JP2005110840A - 振動検出装置および便座装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動検出センサの少なくとも一部を振動しない状態に近づけて、剛体に伝えられた振動を精度良く検出する振動検出装置を提供し、特に便座に伝えられた使用者の体動を精度良く検出する便座装置を提供する。
【解決手段】便座装置５は上蓋（剛体）６と基底板（剛体）７を有し、基底板７の下面に取り付けられ便器本体２２の上面に当接することで便座を固定できるパッド（固定部）２３の近傍に支持された振動検出装置３４により、便座に伝えられた使用者の体動を検出する構成としている。これにより基底板７はパッド２３近傍では便器本体２２に固定されて最も振動しにくいので、パッド２３近傍に支持された圧電センサ（振動検出センサ）９は少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって圧電センサ９自身が振動しない環境で便座に伝えられた使用者の体動を精度良く検出することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、剛体に伝えられた振動を検出する振動検出装置に関し、とりわけ、可撓性を有する圧電センサなどの振動検出センサを、便座などの剛体に装着して、剛体に伝えられた振動を増幅して検出することで、使用者の心拍などの体動を正確に検出する装置に関するものである。

従来の代表的な振動検出装置は、座席に振動検出センサとして圧電センサを装着した人体検出装置がある（たとえば特許文献１参照）。

図１９は、上記特許文献１に記載された人体検出装置であり、座席１の中の、表皮２、ウレタンフォーム３の下に圧電センサ４を装着しており、座席１に座っている人体の体動は、極めて弾性の高い表皮２とウレタンフォーム３を部分的に変形させながら振動させて、その結果、圧電センサをも変形させることができる。変形に応じて圧電センサが発生する出力に基づいて、使用者の在・不在や心拍数等を検出するものである。
特開平０８−２８２３５８号公報

前記従来の構成は、車のシートなどのようなクッションのある座席には容易に採用可能である。一方クッション性の無い剛体（たとえば便座など）においては、人が座っても人の体形に合わせて剛体は変形せず、かつ体動による部分的な変形がほとんど無いので、圧電センサを変形させることができず、大きな出力を得ることは難しい。また剛体の場合、体動などの振動は剛体全体に伝搬するため、剛体に装着されたセンサも剛体と同じように振動してしまい、センサに対する剛体の相対的な振動が得られない。振動を検出するには本来振動しない状態に維持されたセンサに振動を与えるべきであるが、センサを振動しない状態にすることができない。よって使用者の在・不在や心拍検知を行うほどの正確な振動検出は難しい。

本発明はこれらの課題を解決するもので、振動検出センサの少なくとも一部を振動しない状態に近づけて剛体に伝えられた振動を精度良く検出する振動検出装置を提供することを目的とする。

また、便座に伝えられた使用者の体動を精度良く検出する便座装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の振動検出装置は、剛体に伝えられた振動を検出する振動検出センサを、前記剛体を固定する固定部近傍に支持する構成としている。

また本発明の振動検出装置は、剛体に伝えられた振動を検出する振動検出センサを、前記剛体から成るケース内に配置し、前記ケース底面に固定部としての脚部を設け、前記脚部近傍に前記振動検出センサを支持する構成としている。

これによって、振動する剛体は固定部近傍では最も振動しにくいので、固定部近傍に支持された振動検出センサは少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって振動検出センサ自身が振動しない環境で剛体に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

また本発明の便座装置は、剛体は便座とし、固定部は前記便座の下面に取り付けられ便器の上面に当接することで前記便座を固定できるパッドとし、振動検出装置により、前記便座に伝えられた使用者の体動を検出する構成としている。

これによって、便座はパッド近傍では便器に固定されて最も振動しにくいので、パッド近傍に支持された振動検出センサは少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって振動検出センサ自身が振動しない環境で便座に伝えられた使用者の体動を精度良く検出することができる。

本発明の振動検出装置は、剛体に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

また本発明の便座装置は、便座に伝えられた使用者の体動を精度良く検出することができる。

第１の発明の振動検出装置は、剛体に伝えられた振動を検出する振動検出センサを、前記剛体を固定する固定部近傍に支持する構成としている。

第２の発明は、剛体に伝えられた振動を検出する振動検出センサを、前記剛体から成るケース内に配置し、前記ケース底面に固定部としての脚部を設け、前記脚部近傍に前記振動検出センサを支持する構成としている。

これによって、振動する剛体は固定部近傍では最も振動しにくいので、固定部近傍に支持された振動検出センサは少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって振動検出センサ自身が振動しない環境で剛体に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の振動検出装置において、複数の固定部を有し、振動検出センサを前記複数の固定部近傍で支持する構成としている。

これによって、複数の固定部の中で振動を抑える性能に差があったとしても、振動を抑える性能の高い固定部近傍に振動検出センサが支持されているので剛体に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

第４の発明は、特に第１ないし第３のいずれかの発明の振動検出装置において、固定部よりも振動源側に振動検出センサを構成している。

これによって、振動検出センサの固定部側で振動を防ぎつつ、振動源側で剛体の振動を検出できるので、簡単な構成で剛体に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

第５の発明は、特に第１ないし第４のいずれかの発明の振動検出装置において、振動検出センサは、可撓性を有する圧電センサで構成している。

これによって、圧電センサが振動を受けると容易に変形し、変形に応じた出力を発生するので、精度良く振動に応じた出力を取り出すことができる。

第６の発明は、特に第１ないし第５のいずれかの発明の振動検出装置を有する便座装置において、剛体は便座とし、固定部は前記便座の下面に取り付けられ便器の上面に当接することで前記便座を固定できるパッドとし、前記便座に伝えられた使用者の体動を検出する構成としている。

これによって、便座はパッド近傍では便器に固定されて最も振動しにくいので、パッド近傍に支持された振動検出センサは少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって振動検出センサ自身が振動しない環境で便座に伝えられた使用者の体動を精度良く検出することができる。

第７の発明は、特に第６の発明の便座装置において、使用者の体動から着座、心拍、呼吸の少なくとも一つを検出する構成としている。

これによって、精度良く検出される体動をもとに、着座、すなわち使用者が座ったかどうかの動作情報を検出したり、使用者の心拍や呼吸のような生体情報を検出することは容易であり、検出した情報を生かした多機能な便座装置を実現することができる。

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。

（実施の形態１）
本実施の形態には、剛体（便座）内部に振動検出センサを装着し、剛体の外部に固定部を構成した例について説明する。

図１は本発明に係る第１の実施の形態を示す便座装置の分解斜視図、図２は図１の便座装置に用いられる振動検出センサの外観斜視図、図３は図１に示す便座装置が適用された便器の全体斜視図、図４は図１の便座装置の要部断面図、図５は図３に示す便器の使用状態の側面図、図６は便座装置における制御ユニットのブロック構成図、図７は便座装置におけるセンサ出力と動作とのタイムチャートである。

本発明に係る実施の形態の便座装置５は、図１に示すように、樹脂成形した剛体の上蓋６と基底板７とからなるケース８の基底板７に、振動検出センサとして可撓性のあるコード状の圧電センサ９を配置して構成される。

上蓋６は、断面視半円形状の本体部１０を有して、ケース８の上部を形成する。本体部１０の天板１１の下面には、暖房用のヒータ１２が取り付けられている。なお、ヒータ１２は、後述する制御ユニット１３と接続されて、手動操作によって、所望温度に設定される。

基底板７は、断面視コ字形状の本体部１４を有して、ケース８の下部を形成する。本体部１４の底板１５の上面には、圧電センサ９が取り付けられている。

上蓋６及び基底板７は、基底板７に形成した貫通穴１６から、上蓋６に形成した係止部１７にねじ（不図示）を嵌め込むことにより、一体的に組立てられる。なお、圧電センサ９は、ヒータ１２と同様、制御ユニット１３と接続されている。

ここで、本実施の形態に使用するコード状の圧電センサ９について簡単述べると、このセンサ９は、図２に示すように、ピエゾ素子材料を用いたケーブル状のセンサであり、軸方向中心に配された芯線（中心電極）１８と、芯線１８の周囲に被膜されたピエゾ素子材料１９と、ピエゾ素子材料１９の周囲に配設された外側電極２０と、最外周を被覆するＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）２１と、から構成される。

この圧電センサ９は、周囲温度が１２０℃程度まで可能な耐熱性を有するピエゾ素子材料１９を用いており、また、可撓性（フレキシブル性）を有する樹脂と圧電セラミックスとから構成されたピエゾ素子材料１９と、フレキシブル電極とを用いて、通常のビニールコード並みの可撓性（フレキシブル性）を有している。

更に、圧電センサ９は、高分子ピエゾ素子材料並の高感度であり、人体の心拍数を検出するような低周波数領域（１０Ｈｚ以下）において、特に高い感度を発揮する。それは、ピエゾ素子材料１９の比誘電率（約５５）が高分子ピエゾ素子材料の比誘電率（約１０）よりも大きいので、低周波数領域でも感度低下が小さいことによる。

このようにして得られたコード状の圧電センサ９は、ピエゾ素子材料１９を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料１９に数ＫＶ／ｍｍの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料１９に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行うことが必要となる。この分極処理は、ピエゾ素子材料１９に芯線１８と外側電極２０とを形成した後、両電極１８，２０間に直流電圧を印加して行なわれる。

基底板７には、図３に示すように、従来装置と同様、底板１５の背面に取り付けられ、便座使用時、便座装置５と便器本体２２との間に位置して便器本体２２との衝突を吸収するための弾性力を有した４個の衝撃吸収用のパッド２３が装備されている。パッド２３は便座装置５の脚部であるが、便座装置５を便器本体２２に固定するための一種の固定部でもあり、使用者が座ると体重がかかり、便座よりも硬い便器本体２２に押し付けられた状態となって固定される。よって便座が使用者の体動を受けて振動する場合でも、パッド２３近傍は便器本体２２に固定されることでほとんど振動しない環境に維持される。

なお、便座装置５には、便座装置５と共に水槽タンク２４側に跳ね上げられる蓋体２５が装備されている。

本実施の形態において、コード状の圧電センサ９は複数の離間配置したホルダ２６によって位置決め支持されて基底板７上に装着されている。

４つのパッド２３のうちの一つの近傍を拡大すると、図４に示すように、上蓋（剛体）６の内面に取り付けられた弾性を有する押圧手段２７と、基底板（剛体）７上に取り付けられた剛体の突起２８を有し、押圧手段２７と突起２８で圧電センサ９を挟み込む構成である。図４（ａ）は上蓋６と基底板７を一体化する前の状態で、図４（ｂ）は上蓋６と基底板７をねじ留めして一体化した状態を示している。使用者が便座装置５に座った場合は、もちろん図４（ｂ）の状態であるが、体重がかかっても便座装置５が壊れることが無いように上蓋６および基底板７は剛体としている。

ここで剛体とは、少なくとも人の体重がかかっても強度を超えるような変形を起こさない部材であり、特に人が座る際に臀部が沈み込むなどの変形が感じられない部材、すなわち使用者に強度への不安を感じさせない部材と定義する。材質としては特に限定するものではなく、樹脂やセラミックなどの絶縁体でも良いし、金属などの導体でも良いが、従来の便座は一般的には樹脂製であるということを付け加えておく。

さて図４（ｂ）において、使用者が座るとパッド２３は便器本体２２に固定されてほとんど振動しない固定部となり、パッド２３に接続された基底板７、突起２８はいずれも剛体であるため振動しにくくなり、圧電センサ９を振動しにくい状態で下面から支持できる。ただし基底板７は形状が大きいのでパッド２３から離れるにつれて振動しやすくなっていく。一方、上蓋（剛体）６は使用者に直接接触するために振動が伝わりやすく、体動に応じた振動を行うものと考えられ、押圧手段２７を介して圧電センサ９の上面に振動を伝える構成である。よって圧電センサ９は、下面を振動しにくい状態に維持しつつ、上面からの上蓋（剛体）６の振動を受けるので、精度良く振動を検出することができる。特に本実施の形態に用いる圧電センサ９は、ピエゾ素子材料に与えられる変形の加速度に応じて信号を発生するので、下面を振動させずに上面のみを振動させることで、ピエゾ素子材料が効果的に縮んだり伸びたりといった変形の加速度を受けることができ、大きな出力信号を発生することができる。

さて使用者が便座に座った状態では、便座に使用者の全体重がかかっているが、剛体であるため上蓋６の部分的な変形はほとんど無い。ただし使用者の体動によって便座全体がわずかながら振動すると考えられる。この便座の振動をいかにして増幅して圧電センサ９に伝えているかと言うことに関し、以下に詳細に説明する。

まず最初に、押圧手段２７が上蓋６と圧電センサ９の間に位置しているため、上蓋６の振動によって押圧手段２７が振動するが、この振動の様子はかなり複雑なものとなる。上蓋６が剛体なのに対して押圧手段２７が弾性を有する部材であるため、押圧手段２７の上部（上蓋６との接続部近傍）は上蓋６と同じ振動をするのに対し、押圧手段２７の下部（圧電センサ９との接続部近傍）は少し遅れながら振動して上蓋６とは異なる振動を繰り返すことになる。よって圧電センサ９は、上蓋６の剛体としての振動だけではなく、押圧手段２７による異なった振動までもが伝達されることになり、言わば押圧手段２７は上蓋６の振動を増幅したことになる。このことから押圧手段２７は一種の増幅手段と言うことができる。

次に、押圧手段２７と圧電センサ９とは異なった形状で対向している。図４の左右方向には圧電センサ９の方が長く、図４の奥行き方向には押圧手段２７の方が大きい構成とし、また圧電センサ９がケーブル状のため曲面で対向するのに対し、押圧手段２７は平面で対向する構成である。このことから圧電センサ９には、押圧手段２７と接しない部位と、押圧手段２７と接する部位とがあり、さらに押圧手段２７と接する部位の中でも、強く押圧される部位からさほど押圧されない部位まで押圧の状態の異なったさまざまな部位が存在することになる。よって圧電センサ９は、押圧手段２７と接しない部位ではあまり振動を受けず、押圧手段２７に強く押圧される部位では強く振動を受けるなど、部位によって受ける振動が異なるものである。圧電センサ全体が同じ振動を受けるのではなく、部位によって異なった振動を受けるということは、圧電センサ９に部分的に変形を与えたことに等しいので、圧電センサの出力を大きくすることができる。結局、変形のほとんどない剛体の振動から、圧電センサ９を変形させることができるのだから、剛体の振動を増幅したことになる。このことから押圧手段２７と圧電センサ９の対向面の形状の違いは一種の増幅手段と言うことができる。

次に、突起２８と圧電センサ９とは異なった形状で対向している。このことから圧電センサ９には、突起２８に接しない部位と、突起２８に接する部位とがある。よって圧電センサ９は、突起２８に接しない部位ではあまり固定されず押圧手段２７からの振動を受けやすく、突起２８に接する部位では基底板７を介してパッド２３によって固定されるので押圧手段２７からの振動を受けにくい。つまり部位によって振動を受けたり受けなかったりすることになる。圧電センサ全体が同じ振動を受けるのではなく、部位によって振動を受けたり受けなかったりするということは、圧電センサ９に部分的に変形を与えたことに等しいので、圧電センサの出力を大きくすることができる。結局、変形のほとんどない剛体の振動から、圧電センサ９をわずかながらでも変形させることができるのだから、剛体の振動を増幅したことになる。このことから突起２８と圧電センサ９の対向面の形状の違いは一種の増幅手段と言うことができる。ただし、この突起２８による増幅の効果は前述の押圧手段２７の増幅の効果と比べると小さいと考えられる。

次に、押圧手段２７と突起２８とが異なった形状で対向し、特に押圧手段２７の方が面積が大きい。突起２８が剛体なので押圧手段２７の中央部分のみ圧縮されており、圧縮された中央部分では押圧手段２７の弾性が妨げられるので、上蓋６に近い振動を行うことになる。また押圧手段２７と突起２８とにより圧電センサ９には力がかかり、圧電センサ９はある程度固定される。この力の大きさは、押圧手段２７の弾性と、一体化した時の上蓋６と基底板７の距離によっても変わる。押圧手段２７の弾性が低い方が、また上蓋６と基底板７の距離が近い方が、より圧電センサ９に力がかかり、しっかりと固定されるようになる。一方、押圧手段２７の周囲側（突起２８が対向しない部位）は、弾性が維持されるので上蓋６とは異なった振動を行う事ができる。よって圧電センサ９は、押圧手段２７の中央部分では上蓋６に近い振動を行い、押圧手段２７の周囲側（突起２８が対向しない部位）では押圧手段２７からの押圧のみによって上蓋６とは異なった振動を行う。この時に注意すべきポイントは、上蓋６に近い振動を行う部位と、上蓋６とは異なった振動を行う部位とが圧電センサ９の中では極めて接近した位置となることである。極めて接近した位置で互いに異なる振動を受けると言うことは、圧電センサ９に局部的に変形を与えたことに等しいので、圧電センサの出力を大きくすることができる。結局、変形のほとんどない剛体の振動から、圧電センサ９をわずかながらでも変形させることができるのだから、剛体の振動を増幅したことになる。このことから押圧手段２７と突起２８の対向面の形状の違いは一種の増幅手段と言うことができる。

ここで突起２８は剛体でなくても良い。突起２８を弾性体で構成したとしても、押圧手段２７や突起２８の高さを高くするとか上蓋６と基底板７の距離を近づけるなどにより、中央部分で押圧手段２７を強く圧縮して弾性を妨げる事ができるからである。

ここで押圧手段２７の弾性については、上蓋６よりも弾性が高ければ良く、増幅手段としての前述の効果が得られるものである。たとえば代表的なクッション材を用いても良く、ゴムやスポンジのようなものでも良い。

上記構成の便座装置５は、図５に示すように、使用時に、便器本体２２上に配置されて着座による人体Ｍの重量がかかると、前述の通り、圧電センサ９を押圧する。その結果、圧電センサ９には、人体Ｍの動きに応じた振動が増幅されて印加されて、電気信号を確実に出力する。

振動の加速度に応じて得られた電気信号は、制御ユニット１３に供給される。

但し、便座装置５の使用時において洗浄ノズルの駆動やブロワーの運転、あるいは、排水等により生じる振動が、人体の在・不在や心拍数等の検出にとってノイズとならないように、圧電センサ９から出力された電気信号が制御ユニット１３でマスク処理される。

制御ユニット１３は、図６に示すように、制御部２９内に、不図示のフィルタ回路、増幅手段、平滑化手段、判定手段等を備えると共に、平滑化手段の出力信号に基づいて心拍数を演算処理する心拍数演算手段３０と、心拍数演算手段３０の出力信号を表示する表示手段３１と、心拍数演算手段３０の演算出力と設定値とを比較する比較手段３２と、比較結果に基づいて警報を発する警報発生手段３３とを装備して、圧電センサ９の検出信号が入力される。

制御ユニット１３は、圧電センサ９が人体Ｍの体動を検出して電気信号を出力すると、この電気信号をフィルタ回路で濾波した後、増幅手段で増幅し、更に平滑化手段で平滑化する。

平滑化手段からは、図７に示すように、便座装置５に人体Ｍが着座した瞬間や、物をのせたとき、あるいは身体を動かした場合に、大きな出力波形が出力される。一方、人体Ｍが着座した後に安静状態であれば、平滑化手段からは、心臓の活動や呼吸活動により伝搬される身体の微小な体動により、比較的低レベルの出力波形が出力される。

これに反して、人体Ｍが不在であるか、物がのせられた場合には、平滑化手段は大きな出力波形を出力した後、一定時間内に出力波形を示さない。

そこで、判定手段は平滑化手段の出力Ｖと、予め定められた２つの設定値Ｖａ，Ｖｂと、を以下のように比較・判定する。即ち、Ｖ＜Ｖａならば、人体Ｍや物が不在であると判定する（不在出力Ｈｉ）。Ｖａ≦Ｖ＜Ｖｂならば、人体Ｍが安静状態で存在すると判定する（在出力Ｈｉ）。さらにＶｂ＜Ｖならば、人体Ｍが体動を生起したと判定する（体動出力Ｈｉ）。人体Ｍの代わりに物を乗せた場合は、一時的に在床、体動の判定がなされるが、人体Ｍのような心臓の活動や呼吸活動により伝搬される低レベルの振動が現れないので物を置いた状態として、人体Ｍの不在の判定がなされる。

判定手段が人の在床を判定すると、脱臭手段及び暖房手段の運転を開始する。この運転動作は人の不在が判定されると停止する。

なお、暖房手段は、ヒータ１２の温度制御を司るものである。

また、平滑化手段からは、人体Ｍが安静状態で着座している場合は心臓の活動により伝搬される微小信号が出力される。この信号を基に心拍数演算手段３０は心拍数を演算出力する。演算結果は、外部モニタである表示手段３１により表示される。なお、制御ユニット１３は、図６に示すように、心拍数演算手段３０の出力信号と予め定められた設定値とを比較する比較手段３２と、比較手段３２の出力により警報を発生する警報発生手段３３とを装備していて、心拍数が設定値以上になったときに警報を発生することができる。特に、排便時にいきむと心拍数が上昇して、脳溢血の発生に至る虞があるが、制御ユニット１３は発病を予見して、健康管理に寄与することができる。このとき、制御ユニット１３が、例えば、病院内等においてネット接続されていれば、病院内で使用されている便座装置５を一括して集中監視することができるばかりか、直接診察できないようなトイレ内の様子も常時監視することができる。

また、表示手段３１への信号は、有線手段や無線手段による通信手段を介して電送することができる。

上記した便座装置５によれば、圧電センサ９は、振動の加速度に応じた電気信号を確実に制御ユニット１３に供給して、人体の僅かな動きも容易に検出して高い信頼性を得ることができる。また、圧電センサ９は、可撓性があって衝撃が加わりつづけても壊れ難く、また、人と物との区別を容易にする検出信号を出力するため、着座等の検出を確実にすることができる。

なお、上記の実施の形態では、圧電センサ９からの出力信号を平滑化して在・不在や心拍数等を判定したが、圧電センサ９の出力信号を必要に応じて増幅した後、マイコン等によりＡＤ変換してデジタルデータとし、このデジタルデータをマイコン内で移動平均した値に基づいて在・不在を判定したり、前記のデジタルデータの自己相関係数を演算して心拍数等を求める構成としても良い。

以上に述べてきた実施の形態の効果について整理する。

便座装置５の上蓋（剛体）６や基底板（剛体）７に伝えられた振動を検出する圧電センサ（振動検出センサ）９を、便座装置５を便器本体に２２固定するパッド（固定部）２３の近傍に支持する構成として振動検出装置３４を形成している。

これによって、パッド（脚部（固定部））２３の近傍では最も振動しにくいので、パッド（脚部（固定部））２３近傍に突起２８を介して支持された圧電センサ（振動検出センサ）９は少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって圧電センサ（振動検出センサ）９自身が振動しない環境で上蓋（剛体）６に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

また、４つのパッド（脚部（固定部））２３を有し、圧電センサ（振動検出センサ）９をそれぞれのパッドの近傍で支持する構成としている。

これによって、４つのパッド（脚部（固定部））２３の中で振動を抑える性能に差があったとしても、振動を抑える性能が最も高いパッド（脚部（固定部））２３近傍にも圧電センサ（振動検出センサ）９が支持されているので上蓋（剛体）６に伝えられた振動を精度良く検出することができる。たとえば使用者が前かがみになって重心が前に傾くと後ろ側のパッドにはあまり体重がかからないので振動を抑えにくいということも考えられるが、その場合も前側のパッドには体重がかかるので振動を抑えることができる。結局全てのパッドにセンサを支持しておけば、重心がどこにあろうと体重がかかって振動が抑えられるパッドが必ず一つ以上存在するので、そこでは圧電センサ（振動検出センサ）９の振動を抑えることができて振動を精度良く検出することができる。ちなみに本実施の形態のように、ケーブル状の圧電センサを用いれば、パッドのような固定部が複数存在してもセンサは一つで構成することが可能である。

また、パッド（固定部）２３よりも振動源側（上蓋６側）に圧電センサ（振動検出センサ）９を構成している。

これによって、圧電センサ（振動検出センサ）９のパッド（脚部（固定部））２３側で振動を防ぎつつ、振動源側（上蓋６側）で上蓋６の振動を検出できるので、押圧手段２７と突起２８を有する程度の簡単な構成で上蓋６に伝えられた振動を精度良く検出することができる。

また、振動検出センサは、可撓性を有する圧電センサ９で構成している。

これによって、圧電センサ９が振動を受けると容易に変形し、変形に応じた出力を発生するので、精度良く振動に応じた出力を取り出すことができる。

また、振動検出装置３４を有する便座装置５において、剛体は便座（上蓋６、基底板７）とし、固定部は前記便座の下面（基底板７）に取り付けられ便器本体２２の上面に当接することで前記便座を固定できるパッド（脚部（固定部））２３とし、前記便座に伝えられた使用者の体動を検出する構成としている。

これによって、便座装置５の基底板７はパッド２３近傍では便器本体２２に固定されて最も振動しにくいので、パッド２３近傍に支持された圧電センサ（振動検出センサ）９は少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって圧電センサ（振動検出センサ）９自身が振動しない環境で便座装置５の上蓋６に伝えられた使用者の体動を精度良く検出することができる。

さらに、便座装置５において、使用者の体動から着座、心拍、呼吸の少なくとも一つを検出する構成としている。

これによって、精度良く検出される体動をもとに、着座、すなわち使用者が座ったかどうかの動作情報を検出したり、使用者の心拍や呼吸のような生体情報を検出することは容易であり、検出した情報を生かした多機能な便座装置５を実現することができる。

なお、剛体（便座）内部に振動検出センサを装着し、剛体の外部に固定部を構成した他の例について、図４と比較しながら説明する。

まず図８には配置の異なる例を示す。図８（ａ）は押圧手段２７と突起２８がぐいちに配置され、押圧手段２７はパッド２３の左側に、突起２８はパッド２３の右側にそれぞれずらして配置した構成である。図８（ｂ）は剛体の突起の変わりに弾性を有する押圧手段３５を用いた構成で、押圧手段２７と押圧手段３５の右端の位置を合わせ、左端の位置をずらしたものである。またこのときの押圧手段２７、押圧手段３５よりもパッド２３を大きな形状としている。図８（ｃ）は押圧手段３６よりも圧電センサ（振動検出センサ）９が上蓋（剛体）６側にあり、特に上蓋（剛体）６に直接固定したものである。この場合は圧電センサ９の上面全体が上蓋６に応じて振動し、圧電センサ９の下面の一部（押圧手段３６に押圧される部位）のみ振動を妨げられる構成である。

図９には押圧手段と圧電センサ（振動検出センサ）との対向面の形状を異ならせた例を示す。図９（ａ）は押圧手段３７に凹部３８を形成したものである。もちろん凸部を設けても良い。図９（ｂ）は複数の押圧手段３９を設けたものである。図９（ｃ）は押圧手段４０はフラット面で対向させ、圧電センサ（振動検出センサ）９を曲げたものである。

図１０には、弾性のある押圧手段の他の例を示す。図１０（ａ）は押圧手段４１としてバネを用いたものである。図１０（ｂ）の押圧手段４２は薄い金属製のバネ材をたわませて固定する事で弾性を持たせたものである。

（実施の形態２）
本実施の形態には、剛体（湯船）と固定部の間に振動検出センサを装着した例について説明する。

図１１は本発明に係る第２の実施の形態を示す風呂装置の断面構成図、図１２は図１１の要部断面図である。

本発明に係る実施の形態の風呂装置は、図１１に示すように、剛体の湯船４３と、湯船４３よりも重厚で振動が伝わりにくい固定部としての外枠４４との間に、振動検出センサとして可撓性のあるコード状の圧電センサ４５を配置している。さらに、湯船４３から圧電センサ４５に向けて突出した突起４６、圧電センサ４５を外枠（固定部）４４に支持するホルダー４７を有し、圧電センサ４５はホルダー４７の孔４８を介して位置決めされている。

ここで突起４６と圧電センサ４５とは異なった形状で対向している。図１２の左右方向には圧電センサ９の方が長く、図１２の奥行き方向には突起４６の方が大きい構成とし、また圧電センサ９がケーブル状のため曲面を有しているが左右方向には一定の形状で対向するのに対し、突起４６は左右方向の中央部がより突出した形状である。このことから圧電センサ４５には、突起４６と接しない部位と、突起４６と接する部位とがあり、さらに突起４６と接する部位の中でも、強く押圧される部位（中央）からさほど押圧されない部位まで押圧の状態の異なったさまざまな部位が存在することになる。以上により突起４６を介して湯船４３の振動が圧電センサ４５に伝えられるものである。

一方、圧電センサ４５はホルダー４７を介して外枠（固定部）４４に取りつけられている。外枠（固定部）４４は湯船４３と縁で接触するのみであり、湯船４３の内部で振動が起こっても外枠（固定部）４４には伝わらない構成である。よって圧電センサ４５のうちホルダー４７に支持される部位は外枠（固定部）４４が振動しないために振動しにくい。よって圧電センサ４５は、ホルダー４７との接触面を振動しにくい状態に維持しつつ、突起４６との接触面から湯船４３の振動を受けるので、精度良く振動を検出することができる。特に本実施の形態に用いる圧電センサ９は、ピエゾ素子材料に与えられる変形の加速度に応じて信号を発生するので、ホルダー４７との接触面を振動させずに突起４６のみを振動させることで、ピエゾ素子材料が効果的に縮んだり伸びたりといった変形の加速度を受けることができ、大きな出力信号を発生することができる。

さて本実施の形態には、他にも振動を増幅する機能を有する構成が含まれている。

まずは圧電センサ４５の弾性である。可撓性（フレキシブル性）を有する圧電センサ４５には弾性もあるので、圧電センサ４５と接する突起４６からの振動は、圧電センサ４５自身を振動させることができ、特に圧電センサ４５の弾性によりもとの振動とは異なった振動を起こすことが可能である。つまり与えられたもとの振動に対する出力を発生しながら、それによって自分自身が異なった振動を起こしてさらに別の出力を発生すると言う仕組みである。

次に圧電センサ４５に張力をかけた状態で装着するということである。図１２は圧電センサ４５に張力がかかっている、つまりピンと張った状態で支持されている。このときは張力がかかっていない場合と比べて圧電センサ４５内を振動が遠くまで伝搬していく。圧電センサ４５と接する突起４６からの振動は、ある程度張力がかかっている方が、圧電センサ４５内を遠くまで伝搬し、その結果圧電センサ４５内のいろいろな場所から出力を発生する事ができる。これはセンサの感度を上げること、すなわち振動を増幅したことと同じ効果があると考えられる。そしてどの程度の張力をかけるのが良いかということについては、少なくとも圧電センサ４５の機械的強度が損なわれない範囲で、特には弾性を維持できる範囲とすることが望ましい。

なお、剛体（湯船）と固定部の間に振動検出センサを装着した他の例について、図１３に示す。

図１３は、突起４９を外枠４４側に、ホルダー４７を湯船４３側に構成したものである。

なお、本実施の形態では、剛体として湯船について示したが、湯船は歴史的に見てさまざまな材料で構成されている。木、樹脂、ステンレスなどの金属、大理石、あるいは岩、タイルなどからなるものがある。湯船用の剛体としては、通常の入浴時に使用者が感じとれるような大きな変形を起こさず、かつ振動が伝わる材質であれば、採用可能である。

また固定部としての外枠については、湯船よりも重厚な剛体から成るために振動を伝えないとしたが、外枠が湯船と接触しない構成とすることも考えられる。湯船と接触しなければ振動は伝わらないので、材質についても重厚なものに制限する必要は無くなる。

（実施の形態３）
本実施の形態には、剛体（座席）内部に振動検出センサを装着し、剛体の外部に可動式の固定部を構成した例について説明する。

図１４は本発明に係る第３の実施の形態を示すシャワー装置の構成図、図１５は図１４の要部断面図である。

本発明に係る実施の形態のシャワー装置は、図１４に示すように着座姿勢でシャワーを使用できるもので、座席５０に腰をおろした状態で複数のシャワーノズル５１から噴射される温水を浴びることができる。座席５０はシャワー装置本体５２に対して軸５３を中心に回転可能な構成とし、支持板（固定部）５４は座席５０に対して軸５５を中心に回転可能な構成とし、使用時は図１４のように支持板（固定部）５４で座席５０を支え、不使用時は座席５０を持ち上げて支持板５４をたたんでシャワー装置本体５２に平行になるようにして片付ける構成である。

剛体の座席５０の内部には振動検出装置５６が一体化されており、振動検出装置５６は、振動検出センサとして弾性のあるシート状の圧電センサ５７、増幅手段として弾性のある押圧手段５８を有するものである。図１５のように、押圧手段５８と圧電センサ５７との対向面の形状が互いにフラットで等しい場合でも、押圧手段５８の中央に空隙５９を有する構成として、増幅の効果を拡大している。空隙５９を介さずに圧電センサ５３７押圧する押圧部６０と、空隙５９を介して圧電センサ５７を押圧する押圧部６１とを考えると、押圧部６０からの押圧は強いが押圧部６１からの押圧は弱くなり、図９（ａ）（ｂ）と同様の機能を有する構成と考えることができる。

つまり圧電センサ５７には、押圧部６０により強く押圧されて強い振動を受ける部位と、押圧部６１によりさほど押圧されずにあまり振動を受けない部位とが存在することになる。圧電センサ５７全体が同じ振動を受けるのではなく、部位によって異なった振動を受けるということは、圧電センサ５７に部分的に変形を与えたことに等しいので、圧電センサ５７の出力を大きくすることができる。結局、変形のほとんどない剛体（座席５０）の振動から、圧電センサ５７を変形させることができるのだから、剛体の振動を増幅したことになる。結局、押圧手段５８は、空隙５９、押圧部６０、６１によってさらに振動を増幅することができる。

さらに支持板５４には座席５０にかかる荷重が軸５５を介して伝わるので、支持板５４は床面との間にしっかりと固定されてほとんど振動しない構成である。そして軸５５に接続される軸受け６２も、軸５５に強く押し付けられるためにほとんど振動しない構成となり、結果として圧電センサ５７の底面もほとんど振動しないものである。

よって圧電センサ５７は、軸受け５２側の面を振動しにくい状態に維持しつつ、押圧手段５８との接触面から座席５０の振動を受けるので、精度良く振動を検出することができる。

なお、剛体（座席）内部に振動検出センサを装着し、剛体の外部に可動式の固定部を構成した他の例について、図１６に示す。

図１６は、押圧手段として弾性の異なる第一の押圧手段６３、第二の押圧手段６４を有し、それぞれの弾性の違いにより圧電センサ５７の対向面に異なる振動を伝えるものである。圧電センサ５７全体が同じ振動を受けるのではなく、部位によって異なった振動を受けるということは、圧電センサ５７に部分的に変形を与えたことに等しいので、圧電センサ５７の出力を大きくすることができる。変形のほとんどない剛体（座席５０）の振動から、圧電センサ５７を変形させることができるのだから、剛体の振動を増幅したことになる。結局、第一の押圧手段６３、第二の押圧手段６４の弾性の違いは、剛体（座席５０）の振動を増幅する増幅手段と言うことができる。

なお、本実施の形態の圧電センサ５７はケーブル状ではなく、ピエゾ素子材料をシート状に成型した圧電シート６５と、圧電シート６５の両面に電極としての導電ゴム６６を取り付けてシート状に構成している。

（実施の形態４）
本実施の形態には、剛体（便座）内部に振動検出センサを装着し、剛体の外部に固定部を構成し、固定部近傍だけでなく他の部分でも振動検出センサを支持した例について説明する。

図１７は便座装置の断面構成図であり、圧電センサ（振動検出センサ）９は、パッド（固定部）２３上と、パッドとパッドの間の位置とに形成されたホルダー６７、６８に固着されている。図１７（ａ）は振動していない状態で、図１７（ｂ）は振動により上蓋（剛体）６、基底板（剛体）７が下向きに撓んでいる状態を示す。上蓋６、基底板７とも剛体ではあるが、使用者の体動により微視的には図のように撓むと考えられる。ただしこの図は、わかりやすくするために誇張して記載しているのであって、実際は使用者が感じ取ることができない程度の小さな撓みである。

さて図１７（ｂ）では、基底板（剛体）７が下向きに撓むことにより、図１７（ａ）と比べてホルダー６８が引き下げられるのに対し、ホルダー６７はパッド２３で固定されているためにほとんど動かない。よってホルダー６８が下がった分だけ圧電センサ９が下向きに引っ張られて変形する。逆に振動により基底板７が上向きに撓むと、ホルダー６８が持ち上げられて、圧電センサ９が上向きに引っ張られて変形する。使用者の体動によりこの上下動が起こると、圧電センサ９はそのたびに引っ張られたり緩められたりの変形を繰り返し、それに応じた信号を発生することになる。これは、パッド（固定部）２３の近傍だけでなく、パッドとパッドの間の位置でもセンサを固定したために実現できたものと考えられる。またこの場合、上蓋６側からの押圧手段が無くても振動を検出でき、上蓋６とは独立して振動検出装置を構成できるものである。

図１８は、図１７と比較して、ホルダー６８を上蓋（剛体）６側に構成した例であり、図１８（ｂ）のように下向きに撓むとホルダー６８が引き下げられるが、圧電センサ９は引っ張られるのではなく縮められる方向の変形が加わる。すなわち図１７と比べて変形の方向が逆になる構成である。

また、図８、図９、図１０、図１３、図１５、図１６では、押圧手段や突起と圧電センサの間に隙間があるが、図４（ａ）と同様、説明の簡単化のために隙間を設けており、実際の使用時には両者は接触するということを付け加えておく。

以上のように、本発明にかかる振動検出装置および便座装置は、振動する剛体は固定部近傍では最も振動しにくいので、固定部近傍に支持された振動検出センサは少なくとも支持される部位では振動するのを防ぐことができる。よって振動検出センサ自身が振動しない環境で剛体に伝えられた振動を精度良く検出することができる。よって便座装置、風呂装置、シャワー装置に限らず、弾性の少ない座席に効果を発揮し、車椅子にも利用可能である。またすわるもの以外でも、使用者が接触して振動を与えるものならば応用可能なので、立って使用するもの、もたれて使用するもの、横になって使用するものなどにも有効である。一例として、体重計、身長計、ベッド、担架、手術台などが挙げられる。

本発明に係る第１の実施の形態を示す便座装置の分解斜視図 図１の便座装置に用いられる振動検出センサの外観斜視図 図１に示す便座装置が適用された便器の全体斜視図 図１の便座装置の要部断面図 図３に示す便器の使用状態の側面図 便座装置における制御ユニットのブロック構成図 便座装置におけるセンサ出力と動作とのタイムチャート 便座装置の他の形態の要部断面図 便座装置の他の形態の要部断面図 便座装置の他の形態の要部断面図 本発明に係る第２の実施の形態を示す風呂装置の断面構成図 図１１の風呂装置の要部断面図 風呂装置の他の形態の要部断面図 本発明に係る第３の実施の形態を示すシャワー装置の断面構成図 図１４のシャワー装置の要部断面図 シャワー装置の他の形態の要部断面図 本発明に係る第４の実施の形態を示す便座装置の要部断面構成図 便座装置の他の形態の要部断面構成図 従来の人体検出装置の断面構成図

符号の説明

５ 便座装置
６ 上蓋（剛体）
７ 基底板（剛体）
８ ケース
９、４５、５７ 圧電センサ（振動検出センサ）
２３ パッド（脚部（固定部））
３４、５６ 振動検出装置
４３ 湯船（剛体）
４４ 外枠（固定部）
５０ 座席（剛体）
５４ 支持板（固定部）

Claims (7)

1. 剛体に伝えられた振動を検出する振動検出センサを、前記剛体を固定する固定部近傍に支持する構成とした振動検出装置。
2. 剛体に伝えられた振動を検出する振動検出センサを、前記剛体から成るケース内に配置し、前記ケース底面に固定部としての脚部を設け、前記脚部近傍に前記振動検出センサを支持する構成とした振動検出装置。
3. 複数の固定部を有し、振動検出センサを前記複数の固定部近傍で支持する構成とした請求項１または２記載の振動検出装置。
4. 固定部よりも振動源側に振動検出センサを構成した請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動検出装置。
5. 振動検出センサは、可撓性を有する圧電センサで構成した請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動検出装置。
6. 剛体は便座とし、固定部は前記便座の下面に取り付けられ便器の上面に当接することで前記便座を固定できるパッドとし、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動検出装置により、前記便座に伝えられた使用者の体動を検出する構成とした便座装置。
7. 使用者の体動から着座、心拍、呼吸の少なくとも一つを検出する構成とした請求項６記載の便座装置。

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