(57)【要約】【課題】振動検出装置または人体検出装置にあって、簡単な構成で以って圧電センサの感度の向上を図る。【解決手段】加速度の加わる面に対向して配置され、前記加速度に応じて出力を発生する圧電センサ９と、圧電センサの出力により人体の所在を判定する判定手段１３を備え、圧電センサ９は長尺の柔軟な線状であって、かつ前記面に対向して張力のかかった多数の曲部１４を形成した人体検出装置である。張力のかかった多数の曲部による長さの増大と接触密度が増え、全体としての感度が向上する【選択図】図１
2005351781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動源による変形に応じて信号を発生する感圧センサと、前記感圧センサの信号により振動源を判定する判定手段を備え、前記感圧センサは変形を受ける面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を形成してなる振動検出装置。
【請求項２】
人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を形成してなる人体検出装置。
【請求項３】
人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を連続させた形状に形成してなる人体検出装置。
【請求項４】
人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状にしてなる人体検出装置。
【請求項５】
人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数のＳ字状の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状に形成してなる人体検出装置。
【請求項６】
人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは座席、就床等の人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数のＳ字状の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状に形成してなる人体検出装置。
【請求項７】
圧電センサは軸方向中心に中心電極と、前記中心電極の周囲に被覆したピエゾ素子材料と、前記ピエゾ素子材料の外周に設けた外側電極と、前記外側電極の外周に被覆した塩化ビニル等の外被を有する請求項２から請求項６のいずれかに記載の人体検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の振動検出装置、または請求項２から請求項７のいずれかに記載の人体検出装置を搭載したベッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電センサ等の感圧センサの変形により物、人、そして人体からの心拍や呼吸等の動きを通じて振動を検出し、物、人等の振動検出装置と、座席、寝床等の場所に人の居る、居ないを検出する人体検出装置とそれを使用したベッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動検出装置は、加速度センサを使用し、振動する物体に加速度センサが固定され、物体の振動と同じ振動状態となり、その時の加速度に応じた出力を発生して振動を検出するものであった。
【０００３】
また、従来の人体検出装置は、図１３に示すように人体が座席５０上に着座すると座席５０の表布下に配置した圧電素子５１が人体の体動により変形を受け、圧電効果により電圧を発生する。そして、前記電圧は特定の周波数成分がフィルター５２によりろ波され、さらに信号増幅手段５３により増幅され、かつ平滑化手段５４により平滑化されて判定手段５５に入力され、物、人の有無が判定される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
すなわち、判定手段５５に入力された平滑化手段５４の出力信号波形は図１４に示す通りで、着座、手足の動き、離座といった粗体動の場合は全身にわたる動作なので、圧電素子５１は大きな変形を受けて平滑化手段５４からは大きな信号波形が出る。しかし、着座した人が安静状態を保っていると人体の心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動により、Ｓ部のような比較的レベルの低い信号波形が出る。
【０００５】
そして、物を座席に置いた場合は、その時は大きな信号波形が出るが、物には人のような心臓の活動や呼吸活動がないので、その後はＳ部のような低い信号波形が出ない。このような信号波形の違いを用いることで人と物の区別を行っていた。
【０００６】
しかしながら、従来の振動検出装置では振動が微弱な場合、加速度も非常に小さくなり、加速度センサの出力を信号増幅手段で増幅するものの、その増幅率を数千倍といった非常に大きな値にする必要があり、微弱な振動の検出には限界があった。
【０００７】
また、従来の人体検出装置は、腰掛けた座席上で人が安静状態を保っている状態で比較的レベルの低い信号を検出して人の有無を判定する場合、人体の振動は非常に微弱なため圧電素子の出力も数ｍｖオーダの非常に微弱な信号となる。従って、圧電素子の出力を増幅する信号増幅手段の増幅率も非常に大きな値にする必要があって回路が複雑になる上、ノイズの影響を受けやすくなるのであった。
【０００８】
そこで、このような問題点を改善するため他の従来の人体検出装置では、図１５に示すように、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電材料を薄膜状にし両面に可撓性の電極膜を付着させテープ状にした圧電素子５６を真中に、振動入力部５７と圧電素子５６に接して複数の凸部５８を有する振動増幅手段５９とで挟み込んで振動検出手段６０を構成している。
【０００９】
そして、物体６１が振動入力部５７に接触し振動（加速度）が伝達されると、この振動は圧電素子５６を経て振動増幅手段５９に伝達される。これにより、振動増幅手段５９が振動すると凸部５８を介して圧電素子５６へ振動が伝達される。その結果、圧電素子５６は物体６１と振動増幅手段５９の両者により交互に圧迫を受け、特に振動増幅手段５９が最も圧電素子５６を圧迫した状態では、複数の凸部５８が図１６に示すように圧電素子５６にそれぞれ大きな変形を与え、圧電素子５６は凸部の無い場合より大きな電圧を発生させる。
【００１０】
しかしながら、この人体検出装置では小さな振動でも簡単に検出するとして、物体６１の振動を増幅して圧電素子５６に加えるために、振動増幅手段５９を付加した複雑な構造となり、また複雑な構造のために製品への応用展開においても種々の制約を受けることが考えられる。
【特許文献１】特開平７−２４４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、別部材を付加しなくても簡単な構成で以って感度の向上を図った振動検出装置と人体検出装置およびそれを使用したベッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、振動源による変形に応じて信号を発生する感圧センサと、前記感圧センサの信号により振動源を判定する判定手段を備え、前記感圧センサは変形を受ける面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を形成した振動検出装置である。
【００１３】
また、本発明は、人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を形成した人体検出装置である。
【００１４】
前記の各手段により、感圧センサまたは圧電センサは物、人体の振動源に対し、長さの増大による接触密度が増え、かつ部分的に感度が上がり、より多くの振動を検知し出力が向上する。従って、感圧センサまたは圧電センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するものである。
【００１５】
さらに、本発明は前記した手段の振動検出装置または人体検出装置を搭載したベッド装置で、確実に就床者の有無を検出できるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の振動検出装置または人体検出装置は、特別な振動増幅手段を設けることなく、簡単な構成で以って感圧センサまたは圧電センサの全体としての感度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明のベッド装置は、振動検出装置または人体検出装置により就床者の有無を確実に検出できることはもちろん、設置を簡単にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、振動源による変形に応じて信号を発生する感圧センサと、前記感圧センサの出力により振動源を判定する判定手段を備え、前記感圧センサは変形を受ける面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を形成した振動検出装置である。
【００１９】
これにより、感圧センサは振動源（物、人体）に対し、多数の曲部による長さの増大と接触密度が増える。また、感圧センサは多数の曲部により、感知できる振動方向が増え振動源の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知する。さらに、感圧センサは多数の曲部により、振動による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【００２０】
従って、感圧センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って感圧センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００２１】
第２の発明は、人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を形成した人体検出装置である。
【００２２】
これにより、圧電センサは人体に対し、張力のかかった多数の曲部による長さの増大と接触密度が増える。また、圧電センサは加速度の加わる面に配置した多数の曲部により、感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知する。さらに、圧電センサは多数の曲部により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【００２３】
従って、圧電センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って圧電センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００２４】
第３の発明は、人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を連続させた形状に形成した人体検出装置である。
【００２５】
これにより、圧電センサは人体に対し、多数の曲部とこの曲部を連続させた形状による長さの増大と接触密度が増える。また、圧電センサは加速度の加わる面に配置した多数の曲部により、感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知する。さらに、圧電センサは多数の曲部により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【００２６】
従って、圧電センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って圧電センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００２７】
第４の発明は、人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状にした人体検出装置である。
【００２８】
これにより、圧電センサは人体に対し、多数の曲部とこの曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状による長さの増大と接触密度が増える。また、圧電センサは連続した多数の曲部により、感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知する。さらに、圧電センサは多数の曲部により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【００２９】
従って、圧電センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って圧電センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００３０】
第５の発明は、人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数のＳ字状の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状に形成した人体検出装置である。
【００３１】
これにより、圧電センサは人体に対し、多数のＳ字状の曲部とこの曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状による長さの増大と接触密度が増える。また、圧電センサは加速度の加わる面に配置した多数のＳ字状の曲部が連続した形状で、かつ連続したＳ字状の曲部部分の蛇行した形状により、感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知する。さらに、圧電センサは多数の曲部により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【００３２】
従って、圧電センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って圧電センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００３３】
第６の発明は、人体の加速度に応じて信号を発生する圧電センサと、前記圧電センサの信号により人体の所在を判定する判定手段を備え、前記圧電センサは座席、就床等の人体の加速度の加わる面に対向して配置され、かつ長尺の柔軟な線状であって、多数のＳ字状の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状に形成した人体検出装置である。
【００３４】
これにより、圧電センサは人体に対し、多数のＳ字状の曲部と、この曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状による長さの増大と接触密度が増える。また、圧電センサは座席、就床等の加速度の加わる面に配置した多数のＳ字状の曲部が連続した形状で、さらに蛇行させた形状により、感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知する。さらに、圧電センサは多数の曲部により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【００３５】
従って、圧電センサにおける感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って圧電センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００３６】
第７の発明は、第２の発明から第６の発明のいずれかに記載の圧電センサを、軸方向中心に中心電極と、前記中心電極の周囲に被覆したピエゾ素子材料と、前記ピエゾ素子材料の外周に設けた外側電極と、前記外側電極の外周に被覆した塩化ビニル等の外被を有して構成したものである。
【００３７】
これにより、圧電センサは長尺で柔軟な線状のケーブルとして形成することが可能になり、曲部または曲部を連続して形成する、または多数のＳ字状の曲部を連続させた形状にし、さらに蛇行させた形状に形成してそれぞれ配置することが容易に行えることになる。
【００３８】
第８の発明は、第１の発明の振動検出装置、または第２の発明から第７の発明のいずれかに記載の人体検出装置を搭載したベッド装置である。
【００３９】
これにより、ベッド装置として第１の発明の振動検出装置、または第２の発明から第７の発明のいずれかの人体検出装置による作用効果が得られ、就床者の有無を確実に検出できる。
【００４０】
本発明の目的は、第１の発明から第８の発明を実施の形態の要部とすることにより達成できるので、各請求項に対応する実施の形態の詳細を、以下に図面を参照しながら説明し、本発明を実施するための最良の形態の説明とする。なお、本発明は本実施の形態により限定されるものではない。また、本実施の形態の説明において、同一構成並びに作用効果を奏するところには同一符号を付して重複した説明を行わないものとする。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における振動検出装置または人体検出装置の構成図で、図２（ａ）は同検出装置の圧電センサシートの平面図で、図３はベット装置に配置した時の圧電センサシートの要部の断面図で、図４は同検出装置における圧電センサの要部の斜視図で、図５（ａ）は同圧電センサに加えた荷重の図で、（ｂ）は（ａ）に示す荷重に対する圧電センサの出力電圧の図で、図６（ａ）は同実施の形態１における振動または人体の検出装置を搭載した医療用、介護用等に使用されるベッド装置の概略斜視図で、（ｂ）はベッド装置の要部分解斜視図である。
【００４２】
本発明の振動検出装置または人体検出装置は、四角形の圧電センサシート１と判定ユニット２とで構成されている。圧電センサシート１と判定ユニット２は、圧電センサシート１の端部に配置した信号処理ユニット４より導出したケーブル３のコネクタ３ａを判定ユニット２にに着脱自在に結合して接続されている。そして、圧電センサシート１は、就床者の在、不在（有無ともいう）を検出するため、振動検出装置または人体検出装置を搭載するリクライニング式のベッド装置である図６（ａ）（ｂ）に示す背上げ床部５と膝上げ床部６の二つに分離された一方の背上げ床部５に備えているものである。
【００４３】
そして、圧電センサシート１は振動源となる物、人体の加速度の加わる面に対向して配置され、柔軟性の薄い一枚の支持体７上に設けた長尺の柔軟な線状の圧電センサ９とで構成されている。長尺の柔軟な線状の圧電センサ９は、振動源の加速度の加わる面に対向して配置され、前記加速度に応じて出力信号である電圧を発生する。
【００４４】
判定ユニット２は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと言う）およびその周辺回路で構成する判定手段１３と判定結果の表示部（図示せず）を有し、圧電センサ９の出力信号による信号処理ユニット４の出力信号に基き、マイコンに備える判定アルゴリズムにより物、人体の判別と就床者の在・不在を判定して表示する。
【００４５】
前記の判定アルゴリズムは、信号処理ユニット４の出力信号の最大値、最小値を２秒毎に求め、その差を演算するとともに、前記の差が閾値Ｖ１以上である状態が２秒毎に所定回数Ｎ１継続すれば在床とする。在床判定状態で、上記差が閾値Ｖ２以下である状態が、２秒毎に所定回数Ｎ２継続すれば不在とする構成にしている。
【００４６】
また、判定ユニット２は判定手段１３を信号処理ユニット４に一体に内装し、判定信号をケーブル３ａで判定ユニット２に送り判定結果を表示したり、前記判定信号を信号処理ユニット４より無線で判定ユニット２に送り表示する形態にしても良い。
【００４７】
信号処理ユニット４は、圧電センサ９の出力信号を増幅する信号増幅手段１０と、増幅された出力信号から必要とする周波数成分をろ波するフィルター１１とで構成されている。なお、フィルター１１で必要とする信号が十分に取り出せない場合は平滑化手段を設けるようにしても良い。
【００４８】
さらに、圧電センサシート１の圧電センサ９は、振動源の小さな加速度にも応じて出力信号を発生できるように出力感度を向上させるため、振動源の加速度の加わる面に特定した形状で配置している。
【００４９】
すなわち、圧電センサ９は長尺の柔軟な線状に形成し、かつ振動源の加速度の加わる面に略平行に対向させて配置し、張力のかかった多数のＳ字状の曲部１４を連続させた形状にし、さらに前記形状を以って圧電センサシート１の全体の左右に蛇行させた形状に形成している。
【００５０】
従って、圧電センサ９は張力のかかった多数のＳ字状の曲部１４を連続させた形状と、さらに前記形状を以って全体を蛇行させた形状とにより、加速度の加わる面における長さが長くなり、センサ量（センサとして機能する部分）が増加するように構成していることになる。
【００５１】
また、圧電センサ９は人体の加速度の加わる面に配置した多数のＳ字状の曲部１４が連続し、それに張力がかかっているので、連続したＳ字状の曲部部分の感度が上がり、かつ感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知し出力が向上するように構成していることになる。
【００５２】
さらに、圧電センサ９は多数のＳ字状の曲部１４により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が、例えば張力の加わっていない圧電センサの直線部よりも大きい構成にしていることになる。
【００５３】
この圧電センサ９のセンサ終端部１５は、熱収縮チューブ（図示せず）等で、図４に示す圧電センサ９の中心電極２２と外側電極２４とが短絡しないように電気絶縁した上で、熱収縮チューブとその近傍を外側電極と導通したシールド部材（図示せず）で覆い、さらにその上を別の熱収縮チューブ（図示せず）で覆って保護する構成としている。なお、使用実態に即した強度試験等の信頼性試験を行うことにより圧電センサ９の断線が起こらないことが検証できた場合は、前記したセンサ終端部１５の構成にし、圧電センサ９の中心電極２２と外側電極２４を接続する断線検知用の抵抗を用いなくても良いが、さらに精度を上げる場合には前記の抵抗を接続する。
【００５４】
また、本実施の形態では圧電センサ９の配置を図１および図２（ａ）に示すような特定の形状を以って行ったが、曲部１４を連続させるのではなく、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように多数の曲部１４と曲部１４の間を直線部１６でつなぎ合わせた形状に、また図２（ｄ）に示すように、図２（ａ）に示す曲部１４の先端部（上と下の部分のアール）より曲率半径の非常に小さい曲部としての屈曲部１４ａを連続させた形状にし、さらに全体を左右に蛇行させた形状で配置してもよいものである。
【００５５】
また、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す圧電センサシート１の圧電センサ９は、圧電センサシート１に対する全体的な配置を、左右に蛇行させた形状にしたが、図２（ｅ）に示す渦巻き形状にしても良く、さらに図２（ｆ）に示す曲部１４を縦方向に連続させ、さらに全体を上下に蛇行させた形状にしても良く、圧電センサシートを利用する製品および振動検出の目的等に合わせて圧電センサ９の形状を変えるものである。このように本発明の目的の範囲内で種々の形状の形態が考えられるものである。
【００５６】
固定糸１７は、感度向上のため圧電センサ９を特定した形状の配置に維持するための固定具としての一つであり、そして部材の合理化と圧電センサ９の動きを緩和して感度向上のため、長尺の柔軟な線状の圧電センサ９の形状に沿って一枚の支持体７の上面にのみ、ミシンで自動的に上糸と下糸からなる固定糸１７で縫製している。
【００５７】
このような圧電センサシート１は、図３および図６に示すようにベッド装置のベッド基枠１９にリクライニング式に設けた背上げ床部５の上面とマットレス２０の下面の間に設置されている。そして、背上げ床部５のと膝上げ床部６は、マットレス２０の下面に対向する上面には凹凸の条溝８を、長手方向に沿い設けている。従って、背上げ床部５の上面とマットレス２０の下面の間に配置した圧電センサシート１の圧電センサ９は条溝８と直交する形態となり、条溝８の凹凸により圧電センサ９が変形しやすくなり、感度が向上する構成にしている。
【００５８】
なお、マットレスカバー（図示せず）がある場合は、マットレス２０の下面に配設した圧電センサシート１およびマットレス２０の全体をマットレスカバーで覆って背上げ床部５の上面に配設するものである。電動モータ２１は背上げ床部５と膝上げ床部６を上下に駆動するものである。
【００５９】
続いて、圧電センサ９の具体的な構成について説明する。図４に示すように圧電センサ９は、軸方向中心に信号導出用電極としてコイル状または単線の中心電極２２を有し、この中心電極２２の周囲にピエゾ素子材料２３を被覆し、さらに、その外周に外側電極２４を配置したもので、最外周が塩化ビニル等の外被２５で覆われている。
【００６０】
この圧電センサ９は、使用温度が１２０℃まで可能な本出願人において独自開発の耐熱性を有する樹脂系をピエゾ素子材料２３に用いており、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料（一軸延伸ポリ弗化ビニリデン）やクロロプレンと圧電セラミック粉末のピエゾ素子材料の最高使用温度である９０℃より高い温度域（１２０℃以下）で使用できる特性を有している。
【００６１】
そして、ピエゾ素子材料がフレキシブル性を有する樹脂と圧電セラミックから構成され、また、コイル状金属を中心電極２２とし、フィルム状のフレキシブル電極を外側電極２４として用いて構成することにより、通常のビニールコード並のフレキシブル性を有している。
【００６２】
さらに、圧電センサ９は高分子ピエゾ素子材料なみの高感度であり、人体の動作を検出するような低周波数領域（１０Ｈｚ以下）でも感度の低下が小さいからである。
【００６３】
ピエゾ素子材料２３は、樹脂系材料と１０μｍ以下の圧電性セラミック粉末の複合体から構成され、振動検出特性はセラミックにより、また、フレキシブル性は樹脂によりそれぞれ実現している。
【００６４】
ピエゾ素子材料２３は、樹脂系材料として塩素化ポリエチレンを用いることにより、高耐熱性（１２０℃）と容易に形成できる柔軟性を実現するとともに、架橋する必要のない簡素な製造工程を可能とするものである。
【００６５】
このようにして得られた圧電センサは、ピエゾ素子材料を成形したままでは圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料に数Ｋｖ／ｍｍの直流電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行なう必用がある。この分極処理は、ピエゾ素子材料に中心電極２２と外側電極２４とを形成した後、両電極に直流高電圧を印加することにより行なわれる。
【００６６】
なお、上記のような分極方法では、ピエゾ素子材料２３にクラック等の微小な欠陥が内在すると、その欠陥部分で中心電極２２と外側電極２４間が放電して両電極間が短絡し易くなり、十分な分極電圧が印加できなくなる。
【００６７】
この課題を解決するため、例えば、押出し成型により中心電極２２の周囲にピエゾ素子材料２３を形成した後、ピエゾ素子材料２３の外周が、複数に分割した補助電極と次々と接触するようピエゾ素子材料２３を送り出しながら、中心電極２２と補助電極との間に直流高電圧を印加して分極を行う独自の分極工法を確立した。
【００６８】
この工法により、ピエゾ素子材料２３のある部分にクラック等の微小な欠陥が内在して、その部分に接触している補助電極と中心電極２２との間に放電が起こって十分な分極ができなくても、欠陥部位がない他のピエゾ素子材料２３の部分では接触する他の補助電極と中心電極２２との間で直流高電圧が印可され、正常な分極が行われる。放電が起こった部位には、マーキングを行って場所が特定できるようにしている。外側電極２４は上記の分極後に形成し、その後、外皮２５を形成する。以上の工程により、数十ｍ以上の長尺化も可能になった。
【００６９】
また、圧電センサ９においては、中心電極２２にコイル状の金属中心電極、外側の外側電極２４にフィルム状電極（アルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムの三層ラミネートフィルム）を用い、これによりピエゾ素子材料２３と各電極２２、２４の密着性を確保するとともに、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなケーブル状の実装構成が可能になる。
【００７０】
中心電極２２は、銅−銀合金コイル、外側電極２４はアルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムからなる三層ラミネートフィルム、ピエゾ素子材料はポリエチレン系樹脂＋圧電セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチックスをそれぞれ用い、これにより、比誘電率は５５、電荷発生量は１０〜１３Ｃ（クローン）／ｇｆ、最高使用温度１２０℃となる。
【００７１】
図５（ａ）、（ｂ）はこのコード状（線状ともいう）の圧電センサ９に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。出願人が圧電センサ９の荷重とセンサ出力の関係を実験した結果、圧電センサ９に（ａ）のような曲げ荷重を加えたとき、センサ出力が（ｂ）のような現象になる。
（１）すなわち、時刻ｔ０では圧電センサ９に荷重が加わっていないときは、センサ出力は２（Ｖ）を示している。
（２）時刻ｔ１で圧電センサ９に一定方向に曲げ荷重を加えると、加わった瞬間からセンサ出力は４（Ｖ）に増加したあと直ぐに反転して０（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
（３）その後、曲げたままにしていてもセンサ出力は２（Ｖ）を示したままである。
（４）時刻ｔ３で圧電センサ９を元の状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力は０．８（Ｖ）に減少したあと、直ぐに反転して２．２（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
【００７２】
このように、この圧電センサ９は加速度に反応した出力を生じるため、力の加わった瞬間にのみ信号が出力され、その後、力が加えられ続けていても変動が無い限り、すなわち加速度がないともはや出力は出さない。同じく、力を除去したときもその瞬間にだけ出力が出るという特性を備えている。
【００７３】
従って、圧電センサ９を有する圧電センサシート１をマットレス２０の下に敷設しても、圧電センサ９を曲折した瞬間にはＯＮ状態になるものの、敷設完了後に出力は出さなくなる。そして、その後は、圧電センサ９のどこか１部に力が加わったときにのみ出力を出すこととなる。
【００７４】
そして、この圧電センサ９では、力の加わった瞬間にのみ信号を出力し、その後、力が加えられ続けていても変動が無い限りもはや信号を出力しない。同じく、力を除去したときもその瞬間だけ出力するという加速度を検出する特性を備えている。従って、この圧電センサ９は、曲折させて配設しても曲折させた瞬間には出力が生じるものの、配設完了後は出力が無くなり、その後は圧電センサ９のどこかの一部に力が加わったときに出力が生じることになる。
【００７５】
それ故、このコード状の圧電センサを就寝床の下部等に曲折して敷設しても、曲折した瞬間には出力があってＯＮ状態となるものの、敷設後は出力を出さなくなる。そして、その後はコード状の圧電センサのどこか一部に力が加わったときにのみ出力を出すことになる。
【００７６】
上記実施の形態において、振動検出装置および人体検出装置の動作と作用につき説明する。図１および図６（ａ）に示すようにベッド装置のマットレス２０に振動源である人２６が仰向けに寝ると、その荷重がマットレス２０を介して背上げ床部５の圧電センサシート１に加わる。そして、圧電センサシート１の圧電センサ９は、仰向けに寝た時の身体の加速度に応じて電圧を出力信号として発生する。この出力信号は、信号増幅手段１０で増幅され、フィルター１１で必要な周波数成分がろ波され、図１４に示したと同様に判定手段１３に大きな出力信号が入力されて就床者が就床したことが判定され、その後は心臓の活動や呼吸活動による身体の微小な体動になり、Ｓ部のような比較的レベルの低い出力信号となる。
【００７７】
そして、物をマットレス２０に置いた場合は、その時は大きな出力信号が判定手段１３に入力されるが、その後はＳ部のような低い信号出力がない。このような出力信号の違いで人と物の区別と在、不在を判定するのである。
【００７８】
特に、本実施の形態では圧電センサシート１の圧電センサ９を、振動源の小さな加速度にも応じて出力信号を発生できるように出力感度を向上させるため、振動源の加速度の加わる面に特定した形状で配置している。
【００７９】
すなわち、圧電センサ９は長尺の柔軟な線状に形成し、かつ振動源の加速度の加わる面に略平行に対向させて配置し、張力のかかった多数のＳ字状の曲部１４を連続させた形状にし、さらに前記形状を以って全体を左右に蛇行させた形状に形成したものである。
【００８０】
このように構成することにより、圧電センサ９は張力のかかった多数のＳ字状の曲部１４を連続させた形状の部分と、さらに前記形状の部分を以って全体を蛇行させた形状の部分とにより、加速度の加わる面における圧電センサ自身の長さが長くなり、センサ量（センサとして機能する部分）が増加する。従って、増加した圧電センサ９の部分と身体との接触密度が高くなる。
【００８１】
また、圧電センサ９は身体の加速度の加わる面に配置した多数のＳ字状の曲部１４が連続して張力がかかっているので、連続した多数のＳ字状の曲部１４における感度が上がり、さらに曲部１４は圧電センサーを単なる直線状に配置した場合に比べ、圧電センサ９の感知できる振動方向が増え人体の振動方向がどのような向きであっても、より多くの振動を検知し出力が向上する。
【００８２】
さらに、圧電センサ９は張力のかかった多数のＳ字状の曲部１４により、振動の加速度による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が、例えば張力の加わっていない圧電センサの直線部よりも大きくなる。
【００８３】
従って、圧電センサ９における感度向上の部分の割合が増えることになり、全体としての感度が向上するとともに、従来のような特別な振動増幅手段を使用することなく、簡単な構成で以って圧電センサの感度を簡単に向上させることができる。
【００８４】
次に前記した圧電センサ９の出力感度の向上を、２種類のマットレスＡおよびマットレスＢ毎に、本実施の形態の圧電センサシート１と比較対象の圧電センサシートとの比較した実験例により説明する。
【００８５】
マットレスＡにおいて、図７（ａ）は圧電センサシート１における圧電センサ９の出力電圧の図で、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図であり、図８（ａ）は比較対象の圧電センサシートの出力電圧の図で、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図である。
【００８６】
マットレスＢにおいて、図９（ａ）は圧電センサシート１における圧電センサ９の出力電圧の図で、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図であり、図１０（ａ）は比較対象の圧電センサシートにおける圧電センサの出力電圧の図で、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図である。
【００８７】
図１１は図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示す本実施の形態と比較対象の圧電センサシートにおける圧電センサの出力電圧の比較図である。
【００８８】
被験者は女性で身長１５６ｃｍ、体重４７ｋｇで、仰向けの姿勢でマットレス上に寝る。
【００８９】
マットレスの種類はマットレスＡ、マットレスＢの二種類を使用している。マットレスＡは２層のウレタンフォームで構成され、人体側が反発性の小なるもの、もう一方の人体と反対側に反発性の大なるものを使用している。マットレスＢは３層のウレタンフォームで構成され、中間層に反発性の小なるもの、他の２層に反発性の大なるものを使用している。
【００９０】
比較対象の圧電センサシートは、本実施の形態で採用した圧電センサシートと圧電センサと同一のものを使用し、ただし、圧電センサを図８（ａ）および図１０（ａ）の右上端に概略示すように単なる直線で左右に蛇行させた配置の単純蛇行パターンとした。
【００９１】
本実施の形態における圧電センサシート１の圧電センサ９の配置は、図１および図２（ａ）に示す通りで、図７（ａ）および図９（ａ）の右上端に波形蛇行パターンとして概略で示した。
【００９２】
そして、図７〜図１０の各図（ａ）は、１０万倍増幅し、フィルターでノイズ成分を除去した信号を２０ｍｓｅｃ毎にサンプリングしてプロットしたものである。また、図７〜図１０の各図（ｂ）は、各図（ａ）を、２秒毎に区切って、２秒間の信号出力の最大値と最小値の差をプロットしたものである。そして、図７〜図１０の各図（ａ）に示したようにフィルターでノイズ成分を除去した信号には、人体の心拍による微小な体動に基く連続的に変化する信号が現れている。
【００９３】
図７（ｂ）〜図１０（ｂ）に基き、最大値と最小値の分布を示した図１１から明らかなように、本実施の形態における圧電センサシート１の圧電センサ９は、２種類のマットレスＡ、Ｂの下に敷設しても、振動の幅が大きく、信号出力の大きいことが理解できる。
【００９４】
また、本実施の形態では医療用、介護用等に使用されるギャッジベッドにあって、マットレスの下に振動検出装置または人体検出装置の圧電センサ９を特定した形状に配置した圧電センサシート１を備えたもので、医療用、介護用のギャッジベッドとしての機能を十分に尊重でき、それであって就床者の在・不在も確実に検出できるものである。
【００９５】
すなわち、このような特殊なベットは１日のうち、かなり長時間にわたり就床する人や、疾病者、介護者等の比較的に体力的な弱者が使用する場合等も考えられるので、就寝感、接触感は快いものであるべきである。本実施の形態で用いたセンサシートであれば、上記した斯かる構成により十分に感度が向上しているので、ウレタンフォームのマットレスの下に備えて就床者には、その存在が感知されないよう、接触感を損ねない状態で設置して使用することが可能である。このように非常に寝具等、人体と密着して接触する生活用品にウレタンフォームのマットレス等の弾性体や緩衝材を介して備えつけること、また併用して設置することもできるという効果がある。
【００９６】
なお、本実施の形態で圧電センサシート１は、図６（ａ）に示すベッド装置の背上げ床部５の上面とマットレス２０の下面の間に設け、部材の合理化を図ったが、背上げ床部５と膝上げ床部６と、それぞれのマットレス２０との間に、二つの圧電センサシート１を分割してそれぞれ設けても良く、また背上げ床部５と膝上げ床部６のマットレス２０の全体にわたって１個の圧電センサシートにして１本の圧電センサ９を配設する構成にしても良い。この場合、ベッド装置のリクライニング動作により背上げ床部５と膝上げ床部６との境目付近で圧電センサシートと圧電センサ９が折れ曲がるが、圧電センサ９は柔軟で屈曲自在であるので、折れ曲がりにより断線することなく使用可能である。
【００９７】
また、本実施の形態で圧電センサ９は、圧電センサシート１の１枚の支持体７の上面に固定糸１７で縫製し、部材の合理化を図ったが、支持体７の下面に固定糸１７で縫製しても良く、さらに圧電センサ９を支持体７と別な支持体とで上下から挟み込み、その両方に縫製して固定する構成にしても良い。
【００９８】
さらに、本実施の形態で圧電センサ９は、圧電センサシート１の全体の左右に蛇行した部分が、支持体７にのみ縫製して固定され動きに自由を持たせてあるが、図１２に示すように圧電センサ９の左右に蛇行した部分の間に位置する支持体７にスリット２７を設けると、支持体７による突っ張りが緩和されて圧電センサ９が、さらに変形しやすくなり、感度を向上させることができる。
【００９９】
また、スリット２７に代えて、支持体７を伸縮性の生地にして、これに圧電センサ９を縫製して固定しても、スリット２７を支持体７に設けた場合と同等の作用効果を期待できる。もちろん、圧電センサ９を上下の支持体に一体に縫製している場合は、前記したスリット２７は上下の支持体に設け、または上下の支持体を伸縮性の生地にしても良い。
【０１００】
さらに、上記実施の形態では加速度に応じた信号を発生する圧電センサ９を用いたが、センサとしては例えば、同軸ケーブル状の静電容量型センサのように、荷重による変形に応じた信号を出力する他のセンサを用いても本実施の形態と同等の作用効果を期待できるものである。すなわち、本実施の形態の圧電センサ９で特定した形状と同様の構成にすることで、多数の曲部により振動源に対する長さの増大と接触密度が増え、かつ感知できる振動方向が増え、さらに振動による変位を受ける総量が増えるとともに、振動を受けて変位した時の伸び率が大きくなる。
【０１０１】
さらに、上記実施の形態では振動検出装置または人体検出装置をベッド装置に設け、就床者の判定に使用した形態だけを説明したが、椅子、便座等における在・不在の判定、自動車、その他等のドア開閉装置における人、物等の挟み込み防止の検知にも実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明にかかる振動検出装置または人体検出装置は、特別な振動増幅手段を設けることなく、簡単な構成で以って感圧センサの感度を向上させることができて、ベッド装置、座席装置、ドア開閉装置等に適用して就床者の有無、着座者の有無、物、人体の挟み込みの有無の検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態１における振動検出装置または人体検出装置の構成図
【図２】（ａ）同実施の形態１の振動または人体の検出装置における圧電センサシートの平面図、（ｂ）他の圧電センサシートの圧電センサの要部概略配置図、（ｃ）同他の圧電センサシートの圧電センサの要部概略配置図、（ｄ）同他の圧電センサシートの圧電センサの要部概略配置図、（ｅ）同他の圧電センサシートの圧電センサの概略配置図、（ｆ）同他の圧電センサシートの圧電センサの概略配置図
【図３】同実施の形態１の振動または人体の検出装置における圧電センサシートをベット装置に敷設した時の要部の断面図
【図４】同実施の形態１の振動または人体の検出装置における圧電センサの要部の斜視図
【図５】（ａ）同実施の形態１の振動または人体の検出装置における圧電センサに加えた荷重の図、（ｂ）同圧電センサに加えた荷重に対する出力特性図
【図６】（ａ）同実施の形態１の振動または人体の検出装置を搭載したベッド装置の概略斜視図、（ｂ）（ａ）に示すベッド装置の要部の分解斜視図
【図７】（ａ）同実施の形態１の振動または人体の検出装置における圧電センサシートの圧電センサの出力電圧図、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図
【図８】（ａ）本発明と比較対象の圧電センサシートにおける圧電センサの出力電圧の図、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図
【図９】（ａ）同実施の形態１においてマットレスを変えて敷設した時の振動または人体の検出装置における圧電センサシートの圧電センサの出力電圧の図、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図
【図１０】（ａ）本発明と比較対象の圧電センサシートを、マットレスを変えて敷設した時における圧電センサの出力電圧の図、（ｂ）は（ａ）に示す出力電圧を信号処理した図
【図１１】図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示す本発明と比較対象のそれぞれの圧電センサシートにおける圧電センサの出力電圧の比較図
【図１２】本発明の実施の形態１の振動または人体の検出装置における圧電センサシートの他の例の平面図
【図１３】従来の人体検出装置の構成図
【図１４】同人体検出装置における平滑化手段の出力信号の波形図
【図１５】従来の他の人体検出装置における圧電センサ部分の断面図
【図１６】同他の人体検出装置における圧電センサの部分が振動を検出した時の断面図
【符号の説明】
【０１０４】
９  圧電センサ（感圧センサ）
１３  判定手段
１４  曲部（Ｓ字状の曲部）
１４ａ  屈曲部（曲部）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005351781.tif 000013
【図１２】
2005351781.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005351781.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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