(57)【要約】【課題】設置スペースを小さくして使い勝手の向上を図った感圧装置を提供することを目的とする。【解決手段】可撓性をもつ感圧手段１と、この感圧手段１の被覆層５とを有し、前記被覆層５には屈曲作用の支点となる凸部６を設けた。感圧手段１は、例えば、内側電極２、感圧部材３、これら内側電極２、感圧部材３を囲う外側電極４、前記外側電極４の周囲を覆う被覆層５により構成され、この被覆層５に凸部６を螺旋状に設ける。これによって、感度を向上させるための部材を別途設置する必要がなく、設置性のよいものが得られ、加えて、可撓性をもつため自在に屈曲させて所望の場所に設置することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段の被覆層とを有し、前記被覆層には屈曲作用の支点となる凸部を設けた感圧装置。
【請求項２】
被覆層の異なる部位に複数の凸部を設けた請求項１記載の感圧装置。
【請求項３】
内側電極と、感圧部材と、前記内側電極を囲う外側電極と、前記外側電極の周囲を覆う被覆層により感圧手段をケーブル状に構成した請求項１記載の感圧装置。
【請求項４】
長手方向に間隔をおいて複数の凸部を設けた請求項３記載の感圧装置。
【請求項５】
複数の凸部を角断面状に形成した請求項４記載の感圧装置。
【請求項６】
複数の凸部を円形断面状に形成するとともに、それぞれを偏心させた請求項４記載の感圧装置。
【請求項７】
螺旋状の凸部を設けた請求項３記載の感圧装置。
【請求項８】
感圧手段をフィルム状に構成した請求項１または２記載の感圧装置。
【請求項９】
感圧手段をリボン状に構成した請求項１または２記載の感圧装置。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項記載の感圧装置を搭載した生体信号検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜９いずれか１項記載の感圧装置をベッドの床板上に配置した就寝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小振動信号を検出するための感圧装置、およびそれを用いて心拍などの信号を検出する生体信号検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の感圧装置を用いた生体信号検出装置は、寝具や椅子など生体の荷重がかかる製品に設置するようにしており、検出感度を向上させるため、検出手段と凹凸部材を組み合わせた構造が提案されている。
【０００３】
図１８，１９は、従来の生体信号検出装置を搭載した就寝装置を示すもので、床板１０１とマットレス１０２でベッドが構成され、さらに、床板１０１の上には複数の穴１０３をもつ硬質部材１０４上に支持された感圧手段１０５が配置されている。
【０００４】
前記感圧手段１０５はコード状であって、硬質部材１０４上に蛇行状に配列してある。
【０００５】
したがって、マットレス１０２上で生体が就寝すると、穴１０３の縁(例えば点１０３ａ)で感圧手段１０５に曲げ変形が加えられて大きな信号が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、図２０に示すものは、信号を検出する光ファイバからなる感圧手段１０６を凹凸部材１０７，１０８で挟持し、生体からの荷重が加わったときに感圧手段１０６屈曲させて大きな信号を得るようにしていた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−１３２５９号公報
【特許文献２】特開平８−５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、硬質部材や凹凸部材は検出領域となる寝具と同程度の大きさがあって、かさばるため、設置時の利便性に欠けるという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高い感度を有し設置性の良い感圧装置および生体信号検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の感圧装置は、可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段の被覆層とを有し、前記被覆層には屈曲作用の支点となる凸部を設けたものである。
【００１０】
これによって、感圧装置には凸部を支点に大きな屈曲作用が発生するため、高い感度を得ることができ、しかも、柔軟性を持つため自在に屈曲させて所望の場所に設置することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の感圧装置は、高い感度を有し、設置性しやすいものを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、可撓性を持つ感圧手段と、前記感圧手段の被覆層とを有し、前記被覆層には屈曲作用の支点となる凸部を設けたものである。
【００１３】
したがって、凸部を支点に大きな屈曲作用が感圧手段に発生するため、高い感度を実現することができ、加えて、感圧手段が柔軟性を持つため、自在に屈曲させて所望の場所に設置することができる。
【００１４】
前記凸部は被覆層の異なる部位に複数設け、不要な信号を検知しないようにすることが望ましい。
【００１５】
感圧手段は、内側電極と、感圧部材と、前記内側電極を囲う外側電極と、前記外側電極の周囲を覆う被覆層によりケーブル状に構成するのが一つの実施策である。
【００１６】
そして、その長手方向に間隔をおいて複数の凸部を設けておく。複数の凸部の形状としては、例えば、角断面状とか、円形断面状に形成するとともに、それぞれを偏心させたもの、或いは、螺旋状にすることなどが挙げられよう。
【００１７】
また、感圧手段としては、前記ケーブル状以外、フィルム状とか、リボン状にすることも一考である。
【００１８】
そして、これら感圧装置は生体信号検出装置への搭載、例えば、ベッドの床板上に配置した就寝装置が考えられる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１において、感圧手段である圧電センサ１は、内側電極２、圧電体からなる感圧部材３、導体からなる外側電極４、および弾性体からなる被覆層５を備えている。
【００２１】
圧電体からなる感圧部材３はポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体や、特定の樹脂基材中に圧電セラミックスの粉体を混合した複合圧電体を用いることができ、外力により圧縮や曲げ作用が加わることで、圧電効果によりその外力に応じた電圧を出力するものである。
【００２２】
そして、被覆層５は螺旋状の単一の凸部６を有するものである。
【００２３】
図２は前記圧電センサ１を、例えば平面状の基部７上に設置した状態を示し、図２（ａ）に示すように、外力が加わっていない場合、圧電センサ１はそれ自体の弾性により直線を保っているが、外力Ｆが加わると図２（ｂ）のように凸部６と平面状部材である基部７との接点Ａ１、Ａ２を支点にして圧電センサ１に曲げ作用が加わることでより大きな検出出力を得ることができる。
【００２４】
そして、感圧部材３、被覆層５、および凸部６が柔軟性を持つ同一素材により構成されているため、圧電センサ１として柔軟で可撓性をもっている。
【００２５】
図３は、この圧電センサ１を心拍、呼吸や体動などの生体信号を検出する生体信号検出装置８に応用した例である。
【００２６】
すなわち、圧電センサ１は布製のシートで形成された基部９の表面に蛇行して配置され
、その一端には出力信号を処理する制御ユニット１０が接続されている。
【００２７】
凸部６を有する圧電センサ１は、柔軟性を持った構成としているため、このように容易に屈曲させて配置することが可能となる。
【００２８】
図４〜図６は就寝装置に応用した例で、ベッドの床板１１とマットレス１２との間に前記生体信号検出装置８を介在させている。生体信号検出装置８は圧電センサ１の側が上面になるように位置させ、その上にマットレス１２を配し、さらにその上に生体である人体１３が就寝している。
【００２９】
図５、図６はそれぞれ人体１３がない場合と、人体１３が就寝している場合の生体信号検出装置８の状態変化を示すもので、図５に示すように、人体１３がいない場合は、生体信号検出装置８に荷重が加わっていないため、圧電センサ１には曲げ作用が加わっていない。
【００３０】
しかし、図６に示すように人体１３が就寝などのためマットレス１２の上に横たわると、体重による荷重が生体信号検出装置８に加わり、圧電センサ１に曲げ作用が加わる。
【００３１】
しかるに、人体１３からの心拍、呼吸や体動などに起因する振動はマットレス１２を介して伝わり生体信号検出装置１２に達する。
【００３２】
そのとき、圧電センサ１は、凸部６と基部９の接点を支点にして曲げ作用が加わり大きな信号出力が発生する。特に、心拍や呼吸などの生体信号は寝返りなどの体動と比較して微小な信号であるが、本構成では高い感度でこの微小振動を検出できることとなる。
【００３３】
圧電センサ１の設置長Ｂは、人体１３の肩幅より大きく床板１１の幅より小さい値にしてある。これにより圧電センサ１は人体１３の就寝位置がずれても確実に振動を受けることができる。
【００３４】
圧電センサ１の寸法は例えば、被覆層５そのものの外径を約２．５mmにした場合、同被覆層５の外径と同程度の高さの凸部６を配し、また、前記凸部６の螺旋ピッチを５０〜１００ｍｍで配置することで、良好な結果を得ることができた。但し、この寸法はあくまで一例であり本発明がこれに限定されるものではない。
【００３５】
また、ベッドの床板１１とマットレス１２の間に設置するため、生体信号検出装置８と人体１３の間にはマットレス１２が介在することとなり、これより圧電センサ１が人体１３に直接接することもなく、就寝を阻害するようなことがない。
【００３６】
勿論、生体信号検出装置８の配置場所に関しては本実施の形態に限られることは無く、例えば床もしくは畳と敷布団の間でもかまわない。
【００３７】
さらに、ベッドなどの就寝具に生体信号検出装置８を設置する例を説明したが、これに限られることは無く、椅子や座布団などに設置して用いてもかまわない。その場合、例えば椅子の座面とクッションの間、畳と座布団の間に設置する。
【００３８】
圧電センサ１は外側電極５が内側電極２と感圧部材３を囲うような同軸ケーブル状となっているため、信号を伝達する内側電極２に対し外部電極５がシールドの役を果たし、外来電磁波ノイズの影響を受けにくいものとしている。
【００３９】
よって、生体信号の収集や処理するために電子機器を近くで使用したり、携帯電話など
の通信機器等を近くで使用したりしても、圧電センサ１にノイズが重畳することが少なく、高い信頼性となし得るものである。
【００４０】
基部７は硬質の部材でも柔軟な部材でもよい。硬質の部材としては金属板、樹脂板など、柔軟な部材としては樹脂のシート、布のシートなどが考えられるが、これに限られるものではない。
【００４１】
硬質部材のほうが圧電センサ１の支点を支持する能力は高いが、柔軟な部材を用いても硬質な床板の上に設置するため、その効果が損なわれることはない。
【００４２】
なお、柔軟な部材で構成すれば丸めたり畳んだりして収納することができ、取り扱い時の利便性が向上する。
【００４３】
本実施の形態において、圧電センサ１に単一の連続した螺旋状の凸部６を持つ例を示したが、複数の連続した螺旋状の凸部、例えば２重螺旋でもかまわないし、螺旋が不連続のものも考えられ、部分的に螺旋のピッチが異なっていてもかまわない。
【００４４】
生体信号検出装置８に搭載する場合、圧電センサ１を蛇行させて配置する例を示したが、複数本並行に配置しても、直線状に１本配置してもかまわない。
【００４５】
また、内側電極２と外側電極４をもつ同軸ケーブル状の圧電センサ１を例として示したが、本発明はこれに限られることはなく、中心導体が複数あるケーブル、中心導体が外側電極の中心から偏心しているケーブル、断面形状が円形ではないケーブルなどの形態にしても同様の効果がある。
【００４６】
（実施の形態２）
図７〜図１０は実施の形態２を示すもので、実施の形態１との違いは、圧電センサ１の長手方向に間隔をおいて複数の角断面形状の凸部６aを設けた点で、同一作用をする構成については同一符号を付し、具体的説明は実施の形態１のものを援用する。
【００４７】
なお、図８に示すように蛇行状に配置した圧電センサ１の屈曲部Ｃ１、Ｃ２、そして制御ユニット１０までの引き出し部Ｃ３の領域においては生体信号を検出する必要のないので、これらの部位には凸部６aを配置せず、余計な振動信号を検知しないようにしている。
【００４８】
前記構成において、凸部６aが角断面形状に設定してあるところから、基部９に設置するときに転がったりねじれたりすることがなく設置性が向上する。
【００４９】
このように、設置時のねじれがなくなることにより、圧電センサ１の設置時にかかる初期応力がなくなるため、同圧電センサ１への不要な負担が減り信頼性の高いものとすることができる。
【００５０】
図９、図１０はそれぞれ人体１３がない場合と、人体１３が就寝している場合の生体信号検出装置８の状態変化を示し、図９に示すように、人体１３がいない場合は、生体信号検出装置８に荷重が加わっていないため、圧電センサ１には曲げ作用が加わっていない。図１０に示すように、人体１３が就寝などのため、マットレス１２の上に横たわると、人体１３からの荷重が生体信号検出装置８に加わり、圧電センサ１には凸部６aを支点にして曲げ作用が加わり、大きな信号出力が得られる。
【００５１】
（実施の形態３）
図１１〜図１３は実施の形態３を示すもので、実施の形態１との違いは、圧電センサ１の長手方向に間隔をおいて複数の偏心した円形断面形状の凸部６ｂを１８０度位相差をおいて設けた点で、同一作用をする構成については同一符号を付し、具体的説明は実施の形態１のものを援用する。
【００５２】
前記構成において、図１２に示すように、人体１３がいない場合は、生体信号検出装置８に荷重が加わっていないため圧電センサ１には曲げ作用が加わっていない。上下方向（１８０度位相差）に偏心した凸部６ｂが交互に配置されているため、これら凸部６ｂは交互に床板１１とマットレス１２に接することとなる。
【００５３】
図１３に示すように、人体１３が就寝などのためマットレス１２の上に横たわると体重荷重が生体信号検出装置８に加わり、特に、凸部６ｂとマットレス１２の接点において力が加わり、圧電センサ１には凸部６ｂと床板１１との接点Ａ１、Ａ２を支点にして曲げ作用が発生し、大きな信号出力が得られる。
【００５４】
本実施の形態において凸部６ｂ、圧電センサ１に対して上下方向に偏心する例を示したが、これに限られることはなく、図１４のように複数の偏心した楕円形断面形状の凸部６ｃを複数の方向、例えば６方向に偏心させてもよい。
【００５５】
このようにすることで、圧電センサ１を設置するときに、凸部６ｃの設置方向を、荷重と振動が加わる方向に一致させる必要がなくなるので、より設置性が高いものとなる。
【００５６】
（実施の形態４）
図１５、図１６は実施の形態４を示すもので、実施の形態１との違いは、圧電センサ１の長手方向に間隔をおいて複数の楕円形断面形状の凸部６ｄを１８０度位相差をおいて設けた点で、同一作用をする構成については同一符号を付し、具体的説明は実施の形態１のものを援用する。
【００５７】
図１５に示すように人体１３がいない場合は、生体信号検出装置８に人体１３からの荷重が加わっていないため圧電センサ８には曲げ作用が加わっていない。１８０度位相差をもたせたことによる高さの異なる凸部６ｄが交互に配置されているため、高さの高い凸部６ｄが床板１１とマットレス１２に接している。
【００５８】
図１６に示すように人体１３が就寝などのためマットレス１２の上に横たわると体重による荷重が生体信号検出装置８に加わり、凸部６ｄとマットレス１２との接点において力が加わり、特に、高さの低い凸部６ｄがより大きく押込まれ、圧電センサ１には凸部６ｄと床板１１との接点を支点にして曲げ作用が発生し、大きな信号出力が得られる。
【００５９】
なお、前述した実施の形態１〜４では、凸部は被覆層と同一素材を用いる例を示したがこれに限られることはなく、別の素材で構成された凸部を圧入や接着してもよく、また、感圧手段としてケーブル状の圧電センサを用いたが、他の形態の感圧手段として、例えばＰＶＤＦ薄膜の両面を電極で挟んだフィルム状、またはリボン状の圧電センサを用いて、その表面に凸部材を配したもの、或いは、感圧手段に、押圧変形に感応して透過光が変調する特性を持つ光ファイバを用いて、その外周に凸部を配しても同様の効果がある。
【００６０】
（実施の形態５）
図１７はセキュリティ用の侵入検知装置に応用展開したもので、住居窓１４のベランダの手摺１５などのように、屈曲部Ｄを有する部分にも容易にかつ高い感度を有した状態で配置し、ベランダの手摺１５を乗り越えようとする侵入者の検出が可能となるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる感圧装置は、被覆層に単一または複数の凸部を設けて生体信号などの微小振動信号の感度を増加させるため、従来のように増感部材が不要となり設置の手間がなく、上記のように簡単にベッドに設置して微小な生体信号の取得に活用できるとともに、増感作用を有する凸部とともに感圧装置自身が可撓性を有するため、曲面を持った部材にも同様な高い感度で配置できる。例えば曲面で構成された椅子の座面にも容易に設置できるため、例えば、椅子、マッサージチェアのようなリラクゼーション機器、自動車用座席、娯楽施設の座席等に設置して、生体信号を検出するシステムとしても適用できる。
【００６２】
また、ペット用マット等人体に限らず動物の生体信号を検出する用途にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１における感圧装置の斜視図
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態１における力が加わっていない場合の感圧装置側面図、（ｂ）は力が加わっている場合の感圧装置の側面図
【図３】本発明の実施の形態１における生体信号検出装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態１における生体信号検出装置をベッドに配置した時の概略構成図
【図５】本発明の実施の形態１における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図６】本発明の実施の形態１における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態２における感圧装置の斜視図
【図８】本発明の実施の形態２における生体信号検出装置をベッドに配置した時の概略構成図
【図９】本発明の実施の形態２における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図１１】本発明の実施の形態３における感圧装置の断面構成図
【図１２】本発明の実施の形態３における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図１３】本発明の実施の形態３における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図１４】本発明の実施の形態３における別の例の感圧装置の断面構成図
【図１５】本発明の実施の形態４における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図１６】本発明の実施の形態４における生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図１７】本発明の実施の形態４における感圧装置を配置したベランダ手摺の構成図
【図１８】従来の第１の例の生体信号検出装置の構成図
【図１９】従来の第１の例の生体信号検出装置をベッドに配置した時の要部断面図
【図２０】従来の第２の例の生体信号検出装置の構成図
【符号の説明】
【００６４】
１  感圧手段（圧電センサー）
２  内側電極
３  感圧部材
４  外側電極
５  被覆層
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  凸部
８  生体信号検出装置
１１  ベッドの床板
【図１】
2009172115.tif 000003
【図２】
2009172115.tif 000004
【図３】
2009172115.tif 000005
【図４】
2009172115.tif 000006
【図５】
2009172115.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009172115.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009172115.tif 000011
【図１０】
2009172115.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2009172115.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2009172115.tif 000019
【図１８】
2009172115.tif 000020
【図１９】
2009172115.tif 000021
【図２０】
2009172115.tif 000022