政→　　　　も Ｑ　１−　　　　。 昌コ　フFigures 1 a and b are a cross-sectional view and a b-b cross-sectional view on N of a vibration detection device using a conventional piezoelectric element, Figure 2 is a frequency characteristic diagram, and Figures 3 a and b are according to the present invention. 4 is a circuit diagram of the device of the present invention, and FIG. 5 is a lateral sectional view of the water valve 194 * Idt applied to an intra-ear canal mutual communication device. Figures 6a-C are front views of various shapes of electrodes, Figures 1a and b.
2 is a front view of a case in which an elastic body and a resistor are fixed in addition to the movable member '6. 4...Case, 6...Movable? 11 poles, 9...fixed 1 turn 10...electret. (11) Figure 1 (b) (a) Figure 2 Zhou Jinzheng → also Q 1-. Masakofu

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ＋１１　　ケースに固定された固定電極と、該固定電極
に対向して配置された可動電極とより形成し、かつ可動
電極である金属ノーを１１Ｌ極としての電気的機能以上
に厚くして質量を大と成したことを％徴とする振動検知
装置。 （２）　　前記可動［極に孔あるいはスリットを形成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の振動検
知装置。 （３）　　前記可１ｔｈｔ極に弾性体あるいは抵抗体を
取付けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
振動検知装置。[Scope of Claims] +11 Formed by a fixed electrode fixed to a case and a movable electrode placed opposite to the fixed electrode, and the metal node which is the movable electrode has an electrical function exceeding that of the 11L pole. A vibration detection device that is characterized by its increased thickness and mass. (2) The vibration detection device according to claim 1, wherein a hole or a slit is formed in the movable pole. (3) The vibration detection device according to claim 1, wherein an elastic body or a resistor is attached to the flexible pole.