(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力の作用により撓み可能に支持されている受圧板と、その受圧板の撓みを電気信号に変換する圧電変換手段とが設けられた圧脈波検出具であって、
前記受圧板の可撓領域が、外方に向かって凸曲面となるドーム状に形成され、且つ、それの頂部に外力が作用したときに等価的に弾性ヒンジを有する状態で変形するように構成され、
前記圧電変換手段は、前記受圧板における頂部の内面に膜状の圧力検出素子を貼着状態で局所的に備えて構成されている圧脈波検出具。
【請求項２】
前記受圧板の可撓領域は、それの正射影投影面が略円形となるように形成され、且つ、前記可撓領域の正射影投影面の直径以上の曲率半径を有する略球面状に外方に向かって凸曲面を形成している請求項１記載の圧脈波検出具。
【請求項３】
前記受圧板は、それの頂部の板厚が周囲部分の板厚よりも薄くなるように形成されている請求項１又は２記載の圧脈波検出具。
【請求項４】
前記受圧板に、前記受圧板の曲げ剛性を調整するための貫通開口又は薄肉部が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧脈波検出具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外力の作用により撓み可能に支持されている受圧板と、その受圧板の撓みを電気信号に変換する圧電変換手段とが設けられた圧脈波検出具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる圧脈波検出具は、人の動脈（一般的には橈骨動脈や頸動脈）の脈診によって診断を行うためのシステムに使用されるものであり、非観血的・非侵襲的・経皮的に効果的且つ有意義な生理学的情報を得る目的のために利用される。
この脈診は、一般的には、図７（ａ）に示すように、橈骨動脈の圧脈波を対象とするときは、被験者（患者）の前腕手首部分の動脈圧を検知できる部位に診断者が指をあてがい、心拍数のみならず圧脈波の強弱や変化の速さ，鋭さあるいは血流変化に伴う微細な振動などを官能的に検知している。
脈診に熟練した診断者（以下、単に「脈診熟練者」と称する場合がある）は、この脈診において、あてがう指の押さえ方に多様性をもたせている。すなわち、血流を止めるまで、換言すると脈が感じ取れなくなるまで動脈を強く加圧し押さえ、その後わずかに加圧力を徐々にあるいは素早く開放しつつ圧脈波の変化を検知することや、あるいは、加圧力を徐々にあるいは素早く増大させて圧脈波の変化を検知すること、更には、加圧力を開放して指が被験者にわずかに触れている程度での脈が検知できなくなる寸前の弱い圧脈波をとらえることや、両者の中間的な強さで加圧した状態で圧脈波を検知するという作業を適宜繰り返し、このような作業の結果得られた情報に基づいて経験則を踏まえて体調不良の原因や疾病の原因の判断を行っている。
【０００３】
ところが、上述のような多分に主観的な診断手法では、的確な診断を下すためには診断者に高度な熟練を要することから、より客観的に脈診の評価を行おうとする試みがなされている。
例えば、歪みゲージを指サックや手袋の指の腹の部分に取り付けて、上述の診断者が脈診をとるのと同様の態様でその指サック又は手袋を装着した指を被験者の手首に押圧して圧脈波を計測するシステムや、図７（ｂ）に示すように、歪みゲージあるいは圧電素子等の圧力検出素子１００を貼着した受圧板１０１を支持体１０２にて支持して、圧力検出素子１００の存在側が被験者の前腕手首部分に接する姿勢で前記支持体１０２を図示を省略する押圧機構にて押圧する構成が考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成では、橈骨動脈又は頸動脈等からの圧脈波が弱いこともあって、圧脈波の検出信号は必ずしも十分な信号強度を得られない場合があった。
すなわち、脈診熟練者による直接触診の場合、触診押圧力は単に一定なのではなく、軽く押圧したり、強く押圧したり、ゆっくり押圧したりと様々であるが、押圧力を軽くしている場合に十分な信号強度を得にくいものであり、特に、図７（ｂ）に示すように構成した場合では、支持体１０２の端部で被験者の皮膚からの応力の大部分を受け持つ形となって、低押圧力下での信号強度の低下が顕著となってしまう。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、動脈圧圧脈波をより効率良く検出できるようにする点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記請求項１記載の構成を備えることにより、受圧板の可撓領域が、外方に向かって凸曲面となるドーム状に形成され、且つ、それの頂部に外力が作用したときに等価的に弾性ヒンジを有する状態で変形する。
すなわち、受圧板の曲げ剛性等を適当な条件に設定することで、ドーム状の受圧板の頂部に外力が作用したとき、変形部分が等価的に弾性ヒンジとなるような状態で受圧板が局所的に内方側に変形する。この受圧板の変形は、受圧板の頂部の内面に備えられた圧力検出素子に検出される歪みを局所化させる。
従って、圧脈波をその変形部分に集中させ、その受圧板の変形が受圧板の内面に備えた圧力検出素子に効果的に検出されることになり、又、変形部分は比較的弱い押圧力下の弱い圧脈波によっても効率的に振動する。
もって、動脈圧圧脈波をより効率良く検出できるに至った。
【０００６】
又、上記請求項２記載の構成を備えることにより、前記受圧板の可撓領域は、それの正射影投影面が略円形となるように形成され、且つ、前記可撓領域の正射影投影面の直径以上の曲率半径を有する略球面状に外方に向かって凸曲面を形成している。
すなわち、受圧板をドーム状より具体的には略球面となるドーム状に形成するについて、その曲率半径をあまり小さくすると、受圧板に作用する押圧力に対する受圧板の変形追従性が低下してしまうことから、受圧板の曲率半径を上述のように比較的大きいものとなるように設定しているのである。
【０００７】
又、上記請求項３記載の構成を備えることにより、前記受圧板は、それの頂部の板厚が周囲部分の板厚よりも薄くなるように形成されている。
従って、ドーム状の受圧板の頂部に押圧力が作用したときに、上述のような受圧板の局所的な変形を助長し、一層圧脈波の検出効率を向上できる。
又、上記請求項４記載の構成を備えることにより、前記受圧板に、前記受圧板の曲げ剛性を調整するための貫通開口又は薄肉部が形成されている。
すなわち、貫通開口又は薄肉部を備えて受圧板の曲げ剛性を積極的に調整することによって、設計自由度を大きくしながら、所望の特性を有する受圧板を容易に作製することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧脈波検出具の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
圧脈波検出具ＰＳは、図１に示すように、その外郭は、外径が５ｍｍ〜１０ｍｍ前後の有底筒状の支持筐体２の開口部を、外方に向かって凸曲面となるドーム状に、より具体的には、略球面状に形成され受圧板１にて覆って構成している。受圧板１の曲率半径は、受圧板１の可撓領域の正射影投影面の直径以上で、大きくても２〜４倍程度までに設定してあり、又、受圧板１の正射影投影面が略円形となっている。
受圧板１は、３０４系，３０６系，４２０系のＳＵＳ、無酸素銅，燐酸銅，ベリリウム銅等の銅系、あるいは、１０００系，５０００系，６０００系のアルミ等の材料が成形性や人体に対する安全性等の点から好ましく、又、これらの材料は入手が容易である。このような材料の数十μｍ〜数百μｍ程度の厚さの薄板をプレス加工又は液圧バルジ加工等の塑性加工により上述の形状に成形する。受圧板１の端縁は支持筐体２に接着により接合してあり、受圧板１は外力の作用により撓み可能に支持されている。
【０００９】
受圧板１における頂部ＰＡの内面には、同図１（ｂ）に示す如く、受圧板１の撓みを電気信号に変換する圧電変換手段ＰＥとして歪みゲージにより構成される膜状の圧力検出素子３を貼着状態で局所的に備えている。この圧力検出素子１は、より具体的には、スパッタリング等によって薄膜に形成された歪みゲージ回路かポリイミドベースフィルムと銅箔による微小歪みゲージとして構成すれば良いが、この他に、例えば、圧電ゴムや圧電素子を用いても良い。
又、受圧板１と支持筐体２とに囲まれる内部空間は、不活性ガスを封入するかあるいは外気圧との圧力差をなくすために支持筐体２あるいは受圧板１に直径数百μｍ程度の開口を例えば１カ所形成しても良い。
【００１０】
次に、上記構成の圧脈波検出具ＰＳの利用形態を説明する。
図２に示すように、上述の圧脈波検出具ＰＳは、脈診熟練者等の指尖に装着するための指サック５に前記支持筐体２の底面が接着固定される。
橈骨動脈からの圧脈波を計測する場合は、図２（ａ）に示すように、脈診熟練者等の３本の指に圧脈波検出具ＰＳを取り付けた指サック５を装着し、被験者の橈骨動脈上の前腕上皮に受圧板１の頂部ＰＡを押し当てて、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示す状態に移行する。そして更に押圧力を強くすると、図３（ｃ）に示す状態に移行する。  このとき、図３（ｂ）に示すように、触診押圧力が小さいときでも、ドーム状の受圧板１の頂部ＰＡが内方側に押し戻されて変形し、その変形を受けた状態で圧脈波を受けることになる。
従って、頂部ＰＡが等価的に弾性ヒンジとなって受圧板１の変形を集中させることになり、圧力検出素子１が備えられている頂部ＰＡに歪みを局所化させることができ、効果的に歪みに応じた出力つまり圧脈波の電気信号出力を取り出すことができる。
【００１１】
又、このドーム状の受圧板１の役割を詳細に見ると、１周期の脈圧の変動において、脈圧が上昇するときは上述の押圧力を付与したときと同様であり、一方、脈圧が下降するときは、上述のように変形した受圧板１には強制変位を受けたことによる弾性回復力が残存しているので、その弾性回復力を利用する形で脈圧下降時の下降しながらも変動する圧脈波に的確に追従して検出することができる。このようにして電気信号として検出された圧脈波は、図２（ａ）に示すように、アンプ６にて増幅され、データ処理装置７にて種々の波形解析やその表示が実行されると共に、その処理結果がデータベース８に分類体系化しつつ蓄積される。更に、データベース８に蓄積されたデータは、ネットワークで接続された他のコンピュータシステムからアクセス可能であり、そのようなコンピュータシステムにおいてデータの参照や二次的解析を行うことができる。
【００１２】
〔第２実施形態〕
以下、図４を引用して、本発明の第２実施形態を説明する。
本第２実施形態は、受圧板の頂部ＰＡの形状のみが上記第１実施形態と異なり、他の部分については上記第１実施形態と共通である。
図４に示すように、本第２実施形態の受圧板１０は、上記第１実施形態における受圧板１がほぼ均等な板厚であるのに対して、頂部ＰＡの板厚が周囲部分の板厚よりも薄くなるように形成されている。
このような受圧板１０の加工は、電子機構部品であるメタルコンタクトのタクトスイッチやメンブレンスイッチ等の製造プロセスにおいて従来からある生産技術を適用することによって行える。例えば、受圧板１０を作製するための薄板を挟む上・下金型を、それのドーム成形部分の曲率半径をわずかに異なるようにして製作し、冷間又は温間プレスで型成形すれば良い。尚、成形後は、塑性加工による加工硬化を除去するために薄板の材料の種類に応じた真空焼鈍を実施するのが望ましい。
【００１３】
〔第３実施形態〕
以下、図５を引用して、本発明の第３実施形態を説明する。
本第３実施形態は、受圧板の形状のみが上記第１実施形態と異なり、他の部分については上記第１実施形態と共通である。
図５に示すように、本第３実施形態の受圧板１１は、受圧板１１をドーム状に形成するのも上記第１実施形態と同様であるが、受圧板１１の頂部ＰＡから離れた端縁寄りの位置において、受圧板１１と同心円となる仮想円の周方向に沿って延びる３個の貫通開口１１ａが形成されている。
受圧板１１を構成する板材に異方性がなければ、この３個の貫通開口１１ａは、同一寸法の貫通開口１１ａが均等に離間するように配置され、受圧板１１の中心から見た各貫通開口１１ａの存在範囲の角度が均等となっている。
これにより、受圧板１１の板材の厚さを変えることなく、受圧板１１の曲げ剛性を調整することができ、微弱な圧脈波に対応するための設計自由度を大きくできる。
この貫通開口１１ａの形成方法としては、受圧板１１をドーム状に成形加工する前に、エッチング又は打ち抜きせん断加工により予め形成しておいても良いし、あるいは、ドーム成形時のプレス加工時に貫通開口１１ａを同時に打ち抜くプレスポンチ複合加工で形成しても良い。
尚、この貫通開口１１ａの具体的な幅や長さあるいは配置は、受圧板１１を構成する素形材の変形特性や機械的性質、加工法、加工前又は加工後の素形材異方性の発現の程度により適宜変更される。
【００１４】
〔第４実施形態〕
以下、図６を引用して、本発明の第４実施形態を説明する。
本第４実施形態も上記第３実施形態と同様に受圧板に貫通開口を形成して曲げ剛性を調整するものであるが、その具体形状が上記第３実施形態と異なる。
本第４実施形態の受圧板１２には、受圧板１２の中心位置を中心として略扇型の貫通開口１２ａが放射状に配置されており、この貫通開口１２ａを除く部分で受圧板１２の曲げ剛性の大部分を請け負う構造となっている。
この貫通開口１２ａを形成するに当たっては、上述のプレスポンチ複合加工により受圧板１２のドーム成形と同時に行うのが望ましい。
又、受圧板１２の曲げ剛性を調整するについては、上記貫通開口１２ａの代わりに、その貫通開口１２ａの部分を貫通させるのではなく薄肉部として形成しても良い。
尚、上記薄肉部を形成する場合には、板圧減少に応じた塑性歪みを生じ、そのため加工硬化が生じるので、成形後は素形材種類に対応した適正な温度での真空焼鈍を実施することが望ましく、その焼鈍条件（昇温速度、温度、冷却速度）を選ぶことで焼鈍の程度を制御して受圧板１２の曲げ剛性を調整することも可能である。
【００１５】
〔別実施形態〕
上記第１実施形態では、圧脈波検出具ＰＳの利用形態として、圧脈波検出具ＰＳを指サック５に取り付けた場合を例示しているが、各種のアクチュエータによって圧脈波検出具ＰＳを被験者の皮膚に押圧するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる圧脈波検出具の外観斜視図及び断面図
【図２】本発明の第１実施形態にかかる圧脈波検出具の使用状態の説明図
【図３】本発明の第１実施形態にかかる圧脈波検出具の動作説明図
【図４】本発明の第２実施形態にかかる圧脈波検出具の断面図
【図５】本発明の第３実施形態にかかる圧脈波検出具の外観斜視図
【図６】本発明の第４実施形態にかかる圧脈波検出具の外観斜視図
【図７】従来技術の説明図
【符号の説明】
１，１０，１１，１２  受圧板
３                    圧力検出素子
ＰＡ                  頂部
ＰＥ                  圧電変換手段
【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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