WO2018180398A1 - 着座センサ，座席，及び波形解析装置 - Google Patents

着座センサ，座席，及び波形解析装置 Download PDF

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WO2018180398A1
WO2018180398A1 PCT/JP2018/009385 JP2018009385W WO2018180398A1 WO 2018180398 A1 WO2018180398 A1 WO 2018180398A1 JP 2018009385 W JP2018009385 W JP 2018009385W WO 2018180398 A1 WO2018180398 A1 WO 2018180398A1
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vibration
seat
seating sensor
transmission plate
seating
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PCT/JP2018/009385
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啓一 小林
隆 石黒
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太陽誘電株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an application of a vibration waveform sensor that measures a waveform of various vibrations such as a pulse, and more specifically, a seating sensor and a seat that detect biological information such as a seating state or a pulse wave using a piezoelectric element. , And a waveform analyzer.
  • a vibration waveform sensor using a piezoelectric element has been proposed.
  • the following patent document discloses a background technique that is used by wrapping around a fingertip, and capturing vibration from an arterial blood vessel wall of the fingertip as a pulse wave and applying it to medical treatment.
  • FIG. 1A shows a case where a vibration waveform sensor is used as a pulse wave sensor
  • FIG. 1A shows a cross section of the sensor module 10
  • FIG. FIG. 3C shows a state viewed from the bottom side.
  • the sensor module 10 has a structure in which a piezoelectric element 30 is disposed on a main surface of a substrate 20 and the piezoelectric element 30 is covered with a vibration ring 40.
  • the piezoelectric element 30 is rectangular as shown in FIG. 1C and has a longitudinal direction. *
  • the substrate 20 is used for fixing and supporting the piezoelectric element 30, and for extracting the electrodes and amplifying the signal.
  • the main surface is provided with a pair of electrode lands 22 and 23 near the center.
  • a ground conductor 24 is formed around the periphery.
  • the electrode lands 22 and 23 are drawn out by through holes 22A and 23A on the back side of the substrate 20.
  • a terminal (not shown) of the piezoelectric element 30 is joined to the electrode lands 22 and 23 with a conductive adhesive or the like.
  • the piezoelectric element 30 is connected to the amplifier (described later) provided on the back surface side of the substrate 20 by the electrode lands 22 and 23 and the through holes 22A and 23A. *
  • the piezoelectric element 30 is provided with a vibration ring 40 so as to surround the piezoelectric element 30, and the vibration ring 40 is electrically joined to the ground conductor 24.
  • the ground conductor 24 is drawn out to the back side of the substrate 20 through through holes 24A and 24B (only FIG. 1A is shown).
  • the vibration ring 40 has conductivity, and functions as a vibration introduction body that introduces the vibration of the skin and transmits it to the substrate 20 while sharing the ground potential with the skin of the human body in contact therewith.
  • the vibration of the skin is transmitted to the vibration ring 40 and from the vibration ring 40 to the substrate 20.
  • the substrate 20 also functions as a vibrating body, and the vibration transmitted from the vibration ring 40 is transmitted to the piezoelectric element 30.
  • a cavity 41 is formed by the vibration ring 40. *
  • the sensor module 10 as described above is attached to the fingertip of the human body with the medical fixing tape 12 so that the vibration ring 40 hits the human skin BD.
  • the pulse wave signal output from the piezoelectric element 30 of the sensor module 10 is amplified by the instrumentation amplifier 26 and then input to the main board 50.
  • the signal is further amplified by the programmable amplifier 52, converted into a digital signal by the A / D converter 53, and then transmitted from the transmission module 54.
  • the transmitted pulse wave signal is received by the reception module 62 of the USB dongle 60 and input to the waveform analysis apparatus 100 from the USB interface 64.
  • input data is stored as waveform data 112 in the data memory 110.
  • the noise removal program 122 is executed by the CPU 102, if the waveform data 112 has a disturbance exceeding a preset threshold, the waveform is peak-held to remove noise.
  • the waveform analysis program 124 is executed by the CPU 102, the waveform data 112 is calculated and analyzed, and the calculation result is stored as calculation data 114 in the data memory 110 and displayed on the display 104. Further, the CPU 102 executes the arrhythmia detection program 126 to detect arrhythmia. Further, when the calculation result exceeds a threshold value or an arrhythmia is detected, the alert program 128 outputs a warning to that effect as light or sound.
  • the above configuration and operation are as disclosed in Patent Document 1.
  • the pulse wave sensor described above can sense a pulse wave other than the fingertip. For example, if the pulse wave of the leg thigh is measured by incorporating it in a chair, it can be detected whether a person is seated on the chair. It can be used as a seating sensor. *
  • the present invention focuses on this point, and by widening the seating range in which pulse waves can be sensed, it is possible to reduce the influence of the physique and the sitting position and to satisfactorily detect the presence or absence of biological information. It is an object of the present invention to provide a seating sensor, a seat, and a waveform analyzer that can be used.
  • the seating sensor of the present invention includes a sensor module in which a piezoelectric element that measures vibration of a substrate to obtain a vibration waveform and a vibration introduction body that contacts the object and transmits the vibration to the substrate are provided on the substrate.
  • a seating sensor characterized by being fixed to a seat by a fixing means.
  • the vibration introducing body is conductive. Furthermore, the vibration introducing body is a conductive ring, and a space in the ring is filled with resin.
  • the vibration transmission plate is in surface contact with the seat and transmits vibration from a person seated on the seat to the vibration introducing body. Furthermore, the elastic modulus of the vibration transmission plate is 70 to 2500 MPa. According to still another aspect, the vibration introducing body is pressed against the vibration transmission plate by the fixing means.
  • a seat according to the present invention includes any one of the seating sensors described above.
  • the seat includes a chair, a seat, a toilet seat, and other seats that can be seated by a person.
  • the waveform analysis apparatus according to the present invention is characterized in that a seat utilization target is seated on the seat or at least one of the biological information is detected from a detection signal of a piezoelectric element in any of the seating sensors.
  • the vibration transmission plate is provided in the seat, and the vibration transmission plate of the sensor module is fixed to the vibration transmission plate so as to be in contact therewith, so that the seating range in which the pulse wave can be sensed is widened. It is possible to reduce the influence of the physique and the sitting position and to satisfactorily detect the presence / absence of the sitting and the biological information.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the vibration waveform sensor in background art, (A) is sectional drawing, (B) is an assembly drawing, (C) is the top view seen from the mounting surface side of the board
  • the sensor module 200 of the vibration waveform sensor of the present embodiment has basically the same structure as that shown in FIG. 1 described above, and a piezoelectric element is formed on the main surface of the substrate 20. 30 is arranged, and the piezoelectric element 30 is covered with a vibration ring 40.
  • a pair of electrode lands 22 and 23 are provided near the center, and a ground conductor 24 is formed around the pair of electrode lands 22 and 23.
  • the electrode lands 22 and 23 are drawn out by through holes 22A and 23A on the back side of the substrate 20.
  • a terminal (not shown) of the piezoelectric element 30 is joined to the electrode lands 22 and 23 with a conductive adhesive or the like.
  • the piezoelectric element 30 is connected to the amplifier (described later) provided on the back surface side of the substrate 20 by the electrode lands 22 and 23 and the through holes 22A and 23A.
  • the piezoelectric element 30 is provided with a vibration ring 40 so as to surround the piezoelectric element 30, and the vibration ring 40 is electrically joined to the ground conductor 24.
  • the ground conductor 24 is drawn out to the back side of the substrate 20 through through holes 24A and 24B.
  • the vibration ring 40 has conductivity, and functions as a vibration introduction body that introduces the vibration of the skin and transmits it to the substrate 20 while sharing the ground potential with the skin of the human body in contact therewith.
  • the vibration of the skin is transmitted to the vibration ring 40 and from the vibration ring 40 to the substrate 20.
  • the substrate 20 also functions as a vibrating body, and the vibration transmitted from the vibration ring 40 is transmitted to the piezoelectric element 30 (see the arrow in FIG. 3A). *
  • the cavity 41 formed by the vibration ring 40 is filled with a highly insulating silicon resin 46.
  • the degree of filling may be appropriate as long as the tip surface 40A of the vibration ring 40 is exposed. However, since the tip surface 40A contacts the vibration transmission plate as will be described later, it does not bulge from the vibration ring 40. To.
  • the silicon resin 46 as described above, it is possible to protect components and prevent a short circuit between the electrodes, and to improve humidity and water resistance against humidity in the air and sweating from the human body. *
  • the substrate 20 for example, a 12 mm square and 1 mm thick hard substrate such as glass epoxy or ceramic is used.
  • An electronic component such as an amplifier is mounted on the back side of the substrate 20.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the piezoelectric body of the piezoelectric element 30 but it has an appropriate sensitivity (piezoelectric constant, capacity) regardless of the material, and the shape depends on the application. Any one of about 0.6 ⁇ 0.3 mm to 3.2 ⁇ 1.6 mm may be used.
  • the vibration ring 40 need not be limited to metal as long as it is hard and conductive, and may be, for example, a metal surface plated with hard plastic.
  • the shape does not need to be a ring, and may be a prism that is bonded to only two opposite sides. Since the living body (pulse wave) vibration from the distal end surface 40A is reliably transmitted to the piezoelectric element 30 by the vibration ring 40 and electrical noise can be released to the ground, a pulse wave signal with higher quality can be obtained.
  • FIG. 3B is a view of the toilet seat 302 as viewed from the back side
  • FIG. 3B is a view of the toilet seat 302 as viewed from the back side
  • FIG. 1B is a view of the toilet seat 302 as viewed from the back side
  • FIG. 1B is a view of the toilet seat 302 as viewed from the back side
  • FIG. 1C the sensor module 200 is installed on the back surface side of the toilet seat 302 so that the tip surface 40A side of the vibration ring 40 abuts on the toilet seat 302 via the vibration transmission plate 210.
  • the substrate 20 side of the sensor module 200 is widely covered with a fixing plate 220, and both ends of the fixing plate 220 are fixed to the toilet seat 302 with screws 222.
  • a seating sensor 280 is configured by the sensor module 200, the vibration transmission plate 210, and the fixed plate 220 as a whole.
  • the toilet 300 is widely known, and plastic is generally used as the toilet seat 302.
  • the toilet seat 302 has a structure in which a space is formed inside by front and back plastic plates, and the seating sensor 280 is installed on the back side of the front side plastic in this space.
  • the vibration transmission plate 210 is in surface contact with the toilet seat 302, and thereby collects biological vibrations from the toilet seat 302 and transmits them to the vibration ring 40, and is a material that easily transmits vibration (vibration is not easily attenuated).
  • resin materials such as ABS, polyethylene resin, and polycarbonate that are elastic to some extent are used.
  • the elastic modulus is preferably 70 to 2500 MPa and the Rockwell hardness is preferably R20 to R180. If the elastic modulus is 70 MPa or less, vibrations are absorbed and vibrations cannot be sensed satisfactorily. If the elastic modulus is 2500 MPa or more, vibrations are absorbed at the boundary surface with the resin portion, resulting in a decrease in sensing sensitivity. Further, when the Rockwell hardness is R20 or less, there is an inconvenience that vibration is still absorbed and sensing is impossible, and when it is R180 or more, vibration is absorbed at the boundary surface with the resin portion and the sensing sensitivity is lowered. *
  • the fixing plate 220 plastic or the like may be used, but for example, a rigid thick hook-and-loop tape or adhesive tape may be used.
  • the degree of adhesion between the vibration ring 40, the vibration transmission plate 210, and the toilet seat 302 is improved, so that the biological vibration can be transmitted well, and the sensitivity is improved.
  • the screw 222 for example, a truss screw having a large bottom area is used. An adhesive or the like may be used.
  • FIG. 3C shows an example in which the pressing force of the sensor module 200 on the toilet seat 302 is further increased by adding the screw 222. *
  • the operation of the seating sensor 280 will be described.
  • the thigh of the subject 400 is positioned directly above the seating sensor 280.
  • biological vibrations in the thigh for example, pulse wave vibrations of blood flow, are transmitted to the back surface side of the toilet seat 302.
  • This biological vibration is transmitted to the vibration transmission plate 210 and further transmitted to the piezoelectric element 30 of the sensor module 200 via the vibration ring 40.
  • the detection signal of the piezoelectric element 30 is input to the waveform analyzer 100 and analyzed as shown in FIG. That is, a biological signal as shown in the graph of FIG. 5A is detected, and the waveform analysis apparatus 100 shown in FIG. 2 detects that the subject 400 is seated on the toilet seat 302 and the biological information (pulse wave information) of the subject. Detected. For example, when the signal level is equal to or higher than a preset detection level, it is determined that the user has been seated. In addition, about the detection of biometric information, it is as the background art mentioned above. FIG.
  • 5B shows a case where the position of the seating sensor 280 in the toilet seat 302 is shifted toward the tip by about 10 cm and the subject 400 sits obliquely with respect to the toilet seat 302. Not located under the thigh. Even in such a case, the detection signal by the seating sensor 280 is as shown in the graph in the figure, and it is possible to detect the seating and the biological information of the subject 400. This is presumably because the pulse wave from the thigh is transmitted to the sensor module 200 satisfactorily because of the vibration transmission plate 210. *
  • FIG. 5A is a measurement example in a state where the thigh of the subject 400 is positioned directly above the seating sensor 282, as in FIG. As shown in the graph of the figure, when the thigh of the subject 400 is directly above the seating sensor 282, the biological vibration is detected well without the vibration transmission plate 210.
  • FIG. 6B shows an example in which the seating sensor 282 is disposed on the distal end side of the toilet seat 302, and the seating sensor 282 is located away from the thigh of the subject 400.
  • the detected signal is very weak, and it is difficult to detect the sitting and the biological information of the subject 400.
  • the signal detection range is widened by providing the vibration transmission plate 210. *
  • the vibration transmission plate 210 is provided on the toilet seat 302, and the pulse wave of the user seated with the vibration transmission plate 210 in contact with the vibration ring 40 of the sensor module 200 is generated. Since the vibration transmitting plate 210 is in surface contact with the toilet seat 302 while being transmitted to the piezoelectric element 30, it is possible to reduce the influence of the physique and the sitting position of the subject 400 and sat down satisfactorily. 400 biological information can be detected.
  • the present invention is applied to the toilet seat, but it can be applied to various seats or seats other than the toilet seat.
  • FIG. 4C shows an example in which the present invention is applied to a seat 500 of an automobile.
  • An acrylic plate (not shown) is provided on the lower side of the cushion 502, and the vibration transmission plate 210 of the seating sensor 280 is an acrylic plate. The arrangement is in contact with the plate.
  • the vibration ring 40 is filled with the silicon resin 46.
  • the silicon resin 46 may be omitted.
  • the materials, shapes, and dimensions of the respective parts shown in the above-described embodiments are examples, and may be appropriately changed as necessary.
  • the vibration ring 40 has a cylindrical shape in the above embodiment, it may have an appropriate shape such as a rectangular tube shape. The same applies to the vibration transmission plate 210 and the fixed plate 220.
  • An example of the vibration obtained by the seating sensor 280 is human pulse wave vibration. However, the vibration may be applied to biological vibration of various seat utilization targets such as animals.
  • the seating sensor 280 detects both a, that the subject 400 is seated, and b, and biological information such as the pulse of the subject 400, but only one of them may be detected.
  • the vibration transmission plate is provided on the seat, and the vibration transmission plate of the sensor module is fixed so as to contact the vibration transmission plate, so that the seating range in which vibration can be sensed can be widened. It is possible to reduce the influence of the physique and the seating position and to satisfactorily detect the presence / absence of the seating and the biological information, and is suitable as a seating sensor for various seats such as a toilet seat and a car seat.

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Abstract

【課題】　脈波のセンシング可能な着座範囲を広くすることで、体格や着座位置の影響を低減して良好に着座の有無や生体情報を検知する。【解決手段】　人が便座３０２に着座したとすると、人の太腿が着座センサ２８０の真上に位置するようになる。このため、太腿における血流の脈波振動が便座３０２を介してその裏面側に伝わる。この脈波振動は、振動伝達板２１０に伝達され、更に振動リング４０を介してセンサモジュール２００の圧電素子３０に伝達され、生体信号が検出されて、人が便座３０２に着座したこと及び人の生体情報が検知される。その際に、振動伝達板２１０があるために、太腿からの生体振動が良好にセンサモジュール２００に伝達されるようになる。

Description

着座センサ，座席，及び波形解析装置
本発明は、脈拍などの各種の振動の波形を計測する振動波形センサの応用に関し、更に具体的には、圧電素子を利用して着座状態ないし脈波などの生体情報を検出する着座センサ，座席，及び波形解析装置に関するものである。
脈拍の連続測定による健康管理を目的としたセンサデバイスの中で、圧電素子を利用した振動波形センサが提案されている。例えば、下記特許文献には、指先に巻き付けて使用し、指先の動脈血管壁からの振動を脈波として捉えて、医療的診療に応用する背景技術が示されている。　
図１(A)は、振動波形センサを脈波センサとして使用する場合が示されており、同図(A)はセンサモジュール１０の断面を示し、同図(B)は分解した様子を示し、同図(C)は底面側から見た様子を示している。これらの図において、センサモジュール１０は、基板２０の主面上に圧電素子３０が配置されており、この圧電素子３０を振動リング４０で覆った構造となっている。前記圧電素子３０は、本実施例では、図１(C)に示すように長方形であり、長手方向を有している。　
基板２０は、圧電素子３０を固定支持するとともに、その電極の引出や信号増幅を行うためのもので、その主面には、中央付近に一対の電極ランド２２，２３が設けられており、その周囲にはグランド導体２４が形成されている。電極ランド２２，２３は、基板２０の裏面側にスルーホール２２Ａ，２３Ａによって引き出されている。電極ランド２２，２３には、圧電素子３０の端子（図示せず）が導電性接着剤などで接合されている。このように、電極ランド２２，２３及びスルーホール２２Ａ，２３Ａによって、基板２０の裏面側に設けられたアンプ（後述）などと圧電素子３０とが接続されている。　
次に、前記圧電素子３０には、それを囲むように振動リング４０が設けられており、振動リング４０はグランド導体２４と電気的に接合している。また、グランド導体２４は、スルーホール２４Ａ，２４Ｂ（図１(A)のみ図示）によって基板２０の裏面側に引き出されている。振動リング４０は導電性を有しており、接触する人体の皮膚との間でグランド電位を共通にするとともに、皮膚の振動を導入して、更に基板２０に伝達する振動導入体として機能する。皮膚の振動は、振動リング４０に伝達されるとともに、振動リング４０から基板２０に伝達される。基板２０は、振動体としても機能し、振動リング４０から伝達された振動は、圧電素子３０に伝達されるようになっている。この振動リング４０によってキャビティ４１が形成されている。　
以上のようなセンサモジュール１０は、図２(A)に示すように、人体の指先に医療用固定テープ１２によって振動リング４０が人体の皮膚ＢＤに当たるように装着される。センサモジュール１０の圧電素子３０から出力された脈波信号は、インスツルメンテーションアンプ２６で増幅された後、メインボード５０に入力される。メインボード５０では、プログラマブルアンプ５２で更に信号が増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５３でデジタル信号に変換された後、送信モジュール５４から送信される。送信された脈波信号は、ＵＳＢドングル６０の受信モジュール６２で受信され、ＵＳＢインターフェイス６４から波形解析装置１００に入力される。　
波形解析装置１００では、入力データがデータメモリ１１０に波形データ１１２として格納される。ＣＰＵ１０２でノイズ除去プログラム１２２が実行されると、波形データ１１２に対して、予め設定したしきい値を超える外乱があったときは、波形をピークホールドしてノイズを除去する。ＣＰＵ１０２で波形解析プログラム１２４が実行されると、波形データ１１２の演算・解析が行われ、演算結果は演算データ１１４としてデータメモリ１１０に格納されるとともに、ディスプレイ１０４に表示される。また、ＣＰＵ１０２で不整脈検出プログラム１２６が実行され、不整脈が検出される。更に、前記演算結果がしきい値を超えていたり、不整脈が検出されたりしたときは、アラートプログラム１２８によってその旨の警報が、光や音として出力される。以上の構成及び動作は、特許文献１に開示されたとおりである。
国際公開第２０１６／１６７２０２号パンフレット
上述した脈波センサは、指先以外でも脈波のセンシングが可能であり、例えば椅子に組み込んで脚の太腿の脈波を測定すれば、人間が椅子に着座したかどうかを検出することができ、着座センサとして利用できる。　
ところで、椅子に振動波形センサを組み込んだ場合、上述した指の場合とは異なり、センサの直上に正確に脚を置かないと、良好に脈波を測定することができない。これは、上述した振動波形センサがセンシングする振動（脈波）が非常に小さく、動脈の直上もしくは直下にセンサが位置しないと、脈波をセンシングできないからである。センシング感度は、動脈の直上ないし直下からの距離に従って大きく低下する。また、椅子の場合、人間の体格や人間の着座位置から、太腿や臀部とセンサの位置関係が変動する。このため、上述した振動波形センサをそのまま椅子に組み込んだとしても、安定した脈波の測定を行うことが困難であった。　
本発明は、かかる点に着目したもので、脈波のセンシング可能な着座範囲を広くすることで、体格や着座位置の影響を低減して良好に着座の有無や生体情報の検知を行うことができる着座センサ，座席，及び波形解析装置を提供することを、その目的とするものである。
本発明の着座センサは、基板の振動を測定して振動波形を得る圧電素子と、対象物に接触してその振動を前記基板に伝達する振動導入体とが前記基板に設けられたセンサモジュールを利用して、座席利用対象からの生体振動を検出する着座センサであって、前記座席に振動伝達板を設けるとともに、この振動伝達板に前記振動導入体が接触するように、前記センサモジュールを前記座席に固定手段で固定したことを特徴とする着座センサ。　
主要な形態の一つは、前記振動導入体が導電性であることを特徴とする。更には、前記振動導入体が導電性リングであり、前記リング内の空間を樹脂で充填したことを特徴とする。他の形態の一つは、前記振動伝達板は、前記座席と面接触して、前記座席に着座した人からの振動を前記振動導入体に伝達することを特徴とする。更には、前記振動伝達板の弾性率を70～2500MPaとしたことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記固定手段によって、前記振動導入体を前記振動伝達板に押圧したことを特徴とする。　
本発明の座席は、前記いずれかの着座センサを備えたことを特徴とする。また、前記座席には、椅子，シート，便座，その他の人が着座可能なものが含まれることを特徴とする。本発明の波形解析装置は、前記いずれかの着座センサにおける圧電素子の検出信号から、前記座席に座席利用対象が着座したこと，もしくは、その生体情報の少なくとも一方を検知することを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
本発明によれば、座席に振動伝達板を設けるとともに、この振動伝達板にセンサモジュールの振動導入体が接触するように固定することとしたので、脈波のセンシング可能な着座範囲を広くすることができ、体格や着座位置の影響を低減して良好に着座の有無や生体情報の検知を行うことができる。
背景技術における振動波形センサを示す図であり、(A)は断面図，(B)は組立図，(C)は基板の実装面側から見た平面図である。 前記振動波形センサを用いた波形解析のシステム構成を示す図であり、(A)は全体の装置構成を示しており、(B)及び(C)は回路構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例におけるセンサモジュール及び着座センサの構成を示す図であり、(A)はセンサモジュール，(B)及び(C)は着座センサの断面を示す。 前記着座センサの設置例を示す図であり、(A)及び(B)は便座に対する設置例であり、(C)は自動車のシートに対する設置例である。 前記便座に対する設置例における着座位置と検出した脈波信号の例を示す図である。 振動伝達板を設けない場合における着座位置と検出した脈波信号の例を示す図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
以下、図３～図６を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。図３(A)に示すように、本実施例の振動波形センサのセンサモジュール２００は、基本的には上述した図１に示したものと同じ構造であり、基板２０の主面上に圧電素子３０が配置されており、この圧電素子３０を振動リング４０で覆った構造となっている。基板２０の主面には、中央付近に一対の電極ランド２２，２３が設けられており、その周囲にはグランド導体２４が形成されている。電極ランド２２，２３は、基板２０の裏面側にスルーホール２２Ａ，２３Ａによって引き出されている。電極ランド２２，２３には、圧電素子３０の端子（図示せず）が導電性接着剤などで接合されている。このように、電極ランド２２，２３及びスルーホール２２Ａ，２３Ａによって、基板２０の裏面側に設けられたアンプ（後述）などと圧電素子３０とが接続されている。また、前記圧電素子３０には、それを囲むように振動リング４０が設けられており、振動リング４０はグランド導体２４と電気的に接合している。また、グランド導体２４は、スルーホール２４Ａ，２４Ｂによって基板２０の裏面側に引き出されている。振動リング４０は導電性を有しており、接触する人体の皮膚との間でグランド電位を共通にするとともに、皮膚の振動を導入して、更に基板２０に伝達する振動導入体として機能する。皮膚の振動は、振動リング４０に伝達されるとともに、振動リング４０から基板２０に伝達される。基板２０は、振動体としても機能し、振動リング４０から伝達された振動は、圧電素子３０に伝達されるようになっている（図３(A)の矢印参照）。　
本実施例では、振動リング４０によって形成されたキャビティ４１に、絶縁性の高いシリコン樹脂４６が充填されている。その充填の程度は、振動リング４０の先端面４０Ａが露出してさえいれば、適宜としてよいが、後述するように振動伝達板に先端面４０Ａが接触するので、振動リング４０から膨出しないようにする。このようなシリコン樹脂４６を充填することで、部品の保護や電極間の短絡を防止するとともに、空気中の湿度や人体からの発汗に対する耐湿性・耐水性の向上も図ることができる。　
以上の各部のうち、基板２０としては、例えば、１２ｍｍ角で厚さ１ｍｍのガラスエポキシやセラミックなどの硬質基板が使用される。この基板２０の裏面側には、アンプなどの電子部品が実装される。圧電素子３０の圧電体としては、一般的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使われるが特に材質は問わず、適切な感度（圧電定数，容量）を持つもので、形状は用途に応じて０．６×０．３ｍｍ～３．２×１．６ｍｍ程度のものであればどのようなものでもよい。振動リング４０としては、硬質で導電性のものであれば金属に限定される必要はなく、例えば、硬質プラスチックの表面に金属メッキをかけたものでもよい。また、その形状も、リングである必要はなく、対抗する二辺のみ接着した角柱であってもよい。振動リング４０によって、その先端面４０Ａからの生体（脈波）振動が圧電素子３０に確実に伝わるとともに、電気的ノイズをグランドに逃がすことができるため、より品質の高い脈波信号が得られる。　
このようなセンサモジュール２００は、例えば図４(A)に示すように、便器３００の便座３０２に取り付けられる。同図(B)は、便座３０２を裏面側から
見た図であり、同図のL3－L3線に沿って矢印方向に見た図が、図３(B)に示されている。これらの図に示すように、センサモジュール２００は、振動リング４０の先端面４０Ａ側が、振動伝達板２１０を介して便座３０２に当接するように、便座３０２の裏面側に設置されている。センサモジュール２００の基板２０側は、固定板２２０によって広く覆われており、固定板２２０の両端は、ネジ２２２によって便座３０２に固定されている。これら、センサモジュール２００，振動伝達板２１０，固定板２２０の全体によって、着座センサ２８０が構成されている。　
以上の各部のうち、便器３００は広く知られているもので、便座３０２としては一般的にプラスチックが使用されている。図示の例では、便座３０２は、表裏のプラスチック板によって内部に空間が形成された構造となっており、この空間内であって、表側のプラスチックの裏面側に着座センサ２８０は設置されている。振動伝達板２１０は、便座３０２に面接触しており、これにより便座３０２からの生体振動を集めて振動リング４０に伝達するためのもので、振動を伝達しやすい（振動が減衰しにくい）材料，例えばある程度弾性のあるABSやポリエチレン樹脂，ポリカーボネートなどの樹脂材料が使用される。より具体的には、弾性率が70～2500MPa，ロックウェル硬度がR20～R180であることが好ましい。弾性率が70MPa以下では振動を吸収してしまい、振動を良好にセンシングできないといった不都合があり、2500MPa以上では樹脂部との境界面で振動が吸収されてセンシング感度が低下するといった不都合がある。また、ロックウェル硬度がR20以下ではやはり振動を吸収してしまいセンシングできないといった不都合があり、R180以上では同様に樹脂部との境界面で振動が吸収されてセンシング感度が低下するといった不都合がある。　
固定板２２０としては、プラスチックなどを用いてよいが、例えば剛性のある厚手の面ファスナーテープや粘着テープを使用してもよい。センサモジュール２００を押圧すると、振動リング４０，振動伝達板２１０，便座３０２の密着度が向上し、生体振動が良好に伝達されるようになり、感度が向上する。ネジ２２２としては、例えば底面積が広いトラスビスなどを使用する。接着剤などを使用してもよい。図３(C)は、ネジ２２２を追加することで、便座３０２に対するセンサモジュール２００の押圧力をより高めた例である。　
次に、着座センサ２８０の動作を説明すると、図５(A)に示すように、被験者４００が便座３０２に着座したとすると、被験者４００の太腿が着座センサ２８０の真上に位置するようになる。このため、太腿における生体振動，例えば血流の脈波振動が便座３０２を介してその裏面側に伝わるようになる。この生体振動は、振動伝達板２１０に伝達され、更に振動リング４０を介してセンサモジュール２００の圧電素子３０に伝達される。　
圧電素子３０の検出信号は、図２に示したようにして波形解析装置１００に入力されて解析される。すなわち、図５(A)のグラフに示すような生体信号が検出され、図２に示した波形解析装置１００により、被験者４００が便座３０２に着座したこと及び被験者の生体情報（脈波情報）が検知される。例えば、信号レベルが予め設定した検知レベル以上のときは、着座があったものと判断する。なお、生体情報の検知については、上述した背景技術の通りである。図５(B)は、便座３０２における着座センサ２８０の位置を、１０ｃｍほど先端のほうにずらし、かつ被験者４００が便座３０２に対して斜めに座った場合を示し、着座センサ２８０は、被験者４００の太腿の下に位置していない。このような場合でも、着座センサ２８０による検出信号は、同図にグラフで示すようになり、着座したこと及び被験者４００の生体情報を検知することができる。これは、振動伝達板２１０があるために、太腿からの脈波が良好にセンサモジュール２００に伝達されているものと考えられる。　
次に、図６を参照しながら、振動伝達板２１０を設けない場合の計測例を説明する。本例の着座センサ２８２は、図３において振動伝達板２１０を省略したものである。同図(A)は、上述した図５(A)と同様に、被験者４００の太腿が着座センサ２８２の真上に位置する状態の計測例である。同図のグラフに示すように、着座センサ２８２の真上に被験者４００の太腿があるときは、振動伝達板２１０がなくても、良好に生体振動を検出している。　
図６(B)は、着座センサ２８２を便座３０２の先端側に配置した例で、着座センサ２８２は被験者４００の太腿から離れた位置となっている。同図のグラフに示すように、検出した信号は非常に弱く、着座したこと及び被験者４００の生体情報を検知するのは困難である。これを、上述した図５(B)と比較すれば明らかなように、振動伝達板２１０を設けることで、信号の検出範囲が広がることがわかる。　
一方、同図(C)に示すように、前記(B)と同様の位置に着座センサ２８０を配置していても、被験者４００が便座３０２に対して斜めに座って、結果的に太腿が着座センサ２８０の真上に位置する状態となると、同図にグラフで示すように、良好な信号が得られている。　
以上のように、本実施例によれば、便座３０２に対して振動伝達板２１０を設けるとともに、この振動伝達板２１０にセンサモジュール２００の振動リング４０を接触させて着座した利用者の脈波が圧電素子３０に伝達されるようにするとともに、更には振動伝達板２１０が便座３０２に面接触するようにしたので、被験者４００の体格や着座位置の影響を低減して良好に着座したこと及び被験者４００の生体情報を検知することができる。　
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。(1)前記実施例は、本発明を便座に適用したものであるが、便座以外の各種の座席ないしシートに対して適用可能である。例えば、図４(C)は、自動車のシート５００に対して本発明を適用した例で、クッション５０２の下側にアクリル板（図示せず）を設け、着座センサ２８０の振動伝達板２１０がアクリル板と接する配置となっている。(2)前記実施例で示したセンサモジュール２００では、振動リング４０にシリコン樹脂４６を充填したが、絶縁や耐水などの不都合がなければ、シリコン樹脂４６は省略してもよい。(3)前記実施例で示した各部の材料や形状・寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例では振動リング４０を円筒形状としたが、角筒形状など、適宜の形状としてよい。振動伝達板２１０や固定板２２０についても同様である。(4)着座センサ２８０で得られる振動としては人の脈波振動が一例であるが、動物など各種の座席利用対象の生体振動に対して適用してもよい。(5)前記実施例では、着座センサ２８０によって、ａ，被験者４００が着座したこと，ｂ，被験者４００の脈などの生体情報，の両方を検知することとしたが、いずれか一方のみでもよい。
本発明によれば、座席に振動伝達板を設けるとともに、この振動伝達板にセンサモジュールの振動導入体が接触するように固定することとしたので、振動のセンシング可能な着座範囲を広くすることができ、体格や着座位置の影響を低減して良好に着座の有無や生体情報の検知を行うことができ、便座や自動車のシートなど、各種の座席の着座センサとして好適である。
１０：センサモジュール１２：医療用固定テープ２０：基板２２，２３：電極ランド２２Ａ，２３Ａ：スルーホール２４：グランド導体２４Ａ，２４Ｂ：スルーホール２６：インスツルメンテーションアンプ３０：圧電素子４０：振動リング４０Ａ：先端面４１：キャビティ４６：シリコン樹脂５０：メインボード５２：プログラマブルアンプ５３：変換器５４：送信モジュール６０：ＵＳＢドングル６２：受信モジュール６４：ＵＳＢインターフェイス１００：波形解析装置１０４：ディスプレイ１１０：データメモリ１１２：波形データ１１４：演算データ１２２：ノイズ除去プログラム１２４：波形解析プログラム１２６：不整脈検出プログラム１２８：アラートプログラム２００：センサモジュール２１０：振動伝達板２２０，２３０：固定板２２２，２３２：ネジ２８０，２８２：着座センサ３００：便器３０２：便座４００：被験者５００：シート５０２：クッション

Claims (9)

  1. 基板の振動を測定して振動波形を得る圧電素子と、対象物に接触してその振動を前記基板に伝達する振動導入体とが前記基板に設けられたセンサモジュールを利用して、座席利用対象からの生体振動を検出する着座センサであって、　前記座席に振動伝達板を設けるとともに、この振動伝達板に前記振動導入体が接触するように、前記センサモジュールを前記座席に固定手段で固定したことを特徴とする着座センサ。
  2. 前記振動導入体が導電性であることを特徴とする請求項１記載の着座センサ。
  3. 前記振動導入体が導電性リングであり、前記リング内の空間を樹脂で充填したことを特徴とする請求項１又は２記載の着座センサ。
  4. 前記振動伝達板は、前記座席と面接触して、前記座席に着座した人からの振動を前記振動導入体に伝達することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の着座センサ。
  5. 前記振動伝達板の弾性率を70～2500MPaとしたことを特徴とする請求項４記載の着座センサ。
  6. 前記固定手段によって、前記振動導入体を前記振動伝達板に押圧したことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の着座センサ。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の着座センサを備えたことを特徴とする座席。
  8. 前記座席には、椅子，シート，便座，その他の人が着座可能なものが含まれることを特徴とする請求項７記載の座席。
  9. 請求項１～６のいずれか一項に記載の着座センサにおける圧電素子の検出信号から、前記座席に座席利用対象が着座したこと，もしくは、その生体情報の少なくとも一方を検知することを特徴とする波形解析装置。
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