JPH1114478A

JPH1114478A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JPH1114478A
Application number: JP9169824A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogino; 弘之荻野; Takeshi Nagai; 彪長井; Katsuhiko Yamamoto; 克彦山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のこの種のバイモルフ型の圧力検出装置
は物体の接触の有無を検出することはできたが、物体の
接触による圧力レベルを検出することができないという
課題があった。【解決手段】振動発生手段１１と振動検出手段１２と
からなる積層体１３に圧力が印加されると前記圧力に応
じて変化する前記積層体１３の振動特性を前記振動検出
手段１２により算出している。従って、簡単な構成で圧
力レベルを検出することができるといった効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバイモルフ型の圧力
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の圧力検出装置は以下のよ
うなものであった。

【０００３】先ず、IEEE Transaction on Electron Dev
ices, vol.ED-26, No.5,p815〜p817, 1979（以下、参考
文献１とする）では図１７のようなバイモルフ型の圧力
検出装置が提案された。これは同図のように、圧電フィ
ルム１ａ及び２ａの両面に電極１ｂ、１ｃ及び２ｂ、２
ｃを設けた帯状の圧電フィルム１、２を２枚貼りあわ
せ、その一端を支持部３により片持ち梁型に支持し、圧
電フィルム１に発信部４から電圧を印加して振動させ、
圧電フィルム２から前記振動による出力を取り出すよう
に構成したものであった。そして上記構成により物体５
が圧電フィルム２に接触すると圧電フィルム２の出力信
号が変化することに基づき物体の接触を検出していた。
図１８はこの際の物体５の接触位置Ｌと圧電フィルム２
の出力信号Ｖとの関係を発信部４の印加電圧の周波数ｆ
をバラメータとして示したものである。同図より、Ｖは
Ｌやｆにより変化する。

【０００４】また、特開平８−６２０６８号公報（以
下、参考文献２とする）では指紋のような微細な山と谷
の分布を検出する圧力検出装置が開示された。これは図
２０のように圧電フィルム６の表面と裏面に複数の走査
電極６ａ、６ｂをマトリクス状に形成し、それに絶縁保
護フィルム７、絶縁フィルム８、高周波振動体９を積層
したものであった。そして上記構成により絶縁保護フィ
ルム７上に物体が接触するとその物体の山と谷による起
伏を圧電センサの多数の圧力検出ポイントで受け、マト
リクス状の走査電極６ａ、６ｂで走査することによって
前記の山と谷の分布を検出していた。一例として図２０
に指１０で絶縁保護フィルム７を触れた際に指紋の山と
谷の分布を検出する様子を示した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、参考文
献１の圧力検出装置では、図１８のような特性に基づき
物体５の圧電フィルム２への接触の有無や接触位置を検
出することはできるが、物体５の接触による圧力レベル
を検出することはできなという課題を有していた。ま
た、片持ち梁型の構造のため物体が繰り返し接触すると
圧電フィルムにへたりが生じて検出感度が低下してしま
うという課題を有していた。

【０００６】また、参考文献２の圧力検出装置では、上
記のような片持ち梁型の構造による耐久性の課題は無い
が、圧電センサの多数の圧力検出ポイントで検出できる
のは、例えば図２０のように各交点に指紋パターンの山
の部分が当たっているのか谷の部分が当たっているのか
ということでしかない。すなわち、参考文献２は上記各
ポイントにおける物体の接触の有無を検出するものであ
り、各ポイントで物体の圧力レベルを検出することはで
きないという課題を有していた。

【０００７】さらに、物体の接触による圧力レベルを検
出する場合、例えば外来振動によりその物体が振動する
と正確な圧力検出が出来ないので、圧力検出とともにそ
のような振動の有無を検出しなければならない場合があ
るが、参考文献１及び参考文献２では圧力と振動を検出
することはできないという課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、振動発生手段と前記振動発生手段に積層し
た振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加
される圧力を算出する圧力算出手段とからなり、前記振
動発生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に
圧力が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層
体の振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振
動検出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出
手段により算出するものである。

【０００９】上記発明によれば、前記積層体に圧力が印
加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動
特性を前記振動検出手段により算出するため、簡単な構
成で圧力レベルを検出することができる。

【００１０】また、本発明は上記課題を解決するため
に、圧力算出手段が、振動検出手段の出力信号から振動
発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾波する第１
の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動
周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部とを備え、分
離したこれらの成分に基づき積層体に印加される圧力を
算出するとともに前記積層体に印加される前記振動周波
数以外の振動成分を検出するものである。

【００１１】上記発明によれば、前記第１の濾波部の出
力信号に基づき前記積層体に印加される圧力を算出し、
前記第２の濾波部の出力信号に基づき前記積層体に印加
される前記振動周波数以外の振動成分を検出するので、
一つの積層体を用いて圧力と振動の双方を同時に検出す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる圧力検
出装置は、振動発生手段と前記振動発生手段に積層した
振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加さ
れる圧力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動発
生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に圧力
が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の
振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振動検
出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手段
により算出する。

【００１３】そして、前記積層体に圧力が印加されると
前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特性を前記
振動検出手段により算出するため、簡単な構成で圧力レ
ベルを検出することができる。

【００１４】本発明の請求項２にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が複数の振動検出部を有し、圧力算出
手段が前記振動検出手段の出力信号に基づき前記積層体
に印加される圧力の圧力分布を算出する。

【００１５】そして、前記積層体に圧力が印加されると
前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特性を前記
複数の振動検出部により検出して圧力を算出するため、
簡単な構成で印加された圧力の圧力分布を検出すること
ができる。

【００１６】本発明の請求項３にかかる圧力検出装置
は、圧力算出手段は、振動検出手段の出力信号から振動
発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾波する第１
の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動
周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部とを備え、濾
波したこれらの成分に基づき積層体に印加される圧力を
算出するとともに前記積層体に印加される前記振動周波
数以外の振動成分を検出する。

【００１７】そして、前記第１の濾波部の出力信号に基
づき前記積層体に印加される圧力を算出し、前記第２の
濾波部の出力信号に基づき前記積層体に印加される前記
振動周波数以外の振動成分を検出するので、一つの積層
体を用いて圧力と振動の双方を同時に検出することがで
きる。

【００１８】本発明の請求項４にかかる圧力検出装置
は、圧力算出手段が、振動発生手段が振動を発生してい
る時は積層体に印加される圧力を算出し、前記振動発生
手段が振動を発生していない時は前記積層体に印加され
る前記振動の周波数以外の振動成分を検出する。

【００１９】そして、一つの積層体を用いて圧力と振動
の双方を検出することができる。本発明の請求項５にか
かる圧力検出装置は、振動検出手段により検出される積
層体の振動特性が振動の振幅、位相、周波数の少なくと
も１つである。

【００２０】そして、積層体の振動特性として振動の振
幅、位相、周波数の少なくとも１つを検出して積層体に
印加される圧力を算出するので、簡便でかつ実用的に圧
力を算出できる。

【００２１】本発明の請求項６にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段がそれ自身の共振周波数の振動を発生
するものである。

【００２２】そして、振動発生手段がそれ自身の共振周
波数の振動を発生するので、より大きな振動を発生する
ことができ、圧力検出のダイナミックレンジを大きくす
ることができる。

【００２３】本発明の請求項７にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が積層体の共振周波数の振動を発生す
るものである。

【００２４】そして、振動発生手段が積層体の共振周波
数の振動を発生するので、より大きな振動を発生するこ
とができ、圧力検出のダイナミックレンジを大きくする
ことができる。

【００２５】本発明の請求項８にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が両面に電極を有する高分子圧電体か
らなるものである。

【００２６】そして、高分子圧電体は可撓性があるの
で、例えば接触する物体の圧力を検出する場合に物体に
沿って装着することができるといった装着の自由度があ
る上、薄型化が可能となる。

【００２７】本発明の請求項９にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が両面に電極を有するセラミック圧電
体からなるものである。

【００２８】そして、セラミック圧電体は高分子圧電体
よりも圧電定数が大きいので、同じ印加電圧でより大き
な振動を発生することができ、圧力検出の際のダイナミ
ックレンジをより大きくすることができ、検出性能が向
上する。また、高分子圧電体よりも高温耐久性がよいの
で、より高温領域での圧力検出が可能となり、信頼性が
向上する。

【００２９】本発明の請求項１０にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が両面に電極を有する高分子圧電体か
らなるものである。

【００３０】そして、高分子圧電体は可撓性があるの
で、例えば接触する物体の圧力を検出する場合に物体に
沿って装着することができるといった装着の自由度があ
る上、薄型化が可能となる。

【００３１】本発明の請求項１１にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が両面に電極を有するセラミック圧電
体からなるものである。

【００３２】そして、セラミック圧電体は高分子圧電体
よりも圧電定数が大きいので、より小さな振動を検出す
ることができ、圧力検出の際のダイナミックレンジをよ
り大きくすることができ検出性能が向上する。また、高
分子圧電体よりも高温耐久性がよいので、より高温領域
での圧力検出が可能となり、信頼性が向上する。

【００３３】本発明の請求項１２にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と振動検出手段が共に電極を保護する
保護層を備えたものである。

【００３４】そして、振動発生手段と振動検出手段の電
極を保護する保護層を備えているので、例えば物体が接
触した際の電極の損傷を保護することができ信頼性が向
上する。

【００３５】本発明の請求項１３にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と振動検出手段が双方の一方の電極同
士を接して積層され、双方の他方の電極上には電極を保
護する保護層を備えたものである。

【００３６】そして、振動発生手段と振動検出手段は双
方の一方の電極同士を接して積層され、双方の他方の電
極上には電極を保護する保護層を備えているので、積層
体の厚みをより薄型化でき、かつ、例えば物体が接触し
た際の電極の損傷を保護することができ信頼性が向上す
る。

【００３７】本発明の請求項１４にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と振動検出手段が双方が接する積層面
側の電極を共有し、双方の他方の電極上には電極を保護
する保護層を備えたものである。

【００３８】そして、振動発生手段と振動検出手段は双
方が接する積層面側の電極を共有し、双方の他方の電極
上には電極を保護する保護層を備えているので、積層体
の厚みをより薄型化でき、かつ、例えば物体が接触した
際の電極の損傷を保護することができ信頼性が向上す
る。

【００３９】本発明の請求項１５にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が保護層上に電気的シールドのための
シールド電極を備えたものである。

【００４０】そして、振動検出手段が保護層上に電気的
シールドのためのシールド電極を備えているので、電気
的なノイズをシールド電極により低減することができ、
信頼性が向上する。

【００４１】本発明の請求項１６にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が保護層上に電磁波シールドのための
シールド電極を備えたものである。

【００４２】そして、振動発生手段が保護層上に電磁波
シールドのためのシールド電極を備えているので、発振
信号の印加により振動発生手段から発生する電磁波を遮
断することができ、周辺機器への電磁波障害を防止でき
る。

【００４３】

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。

【００４４】（実施例１）図１、図２は本発明の実施例
１の圧力検出装置の外観図である。また図３は同装置の
ブロック図である。図１において、１１は振動発生手
段、１２は振動検出手段、１３は振動発生手段１１と振
動検出手段１２とを積層した積層体１４及び１５は信号
の入出力を行うための端子部及びケーブル、１６は振動
検出手段１２の出力信号に基づき積層体１３に印加され
た圧力を算出する圧力算出手段、１７は算出した圧力値
を表示する表示部である。積層体１３と圧力算出手段１
６とは図２のように一体化してもよい。振動発生手段１
１は例えば図３に示すように、保護層１１ａと１１ｂ、
電極１１ｃと１１ｄ、高分子圧電体１１ｅから構成され
る。電極１１ｃ、１１ｄは信号発生部１８と接続されて
おり、信号発生部１８で発生する発振信号に応じて高分
子圧電体１１ｅが振動する。振動検出手段１２は例えば
図３に示すように、保護層１２ａと１２ｂ、電極１２ｃ
と１２ｄ、高分子圧電体１２ｅから構成される。高分子
圧電体１１ｅ、１２ｅは例えばポリフッ化ビニリデン等
の高分子圧電材料をフィルム状にしたものを使用する。
保護層１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは例えばＰＥＴ
等の高分子フィルムを使用する。電極１１ｃ、１１ｄ、
１２ｃ、１２ｄは例えば銀ペーストを印刷して形成する
が、銅箔を使用したり、アルミ等の金属材料を蒸着して
形成してもよい。このような部材を使用することにより
薄型の積層体を形成することができる。信号発生部１８
で発生する発振信号の周波数は振動発生手段１１の共振
周波数、又は積層体１３の共振周波数に設定する。

【００４５】次に動作、作用について説明する。振動発
生手段１１では信号発生部１８で発生する発振信号に応
じて高分子圧電体１１ｅが振動する。ここで、前記発振
信号の周波数をｆ１とする。この振動は振動検出手段１
２に伝播し、積層体１３全体がある特性をもって振動す
る。上記発振信号の周波数は振動発生手段１１の共振周
波数、又は積層体１３の共振周波数に設定してあるの
で、同じ印加電圧でも他の周波数の場合に比べて振動発
生手段１１又は積層体１３が共振してより大きく振動す
る。そしてその振動に応じて振動検出手段１２では圧電
起電力が発生する。図４はこの際の上記信号発生部１８
からの発振信号Ｖ０と上記振動検出手段１２の圧電起電
力Ｖ１の信号波形を示した特性図である。同図において
縦軸はＶ０とＶ１、横軸は時間ｔである。積層体１３に
圧力が印加されていない場合（ｔ＜ｔ１）、Ｖ０に同期
してＶ１が出力される。また、振動発生手段１１から振
動検出手段１２への振動伝播による位相差Ｌ０が生じ
る。次に、時刻ｔ１で例えばある物体が積層体１３上に
置かれたり、積層体１３周囲の気体や液体の圧力により
圧力Ｗ１がかかると、圧力印加による影響を受け振動検
出手段１２のＶ１の振幅はＤ０からＤ１へと変化し、位
相もＬ０からＬ１へと変化する。また、時刻ｔ１前後で
はＶ１の周波数にも一時的な変化が生じる。これらの変
化の度合いは、積層体１３、すなわち振動発生手段１１
や振動検出手段１２を構成する部材の振動特性に依存す
る。これらの部材の振動特性は用途によって最適化すれ
ばよい。上記のような圧力印加時の積層体１３の振動特
性の変化に基づいて圧力算出手段１６では印加された圧
力を算出する。圧力算出のための圧力Ｗと振動特性との
関係を図５〜図８に示す。図５は振幅Ｄと圧力Ｗとの関
係を示す特性図で、圧力印加後のＤ１を検出することに
よりＷ１が算出できる。図６は位相差Ｌと圧力Ｗとの関
係を示す特性図で、圧力印加後のＬ１を検出することに
よりＷ１が算出できる。図７は時刻ｔ１前後でのＶ１の
周波数変化Ｆと圧力Ｗとの関係を示す特性図で、圧力印
加前後のＦ１を検出することによりＷ１が算出できる。
上記はいずれも圧力算出を一つの振動特性に基づいて算
出するものであるが、複数の振動特性を用いて圧力を算
出するようにしてもよい。例えば、図８は振幅Ｄ、位相
差Ｌと圧力Ｗとの関係を示す特性図である。同図よりＤ
１とＬ１からＷ１を算出できる。算出された圧力値は表
示部１７に表示される。

【００４６】上記作用により、積層体１３に圧力が印加
されると印加圧力に応じて変化する積層体１３の振動特
性を振動検出手段１２により算出するため、簡単な構成
で圧力レベルを検出することができる。

【００４７】また、積層体１３の振動特性として振動の
振幅、位相、周波数の少なくとも１つを検出して積層体
１３に印加される圧力を算出するので、簡便でかつ実用
的に圧力を算出できる。

【００４８】また、振動発生手段１１がそれ自身の共振
周波数の振動を発生するので、より大きな振動を発生す
ることができ、圧力検出のダイナミックレンジを大きく
することができる。

【００４９】また、振動発生手段１１が積層体１３の共
振周波数の振動を発生するので、より大きな振動を発生
することができ、圧力検出のダイナミックレンジを大き
くすることができる。

【００５０】また、振動発生手段１１が両面に電極１１
ｃ、１１ｄを有する高分子圧電体１１ｅからなり、高分
子圧電体１１ｅは可撓性があるので、例えば接触する物
体の圧力を検出する場合に物体に沿って装着することが
できるといった装着の自由度がある上、薄型化が可能と
なる。

【００５１】また、振動検出手段１２が両面に電極１２
ｃ、１２ｄを有する高分子圧電体１２ｅからなり、高分
子圧電体１２ｅは可撓性があるので、例えば接触する物
体の圧力を検出する場合に物体に沿って装着することが
できるといった装着の自由度がある上、薄型化が可能と
なる。

【００５２】また、振動発生手段１１と振動検出手段１
２の電極１１ｃ、１１ｄ、１２ｃ、１２ｄを保護する保
護層１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを備えているの
で、例えば物体が繰返し置かれるような場合に電極の損
傷を保護することができ信頼性が向上する。

【００５３】上記構成では、振動発生手段１１と振動検
出手段１２とが保護層１１ａ、１２ｂを介して積層して
いるが、例えば図９のように、図３中の保護層１１ａ、
１２ｂを削除して電極１１ｃ、１２ｄを介して積層する
構成としてもよい。この場合、電極１１ｃ、１２ｄは例
えば導電性接着剤で接着し接地する。この構成によれ
ば、積層体１３の厚みをより薄型化でき、かつ、例えば
物体が繰返し置かれるような場合に電極の損傷を保護す
ることができ信頼性が向上する。

【００５４】また、図１０のように図３中の保護層１１
ａ、１２ｂ、電極１２ｄを削除し、電極１１ｃを振動発
生手段１１と振動検出手段１２双方の共通の接地側電極
としてもよい。この構成によれば、積層体の厚みをさら
に薄型化でき、かつ、例えば物体が繰返し置かれるよう
な場合に電極の損傷を保護することができ信頼性が向上
する。

【００５５】さらに、振動検出手段１２側の高分子圧電
体１２ｅは高インピーダンスで電気的ノイズの影響を受
けやすいため、図１１のように、保護層１２ａの上にさ
らにシールド電極１２ｆと保護層１２ｇを積層し、シー
ルド電極１２ｆを接地する構成としてもよい。この構成
によれば、振動検出手段１２が保護層１２ｆ上に電気的
シールドのためのシールド電極１２ｆを備えているの
で、電気的なノイズをシールド電極により低減すること
ができ、信頼性が向上する。

【００５６】尚、上記構成では振動発生手段１１として
両面に電極を有した高分子圧電体１１ｅを使用したが、
両面に電極を有した圧電セラミックを使用してもよい。
この構成によれば、セラミック圧電体は高分子圧電体よ
りも圧電定数が大きいので、同じ印加電圧でより大きな
振動を発生することができ、圧力検出の際のダイナミッ
クレンジをより大きくすることができ、検出性能が向上
する。また、高分子圧電体よりも高温耐久性がよいの
で、より高温領域での圧力検出が可能となり、信頼性が
向上する。

【００５７】また、上記構成では振動検出手段１２とし
て両面に電極を有した高分子圧電体１２ｅを使用した
が、両面に電極を有した圧電セラミックを使用してもよ
い。この構成によれば、セラミック圧電体は高分子圧電
体よりも圧電定数が大きいので、より小さな振動を検出
することができ、圧力検出の際のダイナミックレンジを
より大きくすることができ検出性能が向上する。また、
高分子圧電体よりも高温耐久性がよいので、より高温領
域での圧力検出が可能となり、信頼性が向上する。

【００５８】さらに、上記構成では振動検出手段１２の
保護層１２ａの上にシールド電極１２ｆを設けたが、振
動発生手段１１の保護層１１ａ、１１ｂ上にシールド電
極を設けても良く、発振信号の印加により振動発生手段
１１から発生する電磁波を遮断することができ、周辺機
器への電磁波障害を防止できるといった効果がある。

【００５９】（実施例２）図１２は本発明の実施例２の
圧力検出装置のブロック図である。

【００６０】実施例１と異なる点は圧力算出手段１６
が、振動検出手段１２の出力信号から振動発生手段１１
が発生する振動周波数の成分のみを濾波する第１の濾波
部１６ａと、振動検出手段１２の出力信号から振動発生
手段１１が発生する振動周波数以外の成分を濾波する第
２の濾波部１６ｂと、濾波したこれらの成分に基づき積
層体１３に印加される圧力を算出するとともに積層体１
３に印加される前記振動周波数以外の振動成分を検出す
る算出部１６ｃとを有する点にある。図１３は第１の濾
波部１６ａと第２の濾波部１６ｂの濾波特性を示した特
性図で、縦軸が透過度Ｑ、横軸が周波数ｆである。同図
より第１の濾波部１６ａと第２の濾波部１６ｂは共にバ
ンドパスフィルターであり、透過特性の中心周波数はそ
れぞれｆ１、ｆ２である。また信号発生部１８で発生す
る信号の周波数はｆ１で、振動発生手段１１の共振周波
数、又は積層体１３の共振周波数に設定してあるとす
る。尚、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、
説明は省略する。

【００６１】次に動作、作用について説明する。ここで
は図１４に示すように、重量Ｗ１の物体１９が積層体１
３上に置かれる場合について述べる。物体１９は外部か
ら周波数ｆ２の振動が印加されるか、又は内部に周波数
ｆ２の振動体を有し、物体１９の全体が周波数ｆ２で振
動しているものとする。実施例１と同様に、振動発生手
段１１では信号発生部１８で発生する発振信号に応じて
高分子圧電体１１ｅが振動する。この発振信号の周波数
はｆ１である。上記より、振動発生手段１１による周波
数ｆ１の振動と物体１９の周波数ｆ２の振動とが合成さ
れ、積層体１３全体がある特性をもって振動する。そし
てその振動に応じて振動検出手段１２では圧電起電力が
発生する。発生した出力信号は第１の濾波部１６ａと第
２の濾波部１６ｂで図１３の濾波特性に基づき濾波され
る。すなわち、第１の濾波部１６ａでは振動検出手段１
２の出力信号のうちｆ１成分が濾波され、第２の濾波部
１６ｂでは振動検出手段１２の出力信号のうちｆ２成分
が濾波される。この時の信号発生部１８の発振信号Ｖ
０、第１の濾波部１６ａの出力Ｖ１、第２の濾波部１６
ｂの出力Ｖ２の信号波形は、それぞれ図１５のようにな
る。同図より積層体１３に物体１９が置かれていない状
態（ｔ＜ｔ１）では、Ｖ１とＶ２の振幅はそれぞれＤ０
と０である。そして時刻ｔ１で物体１９が積層体１３上
に置かれるとすると、Ｖ１とＶ２の振幅はＤ１とＤ２に
変化する。算出部１６ｃでは物体１９の重量については
実施例１と同様に図５に基づいてＷ１と算出される。物
体１９の周波数ｆ２の振動については例えば、算出部１
６ｃでその振幅Ｄ２の大きさを検出して振動の強度を算
出したりする。算出部１６ｃで算出した結果は表示部１
７に表示される。

【００６２】上記作用により、圧力算出手段１６が、振
動検出手段１２の出力信号から振動発生手段１１が発生
する振動周波数の成分のみを濾波する第１の濾波部１６
ａと、振動検出手段１２の出力信号から振動発生手段１
１が発生する振動周波数以外の成分を濾波する第２の濾
波部１６ｂとを有し、第１の濾波部１６ａの出力信号に
基づき積層体１３に印加される圧力を算出し、第２の濾
波部１６ｂの出力信号に基づき積層体１３に印加される
前記振動周波数以外の振動成分を検出するので、一つの
積層体１３を用いて圧力と振動の双方を同時に検出する
ことができ使い勝手がよい。

【００６３】尚、上記実施例では圧力（重量）と振動と
を同時に検出したが、振動発生手段１１が振動を発生し
ている時は積層体１３に印加される圧力を算出し、振動
発生手段１１が振動を発生していない時は積層体１３に
生じる振動を算出するようにしてもよく、上記と同様に
一つの積層体１３を用いて圧力と振動の双方を同時に検
出することができ使い勝手がよい。

【００６４】また、上記実施例では圧力算出手段１６は
２つの濾波部を備えているが、第２の濾波部としてｆ１
以外の成分を濾波し各々濾波特性の異なる複数の濾波部
を備える構成としてもよい。

【００６５】さらに、上記実施例では圧力算出手段１６
は２つの濾波部を備えているが、例えば振動検出手段１
２の出力信号の周波数分析を行い、周波数分析から得ら
れるｆ１領域とｆ２領域それぞれのパワーに基づいて圧
力と振動とを検出する構成としてもよい。

【００６６】（実施例３）図１６は本発明の実施例３の
圧力検出装置のブロック図である。実施例１、２と異な
る点は振動検出手段１２が複数の振動検出部１２ｈを有
し、圧力算出手段１６が振動検出手段１２の出力信号に
基づき積層体に印加される圧力の圧力分布を算出する点
にある。複数の振動検出部１２ｈは図１６のように、高
分子圧電体１２ｅの両面に配設された複数の電極１２
ｃ、１２ｄが交差する場所に形成される。尚、実施例１
と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

【００６７】上記構成により、電極１２ｃ、１２ｄが交
差する場所に形成された複数の振動検出部１２ｈが振動
発生手段１１から伝播される振動を検出し、圧力算出手
段１６は振動検出部１２ｈの出力信号に基づき実施例１
と同様な手順で上記各交差場所における圧力を実施例１
と同様に算出する。

【００６８】上記作用により、振動検出手段１２が複数
の振動検出部１２ｈを有し、圧力算出手段が振動検出手
段１２の出力信号に基づき積層体１３に印加される圧力
の圧力分布を算出するので、簡単な構成で印加された圧
力の圧力分布を検出することができる。

【００６９】上記構成では印加された圧力の圧力分布を
検出したが、複数の振動検出部１２ｈの出力信号を実施
例２と同様な手順で処理することにより、印加された圧
力の圧力分布と振動分布とを同時に検出する構成として
もよい。

【００７０】以上の実施例では、振動発生手段１１の上
に振動検出手段１２を積層した構成であったが、振動検
出手段１２の上に振動発生手段を積層した構成としても
よく、同様な効果が得られる。

【００７１】また、積層体１３への圧力や荷重の印加の
方向性は問わない。すなわち、圧力や荷重を振動発生手
段１１の方に印加してもよいし、振動検出手段１２の方
に印加してもよいし、また双方に印加してもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
かかる圧力検出装置は、振動発生手段と振動検出手段と
からなる積層体に圧力が印加されると前記圧力に応じて
変化する前記積層体の振動特性を前記振動検出手段によ
り算出しているため、簡単な構成で圧力レベルを検出す
ることができるといった効果がある。

【００７３】また、請求項２にかかる圧力検出装置は、
振動検出手段が複数の振動検出部を有し、積層体に圧力
が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の
振動特性を前記複数の振動検出部により検出して圧力を
算出しているため、簡単な構成で印加された圧力の圧力
分布を検出することができるといった効果がある。

【００７４】また、請求項３にかかる圧力検出装置は、
圧力算出手段が振動検出手段の出力信号から振動発生手
段が発生する振動周波数成分のみを濾波する第１の濾波
部と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動周波数
以外の成分を濾波する第２の濾波部とを有し、前記第１
の濾波部の出力信号に基づき前記積層体に印加される圧
力を算出し、前記第２の濾波部の出力信号に基づき前記
積層体に印加される前記振動周波数以外の振動成分を検
出しているので、一つの積層体を用いて圧力と振動の双
方を同時に検出することができるといった効果がある。

【００７５】また、請求項４にかかる圧力検出装置は、
振動発生手段が振動を発生している時は積層体に印加さ
れる圧力を算出し、前記振動発生手段が振動を発生して
いない時は前記積層体に印加される前記振動の周波数以
外の振動成分を検出するので、一つの積層体を用いて圧
力と振動の双方を検出することができるといった効果が
ある。

【００７６】また、請求項５にかかる圧力検出装置は、
積層体の振動特性として振動の振幅、位相、周波数の少
なくとも１つを検出して積層体に印加される圧力を算出
しているので、簡便でかつ実用的に圧力を算出できると
いった効果がある。

【００７７】また、請求項６にかかる圧力検出装置は、
振動発生手段がそれ自身の共振周波数の振動を発生する
ので、より大きな振動を発生することができ、圧力検出
のダイナミックレンジを大きくすることができるといっ
た効果がある。

【００７８】また、請求項７にかかる圧力検出装置は、
振動発生手段が積層体の共振周波数の振動を発生するの
で、より大きな振動を発生することができ、圧力検出の
ダイナミックレンジを大きくすることができるといった
効果がある。

【００７９】また、請求項８にかかる圧力検出装置は、
振動発生手段が両面に電極を有する高分子圧電体からな
り、高分子圧電体は可撓性があるので、例えば接触する
物体の圧力を検出する場合に物体に沿って装着すること
ができるといった装着の自由度がある上、薄型化が可能
となるといった効果がある。

【００８０】また、請求項９にかかる圧力検出装置は、
振動発生手段が両面に電極を有するセラミック圧電体か
らなり、セラミック圧電体は高分子圧電体よりも圧電定
数が大きいので、同じ印加電圧でより大きな振動を発生
して圧力検出の際のダイナミックレンジをより大きくす
ることができ、検出性能が向上する。また、高分子圧電
体よりも高温耐久性がよいので、より高温領域での圧力
検出が可能となり、信頼性が向上するといった効果があ
る。

【００８１】また、請求項１０にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が両面に電極を有する高分子圧電体か
らなり、高分子圧電体は可撓性があるので、例えば接触
する物体の圧力を検出する場合に物体に沿って装着する
ことができるといった装着の自由度がある上、薄型化が
可能となるといった効果がある。

【００８２】また、請求項１１にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が両面に電極を有するセラミック圧電
体からなり、セラミック圧電体は高分子圧電体よりも圧
電定数が大きいので、より小さな振動を検出することが
でき、圧力検出の際のダイナミックレンジをより大きく
することができ検出性能が向上する。また、高分子圧電
体よりも高温耐久性がよいので、より高温領域での圧力
検出が可能となり、信頼性が向上するといった効果があ
る。

【００８３】また、請求項１２にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と振動検出手段の電極を保護する保護
層を備えているので、例えば物体が接触した際の電極の
損傷を保護することができ信頼性が向上するといった効
果がある。

【００８４】また、請求項１３にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と振動検出手段は双方の一方の電極同
士を接して積層され、双方の他方の電極上には電極を保
護する保護層を備えているので、積層体の厚みをより薄
型化でき、かつ、例えば物体が接触した際の電極の損傷
を保護することができ信頼性が向上するといった効果が
ある。

【００８５】また、請求項１４にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と振動検出手段は双方が接する積層面
側の電極を共有し、双方の他方の電極上には電極を保護
する保護層を備えているので、積層体の厚みをより薄型
化でき、かつ、例えば物体が接触した際の電極の損傷を
保護することができ信頼性が向上するといった効果があ
る。

【００８６】また、請求項１５にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段が保護層上に電気的シールドのための
シールド電極を備えているので、電気的なノイズをシー
ルド電極により低減することができ、信頼性が向上する
といった効果がある。

【００８７】さらに、請求項１６にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が保護層上に電磁波シールドのための
シールド電極を備えているので、発振信号の印加により
振動発生手段から発生する電磁波を遮断することがで
き、周辺機器への電磁波障害を防止できるといった効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における圧力検出装置の外観
図

【図２】同圧力検出装置の外観図

【図３】同圧力検出装置のブロック図

【図４】同圧力検出装置の発振信号と振動検出手段の信
号波形の特性図

【図５】同圧力検出装置の振動検出手段の出力信号の振
幅Ｄと圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図６】同圧力検出装置の振動検出手段の出力信号の位
相Ｌと圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図７】同圧力検出装置の振動検出手段の出力信号の周
波数変化Ｆと圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図８】同圧力検出装置の振動検出手段の出力信号の振
幅Ｄ、位相Ｌと圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図９】同圧力検出装置の積層体の他の実施例を示すブ
ロック図

【図１０】同圧力検出装置の積層体の他の実施例を示す
ブロック図

【図１１】同圧力検出装置の積層体の他の実施例を示す
ブロック図

【図１２】本発明の実施例２における圧力検出装置のブ
ロック図

【図１３】同圧力検出装置の第１の濾波部と第２の濾波
部との濾波特性を示す特性図

【図１４】同圧力検出装置の積層体上に物体を置く時の
外観図

【図１５】同圧力検出装置の信号発生部と第１の濾波部
と第２の濾波部の出力信号を示す特性図

【図１６】本発明の実施例３における圧力検出装置の積
層体の外観図

【図１７】従来の圧力検出装置のブロック図

【図１８】同圧力検出装置における物体の接触位置Ｌ、
発信部の印加電圧の周波数ｆ、及び圧電フィルムの出力
信号Ｖとの関係を示した特性図

【図１９】従来の圧力検出装置の外観図

【図２０】同圧力検出装置において指で絶縁保護フィル
ムを触れた際の様子を示した外観図

【符号の説明】

１１振動発生手段１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１２ｇ保護層１１ｃ，１１ｄ，１２ｃ，１２ｄ電極１１ｅ，１２ｅ高分子圧電体１２振動検出手段１２ｆシールド電極１２ｈ振動検出部１３積層体１６圧力算出手段１６ａ第１の濾波部１６ｂ第２の濾波部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動発生手段と前記振動発生手段に積層し
た振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加
される圧力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動
発生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に圧
力が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体
の振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振動
検出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手
段により算出する圧力検出装置。
【請求項２】振動検出手段は複数の振動検出部を有し、
圧力算出手段は前記振動検出手段の出力信号に基づき前
記積層体に印加される圧力の圧力分布を算出する請求項
１記載の圧力検出装置。
【請求項３】圧力算出手段は、振動検出手段の出力信号
から振動発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾波
する第１の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号から
前記振動周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部とを
備え、分離したこれらの成分に基づき積層体に印加され
る圧力を算出するとともに前記積層体に印加される前記
振動周波数以外の振動成分を検出する請求項１または２
記載の圧力検出装置。
【請求項４】圧力算出手段は、振動発生手段が振動を発
生している時は積層体に印加される圧力を算出し、前記
振動発生手段が振動を発生していない時は前記積層体に
印加される前記振動の周波数以外の振動成分を検出する
請求項３記載の圧力検出装置。
【請求項５】振動特性は振動の振幅、位相、周波数の少
なくとも１つである請求項１乃至４のいずれか１項に記
載の圧力検出装置。
【請求項６】振動発生手段はそれ自身の共振周波数の振
動を発生する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧
力検出装置。
【請求項７】振動発生手段は積層体の共振周波数の振動
を発生する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力
検出装置。
【請求項８】振動発生手段は両面に電極を有する高分子
圧電体からなる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
圧力検出装置。
【請求項９】振動発生手段は両面に電極を有するセラミ
ック圧電体からなる請求項１乃至７のいずれか１項に記
載の圧力検出装置。
【請求項１０】振動検出手段は両面に電極を有する高分
子圧電体からなる請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の圧力検出装置。
【請求項１１】振動検出手段は両面に電極を有するセラ
ミック圧電体からなる請求項１乃至９のいずれか１項に
記載の圧力検出装置。
【請求項１２】振動発生手段と振動検出手段は共に電極
を保護する保護層を備えた請求項１０または１１記載の
圧力検出装置。
【請求項１３】振動発生手段と振動検出手段は双方の一
方の電極同士を接して積層され、双方の他方の電極上に
は電極を保護する保護層を備えた請求項１０または１１
記載の圧力検出装置。
【請求項１４】振動発生手段と振動検出手段は双方が接
する積層面側の電極を共有し、双方の他方の電極上には
電極を保護する保護層を備えた請求項１０または１１記
載の圧力検出装置。
【請求項１５】振動検出手段は保護層上に電気的シール
ドのためのシールド電極を備えた請求項１２乃至１４の
いずれか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項１６】振動発生手段は保護層上に電磁波シール
ドのためのシールド電極を備えた請求項１２乃至１４の
いずれか１項に記載の圧力検出装置。