(57)【要約】【課題】  検出感度の高いあるいは検出できる領域が広い生体信号検出装置を提供する。【解決手段】  複数の長方形の板状部材２と、押圧を検知する折り曲げ可能な感圧手段１とを備え、複数の板状部材２は、間隙を有し互いに隣接して並列に配置され、感圧手段１は、複数の板状部材の表面に敷設される、振動検出装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の長方形の板状部材と、押圧を検知する折り曲げ可能な感圧手段とを備え、前記複数の板状部材は、間隙を有し互いに隣接して並列に配置され、前記感圧手段は、前記複数の板状部材の表面に敷設される、振動検出装置。
【請求項２】
前記複数の板状部材は、前記長方形の短辺方向に並べて配置され、前記感圧手段は、前記複数の板状部材の表面において前記短辺方向に平行に敷設される部分を有する、請求項１に記載の振動検出装置。
【請求項３】
前記感圧手段は、前記複数の板状部材の表面において、前記板状部材の長辺方向に平行に敷設される部分を更に有する、請求項２に記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記複数の板状部材および前記感圧手段を保持する少なくとも２枚のシート状の外装部材を備え、前記２枚の外装部材は、前記感圧手段を敷設した前記複数の板状部材を挟持し、前記複数の板状部材を被覆する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記感圧手段を敷設した前記複数の板状部材は、前記２枚の外装部材の間に接着され挟持される、請求項４に記載の振動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド等の就寝装置に設置し、睡眠状態などの情報を取得する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベッド等の就寝装置に設置し、睡眠状態などの情報を取得する検出装置は、検出感度を高めるため、あるいは検知できる領域を拡げるために、複雑な機構を有していたり、面積の大きい板状の押圧部材を内蔵したりしている場合があった。
【０００３】
特許文献１においては、ベッド等に設置する生体信号検出装置として、ケーブル状の感圧手段を、複数の凹凸を有する2枚の押圧部材で挟んだものが提案されている。押圧部材は、それぞれ複数の凹凸を備え、これらの凹凸にケーブル状の圧電センサ等の感圧手段を挟むことによって効果的に圧力を掛けて検出感度を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８３１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載される生体信号検出装置は、検出感度を高めるため、あるいは検出できる領域を拡げるため、複数の凹凸を有する板状押圧部材をゴム・スポンジ等のクッション材やコイルスプリングで支持するなどしており、構造的に複雑な部分があった。このため、（ある程度以上の）製造の簡略化、軽量化・小型化、コストダウン等が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における振動検出装置は、複数の長方形の板状部材と、押圧を検知する折り曲げ可能な感圧手段を備え、複数の板状部材は間隙を有して互いに隣接して並列に配置され、感圧手段は複数の板状部材の表面に敷設されている。
【０００７】
この構成によれば、感圧手段を敷設した複数の板状部材の表面に押圧が加わった場合、複数の板状部材の表面に敷設された感圧手段の変形は、複数の板状部材の表面よりも、複数の板状部材間の間隙での方が圧倒的に大きくなるため、間隙がない場合よりは間隙がある場合の方が検知出力が大きくなり、検知感度が高まる。
【０００８】
本発明に従った振動検出装置において、複数の板状部材は、互いに隣接する板状部材（それぞれ）の長辺間に間隙を有して短辺方向に並列に配置され、感圧手段は、並列に配置された複数の板状部材の表面においてその短辺方向に（ほぼ）平行に、（長辺方向にほぼ垂直に）敷設される部分を有している。
【０００９】
この構成によれば、複数の板状部材間の間隙の数を増やすことができ、感圧手段が変形する箇所が増加する為、感圧手段の検知感度が高くなる。
【００１０】
本発明に従った振動検出装置において、感圧手段は、複数の板状部材の表面において、板状部材の長辺方向に平行に敷設される部分を更に有することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、板状部材の長辺に平行な方向における変形も検出でき、感圧手段の感度が高くなる。板状部材の短辺方向よりも長辺方向の方がより変形量が大きいので、板状部材の短辺方向よりも長辺方向の表面に敷設した感圧手段から発生する検知出力の方がより大きくなるので、板状部材の短辺方向のみに感圧手段を敷設するより検知感度を高めることができる。
【００１２】
本発明に従った振動検出装置において、更に、複数の板状部材および感圧手段を保持する少なくとも２枚のシート状の外装部材を備え、２枚の外装部材は、感圧手段を敷設した複数の板状部材を挟持し、複数の板状部材を被覆している。
【００１３】
この構成によれば、複数の板状部材及びその間隙が固定され、それらの間隙における感圧手段の変形が安定し、感圧手段による検知精度が高くなる。また、複数の板状部材が被覆されるため、この振動検出装置が損傷されにくくなり、耐用年数が長くなる。
【００１４】
本発明に従った振動検出装置において、感圧手段を敷設した複数の板状部材は、２枚の外装部材の間に接着され挟持されることが好ましい。
【００１５】
この実施形態によれば、感圧手段を敷設した複数の板状部材を簡単に安定的に固定する事ができる。
【００１６】
本発明に従った振動検出装置において、前記複数の板状部材の材料は、ＡＢＳ樹脂であることが好ましい。
【００１７】
この実施形態によれば、本発明の振動検出装置は、軽量となり、しかも耐久性が高くなる。
【００１８】
本発明に従った振動検出装置において、感圧手段は、ピエゾケーブルであることが好ましい。
【００１９】
この実施形態によれば、本発明の振動検出装置の検出感度、検出精度、安定性が高まる。
【００２０】
本発明に従った振動検出装置において、外装部材の材料は、フィルムあるいはフェルトあるいは布であることが好ましい。
【００２１】
この実施形態によれば、本発明の振動検出装置が薄型化および軽量化できる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、検出感度、精度、安定性の高い振動検出装置を提供することができる。また、振動検出装置の薄型化および軽量化、可搬化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の振動検出装置の構造を示す図
【図２】本発明の振動検出装置を折り畳んだ状態を示す図
【図３】本発明の振動検出装置の使用状態を示す図
【図４】本発明の振動検出装置の外観図
【図５】本発明の振動検出装置を折り畳んだ断面図
【図６】本発明の振動検出装置から出力される信号波形を示す図
【図７】本発明の振動検出装置の変形の様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【第一実施形態】
【００２４】
本発明のマット状センサー１０は、図１に示すように形成される。図１において、ピエゾケーブル１は、折り曲げ可能な１本のケーブル状の圧電センサであり、６枚の板状部材２の表面に沿うように保持され、６枚の板状部材２の表面に敷設される。ピエゾケーブル１の直径は約3.5mmであり、全長は約1.2mである。６枚の板状部材２それぞれの長辺の長さは約39cmであり、短辺の長さは約9cm、厚さは約2mmである。板状部材２には、難燃性ABS樹脂等の板材が用いられる。６枚の板状部材２それぞれは、互いの長辺を隣接させるようにして配置される。隣接する2枚の板状部材２それぞれの長辺と長辺で挟まれる間には、継ぎ目１１の間隙を有する。それぞれの間隙の長さは約5mmである。
【００２５】
図１に示すように、ピエゾケーブル１の一部分はコの字状に曲げられ、そのコの字状の部分が６枚の板状部材２のうちの中央の４枚の板状部材２に表面に渡るよう敷設される。コの字状部分の両端の直線部は、２枚の板状部材２それぞれの長辺に並行に板状部材２の表面に沿うように敷設され、コの字状部分の中央の直線部は、４枚の板状部材２の短辺に並行に表面に沿うように敷設される。すなわち、コの字状部分の中央の直線部は、４枚の板状部材２によって形成される３つの継ぎ目１１に交叉している。なお、コの字状部分のうち板状部材２の長辺に並行な直線部は、長辺方向に沿って板状部材２の8割以上の長さ（約32cm以上）を確保することが望ましい。
【００２６】
このように、ピエゾケーブル１を板状部材２を組み合わせた表面に敷設することによって、ピエゾケーブル１の真上で心拍・呼吸・体動などの動きが発生しなくても、板状部材２の弾性を通じてピエゾケーブル１が振動または変形し、心拍・呼吸・体動などの動きを検出することができる。また、ピエゾケーブル１を板状部材２で支えることにより、隙間の多い板バネ状スプリングのベッドでも安定した設置とセンシングが可能になる。
【００２７】
更に、ピエゾケーブル１が板状部材２の長辺および短辺に並行に配置される部分を有することによって、板状部材２の長辺方向および短辺方向両方の変形を検出でき、押圧検出感度を高めることができる。
【００２８】
図１において、回路部４は、ピエゾケーブル１が曲げられることによって発生する電流を増幅して検出する電気回路を含む。更に、その電気回路から出力される信号を処理するＣＰＵ（中央演算ユニット）等からなる処理部を含むことが好ましい。回路部４には、ピエゾケーブル１の両端子が接続され、回路部４には電流増幅器が内蔵される。ピエゾケーブル１の曲がりや振幅が大きいほど、電流増幅器からの出力電圧は大きくなる。回路部４が検出した信号はSDカードなどの記録媒体を内蔵して保存してもよく、Bluetoothなどの無線でパソコンやスマートフォンにリアルタイムで転送してもよい。
【００２９】
板状部材２の表面に敷設されたピエゾケーブル１は、板状部材２の表面に接着あるいはテープで貼り付けられることが好ましい。これらのピエゾケーブル１と6枚の板状部材２を合わせた全体は、上下から２枚のフェルト３で挟んで接着され、図４に示す形状に成型される。フェルト３で保持された継ぎ目１１の部分は、上方からの押圧により曲がりやすくなっている。ピエゾケーブル１と6枚の板状部材２を合わせた全体をフェルト３で保持しなくても、振動検知装置としての機能は果たすが、フェルト３で保持することによって、6枚の板状部材２及びその継ぎ目１１の相互配置が固定され、またピエゾケーブル１と6枚の板状部材２及びその継ぎ目１１との相互配置が固定されるので、振動検知装置としての振動検知性能及びその安定性が高まる。更に、フェルト３で被覆することによって、振動検知装置としての耐久性が高まる。図４は、ピエゾケーブル１と6枚の板状部材２を合わせた全体を２枚のフェルト３で挟んだマット状センサー１０を示す斜視図である。フェルトの代わりに、他の布や樹脂製のフィルムを用いてもよい。
【００３０】
図２(a)に示すマット状センサー１０は、各板状部材２間の継ぎ目１１において折畳みが可能であり、折り畳んだ状態は図２(b)に示すようになる。すなわち、継ぎ目１１が折り曲げ部分となる。図５は、１つの折り曲げ部分１１の断面である。図５には、ピエゾケーブル１と２枚の板状部材２と２枚のフェルト３とが示されている。折り曲げ部分の高さ１２は約15mm以下になるように曲げることが可能である。したがって、図２(b)の折り畳んだ状態では、マット状センサー全体は、縦約４０ｃｍ×横約１０ｃｍ×厚さ約５ｃｍの外形となり、従来に比べて非常に小型になる。また、板状部材２として難燃性ABS樹脂等の材料を用いることにより、軽量化が図れる。
【００３１】
マット状センサー１０を用いて、被験者の就寝時における体動・呼吸のリズム・心拍数を計測することができる。図３のようにベッドで使用する場合、マット状センサー１０をマットレス８とベッド９との間に設置して使用する。布団で使用する場合は、布団と床の間に設置して使用する。マット状センサー１０はなるべく被験者７の背中の下に近づけて設置すると最適な計測が可能となる。但し、マット状センサー１０の位置は、被験者７の背中の下に限定するものではない。マット状センサー１０を被験者７の背中の下付近に設置する場合、マット状センサー１０における板状部材２の長辺方向が被験者７の身長方向になるように設置することにより、寝返り等の体の動きが検出しやすい。また、長辺方向が身長方向と垂直になるように設置することにより、呼吸時の胸部と腹部の動きの相違を検出しやすくなるため、呼吸を検出しやすくなるという効果が発生する。
【００３２】
図１及び図３において、被験者７による体動・呼吸・心拍等に起因する振動がマットレス８を介してマット状センサー１０に伝わった場合、板状部材２の短辺方向におけるピエゾケーブル１の変形量は、板状部材２自体は短辺方向にほとんど変形せず、ほとんど継ぎ目１１における変形によるものとなる。板状部材２の長辺方向におけるピエゾケーブル１の変形量は、ピエゾケーブル１のコの字状部分の両端が敷設された２枚の板状部材２の表面における変形量にほぼ等しくなる。さらに、板状部材２のいずれかの場所に伝わった振動がピエゾケーブル１に伝達され、ピエゾケーブル１は広い範囲の振動を拾う構造となっている。そして、従来例のようなピエゾケーブル１を凹凸部材の間に挟み込んで押圧変形される場合と同様の検出感度が得られる。
【００３３】
特許文献１では、ケーブルを凹凸部材の間に挟み込んで押圧変形させる構造を用い、ケーブルを支持する箇所にかかる押圧も検出できるようにケーブルを支持する位置を弾性部材（ばねやシート状クッション）などで支持するような構造を用いている。本発明では前述のように、板状部材２の継ぎ目に変形を集中することによって感度を高める構造を用い、6枚の板２の面積によって広い範囲の振動を拾う構造を用いることによって、特許文献１と同等以上の感度をより簡単かつ信頼性の高い方法で実現できる。またこの構造によって、使用しない場合や保管・運搬する場合は折りたたむことができる。
【００３４】
さらに、6枚の板２のうち2枚目と５枚目の板には、図４のように板状部材２の長辺方向に沿ってケーブルを敷設しているので、この配置によって、板状部材２が長辺方向に撓るような変形が検出しやすくなっている。  板状部材２は、長辺方向の方が撓りやすいので、長辺方向に沿ってケーブルを長く敷設することも検出感度の向上に効果がある。
【００３５】
図３のように、マット状センサー１０をマットレス８とベッド９との間に設置して使用した場合に、ピエゾケーブル１が曲がる、あるいは振動することによって発生し、マット状センサー１０の回路部４内の電流増幅器から出力される信号波形を図６に示す。図６(a)の信号１３は、ピエゾケーブル１において発生した電流を増幅した信号波形である。この信号波形には、寝返りなどの体動によって発生した信号や、呼吸による胸部・腹部などの動きによって発生した信号、および心臓の鼓動によって発生した信号が含まれている。図６(b)の信号１４は、信号１３を電気的にフィルタリング処理して得られた信号波形であり、心臓の鼓動によって発生した信号波形を示すものである。図６(c)の信号１５は、信号１３を別のフィルタリング処理して得られた信号波形であり、呼吸による胸部・腹部などの動きによって発生した信号波形を示すものである。これらの波形を元に心拍数や1分間当たりの呼吸の回数を算出すると、利用者の睡眠状況確認・健康状態管理に有益なパラメータとして利用できる。
【００３６】
なお、これらのデータ処理は、回路部４に計算能力の高いＣＰＵ（中央演算ユニット）を搭載すれば、外部にパソコン等の計算機を別に用意しなくても、このマット状センサー１０のみで実行可能である。併せて、パソコンやスマートフォン等の情報機器と無線ないし有線で接続すれば、リアルタイムでこれらのデータを閲覧・確認することができ、利用者の睡眠状態・健康状態の急激な変化、トラブル等にいち早く気づくことができる。
【００３７】
図７は、振動検出装置の変形の様子を示す図である。図７(a)における矢印17の方向から見たときの板状部材２の変化の様子の一例を図７(b)に示しており、板状部材が連続的に撓んでいる。図７(a)の矢印16の方向から見たときの複数の板状部材２の変化の様子の一例を図７(c)に示しており、それぞれの板状部材自身にはほとんど変形が見られないが、板状部材同士の位置関係が変化している。これらの変化に連動したピエゾケーブル１の変形量に基づいて、利用者の睡眠状態等のセンシングを行う。
【第二実施形態】
【００３８】
他の実施形態において、感圧手段は、複数の板状部材の表面において、板状部材の長辺方向に平行に敷設される部分を更に有することが好ましい。
【００３９】
この構成によれば、板状部材の長辺に平行な方向における変形も検出でき、感圧手段の感度が高くなる。板状部材の短辺方向よりも長辺方向の方がより変形量が大きいので、板状部材の短辺方向よりも長辺方向の表面に敷設した感圧手段から発生する検知出力の方がより大きくなるので、板状部材の短辺方向のみに感圧手段を敷設するより検知感度を高めることができる。
【第三実施形態】
【００４０】
他の実施形態において、更に、複数の板状部材および感圧手段を保持する少なくとも２枚のシート状の外装部材を備え、２枚の外装部材は、感圧手段を敷設した複数の板状部材を挟持し、複数の板状部材を被覆している。
【００４１】
この構成によれば、複数の板状部材及びその間隙が固定され、それらの間隙における感圧手段の変形が安定し、感圧手段による検知精度が高くなる。また、複数の板状部材が被覆されるため、この振動検出装置が損傷されにくくなり、耐用年数が長くなる。
【第四実施形態】
【００４２】
他の実施形態において、感圧手段を敷設した複数の板状部材は、２枚の外装部材の間に接着され挟持されることが好ましい。
【００４３】
この実施形態によれば、感圧手段を敷設した複数の板状部材を簡単に安定的に固定する事ができる。
【第五実施形態】
【００４４】
他の実施形態において、前記複数の板状部材の材料は、ＡＢＳ樹脂であることが好ましい。
【００４５】
この実施形態によれば、本発明の振動検出装置は、軽量となり、しかも耐久性が高くなる。
【００４６】
また、感圧手段は、ピエゾケーブルであることが好ましい。
【００４７】
これによれば、本発明の振動検出装置の検出感度、検出精度、安定性が高まる。
【００４８】
また、外装部材の材料は、フィルムあるいはフェルトあるいは布であることが好ましい。
【００４９】
これによれば、本発明の振動検出装置が薄型化および軽量化できる。
【符号の説明】
【００５０】
１  ピエゾケーブル
２  板状部材
３  フェルト
４  回路部
５  回路ケース
６  継ぎ目
７  被験者
８  マットレス
９  ベッド
１０  マット状センサ
１１  継ぎ目
１２  折り曲げ部分の高さ
１３、１４、１５  信号
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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