JPH0129406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は心電図情報に体位情報を与えて心疾患
の診断を行うための姿勢検出装置に関する。

従来技術 従来、狭心症や心筋梗塞などの虚血性心疾患の
診断においては、テープ心電計、あるいはベツド
サイドモニター等のような心電図を長時間連続し
て監視、あるいは記録可能な装置を用いた診断が
行われている。しかし、心電図上で狭心症と診断
しうる波形変化であるST−Ｔ変化が、狭心症以
外の他の要因である被検者の体位の変化等によつ
ても生ずるため、上記装置のみでは適確な診断を
することができない問題があつた。長時間連続心
電図の測定時においては、被検者は殆ど障害なし
に、日常生活を営むことができ常に体位の変換、
各種の動作を反復していることから、心電図で
ST−Ｔ変化を認めても安易に狭心症と診断する
ことはできない訳である。

従つて、被検者の体位の変化、動作が心電図波
形に及ぼす影響を調べることが適確な診断を下す
うえで必要となる。

さて、これまで上述のような被検者の体位の変
化等を検出する装置としては、密閉した筐体内に
水銀等の導電性液体とこの導電性液体にて電気的
に短絡される複数の電極を設け、体位の変化に伴
つて移動する導電性液体による上記複数の電極の
導通状態に基づいて体位の変化を検出する構成の
ものが提案されている。

しかし、上記のような従来の姿勢検出装置にあ
つては、電極の導通と非導通のみによつて体位の
変化を検出するので変化の状態を詳しく知ること
ができない欠点があつた。また、構造が複雑なう
えに導電性液体として水銀等を封入するので製作
が面倒である。またこの水銀は酸化するため定期
的に入れ替えを行う必要があり不便である。更に
水銀を使用しているので熱に弱い等の問題があつ
た。

発明の目的 本発明は上述したような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は簡単な構成により体位
のあらゆる方向の変化を詳しく検出することがで
きる姿勢検出装置を提案することにある。

実施例 目的を達成するための手段 以上の目的は以下の構成により達成される。

即ち、絶縁性部材より成る筐体中空部の上部及
び底部に所定径の周囲に曲面を有する円形窪み部
を配設するとともに、筐体中空部の該円形窪み部
外周より所定径外側に所定間隔を持つて円状に前
記上部及び底部間に少なくとも外周面が導電性の
所定数の円柱電極を配設し、該円柱電極の内側に
該円形電極のうち隣合う２つに同時に接触しかつ
前記窪み部径以下の径の少なくとも表面を導電性
部材により球状に形成した可動体を転動自在に位
置させ、該可動体は前記筐体の傾きに応じて円柱
電極間をヒステリシス特性をもつて移動すると共
に円柱電極と窪み部の間をヒステリシス特性をも
つて往復する第１の姿勢検出部と、該第１の姿勢
検出部と同じ構成よりなる第２の姿勢検出部とを
備え、該第２の姿勢検出部の底部及び上部と第１
の姿勢検出部の底部及び上部とが互いに略交叉す
る方向に固定してなる。

以上の構成によりあらゆる方向の姿勢を高精度
で検出することができる。

以下、本発明につき好適なる実施例を示す図面
を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る姿勢検出装置
の一つの姿勢検出装置の透視図である。図中１は
プラスチツク等の絶縁体により厚さｔの円柱状に
形成したハウジング、２はハウジング１の開口部
に一体に嵌合するプラスチツク等の絶縁体より成
る円板状の接点ベースであり、周囲近傍には45度
の間隔をおいて８本の接点ピン５〜１２が図示の
如く設けられている。ハウジング１の底部には接
点ベース２の接点ピン５〜１２の一端が嵌入する
８個の孔３Ａを有する接点ピン受け部３Ａが形成
されている。４は少なくとも表面が金属等の導電
性部材より成る所定径の可動球接点である。この
球接点４と上記接点ピン５〜１２の表面には、酸
化及び接触抵抗の低減等を図るため金メツキが施
されている。

上記装置は、球接点４を接点ピン５〜１２の内
側に配置した状態で接点ベース２をハウジング１
の開口部に嵌合固定して成る。

第２図Ａ，Ｂは夫々第１図に示す装置の平面図
と側面図である。なお、接点部はハウジング１と
接点ベース２によつて密封されている。

また、第１図及び第２図ＡのＡ−Ａ線の断面図
である第２図Ｃに示す如く、ハウジング１の接点
ピン受け部３の中央及び接点ベース２の接点ピン
５〜１２の内側中央には深さａの周囲に曲面を有
する窪み部３Ｂが形成されている。この窪み部３
Ｂは接点ピン５〜１２の位置から距離ｌだけ内側
に形成されている。次に、球接点４は第２図Ｂの
のＢ−Ｂ線の断面図である第２図Ｄに示すように
接点ピン５〜１２の何れか２本に接触した状態で
位置し、接点ピン５〜１２内を自由に回転移動す
る。また、球接点４が接点ピン５〜１２内を接触
しながら回転移動できる範囲は、第２図Ｃから分
かるように窪み部３Ｂ周囲の縁部分３Ｃ相互の間
隔ｂの範囲となつている。

次に、この装置の動作を第３図Ａ〜Ｆを用いて
説明する。

初めに、球接点４が第３図Ａのように接点ピン
５と１２の間に位置しているものとする。このと
き、球接点４は自重によつて接点ピン５，１２の
両方に接触しているため、接点ピン５，１２間は
球接点４によつて導通路となつている。即ち、ス
イツチでいう閉状態が形成されている。

第３図Ｂは体位の変化によつて装置がn1度だ
け右横方向へ傾いた状態を示す。この状態では、
球接点４の重心位置Ｐが接点ピン５，１２間にあ
るため、球接点４、接点ピン１１の方へは回転移
動せず第３図Ａの状態が保たれる。

次に、装置が第３図Ｃに示すように更に右横方
向へ傾き図示の如く一定の角度x1だけ傾いたと
ころで球接点４の重心位置Ｐが接点ピン１２，１
１間側に移動するため、球接点４は接点ピン１
２，１１の間に回転移動する。そして、接点ピン
５，１２間は開状態となり、接点ピン１２，１１
間が閉状態（導通路）となる。このように装置の
傾きに応じて球接点４はヒステリシス特性をもつ
て移動し、接点ピン５〜１２間の接続状態が順次
変化するのである。なお、球接点４が次の接点ピ
ン間に移動を開始する傾き角（ヒステリシス角）
は接点ピン相互の間隔と球接点４の直径によつて
任意によつて決定することができる。

次いで、装置が縦方向に傾く場合を説明する。
装置が第３図Ｄの状態から第３図Ｅに示すように
右方向へn2度だけ傾いた場合、球接点４の重心
位置Ｐは窪み部３Ｂの縁部分３Ｃよりも内側にあ
るので球接点４は縁部分３Ｃによつて支えられ接
点ピンに接触した状態に保たれる。

更に、装置が第３図Ｆに示すように一定角度
x2（x2＞n2）だけ傾いたとき、球接点４の重心位
置Ｐが縁部分３Ｃより外側に移動するので、球接
点４はヒステリシス特性をもつて縁部分３Ｃを乗
り越えて窪み部３Ｂ側に転がる。このため、球接
点４は接点ピン５〜１２と無接触状態となる。ま
た、装置の傾きが一定角度以上元に戻ると、球接
点４は窪み部３Ｂから接点ピン側に移動する。こ
の無接触状態に至る傾き角x2（ヒステリシス角）
は接点ピンから縁部分３Ｃまでの高さｌと縁部分
３Ｃ相互の距離ｂ（即ち、球接点４の転がる距離）
によつて決定され、無接触状態から接触状態への
ヒステリシス角度は窪み部３Ｂの深さａと球接点
４の直径によつて決定される。

以上のように構成されかつ動作する装置の接点
ピン５〜１２の相互間には例えば後述する姿勢検
出回路の発振回路を構成する８個の抵抗が接続さ
れる。球接点４の接点ピン４への接触位置及び接
触状態と無接触状態に応じて抵抗値が変化する
が、その抵抗値の変化に基づいて変化する発振周
波数から体位の変化を検出する。これにより、体
位の変化を一定の角度毎に捉えることができるも
のである。なお、上記の姿勢検出装置は接点ベー
ス２から外側に突出する接点ピン５〜１２の部分
を用いることによつてプリント基板にそのまま接
続することができる。

また、装置全体が密封構造で熱にも強いため、
プリント基板に実装後洗浄が可能な外、半田槽に
よる半田付けも可能となり、実装上の制約がなく
なつた。

このため装置全体を極めて容易に小型化でき、
また実装も容易な姿勢検出装置となつている。

以上説明した姿勢検出装置は、一方向（ここで
はＸ方向という）の体位変化の検出は、球接点４
と接点ピン５〜１２の一定角度毎の接触によつて
どの程度変化したかが検出できるが、Ｘ方向と直
交するＹ方向の体位変化検出は球接点４の接点ピ
ンへの接触と無接触とによつて体位が一定以上変
化したか否かどうか検出することができない。

本発明の一実施例に係る姿勢検出装置は、上記
の検出装置を、第４図に示す如く、第１の姿勢検
出部を構成する検出装置と、第２の姿勢検出部を
構成する検出装置とで構成し、個々の装置を互い
に直交させた状態に設置したものである。この様
に構成することより、前述した個々の装置の動作
から、Ｘ−Ｙ方向について体位がどのように変化
したかを、一定の角度毎に、詳細に検出すること
ができる。

以上の構成により、それぞれの姿勢検出部は接
点ピン５〜１２の配設方向（円柱電極方向）を平
行軸としたあらゆる方向の姿勢角度（傾き）を、
どの電極間に可動体である球接点４があるかで検
出できる。一方、それぞれの姿勢検出部が接点５
〜１２の配設方向と垂直方向に所定角度以上傾い
ている場合には、上述した第３図Ｆに示す状態と
なり、球接点４が窪み部３Ｂに入り込んだ状態と
なる。

しかしながら、本実施例では、それぞれの姿勢
検出部を互いに直交させた状態に設置したことに
より、一方の姿勢検出部がこの窪み部３Ｂに入り
込んだ状態時には、他方の姿勢検出部の球接点４
はいずれかの接点ピン５〜１２の間にあり、互い
の姿勢角度の検出精度の低い部分を補い合うよう
に構成されており、それぞれの姿勢検出部の角度
の検出状態を測定することにより簡単な構成で全
ての範囲で高精度での姿勢の変化を知ることがで
きるようになつている。

なお、個々の第１の姿勢検出部と第２の姿勢検
出部とを構成する２つの検出装置は、それぞれ接
点ベース２から外側に突出する接点ピン５〜１２
の部分により、プリント基板１６と該プリント基
板１６に垂直に固定されたプリント基板１７に接
続されている。

なお、上記の構成においては、ハウジング１と
接点ベース２の窪み部３Ｂは必ずしも設ける必要
がないことは言うまでもない。

また、本実施例ではＸ−Ｙの２方向の変位を検
出できる構成について述べたが、本発明ではＸ−
Ｙ方向に限らず任意の方向に複数配置することに
より、更に詳細な方向の変化を検出することがで
きる。

以上説明した様に本実施例の姿勢検出装置は人
間の姿勢検出を例として述べたが、本姿勢検出装
置は小型でかつ完全密封構造となつており、また
耐衝撃性も優れている。このため容易に防爆構造
とすることもでき使用環境条件の制約がほとんど
ない。これはケースを耐熱性、耐蝕性を有する電
気的絶縁材料を用いることで、さらに、あらゆる
環境条件での使用が可能となる。このため本姿勢
検出装置はクレーンのアームや種々のロボツトな
どにも使用可能であり、本装置を取り付けること
により、影響条件の制約もなくなり、変位検出部
が小型化され、かつ精密で正確な変位の検出が可
能となつた。

第５図Ａは前述の姿勢検出装置を互いに直交す
る様に配設した場合の各姿勢検出装置よりの閉接
点状態を基に体位位置を検出するための姿勢検出
回路図である。

図中５０は無安定マルチバイブレータであり、
５１は無安定マルチバイブレータ５０によりトリ
ガされる単安定マルチバイブレータである。５２
は電源スイツチ、５３は電源である。端子AX〜
HX，A′Y〜H′Yは前述の姿勢検出装置のそれぞ
れの接点ピン５〜１２，５′〜１２′に対応してい
る。

本実施例ではマルチバイブレータ５０，５１と
して555タイマを使用している。このため電源５
３は約２ボルト〜15ボルトの範囲で安定して動作
し、消費電流も100μΑ以下とすることができる。

本発振回路での発振出力波形を第５図Ｂに示
す。第５図ＢでのT₁〜T₃は後述の姿勢検出装置
の接点状態により変化し、次式で表わされる。

T₁＝C₁（RAX＋RB）ln2 ……(1) T₂＝C₂・RAY・ln2 ……(2) T₃＝C₁（RAX＋2RB）ln2 ……(3) 但し、RAXはRX1〜RX8の合成抵抗、RAYは
RY1〜RY8の合成抵抗である。

よつて本発振回路の発振周波数ｆは ｆ＝1.44／｛（RAX＋2RB）C₂｝ で求められる。

マルチバイブレータ５０，５１での発振出力に
よる合成出力X.Y出力は抵抗R10及びR11により
分圧され、処理装置の入力レベルに合わせて出力
されている。

以上の回路図において、例えばＸ方向の姿勢検
出装置の端子５，１２間に球接点４が位置した場
合には、端子５，１２間が閉接状態となり、５，
１２間即ち第５図ＡのAX〜HX間が電気的に閉
接状態となり、RAX＝RX8となる。

つまり第５図Ｂの T₁＝C₁（RX8＋RB）ln2 となる。そしてこの時のＹ方向の姿勢検出装置の
球接点４′の８′，９′間に球接点４′が位置した場
合にはDY−EY間が閉接状態となり、 RAY＝RY1＋RY2＋RY3＋RY5 ＋RY6＋RY7＋RY8 となる。

つまり第５図Ｂの T₂＝C₃（RY1＋RY2＋RY3＋RY5 ＋RY6＋RY7＋RY8）ln2 となる。

またT₃は(3)により T₃＝C₁（RX8＋2RB）ln2 となる。

以上の説明より明らかな如く、RX1〜RX8及
びRY1〜RY8のそれぞれの抵抗値を互いに異な
つた値とすることにより、姿勢検出装置の各接点
の全ての状態を識別することが可能であり、発振
周波数ｆ又はT₁によりＸ方向姿勢検出装置の変
位を、T₂によりＹ方向の姿勢検出装置の変位を
検出でき、あらゆる体位の変位を識別できる。

また姿勢検出装置の一方で球接点がどの接点ピ
ンとも接触していない場合や、姿勢検出装置が１
つのみ用いられている場合は他方の姿勢検出装置
に該当する出力波形のみ変化する。

本回路図は姿勢検出装置を２装置として説明し
たが、出力波形は抵抗R9とR11又はR10とR11と
の分圧比により決定されており、分圧比を適正に
することによりさらに多くの姿勢検出装置を接続
し、単安定マルチバイブレータ５１と同様の発振
回路を順次追加するのみで多数の姿勢検出装置を
接続できる。

また抵抗RAX，RAYをさらに細分化すること
によりさらに多くの接点ピンを有する姿勢検出装
置の接点状態を識別することができることはいう
までもない。

以上説明した様に本実施例によれば、体位の変
化を一定角度毎に詳しく検出することができる。
また、構造が極めて簡単であり、製作も極めて容
易となる。さらに可動体は水銀のように酸化する
ことがなく、かつ熱にも強いので、極めて取扱い
が良好である。

更に、接点ベース２と接点ピン受け部３の接点
ピン５〜１２の内側には深さａの周囲に曲面を有
する窪み部３Ｂを形成してあるため、装置が縦方
向に傾いた場合に、球接点４が接点ピン５〜１２
のいずれにも接触していない状態となり、縦方向
への傾きをも検出することができる。

また、単独では、円柱電極方向を平行軸とした
方向の姿勢角度は高精度で検出することができる
が、円柱電極方向と垂直方向の姿勢角度は検出精
度が低くなつてしまう特有の姿勢検出結果を有す
る２つの姿勢検出装置を、互いの姿勢角度の検出
精度の低い部分を補い合うように固定する本願発
明に特有の構成とすることにより、高精度での全
ての範囲での姿勢の変化を検出することができ
る。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、小型かつ
簡単な構成で、あらゆる方向の姿勢角度（傾き）
を高精度で検出できる姿勢検出装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る姿勢検出装置
の一部の分解した状態の透視図、第２図Ａ，Ｂは
各々第１図に示す姿勢検出装置の一部の平面図及
び側面図、第２図Ｃ，Ｄは各々第２図ＡのＡ−Ａ
線部分及び第２図ＢのＢ−Ｂ線部分の断面図、第
３図Ａ〜Ｆは各々姿勢検出装置の動作を説明する
ための断面図、第４図は姿勢検出装置の一実施例
の側面図、第５図Ａは姿勢検出装置の姿勢検出回
路図、第５図Ｂは姿勢検出回路の出力波形図であ
る。 ここで、１……ハウジング、２……接点ベー
ス、３……接点ピン受け部、３Ｂ……窪み部、４
……球接点、５〜１２……接点ピン、１５，１６
……プリント基板である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁性部材より成る筐体中空部の上部及び底
   部に所定径の周囲に曲面を有する円形窪み部を配
   設するとともに、前記筐体中空部の該円形窪み部
   外周より所定径外側に所定間隔を持つて円状に前
   記上部及び底部間に少なくとも外周面が導電性の
   所定数の円柱電極を配設し、該円柱電極の内側に
   該円柱電極のうち隣合う２つに同時に接触しかつ
   前記窪み部径以下の径の少なくとも表面を導電性
   部材により球状に形成した可動体を転動自在に位
   置させ、該可動体は前記筐体の傾きに応じて前記
   円柱電極間をヒステリシス特性をもつて移動する
   と共に前記円柱電極と前記窪み部の間をヒステリ
   シス特性をもつて往復する第１の姿勢検出部と、 該第１の姿勢検出部と同じ構成よりなる第２の
   姿勢検出部とを備え、 該第２の姿勢検出部の底部及び上部と前記第１
   の姿勢検出部の底部及び上部とが互いに略交叉す
   る方向に固定してなることを特徴とする姿勢検出
   装置。 ２ 第１及び第２の姿勢検出部の円柱電極外周部
   と、可動体に金メツキを施したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の姿勢検出装置。 ３ 第１及び第２の姿勢検出部の各円柱電極の一
   方は筐体を突き抜けて筐体外部に突出しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の姿勢検出装置。