JP2006014756A - 生体信号検出装置、シート及びシートベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の薄膜状の圧電素子よりも耐久性に優れる生体信号検出装置を提供する。
【解決手段】 永久磁石１０と磁気センサ１５との組み合わせからなり、生体信号による体表面の振動によってクッション材と共に永久磁石１０及び磁気センサ１５が相対変位することにより変化する磁気センサ１５を備え、該磁気センサ１５の検出値を時系列的に出力可能な構成である。すなわち、永久磁石１０及び磁気センサ１５間の相対変位による磁束密度の変化に応じて所定の検出値を得るものであり、従来の薄膜状の圧電素子のようにそれ自身が歪むものではない。従って、耐久性に優れており、本発明の生体信号検出装置は、シートに使用して、生体信号を検出する手段として適している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車、列車、航空機などの輸送機器に用いられる乗物用シート、事務用のシート、病院等において検査や診断等の際に人が着席するシートなどの各種のシートに支持されている人の生体信号、例えば、臀部・大腿部・そけい部・頸部又は手関節部の脈波、拍動、呼吸などを検出して時系列で出力する生体信号検出装置、該生体信号検出装置を備えたシート及びシートベルトに関する。

人の生体の状態、例えば、活性状態（覚醒状態）であるか、睡眠状態であるかを検出するには、従来、脳波を測定し、その脳波パターンを解析することにより行われている。しかしながら、脳波を測定するには、被検者の頭部に脳波電極や眼電位電極を取り付ける必要があるなど、人の通常動作を制約する環境下で行わなければならず、例えば、自動車、電車などの各種輸送機器の運転時における生体状態を運転者に負担をかけずに学術的な高いレベルでの評価は困難である。

一方、運転中の運転者の生体状態（心身状態）を監視することは、近年、事故予防策として注目されており、例えば、特許文献１、特許文献２には、心拍又は脈拍を用い、これをカオス解析して生体状態を監視する技術が提案されている。特許文献１及び２に開示の技術によれば、脳波測定用の大がかりな装置の頭部への装着が不要で、簡易に運転者の生体状態を評価できる。
特開平９−３０８６１４号公報 特開平１０−１４６３２１号公報

特許文献１及び２に開示された装置は、いずれも、心臓の拍動に伴う体表面の振動を、シートクッションを構成するクッション材の座面に装着した薄膜状の圧電素子によりセンシングするものである。しかしながら、シートクッションのクッション材は、人の着座動作の繰り返しや着座時の体動等により、加重、抜重が繰り返されるため、クッション材に貼着されて使用される薄膜状の圧電素子では耐久性の点で問題がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、薄膜状の圧電素子を用いることなく、人の生体信号によりクッション材に伝播される振動を時系列で検知、出力可能で、従来の薄膜状の圧電素子よりも耐久性に優れる生体信号検出装置、該生体信号検出装置を備えたシート及びシートベルトを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明では、永久磁石と磁気センサとの組み合わせからなり、
前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、人体に接触するクッション材に付設され、
他方が、一方に対して離間した任意の部位に略対向して設けられ、
生体信号による体表面の振動によって前記クッション材と共に前記永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサからの検出値を時系列的に出力可能であることを特徴とする生体信号検出装置を提供する。
請求項２記載の発明では、前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、シートを構成するシートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に付設され、
他方が、前記シートクッション又はシートバックに組み込まれると共に、一方に対して離間した位置に略対向して設けられることを特徴とする請求項１記載の生体信号検出装置を提供する。
請求項３記載の発明では、前記永久磁石及び磁気センサが、シートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に、その厚み方向に離間して付設されていることを特徴とする請求項２記載の生体信号検出装置を提供する。
請求項４記載の発明では、前記クッション材が、シートクッション又はシートバックを構成するフレームに伸び率０〜５％の範囲で張られた張力構造体として設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の生体信号検出装置を提供する。
請求項５記載の発明では、前記クッション材が、立体編物から構成されることを特徴とする請求項４記載の生体信号検出装置を提供する。
請求項６記載の発明では、前記磁気センサが、ホール素子又は巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の生体信号検出装置を提供する。
請求項７記載の発明では、シートクッション及びシートバックを備えると共に、生体信号検出装置を備えたシートであって、
前記生体信号検出装置は、
永久磁石と磁気センサとの組み合わせからなり、
前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、シートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に付設され、
他方が、前記シートクッション又はシートバックに組み込まれると共に、一方に対して離間した位置に略対向して設けられ、
生体信号による体表面の振動によって前記クッション材と共に前記永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサからの検出値を時系列的に出力可能な構成であることを特徴とするシートを提供する。
請求項８記載の発明では、前記生体信号検出装置を構成する永久磁石及び磁気センサが、シートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に、その厚み方向に離間して付設されていることを特徴とする請求項７記載のシートを提供する。
請求項９記載の発明では、前記クッション材が、シートクッション又はシートバックを構成するフレームに伸び率０〜５％の範囲で張られた張力構造体として設けられていることを特徴とする請求項７又は８記載のシートを提供する。
請求項１０記載の発明では、前記クッション材が、ベースクッション材と該ベースクッション材の表面上に配置される表層クッション材とを備えてなり、前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、ベースクッション材と表層クッション材との間に配設されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１に記載のシートを提供する。
請求項１１記載の発明では、前記ベースクッション材と表層クッション材との間に永久磁石が配置されると共に、永久磁石を挟んで重なるベースクッション材と表層クッション材の各隣接面の面剛性が近似していることを特徴とする請求項１０記載のシートを提供する。
請求項１２記載の発明では、前記クッション材が、立体編物から構成されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１に記載のシートを提供する。
請求項１３記載の発明では、前記生体信号検出装置を構成する磁気センサが、ホール素子又は巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１に記載のシートを提供する。
請求項１４記載の発明では、シートに付設されるシートベルトであって、
永久磁石及び磁気センサが、クッション材を介して厚み方向に離間して略対向して設けられ、
生体信号による体表面の振動によって前記クッション材と共に前記永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサからの検出値を時系列的に出力可能な構成であることを特徴とするシートベルトを提供する。
請求項１５記載の発明では、前記生体信号検出装置を構成する磁気センサが、ホール素子又は巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１４記載のシートベルトを提供する。

本発明によれば、永久磁石と磁気センサとの組み合わせからなり、生体信号による体表面の振動によってクッション材と共に永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサを備え、該磁気センサの検出値を時系列的に出力可能な構成である。すなわち、永久磁石及び磁気センサ間の相対変位による磁束密度の変化に応じて所定の検出値を得るものであり、従来の薄膜状の圧電素子のようにそれ自身が歪むものではない。従って、耐久性に優れており、本発明の生体信号検出装置は、シートに使用して、生体信号を検出する手段として適している。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１〜図３は、自動車などの乗物用のシート１００に、本発明の一の実施形態に係る生体信号検出装置１を付設した状態の概略構成図である。生体信号検出装置１は、永久磁石１０と磁気センサ１５とを備えて構成され、該磁気センサ１５により検出された信号データが演算部２０に送信され、所定のデータ加工処理がなされる。

永久磁石１０と磁気センサ１５とは、両者間に所定の間隔をおいて配設され、相対変位により、両者間の磁界が変化するように設けられる。人が着座した状態で脈波、拍動、呼吸などの生体信号によって両者が相対変位する必要があるため、一方は、シートクッション又はシートバックのクッション材において相対的に人体との接触面寄りに設けられる。本実施形態では、永久磁石１０を人体との接触面寄りに設けている。人の負荷がかかることを考慮すると、人体との接触面寄りには、磁気センサ１５ではなく、本実施形態のように永久磁石１０を配設することが好ましい。

磁気センサ１５としては、ホール素子又は巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）を用いることが好ましい。永久磁石１０及び磁気センサ１５は、複数組設けることもできる。また、巨大磁気抵抗素子としては、本出願人が特開２００２−４０１１７号として提案している面状磁気センサを用いることもできる。永久磁石１０及び磁気センサ１５は、臀部脈波を検出する場合、シートクッションのクッション材において座骨結節下付近に設けることが好ましく、拍動を検出する場合、シートバックの腰椎部付近に対応する位置に設けることが好ましい。呼吸を検出する場合には、シートクッション又はシートバックのいずれでも対応可能である。

上記した生体信号検出装置１が装備されるシート１００は、シートクッション１２０やシートバック１４０の各クッション構造が、臀部脈波、拍動、呼吸などによって生じる筋肉の僅かな圧力変動を生体信号検出装置１に伝達できると共に、フロア振動の除振機能の高い性能を備えたものであることが好ましい。脈波等の循環系の生体信号の周波数帯は１０Ｈｚ以下の周波数帯に集中し、呼吸で０．２５〜０．３３Ｈｚ、心拍数で０．８３〜１．１７Ｈｚ、脈波で０．５〜１０Ｈｚと極めて低く、振幅は数ｍｍ以下であり、高い感度を必要とする。ところが、外部入力も入ってくるため、高い除振機能を備えることが必要となる。図１〜図３は、かかる性能を備えた好ましいシート１００の一例を示すものである。

すなわち、このシート１００のシートクッション１２０は、クッションフレーム１２１の後部にトーションバー１２２を備え、該トーションバー１２２によって後倒方向に付勢されるアーム１２３に後部支持フレーム１２４を支持し、前部支持フレーム１２５と該後部支持フレーム１２４との間に張設されるベースクッション材１２６を備えている。ベースクッション材１２６の上部には、図２において想像線で示したように、クッションフレーム１２１に低い張力で張られる表層クッション材１２７が設けられる。なお、ベースクッション材１２６及び表層クッション材１２７は、それぞれ１枚のクッション材で形成することもできるし、必要に応じて複数枚のクッション材を積層して形成することもできる。

永久磁石１０は、ベースクッション材１２６と表層クッション材１２７との間に設けられる。ベースクッション材１２６は、トーションバー１２２の弾性力によって張力が付与された構造となっているため、フロア振動を除振する。これにより、表層クッション材１２７への振動伝達が減殺される。一方、表層クッション材１２７は、クッションフレーム１２１に低い張力で張られているため、着座時において人の筋肉（特に、臀部筋肉）の圧迫が小さく、血管の拡張・収縮運動、呼吸あるいは体動などによる筋肉運動を妨げない。これにより、生体信号検出装置１によって収集される信号データへの外部振動ノイズの混入が小さくなり、より正確に生体変位信号に起因する圧力変動信号を収集することが可能となる。なお、永久磁石１０としては、例えば、直径３〜１０ｍｍ程度のものを使用することができる。また、永久磁石１０は、ベースクッション材１２６の表面側のみでなく、ベースクッション材１２６の厚みの範囲内に配設する構成とすることも可能である。

また、磁気センサ１５は、永久磁石１０に対向するようにベースクッション材１２６の裏面側に支持される。支持手段は任意であるが、本実施形態では、クッションフレーム１２１の任意部位に連結された合成樹脂製のプレート部材１６を設け、該プレート部材１６に磁気センサ１５を固定している。なお、ベースクッション材１２６の裏面に磁気センサ１５を取り付けることもできる。磁気センサ１５をこのようにベースクッション材１２６の裏面に取り付けた場合には、永久磁石１０と共に磁気センサ１５自体も多少変位するが、ベースクッション材１２６を構成する立体編物の連結糸を介しているため、磁気センサ１５自体が変位したとしても、該連結糸のたわみにより、永久磁石１０との相対距離は変化する。

表層クッション材１２７は、二次元のネット材、薄型のウレタン材などから形成することもできるが、臀部筋肉等への圧迫をより小さくするためには、表層クッション材１２７をクッションフレーム１２１に張設した際のバネ特性が、臀部筋肉等のバネ特性にできるだけ近似した構成であることが好ましい。このような特性を有する表層クッション材１２７としては、本出願人が、例えば、特開２００２−３３６０７６公報に開示した反力の小さな立体編物等を用いることが好ましい。立体編物は、例えば、ダブルラッセル編機等を用いて形成され、所定間隔をおいて位置する一対のグランド編地間に連結糸を往復させて編成される。なお、ベースクッション材１２６も、表層クッション材１２７と同様に、二次元のネット材や立体編物等を用いることができるが、ベースクッション材１２６の表面側に永久磁石１０を配置し、裏面側に磁気センサ１５を配置する場合には、立体編物を用いることが好ましい。

永久磁石１０は、上記したように配置することにより、図４に模式的に示したように、トーションバー１２２などのバネ材による弾性と、立体編物等からなるベースクッション材１２６等の有する減衰性とにより、静的なバネ特性として、人が着座した平衡状態において、所定の変位量範囲において荷重の増減がほとんどない、いわゆるバネ定数ゼロの範囲を有する除振機構と、クッションフレーム１２１に張設された立体編物等からなる表層クッション材１２７のような、臀部筋肉等のバネ特性に近似した筋肉を圧迫しないバネ特性を有するクッション機構との間に配設されることになる。

なお、バネ定数ゼロの範囲を有する除振機構としては、本実施形態のようなトーションバー１２２とベースクッション材１２６との組み合わせから作ったものに限らず、本出願人が提案している特開２００３−１３９１９２号公報や特開２００２−２０６５９４号公報に開示されているように、磁石の反発力や吸引力と金属バネ等の弾性部材とを組み合わせて構成され、負荷質量の平衡点においてバネ定数が略ゼロとなる領域を有する除振機構を用いたシートサスペンション等から構成することもできる。また、このようなバネ定数が略ゼロになる除振機構を利用し、ここで使用する磁石として上記永久磁石１０を併用し、磁気センサ１５を鉄等の磁性体に支持させて対向配置し、両者間に吸引磁界を生じさせる構成とすることもできる。この場合には、該永久磁石１０と磁気センサ１５を支持する磁性体とにより、バネ定数が負となる領域が生じることから、上記したトーションバー１２２の正のバネ定数と重畳され、別途の除振機構を備えていなくてもバネ定数が略ゼロとなる除振機構を形成できると共に、永久磁石１０と磁気センサ１５との相対変位により、生体信号も検出することが可能である。

シートバック１４０は、ベースクッション材１４１と、該ベースクッション材１４１を被覆するようにバックフレーム１４２に張設される表層クッション材（図示せず）とを備えて構成される。ベースクッション材１４１や表層クッション材は、上記したシートクッション１２０に用いたものと同様に、立体編物等を用いて構成される。なお、ベースクッション材１４１は、上端がバックフレーム１４２の上部にコイルスプリング１４４により支持され、下端がクッションフレーム１２１にコイルスプリング１４５により支持されて、所定の張力が付与され、除荷時の復元性が確保される構成となっている。

演算部２０は、生体信号検出装置１を構成する磁気センサ１５と無線又は信号ケーブルを介して接続されており、磁気センサ１５の出力電圧を受信する受信手段と、該受信手段により受信した出力電圧を時系列のデータとして加工するデータ加工手段を備えている。データ加工手段は、時系列データをそのまま出力し、当該データを他のコンピュータにより更なる処理を行うものであってもよいし、データ加工手段において更なる処理を行うものであってもよい。なお、ここでいう更なる処理には、本出願人が、例えば、特願２００４−８９２６３号として提案しているように、取得した上記時系列データの所定時間範囲における平均の変化率を求め、該変化率を用いてスライド計算し、得られた結果により人の状態（覚醒状態であるか、睡眠状態であるかなど）を判定する処理が挙げられる。生体信号検出装置１により得られる原波形の時系列データにより、人の脈波、拍動、呼吸の時系列変化であるゆらぎの様子を見ることができるが、上記した更なる処理を行うことにより、より大きなゆらぎの傾向を捉えることができるため、肉体的、精神的な時系列の変化を判定し易くする。

（試験例１〜４）
図５に示したように、加振機に永久磁石を固定し、該永久磁石に対して１０ｍｍ離れた位置にホール素子をセットし、加振機の加振周波数及び振幅をそれぞれ次のような条件に設定し出力電圧の変化を計測した。なお、加振機に永久磁石を固定して加振しているため、加振機の振幅は、永久磁石とホール素子との相対距離の変化と同じである。

加振機の加振条件
（１）試験例１（図６〜図９）
周波数０．２Ｈｚ
振幅０．２５ｍｍ（上下ピーク間振幅０．５ｍｍ）の場合、及び振幅０．５ｍｍ（上下ピーク間振幅１．０ｍｍ）の場合
（２）試験例２（図１０〜図１１）
周波数０．５Ｈｚ
振幅１．５ｍｍ（上下ピーク間振幅３．０ｍｍ）の場合、及び振幅２．０ｍｍ（上下ピーク間振幅４．０ｍｍ）の場合
（３）試験例３（図１２〜図１３）
周波数１Ｈｚ
振幅１．５ｍｍ（上下ピーク間振幅３．０ｍｍ）の場合、及び振幅２．０ｍｍ（上下ピーク間振幅４．０ｍｍ）の場合
（４）試験例４（図１４〜図１５）
周波数３Ｈｚ
振幅１．５ｍｍ（上下ピーク間振幅３．０ｍｍ）の場合、及び振幅２．０ｍｍ（上下ピーク間振幅４．０ｍｍ）の場合

図６は、試験例１の振幅０．２５ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）とホール素子の出力電圧の時系列データを併せて示したものであり、図７（ａ）はホール素子の出力電圧の周波数解析結果を、（ｂ）は加振機の振幅（変位）の周波数解析結果をそれぞれ示す。図８は、試験例１の振幅０．５ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）とホール素子の出力電圧の時系列データを併せて示したものであり、図９（ａ）はホール素子の出力電圧の時系列データの周波数解析結果を、（ｂ）は加振機の振幅（変位）の周波数解析結果をそれぞれ示す。

図６及び図８から明らかなように、加振機の変位に伴い、ホール素子の出力電圧がほぼ同位相で変化していることがわかる。従って、永久磁石とホール素子の相対距離が変化した場合、試験例１のように０．２５Ｈｚという極めて低い周波数であっても、ホール素子の出力電圧値の変化を検出することができることがわかる。図７及び図９の周波数解析結果から、いずれも、０．２Ｈｚにピークが生じており、ホール素子の出力が、加振機の振幅（変位）である永久磁石とホール素子の相対距離の変化に対応していることがわかる。

図１０（ａ）は、試験例２の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子からの出力電圧の時系列データを示したものであり、（ｂ）は、振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）を示したものである。図１１（ａ）は振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子の出力電圧の周波数解析結果を、（ｂ）は振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）の周波数解析結果をそれぞれ示す。

図１０（ａ），（ｂ）から、試験例２においても、加振機の変位に伴い、ホール素子の出力電圧がほぼ同位相で変化しており、図１１（ａ），（ｂ）の周波数解析結果から、いずれも、０．５Ｈｚにピークが生じ、ホール素子の出力が、加振機の振幅（変位）である永久磁石とホール素子の相対距離の変化に対応していることがわかる。

図１２〜図１３は、試験例３の結果を示し、図１４〜図１５は、試験例４の結果を示す。これらの図から、加振周波数１Ｈｚの場合、３Ｈｚの場合のいずれも、試験例１及び試験例２と同様に、ホール素子の出力が、永久磁石とホール素子の相対距離の変化に対応していることがわかる。従って、上記各試験例により、０．２５〜３Ｈｚという極めて低い周波数帯において、永久磁石とホール素子との相対変位を敏感に検出することができることがわかった。

（試験例５）
図１６に示したように、シートクッションを構成する立体編物からなるベースクッション材の表面側に永久磁石を配置し、その反対面側において、ホール素子をクッションフレームに連結したプレート部材によって固定支持させると共に、永久磁石上を覆う立体編物からなる表層クッション材を配設したシートに被験者を静的状態で着座させ、ホール素子からの出力電圧を検出した（試験例５）。永久磁石とホール素子との間隔は、被験者が着座した状態において１０ｍｍであり、また、ベースクッション材の裏面がホール素子に接触しないように、ベースクッション材の裏面とホール素子との間隔が２〜３ｍｍとなるように設置した。また、比較のため、永久磁石及びホール素子に代えて、ベースクッション材と表層クッション材との間に圧電素子を配置して出力電圧を検出した（比較例１）。

図１７は、試験例５のホール素子の出力電圧の時系列データであり、図１８は、比較例１の圧電素子の出力電圧の時系列データである。両者を比較すると、従来用いられている圧電素子と同様に、ホール素子によっても静的状態で着座している人から伝播される振動を検出できることがわかる。

図１９は試験例５の周波数解析結果であり、図２０は比較例１の周波数解析結果である。これらの図から、０．２〜０．４Ｈｚ付近、１．２〜１．４Ｈｚ付近、２．６〜２．８Ｈｚ付近、４〜４．２Ｈｚ付近において、周波数ピークが見られる。０．２〜０．４Ｈｚ付近は呼吸周波数に対応するものであり、その他は臀部脈波の周波数に対応するものであることから、ホール素子により、圧電素子と同様に生体信号を検出できることがわかった。

（試験例６）
上記したように永久磁石を表層クッション材とベースクッション材との間に配設することにより、外部振動の影響を低減できるが、表層クッション材及びベースクッション材として用いる立体編物について、表面と裏面の各面剛性を異ならせた組み合わせを準備し、各面剛性の組み合わせによる検出感度への影響について調べた。試験は、図１６に示したシートに、後述する組み合わせパターンで永久磁石を配置し、試験例５と同様に、該シートに被験者を静的状態で着座させ、ホール素子からの出力電圧を検出すると共に、いずれのパターンにおいても、永久磁石及びホール素子に代えてベースクッション材と表層クッション材との間に圧電素子を配置して出力電圧を測定し、ホール素子のデータと比較した。なお、永久磁石とホール素子との間隔、ベースクッション材の裏面とホール素子との間隔の設定は試験例５と同様である。

・試験条件
具体的には、次のような組み合わせパターンで試験を行った。
パターン（１）・・・表層クッション材及びベースクッション材が共に、上面側の面剛性が低く、下面側の面剛性が高くなるように配置した場合（図２１（ａ））。
すなわち、永久磁石は表層クッション材における面剛性の高い面とベースクッション材における面剛性の低い面との間に配置される。
パターン（２）・・・表層クッション材及びベースクッション材が共に、上面側の面剛性が高く、下面側の面剛性が低くなるように配置した場合（図２１（ｂ））。
すなわち、永久磁石は表層クッション材における面剛性の低い面とベースクッション材における面剛性の高い面との間に配置される。
パターン（３）・・・表層クッション材は、上面側の面剛性が高く、下面側の面剛性が低くなるように配置し、ベースクッション材は、上面側の面剛性が低く、下面側の面剛性が高くなるように配置した場合（図２１（ｃ））。
すなわち、永久磁石は表層クッション材における面剛性の低い面とベースクッション材における面剛性の低い面との間に配置される。
パターン（４）・・・表層クッション材は、上面側の面剛性が低く、下面側の面剛性が高くなるように配置し、ベースクッション材は、上面側の面剛性が高く、下面側の面剛性が低くなるように配置した場合（図２１（ｄ））。
すなわち、永久磁石は表層クッション材における面剛性の高い面とベースクッション材における面剛性の高い面との間に配置される。

・試験結果
図２２はパターン（１）の試験結果を、図２３はパターン（２）の試験結果を、図２４はパターン（３）の試験結果を、図２５はパターン（４）の試験結果をそれぞれ示す。また、図２２〜図２４において、（ａ）は圧電素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｂ）はホール素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｃ）は圧電素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示し、（ｄ）はホール素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示す。

これらの図から明らかなように、パターン（１）及びパターン（２）の場合には、図２２及び図２３から、周波数解析を行っても、生体信号といえる明確な周波数ピークを判別しにくいことがわかった。これに対し、パターン（３）及びパターン（４）の場合には、図２４及び図２５から、０．２〜０．４Ｈｚ付近、１．２〜１．４Ｈｚ付近、２．４〜２．７Ｈｚ付近に周波数のピークが生じていることがわかる。従って、表層クッション材及びベースクッション材としては、パターン（３）及びパターン（４）のように、面剛性が近似したもの同士を隣接させ、その間に、永久磁石を配置すると、生体信号をより明瞭に検出できることがわかった。なお、面剛性が近似したもの同士を隣接させる手段としては、ベースクッション材及び表層クッション材のいずれもが、厚み方向に面剛性の変化がなく表裏とも同じ面剛性のもの同士、例えば、面剛性が表裏面共に低いもの同士、あるいは面剛性が表裏面共に高いもの同士を積層させた構成も考えられるが、この場合には、生体信号検出装置としての機能は損なわれないにしても、座り心地や振動吸収機能が損なわれる。このため、図２１（ｃ），（ｄ）に示したように、ベースクッション材及び表層クッション材は、それぞれ、厚み方向の面剛性が表裏面で異なるものを用いた上で、ベースクッション材及び表層クッション材の隣接面同士の面剛性が近似するように配置することが好ましい。

なお、上記した説明では、永久磁石及び磁気センサを備えて構成される生体信号検出装置をシートクッション又はシートバックに設けているが、人体に接触する部材であれば他の部材に設けることも可能である。例えば、シートベルトに立体編物などのクッション性のある素材を付設し、あるいは、シートベルト自体を立体編物等から形成し、該立体編物に永久磁石と磁気センサを相対的に離間させて設けることもできる。

例えば、図２６に示したように、クッション材としての立体編物を挟んで永久磁石及び磁気センサを設けた生体信号検出装置を、シートベルトの肩部（Ａ）、胸部（Ｂ）、腹部（Ｃ）、脇腹部（Ｄ）などに設けることにより、頸部やそけい部の脈波、拍動あるいは呼吸を検出することができる。

また、クッション材としての立体編物を挟んで永久磁石及び磁気センサを設けた生体信号検出装置をベルト状の部材、例えば、リストバンドのような構造とし、手関節部（Ｅ）や手指（Ｆ）に設けたりすることもできる。また、シートクッション上に配置して使用される座布団状の補助クッション材の大腿部対応部（Ｇ）や臀部対応部（Ｈ）などに生体信号検出装置を設け、大腿部や臀部の脈波などを検出する構成とすることもできる。

図２７（ａ）〜（ｈ）は、図２６に示したように、肩部や胸部などに、独立して取り付ける場合の生体信号検出装置の具体構造の例を示すものである。まず、図２７（ａ）に示した生体信号検出装置２００は、ベース部材２１０と、ベース部材２１０の厚み方向に貫通する孔部に装填されるセンサユニット２２０とを備えて構成される。ベース部材２１０は、例えば、略長方形で厚さ１０ｍｍ程度の立体編物から形成することができる。センサユニット２２０は、図２７（ａ），（ｂ）に示したように、クッション材２３０と磁気センサ２４０とを備えており、磁気センサ２４０は筒状のケーシング２５０内に固定配置されている。クッション材２３０は、一端面が人体に接触する接触片２３１と、ケーシング２５０と接触片２３１との間に配設されるコイルスプリング２３２との組み合わせからなり、接触片２３１に連接されたロッド部２３３の端部がケーシング２５０内に位置している。永久磁石２６０は該ロッド部２３３の端部に取り付けられ、磁気センサ２４０と対向している。かかるセンサユニット２２０は、ケーシング２５０の外方に突出するフランジ部２５１を備えており、該フランジ部２５１がベース部材２１０に縫製、接着、溶着などの手段により連結されることにより、ベース部材２１０と一体化される。
なお、永久磁石２６０としては厚さ２〜３ｍｍ、直径５ｍｍ程度のものを用いることができる。

図２７(a)に示した生体信号検出装置２００においても、図２６に示したように人体に接触するように取り付けることにより、上記実施形態と同様、呼吸、脈波等によってクッション材２３０を構成する接触片２３１が変位するため、永久磁石２６０とホール素子等の磁気センサ２４０との相対距離が変化する。従って、磁気センサ２４０からの出力電圧を時系列的に検出することで、生体信号を収集することができる。

図２７（ｃ），（ｄ）に示した生体信号検出装置２００は、センサユニット２２０のクッション材２３０を構成するコイルスプリング２３２をケーシング２５０内に収容して付勢する構成としたものである。その他の構成は図２７（ａ），（ｂ）に示したものとほぼ同様である。

図２７（ｅ），（ｆ）に示した生体信号検出装置２００は、センサユニット２２０として、発泡ウレタンやゴムなどの弾性体２７０中に、所定間隔をおいて永久磁石２６０及び磁気センサ２４０を埋設したものを用いたタイプである。図２７（ｇ），（ｈ）に示した生体信号検出装置２００は、センサユニット２２０として、発泡ウレタンやゴムなどから形成される中空の弾性体２８０内に、永久磁石２６０及び磁気センサ２４０を諸知恵間隔をおいて対向配置したものである。なお、符号２８１は空気穴である。

図２７（ｃ）〜（ｈ）に示した各生体信号検出装置２００においても、図２７（ａ），（ｂ）に示したものと同様の作用、効果を奏する。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる生体信号検出装置を取り付けたシートの概略構成を示す斜視図である。 図２は、上記シートの概略構成を示す側面図である。 図３は、上記シートの概略構成を示す平面図である。 図４は、生体信号検出装置を構成する永久磁石及び磁気センサの好ましい配設位置を示す模式図である。 図５は、試験例１〜４の測定方法を説明するための図である。 図６は、試験例１の振幅０．２５ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）とホール素子の出力電圧の時系列データを併せて示した図である。 図７（ａ）は、ホール素子の出力電圧の周波数解析結果を、（ｂ）は加振機の振幅（変位）の周波数解析結果を示す図である。 図８は、試験例１の振幅０．５ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）とホール素子の出力電圧の時系列データを併せて示した図である。 図９（ａ）は、ホール素子の出力電圧の時系列データの周波数解析結果を、（ｂ）は加振機の振幅（変位）の周波数解析結果を示す図である。 図１０（ａ）は、試験例２の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子からの出力電圧の時系列データを示した図であり、（ｂ）は、振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）を示した図である。 図１１（ａ）は、試験例２の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子の出力電圧の周波数解析結果を、（ｂ）は振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）の周波数解析結果を示した図である。 図１２（ａ）は、試験例３の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子からの出力電圧の時系列データを示した図であり、（ｂ）は、振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）を示した図である。 図１３（ａ）は、試験例３の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子の出力電圧の周波数解析結果を、（ｂ）は振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）の周波数解析結果を示した図である。 図１４（ａ）は、試験例４の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子からの出力電圧の時系列データを示した図であり、（ｂ）は、振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）を示した図である。 図１５（ａ）は、試験例３の振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合のホール素子の出力電圧の周波数解析結果を、（ｂ）は振幅１．５ｍｍの場合及び振幅２．０ｍｍの場合の加振機の振幅（変位）の周波数解析結果を示した図である。 図１６は、試験例５の測定方法を説明するための図である。 図１７は、試験例５のホール素子の出力電圧の時系列データを示す図である。 図１８は、比較例１の圧電素子の出力電圧の時系列データを示す図である。 図１９は、試験例５の周波数解析結果を示す図である。 図２０は、比較例１の周波数解析結果を示す図である。 図２１（ａ）〜（ｄ）は、試験例６におけるベースクッション材及び表層クッション材の組み合わせパターンを説明するための模式図である。 図２２は、試験例６におけるパターン（１）の試験結果を示す図であり、（ａ）は圧電素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｂ）はホール素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｃ）は圧電素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示し、（ｄ）はホール素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示す。 図２３は、試験例６におけるパターン（２）の試験結果を示す図であり、（ａ）は圧電素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｂ）はホール素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｃ）は圧電素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示し、（ｄ）はホール素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示す。 図２４は、試験例６におけるパターン（３）の試験結果を示す図であり、（ａ）は圧電素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｂ）はホール素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｃ）は圧電素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示し、（ｄ）はホール素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示す。 図２５は、試験例６におけるパターン（４）の試験結果を示す図であり、（ａ）は圧電素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｂ）はホール素子から得られた出力電圧の原波形を示し、（ｃ）は圧電素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示し、（ｄ）はホール素子から得られた出力電圧の周波数解析結果を示す。 図２６は、シートクッション又はシートバック以外の部位に生体信号検出装置を取り付ける場合の取り付け位置の例を模式的に示した図である。 図２７（ａ）〜（ｈ）は、図２６に示したように用いる生体信号検出装置の具体構造の各種の例を示す図であり、（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）はいずれも生体信号検出装置を示す断面図であり、（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）は各生体信号検出装置において用いたセンサユニットを示す図である。

符号の説明

１，２００ 生体信号検出装置
１０，２６０ 永久磁石
１５，２４０ 磁気センサ
２０ 演算部
１００ シート
１２０ シートクッション
１２２ トーションバー
１２６ ベースクッション材
１２７ 表層クッション材
１４０ シートバック
１４１ ベースクッション材

Claims (15)

1. 永久磁石と磁気センサとの組み合わせからなり、
   前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、人体に接触するクッション材に付設され、
   他方が、一方に対して離間した任意の部位に略対向して設けられ、
   生体信号による体表面の振動によって前記クッション材と共に前記永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサからの検出値を時系列的に出力可能であることを特徴とする生体信号検出装置。
2. 前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、シートを構成するシートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に付設され、
   他方が、前記シートクッション又はシートバックに組み込まれると共に、一方に対して離間した位置に略対向して設けられることを特徴とする請求項１記載の生体信号検出装置。
3. 前記永久磁石及び磁気センサが、シートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に、その厚み方向に離間して付設されていることを特徴とする請求項２記載の生体信号検出装置。
4. 前記クッション材が、シートクッション又はシートバックを構成するフレームに伸び率０〜５％の範囲で張られた張力構造体として設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の生体信号検出装置。
5. 前記クッション材が、立体編物から構成されることを特徴とする請求項４記載の生体信号検出装置。
6. 前記磁気センサが、ホール素子又は巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の生体信号検出装置。
7. シートクッション及びシートバックを備えると共に、生体信号検出装置を備えたシートであって、
   前記生体信号検出装置は、
   永久磁石と磁気センサとの組み合わせからなり、
   前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、シートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に付設され、
   他方が、前記シートクッション又はシートバックに組み込まれると共に、一方に対して離間した位置に略対向して設けられ、
   生体信号による体表面の振動によって前記クッション材と共に前記永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサからの検出値を時系列的に出力可能な構成であることを特徴とするシート。
8. 前記生体信号検出装置を構成する永久磁石及び磁気センサが、シートクッション及びシートバックの少なくとも一方に設けられたクッション材に、その厚み方向に離間して付設されていることを特徴とする請求項７記載のシート。
9. 前記クッション材が、シートクッション又はシートバックを構成するフレームに伸び率０〜５％の範囲で張られた張力構造体として設けられていることを特徴とする請求項７又は８記載のシート。
10. 前記クッション材が、ベースクッション材と該ベースクッション材の表面上に配置される表層クッション材とを備えてなり、前記永久磁石及び磁気センサのいずれか一方が、ベースクッション材と表層クッション材との間に配設されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１に記載のシート。
11. 前記ベースクッション材と表層クッション材との間に永久磁石が配置されると共に、永久磁石を挟んで重なるベースクッション材と表層クッション材の各隣接面の面剛性が近似していることを特徴とする請求項１０記載のシート。
12. 前記クッション材が、立体編物から構成されることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１に記載のシート。
13. 前記生体信号検出装置を構成する磁気センサが、ホール素子又は巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１に記載のシート。
14. シートに付設されるシートベルトであって、
    永久磁石及び磁気センサが、クッション材を介して厚み方向に離間して略対向して設けられ、
    生体信号による体表面の振動によって前記クッション材と共に前記永久磁石及び磁気センサが相対変位することにより変化する磁気センサからの検出値を時系列的に出力可能な構成であることを特徴とするシートベルト。
15. 前記生体信号検出装置を構成する磁気センサが、ホール素子又は巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１４記載のシートベルト。