JP2002016301A - 可撓性圧電素子とこれを用いた異常監視装置 - Google Patents
可撓性圧電素子とこれを用いた異常監視装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の可撓性圧電素子は、圧電素子周囲の温
度を別に設けた温度センサで管理しなければならないと
いう課題があった。 【解決手段】 高分子母材中21に圧電セラミック粉体
22を混入した複合圧電体シート23と、前記複合圧電
体シート23の両面に配置された可撓性電極24と、前
記両可撓性電極24に接続された出力電圧検知手段25
と、前記複合圧電体シート23の静電容量を検出する静
電容量検知手段26とから可撓性圧電素子を構成し、静
電容量検知手段26で、複合圧電体シート23の静電容
量を測定して可撓性圧電素子の温度を検出することがで
きるため、温度センサを特別に準備する必要がない。こ
のため、温度検出も可能な可撓性圧電素子を簡単な構成
で実現できる。さらに異常監視装置にこの可撓性圧電素
子を用いることによって信頼性の高い異常監視装置を提
供することができる。
度を別に設けた温度センサで管理しなければならないと
いう課題があった。 【解決手段】 高分子母材中21に圧電セラミック粉体
22を混入した複合圧電体シート23と、前記複合圧電
体シート23の両面に配置された可撓性電極24と、前
記両可撓性電極24に接続された出力電圧検知手段25
と、前記複合圧電体シート23の静電容量を検出する静
電容量検知手段26とから可撓性圧電素子を構成し、静
電容量検知手段26で、複合圧電体シート23の静電容
量を測定して可撓性圧電素子の温度を検出することがで
きるため、温度センサを特別に準備する必要がない。こ
のため、温度検出も可能な可撓性圧電素子を簡単な構成
で実現できる。さらに異常監視装置にこの可撓性圧電素
子を用いることによって信頼性の高い異常監視装置を提
供することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可撓性圧電素子に
関するものである。
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、可撓性圧電素子としては、図9に
示すように高分子母材1と圧電セラミック粉体2とを混
合しシート状に成形後、この複合圧電体シート3表面に
電極4を設け、出力電圧検知手段5によって振動を検知
する。この際に、電極4としては分極処理によって付与
された圧電特性や高分子母材1の耐熱性等を考慮して一
般に銅、アルミニウム、金等の金属蒸着あるいは接着剤
により貼付した金属の箔電極が用いられている。
示すように高分子母材1と圧電セラミック粉体2とを混
合しシート状に成形後、この複合圧電体シート3表面に
電極4を設け、出力電圧検知手段5によって振動を検知
する。この際に、電極4としては分極処理によって付与
された圧電特性や高分子母材1の耐熱性等を考慮して一
般に銅、アルミニウム、金等の金属蒸着あるいは接着剤
により貼付した金属の箔電極が用いられている。
【0003】また、特開平5−102548号公報で
は、平板状複合圧電体3に金属を溶射した溶射電極を用
いた可撓性圧電素子が提案されている。
は、平板状複合圧電体3に金属を溶射した溶射電極を用
いた可撓性圧電素子が提案されている。
【0004】また、特開平9−254633号公報で
は、異常監視装置は図10に示すように人体センサ6と
限界温度スイッチ7と室内温度制御部8を設けており、
人体センサ6と限界温度スイッチ7は別々に構成されて
いる。特に人体センサ6はセンサ部9と、前記センサ部
9に伝送路10を介して高周波数信号を伝送する発振部
11と、センサ部9に供給された高周波信号がセンサ部
9で反射されて発振部11側に戻る反射信号を検出する
反射波センサ部12と検出された反射信号を取込んでデ
ータ処理する制御部13で構成されている。
は、異常監視装置は図10に示すように人体センサ6と
限界温度スイッチ7と室内温度制御部8を設けており、
人体センサ6と限界温度スイッチ7は別々に構成されて
いる。特に人体センサ6はセンサ部9と、前記センサ部
9に伝送路10を介して高周波数信号を伝送する発振部
11と、センサ部9に供給された高周波信号がセンサ部
9で反射されて発振部11側に戻る反射信号を検出する
反射波センサ部12と検出された反射信号を取込んでデ
ータ処理する制御部13で構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
可撓性圧電素子では時間的に変化する圧力は検出できる
が温度を検出できないという課題を有していた。つまり
可撓性圧電素子の最高使用温度は80〜120℃程度で
あるがこの可撓性圧電素子が最高使用温度以上に放置さ
れる環境になった場合、その圧電性能が変化する。この
ため、従来の可撓性圧電素子では、可撓性圧電素子の周
囲に断熱材を設けて使用温度の影響を防ぐ必要があり複
雑な構成となっていた。また、他の方法として温度セン
サを別途に準備し、可撓性圧電素子の温度を管理する方
法がある。しかし温度センサで検出される温度は必ずし
も可撓性圧電素子の温度と一致しないという課題があっ
た。
可撓性圧電素子では時間的に変化する圧力は検出できる
が温度を検出できないという課題を有していた。つまり
可撓性圧電素子の最高使用温度は80〜120℃程度で
あるがこの可撓性圧電素子が最高使用温度以上に放置さ
れる環境になった場合、その圧電性能が変化する。この
ため、従来の可撓性圧電素子では、可撓性圧電素子の周
囲に断熱材を設けて使用温度の影響を防ぐ必要があり複
雑な構成となっていた。また、他の方法として温度セン
サを別途に準備し、可撓性圧電素子の温度を管理する方
法がある。しかし温度センサで検出される温度は必ずし
も可撓性圧電素子の温度と一致しないという課題があっ
た。
【0006】また、異常監視装置は人体センサと限界温
度スイッチと室内温度制御部が別々の構成となっている
ため複雑な構成となっていた。さらに人体センサは、反
射波を検知する方式であるため、人体の有無、大小は検
知できるが微小振動を検知して得られる呼吸、心拍等の
人体情報を検知できるものではなかった。
度スイッチと室内温度制御部が別々の構成となっている
ため複雑な構成となっていた。さらに人体センサは、反
射波を検知する方式であるため、人体の有無、大小は検
知できるが微小振動を検知して得られる呼吸、心拍等の
人体情報を検知できるものではなかった。
【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、高分子母材中に圧電セラミック粉体を混
入した複合圧電体シートと、前記複合圧電体シートの両
面に配置された可撓性電極と、前記両可撓性電極に接続
された出力電圧検知手段と、前記複合圧電体シートの静
電容量を検出する静電容量検知手段とからなる可撓性圧
電素子である。
決するために、高分子母材中に圧電セラミック粉体を混
入した複合圧電体シートと、前記複合圧電体シートの両
面に配置された可撓性電極と、前記両可撓性電極に接続
された出力電圧検知手段と、前記複合圧電体シートの静
電容量を検出する静電容量検知手段とからなる可撓性圧
電素子である。
【0008】上記発明によれば、複合圧電体シートに圧
力が印加されたとき、圧電効果によって複合圧電体シー
トに電圧が発生するため、この複合圧電体シートの両面
に配置された可撓性電極間に発生する出力電圧を出力電
圧検知手段によって検出することにより圧力検知をす
る。また、静電容量検知手段で、複合圧電体シートの静
電容量を測定して可撓性圧電素子の温度を検出すること
ができるため、温度センサを特別に準備する必要がな
い。このため、温度検出も可能な可撓性圧電素子を簡単
な構成で実現できる。
力が印加されたとき、圧電効果によって複合圧電体シー
トに電圧が発生するため、この複合圧電体シートの両面
に配置された可撓性電極間に発生する出力電圧を出力電
圧検知手段によって検出することにより圧力検知をす
る。また、静電容量検知手段で、複合圧電体シートの静
電容量を測定して可撓性圧電素子の温度を検出すること
ができるため、温度センサを特別に準備する必要がな
い。このため、温度検出も可能な可撓性圧電素子を簡単
な構成で実現できる。
【0009】さらに可撓性圧電素子を用いた異常監視装
置は、可撓性圧電素子と、可撓性圧電素子の出力電圧検
知手段の出力結果に基づいて人体情報を検知する人体情
報検知手段と、前記人体情報検知手段と静電容量検知手
段の出力結果に基づいて警報を発生する警報手段とを設
けた異常監視装置である。
置は、可撓性圧電素子と、可撓性圧電素子の出力電圧検
知手段の出力結果に基づいて人体情報を検知する人体情
報検知手段と、前記人体情報検知手段と静電容量検知手
段の出力結果に基づいて警報を発生する警報手段とを設
けた異常監視装置である。
【0010】そして、人体情報検知手段によって人体の
有無を検知しかつ、静電容量検知手段の結果に基づいて
温度を検知することができるので、異常温度に達した場
合は警報手段で警報を発するため熱死等の熱害を防止で
きる。さらに、可撓性圧電素子のみで振動と温度を検知
できるため、簡単な構成で異常監視装置を構成できる。
有無を検知しかつ、静電容量検知手段の結果に基づいて
温度を検知することができるので、異常温度に達した場
合は警報手段で警報を発するため熱死等の熱害を防止で
きる。さらに、可撓性圧電素子のみで振動と温度を検知
できるため、簡単な構成で異常監視装置を構成できる。
【0011】
【発明の実施の形態】上記課題を解決するために請求項
1記載の発明は、高分子母材中に圧電セラミック粉体を
混入した複合圧電体シートと、前記複合圧電体シートの
両面に配置された可撓性電極と、前記両可撓性電極に接
続された出力電圧検知手段と、前記複合圧電体シートの
静電容量を検出する静電容量検知手段とからなる可撓性
圧電素子である。そして、温度センサを別に準備する必
要がないので簡素な構成で圧力と温度の両者を検知でき
る可撓性圧電素子を提供できる。
1記載の発明は、高分子母材中に圧電セラミック粉体を
混入した複合圧電体シートと、前記複合圧電体シートの
両面に配置された可撓性電極と、前記両可撓性電極に接
続された出力電圧検知手段と、前記複合圧電体シートの
静電容量を検出する静電容量検知手段とからなる可撓性
圧電素子である。そして、温度センサを別に準備する必
要がないので簡素な構成で圧力と温度の両者を検知でき
る可撓性圧電素子を提供できる。
【0012】請求項2記載の発明は、静電容量検知手段
の出力結果に基づいて静電容量値を温度に換算する温度
検出手段を接続してなる可撓性圧電素子である。そし
て、静電容量検知手段により検出された容量値は、温度
検出手段により温度に換算されるので容易に温度を直読
できる。
の出力結果に基づいて静電容量値を温度に換算する温度
検出手段を接続してなる可撓性圧電素子である。そし
て、静電容量検知手段により検出された容量値は、温度
検出手段により温度に換算されるので容易に温度を直読
できる。
【0013】請求項3記載の発明は、静電容量検出手段
の検出結果に基づいて、出力電圧検知手段を補正する補
正手段を設けた可撓性圧電素子である。そして、出力電
圧検知手段からの出力結果を温度補正することによっ
て、温度特性の影響を取り除くことができるため、高精
度な圧力変化が検知可能となる。
の検出結果に基づいて、出力電圧検知手段を補正する補
正手段を設けた可撓性圧電素子である。そして、出力電
圧検知手段からの出力結果を温度補正することによっ
て、温度特性の影響を取り除くことができるため、高精
度な圧力変化が検知可能となる。
【0014】請求項4記載の発明は、高分子母材を塩素
化ポリエチレンで構成した可撓性圧電素子である。塩素
化ポリエチレンは優れた耐熱性と優れた可撓性を有する
のでこれらの特性を兼ね備えた平板状複合圧電体が得ら
れる。
化ポリエチレンで構成した可撓性圧電素子である。塩素
化ポリエチレンは優れた耐熱性と優れた可撓性を有する
のでこれらの特性を兼ね備えた平板状複合圧電体が得ら
れる。
【0015】請求項5記載の発明は、圧電セラミック粉
体をチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体で構成した可撓
性圧電素子である。チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
の圧電セラミック粉体は工業的に多量に利用されている
ので、安価であり、入手も容易であるため、高感度で安
価な可撓性圧電素子が提供できる。
体をチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体で構成した可撓
性圧電素子である。チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
の圧電セラミック粉体は工業的に多量に利用されている
ので、安価であり、入手も容易であるため、高感度で安
価な可撓性圧電素子が提供できる。
【0016】請求項6記載の発明は、圧電セラミック粉
体をチタン酸鉛で構成した可撓性圧電素子である。チタ
ン酸鉛の誘電率は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
の誘電率よりも小さいので、圧電セラミック粉体の誘電
率を小さくできるため、分極処理が容易になり、簡単に
高感度な可撓性圧電素子が提供できる。
体をチタン酸鉛で構成した可撓性圧電素子である。チタ
ン酸鉛の誘電率は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
の誘電率よりも小さいので、圧電セラミック粉体の誘電
率を小さくできるため、分極処理が容易になり、簡単に
高感度な可撓性圧電素子が提供できる。
【0017】請求項7記載の発明は、可撓性圧電素子
と、可撓性圧電素子の出力電圧検知手段の出力結果に基
づいて人体情報を検出する人体情報検知手段と、前記人
体情報検知手段と可撓性圧電素子の静電容量検知手段の
出力結果に基づいて警報を発生する警報手段とを設けた
異常監視装置である。そして、人体情報検知手段によっ
て人体の有無を検知しかつ、静電容量検知手段の結果に
基づいて温度を検知することができるので、異常温度に
達した場合は警報手段で警報を発するため熱死等の熱害
を防止できる。さらに、可撓性圧電素子のみで振動と温
度を検知できるため、簡単な構成で異常監視装置を構成
できる。
と、可撓性圧電素子の出力電圧検知手段の出力結果に基
づいて人体情報を検出する人体情報検知手段と、前記人
体情報検知手段と可撓性圧電素子の静電容量検知手段の
出力結果に基づいて警報を発生する警報手段とを設けた
異常監視装置である。そして、人体情報検知手段によっ
て人体の有無を検知しかつ、静電容量検知手段の結果に
基づいて温度を検知することができるので、異常温度に
達した場合は警報手段で警報を発するため熱死等の熱害
を防止できる。さらに、可撓性圧電素子のみで振動と温
度を検知できるため、簡単な構成で異常監視装置を構成
できる。
【0018】請求項8記載の発明は、人体情報検知手段
と静電容量検知手段の出力結果に基づいて温度を制御す
る温度制御手段を設けた異常監視装置である。そして、
人体情報検知手段によって人体の有無を検知しかつ、静
電容量検知手段の結果に基づいて温度を検知することが
できるので、人が存在しているにも関わらず温度が高い
場合には空調制御手段によって温度制御することがで
き、熱死等の熱害を防止できる。
と静電容量検知手段の出力結果に基づいて温度を制御す
る温度制御手段を設けた異常監視装置である。そして、
人体情報検知手段によって人体の有無を検知しかつ、静
電容量検知手段の結果に基づいて温度を検知することが
できるので、人が存在しているにも関わらず温度が高い
場合には空調制御手段によって温度制御することがで
き、熱死等の熱害を防止できる。
【0019】請求項9記載の発明は、人体情報検知手段
を呼吸と心拍の少なくとも1つの人体情報を検知する異
常監視装置である。そして、人体情報検知手段で人体の
呼吸、心拍数を検知することができるので温度によって
間接的に人体異常を検知するのではなく、直接人体への
異常を検知することが可能となるため精度良い異常監視
装置を実現できる。
を呼吸と心拍の少なくとも1つの人体情報を検知する異
常監視装置である。そして、人体情報検知手段で人体の
呼吸、心拍数を検知することができるので温度によって
間接的に人体異常を検知するのではなく、直接人体への
異常を検知することが可能となるため精度良い異常監視
装置を実現できる。
【0020】請求項10記載の発明は、人体情報検知手
段の結果が予め設定された設定値の範囲外であれば異常
と判断し、緊急通報する通報手段を設けた異常監視装置
である。そして、人体に異常が発生した場合には通報手
段により、即座に無線などで緊急通報することができる
ため、より人体の安全を管理することが可能となる。
段の結果が予め設定された設定値の範囲外であれば異常
と判断し、緊急通報する通報手段を設けた異常監視装置
である。そして、人体に異常が発生した場合には通報手
段により、即座に無線などで緊急通報することができる
ため、より人体の安全を管理することが可能となる。
【0021】
【実施例】以下、本説明の実施例について図面を用いて
説明する。
説明する。
【0022】(実施例1)図1は本発明の実施例1にお
ける可撓性圧電素子の断面図である。この可撓性圧電素
子は高分子母材21中に圧電セラミック粉体22を、オ
ープンロール装置で混合して均一に分散させた後、熱プ
レス装置により平板金型で厚さ0.5mmのシートに成形
して、複合圧電体23を得た。この複合圧電体シート2
3の両面に平板状金型を使用して熱プレスにより、複合
圧電体シート23と可撓性電極24を熱圧着した。
ける可撓性圧電素子の断面図である。この可撓性圧電素
子は高分子母材21中に圧電セラミック粉体22を、オ
ープンロール装置で混合して均一に分散させた後、熱プ
レス装置により平板金型で厚さ0.5mmのシートに成形
して、複合圧電体23を得た。この複合圧電体シート2
3の両面に平板状金型を使用して熱プレスにより、複合
圧電体シート23と可撓性電極24を熱圧着した。
【0023】次に圧電特性を付与するために、可撓性電
極24間に直流高電圧を印加して圧電セラミック粉体2
2を分極した。
極24間に直流高電圧を印加して圧電セラミック粉体2
2を分極した。
【0024】以上の可撓性圧電素子構成の中で、高分子
母材21に塩素化ポリエチレン、圧電セラミック粉体2
2にチタン酸ジルコン酸鉛を用いた。高分子母材21と
してエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、クロロプレン樹脂、
塩素化ポリエチレン樹脂などが用いられるが、エポキシ
樹脂、ウレタン樹脂の耐熱性は(60〜80℃)程度で
あるのに対し、塩素化ポリエチレンは、120℃の高耐
熱を有する点で優れている。また、塩素化ポリエチレン
は分子量や結晶化度等を適切に選ぶことにより、加硫無
しでも上記高耐熱性を実現できる点で有効である。ま
た、塩素化ポリエチレンは可撓性に優れるため、外力に
よる電極剥離等が抑制され、信頼性及び感度が高い。ま
た、圧電セラミック粉体22の材質は、チタン酸鉛とジ
ルコン酸鉛の固溶体であることが望ましい。この組成の
圧電セラミックは電子部品用セラミックとして工業的に
多量に実用されているので、安価であり入手も容易であ
る。
母材21に塩素化ポリエチレン、圧電セラミック粉体2
2にチタン酸ジルコン酸鉛を用いた。高分子母材21と
してエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、クロロプレン樹脂、
塩素化ポリエチレン樹脂などが用いられるが、エポキシ
樹脂、ウレタン樹脂の耐熱性は(60〜80℃)程度で
あるのに対し、塩素化ポリエチレンは、120℃の高耐
熱を有する点で優れている。また、塩素化ポリエチレン
は分子量や結晶化度等を適切に選ぶことにより、加硫無
しでも上記高耐熱性を実現できる点で有効である。ま
た、塩素化ポリエチレンは可撓性に優れるため、外力に
よる電極剥離等が抑制され、信頼性及び感度が高い。ま
た、圧電セラミック粉体22の材質は、チタン酸鉛とジ
ルコン酸鉛の固溶体であることが望ましい。この組成の
圧電セラミックは電子部品用セラミックとして工業的に
多量に実用されているので、安価であり入手も容易であ
る。
【0025】また、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体
以外にも圧電セラミック粉体22の材質としてチタン酸
鉛も好ましい。チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体の比
誘電率はおよそ(800〜3000)程度の大きな値で
あるが、チタン酸鉛の比誘電率は(200〜300)程
度の小さな値である。この場合、圧電セラミック粉体2
2と可撓性電極24の間に高分子母材21に起因する静
電容量は、圧電セラミック粉体22に起因する静電容量
と同程度にできる。従って、圧電セラミック粉体22の
分極が容易にできる。
以外にも圧電セラミック粉体22の材質としてチタン酸
鉛も好ましい。チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体の比
誘電率はおよそ(800〜3000)程度の大きな値で
あるが、チタン酸鉛の比誘電率は(200〜300)程
度の小さな値である。この場合、圧電セラミック粉体2
2と可撓性電極24の間に高分子母材21に起因する静
電容量は、圧電セラミック粉体22に起因する静電容量
と同程度にできる。従って、圧電セラミック粉体22の
分極が容易にできる。
【0026】可撓性圧電素子の一部あるいは全面に時間
的に変化する圧力が印加されたときその部分の圧電素子
に生じる加速度に応じた振動電圧が可撓性電極24に誘
起される。この振動電圧は出力電圧検知手段25により
検出される。この振動電圧を用いて、時間的に変化する
圧力を検知する。
的に変化する圧力が印加されたときその部分の圧電素子
に生じる加速度に応じた振動電圧が可撓性電極24に誘
起される。この振動電圧は出力電圧検知手段25により
検出される。この振動電圧を用いて、時間的に変化する
圧力を検知する。
【0027】他方、複合圧電体シート23の温度は可撓
性電極24間の複合圧電体シート23の静電容量を静電
容量検知手段26によって検知することで検出できる。
つまり、図2に示すように、複合圧電体シート23はそ
の構成材料特有の静電容量の温度特性を示すので、検出
された静電容量から温度を求めることが可能となる。
性電極24間の複合圧電体シート23の静電容量を静電
容量検知手段26によって検知することで検出できる。
つまり、図2に示すように、複合圧電体シート23はそ
の構成材料特有の静電容量の温度特性を示すので、検出
された静電容量から温度を求めることが可能となる。
【0028】本実施例では高分子母材21として塩素化
ポリエチレン、圧電セラミック粉末22としてチタン酸
鉛とジルコン酸鉛の固溶体を使用し、この時の静電容量
の温度特性は約ー1800ppm/℃であった。この静電
容量から、温度を求めるには、この静電容量の温度特性
を参照する必要がある。しかし、その都度参照する事は
煩雑な作業であるので、図3に示すように静電容量温度
特性に基づき、静電容量を温度に換算する温度換算手段
27を静電容量検知段26に接続することが望ましい。
これにより温度を直読できる。
ポリエチレン、圧電セラミック粉末22としてチタン酸
鉛とジルコン酸鉛の固溶体を使用し、この時の静電容量
の温度特性は約ー1800ppm/℃であった。この静電
容量から、温度を求めるには、この静電容量の温度特性
を参照する必要がある。しかし、その都度参照する事は
煩雑な作業であるので、図3に示すように静電容量温度
特性に基づき、静電容量を温度に換算する温度換算手段
27を静電容量検知段26に接続することが望ましい。
これにより温度を直読できる。
【0029】また、図2に示すように複合圧電体シート
23は温度上昇に伴って静電容量は低下する。この複合
圧電体シート23は可撓性電極24を介することで、外
力の印加によって電荷を発生する。この電荷発生量Qは
外力量によって定まるが、出力電圧Vは複合圧電体シー
ト23自身の静電容量をCとすると、V=Q/Cの関係
式で定まり、出力電圧Vは静電容量Cに依存する。この
ため、静電容量Cが小さいほど出力電圧Vは大きくなり
見かけ上の感度は高くなるが、逆に温度が低下すること
によって複合圧電体シート23の静電容量は増加する。
この結果、感度は低下してしまう。このため、図4に示
すように複合圧電体シート23の温度を検知し、出力電
圧検知手段25の出力結果を補正する補正手段28を設
けることによって温度に依存しない信頼性の高い出力感
度を得ることが可能となる。
23は温度上昇に伴って静電容量は低下する。この複合
圧電体シート23は可撓性電極24を介することで、外
力の印加によって電荷を発生する。この電荷発生量Qは
外力量によって定まるが、出力電圧Vは複合圧電体シー
ト23自身の静電容量をCとすると、V=Q/Cの関係
式で定まり、出力電圧Vは静電容量Cに依存する。この
ため、静電容量Cが小さいほど出力電圧Vは大きくなり
見かけ上の感度は高くなるが、逆に温度が低下すること
によって複合圧電体シート23の静電容量は増加する。
この結果、感度は低下してしまう。このため、図4に示
すように複合圧電体シート23の温度を検知し、出力電
圧検知手段25の出力結果を補正する補正手段28を設
けることによって温度に依存しない信頼性の高い出力感
度を得ることが可能となる。
【0030】このように本発明の実施例1の構成は、温
度と圧力を同時に検出することができるため簡単な構成
となる。さらに温度を検知することによって出力電圧を
補正することができるので、信頼性の高い可撓性圧電素
子を実現できる。
度と圧力を同時に検出することができるため簡単な構成
となる。さらに温度を検知することによって出力電圧を
補正することができるので、信頼性の高い可撓性圧電素
子を実現できる。
【0031】(実施例2)図5は本発明実施例2の可撓
性圧電素子の構成図である。本実施例2において、実施
例1と異なる点は異常監視装置として実施例1で記載し
た可撓性圧電素子を用いた点である。
性圧電素子の構成図である。本実施例2において、実施
例1と異なる点は異常監視装置として実施例1で記載し
た可撓性圧電素子を用いた点である。
【0032】なお、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。
造を有し、説明は省略する。
【0033】本発明の異常監視装置は高分子母材中21
に圧電セラミック粉体22を混入した複合圧電体シート
23と、前記複合圧電体シート23の両面に配置された
可撓性電極24と、前記両可撓性電極24に接続された
出力電圧検知手段25と、前記両可撓性電極24に接続
され前記複合圧電体シート23の静電容量を検出する静
電容量検知手段26とからなる可撓性圧電素子29と、
前記可撓性圧電素子30の出力電圧検知手段25の出力
結果に基づいて人体情報を検出する人体情報検知手段2
7と、前記人体情報検知手段30と前記可撓性圧電素子
29の静電容量検知手段26の出力結果に基づいて警報
を発生する警報手段31とを備えている。
に圧電セラミック粉体22を混入した複合圧電体シート
23と、前記複合圧電体シート23の両面に配置された
可撓性電極24と、前記両可撓性電極24に接続された
出力電圧検知手段25と、前記両可撓性電極24に接続
され前記複合圧電体シート23の静電容量を検出する静
電容量検知手段26とからなる可撓性圧電素子29と、
前記可撓性圧電素子30の出力電圧検知手段25の出力
結果に基づいて人体情報を検出する人体情報検知手段2
7と、前記人体情報検知手段30と前記可撓性圧電素子
29の静電容量検知手段26の出力結果に基づいて警報
を発生する警報手段31とを備えている。
【0034】次に動作、作用を説明すると可撓性圧電素
子29の出力電圧検知手段25の出力信号は人体情報を
検知する人体情報検知手段30に送られる。この人体情
報検知手段30は出力電圧検知手段25によって得られ
る振動圧を人体情報として検知する。人が存在する場合
では体動等による振動で、出力電圧検知手段25になん
らかの信号が得られるが、物体の場合には動きが無いた
めに、出力電圧検知手段25にはまったく信号が得られ
ない。この振動圧の有無によって人であるか物であるか
を区別することが可能となる。この人体情報検知手段3
0によって人の存在を検知しているにも関わらず、静電
容量検知手段26の結果によって温度が規定温度範囲外
になった場合には熱死等の熱害の危険性があるため警報
手段31を駆動させる。この結果、危険な状態を容易に
周囲に知らせることが可能となり人体の安全を確保でき
る。
子29の出力電圧検知手段25の出力信号は人体情報を
検知する人体情報検知手段30に送られる。この人体情
報検知手段30は出力電圧検知手段25によって得られ
る振動圧を人体情報として検知する。人が存在する場合
では体動等による振動で、出力電圧検知手段25になん
らかの信号が得られるが、物体の場合には動きが無いた
めに、出力電圧検知手段25にはまったく信号が得られ
ない。この振動圧の有無によって人であるか物であるか
を区別することが可能となる。この人体情報検知手段3
0によって人の存在を検知しているにも関わらず、静電
容量検知手段26の結果によって温度が規定温度範囲外
になった場合には熱死等の熱害の危険性があるため警報
手段31を駆動させる。この結果、危険な状態を容易に
周囲に知らせることが可能となり人体の安全を確保でき
る。
【0035】(実施例3)図6は本発明実施例3の可撓
性圧電素子の構成図である。本実施例3において、実施
例2と異なる点は人体情報検知手段26と静電容量検知
手段26の出力結果に基づいて、温度制御する温度制御
手段32を設けた点である。
性圧電素子の構成図である。本実施例3において、実施
例2と異なる点は人体情報検知手段26と静電容量検知
手段26の出力結果に基づいて、温度制御する温度制御
手段32を設けた点である。
【0036】なお、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。
造を有し、説明は省略する。
【0037】次に動作、作用を説明すると、可撓性圧電
素子29の出力電圧検知手段25の出力信号は人体情報
を検知する人体情報検知手段30に送られる。この人体
情報検知手段30は出力電圧検知手段25によって得ら
れる振動圧を人体情報として検知する。人が存在する場
合では体動等による振動で、出力電圧検知手段25にな
んらかの信号が得られるが、物体の場合には動きが無い
ために、出力電圧検知手段25にはまったく信号が得ら
れない。この振動圧の有無によって人であるか物である
かを区別することが可能となる。この人体情報検知手段
30によって人の存在を検知しているにも関わらず、静
電容量検知手段26の結果によって温度が規定の温度範
囲外になった場合には熱死等の熱害の危険性があるた
め、温度制御手段32により温度を規定値以下になるよ
う温度制御する。この結果、熱害などの危険な状態を避
けることができ人体の安全を確保できる。また、規定の
温度範囲を狭く設定にすることで、人が存在する場合の
み、快適な空調制御が可能となる。
素子29の出力電圧検知手段25の出力信号は人体情報
を検知する人体情報検知手段30に送られる。この人体
情報検知手段30は出力電圧検知手段25によって得ら
れる振動圧を人体情報として検知する。人が存在する場
合では体動等による振動で、出力電圧検知手段25にな
んらかの信号が得られるが、物体の場合には動きが無い
ために、出力電圧検知手段25にはまったく信号が得ら
れない。この振動圧の有無によって人であるか物である
かを区別することが可能となる。この人体情報検知手段
30によって人の存在を検知しているにも関わらず、静
電容量検知手段26の結果によって温度が規定の温度範
囲外になった場合には熱死等の熱害の危険性があるた
め、温度制御手段32により温度を規定値以下になるよ
う温度制御する。この結果、熱害などの危険な状態を避
けることができ人体の安全を確保できる。また、規定の
温度範囲を狭く設定にすることで、人が存在する場合の
み、快適な空調制御が可能となる。
【0038】(実施例4)図7は本発明実施例4の可撓
性圧電素子の構成図である。本実施例4において、実施
例2及び3と異なる点は人体情報検知手段26が人体の
有無だけでなく、呼吸、心拍の少なくとも1つを検知
し、これらが既定値からはずれた場合には人体異常と判
断し通報する通報手段33設けた点である。
性圧電素子の構成図である。本実施例4において、実施
例2及び3と異なる点は人体情報検知手段26が人体の
有無だけでなく、呼吸、心拍の少なくとも1つを検知
し、これらが既定値からはずれた場合には人体異常と判
断し通報する通報手段33設けた点である。
【0039】なお、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。
造を有し、説明は省略する。
【0040】本構成の可撓性圧電素子29は実施例2〜
3で記載したように、体動による振動検知で人体の有無
を検知したが、より詳細な人体情報も同時に得ることが
できる。図8(a)、図8(b)に出力電圧検知手段2
5の出力信号を示した。ここで図8(a)は呼吸、図8
(b)は心拍に相当するものである。この出力電圧検知
手段25の出力信号は、人体の心臓の活動や呼吸活動に
より伝搬される身体の微小な体動により得られるもので
あり、人体情報検知手段30によって出力信号を各々呼
吸、心拍に適切なフィルタを選択し処理することで図8
(a)呼吸、図8(b)心拍が検知可能となる。この結
果、人体情報検知手段30によって呼吸や心拍等の人体
情報を検知し熱害等による人体の異変を呼吸数や心拍数
の変化により、即座に検知することが可能となる。また
異常検知した場合には図7に示した通報手段32によっ
て適切なサービス機関や施設等に通報することにより、
異常時においても早急な対応が可能となるので信頼性の
高い異常監視装置を提供できる。また、静電容量検知手
段26の出力結果が設定温度範囲内であっても人体情報
検知手段30の出力が異常であれば、熱害等が主要因で
はない他の要因での人体の異常と判断し、この場合も同
様に通報手段32によって適切なサービス機関や施設等
に通報する。
3で記載したように、体動による振動検知で人体の有無
を検知したが、より詳細な人体情報も同時に得ることが
できる。図8(a)、図8(b)に出力電圧検知手段2
5の出力信号を示した。ここで図8(a)は呼吸、図8
(b)は心拍に相当するものである。この出力電圧検知
手段25の出力信号は、人体の心臓の活動や呼吸活動に
より伝搬される身体の微小な体動により得られるもので
あり、人体情報検知手段30によって出力信号を各々呼
吸、心拍に適切なフィルタを選択し処理することで図8
(a)呼吸、図8(b)心拍が検知可能となる。この結
果、人体情報検知手段30によって呼吸や心拍等の人体
情報を検知し熱害等による人体の異変を呼吸数や心拍数
の変化により、即座に検知することが可能となる。また
異常検知した場合には図7に示した通報手段32によっ
て適切なサービス機関や施設等に通報することにより、
異常時においても早急な対応が可能となるので信頼性の
高い異常監視装置を提供できる。また、静電容量検知手
段26の出力結果が設定温度範囲内であっても人体情報
検知手段30の出力が異常であれば、熱害等が主要因で
はない他の要因での人体の異常と判断し、この場合も同
様に通報手段32によって適切なサービス機関や施設等
に通報する。
【0041】この結果、より信頼性の高い異常監視装置
を提供することができる。
を提供することができる。
【0042】
【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
1記載の発明によれば、静電容量検知手段で、複合圧電
体シートの静電容量を検知することで可撓性圧電素子の
温度を検知することができるため、温度検知可能な可撓
性圧電素子を簡単な構成で実現できる。
1記載の発明によれば、静電容量検知手段で、複合圧電
体シートの静電容量を検知することで可撓性圧電素子の
温度を検知することができるため、温度検知可能な可撓
性圧電素子を簡単な構成で実現できる。
【0043】また、請求項2記載の発明によれば、静電
容量検出手段により検出された静電容量値は、温度検出
手段により温度に換算されて容易に温度を直読できる。
容量検出手段により検出された静電容量値は、温度検出
手段により温度に換算されて容易に温度を直読できる。
【0044】また、請求項3記載の発明によれば、出力
電圧検知手段からの出力結果を補正手段によって温度補
正することによって、温度特性の影響を取り除くことが
できる。この結果、温度特性の影響を取り除くことがで
き、高精度な圧力変化が検知可能となる。
電圧検知手段からの出力結果を補正手段によって温度補
正することによって、温度特性の影響を取り除くことが
できる。この結果、温度特性の影響を取り除くことがで
き、高精度な圧力変化が検知可能となる。
【0045】また、請求項4記載の発明によれば、高分
子母材を塩素化ポリエチレンで構成したので、優れた耐
熱性と優れた可撓性を兼ね備えた平板状複合圧電体が得
られる。
子母材を塩素化ポリエチレンで構成したので、優れた耐
熱性と優れた可撓性を兼ね備えた平板状複合圧電体が得
られる。
【0046】また、請求項5記載の発明によれば、圧電
セラミック粉体としてチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶
体を用いているので、安価であり、入手も容易であるた
め、高感度で安価な可撓性圧電素子が提供できる。
セラミック粉体としてチタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶
体を用いているので、安価であり、入手も容易であるた
め、高感度で安価な可撓性圧電素子が提供できる。
【0047】また、請求項6記載の発明によれば、圧電
セラミック粉体としてをチタン酸鉛を用いているので、
圧電セラミック粉体の誘電率を小さくできるため、分極
処理が容易になる。
セラミック粉体としてをチタン酸鉛を用いているので、
圧電セラミック粉体の誘電率を小さくできるため、分極
処理が容易になる。
【0048】また、請求項7の発明によれば、異常監視
装置を可撓性圧電素子と、可撓性圧電素子の出力電圧検
知手段の出力結果に基づいて人体情報を検出する人体情
報検知手段と、前記人体情報検知手段と可撓性圧電素子
の静電容量検知手段の出力結果に基づいて警報を発生す
る警報手段によって構成し、人体情報検知手段によって
人体の有無を検知しかつ、静電容量検知手段の結果に基
づいて温度を検知することができるので、異常温度に達
した場合は警報手段で警報を発するため熱死等の熱害を
防止できる。さらに、可撓性圧電素子のみで振動と温度
を検知できるため、簡単な構成で異常監視装置を構成で
きる。
装置を可撓性圧電素子と、可撓性圧電素子の出力電圧検
知手段の出力結果に基づいて人体情報を検出する人体情
報検知手段と、前記人体情報検知手段と可撓性圧電素子
の静電容量検知手段の出力結果に基づいて警報を発生す
る警報手段によって構成し、人体情報検知手段によって
人体の有無を検知しかつ、静電容量検知手段の結果に基
づいて温度を検知することができるので、異常温度に達
した場合は警報手段で警報を発するため熱死等の熱害を
防止できる。さらに、可撓性圧電素子のみで振動と温度
を検知できるため、簡単な構成で異常監視装置を構成で
きる。
【0049】また、請求項8の発明によれば、人体情報
検知手段と静電容量検知手段の出力結果に基づいて温度
を制御する温度制御手段を設けることによって、人が存
在しているにも関わらず温度が高い場合には空調制御手
段によって温度制御することができ、熱死等の熱害を防
止できる。
検知手段と静電容量検知手段の出力結果に基づいて温度
を制御する温度制御手段を設けることによって、人が存
在しているにも関わらず温度が高い場合には空調制御手
段によって温度制御することができ、熱死等の熱害を防
止できる。
【0050】また、請求項9の発明によれば、人体情報
検知手段で人体の呼吸、心拍数を検知することができる
ので温度によって間接的に人体異常を検知するのではな
く、直接人体への異常を検知することが可能となるため
精度良い異常監視装置を実現できる。
検知手段で人体の呼吸、心拍数を検知することができる
ので温度によって間接的に人体異常を検知するのではな
く、直接人体への異常を検知することが可能となるため
精度良い異常監視装置を実現できる。
【0051】また、請求項10の発明によれば、人体に
異常が発生した場合には通報手段により、即座に無線な
どで緊急通報することができるため、より人体の安全を
管理することが可能となる。
異常が発生した場合には通報手段により、即座に無線な
どで緊急通報することができるため、より人体の安全を
管理することが可能となる。
【図1】本発明の実施例1における出力電圧手段と温度
検出手段に接続された可撓性圧電素子の断面図
検出手段に接続された可撓性圧電素子の断面図
【図2】同可撓性圧電素子の本発明の静電容量と温度と
の関係を示す特性図
の関係を示す特性図
【図3】同可撓性圧電素子の温度換算手段の関係を示す
断面図
断面図
【図4】同可撓性圧電素子の温度補正手段との関係を示
す断面図
す断面図
【図5】本発明の実施例2において異常監視装置との関
係を示す可撓性圧電素子の断面図
係を示す可撓性圧電素子の断面図
【図6】本発明の実施例3において異常監視装置との関
係を示す可撓性圧電素子の断面図
係を示す可撓性圧電素子の断面図
【図7】本発明の実施例4において異常監視装置との関
係を示す可撓性圧電素子の断面図
係を示す可撓性圧電素子の断面図
【図8】(a)人体情報検知手段における検知時間と出
力電圧(呼吸成分)の特性図 (b)人体情報検知手段における検知時間と出力電圧
(心拍成分)の特性図
力電圧(呼吸成分)の特性図 (b)人体情報検知手段における検知時間と出力電圧
(心拍成分)の特性図
【図9】従来の可撓性圧電素子の断面図
【図10】従来の異常監視装置の構成図
1 高分子母材 2 圧電セラミック粉体 3 複合圧電体シート 4 可撓性電極 5 出力電圧検知手段 6 人体センサ部 7 限界温度スイッチ 8 室内温度制御部 9 センサ部 10 伝送部 11 発振部 12 反射波センサ部 13 制御部 21 高分子母材 22 圧電体セラミック粉体 23 複合圧電体シート 24 可撓性電極 25 出力電圧検知手段 26 静電容量検知手段 27 温度換算手段 28 補正手段 29 可撓性圧電素子 30 人体情報検知手段 31 警報手段 32 温度制御手段 33 通報手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金澤 成寿 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伊藤 雅彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4C017 AA02 AA14 AC03 AC11 EE01 FF15
Claims (10)
- 【請求項1】 高分子母材中に圧電セラミック粉体を混
入した複合圧電体シートと、前記複合圧電体シートの両
面に配置された可撓性電極と、前記両可撓性電極に接続
された出力電圧検知手段と、前記複合圧電体シートの静
電容量を検知する静電容量検知手段とからなる可撓性圧
電素子。 - 【請求項2】 静電容量検知手段の出力結果に基づいて
温度を換算する温度換算手段を設けた請求項1記載の可
撓性圧電素子。 - 【請求項3】 静電容量検知手段の検出結果に基づい
て、出力電圧検知手段を補正する補正手段を設けた請求
項1記載の可撓性圧電素子。 - 【請求項4】 高分子母材が塩素化ポリエチレンである
請求項1記載の可撓性圧電素子。 - 【請求項5】 圧電セラミック粉体がチタン酸鉛とジル
コン酸鉛の固溶体である請求項1記載の可撓性圧電素
子。 - 【請求項6】 圧電セラミック粉体がチタン酸鉛である
請求項1記載の可撓性圧電素子。 - 【請求項7】 可撓性圧電素子と、前記可撓性圧電素子
の出力電圧検知手段の出力結果に基づいて人体情報を検
知する人体情報検知手段と、前記人体情報検知手段の出
力結果と前記可撓性圧電素子の静電容量検知手段の結果
に基づいて警報を発生する警報手段とを設けた請求項1
〜6のいずれか1項記載の異常監視装置。 - 【請求項8】 人体情報検知手段と静電容量検知手段の
出力結果に基づいて温度を制御する温度制御手段を設け
た請求項7記載の異常監視装置。 - 【請求項9】人体情報検知手段は呼吸と心拍の少なくと
も1つを検知する請求項7または8記載の異常監視装
置。 - 【請求項10】人体情報検知手段の結果が予め設定され
た設定値の範囲外であれば異常と判断し緊急通報する通
報手段を設けた請求項7〜9のいずれか1項記載の異常
監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194171A JP2002016301A (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 可撓性圧電素子とこれを用いた異常監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000194171A JP2002016301A (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 可撓性圧電素子とこれを用いた異常監視装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002016301A true JP2002016301A (ja) | 2002-01-18 |
Family
ID=18693040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000194171A Withdrawn JP2002016301A (ja) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | 可撓性圧電素子とこれを用いた異常監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002016301A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006346109A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Toyota Motor Corp | 生体情報検出センサー及び生体状態検出装置 |
| CN105358950A (zh) * | 2013-07-10 | 2016-02-24 | 积水化学工业株式会社 | 压电传感器 |
| CN111725383A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-29 | 南通纺织丝绸产业技术研究院 | 柔性压电发电器件及其制备方法 |
-
2000
- 2000-06-28 JP JP2000194171A patent/JP2002016301A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006346109A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Toyota Motor Corp | 生体情報検出センサー及び生体状態検出装置 |
| CN105358950A (zh) * | 2013-07-10 | 2016-02-24 | 积水化学工业株式会社 | 压电传感器 |
| CN111725383A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-29 | 南通纺织丝绸产业技术研究院 | 柔性压电发电器件及其制备方法 |
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