特許 6973630 変位検出センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6973630

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年12月1日

(54)【発明の名称】変位検出センサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/16 20060101AFI20211118BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/16 Z

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2020-515060(P2020-515060)

(86)(22)【出願日】2019年8月30日

(86)【国際出願番号】JP2019034068

(87)【国際公開番号】WO2020079967

(87)【国際公開日】20200423

【審査請求日】2020年3月12日

(31)【優先権主張番号】特願2018-197347(P2018-197347)

(32)【優先日】2018年10月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森田 暢謙

(72)【発明者】

【氏名】安藤 正道

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００１−５１８１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４４１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５７８２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の検出対象および第２の検出対象に配置される基材と、
第１の方向の変位を検出する第１検出部と、
前記第１の方向と異なる第２の方向の変位を検出する第２検出部と、
を備え、
前記第１検出部および前記第２検出部は、前記基材に配置され、
前記第１検出部は、少なくとも前記第１の検出対象に配置され、
前記第２検出部は、少なくとも前記第２の検出対象に配置され、
前記第１検出部および前記第２検出部は、前記基材の第１主面に配置され、
前記第１検出部は、一軸延伸方向を有する第１圧電フィルムを含み、
前記第２検出部は、一軸延伸方向を有する第２圧電フィルムを含み、
前記第１圧電フィルムは、平面視して長方形状を有し、
前記第２圧電フィルムは、平面視して長方形状を有し、
前記第１圧電フィルムおよび前記第２圧電フィルムは、平面視してそれぞれの長手方向が直交して配置されており、
前記第１の方向と前記第１圧電フィルムの長手方向とは、直交し、
前記第１圧電フィルムの一軸延伸方向は、前記第１圧電フィルムの長手方向に対して略４５°の角度を成し、
前記第２圧電フィルムの一軸延伸方向は、前記第２圧電フィルムの長手方向に沿っている、
変位検出センサ。

【請求項2】

前記第１検出部および前記第２検出部は、前記基材を平面視して離間して配置される、
請求項１に記載の変位検出センサ。

【請求項3】

前記基材のうち、前記第１の検出対象に配置される部分と、前記第２の検出対象に配置される部分との間に、応力緩和部が配置される、
請求項１または請求項２に記載の変位検出センサ。

【請求項4】

前記基材が曲げられた時、前記第１圧電フィルムおよび前記第２圧電フィルム以外の箇所に、伸縮しない中立面が存在する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の変位検出センサ。

【請求項5】

第１の検出対象および第２の検出対象に配置される基材と、
第１の方向の変位を検出する第１検出部と、
前記第１の方向と異なる第２の方向の変位を検出する第２検出部と、
を備え、
前記第１検出部および前記第２検出部は、前記基材に配置され、
前記第１検出部は、少なくとも前記第１の検出対象に配置され、
前記第２検出部は、少なくとも前記第２の検出対象に配置され、
前記基材は、スリット、切欠き、凹みの少なくともいずれかが形成されている箇所を含み、
前記箇所は、前記第２検出部が配置され、かつ、前記第１検出部が配置されない部分と前記第１検出部が配置される部分との間に配置される、
変位検出センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出対象の変位を検出する変位検出センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、手の甲側において、手首から手の甲部までの位置に、曲げセンサを配置したセンサ付き手袋が開示されている。特許文献１のセンサは、プラスチックシートの基材を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５−２８５２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のセンサ付き手袋では、手首の曲げ等の１方向の変位しか検出できない。したがって、特許文献１のセンサ付き手袋は、複雑な動きを検出することができない。

【0005】

そこで、本発明の目的は、複数の方向の変位を検出することができる変位検出センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の変位検出センサは、第１の検出対象および第２の検出対象に配置される基材と、第１の方向の変位を検出する第１検出部と、前記第１の方向と異なる第２の方向の変位を検出する第２検出部と、を備え、前記第１検出部および前記第２検出部は、前記基材に配置され、前記第１検出部は、少なくとも前記第１の検出対象に配置され、前記第２検出部は、少なくとも前記第２の検出対象に配置される。

【発明の効果】

【0007】

この発明によれば、複数の方向の変位を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、変位検出センサを備えたグローブの外観斜視図である。

【図2】図２（Ａ）は、変位検出センサの平面図であり、図２（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図であり、図２（Ｃ）は、下面図である。

【図3】図３は、第１圧電素子１１の断面図である。

【図4】図４は、曲げ操作時の変位検出センサの断面図である。

【図5】図５（Ａ）は捻れ変位が０の状態での変位検出センサの背面斜視図であり、図５（Ｂ）は所定の捻れ変位が生じた状態での変位検出センサの背面斜視図である。

【図6】図６は、変形例１に係るグローブ５Ａの外観斜視図である。

【図7】図７（Ａ）は、変形例１に係る変位検出センサ１Ａの平面図であり、図７（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図であり、図７（Ｃ）は、下面図である。

【図8】図８（Ａ）は、変形例２に係る変位検出センサ１Ｂの平面図であり、図８（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図であり、図８（Ｃ）は、下面図である。

【図9】図９（Ａ）は、変形例３に係る変位検出センサ１Ｃの平面図であり、図９（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図である。

【図10】図１０は、変形例４に係るグローブ５Ｄの外観斜視図である。

【図11】図１１は、変形例４に係る変位検出センサ１Ｄの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、本発明の変位検出センサを備えたグローブ５の外観斜視図である。グローブ５は、エラストマー等の部材からなり、手の全体および手首を覆う形状からなる。ただし、グローブ５は、指先を覆う形状である必要はない。

【0010】

変位検出センサ１は、グローブ５のうち、手の平側に配置される。変位検出センサ１は、平面視して長方形状である。変位検出センサ１は、手首部分から中指の付け根に沿って配置されている。変位検出センサ１は、手の平の領域１０１、手首の関節の領域１０２、および手首の領域１０３に渡って配置されている。手の平の領域１０１は、本発明における第１の検出対象の一例であり、手首の領域１０３は、本発明における第２の検出対象の一例である。なお、変位検出センサ１は、手の甲側に配置されていてもよい。この場合、手の甲の領域が第１の検出対象になる。

【0011】

図２（Ａ）は、変位検出センサ１の平面図であり、図２（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図であり、図２（Ｃ）は、下面図である。

【0012】

変位検出センサ１は、基材１０と、基材１０の第１主面に配置された第１圧電素子１１と、基材１０の第２主面に配置された第２圧電素子１２と、を備えている。第１圧電素子１１は、本発明の第１検出部の一例であり、第２圧電素子１２は、本発明の第２検出部の一例である。

【0013】

基材１０は、ＰＩ（ポリイミド）またはウレタン等の可撓性の高い材料からなる。基材１０、第１圧電素子１１、および第２圧電素子１２は、それぞれ平面視して長方形状である。第１圧電素子１１および第２圧電素子１２の面積は同一であり、それぞれ基材１０よりもわずかに小さい。ただし、本発明において、第１圧電素子１１および第２圧電素子１２の面積が同一である必要はない。

【0014】

図３は、第１圧電素子１１の断面図である。なお、第２圧電素子１２は、第１圧電素子１１と同じ断面構造を有するため、図３では、代表して第１圧電素子１１の構造を示す。

【0015】

第１圧電素子１１は、第１保護層５０、導電性薄膜部材５１、中間層５２、検出用電極５３、圧電フィルム５４、および第２保護層５５を備えている。第１保護層５０の下面は、基材１０に貼り付けられる。

【0016】

第１保護層５０、中間層５２、および第２保護層５５は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（アクリル樹脂）、またはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等からなる。第１保護層５０および第２保護層５５は、第１圧電素子１１の全体を覆う形状からなる。第１保護層５０および第２保護層５５は、本発明において必須の構成ではないが、第１圧電素子１１を保護する機能を有する。また、第１保護層５０および第２保護層５５は、ポリエチレンフォームのフィルム等からなる場合、第１圧電素子１１を覆うことにより防水性を発揮することもできる。また、第１圧電素子１１は、ポリウレタンまたはシリコーン等の様な可撓性の高い材料でモールドされてもよい。

【0017】

第１保護層５０の上面は、導電性薄膜部材５１が貼り付けられる。導電性薄膜部材５１の上面には、中間層５２が貼り付けられる。中間層５２の上面には、検出用電極５３が配置される。検出用電極５３の上面には、圧電フィルム５４が配置される。圧電フィルム５４の上部には、導電性薄膜部材５１が貼り付けられる。すなわち、導電性薄膜部材５１は、中間層５２、検出用電極５３、および圧電フィルム５４を上下で挟み込んで覆う様になっている。導電性薄膜部材５１の上面には、第２保護層５５が貼り付けられる。

【0018】

中間層５２は、圧電フィルム５４に最も近い位置に配置される。図４に示す様に、変位検出センサ１が上面側に凸に曲げ変形した場合、変位検出センサ１の下面側が収縮し、上面側が伸張する。すなわち、変位検出センサ１の内部には、伸縮しない箇所（応力の中立面）が存在する。

【0019】

第１保護層５０は、第２保護層５５よりも厚い。中間層５２は、第２保護層５５よりも薄い。第１保護層５０は、最も厚くなっている。仮に、第１圧電素子１１が、圧電フィルム５４を挟んで上下に対称な形状であると、応力の中立面が圧電フィルム５４の位置になる可能性がある。仮に応力の中立面が圧電フィルム５４の位置になると圧電フィルム５４の内部で極性の異なる電荷が同程度発生する。発生した極性の異なる電荷は、互いにキャンセルし合うため、圧電フィルム５４から大きな出力が得られない可能性がある。しかし、本実施形態の第１圧電素子１１は、第１保護層５０が厚くなっているため、応力の中立面は、第１保護層５０側、中間層５２、または検出用電極５３に位置する。したがって、圧電フィルム５４は、曲げ変位に対して電荷を生じる。なお、本実施形態においては、応力の中立面が圧電フィルム５４の位置にならないようにすればよい。例えば、検出用電極５３の厚みを異ならせてもよく、又は検出用電極５３の厚みは同じで電極の硬さを異ならせてもよい。

【0020】

圧電フィルム５４は、平面視して長方形状である。検出用電極５３は、圧電フィルム５４の第１主面の略全体を覆うように配置されている。検出用電極５３は、例えば中間層５２に蒸着されたアルミまたは銅箔等からなる。検出用電極５３は、不図示の粘着剤等により圧電フィルム５４の上面に貼り付けられる。

【0021】

導電性薄膜部材５１は、圧電フィルム５４の上面および中間層５２の下面を覆うように配置されている。導電性薄膜部材５１は、例えば導電性不織布に粘着剤が形成されたもの、または樹脂が含浸された銅箔に粘着剤が形成されたものが用いられる。導電性薄膜部材５１は、グランド導体（シールド導体）として機能する。なお、検出用電極５３も導電性不織布に粘着剤が形成されたもの、または樹脂が含浸された銅箔に粘着剤が形成されたものを用いてもよい。

【0022】

圧電フィルム５４は、キラル高分子で構成されている。特に、圧電フィルム５４は、一軸延伸されたポリ乳酸（ＰＬＡ）、さらにはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）またはＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）であることが好ましい。

【0023】

キラル高分子は、主鎖が螺旋構造を有し、一軸延伸されて分子が配向すると、圧電性を有する。一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。また、キラル高分子は、延伸等による分子の配向処理で圧電性が生じるため、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。このため、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に変動することがなく、極めて安定している。さらに、ポリ乳酸は、焦電性がないため、手の熱が伝わる場合であっても検出される電荷量が変化することがない。

【0024】

なお、延伸倍率は３〜８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。また、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えば、ある方向をＸ軸としてＸ軸方向に８倍、Ｘ軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合とほぼ同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことができる。

【0025】

本実施形態では、第１圧電素子１１の圧電フィルム５４は、図２（Ａ）の白い矢印に示すように、変位検出センサ１の長軸方向に対して一軸延伸方向が略４５°の角度を成すように配置されている。第２圧電素子１２の圧電フィルム５４は、図２（Ｃ）の白い矢印に示すように、変位検出センサ１の長軸方向に沿って一軸延伸方向が配置されている。

【0026】

第１圧電素子１１は、曲げ変形を検出できる。図４に示すように、変位検出センサ１に曲げ変位が生じた場合、変位検出センサ１は、長手方向に沿って湾曲した状態となる。この場合、第１圧電素子１１の上面側は、長手方向に沿って伸びる。これにより、第１圧電素子１１の圧電フィルム５４は、伸張量に応じた電荷を発生する。変位検出センサ１は、検出用電極５３で検出される電圧に基づいて、曲げ変位およびその曲げ量を検出する。図１に示した様に、変位検出センサ１は、手の平の領域１０１、手首の関節の領域１０２、および手首の領域１０３に渡って配置されている。よって、変位検出センサ１は、手を開いた時および手を握った時の動作により生じる、手の平の領域１０１の変位を検出することができる。また、変位検出センサ１は、手首の関節を曲げた時の動作により生じる手首の関節の領域１０２の変位も検出することができる。

【0027】

一方、図５（Ａ）は捻れ変位が０の状態での変位検出センサの背面斜視図であり、図５（Ｂ）は所定の捻れ変位が生じた状態での変位検出センサの背面斜視図である。

【0028】

図５（Ａ）に示すように、捻れ変位が０の場合、基材１０および第２圧電素子１２は、主面が平坦な状態となる。この場合、第２圧電素子１２は伸縮せず、第２圧電素子１２の圧電フィルム５４に電荷が生じない。

【0029】

そして、基材１０が捻れた場合、基材１０は、図５（Ｂ）に示すように、長手方向の２つの角において、それぞれ法線方向に沿った逆方向へ移動する。これにより、第２圧電素子１２のうち、２つの角の一方側の圧電フィルム５４は伸張し、他方側の圧電フィルム５４は収縮する。

【0030】

第２圧電素子１２の圧電フィルム５４は、長手方向に沿って一軸延伸方向が配置されている。したがって、圧電フィルム５４は、一方側の角およびその付近においては一軸延伸方向に対して＋４５°の方向へ伸張し、他方側の角およびその付近においては一軸延伸方向に対して−４５°の方向へ収縮する。したがって、圧電フィルム５４は、捻れにより生じる角の伸張または収縮に応じた電荷が生じる。

【0031】

変位検出センサ１は、検出用電極５３で検出される電圧に基づいて、捻れ変位およびその捻れ量を検出する。図１に示した様に、変位検出センサ１は、手の平の領域１０１、手首の関節の領域１０２、および手首の領域１０３に渡って配置されている。よって、変位検出センサ１は、手首の捻れ動作により生じる手首の領域１０３の捻れ変位およびその捻れ量を検出することができる。

【0032】

なお、第１圧電素子１１の圧電フィルム５４の一軸延伸方向は、長手方向に対して４５°であり、捻れにより生じる伸縮方向と一致する。したがって、第１圧電素子１１の圧電フィルム５４において、捻れ変位によって電荷が生じることはない。また、第２圧電素子１２の圧電フィルム５４の一軸延伸方向は、長手方向に沿っているため、曲げにより生じる伸縮方向と一致する。したがって、第２圧電素子１２の圧電フィルム５４において、曲げ変位によって電荷が生じることはない。

【0033】

第１圧電素子１１は、少なくとも手の平の領域１０１に沿って配置されている。第２圧電素子１２は、少なくとも手首の領域１０３に沿って配置されている。したがって、変位検出センサ１は、第１の検出対象である手の平の領域１０１の変位（手を握る動作および手を開く動作により生じる変位）と、第２の検出対象である手首の領域１０３の変位（手首を捻る動作により生じる変位）と、を個別に、高精度に検出することができる。よって、変位検出センサ１は、利用者が運動、トレーニング、またはリハビリテーションを行っている場合に、当該利用者の手の動きおよび手首の動きをそれぞれ個別に高感度に検出することができる。

【0034】

なお、手に動きがなくとも、例えば、水中で手の平を前面に押し出す様な動作をした場合には、手の平に水圧が掛かり、変位検出センサ１に曲げ変位が生じる。したがって、変位検出センサ１は、利用者が水中での運動、トレーニング、またはリハビリテーションを行なっている場合に、水を押し出す様な動作を高精度に検出することもできる。

【0035】

また、変位検出センサ１は、第１圧電素子１１および第２圧電素子１２を同じ基材１０に配置している。そのため、２つの圧電素子を手の平と手首とに、個別に取り付ける必要はない。

【0036】

なお、第１圧電素子１１は、少なくとも第１の検出対象である手の平の領域１０１に沿って配置されていればよく、手首の領域１０３に配置されている必要はない。

【0037】

図６は、変形例１に係る変位検出センサ１Ａを備えたグローブ５Ａの外観斜視図である。図７（Ａ）は、変形例１に係る変位検出センサ１Ａの平面図であり、図７（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図であり、図７（Ｃ）は、下面図である。

【0038】

変位検出センサ１Ａは、変位検出センサ１よりも、第１圧電素子１１の長手方向の長さが短くなっている。第１圧電素子１１は、手の平の領域１０１に沿って配置されていて、手首の関節の領域１０２および手首の領域１０３には配置されていない。その他の構成は、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示した構造と同一である。

【0039】

この場合、第１圧電素子１１は、手の平の動きに対して高い感度を有し、手首および手首の関節の動きに対しては感度が低い。したがって、変位検出センサ１Ａは、手首の関節を曲げた時の動作を検出することなく、手の平の動きを高感度に検出することができる。

【0040】

図８（Ａ）は、変形例２に係る変位検出センサ１Ｂの平面図であり、図８（Ｂ）は、Ａ−Ａ線の断面図であり、図８（Ｃ）は、下面図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、および図７（Ｃ）と同一の構成は、同一の符号を付し、説明を省略する。変位検出センサ１Ｂの基材１０は、スリット９０を備えている。スリット９０は、平面視して長方形状である。スリット９０は、基材１０の長手方向の中央付近において、短手方向に沿って形成されている。スリット９０は、手首の領域１０２に配置される。

【0041】

この場合、第１圧電素子１１が配置されていない箇所が曲げられたとしても、基材１０の伸縮は、スリット９０で遮断される。つまり、手首および手首の関節の動きによって生じる部分の曲げ変位は、スリット９０で遮断され、第１圧電素子１１が配置されている部分には伝達されない。よって、変位検出センサ１Ｂは、手首の関節の様に、大きな曲げ変位を有する部位に跨がって配置される場合でも、関節の動きにより第１圧電素子１１において電圧を検出することがない。

【0042】

また、基材１０のうちスリット９０が形成されている箇所は、他の部分よりも曲げやすくなっている。すなわち、基材１０のうちスリット９０が形成されている箇所は、応力緩和部となっている。したがって、変位検出センサ１Ｂは、手首の関節等の変位が大きい箇所に跨がって配置されたとしても、変位検出センサ１Ｂに応力が集中することがなくなる。そのため、変位検出センサ１Ｂがグローブから剥れたり、グローブに対する固定位置が変わるおそれも低減される。

【0043】

なお、応力緩和部は、スリット９０に限らず、例えば切欠きまたは凹みであってもよい。また、変位検出センサ１Ａおよび変位検出センサ１Ｂの第２圧電素子１２は、手の平から手首にかけて配置されているが、第２圧電素子１２は、少なくとも第２の検出対象である手首の領域１０３に沿って配置されていればよく、手の平の領域１０１に沿って配置されている必要はない。

【0044】

図９（Ａ）は、変形例３に係る変位検出センサ１Ｃの平面図であり、図９（Ｂ）は、断面図（Ａ−Ａ線の断面図）である。

【0045】

変位検出センサ１、１Ａ，１Ｂでは、第１圧電素子１１および第２圧電素子１２は、基材１０を平面視して重なって配置されていた。これに対して、変形例３に掛かる変位検出センサ１Ｃでは、第１圧電素子１１および第２圧電素子１２は、基材１０を平面視して離間して配置されている。また、第１圧電素子１１および第２圧電素子１２は、基材１０の同一の主面（第１主面）に配置されている。

【0046】

この場合も、第１圧電素子１１は、手の平の動きに対して高い感度を有し、手首および手首の関節の動きに対して感度が低い。また、第２圧電素子１２は、手首の捻れの動きに対して高い感度を有し、手の平の動きに対して感度が低い。

【0047】

したがって、変位検出センサ１Ｃは、利用者の手の動きおよび手首の動きをそれぞれ個別に、より高精度に検出することができる。

【0048】

また、基材１０のうち第１圧電素子１１が配置される部分と第２圧電素子１２が配置される部分との間は、他の部分よりも曲げやすい応力緩和部９５となっている。応力緩和部９５は、変形例２のスリット９０と同様に、手首の関節の領域１０２に配置される。なお、変位検出センサ１Ｃは、基材１０の応力緩和部９５に、スリット、切欠き、又は凹みを設けることで、動作の分離がより正確になり、高精度に動作を検出することが出来る。

【0049】

したがって、変位検出センサ１Ｃも、手首の関節等の変位が大きい箇所に跨がって配置されたとしても、変位検出センサ１Ｃに応力が集中することがなくなる。そのため、変位検出センサ１Ｃがグローブから剥がれたり、グローブに対する固定位置が変わるおそれも低減される。

【0050】

第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２の面積と出力は比例関係にある。このため、変形量の小さい箇所には第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２の面積を大きく取り、変形量の大きな変形については第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２の面積を小さく取るなどの工夫を施すことで、変位検出センサ１Ｃはより適切な出力レベルに調整することができ、変位検出センサ１Ｃの回路設計が簡素化できる。例えば、靴の足底に変位検出センサ１Ｃを貼り付けた場合、変位検出センサ１Ｃは、足底の曲がり量と足底の左右の方向のひねり量を検出することができる。足底の曲がり量は足底のひねり量に対して大きく、第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２からの信号は、その変形量に応じた形で出力される。第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２それぞれのサイズを調整することで、第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２の出力レベルを同等にすることができ、変位検出センサ１Ｃは回路設計を簡素化できる。

【0051】

また、第１圧電素子１１又は第２圧電素子１２として圧電フィルムを用いる場合、例えば、圧電フィルムに一か所もしくは複数のスリットを入れることで、見かけ上の圧電フィルムの伸縮性が上がる。このため、変位検出センサ１Ｃは、より伸長率の高い部位の変形にも追従して検出することが可能である。

【0052】

図１０は、変形例４に係る変位検出センサ１Ｄを備えたグローブ５Ｄの斜視図であり、図１１は、変形例４に係る変位検出センサ１Ｄの平面図である。変位検出センサ１Ｄの基材１０は、平面視してＴ字形状となっている。変位検出センサ１Ｄも、手の平の領域１０１、手首の関節の領域１０２、および手首の領域１０３に渡って配置されている。第１圧電素子１１は、手の平の領域１０１に配置され、第２圧電素子１２は、手首の領域１０３に配置される。応力緩和部となる箇所は、手首の関節の領域１０２に配置される。

【0053】

第１圧電素子１１および第２圧電素子１２は、平面視してそれぞれ長手方向が直交して配置されている。第１圧電素子１１は、指が並ぶ方向に沿って配置されている。この場合、第１圧電素子１１は、指の長手方向に沿った変位に対する感度が低く、当該長手方向に直交する方向に沿った変位の感度が高い。したがって、変位検出センサ１Ｄは、変位検出センサ１、１Ａ，１Ｂ，１Ｃよりも、手を握る動作および手を開く動作に対する感度が低下する。一方で、水中で手の平を前面に押し出す様な動作をした場合には、第１圧電素子１１は、水圧により手の平の窪みに沿って変位するため、水を押し出す様な動作は、高精度に検出することができる。そのため、変位検出センサ１Ｄは、水を押し出す様な動作と、手首を捻る動作と、を個別に高感度に検出することができる。

【0054】

なお、本実施形態では、変位検出センサは、手の平および手首に跨がって配置され、手の動きおよび手首の動きをそれぞれ個別に高感度に検出する例を示したが、他の関節等の変位が大きい箇所に跨がって配置されてもよい。変位検出センサは、例えば足首の関節に跨がって配置され、足および足首の動きを検出してもよい。例えば、変位検出センサを足底に配置した場合、歩行時の足底の曲がっている角度または足底の左右の傾き等を検出することができる。この場合、変位検出センサは、リハビリ用の歩行具に用いることができる。変位検出センサは、足底の状態を検出することができ、他の歩行アシストロボット等と連携させることでより高いリハビリ効果を得ることができる。

【0055】

また、変位検出センサは、ロボット等の人体以外に取り付けることも可能である。この場合も、変位検出センサは、変位が大きい箇所に跨がって配置され、それぞれ個別の動きを検出する。

【0056】

なお、本実施形態では、曲げ変位および捻り変位を検出するセンサとして、圧電センサを示したが、例えば歪みセンサであっても、曲げ変位および捻り変位を検出することができる。

【0057】

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であり、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。

【符号の説明】

【0058】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…変位検出センサ
５，５Ａ，５Ｄ…グローブ
１０…基材
１１…第１圧電素子
１２…第２圧電素子
５０…第１保護層
５１…導電性薄膜部材
５２…中間層
５３…検出用電極
５４…圧電フィルム
５５…第２保護層
９０…スリット
９５…応力緩和部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】