JPH11108777A

JPH11108777A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JPH11108777A
Application number: JP27413297A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogino; 弘之荻野; Takeshi Nagai; 彪長井; Katsuhiko Yamamoto; 克彦山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のこの種のバイモルフ型の圧力検出装置
は物体の接触の有無を検出することはできたが、物体の
接触による圧力レベルを検出することができないという
課題があった。【解決手段】振動発生手段１１と、この振動発生手段
１１から伝播する振動を検出する振動検出手段１２の少
なくとも一つに圧力が印加されると、前記圧力に応じて
変化する振動検出手段１２の出力特性に基づき前記圧力
の大きさを圧力算出手段１４により算出している。従っ
て、簡単な構成で圧力の大きさを検出することができる
といった効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバイモルフ型の圧力
検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の圧力検出装置は以下のよ
うなものであった。

【０００３】先ず、IEEE Transaction on Electron Dev
ices, vol.ED-26, No.5,p815〜p817, 1979（以下、参考
文献１とする）では図１４のようなバイモルフ型の圧力
検出装置が提案された。これは同図のように、圧電フィ
ルム１ａ及び２ａの両面に電極１ｂ、１ｃ及び２ｂ、２
ｃを設けた帯状の圧電フィルム１、２を２枚貼りあわ
せ、その一端を支持部３により片持ち梁型に支持し、圧
電フィルム１に発信部４から電圧を印加して振動させ、
圧電フィルム２から前記振動による出力を取り出すよう
に構成したものであった。そして上記構成により物体５
が圧電フィルム２に接触すると圧電フィルム２の出力信
号が変化することに基づき物体の接触を検出していた。
図１５はこの際の物体５の接触位置Ｌと圧電フィルム２
の出力信号Ｖとの関係を発信部４の印加電圧の周波数ｆ
をバラメータとして示したものである。同図より、Ｖは
Ｌやｆにより変化する。

【０００４】また、特開平８−６２０６８号公報（以
下、参考文献２とする）では指紋のような微細な山と谷
の分布を検出する圧力検出装置が開示された。これは図
１６のように圧電フィルム６の表面と裏面に複数の走査
電極６ａ、６ｂをマトリクス状に形成し、それに絶縁保
護フィルム７、絶縁フィルム８、高周波振動体９を積層
したものであった。そして上記構成により絶縁保護フィ
ルム７上に物体が接触するとその物体の山と谷による起
伏を圧電センサの多数の圧力検出ポイントで受け、マト
リクス状の走査電極６ａ、６ｂで走査することによって
前記の山と谷の分布を検出していた。一例として図１７
に指１０で絶縁保護フィルム７を触れた際に指紋の山と
谷の分布を検出する様子を示した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、参考文
献１の圧力検出装置では、図１５のような特性に基づき
物体５の圧電フィルム２への接触の有無や接触位置を検
出することはできるが、物体５の接触による圧力レベル
を検出することはできなという課題を有していた。ま
た、片持ち梁型の構造のため物体が繰り返し接触すると
圧電フィルムにへたりが生じて検出感度が低下してしま
うという課題を有していた。

【０００６】また、参考文献２の圧力検出装置では、上
記のような片持ち梁型の構造による耐久性の課題は無い
が、圧電センサの多数の圧力検出ポイントで検出できる
のは、例えば図１７のように各交点に指紋パターンの山
の部分が当たっているのか谷の部分が当たっているのか
ということでしかない。すなわち、参考文献２は上記各
ポイントにおける物体の接触の有無を検出するものであ
り、各ポイントで物体の圧力レベルを検出することはで
きないという課題を有していた。

【０００７】さらに、物体の接触による圧力レベルを検
出する場合、例えば外来振動によりその物体が振動する
と正確な圧力検出が出来ないので、圧力検出とともにそ
のような振動の有無や振動特性を検出しなければならな
い場合があるが、参考文献１及び参考文献２では圧力と
振動を検出することはできないという課題があった。

【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、振動発生手段と、前記振動発生手段から伝
播する振動を検出する振動検出手段と、前記振動発生手
段と前記振動検出手段の少なくとも一つに印加される圧
力に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性に基づ
き前記印加圧力の大きさを算出する圧力算出手段とを備
えたものである。

【０００９】上記発明によれば、前記振動発生手段と前
記振動検出手段の少なくとも一つに圧力が印加されると
前記圧力に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性
に基づき前記印加圧力の大きさを算出するため、簡単な
構成で圧力レベルを検出することができる。

【００１０】また、本発明は上記課題を解決するため
に、圧力算出手段が、振動検出手段の出力信号から振動
発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾波する第１
の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動
周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部と、前記第１
の濾波部の出力信号に基づき印加圧力を算出する圧力算
出部と、第２の濾波部の出力信号に基づき前記振動周波
数以外の成分の振動特性を算出する振動特性算出部とを
備えたものである。

【００１１】上記発明によれば、前記第１の濾波部の出
力信号に基づき印加圧力を算出し、前記第２の濾波部の
出力信号に基づき前記振動周波数以外の振動成分を検出
するので、圧力と振動の双方を同時に検出することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる圧力検
出装置は、振動発生手段と、前記振動発生手段から伝播
する振動を検出する振動検出手段と、前記振動発生手段
と前記振動検出手段の少なくとも一つに印加される圧力
に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性に基づき
前記印加圧力の大きさを算出する圧力算出手段とを備え
たものである。

【００１３】そして、前記振動発生手段と前記振動検出
手段の少なくとも一つに圧力が印加されると前記圧力に
応じて変化する前記振動検出手段の出力特性に基づき前
記印加圧力の大きさを算出するため、簡単な構成で圧力
レベルを検出することができる。

【００１４】本発明の請求項２にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段と、前記振動発生手段が発生する振動
を伝播する振動伝播手段と、前記振動伝播手段の振動を
検出する振動検出手段と、前記振動発生手段と前記振動
伝播手段と前記振動検出手段の少なくとも一つに印加さ
れる圧力に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性
に基づき前記印加圧力の大きさを算出する圧力算出手段
とを備えたものである。

【００１５】そして、前記振動発生手段と前記振動伝播
手段と前記振動検出手段の少なくとも一つに圧力が印加
されると前記圧力に応じて変化する前記振動検出手段の
出力特性に基づき前記印加圧力の大きさを算出するた
め、簡単な構成で圧力レベルを検出することができる。
また、振動発生手段が発生する振動を振動検出手段へ伝
播する振動伝播手段を備えているので、振動発生手段と
振動検出手段との距離や位置関係を任意に設定でき、設
置場所や設置形状の自由度が向上する。また、例えば用
途に応じて振動伝播手段の振動特性を予め設定すること
により、振動発生手段から印加される振動による振動伝
播手段の共振を大きくして検出する圧力レンジを広くし
たり、検出精度を向上したりすることができる。

【００１６】本発明の請求項３にかかる圧力検出装置
は、圧力算出手段が、振動検出手段の出力信号から振動
発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾波する第１
の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動
周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部と、前記第１
の濾波部の出力信号に基づき印加圧力を算出する圧力算
出部と、第２の濾波部の出力信号に基づき前記振動周波
数以外の成分の振動特性を算出する振動特性算出部とを
備えたものである。

【００１７】そして、前記第１の濾波部の出力信号に基
づき印加圧力を算出し、前記第２の濾波部の出力信号に
基づき前記振動周波数以外の振動成分を検出するので、
圧力と振動の双方を同時に検出することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。

【００１９】（実施例１）図１は本発明の実施例１の圧
力検出装置のブロック図である。図１において、１１は
振動発生手段、１２は振動検出手段、１３は振動発生手
段１１と振動検出手段１２とを積層した積層体、１４は
振動検出手段１２の出力信号に基づき積層体１３に印加
された圧力を算出する圧力算出手段である。振動発生手
段１１と振動検出手段１２は共に同じ寸法で薄型平面形
状をしており、図１ではその断面が示されている。振動
発生手段１１は、電極１１ａと１１ｂ、高分子圧電体１
１ｃから構成される。電極１１ａ、１１ｂは信号発生部
１５と接続し、信号発生部１５で発生する発振信号に応
じて高分子圧電体１１ｃが振動する。振動検出手段１２
は電極１２ａと１２ｂ、高分子圧電体１２ｃから構成さ
れる。高分子圧電体１１ｃ、１２ｃは例えばポリフッ化
ビニリデン等の高分子圧電材料をフィルム状に成形した
ものを使用する。電極１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ
は例えば銀ペーストを高分子圧電体１１ｃ、１２ｃの表
面に印刷して形成するが、銅箔を使用したり、アルミ等
の金属材料を高分子圧電体１１ｃ、１２ｃの表面に蒸着
して形成してもよい。振動発生手段１１と振動検出手段
１２とは例えば接着剤により接着して積層するが、両者
を重ね合わせた後に積層体１３全体をＰＥＴ等の高分子
フィルムで被覆し密封してもよく、外部からの機械的な
衝撃や結露などから電極を保護することができ信頼性が
向上する。また、上記のような部材を使用することによ
り積層体１３は薄型化が可能になる上、可撓性を有する
ので、例えば積層体１３を支持する場合に支持部材に沿
って装着することができたり、圧力印加時に圧力変化を
大きく検出できるよう予め積層体１３を撓ませて使用す
ることができるといった使用上の自由度がある。積層体
１３と圧力算出手段１４及び信号発生部１５とはケーブ
ル接続または一体化して構成する。信号発生部１５で発
生する発振信号の振幅は可変とし、例えば検出する圧力
レンジに応じて予め設定可能である。信号発生部１５で
発生する発振信号の周波数は、例えば積層体１３に圧力
が印加された際に振動検出手段１２の出力特性の変化が
大きくなるような周波数に予め設定しておく。好ましく
は、振動発生手段１１や振動検出手段１２の共振周波
数、又は積層体１３の共振周波数とする。

【００２０】次に動作、作用について説明する。積層体
１３に印加される圧力は、図１のＰ ₁、Ｐ₂に示すように
積層体１３の少なくとも一方の面に印加されるものとす
る。振動発生手段１１では信号発生部１５で発生する発
振信号に応じて高分子圧電体１１ｃが振動する。ここ
で、前記発振信号の周波数をｆ₁とする。この振動は振
動検出手段１２に伝播し、積層体１３全体がある特性を
もって振動する。振動検出手段１２では上記振動に応じ
て圧電起電力が発生する。図２は信号発生部１８からの
発振信号Ｖ₀と振動検出手段１２の圧電起電力Ｖ₁の信号
波形を示した特性図である。縦軸はＶ₀とＶ₁、横軸は時
間ｔである。積層体１３に圧力が印加されていない場合
（ｔ＜ｔ₁）、Ｖ₀に同期してＶ₁が出力される。Ｖ₀とＶ
₁の周波数は信号発生部１５で発生する発振信号の周波
数ｆ₁となる。また、振動発生手段１１から振動検出手
段１２への振動伝播による位相差Ｌ₀が生じる。

【００２１】次に、時刻ｔ₁で例えばある物体が積層体
１３上に置かれたり、積層体１３周囲の気体や液体の圧
力により圧力Ｗ１がかかると、圧力印加による影響を受
け、振動検出手段１２のＶ₁の振幅はＤ₀からＤ₁へと変
化し、位相もＬ₀からＬ₁へと変化する。また、時刻ｔ₁
前後ではＶ₁の周波数ｆ₁にも一時的な変化が生じる。こ
れらの変化の度合いは、積層体１３、すなわち振動発生
手段１１や振動検出手段１２を構成する部材の振動特性
に依存する。これらの部材の振動特性は用途によって最
適化すればよい。

【００２２】上記のような圧力印加時の振動検出手段１
２の出力特性の変化に基づき、圧力算出手段１４では印
加された圧力を算出する。圧力算出のための圧力Ｗと振
動検出手段１２の出力特性との関係を図３〜図６に示
す。図３は振動検出手段１２の出力特性の一つである振
幅Ｄと圧力Ｗとの関係を示す特性図で、圧力印加後のＤ
₁を検出することによりＷ₁が算出できる。図４は振動検
出手段１２の出力特性の一つである位相差Ｌと圧力Ｗと
の関係を示す特性図で、圧力印加後のＬ₁を検出するこ
とによりＷ₁が算出できる。図５は時刻ｔ₁前後でのＶ₁
の周波数ｆ₁の変化量Ｆと圧力Ｗとの関係を示す特性図
で、圧力印加前後のＦ₁を検出することによりＷ₁が算出
できる。上記のように、振動検出手段１２の出力特性と
して振幅、位相、周波数の少なくとも１つを検出して積
層体１３に印加される圧力を算出することができるが、
複数の出力特性を用いて圧力を算出するようにしてもよ
い。例えば、図６は振幅Ｄ、位相差Ｌと圧力Ｗとの関係
を示す特性図である。同図よりＤ₁とＬ₁からＷ₁を算出
できる。算出された圧力値は例えば表示部等を設けるこ
とにより外部へ表示される。

【００２３】上記作用により、振動発生手段１１と振動
検出手段１２からなる積層体１３に圧力が印加される
と、印加圧力に応じて変化する振動検出手段１２の出力
特性に基づき前記印加圧力の大きさを算出することがで
きるため、簡単な構成で圧力レベルを検出することがで
きる。

【００２４】上記実施例１では、振動発生手段１１と振
動検出手段１２とが電極１１ａ、１２ｂを介して積層し
ているが、図７に示すように接地側の電極１１ａを電極
１２ｂと共用して積層する構成としてもよく、積層体１
３の厚みをさらに薄型化できる。

【００２５】また、振動検出手段１２の高分子圧電体１
２ｃは高インピーダンスで電気的ノイズの影響を受けや
すいため、電極１２ａ、１２ｂの上に保護層を設け、さ
らにその上にシールド電極を積層して接地する構成とし
てもよく、電気的なノイズをシールド電極により低減す
ることができ、信頼性が向上する。

【００２６】また、振動発生手段１１の電極１１ａ、１
１ｂの上に保護層を設け、さらにその上にシールド電極
を設けても良く、発振信号の印加により振動発生手段１
１から発生する電磁波を遮断することができ、周辺機器
への電磁波障害を防止できる。また、振動発生手段１１
と振動検出手段１２はそれぞれ高分子圧電体１１ｃ、１
２ｃを使用しているが、セラミック圧電体や、高分子中
にセラミック圧電体等の圧電粉末を分散した混合体によ
る圧電部材を使用してもよい。この構成によれば、セラ
ミック圧電体は高分子圧電体よりも圧電定数が大きいの
で、振動発生手段１１は同じ印加電圧でより大きな振動
を発生することができ、振動検出手段１２はより小さな
振動を検出することができる。そして、圧力検出の際の
ダイナミックレンジをより大きくすることができ、検出
性能を向上することができる。また、セラミック圧電体
は高分子圧電体よりも高温耐久性がよいので、より高温
領域での圧力検出が可能となり、信頼性が向上する。

【００２７】また、上記実施例１では振動発生手段１１
の上に振動検出手段１２を積層した構成であるが、振動
検出手段１２の上に振動発生手段１１を積層した構成と
してもよく、同様な効果が得られる。また、積層体１３
への圧力や荷重の印加の方向性は問わない。すなわち、
図１のＰ₁ように圧力や荷重を振動検出手段１２の方に
印加してもよいし、Ｐ₂のように振動発生手段１１の方
に印加してもよいし、また双方に印加してもよい。

【００２８】また、振動発生手段１１と振動検出手段１
２は用途に応じてそれぞれの寸法や形状を別個に変えて
もよい。この場合、振動発生手段１１と振動検出手段１
２の少なくとも一部が積層していればよい。

【００２９】さらに、振動発生手段１１と振動検出手段
は高分子圧電体やセラミック圧電体を用いるものに限定
するものではなく、例えば振動発生手段１１を偏心モー
タやソレノイド等を用いた構成としたり、振動検出手段
を静電容量型や光ファイバ型の振動センサや歪みゲージ
等で構成してもよい。

【００３０】（実施例２）図８は本発明の実施例２の圧
力検出装置のブロック図である。

【００３１】実施例１と異なる点は、図８に示すように
振動発生手段１１が電極１１ｄと１１ｅ及びこれら電極
に挟さまれた高分子圧電体１１ｆとを備え、振動検出手
段１２が電極１２ｄと１２ｅ及びこれら電極に挟さまれ
た高分子圧電体１２ｆとを備え、振動発生手段１１と振
動検出手段１２が振動発生手段１１の振動を伝播する振
動伝播手段１６上に配設され、圧力算出手段１４は振動
発生手段１１と振動検出手段１２と振動伝播手段１６と
の少なくとも一つに印加される圧力に応じて変化する振
動検出手段１２の出力特性に基づき前記印加圧力の大き
さを算出する点にある。ここで、振動発生手段１１と振
動検出手段１２及び振動伝播手段１６は共に薄型平面形
状をしており、図８ではその断面が示されている。尚、
実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省
略する。

【００３２】高分子圧電体１１f、１２ｆは例えばポリ
フッ化ビニリデン等の高分子圧電材料をフィルム状にし
たものを使用する。振動発生手段１１の電極１１ｄ、１
１ｅ、振動検出手段１２の電極１２ｄ、１２ｅはＰＥＴ
等の高分子フィルムで被覆してもよい。これにより、例
えば外部からの機械的な衝撃や結露などから電極を保護
することができ信頼性が向上する。電極１１ｄ、１１
ｅ、１２ｄ、１２ｅは、例えば銀ペーストを高分子圧電
体１１ｆ、１２ｆの表面に印刷して形成するが、銅箔を
使用したり、アルミ等の金属材料を高分子圧電体１１
ｆ、１２ｆの表面に蒸着して形成してもよい。振動伝播
手段１６は例えば樹脂のシートや金属板、弾性体を平板
状にしたものを使用している。振動発生手段１１、振動
検出手段１２及び振動伝播手段１６は上記のような部材
を使用することにより薄型化が可能になる上、可撓性が
あるので、例えば本実施例を支持する場合に支持部材に
沿って装着することができたり、圧力印加時に圧力変化
を大きく検出できるよう予め振動伝播手段１６を撓ませ
て使用することができるといった使用上の自由度があ
る。信号発生部１５で発生する発振信号の周波数は、例
えば振動発生手段１１、振動検出手段１２、振動伝播手
段１６の少なくとも一つにに圧力が印加された際に振動
検出手段１２の出力特性の変化が大きくなるような周波
数に予め設定しておく。好ましくは、振動発生手段１１
や振動検出手段１２、振動伝播手段１６の各々の共振周
波数のいずれか、又は振動発生手段１１、振動検出手段
１２及び振動伝播手段１６からなる振動系全体の共振周
波数とする。

【００３３】次に動作、作用について説明する。図８の
ように振動発生手段１１に印加される圧力をＰ₁、振動
伝播手段１６に印加される圧力をＰ₂、Ｐ₄、振動検出手
段１２に印加される圧力をＰ₃とすると、Ｐ₁〜Ｐ₄のう
ち少なくとも一つの圧力が印加されるものとする。振動
発生手段１１では信号発生部１５で発生する発振信号に
応じて、高分子圧電体１１ｆが振動する。ここで、前記
発振信号の周波数をｆ ₁とする。この振動は振動伝播手
段１６を経て振動検出手段１２に伝播し、振動検出手段
１２がある特性をもって振動する。そしてその振動に応
じて振動検出手段１２では圧電起電力が発生する。この
際の上記発振信号Ｖ₀と上記圧電起電力Ｖ₁の信号波形は
例えば実施例１の図２と同様な特性を有する。すなわ
ち、振動発生手段１１、振動伝播手段１６、振動検出手
段１２に圧力が印加されていない場合（ｔ＜ｔ₁）、Ｖ₀
に同期してＶ₁が出力される。Ｖ₀とＶ₁の周波数は信号
発生部１５で発生する発振信号の周波数ｆ₁となる。ま
た、振動発生手段１１から振動伝播手段１６を経て振動
検出手段１２への振動伝播による位相差Ｌ₀が生じる。

【００３４】次に、時刻ｔ₁で振動発生手段１１、振動
検出手段１２及び振動伝播手段１６の少なくとも1個所
以上に、ある物体が搭載されたり、周囲の気体や液体の
圧力により圧力Ｗ₁がかかると、圧力印加により振動検
出手段１２の振動が変化してＶ₁の振幅はＤ₀からＤ₁へ
と変化し、位相もＬ₀からＬ₁へと変化する。また、時刻
ｔ₁前後ではＶ₁の周波数にも一時的な変化が生じる。こ
れらの変化の度合いは、振動発生手段１１、振動検出手
段１２および振動伝播手段１６を構成する部材の振動特
性に依存する。これらの部材の振動特性は用途によって
最適化すればよい。

【００３５】上記のような圧力印加時の振動特性の変化
に基づいて圧力算出手段１４では印加された圧力を算出
する。この際の圧力の算出手順については実施例１と同
様なので、ここでの詳細な説明は省略する。

【００３６】上記作用により、振動発生手段１１、振動
検出手段１２及び振動伝播手段１６の少なくとも一つに
圧力が印加されると前記圧力に応じて変化する振動検出
手段１２の出力特性に基づき前記印加圧力の大きさを算
出するため、簡単な構成で圧力レベルを検出することが
できる。

【００３７】また、振動発生手段１１が発生する振動を
振動検出手段１２へ伝播する振動伝播手段１６を備えて
いるので、振動発生手段１１と振動検出手段１２との距
離や位置関係を任意に設定でき、設置場所や設置形状の
自由度が向上する。

【００３８】さらに、例えば用途に応じて振動伝播手段
１６の振動特性を予め設定することにより、振動発生手
段１１から印加される振動による振動伝播手段１６の共
振を大きくして検出する圧力レンジを広くしたり、検出
精度を向上したりすることができる。

【００３９】上記実施例２では、振動検出手段１２上の
電極１１ｄ、１１ｅの上に保護層を設け、さらにその上
にシールド電極を被覆して接地する構成としてもよく、
電気的なノイズをシールド電極により低減することがで
き、信頼性が向上する。

【００４０】また、振動発生手段１１の電極１１ｄ、１
１ｅの上に保護層を設け、さらにその上にシールド電極
を設けても良く、発振信号の印加により振動発生手段１
１から発生する電磁波を遮断することができ、周辺機器
への電磁波障害を防止できる。また、振動発生手段１
１、振動検出手段１２には高分子圧電体を使用している
が、圧電セラミックや高分子中に圧電セラミック等の圧
電粉末を分散した混合体による圧電部材を使用してもよ
い。この構成によれば、セラミック圧電体は高分子圧電
体よりも圧電定数が大きいので、同じ印加電圧でより大
きな振動を発生することができ、圧力検出の際のダイナ
ミックレンジをより大きくすることができ、検出性能が
向上する。また、高分子圧電体よりも高温耐久性がよい
ので、より高温領域での圧力検出が可能となり、信頼性
が向上する。

【００４１】また、振動発生手段１１、振動検出手段１
２及び振動伝播手段１６は用途に応じてそれぞれの寸法
や形状を別個に変えてもよい。

【００４２】上記実施例２では、振動発生手段１１と振
動検出手段１２が振動伝播手段１６上に配設された構成
であるが、振動伝播手段１６の他の構成として、図９の
ように振動発生手段１１と振動検出手段１２との間に振
動伝播手段１６を配設して実施例１のような積層体１３
を形成してもよく、実施例２と同様な効果がある。ここ
で、振動発生手段１１、振動検出手段１２及び振動伝播
手段１６は共に薄型平面形状をしており、図９ではその
断面が示されている。圧力は実施例１と同様に図９のＰ
₁、Ｐ₂に示すように積層体１３の少なくとも一方の面に
印加される。

【００４３】（実施例３）図１０は本発明の実施例３の
圧力検出装置のブロック図である。本実施例３では、主
に実施例１、２で示した振動検出手段の出力信号を処理
する構成について説明を行うので、説明の簡便さのため
図１０のように実施例１の積層体１３を用いた場合につ
いて説明する。尚、積層体１３の代わりに実施例２で示
した振動発生手段１１、振動検出手段１２及び振動伝播
手段１９を用いてもよい。

【００４４】実施例１、２と異なる点は圧力算出手段１
４が、振動検出手段１２の出力信号から振動発生手段１
１が発生する振動周波数の成分のみを濾波する第１の濾
波部１４ａと、振動検出手段１２の出力信号から振動発
生手段１１が発生する振動周波数以外の成分を濾波する
第２の濾波部１４ｂと、濾波したこれらの成分に基づき
積層体１３に印加される圧力を算出する圧力算出部１４
ｃと、積層体１３に印加される前記振動周波数以外の成
分の振動特性を算出する振動特性算出部１４ｄとを備え
た点にある。図１１は第１の濾波部１４ａと第２の濾波
部１４ｂの濾波特性を示した特性図で、縦軸が透過度
Ｑ、横軸が周波数ｆである。同図より第１の濾波部１４
ａと第２の濾波部１４ｂは共にバンドパスフィルターで
あり、透過特性の中心周波数はそれぞれｆ₁、ｆ₂であ
る。また信号発生部１５で発生する信号の周波数はｆ₁
で、振動発生手段１１の共振周波数、又は積層体１３の
共振周波数に設定してあるとする。尚、実施例１と同一
符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

【００４５】次に動作、作用について説明する。ここで
は図１０に示すように、重量Ｗ₁の物体１８が積層体１
３上に置かれる場合について述べる。物体１８は外部か
ら周波数ｆ₂の振動が印加されるか、又は内部に周波数
ｆ₂の振動体を有し、物体１８の全体が周波数ｆ₂で振動
しているものとする。実施例１と同様に、振動発生手段
１１では信号発生部１５で発生する発振信号に応じて高
分子圧電体１１ｅが振動する。この発振信号の周波数は
ｆ₁である。上記より、振動発生手段１１による周波数
ｆ₁の振動と物体１８の周波数ｆ₂の振動とが合成され、
積層体１３全体がある特性をもって振動する。そしてそ
の振動に応じて振動検出手段１２では圧電起電力が発生
する。発生した出力信号は第１の濾波部１４ａと第２の
濾波部１４ｂで図１１の濾波特性に基づき濾波される。
すなわち、第１の濾波部１４ａでは振動検出手段１２の
出力信号のうちｆ₁成分が濾波され、第２の濾波部１４
ｂでは振動検出手段１２の出力信号のうちｆ₂成分が濾
波される。この時の信号発生部１５の発振信号Ｖ₀、第
１の濾波部１４ａの出力Ｖ₁、第２の濾波部１４ｂの出
力Ｖ₂の信号波形は、それぞれ図１２（ａ）（ｂ）
（ｃ）のようになる。同図（ａ）〜（ｃ）においてそれ
ぞれ縦軸はＶ₀、Ｖ₁、Ｖ₂、横軸は時間ｔである。積層
体１３に物体１８が置かれていない状態（ｔ＜ｔ₁）で
は、Ｖ₁とＶ₂の振幅はそれぞれＤ₀と０である。そして
時刻ｔ₁で物体２１が積層体１３上に置かれるとする
と、Ｖ₁とＶ₂の振幅はＤ₁とＤ₂に変化する。圧力算出部
１４ｃでは実施例１と同様に物体１８の重量を図３に基
づいてＷ₁と算出する。物体２１の周波数ｆ₂の振動につ
いては、例えば振動特性算出部１４ｄでその振幅Ｄ₂の
大きさを算出する。圧力算出部１４ｃおよび振動特性算
出部１４ｄで算出した結果は例えば表示部等を設けるこ
とにより外部へ表示される。

【００４６】上記作用により、圧力算出手段１４が、振
動検出手段１２の出力信号から振動発生手段１１が発生
する振動周波数の成分のみを濾波する第１の濾波部１４
ａと、振動検出手段１２の出力信号から振動発生手段１
１が発生する振動周波数以外の成分を濾波する第２の濾
波部１４ｂとを有し、第１の濾波部１４ａの出力信号に
基づき積層体１３に印加される圧力を算出し、第２の濾
波部１４ｂの出力信号に基づき積層体１３に印加される
前記振動周波数以外の成分の振動特性を算出するので、
一つの積層体１３を用いて圧力と振動の双方を同時に検
出することができ使い勝手がよい。

【００４７】尚、上記実施例では圧力（重量）と振動と
を同時に検出したが、振動発生手段１１が間欠的に振動
を発生するようにし、振動発生手段１１が振動を発生し
ている時は積層体１３に印加される圧力を算出し、振動
発生手段１１が振動を発生していない時は積層体１３に
生じる振動を算出するようにしてもよく、上記と同様に
一つの積層体１３を用いて圧力と振動の双方を同時に検
出することができ使い勝手がよい。

【００４８】また、上記実施例では圧力算出手段１４は
２つの濾波部を備えているが、第２の濾波部としてｆ₁
以外の成分を濾波し各々濾波特性の異なる複数の濾波部
を備える構成としてもよい。この構成により、例えば物
体１８が外部から複数の周波数の振動が印加されるか、
又は内部に複数の周波数の振動体を有している場合でも
物体１８の重量と上記複数の周波数の振動とを同時に検
出することができる。

【００４９】さらに、上記実施例では圧力算出手段１４
は２つの濾波部を備えているが、例えば振動検出手段１
２の出力信号の周波数分析を行い、周波数分析から得ら
れるｆ₁領域とｆ₂領域それぞれのパワーに基づいて圧力
と振動とを検出する構成としてもよい。

【００５０】（実施例４）図１３は本発明の実施例４の
圧力検出装置のブロック図である。実施例１〜３と異な
る点は振動検出手段１２が複数の振動検出部１２ｊを有
し、圧力算出手段１４が振動検出手段１２の出力信号に
基づき積層体に印加される圧力の圧力分布を算出する点
にある。複数の振動検出部１２ｊは図１３のように、高
分子圧電体１２ｉの両面に配設された複数の電極１２
ｇ、１２ｈが交差する場所に形成される。尚、実施例１
と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。

【００５１】上記構成により、電極１２ｇ、１２ｈが交
差する場所に形成された複数の振動検出部１２ｊが振動
発生手段１１から伝播される振動を検出し、圧力算出手
段１４は振動検出部１２ｊの出力信号に基づき実施例１
と同様な手順で上記各交差場所における圧力を実施例１
と同様に算出する。

【００５２】上記作用により、振動検出手段１２が複数
の振動検出部１２ｊを有し、圧力算出手段１４が振動検
出手段１２の出力信号に基づき積層体１３に印加される
圧力の圧力分布を算出するので、簡単な構成で印加され
た圧力の圧力分布を検出することができる。

【００５３】上記構成では印加された圧力の圧力分布を
検出したが、複数の振動検出部１２ｊの出力信号を実施
例３と同様な手順で処理することにより、印加された圧
力の圧力分布と振動分布とを同時に検出する構成として
もよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
かかる圧力検出装置は、振動発生手段と、前記振動発生
手段から伝播する振動を検出する振動検出手段と、前記
振動発生手段と前記振動検出手段の少なくとも一つに印
加される圧力に応じて変化する前記振動検出手段の出力
特性に基づき前記印加圧力の大きさを算出する圧力算出
手段とを備え、前記振動発生手段と前記振動検出手段の
少なくとも一つに圧力が印加されると前記圧力に応じて
変化する前記振動検出手段の出力特性に基づき前記印加
圧力の大きさを算出するため、簡単な構成で圧力の大き
さを検出することができるといった効果がある。

【００５５】また、請求項２にかかる圧力検出装置は、
振動発生手段と、前記振動発生手段が発生する振動を伝
播する振動伝播手段と、前記振動伝播手段の振動を検出
する振動検出手段と、前記振動発生手段と前記振動伝播
手段と前記振動検出手段の少なくとも一つに印加される
圧力に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性に基
づき前記印加圧力の大きさを算出する圧力算出手段とを
備え、前記振動発生手段と前記振動伝播手段と前記振動
検出手段の少なくとも一つに圧力が印加されると前記圧
力に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性に基づ
き前記印加圧力の大きさを算出するため、簡単な構成で
圧力の大きさを検出することができるといった効果があ
る。また、振動発生手段が発生する振動を振動検出手段
へ伝播する振動伝播手段を備えているので、振動発生手
段と振動検出手段との距離や位置関係を任意に設定で
き、設置場所や設置形状の自由度が向上するといった効
果がある。また、例えば用途に応じて振動伝播手段の振
動特性を予め設定することにより、振動発生手段から印
加される振動による振動伝播手段の共振を大きくして検
出する圧力レンジを広くしたり、検出精度を向上したり
することができるといった効果がある。

【００５６】さらに、請求項３にかかる圧力検出装置
は、圧力算出手段が、振動検出手段の出力信号から振動
発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾波する第１
の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動
周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部と、前記第１
の濾波部の出力信号に基づき印加圧力を算出する圧力算
出部と、第２の濾波部の出力信号に基づき前記振動周波
数以外の成分の振動特性を算出する振動特性算出部とを
備え、前記第１の濾波部の出力信号に基づき印加圧力を
算出し、前記第２の濾波部の出力信号に基づき前記振動
周波数以外の振動成分を検出するので、圧力と振動の双
方を同時に検出することができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における圧力検出装置のブロ
ック図

【図２】同圧力検出装置の信号発生部と振動検出手段の
出力信号の特性図

【図３】圧力検出装置振動検出手段の出力信号の振幅Ｄ
と圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図４】圧力検出装置振動検出手段の出力信号の位相Ｌ
と圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図５】圧力検出装置振動検出手段の出力信号の周波数
変化Ｆと圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図６】圧力検出装置振動検出手段の出力信号の振幅
Ｄ、位相Ｌと圧力Ｗとの関係を示す特性図

【図７】同圧力検出装置の積層体の他の実施例における
ブロック図

【図８】本発明の実施例２における圧力検出装置のブロ
ック図

【図９】同圧力検出装置の振動伝播手段の他の実施例に
おけるブロック図

【図１０】本発明の実施例３における圧力検出装置のブ
ロック図

【図１１】同圧力検出装置の第１の濾波部と第２の濾波
部との濾波特性を示す特性図

【図１２】（ａ）同圧力検出装置の信号発生部の発振信
号の特性図（ｂ）同圧力検出装置の第１の濾波部の出力の特性図（ｃ）同圧力検出装置の第２の濾波部の出力の特性図

【図１３】本発明の実施例４における圧力検出装置の積
層体の外観図

【図１４】従来の圧力検出装置（参考文献１）のブロッ
ク図

【図１５】同圧力検出装置における物体の接触位置Ｌ、
発信部の印加電圧の周波数ｆ、及び圧電フィルムの出力
信号Ｖとの関係を示した特性図

【図１６】従来の圧力検出装置（参考文献２）の外観図

【図１７】同圧力検出装置において指で絶縁保護フィル
ムを触れた際の様子を示した外観図

【符号の説明】

１１振動発生手段１２振動検出手段１４圧力検出手段１４ａ第１の濾波部１４ｂ第２の濾波部１４ｃ圧力算出部１４ｄ振動特性算出部１６振動伝達手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動発生手段と、前記振動発生手段から
伝播する振動を検出する振動検出手段と、前記振動発生
手段と前記振動検出手段の少なくとも一つに印加される
圧力に応じて変化する前記振動検出手段の出力特性に基
づき前記印加圧力の大きさを算出する圧力算出手段とを
備えた圧力検出装置。
【請求項２】振動発生手段と、前記振動発生手段が発
生する振動を伝播する振動伝播手段と、前記振動伝播手
段の振動を検出する振動検出手段と、前記振動発生手段
と前記振動伝播手段と前記振動検出手段の少なくとも一
つに印加される圧力に応じて変化する前記振動検出手段
の出力特性に基づき前記印加圧力の大きさを算出する圧
力算出手段とを備えた圧力検出装置。
【請求項３】圧力算出手段は、振動検出手段の出力信
号から振動発生手段が発生する振動周波数成分のみを濾
波する第１の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号か
ら前記振動周波数以外の成分を濾波する第２の濾波部
と、前記第１の濾波部の出力信号に基づき印加圧力を算
出する圧力算出部と、第２の濾波部の出力信号に基づき
前記振動周波数以外の成分の振動特性を算出する振動特
性算出部とを備えた請求項１または２記載の圧力検出装
置。