JP3570063B2 - 圧電変換器 - Google Patents
圧電変換器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3570063B2 JP3570063B2 JP04159696A JP4159696A JP3570063B2 JP 3570063 B2 JP3570063 B2 JP 3570063B2 JP 04159696 A JP04159696 A JP 04159696A JP 4159696 A JP4159696 A JP 4159696A JP 3570063 B2 JP3570063 B2 JP 3570063B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- piezoelectric element
- piezoelectric
- temperature
- elastic body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
寝具または椅子などの人体の接触する部分に配設して振動を検知する圧電素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の圧電変換器は例えば同軸ケーブル状の形状のものであれば、図11に示すように、チューブ状の圧電素子1と、圧電素子1の中心を通る中心導体2と、圧電素子1の外側を被覆してシールドする外側導体3の電極部と、外側導体3の外側を被覆する被覆材4より構成されていた。この被覆材4はポリウレタンなどの可撓性のある材料を用いていた。この被覆材4のポリウレタンに付加した力が外側導体3の内側の圧電素子1に伝達し、圧電素子1が歪みを生じて電圧や電荷などの出力信号を発生する構造(例えば、特開平2−181621号公報)となっていた。よって、この圧電変換器を寝具や椅子に配設すると、人体側より発生した振動をうけて圧電素子1が歪みを生じて信号を出力していた。この振動信号を処理し、寝具や椅子上の人体の有無を検知したり、人体の状態を判定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の圧電変換器では、出力電圧が小さいので信号処理回路に入力するまでに環境によってはノイズに影響されてしまうという課題があった。
【0004】
寝具内に圧電変換器を配設した場合、寝具と人体との間で生じる圧力が圧電変換器のある部分で大きくなり、健康を損なうことはないものの、接触感のよいものではなかった。
【0005】
また、人体の有無の判定に関して、寝具上の人体が死亡した際には、死亡したことを検知する必要がある。しかし、圧電素子のみでは死亡して振動を発しない人体があることを検知できないために、感圧センサを併用して人体があることを判定する必要があった。
【0006】
人体と接触して、人体の振動検知に適用する場合、接触感がポリウレタンの柔軟性に依存し、ポリウレタン材の柔軟性が高いほうが好ましい。しかし柔軟性が高すぎると外部から加えられた力がポリウレタンに吸収されてしまい内部の圧電素子まで伝達しないので、柔軟性の高いゴム材料などで、感触のよい圧電変換器の被覆材料を製造すると、出力信号をさらに小さくすることになった。
【0007】
また、圧電素子の圧電性は温度に依存して変化するので、使用環境における温度条件がノイズになることがあった。
【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、圧電素子と、前記圧電素子に設けた電極と、前記圧電素子に弾性体を内包する中空部を有する絶縁性チューブを巻き付けた構造とした。この弾性体が、外部から加えられた力をうけ、圧電素子へ圧力変化を伝達する。
【0009】
上記発明によれば、弾性体の1部がうけた力も弾性体全体に伝達し、圧電素子に対して弾性体と接触する部分全体から圧力変化を伝達する構成なので、より大きな出力電圧を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧電素子と、前記圧電素子に設けた電極と、前記圧電素子に弾性体を内包する中空部を有する絶縁性チューブを巻き付けた構造としており、絶縁性チューブに力が加わると、チューブ内の中空部に内包された弾性体の圧力が変化し、圧電素子に圧力変化を伝える。
【0011】
中空部の内包物の圧力を検知する圧力センサを設け、圧電変換器に静的にかかる圧力を検知する。
【0012】
中空部の内包物の圧力を検知する圧力センサと内包物の圧力を調節する圧力調節装置を設けたので、圧力センサの検知した圧力に応じて内包物の圧力を調節する。
【0013】
中空部の内包物の温度を検知する温度センサを設け、圧力変換器の環境温度を反映する内包物の温度を検知して、圧電素子の特性を補正することができる。
【0014】
中空部の温度を検知する温度センサと、中空部に内包した物質の温度を制御する温度制御装置を設けたので、温度センサの検知した温度に応じて圧電素子の特性に影響しないように内包物の温度を制御することができる。さらに、温度を制御して中空部の内包物を加熱または冷却することができる。
【0015】
【実施例】
以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0016】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1を示す圧電変換器である。5はチューブ状の圧電素子、6は電極のひとつであるチューブの中心を通る中心導体、7はもうひとつの電極であるチューブの外側を被覆してシールドする外側導体、8は外側導体の外側を被覆するゴム製の絶縁膜である。本実施例では、チューブ状の圧電素子5と絶縁膜8との間にもうけた中空部に空気9を内包させる。
【0017】
上記構成により以下のように作用する。圧電変換器の絶縁膜8に力がかかると、絶縁膜8と圧電素子5の間の中空部に内包された空気9の圧力が変わり、中空内の空気の圧力が変化し、圧電素子5に周囲から力を伝達する。このとき、圧電素子5は全方向から力をうけ、それによって生じた歪みに応じて信号を出力する。図2に圧電変換器の作用の説明図と、図3に本発明の作用の説明図を示す。図2に示すような従来の圧電変換器であれば、被覆材4に付加された1方向性の力F0は、1方向性でチューブ状圧電素子1に歪みを生じさせる。しかし、本発明の圧電変換器では図3に示すように中空状の絶縁膜8に付加された力F1は1方向であっても、全方向に対する力F2〜F7に変換されるので、全方向からチューブ状圧電素子5へ力が付加されることになる。よって、1方向より付加された場合に比較してより大きな出力が得られることになる。このとき、信号レベルの大きさは、付加した力と中空の絶縁膜8の内側表面積に依存する。このように上記作用によって、圧電変換器の出力信号は大きくなる。本実施例では内包物を空気9としたが、この圧電変換器を寝具や椅子などに配設して人体の振動検知に用いた場合には空気9の圧力分散効果により就寝者や着席者の就寝感、着席感をよくすることができる。
【0018】
(実施例2)
本発明の実施例2を図4に示す。本実施例では、圧電素子5の周囲をとりまく電極の外側導体7の周囲に、空気9を内包する絶縁性チューブ10を巻き付けた構造とした。力を受ける部位P1、P2、P3、P4という特定部位にチューブ10が巻きつくように構成した。
【0019】
この構成で次のように作用する。力を受ける部位P1,P2,P3,P4の少なくとも1部に力をうければ、チューブ10の内包物の空気9の圧力が変化し、圧電素子5へ力を付加するので、その力に応じて信号が出力される。
【0020】
この実施例のチューブ10を力をうける特定部位にまきつける構成にすると、内包物の少量化が可能でコスト低減となる。
【0021】
(実施例3)
本発明の実施例3は、図5に示すように、内包物を水11とし、圧電変換器の信号導出部でもあり絶縁膜8の端部でもある中空部の口部7に、圧力センサ13と水11の圧力を調節する圧力調節装置14をとりつけてある。
【0022】
上記構成により、次のように作用する。圧電変換器に静的に圧力が付加すると、水11の圧力が変わる。このとき、圧力変化の際には圧電素子5より圧力変化に応じた信号が出力されるが、静的に圧力が付加され続けると圧電素子5より圧力に相当する信号は出力されない。しかし、圧力センサ13によって絶縁膜8がうける静的な圧力を検知する。さらに、圧力調節装置14は、圧力センサ13の検知した圧力をモニターしながら水11の圧力を調節する。
【0023】
上記作用により、絶縁膜8の口部7にとりつけた圧力センサ13が内包物の圧力を検知することができるので、圧電変換器全体に付加される静的圧力を検知することが可能になる。例えばこの圧電素子を寝具内に配設すると、人体が発生する振動と静的な圧力とを圧電変換器のみで同時に検知することができる。よって、さらに複数の感圧センサを配設する必要はない。また、絶縁膜8自身が破損し内包物が外部に流れでると、一定の内圧よりも低下するので、圧力センサ13で内包物の圧力を検知すれば、絶縁膜8が破損したことがわかる。よって、圧力センサ13を用いて圧電変換器の自己破損チェックにも用いることができる。また、圧電変換器が寝具内に配設されていると、水11の圧力の違いで就寝感がかわり、個人間でその好みの圧力が異なるので、圧力調節装置14によって好みの圧力に変えることができる。このように、より人体の接触感を向上させることができる。
【0024】
(実施例4)
本発明の実施例4を図6に示す。圧電変換器の内包する水11の温度を検知する温度センサ15と、水11の温度を調節する温度調節装置16を絶縁体4の端部7に設けた。
【0025】
上記構成により、温度センサ15は、水11の温度を検知するが、これは圧電素子5の環境温度であり、この温度に影響されて圧電素子5の出力がかわることになる。よって、温度特性を参照しながら、圧電素子5の環境温度である水11の温度状態を検知すれば、圧電素子5からの出力を補正するのに使用できる。また、圧電特性を損なうような温度環境になったことがわかるので、圧電素子5の特性チェックに使用することもできる。また、圧電変換器が寝具内に配設された場合、寝具上の人体の体温を検知することも可能となる。
【0026】
温度調節装置16は温度センサ15の検知した温度にもとづいて水11の温度を調節することができる。温度調節装置16は、温度センサ15によって圧電素子5の圧電特性が損なわれるような温度にならないように水11の温度を調節し、圧電特性が損なわれないようにすることができる。また、圧電変換器の特性を一定にたもつために、温度センサ15で温度をモニターしながら圧電素子5の温度環境を一定にすることもできる。圧電変換器が寝具内に配設される場合には、この一定温度が寝床内の温度を左右することになるので、就寝者が快適と感じられる温度に調節することもできる。例えば温度調節装置16が加熱部であれば、冬期の暖房に、また、冷却部であれば、夏期の冷房に用いることができる。
【0027】
なお、本発明の実施例4では、圧力センサ13や温度センサ15を圧電変換器の中空部の口部12に設けたが、絶縁膜8の内壁の外側導体7側やその反対側、内包物の中央に設けるような構成としてもよい。
【0028】
なお、実施例4では、内包物を空気9、または水11としたが、他の気体や液体などの弾性体でも、人体との接触感の向上がえられる。
【0029】
さらに、本発明の実施例4ではチューブ状の圧電素子5を示したが、図7〜図10の他の実施例に示すように、他の形状の圧電素子において圧電変換器を構成してもよい。圧電素子5自体の形状が、チューブ状でなく、角柱であったり、中心導体の位置や、圧電素子の絶縁体の位置関係は、断面の中央部でなく偏心していてもよい。また、圧電素子5がフィルム状であれば、中心導体6や外側導体7の電極の位置は図10のような構成でもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明の圧電変換器は、弾性体の圧力が変化し、圧電素子へ力を付加するので、その力に応じて信号が出力され、より大きな出力電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の圧電変換器の構成図
【図2】従来の圧電変換器の力の作用の説明図
【図3】本発明の圧電変換器の力の作用の説明図
【図4】本発明の実施例2の圧電変換器の構成図
【図5】本発明の実施例3の圧電変換器の構成図
【図6】本発明の実施例4の圧電変換器の構成図
【図7】本発明の他の実施例の圧電変換器の構成図
【図8】本発明の他の実施例の圧電変換器の構成図
【図9】本発明の他の実施例の圧電変換器の構成図
【図10】本発明の他の実施例の圧電変換器の構成図
【図11】従来の圧電変換器の構成図
【符号の説明】
5 圧電素子
6 内側導体
7 外側導体
8 絶縁膜
9 空気
10 チューブ
11 水
13 圧力センサ
14 圧力調節装置
15 温度センサ
16 温度調節装置
Claims (4)
- 圧電素子と、前記圧電素子に設けた電極と、前記圧電素子に弾性体を内包する中空部を有する絶縁性チューブを巻き付けた構造とした圧電変換器。
- 中空部に内包された弾性体の圧力を検知する圧力センサと、前記弾性体の圧力を調節する圧力調節装置を設けた請求項1記載の圧電変換器。
- 中心に電極である中心導体を設けた圧電素子と、前記圧電素子の外側を被覆するもうひとつの電極である外側導体と、前記外側導体の外側から被覆する絶縁膜とを有し、前記圧電素子と絶縁膜との間に弾性体を内包する中空部を設け、中空部に内包された弾性体の圧力を検知する圧力センサと、前記弾性体の圧力を調節する圧力調節装置を設けた圧電変換器。
- 中空部の温度を検知する温度センサと、前記中空部に内包した弾性体の温度を制御する温度制御装置を設けた請求項1から3のいずれか1項記載の圧電変換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04159696A JP3570063B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 圧電変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04159696A JP3570063B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 圧電変換器 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004126637A Division JP4039387B2 (ja) | 2004-04-22 | 2004-04-22 | 圧電変換器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09229761A JPH09229761A (ja) | 1997-09-05 |
JP3570063B2 true JP3570063B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=12612791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04159696A Expired - Fee Related JP3570063B2 (ja) | 1996-02-28 | 1996-02-28 | 圧電変換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3570063B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6271621B1 (en) * | 1998-08-05 | 2001-08-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric pressure sensor |
US20090021112A1 (en) * | 2005-04-14 | 2009-01-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Contact detector and door handle unit including it and smart entry system |
JP6618883B2 (ja) * | 2016-11-08 | 2019-12-11 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 衝撃検知装置及び災害監視システム |
US20210119107A1 (en) * | 2018-10-29 | 2021-04-22 | Robosensor Technology Research, Inc. | Sensor electric wire and sensor circuit |
-
1996
- 1996-02-28 JP JP04159696A patent/JP3570063B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09229761A (ja) | 1997-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2007052457A1 (ja) | エアマット装置及びその使用方法 | |
JP3570063B2 (ja) | 圧電変換器 | |
JP2004049388A (ja) | 機器制御システム及び床ずれ防止システム | |
JP2020509970A (ja) | 自動調整式車両シート | |
EP3197414A1 (en) | Drive control system for powered wheelchair | |
JP2005351781A (ja) | 振動検出装置と人体検出装置およびそれを搭載したベッド装置 | |
JP4039387B2 (ja) | 圧電変換器 | |
JP3596175B2 (ja) | 体動検出装置 | |
EP0930032B1 (en) | Seat | |
JP3624459B2 (ja) | 人体検出装置 | |
JP4581510B2 (ja) | 生体情報検知装置及び空調システム | |
JP2985645B2 (ja) | 人体検出装置 | |
JP3884660B2 (ja) | 体動検出装置 | |
JPH0456531A (ja) | 音声入力装置 | |
JP4925313B2 (ja) | 生体信号検出装置 | |
JP2010069020A (ja) | 生体情報検出体、ベッド装置、及び着座装置 | |
JP2844813B2 (ja) | 体動検出装置 | |
JP2853315B2 (ja) | 空調機器制御装置 | |
KR20220011382A (ko) | 자동 자세 전환 기구 | |
JP2000306462A (ja) | 着座検出システム | |
KR100501512B1 (ko) | 쿠션스프링 구조를 이용한 시트의 승차감 향상방법과 그장치 | |
CN111067763A (zh) | 用于外骨骼机器人的压力检测装置 | |
JP4487304B2 (ja) | ベッドパッド | |
JP2001017397A (ja) | 生理量検出装置 | |
JP2001239866A (ja) | チャイルドシート |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20031201 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20031209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040422 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040601 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040614 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070702 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080702 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090702 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100702 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110702 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |