(57)【要約】【課題】測定対象からセンサ部分が外れた場合においても、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】本発明は、測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、測定対象に接触させる接触面を有し、測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は所定面積より大きく、該接触面には直接又は電極を介して圧電素子の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、伝達部材と接触した測定対象から圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、電極を介して取得する、センサ装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面の裏面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、センサ装置。
【請求項２】
前記伝達部材は、周波数１Ｈｚ及び温度０〜５０度における引張モードでの動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．２以下である、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記伝達部材は、ＰＥＴシート、アクリルシート、又はＰＥＮフィルムである、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記伝達部材と前記測定対象とを密着させるため密着部材を更に備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記測定対象は、ヒトの血管である、請求項１から４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、センサ装置。
【請求項７】
脈拍測定装置であって、
請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサ装置と、該センサ装置を保持する保持部と、前記測定対象を取り巻くように装着するための装着部材とを備え、該保持部は装着部材に取り付けられる、脈拍測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ等に関するものであり、特に圧力変動に起因する電圧信号を取得するための圧力センサ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来生体の脈拍などの微弱な圧力変動を測定する方法としては、光学式のセンサや超音波式のセンサ、高分子圧電フィルムを用いた圧電式のセンサにより測定する方法がある。高分子圧電フィルムは薄く作成することができ、可撓性を有するため、腕時計型などのウエアラブルデバイスへの応用が考えられてきた。
【０００３】
例えば特許文献１には、楕球状又は半楕球状の伝達部材を介して高分子圧電フィルムで脈拍を測定する脈拍センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−１６５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の脈拍センサは、伝達部材又はその下部に設けられているゴムシートが脈から外れた場合、正確に脈拍を測定できないという問題があった。そこで、微弱な圧力変動を発生する脈などの測定対象からセンサ部分が外れた場合でも、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定することが望まれている。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、測定対象からセンサ部分が外れた場合においても、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定可能なセンサ装置等を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一態様としてのセンサ装置は、
測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面の裏面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明において好ましくは、前記伝達部材は、周波数１Ｈｚ及び温度０〜５０度における引張モードでの動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．２以下である。
【０００９】
また、本発明において好ましくは、前記伝達部材は、ＰＥＴシート、アクリルシート、又はＰＥＮフィルムである。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記伝達部材と前記測定対象とを密着させるため密着部材を更に備える。
【００１１】
また、本発明において好ましくは、前記測定対象は、ヒトの血管である。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様としてのセンサ装置は、
測定対象の圧力変動に起因する信号を取得するセンサ装置であって、
所定面積を有するシート状の高分子圧電素子及び該圧電素子の両面に各々取り付けられたシート状の電極を含むセンサ部と、
前記測定対象に接触させる接触面を有し、前記測定対象の圧力変動を伝達可能な伝達部材であって、該接触面の面積は前記所定面積より大きく、該接触面には前記センサ部の一方の面が取り付けられる、伝達部材と、を備え、
前記伝達部材と接触した前記測定対象から前記圧電素子へ該伝達部材を介して伝達された圧力変動により該圧電素子が発生する電圧信号を、前記電極を介して取得する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての脈拍測定装置は、上記のセンサ装置と、該センサ装置を保持する保持部と、前記測定対象を取り巻くように装着するための装着部材とを備え、該保持部は装着部材に取り付けられる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定対象からセンサ部分が外れた場合においても、より精度よく測定対象が発生する微弱な圧力変動を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の脈拍測定装置の概要図である。
【図２】本発明の一実施形態のセンサ装置の構成を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態のセンサ装置におけるセンサ部の断面図である。
【図４】高分子圧電素子の下部に測定対象が位置しない場合のセンサ部周辺の構成を説明する図である。
【図５】本発明の他の一実施形態のセンサ装置の構成を説明する図である。
【図６】実施例１における圧縮試験機で圧力を加える位置と、伝達部材及び高分子圧電素子の配置とを示す図である。
【図７】実施例１における圧力試験機の圧子、高分子圧電素子、及び試料の位置関係を示す図である。
【図８ａ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図８ｂ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図８ｃ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図８ｄ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図９ａ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図９ｂ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図９ｃ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図９ｄ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１０ａ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１０ｂ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１０ｃ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１０ｄ】実施例１において、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１１ａ】実施例１において、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１１ｂ】実施例１において、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１１ｃ】実施例１において、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１１ｄ】実施例１において、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ａ】実施例２において、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｂ】実施例２において、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｃ】実施例２において、試料として厚さ３ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｄ】実施例２において、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｅ】実施例２において、試料として厚さ０．３ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｆ】実施例２において、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｇ】実施例２において、試料として厚さ２ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。
【図１２ｈ】実施例２において、試料を用いなかったときに取得された電圧信号の波形である。
【図１３ａ】実施例３において、試料としてＰＥＴシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。
【図１３ｂ】実施例３において、試料としてアクリルシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。
【図１３ｃ】実施例３において、試料として合成ゴムシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。
【図１３ｄ】実施例３において、試料としてＰＥＮシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。
【図１３ｅ】実施例３において、図１３ａ〜図１３ｄで示す４つの損失正接を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。各図において同一の符号は、特に言及が無い限り同一又は相当部分を示すものとし、説明の便宜上、部材又は部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。また説明の便宜上、上下左右などの方向を用いて説明する場合があるが、特に言及が無い限り、位置関係の上下左右などを限定するものではなく、その逆の位置関係もありうる。また説明の便宜上、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成についての重複説明を省略する場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の脈拍測定装置１の概要図である。脈拍測定装置１は、センサ装置１０と、センサ装置１０を保持する保持部２と、測定対象３０を取り巻くように装着するための装着部材４と、を備える。保持部２は、装着部材４に固定して取り付けられる。本実施形態では、測定対象３０は、ヒトの手首の血管であり、装着部材４は、手首を取り巻いて装着できるように構成される。センサ装置１０において圧力変動を検出するセンサ部は、手首の表面に取り付けられ、手首の血管から圧力変動を検出する。本実施形態では、手首の表面がセンサ部の取付面３１である。測定対象３０は、手首の血管であるが、手首の表面における血管を示すことができる。脈拍測定装置１は、血管の圧力変動に起因する信号を取得することにより、当該血管の脈拍に関するデータを取得することができる。
【００１８】
ただし、測定対象３０は、ヒトの他の部分の血管でもよい。また測定対象３０は、脈拍程度の大きさの圧力変動を発生させる物又は生体であり、圧力変動に起因する信号を取得する対象であれば、ヒトの血管に限定されない。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態のセンサ装置１０の構成を説明する図である。センサ装置１０は、圧力変動を検出可能なセンサ部と、測定対象３０の圧力変動を伝達可能な伝達部材１６と、を備える。センサ部は、所定面積Ｓ１を有するシート状の高分子圧電素子１２と、高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４と、を含む。所定面積Ｓ１は、シート状の高分子圧電素子１２の面方向の面積である。
【００２０】
高分子圧電素子１２は、高分子材料から生成されたシート状の圧電素子である。高分子圧電素子１２には、例えばＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）が用いられる。電極１４は、２つのシート状の電極１４ａ、１４ｂからなる。電極１４には、例えば導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)）：ＰＳＳ（polystyrene sulfonate）が用いられる。２つの電極１４ａ、１４ｂは、各々配線２２に接続される。
【００２１】
伝達部材１６は、厚さｄ１の幅を有し、測定対象３０に接触させる接触面を片面（下面）に有する。より詳細には、接触面は、測定対象３０を含む取付面３１と接触する。伝達部材１６は、接触した測定対象３０による圧力変動を伝達可能な材料により構成される。接触面の裏面（上面）は、高分子圧電素子１２を含むセンサ部の一方の面（下面）が取り付けられる。伝達部材１６の接触面の面積Ｓ２は高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１より大きい。
【００２２】
センサ装置１０は、センサ部の他方の面（上面）に取り付けられ、かつセンサ部の他方の面の全面をサポートするサポート部材１８を備える。
【００２３】
センサ装置１０は、電圧信号を処理する回路部２０を備える。２つの電極１４ａ、１４ｂが各々接続された配線２２の各々は、回路部２０に各々接続される。このように、回路部２０は、電極１４を介して電圧信号を取得する。
【００２４】
回路部２０は、取得した電圧信号を増幅するための既知の増幅回路及び該電圧信号から所定の周波数の信号を取り出すための既知のフィルタ回路を備える。１つの例では、回路部２０は、増幅かつフィルタリングされた信号を外部へ無線で送信するための既知の送信機を備える。このような構成とすることにより、外部装置が測定対象３０の圧力変動に起因する電圧信号を取得することが可能となる。他の例では、回路部２０は、増幅かつフィルタリングされた信号を外部へ送信するためのインタフェースを備える。
【００２５】
測定対象３０の圧力変動が高分子圧電素子１２に伝わると、高分子圧電素子１２は、圧電効果により圧力をそれに応じた電圧に変換する。その電圧は、電極１４により取り出され、配線２２を介して、電圧信号として回路部２０へ出力される。このように、高分子圧電素子１２及び電極１４は、センサ装置１０における圧力変動を検出するセンサ部として機能することが理解される。
【００２６】
電極１４ａと電極１４ｂが短絡するのを防ぐため、シート状の電極１４の面積は、シート状の高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１よりも小さい。したがって、センサ部の面方向の面積は所定面積Ｓ１と実質的に同じである。高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１は、測定対象３０の位置に合わせてセンサ部を配置した場合に高分子圧電素子１２が圧力変動を検出することが可能な程度の大きさである。１つの例では、高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１は、測定対象３０としての手首の動脈（血管）からの圧力変動を検出可能な直径５〜８ｍｍの大きさであり、特に好ましくは、直径６ｍｍの大きさである。この場合、伝達部材１６の接触面の面積Ｓ２は、手首の血管全体を覆う程度の大きさであることが好ましい。
【００２７】
図３は、本発明の一実施形態のセンサ装置１０におけるセンサ部の断面図であり、シート状の高分子圧電素子１２の面に垂直な断面で切断した断面図である。センサ部が含む高分子圧電素子１２及び電極１４は、既知の方法により、シート状の印刷基材上に当該印刷基材と一体として生成される。例えば印刷基材は、ＰＥＮ(Polyethylene Naphthalate)フィルムやＰＥＮフィルムの上に形成された架橋ＰＶＰなどである。図３は、印刷基材を含んでいないセンサ部の断面図を示し、説明の便宜上、以下ではセンサ部は印刷基材を含まないものとして説明するが、センサ部は印刷基材を含むことができる。高分子圧電素子１２の下面に取り付けられた電極１４ａは、伝達部材１６に取り付けられ、高分子圧電素子１２の上面に取り付けられた電極１４ｂは、サポート部材１８に取り付けられる。高分子圧電素子１２の一部は、伝達部材１６に直接接する。このようにして、伝達部材１６の接触面の上面には、直接又は電極１４を介して高分子圧電素子１２の一方の面が取り付けられる。ただし、高分子圧電素子１２は、伝達部材１６に直接接する箇所がなくてもよい。１つの例では、センサ部の厚さｄ２は、３μｍである。
【００２８】
本実施形態では、伝達部材１６の接触面は取付面３１に接触し、伝達部材１６の一部の領域が測定対象３０に接触する。伝達部材１６は、一部の領域で接触している測定対象３０による圧力変動を、伝達部材１６内において伝達する。高分子圧電素子１２は、直接又は電極１４を介して伝達部材１６と接触しているため、結果として伝達部材１６は、接触した測定対象３０による圧力変動を、該測定対象３０から高分子圧電素子１２へ伝達する。これにより、伝達部材１６に接触する高分子圧電素子１２（センサ部）の位置に関係なく、伝達部材１６を介して、高分子圧電素子１２（センサ部）に、接触した測定対象３０による圧力変動を伝達することが可能となる。
【００２９】
図４は、高分子圧電素子１２の下部に測定対象３０が位置しない場合のセンサ部周辺の構成を説明する図である。この場合において伝達部材１６が小さい場合又は伝達部材１６が無い場合、高分子圧電素子１２には、測定対象３０の圧力変動が伝達されない。しかし、図４に示すように、測定対象３０を含む取付面３１に伝達部材１６を接触させることにより、高分子圧電素子１２には、伝達部材１６を介して、圧力変動が伝達される。これにより、センサ部が圧力変動を検出することが可能となる。
【００３０】
上記で説明したとおり、伝達部材１６は、接触した測定対象３０による圧力変動を伝達しやすいものを用いることが好ましい。
【００３１】
１つの例では、伝達部材１６は、周波数１Ｈｚ及び温度０〜５０度における引張モードでの動的粘弾性測定における損失正接（ｔａｎδ）が０．２以下である。より好ましくは、伝達部材１６は、当該損失正接が０．１以下である。このような構成とすることにより、伝達部材１６の一部の領域で発生した脈拍のような微弱な圧力変動を、より減衰させずに伝達部材１６内において伝達させることが可能となる。
【００３２】
動的粘弾性測定は、公知の測定方法であり、試料に時間によって変化する応力等を与え、それによって発生する歪み等を測定することにより、試料の力学的な性質を測定する方法である。材料内部の構造は、粘弾性特性で表現することができる。弾性成分を示す貯蔵弾性率（Ｅ´）と粘性成分を示す損失弾性率（Ｅ´´）の比で表される損失正接（ｔａｎδ＝Ｅ´´／Ｅ´）は、伝達性能の指標となる値である。損失正接が大きいと、振動エネルギー、すなわち圧力変動のエネルギー、が熱エネルギー等に変換されて消費されることにより、伝達性能が低下するものと考えられる。
【００３３】
１つの例では、伝達部材１６は、ＰＥＴ(Polyethyleneterephthalat)シート、アクリルシート、又はＰＥＮフィルムである。特に、伝達部材１６としてＰＥＮフィルムを用いた場合、既知の方法によりセンサ部はＰＥＮフィルムの上に一体として形成することができるため、より簡易に作成することが可能となる。他の例では、伝達部材１６は、損失正接が０．２以下である、金属、石材、木材、繊維、及びプラスチック材料の少なくとも１つを含むシートである。
【００３４】
次に、本発明の実施形態による脈拍測定装置１（センサ装置１０）の動作について説明する。本実施形態では、センサ装置１０は、所定面積Ｓ１を有するシート状の高分子圧電素子１２と、高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４と、測定対象３０の圧力変動を伝達可能な伝達部材１６と、を備える。伝達部材１６は、測定対象３０に接触させる接触面を有し、接触面の面積Ｓ２は所定面積Ｓ１より大きい。また接触面の裏面には、直接又は電極１４を介して高分子圧電素子１２の一方の面が取り付けられる。伝達部材１６は、接触した測定対象３０の圧力変動を、該測定対象３０から高分子圧電素子１２へ伝達する。センサ装置１０は、伝達された圧力変動により高分子圧電素子１２が発生する電圧信号を、電極１４を介して取得する。
【００３５】
このような構成とすることにより、高分子圧電素子１２が測定対象３０上に位置しない場合であっても、伝達部材１６を介して測定対象３０の圧力変動を高分子圧電素子１２に伝達することが可能となる。これにより、センサ装置１０は、センサ部が測定対象３０上に位置しない場合であっても、測定対象３０の圧力変動に起因する電圧信号を取得することが可能となる。またこれにより、例えば特許文献１における、伝達部材又はゴムシートが測定対象３０の血管から外れた場合、正確に脈拍を測定できないという問題を解消することができる。
【００３６】
また従来、高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１が必要以上に大きい場合、コンデンサとしての寄生容量が大きくなり、高分子圧電素子１２の面積に対して発生電圧が少なくなってしまい、精度良く圧力変動を検出することが難しいという問題があった。本実施形態では、上記のとおり伝達部材１６を介して高分子圧電素子１２に圧力変動を伝達するため、高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１は、測定対象３０の位置に合わせてセンサ部を配置した場合に高分子圧電素子１２が圧力変動を検出することが可能な程度の大きさである。このように本実施形態では、センサ装置１０は、所定面積Ｓ１を必要以上に大きくない高分子圧電素子１２を備えることから、より精度よく圧力変動を検出することが可能となる。
【００３７】
また本実施形態では、サポート部材１８は、高分子圧電素子１２の測定対象３０とは反対側の面をサポートする。このような構成とすることにより、高分子圧電素子１２は、測定対象３０から伝達される圧力変動を片面で受けとめることによって、より大きく変形し、より圧電効果による電圧を発生しやすくなる。これにより、センサ部がより感度よく圧力変動を検出することが可能となる。
【００３８】
１つの応用として、脈拍測定装置１は、リストバンド形状の装着部材４を備え、装着部材４を介して介護施設などの患者に取り付けられる。脈拍測定装置１は、各患者の脈拍に関するデータを取得し、サーバ装置へ送信する。サーバ装置は、取得された各患者の脈拍に関するデータをデータベースに蓄積し、例えば患者の体調と脈拍データとを関連付けることにより、新たに取得された脈拍データから患者の体調を判断する介護支援システムへ応用することが可能となる。
【００３９】
また本実施形態では、前述のとおり、センサ部は印刷基材を含むことができる。この場合、高分子圧電素子１２の下面に取り付けられた電極１４ａは、シート状の印刷基材の一方の面上に形成されており、印刷基材の他方の面が伝達部材１６に取り付けられる。高分子圧電素子１２の上面に取り付けられた電極１４ｂは、サポート部材１８に取り付けられる。高分子圧電素子１２の一部は、印刷基材の一方の面上に形成される。このようにして、伝達部材１６の接触面の上面には、印刷基材を介して、又は印刷基材及び電極１４を介して、高分子圧電素子１２の一方の面が取り付けられる。ただし、高分子圧電素子１２は、印刷基材に直接接する箇所がなくてもよい。また印刷基材は例えばＰＥＮフィルムであるが、後述の実施例が示すように、印刷基材は、伝達部材１６として機能することもできる。
【００４０】
上記の動作は、特に言及が無い限り、他の実施形態や他の実施例においても同様である。
【００４１】
本発明の他の実施形態では、高分子圧電素子１２を含むセンサ部の一方の面（下面）は、取付面３１に取り付けられる。図５は、本発明の他の一実施形態のセンサ装置１０の構成を説明する図である。伝達部材１６は、取付面３１に接触させる接触面を片面（下面）に有し、該接触面には高分子圧電素子１２を含むセンサ部の他方の面（上面）が取り付けられる。伝達部材１６の接触面の面積Ｓ２は高分子圧電素子１２の所定面積Ｓ１より大きいため、伝達部材１６の接触面の一部は、測定対象３０を含む取付面３１と直接接触する。サポート部材１８は、センサ部の他方の面（上面）の上方における伝達部材１６の接触面の裏面（上面）に取り付けられ、伝達部材１６を介してセンサ部の他方の面の全面をサポートする。
【００４２】
本発明の他の実施形態では、センサ装置１０は、伝達部材１６と測定対象３０とを密着させるため密着部材を更に備える。密着部材は、測定対象３０を含む取付面３１に直接接触するように、伝達部材１６の接触面に取り付けられる。密着部材は、例えばＰＤＭＳ(Polydimethylsiloxane)などのゲル状の高分子材料からなるゲルシートとすることができる。このような構成とすることにより、密着部材が測定対象３０から圧力変動をより伝達部材１６に伝達しやすくなり、測定対象３０から高分子圧電素子１２へより大きな圧力変動を伝達させることが可能となる。これにより、センサ部がより感度よく圧力変動を検出することが可能となる。
【００４３】
本発明の他の実施形態では、測定対象３０による圧力変動に起因する電圧信号を取得するセンサ装置１０とすることもできる。この場合、センサ装置１０は、脈拍測定に用いることもできるし、脈拍以外の圧力変動測定に用いることもできる。
【００４４】
以上に説明してきた各実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各実施例は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて本発明の任意の実施形態に適用することができる。すなわち本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。
【００４５】
［実施例］
以下に、本発明の実施形態のセンサ装置１０の動作を確認するための実施例を示す。
【００４６】
［実施例１］
実施例１では、本出願人は、圧縮試験機を使用して伝達部材１６の伝達性能を評価した。また本実施例では、伝達部材１６の伝達性能を評価するにあたって、伝達部材１６として短辺１０ｍｍ及び長辺４０ｍｍサイズに切断された試料１６を用い、高分子圧電素子１２として略円形の直径８ｍｍの大きさのＰＶＤＦを用いた。また本実施例では、高分子圧電素子１２及び高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４を２つの試料１６で挟んだ状態で、圧縮試験機の圧子７１を試料１６に対して周期的に圧力を加えて圧力変動を与えることにより、試料１６を評価した。
【００４７】
図６は、本実施例における圧縮試験機で圧力を加える位置と、伝達部材１６及び高分子圧電素子１２の配置とを示す図である。図７は、本実施例における圧力試験機の圧子７１、高分子圧電素子１２、及び試料１６の位置関係を示す図である。圧縮試験機は、既知の物性試験用の装置であり、圧縮試験器の圧子７１は、略円形の直径１０ｍｍの大きさのものである。位置６１、６２、６３、６４は、この順番で隣接し、かつ試料１６内において実質的に一直線上に位置している。
【００４８】
本実施例では、位置６１が高分子圧電素子１２の略中心位置に対応するように高分子圧電素子１２を配置した。また本実施例では、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を位置６１、６２、６３、６４に順番に配置して、周期的に試料１６を押し付けるように圧子７１を周期的に動かすことにより、試料１６に圧力変動を加えた。また本実施例では、オシロスコープを用い、当該オシロスコープが、圧子７１により加えられた圧力変動により高分子圧電素子１２が発生した電圧信号を、シート状の電極１４を介して取得した。
【００４９】
図８ａ、図８ｂ、図８ｃ、図８ｄは、試料として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、図８ａの場合は０．９０Ｈｚ、図８ｂ及び図８ｃの場合は１．００Ｈｚ、図８ｄの場合は１．１０Ｈｚの周期で、試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１の場合、図８ａが示すように、取得された電圧波形は、周期的に約１．６Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６２の場合、図８ｂが示すように、取得された電圧波形は、周期的に約１８０ｍＶのピークを有するパルス波形であることが確認できた。一方、圧子７１の中心位置が位置６３及び位置６４の場合、図８ｃ及び図８ｄが示すように、取得された電圧信号から周期的にピークを有するパルス波形を確認できなかった。
【００５０】
図９ａ、図９ｂ、図９ｃ、図９ｄは、試料として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、１．００Ｈｚの周期で試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１及び位置６２の場合、図９ａ及び図９ｂが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約１．６Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６３の場合、図９ｃが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約４６０ｍＶのピークを有するパルス波形であることが確認できた。一方、圧子７１の中心位置が位置６４の場合、図９ｄが示すように、取得された電圧信号から周期的にピークを有するパルス波形を確認できなかった。
【００５１】
図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃ、図１０ｄは、試料として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、図１０ａの場合は０．９０Ｈｚ、図１０ｂ〜図１０ｄの場合は１．００Ｈｚの周期で試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１及び位置６２の場合、図１０ａ及び図１０ｂが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約２．３Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６３の場合、図１０ｃが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約２．０Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６４の場合も、図１０ｄが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約０．９Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。
【００５２】
図１１ａ、図１１ｂ、図１１ｃ、図１１ｄは、試料として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形であり、圧縮試験機の圧子７１の中心位置を各々位置６１、６２、６３、６４としたときに取得された電圧信号の波形である。圧子７１は、図１１ａの場合は０．９０Ｈｚ、図１１ｂ及び図１１ｃの場合は１．００Ｈｚ、図１１ｄの場合は１．１０Ｈｚの周期で試料に対して圧力を加えた。圧子７１の中心位置が位置６１、位置６２及び位置６３の場合、図１１ａ、図１１ｂ及び図１１ｃが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約２．３Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。圧子７１の中心位置が位置６４の場合も、図１１ｄが示すように、取得された電圧信号は、周期的に約１．４Ｖのピークを有するパルス波形であることが確認できた。
【００５３】
実施例１の結果から、伝達部材１６としては、ＰＥＴシートやアクリルシートが適しており、ゲルシートや合成ゴムは適していないことが確認できた。
【００５４】
［実施例２］
実施例２では、本出願人は、ヒトの血管から得られる圧力変動を用いて伝達部材１６の伝達性能を評価した。また本実施例では、伝達部材１６の伝達性能を評価するにあたって、伝達部材１６として短辺１０ｍｍ及び長辺４０ｍｍサイズに切断された試料１６を用い、高分子圧電素子１２として略円形の直径５ｍｍの大きさのＰＶＤＦを用いた。また本実施例では、高分子圧電素子１２と、高分子圧電素子１２の両面に各々取り付けられたシート状の電極１４と、試料１６、及びサポート部材１８は、図２に示すセンサ装置１０と同様の構成である。
【００５５】
本実施例では、高分子圧電素子１２及びシート状の電極１４を試料１６及びサポート部材１８で挟んだ状態で、試料１６をヒトの手首の血管に接触させて血管の圧力変動を与えることにより、試料１６を評価した。また本実施例では、図６に示す位置６１に高分子圧電素子１２を配置し、図６に示す位置６２にヒトの手首の血管を配置し、かつサポート部材１８として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いた。
【００５６】
図１２ａ〜図１２ｈは、各試料１６を用いたときに取得された電圧信号の波形である。電圧信号は、すべての試料１６において同じ増幅倍率（４３０倍）を用いて取得されたものである。また各波形は、すべての試料１６において同じレンジで表示したものである。
【００５７】
図１２ａは、試料１６として厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｂは、試料１６として厚さ１ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｃは、試料１６として厚さ３ｍｍの合成ゴムを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｄは、試料１６として厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｅは、試料１６として厚さ０．３ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｆは、試料１６として厚さ１ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｇは、試料１６として厚さ２ｍｍのゲルシートを用いたときに取得された電圧信号の波形である。図１２ｈは、試料１６を用いなかったとき、すなわち高分子圧電素子１２及びシート状の電極１４を位置６１に対応する手首の位置に接触させたときに取得された電圧信号の波形である。
【００５８】
図１２ａ〜図１２ｈより、試料１６として、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴシート又は厚さ１ｍｍのアクリルシートを用いたときに、周期的にピークを有するパルス波形を検出できることが確認できた。また試料１６として、合成ゴム若しくはアクリルシートを用いたとき、又は試料１６を用いなかったとき、周期的にピークを有するパルス波形の検出が難しいことが確認できた。
【００５９】
実施例２の結果から、伝達部材１６としては、ＰＥＴシートやアクリルシートが適しており、ゲルシートや合成ゴムは適していないことが確認できた。また伝達部材１６が無いと適切な電圧信号を取得できないことが確認できた。
【００６０】
［実施例３］
実施例３では、本出願人は、伝達部材１６の伝達性能を評価するために動的粘弾性測定を行った。また本実施例では、伝達部材１６の伝達性能を評価するにあたって、伝達部材１６として短辺５ｍｍ及び長辺５０ｍｍサイズに切断された試料１６を用いた。動的粘弾性測定は、周波数１Ｈｚ、温度０〜５０度、及び引張モードの条件で行い、温度を１分間に５度ずつ変化させながら行った。本実施例では、弾性成分を示す貯蔵弾性率（Ｅ´）と粘性成分を示す損失弾性率（Ｅ´´）の比で表される損失正接（ｔａｎδ＝Ｅ´´／Ｅ´）を算出した。
【００６１】
図１３ａは、試料１６としてＰＥＴシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｂは、試料１６としてアクリルシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｃは、試料１６として合成ゴムシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｄは、試料１６としてＰＥＮシートを用いたときに動的粘弾性測定により算出された貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失正接を示す図である。図１３ｅは、図１３ａ〜図１３ｄで示す４つの損失正接を示す図である。なお、試料１６としてゲルシートを用いたときの動的粘弾性測定の実施を試みたが、引張モードで当該測定を行うことは難しかった。
【００６２】
実施例３と実施例１及び２の結果から、伝達部材１６として適しているＰＥＴシート及びアクリルシートは、０〜５０度で損失正接が０．１以下であることが確認できた。また伝達部材１６として適していない合成ゴムは、０〜５０度で損失正接が０．１以上であり、０〜１３度で損失正接が０．２以上であることが確認できた。また実施例３の結果から、ＰＥＮシートは、０〜５０度で損失正接が０．１以下であることが確認できた。そのため、ＰＥＮシートも伝達部材１６として適している可能性があることが確認できた。
【符号の説明】
【００６３】
１  脈拍測定装置
２  保持部
４  装着部材
１０  センサ装置
１２  高分子圧電素子
１４  電極
１６  伝達部材
１８  サポート部材
２０  回路部
２２  配線
３０  測定対象
３１  取付面
６１、６２、６３、６４  位置
７１  圧子
【図１】
2020156659.tif 000003
【図２】
2020156659.tif 000004
【図３】
2020156659.tif 000005
【図４】
2020156659.tif 000006
【図５】
2020156659.tif 000007
【図６】
2020156659.tif 000008
【図７】
2020156659.tif 000009
【図８ａ】
2020156659.tif 000010
【図８ｂ】
2020156659.tif 000011
【図８ｃ】
2020156659.tif 000012
【図８ｄ】
2020156659.tif 000013
【図９ａ】
2020156659.tif 000014
【図９ｂ】
2020156659.tif 000015
【図９ｃ】
2020156659.tif 000016
【図９ｄ】
2020156659.tif 000017
【図１０ａ】
2020156659.tif 000018
【図１０ｂ】
2020156659.tif 000019
【図１０ｃ】
2020156659.tif 000020
【図１０ｄ】
2020156659.tif 000021
【図１１ａ】
2020156659.tif 000022
【図１１ｂ】
2020156659.tif 000023
【図１１ｃ】
2020156659.tif 000024
【図１１ｄ】
2020156659.tif 000025
【図１２ａ】
2020156659.tif 000026
【図１２ｂ】
2020156659.tif 000027
【図１２ｃ】
2020156659.tif 000028
【図１２ｄ】
2020156659.tif 000029
【図１２ｅ】
2020156659.tif 000030
【図１２ｆ】
2020156659.tif 000031
【図１２ｇ】
2020156659.tif 000032
【図１２ｈ】
2020156659.tif 000033
【図１３ａ】
2020156659.tif 000034
【図１３ｂ】
2020156659.tif 000035
【図１３ｃ】
2020156659.tif 000036
【図１３ｄ】
2020156659.tif 000037
【図１３ｅ】
2020156659.tif 000038