(57)【要約】  センサ部（１１）は、互いに対向する２つの主面を備え、両主面間に平膜状の圧電フィルム（１１１ａ、１１１ｂ）が積層され、これらの圧電フィルム（１１１ａ、１１１ｂ）の歪み量に応じた圧電電圧を出力する導電性の接続パターン（１１２ａ、１１３ａ）を形成している。リジッドな回路部（１２）は、回路基板（２００）の主面に、センサ部（１１）の接続パターン（１１２ａ、１１３ａ）に電気的に接続する導電性の接続パターン（２００ａ、２００ｂ）、および接続パターン（２００ａ、２００ｂ）を介して入力された圧電フィルム（１１１ａ、１１１ｂ）の歪み量に応じた圧電電圧を処理する処理回路（２０１）が形成されている。保持部材（１３ａ、１３ｂ）は、接続パターン（１１２ａ、１１３ａ）と、接続パターン（２００ａ、２００ｂ）とを圧接させた状態で、センサ部（１１）と回路部（１２）とを保持する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する２つの主面を備え、両主面間に平膜状の圧電フィルムが積層され、この圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を出力する導電性の出力導体パターンを形成したフレキシブルなセンサ部と、
回路基板の主面に、前記センサ部の前記出力導体パターンに電気的に接続する導電性の入力導体パターン、および前記入力導体パターンを介して入力された前記圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を処理する処理回路が形成されているリジッドな回路部と、
前記出力導体パターンと前記入力導体パターンとを電気的に接続した状態で、前記センサ部と前記回路部とを保持する保持部材と、を備えた圧電フィルムセンサ。
【請求項２】
前記センサ部は、伸縮時に発生電荷をキャンセルする一対の圧電フィルムを備えている、請求項１に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項３】
前記センサ部の他方の主面側における、前記センサ部の一方の主面に形成されている前記出力導体パターンに対向する位置に配置される板状の補強部材を備えている、請求項１、または２に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項４】
前記回路部、および前記保持部材を覆うシールドケースを備えている、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項５】
前記圧電フィルムは、一軸方向に延伸されたポリ乳酸である、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項６】
前記センサ部を検知対象の生体に貼り付ける粘着層を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体の皮下の動きなど、微小な動きを検出する圧電フィルムセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電フィルムを利用したセンサがある。例えば、特許文献１には、圧電フィルムとしてＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた電子弦楽器用の圧電センサが記載されている。また、特許文献２には、圧電フィルムとしてＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を用いた振動センサが記載されている。【０００３】
また、最近では、人の動作だけでなく、皮膚の動きや皮下の動きを検知する生体センサ（生体情報を計測するためのセンサ）も提案されている（特許文献３参照）。【０００４】
この種の生体センサでは、検出精度を確保するために、温度（体温）の影響が抑えられる焦電性のない圧電フィルムが利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０４５５８号公報
【特許文献２】実願昭５９−３３０９５号（実開昭６０−１４５７９９号）のマイクロフィルム
【特許文献３】特開２０１４−  ７４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、生体センサは、圧電フィルムを備え、この圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を出力するセンサ部と、センサ部の出力（圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧）を処理する処理回路が形成された回路基板と、をケーブルで接続すると、静電気や商用電源ノイズ(５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ)、ケーブルの揺れに伴う摩擦電気等の影響を受け、低周波数（１０Ｈｚ程度）の信号の検出精度を十分に確保することができない。人の動作、皮膚の動き、皮下の動き等には、１０Ｈｚ程度の低周波数成分が含まれる。【０００７】
また、特許文献３は、回路基板をフレキシブルプリント基板で形成し、ピアス電極の針部をフレキシブル回路基板からセンサ部にわたって突き刺すことで、センサ部と回路基板とを電気的に接続する構成を開示している。【０００８】
この発明の目的は、低周波数の信号の検出精度を十分に確保することができ、且つ安価である圧電フィルムセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の圧電フィルムセンサは、上記目的を達するために、以下のように構成している。【００１０】
センサ部は、互いに対向する２つの主面を備え、両主面間に平膜状の圧電フィルムが積層され、この圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を出力する導電性の出力導体パターンを形成している。センサ部は、フレキシブルである。【００１１】
回路部は、回路基板の主面に、センサ部の出力導体パターンに電気的に接続する導電性の入力導体パターン、および入力導体パターンを介して入力された圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を処理する処理回路を形成している。回路部は、リジッドである。【００１２】
保持部材は、出力導体パターンと入力導体パターンとを電気的に接続した状態で、センサ部と回路部とを保持する。【００１３】
このように、センサ部と回路部とをケーブルで電気的に接続するのではなく、センサ部の出力導体パターンと回路部の入力導体パターンとを圧接させて電気的に接続する構成としたので、静電気や商用電源ノイズ(５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ)、ケーブルの揺れに伴う摩擦電気等の影響が抑えられる。したがって、低周波数（１０Ｈｚ程度）の信号の検出精度を十分に確保することができる。また、安価であるリジッドな回路基板を用いて回路部を構成することができ、圧電フィルムセンサのコストダウンが図れる。【００１４】
また、センサ部は、伸縮時に発生電荷をキャンセルする一対の圧電フィルムを備える構成としてもよい。このようにすれば、センサ部を皮膚などに貼り付け、その皮下の動き（脈拍など）をモニタする場合、人間の関節曲げによる皮膚の伸縮を、皮下の動きとして検出するのを抑制することができる。【００１５】
また、板状の補強部材を、センサ部の他方の主面側における、センサ部の一方の主面に形成されている出力導体パターンに対向する位置に配置した構成としてもよい。このように構成すれば、センサ部が回路基板のエッジ（端部）付近で急激に折り曲がるのを防止できるとともに、センサ部と回路部との接合強度を高めることができる。【００１６】
また、ノイズ対策として、回路部、および保持部材を覆うシールドケースを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、低周波数の信号の検出精度を十分に確保することができ、且つ安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】圧電フィルムセンサの概観を示す概略図である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）はセンサ部の構成を示す概略図である。
【図３】回路部の構成を示す概略図である。
【図４】圧電フィルムセンサの概略図である。
【図５】回路部の回路基板に形成されている処理回路を示す図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は補強部材を設けた圧電フィルムセンサを示す図である。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）は補強部材、および両面テープを設けた圧電フィルムセンサを示す図である。
【図８】回路部の回路基板に形成されている処理回路の別の例を示す図である。
【図９】シールドケースを備える圧電フィルムセンサの概略図である。
【図１０】図１０（Ａ）、（Ｂ）は別の例にかかる圧電フィルムセンサの概略図である。
【図１１】別の例にかかるセンサ部の構成を示す概略図である。
【図１２】回路部の回路基板に形成されている処理回路の別の例を示す図である。
【図１３】センサ部の構成を示す概略図である。
【図１４】図１４（Ａ）、（Ｂ）は補強部材、および両面テープを設けた別の例にかかる圧電フィルムセンサを示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）は周波数と皮膚表面変位との関係を示す図であり、図１５（Ｂ）は周波数と回路ゲインとの関係を示す図であり、図１５（Ｃ）は周波数と処理回路の出力との関係を示す図である。
【図１６】回路部の回路基板に形成されている処理回路の別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の実施形態である圧電フィルムセンサについて説明する。
【００２０】
図１は、圧電フィルムセンサの概観を示す概略図である。この例にかかる圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１と、回路部１２と、を備え、２つの保持部材１３ａ、１３ｂでセンサ部１１と回路部１２とを保持している。この圧電フィルムセンサ１は、所定の場所に貼り付けられ、その場所の微小な動きや変形などを検知するセンサである。例えば、センサ部１１を皮膚に貼り付け、皮膚の動きや皮下の動きを検知する。
【００２１】
図２（Ａ）は、センサ部の概略の側面図であり、図２（Ｂ）はセンサ部の第１主面（図２（Ａ）における上側の主面）の概略の平面図である。センサ部１１は、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂと、シグナル電極１１２と、基準電位電極１１３と、を積層したものである。圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、より具体的にはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）からなる。シグナル電極１１２は、厚さ１０μｍ程度のシート状の銅箔を所定の形状に打ち抜いて形成したものである。圧電フィルム１１１ａは、シグナル電極１１２の一方の主面（図２（Ａ）における下側の主面）側に積層され、圧電フィルム１１１ｂは、シグナル電極１１２の他方の主面（図２（Ａ）における上側の主面）側に積層されている。
【００２２】
また、圧電フィルム１１１ａにおけるシグナル電極１１２との反対側の主面、および圧電フィルム１１１ｂにおけるシグナル電極１１２との反対側の主面には、基準電位電極１１３が積層されている。この基準電位電極１１３は、例えば、導電性の不織布や銀ペースト付きウレタンフィルムなどの比較的柔らかい導電性材料であり、上下の基準電位電極１１３は互いに接続されている。上下の基準電位電極１１３は、図２に示すように１枚のフィルムを折り返して形成することができる。ここで、この上下に折り返された基準電位電極１１３における折り返された部分を連結部１１８とする。すると、この連結部１１８を介して上下の基準電位電極１１３が連結されていることによって、上下の基準電位電極１１３を、後述する処理回路２０１に電気的に接続するためのシグナル線を減らすことができる。したがって、シグナル線による上下の基準電位電極１１３の接続箇所が減ることになる。このことにより、この接続箇所における接続不良の発生をなくし、圧電フィルムセンサ１の全体として接続不良の発生率を減らすことができる。またシグナル線が減ることにより、電極間の接続構造を簡易化できる。なお、この連結部１１８は、シグナル電極１１２の電極の幅（図２における紙面垂直方向の寸法）と同程度か、より大きくしておくことが好ましい。これにより、圧電フィルムセンサの側面方向（図２における紙面左方向）に対する電磁波ノイズの影響を軽減することができる。
【００２３】
圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂ、シグナル電極１１２、および基準電位電極１１３は、図２における左右方向（以下、長手方向と言う。）の長さに対して、図２（Ｂ）における上下方向（以下、短手方向と言う。）の長さが短い長尺状のシートである。
【００２４】
なお、センサ部１１は、第１主面およびこの第１主面に対向する第２主面（図２（Ａ）における下側の主面）に、基準電位電極１１３の外側を覆う保護フィルム（不図示）を設けている。保護フィルムは、発泡性フィルム、ウレタンフィルム、薄いＰＥＴフィルム（１２μｍ程度のＰＥＴフィルム）等である。
【００２５】
圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂは、伸縮に対する発生分極の方向が同一である。したがって、センサ部１１が長手方向に伸張したときには、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂにおける発生電荷がキャンセルされるので、センサ部１１が長手方向に伸張したことを検出できない。一方、センサ部１１が屈曲したときには、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂにおける発生電荷がキャンセルされないので、センサ部１１が屈曲したことを検出できる。
【００２６】
また、センサ部１１には、第１主面側に露出する導電性の接続パターン１１２ａ、１１３ａがさらに形成されていてもよい。接続パターン１１２ａは、シグナル電極１１２に形成されている。接続パターン１１３ａは、基準電位電極１１３に形成されている。接続パターン１１２ａ、１１３ａは、センサ部１１の長手方向の一方の端部（図２における右側の端部）に、センサ部１１の短手方向に並べて形成している。さらに、接続パターン１１２ａ、１１３ａの内側には、貫通孔が形成されている。接続パターン１１２ａ、１１３ａが、この発明で言う導電性の出力導体パターンに相当する。
【００２７】
なお、接続パターン１１２ａと接続パターン１１３ａとは、形成されている層が異なるので、図２（Ａ）における上下方向において圧電フィルム１１１ａとシグナル電極１１２の厚みだけ段差が生じるが、この段差は１０〜２０μｍ程度である。また、接続パターン１１３ａの厚さを、接続パターン１１２ａの厚さよりも大きくすることによって、上記段差をなくしてもよい。
【００２８】
上記構成のセンサ部１１は、フレキシブルであり、センサ部１１の変形にともなって、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂが歪む。
【００２９】
ここで、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂを形成するＰＬＬＡの特性について簡単に説明しておく。
【００３０】
ＰＬＬＡはキラル高分子からなる。ＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸された方向に分子が配向されており、当該分子の配向によって圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＬＡは、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂに歪みが生じることで、電荷を発生する。ここで、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂに生じる歪みとは、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂが所定方向に伸長することである。この際、発生する電荷量は、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂの歪み量によって決まる。一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。例えば、ＰＬＬＡの圧電歪み定数ｄ１４は、延伸条件、熱処理条件、添加物の配合等の条件を整えることにより１０〜２０ｐＣ／Ｎという高い値が得られる。
【００３１】
なお、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂの延伸倍率は３〜８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。
【００３２】
なお、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えばある方向をＸ軸としてその方向に８倍、その軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合とほぼ同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことができる。
【００３３】
また、ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じるので、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないＰＬＬＡの圧電性は、ＰＶＤＦやＰＺＴ等の強誘電体のようにイオンの分極によって発現するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。このため、ＰＶＤＦ等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に極めて安定している。したがって、出力電荷量が周囲環境に影響されない。また、ＰＬＬＡには、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じないことは大きな特徴であり、温度変化に伴って電荷が発生し、センサ出力として誤検知してしまうという危険性がほとんどない。
【００３４】
図３は、回路部の構成を示す概略の平面図である。回路部１２は、互いに対向する第３主面、および第４主面を備えるリジッドな回路基板２００上に、処理回路２０１、および導電性の接続パターン２００ａ、２００ｂを形成したものである。接続パターン２００ａ、２００ｂは、回路基板２００の第３主面に形成されている。一方、処理回路２０１は、第３主面または第４主面の一方に形成されていてもよいし、両主面にわたって形成されていてもよい。
【００３５】
接続パターン２００ａ、２００ｂの内側には、貫通孔が形成されている。接続パターン２００ａは、センサ部１１に形成されている上述の接続パターン１１３ａと略同じ形状であり、接続パターン２００ｂは、センサ部１１に形成されている上述の接続パターン１１２ａと略同じ形状である。また、２つの接続パターン２００ａ、２００ｂの相対的な位置関係と、センサ部１１に形成されている２つの接続パターン１１２ａ、１１３ａの相対的な位置関係と、は略同じである。接続パターン２００ａ、２００ｂが、この発明で言う入力導体パターンに相当する。
【００３６】
処理回路２０１は、接続パターン２００ａ、２００ｂと接続され、接続パターン２００ａ、２００ｂにおける入力信号（後述するように、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂにおいて発生した電荷にかかる信号）を処理し、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂの歪み量を検出するための回路である。
【００３７】
保持部材１３ａ、１３ｂは、ハトメやリベット等の接合部材である。保持部材１３ａ、１３ｂは、センサ部１１の接続パターン１１２ａと回路部１２の接続パターン２００ｂとを電気的に接続し、且つセンサ部１１の接続パターン１１３ａと回路部１２の接続パターン２００ａとを電気的に接続した状態で、センサ部１１と回路部１２（回路基板２００）とを保持する。
【００３８】
具体的には、圧電フィルムセンサ１は、図４に示すように、センサ部１１の第１主面と、回路部１２の回路基板２００の第３主面とを合わせている。このとき、センサ部１１の基準電位電極１１３に形成されている接続パターン１１３ａと、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ａとを当接させ、センサ部１１のシグナル電極１１２に形成されている接続パターン１１２ａと、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ｂとを当接させている。すなわち、圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１の基準電位電極１１３に形成されている接続パターン１１３ａの内側の貫通孔と、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ａの内側の貫通孔とが重なり、且つセンサ部１１のシグナル電極１１２に形成されている接続パターン１１２ａの内側の貫通孔と、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ｂの内側の貫通孔とが重なるように、センサ部１１の第１主面と、回路部１２の回路基板２００の第３主面とを重ね合わせている。保持部材１３ａ、１３ｂは、センサ部１１の接続パターン１１２ａと回路部１２の接続パターン２００ｂとを圧接し、且つセンサ部１１の接続パターン１１３ａと回路部１２の接続パターン２００ａとを圧接した状態で、センサ部１１と回路基板２００とを保持する。
【００３９】
保持部材１３ａ、１３ｂは、センサ部１１の第２主面側、または回路基板２００の第４主面側の一方から貫通孔に通し、他方の側に突出した先端をかしめている。
【００４０】
なお、図４に示す例では、保持部材１３ａ、１３ｂは、導電性のものであってもよいし、非導電性のものであってもよい。保持部材１３ａ、１３ｂとして導電性のものを用いる場合には、回路部１２の接続パターン２００ａ，２００ｂと、センサ部１１の接続パターン１１２ａ，１１３ａとが接触によって導通するだけでなく、保持部材１３ａ、１３ｂによっても導通を得ることができるので、回路部１２とセンサ部１１との間での接触抵抗を軽減することができる。一方、保持部材１３ａ、１３ｂとして非導電性のものを用いる場合には、外部から金属体が近接するような場合にも、不要な短絡が生じにくくなる。なお、保持部材１３ａ、１３ｂとして導電性のものを用いる場合にも、保持部材１３ａ、１３ｂの表面を酸化膜などで絶縁保護することで、同様に不要な短絡が生じにくくなる。
【００４１】
図５は、回路部の回路基板に形成されている処理回路を示す図である。処理回路２０１は、図５に示す増幅回路である。Ａｍｐは、増幅器である。Ｒ１、Ｒ２は、電源電圧ＶDDを分圧する分圧抵抗であり、Ｒ３は、Ａｍｐのフィードバック抵抗である。Ａｍｐの入力は、センサ部１１の圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂにおいて発生した圧電電圧である。センサ部１１の曲げに応じて、Ａｍｐの出力が変化する。
【００４２】
また、圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１における接続パターン１１２ａ、１１３ａの露出面の反対面（センサ部１１の第２主面）に板状の補強部材１６を図６に示すように設けるのが好ましい。図６（Ａ）は、補強部材を設けた圧電フィルムセンサの側面図であり、図６（Ｂ）は補強部材を設けた圧電フィルムセンサのセンサ部の第２主面側の平面図である。この補強部材１６は、矩形状であり、長手方向（図６における左右方向）の一方の端部がセンサ部１１の端部に一致し、他方の端部が回路基板の端部よりも突出する大きさである。また、補強部材１６は、接続パターン１１２ａ、１１３ａの対向する領域全体をカバーする大きさである。補強部材１６は、その厚さが１００〜２００μｍのＰＥＴフィルムであり、接着剤を用いてセンサ部１１の第２主面に貼り付けてもよい。この補強部材１６にも、接続パターン１１２ａ、１１３ａの内側に形成している貫通孔に対応する位置に、貫通孔が形成されている。
【００４３】
センサ部１１に補強部材１６を設けた圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１が回路基板のエッジ（端部）付近で急激に折り曲がるのを防止できる（センサ部１１の異常な変形を防止できる。）。これにより、圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂの歪みが異常になり、センサ部１１の出力が異常になるのを防止できる。また、保持部材１３ａ、１３の取り付け部分周辺に応力が集中するのを防止でき、センサ部１１と回路部１２との接合強度を高めることができる。
なお、この例では、図６（Ａ）に側面視するように、補強部材１６を、センサ部１３の長さ方向において、回路部１３と重なる領域よりも長く設けている。また、図６（Ｂ）に平面視するように、補強部材１６を、センサ部１３の幅方向において、センサ部１３の両端間よりも短い矩形状に設けている。このように補強部材１６の形状は設定することができるが、その他にも、補強部材１６は適宜の形状とすることができる。例えば、補強部材１６は、センサ部１３の一方端において、センサ部を幅方向の全長にわたって重なるような大きさの矩形状とすることができる。また、補強部材１６は、平面視してコの字状とし、コの字の両端部分のみ回路基板に重ねるようなこともできる。また、補強部材１６は、円形状や多角形状とすることもできる。
【００４４】
さらに、この圧電フィルムセンサ１は、上述したように、皮膚の動きや皮下の動きを検知するために、センサ部１１を皮膚に貼り付けるものであるので、図７に示すように、両面テープ１７をセンサ部１１の一方の主面に貼り付けておいてもよい。図７（Ａ）は、両面テープを設けた圧電フィルムセンサの側面図であり、図７（Ｂ）は両面テープを設けた圧電フィルムセンサのセンサ部の第２主面側の平面図である。図７では、両面テープ１７は、センサ部１１の第２主面に設けているが、センサ部１１の第１主面に設けてもよい。また、図７は、センサ部１１に補強部材１６を設けた圧電フィルムセンサ１である。
【００４５】
図７に示すように、両面テープ１７は、センサ部１１の第２主面における、回路基板２００や補強部材１６と重ならない位置に設けるのが好ましい。これにより、両面テープ１７によってセンサ部１１を皮膚に貼り付けたときに、回路基板２００や補強部材１６が皮膚や皮下の動きを妨げるのを防止できる。この両面テープ１７が、この発明で言う粘着層に相当する。
【００４６】
このように、この例にかかる圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１と回路部１２との電気的接続にリード線等のケーブルを使用していないので、静電気や商用電源ノイズ(５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ)、ケーブルの揺れに伴う摩擦電気等の影響を十分に抑えることができ、結果的に、低周波数（１０Ｈｚ程度）の信号の検出精度を十分に確保することができる。また、回路部１２は、安価であるリジッドな回路基板２００で構成でき、且つ簡単な工程でセンサ部１１と回路部１２との接合が行えるので、圧電フィルムセンサ１のコストダウンが図れる。
【００４７】
また、センサ部１１は、図２に示した構成にしているので、センサ部１１を両面テープ１７で皮膚などに貼り付け、その皮下の動き（脈拍など）をモニタする場合、人間の関節曲げによる皮膚の伸縮を、皮下の動きとして検出するのを抑制することができる。また、図２に示したセンサ部１１は、上述したように、伸縮による発生電荷をキャンセルする構成であるので、突発的に引張方向の応力が加わったとしても、接続される処理回路２０１の出力が飽和したり、接続される処理回路２０１が圧電フィルム１１１ａ、１１１ｂで発生した過電圧の入力により破損したりするのを抑えられる。また、センサ部１１は、内側に位置するシグナル電極１１２を比較的硬い銅箔とし、外側に位置する基準電位電極１１３を比較的柔らかい銀ペースト付きウレタンフィルムとしたので、全体として伸びにくいが曲がりやすい構造である。
【００４８】
また、回路部１２の処理回路２０１は、図８に示す回路としてもよい。図５に示した処理回路は、基準電位電極１１３に対してシグナル電極１１２が常に正にバイアスされない回路であり、図８に示した処理回路は、基準電位電極１１３に対してシグナル電極１１２が常に正にバイアスされる回路である。
【００４９】
ここで、センサ部１１は、マイグレーションを発生する危険性が高い銀ペーストの電極を基準電位電極１１３（陰極側）として構成されている。したがって、図８に示した処理回路２０１では、基準電位電極１１３に対してシグナル電極１１２が常に正にバイアスされるので、このことによってマイグレーションの発生を抑えることができる。また、基準電位電極１１３とシグナル電極１１２とが異なる電極材料で構成されること、すなわち、陰極側の電極と陽極側の電極とが異なる電極材料で構成されることによっても、マイグレーションの発生を抑える効果がえられる。
【００５０】
また、圧電フィルムセンサ１は、ノイズ対策として、図９に示すように、回路部１２全体をシールドケース１８に収納する構成としてもよい。シールドケース１８が樹脂素材である場合には、図９に示すように、回路基板２００の第３主面側、および第４主面側のそれぞれに回路基板２００を挟むように金属板１８ａ、１８ｂを配置すればよい。また、シールドケース１８が導電性の素材であれば、金属板１８ａ、１８ｂを配置せずに、このシールドケース１８をグランドに接続してもよい。圧電フィルムセンサ１は、シールドケース１８を設けることにより、センサ部１１を貼り付けた人体からのノイズの影響を抑えることができる。
【００５１】
なお、この場合には、図９に示すように、保持部材１３ａ、１３ｂもシールドケース１８に収納する。
【００５２】
圧電フィルムセンサ１における、センサ部１１と回路部１２との保持は、図４に示した例に限らない。例えば、図１０（Ａ）に示すように、センサ部１１の第２主面と、回路基板２００の第４主面とを重ね合わせてもよい。このとき、センサ部１１に形成されている接続パターン１１２ａと、回路基板２００に形成されている接続パターン２００ｂとが背中合わせになり、且つセンサ部１１に形成されている接続パターン１１３ａと、回路基板２００に形成されている接続パターン２００ａとが背中合わせになっている。すなわち、圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１の基準電位電極１１３に形成されている接続パターン１１３ａの内側の貫通孔と、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ａの内側の貫通孔とが重なり、且つセンサ部１１のシグナル電極１１２に形成されている接続パターン１１２ａの内側の貫通孔と、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ｂの内側の貫通孔とが重なるように、センサ部１１の第２主面と、回路部１２の回路基板２００の第４主面とを重ね合わせている。
【００５３】
保持部材１３ａ、１３ｂは、センサ部１１の第１主面側、または回路基板２００の第３主面側の一方から貫通孔に通し、他方の側に突出した先端をかしめている。この例では、保持部材１３ａ、１３ｂは、導電性のものである。圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１に形成されている接続パターン１１２ａと、回路基板２００に形成されている接続パターン２００ｂとが保持部材１３ａによって電気的に接続され、センサ部１１に形成されている接続パターン１１３ａと、回路基板２００に形成されている接続パターン２００ａとが保持部材１３ｂによって電気的に接続される。
【００５４】
また、図１０（Ｂ）に示すように、回路部１２の回路基板２００の第４主面に板バネ１５を取り付け、センサ部１１を回路基板２００と、板バネ１５とによって挟持して保持する構成としてもよい。この場合、センサ部１１に形成されている接続パターン１１２ａと、回路基板２００に形成されている接続パターン２００ｂとが当接し、且つセンサ部１１に形成されている接続パターン１１３ａと、回路基板２００に形成されている接続パターン２００ａとが当接するように、センサ部１１と回路基板２００とを重ね合わせ、センサ部１１と回路部１２とを電気的に接続する。この例では、接続パターン１１２ａ、１１３ａ、２００ａ、２００ｂの内側に貫通孔が設けられていなくてもよい。このように構成すると、回路基板２００からのセンサ部１１の取り外しが可能となり、センサ部１１や回路基板２００を付け替えたり、使い回したりすることができる。
【００５５】
また、図１０（Ｂ）に示す例では、センサ部１１の抜け落ちを防止する抜け落ち防止機構を設けるのが好ましい。この抜け落ち防止機構は、例えば、センサ部１１の回路基板２００との当接面（第１主面）に形成した第１の凹凸と、回路基板２００のセンサ部１１との当接面（第３主面）に形成した第１の凹凸に係合する第２の凹凸とによって構成できる。
【００５６】
また、センサ部１１と回路基板２００との保持に板バネ１５を用いたことで、センサ部１１と、回路基板２００（すなわち、回路部１２）との着脱が簡単に行える。また、この場合、上述した補強部材１６をセンサ部１１の第２主面に設けておくことで、回路基板２００と、板バネ１５とによって挟持するセンサ部１１の端部を硬くでき、センサ部１１と、回路基板２００との着脱が一層簡単に行える。
【００５７】
また、センサ部１１Ａは、図１１に示す構成であってもよい。センサ部１１Ａは、圧電フィルム１２１、１２２と、シグナル電極１２３と、絶縁フィルム１２４と、基準電位電極１２５と、を積層したものである。
【００５８】
センサ部１１Ａは、シグナル電極１２３の一方の主面側（図１１ではセンサ部１１Ａの第２主面側）に、２層の圧電フィルム１２１、１２２が積層されている。２層の圧電フィルム１２１、１２２は、伸縮に対する発生電荷の向きを逆に構成している。この２層の圧電フィルム１２１、１２２は、例えばＰＬＬＡ／ＰＤＬＡの２層構成であり、共押出により２層一体で製造できる。また、センサ部１１Ａは、シグナル電極１２３の他方の主面側（図１１ではセンサ部１１Ａの第１主面側）に、絶縁フィルム１２４を積層している。絶縁フィルム１２４は、例えばＰＥＴ基材入りの両面粘着テープである。
【００５９】
さらに、センサ部１１Ａは、圧電フィルム１２１におけるシグナル電極１２３との反対側の主面、および絶縁フィルム１２４におけるシグナル電極１２３との反対側の主面には、基準電位電極１２５が配置されている。具体的には、圧電フィルム１２１におけるシグナル電極１２３との反対側の主面、および絶縁フィルム１２４におけるシグナル電極１２３との反対側の主面に基準電位電極１２５を積層配置している。この基準電位電極１２５も、図１１に示すように１枚のフィルムである。センサ部１１Ａには、第１主面側に露出する導電性の接続パターン１２３ａ、１２５ａが形成されている。接続パターン１２３ａは、シグナル電極１２３に形成されている。接続パターン１２５ａは、基準電位電極１２５に形成されている。接続パターン１２３ａ、１２５ａは、センサ部１１Ａの長手方向の一方の端部（図１１における右側の端部）において、センサ部１１Ａの短手方向に並べて形成している。接続パターン１２３ａ、１２５ａは、上述したセンサ部１１における接続パターン１１２ａ、１１３ａと同様である。
【００６０】
センサ部１１Ａと、回路部１２とは、図４や、図１０に示したいずれかの構成で保持される。この場合、圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１Ａの基準電位電極１２５に形成されている接続パターン１２５ａと、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ａとが電気的に接続され、且つセンサ部１１Ａのシグナル電極１２３に形成されている接続パターン１２３ａと、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ｂとが電気的に接続される。
【００６１】
この図１１に示すセンサ部１１では、２層の圧電フィルム１２１、１２２の間に、シグナル電極１２３等の他の層が介在していないので、センサ部１１Ａの伸縮による圧電フィルム１２１の歪み量と、圧電フィルム１２２の歪み量と、の差を小さくできる。したがって、人間の関節曲げによる皮膚の伸縮を、皮下の動きとして検出するのを一層抑えられる。特に、共押出により２層一体で製造した圧電フィルム１２１、１２２を用いれば、２層の圧電フィルム１２１、１２２の間に接着層も介在しないので、人間の関節曲げによる皮膚の伸縮を、誤って皮下の動きとして検出するのを一層確実に抑えられる。
【００６２】
また、絶縁フィルム１２４として、ＰＥＴ基材入りの粘着テープを使うと、仮にマイグレーションによってヒロックやウィスカが発生したとしても、電極間に配置されるＰＥＴ基材をヒロックやウィスカがＰＥＴ基材を通過し難くなり、ショート不良の発生を抑制できる。
【００６３】
さらに、センサ部１１Ａは、回路的にみると、絶縁フィルム１２４が平行平板キャパシタを構成し、この平行平板キャパシタが２層の圧電フィルム１２１、１２２に並列に接続されている。また、絶縁フィルム１２４は、圧電フィルム１２１、１２２よりも薄く、誘電率の高い材料を選択することができる。したがって、圧電フィルム１２１、１２２に並列に接続されるキャパシタの容量を比較的大きくすることができ、ノイズの低減が図れる。特に、回路部１２の処理回路２０１を、図１２に示す電圧検知型の回路にするとノイズの低減に効果的である。
【００６４】
さらに、センサ部１１Ｂは、図１３に示す構成であってもよい。センサ部１１Ｂは、圧電フィルム１３１〜１３４と、シグナル電極１３５と、基準電位電極１３６と、を積層したものである。
【００６５】
センサ部１１Ｂは、シグナル電極１３５の一方の主面側（図１３ではセンサ部１１Ｂの第２主面側）に、２層の圧電フィルム１３１、１３２が積層されている。２層の圧電フィルム１３１、１３２は、伸縮に対する発生電荷の向きを逆に構成している。この２層の圧電フィルム１３１、１３２は、例えばＰＬＬＡ／ＰＤＬＡの２層構成であり、共押出により２層一体で製造できる。また、センサ部１１Ｂは、シグナル電極１３５の他方の主面側（図１１ではセンサ部１１Ｂの第１主面側）にも、２層の圧電フィルム１３３、１３４が積層されている。この２層の圧電フィルム１３３、１３４も、伸縮に対する発生電荷の向きを逆に構成している。この２層の圧電フィルム１３３、１３４も、上述の圧電フィルム１３１、１３２と同様に、例えばＰＬＬＡ／ＰＤＬＡの２層構成である。
【００６６】
さらに、センサ部１１Ｂは、圧電フィルム１３１におけるシグナル電極１３５との反対側の主面、および圧電フィルム１３４におけるシグナル電極１３５との反対側の主面には、基準電位電極１３６が配置されている。具体的には、圧電フィルム１３３におけるシグナル電極１３５との反対側の主面、および圧電フィルム１３１におけるシグナル電極１３５との反対側の主面に基準電位電極１３６を積層配置している。この基準電位電極１３６も、図１３に示すように１枚のフィルムである。センサ部１１Ｂには、第１主面側に露出する導電性の接続パターン１３５ａ、１３６ａが形成されている。接続パターン１３５ａは、シグナル電極１３５に形成されている。接続パターン１３６ａは、基準電位電極１３６に形成されている。接続パターン１３５ａ、１３６ａは、センサ部１１Ａの長手方向の一方の端部（図１３における右側の端部）において、センサ部１１Ｂの短手方向に並べて形成している。接続パターン１３５ａ、１３６ａは、上述したセンサ部１１における接続パターン１１２ａ、１１３ａと同様である。
【００６７】
センサ部１１Ｂと、回路部１２とは、図４や、図９に示したいずれかの構成で保持される。この場合、圧電フィルムセンサ１は、センサ部１１Ｂの基準電位電極１３６に形成されている接続パターン１３６ａと、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ａとが電気的に接続され、且つセンサ部１１Ｂのシグナル電極１３５に形成されている接続パターン１３５ａと、回路基板２００の第３主面に形成されている接続パターン２００ｂとが電気的に接続される。
【００６８】
この図１３に示すセンサ部１１Ｂでは、図１１に示したセンサ部１１Ａに比べて、曲げに対する出力が２倍になる。
【００６９】
また、図７では、センサ部１１の第２主面に両面テープを貼り付けるとしたが、図１４に示すように、センサ部１１の第１主面（皮膚に接する側の反対面）に、センサ部１１の外側に突出する大きさの片面テープ（片面貼りテープ）１７ａを設け、このセンサ部１１外側に突出している部分でセンサ部１１を皮膚に貼り付ける構成としてもよい。このようにすれば、皮膚に貼り付ける片面テープ１７ａの面積を抑えることができ、人体（皮膚）に対する負担を低減できる。
【００７０】
なお、図７に示す両面テープ１７や、図１４に示す片面テープ１７ａは、圧電フィルムセンサ１のセンサ部１１に予め貼り付けておかなくてもよい。すなわち、センサ部１１を被験者の皮膚に貼り付けるときに、センサ部１１に貼り付けてもよい。このようにすれば、被験者のアレルギー等を考慮した成分である粘着層の両面テープ１７や、片面テープ１７ａを選択し使用できる。
【００７１】
さらに、圧電フィルムセンサ１で、可聴音波領域の周波数の皮下の動きを検出したい場合がある。一般に、高音域の音は、図１５（Ａ）に示すように減衰しやすいため、処理回路２０１のゲインの周波数特性がフラットな場合には検知できないことがある。このため、処理回路２０のゲインの周波数特性を、図１５（Ｂ）に示すように必要とする周波数領域で概ね40dB/dec以上の傾きをもって高くなるようにしてもよい。例えば、処理回路２０は、図１６に示すように、フィードバック抵抗Ｒ３に対して、並列にコンデンサＣ１を接続すればよい。コンデンサＣ１の容量は、必要とする周波数領域に応じて定められる。このようにすれば、圧電フィルムセンサ１は、図１５（Ｃ）に示すように高周波音成分を持つ振動の検知についても精度よく行える。
【００７２】
なお、本願発明にかかる圧電フィルムセンサ１は、上述したセンサ部１１、１１Ａ，１１Ｂを皮膚に貼り付け、皮下の動きを検知する生体センサとしての用途だけでなく、センサ部１１、１１Ａ，１１Ｂを生体以外の物体に貼り付け、この物体の微小な動きや変形などを検知する用途にも使用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１…圧電フィルムセンサ
１１、１１Ａ、１１Ｂ…センサ部
１２…回路部
１３ａ、１３ｂ…保持部材
１５…板バネ
１６…補強部材
１７…両面テープ
１７ａ…片面テープ
１８…シールドケース
１８ａ…金属板
２０…処理回路
１１１ａ、１１１ｂ、１２１、１２２、１３１、１３２、１３３、１３４…圧電フィルム
１１２、１２３、１３５…シグナル電極
１１２ａ、１１３ａ、１２３ａ、１２５ａ、１３５ａ、１３６ａ…接続パターン
１１３、１２５、１３６…基準電位電極
１２４…絶縁フィルム
２００…回路基板
２００ａ、２００ｂ…接続パターン
２０１…処理回路
【図１】
2016027615.tif 000003
【図２】
2016027615.tif 000004
【図３】
2016027615.tif 000005
【図４】
2016027615.tif 000006
【図５】
2016027615.tif 000007
【図６】
2016027615.tif 000008
【図７】
2016027615.tif 000009
【図８】
2016027615.tif 000010
【図９】
2016027615.tif 000011
【図１０】
2016027615.tif 000012
【図１１】
2016027615.tif 000013
【図１２】
2016027615.tif 000014
【図１３】
2016027615.tif 000015
【図１４】
2016027615.tif 000016
【図１５】
2016027615.tif 000017
【図１６】
2016027615.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月30日(2017.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する２つの主面を備え、両主面間に平膜状の圧電フィルムが積層され、この圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を出力する導電性の出力導体パターンを形成したフレキシブルなセンサ部と、
回路基板の主面に、前記センサ部の前記出力導体パターンに電気的に接続する導電性の入力導体パターン、および前記入力導体パターンを介して入力された前記圧電フィルムの歪み量に応じた圧電電圧を処理する処理回路が形成されているリジッドな回路部と、
前記出力導体パターンと前記入力導体パターンとを電気的に接続した状態で、前記センサ部と前記回路部とを保持する保持部材と、
前記センサ部の他方の主面側における、前記センサ部の一方の主面に形成されている前記出力導体パターンに対向する位置に配置される板状の補強部材と、を備え、
前記補強部材は、前記センサ部の一部をカバーする大きさである圧電フィルムセンサ。
【請求項２】
前記センサ部は、伸縮時に発生電荷をキャンセルする一対の圧電フィルムを備えている、請求項１に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項３】
前記回路部、および前記保持部材を覆うシールドケースを備えている、請求項１または２に記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項４】
前記圧電フィルムは、一軸方向に延伸されたポリ乳酸である、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項５】
前記センサ部を検知対象の生体に貼り付ける粘着層を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電フィルムセンサ。
【請求項６】
前記粘着層は、前記回路基板や前記補強部材と重ならない位置に設けられている、請求項５に記載の圧電フィルムセンサ。
【国際調査報告】
2016027615.tif 000019
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