JP2022107610A - 人体検出装置、ベッド装置及び人体検出システム - Google Patents
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Abstract
Description
[特許文献2]特開平10-229973号公報
<1> 人体から受ける圧力の方向と交差する板材の複数の領域の各々において、軸方向が前記板材に沿って設けられ、かつ径方向に加えられた圧力を検出するライン状の圧電基材と、
前記圧電基材に接すると共に前記板材に沿って設けられ、前記人体との接触により加圧される加圧部と、
前記圧電基材毎に前記圧電基材に接し、前記加圧部と前記圧電基材を挟んで反対側に配置されている複数の緩衝材と、
メモリと、
前記メモリに接続され、かつ前記圧電基材の各々の出力信号を検出可能とするプロセッサと、を備え、
前記圧電基材は、長尺の導体と、前記導体に対して一方向に螺旋状に巻回された長尺状の圧電体と、を含み、
前記圧電基材は軸方向の応力に対して径方向に分極が生じ、かつX線回折測定から下記式(a)によって求められる前記圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲である人体検出装置。
(ただし、αは配向由来のピークの半値幅を表す。)
<2> 隣接する前記緩衝材は、互いに離間して配置されている<1>に記載の人体検出装置。
<3> 前記プロセッサは、
前記導体と前記圧電体との間の電位差から前記圧電体に入力された圧力を検知する<1>又は<2>に記載の人体検出装置。
<4> 前記圧電基材は前記圧電体の周囲に被覆部材を有する<1>から<3>の何れか1に記載の人体検出装置。
<5> 前記加圧部の厚さは、0.005~200mmの範囲にあり、前記加圧部の硬さはJISK6400-2に規定されるA法に準拠して測定した場合に50~200Nの範囲にある<1>から<4>の何れか1に記載の人体検出装置。
<6> 前記加圧部における加圧方向に沿って前記加圧部、前記圧電基材、前記緩衝材及び前記板材が配置されている<1>から<5>の何れか1に記載の人体検出装置。
<7> 前記緩衝材には、発泡プラスチックが用いられている<1>から<6>の何れか1に記載の人体検出装置。
<8> 前記圧電基材が生体情報取得デバイスである、<1>から<7>の何れか1に記載の人体検出装置。
<9> 前記圧電基材は、前記軸方向に垂直な断面の形状が非円形断面である<1>から<8>の何れか1に記載の人体検出装置。
<10> 前記圧電基材は、前記軸方向に垂直な断面において、短径に対する長径の寸法比が1.05~10.00である<9>に記載の人体検出装置。
<11> <1>から<10>の何れか1に記載の人体検出装置を備えたベッド装置。
<12> <1>から<10>の何れか1に記載の人体検出装置と、
前記板材において所定方向に沿って設けられた前記領域と、
前記領域の各々に配設された前記圧電基材と、を備え、
前記プロセッサは、前記所定方向において隣接する前記圧電基材同士の出力信号を比較して、前記板材上における前記人体の移動を判定する人体検出システム。
<第1の実施形態>
図1~図8を基に、第1の実施形態として、人体検出システムであるベッド装置10と、ベッド装置10が備える人体検出装置30について説明する。
〔ベッド装置の構成〕
図1に示すように、本実施形態のベッド装置10は、脚付きのベッド20と、人体検出装置30と、を備えている。ベッド20は、床面に設置される枠状のフレーム22と、フレーム22の中央部を覆う板材としての一対の床板24と、床板24の上面に載置されるマットレス26と、を備えている。
〔人体検出装置の構成〕
本実施形態の人体検出装置30は、加圧部としてのマットレス26と、床板24とマットレス26との間に設置され、圧力を検知可能なセンサユニット32と、センサユニット32からの出力信号を検出する検出部を有する情報処理ユニット40と、を備えている。センサユニット32は、板状であって、図2及び図3に示すように、ベッド幅方向を長手方向とするように床板24の上に設置されている。すなわち、センサユニット32は、臥位の人体に対する交差方向に設置される。センサユニット32は、床板24への設置面を基準面33として、基準面33の交差方向から加わる圧力(矢印P参照)を検知可能に形成されている(図3参照)。また、図2に示すように、本実施形態のセンサユニット32は長手方向において4つの領域34に区分けされている。各領域34には、圧力を検知するケーブル状の圧電基材12が、センサユニット32の長手方向(ベッド幅方向)に沿って設置されている。これにより、マットレス26では、圧力の検知範囲がベッド幅方向に4分割される。そして、本実施形態のマットレス26には、各領域34(又は圧電基材12)に対応する検知領域27として、部位A~Dが存在する。
〔圧電基材〕
本実施形態のベッド装置10において圧力検出に用いられる圧電基材の概要について説明する。
前記第1の圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)(以下、単に「ヘリカルキラル高分子(A)」ともいう)を含み、
前記第1の圧電体の長さ方向と、前記第1の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向と、が略平行であり、
X線回折測定から下記式(a)によって求められる前記第1の圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲である圧電基材。
配向度F=(180°―α)/180°・・(a)
ただし、αは配向由来のピークの半値幅を表す。αの単位は、°である。
〔第1の実施形態の圧電基材〕
第1の実施形態の圧電基材は、長尺状の導体が内部導体であり、長尺状の第1の圧電体が、内部導体の外周面に沿って一方向に螺旋状に巻回されていることが好ましい。
第2の圧電体の長さ方向と、第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向と、が略平行であり、
X線回折測定から前記式(a)によって求められる第2の圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲であり、
第1の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティと、第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティと、が互いに異なることが好ましい。
第1の絶縁体が、第1の圧電体から見て、内部導体とは反対側に配置されていることが好ましい。
第2の圧電体が、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含み、
第2の圧電体の長さ方向と、第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向と、が略平行であり、
X線回折測定から前記式(a)によって求められる第2の圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲であり、
第1の圧電体と第2の圧電体とは交互に交差された組紐構造をなし、
第1の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティと、第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)のキラリティと、が互いに異なることが好ましい。
第1の圧電体と第1の絶縁体とは交互に交差された組紐構造をなすことが好ましい。
〔具体的態様A〕
図6Aは、第1の実施形態に係る圧電基材の具体的態様Aを示す側面図である。図6Bは、図6AのX-X’線断面図である。
〔具体的態様B〕
図7は、第1の実施形態に係る圧電基材の具体的態様Bを示す側面図である。
以上のことから、具体的態様Bの圧電基材12Aによれば、圧電感度、及び圧電出力の安定性がより向上する。
〔具体的態様C〕
図8は、第1の実施形態に係る圧電基材の具体的態様Cを示す側面図である。
以上のことから、具体的態様Cの圧電基材12Bによれば、圧電感度、及び圧電出力の安定性がより向上する。
<導体>
本実施形態の圧電基材は、長尺状の導体を備える。
<第1の圧電体>
本実施形態の圧電基材は、長尺状の第1の圧電体を備える。
(ヘリカルキラル高分子(A))
本実施形態における第1の圧電体は、光学活性を有するヘリカルキラル高分子(A)を含む。
即ち、ヘリカルキラル高分子(A)の光学純度は、
『「ヘリカルキラル高分子(A)のL体の量〔質量%〕とヘリカルキラル高分子(A)のD体の量〔質量%〕との量差(絶対値)」を「ヘリカルキラル高分子(A)のL体の量〔質量%〕とヘリカルキラル高分子(A)のD体の量〔質量%〕との合計量」で割った(除した)数値』に、『100』をかけた(乗じた)値である。
-重量平均分子量-
ヘリカルキラル高分子(A)の重量平均分子量(Mw)は、5万~100万であることが好ましい。
-GPC測定装置-
Waters社製GPC-100
-カラム-
昭和電工社製、Shodex LF-804
-サンプルの調製-
第1の圧電体を40℃で溶媒(例えば、クロロホルム)へ溶解させ、濃度1mg/mlのサンプル溶液を準備する。
-測定条件-
サンプル溶液0.1mlを溶媒〔クロロホルム〕、温度40℃、1ml/分の流速でカラムに導入する。
<安定化剤>
第1の圧電体は、更に、一分子中に、カルボジイミド基、エポキシ基、及びイソシアネート基からなる群より選ばれる1種類以上の官能基を有する重量平均分子量が200~60000の安定化剤(B)を含有することが好ましい。これにより、耐湿熱性をより向上させることができる。
・安定化剤B-1 … 化合物名は、ビス-2,6-ジイソプロピルフェニルカルボジイミドである。重量平均分子量(この例では、単なる「分子量」に等しい)は、363である。市販品としては、ラインケミー社製「Stabaxol I」、東京化成社製「B2756」が挙げられる。
・安定化剤B-2 … 化合物名は、ポリ(4,4’-ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)である。市販品としては、重量平均分子量約2000のものとして、日清紡ケミカル社製「カルボジライトLA-1」が挙げられる。
・安定化剤B-3 … 化合物名は、ポリ(1,3,5-トリイソプロピルフェニレン-2,4-カルボジイミド)である。市販品としては、重量平均分子量約3000のものとして、ラインケミー社製「Stabaxol P」が挙げられる。また、重量平均分子量20000のものとして、ラインケミー社製「Stabaxol P400」が挙げられる。
<その他の成分>
第1の圧電体は、必要に応じ、その他の成分を含有してもよい。
(配向度F)
本実施形態における第1の圧電体の配向度Fは、上述したとおり、0.5以上1.0未満であるが、0.7以上1.0未満であることが好ましく、0.8以上1.0未満であることがより好ましい。
(結晶化度)
本実施形態における第1の圧電体の結晶化度は、上述のX線回折測定(広角X線回折測定)によって測定される値である。
(透明性(内部ヘイズ))
本実施形態における第1の圧電体において、透明性は特に要求されないが、透明性を有していてももちろん構わない。
ここで、ヘイズ(H2)及びヘイズ(H3)の測定は、それぞれ、下記測定条件下で下記装置を用いて行う。
試料サイズ:幅30mm×長さ30mm
測定条件:JIS-K7105に準拠
測定温度:室温(25℃)
(第1の圧電体の形状、寸法)
本実施形態の圧電基材は、長尺状の第1の圧電体を備える。
-繊維状圧電体-
繊維状圧電体としては、例えば、モノフィラメント糸、マルチフィラメント糸が挙げられる。
・モノフィラメント糸
モノフィラメント糸の単糸繊度は、好ましくは3dtex~30dtexであり、より好ましくは5dtex~20dtexである。
・マルチフィラメント糸
マルチフィラメント糸の総繊度は、好ましくは30dtex~600dtexであり、より好ましくは100dtex~400dtexである。
・断面形状
繊維状圧電体の断面形状としては、繊維状圧電体の長手方向に垂直な方向の断面において、円形状、楕円形状、矩形状、繭形状、リボン形状、4つ葉形状、星形状、異形状など様々な断面形状を適用することが可能である。
-長尺平板状圧電体-
長尺平板状圧電体としては、例えば、公知の方法で作製した圧電フィルム、又は入手した圧電フィルムをスリットすることにより得た長尺平板状圧電体(例えばスリットリボン)などが挙げられる。
<第2の圧電体>
第1の実施形態の圧電基材は、長尺状の第2の圧電体を備えることがある。
第2の圧電体の長さ方向と、第2の圧電体に含まれるヘリカルキラル高分子(A)の主配向方向と、が略平行であり、
X線回折測定から前記式(a)によって求められる第2の圧電体の配向度Fは0.5以上1.0未満の範囲であることが好ましい。
<第1の絶縁体>
第1の実施形態の圧電基材は、さらに、第1の絶縁体を備えていてもよい。
<第2の絶縁体>
本実施形態の圧電基材において、外周に第1の外部導体を備える場合、さらに、第1の外部導体の外周に第2の絶縁体を備えていてもよい。
(第1の外部導体)
本実施形態の圧電基材は、さらに、外周に第1の外部導体を備えることが好ましい。
<接着層を形成する接着剤>
本実施形態の圧電基材は、導体及び第1の圧電体の間に接着層を備えることが好ましい。
-弾性率-
本実施形態における接着剤は、接合後の弾性率が第1の圧電体と同程度以上であることが好ましい。第1の圧電体の弾性率に対して、弾性率が低い材料を用いると、本実施形態の圧電基材に印加された張力による歪(圧電歪)が接着剤部分で緩和され、第1の圧電体への歪の伝達効率が小さくなるため、本実施形態の圧電基材を、例えばセンサに適用した場合、センサの感度が低くなりやすい。
-厚さ-
本実施形態における接着剤の接合部位の厚さは、接合する対象間に空隙ができず、接合強度が低下しない範囲であれば薄ければ薄い程良い。接合部位の厚さを小さくすることで、圧電基材に印加された張力による歪が接着剤部分で緩和されにくくなり、第1の圧電体への歪が効率的に小さくなるため、本実施形態の圧電基材を、例えばセンサに適用した場合、センサの感度が向上する。
-接着剤の塗布方法-
接着剤の塗布方法は特に限定されないが、主に以下の2つの方法を用いることが可能である。
・加工後に接着剤を配置し接合する方法
例えば、導体(好ましくは信号線導体)及び第1の圧電体の配置;信号線導体及びグラウンド導体の加工、配置;が完了した後に、ディップコートや、含浸等の方法で、導体及び第1の圧電体の界面に接着剤を配置し接着する方法が挙げられる。
・加工前に未硬化の接着剤を配置し、加工後に接合する方法
例えば、予め第1の圧電体の表面に光硬化性の接着剤、熱硬化性の接着剤、熱可塑性の接着剤などを、グラビアコーターやディップコーター等でコーティングし乾燥させ、導体及び第1の圧電体の配置が完了した後に、紫外線照射や加熱により接着剤を硬化させ、導体及び第1の圧電体の界面を接合する方法が挙げられる。
<圧電基材の製造方法>
本実施形態の圧電基材の製造方法には特に限定はないが、例えば、第1の圧電体を準備して、別途準備した導体(好ましくは信号線導体)に対して、第1の圧電体を一方向に螺旋状に巻回することにより製造することができる。
<作用>
本実施形態のベッド装置10による作用は以下のとおりである。
<備考>
本実施形態の人体検出装置30は、既存のベッド20に組み込むことでベッド装置10としてもよいし、絨毯、フローリング及び畳等の上に設置して使用しもよい。絨毯、フローリング及び畳等の上に設置した人体検出装置30についても、上述したベッド装置10と同様の作用効果を奏する。本実施形態の人体検出装置30によれば、既存の寝具に組み合わせることができるため、手持ちの寝具をそのまま使用でき、かつ寝心地の悪化を抑制することができる。
<第2の実施形態>
図9を基に、第2の実施形態のベッド装置10Aについて説明する。
<第3の実施形態>
図10を基に、第3の実施形態のベッド装置10Bについて説明する。
<第4の実施形態>
図11を基に、第4の実施形態のベッド装置10Cについて説明する。
<第5の実施形態>
図12を基に、第5の実施形態のベッド装置10Dについて説明する。
<第6の実施形態>
図15A及び図15Bを基に第6の実施形態のベッド装置10について説明する。
(式) 扁平比=(長半径-短半径)/長半径
(実施形態の補足)
各実施形態のベッド装置では、圧電基材12(又は圧電基材12A~12C)を生体情報取得デバイスとして使用してもよい。具体的に、本実施形態の圧電基材12は、心拍、脈拍、咳、くしゃみ及びいびきを検知可能な生体情報取得デバイスとすることができる。例えば、圧電基材12から出力された電圧信号から心拍に対応する振動成分を抽出することで心拍又は脈拍を検知することができる。また例えば、圧電基材12から出力された電圧信号から寝返りに相当する低周波数の成分を取り除いたり、電圧信号を周波数解析したり、閾値を予め設定することにより、咳やいびきを検知することができる。
(1)ベッド装置に係る実施例
<ベッド装置の製造>
図1に示すように、実施例1のベッド装置10は、フレーム22、床板24及びマットレス26により構成されるシングルサイズのベッド20を含む。そして、実施例1のベッド20では、床板24とマットレス26との間にセンサユニット32が配置されている。
<検知状態の確認>
ベッド装置10のマットレス26の上に就床者となる被験者が横たわり、被験者はベッド幅方向中央部(部位B及びCの境界部)から、部位A、部位D、部位A、部位D、部位Bの順に寝返りをした。この際、各検知領域27の圧電基材12における電圧出力Vは図13のとおりである。図13に示すように、各圧電基材12はマットレス26自体により加えられた圧力が基準電圧2.6Vとして現れており、被験者が寝ている位置の検知領域27の電圧は2.6Vよりも高くなっている。そして、電圧値の最も高い圧電基材12に対応する検知領域27と、被験者が横たわる位置が対応している。
(2)圧電基材の断面形状の違いに係る実施例
以下、ベッド装置に用いられる圧電基材について、断面形状の違いによる温度に対する影響を評価した。
<圧電体の作製>
ヘリカルキラル高分子としてのNatureWorks LLC社製ポリ乳酸(品名:IngeoTM biopolymer、銘柄:4032D)100質量部に対して、安定化剤〔ラインケミー社製Stabaxol P400(10質量部)、ラインケミー社製Stabaxol I(70質量部)、及び日清紡ケミカル社製カルボジライトLA-1(20質量部)の混合物〕1.0質量部を添加し、ドライブレンドして原料を作製した。
-圧電体の物性測定-
上記のようにして得られたリボン状圧電体について、以下の物性測定を行った。結果を表1に示す。
(αは配向由来のピークの半値幅)
測定は、JIS C2151(2006)に準拠し、誘電率測定装置(アジレント・テクノロジー社製、precision LCR meter HP4284A)を用いて測定周波数1kHz、試験環境22℃、60%RHにて行った。その結果、圧電体(スリットリボン)の比誘電率εSは2.75であった。
〔実施例2〕
<圧電基材の作製>
外部導体(グラウンド導体)として銅箔リボンを備えた圧電基材を以下に示す方法により作製した。
(式) 扁平比=(長半径-短半径)/長半径
以上のようにして、実施例2の圧電基材を得た。
〔実施例3〕
錦糸線とリボン状圧電体とを一体化するための接着剤を塗布せず、熱プレス加工を行わない以外は、実施例2と同様にして、実施例3の圧電基材を得た。
<温度特性評価>
実施例2及び実施例3の圧電基材に、引張力を印加したときに発生する電荷量(発生電荷量)を測定し、発生電荷量から単位引張力当たりの発生電荷量(以下、「感度」とする)を算出した。この際、25℃から80℃に至る温度、数か所において感度を算出し、これを3サイクル繰り返して温度特性を得た。実施例2の算出結果を図16Aに、実施例3の算出結果を図16Bにそれぞれ示す。
12 圧電基材(生体情報取得デバイス)
16A 内部導体(導体)
18A 第1の圧電体(圧電体)
24 床板(板材)
26 マットレス(加圧部)
30 人体検出装置
33 基準面
34 領域
37 緩衝材(基部)
38 絶縁部材(被覆部材)
55 検出部
56 判定部
Claims (12)
- 人体から受ける圧力の方向と交差する板材の複数の領域の各々において、軸方向が前記板材に沿って設けられ、かつ径方向に加えられた圧力を検出するライン状の圧電基材と、
前記圧電基材に接すると共に前記板材に沿って設けられ、前記人体との接触により加圧される加圧部と、
前記圧電基材毎に前記圧電基材に接し、前記加圧部と前記圧電基材を挟んで反対側に配置されている複数の緩衝材と、
メモリと、
前記メモリに接続され、かつ前記圧電基材の各々の出力信号を検出可能とするプロセッサと、を備え、
前記圧電基材は、長尺の導体と、前記導体に対して一方向に螺旋状に巻回された長尺状の圧電体と、を含み、
前記圧電基材は軸方向の応力に対して径方向に分極が生じ、かつX線回折測定から下記式(a)によって求められる前記圧電体の配向度Fが0.5以上1.0未満の範囲である人体検出装置。
配向度F=(180°―α)/180°・・(a)
(ただし、αは配向由来のピークの半値幅を表す。) - 隣接する前記緩衝材は、互いに離間して配置されている請求項1に記載の人体検出装置。
- 前記プロセッサは、
前記導体と前記圧電体との間の電位差から前記圧電体に入力された圧力を検知する請求項1又は請求項2に記載の人体検出装置。 - 前記圧電基材は前記圧電体の周囲に被覆部材を有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の人体検出装置。
- 前記加圧部の厚さは、0.005~200mmの範囲にあり、前記加圧部の硬さはJISK6400-2に規定されるA法に準拠して測定した場合に50~200Nの範囲にある請求項1から請求項4の何れか1項に記載の人体検出装置。
- 前記加圧部における加圧方向に沿って前記加圧部、前記圧電基材、前記緩衝材及び前記板材が配置されている請求項1から請求項5の何れか1項に記載の人体検出装置。
- 前記緩衝材には、発泡プラスチックが用いられている請求項1から請求項6の何れか1項に記載の人体検出装置。
- 前記圧電基材が生体情報取得デバイスである、請求項1から請求項7の何れか1項に記載の人体検出装置。
- 前記圧電基材は、前記軸方向に垂直な断面の形状が非円形断面である請求項1から請求項8の何れか1項に記載の人体検出装置。
- 前記圧電基材は、前記軸方向に垂直な断面において、短径に対する長径の寸法比が1.05~10.00である請求項9に記載の人体検出装置。
- 請求項1から請求項10の何れか1項に記載の人体検出装置を備えたベッド装置。
- 請求項1から請求項10の何れか1項に記載の人体検出装置と、
前記板材において所定方向に沿って設けられた前記領域と、
前記領域の各々に配設された前記圧電基材と、を備え、
前記プロセッサは、前記所定方向において隣接する前記圧電基材同士の出力信号を比較して、前記板材上における前記人体の移動を判定する人体検出システム。
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