電気式人工喉頭
【課題】特別の訓練を要しない簡易な操作により、イントネーションのコントロールされた発話を実現し得るような電気式人工喉頭１０を提供すること。
【解決手段】筐体２０と、筐体２０に連結された軸と、軸に連結され、軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、回動の角度を検出する第１の検出部と、操作子が移動する角度が閾値を超えたか否かを検出する第２の検出部と、記第２の検出部が上記移動の角度が閾値を超えたことを検出している間、指定された周波数の音を発生する音源部と、第１の検出部が検出した角度に応じて音源部が発生する音の周波数を変える制御部とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】筐体２０と、筐体２０に連結された軸と、軸に連結され、軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、回動の角度を検出する第１の検出部と、操作子が移動する角度が閾値を超えたか否かを検出する第２の検出部と、記第２の検出部が上記移動の角度が閾値を超えたことを検出している間、指定された周波数の音を発生する音源部と、第１の検出部が検出した角度に応じて音源部が発生する音の周波数を変える制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式人工喉頭に関する。
【背景技術】
【０００２】
健常者は、自らの呼気が喉頭（声門）を経由する際に声帯を振動させることにより音を発生させ、その音の周波数成分を舌・顎や唇などの調音器官で変えることにより様々な発話を行っている。この声帯の振動により発生される音は、発話の基となる音であることから、「声門音源」などと呼ばれる。
【０００３】
これに対し、喉頭を摘出してしまった喉頭摘出者は、通常であれば自らの意思による発声は不可能であるが、調音器官さえ残存していれば、人工的に作り出した音源を声門音源の代わりに声道内で発生させ、または、声道内へ送り込んでやることにより、不完全ながらも発声ができるようになる。
【０００４】
このような声門音源の代わりとなる音を人工的に作り出す装置の一つに電気式人工喉頭がある。電気式人工喉頭は、声門音源の代わりとなる音を、機械的、または、電子機械的に生成し、その音を頚部の振動などを通じて声道内に導くことによって、喉頭摘出者自らによる発声を支援する。
【０００５】
ところで、健常者は、声帯の振動を通じて声門音源のピッチ（基本周波数）を変化させることにより、口から発する音声のアクセント・イントネーションを表現している。これに対し、従来の電気式人工喉頭は、人工的に作り出す音源のピッチが一定であり、喉頭摘出者が調音器官をいかように制御しようともアクセント・イントネーションを表現することができず、その結果として、不自然な声でしか発話できないという重大な問題がある。
【０００６】
このため、従来より、喉頭摘出者によるアクセント・イントネーションのコントロールされた発話を支援するための種々の仕組みが提案されてきた。そのような仕組みを開示した文献として、例えば、特許文献１〜３がある。
【０００７】
特許文献１に開示された電気式人工喉頭は、ピッチの変化を指示するスイッチを搭載し、そのスイッチがオンされると、音のピッチを所定のパターンに従って自動的に変化させるようになっている。特許文献２に開示された電気式人工喉頭は、小指に装着される指サック型の圧力スイッチを有し、その圧力スイッチが検出した値に応じて音のピッチを変化させるようになっている。特許文献３に開示された電気式人工喉頭は、喉頭摘出者の気管孔から吐き出される呼気の圧力を検出するためのセンサを搭載し、そのセンサの検出値に応じて音のピッチを変化させるようになっている。
【特許文献１】特開平０８−２６５８９１号
【特許文献２】国際公開ＷＯ９９／０１２５０１号
【特許文献３】特開平０７−４３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された仕組みの場合、限られたパターンに従ったピッチの変化しかできないため、実用に耐え得るものとは到底言い難い。特許文献２に開示された仕組みの場合、特許文献１に比べればピッチの変化のバリエーションは多いものの、発話の開始時と終了時は常に決まったピッチとなってしまうため、発声の自由度が依然として限定されたものとなる。特許文献３に開示された仕組みの場合、発話の開始時および終了時に気管孔から吐き出す呼気の圧力を調整することによりアクセント・イントネーションをコントロールすることは可能ではあるものの、そのような調整を円滑に行えるためには相当の訓練が必要であり、習得に多くの時間を要するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、特別の訓練を要しない簡易な操作により、アクセント・イントネーションのコントロールされた発話を実現するとともに、歌も歌えるような電気式人工喉頭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の好適な態様である電気式人工喉頭は、筐体と、上記筐体に連結された軸と、上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、上記回動の角度を検出する第１の検出部と、上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、上記第２の検出部が検出した角度が閾値を超えている間、指定された周波数の音を発生する音源部と、上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変える制御部とを備える。
【００１１】
この態様において、前記操作子は、前記異なる方向へ移動し得るようにその一端が前記軸に連結され、前記第２の検出部は、前記操作子の他端により押され、その押された量を基に前記移動する角度を検出するための素子であってもよい。
【００１２】
また、前記素子は、光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせであってもよい。
【００１３】
本発明の別の好適な態様である電気式人工喉頭は、筐体と、上記筐体に連結された軸と、上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、上記回動の角度を検出する第１の検出部と、上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、指定された周波数および強度レベルの音を発生する音源部と、上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変えるとともに、上記第２の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の強度レベルを変える検出制御部とを備える。
【００１４】
これらの態様において、前記音源部は、磁気式発音体、圧電式発音体、電子式発音体のいずれか、または、それらの組み合わせであってもよい。
【００１５】
また、前記第１の検出部は、光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、特別の訓練を要しない簡易な操作により、イントネーションのコントロールされた発話を実現するとともに歌も歌うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。本実施形態にかかる電気式人工喉頭は、利用者（喉頭摘出者）の口から発せられる各種発話の素材となる音を、その声道内で人工的に発生させる。その結果、調音器官を通じてその音の周波数成分を変更して得られたものが、アクセント・イントネーションを付与された言語音声として利用者の口から発せられる。また、ピッチを適切に制御することによって歌も歌うことができる。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０の外観を示す一例の側面図であり、図２は、その上面図である。なお、図１の鎖線内は、図２のＡ−Ａ線で切った際の断面構造を示すものである。以降の説明において、図１および図２の左から右に向かう方向を前後方向、図１の上から下に向かう方向を上下方向とする。
【００１９】
両図に示すように、電気式人工喉頭１０は、筐体２０の前方にテーパー形状のボイスコイルモータホルダ４０を連結させ、ボイスコイルモータホルダ４０内部のボイスコイルモータ４１により駆動される振動板６０を、その最前方から露出させた形状を有する。このボイスコイルモータ４１と振動板６０とが、請求項の「音源部」に相当する。
【００２０】
筐体２０は、利用者の掌に収まるサイズの略円筒形状をなしている。この筐体２０には、電源その他の回路素子が内蔵される。さらに、筐体２０の内部上側には、各種検出素子を収容するための検出素子収容室２１が形成されている。検出素子収容室２１は、略直方体状の空間であり、その天井面の前方に、矩形状の開口部２２が形成されている。図２に示すように、この開口部２２の長手方向は、筐体２０の周方向と概ね一致する。
【００２１】
次に、この検出素子収容室２１の内部に備え付けられる検出素子、および操作子について詳述する。検出素子収容室２１の底面の前方には、操作子の上下方向の操作を検出する部材であるＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３（請求項の「第２の検出部」に相当）が備え付けられている。このＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３は、上から、押しボタン２４、シリンダ２５、ケース２６の順に構成され、押しボタン２４の裏面に連接したシリンダ２５を、ケース２６の上面に設けた孔からその内部に一部挿入した構造を有する。
【００２２】
図２に示すように、押しボタン２４の表面は、検出素子収容室２１の開口部２２よりもやや狭い矩形状をなしている。ケース２６の内部（図示せず）には、シリンダ２５を上方に付勢するスプリングや固定接点が設けられ、さらに、シリンダ２５の下方の所定位置には橋絡片が設けられている。そして、橋絡片と固定接点とが接触すると、ＯＮ状態であることを示す電気信号が出力されるようになっている。また、シリンダ２５には、その復帰位置を決定づける係止片（図示せず）が凸設されている。この係止片とケース２６の孔の淵とが係合することにより、復帰位置よりも上方への押しボタン２４の変位が規制される。
【００２３】
検出素子収容室２１の底面の後方には、操作子支持部２６と、操作子の左右方向の操作を検出する部材である光学センサ２７（請求項の「第１の検出部」に相当）が、検出素子収容室２１の左右両端辺からの距離がほぼ等しくなる位置に並んで設けられている。操作子支持部２６は、基台２８と、連結軸２９を介してその基台２８に回動自在に連結された回動部材３０（請求項の「軸」に相当）とを有する。基台２８は、光学センサ２７よりも後方の位置に固定された略直方体の部材である。光学センサ２７は、連結軸２９の回動角度を検出し、検出した回動角度に基づく電気信号を出力する。
【００２４】
連結軸２９の上端は、略円柱状をなす部材である回動部材３０の下面のほぼ中央に固定されている。また、図１に示すように、回動部材３０の上面は、筐体２０に設けられた孔を介して外部に露出されている。さらに、この回動部材３０の上面の後端には、可変操作部７０の後端がヒンジ機構（図示せず）を介して連結されている。可変操作部７０は、板体の後端を半円型に丸めたような形状をなしており、回動部材３０との連結部位を支点として上下方向に弾性的に移動し得るようになっている。
【００２５】
図３は、電気式人工喉頭１０の可変操作部７０の移動の様子を示す図である。また、図４は、電気式人工喉頭１０の可変操作部７０の回動の様子を示す図である。
【００２６】
この可変操作部７０の下面の前端付近には、検出素子収容室２１の開口部２２と対向するように第１碗部７８が設けられている。よって、図３に示すように、可変操作部７０を下方向へ移動させると、その第１碗部７８の下端がＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４の上面に接触し、押しボタン２４に下方向の力が加わる。可変操作部７０をさらに下方に移動させると、ケース２６内のスプリングの上方への付勢力に抗って、押しボタン２４が下方向に押し下げられる。ケース２６内の固定接点と橋絡片とが接触する位置まで押しボタン２４が押し下げられると、ＯＮ状態であることを示す電気信号が出力される。
【００２７】
図１および図２において、可変操作部７０の上面の後端付近には、回動部材３０と周長をほぼ同じくする第２碗部７９が設けられている。上述したように、可変操作部７０の後端は回動部材３０の上面の後端とヒンジ機構を介して連結されており、回動部材３０は連結軸２９を介して基台２８へ回動自在に連結されている。よって、図４に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４をＯＮ状態の位置まで押し下げると共に、連結軸２９を支点として可変操作部７０を左右方向に回動させることが可能である。なお、可変操作部７０の回動の範囲は、開口部２２の左右の淵と第１碗部７８との接触により規制される。そして、その回動の角度は光学センサ２７により検出され、電気信号として出力される。
【００２８】
次に、ボイスコイルモータホルダ４０内部のボイスコイルモータ４１とそれにより駆動される振動板６０について詳述する。図１に示すように、ボイスコイルモータ４１は、両端がＮ極とＳ極にそれぞれ着磁された円柱形のマグネット４２、そのマグネット４２を前方および側方から包囲する円筒形のボビン４３、ボビン４３の外周に巻き回されたコイル４４、およびそれらを後方ならびに側方から包囲するヨーク４５を有する。このヨーク４５は前方が開口しており、その開口する部位を塞ぐように円形ゴム４６が張り渡されている。そして、円形ゴム４６の中央には、軸４７が前後方向に貫かれ、固定されている。軸４７の一端は、ボビン４３に固定されている。振動板６０は、幅の薄い円柱状をなしており、ウレタン系の樹脂により形成されているが、金属や木材により形成されてもよい。この振動板６０は、ゴム材９０を介してボイスコイルモータホルダ４０の前方の縁の内側に固定されている。
【００２９】
このボイスコイルモータ４１による振動板６０の駆動は、フレミングの法則を利用してなされる。つまり、コイル４４にパルス信号が供給されると、ヨーク４５内をスライドするボビン４３により前方へ押し出された軸４７の他端が振動板６０を打撃し、また離れるという動作を繰り返す。この結果、振動板６０が振動する。そして、コイル４４への電流の供給が止まると、円形ゴム４６の復元力の作用を受けて軸４７が後退する。ボイスコイルモータ４１の振動板６０を利用者の頚部に押し付けた状態でそのコイル４４に電流が供給された場合、振動板６０の振動は、利用者の頚部からその声道内に伝わり、声道内にて音が発生する。利用者は、舌・顎や唇などの調音器官によってその音の周波数成分を変えることにより、所望の発話を実現することができる。
【００３０】
図５は、電気式人工喉頭１０の回路構成を示すブロック図である。本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３、光学センサ２７、ボイスコイルモータ４１のほか、電源８０、制御部８１、パルス信号出力部８２を有する。電源８０、制御部８１、およびパルス信号出力部８２は、筐体２０に内蔵される。
【００３１】
電源８０は、例えば、電池であり、制御部８１などへ電流を供給する。制御部８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを有し、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３および光学センサ２７から供給される電気信号を基に可変操作部７０の状態を特定し、その状態に応じてパルス信号出力部８２の動作を制御する。パルス信号出力部８２は、制御部８１による制御の下、ボイスコイルモータ４１へその駆動を特定するためのパルス信号を出力する。
【００３２】
図５の丸枠内には、パルス信号出力部８２からボイスコイルモータ４１へ出力されるパルス信号の波形の一例が記してある。この波形のＴ１により指し示される波形の立ち上がりの間隔（周期）は、ボイスコイルモータ４１の軸４７が振動板６０を打撃する時間間隔と対応する。よって、この間隔が狭いほど、振動板６０の振動の周波数が高くなり、声道内にて発生する音のピッチ（基本周波数）も高くなる。反対に、この間隔が広いほど、声道内にて発生する音のピッチは低くなる。また、この波形のＴ２により指し示される、波形がハイレベルになっている時間、つまり、デューティー比は、ボイスコイルモータ４１の軸４７が振動板６０を打撃する強さと対応する。よって、このデューティー比が大きいほど、声道内にて発生する音のレベルが大きくなる一方で、このデューティー比が小さいほど、そのレベルが小さくなる。
【００３３】
次に、制御部８１の処理について、詳述する。制御部８１には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３および光学センサ２７から電気信号が供給される。可変操作部７０の下方向への移動により、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４がオン状態の位置まで押し下げられる。すると、ＯＮ状態であることを示す電気信号がＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３から供給され、制御部８１は、光学センサ２７から供給される電気信号が示す角度と対応する周波数を特定する。
【００３４】
この周波数の特定は、制御部８１のＲＯＭに可変操作部７０の左右方向の角度と周波数とを対応付けたテーブルを記憶させておき、角度を示す信号が供給される都度、このテーブルを参照するようにして行う。ＲＯＭに記憶させるテーブルは、第１碗部７８が開口部２２の右の淵と接触する位置まで可変操作部７０を回動させたときに周波数が最低になり、第１碗部７８が開口部２２の左の淵と接触する位置まで可変操作部７０を回動させたときに周波数が最高になるような内容にすると、より好ましい。また、第１碗部７８が開口部２２の右の淵と接触するまで可変操作部７０を回動させたときに周波数が最低になるかそれとも最高になるかを、利用者の好みに応じて設定できるようにしてもよい。
【００３５】
周波数を特定した制御部８１は、その周波数での振動板６０の打撃を指示する制御信号をパルス信号出力部８２へ供給する。すると、パルス信号出力部８２は、その制御信号に応じた立ち上がりの間隔（周期）のパルス信号をボイスコイルモータ４１へ出力する。これにより、可変操作部７０が位置する角度に応じた周波数での振動板６０の打撃が開始され、振動板６０を頚部に押し付けている利用者の声道内にその周波数とほぼ同じピッチの音が発生する。なお、本実施形態の場合、パルス信号出力部８２からボイスコイルモータ４１へ供給されるパルス信号のデューティー比は一定であり、声道内に発生する音のレベルも一定となる。
【００３６】
さらに、ＯＮ状態であることを示す電気信号がＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３から供給されている間に光学センサ２７から新たな電気信号が制御部８１に供給されると、制御部８１は、パルス信号出力部８２から出力するパルス信号の波形をその新たな制御信号が示す角度に応じて切り替える。これにより、振動板６０は、その角度に応じた周波数に基づいた打撃を継続し、声道内にて発生する音のピッチが高く、または低く変化する。
【００３７】
以上説明した本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、略板状の操作子である可変操作部７０の上下方向の移動を検出するＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３と、その左右方向の回動を検出する光学センサ２７とを搭載する。そして、可変操作部７０の下方向への移動によってＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４がＯＮ状態の位置まで押し下げられると、その左右方向の回動の角度に応じた周波数で振動板６０が打撃され、利用者の声道内に音を発生させることができる。
【００３８】
よって、利用者は、電気式人工喉頭１０の筐体２０を掌に包むように握ってその振動板６０を自らの頚部に押し付け、親指を可変操作部７０の表面に押し当てて動かすことにより、音の発生の有無とそのピッチの高さを同時に操作することができる。また、可変操作部７０の左右方向の回動の角度を決めてから押しボタン２４がＯＮ状態の位置に至るまで押し下げることにより、任意のピッチで音の発生を開始させることができる。さらに、声道内で音を発生させている最中に可変操作部７０を左右方向に回動させることにより、音のピッチを高く、または低く変化させることができ、変化後のピッチで音の発生を終了させることもできる。このような操作方法であれば、片手の親指を上下左右に動かすだけで、音の発生の有無とそのピッチの調整とを同時に行うことができ、その習得にも多大な訓練などを必要としない。さらに、アクセントやイントネーションをつけて発話することや歌を歌うことも容易に行うことができるようになる。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、可変操作部７０の上下方向の移動を検出する素子であるＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６とその左右方向の回動を検出する素子である光学センサ２７とを筐体２０の検出素子収容室２１の前方と後方に離して配置し、また、その天井面の前方に開口部２２を設けてある。そして、下方に移動する可変操作部７０Ａの第１碗部７８は、その開口部２２を介してＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６の押しボタン２４に接触してそれを押し下げるようになっている。これに対し、本実施形態にかかる電気式人工喉頭は、可変操作部の上下方向の移動を検出する素子と左右方向の回動を検出する素子を筐体内の後方に集積させた構成を有している。
【００４１】
図６は、本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａの外観の一例を示す左側面図であり、その鎖線内には、断面構造を示す。図６の左から右に向かう方向を前後方向、上から下に向かう方向を上下方向とする。
【００４２】
図６に示すように、本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａも、筐体２０の前面にテーパー形状のボイスコイルモータホルダ４０を連結させ、ボイスコイルモータホルダ４０のボイスコイルモータ４１により駆動される振動板６０を、その最前方から露出させた形状を有する。振動板６０、およびその振動板６０を駆動するボイスコイルモータ４１の構成は第１実施形態と同様であり、再度の説明を割愛する。
【００４３】
本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａの筐体２０内は、仕切り板によって、設定用半固定抵抗収容室５９、電源収容室６２、回路・センサ収容室６３に区分けされている。設定用半固定抵抗収容室５９には、設定用半固定抵抗６１が収容される。また、電源収容室６２には、電源となる電池８０Ａが収容される。
【００４４】
回路・センサ収容室６３の前方には、制御部８１、およびパルス信号出力部８２が収容されている。また、回路・センサ収容室６３の後方には、センサボックス６４が設けられている。このセンサボックス６４は、操作連動機構６５に支持され、回路・センサ収容室６３の天井面の後方に吊り下げられている。
【００４５】
図７は、可変操作部７０Ａ、センサボックス６４、および操作連動機構６５を上方から見た図である。なお、説明の便宜上、可変操作部７０Ａの外延を鎖線により示してある。また、図８は、可変操作部７０Ａ、センサボックス６４、および操作連動機構６５を左側方から見た図である。図９は、可変操作部７０Ａ、センサボックス６４、および操作連動機構６５を後方から見た図である。
【００４６】
可変操作部７０Ａは、平板状の部材である。センサボックス６４は、内部に中空部６６を設けた略直方体状の部材であり、中空部６６には、圧力センサ６７、および発光素子６８と受光素子６９とからなる回動角センサ７０が設けられている。
【００４７】
操作連動機構６５は、可変操作部７０Ａの操作に応じてセンサボックス６４が前後および左右へ傾くように両者を連動させるための機構であり、軸受け部材７１、支持軸７２、および連結軸７３を有する。軸受け部材７１は、回路・センサ収容室６３の天井面の後方を矩形状に開口させた開口部よりもやや小さな外延を有する略直方体状の部材である。軸受け部材７１には、その上面と下面とを垂直方向に貫く縦孔が設けられている。さらに、縦孔の後側には、左側側面のやや下方の位置と右側側面のやや下方の位置の間を水平方向に貫く横孔が設けられている。
【００４８】
軸受け部材７１は、開口部に嵌め込まれた状態で、その横孔に挿入された支持軸７２の左右の両端が開口部の左右の両壁へそれぞれ固定されることによって、支持されている。このため、軸受け部材７１は、支持軸７２を支点として上下方向に傾動することができる。
【００４９】
軸受け部材７１の縦孔には、連結軸７３が挿入されている。その連結軸７３の下端は、センサボックス６４の上面後方を貫いてその中空部６６の基底にある基台７４の穴（図示せず）に軸着される一方、連結軸７３の上端は、可変操作部７０Ａの下面の後方に固定されている。
【００５０】
また、センサボックス６４の中空部６６に挿入された連結軸７３の下端よりもやや上方には、前方に向かって延伸するアーム部材７５が固定されている。よって、連結軸７３を介して連結された可変操作部７０Ａおよびアーム部材７５は、その連結軸７３を支点として左右方向に回動することができる。
【００５１】
アーム部材７５の先端には発光素子６８が設けられている。また、中空部６６の左側壁には、発光素子６８と対をなす受光素子６９が設けられている。この受光素子６９は発光素子６８とともに回動角センサ７０を構成している。アーム部材７５が右方向に回動し、その先端の発光素子６８が受光素子６９から遠ざかると、受光素子６９へ到達する光の光量が小さくなる。一方、アーム部材７５が左方向に回動し、その先端の発光素子６８が受光素子６９へ近づくと、受光素子６９へ到達する光の光量が大きくなる。受光素子６９は、自らへ到達した光の受光量を検出し、左右方向の回動の角度を示す電気信号として出力する。
【００５２】
センサボックス６４の中空部６６の後面には、圧力センサ６７が設けられている。上述したように、軸受け部材７１は、支持軸７２を支点として傾動することができる。また、センサボックス６４と可変操作部７０Ａは、この軸受け部材７１の縦孔に挿入された連結軸７３によって連結される。
【００５３】
そして、設定用半固定抵抗収容室５９と回路・センサ収容室６３とを区分けする仕切り板７６とセンサボックス６４の後面との間には隙間が確保されている。よって、可変操作部７０Ａの下方向への移動により、センサボックス６４は、後方に傾いて仕切り板７６と接する。圧力センサ６７は、センサボックス６４の後面が仕切り板７６へ接する圧力を検出し、上下方向の移動の角度を示す電気信号として出力する。
【００５４】
次に、本実施形態における制御部８１の処理について、詳述する。制御部８１には、左右方向の回動の角度を示す電気信号が回動角センサ７０から供給され、また、上下方向の移動の角度を示す電気信号が圧力センサ６７から供給される。制御部８１は、回動角センサ７０から供給される電気信号が示す角度と対応する周波数を特定するとともに、圧力センサ６７から供給される電気信号が示す角度と対応する打撃強度を特定する。
【００５５】
この周波数の特定は、第１実施形態と同様にテーブルを参照して行う。また、打撃強度の特定も同様に、制御部８１のＲＯＭに可変操作部７０Ａの上下方向の角度と打撃強度とを対応付けたテーブルを記憶させておき、角度を示す信号が圧力センサ６７から供給される都度、このテーブルを参照するようにして行う。
【００５６】
周波数および打撃強度を特定した制御部８１は、その周波数および打撃強度での振動板６０の打撃を指示する制御信号をパルス信号出力部８２へ供給する。すると、パルス信号出力部８２は、その制御信号に応じた立ち上がりの間隔（周期）およびデューディー比のパルス信号をボイスコイルモータ４１へ出力する。これにより、可変操作部７０Ａが位置する角度に応じた周波数および打撃強度での振動板６０の打撃が開始され、振動板６０を頚部に押し付けている利用者の声道内に、振動の周波数とほぼ同じピッチで且つその打撃強度に応じたレベルの音が発生する。
【００５７】
以上説明した本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａは、可変操作部７０Ａの上下方向の移動を検出する素子である圧力センサ６７と左右方向の回動を検出する素子である回動センサとを、筐体２０内の後方のセンサボックス６４に集積させた構成をとっているため、筐体２０内の前方に大きな開口部を設ける必要が無い。よって、その開口部から筐体２０内に埃などの異物が入り込むといった不都合を解消できる。また、制御部８１は、圧力センサ６７から供給される電気信号に応じて、振動板６０の打撃強度を制御するようになっている。よって、利用者は、可変操作部７０Ａの左右方向の操作によって音のピッチを調節できるだけでなく、その上下方向の操作によって音のレベルをも調節することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々の変形実施が可能である。
【００５９】
上記第１および第２実施形態にかかる電気式人工喉頭１０，１０Ａは、磁気式発音体の１つであるボイスコイルモータ４１を搭載し、このボイスコイルモータ４１の軸４７による打撃を通じて振動板６０を振動させることによって、利用者の声道内に音を発生させている。これに対し、圧電式発音体、電子式発音体、または、それらを組み合わせた装置により音を発生させる、または音を送り込んでやるようにしてもよい。
【００６０】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、光学検出器の１つである光学センサ２７を搭載し、この光学センサ２７によって可変操作部７０の左右方向の回動の角度を検出している。これに対し、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器などの他の検出素子を光学センサ２７の代わりに搭載させてもよい。
【００６１】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、制御部８１のＲＯＭに可変操作部７０の左右方向の角度と周波数とを対応付けたテーブルを記憶させておき、角度を示す信号が供給される都度、このテーブルを参照することによってパルス信号の周波数を特定している。これに対し、そのようなテーブルを用いることなく、プログラム関数として予め準備した算出式を用いてパルス信号の周波数やパルス信号の幅を変えるようにしてもよい。かかる変形例としては、可変操作部７０の左右方向の角度を示す値と設定用半固定抵抗６１の値によりパルス信号の周波数とパルス幅が求まるような算出式のプログラム関数を予め準備しておき、角度を示す信号が光学センサ２７から入力される都度、その信号が示す値を算出式に入力してパルス信号の周波数とパルス幅を求める、といった態様がある。この態様により、最も低い周波数の値や周波数の調整範囲を好みに応じて柔軟に設定でき、また、ボイスコイルモーターに加えるパルスの幅を調整することで打撃強度を調整することも可能となる。
【００６２】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０の可変操作部７０は、横長の矩形状の板体の後端を半円型に丸めたような形状をなしており、第２実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａの可変操作部７０は板形状をなしていた。これに対し、可変操作部７０を、かかる平面を持つ板状ではなく、例えば、側面をも丸くした棒状の形状にしてもよい。要するに、一端が回動部材３０に対して上下方向に移動自在に連結され、その一端よりも前方の部位によって押しボタン２４を下方向に押し込めるようになってさえいれば、可変操作部７０の形状は任意に選択可能である。
【００６３】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０において、この回動部材３０の上面の後端と可変操作部７０の後端は、ヒンジ機構を介して連結されている。これに対し、他の機械的機構により両者を連結させてもよい。例えば、型に溶融樹脂を流し込み、回動部材３０と可変操作部７０の境界線の厚さが薄くなるように成形された部材を作製し、その境界線の部分を折り曲げることによって回動部材３０と可変操作部７０とを一体的に形成してもよい。
【００６４】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０の回動部材３０は、略円柱状をなしているが、球状や直方体状の他の形状を採用してもよい。要するに、可変操作部７０が筐体２０に対して回動し得るように両者を連結する部材であれば、その形状は問わない。また、回動部材３０とは異なり、回動しない軸を設け、可変操作部７０が軸を中心に回動するようにしてもよい。その場合、光学センサ２７は、連結軸２９の回動角度ではなく、可変操作部７０そのもの、あるいは可変操作部７０と連動する部材の回動角度を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電気式人工喉頭の左側面図である。
【図２】図１に示す電気式人工喉頭の上面図である。
【図３】図１に示す電気式人工喉頭の可変操作部の移動の様子を示す図である。
【図４】図１に示す電気式人工喉頭の可変操作部の回動の様子を示す図である。
【図５】図１に示す電気式人工喉頭の回路構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる電気式人工喉頭の左側面図である。
【図７】図６に示す可変操作部、センサボックス、および操作連動機構を上方から見た図である。
【図８】図６に示す可変操作部、センサボックス、および操作連動機構を左側方から見た図である。
【図９】図６に示す可変操作部、センサボックス、および操作連動機構を後方から見た図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…電気式人工喉頭、２０…筐体、４０…ボイスコイルモータホルダ、２１…検出素子収容室、２２…開口部、２３…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（第２の検出部およびスイッチング素子に相当）、２４…押しボタン、２５…シリンダ、２６…ケース、２６…操作子支持部、２７…光学センサ（第１の検出部に相当）、２８，７４…基台、２９，７３…連結軸、３０…回動部材（軸に相当）、７８…第１碗部、７９…第２碗部、４１…ボイスコイルモータ（音源部の一部に相当）、４２…マグネット、４３…ボビン、４４…コイル、４５…ヨーク、４６…円形ゴム、４７…軸、６０…振動板（音源部の一部に相当）、８０…電源、８１…制御部、８２…パルス信号出力部、９０…ゴム材、５９…設定用半固定抵抗収容室、６１…設定用半固定抵抗、６２…電源収容室、６３…回路・センサ収容室、６４…センサボックス、６５…操作連動機構、６６…中空部、６７…圧力センサ、６８…発光素子、６９…受光素子、７０…回動角センサ、７１…軸受け部材、７２…支持軸、７５…アーム部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式人工喉頭に関する。
【背景技術】
【０００２】
健常者は、自らの呼気が喉頭（声門）を経由する際に声帯を振動させることにより音を発生させ、その音の周波数成分を舌・顎や唇などの調音器官で変えることにより様々な発話を行っている。この声帯の振動により発生される音は、発話の基となる音であることから、「声門音源」などと呼ばれる。
【０００３】
これに対し、喉頭を摘出してしまった喉頭摘出者は、通常であれば自らの意思による発声は不可能であるが、調音器官さえ残存していれば、人工的に作り出した音源を声門音源の代わりに声道内で発生させ、または、声道内へ送り込んでやることにより、不完全ながらも発声ができるようになる。
【０００４】
このような声門音源の代わりとなる音を人工的に作り出す装置の一つに電気式人工喉頭がある。電気式人工喉頭は、声門音源の代わりとなる音を、機械的、または、電子機械的に生成し、その音を頚部の振動などを通じて声道内に導くことによって、喉頭摘出者自らによる発声を支援する。
【０００５】
ところで、健常者は、声帯の振動を通じて声門音源のピッチ（基本周波数）を変化させることにより、口から発する音声のアクセント・イントネーションを表現している。これに対し、従来の電気式人工喉頭は、人工的に作り出す音源のピッチが一定であり、喉頭摘出者が調音器官をいかように制御しようともアクセント・イントネーションを表現することができず、その結果として、不自然な声でしか発話できないという重大な問題がある。
【０００６】
このため、従来より、喉頭摘出者によるアクセント・イントネーションのコントロールされた発話を支援するための種々の仕組みが提案されてきた。そのような仕組みを開示した文献として、例えば、特許文献１〜３がある。
【０００７】
特許文献１に開示された電気式人工喉頭は、ピッチの変化を指示するスイッチを搭載し、そのスイッチがオンされると、音のピッチを所定のパターンに従って自動的に変化させるようになっている。特許文献２に開示された電気式人工喉頭は、小指に装着される指サック型の圧力スイッチを有し、その圧力スイッチが検出した値に応じて音のピッチを変化させるようになっている。特許文献３に開示された電気式人工喉頭は、喉頭摘出者の気管孔から吐き出される呼気の圧力を検出するためのセンサを搭載し、そのセンサの検出値に応じて音のピッチを変化させるようになっている。
【特許文献１】特開平０８−２６５８９１号
【特許文献２】国際公開ＷＯ９９／０１２５０１号
【特許文献３】特開平０７−４３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された仕組みの場合、限られたパターンに従ったピッチの変化しかできないため、実用に耐え得るものとは到底言い難い。特許文献２に開示された仕組みの場合、特許文献１に比べればピッチの変化のバリエーションは多いものの、発話の開始時と終了時は常に決まったピッチとなってしまうため、発声の自由度が依然として限定されたものとなる。特許文献３に開示された仕組みの場合、発話の開始時および終了時に気管孔から吐き出す呼気の圧力を調整することによりアクセント・イントネーションをコントロールすることは可能ではあるものの、そのような調整を円滑に行えるためには相当の訓練が必要であり、習得に多くの時間を要するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、特別の訓練を要しない簡易な操作により、アクセント・イントネーションのコントロールされた発話を実現するとともに、歌も歌えるような電気式人工喉頭を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の好適な態様である電気式人工喉頭は、筐体と、上記筐体に連結された軸と、上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、上記回動の角度を検出する第１の検出部と、上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、上記第２の検出部が検出した角度が閾値を超えている間、指定された周波数の音を発生する音源部と、上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変える制御部とを備える。
【００１１】
この態様において、前記操作子は、前記異なる方向へ移動し得るようにその一端が前記軸に連結され、前記第２の検出部は、前記操作子の他端により押され、その押された量を基に前記移動する角度を検出するための素子であってもよい。
【００１２】
また、前記素子は、光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせであってもよい。
【００１３】
本発明の別の好適な態様である電気式人工喉頭は、筐体と、上記筐体に連結された軸と、上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、上記回動の角度を検出する第１の検出部と、上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、指定された周波数および強度レベルの音を発生する音源部と、上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変えるとともに、上記第２の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の強度レベルを変える検出制御部とを備える。
【００１４】
これらの態様において、前記音源部は、磁気式発音体、圧電式発音体、電子式発音体のいずれか、または、それらの組み合わせであってもよい。
【００１５】
また、前記第１の検出部は、光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、特別の訓練を要しない簡易な操作により、イントネーションのコントロールされた発話を実現するとともに歌も歌うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。本実施形態にかかる電気式人工喉頭は、利用者（喉頭摘出者）の口から発せられる各種発話の素材となる音を、その声道内で人工的に発生させる。その結果、調音器官を通じてその音の周波数成分を変更して得られたものが、アクセント・イントネーションを付与された言語音声として利用者の口から発せられる。また、ピッチを適切に制御することによって歌も歌うことができる。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０の外観を示す一例の側面図であり、図２は、その上面図である。なお、図１の鎖線内は、図２のＡ−Ａ線で切った際の断面構造を示すものである。以降の説明において、図１および図２の左から右に向かう方向を前後方向、図１の上から下に向かう方向を上下方向とする。
【００１９】
両図に示すように、電気式人工喉頭１０は、筐体２０の前方にテーパー形状のボイスコイルモータホルダ４０を連結させ、ボイスコイルモータホルダ４０内部のボイスコイルモータ４１により駆動される振動板６０を、その最前方から露出させた形状を有する。このボイスコイルモータ４１と振動板６０とが、請求項の「音源部」に相当する。
【００２０】
筐体２０は、利用者の掌に収まるサイズの略円筒形状をなしている。この筐体２０には、電源その他の回路素子が内蔵される。さらに、筐体２０の内部上側には、各種検出素子を収容するための検出素子収容室２１が形成されている。検出素子収容室２１は、略直方体状の空間であり、その天井面の前方に、矩形状の開口部２２が形成されている。図２に示すように、この開口部２２の長手方向は、筐体２０の周方向と概ね一致する。
【００２１】
次に、この検出素子収容室２１の内部に備え付けられる検出素子、および操作子について詳述する。検出素子収容室２１の底面の前方には、操作子の上下方向の操作を検出する部材であるＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３（請求項の「第２の検出部」に相当）が備え付けられている。このＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３は、上から、押しボタン２４、シリンダ２５、ケース２６の順に構成され、押しボタン２４の裏面に連接したシリンダ２５を、ケース２６の上面に設けた孔からその内部に一部挿入した構造を有する。
【００２２】
図２に示すように、押しボタン２４の表面は、検出素子収容室２１の開口部２２よりもやや狭い矩形状をなしている。ケース２６の内部（図示せず）には、シリンダ２５を上方に付勢するスプリングや固定接点が設けられ、さらに、シリンダ２５の下方の所定位置には橋絡片が設けられている。そして、橋絡片と固定接点とが接触すると、ＯＮ状態であることを示す電気信号が出力されるようになっている。また、シリンダ２５には、その復帰位置を決定づける係止片（図示せず）が凸設されている。この係止片とケース２６の孔の淵とが係合することにより、復帰位置よりも上方への押しボタン２４の変位が規制される。
【００２３】
検出素子収容室２１の底面の後方には、操作子支持部２６と、操作子の左右方向の操作を検出する部材である光学センサ２７（請求項の「第１の検出部」に相当）が、検出素子収容室２１の左右両端辺からの距離がほぼ等しくなる位置に並んで設けられている。操作子支持部２６は、基台２８と、連結軸２９を介してその基台２８に回動自在に連結された回動部材３０（請求項の「軸」に相当）とを有する。基台２８は、光学センサ２７よりも後方の位置に固定された略直方体の部材である。光学センサ２７は、連結軸２９の回動角度を検出し、検出した回動角度に基づく電気信号を出力する。
【００２４】
連結軸２９の上端は、略円柱状をなす部材である回動部材３０の下面のほぼ中央に固定されている。また、図１に示すように、回動部材３０の上面は、筐体２０に設けられた孔を介して外部に露出されている。さらに、この回動部材３０の上面の後端には、可変操作部７０の後端がヒンジ機構（図示せず）を介して連結されている。可変操作部７０は、板体の後端を半円型に丸めたような形状をなしており、回動部材３０との連結部位を支点として上下方向に弾性的に移動し得るようになっている。
【００２５】
図３は、電気式人工喉頭１０の可変操作部７０の移動の様子を示す図である。また、図４は、電気式人工喉頭１０の可変操作部７０の回動の様子を示す図である。
【００２６】
この可変操作部７０の下面の前端付近には、検出素子収容室２１の開口部２２と対向するように第１碗部７８が設けられている。よって、図３に示すように、可変操作部７０を下方向へ移動させると、その第１碗部７８の下端がＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４の上面に接触し、押しボタン２４に下方向の力が加わる。可変操作部７０をさらに下方に移動させると、ケース２６内のスプリングの上方への付勢力に抗って、押しボタン２４が下方向に押し下げられる。ケース２６内の固定接点と橋絡片とが接触する位置まで押しボタン２４が押し下げられると、ＯＮ状態であることを示す電気信号が出力される。
【００２７】
図１および図２において、可変操作部７０の上面の後端付近には、回動部材３０と周長をほぼ同じくする第２碗部７９が設けられている。上述したように、可変操作部７０の後端は回動部材３０の上面の後端とヒンジ機構を介して連結されており、回動部材３０は連結軸２９を介して基台２８へ回動自在に連結されている。よって、図４に示すように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４をＯＮ状態の位置まで押し下げると共に、連結軸２９を支点として可変操作部７０を左右方向に回動させることが可能である。なお、可変操作部７０の回動の範囲は、開口部２２の左右の淵と第１碗部７８との接触により規制される。そして、その回動の角度は光学センサ２７により検出され、電気信号として出力される。
【００２８】
次に、ボイスコイルモータホルダ４０内部のボイスコイルモータ４１とそれにより駆動される振動板６０について詳述する。図１に示すように、ボイスコイルモータ４１は、両端がＮ極とＳ極にそれぞれ着磁された円柱形のマグネット４２、そのマグネット４２を前方および側方から包囲する円筒形のボビン４３、ボビン４３の外周に巻き回されたコイル４４、およびそれらを後方ならびに側方から包囲するヨーク４５を有する。このヨーク４５は前方が開口しており、その開口する部位を塞ぐように円形ゴム４６が張り渡されている。そして、円形ゴム４６の中央には、軸４７が前後方向に貫かれ、固定されている。軸４７の一端は、ボビン４３に固定されている。振動板６０は、幅の薄い円柱状をなしており、ウレタン系の樹脂により形成されているが、金属や木材により形成されてもよい。この振動板６０は、ゴム材９０を介してボイスコイルモータホルダ４０の前方の縁の内側に固定されている。
【００２９】
このボイスコイルモータ４１による振動板６０の駆動は、フレミングの法則を利用してなされる。つまり、コイル４４にパルス信号が供給されると、ヨーク４５内をスライドするボビン４３により前方へ押し出された軸４７の他端が振動板６０を打撃し、また離れるという動作を繰り返す。この結果、振動板６０が振動する。そして、コイル４４への電流の供給が止まると、円形ゴム４６の復元力の作用を受けて軸４７が後退する。ボイスコイルモータ４１の振動板６０を利用者の頚部に押し付けた状態でそのコイル４４に電流が供給された場合、振動板６０の振動は、利用者の頚部からその声道内に伝わり、声道内にて音が発生する。利用者は、舌・顎や唇などの調音器官によってその音の周波数成分を変えることにより、所望の発話を実現することができる。
【００３０】
図５は、電気式人工喉頭１０の回路構成を示すブロック図である。本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３、光学センサ２７、ボイスコイルモータ４１のほか、電源８０、制御部８１、パルス信号出力部８２を有する。電源８０、制御部８１、およびパルス信号出力部８２は、筐体２０に内蔵される。
【００３１】
電源８０は、例えば、電池であり、制御部８１などへ電流を供給する。制御部８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを有し、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３および光学センサ２７から供給される電気信号を基に可変操作部７０の状態を特定し、その状態に応じてパルス信号出力部８２の動作を制御する。パルス信号出力部８２は、制御部８１による制御の下、ボイスコイルモータ４１へその駆動を特定するためのパルス信号を出力する。
【００３２】
図５の丸枠内には、パルス信号出力部８２からボイスコイルモータ４１へ出力されるパルス信号の波形の一例が記してある。この波形のＴ１により指し示される波形の立ち上がりの間隔（周期）は、ボイスコイルモータ４１の軸４７が振動板６０を打撃する時間間隔と対応する。よって、この間隔が狭いほど、振動板６０の振動の周波数が高くなり、声道内にて発生する音のピッチ（基本周波数）も高くなる。反対に、この間隔が広いほど、声道内にて発生する音のピッチは低くなる。また、この波形のＴ２により指し示される、波形がハイレベルになっている時間、つまり、デューティー比は、ボイスコイルモータ４１の軸４７が振動板６０を打撃する強さと対応する。よって、このデューティー比が大きいほど、声道内にて発生する音のレベルが大きくなる一方で、このデューティー比が小さいほど、そのレベルが小さくなる。
【００３３】
次に、制御部８１の処理について、詳述する。制御部８１には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３および光学センサ２７から電気信号が供給される。可変操作部７０の下方向への移動により、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４がオン状態の位置まで押し下げられる。すると、ＯＮ状態であることを示す電気信号がＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３から供給され、制御部８１は、光学センサ２７から供給される電気信号が示す角度と対応する周波数を特定する。
【００３４】
この周波数の特定は、制御部８１のＲＯＭに可変操作部７０の左右方向の角度と周波数とを対応付けたテーブルを記憶させておき、角度を示す信号が供給される都度、このテーブルを参照するようにして行う。ＲＯＭに記憶させるテーブルは、第１碗部７８が開口部２２の右の淵と接触する位置まで可変操作部７０を回動させたときに周波数が最低になり、第１碗部７８が開口部２２の左の淵と接触する位置まで可変操作部７０を回動させたときに周波数が最高になるような内容にすると、より好ましい。また、第１碗部７８が開口部２２の右の淵と接触するまで可変操作部７０を回動させたときに周波数が最低になるかそれとも最高になるかを、利用者の好みに応じて設定できるようにしてもよい。
【００３５】
周波数を特定した制御部８１は、その周波数での振動板６０の打撃を指示する制御信号をパルス信号出力部８２へ供給する。すると、パルス信号出力部８２は、その制御信号に応じた立ち上がりの間隔（周期）のパルス信号をボイスコイルモータ４１へ出力する。これにより、可変操作部７０が位置する角度に応じた周波数での振動板６０の打撃が開始され、振動板６０を頚部に押し付けている利用者の声道内にその周波数とほぼ同じピッチの音が発生する。なお、本実施形態の場合、パルス信号出力部８２からボイスコイルモータ４１へ供給されるパルス信号のデューティー比は一定であり、声道内に発生する音のレベルも一定となる。
【００３６】
さらに、ＯＮ状態であることを示す電気信号がＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３から供給されている間に光学センサ２７から新たな電気信号が制御部８１に供給されると、制御部８１は、パルス信号出力部８２から出力するパルス信号の波形をその新たな制御信号が示す角度に応じて切り替える。これにより、振動板６０は、その角度に応じた周波数に基づいた打撃を継続し、声道内にて発生する音のピッチが高く、または低く変化する。
【００３７】
以上説明した本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、略板状の操作子である可変操作部７０の上下方向の移動を検出するＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３と、その左右方向の回動を検出する光学センサ２７とを搭載する。そして、可変操作部７０の下方向への移動によってＯＮ／ＯＦＦスイッチ２３の押しボタン２４がＯＮ状態の位置まで押し下げられると、その左右方向の回動の角度に応じた周波数で振動板６０が打撃され、利用者の声道内に音を発生させることができる。
【００３８】
よって、利用者は、電気式人工喉頭１０の筐体２０を掌に包むように握ってその振動板６０を自らの頚部に押し付け、親指を可変操作部７０の表面に押し当てて動かすことにより、音の発生の有無とそのピッチの高さを同時に操作することができる。また、可変操作部７０の左右方向の回動の角度を決めてから押しボタン２４がＯＮ状態の位置に至るまで押し下げることにより、任意のピッチで音の発生を開始させることができる。さらに、声道内で音を発生させている最中に可変操作部７０を左右方向に回動させることにより、音のピッチを高く、または低く変化させることができ、変化後のピッチで音の発生を終了させることもできる。このような操作方法であれば、片手の親指を上下左右に動かすだけで、音の発生の有無とそのピッチの調整とを同時に行うことができ、その習得にも多大な訓練などを必要としない。さらに、アクセントやイントネーションをつけて発話することや歌を歌うことも容易に行うことができるようになる。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、可変操作部７０の上下方向の移動を検出する素子であるＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６とその左右方向の回動を検出する素子である光学センサ２７とを筐体２０の検出素子収容室２１の前方と後方に離して配置し、また、その天井面の前方に開口部２２を設けてある。そして、下方に移動する可変操作部７０Ａの第１碗部７８は、その開口部２２を介してＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６の押しボタン２４に接触してそれを押し下げるようになっている。これに対し、本実施形態にかかる電気式人工喉頭は、可変操作部の上下方向の移動を検出する素子と左右方向の回動を検出する素子を筐体内の後方に集積させた構成を有している。
【００４１】
図６は、本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａの外観の一例を示す左側面図であり、その鎖線内には、断面構造を示す。図６の左から右に向かう方向を前後方向、上から下に向かう方向を上下方向とする。
【００４２】
図６に示すように、本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａも、筐体２０の前面にテーパー形状のボイスコイルモータホルダ４０を連結させ、ボイスコイルモータホルダ４０のボイスコイルモータ４１により駆動される振動板６０を、その最前方から露出させた形状を有する。振動板６０、およびその振動板６０を駆動するボイスコイルモータ４１の構成は第１実施形態と同様であり、再度の説明を割愛する。
【００４３】
本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａの筐体２０内は、仕切り板によって、設定用半固定抵抗収容室５９、電源収容室６２、回路・センサ収容室６３に区分けされている。設定用半固定抵抗収容室５９には、設定用半固定抵抗６１が収容される。また、電源収容室６２には、電源となる電池８０Ａが収容される。
【００４４】
回路・センサ収容室６３の前方には、制御部８１、およびパルス信号出力部８２が収容されている。また、回路・センサ収容室６３の後方には、センサボックス６４が設けられている。このセンサボックス６４は、操作連動機構６５に支持され、回路・センサ収容室６３の天井面の後方に吊り下げられている。
【００４５】
図７は、可変操作部７０Ａ、センサボックス６４、および操作連動機構６５を上方から見た図である。なお、説明の便宜上、可変操作部７０Ａの外延を鎖線により示してある。また、図８は、可変操作部７０Ａ、センサボックス６４、および操作連動機構６５を左側方から見た図である。図９は、可変操作部７０Ａ、センサボックス６４、および操作連動機構６５を後方から見た図である。
【００４６】
可変操作部７０Ａは、平板状の部材である。センサボックス６４は、内部に中空部６６を設けた略直方体状の部材であり、中空部６６には、圧力センサ６７、および発光素子６８と受光素子６９とからなる回動角センサ７０が設けられている。
【００４７】
操作連動機構６５は、可変操作部７０Ａの操作に応じてセンサボックス６４が前後および左右へ傾くように両者を連動させるための機構であり、軸受け部材７１、支持軸７２、および連結軸７３を有する。軸受け部材７１は、回路・センサ収容室６３の天井面の後方を矩形状に開口させた開口部よりもやや小さな外延を有する略直方体状の部材である。軸受け部材７１には、その上面と下面とを垂直方向に貫く縦孔が設けられている。さらに、縦孔の後側には、左側側面のやや下方の位置と右側側面のやや下方の位置の間を水平方向に貫く横孔が設けられている。
【００４８】
軸受け部材７１は、開口部に嵌め込まれた状態で、その横孔に挿入された支持軸７２の左右の両端が開口部の左右の両壁へそれぞれ固定されることによって、支持されている。このため、軸受け部材７１は、支持軸７２を支点として上下方向に傾動することができる。
【００４９】
軸受け部材７１の縦孔には、連結軸７３が挿入されている。その連結軸７３の下端は、センサボックス６４の上面後方を貫いてその中空部６６の基底にある基台７４の穴（図示せず）に軸着される一方、連結軸７３の上端は、可変操作部７０Ａの下面の後方に固定されている。
【００５０】
また、センサボックス６４の中空部６６に挿入された連結軸７３の下端よりもやや上方には、前方に向かって延伸するアーム部材７５が固定されている。よって、連結軸７３を介して連結された可変操作部７０Ａおよびアーム部材７５は、その連結軸７３を支点として左右方向に回動することができる。
【００５１】
アーム部材７５の先端には発光素子６８が設けられている。また、中空部６６の左側壁には、発光素子６８と対をなす受光素子６９が設けられている。この受光素子６９は発光素子６８とともに回動角センサ７０を構成している。アーム部材７５が右方向に回動し、その先端の発光素子６８が受光素子６９から遠ざかると、受光素子６９へ到達する光の光量が小さくなる。一方、アーム部材７５が左方向に回動し、その先端の発光素子６８が受光素子６９へ近づくと、受光素子６９へ到達する光の光量が大きくなる。受光素子６９は、自らへ到達した光の受光量を検出し、左右方向の回動の角度を示す電気信号として出力する。
【００５２】
センサボックス６４の中空部６６の後面には、圧力センサ６７が設けられている。上述したように、軸受け部材７１は、支持軸７２を支点として傾動することができる。また、センサボックス６４と可変操作部７０Ａは、この軸受け部材７１の縦孔に挿入された連結軸７３によって連結される。
【００５３】
そして、設定用半固定抵抗収容室５９と回路・センサ収容室６３とを区分けする仕切り板７６とセンサボックス６４の後面との間には隙間が確保されている。よって、可変操作部７０Ａの下方向への移動により、センサボックス６４は、後方に傾いて仕切り板７６と接する。圧力センサ６７は、センサボックス６４の後面が仕切り板７６へ接する圧力を検出し、上下方向の移動の角度を示す電気信号として出力する。
【００５４】
次に、本実施形態における制御部８１の処理について、詳述する。制御部８１には、左右方向の回動の角度を示す電気信号が回動角センサ７０から供給され、また、上下方向の移動の角度を示す電気信号が圧力センサ６７から供給される。制御部８１は、回動角センサ７０から供給される電気信号が示す角度と対応する周波数を特定するとともに、圧力センサ６７から供給される電気信号が示す角度と対応する打撃強度を特定する。
【００５５】
この周波数の特定は、第１実施形態と同様にテーブルを参照して行う。また、打撃強度の特定も同様に、制御部８１のＲＯＭに可変操作部７０Ａの上下方向の角度と打撃強度とを対応付けたテーブルを記憶させておき、角度を示す信号が圧力センサ６７から供給される都度、このテーブルを参照するようにして行う。
【００５６】
周波数および打撃強度を特定した制御部８１は、その周波数および打撃強度での振動板６０の打撃を指示する制御信号をパルス信号出力部８２へ供給する。すると、パルス信号出力部８２は、その制御信号に応じた立ち上がりの間隔（周期）およびデューディー比のパルス信号をボイスコイルモータ４１へ出力する。これにより、可変操作部７０Ａが位置する角度に応じた周波数および打撃強度での振動板６０の打撃が開始され、振動板６０を頚部に押し付けている利用者の声道内に、振動の周波数とほぼ同じピッチで且つその打撃強度に応じたレベルの音が発生する。
【００５７】
以上説明した本実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａは、可変操作部７０Ａの上下方向の移動を検出する素子である圧力センサ６７と左右方向の回動を検出する素子である回動センサとを、筐体２０内の後方のセンサボックス６４に集積させた構成をとっているため、筐体２０内の前方に大きな開口部を設ける必要が無い。よって、その開口部から筐体２０内に埃などの異物が入り込むといった不都合を解消できる。また、制御部８１は、圧力センサ６７から供給される電気信号に応じて、振動板６０の打撃強度を制御するようになっている。よって、利用者は、可変操作部７０Ａの左右方向の操作によって音のピッチを調節できるだけでなく、その上下方向の操作によって音のレベルをも調節することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々の変形実施が可能である。
【００５９】
上記第１および第２実施形態にかかる電気式人工喉頭１０，１０Ａは、磁気式発音体の１つであるボイスコイルモータ４１を搭載し、このボイスコイルモータ４１の軸４７による打撃を通じて振動板６０を振動させることによって、利用者の声道内に音を発生させている。これに対し、圧電式発音体、電子式発音体、または、それらを組み合わせた装置により音を発生させる、または音を送り込んでやるようにしてもよい。
【００６０】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、光学検出器の１つである光学センサ２７を搭載し、この光学センサ２７によって可変操作部７０の左右方向の回動の角度を検出している。これに対し、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器などの他の検出素子を光学センサ２７の代わりに搭載させてもよい。
【００６１】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０は、制御部８１のＲＯＭに可変操作部７０の左右方向の角度と周波数とを対応付けたテーブルを記憶させておき、角度を示す信号が供給される都度、このテーブルを参照することによってパルス信号の周波数を特定している。これに対し、そのようなテーブルを用いることなく、プログラム関数として予め準備した算出式を用いてパルス信号の周波数やパルス信号の幅を変えるようにしてもよい。かかる変形例としては、可変操作部７０の左右方向の角度を示す値と設定用半固定抵抗６１の値によりパルス信号の周波数とパルス幅が求まるような算出式のプログラム関数を予め準備しておき、角度を示す信号が光学センサ２７から入力される都度、その信号が示す値を算出式に入力してパルス信号の周波数とパルス幅を求める、といった態様がある。この態様により、最も低い周波数の値や周波数の調整範囲を好みに応じて柔軟に設定でき、また、ボイスコイルモーターに加えるパルスの幅を調整することで打撃強度を調整することも可能となる。
【００６２】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０の可変操作部７０は、横長の矩形状の板体の後端を半円型に丸めたような形状をなしており、第２実施形態にかかる電気式人工喉頭１０Ａの可変操作部７０は板形状をなしていた。これに対し、可変操作部７０を、かかる平面を持つ板状ではなく、例えば、側面をも丸くした棒状の形状にしてもよい。要するに、一端が回動部材３０に対して上下方向に移動自在に連結され、その一端よりも前方の部位によって押しボタン２４を下方向に押し込めるようになってさえいれば、可変操作部７０の形状は任意に選択可能である。
【００６３】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０において、この回動部材３０の上面の後端と可変操作部７０の後端は、ヒンジ機構を介して連結されている。これに対し、他の機械的機構により両者を連結させてもよい。例えば、型に溶融樹脂を流し込み、回動部材３０と可変操作部７０の境界線の厚さが薄くなるように成形された部材を作製し、その境界線の部分を折り曲げることによって回動部材３０と可変操作部７０とを一体的に形成してもよい。
【００６４】
上記第１実施形態にかかる電気式人工喉頭１０の回動部材３０は、略円柱状をなしているが、球状や直方体状の他の形状を採用してもよい。要するに、可変操作部７０が筐体２０に対して回動し得るように両者を連結する部材であれば、その形状は問わない。また、回動部材３０とは異なり、回動しない軸を設け、可変操作部７０が軸を中心に回動するようにしてもよい。その場合、光学センサ２７は、連結軸２９の回動角度ではなく、可変操作部７０そのもの、あるいは可変操作部７０と連動する部材の回動角度を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる電気式人工喉頭の左側面図である。
【図２】図１に示す電気式人工喉頭の上面図である。
【図３】図１に示す電気式人工喉頭の可変操作部の移動の様子を示す図である。
【図４】図１に示す電気式人工喉頭の可変操作部の回動の様子を示す図である。
【図５】図１に示す電気式人工喉頭の回路構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる電気式人工喉頭の左側面図である。
【図７】図６に示す可変操作部、センサボックス、および操作連動機構を上方から見た図である。
【図８】図６に示す可変操作部、センサボックス、および操作連動機構を左側方から見た図である。
【図９】図６に示す可変操作部、センサボックス、および操作連動機構を後方から見た図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…電気式人工喉頭、２０…筐体、４０…ボイスコイルモータホルダ、２１…検出素子収容室、２２…開口部、２３…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ（第２の検出部およびスイッチング素子に相当）、２４…押しボタン、２５…シリンダ、２６…ケース、２６…操作子支持部、２７…光学センサ（第１の検出部に相当）、２８，７４…基台、２９，７３…連結軸、３０…回動部材（軸に相当）、７８…第１碗部、７９…第２碗部、４１…ボイスコイルモータ（音源部の一部に相当）、４２…マグネット、４３…ボビン、４４…コイル、４５…ヨーク、４６…円形ゴム、４７…軸、６０…振動板（音源部の一部に相当）、８０…電源、８１…制御部、８２…パルス信号出力部、９０…ゴム材、５９…設定用半固定抵抗収容室、６１…設定用半固定抵抗、６２…電源収容室、６３…回路・センサ収容室、６４…センサボックス、６５…操作連動機構、６６…中空部、６７…圧力センサ、６８…発光素子、６９…受光素子、７０…回動角センサ、７１…軸受け部材、７２…支持軸、７５…アーム部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
上記筐体に連結された軸と、
上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、
上記回動の角度を検出する第１の検出部と、
上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、
上記第２の検出部が検出した角度が閾値を超えている間、指定された周波数の音を発生する音源部と、
上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変える制御部と、
を備えたことを特徴とする電気式人工喉頭。
【請求項２】
前記操作子は、
前記異なる方向へ移動し得るようにその一端が前記軸に連結され、
前記第２の検出部は、
前記操作子の他端により押され、その押された量を基に前記移動する角度を検出するための素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の電気式人工喉頭。
【請求項３】
前記素子は、
光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気式人工喉頭。
【請求項４】
筐体と、
上記筐体に連結された軸と、
上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、
上記回動の角度を検出する第１の検出部と、
上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、
指定された周波数および強度レベルの音を発生する音源部と、
上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変えるとともに、上記第２の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の強度レベルを変える制御部と、
を備えたことを特徴とする電気式人工喉頭。
【請求項５】
前記音源部は、
磁気式発音体、圧電式発音体、電子式発音体のいずれか、または、それらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気式人工喉頭。
【請求項６】
前記第１の検出部は、
光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気式人工喉頭。
【請求項１】
筐体と、
上記筐体に連結された軸と、
上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、
上記回動の角度を検出する第１の検出部と、
上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、
上記第２の検出部が検出した角度が閾値を超えている間、指定された周波数の音を発生する音源部と、
上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変える制御部と、
を備えたことを特徴とする電気式人工喉頭。
【請求項２】
前記操作子は、
前記異なる方向へ移動し得るようにその一端が前記軸に連結され、
前記第２の検出部は、
前記操作子の他端により押され、その押された量を基に前記移動する角度を検出するための素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の電気式人工喉頭。
【請求項３】
前記素子は、
光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気式人工喉頭。
【請求項４】
筐体と、
上記筐体に連結された軸と、
上記軸に連結され、上記軸を中心に回動自在であり、かつ、その回動方向と異なる方向へ移動可能な操作子と、
上記回動の角度を検出する第１の検出部と、
上記操作子が移動する角度を検出する第２の検出部と、
指定された周波数および強度レベルの音を発生する音源部と、
上記第１の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の周波数を変えるとともに、上記第２の検出部が検出した角度に応じて上記音源部が発生する音の強度レベルを変える制御部と、
を備えたことを特徴とする電気式人工喉頭。
【請求項５】
前記音源部は、
磁気式発音体、圧電式発音体、電子式発音体のいずれか、または、それらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気式人工喉頭。
【請求項６】
前記第１の検出部は、
光学検出器、電気抵抗検出器、磁気検出器、圧力検出器、電位検出器のいずれか、または、それらの組み合わせである、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気式人工喉頭。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１９９１９１（Ｐ２００８−１９９１９１Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０６０１（Ｐ２００７−３０６０１）
【出願日】平成１９年２月９日（２００７．２．９）
【出願人】（３９１０２６１０６）株式会社電制 (12)
【出願人】（３９７０３１４９６）
【出願人】（５０７０４５９９３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月９日（２００７．２．９）
【出願人】（３９１０２６１０６）株式会社電制 (12)
【出願人】（３９７０３１４９６）
【出願人】（５０７０４５９９３）
【Ｆターム（参考）】
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