(57)【要約】【課題】センサー性能を向上させ、併せて装着方法を改善する。【解決手段】運動の法則や物理定理などのような原理的効果を最大に発揮させる工夫を施し、中空を設けた弾性体と電極で構成し、中空部を信号が減衰せず、ノイズを受け付けない理想的な伝送路とするなど構造体自身を理想的なものに近づける。その上で、電極に既存の指向性センサー素子を併せて用いることで、本発明センサーの出力性能は大きく向上する。中空部に、電気部品などを組み込んでも性能に影響を与える事はない。従来の印刷技術で電極を形成することで構造体自身が理想的なセンサーとなり性能は更に向上する。簡易計測器を組み込んだり、計測装置を高性能、小型化できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体の内部に一つ以上の中空を設け、中空内の圧力が使用環境において常に弾性体外部の圧力以上になるように気体、およびまたは液体を封入した特徴を有し、中空内の圧力、およびまたは温度などを検知する一つ以上のセンサー素子、およびまたは電子部品で構成された中空弾性体センサー。
【請求項２】
弾性体の内部に一つ以上の中空を設け、中空内の圧力が使用環境において常に弾性体外部の圧力以上になるように気体、およびまたは液体を封入した特徴と、伝搬距離による圧力減衰がない原理効果と指向性が生じない原理効果、およびまたは外部ノイズの侵入を防ぐ原理効果を得る特徴を有し、以上の特徴を併用した中空弾性体に、中空内の圧力、およびまたは温度などを検知する一つ以上のセンサー素子、およびまたは電子部品で構成された中空弾性体センサー。
【請求項３】
中空内の圧力、温度などを検知するセンサー素子に、弾性体外部や中空内部に金属粉体や誘電体などを印刷する方法およびまたは金属等による電極を用いる方法で、センサー素子を生成したものを用いた請求項１または請求項２の中空弾性体センサー。
【請求項４】
中空内の圧力振動を検知するため、センサー素子に指向性を有する物を採用する特徴を有した請求項１または請求項２の中空弾性体センサー。
【請求項５】
弾性体の材質、形状および中空の形状は、突起物を設けるなど任意に成形され、センサー素子は中空内部、弾性体外部のいずれに設けても良く、金属や誘電物質などの異物を入れても良く、圧力安全弁を設けても良く、センサー信号を外部へ取り出り手段と装着手段を付加しても良い請求項１または請求項２または請求項３または請求項４の中空弾性体センサー。
【請求項６】
中空内の圧力、温度を検知する手段として、中空部の内部と外部を連通するチューブを設け、この連通したチューブに新たに空洞部を設けても良く、チューブ内およびまたは新たな空洞部にセンサー素子、電子部品を接続する構成とした請求項５の中空弾性体センサー。
【請求項７】
センサー素子およびまたは電子部品の信号をもとに、信号の処理を行い、その結果を表示するなど外部へ知らせる機能を内臓した請求項５の弾性体中空センサー。
【請求項８】
一般センサーと同様の用法、用途と同じで良く、すなわち、測定器や検査機、警報や機械制御装置、各種の機械装置や車、家電、扉や窓ガラス、その他の物に有線や無線で接続された請求項５の中空弾性体センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】測定器や機械、制御装置、表示通報装置などに接続したり、機械、扉、窓ガラスなどに取り付けて使用される、温度、圧力、振動などを電気信号に変換するセンサー。
【０００２】
【従来の技術】
動的情報の検出手段として、圧力に反応する原理が用いられている電子センサー素子の殆どは、原理や構造上の理由から空気を媒体とする必要があり、圧力発生点からセンサーまでの空気中の伝搬距離に比例して圧力が減衰する原理特性により、センサーの出力も相応して低下する欠点がある。
【０００３】
叉、圧力の発生方向にセンサーの指向性を正確に一致させて設置することは困難な場合が多く、これを解決するため無指向性センサーが採用される手段が用いられるが、指向性を有するセンサーに比較して、図１５のように大幅に検出感度が低下する欠点がある。
【０００４】
センサーのノイズ進入防止は、センサー信号のＳ／Ｎ比を低下するため、感度と同等に重要項目であり、センサーにおいては電磁、静電シールド、剛性体によるシールドなどが用いられるが、これらの効果を充分に発揮するのは容易でない。
【０００５】
上記の圧力に反応する原理が用いられている電子センサー素子の多くは、絶対圧力にも反応もするが、圧力の変化すなわち振動、音波にも反応するため、圧力センサー素子とされる物以外に、静電センサー、マイクや超音波センサー、振動センサーなど幅広く利用されているが、これらは殆ど上記の欠点を有する。
【０００６】
以上のような伝搬距離による減衰や指向性による影響、ノイズによる性能低下、及び、装着方法の欠点などの具体例として、身体情報の異常通報器機における公開公報の例を以下に説明する。
【０００７】
特開２００２−０９５６４２号公報、特開平０９−１２２０９０号公報、特開平０５−０３１０８５号の公報に記載された装置のように、センサーを直接人体に装着する方法があり、類似の方法は多いが、いずれもセンサー出力値については具体的な値が示されていない。
そこで実験を行った結果が図１３である。指向性を有する超高感度マイクが他のセンサーより好結果であり、図１３（Ａ）は、この超高感度マイクを手首に直接装着して実験し、感度が最も高い位置で測定したオシロスコープの波形で、３から６ｄｂ程度の感度である。しかし、その装着位置から１から２ミリ位置をズラすと図１３（Ｂ）のように、殆ど信号は得られなくなり、図１３（Ａ）の感度を再び得ようとしても僅かな位置でしか反応せず、図１３（Ａ）の感度は容易に再現できない。マイクの装着角度が変わっても同様に信号は得られなくなる。
こうした状態からの実用化は他に特別な方法の併用が必要と推測される。
【０００８】
又、従来技術の特開２００１−２８６４４８号公報に記載の例のように、風袋の中に無指向性マイクを装着した実験を行い、測定したオシロスコープの波形が図１４（Ａ）で、６から１０ｄｂ程度の感度が得られ、該公報で報告されている性能とほぼ同等の値であり、該公報に記載されているデーターとの妥当性を伺わせる結果を得ている。
この値は、心脈拍の方向にマイクの正面方向を合わせたもので、距離が２センチ程度の位置で得られたものである。距離を３センチ程度に遠ざけた場合は、図１４（Ｂ）で、４から８ｄｂ、マイク正面方向より横９０度方向に心脈拍の位置がズレた場合では、図１４（Ｃ）で、１から３ｄｂ、若しくは、これ以下に低下する結果となっている。
こうした時の感度不足を補うため、該公報に記載されている通り、検出部に密着を要する事とその工夫も施されているなど本実験との共通性を伺わせている結果である。このように心脈拍は音波として検出され、心脈拍の位置からの距離による減衰が起こり、方向性による減衰を受けており、且つ、該公報に記載されているデーターの通り、ノイズ量も非常に多くＳ／Ｎ比が悪化している。
こうした横方向や後方向の感度を高めるために該公報でも、無指向性マイクを用いているが、無指向性マイクも図１５のように、完全な無指向性は有り得ないので、信号伝搬の指向性の影響を受けざるを得ないからである。
【０００９】
一方、通常の計測器機の開発で必要となるセンサーのＳ／Ｎ比の目安は、非常に安定した場合でも、６から８ｄｂ以上必要であり、多少でも変動が有る場合は、１０から１６ｄｂ以上得られていないと、市場での信頼性は安定しないと考えられるレベルであるから、先ず装着方法を限定し、信号処理方法などに特殊な方法を開発するなどの必要があると推測される。
【００１０】
以上のように、身体情報の異常通報器機においては、装着位置ズレの問題や圧迫感を与えるなど装着方法に関する問題、及びセンサー出力のＳ／Ｎ比が大きく不足しており、誤判定や誤動作が多く、実用に至っていないのが実状である。
【００１１】
以上の身体情報センサーに限らず、取り付け位置や方向などの使用条件も細かく定められるなどの制限があり、任意の位置や任意の傾き、あるいは振動や騒音などの環境下では、性能が発揮できなかったり、全く使用できない等の欠点がある。
【００１２】
弾性体と中空を応用したセンサーは、異なる材質や材料を使用し、弾性体や中空部などを覆うケース部や中空部を構成する表皮体、中空体を支える支持基材を使用するなど構造も複雑で異なる材質や材料を微細に加工して、組み立てられ、特殊な機械加工を用いなければ製品にならない等の欠点があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、定理や原理特性に素直に反応させるなど、原理特性の効果を発揮させる工夫を施した構造体とする事で、伝搬距離により圧力が減衰する欠点、指向性を有する欠点を取り除き、ノイズの進入を防止できるなどの理想的な構造体を目標として求め、それにセンサー素子を付加して用いる事で、センサー素子の出力低下を防止し、信号のＳ／Ｎ比を高め、センサーの性能を大きく向上させることを目的とする。
【００１４】
中空体を覆うケース部や、表皮体や支持基材など、異なる材質や材料を必要とせず、単純構造とすることで、使用目的に合わせた装着加工を容易とし、従来は装着できないか、もしくは性能が劣化していた測定対象物に対しても、容易に装着を可能とするなど装着方法の改善を目的とする。
【００１５】
本発明はセンサーであるから最終的には、従来の一般センサーと同じように、測定や検査、警報の発生、機械の制御装置などに接続される物だが、本発明のセンサーの性能を充分高めることで、外部に接続されるこうした装置などの性能を高め、シンプル、小型化や低コスト化を推進することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題の目的を達成する本発明の中空弾性体センサーによる手段の特徴は、例えばベルヌーイの定理などのような原理的特性の効果を最大に発揮できる中空部や弾性体の材質や形状、必要な特性要素などを求めた実験より、図１（Ｂ）のようにのように、圧力の伝搬距離による減衰と指向性とを発生させず、且つ、図１０のようにノイズを受け付けない原理効果が得られ、且つ、これらの原理効果は相乗して発揮される特徴がある弾性体とすることが可能であることを発見したもので、そうした特徴を有する弾性体の内部に既存のセンサー素子を組み込み、このセンサー素子の感度、Ｓ／Ｎ比などの性能が図１２のように大幅に向上することを、多くの実験で繰り返して確認できた。
よって、上記の特徴を得る必要な特性要素から生成された中空弾性体とセンサー素子を用いることを課題の目的を達成させる手段の要点とする。
【００１７】
請求項１と２の特徴は、上記の説明や、図１（Ｂ）のように、指向性を持たず、伝搬距離により圧力が減衰することなく、且つ、図１０のように、外部ノイズを受け付けない原理的性質を応用する事で、課題のセンサー性能を向上させる目的を解決する手段として充分とするものである。
【００１８】
叉、請求項１と２は、図１（Ａ）のように、弾性体を覆うケース部や、支持基材や表皮体などを使用する必要は全くなく、特殊な材質や形状、特殊な機械加工など必要とせず簡単な製造方法で、低コストで実用化でき課題の目的を達成するものである。
【００１９】
請求項３は、金属粉体や誘電体などを印刷する方法や金属等をそのまま組み込んで電極を用いる方法で、センサー素子を生成したものを用いた場合、中空弾性体その物がセンサー素子となり、外部入力は媒体を必要とせず直接センサー素子に入力されることになり、性能は大きく向上し、シンプル、低コストで実用化でき課題の目的を達成するものである。
【００２０】
請求項４は、本発明の中空弾性体は伝搬特性に特定方向の指向性を持たず、すなわち、あらゆる方向に指向性を持っているので、図１５のように無指向性センサー素子より大きく感度の高い性質を持つ指向性センサーを用いることで性能が向上し、課題のセンサー性能を向上する目的を達成させるものである。
【００２１】
請求項５と７は、図２のように、本発明のセンサーの中空部の内部に電子部品等を組み込んでも、本発明に採用の原理特性によれば効果に変化はないから、中空体のスペースを有効利用することが可能で、電子部品を組み込んでもよいが、従来の印刷技術で電子回路を生成することも可能である。器機の小型化を促進し、簡易機能の超小型表示器や簡易測定器などを容易に提供でき、課題の目的を達成するものである。
又、請求項５は、センサー素子を設置する場所は、弾性体の外部で弾性体に接して用いても良く、中空内に設けた場合に及ばないがセンサー素子単品の仕様と同等の感度が得られるから、概存のチューブ等に外部からセンサー素子を装着するなど非常に簡単な方法でも実用可能で、課題の簡単な製造方法、低コストなどの目的を達成するものである。
【００２２】
請求項６は、本発明に採用の原理特性にれば、測定対象物への接触は、弾性の一部でも全面でもよく、取り付けの方向性も自由で、目的や装着対象に最適な形状としても性能は影響を受けず、図４（Ｂ）のように機械装置などの曲面でも、複雑に屈折した隙間などにも装着できる。課題の装着条件を改善する目的を達成するものである。
【００２３】
請求項８は、従来の一般センサーと同じように、測定や検査、警報の発生、機械制御装置に採用した場合、本発明のセンサーは性能が充分高められ、装着状態も緩和されるので、そうした装置などの性能も高められることになり、課題の装置等の性能を向上させる目的を達成するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態と実施例を図などを用いて併記する。
【００２５】
図１（Ａ）の実施例１は、本発明のセンサーの最も基本的な構成であり、シリコンゴムによる卵状の弾性体１に中空２を設け、中空の内部にセンサー素子４と空気３を外部圧力以上に封入し、信号出力線５と圧力安全弁６を設けた扉鍵のピッキング防止用に採用した例で鍵の回転音のリズムを検出するセンサーである。
【００２６】
図１（Ｂ）は、実施例１の動作原理を概念的にあらわしたもので、外部応力や外部圧力１０は、中空内部で均一であり方向性を有しない様子１１、減衰しないでセンサー素子に入力される様子１２を説明した図である。
【００２７】
図２（Ａ）の実施例２は、扉鍵のピッキング防犯センサーとして絶縁性のある弾性材料を体卵状に成形した本発明のセンサーである。内部に電子部品２００を組み込み、判定信号を出力しブザーも内蔵する。電子部品を乗せた回路基板は弾性体の張力を利用し中空内に固定され、固定される状態に性能は影響されないので回路基板を固定する他の手段は必要としない。
但し、回路基板で中空部を閉路することがないように、回路基板に切り欠け、あるいは基盤を１０ミリ程度の貫通する穴を設ける必要がある。
なお、実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
図２（Ｂ）は実施例２の信号処理方法の回路ブッロク図である。いずれもシンプルな回路で従来技術で充分であるため説明は省略する。
【００２８】
図３の実施例３は、従来技術のフイルム材料などに電子部品や回路を印刷する技術を用いて、中空内部に金属粉体で印刷された電極１０１、１０２や誘電体１０３を印刷し、卵上に成形した本発明の弾性体自身をセンサー素子としたもので、多用途向けの汎用型センサーであり、測定器、機械装置、車など従来のセンサーと同様に扱われることを意図したものである。
中空内部の電極と貫通するスルホール１０６を設け、更に外部へ取り出す信号線５へも印刷で行われているが、この印刷の様子は一部の電極のみ示し、他は省略されている。周囲温度を検出する温度センサー１０４、１０５を設置している。
温度センサーは周囲温度による中空内圧力の補正演算を行うなどに使用できるが、マイクロＣＰＵなどによる演算回路２００を内部に封入しても良い。
勿論、振動センサーのような用途や一定圧力に復帰した後から繰り返される振動などの圧力測定の場合は、温度補正は必ずしも必要ではない。
実施例３は、測定対象物に接触する弾性体そのものがセンサー素子であり、外部応力をそのまま出力できるので、温度補正演算を行えば優秀な電気素子型の圧力センサーとなる。ダイヤグラムなどの機械式圧力センサーは外部圧力を直接出力できるが、電子型の圧力センサーは外部圧力を直接出力できる物は少なく、圧電素子のように温度に影響を受けにくい電気素子タイプもあるが出力が小さく、Ｓ／Ｎ比は良好でない。
なお、実施例１、実施例３と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
【００２９】
図４の実施例４は、上記に説明した原理特性は理論上、空洞部の大きさ、形状に無関係であるから、空洞に連通するチューブ４０を用いて、新たな空洞部１００を設け、ここにセンサー素子を取り付けてもよく、弾性体と中空部は柔軟なシート状に成型することで、従来は装着不可能であった複雑な機械装置内部の溝などに圧入して装着できる。
圧力安全弁を経由し、装着後に気体、液体を注入する方法等で、装着は容易にできる。又、圧力補正演算用の温度センサー２０１を付加している。
なお、実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
図４（Ｂ）は複雑に湾曲した溝へ装着した例を説明した図である。
【００３０】
図５の実施例５は、従来技術による身体情報の異常通報器機などに採用されている心脈拍検出センサーと同じ用途に本発明のセンサーを試みることで、従来技術との比較、評価を行うためのもので、本発明の実施例１と同等の物をシリコンチューブを用いて構成され、その他は実施例１と同様なので省略する。
このセンサーを身体の心脈拍検出用として、ゴム紐などで上腕に装着して測定したオシロスコープ波形データーが図１２であるが、センサー信号の出力電圧も充分で、ノイズも少なく、Ｓ／Ｎ比は２５から３０ｄｂの値が得られている。
又、脈のうねり１２１も得られ圧力の変動を検出している。
この値は、前記で説明したように特開２００２−０９５６４２号公報や特開平０９−１２２０９０号公報、特開平０５−０３１０８５号公報に相当する性能の図１３や、特開２００１−２８６４４８号広報に相当する性能の図１４と比較、評価できるものである。本発明の性能図１２と比較したＳ／Ｎ比の差は、２０から２６ｄｂ以上で、電圧比では１０倍から２０倍以上も本発明の性能が向上している。
【００３１】
このときの本発明のセンサーは重量が約２グラム、幅１センチ、長さ７センチ程度の軽量、コンパクトである。装着方法は、センサーの一部が身体に軽く触れれば良く、圧迫感は全く感じられない程度で得られた値である。かつ、身体の多くの部位に反応し装着位置のズレなどの影響の心配も少なく、従来技術の装着方法と比較して大きく改善されている。
【００３２】
一方、市場の信頼性を確保された装置などに採用する場合のＳ／Ｎ比は２０ｄｂ（約１０倍）程度得られていれば充分であるから、本発明の装着条件は更に緩和しても充分である。当然、従来とおなじ装着方法を行えばセンサー信号のＳ／Ｎ比は４０ｄｂ（約１００倍）程度は容易に得られるが、心脈拍を検出する身体情報の異常通報器機などには、もはや意味を持たない値である。
【００３３】
図６の実施例６は、身体情報の異常通報器に採用した実用例で、腕時計の柔軟性ベルト内部に、中空部を形成した本発明のセンサーであり、時計部のブザーや表示機能を併用できる。内部に無線送信部を有し、情報送信アンテナ６０２を装備する。なお、実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。図７は、実施例６の信号処理方法の回路ブッロク図であるが、脈拍の他、圧力、体温判定も複合した総合判定出力で、異常の有無で無線機の電源を接／断している。
いずれもシンプルな回路で従来技術で充分であるため明細な説明は省略するが、無線機の電源を接／断する手段を採用しているのは、センサーが高性能なので充分な判定が可能であるから、異常の有無情報だけ出力すれば良く、変調回路、復調回路を省略できる。通常は電源を断にしておくことで電池消耗を防ぐためであり、めったに無線機の電源は通電されず、実際の部品点数も少ないから消費電力は極めて少ない。
電話機などに接続された外部通報部は、送信器のキャリヤー有無の判定から異常の有無を知る事ができ、ブザー、ランプなどの外部出力は容易である。
電話機のオンフックＳＷと短縮ダイヤルＳＷに出力することで、容易に電話回線を利用した通報ができ、システム全体はコンパクトである。
【００３４】
以下、実施例１を扉鍵のピッキング防犯用に採用した例で、本発明の作用の様子を図８、図９、図１０、図１１を用いて説明する。
【００３５】
図８の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、弾性体の一部分以上が測定対象物に接触していれば良く、より多くの面が接触しても効果が上がるなどの変化はないことを説明した図である。
【００３６】
図９は、センサーの静止状態を概念的にあらわしたもので、図１（Ｂ）同様、中空内部で均一であり方向性を有しない様子、センサーが内部圧力に等しい一定の圧力を出力する様子１３を説明した図である。
【００３７】
図１０（Ａ）は、扉が実際に使用される環境での外来ノイズの影響をあらわしたもので、弾性体表皮部の外部へ向かって作用している圧力のため、速度変化の遅い圧力や弾性体全体にかかる圧力は、その大小にかかわらず内部圧力に変動を与えない。すなわち、こうした外部ノイズを全く受け付けない原理的効果が発揮され、センサー出力の様子１３は、静止状態とおなじ値で一定に安定したままである。
【００３８】
図１０（Ｂ）は、鍵が挿入された動作状態で、鍵で発生した回転音が伝播距離による減衰はないままセンサー素子まで伝播されるから、センサー素子は最大の効率で電気信号に変換され、一般の使用環境である大気圧相当より遥かに効率的で、高い出力値が得られ、且つ、ノイズが少ないから、センサー出力の様子１３は、Ｓ／Ｎ比が非常に高いことを説明した図である。
【００３９】
一方、図１１（Ａ）は、従来技術による例であるが、外来ノイズの影響は、そのまま出力に現れるので、センサー出力の様子１３は、常にに変動していることを説明した図である。
図１１（Ｂ）は、鍵が挿入されたとき、回転音は単純な空気中の音波として伝播され、伝播距離により分散、減衰し、ノイズと拡販されてセンサー素子に伝わり、Ｓ／Ｎ比が悪化しているセンサー出力の様子１３を説明した図である。
【００４０】
本発明で特徴的な作用の補足説明と具体的な弾性体の調整方法、制作例を以下に説明する。
【００４１】
弾性体の特性は、検出や測定対象の特性にあわせて、弾性体の張力を材質、厚さなどで選択し、その後に、中空部の圧力を調整することで表面張力を微調整する。こうして調整された表面張力の応答速度と弾性体の質量による応答速度が決定される。
中空内の空気の応答速度は、ベルヌーイの定理などの作用が起こり、封入される空気の質量が無視できれば無限に速い速度であり無視できるが、他の気体や液体など封入し、それらの質量や粘性で調整しても良い。一方、外部圧力のような応力が加えられても中空内の圧力は一定である物理特性から中空を構成する弾性体が変位を起こすが、その速度が調整された速度に相当する。実施例５で説明したように呼吸によるうねり１２１は、ノイズをカットしながら圧力値の変動を測定できる例である。
実験の結果からは、封入する圧力は一定以上であれば感度に大きな影響を与えない。
この速度の調整は外部ノイズの進入防止に利用され、検出対象の速度に合わせれば、それ以外の速度を受け付けない作用による。例として実施例１をゴム紐で空中に浮遊させた実験では、指を軽く触れるとセンサー素子の最大出力値が得られる程度に感度を上げても、外部のゆるやかな風力による振動や音声その他の騒音を加えても殆ど反応せずノイズは極限に近いほどの低い値で、Ｓ／Ｎ比は非常に高い。
【００４２】
尚、本発明は単純構造なので、適当なゴムホースなどにセンサーを入れてから一端を溶着などで塞ぎ、他の一端を接着剤などで接着し、接着材が乾燥する直前に注射器などで、気体や液体を封入するなど、容易に実験が可能であり、この程度の決定方法でも効果が得られる。内部に入れるセンサーの位置や方向は性能に影響しないから、実験段階ではそのままで良いが製品段階では接着剤、止めネジなどで固定した方が良い。止めネジやネジ用穴には予め接着剤などを塗布するなど機密性を保つ工夫を付加する。
【００４３】
本発明のセンサーの性能が大幅に向上しているのは、従来技術と類似の構造や方法であっても、先ず前記の原理特性を有する理想的な構造体を目標として求めた結果、封入される圧力が外部圧力以上である特徴を有することになり、原理的方法でノイズ侵入を防止できるが、上記補足説明および図９、図１０、図１１を用いた実施例１の説明で、弾性体の調整方法、及び動作の様子を具体的に説明したように、理想的な原理効果が発揮できる構造体を得て、しかるのちにセンサー素子を付加して用いる事で、従来性能を大幅に上回る結果が得られたもので、プロセスの違いから封入する圧力の特徴と原理効果が発揮できる特徴を得て、センサー性能を向上させているものである。
従来技術との比較実験の結果からも性能の差は、図１０、図１１や図１２、図１３、図１４などの例のように格段に異なり、全く異なる性質を手段としない限りこのような性能の格差は得られない。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、以下に記載されるような効果がある。
【００４５】
大幅な性能向上と、取り付け位置や方向に影響されず、且つ、一部接触でも全面接触でも良いなど装着方法が格段に改善され、具体的には実施例５などのように充分な性能を提供できる。
【００４６】
単純構造で、高性能であり、更にマイクロ電子部品、半導体などを組み込む事ができ、装置全体の性能向上、小型化、低価格などを促進させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における中空弾性体センサー断面の概略説明図と本発明の動作概念の概略説明図である。
【図２】本発明の実施例２における中空弾性体センサー断面の概略説明図と内部に組み込まれた電子回路のブロック図である。
【図３】本発明の実施例３における中空弾性体センサー断面の概略説明図である。
【図４】本発明の実施例４における中空弾性体センサーの概略立面図と装着例の概略説明図である。
【図５】本発明の実施例５における中空弾性体センサーの概略説明図である。
【図６】本発明の実施例６における中空弾性体センサーの概略立面説明図である。
【図７】本発明の実施例６における電気回路のブロック図である。
【図８】本発明の実施例２の装着状態と動作を説明した図である。
【図９】本発明の実施例２の静止状態の信号出力を説明した図である。
【図１０】本発明の実施例２の待機状態の信号出力を説明した図と鍵が挿入された動作状態の信号出力を説明した図である。
【図１１】従来技術の待機状態の信号出力を説明した図と鍵が挿入された動作状態の信号出力を説明した図である。
【図１２】本発明の実施例５の性能を測定した説明図である。
【図１３】本発明の実施例５と同等な従来技術例−１の性能を測定した説明図である。
【図１４】本発明の実施例５と同等な従来技術例−２の性能を測定した説明図である。
【図１５】従来技術のセンサー指向性、無指向性の特性の違いを説明した図である。
【符号の説明】
１　弾性体２　中空
３　中空内部に封入される気体、叉は、液体
４　センサー素子
５　信号取り出し手段
６　圧力安全弁
１０　外部圧力
１１　方向性を有しない様子
１２　センサー素子の入力様子
１３　センサー出力の様子
４０　中空に連通するチューブ
１００　チューブで連通された新たな空洞部
１０１　中空内部に印刷された正電極
１０２　中空内部に印刷された負電極
１０３　中空内部に印刷された誘電体
１０４　中空外部に印刷された正電極
１０５　中空外部に印刷された負電極
１０６　中空内部に印刷された電極から外部へ貫通する印刷された信号線
１２１　呼吸によるうねり
２００　中空内部に組み込まれた電子素子、電気部品
２０１　温度センサー
６００　時計と身体情報判定回路部
６０１　表示、警報ブザー
６０２　情報送信アンテナ
【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】
2004101499.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004101499.tif 000012
【図１１】
2004101499.tif 000013
【図１２】
2004101499.tif 000014
【図１３】
2004101499.tif 000015
【図１４】
2004101499.tif 000016
【図１５】
2004101499.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年4月28日(2003.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持機材や異なる材質を用いる事なく、図１のような単一材料で、単一構造による弾性体構成である特徴を有する、弾性体の内部に一つ以上の中空を設けて、中空弾性体を形成し、中空内の圧力、およびまたは温度などを検知する一つ以上のセンサー素子、およびまたは電子部品、およびまたは圧力安全弁、を封入して構成され、中空内の圧力が使用環境において、常に、弾性体外部の圧力以上になるように気体、およびまたは液体を封入した特徴と、伝搬距離による圧力減衰がない原理効果と指向性が生じない原理効果を得る特徴を有した、心脈拍検出用の中空弾性体センサー。
【請求項２】
弾性体の材質と形状および中空の形状は、任意で、内部が空洞の一般ゴムチューブなどの両端を密封した中空弾性体、又は風船等の中空弾性体、又は、用途に合わせて専用に成型した中空弾性体、又は、類似の中空弾性体や容易に想像できる中空弾性体を用いた請求項１の心脈拍検出用中空弾性体センサー。
【請求項３】
請求項１、又は請求項２の中空弾性体に金属粉体や誘電体などを印刷する方法、およびまたは金属、誘電物質による方法で、電子回路、電子部品、およびまたはセンサー素子を生成した、請求項１の心脈拍検出用中空弾性体センサー。
【請求項４】
センサー素子、およびまたは電子部品の信号をもとに、信号の処理を行い、その結果を表示するなど外部へ知らせる機能を内臓した請求項１、又は請求項２、又は請求項３の心脈拍検出用弾性体中空センサー。
【請求項５】
ベルトやゴムバンドによる装着手段、又は腕輪や眼鏡に取り付けた装着手段、又は容易に想像可能な一般的な装着方法と組み合わせた装着手段、及び、得られた信号を外部へ取り出すため、有線、又はＩＳＤＮ、外線、内線などの電話回線、又はイーサーネット回線、又は実施例６の信号変調回路を使用しない無線回路、又は容易に想像可能な無線回路による信号取り出し手段を付随した請求項１、又は請求項２、又は請求項３、又は請求項４の心脈拍検出用弾性体中空センサー。
【請求項６】
請求項５の方法や請求項５に類似の方法で装着し、得られた信号を外部に取り出して使用するため、請求項５の方法や請求項５に類似の方法で、医療機器や介護機器、測定器機やデーター収集器機、コンピュターやパソコン、外部への通報や通信器機などの外部器機や装置に接続して用いる機能を付随した、又は接続して用いた請求項１、又は請求項２、又は請求項３、又は請求項４、又は請求項５の心脈拍検出用弾性体中空センサー。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】医療機器や介護機器、身体情報の通報器機などに接続して使用される心脈拍検出用センサー。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項１の特徴は、上記の説明や、図１（Ｂ）のように、指向性を持たず、伝搬距離により圧力が減衰することなく、且つ、図１０のように、外部ノイズを受け付けない原理的性質を応用する事で、課題のセンサー性能を向上させる目的を解決する手段として充分とするものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
叉、請求項１は、図１（Ａ）のように、弾性体を覆うケース部や、支持基材や表皮体などを使用する必要は全くなく、特殊な材質や形状、特殊な機械加工など必要とせず簡単な製造方法で、低コストで実用化でき課題の目的を達成するものである。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
又、請求項１は、本発明の中空弾性体は伝搬特性に特定方向の指向性を持たず、すなわち、あらゆる方向に指向性を持っているので、図１５のように無指向性センサー素子より大きく感度の高い性質を持つ指向性センサーを用いることで性能が更に向上し、課題のセンサー性能を向上する目的を達成させるものである。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項２は、本発明に採用の原理特性にれば、弾性体や中空部の材質や構造による影響は受けず、又、測定対象物への接触は、弾性の一部でも全面でもよく、取り付けの方向性も自由で、目的や装着対象に最適な形状としても性能は影響を受けず、図４（Ｂ）のように機械装置などの曲面でも、複雑に屈折した隙間などにも装着できる。課題の装着条件を改善する目的を達成するものである。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項１と４は、図２のように、本発明のセンサーの中空部の内部に電子部品等を組み込んでも、本発明に採用の原理特性によれば効果に変化はないから、中空体のスペースを有効利用することが可能で、電子部品を組み込んでもよいが、従来の印刷技術で電子回路を生成することも可能である。器機の小型化を促進し、簡易機能の超小型表示器や簡易測定器などを容易に提供でき、課題の目的を達成するものである。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項３は、金属粉体や誘電体などを印刷する方法や金属等をそのまま組み込んで電極を用いる方法で、センサー素子を生成したものを用いた場合、中空弾性体その物がセンサー素子となり、外部入力は媒体を必要とせず直接センサー素子に入力されることになり、性能は大きく向上し、シンプル、低コストで実用化でき課題の目的を達成するものである。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項５と請求項６は、本センサーを使用するにあたり、従来の一般センサーと同じように、従来より周知の一般的な装着手段と信号の取り出し手段を付随させたものであり、医療機器や介護機器、測定器機やデーター収集器機、コンピュターやパソコン、外部への通報や通信器機などのような、外部器機や装置に接続して、使用するものである。請求項５の腕輪や眼鏡に取り付けた装着手段、又は容易に想像可能な一般的な装着方法の例としては、本センサーをネックレスに取りつけたり、枕に取り付けて人体の頭や首筋に接触させる、便座に取りつけて腰を下ろしたとき人体に接触させるなどの方法もある。このようにして、本センサーから得られた脈拍を始め、体温、血圧、その他の身体情報を取り出し、外部器機で利用できるようにしたものである。




【手続補正書】
【提出日】平成15年9月22日(2003.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【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】弾性体の内部に中空を設け、中空内の圧力が使用環境において常に弾性体外部の圧力以上になるように気体を封入して、伝播距離による圧力減衰を無くすと共に、前記中空内の圧力、およびまたは温度などの変化を検知する一つ以上のセンサー素子を備え、かつ中空を有する弾性体を扉などの鍵孔に対応した箇所に固設して鍵使用時の正常か異常かを検知することを特徴とする中空弾性体。
【請求項２】弾性体の内部に中空を設け、中空内の圧力が使用環境において常に弾性体外部の圧力以上になるように気体を封入して、伝播距離による圧力減衰を無くすと共に、前記中空内の圧力、およびまたは温度などの変化を検知する一つ以上のセンサー素子を備え、かつ中空を有する弾性体を身体の一部にゴム紐などに装着して心脈検出用として計測し、正常か異常かを検知することを特徴とする中空弾性体。
【請求項３】中空内の圧力、温度などの変化を検知するセンサー素子は、弾性体外部や中空内部に金属粉体の誘電体などで印刷して金属等による電極間の静電容量を検出できるようにして成ることを特徴とする請求項１または２記載の中空弾性体。
【請求項４】センサー素子は、中空内に設けられる電子部品を介して検知した信号を外部に発信し、弾性体内の圧力等の変化を外部へ知らせるようにして成ることを特徴とする請求項１または２記載の中空弾性体。
【請求項５】センサー素子は、中空内に設けられる電子部品を介して検知した信号を弾性体の外部へ導線を介して導出し、必要な電子機器と接続できるようにして成ることを特徴とする請求項１または２記載の中空弾性体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、扉などの鍵孔や人体に装着して、不正使用の鍵や心拍状態の良否を感度よく、温度、圧力など衝動、振動など検出し、これを電気信号に変換する中空弾性体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動的情報の検出手段として、圧力に反応する原理が用いられている電子センサー素子の殆どは、原理や構造上の理由から空気を媒体とする必要があり、圧力発生点からセンサーまでの空気中の伝搬距離に比例して圧力が減衰する原理特性により、センサーの出力も相応して低下する欠点がある。
【０００３】
叉、圧力の発生方向にセンサーの指向性を正確に一致させて設置することは困難な場合が多く、これを解決するため無指向性センサーが採用される手段が用いられるが、指向性を有するセンサーに比較して、図１５のように大幅に検出感度が低下する欠点がある。
【０００４】
センサーのノイズ進入防止は、センサー信号のＳ／Ｎ比を低下するため、感度と同等に重要項目であり、センサーにおいては電磁、静電シールド、剛性体によるシールドなどが用いられるが、これらの効果を充分に発揮するのは容易でない。
【０００５】
上記の圧力に反応する原理が用いられている電子センサー素子の多くは、絶対圧力にも反応もするが、圧力の変化すなわち振動、音波にも反応するため、圧力センサー素子とされる物以外に、静電センサー、マイクや超音波センサー、振動センサーなど幅広く利用されているが、これらは殆ど上記の欠点を有する。
【０００６】
以上のような伝搬距離による減衰や指向性による影響、ノイズによる性能低下、及び、装着方法の欠点などの具体例として、身体情報の異常通報器機における公開公報の例を以下に説明する。
【０００７】
特開２００２−０９５６４２号公報、特開平０９−１２２０９０号公報、特開平０５−０３１０８５号の公報に記載された装置のように、センサーを直接人体に装着する方法があり、類似の方法は多いが、いずれもセンサー出力値については具体的な値が示されていない。
【０００８】
そこで実験を行った結果が図１３である。指向性を有する超高感度マイクが他のセンサーより好結果であり、図１３（Ａ）は、この超高感度マイクを手首に直接装着して実験し、感度が最も高い位置で測定したオシロスコープの波形で、３から６ｄｂ程度の感度である。しかし、その装着位置から１から２ミリ位置をズラすと図１３（Ｂ）のように、殆ど信号は得られなくなり、図１３（Ａ）の感度を再び得ようとしても僅かな位置でしか反応せず、図１３（Ａ）の感度は容易に再現できない。マイクの装着角度が変わっても同様に信号は得られなくなる。
【０００９】
こうした状態からの実用化は他に特別な方法の併用が必要と推測される。
【００１０】
又、従来技術の特開２００１−２８６４４８号公報に記載の例のように、風袋の中に無指向性マイクを装着した実験を行い、測定したオシロスコープの波形が図１４（Ａ）で、６から１０ｄｂ程度の感度が得られ、該公報で報告されている性能とほぼ同等の値であり、該公報に記載されているデーターとの妥当性を伺わせる結果を得ている。
【００１１】
この値は、心脈拍の方向にマイクの正面方向を合わせたもので、距離が２センチ程度の位置で得られたものである。距離を３センチ程度に遠ざけた場合は、図１４（Ｂ）で、４から８ｄｂ、マイク正面方向より横９０度方向に心脈拍の位置がズレた場合では、図１４（Ｃ）で、１から３ｄｂ、若しくは、これ以下に低下する結果となっている。
【００１２】
こうした時の感度不足を補うため、該公報に記載されている通り、検出部に密着を要する事とその工夫も施されているなど本実験との共通性を伺わせている結果である。このように心脈拍は音波として検出され、心脈拍の位置からの距離による減衰が起こり、方向性による減衰を受けており、且つ、該公報に記載されているデーターの通り、ノイズ量も非常に多くＳ／Ｎ比が悪化している。
【００１３】
こうした横方向や後方向の感度を高めるために該公報でも、無指向性マイクを用いているが、無指向性マイクも図１５のように、完全な無指向性は有り得ないので、信号伝搬の指向性の影響を受けざるを得ないからである。
【００１４】
一方、通常の計測器機の開発で必要となるセンサーのＳ／Ｎ比の目安は、非常に安定した場合でも、６から８ｄｂ以上必要であり、多少でも変動が有る場合は、１０から１６ｄｂ以上得られていないと、市場での信頼性は安定しないと考えられるレベルであるから、先ず装着方法を限定し、信号処理方法などに特殊な方法を開発するなどの必要があると推測される。
【００１５】
以上のように、身体情報の異常通報器機においては、装着位置ズレの問題や圧迫感を与えるなど装着方法に関する問題、及びセンサー出力のＳ／Ｎ比が大きく不足しており、誤判定や誤動作が多く、実用に至っていないのが実状である。
【００１６】
以上の身体情報センサーに限らず、取り付け位置や方向などの使用条件も細かく定められるなどの制限があり、任意の位置や任意の傾き、あるいは振動や騒音などの環境下では、性能が発揮できなかったり、全く使用できない等の欠点がある。
【００１７】
弾性体と中空を応用したセンサーは、異なる材質や材料を使用し、弾性体や中空部などを覆うケース部や中空部を構成する表皮体、中空体を支える支持基材を使用するなど構造も複雑で異なる材質や材料を微細に加工して、組み立てられ、特殊な機械加工を用いなければ製品にならない等の欠点があった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、定理や原理特性に素直に反応させるなど、原理特性の効果を発揮させる工夫を施した構造体とする事で、伝搬距離により圧力が減衰する欠点、指向性を有する欠点を取り除き、ノイズの進入を防止できるなどの理想的な構造体を目標として求め、それにセンサー素子を付加して用いる事で、センサー素子の出力低下を防止し、信号のＳ／Ｎ比を高め、センサーの性能を大きく向上させることを目的とする。
【００１９】
中空体を覆うケース部や、表皮体や支持基材など、異なる材質や材料を必要とせず、単純構造とすることで、使用目的に合わせた装着加工を容易とし、従来は装着できないか、もしくは性能が劣化していた測定対象物に対しても、容易に装着を可能とするなど装着方法の改善を目的とする。
【００２０】
本発明はセンサーであるから最終的には、従来の一般センサーと同じように、測定や検査、警報の発生、機械の制御装置などに接続される物だが、本発明のセンサーの性能を充分高めることで、外部に接続されるこうした装置などの性能を高め、シンプル、小型化や低コスト化を推進することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題の目的を達成する本発明の中空弾性体センサーによる手段の特徴は、例えばベルヌーイの定理などのような原理的特性の効果を最大に発揮できる中空部や弾性体の材質や形状、必要な特性要素などを求めた実験より、図１（Ｂ）のように、圧力の伝搬距離による減衰と指向性とを発生させず、且つ、図１０のようにノイズを受け付けない原理効果が得られ、且つ、これらの原理効果は相乗して発揮される特徴がある弾性体とすることが可能であることを発見したもので、そうした特徴を有する弾性体の内部に既存のセンサー素子を組み込み、このセンサー素子の感度、Ｓ／Ｎ比などの性能が図１２のように大幅に向上することを、多くの実験で繰り返して確認できた。
【００２２】
よって、上記の特徴を得る必要な特性要素から生成された中空弾性体とセンサー素子を用いることを課題の目的を達成させる手段の要点とする。
【００２３】
　図１（Ｂ）のように、指向性を持たず、伝搬距離により圧力が減衰することなく、且つ、図１０のように、外部ノイズを受け付けない原理的性質を応用する事で、課題のセンサー性能を向上させる目的を解決する手段として充分とするものである。
【００２４】
叉、図１（Ａ）のように、弾性体を覆うケース部や、支持基材や表皮体などを使用する必要は全くなく、特殊な材質や形状、特殊な機械加工など必要とせず簡単な製造方法で、低コストで実用化でき課題の目的を達成するものである。
【００２５】
中空弾性体には、金属粉体や誘電体などを印刷する方法や金属等をそのまま組み込んで電極を用いる方法で、センサー素子を生成したものを用いた場合、中空弾性体その物がセンサー素子となり、外部入力は媒体を必要とせず直接センサー素子に入力されることになり、性能は大きく向上し、シンプル、低コストで実用化でき課題の目的を達成するものである。
【００２６】
つぎに、本発明の中空弾性体は伝搬特性に特定方向の指向性を持たず、すなわち、あらゆる方向に指向性を持っているので、図１５のように無指向性センサー素子より大きく感度の高い性質を持つ指向性センサーを用いることで性能が向上し、課題のセンサー性能を向上する目的を達成させるものである。
【００２７】
　図２のように、本発明のセンサーの中空部の内部に電子部品等を組み込んでも、本発明に採用の原理特性によれば効果に変化はないから、中空体のスペースを有効利用することが可能で、電子部品を組み込んでもよいが、従来の印刷技術で電子回路を生成することも可能である。器機の小型化を促進し、簡易機能の超小型表示器や簡易測定器などを容易に提供でき、課題の目的を達成するものである。
【００２８】
又、センサー素子を設置する場所は、弾性体の外部で弾性体に接して用いても良く、中空内に設けた場合に及ばないがセンサー素子単品の仕様と同等の感度が得られるから、概存のチューブ等に外部からセンサー素子を装着するなど非常に簡単な方法でも実用可能で、課題の簡単な製造方法、低コストなどの目的を達成するものである。
【００２９】
　本発明に採用の原理特性によれば、測定対象物への接触は、弾性の一部でも全面でもよく、取り付けの方向性も自由で、目的や装着対象に最適な形状としても性能は影響を受けず、図４（Ｂ）のように機械装置などの曲面でも、複雑に屈折した隙間などにも装着できる。課題の装着条件を改善する目的を達成するものである。
【００３０】
　従来の一般センサーと同じように、測定や検査、警報の発生、機械制御装置に採用した場合、本発明のセンサーは性能が充分高められ、装着状態も緩和されるので、そうした装置などの性能も高められることになり、課題の装置等の性能を向上させる目的を達成するものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態と実施例を図などを用いて併記する。
【００３２】
図１（Ａ）の実施例１は、本発明のセンサーの最も基本的な構成であり、シリコンゴムによる卵状の弾性体１に中空２を設け、中空の内部にセンサー素子４と空気３を外部圧力以上に封入し、信号出力線５と圧力安全弁６を設けた扉鍵のピッキング防止用に採用した例で鍵の回転音のリズムを検出するセンサーである。
【００３３】
図１（Ｂ）は、実施例１の動作原理を概念的にあらわしたもので、外部応力や外部圧力１０は、中空内部で均一であり方向性を有しない様子１１、減衰しないでセンサー素子に入力される様子１２を説明した図である。
【００３４】
図２（Ａ）の実施例２は、扉鍵のピッキング防犯センサーとして絶縁性のある弾性材料を体卵状に成形した本発明のセンサーである。内部に電子部品２００を組み込み、判定信号を出力しブザーも内蔵する。電子部品を乗せた回路基板は弾性体の張力を利用し中空内に固定され、固定される状態に性能は影響されないので回路基板を固定する他の手段は必要としない。
【００３５】
但し、回路基板で中空部を閉路することがないように、回路基板に切り欠け、あるいは基盤を１０ミリ程度の貫通する穴を設ける必要がある。
【００３６】
なお、実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
【００３７】
図２（Ｂ）は実施例２の信号処理方法の回路ブロック図である。いずれもシンプルな回路で従来技術で充分であるため説明は省略する。
【００３８】
図３の実施例３は、従来技術のフイルム材料などに電子部品や回路を印刷する技術を用いて、中空内部に金属粉体で印刷された電極１０１、１０２や誘電体１０３を印刷し、卵上に成形した本発明の弾性体自身をセンサー素子としたもので、多用途向けの汎用型センサーであり、測定器、機械装置、車など従来のセンサーと同様に扱われることを意図したものである。
【００３９】
中空内部の電極と貫通するスルーホール１０６を設け、更に外部へ取り出す信号線５へも印刷で行われているが、この印刷の様子は一部の電極のみ示し、他は省略されている。周囲温度を検出する温度センサー１０４、１０５を設置している。
【００４０】
温度センサーは周囲温度による中空内圧力の補正演算を行うなどに使用できるが、マイクロＣＰＵなどによる演算回路２００を内部に封入しても良い。
【００４１】
勿論、振動センサーのような用途や一定圧力に復帰した後から繰り返される振動などの圧力測定の場合は、温度補正は必ずしも必要ではない。
【００４２】
実施例３は、測定対象物に接触する弾性体そのものがセンサー素子であり、外部応力をそのまま出力できるので、温度補正演算を行えば優秀な電気素子型の圧力センサーとなる。ダイヤグラムなどの機械式圧力センサーは外部圧力を直接出力できるが、電子型の圧力センサーは外部圧力を直接出力できる物は少なく、圧電素子のように温度に影響を受けにくい電気素子タイプもあるが出力が小さく、Ｓ／Ｎ比は良好でない。
【００４３】
なお、実施例１、実施例３と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
【００４４】
図４の実施例４は、上記に説明した原理特性は理論上、空洞部の大きさ、形状に無関係であるから、空洞に連通するチューブ４０を用いて、新たな空洞部１００を設け、ここにセンサー素子を取り付けてもよく、弾性体と中空部は柔軟なシート状に成型することで、従来は装着不可能であった複雑な機械装置内部の溝などに圧入して装着できる。
【００４５】
圧力安全弁を経由し、装着後に気体、液体を注入する方法等で、装着は容易にできる。又、圧力補正演算用の温度センサー２０１を付加している。
【００４６】
なお、実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
【００４７】
図４（Ｂ）は複雑に湾曲した溝へ装着した例を説明した図である。
【００４８】
図５の実施例５は、従来技術による身体情報の異常通報器機などに採用されている心脈拍検出センサーと同じ用途に本発明のセンサーを試みることで、従来技術との比較、評価を行うためのもので、本発明の実施例１と同等の物をシリコンチューブを用いて構成され、その他は実施例１と同様なので省略する。
【００４９】
このセンサーを身体の心脈拍検出用として、ゴム紐などで上腕に装着して測定したオシロスコープ波形データーが図１２であるが、センサー信号の出力電圧も充分で、ノイズも少なく、Ｓ／Ｎ比は２５から３０ｄｂの値が得られている。又、脈のうねり１２１も得られ圧力の変動を検出している。
【００５０】
この値は、前記で説明したように特開２００２−０９５６４２号公報や特開平０９−１２２０９０号公報、特開平０５−０３１０８５号公報に相当する性能の図１３や、特開２００１−２８６４４８号公報に相当する性能の図１４と比較、評価できるものである。本発明の性能図１２と比較したＳ／Ｎ比の差は、２０から２６ｄｂ以上で、電圧比では１０倍から２０倍以上も本発明の性能が向上している。
【００５１】
このときの本発明のセンサーは重量が約２グラム、幅１センチ、長さ７センチ程度の軽量、コンパクトである。装着方法は、センサーの一部が身体に軽く触れれば良く、圧迫感は全く感じられない程度で得られた値である。かつ、身体の多くの部位に反応し装着位置のズレなどの影響の心配も少なく、従来技術の装着方法と比較して大きく改善されている。
【００５２】
一方、市場の信頼性を確保された装置などに採用する場合のＳ／Ｎ比は２０ｄｂ（約１０倍）程度得られていれば充分であるから、本発明の装着条件は更に緩和しても充分である。当然、従来と同じ装着方法を行えばセンサー信号のＳ／Ｎ比は４０ｄｂ（約１００倍）程度は容易に得られるが、心脈拍を検出する身体情報の異常通報器機などには、もはや意味を持たない値である。
【００５３】
図６の実施例６は、身体情報の異常通報器に採用した実用例で、腕時計の柔軟性ベルト内部に、中空部を形成した本発明のセンサーであり、時計部のブザーや表示機能を併用できる。内部に無線送信部を有し、情報送信アンテナ６０２を装備する。なお、実施例１と同一符号の部分は同一構造を有し、説明は省略する。
【００５４】
図７は、実施例６の信号処理方法の回路ブッロク図であるが、脈拍の他、圧力、体温判定も複合した総合判定出力で、異常の有無で無線機の電源を接／断している。
【００５５】
いずれもシンプルな回路で従来技術で充分であるため明細な説明は省略するが、無線機の電源を接／断する手段を採用しているのは、センサーが高性能なので充分な判定が可能であるから、異常の有無情報だけ出力すれば良く、変調回路、復調回路を省略できる。通常は電源を断にしておくことで電池消耗を防ぐためであり、めったに無線機の電源は通電されず、実際の部品点数も少ないから消費電力は極めて少ない。
【００５６】
電話機などに接続された外部通報部は、送信器のキャリヤー有無の判定から異常の有無を知る事ができ、ブザー、ランプなどの外部出力は容易である。
【００５７】
電話機のオンフックＳＷと短縮ダイヤルＳＷに出力することで、容易に電話回線を利用した通報ができ、システム全体はコンパクトである。
【００５８】
以下、実施例１を扉鍵のピッキング防犯用に採用した例で、本発明の作用の様子を図８、図９、図１０、図１１を用いて説明する。
【００５９】
図８の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、弾性体の一部分以上が測定対象物に接触していれば良く、より多くの面が接触しても効果が上がるなどの変化はないことを説明した図である。
【００６０】
図９は、センサーの静止状態を概念的にあらわしたもので、図１（Ｂ）同様、中空内部で均一であり方向性を有しない様子、センサーが内部圧力に等しい一定の圧力を出力する様子１３を説明した図である。
【００６１】
図１０（Ａ）は、扉が実際に使用される環境での外来ノイズの影響をあらわしたもので、弾性体表皮部の外部へ向かって作用している圧力のため、速度変化の遅い圧力や弾性体全体にかかる圧力は、その大小にかかわらず内部圧力に変動を与えない。すなわち、こうした外部ノイズを全く受け付けない原理的効果が発揮され、センサー出力の様子１３は、静止状態と同じ値で一定に安定したままである。
【００６２】
図１０（Ｂ）は、鍵が挿入された動作状態で、鍵で発生した回転音が伝播距離による減衰はないままセンサー素子まで伝播されるから、センサー素子は最大の効率で電気信号に変換され、一般の使用環境である大気圧相当より遥かに効率的で、高い出力値が得られ、且つ、ノイズが少ないから、センサー出力波形の様子１３は、Ｓ／Ｎ比が非常に高いことを説明した図である。
【００６３】
これに反し、ピッキングなど適正な鍵以外のものを鍵孔に挿入して操作すると、明らかにセンサー出力波形は異常となり、直ちに警報などを発して、盗難などを未然に防止できる。
【００６４】
一方、図１１（Ａ）は、密封量の不足した中空体を用いた本発明との比較技術であるが、外来ノイズの影響は、そのまま出力に現れるので、センサー出力の様子１３は、常に変動していることを説明した図である。
【００６５】
図１１（Ｂ）は、鍵が挿入されたとき、回転音は単純な空気中の音波として伝播され、伝播距離により分散、減衰し、ノイズと拡販されてセンサー素子に伝わり、Ｓ／Ｎ比が悪化しているセンサー出力の様子１３を説明した図である。
【００６６】
本発明で特徴的な作用の補足説明と具体的な弾性体の調整方法、製作例を以下に説明する。
【００６７】
弾性体の特性は、検出や測定対象の特性にあわせて、弾性体の張力を材質、厚さなどで選択し、その後に、中空部の圧力を調整することで表面張力を微調整する。こうして調整された表面張力の応答速度と弾性体の質量による応答速度が決定される。
【００６８】
中空内の空気の応答速度は、ベルヌーイの定理などの作用が起こり、封入される空気の質量が無視できれば無限に速い速度であり無視できるが、他の気体や液体など封入し、それらの質量や粘性で調整しても良い。一方、外部圧力のような応力が加えられても中空内の圧力は一定である物理特性から中空を構成する弾性体が変位を起こすが、その速度が調整された速度に相当する。実施例５で説明したように呼吸によるうねり１２１は、ノイズをカットしながら圧力値の変動を測定できる例である。
【００６９】
実験の結果からは、封入する圧力は一定以上であれば感度に大きな影響を与えない。
【００７０】
この速度の調整は外部ノイズの進入防止に利用され、検出対象の速度に合わせれば、それ以外の速度を受け付けない作用による。例として実施例１をゴム紐で空中に浮遊させた実験では、指を軽く触れるとセンサー素子の最大出力値が得られる程度に感度を上げても、外部のゆるやかな風力による振動や音声その他の騒音を加えても殆ど反応せずノイズは極限に近いほどの低い値で、Ｓ／Ｎ比は非常に高い。
【００７１】
尚、本発明は単純構造なので、適当なゴムホースなどにセンサーを入れてから一端を溶着などで塞ぎ、他の一端を接着剤などで接着し、接着材が乾燥する直前に注射器などで、気体や液体を封入するなど、容易に実験が可能であり、この程度の決定方法でも効果が得られる。内部に入れるセンサーの位置や方向は性能に影響しないから、実験段階ではそのままで良いが製品段階では接着剤、止めネジなどで固定した方が良い。止めネジやネジ用穴には予め接着剤などを塗布するなど気密性を保つ工夫を付加する。
【００７２】
本発明のセンサーの性能が大幅に向上しているのは、従来技術と類似の構造や方法であっても、先ず前記の原理特性を有する理想的な構造体を目標として求めた結果、封入される圧力が外部圧力以上である特徴を有することになり、原理的方法でノイズ侵入を防止できるが、上記補足説明および図９、図１０、図１１を用いた実施例１の説明で、弾性体の調整方法、及び動作の様子を具体的に説明したように、理想的な原理効果が発揮できる構造体を得て、しかるのちにセンサー素子を付加して用いる事で、従来性能を大幅に上回る結果が得られたもので、プロセスの違いから封入する圧力の特徴と原理効果が発揮できる特徴を得て、センサー性能を向上させているものである。
【００７３】
従来技術との比較実験の結果からも性能の差は、図１０、図１１や図１２、図１３、図１４などの例のように格段に異なり、全く異なる性質を手段としない限りこのような性能の格差は得られない。
【００７４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、以下に記載されるような効果がある。
【００７５】
大幅な性能向上と、取り付け位置や方向に影響されず、且つ、一部接触でも全面接触でも良いなど装着方法が格段に改善され、具体的には実施例５などのように充分な性能を提供できる。
【００７６】
単純構造で、高性能であり、更にマイクロ電子部品、半導体などを組み込む事ができ、装置全体の性能向上、小型化、低価格などを促進させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における中空弾性体センサー断面の概略説明図と本発明の動作概念の概略説明図である。
【図２】本発明の実施例２における中空弾性体センサー断面の概略説明図と内部に組み込まれた電子回路のブロック図である。
【図３】本発明の実施例３における中空弾性体センサー断面の概略説明図である。
【図４】本発明の実施例４における中空弾性体センサーの概略立面図と装着例の概略説明図である。
【図５】本発明の実施例５における中空弾性体センサーの概略説明図である。
【図６】本発明の実施例６における中空弾性体センサーの概略立面説明図である。
【図７】本発明の実施例６における電気回路のブロック図である。
【図８】本発明の実施例２の装着状態と動作を説明した図である。
【図９】本発明の実施例２の静止状態の信号出力を説明した図である。
【図１０】本発明の実施例２の待機状態の信号出力を説明した図と鍵が挿入された動作状態の信号出力を説明した図である。
【図１１】密封量が不足した中空体を用いて本発明と対比した比較技術の待機状態の信号出力を説明した図と鍵が挿入された動作状態の信号出力を説明した図である。
【図１２】本発明の実施例５の性能を測定した説明図である。
【図１３】本発明の実施例５と同等な従来技術例ー１の性能を測定した説明図である。
【図１４】本発明の実施例５と同等な従来技術例ー２の性能を測定した説明図である。
【図１５】従来技術のセンサー指向性、無指向性の特性の違いを説明した図である。
【符号の説明】
１　弾性体
２　中空
３　中空内部に封入される気体、叉は、液体
４　センサー素子
５　信号取り出し手段
６　圧力安全弁
１０　外部圧力
１１　方向性を有しない様子
１２　センサー素子の入力様子
１３　センサー出力の様子
４０　中空に連通するチューブ
１００　チューブで連通された新たな空洞部
１０１　中空内部に印刷された正電極
１０２　中空内部に印刷された負電極
１０３　中空内部に印刷された誘電体
１０４　中空外部に印刷された正電極
１０５　中空外部に印刷された負電極
１０６　中空内部に印刷された電極から外部へ貫通する印刷された信号線
１２１　呼吸によるうねり
２００　中空内部に組み込まれた電子素子、電気部品
２０１　温度センサー
６００　時計と身体情報判定回路部
６０１　表示、警報ブザー
６０２　情報送信アンテナ


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
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