压力检测装置及生物信息计量系统的制作方法

本发明涉及一种压力检测装置及生物信息计量系统。

本申请基于2016年6月3日在日本提交的专利申请2016-111911号主张其优先权，并在此引用其内容。

背景技术：

以往，作为生物信息计量系统，已知有下述专利文献1所记载的结构。生物信息计量系统包括受压部和压力检测装置。当受压部受到压力时，受压部将空气压送(送出压力)到压力检测装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-110969号公报

发明所要解决的课题

在这种生物信息计量系统等、计量在被计量体产生的微小的压力波动(例如，动物(人、家畜)的呼吸频率、心率等)的系统中，作为压力检测装置，可以考虑采用包括压电元件的结构。在该结构中，压电元件受到从受压部压送的空气的压力并将其转换成电压。此时，受压部受到超过已设想的计量范围的那样大的压力，当从受压部压送到压力检测装置的空气的压力过高时，由压电元件转换的电压也会过高。其结果是，可能会导致在被计量体中产生的微小的压力波动的计量精度会暂时降低。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于，高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

用于解决课题的手段

为了解决上述问题，本发明提出以下手段。

(1)本发明的压力检测装置包括压电元件；中空体，所述中空体设置有将所述压电元件作为壁面的一部分的输入室；以及导入部，所述导入部设于所述中空体并与所述输入室内连通，所述导入部朝向相对于所述压电元件倾斜的方向将空气导入到所述输入室内。

此外，所述倾斜的方向包含与压电元件平行的方向，且不包含压电元件的垂线方向。

这种情况下，导入部朝向所述倾斜的方向将空气导入到输入室内。因此，例如，与导入部朝向所述垂线方向将空气导入到输入室内的情况相比，能够将压电元件从通过导入部而导入到输入室内的空气直接受到的压力抑制得小。

此外，如前所述，在导入部朝向所述垂线方向将空气导入到输入室内的情况下，为了减小压电元件从空气直接受到的压力，也可考虑使压电元件和导入部分离。与此相对，在导入部朝向所述倾斜的方向将空气导入到输入室内的情况下，能够在使压电元件与导入部接近的基础上将压力抑制得小。

综上所述，根据该压力检测装置，能够实现小型化，并且高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

(2)在上述(1)所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：所述压电元件被收纳于所述中空体内，并在所述中空体内，在将所述压电元件夹在中间的所述输入室的相反侧形成参照室。

在这种情况下，压电元件在中空体内，在将压电元件夹在中间的输入室的相反侧形成参照室。因此，在空气通过导入部而导入到输入室内时，能够基于输入室与参照室的压力差使压电元件变形。由此，能够更高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

(3)在上述(2)中所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：所述中空体包括彼此相对的第一端壁部和第二端壁部、以及连结所述第一端壁部和所述第二端壁部的周壁部，所述压电元件相对于所述第一端壁部倾斜。

在这种情况下，中空体包括两端壁部以及周壁部。由此，能够易于握持中空体或易于设置中空体，进而能够提高压力检测装置的操作性。

另外，压电元件相对于第一端壁部倾斜。因此，例如，与压电元件平行于第一端壁部地配置的情况等相比，能够在中空体内配置较大的压电元件。由此，能够较容易地提高压电元件的灵敏度，进而能够更加高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

(4)在上述(3)中所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：还包括基板，所述基板被收纳于中空体内并与所述压电元件连接，在所述压电元件和所述第一端壁部之间形成所述输入室，在所述中空体内，所述基板配置于所述压电元件和所述第二端壁部之间，并沿着所述第一端壁部延伸。

在这种情况下，压电元件相对于第一端壁部倾斜。也就是说，在压电元件中，位于该倾斜方向的两侧的一对端部中的、一方的端壁相比于另一方的端部更靠近第一端壁部。由此，能够在所述一方的端部和基板之间确保广大的空间。在此，基板20沿着第一端壁部延伸。因此，通过将配置于基板的突起物(例如，运算处理用的电子器件等)配置在所述广大的空间，能够使基板与第二端壁部接近。由此，虽然在中空体内配置基板，但是能够缩短两端壁部之间的距离，进而能够实现压力检测装置的可靠的小型化。

(5)在上述(3)或(4)中所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：所述导入部设于所述周壁部。

在这种情况下，导入部设于周壁部。因此，在以夹住两端壁部的方式握持中空体，或将第一端壁部或第二端壁部设置于设置面上时，能够抑制导入部成为干扰。由此，能够进一步提高压力检测装置的操作性。

(6)在上述(2)至(5)中的任一项所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：还包括室部件，所述室部件被收纳于所述中空体内，并且，在所述室部件与所述压电元件之间形成所述参照室。

这种情况下，由于在压电元件和室部件之间形成有参照室，所以能够较容易地提高参照室的设计上的自由度。

(7)在上述(2)至(6)中的任一项所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：还包括连通部，所述连通部能够将所述参照室的内部和所述中空体的外部连通。

根据压力检测装置的使用环境，有时中空体的外部的压力(外压)会波动。例如，在紧闭的房间内使用压力检测装置的情况下，由于对门进行关闭等，外压可能会产生微小的波动。此时，存在输入室通过导入部而受到外压波动的影响的情况。在这种情况下，当参照室不从外压波动中受到相同的影响时，可能会导致计量精度降低。

在该压力检测装置中，参照室的内部和中空体的外部能够通过连通部而连通。因此，在输入室受到外压波动的影响的情况下，通过连通部将参照室的内部和中空体的外部连通，能够使参照室也通过连通部受到相同的影响。其结果是，能够消除压力波动的同相成分。另一方面，在输入室不受外压的波动的影响的情况下，能够切断通过连通部的参照室的内部与中空体的外部的连通，以使参照室也不受影响。由此，伴随着外压波动无论是否对输入室有影响，也都能够高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

(8)在上述(1)至(7)中的任一项所记载的压力检测装置中，也可以采用这样一种结构：所述导入部朝向所述压电元件的中央部将空气导入到所述输入室内。

在这种情况下，由于导入部朝向压电元件的中央部将空气导入到输入室内，所以能够高精度地计量在被计量体中产生的微小的压力波动，并且良好地确保计量的灵敏性。

(9)本发明的生物信息计量系统包括：受压部，所述受压部受到来自被计量体的压力；以及如上述(1)至(8)中任一项所述的压力检测装置，在所述受压部受到压力时，所述受压部将空气压送到所述导入部。

在这种情况下，由于生物信息计量系统包括所述压力检测装置，所以能够高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

根据本发明，能够高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的生物信息计量系统中的一部分的剖视图。

图2是构成图1所示的生物信息计量系统的压力检测装置的第一分割体的俯视图。

图3是表示使构成图1所示的生物信息计量系统的压力检测装置的室部件翻转后的状态的立体图。

具体实施方式

以下，参照图1至图3，对本发明的一实施方式的生物信息计量系统10进行说明。

生物信息计量系统10在医疗领域、护理领域能够以看护和睡眠管理为目的而使用。另外，生物信息计量系统10在畜牧领域还能够以家畜的心率、反刍数、身体活动的管理为目的而使用。

生物信息计量系统10将被计量体(例如，人、家畜等的动物)产生的微小的压力波动(例如，呼吸频率、心率等)作为生物信息进行计量。另外，生物信息计量系统10还能够将振幅比所述微小的压力波动大的压力波动(例如，身体活动等)作为生物信息进行计量，而不仅仅是所述微小的压力波动。

例如，在医疗领域、护理领域中，在生物信息计量系统10用于床装置(床)的情况下，生物信息计量系统10能够对床上的人的呼吸频率、心率、身体活动、上床、在床、离床进行计量。在生物信息计量系统10用于马桶、轮椅的情况下，生物信息计量系统10能够对落座于马桶、轮椅的人的呼吸频率、心率，以及是否有人落座于马桶、轮椅进行计量。

生物信息计量系统10应用于上述的床装置、马桶、轮椅，从而能无拘束地计量被计量体的生物信息。生物信息计量系统10对低频区域(例如，频率为0.1hz～200hz)的信号进行检测。生物信息计量系统10的计量结果被送出到外部的未图示的信息处理装置。所述信息处理装置例如使计量结果显示于显示部，或使计量结果存储于存储部。

生物信息计量系统10包括受压部11、压力检测装置12以及连接管13。

受压部11从被计量体受到压力。在本实施方式中，受压部11是可弹性变形的中空的气垫。当受压部11受到压力时，受压部11压缩变形而受压部11的内部的空气被压送到压力检测装置12。此时，在本实施方式中，空气本身作为阻尼器发挥作用，实际上，基于音域区域的振动(频率较高，例如，频率为300hz～4khz左右)的压力波动不会传递到压力检测装置12。

压力检测装置12对受压部11受到的压力进行检测。压力检测装置12包括中空体15、室部件16、压电元件17、连通部18、遮断部19、基板20以及导入部21。

中空体15包括第一端壁部22、第二端壁部23以及周壁部24。

第一端壁部22以及第二端壁部23彼此相对。该两端壁部22、23形成为彼此同等的形状且同等的尺寸。两端壁部22、23各自的俯视形状为矩形形状。此外，在以下，将所述矩形的长边方向称为长边方向x，将短边方向称为短边方向y。另外，将第一端壁部22以及第二端壁部23相对的方向称为相对方向z。

周壁部24连结两端壁部22、23。周壁部24配置于两端壁部22、23之间，并且在俯视图中形成为矩形框架形状。周壁部24包括一对长边侧壁部25和一对短边侧壁部26。各长边侧壁部25沿长边方向x延伸。各短边侧壁部26沿短边方向y延伸。长边侧壁部25的端部和短边侧壁部26的端部彼此连结，形成周壁部24中的角部。

中空体15内设有基板基座部27和元件基座部28。

基板基座部27包括四个支柱部29。各支柱部29配置于周壁部24的角部。各支柱部29从第一端壁部22朝向第二端壁部23延伸。各支柱部29形成为彼此同等的形状且同等的尺寸。

元件基座部28从第一端壁部22朝向第二端壁部分23隆起。元件基座部28的相对方向z上的尺寸(距离第一端壁部22的高度)从长边方向x的第一侧x1朝向第二侧x2逐渐缩小。元件基座部28在相对方向z上小于支柱部29。在元件基座部28中，与第二端壁部23相对的表面相对于第一端壁部22倾斜。所述表面是沿长边方向x倾斜的倾斜面。

元件基座部28的第一侧x1的端部与一方的短边侧壁部26(以下称为“连结侧壁部26a”)连结。元件基座部28的第二侧x2的端部在长边方向x上与另一方的短边侧壁部26分离。该端部在元件基座部28的俯视图中形成为在第二侧x2突出的曲线形状。

元件基座部28的短边方向y的各个端部与一对长边侧壁部25连结。

元件基座部28从第一端壁部22隆起为筒状，并且具有内部空间。元件基座部28的内周表面在元件基座部28的俯视图中形成为圆形形状(正圆形形状)。在元件基座部28的所述表面中的内周缘部形成有环状的台阶部30。

中空体15在相对方向z上被分割成两部分。中空体15形成有环状的分割部31(分割线)。分割部31将中空体15分割为第一端壁部22侧的第一分割体32和第二端壁部23侧的第二分割体33。分割部31相比于基板基座部27以及元件基座部28位于第二端壁部23侧。

室部件16被收纳于中空体15内。室部件16形成为朝向第一端壁部22开口的扁平的有顶筒状。室部件16在室部件16的俯视图中形成为圆形形状(正圆形形状)。室部件16的开口端部配置于所述台阶部30内，并固定于元件基座部28。

室部件16在其和第一端壁部22之间形成空气室34。空气室34由室部件16、第一端壁部22以及元件基座部28形成。

压电元件17将压力转换为电压。压电元件17将受压面17a受到的压力转换为电压。压电元件17配置于中空体15，并且，在本实施方式中，被收纳于中空体15内。压电元件17形成为表面朝向第一端壁部22的圆形的薄板状(膜形状)，并且，在本实施方式中，所述表面为受压面17a。压电元件17的直径为例如15mm左右。

压电元件17装配于室部件16。压电元件17配置于室部件16内。在本实施方式中，压电元件17的外周缘以遍及整周的方式固定于室部件16的开口端部的内周缘。压电元件17相对于第一端壁部22倾斜。压电元件17沿元件基座部28的所述表面平行地延伸，并且相对于长边方向x倾斜。

压电元件17从第二端壁部23侧封闭元件基座部28的内部空间。受压面17a通过元件基座部28的内部而与第一端壁部22相对。

压电元件17在中空体15内部形成输入室35和参照室36。压电元件17将空气室34分隔成输入室35以及参照室36。

输入室35以及参照室36分别被密封。在输入室35中，通过压电元件17的受压面17a和元件基座部28之间的朝向外部的连通被切断。在参照室36中，通过压电元件17的外周缘和室部件16的内周缘之间的朝向外部的连通被切断。

输入室35将压电元件17(受压面17a)作为壁面的一部分。输入室35构成为元件基座部28的内部被压电元件17封闭。输入室35形成在压电元件17和第一端壁部22之间。

参照室36在中空体15内设于将压电元件17夹在中间的输入室35的相反侧。参照室36形成在压电元件17和室部件16之间。

基板20被收纳在中空体15内。在基板20连接有压电元件17。在本实施方式中，从压电元件17延伸的未图示的引线与基板20连接。基板20在中空体15内配置于压电元件17和第二端壁部23之间。基板20沿着第一端壁部22延伸。基板20与第一端壁部22以及第二端壁部23平行。

在基板20配置有突起物37。在本实施方式中，基板20是电路板，突起物37例如是运算处理用的电子器件等。突起物37从基板20朝向第一端壁部22侧突出。突起物37沿长边方向x设置有多个。多个突起物37的突出量随着从第一侧x1朝向第二侧x2而增大。

基板20(电路板)形成运算处理部38。运算处理部38将来自压电元件17的电压转换为电信号，并将作为计量结果的所述电信号送出到所述信息处理装置。基板20经由未图示的线缆与所述信息处理装置连接。所述线缆通过分割部31的周向的一部分之间而从中空体15的内部向外部延伸。

此外，运算处理部38也可以过滤压电元件17转换的电压中的噪声。所述噪声是基于输入到受压部11的一定的频率区域的振动的电压。作为所述一定的频率区域，可以列举300hz以上的高频区域。

这种噪声例如可能通过摩擦受压部11的表面而产生。

另外，作为基板20，可以采用不具有运算处理部38的连接器基板，来代替具有运算处理部38的上述的电路板。在这种情况下，能够另外在外部设置电路板(运算处理部38)，并且使压电元件17经由连接器基板与外部的电路板连接。此时，能够经由屏蔽线将连接器基板和电路板连接。此外，在这种情况下，所述突起物37例如是连接器等。

连通部18能够将参照室36的内部和中空体15的外部连通。连通部18能够将密封的参照室36向外部敞开。连通部18包括第一连通部39、第二连通部40以及未图示的第三连通部。

第一连通部39设于室部件16。第一连通部39是贯通室部件16的贯通孔。第一连通部39配置于室部件16的顶壁部的中央部。

第二连通部40设于中空体15的内部。第二连通部40由元件基座部28、第一端壁部22、周壁部24以及第二端壁部23之间的空间形成。在第二连通部40配置有基板20。

所述第三连通部设置在第一分割体32和第二分割体33之间。所述第三连通部设于分割部31中的供所述线缆通过的部分。所述第三连通部由设置在中空体15和所述线缆之间的间隙形成。

遮断部19切断通过连通部18的参照室36的内部与中空体15的外部的连通。遮断部19封闭第一连通部39。遮断部19是粘附到室部件16的薄膜。遮断部19从参照室36的相反侧(第二连通部40侧)粘附到室部件16。

导入部21设于中空体15，并与输入室35内连通。导入部21能够将密封的输入室35向外部敞开。导入部21朝向相对于压电元件17(受压面17a)倾斜的方向将空气向输入室35内导入。此外，在所述倾斜的方向上，包含与压电元件17(受压面17a)平行的方向，且不包含压电元件17(受压面17a)的垂线p的方向。在图示的例子中，导入部21朝向所述倾斜的方向(但是，与压电元件17平行的方向除外)将空气导入到输入室35内。

导入部21设于周壁部24。导入部21贯通中空体15。导入部21朝向压电元件17的中央部将空气导入到输入室35内。导入部21由与中空体15分开的部件形成。导入部21是管体。

导入部21的轴线o沿长边方向x延伸，在图示的例子中，平行于第一端壁部22地延伸。轴线o通过受压面17a的中央部，并相对于受压面17a以及垂线p倾斜。在沿着长边方向x以及相对方向z这两个方向的剖视图中，轴线o和受压面17a的倾斜角度θ例如是45°以下。所述倾斜角度θ大于0°且45°以下，例如，10°以上且20°以下。

导入部21一体贯通连结侧壁部26a以及元件基座部28的第一侧x1的端部。导入部21的第一侧x1的端部从中空体15向第一侧x1突出。导入部21的第二侧x2的端部不突出到输入室35的内部。导入部21的第二侧x2的端面在长边方向x上配置在与元件基座部28的内周面(输入室35的内表面)同等的位置。

连接管13连通受压部11和导入部21。连接管13将来自受压部11的空气导入到导入部21。导入部21的内径以及连接管13的内径分别例如是2mm以下。

在所述生物体信息计量系统10中，在受压部11受到压力时，受压部11将空气压送(送出压力)到导入部21。此外，在本实施方式中，受压部11不会伴随着中空体15的外部的压力(外压)的波动而变形，受压部11实际上不受外压波动的影响。因此，输入室35实际上也不受外压波动的影响。

如上所述，根据本实施方式的压力检测装置12以及生物信息计量系统10，导入部21朝向所述倾斜的方向将空气导入到输入室35内。因此，例如，与导入部21朝向所述垂线p的方向将空气导入到输入室35内的情况相比，能够将压电元件17从通过导入部21而导入到输入室35内的空气直接受到的压力抑制得小。

此外，如上所述，在导入部21朝向所述垂线p的方向将空气向输入室35内导入的情况下，为了减小压电原件17从空气直接受到的压力，也考虑使压电原件17和导入部21分离。与此相对，在导入部21朝向所述倾斜的方向将空气向输入室35内导入的情况下，在使压电原件17和导入部21接近的基础上，能够将压力抑制得小。

综上所述，根据该压力检测装置12，能够实现小型化，并且高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

另外，由于导入部21朝向压电元件17的中央部将空气导入到输入室35内，所以能够高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动，并且良好地确保计量灵敏度。

另外，压电元件17在中空体15内，在将压电元件17夹在中间的输入室35的相反侧形成有参照室36。因此，在空气通过导入部21而导入到输入室35内时，能够基于输入室35和参照室36的压力差使压电元件17变形。由此，能够更高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

另外，由于在压电元件17和室部件16之间形成参照室36，因此能够较容易地提高参照室36的设计上的自由度。

另外，中空体15包括两端壁部22、23以及周壁部24。由此，能够易于握持中空体15，或易于设置中空体15，进而能够提高压力检测装置12的操作性。

另外，压电元件17相对于第一端壁部22倾斜。因此，例如，与压电元件17平行于第一端壁部22地配置的情况等相比，能够在中空体15内配置较大的压电元件17。由此，能够较容易地提高压电元件17的灵敏度，能够更加高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动

另外，压电元件17相对于第一端壁部22倾斜。在本实施方式中，压电元件17的第二侧x2的端部相比于第一侧x1的端部更靠近第一端壁部22。由此，能够在压电元件17的第二侧x2的端部和基板20之间确保广大的空间。在此，基板20沿着第一端壁部22延伸。因此，通过将配置于基板20的突起物37配置在上述广大的空间，能够使基板20与第二端壁部23接近。由此，虽然在中空体15内配置基板20，但是能够缩短两端壁部22、23之间的距离，进而能够实现压力检测装置12的可靠的小型化。

另外，导入部21设于周壁部24，因此，在以夹住两端壁部22、23的方式握持中空体15，或将第一端壁部22或第二端壁部23设置于设置面上时，能够抑制导入部21成为干扰。由此，能够进一步提高压力检测装置12的操作性。

可是，根据压力检测装置12的使用环境，有时中空体15的外部的压力(外压)会波动。例如，在紧闭的房间内使用压力检测装置12的情况下，由于对门进行关闭等，外压可能会产生微小的波动。此时，存在输入室35通过导入部21而受到外压波动的影响的情况。在这种情况下，当参照室36不从外压波动中受到相同的影响时，可能会导致计量精度降低。

在该压力检测装置12中，参照室36的内部和中空体15的外部能够通过连通部18而连通。因此，与本实施方式不同，在输入室35(受压部11)受到外压波动的影响的情况下，遮断部19除外，通过连通部18将参照室36的内部和中空体15的外部连通，能够使参照室36也通过连通部18受到相同的影响。其结果是，能够消除压力波动的同相成分。另一方面，如本实施方式那样，在输入室35(受压部11)不受外压波动的影响的情况下，能够通过所述遮断部19那样的结构切断通过连通部18的参照室36的内部与中空体15的外部的连通，以使参照室36也不受上述影响。由此，伴随着外压波动无论是否对输入室35有影响，也都能够高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动。

此外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的技术宗旨的范围内能够施加各种变更。

作为受压部11，能够采用与气垫不同的结构。例如，作为受压部11，也可以采用如在听诊器中直接接触皮肤的部分那样包括振动板的结构。

导入部21也可以不朝向压电元件17的中央部将空气导入到输入室35内。导入部21可以朝向压电元件17的外周缘将空气导入到输入室35内，也可以不朝向压电元件17导入空气。轴线o也可以通过受压面17a的外周缘，也可以不通过受压面17a。

导入部21也可以不是管体。例如，导入部21也可以是形成于中空体15的通路等。

导入部21也可以设于第一端壁部22、第二端壁部23。基板20也可以不被收纳在中空体15内。

也可以没有遮断部19、连通部18。

也可以没有室部件16。例如，也可以将相当于压力检测装置12中的第二连通部40的空间设为参照室36。

中空体15也可以不包括第一端壁部22、第二端壁部23以及周壁部24。例如，中空体15也可以仅由第一端壁部22以及元件基座部28构成。在这种情况下，能够采用室部件16或压电元件17不被收纳于中空体15内而露出于外部的结构。

此外，在不脱离本发明的技术宗旨的范围内，能够适当地将上述实施方式中的构成要素替换成众所周知的构成要素，并且，也可以适当地对上述变形例进行组合。

工业上的可利用性

根据本发明，由于能够高精度地计量在被计量体产生的微小的压力波动，所以工业上的可利用性高。

符号说明

10生物信息计量系统

11受压部

12压力检测装置

15中空体

16室部件

17压电元件

18连通部

20基板

21导入部

22第一端壁部

23第二端壁部

24周壁部

35输入室

36参照室