生体情報用圧力センサ及び生体情報用圧力検出装置
【課題】弾力性のある支持体に支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力検出装置を提供する。
【解決手段】人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、人体による荷重変動又は人体が発生する振動の一方又は双方による外力を検出する面状の生体情報用圧力センサであって、外力に対して感度を有する感応部１を備え、感応部１は圧電材料を用いて構成されるとともに厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される。
【解決手段】人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、人体による荷重変動又は人体が発生する振動の一方又は双方による外力を検出する面状の生体情報用圧力センサであって、外力に対して感度を有する感応部１を備え、感応部１は圧電材料を用いて構成されるとともに厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動などによる外力を検出する面状の生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような面状の圧力センサとして、ベッドやマット、シートなどの弾力性のある支持体に掛かる荷重を検出し、人や動物、物体等の存在の有無を判定するようなものが知られている。また、このような存在の有無の判定に留まらず、人の心拍（脈拍）や呼吸などの人体が発生する微小振動を検出するようにしたものも提案されている。
下記に出典を示す特許文献１には、このような荷重検出装置に関する発明が記載されている。この荷重検出装置は、振動発生部と振動発生部に隣接して設置された振動検出部とを備えた振動検出手段を、人体を支持する支持体に配設している。また、この荷重検出装置は、振動特性演算手段と、荷重演算手段とを備えている。振動特性演算手段は、振動発生部の振動により伝播する振動の振動特性を、振動検出部の出力信号から演算する。そして、荷重演算手段は、この振動特性演算手段の出力信号に基づいて、振動検出手段に印加される荷重を演算する。さらに、振動検出部の出力信号から支持体上の人体による振動成分を抽出する人体振動抽出部を備えて、例えば人体の心拍や呼吸による振動成分を抽出する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０８５３号公報（第８〜１６段落、第１〜５図、第８〜１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人体等が支持体に支持されたときに安定的に生じる荷重をいわゆる静荷重とすれば、心拍など人体振動抽出部で抽出される振動成分は、突発的に発生するいわゆる動荷重である。この動荷重は、微小振動であるので、出力はさほど大きくない。そこで、微小振動の検出を容易にするために、振動検出部として例えば圧電素子（特許文献１参照）を用い、さらにこの感受面積を広げるという方法がある。しかし、感受面積を広げると、外来ノイズ成分などの人体に依らない振動を検出する可能性も高くなる。
【０００５】
また、ベッド、シートなど、人体を支持する支持体は、快適性を考慮して通常は弾力性のある素材（例えばウレタンなど）が用いられる。圧電素子が支持体と人体との間に配置された場合、人体による静荷重により圧電素子は、微小振動の検出にとって好ましくない変形を生じて安定する場合がある。そして、この変形によって、圧電素子の出力の低下、Ｓ／Ｎ比の低下などを招く場合がある。
特に、心拍などの信号は微小振動であるのでこのような出力の低下やＳ／Ｎ比の低下は検出精度を低下させる要因となる。
【０００６】
本願発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、弾力性のある支持体に支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力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】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係る、人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、前記人体による荷重変動又は前記人体が発生する振動の一方又は双方による外力を検出する面状の生体情報用圧力センサは、前記外力に対して感度を有する感応部を備え、前記感応部は圧電材料を用いて構成されるとともに厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される点を特徴とする。
【０００８】
圧電材料は、圧電効果による電気分極により発生する電荷を電気信号（例えば電圧信号）として出力することから、荷重の変動や振動を検出する用途に適している。圧電材料を用いたセンサには、良好な感度を有する感度方向がある。従って、面状の生体情報用圧力センサは、この感度方向への外力のみが印加され、その外力に応じ変形して応力が発生した場合に、最も効果的に荷重変動や振動を検出することができる。
しかし、実際には支持体に支持される人体の姿勢などによって、面状の生体情報用圧力センサに想定された感度方向とは異なる方向への外力が加わると、検出したい荷重変動や振動による外力との間で応力が相殺される可能性がある。本特徴構成によれば、外力に対して感度を有する感応部が、可撓性および異方性を有して構成される。つまり、外力に対して、等方的に撓まないような剛性を有して構成される。
従って、想定された感度方向とは異なる方向への外力に対しては変形しにくく、想定された感度方向に対して変形し易いように支持体に配置することもできる。その結果、応力が相殺されることを防ぎ、人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサを提供することができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記圧電材料の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成されることを特徴とする。
【００１０】
圧電材料は、圧電効果を有する材料と樹脂などとを混合することにより、種々の形状に加工し易い材料である。従って、本発明のような厚みを部分的に異ならせて感応部が構成された面状の生体情報用圧力センサを生成するにも適している。そして、生体情報用圧力センサがこのように構成されると、厚みの違いにより、撓み易い方向を規定することができる。つまり、可撓性および異方性を有して感応部を構成することができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記感応部が、圧電材料で構成される受感部とこの受感部を保持する基底部とを有し、前記基底部の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の生体情報用圧力センサは、可撓性を有して構成されるが、測定する対象物によって、どの程度の撓み易さが適しているかが異なる。上記特徴のように、感応部に基底部を設けると、同一の受感部に対して基底部を変更することにより、種々の撓み易さに対応することができる。通常、圧電材料には、発生した電荷を電気信号（例えば電圧）として取り出すために電極が取り付けられる。本特徴によれば、この電極を基底部として利用することもできる。また、基底部は、生体情報用圧力センサが取り付けられる物体をもって兼用することもできる。このように、特に構造を複雑化することなく、種々の撓み易さに対応させることが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記感応部を複数備えた検出部と、複数の前記感応部の出力信号を伝達する配線部とが同一材料を用いて形成され、前記配線部は前記検出部に対して撓みにくく構成されることを特徴とすることができる。
【００１４】
感応部を複数備えた検出部を有すれば、広い範囲で外力を検出することができ、また、異なる感応部で検出された外力を用いて総合的な判定を行うようなシステムを構築することもできる。また、個々の感応部はそれぞれに荷重変動や振動を検出するので、検出部の面積が広がっても、個々の感応部がノイズ性の振動に影響される可能性を抑制できる。
さらに、圧電材料など加工性に富む材料を利用して感応部が構成される場合に、複数の感応部の出力信号を伝達する配線部が感応部と同一材料を用いて構成されるので、生産性が高い。この場合、配線部も感応部と同様に圧電効果を示すが、配線部は検出部に対して撓みにくく（高い剛性を有して）構成される。従って、配線部に加わる外力に対する耐性を有した精度のよい生体情報用圧力センサを得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記感応部が複数備えられ、少なくとも一つの前記感応部は他の前記感応部とは異なる異方性を有することを特徴とすることができる。
【００１６】
複数備えられた感応部のうち、少なくとも一つの感応部が他の感応部とは異なる方向に撓み易いと、この一つの感応部だけ感度特性が異なることになる。つまり、この一つ以外の感応部が検出目的に対応した感度を持つような異方性を有している場合には、逆に検出目的とは異なる方向に加わる外力を検出することができる感応部となる。この検出目的とは異なる方向に加わる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、互いに異方性の異なる、つまり感度方向の異なる感応部による検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００１７】
ここで、前記感応部の少なくとも一つが、他の前記感応部と直交する異方性を有するように構成するとよい。
撓み易さが、直交方向に異なっていると、互いに感度を有する外力の方向が、最も離れたものとなる。その結果、互いに感度方向の異なる感応部による検出結果を総合的に利用する場合に、他の外力の干渉を受けにくくなる。
【００１８】
また、本発明に係る生体情報用圧力検出装置は、上記本発明に係る生体情報用圧力センサを備えたものであって、以下の特徴を有する。
即ち、前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体の荷重が掛かる位置に配置され、前記感応部は、前記通常姿勢の場合に前記支持体を弾性変形させる前記人体の曲面に添う方向に撓み易く、この方向に直交する方向に撓み難い異方性を有して構成される点を特徴とする。
【００１９】
人体が通常姿勢の場合に人体による荷重が掛かる位置では、人体と支持体とが密着する。従って、この位置に生体情報用圧力センサ（感応部）が配置されれば、支持体と人体との間に生体情報用圧力センサがしっかりと挟み込まれ、人体による振動が生体情報用圧力センサに伝播し易い。このとき、生体情報用圧力センサの感応部があらゆる方向に等方的に変形する（撓む）と、感応部で応力が相殺される可能性がある。しかし、本発明では生体情報用圧力センサの感応部は、人体が通常姿勢の場合に支持体を弾性変形させる人体の曲面に添う方向に変形し易く（撓み易く）、この方向に直交する方向に変形しにくい（撓みにくい）異方性を有して構成される。従って、上述したような応力の相殺が抑制され、良好な感度を有して荷重変動や振動を検出することができる。
【００２０】
また、本発明に係る生体情報用圧力検出装置は、本発明に係る生体情報用圧力センサを複数備えた生体情報用圧力検出装置であって、少なくとも一つの前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体による前記外力が直接印加されない位置に配置されることを特徴とすることができる。
【００２１】
複数備えられた生体情報用圧力センサのうち、少なくとも一つが人体による外力が直接印加されない位置に配置されれば、この一つの生体情報用圧力センサは、逆に検出目的とは異なる外力のみを検出するセンサとなる。検出目的とは異なる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、複数の生体情報用圧力センサによる検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００２２】
尚、このとき、人体による外力が印加されない生体情報用圧力センサも含めて全ての生体情報用圧力センサが同一方向の外力に対して撓み易いような異方性を有しているとよい。即ち、人体による外力が印加されない生体情報用圧力センサが検出した外力は、全ての生体情報用圧力センサに共通に関係する支持体自体の振動に起因する可能性が高い。従って、複数の生体情報用圧力センサによる検出結果を総合的に利用するに際し、良好にノイズ成分を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る面状の生体情報用圧力センサの感応部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。図２は、生体情報用圧力センサを弾力性のある支持体としてのシートに配置する例を示す説明図である。図３は、図２における人体の荷重や人体が発生する振動の例を示す説明図である。図４は、感応部の撓み易さの異方性について説明する説明図である。尚、以下、適宜、生体情報用圧力センサを単に圧力センサと称して説明する。
【００２４】
図１に示すように、面状の感応部１（圧力センサ１０）は、第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとの２層の圧電体（圧電フィルム）が積層されて構成される。圧電体は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電材料を用いて構成され、圧電効果による電気分極によって電荷を発生する。圧電体に電極を取り付ければ、発生した電荷を電圧信号として取り出すことができる。
【００２５】
電極は、一つの圧電体３（３ａ及び３ｂ）に対して、それぞれ２つずつ取り付けられ、圧電体３はこれら２つの電極に挟まれて構成される。具体的には、図１に示すように、第一圧電体３ａは第一電極２ａと中間電極２ｃとに挟まれ、第二圧電体３ｂは第二電極２ｂと中間電極２ｃとに挟まれて構成される。つまり、中間電極２ｃを共通の電極として、２層の圧電体３がそれぞれ独立した電極を有して積層される。
【００２６】
また、感応部１は、溝４を有しており、これは圧電体３を作製する際に設けられる。圧電体の材料であるポリフッ化ビニリデンなどの樹脂材料は、種々の形状に容易に加工することができる。従って、図１に示すように圧電材料の厚みを部分的に異ならせて溝４を有した圧電体３を形成することができる。
感応部１は、この溝４を有していることにより、図示長手方向に変形し易い。即ち、可撓性を有する感応部１はその撓み易さに異方性を有して構成されている。例えば、図４（ａ）に示すように異方性を有しない（等方性を有する）感応部１に外力Ｆ１が印加された場合、感応部１は同心円状に変形する。即ち、応力も等方的に発生する。しかし、図４（ｂ）のように感応部１が異方性を有する場合には、同様の外力Ｆ１に対して長手方向に変形する。即ち、応力も一定の方向に集中して発生する。
【００２７】
以下、この圧力センサ１０（感応部１）を備えて生体情報用圧力検出装置を構成する実施形態を弾力性のある支持体としてのシート４０に人体３０が着座する場合について説明する。
図２及び図３に示すように、人体３０が通常姿勢の場合に、人体３０の荷重ｆ１が掛かる位置に圧力センサ１０が配置される。人体３０による荷重ｆ１が掛かる位置では、人体３０と支持体４０とが密着する。従って、この位置に圧力センサ１０（感応部１）が配置されれば、支持体４０と人体３０との間に圧力センサ１０がしっかりと挟み込まれ、人体３０による振動が圧力センサ１０に伝播し易い。
【００２８】
このとき、圧力センサ１０の感応部１があらゆる方向に等方的に変形すると、感応部１で応力が相殺される可能性がある。しかし、本発明では、感応部１は、人体３０が通常姿勢の場合に支持体４０を弾性変形させる人体３０の臀部（又は大腿部）の曲面に添う方向に撓み易く、この方向に直交する方向に撓みにくい異方性を有して構成される。従って、上述したような応力の相殺が抑制され、良好な感度を有して荷重変動や振動を検出することができる。
【００２９】
さらに、例えば図３（ｂ）に示すように、人体３０の大腿部裏側には、血管３１が通っており、血管３１を介して、脈拍などの人体３０が発生する振動が伝播されている。上述したように、血管３１に沿う方向に対しては、圧力センサ１０の剛性が高く、撓みにくい。従って、血管３１の場所によって脈動ｆ２のタイミングがずれ、圧力センサ１０に加わる外力の振幅にずれが生じたとしても、応力が相殺される可能性を抑制することができる。従って、微小振動である脈拍などを良好に検出することができる生体情報用圧力センサを得ることができる。
例示は省略するが、背面に圧力センサ１０を配置して呼吸などの振動を検出する場合においても、同様の考え方を採用することができる。
【００３０】
このように、異方性を有した圧力センサ１０（感応部１）を適切に配置することによって、脈拍や呼吸といった人体が発生する微小振動を良好に検出することが可能となる。本発明では、さらに検出感度を向上させる構成を採用することができる。
図１に基づいて上述したように感応部１は、極性の異なる２層の圧電体３を積層することによって構成されている。ここで、第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとは、異なる極性を有して構成される。この極性は、圧電体の配向の向きに依存する。この配向の向き、いわゆる圧電活性の向きは、ポーリング処理や分極処理と称される処理によって行われる。２層の圧電体３の極性を逆極性とすることによって、同一の外力に対して変形した場合に、より大きな出力を得ることが可能となる。
【００３１】
この原理について、図５に基づいて説明する。図５に示すように、図１に示した感応部１の長手側の一端を固定端に固定し、第一圧電体３ａの側より垂直に外力Ｆを印加する。感応部１は、外力Ｆの方向に変形する。このとき、第一圧電体３ａには外力Ｆに応じて引っ張り応力Ｓ１が発生し、第二圧電体３ｂには圧縮応力Ｓ２が発生する。つまり、２層の圧電体３には、２層の接合部でもある中心電極２ｃを中心として、それぞれ逆方向の応力が発生する。
ここで、第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとは、逆の配向を有しているため、中心電極２ｃを基準として、それぞれの電極２ａ、２ｂには同極性の電圧信号が現れる。その結果、感応部１の出力としては、各圧電体３の２倍の振幅を有するものとなる。
【００３２】
このように、検出精度と検出感度とを向上させた感応部１を複数備えれば、検出精度を維持して検出範囲を広くすることができる。つまり、個々の感応部１はそれぞれに荷重変動や振動を検出するので、検出範囲が広がっても、個々の感応部１がノイズ性の振動に影響される可能性は検出範囲が狭いときと同等である。また、異なる感応部１で検出された外力を用いて総合的な判定を行うようなシステムを構築することもできる。
【００３３】
図６は、感応部１を複数備えた検出部１０ａと、複数の感応部１の出力信号を伝達する配線部１０ｂとを備えた圧力センサ１０の一例を示す構成図である。図１と同様に、（ａ）が上面図、（ｂ）が断面図である。
本例では、検出部１０ａは、６ケの感応部１を備えて構成される。感応部１の変形が互いに影響しないように、感応部１の周囲には、スリット５が設けられている。
検出部１０ａと配線部１０ｂとは、同一の材料、即ち圧電体で一体化されて形成されている。それぞれの感応部１の第一電極２ａからの配線２０ａは、第一電極２ａと同一面を通って、端子部１０ｃへ至る。つまり、図６（ｂ）に示す上面側を通る。同様に第二電極２ｂからの配線２０ｂは図６（ｂ）に示す下面側を通り、中心電極２ｃからの配線２０ｃは第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとの接合部である中央部を通って、端子部１０ｃへ至る。
【００３４】
図７は、図６に示す圧力センサ１０をさらに改良したものである。上述したように、検出部１０ａと配線部１０ｂとを共に圧電体で一体化して形成しているため、配線部１０ｂも荷重変動や振動に対する感度を有している。このため、配線部１０ｂに印加される外力に対して応力が発生すると、検出部１０ａでの検出結果を相殺したり、ノイズ成分となる信号を出力したりする可能性も否定できない。これらは、圧力センサとしての検出精度を低下させる要因となる。そこで、感応部１として機能させたい部分以外、特に検出部１０ａの外周部や配線部１０ｂに保護層６を一体形成する。保護層６を設けることにより、これらの部分の剛性を高め、検出部１０ａの感応部１に対して撓みにくくすることができる。その結果、このような不要な部分において圧電効果により電荷が発生されることを抑制することができる。
【００３５】
上述したように、感応部１は、溝４を設けることなどにより、剛性に異方性を有して構成されている。また、感応部１は、支持体４０と人体３０との間に挟まれて、人体３０の曲面に沿って変形することが好ましい。特に、感応部１が複数備えられた圧力センサ１０においてもこの変形を満足させる上で、感応部１の縦横寸法比（図６及び７のＹ／Ｘ）を考慮すればより好ましいことが発明者らによる実験によって明らかになった。
図８は、素子（感応部１）の縦横寸法比と、感度との関係を示す実験結果のグラフである。グラフ中のＳは、目標とする感度（例えば、出力電圧）である。発明者らは、図６や図７に示したような圧力センサ１０において、感応部１の縦横寸法比と感度との関係を調べた。その結果、縦横寸法比が、３以上の場合に、目標感度を超えることが確かめられた。
【００３６】
図９は、図６や図７に示した圧力センサ１０を支持体としてのシート４０に配置する例を示したものである。図に示すように、少なくとも一つの圧力センサ１０Ａは、人体３０が通常姿勢の場合に人体３０による外力（図３に示す荷重ｆ１や脈動ｆ２）が直接印加されない位置に配置される。
人体３０による外力が直接印加されない位置に配置された圧力センサ１０Ａは、逆に検出目的とは異なる外力のみを検出するものとなる。検出目的とは異なる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、複数の圧力センサ１０による検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００３７】
このとき、人体３０による外力が印加されない圧力センサ１０Ａも含めて全ての圧力センサ１０が同一方向の外力に対して剛性に異方性を有していると好ましい。即ち、人体３０による外力が印加されない圧力センサ１０Ａが検出した外力は、全ての圧力センサ１０に共通に関係するシート４０自体の振動に起因する可能性が高い。従って、複数の圧力センサ１０による検出結果を総合的に利用するに際し、良好にノイズ成分を抑制することができる。
【００３８】
また、図１０に示すように、感応部１が複数備えられた圧力センサ１０を、少なくとも一つの感応部１Ｂが、他の感応部１Ａと異なる異方性を有するように構成することもできる。
このように構成すると、一つの感応部１Ｂだけが異なる感度特性を持つことになる。つまり、この一つ以外の感応部１Ａが検出目的に対応した感度を持つような異方性を有している場合には、感応部１Ｂは逆に検出目的とは異なる方向に加わる外力を検出することができる感応部１となる。検出目的とは異なる方向に加わる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、感度方向の異なる感応部１Ａと感応部１Ｂとによる検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００３９】
このとき、少なくとも一つの感応部１（例えば、感応部１Ｂ）が、他の感応部１Ａと直交する異方性を有しているとよい。撓み易さが、直交方向に異なっていると、互いに感度を有する外力の方向が、最も離れる。その結果、互いに感度方向の異なる感応部による検出結果を総合的に利用する場合に、他の外力の干渉を受けにくくなる。
【００４０】
また、支持体そのものの振動など、双方の感応部１（１Ａ及び１Ｂ）が感度を有するノイズ性の外力による影響を抑制する上でも都合がよい。
例えば、図３に示したように、人体３０の大腿部裏側を通る血管３１を介して、脈拍などの人体３０が発生する振動を検出する場合、感応部１Ａと感応部１Ｂとを、それぞれ脈拍（心拍）検出用センサとリファレンスセンサとすることができる。脈拍検出用センサ（感応部１Ａ）と直交する形でリファレンスセンサ（感応部１Ｂ）を隣接して配置することにより、脈拍検出用センサとリファレンスセンサの出力には、上述したように支持体４０自体の振動による、同じノイズ成分が含まれる。しかし、脈拍に起因する信号はリファレンスセンサからの出力には含まれないか、含まれても小さくなる。そのため双方を組み合わせることでノイズ成分を除去し、脈拍信号をより正確に抽出することが可能となる。その結果、微小振動である脈拍などを良好に検出することができる。
例えば、支持体４０が車両のシートであり、乗車中の乗員の脈拍等を検出する場合、走行中の車両の振動によって、支持体４０自体が振動する。このような環境においても、良好に脈拍などの人体に起因する微小振動を検出することができる。
【００４１】
尚、複数の感応部１を有する圧力センサ１０を図２に示すような位置に配置してもよいし、逆に単一の感応部１からなる圧力センサ１０を図９のように配置してもよい。
また、上記説明においては、感応部１を図１に示すように２層の圧電体３ａと３ｂとが積層された構成を用いた。しかし、これに限らず、例えば図１１に示すように１層の圧電体３に電極２ａと２ｂとを備えて感応部１Ｃを構成してもよい。
【００４２】
さらに、図１や図１１に示した例では、感応部１を同一の圧電材料を用いて一体的に形成したが、図１２に示すような構造を採用することもできる。つまり、受感部である圧電体７ａ、７ｂを保持する基材９（基底部）に、溝４Ａを設け、基材９の厚みを部分的に異ならせる。そして、基材９、圧電体７ａ、７ｂ、電極８ａ、８ｂ、８ｃを有する感応部１Ｄを構成する。
尚、圧電体は、２層に限らず、勿論１層で構成してもよい。また、図示は省略するが、図１や図１１に示した感応部において、圧電体３は平坦に形成し、電極２（例えば、第一電極２ａや第二電極２ｂ）を波打たせることにより、断面に凹凸を形成してもよい。この場合、波打つ電極が本発明の基底部に相当する。
【００４３】
以上、説明したように本発明によれば、弾力性のある支持体に支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力検出装置を提供することができる。
上記、実施形態においては、シートに着座する人体の脈拍を検出する場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。本発明は、ベッドや車椅子、シャワートイレなどにおいて、脈拍、呼吸などの微小振動、荷重変動による人体の動きなどを検出するために適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る生体情報用圧力センサの感応部の構成を模式的に示す図 （ａ）：上面図、（ｂ）：断面図
【図２】生体情報用圧力センサを弾力性のある支持体に配置する例を示す説明図
【図３】図２における人体の荷重や人体が発生する振動の例を示す説明図
【図４】感応部の異方性について説明する説明図
【図５】図１の感応部に外力が印加された場合の応力を示す説明図（ａ）：上面図、（ｂ）：断面図、（ｃ）：断面図
【図６】図１の感応部を複数備えた圧力センサの構成例（１）を示す構成図 （ａ）：上面図、（ｂ）：断面図
【図７】図１の感応部を複数備えた圧力センサの構成例（２）を示す構成図 （ａ）：上面図、（ｂ）：断面図
【図８】感応部の縦横比と感度との関係を示す実験結果のグラフ
【図９】生体情報用圧力センサを弾力性のある支持体に配置する他の例を示す説明図
【図１０】図１の感応部を複数備えた圧力センサの構成例（３）を示す構成図
【図１１】感応部の他の構成例（１）を模式的に示す図
【図１２】感応部の他の構成例（２）を模式的に示す図
【符号の説明】
【００４５】
１：感応部
２：電極
３：圧電体（圧電材料）
４：溝
１０：圧力センサ（生体情報用圧力センサ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動などによる外力を検出する面状の生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような面状の圧力センサとして、ベッドやマット、シートなどの弾力性のある支持体に掛かる荷重を検出し、人や動物、物体等の存在の有無を判定するようなものが知られている。また、このような存在の有無の判定に留まらず、人の心拍（脈拍）や呼吸などの人体が発生する微小振動を検出するようにしたものも提案されている。
下記に出典を示す特許文献１には、このような荷重検出装置に関する発明が記載されている。この荷重検出装置は、振動発生部と振動発生部に隣接して設置された振動検出部とを備えた振動検出手段を、人体を支持する支持体に配設している。また、この荷重検出装置は、振動特性演算手段と、荷重演算手段とを備えている。振動特性演算手段は、振動発生部の振動により伝播する振動の振動特性を、振動検出部の出力信号から演算する。そして、荷重演算手段は、この振動特性演算手段の出力信号に基づいて、振動検出手段に印加される荷重を演算する。さらに、振動検出部の出力信号から支持体上の人体による振動成分を抽出する人体振動抽出部を備えて、例えば人体の心拍や呼吸による振動成分を抽出する。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３０８５３号公報（第８〜１６段落、第１〜５図、第８〜１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人体等が支持体に支持されたときに安定的に生じる荷重をいわゆる静荷重とすれば、心拍など人体振動抽出部で抽出される振動成分は、突発的に発生するいわゆる動荷重である。この動荷重は、微小振動であるので、出力はさほど大きくない。そこで、微小振動の検出を容易にするために、振動検出部として例えば圧電素子（特許文献１参照）を用い、さらにこの感受面積を広げるという方法がある。しかし、感受面積を広げると、外来ノイズ成分などの人体に依らない振動を検出する可能性も高くなる。
【０００５】
また、ベッド、シートなど、人体を支持する支持体は、快適性を考慮して通常は弾力性のある素材（例えばウレタンなど）が用いられる。圧電素子が支持体と人体との間に配置された場合、人体による静荷重により圧電素子は、微小振動の検出にとって好ましくない変形を生じて安定する場合がある。そして、この変形によって、圧電素子の出力の低下、Ｓ／Ｎ比の低下などを招く場合がある。
特に、心拍などの信号は微小振動であるのでこのような出力の低下やＳ／Ｎ比の低下は検出精度を低下させる要因となる。
【０００６】
本願発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、弾力性のある支持体に支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力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】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係る、人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、前記人体による荷重変動又は前記人体が発生する振動の一方又は双方による外力を検出する面状の生体情報用圧力センサは、前記外力に対して感度を有する感応部を備え、前記感応部は圧電材料を用いて構成されるとともに厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される点を特徴とする。
【０００８】
圧電材料は、圧電効果による電気分極により発生する電荷を電気信号（例えば電圧信号）として出力することから、荷重の変動や振動を検出する用途に適している。圧電材料を用いたセンサには、良好な感度を有する感度方向がある。従って、面状の生体情報用圧力センサは、この感度方向への外力のみが印加され、その外力に応じ変形して応力が発生した場合に、最も効果的に荷重変動や振動を検出することができる。
しかし、実際には支持体に支持される人体の姿勢などによって、面状の生体情報用圧力センサに想定された感度方向とは異なる方向への外力が加わると、検出したい荷重変動や振動による外力との間で応力が相殺される可能性がある。本特徴構成によれば、外力に対して感度を有する感応部が、可撓性および異方性を有して構成される。つまり、外力に対して、等方的に撓まないような剛性を有して構成される。
従って、想定された感度方向とは異なる方向への外力に対しては変形しにくく、想定された感度方向に対して変形し易いように支持体に配置することもできる。その結果、応力が相殺されることを防ぎ、人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサを提供することができる。
【０００９】
さらに、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記圧電材料の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成されることを特徴とする。
【００１０】
圧電材料は、圧電効果を有する材料と樹脂などとを混合することにより、種々の形状に加工し易い材料である。従って、本発明のような厚みを部分的に異ならせて感応部が構成された面状の生体情報用圧力センサを生成するにも適している。そして、生体情報用圧力センサがこのように構成されると、厚みの違いにより、撓み易い方向を規定することができる。つまり、可撓性および異方性を有して感応部を構成することができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記感応部が、圧電材料で構成される受感部とこの受感部を保持する基底部とを有し、前記基底部の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の生体情報用圧力センサは、可撓性を有して構成されるが、測定する対象物によって、どの程度の撓み易さが適しているかが異なる。上記特徴のように、感応部に基底部を設けると、同一の受感部に対して基底部を変更することにより、種々の撓み易さに対応することができる。通常、圧電材料には、発生した電荷を電気信号（例えば電圧）として取り出すために電極が取り付けられる。本特徴によれば、この電極を基底部として利用することもできる。また、基底部は、生体情報用圧力センサが取り付けられる物体をもって兼用することもできる。このように、特に構造を複雑化することなく、種々の撓み易さに対応させることが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記感応部を複数備えた検出部と、複数の前記感応部の出力信号を伝達する配線部とが同一材料を用いて形成され、前記配線部は前記検出部に対して撓みにくく構成されることを特徴とすることができる。
【００１４】
感応部を複数備えた検出部を有すれば、広い範囲で外力を検出することができ、また、異なる感応部で検出された外力を用いて総合的な判定を行うようなシステムを構築することもできる。また、個々の感応部はそれぞれに荷重変動や振動を検出するので、検出部の面積が広がっても、個々の感応部がノイズ性の振動に影響される可能性を抑制できる。
さらに、圧電材料など加工性に富む材料を利用して感応部が構成される場合に、複数の感応部の出力信号を伝達する配線部が感応部と同一材料を用いて構成されるので、生産性が高い。この場合、配線部も感応部と同様に圧電効果を示すが、配線部は検出部に対して撓みにくく（高い剛性を有して）構成される。従って、配線部に加わる外力に対する耐性を有した精度のよい生体情報用圧力センサを得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る生体情報用圧力センサは、前記感応部が複数備えられ、少なくとも一つの前記感応部は他の前記感応部とは異なる異方性を有することを特徴とすることができる。
【００１６】
複数備えられた感応部のうち、少なくとも一つの感応部が他の感応部とは異なる方向に撓み易いと、この一つの感応部だけ感度特性が異なることになる。つまり、この一つ以外の感応部が検出目的に対応した感度を持つような異方性を有している場合には、逆に検出目的とは異なる方向に加わる外力を検出することができる感応部となる。この検出目的とは異なる方向に加わる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、互いに異方性の異なる、つまり感度方向の異なる感応部による検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００１７】
ここで、前記感応部の少なくとも一つが、他の前記感応部と直交する異方性を有するように構成するとよい。
撓み易さが、直交方向に異なっていると、互いに感度を有する外力の方向が、最も離れたものとなる。その結果、互いに感度方向の異なる感応部による検出結果を総合的に利用する場合に、他の外力の干渉を受けにくくなる。
【００１８】
また、本発明に係る生体情報用圧力検出装置は、上記本発明に係る生体情報用圧力センサを備えたものであって、以下の特徴を有する。
即ち、前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体の荷重が掛かる位置に配置され、前記感応部は、前記通常姿勢の場合に前記支持体を弾性変形させる前記人体の曲面に添う方向に撓み易く、この方向に直交する方向に撓み難い異方性を有して構成される点を特徴とする。
【００１９】
人体が通常姿勢の場合に人体による荷重が掛かる位置では、人体と支持体とが密着する。従って、この位置に生体情報用圧力センサ（感応部）が配置されれば、支持体と人体との間に生体情報用圧力センサがしっかりと挟み込まれ、人体による振動が生体情報用圧力センサに伝播し易い。このとき、生体情報用圧力センサの感応部があらゆる方向に等方的に変形する（撓む）と、感応部で応力が相殺される可能性がある。しかし、本発明では生体情報用圧力センサの感応部は、人体が通常姿勢の場合に支持体を弾性変形させる人体の曲面に添う方向に変形し易く（撓み易く）、この方向に直交する方向に変形しにくい（撓みにくい）異方性を有して構成される。従って、上述したような応力の相殺が抑制され、良好な感度を有して荷重変動や振動を検出することができる。
【００２０】
また、本発明に係る生体情報用圧力検出装置は、本発明に係る生体情報用圧力センサを複数備えた生体情報用圧力検出装置であって、少なくとも一つの前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体による前記外力が直接印加されない位置に配置されることを特徴とすることができる。
【００２１】
複数備えられた生体情報用圧力センサのうち、少なくとも一つが人体による外力が直接印加されない位置に配置されれば、この一つの生体情報用圧力センサは、逆に検出目的とは異なる外力のみを検出するセンサとなる。検出目的とは異なる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、複数の生体情報用圧力センサによる検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００２２】
尚、このとき、人体による外力が印加されない生体情報用圧力センサも含めて全ての生体情報用圧力センサが同一方向の外力に対して撓み易いような異方性を有しているとよい。即ち、人体による外力が印加されない生体情報用圧力センサが検出した外力は、全ての生体情報用圧力センサに共通に関係する支持体自体の振動に起因する可能性が高い。従って、複数の生体情報用圧力センサによる検出結果を総合的に利用するに際し、良好にノイズ成分を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る面状の生体情報用圧力センサの感応部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。図２は、生体情報用圧力センサを弾力性のある支持体としてのシートに配置する例を示す説明図である。図３は、図２における人体の荷重や人体が発生する振動の例を示す説明図である。図４は、感応部の撓み易さの異方性について説明する説明図である。尚、以下、適宜、生体情報用圧力センサを単に圧力センサと称して説明する。
【００２４】
図１に示すように、面状の感応部１（圧力センサ１０）は、第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとの２層の圧電体（圧電フィルム）が積層されて構成される。圧電体は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電材料を用いて構成され、圧電効果による電気分極によって電荷を発生する。圧電体に電極を取り付ければ、発生した電荷を電圧信号として取り出すことができる。
【００２５】
電極は、一つの圧電体３（３ａ及び３ｂ）に対して、それぞれ２つずつ取り付けられ、圧電体３はこれら２つの電極に挟まれて構成される。具体的には、図１に示すように、第一圧電体３ａは第一電極２ａと中間電極２ｃとに挟まれ、第二圧電体３ｂは第二電極２ｂと中間電極２ｃとに挟まれて構成される。つまり、中間電極２ｃを共通の電極として、２層の圧電体３がそれぞれ独立した電極を有して積層される。
【００２６】
また、感応部１は、溝４を有しており、これは圧電体３を作製する際に設けられる。圧電体の材料であるポリフッ化ビニリデンなどの樹脂材料は、種々の形状に容易に加工することができる。従って、図１に示すように圧電材料の厚みを部分的に異ならせて溝４を有した圧電体３を形成することができる。
感応部１は、この溝４を有していることにより、図示長手方向に変形し易い。即ち、可撓性を有する感応部１はその撓み易さに異方性を有して構成されている。例えば、図４（ａ）に示すように異方性を有しない（等方性を有する）感応部１に外力Ｆ１が印加された場合、感応部１は同心円状に変形する。即ち、応力も等方的に発生する。しかし、図４（ｂ）のように感応部１が異方性を有する場合には、同様の外力Ｆ１に対して長手方向に変形する。即ち、応力も一定の方向に集中して発生する。
【００２７】
以下、この圧力センサ１０（感応部１）を備えて生体情報用圧力検出装置を構成する実施形態を弾力性のある支持体としてのシート４０に人体３０が着座する場合について説明する。
図２及び図３に示すように、人体３０が通常姿勢の場合に、人体３０の荷重ｆ１が掛かる位置に圧力センサ１０が配置される。人体３０による荷重ｆ１が掛かる位置では、人体３０と支持体４０とが密着する。従って、この位置に圧力センサ１０（感応部１）が配置されれば、支持体４０と人体３０との間に圧力センサ１０がしっかりと挟み込まれ、人体３０による振動が圧力センサ１０に伝播し易い。
【００２８】
このとき、圧力センサ１０の感応部１があらゆる方向に等方的に変形すると、感応部１で応力が相殺される可能性がある。しかし、本発明では、感応部１は、人体３０が通常姿勢の場合に支持体４０を弾性変形させる人体３０の臀部（又は大腿部）の曲面に添う方向に撓み易く、この方向に直交する方向に撓みにくい異方性を有して構成される。従って、上述したような応力の相殺が抑制され、良好な感度を有して荷重変動や振動を検出することができる。
【００２９】
さらに、例えば図３（ｂ）に示すように、人体３０の大腿部裏側には、血管３１が通っており、血管３１を介して、脈拍などの人体３０が発生する振動が伝播されている。上述したように、血管３１に沿う方向に対しては、圧力センサ１０の剛性が高く、撓みにくい。従って、血管３１の場所によって脈動ｆ２のタイミングがずれ、圧力センサ１０に加わる外力の振幅にずれが生じたとしても、応力が相殺される可能性を抑制することができる。従って、微小振動である脈拍などを良好に検出することができる生体情報用圧力センサを得ることができる。
例示は省略するが、背面に圧力センサ１０を配置して呼吸などの振動を検出する場合においても、同様の考え方を採用することができる。
【００３０】
このように、異方性を有した圧力センサ１０（感応部１）を適切に配置することによって、脈拍や呼吸といった人体が発生する微小振動を良好に検出することが可能となる。本発明では、さらに検出感度を向上させる構成を採用することができる。
図１に基づいて上述したように感応部１は、極性の異なる２層の圧電体３を積層することによって構成されている。ここで、第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとは、異なる極性を有して構成される。この極性は、圧電体の配向の向きに依存する。この配向の向き、いわゆる圧電活性の向きは、ポーリング処理や分極処理と称される処理によって行われる。２層の圧電体３の極性を逆極性とすることによって、同一の外力に対して変形した場合に、より大きな出力を得ることが可能となる。
【００３１】
この原理について、図５に基づいて説明する。図５に示すように、図１に示した感応部１の長手側の一端を固定端に固定し、第一圧電体３ａの側より垂直に外力Ｆを印加する。感応部１は、外力Ｆの方向に変形する。このとき、第一圧電体３ａには外力Ｆに応じて引っ張り応力Ｓ１が発生し、第二圧電体３ｂには圧縮応力Ｓ２が発生する。つまり、２層の圧電体３には、２層の接合部でもある中心電極２ｃを中心として、それぞれ逆方向の応力が発生する。
ここで、第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとは、逆の配向を有しているため、中心電極２ｃを基準として、それぞれの電極２ａ、２ｂには同極性の電圧信号が現れる。その結果、感応部１の出力としては、各圧電体３の２倍の振幅を有するものとなる。
【００３２】
このように、検出精度と検出感度とを向上させた感応部１を複数備えれば、検出精度を維持して検出範囲を広くすることができる。つまり、個々の感応部１はそれぞれに荷重変動や振動を検出するので、検出範囲が広がっても、個々の感応部１がノイズ性の振動に影響される可能性は検出範囲が狭いときと同等である。また、異なる感応部１で検出された外力を用いて総合的な判定を行うようなシステムを構築することもできる。
【００３３】
図６は、感応部１を複数備えた検出部１０ａと、複数の感応部１の出力信号を伝達する配線部１０ｂとを備えた圧力センサ１０の一例を示す構成図である。図１と同様に、（ａ）が上面図、（ｂ）が断面図である。
本例では、検出部１０ａは、６ケの感応部１を備えて構成される。感応部１の変形が互いに影響しないように、感応部１の周囲には、スリット５が設けられている。
検出部１０ａと配線部１０ｂとは、同一の材料、即ち圧電体で一体化されて形成されている。それぞれの感応部１の第一電極２ａからの配線２０ａは、第一電極２ａと同一面を通って、端子部１０ｃへ至る。つまり、図６（ｂ）に示す上面側を通る。同様に第二電極２ｂからの配線２０ｂは図６（ｂ）に示す下面側を通り、中心電極２ｃからの配線２０ｃは第一圧電体３ａと第二圧電体３ｂとの接合部である中央部を通って、端子部１０ｃへ至る。
【００３４】
図７は、図６に示す圧力センサ１０をさらに改良したものである。上述したように、検出部１０ａと配線部１０ｂとを共に圧電体で一体化して形成しているため、配線部１０ｂも荷重変動や振動に対する感度を有している。このため、配線部１０ｂに印加される外力に対して応力が発生すると、検出部１０ａでの検出結果を相殺したり、ノイズ成分となる信号を出力したりする可能性も否定できない。これらは、圧力センサとしての検出精度を低下させる要因となる。そこで、感応部１として機能させたい部分以外、特に検出部１０ａの外周部や配線部１０ｂに保護層６を一体形成する。保護層６を設けることにより、これらの部分の剛性を高め、検出部１０ａの感応部１に対して撓みにくくすることができる。その結果、このような不要な部分において圧電効果により電荷が発生されることを抑制することができる。
【００３５】
上述したように、感応部１は、溝４を設けることなどにより、剛性に異方性を有して構成されている。また、感応部１は、支持体４０と人体３０との間に挟まれて、人体３０の曲面に沿って変形することが好ましい。特に、感応部１が複数備えられた圧力センサ１０においてもこの変形を満足させる上で、感応部１の縦横寸法比（図６及び７のＹ／Ｘ）を考慮すればより好ましいことが発明者らによる実験によって明らかになった。
図８は、素子（感応部１）の縦横寸法比と、感度との関係を示す実験結果のグラフである。グラフ中のＳは、目標とする感度（例えば、出力電圧）である。発明者らは、図６や図７に示したような圧力センサ１０において、感応部１の縦横寸法比と感度との関係を調べた。その結果、縦横寸法比が、３以上の場合に、目標感度を超えることが確かめられた。
【００３６】
図９は、図６や図７に示した圧力センサ１０を支持体としてのシート４０に配置する例を示したものである。図に示すように、少なくとも一つの圧力センサ１０Ａは、人体３０が通常姿勢の場合に人体３０による外力（図３に示す荷重ｆ１や脈動ｆ２）が直接印加されない位置に配置される。
人体３０による外力が直接印加されない位置に配置された圧力センサ１０Ａは、逆に検出目的とは異なる外力のみを検出するものとなる。検出目的とは異なる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、複数の圧力センサ１０による検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００３７】
このとき、人体３０による外力が印加されない圧力センサ１０Ａも含めて全ての圧力センサ１０が同一方向の外力に対して剛性に異方性を有していると好ましい。即ち、人体３０による外力が印加されない圧力センサ１０Ａが検出した外力は、全ての圧力センサ１０に共通に関係するシート４０自体の振動に起因する可能性が高い。従って、複数の圧力センサ１０による検出結果を総合的に利用するに際し、良好にノイズ成分を抑制することができる。
【００３８】
また、図１０に示すように、感応部１が複数備えられた圧力センサ１０を、少なくとも一つの感応部１Ｂが、他の感応部１Ａと異なる異方性を有するように構成することもできる。
このように構成すると、一つの感応部１Ｂだけが異なる感度特性を持つことになる。つまり、この一つ以外の感応部１Ａが検出目的に対応した感度を持つような異方性を有している場合には、感応部１Ｂは逆に検出目的とは異なる方向に加わる外力を検出することができる感応部１となる。検出目的とは異なる方向に加わる外力とは、ノイズ性の外力である。従って、感度方向の異なる感応部１Ａと感応部１Ｂとによる検出結果を総合的に利用すれば、より検出精度を向上することができる。
【００３９】
このとき、少なくとも一つの感応部１（例えば、感応部１Ｂ）が、他の感応部１Ａと直交する異方性を有しているとよい。撓み易さが、直交方向に異なっていると、互いに感度を有する外力の方向が、最も離れる。その結果、互いに感度方向の異なる感応部による検出結果を総合的に利用する場合に、他の外力の干渉を受けにくくなる。
【００４０】
また、支持体そのものの振動など、双方の感応部１（１Ａ及び１Ｂ）が感度を有するノイズ性の外力による影響を抑制する上でも都合がよい。
例えば、図３に示したように、人体３０の大腿部裏側を通る血管３１を介して、脈拍などの人体３０が発生する振動を検出する場合、感応部１Ａと感応部１Ｂとを、それぞれ脈拍（心拍）検出用センサとリファレンスセンサとすることができる。脈拍検出用センサ（感応部１Ａ）と直交する形でリファレンスセンサ（感応部１Ｂ）を隣接して配置することにより、脈拍検出用センサとリファレンスセンサの出力には、上述したように支持体４０自体の振動による、同じノイズ成分が含まれる。しかし、脈拍に起因する信号はリファレンスセンサからの出力には含まれないか、含まれても小さくなる。そのため双方を組み合わせることでノイズ成分を除去し、脈拍信号をより正確に抽出することが可能となる。その結果、微小振動である脈拍などを良好に検出することができる。
例えば、支持体４０が車両のシートであり、乗車中の乗員の脈拍等を検出する場合、走行中の車両の振動によって、支持体４０自体が振動する。このような環境においても、良好に脈拍などの人体に起因する微小振動を検出することができる。
【００４１】
尚、複数の感応部１を有する圧力センサ１０を図２に示すような位置に配置してもよいし、逆に単一の感応部１からなる圧力センサ１０を図９のように配置してもよい。
また、上記説明においては、感応部１を図１に示すように２層の圧電体３ａと３ｂとが積層された構成を用いた。しかし、これに限らず、例えば図１１に示すように１層の圧電体３に電極２ａと２ｂとを備えて感応部１Ｃを構成してもよい。
【００４２】
さらに、図１や図１１に示した例では、感応部１を同一の圧電材料を用いて一体的に形成したが、図１２に示すような構造を採用することもできる。つまり、受感部である圧電体７ａ、７ｂを保持する基材９（基底部）に、溝４Ａを設け、基材９の厚みを部分的に異ならせる。そして、基材９、圧電体７ａ、７ｂ、電極８ａ、８ｂ、８ｃを有する感応部１Ｄを構成する。
尚、圧電体は、２層に限らず、勿論１層で構成してもよい。また、図示は省略するが、図１や図１１に示した感応部において、圧電体３は平坦に形成し、電極２（例えば、第一電極２ａや第二電極２ｂ）を波打たせることにより、断面に凹凸を形成してもよい。この場合、波打つ電極が本発明の基底部に相当する。
【００４３】
以上、説明したように本発明によれば、弾力性のある支持体に支持された人体による荷重変動や人体が発生する振動を精度良く検出することのできる生体情報用圧力センサ、及び生体情報用圧力検出装置を提供することができる。
上記、実施形態においては、シートに着座する人体の脈拍を検出する場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。本発明は、ベッドや車椅子、シャワートイレなどにおいて、脈拍、呼吸などの微小振動、荷重変動による人体の動きなどを検出するために適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る生体情報用圧力センサの感応部の構成を模式的に示す図 （ａ）：上面図、（ｂ）：断面図
【図２】生体情報用圧力センサを弾力性のある支持体に配置する例を示す説明図
【図３】図２における人体の荷重や人体が発生する振動の例を示す説明図
【図４】感応部の異方性について説明する説明図
【図５】図１の感応部に外力が印加された場合の応力を示す説明図（ａ）：上面図、（ｂ）：断面図、（ｃ）：断面図
【図６】図１の感応部を複数備えた圧力センサの構成例（１）を示す構成図 （ａ）：上面図、（ｂ）：断面図
【図７】図１の感応部を複数備えた圧力センサの構成例（２）を示す構成図 （ａ）：上面図、（ｂ）：断面図
【図８】感応部の縦横比と感度との関係を示す実験結果のグラフ
【図９】生体情報用圧力センサを弾力性のある支持体に配置する他の例を示す説明図
【図１０】図１の感応部を複数備えた圧力センサの構成例（３）を示す構成図
【図１１】感応部の他の構成例（１）を模式的に示す図
【図１２】感応部の他の構成例（２）を模式的に示す図
【符号の説明】
【００４５】
１：感応部
２：電極
３：圧電体（圧電材料）
４：溝
１０：圧力センサ（生体情報用圧力センサ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、前記人体による荷重変動又は前記人体が発生する振動の一方又は双方による外力を検出する面状の生体情報用圧力センサであって、
前記外力に対して感度を有する感応部を備え、前記感応部は圧電材料を用いて構成されるとともに厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される生体情報用圧力センサ。
【請求項２】
前記感応部は、前記圧電材料の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される請求項１に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項３】
前記感応部は、圧電材料で構成される受感部とこの受感部を保持する基底部とを有し、前記基底部の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される請求項１に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項４】
前記感応部を複数備えた検出部と、複数の前記感応部の出力信号を伝達する配線部とが同一材料を用いて形成され、前記配線部は前記検出部に対して撓みにくく構成される請求項１又は２に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項５】
前記感応部が複数備えられ、少なくとも一つの前記感応部は他の前記感応部とは異なる異方性を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項６】
前記感応部の少なくとも一つは、他の前記感応部と直交する異方性を有する請求項５に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか一項に記載の生体情報用圧力センサを備えた生体情報用圧力検出装置であって、
前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体の荷重が掛かる位置に配置され、前記感応部は、前記通常姿勢の場合に前記支持体を弾性変形させる前記人体の曲面に添う方向に撓み易く、この方向に直交する方向に撓みにくい異方性を有して構成される生体情報用圧力検出装置。
【請求項８】
請求項１〜４の何れか一項に記載の生体情報用圧力センサを複数備えた生体情報用圧力検出装置であって、少なくとも一つの前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体による前記外力が直接印加されない位置に配置される生体情報用圧力検出装置。
【請求項１】
人体を支持する弾力性のある支持体に配置され、前記人体による荷重変動又は前記人体が発生する振動の一方又は双方による外力を検出する面状の生体情報用圧力センサであって、
前記外力に対して感度を有する感応部を備え、前記感応部は圧電材料を用いて構成されるとともに厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される生体情報用圧力センサ。
【請求項２】
前記感応部は、前記圧電材料の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される請求項１に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項３】
前記感応部は、圧電材料で構成される受感部とこの受感部を保持する基底部とを有し、前記基底部の厚みを部分的に異ならせることにより、可撓性および異方性を有して構成される請求項１に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項４】
前記感応部を複数備えた検出部と、複数の前記感応部の出力信号を伝達する配線部とが同一材料を用いて形成され、前記配線部は前記検出部に対して撓みにくく構成される請求項１又は２に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項５】
前記感応部が複数備えられ、少なくとも一つの前記感応部は他の前記感応部とは異なる異方性を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項６】
前記感応部の少なくとも一つは、他の前記感応部と直交する異方性を有する請求項５に記載の生体情報用圧力センサ。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか一項に記載の生体情報用圧力センサを備えた生体情報用圧力検出装置であって、
前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体の荷重が掛かる位置に配置され、前記感応部は、前記通常姿勢の場合に前記支持体を弾性変形させる前記人体の曲面に添う方向に撓み易く、この方向に直交する方向に撓みにくい異方性を有して構成される生体情報用圧力検出装置。
【請求項８】
請求項１〜４の何れか一項に記載の生体情報用圧力センサを複数備えた生体情報用圧力検出装置であって、少なくとも一つの前記生体情報用圧力センサは、前記人体が通常姿勢の場合に前記人体による前記外力が直接印加されない位置に配置される生体情報用圧力検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１３９５６６（Ｐ２００７−１３９５６６Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３３２９１（Ｐ２００５−３３３２９１）
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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