WO2020049934A1 - 生体センサ - Google Patents

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WO2020049934A1
WO2020049934A1 PCT/JP2019/030942 JP2019030942W WO2020049934A1 WO 2020049934 A1 WO2020049934 A1 WO 2020049934A1 JP 2019030942 W JP2019030942 W JP 2019030942W WO 2020049934 A1 WO2020049934 A1 WO 2020049934A1
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piezoelectric element
spacer
covering member
piezoelectric
living body
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PCT/JP2019/030942
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夕輝 植屋
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ヤマハ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a biological sensor.
  • measuring or observing vibrations generated inside the living body such as heartbeat, pulse wave, blood flow sound, respiratory sound, etc. (not limited to audible sound wave vibrations, including non-audible low frequency vibrations and ultrasonic vibrations)
  • audible sound wave vibrations including non-audible low frequency vibrations and ultrasonic vibrations
  • a vibration waveform sensor using a piezoelectric element As a biological sensor for detecting vibration of a living body, for example, a vibration waveform sensor using a piezoelectric element is known (see International Publication No. WO2017 / 187710).
  • This known vibration waveform sensor includes a piezoelectric element mounted on a base material, a spacer disposed around the piezoelectric element, and a covering portion that covers the piezoelectric element. It is configured by filling with silicone resin.
  • the vibration of the living body is detected by applying the covering portion to the living body.
  • the propagation path is long because vibration mainly transmitted from the spacer to the piezoelectric element via the substrate is detected. For this reason, the sensitivity is apt to decrease, and noise is likely to be mixed.
  • the covering portion and the silicone resin are present between the living body to be measured and the piezoelectric sensor, vibration is easily attenuated by the elasticity thereof, and the spacer and the covering portion adhere to the piezoelectric element in close contact with each other. Since it surrounds, deformation of the piezoelectric element is suppressed. From this point as well, the sensitivity of the conventional biosensor tends to decrease. Therefore, a biosensor having high sensitivity and high noise resistance is required.
  • an object of the present invention is to provide a biosensor having high sensitivity and high noise resistance.
  • a biological sensor including a sheet-shaped piezoelectric element, a spacer disposed with a space around the piezoelectric element in a plan view, and the piezoelectric element. And a covering member that covers the front side of the spacer, wherein the spacer supports the covering member from the back side, and the piezoelectric element is fixed to the covering member.
  • FIG. 1 is a schematic bottom view showing the back surface of the biosensor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the biosensor of FIG. 1 taken along the line AA.
  • FIG. 3 is a schematic bottom view showing the back surface of the biosensor according to the embodiment different from FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a biosensor according to an embodiment different from FIGS. 1 and 3.
  • the biosensor according to one embodiment of the present invention includes a sheet-shaped piezoelectric element, a spacer arranged with a gap around the piezoelectric element in a plan view, and a covering member that covers the front side of the piezoelectric element and the spacer.
  • the spacer supports the covering member from the back side, and the piezoelectric element is fixed to the covering member.
  • the back side is the side facing the surface of the living body to be subjected to vibration detection
  • the front side is the side opposite to the back side.
  • the back surface of the spacer may be a plane parallel to the back surface of the piezoelectric element.
  • the biosensor may further include a plate disposed on the back side of the piezoelectric element so as to face the covering member.
  • the back surface of the plate may protrude more rearward than the back surface of the spacer.
  • the biosensor may include a plurality of the piezoelectric elements arranged so as not to overlap in a plan view.
  • the average thickness of the spacer is preferably 300 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less.
  • the ⁇ back side '' refers to a side located opposite to the surface of the living body
  • the ⁇ front side '' refers to the side opposite to the ⁇ back side '', that is, the side located opposite to the surface of the living body.
  • Average thickness refers to the average value of the thickness at any 10 points.
  • the covering member to which the piezoelectric element is fixed is supported by the spacer. For this reason, in the biological sensor, since the vibration of the living body can be detected by bringing the piezoelectric element into contact with the living body, the propagation path can be shortened. Further, the biosensor has a gap between the piezoelectric element and the spacer. For this reason, since the deformation of the piezoelectric element is hardly suppressed by the spacer or the like, the sensitivity of the piezoelectric element is easily ensured. Therefore, the biological sensor has high sensitivity and high noise resistance.
  • FIGS. 1 and 2 show a biological sensor 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the living body sensor 1 is arranged in close contact with the surface of a living body such as a human or an animal, and is used for detecting vibration inside the living body, for example, a pulse wave.
  • the biosensor 1 includes a sheet-shaped piezoelectric element 2, a spacer 4 provided with a gap 3 around the piezoelectric element 2 in plan view, and a covering member 5 that covers the front sides of the piezoelectric element 2 and the spacer 4.
  • a plate 6 disposed on the back side of the piezoelectric element 2 so as to face the covering member 5, and a shield layer 7 disposed so as to entirely wrap the outermost part.
  • the piezoelectric element 2 is formed of a piezoelectric material that converts a pressure into a voltage, and converts a deformation due to a force applied by a pressure wave of a biological vibration into a voltage.
  • the piezoelectric element 2 has a sheet-shaped or film-shaped piezoelectric body 21 and a pair of electrodes 22 stacked on the front and back of the piezoelectric body 21.
  • the piezoelectric material forming the piezoelectric body 21 may be an inorganic material such as lead zirconate titanate, for example, but is preferably a polymer piezoelectric material having flexibility so as to be able to adhere to the surface of a living body. Further, by using a porous film in which a number of pores are formed in a polymer piezoelectric material as the piezoelectric body 21, flexibility and a piezoelectric constant can be relatively increased.
  • polymer piezoelectric material examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-ethylene trifluoride copolymer (P (VDF / TrFE)), and vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer (P (VDCN / VAc)) and the like. Further, by using these polymer piezoelectric materials as porous films, it is possible to form the piezoelectric element 2 having higher flexibility and a larger piezoelectric constant.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • TrFE vinylidene fluoride-ethylene trifluoride copolymer
  • PVDCN / VAc vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer
  • a large number of flat pores are formed in, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET) or the like which does not have piezoelectric characteristics. It is also possible to use a material in which the opposing surface of the flat pore is polarized and charged to impart a piezoelectric property to the flat pore.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the lower limit of the average thickness of the piezoelectric body 21 is preferably 10 ⁇ m, and more preferably 50 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the piezoelectric body 21 is preferably 500 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ m. If the average thickness of the piezoelectric body 21 is less than the lower limit, the strength of the piezoelectric element 2 may be insufficient. Conversely, if the average thickness of the piezoelectric body 21 exceeds the upper limit, the deformability of the piezoelectric element 2 becomes small, and the detection sensitivity may be insufficient.
  • Electrode The electrodes 22 are stacked on both surfaces of the piezoelectric body 21 and are used to detect a potential difference between the front and back of the piezoelectric body 21.
  • the material of the electrode 22 may be a material having conductivity, and examples thereof include metals such as aluminum, copper, and nickel, and carbon.
  • the average thickness of the electrode 22 is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, depending on the lamination method. If the average thickness of the electrode 22 is less than the lower limit, the strength of the electrodes 6 and 7 may be insufficient. Conversely, if the average thickness of the electrode 22 exceeds the upper limit, transmission of vibration to the piezoelectric body 21 may be hindered.
  • the method of laminating the electrode 22 on the piezoelectric body 21 is not particularly limited, and examples thereof include vapor deposition of a metal, printing of a carbon conductive ink, and application and drying of a silver paste.
  • the electrode 22 may be formed by being divided into a plurality of regions in a plan view, and effectively causing the piezoelectric element 2 to function as a plurality of piezoelectric elements.
  • the electrode 22 is formed up to the outer edge thereof, but the region where the electrode 22 is formed does not have to reach the outer edge of the piezoelectric element 2. That is, the electrode 22 may be laminated on the entire surface of the front side and the rear side of the piezoelectric body 21, but as long as a potential difference can be detected, the electrode 22 is laminated on a part of the front side and the back side of the piezoelectric body 21. It may be.
  • the planar shape of the piezoelectric element 2 can be, for example, a circle having a diameter of 2 mm or more and 10 mm or less. If the diameter is less than the lower limit, for example, when measuring a pulse wave, it may be difficult to position the biological sensor 1 so that the piezoelectric element 2 covers the blood vessel. Conversely, if the diameter exceeds the upper limit, the biosensor 1 becomes unnecessarily large, and handling may be inconvenient.
  • the signal wiring 8 is disposed on the front surface of the piezoelectric element 2, that is, between the electrode 22 on the front side of the piezoelectric element 2 and the covering member 5. Further, a ground wiring 9 is disposed on the surface on the back side of the piezoelectric element 2, that is, between the electrode 22 on the back side of the piezoelectric element 2 and the plate 6.
  • the signal wiring 8 and the ground wiring 9 are used to transmit a potential difference detected by the pair of electrodes 22 of the piezoelectric element 2 to a detection circuit. Therefore, the signal wiring 8 and the ground wiring 9 are connected to a detection circuit (not shown).
  • the signal wiring 8 and the ground wiring 9 may be any as long as they have conductivity.
  • a film made of a metal such as aluminum, copper, or nickel, a film containing a conductive material such as carbon, or a conductive fiber may be used. Woven or non-woven fabrics.
  • the average thickness of the signal wiring 8 and the ground wiring 9 is not particularly limited, and may be, for example, 15 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. If the average thickness of the signal wiring 8 and the ground wiring 9 is less than the lower limit, the conductivity of the signal wiring 8 and the ground wiring 9 may be insufficient. Conversely, when the average thickness of the signal wiring 8 and the ground wiring 9 exceeds the upper limit, transmission of vibration to the piezoelectric element 2 may be hindered.
  • the piezoelectric element 2 is fixed to a covering member 5 described later. That is, there is no elastic member such as a spring or rubber between the piezoelectric element 2 and the covering member 5 that urges the piezoelectric element 2 to the front side or the back side.
  • the piezoelectric element 2 is fixed to the covering member 5 as described above, the vibration of the living body can be suppressed from being absorbed by the elastic member, and thus the sensitivity of the piezoelectric element 2 can be increased.
  • the piezoelectric element 2 is fixed to the covering member 5 with the signal wiring 8 interposed therebetween as shown in FIG.
  • the piezoelectric element 2 and the covering member 5 can be fixed via a fixing member having no elasticity such as a spring or rubber.
  • the fixing member sandwiched between the piezoelectric element 2 and the covering member 5 may be a conductive wiring using a conductive film or the like, or may be a member for adjusting the thickness of the biological sensor. .
  • the spacer 4 is formed by laminating a wall 41 and a ground wiring 42, for example, as shown in FIG. Note that the spacer 4 is not limited to the configuration in FIG. 2, and may be configured only with the wall 41, for example.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PAR polyarylate
  • PI polyimide
  • PET having appropriate rigidity is preferable.
  • the material of the ground wiring 42 can be the same as that of the ground wiring 9 of the piezoelectric element 2.
  • the ground wiring 42 is connected to the signal wiring 8 disposed on the front surface of the piezoelectric element 2 and the ground wiring 9 disposed on the rear surface of the piezoelectric element 2 and the height position (the front-back direction of the biosensor 1).
  • the ground wiring 42 of the spacer 4 has the same thickness as the corresponding signal wiring 8 and the ground wiring 9 at the height position, and the wall 41 sandwiched between the ground wirings 42 has the same thickness as the piezoelectric element 2. It is good.
  • the ground wiring 42 of the spacer 4 functions as a shield, and it is possible to prevent noise from being mixed into the signal detected by the piezoelectric element 2. Further, when the biosensor 1 is manufactured, the signal wiring 8 and the ground wiring 9 of the piezoelectric element 2 and the ground wiring 42 of the spacer 4 can be stacked at the same time and manufactured, so that the manufacturing efficiency can be increased. .
  • the spacer 4 supports a covering member 5 described later from the back side. In other words, the position of the covering member 5 is fixed by the spacer 4 and vibration is suppressed. Therefore, the sensitivity of the piezoelectric element 2 fixed to the covering member 5 can be increased.
  • the spacer 4 may be intermittently arranged around the piezoelectric element 2 as long as the spacer 4 can support the covering member 5, but is preferably arranged so as to surround the entire circumference of the piezoelectric element 2 in plan view. By disposing the spacer 4 so as to surround the entire circumference of the piezoelectric element 2 in a plan view, the covering member 5 can be stably supported, so that the sensitivity of the piezoelectric element 2 can be further increased.
  • the back surface of the spacer 4 is preferably a plane parallel to the back surface of the piezoelectric element 2.
  • the thickness of the spacer 4 is such that the back surface of the spacer 4 is in contact with the living body and the covering member 5 can be fixed when the biosensor 1 is used.
  • the thickness of the spacer 4 is set so that the piezoelectric element 2 can detect vibration from the back side when the biological sensor 1 is used, that is, the piezoelectric element 2, the plate 6, the shield layer 7, and the living body are not affected by the state of the biological vibration.
  • the adjustment is made so as to be continuous in a direction from the front side to the back side (hereinafter, also referred to as “back direction”).
  • the lower limit of the average thickness of the spacer 4 is preferably 300 ⁇ m, more preferably 400 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the spacer 4 is preferably 800 ⁇ m, more preferably 700 ⁇ m. If the average thickness of the spacer 4 is less than the lower limit, when the biosensor 1 is brought into contact with a living body, the plate 6 projects too much from the back surface of the spacer 4 so that the spacer 4 does not come into contact with the living body and the covering member 5 May not be supported.
  • the average thickness of the spacers 4 exceeds the upper limit, for example, the shaking on the back side of the spacers 4 is amplified on the front side with the thickness of the spacers 4 as the radius, and the coating member 5 may be likely to vibrate. is there.
  • the average width (radial average width) of the surface on the back side of the spacer 4 is not particularly limited, but can be, for example, 1 mm or more and 5 mm or less. If the average width of the spacer 4 is less than the lower limit, when the biological sensor 1 is brought into contact with a living body, the contact area of the spacer 4 becomes small, so that the covering member 5 may not be stably supported. Conversely, when the average width of the spacer 4 exceeds the upper limit, the biosensor 1 becomes unnecessarily large in a plan view, which may make handling inconvenient.
  • the gap 3 only needs to have a size that does not contact the spacer 4 even when the piezoelectric element 2 is deformed, and the lower limit of the width of the gap 3 can be, for example, 10 ⁇ m.
  • the upper limit of the width of the gap 3 is not particularly limited, but may be, for example, 3 mm from the viewpoint of handleability of the biosensor 1, that is, miniaturization.
  • the space 3 is not filled with a filler such as a gel.
  • a filler such as a gel.
  • the covering member 5 has a plate shape and covers the front sides of the piezoelectric element 2 and the spacer 4 as described above.
  • the covering member 5 may cover the front sides of the piezoelectric element 2 and the spacer 4 so as to cover the outer edge of the spacer 4 in plan view, but if the covering member 5 covers the outer edge of the spacer 4 so as to coincide with the outer edge of the spacer 4. Good.
  • the size of the covering member 5 can be reduced in a plan view, so that the handleability of the biosensor 1 is improved.
  • the material of the covering member 5 can be the same as that of the wall 41 of the spacer 4. Further, it is preferable that the covering member 5 has flexibility. By providing the covering member 5 with a certain degree of flexibility as described above, the living body sensor 1 can be appropriately brought into contact even if the surface of the living body to be measured is a curved surface.
  • the lower limit of the average thickness of the covering member 5 is preferably 50 ⁇ m, more preferably 100 ⁇ m.
  • the upper limit of the average thickness of the covering member 5 is preferably 400 ⁇ m, and more preferably 250 ⁇ m. If the average thickness of the covering member 5 is less than the lower limit, the covering member 5 is easily bent, and it is difficult to fix the position of the piezoelectric element 2. For this reason, the sensitivity of the biological sensor 1 may be reduced. If the average thickness of the covering member 5 is less than the lower limit, the parasitic capacitance may increase and noise may easily occur. Conversely, when the average thickness of the covering member 5 exceeds the upper limit, the flexibility of the covering member 5 is insufficient, and the living body sensor 1 is brought into contact when the surface of the living body to be measured is a curved surface. May be difficult.
  • the plate 6 transmits the vibration generated and transmitted in a part of the living body to the piezoelectric element 2 as the vibration of the entire surface of the plate 6. By transmitting the vibration to the piezoelectric element 2 as vibration of a wide area in this manner, the sensitivity of the piezoelectric element 2 can be increased.
  • the plate 6 is smaller than the piezoelectric element 2 in plan view. That is, the piezoelectric element 2 projects outside the plate 6 in plan view.
  • the plate 6 may be larger than the piezoelectric element 2 in plan view. That is, the plate 6 may be configured to protrude outside the piezoelectric element 2 in plan view.
  • the plate 6 When the plate 6 is smaller than the piezoelectric element 2 in a plan view, the plate 6 is smaller than the electrode 22 of the piezoelectric element 2 in a plan view, and can be in contact with the piezoelectric element 2 in a region narrower than the electrode 22.
  • the plate 6 may be configured to be larger than the electrode 22 of the piezoelectric element 2 in a plan view, that is, to be in contact with the piezoelectric element 2 in a region wider than the electrode 22.
  • the back surface of the plate 6 and the back surface of the spacer 4 may be flush with each other, or the back surface of the plate 6 may protrude more rearward than the back surface of the spacer 4.
  • the material of the plate 6 can be the same as the wall 41 of the spacer 4.
  • the planar shape of the plate 6 is preferably the same as the planar shape of the piezoelectric element 2.
  • the average thickness of the plate 6 can be the same as that of the covering member 5.
  • the shield layer 7 is disposed so as to entirely cover the outermost part of the biological sensor 1 as described above. That is, the shield layer 7 is provided so as to include the piezoelectric element 2, the spacer 4, the covering member 5, and the plate 6.
  • the shield layer 7 has an insulating layer and a conductive layer laminated on the outer surface of the insulating layer.
  • the insulating layer for example, acrylic can be used.
  • the conductive layer may be a coating layer of a conductive paint such as silver or copper.
  • the shield layer 7 may have flexibility. Since the shield layer 7 has flexibility as described above, vibration generated in a living body can be transmitted to the plate 6 more reliably.
  • the average thickness of the shield layer 7 is not particularly limited, but can be, for example, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. If the average thickness of the shield layer 7 is less than the lower limit, the shield layer 7 may be easily broken during use. Conversely, if the average thickness of the shield layer 7 exceeds the upper limit, the flexibility of the shield layer 7 may be insufficient, and the sensitivity of the biosensor 1 may be reduced.
  • the biosensor 1 can be manufactured by a manufacturing method including, for example, a signal wiring laminating step, a piezoelectric element laminating step, a ground wiring laminating step, a plate laminating step, and a shield layer covering step.
  • the signal wiring 8 is laminated on the back surface of the covering member 5. Specifically, a metal thin film having the shape of the signal wiring 8 is attached to the back surface of the covering member 5 with an adhesive. At this time, the ground wiring 42 on the front side of the spacer 4 is simultaneously laminated.
  • the piezoelectric element 2 is laminated on the surface on the back side of the signal wiring 8 laminated in the signal wiring laminating step. Specifically, the piezoelectric element 2 is attached to the back surface of the signal wiring 8 with an adhesive. At this time, the wall 41 of the spacer 4 located at the same height position as the piezoelectric element 2 is simultaneously laminated on the ground wiring 42.
  • ground wiring laminating step the ground wiring 9 is laminated on the back surface of the piezoelectric element 2 laminated in the piezoelectric element laminating step. Specifically, a metal thin film having the shape of the ground wiring 9 is attached to the back surface of the piezoelectric element 2 with an adhesive. At this time, the ground wiring 42 on the back side of the spacer 4 is simultaneously laminated on the wall 41. Since the ground wiring 9 laminated on the back surface of the piezoelectric element 2 and the ground wiring 42 of the spacer 4 have the same potential, it is preferable that both are connected.
  • the plate 6 is laminated on the surface on the back side of the ground wiring 9 laminated in the ground wiring laminating step. Specifically, the plate 6 is attached to the back surface of the ground wiring 9 with an adhesive. At this time, the walls 41 of the spacer 4 located at the same height position as the plate 6 are simultaneously laminated.
  • shield layer coating process In the shield layer covering step, the piezoelectric element 2, the spacer 4, the covering member 5, and the plate 6 after the plate laminating step are covered with the shield layer 7.
  • the biosensor 1 can be manufactured through the above steps.
  • the method of bonding between the covering member 5 and the signal wiring 8 and between the ground wiring 9 and the plate 6 has been described.
  • the signal wiring 8, the piezoelectric element 2, and the ground wiring 9 may be sandwiched.
  • the deformation of the piezoelectric element 2 is less likely to be suppressed than in the case of bonding, so that the sensitivity of the piezoelectric element 2 is easily ensured.
  • the living body sensor 1 is used by being fixed to a living body so that the back surface of the spacer 4 contacts the living body.
  • the position where the living body sensor 1 is fixed to the living body is a position where the living body vibration is generated, and is a position overlapping the piezoelectric element 2 in a plan view.
  • the piezoelectric element 2 has a certain size, for example, in order to position the biological sensor 1, the biological sensor 1 is disposed at a position where it is estimated that biological vibration is occurring. Can be used to confirm that can be detected. If the biological vibration cannot be detected, the arrangement position may be changed and the confirmation operation may be performed again.
  • the living body may have a curved surface at the position where the living body is fixed to the living body.
  • the covering member 5 may be bent to follow the curved surface of the living body.
  • the method of fixing the living body sensor 1 to the living body is not particularly limited.
  • a method of attaching the living body sensor 1 with a tape or the like may be adopted.
  • the biological sensor 1 may be fixed in a state where the biological sensor 1 is pressed against the living body to such an extent that the position of the covering member 5 is fixed by the spacer 4. Therefore, it is not necessary to fix the living body sensor 1 to the living body with a large holding pressure.
  • the potential variation from the piezoelectric element 2 can be observed according to the biological vibration.
  • a known measuring device it is possible to observe the magnitude and period of the vibration of the living body.
  • the covering member 5 to which the piezoelectric element 2 is fixed is supported by the spacer 4. For this reason, in the living body sensor 1, since the vibration of the living body can be detected by bringing the piezoelectric element 2 into contact with the living body, the propagation path can be shortened. Further, the biosensor 1 has a gap 3 between the piezoelectric element 2 and the spacer 4. For this reason, since the deformation of the piezoelectric element 2 is hardly suppressed by the spacer 4 or the like, the sensitivity of the piezoelectric element 2 is easily ensured. Therefore, the biological sensor 1 has high sensitivity and high noise resistance.
  • FIG. 3 shows a biological sensor 10 according to one embodiment of the present invention.
  • the living body sensor 10 is arranged in close contact with the surface of a living body such as a person or an animal, and is used for detecting vibration inside the living body, for example, a pulse wave.
  • the biological sensor 10 includes three sheet-shaped piezoelectric elements, a spacer disposed with a gap around each piezoelectric element in a plan view, and a covering member that covers the front sides of the plurality of piezoelectric elements and the spacer, A plate is provided on the back side of each of the piezoelectric elements so as to face the covering member, and a shield layer is provided on the outermost part so as to entirely cover the piezoelectric element.
  • each of the piezoelectric elements may be, for example, a circle having a diameter of 2 mm or more and 10 mm or less.
  • the three piezoelectric elements are arranged so as not to overlap in plan view.
  • the arrangement positions of the three piezoelectric elements are not particularly limited.
  • the three piezoelectric elements are arranged so that their centers are equilateral triangles, and one side thereof is 5 mm or more and 15 mm or less.
  • the three piezoelectric elements are connected in parallel. By connecting the three piezoelectric elements in parallel in this way, if any one of the piezoelectric elements detects the vibration of the living body, the biological sensor 10 can detect the vibration. Therefore, the positioning of the biological sensor 10 can be easily performed.
  • the piezoelectric element can be configured similarly to the piezoelectric element 2 of the first embodiment except for the above-described planar view shape, detailed description is omitted.
  • the covering member has a single plate shape and covers the front sides of the three piezoelectric elements and the spacer. Since the covering member can be configured in the same manner as the covering member 5 of the first embodiment, detailed description will be omitted.
  • shield layer can be configured in the same manner as the shield layer 7 of the first embodiment, detailed description will be omitted.
  • the biosensor 10 can be manufactured and used similarly to the biosensor 1 of the first embodiment. Therefore, detailed description is omitted.
  • the biological sensor 10 includes a plurality of piezoelectric elements arranged so as not to overlap in a plan view, it is possible to reduce the area of each piezoelectric element in a plan view as compared with the case where one piezoelectric element is provided. it can. Since the vibration of the living body occurs at one place, the area of the piezoelectric element in contact with the living body vibration is small, so that the surface pressure generated on the piezoelectric element due to the living body vibration can be increased. Therefore, the biological sensor 10 can have increased sensitivity to biological vibration. Further, in the biosensor 10, since the area of each piezoelectric element in plan view is small, even if the measurement position of the living body is a curved surface, it is easy to follow and fix the curved surface.
  • the shield layer is not an essential component and can be omitted.
  • the biological sensor includes a plate
  • the plate is not an essential component and can be omitted.
  • vibration is directly detected by a piezoelectric element.
  • planar view area may be different depending on the position in the height direction.
  • the signal wiring is provided on the front surface of the piezoelectric element and the ground wiring is provided on the rear surface of the piezoelectric element has been described, but the arrangement of the signal wiring and the ground wiring is reversed, that is, The signal wiring may be provided on the back surface of the piezoelectric element, and the ground wiring may be provided on the front surface of the piezoelectric element.
  • the number of piezoelectric elements arranged so as not to overlap in plan view is three. It is not limited, and may be 2 or 4 or more.
  • the biosensor 11 may include a plurality of piezoelectric elements 2 (two piezoelectric elements 2 in FIG. 4) stacked on the back surface of the covering member 5.
  • two piezoelectric elements 2 are connected in series via a connection wiring 12.
  • the shape of the piezoelectric element in plan view is circular, but the shape of the piezoelectric element in plan view is not limited to a circle.
  • the planar shape of the piezoelectric element may be, for example, an elliptical shape, or a polygonal shape such as a triangle, a square, a pentagon, or a hexagon.
  • the planar shape of the piezoelectric element is appropriately determined in order to efficiently arrange the piezoelectric elements.
  • the shapes in plan view may all be the same, or some or all of them may have different shapes.
  • the biological sensor according to the present invention can be used for measuring various vibrations generated in the body of a human or an animal.

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Abstract

本発明は、感度が高く、ノイズ耐性の強い生体センサを提供することを課題とする。本発明の一態様に係る生体センサ１は、シート状の圧電素子２と、平面視で圧電素子２の周囲に空隙３をおいて配設されるスペーサ４と、圧電素子２及びスペーサ４の表側を覆う被覆部材５とを備え、スペーサ４が被覆部材５を裏側から支持し、圧電素子２が被覆部材５に固定されている。

Description

生体センサ
　本発明は、生体センサに関する。
　例えば心拍、脈波、血流音、呼吸音等の生体の内部で発生する振動（可聴域の音波振動に限定されず、非可聴域の低周波振動や超音波振動を含む）を測定又は観測することによって、例えば診断、健康管理等を行うことができる。
　生体の振動を検出する生体センサとしては、例えば圧電素子を用いた振動波形センサが公知である（国際公開第２０１７／１８７７１０号公報参照）。この公知の振動波形センサは、基材上に実装された圧電素子、この圧電素子の回りに配設されるスペーサ及び圧電素子を覆う被覆部を有し、このスペーサ等で囲まれた領域に例えばシリコン樹脂を充填して構成されている。この従来の生体センサ（振動波形センサ）では、被覆部側を生体に当てることで生体の振動を検出する。
　しかしながら、前記従来の生体センサにおいては主にスペーサから基板を介して圧電素子に伝わった振動が検出されるため、伝搬経路が長い。このため、感度が低下し易く、ノイズが混入し易い。また、被測定対象である生体と圧電センサとの間等に被覆部やシリコン樹脂が存在するため、その弾性により振動が減衰し易いうえ、前記スペーサ及び前記被覆部等が圧電素子を密着して取り囲むので、圧電素子の変形が抑制される。この点からも前記従来の生体センサの感度は低下し易い。従って、感度が高く、ノイズ耐性の強い生体センサが求められている。
国際公開第２０１７／１８７７１０号公報
　前記実情に鑑みて、本発明は、感度が高く、ノイズ耐性の強い生体センサを提供することを課題とする。
　前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る生体センサは、シート状の圧電素子と、平面視で前記圧電素子の周囲に空隙をおいて配設されるスペーサと、前記圧電素子及び前記スペーサの表側を覆う被覆部材とを備え、前記スペーサが前記被覆部材を裏側から支持し、前記圧電素子が前記被覆部材に固定されている。
図１は、本発明の一実施形態に係る生体センサの裏側の面を示す模式的下面図である。 図２は、図１の生体センサのＡ－Ａ線での模式的断面図である。 図３は、図１とは異なる実施形態に係る生体センサの裏側の面を示す模式的下面図である。 図４は、図１及び図３とは異なる実施形態に係る生体センサを示す模式的断面図である。
　本発明の一態様に係る生体センサは、シート状の圧電素子と、平面視で前記圧電素子の周囲に空隙をおいて配設されるスペーサと、前記圧電素子及び前記スペーサの表側を覆う被覆部材とを備え、前記スペーサが前記被覆部材を裏側から支持し、前記圧電素子が前記被覆部材に固定されている。
　当該生体センサにおいて、前記裏側が振動検出対象の生体表面に対向する側であり、前記表側が前記裏側とは反対側である。
　当該生体センサにおいて、前記スペーサの裏側の面が、前記圧電素子の裏側の面と平行な平面であるとよい。
　当該生体センサは、前記被覆部材と対向するように前記圧電素子の裏側に配設されるプレートをさらに備えるとよい。
　当該生体センサにおいて、前記プレートの裏側の面が前記スペーサの裏側の面より裏側に突出しているとよい。
　当該生体センサは、平面視で重なり合わないように配設される複数の前記圧電素子を備えるとよい。
　当該生体センサにおいては、前記スペーサの平均厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下であるとよい。
　なお、本発明において、「裏側」とは、生体表面と対向して位置する側をいい、「表側」とは、前記「裏側」とは反対側、すなわち生体表面とは反対に位置する側をいう。「平均厚さ」とは、任意の１０点における厚さの平均値をいう。
　当該生体センサでは、圧電素子が固定された被覆部材がスペーサにより支持されている。このため、当該生体センサでは、圧電素子を生体に接触させて生体の振動を検出することができるので、伝搬経路を短くすることができる。また、当該生体センサは、圧電素子とスペーサとの間に空隙を有する。このため、圧電素子の変形がスペーサ等により抑制され難いので、圧電素子の感度を確保し易い。従って、当該生体センサは、感度が高く、ノイズ耐性に強い。
　以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
　図１及び図２に本発明の一実施形態に係る生体センサ１を示す。当該生体センサ１は、例えば人、動物等の生体の表面に密接して配置され、生体内部の振動、例えば脈波を検出するために用いられる。
　当該生体センサ１は、シート状の圧電素子２と、平面視で圧電素子２の周囲に空隙３をおいて配設されるスペーサ４と、圧電素子２及びスペーサ４の表側を覆う被覆部材５と、被覆部材５と対向するように圧電素子２の裏側に配設されるプレート６と、最外部に全体を包むように配設されるシールド層７とを備える。
＜圧電素子＞
　圧電素子２は、圧力を電圧に変換する圧電材料から形成され、生体振動の圧力波によって加えられた力による変形を電圧に変換する。圧電素子２は、シート状乃至フィルム状の圧電体２１及びこの圧電体２１の表裏に積層される一対の電極２２を有する。
（圧電体）
　圧電体２１を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、生体の表面に密着できるよう可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。また、圧電体２１として、高分子圧電材料に多数の気孔を形成した多孔性フィルムを使用することによって、可撓性及び圧電定数を比較的大きくすることができる。
　前記高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン－３フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、シアン化ビニリデン－酢酸ビニル共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ））等を挙げることができる。また、これらの高分子圧電材料を多孔性フィルムとすることによって、より可撓性が大きく、圧電定数の大きい圧電素子２を形成することができる。
　また、圧電体２１として、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。
　圧電体２１の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、圧電体２１の平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。圧電体２１の平均厚さが前記下限に満たない場合、圧電素子２の強度が不十分となるおそれがある。逆に、圧電体２１の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電素子２の変形能が小さくなり、検出感度が不十分となるおそれがある。
（電極）
　電極２２は、圧電体２１の両面に積層され、圧電体２１の表裏の電位差を検出するために用いられる。
　電極２２の材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。
　電極２２の平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。電極２２の平均厚さが前記下限に満たない場合、電極６，７の強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極２２の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電体２１への振動の伝達を阻害するおそれがある。
　電極２２の圧電体２１への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。
　電極２２は、平面視で複数の領域に分割して形成され、実効的に圧電素子２を複数の圧電素子として機能させるものであってもよい。
　図２に示す圧電素子２では、その外縁まで電極２２が形成されているが、電極２２の形成領域は圧電素子２の外縁まで達していなくともよい。つまり、電極２２は、圧電体２１の表側の面及び裏側の面の全面に積層されていてもよいが、電位差が検出できる限り、圧電体２１の表側の面及び裏側の面の一部に積層されていてもよい。
　圧電素子２の平面視形状は、例えば直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円形とすることができる。前記直径が前記下限未満であると、例えば脈波を測定する場合であれば圧電素子２が血管を覆うように当該生体センサ１の位置合わせをすることが困難となるおそれがある。逆に前記直径が前記上限を超えると、当該生体センサ１が不要に大きくなり、取扱いが不便になるおそれがある。
　圧電素子２の表側の面、つまり圧電素子２の表側の電極２２と被覆部材５との間には信号配線８が配設されている。また、圧電素子２の裏側の面、つまり圧電素子２の裏側の電極２２とプレート６との間にはグランド配線９が配設されている。
　この信号配線８及びグランド配線９は、圧電素子２の一対の電極２２により検出された電位差を検出回路に伝えるために用いられる。このため、この信号配線８及びグランド配線９は、不図示の検出回路に接続される。
　信号配線８及びグランド配線９としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属からなるフィルムや、カーボン等の導電性のある材料を含むフィルム、導電性繊維からなる織物や不織布等を挙げることができる。
　信号配線８及びグランド配線９の平均厚さとしては、特に限定されず、例えば１５μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。信号配線８及びグランド配線９の平均厚さが前記下限未満であると、信号配線８及びグランド配線９の導電性が不十分となるおそれがある。逆に、信号配線８及びグランド配線９の平均厚さが前記上限を超えると、圧電素子２への振動の伝達を阻害するおそれがある。
　当該生体センサ１は、圧電素子２が後述する被覆部材５に固定されている。つまり、圧電素子２と被覆部材５との間に、例えば圧電素子２を表側又は裏側へ付勢するようなバネやゴム等の弾性部材を有さない。このように圧電素子２を被覆部材５に固定することで、生体の振動が弾性部材により吸収されることを抑止できるので、圧電素子２の感度を高めることができる。なお、圧電素子２は、図２に示すように信号配線８を間に挟んで被覆部材５に固定されている。このようにバネやゴム等が有しているような弾性を有しない固定部材を間に介して圧電素子２と被覆部材５を固定することもできる。圧電素子２と被覆部材５との間に挟まれる前記固定部材としては、導電性のフィルム等を用いた導電配線であってもよいし、生体センサの厚さ調整用の部材であってもよい。
＜スペーサ＞
　スペーサ４は、例えば図２に示すように壁４１とグランド配線４２との積層により構成される。なお、スペーサ４は図２の構成に限定されず、例えば壁４１のみにより構成することもできるが、以下図２の構成を例にとり説明する。
　スペーサ４の壁４１の材質としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリイミド（ＰＩ）等を挙げることができるが、中でも適度な剛性を有するＰＥＴが好ましい。
　グランド配線４２の材質としては、圧電素子２のグランド配線９と同様とできる。また、グランド配線４２は、圧電素子２の表側の面に配設される信号配線８及び圧電素子２の裏側の面に配設されるグランド配線９と高さ位置（当該生体センサ１の表裏方向の位置）が一致するように配設されるとよい。具体的には、スペーサ４のグランド配線４２が高さ位置の対応する信号配線８及びグランド配線９と同等の厚さであり、グランド配線４２に挟まれる壁４１が圧電素子２と同等の厚さであるとよい。このように配設することで、スペーサ４のグランド配線４２がシールドとして機能し、圧電素子２が検出する信号にノイズが混入することを抑止できる。また、当該生体センサ１を製造する際に、圧電素子２の信号配線８やグランド配線９と、スペーサ４のグランド配線４２とを同層で一度に積層して製造できるので、製造効率を高められる。
　スペーサ４は、後述する被覆部材５を裏側から支持する。つまり、被覆部材５は、スペーサ４により位置が固定され、振動することが抑制される。このため、被覆部材５に固定される圧電素子２の感度を高めることができる。
　スペーサ４は、被覆部材５を支持できる限り圧電素子２の周囲に断続して配設されてもよいが、平面視で圧電素子２の全周を取り囲むように配設されることが好ましい。このようにスペーサ４を平面視で圧電素子２の全周を取り囲むように配設することで、被覆部材５を安定して支持できるので、圧電素子２の感度をさらに高められる。
　また、スペーサ４の裏側の面が、圧電素子２の裏側の面と平行な平面であるとよい。このようにスペーサ４の裏側の面を圧電素子２の裏側の面と平行な平面とすることで、当該生体センサ１を生体に接触させた際、スペーサ４の生体への接触面積が大きくなるので、被覆部材５を安定して支持できる。従って、圧電素子２の感度をさらに高められる。
　スペーサ４の厚さは、当該生体センサ１の使用時にスペーサ４の裏側の面が生体と接し被覆部材５を固定可能となる厚さとされる。また、スペーサ４の厚さは、当該生体センサ１の使用時に圧電素子２が裏側から振動を検知できるように、つまり圧電素子２、プレート６、シールド層７及び生体が、生体振動の状態に関わらず表側から裏側へ向かう方向（以降、「裏方向」ともいう）に連続するよう調整される。「生体振動の状態に関わらず裏方向に連続する」とは、例えば圧電素子２が生体振動により圧縮される力を受けた際においても例えばプレート６と圧電素子２との間に空隙が生じたりしないことを意味する。
　スペーサ４の平均厚さの下限としては、３００μｍが好ましく、４００μｍがより好ましい。一方、スペーサ４の平均厚さの上限としては、８００μｍが好ましく、７００μｍがより好ましい。スペーサ４の平均厚さが前記下限未満であると、当該生体センサ１を生体に接触させる際、プレート６がスペーサ４の裏側の面より突出し過ぎてスペーサ４が生体に接触せず、被覆部材５を支持できないおそれがある。逆に、スペーサ４の平均厚さが前記上限を超えると、例えばスペーサ４の裏側での揺れが表側でスペーサ４の厚さを半径として増幅されるため、被覆部材５が振動し易くなるおそれがある。
　スペーサ４の裏側の面の平均幅（径方向の平均幅）は、特に限定されないが、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下とできる。スペーサ４の平均幅が前記下限未満であると、当該生体センサ１を生体に接触させた際、スペーサ４の接触面積が小さくなるため、被覆部材５を安定して支持できないおそれがある。逆に、スペーサ４の平均幅が上限を超えると、当該生体センサ１が平面視で不要に大きくなり、取扱いが不便になるおそれがある。
　スペーサ４と圧電素子２との間には空隙３がある。この空隙３は、圧電素子２が変形した際においてもスペーサ４に接触しないだけの大きさがあればよく、空隙３の幅の下限としては、例えば１０μｍとできる。一方、前記空隙３の幅の上限は、特に限定されないが、当該生体センサ１の取扱性、すなわち小型化の観点から例えば３ｍｍとできる。
　空隙３には、ゲル等の充填剤は充填されない。このように空隙３に充填剤を充填しないことで、圧電素子２の変形が抑制されないので、圧電センサの感度を確保し易い。
＜被覆部材＞
　被覆部材５は、板状であり、上述のように圧電素子２及びスペーサ４の表側を覆う。被覆部材５が、平面視でスペーサ４の外縁を包含するように圧電素子２及びスペーサ４の表側を覆ってもよいが、被覆部材５の外縁とスペーサ４の外縁とが一致するように覆うとよい。このように覆うことで、平面視で被覆部材５の大きさを小さくできるので、当該生体センサ１の取扱性が向上する。
　被覆部材５の材質としては、スペーサ４の壁４１と同様とできる。また、被覆部材５は可撓性を有するとよい。このように被覆部材５に一定の可撓性を持たせることで、測定の対象とする生体の表面が曲面であっても当該生体センサ１を適切に接触させることができる。
　被覆部材５の平均厚さの下限としては、５０μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。一方、被覆部材５の平均厚さの上限としては、４００μｍが好ましく、２５０μｍがより好ましい。被覆部材５の平均厚さが前記下限未満であると、被覆部材５が曲がり易くなり過ぎるため、圧電素子２の位置を固定し難くなる。このため、当該生体センサ１の感度が低下するおそれがある。また、被覆部材５の平均厚さが前記下限未満であると、寄生容量が大きくなりノイズが発生し易くなるおそれがある。逆に、被覆部材５の平均厚さが前記上限を超えると、被覆部材５の可撓性が不足し、測定の対象とする生体の表面が曲面である場合に当該生体センサ１を接触させることが困難となるおそれがある。
＜プレート＞
　プレート６は、生体の一部で発生し伝わった振動を圧電素子２へプレート６全面の振動として伝える。このように広面積の振動として圧電素子２へ振動を伝えることで、圧電素子２の感度を高められる。
　当該生体センサ１では、プレート６は、平面視で圧電素子２よりも小さい。つまり、圧電素子２が平面視でプレート６の外側に突出している。一方、プレート６を、平面視で圧電素子２よりも大きくしてもよい。つまり、プレート６が平面視で圧電素子２の外側に突出する構成とすることもできる。
　また、プレート６が平面視で圧電素子２よりも小さい場合、プレート６は平面視で圧電素子２の電極２２よりも小さく、電極２２よりも狭い領域で圧電素子２と接することもできる。一方、プレート６を、平面視で圧電素子２の電極２２よりも大きくすること、つまり電極２２よりも広い領域で圧電素子２と接する構成とすることもできる。
　プレート６の裏側の面とスペーサ４の裏側の面とが面一であるか、プレート６の裏側の面がスペーサ４の裏側の面より裏側に突出しているか、いずれかであるとよい。このようにプレート６を構成することで、スペーサ４の裏側の面が生体に接触した状態で、圧電素子２が生体からの振動をより確実に受信することができる。
　プレート６の材質としては、スペーサ４の壁４１と同様とできる。プレート６の平面視形状としては、圧電素子２の平面形状と同様であることが好ましい。また、プレート６の平均厚さとしては、被覆部材５と同様とできる。
＜シールド層＞
　シールド層７は、上述のように当該生体センサ１の最外部に全体を包むように配設される。つまり、シールド層７は、圧電素子２、スペーサ４、被覆部材５及びプレート６を内包するように配設される。
　シールド層７は、絶縁層と、この絶縁層の外表面側に積層される導電層とを有する。前記絶縁層としては、例えばアクリルを用いることができる。また、前記導電層は、銀や銅の導電塗料の塗布層とすることができる。このようにシールド層７の内表面側を絶縁層とし外表面側を導電層とすることで、圧電素子２との短絡を抑止しつつ、ノイズをシールドできる。
　また、シールド層７は可撓性を有するとよい。このようにシールド層７が可撓性を有することで、生体で生じた振動をより確実にプレート６に伝達できる。
　シールド層７の平均厚さは特に限定されないが、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下とできる。シールド層７の平均厚さが前記下限未満であると、使用時にシールド層７が破れ易くなるおそれがある。逆に、シールド層７の平均厚さが前記上限を超えると、シールド層７の可撓性が不足し、当該生体センサ１の感度が低下するおそれがある。
　＜当該生体センサの製造方法＞
　当該生体センサ１は、例えば信号配線積層工程、圧電素子積層工程、グランド配線積層工程、プレート積層工程及びシールド層被覆工程を備える製造方法により製造することができる。
（信号配線積層工程）
　信号配線積層工程では、被覆部材５の裏側の面に信号配線８を積層する。具体的には、信号配線８を形取った金属薄膜を接着剤により被覆部材５の裏側の面に貼り付ける。この際、スペーサ４の表側のグランド配線４２を同時に積層する。
（圧電素子積層工程）
　圧電素子積層工程では、信号配線積層工程で積；層した信号配線８の裏側の面に圧電素子２を積層する。具体的には、圧電素子２を接着剤により信号配線８の裏側の面に貼り付ける。この際、圧電素子２と同じ高さ位置にあるスペーサ４の壁４１を同時にグランド配線４２に積層する。
（グランド配線積層工程）
　グランド配線積層工程では、圧電素子積層工程で積層した圧電素子２の裏側の面にグランド配線９を積層する。具体的には、グランド配線９を形取った金属薄膜を接着剤により圧電素子２の裏側の面に貼り付ける。この際、スペーサ４の裏側のグランド配線４２を同時に壁４１に積層する。なお、圧電素子２の裏側の面に積層されるグランド配線９とスペーサ４のグランド配線４２とは同電位であるので、両者は接続されていることが好ましい。
（プレート積層工程）
　プレート積層工程では、グランド配線積層工程で積層したグランド配線９の裏側の面にプレート６を積層する。具体的には、プレート６を接着剤によりグランド配線９の裏側の面に貼り付ける。この際、プレート６と同じ高さ位置にあるスペーサ４の壁４１を同時に積層する。
（シールド層被覆工程）
　シールド層被覆工程では、プレート積層工程後の圧電素子２、スペーサ４、被覆部材５及びプレート６を内包するようにシールド層７で被覆する。
　以上の工程により、当該生体センサ１を製造することができる。なお、前記製造方法では、被覆部材５と信号配線８との間及びグランド配線９とプレート６との間を接着する方法を説明したが、これらの間は接着せず、被覆部材５とプレート６とにより、信号配線８、圧電素子２及びグランド配線９を挟み込む構成としてもよい。このような構成とすることで、接着する場合に比べて圧電素子２の変形が抑制され難いので、圧電素子２の感度を確保し易い。
＜当該生体センサの使用方法＞
　当該生体センサ１は、スペーサ４の裏側の面が生体に接触するように生体に固定して使用する。
　当該生体センサ１の生体への固定位置は、生体振動が発生している箇所であって、平面視で圧電素子２と重なる位置である。実際には圧電素子２が一定の大きさを有するので、例えば当該生体センサ１の位置合わせとしては、生体振動が発生していると推定される箇所に、当該生体センサ１を配置し、生体振動が検出できることを確認する方法を用いることができる。なお、生体振動が検出できない場合は、配置位置を変更して確認作業を再度行うとよい。
　また、生体への固定位置で、生体が曲面である場合が生じ得るが、このような場合は被覆部材５を曲げることで生体の曲面に追従させるとよい。
　当該生体センサ１の生体への固定方法としては、特に限定されないが、例えばテープ等により貼り付けることが採用され得る。当該生体センサ１では、スペーサ４により被覆部材５の位置が固定される程度に生体センサ１が生体に押圧された状態で固定すればよい。従って、当該生体センサ１を生体に対して大きな抑え圧で固定する必要はない。
　上述のように固定された当該生体センサ１によれば、生体振動に応じて圧電素子２からの電位変異が観測できる。この電位変位を公知の測定装置により測定することで、生体の振動の大きさや周期等を観測することができる。
＜利点＞
　当該生体センサ１では、圧電素子２が固定された被覆部材５がスペーサ４により支持されている。このため、当該生体センサ１では、圧電素子２を生体に接触させて生体の振動を検出することができるので、伝搬経路を短くすることができる。また、当該生体センサ１は、圧電素子２とスペーサ４との間に空隙３を有する。このため、圧電素子２の変形がスペーサ４等により抑制され難いので、圧電素子２の感度を確保し易い。従って、当該生体センサ１は、感度が高く、ノイズ耐性に強い。
［第二実施形態］
　図３に本発明の一実施形態に係る生体センサ１０を示す。当該生体センサ１０は、例えば人、動物等の生体の表面に密接して配置され、生体内部の振動、例えば脈波を検出するために用いられる。
　当該生体センサ１０は、シート状の３つの圧電素子と、平面視で各圧電素子の周囲に空隙をおいて配設されるスペーサと、前記複数の圧電素子及びスペーサの表側を覆う被覆部材と、前記被覆部材と対向するように前記各圧電素子の裏側に配設されるプレートと、最外部に全体を包むように配設されるシールド層とを備える。
＜圧電素子＞
　前記各圧電素子の平面視形状は、例えば直径２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円形とすることができる。
　前記３つの圧電素子は平面視で重なり合わないように配設されている。前記３つの圧電素子の配設位置は特に限定されないが、例えば図３に示すようにそれらの中心が正三角形となるように配設され、その一辺が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とされる。
　また、前記３つの圧電素子は並列に接続されることが好ましい。このように前記３つの圧電素子を並列に接続することで、いずれかの圧電素子が生体の振動を検出すれば、当該生体センサ１０が振動を検出できる。このため、当該生体センサ１０の位置合わせが容易に行える。
　前記圧電素子は、上述の平面視形状以外については第一実施形態の圧電素子２と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
＜スペーサ及びプレート＞
　スペーサ及びプレートは、前記３つの圧電素子それぞれに対して第一実施形態のスペーサ４及びプレート６と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
＜被覆部材＞
　被覆部材は１枚の板状であり、前記３つの圧電素子及びスペーサの表側を覆う。前記被覆部材は、第一実施形態の被覆部材５と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
＜シールド層＞
　シールド層は、第一実施形態のシールド層７と同様に構成できるので、詳細説明を省略する。
　当該生体センサ１０は、第一実施形態の生体センサ１と同様に製造及び使用をすることができる。このため詳細説明を省略する。
＜利点＞
　当該生体センサ１０は、平面視で重なり合わないように配設される複数の圧電素子を備えるので、１つの圧電素子を備える場合に比べて各圧電素子の平面視での面積を小さくすることができる。生体の振動は一箇所で発生するから、この生体振動に接する圧電素子の面積が小さいので、生体振動により圧電素子に発生する面圧を高められる。従って、当該生体センサ１０は、生体振動に対する感度を高められる。また、当該生体センサ１０は、各圧電素子の平面視での面積が小さいので、生体の測定位置が曲面であっても、その曲面に追従して固定し易い。
［その他の実施形態］
　前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
　前記実施形態では、当該生体センサがシールド層を備える場合を説明したが、シールド層は必須の構成要件ではなく、省略可能である。
　前記実施形態では、当該生体センサがプレートを備える場合を説明したが、プレートは必須の構成要件ではなく、省略可能である。プレートを備えない生体センサにおいては、圧電素子により直接振動を検出する。
　前記実施形態では、スペーサの壁及びグランド配線の平面視での面積が等しい場合を図示しているが、この平面視面積は高さ方向の位置により異なってもよい。
　前記実施形態では、圧電素子の表側の面に信号配線が配設され、圧電素子の裏側の面にグランド配線が配設される場合を説明したが、信号配線及びグランド配線は配置が逆、つまり圧電素子の裏側の面に信号配線が配設され、圧電素子の表側の面にグランド配線が配設されてもよい。
　前記第二実施形態では、平面視で重なり合わないように配設されている圧電素子が３つの場合を説明したが、平面視で重なり合わないように配設される圧電素子の数は３に限定されず、２あるいは４以上であってもよい。
　また、図４に示すように、当該生体センサ１１が被覆部材５の裏側の面に積層される複数の圧電素子２（図４では２つの圧電素子２）を備えてもよい。図４に示す当該生体センサ１１では、２つの圧電素子２が接続配線１２を介して直列に接続されている。このように複数の圧電素子２を直列に積層することで、圧電素子２の感度を高めることができる。
　前記実施形態では、圧電素子の平面視形状として円形である場合を説明したが、圧電素子の平面視形状は円形に限定されるものではない。圧電素子の平面視形状は、例えば楕円形状や、三角形、四角形、五角形、六角形のような多角形状であってもよい。圧電素子の平面視形状は、圧電素子を効率よく配置するために適宜決定される。また、生体センサが複数の圧電素子を備える場合、その平面視形状は全て同一であってもよいが、その一部又は全てが異なる形状であってもよい。
　本発明に係る生体センサは、人や動物の体内で発生する様々な振動を測定するために利用することができる。
１、１０、１１　生体センサ
２　圧電素子
２１　圧電体
２２　電極
３　空隙
４　スペーサ
４１　壁
４２　グランド配線
５　被覆部材
６　プレート
７　シールド層
８　信号配線
９　グランド配線
１２　接続配線

Claims (7)

  1. 　シート状の圧電素子と、
    　平面視で前記圧電素子の周囲に空隙をおいて配設されるスペーサと、
    　前記圧電素子及び前記スペーサの表側を覆う被覆部材と
    　を備え、
    　前記スペーサが前記被覆部材を裏側から支持し、
    　前記圧電素子が前記被覆部材に固定されている生体センサ。
  2. 　前記裏側が振動検出対象の生体表面に対向する側であり、前記表側が前記裏側とは反対側である請求項１に記載の生体センサ。
  3. 　前記スペーサの裏側の面が、前記圧電素子の裏側の面と平行な平面である請求項１又は請求項２に記載の生体センサ。
  4. 　前記被覆部材と対向するように前記圧電素子の裏側に配設されるプレートをさらに備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載の生体センサ。
  5. 　前記プレートの裏側の面が前記スペーサの裏側の面より裏側に突出している請求項４に記載の生体センサ。
  6. 　平面視で重なり合わないように配設される複数の前記圧電素子を備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の生体センサ。
  7. 　前記スペーサの平均厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の生体センサ。
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