JPH11160168A

JPH11160168A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JPH11160168A
Application number: JP32741197A
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: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-18

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と振動検出手段１２を
積層した積層体１３に圧力が印加されると、前記圧力に
応じて変化する積層体１３の振動特性を振動検出手段１
２により検出し、印加圧力を算出するとともに、振動発
生手段１１は積層体１３に圧力が印加されたとき振動検
出手段１２の出力が減少する領域の周波数の振動を発生
するようにしたものである。

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。先ず、IEEE Transaction on Electr
on Devices, vol.ED-26, No.5,p815〜p817,1979（以
下、参考文献１とする）では図１５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、同図に示すよ
うに、圧電フィルム１ａ及び２ａの両面に電極１ｂ、１
ｃ及び２ｂ、２ｃ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に発振部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
取り出す構成であった。そしてこの構成により、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１２はこの際の物体５の接触位置Ｌ、発振部４の印加
電圧の周波数ｆをパラメ−タにして、圧電フィルム２の
出力信号Ｖと接触位置Ｌの関係を示したものである。同
図から、適切な周波数fを選択して、出力信号Ｖを監視
することにより、接触位置Ｌが検出されることは明らか
である。

【０００３】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
１７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１８
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。

【０００４】

【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１６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
うといった課題を有していた。

【０００５】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１８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。

【０００６】また、種々の用途で、圧力と振動を同時に
検出することが望まれているが、両参考文献ともこの種
要望に応えることができないという課題を有していた。

【０００７】

【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に積層
した振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印
加される圧力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振
動発生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に
圧力が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層
体の振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振
動検出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出
手段により算出するとともに、前記振動発生手段は前記
積層体に圧力が印加されたとき前記振動検出手段の出力
信号が減少する領域の周波数の振動を発生するものであ
る。

【０００８】また本発明は、振動発生手段と前記振動発
生手段に積層した振動検出手段とからなる積層体と、前
記積層体に印加される圧力を算出する圧力算出手段とを
備え、前記振動発生手段により前記積層体を振動させ、
前記積層体に圧力が印加されると前記圧力に応じて変化
する前記積層体の振動特性を前記振動検出手段により検
出し、前記振動検出手段の出力信号に基づき前記圧力を
前記圧力算出手段により算出するとともに、前記振動発
生手段は前記積層体に圧力が印加されたとき前記振動検
出手段の出力信号が増加する領域の周波数の振動を発生
するものである。

【０００９】上記発明によれば、前記積層体に圧力が印
加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動
特性を前記振動検出手段により検出し、前記振動検出手
段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手段によ
り算出するため、簡単な構成で圧力レベルを検出するこ
とができる上、前記積層体に圧力が印加されたとき前記
振動検出手段の出力信号が減少する領域または増加する
領域の周波数の振動を使用して圧力を算出しているた
め、圧力算出の感度を周波数に応じて設定でき、用途に
応じた適切な感度で圧力レベルを検出できる。

【００１０】また本発明は、複数の周波数の振動を発生
する振動発生手段と前記振動発生手段に積層した振動検
出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加される圧
力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動発生手段
により前記複数の周波数で前記積層体を振動させ、前記
積層体に圧力が印加されると前記圧力に応じて変化する
前記積層体の振動特性を前記複数の周波数毎に前記振動
検出手段により検出し、前記振動検出手段の出力信号に
基づき前記複数の周波数毎に前記圧力を前記圧力算出手
段により算出するものである。

【００１１】上記発明によれば、簡単な構成で圧力レベ
ルを検出することができる上、前記複数の周波数毎に印
加圧力を算出するので、圧力算出の信頼性を向上するこ
とができる。

【００１２】さらに本発明は、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複数の周
波数をもつ振動の各周波数成分を濾波する第１の濾波部
と、前記振動検出手段の出力信号から前記周波数以外の
成分を濾波する第２の濾波部とを備え、前記第１の濾波
部の出力信号に基づき印加圧力を算出するとともに、前
記第２の濾波部の出力信号に基づき前記周波数以外の成
分の振動特性を検出するものである。

【００１３】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するとともに、前記第２の濾波部の
出力信号に基づき前記周波数以外の成分の振動特性を検
出するので、積層体に印加される圧力と振動の両者を同
時に検知できる。

【００１４】

【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に積層した
振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加さ
れる圧力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動発
生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に圧力
が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の
振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振動検
出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手段
により算出するとともに、前記振動発生手段は前記積層
体に圧力が印加されたとき前記振動検出手段の出力信号
が減少する領域の周波数の振動を発生する。

【００１５】そして、前記積層体に圧力が印加されると
前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特性を前記
振動検出手段により検出し、前記振動検出手段の出力信
号に基づき前記圧力を前記圧力算出手段により算出する
ため、簡単な構成で圧力レベルを検出することができる
上、前記積層体に圧力が印加されたとき前記振動検出手
段の出力信号が減少する領域の周波数の振動を使用して
圧力を算出しているため、圧力算出の感度を周波数に応
じて設定でき、用途に応じた適切な感度で圧力レベルを
検出できる。

【００１６】本発明の請求項２にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が発生する振動の周波数が積層体の共
振周波数である。そして、圧力に対する出力信号の感度
は、共振周波数で極大になるので、精度よく圧力レベル
を検出できる。

【００１７】本発明の請求項３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に積層した振動検
出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加される圧
力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動発生手段
により前記積層体を振動させ、前記積層体に圧力が印加
されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特
性を前記振動検出手段により検出し、前記振動検出手段
の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手段により
算出するとともに、前記振動発生手段は前記積層体に圧
力が印加されたとき前記振動検出手段の出力信号が増加
する領域の周波数の振動を発生する。

【００１８】そして、前記積層体に圧力が印加されると
前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特性を前記
振動検出手段により検出し、前記振動検出手段の出力信
号に基づき前記圧力を前記圧力算出手段により算出する
ため、簡単な構成で圧力レベルを検出することができる
上、前記積層体に圧力が印加されたとき前記振動検出手
段の出力信号が増加する領域の周波数の振動を使用して
圧力を算出しているため、圧力算出の感度を周波数に応
じて設定でき、用途に応じた適切な感度で圧力レベルを
検出できる。

【００１９】本発明の請求項４にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が発生する振動の周波数が積層体の反
共振周波数である。

【００２０】そして、圧力に対する出力信号の感度は、
反共振周波数で極大になるので、精度よく圧力レベルを
検出できる。

【００２１】本発明の請求項５にかかる圧力検出装置
は、複数の周波数の振動を発生する振動発生手段と前記
振動発生手段に積層した振動検出手段とからなる積層体
と、前記積層体に印加される圧力を算出する圧力算出手
段とを備え、前記振動発生手段により前記複数の周波数
で前記積層体を振動させ、前記積層体に圧力が印加され
ると前記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特性を
前記複数の周波数毎に前記振動検出手段により検出し、
前記振動検出手段の出力信号に基づき前記複数の周波数
毎に前記圧力を前記圧力算出手段により算出する。

【００２２】そして、簡単な構成で圧力レベルを検出す
ることができる上、前記複数の周波数毎に印加圧力を算
出するので、圧力算出の信頼性を向上することができ
る。

【００２３】本発明の請求項６にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が発生する複数の振動の少なくとも一
つの周波数が積層体の共振周波数で、他の周波数が無感
応周波数である。

【００２４】そして、圧力に対する振動検出手段の出力
信号の感度が極大となる共振周波数を複数用いて圧力を
算出しているので、精度よく圧力レベルを検出できる。

【００２５】本発明の請求項７にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が発生する複数の振動の少なくとも一
つの周波数が積層体の反共振周波数で、他の周波数が無
感応周波数である。

【００２６】そして、圧力に対する振動検出手段の出力
信号の感度が極大となる反共振周波数を複数用いて圧力
を算出しているので、精度よく圧力レベルを検出できる
上、無感応周波数での出力信号の特性を併用することに
より雑音による異常な圧電起電力の増減を検知すること
ができる。

【００２７】本発明の請求項８にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段が発生する複数の振動の少なくとも一
つの周波数が積層体の共振周波数で、他の周波数が反共
振周波数である。

【００２８】そして、圧力に対する振動検出手段の出力
信号の感度が極大となる共振周波数と反共振周波数を用
いて圧力を算出しているので、精度よく圧力レベルを検
出できる上、検出する圧力範囲を拡大することができ
る。

【００２９】本発明の請求項９にかかる圧力検出装置
は、圧力算出手段が複数の周波数毎に算出した圧力の平
均値を演算する。

【００３０】そして、複数の周波数毎に算出した圧力の
平均値を演算するので、算出した圧力にばらつきがあっ
ても精度よく圧力レベルを検出できる。

【００３１】本発明の請求項１０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複数の振動の周波数成分を濾波する
濾波部を備えたものである。

【００３２】そして、濾波部により振動検出手段の出力
信号から振動発生手段が発生する複数の振動の周波数成
分を濾波するので、積層体を複数の周波数で振動させた
とき、それぞれの周波数成分に分離して圧力を算出でき
る。

【００３３】本発明の請求項１１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複数の周波数をもつ振動の各周波数
成分を濾波する第１の濾波部と、前記振動検出手段の出
力信号から前記周波数以外の成分を濾波する第２の濾波
部とを備え、前記第１の濾波部の出力信号に基づき印加
圧力を算出するとともに、前記第２の濾波部の出力信号
に基づき前記周波数以外の成分の振動特性を検出するも
のである。

【００３４】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するとともに、前記第２の濾波部の
出力信号に基づき前記周波数以外の成分の振動特性を検
出するので、積層体に印加される圧力と振動の両者を同
時に検知できる。

【００３５】本発明の請求項１２にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段を駆動する発振信号を発生する信号発
生部を備え、前記発振信号の振幅に応じて前記振動発生
手段から発生する振動の強度を可変できるものである。

【００３６】そして、信号発生部の発振信号の振幅に応
じて振動発生手段から発生する振動の強度を可変できる
ので、圧力に対する振動検出手段の出力の感度を用途に
応じて選択できる。

【００３７】

【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。

【００３８】（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、１５は振動発生手
段１１を駆動する発振信号を発生する信号発生部であ
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。

【００３９】振動発生手段１１は図１に示すように、高
分子圧電体１１ａ、電極１１ｂと１１ｃ、保護層１１ｄ
と１１ｅから構成される。電極１１ｂ、１１ｃ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１１ａが振動する。振動検出手段
１２は図１に示すように、高分子圧電体１２ａ、電極１
２ｂと１２ｃ、保護層１２ｄと１２ｅから構成される。
高分子圧電体１１ａ、１２ａ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。保護層１１ｄ、１１ｅ、１２ｄ、１２ｅは例
えばＰＥＴ等の高分子フィルムを使用する。電極１１
ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃは例えば銀ペーストを高分
子圧電体１１ａ、１２ｂ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
１１ａ、１２ａの表面に蒸着して形成してもよい。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１
３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。また、振動発生手段１１の電
極１１ｂと１１ｃ、振動検出手段１２の電極１２ｂと１
２ｃは、それぞれ保護層１１ｄと１１ｅ、１２ｄと１２
ｅを備えているので、例えば物体が繰返し置かれるよう
な場合に電極の損傷を保護することができ信頼性が向上
する。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。

【００４０】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周波数は、積層体
１３に圧力が印加されたとき振動検出手段１２の出力信
号が減少する領域の周波数に設定するか、又は、積層体
１３に圧力が印加されたとき振動検出手段１２の出力信
号が増加する領域の周波数に設定する。振動検出手段１
２の出力信号が減少する領域の周波数に設定する場合
は、好ましくは積層体１３の共振周波数とする。振動検
出手段１２の出力信号が増加する領域の周波数に設定す
る場合は、好ましくは積層体１３の反共振周波数とす
る。また、信号発生部１５が発生する発振信号の振幅に
応じて、振動発生手段１１が発生する振動の強度を可変
できる。

【００４１】上記構成では、振動発生手段１１と振動検
出手段１２とが保護層１１ｄ、１２ｅを介して積層して
いるが、図２に示すように保護層１１ｄ、１２ｅを削除
して電極１１ｃ、１２ｄを介して積層する構成としても
よい。また、図３に示すように保護層１１ｄ、１２ｅ、
電極１２ｃを削除し、電極１１ｂを振動発生手段１１と
振動検出手段１２双方の共通の接地側電極としてもよ
い。これらの構成により積層体１３の厚みをさらに薄型
化できる。

【００４２】また、振動検出手段１２の高分子圧電体１
２ａ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、図４に示すように保護層１２ｄ、１２ｅの上
にさらにシールド電極１２ｆ、１２ｇ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１
２ｆ、１２ｇにより低減することができ、信頼性が向上
する。

【００４３】また、図４に示すように振動発生手段１１
の保護層１１ｄ、１１ｅ上にシールド電極１１ｆ、１１
ｇを設けても良く、発振信号の印加により振動発生手段
１１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。

【００４４】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ｐ１、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。尚、ここでいう圧力とは積層体１３に印加される
気体や液体による圧力のみならず、例えば積層体１３に
ある物体が接触した場合の接触圧や、積層体１３上にあ
る重量の物体が置かれた場合の荷重による圧力等も含む
ものとする。

【００４５】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１１ａ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
る特性で振動する。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。このとき、図１のｐ１、ｐ
２に示すように積層体１３の少なくとも一方の面に圧力
Ｗが印加されたとき、後述で詳述するように、その圧力
に応じた圧電起電力が振動検出手段１２に発生する。

【００４６】図５は、積層体１３に圧力が印加されたと
き、上記圧電起電力による振動検出手段１２の出力信号
Ｖ₁₁が減少する周波数領域において、上記発振信号Ｖ₀₁
（周波数ｆ₁₁）とＶ₁₁の信号波形を示した特性図であ
る。同図において縦軸はＶ₀₁とＶ₁₁、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＜ｔ
₁）、Ｖ₀₁に同期してＶ₁₁が出力される。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Ｌ₀₁が生じる。次に、時刻ｔ₁で積層体１３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Ｗが印加されると、圧力印加による影響を受け、振
動検出手段１２のＶ₁₁の振幅はＤ₀₁からＤ ₁₁へと減少す
る。この変化の度合いは、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。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。

【００４７】積層体１３に圧力が印加されたとき、振動
検出手段１２の出力信号Ｖ₁₂が増加する周波数領域にお
いては、図５に示した特性と異なり、振幅は圧力印加に
より逆に増加する。図６は、上記発振信号Ｖ₀₂（周波数
ｆ₁₂）とＶ₁₂の信号波形を示した特性図である。同図に
おいて縦軸はＶ₀₂とＶ₁₂、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）、Ｖ₀₂
に同期してＶ₁₂が出力される。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Ｌ０２
が生じる。次に、時刻ｔ１で積層体１３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Ｗが
印加されると、圧力印加による影響を受け、振動検出手
段１２のＶ₁₂の振幅はＤ₀₂からＤ₁₂へと減少する。この
変化の度合いは、積層体１３、すなわち振動発生手段１
１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。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１５では印加された圧力を算出す
る。

【００４８】図７は積層体１３として、図４のような構
成の積層体１３を使用した場合の信号発生部１５の周波
数ｆと振動検出手段１２の出力信号の振幅Ｄとの関係を
示す特性図である。図中、縦軸はＤ、横軸はｆで、積層
体１３上に圧力を印加しない場合、Ｗ＝２９０ｇ及びＷ
＝１９５０ｇの圧力を印加した場合のそれぞれについて
実測値を示している。尚、ここで使用した積層体１３の
寸法は４０ｍｍ×１５ｍｍで、高分子圧電体１１ａ、１
２ａは厚み２８μｍのポリフッ化ビニリデン、電極１１
ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ並びにシールド電極１１
ｆ、１１ｇ、１２ｆ、１２ｇは銀ペースト、保護層はＰ
ＥＴフィルムを使用した。図７から明らかなように、例
えば、約１０ｋHｚ〜約２０ｋHｚ、約４０ｋHｚ〜約５
２ｋHｚ、６０ｋHｚ前後の周波数領域では、圧力非印加
時の振幅Ｄに比べ、圧力印加時に振幅Ｄが減少する（図
２に示した特性）。この領域の周波数を共振周波数と定
義する。これに対して、例えば、約２４ｋHｚ〜約３２
ｋHｚ、約７０ｋHｚ〜約７５ｋHｚの周波数領域では、
圧力を印加しない時の圧電起電力に比べ、圧力を印加し
た時に圧電起電力の振幅が増加する（図３に示した特
性）。この領域の周波数を反共振周波数と定義する。ま
た例えば、約３ｋHｚ〜約６ｋHｚ、約３４ｋHｚ前後の
周波数領域では、圧力を印加しても圧電起電力の振幅が
変化しない。この領域の周波数を無感応周波数と定義す
る。上記のように周波数領域に依存して、圧力非印加時
の振幅Ｄに比べ、圧力印加時には振幅Ｄが減少または増
加する。この理由の詳細は不明であるが、図７のよう
に、圧力非印加時には、明確な共振周波数や反共振周波
数が観測されるのに対して、圧力印加時には、明確な共
振周波数が観測されないことから圧力印加による共振特
性の変化に深く関わると考えられる。

【００４９】図８及び図９は、それぞれ上記寸法の積層
体１３を使用した際に、信号発生部１５の出力信号の周
波数ｆ₁₁及びｆ₁₂をある値に固定し一定の振幅（約１５
Ｖ）で振動発生手段１２を駆動した時の振動検出手段１
２の出力信号の振幅Ｄ₁₁及びＤ₁₂と圧力Ｗとの関係を示
す特性図である。図８は周波数ｆ₁₁を約１４ｋＨｚ（図
７のｆ_a）又は約５０ｋＨｚ（図７のｆ_b）一定とし、圧
力Ｗが印加されたときにＤ₁₁が減少する場合の特性図
で、それぞれの周波数に対応した実測値とその回帰直線
Ｌ１４、Ｌ５０を示してある。図９は周波数ｆ₁₂を約２
７ｋＨｚ（図７のｆ_c）又は約７０ｋＨｚ（図７のｆ_d）
一定とし、圧力Ｗが印加されたときにＤ₁₂が増加する場
合の特性で、それぞれの周波数に対応した実測値とその
回帰直線Ｌ２７、Ｌ７０を示してある。図８及び図９に
示した周波数は、圧力Ｗが印加されていない時の共振周
波数および反共振周波数にそれぞれ近い周波数である
（図７参照）。上記のように周波数として、共振周波数
または反共振周波数を選択したとき、圧力Ｗに対する圧
電起電力Ｄの感度は最大になる。共振周波数および反共
振周波数以外の周波数を選択した場合には、感度は小さ
くなるが、応用に応じて適切に周波数を選択すればよ
い。尚、回帰直線Ｌ１４、Ｌ５０、Ｌ２７、Ｌ７０の回
帰式は、それぞれ（数１）〜（数４）と求められる。

【００５０】

【数１】

【００５１】

【数２】

【００５２】

【数３】

【００５３】

【数４】

【００５４】圧力算出手段１４は、振動検出手段１２の
出力信号から振幅Ｄ₁₁及びＤ₁₂を求め、（数１）〜（数
４）に基づき圧力Ｗを算出する。例えば、図８のＰ１４
のようにＤ₁₁が３．２３ｍＶの場合は（数１）に基づき
圧力Ｗは３２０ｇと算出される。また、図９のＰ２７の
ようにＤ₁₂が１．６４ｍＶの場合は（数３）に基づき圧
力Ｗは２２０ｇと算出される。尚、図７〜図９の関係や
上記回帰式は実験により求めることができる。また、上
記の圧力算出では振動検出手段１２の出力信号から振幅
を使用したが、圧力非印加時と圧力印加時との振動検出
手段１２の出力信号の振幅の差（Ｄ₁₁−Ｄ₀₁又はＤ₁₂−
Ｄ₀₂）や振幅の比（Ｄ₁₁／Ｄ₀₁又はＤ₁₂／Ｄ₀₂）を使用
して図８や図９のような圧力Ｗとの関係を求め、その関
係に基づき圧力Ｗを算出するようにしてもよい。

【００５５】尚、信号発生部１４で発生する発振信号の
振幅に応じて振動発生手段１２が発生する振動の強度を
可変でき、これにより振動検出手段１２に伝播する振動
の強度と、振動検出手段１２の出力信号の振幅Ｄ₁₁、Ｄ
₁₂とを可変できるので、用途に応じて圧力検出の精度を
可変できる。この場合も、予め実験等により前記発振信
号の振幅に応じてＤ₁₁、Ｄ₁₂と圧力Ｗとの関係を求めて
おき、その関係に基づいて圧力を算出すればよい。

【００５６】上記作用により、積層体１３に圧力が印加
されると前記圧力に応じて変化する積層体１３の振動特
性を振動検出手段１２により検出し、振動検出手段１２
の出力信号に基づき前記圧力を圧力算出手段１４により
算出するため、簡単な構成で圧力レベルを検出すること
ができる上、積層体１３に圧力が印加されたとき振動検
出手段１２の出力信号が減少する領域の周波数の振動を
使用して圧力を算出しているため、圧力算出の感度を周
波数に応じて設定でき、用途に応じた適切な感度で圧力
レベルを検出できる。

【００５７】また、振動発生手段１１が発生する振動の
周波数が積層体１３の共振周波数であり、圧力に対する
出力信号の感度が共振周波数で極大になるので、精度よ
く圧力レベルを検出できる。

【００５８】また、積層体１３に圧力が印加されると前
記圧力に応じて変化する積層体１３の振動特性を振動検
出手段１２により検出し、振動検出手段１２の出力信号
に基づき前記圧力を圧力算出手段１４により算出するた
め、簡単な構成で圧力レベルを検出することができる
上、積層体１３に圧力が印加されたとき振動検出手段１
２の出力信号が増加する領域の周波数の振動を使用して
圧力を算出しているため、圧力算出の感度を周波数に応
じて設定でき、用途に応じた適切な感度で圧力レベルを
検出できる。

【００５９】また、振動発生手段１１が発生する振動の
周波数が積層体１３の反共振周波数であり、圧力に対す
る出力信号の感度が反共振周波数で極大になるので、精
度よく圧力レベルを検出できる。さらに、信号発生部１
５の発振信号の振幅に応じて振動発生手段１１から発生
する振動の強度を可変できるので、圧力に対する振動検
出手段１２の出力の感度を用途に応じて選択できる。

【００６０】（実施例２）本発明の実施例２の圧力検出
装置を以下に説明する。図１０は本実施例２の圧力検出
装置のブロック図である。図１０において、実施例１と
異なる点は、振動発生手段１１が複数の周波数の振動を
発生し、振動発生手段１１により前記複数の周波数で積
層体１３を振動させ、積層体１３に圧力が印加されると
前記圧力に応じて変化する積層体１３の振動特性を前記
複数の周波数毎に振動検出手段１２により検出し、振動
検出手段１２の出力信号に基づき前記複数の周波数毎に
前記圧力を圧力算出手段１４により算出する点にある。
振動発生手段１１は信号発生部１５で発生する前記複数
の周波数の発振信号に応じて駆動する。この複数の周波
数は次の５つの条件（ａ）〜（ｅ）のいずれかで設定さ
れる。（ａ）複数の共振周波数、（ｂ）複数の反共振周
波数、（ｃ）少なくとも一つの周波数が積層体の共振周
波数で、他の周波数が無感応周波数、（ｄ）少なくとも
一つの周波数が積層体の反共振周波数で、他の周波数が
無感応周波数、（ｅ）少なくとも一つの周波数が積層体
の共振周波数で、他の周波数が反共振周波数。圧力算出
手段１４は、振動検出手段１２の出力信号から上記複数
の振動の周波数成分を濾波する濾波部１４ａを備えてい
る。また、圧力算出手段１４は上記複数の周波数毎に圧
力を算出する圧力算出部１４ｂと、圧力算出部１４ｂに
より上記複数の周波数毎に算出された圧力の平均値を演
算する圧力平均値演算部１４ｃを備えている。信号発生
部１５が発生する発振信号の振幅に応じて、振動発生手
段１１が発生する振動の強度を可変できる。

【００６１】次に動作、作用について説明する。図１０
のｐ１、ｐ２に示すように積層体１３の少なくとも一方
の面に圧力が印加されるものとする。まず、上記複数の
周波数が前記条件（ａ）の場合について述べる。例え
ば、上記複数の共振周波数が図７に示した２つの共振周
波数ｆ_a（約１４ｋＨｚ）とｆ_b（約５０ｋＨｚ）である
とする。信号発生部１５で発生するｆ_aとｆ_bの発振信号
に応じて振動発生手段１１の高分子圧電体１１ａが振動
する。この振動は振動検出手段１２に伝播し、積層体１
３全体がｆ_aとｆ_bで振動する。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。ｆ_aとｆ_bに対応
した圧電起電力による出力信号は、圧力算出手段１４の
濾波部１４ａでｆ_aとｆ_bの成分毎に濾波され、これらの
濾波信号に基づき圧力算出部１４ｂでｆ_aとｆ_bに対応し
た圧力が算出される。この際の圧力算出の手順は、実施
例１で積層体１３の共振周波数の振動を発生した場合と
同様である。すなわち、濾波部１４ａの出力信号の振幅
をＤ₁₁とすると、Ｄ₁₁と圧力Ｗとの関係は図８のように
なる。ここで、ｆ_aとｆ_bに対応したＷをそれぞれＷａ、
Ｗｂ、ｆ_aとｆ_bに対応したＤ₁₁をそれぞれＤ_11a、Ｄ_11b
とすると、回帰直線Ｌ１４に基づきＤ_11aからＷａを算
出し、回帰直線Ｌ５０に基づきＤ_11bからＷｂを算出す
る。このように、圧力に対する振動検出手段１２の出力
信号の感度が極大となる共振周波数を複数用いて圧力を
算出しているので、精度よく圧力レベルを検出できる。
平均値演算部１４ｃではＷａとＷｂの平均値Ｗａｖを演
算してＷａｖを最終的な圧力値とする。複数の周波数毎
に算出した圧力の平均値を演算するので、ＷａとＷｂに
ばらつきがあっても精度よく圧力レベルを検出できる。

【００６２】上記複数の周波数が条件（ｂ）の場合につ
いて、例えば、上記複数の共振周波数が図７に示した２
つの共振周波数ｆ_c（約２７ｋＨｚ）とｆ_d（約７０ｋＨ
ｚ）であるとすると、上記条件（ａ）の場合と同様に、
ｆ_cとｆ_dで積層体１３が振動し、ｆ_cとｆ_dに対応した濾
波部１４ａの出力信号が得られる。ここで、濾波部１４
ａの出力信号の振幅をＤ₁₁とすると、Ｄ₁₁と圧力Ｗとの
関係は図９のようになる。ここで、ｆ_cとｆ_dに対応した
ＷをそれぞれＷｃ、Ｗｄ、ｆ_cとｆ_dに対応したＤ₁₁をそ
れぞれＤ_11d、Ｄ_11dとすると、回帰直線Ｌ２７に基づき
Ｄ_11cからＷｃを算出し、回帰直線Ｌ７０に基づきＤ_11d
からＷｄを算出する。このように、圧力に対する振動検
出手段１２の出力信号の感度が極大となる反共振周波数
を複数用いて圧力を算出しているので、精度よく圧力レ
ベルを検出できる。平均値演算部１４ｃではＷｃとＷｄ
の平均値Ｗａｖを演算してＷａｖを算出した最終的な圧
力値とする。複数の周波数毎に算出した圧力の平均値を
演算するので、ＷｃとＷｄにばらつきがあっても精度よ
く圧力レベルを検出できる。

【００６３】上記複数の周波数が条件（ｃ）の場合につ
いて、例えば、上記複数の周波数の一つが図７に示した
共振周波数ｆ_a（約１４ｋＨｚ）で、他の周波数が図７
に示した無感応周波数ｆ_e（約３４ｋＨｚ）であるとす
ると、上記条件（ａ）の場合と同様に、ｆ_aとｆ_eで積層
体１３が振動し、ｆ_aとｆ_eに対応した濾波部１４ａの出
力信号が得られる。ここで、濾波部１４ａの出力信号の
振幅をＤ₁₁とすると、ｆ_aについては、Ｄ₁₁と圧力Ｗと
の関係は図８のＬ１４のようになり、ｆ_eについては、
図７のｆ_eの出力Ｄのように、Ｄ₁₁はＷによらず約１．
８ｍＶの一定値となる。このような２つの周波数ｆ_aと
ｆ_eを用いたときは次のような利点が得られる。例え
ば、外部からの雑音信号が圧電起電力に重畳すると真の
圧電起電力が増減する。従って、単一の周波数ｆ_aのみ
でＤ₁₁から回帰直線Ｌ１４に基づきＷを算出すると、こ
の雑音信号による異常な圧電起電力の変化を検知するこ
とはできない。しかし、無感応周波数近傍のｆ_eでもＤ
₁₁を検出した場合、雑音信号はこの場合にもＤ₁₁に重畳
する。ｆ_eを用いる場合、この雑音信号が重畳しないと
きは、Ｄ₁₁が上記のようにほぼ一定値を示すので、この
異常な圧電起電力の増減を検知できるという利点が得ら
れる。

【００６４】上記複数の周波数が条件（ｄ）の場合につ
いては、例えば、上記複数の周波数の一つが図７に示し
た共振周波数ｆ_c（約２７ｋＨｚ）で、他の周波数が図
７に示した無感応周波数ｆ_e（約３４ｋＨｚ）であると
すると、上記条件（ｃ）の作用の項で述べたのと同様な
利点がある。すなわち、単一の周波数ｆ_cのみでＤ₁₁か
ら回帰直線Ｌ２７に基づきＷを算出すると、外部からの
雑音信号が圧電起電力に重畳した場合、雑音信号による
異常な圧電起電力の変化を検知することはできないが、
無感応周波数近傍のｆ_eでもＤ₁₁を検出した場合、雑音
信号はこの場合にもＤ₁₁に重畳するのに対して、雑音信
号が重畳しないときは、Ｄ₁₁が上記のようにほぼ一定値
を示すので、この異常な圧電起電力の増減を検知できる
という利点が得られる。

【００６５】上記複数の周波数が条件（ｅ）の場合につ
いて、図１１を基に述べる。図１１は１６０ｍｍ×１５
ｍｍの寸法の積層体１３を使用した場合の、振動検出手
段１２の出力信号の振幅Ｄ₁₁及びＤ₁₂と圧力Ｗとの関係
を示す特性図で、上段は積層体１３の共振周波数近傍の
周波数ｆ_f（約５３ｋＨｚ）を用いた場合のＤ₁₁とＷと
の実測値と回帰直線間Ｌ５３を示し、下段は積層体１３
の反共振周波数近傍の周波数ｆ_g（約８ｋＨｚ）を用い
た場合のＤ₁₂とＷとの実測値と回帰直線間Ｌ８を示して
いる。Ｌ５３とＬ８の回帰式は（数５）と（数６）とな
る。

【００６６】

【数５】

【００６７】

【数６】

【００６８】図１１から明らかなように、ｆ_fを用いた
場合は２００ｇ〜１０ｋｇまでの圧力を検出できる。こ
の範囲に対応するＤ₁₁は（数５）より５．０４ｍＶ〜
１．３ｍＶとなる。また、ｆ_gを用いた場合は１００ｇ
〜８００ｇまでの圧力を検出できる。この範囲に対応す
るＤ₁₂は（数６）より０．４３ｍＶ〜１．１２ｍＶとな
る。上記の関係に基づき、例えば、（ａ）Ｄ₁₁が５．０
４ｍＶ以上でＤ₁₂が０．４３ｍＶ〜０．６６ｍＶ（Ｗが
１００ｇ〜２００ｇに相当）ならばＬ８すなわち（数
６）を用いてＷを算出し、（ｂ）Ｄ₁₁が５．０４ｍＶ〜
３．７１ｍＶでＤ₁₂が０．６６ｍＶ〜１．１２ｍＶ（Ｗ
が２００ｇ〜８００ｇに相当）ならばＬ５３とＬ８すな
わち（数５）と（数６）の少なくとも一つを用いてＷを
算出し、（ｃ）Ｄ₁₁が１．３ｍＶ〜３．７１ｍＶでＤ₁₂
が１．１２ｍＶ以上（Ｗが１００ｇ〜２００ｇに相当）
ならばＬ５３すなわち（数５）を用いてＷを算出する。
上記（ｂ）の場合、（数５）と（数６）の両方を用いて
Ｗを算出した場合は、算出した２つの圧力値の平均値を
演算して最終的な圧力値としてもよい。このように、ｆ
_gのみを用いてＷを算出する場合に比べ、ｆ_gとｆ_fとを
併用してＷを算出する場合の方が検出する圧力範囲を拡
大することができる。このような検出圧力範囲を拡大す
る周波数の組み合わせは、予め実験等により求めること
ができる。

【００６９】また、検出圧力範囲の拡大に用いる複数の
周波数は、上記のような共振周波数と反共振周波数とを
用いることに限るものではなく、例えば検出圧力範囲を
拡大する複数の共振周波数を用いてもよいし、複数の反
共振周波数を用いてもよい。

【００７０】複数の周波数は上記の各条件のように２つ
に限るものではなく、３つ以上の周波数を用いてもよ
い。また、信号発生部１５での発振信号の発生は、複数
の周波数の信号を、例えばｆ_a→ｆ_bのように、順次発生
してもよいし、信号同士を重ね合せた信号を発生しても
よい。

【００７１】上記作用により、簡単な構成で圧力レベル
を検出することができる上、複数の周波数毎に印加圧力
を算出するので、圧力算出の信頼性を向上することがで
きる。

【００７２】また、圧力に対する振動検出手段の出力信
号の感度が極大となる共振周波数を複数用いて圧力を算
出しているので、精度よく圧力レベルを検出できる上、
無感応周波数での出力信号の特性を併用することにより
雑音による異常な圧電起電力の増減を検知することがで
きる。

【００７３】また、圧力に対する振動検出手段の出力信
号の感度が極大となる反共振周波数を複数用いて圧力を
算出しているので、精度よく圧力レベルを検出できる
上、無感応周波数での出力信号の特性を併用することに
より雑音による異常な圧電起電力の増減を検知すること
ができる。

【００７４】また、圧力に対する振動検出手段の出力信
号の感度が極大となる共振周波数と反共振周波数を用い
て圧力を算出しているので、精度よく圧力レベルを検出
できる上、検出する圧力範囲を拡大することができる。
また、複数の周波数毎に算出した圧力の平均値を演算す
るので、算出した圧力にばらつきがあっても精度よく圧
力レベルを検出できる。

【００７５】また、濾波部により振動検出手段の出力信
号から振動発生手段が発生する複数の振動の周波数成分
を濾波するので、積層体を複数の周波数で振動させたと
き、それぞれの周波数成分に分離して圧力を算出でき
る。

【００７６】（実施例３）図１２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。実施例１及び実施例
２と異なる点は圧力算出手段１４が、振動検出手段１２
の出力信号から振動発生手段１１が発生する複数の振動
の周波数成分を濾波する第１の濾波部１４ｄと、振動検
出手段１２の出力信号から前記周波数以外の成分を濾波
する第２の濾波部１４ｅとを備え、第１の濾波部１４ｄ
の出力信号に基づき印加圧力を算出するとともに第２の
濾波部１４ｅの出力信号に基づき前記周波数以外の成分
の振動特性を算出する圧力振動特性算出部１４ｆとを有
する点にある。ここで、説明を簡潔にするために、振動
発生手段１１が発生する複数の周波数をもつ振動の各周
波数は、実施例１で使用した積層体１３の２つの共振周
波数ｆ_aとｆ_bとする。また、図１や図１０に示した圧力
Ｗの替わりに、図１２のように重量Ｗ１の物体１６が振
動検出手段１２上に置かれるものとし、物体１６は外部
から周波数ｆ_hの振動が印加されるか、又は内部に周波
数ｆ_hの振動体を有し、物体１６全体が周波数ｆ_hで振動
しているものとする。第１の濾波部１４ｄは中心周波数
がｆ_aとｆ_bの２つのバンドパスフィルターからなり、第
２の濾波部１４ｅは中心周波数がｆ_hのバンドパスフィ
ルターからなる。図１３は第１の濾波部１４ｄと第２の
濾波部１４ｅの各バンドパスフィルターの濾波特性を示
した特性図で、縦軸はパワーＱ、横軸は周波数ｆであ
る。

【００７７】次に動作、作用について説明する。実施例
１や実施例２と同様に、振動発生手段１１では信号発生
部１５で発生する周波数ｆ_aとｆ_bの発振信号に応じて高
分子圧電体１１ａが振動する。この振動と、振動発生手
段１２による複数の周波数の振動と物体１６の周波数ｆ
_h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の高分子圧電体１２ａでは圧電起電力が発生する。
発生した圧電起電力による振動検出手段１２の出力信号
の中から、第１の濾波部１４によりｆ_aとｆ_bの周波数成
分が濾波されるとともに、第２の濾波部１４ｅによりｆ
_hの周波数成分が濾波される。

【００７８】図１４は、信号発生部１５の発振信号のう
ちｆ_aによる発振信号Ｖ₀₁、第１の濾波部１４ｄの出力
信号のうちｆ_aによる出力信号Ｖ₁₁、第２の濾波部１４
ｅの出力信号Ｖ₂の信号波形を示す特性図である。同図
中、縦軸は上段から順にＶ₀₁、Ｖ₁₁、Ｖ₂で、横軸は
いずれも時間ｔである。図１４より振動発生手段１１に
物体１６が置かれていない状態（ｔ＜ｔ１）では、Ｖ₁₁
とＶ₂の振幅はそれぞれＤ₀₁と０である。そして時刻ｔ
１で重量物体１６が例えば振動検出手段１２上に置かれ
るとすると、Ｖ₁₁とＶ₂の振幅はＤ₁₁とＤ₂に変化する。
尚、図１４では図示していないが、信号発生部１５の発
振信号のうちｆ_bによる発振信号Ｖ₀₁、第１の濾波部１
４ｄの出力信号のうちｆ_bによる出力信号Ｖ₁₁について
も、図１４と同様な変化を示す。

【００７９】圧力振動特性算出部１４ｆでは、第１の濾
波部１４ｄの出力信号の振幅Ｄ₁₁に基づきｆ_aとｆ_bの周
波数毎に重量Ｗ１を算出するとともに、第２の濾波部１
４ｅの出力信号Ｖ₂に基づき、物体１６の周波数ｆ_hの振
動の振幅Ｄ₂の大きさを検出して振動の強度を算出す
る。この際の算出手順は、実施例１のｆ_aとｆ_bの場合の
圧力算出手順と同様で、例えば図８や（数１）、（数
２）を用いて物体の重量Ｗ１を算出すればよい。また、
実施例２のように、ｆ_aとｆ_bの周波数毎に算出した重量
の平均値を算出して最終的な物体の重量Ｗ１としてもよ
い。

【００８０】上記作用により、複数の周波数毎に印加圧
力を算出するので、圧力算出の信頼性を向上することが
できる上、第１の濾波部１４ｄの出力信号に基づき印加
圧力を算出するとともに、第２の濾波部１４ｅの出力信
号に基づき前記周波数以外の成分の振動特性を検出する
ので、積層体１３に印加される圧力と振動の両者を同時
に検知できる。

【００８１】上記実施例３では、信号発生手段１５の
発生する発振信号の周波数は積層体１３の２つの共振周
波数ｆ_aとｆ_bであったが、実施例２のように、２つの反
共振周波数を用いてもよく、上記と同様な効果がある。

【００８２】また、実施例２のように、信号発生手段１
５の発生する発振信号の周波数を積層体１３の共振周波
数と無感応周波数としたり、積層体１３の反共振周波数
と無感応周波数としてもよく、雑音による異常な圧電起
電力の増減を検知することができる。

【００８３】さらに、実施例２のように、信号発生手段
１５の発生する発振信号の周波数を積層体１３の共振周
波数と反共振周波数としてもよく、精度よく圧力レベル
を検出できる上、検出する圧力範囲を拡大することがで
きる。

【００８４】尚、複数の周波数は上記のように２つに限
るものではなく、３つ以上の周波数を用いてもよい。ま
た、信号発生部１５での発振信号の発生は、複数の周波
数の信号を、例えばｆ_a→ｆ_bのように、順次発生しても
よいし、信号同士を重ね合せた信号を発生してもよい。

【００８５】

【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、積層体に圧力が印加されると前
記圧力に応じて変化する前記積層体の振動特性を振動検
出手段により検出し、前記振動検出手段の出力信号に基
づき前記圧力を圧力算出手段により算出するため、簡単
な構成で圧力レベルを検出することができる上、前記積
層体に圧力が印加されたとき前記振動検出手段の出力信
号が減少する領域の周波数の振動を使用して圧力を算出
しているため、圧力算出の感度を周波数に応じて設定で
き、用途に応じた適切な感度で圧力レベルを検出できる
といった効果がある。

【００８６】また、請求項２にかかる圧力検出装置は、
圧力に対する出力信号の感度が、共振周波数で極大にな
るので、精度よく圧力レベルを検出できるといった効果
がある。

【００８７】また、請求項３にかかる圧力検出装置は、
積層体に圧力が印加されると前記圧力に応じて変化する
前記積層体の振動特性を振動検出手段により検出し、前
記振動検出手段の出力信号に基づき前記圧力を圧力算出
手段により算出するため、簡単な構成で圧力レベルを検
出することができる上、前記積層体に圧力が印加された
とき前記振動検出手段の出力信号が増加する領域の周波
数の振動を使用して圧力を算出しているため、圧力算出
の感度を周波数に応じて設定でき、用途に応じた適切な
感度で圧力レベルを検出できるといった効果があるる。

【００８８】また、本発明の請求項４にかかる圧力検出
装置は、圧力に対する出力信号の感度が、反共振周波数
で極大になるので、精度よく圧力レベルを検出できると
いった効果がある。

【００８９】また、本発明の請求項５にかかる圧力検出
装置は、簡単な構成で圧力レベルを検出することができ
る上、複数の周波数毎に印加圧力を算出するので、圧力
算出の信頼性を向上することができるといった効果があ
る。

【００９０】また、本発明の請求項６にかかる圧力検出
装置は、圧力に対する振動検出手段の出力信号の感度が
極大となる共振周波数を複数用いて圧力を算出している
ので、精度よく圧力レベルを検出できる。

【００９１】また、本発明の請求項７にかかる圧力検出
装置は、圧力に対する振動検出手段の出力信号の感度が
極大となる反共振周波数を複数用いて圧力を算出してい
るので、精度よく圧力レベルを検出できる上、無感応周
波数での出力信号の特性を併用することにより雑音によ
る異常な圧電起電力の増減を検知することができるとい
った効果がある。

【００９２】また、本発明の請求項８にかかる圧力検出
装置は、圧力に対する振動検出手段の出力信号の感度が
極大となる共振周波数と反共振周波数を用いて圧力を算
出しているので、精度よく圧力レベルを検出できる上、
検出する圧力範囲を拡大することができる。

【００９３】また、本発明の請求項９にかかる圧力検出
装置は、複数の周波数毎に算出した圧力の平均値を演算
するので、算出した圧力にばらつきがあっても精度よく
圧力レベルを検出できるといった効果がある。

【００９４】また、本発明の請求項１０にかかる圧力検
出装置は、濾波部により振動検出手段の出力信号から振
動発生手段が発生する複数の振動の周波数成分を濾波す
るので、積層体を複数の周波数で振動させたとき、それ
ぞれの周波数成分に分離して圧力を算出できるといった
効果がある。

【００９５】また、本発明の請求項１１にかかる圧力検
出装置は、第１の濾波部の出力信号に基づき印加圧力を
算出するとともに、第２の濾波部の出力信号に基づき前
記周波数以外の成分の振動特性を検出するので、積層体
に印加される圧力と振動の両者を同時に検知できるとい
った効果がある。

【００９６】さらに、本発明の請求項１２にかかる圧力
検出装置は、信号発生部の発振信号の振幅に応じて振動
発生手段から発生する振動の強度を可変できるので、圧
力に対する振動検出手段の出力の感度を用途に応じて選
択できる。

【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】同圧力検出装置の積層体の他の実施例における
構造図

【図３】同圧力検出装置の積層体の他の実施例における
構造図

【図４】同圧力検出装置の積層体の他の実施例における
構造図

【図５】同圧力検出装置の圧力印加時に振動検出手段の
出力信号が減少する周波数領域における信号発生部と振
動検出手段の出力信号の関係を示す特性図

【図６】同圧力検出装置の圧力印加時に振動検出手段の
出力信号が増加する周波数領域における信号発生部と振
動検出手段の出力信号の関係を示す特性図

【図７】同圧力検出装置の信号発生部の周波数と振動検
出手段の出力信号の振幅との関係を示す特性図

【図８】同圧力検出装置の共振周波数使用時における振
動検出手段の出力信号の振幅と圧力との関係を示す特性
図

【図９】同圧力検出装置の反共振周波数使用時における
振動検出手段の出力信号の振幅と圧力との関係を示す特
性図

【図１０】本発明の本実施例２の圧力検出装置のブロッ
ク図

【図１１】同圧力検出装置の振動検出手段の出力信号の
振幅と圧力との関係を示す特性図

【図１２】本発明の実施例３の圧力検出装置のブロック
図

【図１３】同圧力検出装置の第１の濾波部と第２の濾波
部の濾波特性を示した特性図

【図１４】同圧力検出装置の信号発生部の発振信号
Ｖ₀₁、第１の濾波部の出力信号による出力信号Ｖ₁₁、第
２の濾波部１４ｅの出力信号Ｖ₂の信号波形を示す特性
図

【図１５】従来の圧力検出装置（参考文献１）のブロッ
ク図

【図１６】同圧力検出装置における物体の接触位置Ｌ、
発振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１７】従来の圧力検出装置（参考文献２）の外観図

【図１８】同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１３積層体１４圧力算出手段１４ｄ第１の濾波部１４ｅ第２の濾波部１５信号発生部

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に積層し
た振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加
される圧力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動
発生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に圧
力が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体
の振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振動
検出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手
段により算出するとともに、前記振動発生手段は前記積
層体に圧力が印加されたとき前記振動検出手段の出力信
号が減少する領域の周波数の振動を発生する圧力検出装
置。
【請求項２】振動発生手段が発生する振動の周波数が積
層体の共振周波数である請求項１記載の圧力検出装置。
【請求項３】振動発生手段と前記振動発生手段に積層し
た振動検出手段とからなる積層体と、前記積層体に印加
される圧力を算出する圧力算出手段とを備え、前記振動
発生手段により前記積層体を振動させ、前記積層体に圧
力が印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体
の振動特性を前記振動検出手段により検出し、前記振動
検出手段の出力信号に基づき前記圧力を前記圧力算出手
段により算出するとともに、前記振動発生手段は前記積
層体に圧力が印加されたとき前記振動検出手段の出力信
号が増加する領域の周波数の振動を発生する圧力検出装
置。
【請求項４】振動発生手段が発生する振動の周波数が積
層体の反共振周波数である請求項３記載の圧力検出装
置。
【請求項５】複数の周波数の振動を発生する振動発生手
段と前記振動発生手段に積層した振動検出手段とからな
る積層体と、前記積層体に印加される圧力を算出する圧
力算出手段とを備え、前記振動発生手段により前記複数
の周波数で前記積層体を振動させ、前記積層体に圧力が
印加されると前記圧力に応じて変化する前記積層体の振
動特性を前記複数の周波数毎に前記振動検出手段により
検出し、前記振動検出手段の出力信号に基づき前記複数
の周波数毎に前記圧力を前記圧力算出手段により算出す
る圧力検出装置。
【請求項６】振動発生手段が発生する複数の振動の少な
くとも一つの周波数が積層体の共振周波数で、他の周波
数が無感応周波数である請求項５記載の圧力検出装置。
【請求項７】振動発生手段が発生する複数の振動の少な
くとも一つの周波数が積層体の反共振周波数で、他の周
波数が無感応周波数である請求項５記載の圧力検出装
置。
【請求項８】振動発生手段が発生する複数の振動の少な
くとも一つの周波数が積層体の共振周波数で、他の周波
数が反共振周波数である請求項５記載の圧力検出装置。
【請求項９】圧力算出手段は複数の周波数毎に算出した
圧力の平均値を演算する請求項５記載の圧力検出装置。
【請求項１０】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複数の振動の周波数成分
を濾波する濾波部を備えた請求項５乃至９のいずれか１
項記載の圧力検出装置。
【請求項１１】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複数の周波数をもつ振動
の各周波数成分を濾波する第１の濾波部と、前記振動検
出手段の出力信号から前記周波数以外の成分を濾波する
第２の濾波部とを備え、前記第１の濾波部の出力信号に
基づき印加圧力を算出するとともに、前記第２の濾波部
の出力信号に基づき前記周波数以外の成分の振動特性を
検出する請求項５乃至９のいずれか１項記載の圧力検出
装置。
【請求項１２】振動発生手段を駆動する発振信号を発生
する信号発生部を備え、前記発振信号の振幅に応じて前
記振動発生手段が発生する振動の強度を可変できる請求
項１乃至１１のいずれか１項記載の圧力検出装置。