特許 7162858 面状センサおよび面状センサの使用方法

(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】

(24)【登録日】2022-10-21

(45)【発行日】2022-10-31

(54)【発明の名称】面状センサおよび面状センサの使用方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/16 20060101AFI20221024BHJP

   H01L 41/08 20060101ALI20221024BHJP

   H01L 41/047 20060101ALI20221024BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20221024BHJP

   H01L 41/193 20060101ALI20221024BHJP

   H01L 41/47 20130101ALI20221024BHJP

【ＦＩ】

G01L1/16 B

H01L41/08

H01L41/047

H01L41/113

H01L41/193

H01L41/47

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018033543

(22)【出願日】2018-02-27

(65)【公開番号】P2019138888

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2021-02-24

(31)【優先権主張番号】P 2018021862

(32)【優先日】2018-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】517069066

【氏名又は名称】ロボセンサー技研株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107102

【弁理士】

【氏名又は名称】吉延 彰広

(74)【代理人】

【識別番号】100164242

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 直人

(72)【発明者】

【氏名】大村 昌良

(72)【発明者】

【氏名】倉澤 直人

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２０３９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６４０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２６３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２０８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３５１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０１４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２７２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０９１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５５９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５３１７０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１１０６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ １／１６，５／００，５／１６７

Ｈ０１Ｌ ４１／０８，４１／０４７，４１／１１３，４１／１９３，

Ｈ０１Ｌ ４１／４７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の圧電性繊維が配置された面状センサであって、
前記圧電性繊維は、内部導体と、該内部導体を覆う圧電体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、
前記圧電性繊維は、前記面状センサ内の一部分を除き、前記圧電体の圧電特性を低減させたものであり、
前記複数の圧電性繊維の少なくとも一部に対し、圧電性のない導線を隣り合わせに配置したものであり、
前記圧電性のない導線は、内部導体と、該内部導体を覆う絶縁体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、且つ隣り合う前記圧電性繊維とインピーダンスが同じものである、
ことを特徴とする面状センサ。

【請求項2】

複数の圧電性繊維が配置された面状センサであって、
前記圧電性繊維は、内部導体と、該内部導体を覆う圧電体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、
前記複数の圧電性繊維には、交差する二本の圧電性繊維である第一のペアと、交差する二本の圧電性繊維である第二のペアが含まれ、
前記第一のペアの圧電性繊維と前記第二のペアの圧電性繊維による交点の数が一以下となるように設けられたものであり、
前記複数の圧電性繊維の少なくとも一部に対し、圧電性のない導線を隣り合わせに配置したものであり、
前記圧電性のない導線は、内部導体と、該内部導体を覆う絶縁体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、且つ隣り合う前記圧電性繊維とインピーダンスが同じものである、
ことを特徴とする面状センサ。

【請求項3】

第一の方向と、該第一の方向と交差する第二の方向のそれぞれに沿って、複数の圧電性繊維が網状に配置された面状センサであって、
前記圧電性繊維は、内部導体と、該内部導体を覆う圧電体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、
前記第一の方向および前記第二の方向は、前記面状センサの長手方向と斜めに交差する方向であり、
前記複数の圧電性繊維の少なくとも一部に対し、圧電性のない導線を隣り合わせに配置したものであり、
前記圧電性のない導線は、内部導体と、該内部導体を覆う絶縁体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、且つ隣り合う前記圧電性繊維とインピーダンスが同じものである、
ことを特徴とする面状センサ。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の面状センサである第一の面状センサと、
請求項１から３のいずれか一項に記載の面状センサである第二の面状センサと、を用い、
検査対象を前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサで挟んだ状態で、前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサのそれぞれにおける圧力変化の位置を検出する、ことを特徴とする面状センサの使用方法。

【請求項5】

請求項４に記載の面状センサの使用方法であって、
検査対象を前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサで挟んだ状態で、前記第一の面状センサから前記検査対象を介して前記第二の面状センサにまで位置調整用の圧力を加え、
前記位置調整用の圧力を加えたときに、前記第一の面状センサと前記第二の面状センサのそれぞれにおいて前記圧力変化の位置情報を取得し、
前記位置情報に基づいて、前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサによって検出される圧力変化の位置関係を修正する、ことを特徴とする面状センサの使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電性繊維を用いた面状センサおよびその使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電性繊維を用いた面状センサが知られている（例えば、特許文献１等参照）。この線状センサは、力による変形が生じると、内部導体と外部導体との間に電圧が誘起される。この特性を利用して触覚センサや振動センサ等に利用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２０４４２９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のような面状センサは、圧力がかかった場合に、その圧力がどの部位に対するものなのかを判定できない場合がある。

【0005】

本発明は上記事情に鑑み、圧力を受けた部位をより正確に判定しやすい面状センサおよびこの面状センサの使用方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を解決する本発明の第一の態様の面状センサは、
複数の圧電性繊維が配置された面状センサであって、
前記圧電性繊維は、内部導体と、該内部導体を覆う圧電体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、
前記圧電性繊維は、前記面状センサ内の一部分を除き、前記圧電体の圧電特性を低減させたものであり、
前記複数の圧電性繊維の少なくとも一部に対し、圧電性のない導線を隣り合わせに配置したものであり、
前記圧電性のない導線は、内部導体と、該内部導体を覆う絶縁体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、且つ隣り合う前記圧電性繊維とインピーダンスが同じものである、
ことを特徴とする。

【0007】

この面状センサによれば、面状センサの所望の場所に圧電性繊維を配置でき、圧力を受
けた部位をより正確に判定することができ、さらにノイズの影響を低減することができる。

【0008】

また、上記目的を解決する本発明の第二の態様の面状センサは、
複数の圧電性繊維が配置された面状センサであって、
前記圧電性繊維は、内部導体と、該内部導体を覆う圧電体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、
前記複数の圧電性繊維には、交差する二本の圧電性繊維である第一のペアと、交差する二本の圧電性繊維である第二のペアが含まれ、
前記第一のペアの圧電性繊維と前記第二のペアの圧電性繊維による交点の数が一以下となるように設けられたものであり、
前記複数の圧電性繊維の少なくとも一部に対し、圧電性のない導線を隣り合わせに配置したものであり、
前記圧電性のない導線は、内部導体と、該内部導体を覆う絶縁体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、且つ隣り合う前記圧電性繊維とインピーダンスが同じものである、
ことを特徴とする。

【0009】

この面状センサによれば、圧力を受けた部位をより正確に判定することができ、さらにノイズの影響を低減することができる。

【0010】

また、上記目的を解決する本発明の第三の態様の面状センサは、
第一の方向と、該第一の方向と交差する第二の方向のそれぞれに沿って、複数の圧電性繊維が網状に配置された面状センサであって、
前記圧電性繊維は、内部導体と、該内部導体を覆う圧電体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、
前記第一の方向および前記第二の方向は、前記面状センサの長手方向と斜めに交差する方向であり、
前記複数の圧電性繊維の少なくとも一部に対し、圧電性のない導線を隣り合わせに配置したものであり、
前記圧電性のない導線は、内部導体と、該内部導体を覆う絶縁体と、該圧電体を覆う外部導体を有するものであり、且つ隣り合う前記圧電性繊維とインピーダンスが同じものである、
ことを特徴とする。

【0011】

この面状センサによれば、圧力を受けた部位をより正確に判定することができ、さらにノイズの影響を低減することができる。

【0016】

また、上記記載の面状センサは、
外部基板を有し、
前記圧電性繊維は、圧電体と、該圧電体によって絶縁された内部導体および該内部導体よりも外周側に設けられた外部導体と、を有するものであり、
前記圧電性繊維は、前記外部基板に形成された第一の孔と第二の孔を通って前記外部基板に固定されたものであって、
前記第一の孔において、露出した前記外部導体がはんだ付けされ、
前記第一の孔から前記第二の孔に至るまでに前記圧電体が露出し、
前記内部導体が前記圧電体に折り返された状態の端部が前記第二の孔を通った状態で、筒の内部に固定されたものであり、
前記筒は、前記第二の孔においてはんだ付けされたものであってもよい。

【0017】

この面状センサによれば、外部基板に対してしっかり固定することができる。

【0018】

また、上記記載の面状センサは、
設置面と接しない面に、金属製繊維の層を設けたものであってもよい。

【0019】

この面状センサによれば、耐久性を向上させることができる。

【0020】

上記目的を解決する本発明の面状センサの使用方法は、
上記記載の面状センサである第一の面状センサと、
上記記載の面状センサである第二の面状センサと、を用い、
検査対象を前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサで挟んだ状態で、前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサのそれぞれにおける圧力変化の位置を検出する、ことを特徴とする。

【0021】

この面状センサの使用方法によれば、二つの面状センサで挟まれた検査対象の緩衝性能を評価することができる。

【0022】

また、上記記載の面状センサの使用方法は、
検査対象を前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサで挟んだ状態で、前記第一の面状センサから前記検査対象を介して前記第二の面状センサにまで位置調整用の圧力を加え、
前記位置調整用の圧力を加えたときに、前記第一の面状センサと前記第二の面状センサのそれぞれにおいて前記圧力変化の位置情報を取得し、
前記位置情報に基づいて、前記第一の面状センサおよび前記第二の面状センサによって検出される圧力変化の位置関係を修正する、ものであってもよい。

【0023】

この面状センサの使用方法によれば、二つの面状センサによって検出される圧力変化の位置を合わせ、挟まれた検査対象の緩衝性能をより正確に評価することができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、圧力を受けた部位をより正確に判定しやすい面状センサおよびこの面状センサの使用方法を提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】（Ａ）は、本発明の面状センサが適用される靴ＳＨを示す図であり、（Ｂ）は、この靴ＳＨに設置される面状センサを示す図である。

【図2】図１（Ｂ）に示す面状センサの構成を示す図である。

【図3】面状センサ１の圧電性繊維１００の構造を模式的に示す断面図である。

【図4】圧電性繊維１００の内部導体の形状を示す図である。

【図5】（Ａ）は、本実施形態の面状センサ１を示す図であり、（Ｂ）は、圧電性繊維１００の配線方向を本実施形態とは異なる方向にした実施形態の面状センサＺを示す図である。

【図6】（Ａ）は、本実施形態の面状センサ１を示す図であり、（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示す比較対象の面状センサＺを示す図である。

【図7】（Ａ）は、手の指用の面状センサ１を示す図であり、（Ｂ）は、手の指用の面状センサ１を手ＨＡの人差し指に適用した状態を示す図である。

【図8】本実施形態に対し、第一の方向および第二の方向を異ならせた実施形態を示す図である。

【図9】第一の方向および第二の方向に沿って配置された圧電性繊維１００の間に、一般的な布等に使用される繊維１１０を配置した面状センサ１Ａを示す図である。

【図10】図９の面状センサ１Ａの構造を側面から見た模式図である。

【図11】第一の方向に沿って圧電性繊維１００が配置された第一の層１０と、第二の方向に沿って圧電性繊維１００が配置された第二の層１１の他に、非圧電性繊維１１０による第三の層１４を加えた面状センサ１Ｂを示す図である。

【図12】隣り合う圧電性繊維１００を編み込んだ構成を示す図である。

【図13】凸部３０を設けた踏み板３を示す図である。

【図14】面状センサ１を複数使用した例を示す図である。

【図15】基板ＦＬに固定された圧電性繊維１００の一例を示す図である。

【図16】圧電性繊維１００の構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図17】圧電性繊維１００の構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図18】圧電性フィルムの巻き付け方の一例を示す図である。

【図19】縦横二本の圧電性繊維の交差の一例を示す図である。

【図20】三本の圧電性繊維の交差の一例を示す図である。

【図21】一部の領域に圧電性繊維を設けた面状センサの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

［全面に圧電性繊維を設けた面状センサについて］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0027】

まず、本発明の面状センサを靴の中敷に適用し、この中敷を足裏の圧力センサとして利用した実施形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の面状センサが適用される靴ＳＨを示す図であり、図１（Ｂ）は、この靴ＳＨに設置される面状センサを示す図である。図２は、図１（Ｂ）に示す面状センサの構成を示す図である。

【0028】

図１（Ｂ）に示す面状センサ１は、図１（Ａ）に示す靴ＳＨに使用可能な中敷の形状をしたものであり、その内部に網状に配置された複数の圧電性繊維１００を備えたものである。図１（Ｂ）には、この面状センサ１の内部に設けられた複数の圧電性繊維１００が点線で示されている。これらの圧電性繊維１００は、直角に交差する二方向に沿って配置されているが、この配置の方向は、いずれも面状センサ１の長手方向とは斜めに交差する方向となっている。なお、以下ではこれら直交する二方向をそれぞれ第一の方向、第二の方向と称する。図１（Ｂ）には、面状センサ１の長手方向と、第一の方向および第二の方向が、矢印で示されている。

【0029】

本実施形態の面状センサ１は四層で構成されている。具体的には図２に示すように、圧電性繊維１００が第一の方向に沿って配置された第一の層１０と、圧電性繊維１００が第二の方向に沿って配置された第二の層１１を重ねた状態で、さらにその上下にフェルト素材の層１２、１３が設けられている。これらの層は、接着剤（例えば、変性シリコン、シリル化ウレタン）によって接着された状態となっている。ここで、第一の層および第二の層は、方向の異なる圧電性繊維１００を織り込まない構成の一例であり、実際には圧電性繊維１００の隙間にフェルト素材が入り込んだ状態となっている。なお、第一の方向に沿った圧電性繊維１００に第二の方向に沿った圧電性繊維１００を織り込んで一層にしてもよいが、織り込むことによって圧電性繊維１００に張力がかかったり、面状センサ１にかかる圧力が圧電性繊維１００の交差部分に集中してより大きな圧力がかかってしまう場合がある。このため、本実施形態では、第一の方向に沿った圧電性繊維１００と、第二の方向に沿った圧電性繊維１００とを織り込まずに別の層に分けた構成を採用している。なお、別の層に分けるにあたっては、二層以上であってもよい。

【0030】

面状センサ１の圧電性繊維１００は、靴ＳＨの側面に内蔵された記録回路２に接続されており、面状センサ１の信号（圧力によって圧電性繊維１００が変形した際に生じる誘起電圧）は記録回路２に挿入された記憶媒体（例えば、フラッシュメモリ）に記録される。この記憶媒体を取り出して面状センサ１の信号を解析することで、足裏にかかる圧力が変化した位置を判定することができる。なお、靴ＳＨに内蔵するという状況から、記録回路２はフレキシブル基板を用いたものであることが好ましい。また、本実施形態の構成に限らず、例えば面状センサ１と外部の処理装置とを有線あるいは無線で接続し、面状センサ１からの信号をリアルタイムで処理する構成としてもよい。

【0031】

次に、図３、図４を用いて面状センサ１の圧電性繊維１００の構造について説明する。図３は、面状センサ１の圧電性繊維１００の構造を模式的に示す断面図であり、図４は、圧電性繊維１００の内部導体の形状を示す図である。

【0032】

図３に示すように、圧電性繊維１００は、中心に７本の導体線１０００で構成された内部導体１０１が配置されており、その外周に設けられた圧電体１０２と、さらにその外周に設けられた外部導体１０３とを有する。

【0033】

７本の導体線１０００は、いずれも直径が１０μｍのものであって、このうち４本はステンレス製の導体線１０００Ｓであり、残りの３本は銅製の導体線１０００Ｃである。図３では、ステンレス製の導体線１０００Ｓが左下がりのハッチングで、また銅製の導体線１０００Ｃが右下がりのハッチングでそれぞれ示されている。図３に示す内部導体１０１では、中心に配置される導体線１０００には、ステンレス製の導体線１０００Ｓ（ステンレスワイヤ）が用いられており、外周に配置される導体線１０００には、ステンレス製の導体線１０００Ｓと銅製の導体線１０００Ｃが交互に用いられている。銅製の導体線１０００Ｃは、ステンレス製の導体線１０００Ｓに比べて、電気抵抗が低く、かつ柔らかい。反対に、ステンレス製の導体線１０００Ｓは、銅製の導体線１０００Ｃに比べて、電気抵抗は高くなるが、機械的強度（例えば、引張強度等）は高くなる。

【0034】

図３では、７本の導体線１０００が、正六角形の各頂点およびその正六角形の中心に配置された状態となっているが、これらの７本の導体線１０００は、図４に示すように一本に撚り合わされた状態のものである。すなわち、内部導体１０１は、７本の導体線１０００をその断面において最密構造に配置した上で撚り合わせたものである。なお、この場合の内部導体１０１の太さは最大３０μｍとなる。このように複数本の導体線１０００を甘撚、あるいは中撚程度に撚っておくことで、撚りの方向とは逆方向の緩みを許容し、この緩みによって圧電性繊維１００に柔軟性を与えることができる。

【0035】

なお、導体線１０００の直径は１０μｍに限られず、１０μｍ以上４０μｍ以下であってもよく、２０μｍ以上３０μｍ以下となることが好ましい。導体線１０００は、細ければ細いほど柔軟性は高められるが強度が低下し、太ければ太いほど柔軟性は低下するが強度が高められる。また、導体線１０００の太さが２０μｍ以上であれば、低コストで製造することができ、且つ製造も容易である。また、導体線１０００の太さを同じにする構成に限られるものではなく、異なる太さの導体線１０００を撚り合わせて内部導体１０１を構成してもよい。

【0036】

なお、図３に示す内部導体１０１は、７本の導体線１０００を撚り合わせたものであったが、この数については７本でなくてもよい。また例えば、複数本を撚り合わせた束を複数用意し、これらをさらに撚り合わせる、といったように複数段階に分けて撚り合わせものであってもよい。複数の導体線１０００を撚り合わせることにより、圧電性繊維１００の柔軟性を高めることができる。なお、複数段階に分けて撚り合わせる場合のように、撚り合わせの工程が複数回ある場合には、撚り合わせる方向を異ならせてもよい。一方、複数の導体線１０００を撚り合わせずに、直線状に束にしたものを用いてもよい。また、例えば、撚り合わせない複数の導体線１０００の束と、撚り合わせた複数の導体線１０００を撚り合わせる、といったように、これらの構成を組み合わせてもよい。これらの場合であっても、圧電材料を塗布することで、複数の導体線１０００が互いに接着されて束ねられ、一本の圧電性繊維を製造することができる。

【0037】

以上説明した圧電性繊維１００では、内部導体１０１を構成する導体線１０００として、機械的強度や電気抵抗が異なる複数種類の導体線が用いられているが、柔軟性をさらに高める場合や、電気抵抗をさらに低くする場合には、中心の導体線１０００を、銅製の導体線１０００Ｃに代えてもよく、あるいは、７本の導体線１０００の全てを銅製の導体線１０００Ｃにしてもよい。反対に、機械的強度をさらに高める場合には、７本の導体線１０００の全てをステンレス製の導体線１０００Ｓにしてもよい。また、ステンレス製の導体線１０００Ｓに代えて、タングステン製の導体線や、タングステン及びその合金等の高張力鋼材あるいは超高張力鋼からなる導体線を用いてもよいし、銅製の導体線１０００Ｃに代えて、チタン製の導体線や、チタン合金あるいはマグネシウムやマグネシウム合金等からなる導体線を用いてもよい。

【0038】

圧電体１０２は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電材料を内部導体１０１に塗布することによって形成されたものである。ポリフッ化ビニリデンは、圧電効果が発生する軽量の高分子材料であり、これに圧力を加えると電圧が発生し、電圧を加えると歪が発生する特性を備えている。圧電体１０２には分極処理が施されており、圧電体１０２に外部から力が加わったときに内部導体１０１と外部導体１０３の間に電圧が誘起される。なお、内部導体１０１と外部導体１０３の間に電圧をかけると、圧電体１０２に変形（歪み）が生じる。

【0039】

圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデンの他に、トリフルオロエチレン（ＴｒＥＦ）や、ＰＶＤＦとＴｒＥＦの混晶材料や、ポリ乳酸、ポリ尿酸、ポリアミノ酸等の双極子モーメントをもつ高分子材料があげられる。また、圧電材料を塗布する方式としては、浸漬（ドブ付け）塗装であってもよいしスプレー等による吹き付け塗装であってもよいし含浸塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。なお、塗布する構成に限らず、例えば、帯状のＰＶＤＦフィルムを内部導体１０１に螺旋状に巻き付けた構成であってもよい。

【0040】

圧電体１０２の厚みは、導体線１０００の直径以上であることが好ましく、図３に示す圧電体１０２の厚さは、最も薄い箇所で１０μｍであるが、１０μｍ以上５０μｍ以下であればよい。なお、圧電体１０２の厚さは、厚ければ厚いほどセンサ感度が良好になるが、圧電体１０２の厚さの限界値は、塗布する圧電材料の粘度や塗布方法によって決まってくる。また、圧電体１０２の厚さが厚すぎると圧電性繊維１００が硬くなりすぎてしまい柔軟性に欠けてしまうといった欠点もある。

【0041】

図３に示す内部導体１０１では、複数の導体線１０００を撚り合わせているため、導体線１０００同士の境目に窪みがある。この窪みの部分では、より多くの圧電材料を担持することができ、圧電材料の体積が大きく（厚く）なるため、センサ感度が他の部分よりも良好になる。内部導体１０１には、こうした窪みによって圧電材料が他の部分よりも厚い部分が６か所、周方向に均等間隔で存在するため、どの方向に曲げられても高感度な圧電性繊維として機能する要因になる。

【0042】

なお、図３に示す隣り合う導体線１０００は互いにほぼ接しているが、わずかな隙間から毛細管現象によって圧電材料が浸透し、隣り合う導体線１０００同士の隙間（内部導体１０１の内部）が圧電材料によって埋められた状態となっている。しかし、圧電材料の粘度や塗布方法によっては、隣り合う導体線１０００同士の隙間に圧電材料が浸透しない場合があるが、少なくとも内部導体１０１の外周に面した部分に圧電材料が担持された状態となっていればよい。

【0043】

図３に示す外部導体１０３は、圧電体１０２の外周に、カーボンナノチューブ等のカーボンを含む高分子導電性材料が塗布されることで形成された層である。外部導体１０３を形成する導電性材料としては、銀の微粒子を含む高分子導電性材料や銀ペースト等であってもよい。また、この導電性材料を塗布する方式としては、浸漬（ドブ付け）塗装であってもよいしスプレー等による吹き付け塗装であってもよいし含浸塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。外部導体１０３の厚さは、導体線１０００の直径以下であることが好ましく、また、圧電体１０２の厚さ以下であることも好ましい。図３に示す外部導体１０３の厚さは、５μｍであるが、５μｍ以上５０μｍ以下であればよい。また、外部導体１０３に導電性材料を用いずに導線を用いてもよい。

【0044】

なお、上述したように、内部導体１０１において隣り合う導体線１０００の隙間は圧電材料によって埋められた状態となっており、高分子導電性材料が入り込む余地はない。

【0045】

図３に示す圧電性繊維１００は、耐摩耗性、耐薬品性、防錆性を高めるためのシース層を設けていないが、このシース層を設けたものであってもよい。このシース層を設けるにあたっては単層であってもよいが、例えば、厚さが６μｍのシース層を２回塗布し、内層と外層とからなる２層構造としてもよい。この場合、内層は、外装に比べて柔らかい材料（例えば、ポリアミド合成樹脂やポリ塩化ビニル樹脂）を塗布することで形成し、外層は、内層に比べて耐摩耗性が高い材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４フッ化・６フッ化プロピレン フッ素樹脂（ＦＥＰ）、４フッ化エチレンエチレン共重合（ＥＰＦＥ）、４フッ化エチレンパーフロロアルコキシエチレン共重合 フッ素樹脂（ＰＦＡ））を塗布することで形成してもよい。ここにいう塗布とは、浸漬（ドブ付け）塗装であってもよいし吹き付け塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。また、ピンホールが発生することを考慮して複数回塗布することが好ましい。また、外層は、内層よりも厚くてもよい。さらに、内層は、可燃性材料で形成されていてもよいが、外層は、難燃性材料、不燃性材料、耐炎性材料で形成されていることが好ましい。また、シース層全体の厚みは５μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。さらに、ポリエステルテープやチューブタイプのシース（単層、複層いずれも）を用いてもよく、その厚みは、２０μｍ以上５０μｍ以下であればよい。

【0046】

図３に示す圧電性繊維１００は太さが最大６０μｍのものであり、厚さ１０μｍのシース層を二重構造で設けても０．１ｍｍの太さの圧電性繊維となる。ここで、製造が容易で低コストに得ることができる圧電性繊維１００の例としては、直径２０μｍの導体線１０００を用いて太さが６０μｍの内部導体１０１に、厚さが最大２０μｍの圧電体１０２と、厚さが１０μｍの外部導体１０３を形成したものがある。この構成では、外部導体１０３までの太さが０．１２ｍｍである。これに、シース層を二重構造で設けても０．１５ｍｍ以下の電線センサ１を実現することができる。

【0047】

以下、図５を用いて、上記説明した本実施形態の面状センサ１と、圧電性繊維１００の配線方向が本実施形態とは異なる実施形態とを比較して、本実施形態の効果の一つについて説明する。図５（Ａ）は、本実施形態の面状センサ１を示す図であり、図５（Ｂ）は、圧電性繊維１００の配線方向を本実施形態とは異なる方向にした実施形態（以下、比較対象）の面状センサＺを示す図である。

【0048】

足裏では、足の指の付け根部分や踵部分に圧力がかかり、歩行（あるいは走行）の際にはこれら複数部分に同時に圧力がかかる場合がある。その一例として、図５（Ａ）（Ｂ）に示す足の指の付け根部分の領域Ａ１と、踵部分の領域Ａ２に、同時に圧力がかかった場合について説明する。

【0049】

本実施形態の面状センサ１では、図５（Ａ）に示すように、足の指の付け根部分の領域Ａ１にかかる圧力に対しては、第一の方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第一グループＧ１）と、第二の方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第二グループＧ２）から信号が検出される。また、踵部分の領域Ａ２にかかる圧力に対しては、第一の方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第三グループＧ３）と、第二の方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第四グループＧ４）から信号が検出される。このとき、第一グループＧ１と第二グループＧ２の交点は領域Ａ１に対応し、第三グループＧ３と第四グループＧ４の交点は領域Ａ２に対応する。この場合、これらの信号が検出された圧電性繊維１００の交点を求めることで、圧力が変化した領域を判定することができる。

【0050】

一方、比較対象の面状センサＺでは、図５（Ｂ）に示すように、足の指の付け根部分の領域Ａ１にかかる圧力に対しては、長手方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第五グループＧ５）と、短手方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第六グループＧ６）から信号が検出される。また、踵部分の領域Ａ２にかかる圧力に対しては、長手方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第七グループＧ７）と、短手方向に沿った５本の圧電性繊維１００（第八グループＧ８）から信号が検出される。このとき、第五グループＧ５と第六グループＧ６の交点は領域Ａ１に対応し、第七グループＧ７と第八グループＧ８の交点は領域Ａ２に対応する。さらに、この比較対象の面状センサＺの構成では、上記以外にも、第六グループＧ６と第七グループＧ７、あるいは第五グループＧ５と第八グループＧ８からも交点を求めることができるが、これらの交点は圧力がかかっていない領域を含むことがある（例えば、点線で示す、第六グループＧ６と第七グループＧ７の交点、領域Ａ３）。

【0051】

上記説明したように比較対象の面状センサＺの構成では、圧力がかかっている領域を適切に判定することができない場合がある。上記の問題は、面状センサＺの長手方向に対して圧電性繊維１００を設けたことにより、一本の圧電性繊維１００が担当する範囲が広くなることに起因するものである。この点に鑑み本実施形態では、面状センサ１の長手方向に対して圧電性繊維１００を斜めに設けた構成を採用している。この構成により、一本の圧電性繊維１００が担当する範囲を狭くすることができ、圧力がかかった位置あるいは領域をより正確に判定することができる。なお、例えば、足裏の圧力の変化を検出するにあたって、靴の中底に複数の面状センサを並べる構成と採用した場合には、これらの面状センサの位置関係を合わせることが困難な場合があるが、本実施形態のように一体で構成した場合にはこうした問題が生じないため、設置を容易に行うことができる。

【0052】

本実施形態のように、靴の中底に面状センサを設けた場合、この面状センサは歩行あるいは走行によって長手方向に撓む。ここで、図５（Ｂ）に示すような面状センサＺを使用した場合、長手方向に沿って設けられた圧電性繊維１００に対しては、この撓みによる力が加わり、圧電性繊維１００が劣化する。これに対して本実施形態の面状センサ１を使用した場合、圧電性繊維１００が長手方向に対して斜めに設けられているため、長手方向に沿って配線した場合と比較して曲がり度合いが抑えられ、面状センサ１が劣化しにくくすることができる。

【0053】

次に、図６を用いて、図５（Ａ）に示した本実施形態の面状センサ１と、図５（Ｂ）に示した比較対象の面状センサＺを再度示し、外部に配線する際の違いについて説明する。図６（Ａ）は、本実施形態の面状センサ１を示す図であり、図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）に示す比較対象の面状センサＺを示す図である。

【0054】

面状センサ１から記録回路２へ配線を設けるにあたり、本実施形態では、面状センサ１内部の圧電性繊維１００を面状センサ１の外部に延ばして記録回路２に接続する構成を採用している。ここで、面状センサ１の外部においては、圧電性繊維１００のセンサとしての機能は不要であるため、この部分を加熱する（例えば、７０°Ｃ以上１５０°Ｃ以下の加熱温度で１０秒以上１０分以下、好ましくは８０°Ｃ以上１２０°Ｃ以下の加熱温度で１０秒以上６０秒以下の加熱）ことによって圧電特性を検出できなくなる程度に低減させ、単なる導線として用いている。

【0055】

さらに面状センサ１を靴の中底に適用するにあたっては、面状センサ１から外部に延びた圧電性繊維１００を面状センサ１の縁で曲げる必要がある。ここで、図６（Ｂ）に示すように、圧電性繊維１００が面状センサＺの長手方向および短手方向に設けられている場合、圧電性繊維１００をそのまま面状センサＺの外部に延ばすと、圧電性繊維１００の多くが面状センサＺの縁に対する角度が垂直になる。図６（Ｂ）には、面状センサＺの縁に対してほぼ垂直な角度で外部に延びた圧電性繊維１００の一例が示されている。これらの圧電性繊維１００の束を面状センサＺの縁で曲げた場合、その角度は直角に近くなる。一方、図６（Ａ）に示すように、圧電性繊維１００が面状センサ１の長手方向に対して斜めに設けられている場合、圧電性繊維１００をそのまま面状センサ１の外部に延ばすと、圧電性繊維１００の多くが面状センサ１の縁に対して斜めになる。図６（Ａ）には、面状センサ１の縁に対して斜めの角度で外部に延びた圧電性繊維１００の一例が示されている。この場合、これらの圧電性繊維１００の束を直角に曲げなくとも、面状センサ１の縁で曲げることができるため、図６（Ｂ）の場合と比較して圧電性繊維１００の曲がり度合いを抑えることができる。

【0056】

圧電性繊維１００は、圧力による変形の際に信号が生じるが、設置状況によっては測定対象以外の圧力による信号が生じる可能性がある。そのため、圧電性繊維１００を設けるにあたっては外部からの力を可能な限り排除することが好ましい。この点、本実施形態の面状センサ１のように圧電性繊維１００が長手方向に対して斜めに設けられている構成では、長手方向および短手方向に沿って配線した場合と比較して配線の曲がり度合いを抑えられるため、面状センサ１のセンサ性能を向上させることができる。

【0057】

以上説明した構成では、長手方向とは斜めに交差する方向に圧電性繊維を配置した面状センサ（面状センサ１）を靴ＳＨに適用する例について説明したが、例えば、図７に示すように手の指（あるいはロボットハンド）にかかる圧力の変化を検出する場合にも適用することができる。図７（Ａ）では、手の指用の面状センサ１が示されており、図７（Ｂ）には、これを手ＨＡの人差し指に適用した状態が示されている。これにより、手の指にかかる圧力が変化した位置をより正確に判定することができる。また、図７（Ａ）に示すように圧電性繊維１００が面状センサ１から斜めに出ているため、適用した際に指の裏側から手首にかけて負荷をかけることなく配線することができる。なお、この面状センサ１については、指サックのように構成しておくことで、容易に取り換えることができるようにしてもよい。その他、使用者からベッドにかかる圧力の変化を検出する場合においても、長手方向とは斜めに交差する方向に圧電性繊維を配置した面状センサを用いることにより、上記説明した効果と同様の効果を得ることができる。

【0058】

なお、面状センサの設置面が硬い場合であって、且つ面状センサの圧電性繊維がこの設置面に直接接する場合には、圧電性繊維が圧力によって変形せず、信号が検出されなくなる可能性がある。このような場合には、圧電性繊維が圧力によって変形可能になるように、面状センサと設置面との間に緩衝素材を設けたり、面状センサ自体にこうした緩衝素材（例えば、図２のフェルト素材の層１３）を設けたりすることが好ましい。

【0059】

以下、本実施形態を基礎として、その他採用可能な構成について説明する。

【0060】

図８は、本実施形態に対し、第一の方向および第二の方向を異ならせた実施形態を示す図である。本実施形態では、第一の方向と第二の方向が直交しているが、例えば、これらの方向が図８（Ａ）に示すように、短手方向により傾いたものであってもよく、また、図８（Ｂ）に示すように、長手方向に対する傾き度合いが第一の方向と第二の方向とで異なってもよい。さらに、第一の方向と第二の方向のいずれとも異なる第三の方向に沿って圧電性繊維１００を設けてもよい。この場合、さらに圧力を受けた領域を特定する情報が増えるため、より正確な位置を判定することができる。なお、この第三の方向については、長手方向と同じ方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。また、第一の方向、第二の方向、第三の方向のそれぞれに沿って圧電性繊維１００を配置する際には、図２０に示すように、これらの三方向の圧電性繊維１００が一点で交差しないように（いずれの交点も圧電性繊維１００が二本だけ重なるように）することが好ましい。

【0061】

さらに、第一の方向に沿って配置された複数の圧電性繊維１００の間隔と、第二の方向に沿って配置された複数の圧電性繊維１００の間隔は、同じ間隔である必要はなく、これらの間隔が異なっていてもよい。また例えば、第一の方向に沿って配置された複数の圧電性繊維１００については、あまり重要でない領域については間隔を大きくする、といったようにしてもよい。すなわち、第一の方向に沿って配置された複数の圧電性繊維１００の間隔や、第二の方向に沿って配置された複数の圧電性繊維１００の間隔については、一定間隔でなくともよい。加えて、圧電性繊維１００の方向については、隣り合う圧電性繊維１００と交差しない範囲であればその方向がずれたものであってもよい。

【0062】

また、図２では四層構造の面状センサ１が示されているが、この構成は一例であって、圧電性繊維１００以外の部分については、様々な形態を適用することができる。以下、図２とは異なる面状センサ１の構成について説明する。

【0063】

図９には、第一の方向および第二の方向に沿って配置された圧電性繊維１００の間に、一般的な布等に使用される繊維１１０を配置した面状センサ１Ａが示されている。また、図１０には、この面状センサ１Ａの構造を側面から見た模式図が示されている。なお、以下の説明では、圧電性繊維１００の間に挟まれた繊維１１０を圧電性繊維１００と区別するため、非圧電性繊維１１０と称する。

【0064】

圧電性繊維１００を使用した面状センサを人が触れる部分に適用した場合、人によっては圧電性繊維１００の触感を不快に感じる場合がある。こうした点に鑑み、図９に示す面状センサ１Ａは、図１０に示すように圧電性繊維１００よりも太い非圧電性繊維１１０で圧電性繊維１００を挟むように配置したことを特徴とする。なお、圧電性繊維１００と非圧電性繊維１１０は、これらの繊維よりも細い織り糸１１１で織り込まれて固定された状態となっている。この構成により、圧電性繊維１００よりも非圧電性繊維１１０に触れやすくなるため、圧電性繊維１００に触れる機会が減り、触感が向上する。

【0065】

この非圧電性繊維１１０としては、例えば、直径が０．３ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることが好ましい。また、素材としてはポリアミドやレーヨンといった合成繊維によるものでもよいし、綿等の天然繊維によるものであってもよく、また、圧電性繊維１００よりも柔らかい素材を用いたものであってもよい。なお、圧力によって非圧電性繊維１１０がつぶれることで圧電性繊維１００に触れる場合があるが、非圧電性繊維１１０を太くすることでこうした事態を生じにくくして触感を向上させることができる。

【0066】

織り糸１１１としては、圧電性繊維１００の直径の１／５以上１／３以下であることが好ましい。また、素材としてはポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、レーヨンといった合成繊維によるものでもよいし、綿等の天然繊維によるものであってもよく、また、圧電性繊維１００よりも柔らかい素材を用いたものであってもよい。

【0067】

なお図９の例では、圧電性繊維１００の間に非圧電性繊維１１０が二本配置されているが、例えば二本以上配置してもよいし、一本であってもよく、非圧電性繊維１１０の本数はこれに限定されるものではない。また、素材が異なる複数の非圧電性繊維１１０を組み合わせてもよく、太さが異なる複数の非圧電性繊維１１０を組み合わせてもよい。また、面状センサ１Ａを構成するにあたって織り糸１１１を使用せず、非圧電性繊維１１０の一部あるいは全部を用いて圧電性繊維１００を織り込んでもよい。

【0068】

上記の説明では、図９の構成で触感を向上させる例について説明したが、例えば、ステンレスワイヤ等の金属製繊維を非圧電性繊維１１０として用いることで、耐久性を向上させることもできる。

【0069】

また、図１１に示すように、第一の方向に沿って圧電性繊維１００が配置された第一の層１０と、第二の方向に沿って圧電性繊維１００が配置された第二の層１１の他に、非圧電性繊維１１０による第三の層１４を加えて、面状センサ１Ｂとしてもよい。なお、図２における四層構造の面状センサ１は、第三の層１４をフェルト素材で構成した一例である。この構成において第三の層１４は、第一の層１０および第二の層１１に撚り糸等の繊維を用いて固定されていてもよいし、接着されていてもよい。

【0070】

例えば、この第三の層１４を、ポリアミドやレーヨンといった合成繊維や綿等の天然繊維によって形成し、人が触れる面にこれを重ねておくことで、触感を向上させることができる。この場合、第一の層１０や第二の層１１においては、非圧電性繊維１１０を設けてもよいし、設けなくともよいが、第三の層１４と同様の素材の非圧電性繊維１１０を設けておくことで、より触感を向上させることができる場合がある。このとき、第一の層１０や第二の層１１は人に触れない状態のため、図１０のように非圧電性繊維１１０の太さを圧電性繊維１００よりも太くしなくともよい。

【0071】

また例えば、面状センサ１Ｂの使用状況によっては、面状センサ１Ｂが摩耗により損傷する場合がある。このような状況に対しては、第三の層１４を、ステンレスワイヤ等の金属製繊維によって形成し、面状センサ１Ｂの外側の面にこれを重ねておくことで、面状センサ１Ｂの耐久性を向上させることができる。この場合、第一の層１０や第二の層１１においては、非圧電性繊維１１０を設けてもよいし、設けなくともよいが、第三の層１４と同様の金属製繊維による非圧電性繊維１１０を設けておくことで、より耐久性を向上させることができる場合がある。このとき、第一の層１０や第二の層１１は外部に触れない状態のため、図１０のように非圧電性繊維１１０の太さを圧電性繊維１００よりも太くしなくともよいが、太くした場合には面状センサ１Ｂの内部において圧電性繊維１００が摩耗しにくくなり、より耐久性を向上させることができる場合がある。

【0072】

また、面状センサ１においては、圧電性繊維１００が第一の方向あるいは第二の方向に沿って真っ直ぐに配線されている。しかし真っ直ぐではなくとも、例えば局所的に規則的な弧を描きつつ、全体として第一の方向あるいは第二の方向に沿って配線されたものであってもよい。例えば図１２に示すように、隣り合う圧電性繊維１００を編み込んだ場合、局所的に規則的な弧を描きつつも、全体として第一の方向あるいは第二の方向に沿って配線することができる。なお、この例では圧電性繊維１００同士が編み込まれているが、圧電性繊維１００と非圧電性繊維１１０とを編み込んでもよい。また、非圧電性繊維１１０に水溶性の素材を用いた場合、面状センサ１を作成した後にこの非圧電性繊維１１０を溶かすことで、圧電性繊維１００のみを規則的にねじれた状態にすることができる。圧電性繊維１００が規則的な弧を有する場合、圧電性繊維１００全体がバネのようにしなやかになることで面状センサ１を柔らかくすることができ、曲面に対しても設置を容易にすることができる。

【0073】

図１の例では、歩行あるいは走行によって面状センサ１が靴ＳＨの内部でずれてしまう可能性がある。また、一度面状センサ１を靴から取り外し、再度設置するに際にも、設置位置が前回の位置とずれてしまう可能性がある。このように、上記説明した面状センサ１は、使用中に最初の位置からずれたり、使用の度に位置が異なってしまう場合がある。こうした事態が生じると、同じ位置において圧力を受けたにも関わらず、異なる位置で圧力を受けたかのような解析結果となってしまう。

【0074】

このような場合、設置面の所定の位置に対して直接あるいは間接的に圧力をかけることが可能な位置決め部材を用意し、これを用いて圧力検出の際の基準位置を決定するようにしてもよい。例えば、図１の例の場合には、図１３に示すように靴ＳＨの靴底の形状に合わせた大きさで、凸部３０を設けた踏み板３を用いて基準位置を決定することができる。具体的には、面状センサ１を設けた靴ＳＨを履いた状態で、踵部分をガイド３１に合わせた状態で踏み板３を踏むと、凸部３０に対応する位置で足裏に圧力が生じるため、この位置を基準位置と定めておく。面状センサ１を使用した際に検出される信号から位置を判定するにあたっては、この基準位置に対して相対的な位置を導出することで、面状センサ１に生じる位置ずれを無視することができる。

【0075】

また、図１の例では、面状センサ１を一枚用いて足裏の圧力を検出する構成について説明したが、面状センサ１を複数使用することも可能である。例えば、図１の靴ＳＨおよび面状センサ１に加え、図１４に示すように面状センサ１’を別途用意し、これを靴ＳＨの底面に設けることで、歩行や走行の際の衝撃（面状センサ１’で検出）がどのように足裏に伝わるかを確認することができる。言い換えると、二つの面状センサ１、１’で挟まれた部分（図１４の例ではソールＳＯ）による緩衝性能をみることができるとも言える。なお、面状センサ１、１’を設ける位置については、例えば、ソールＳＯの中に埋め込んでもよく、上記の例に限定されるものではない。また、上記の例は靴ＳＨに対するものであるが、例えばベッドのマットレスの上下に面状センサ１を設けた場合には、このマットレスの緩衝性能をみることもできる。なお、挟み込む二つの面状センサ１、１’の大きさが異っている場合や、圧電性繊維１００の密度が異なっている場合でも、挟まれた部分による緩衝性能をみることができる。

【0076】

二つの面状センサ１、１’のそれぞれから検出される圧力の位置を合わせる際には、図１３で説明した踏み板３のような位置決め部材を用いればよい。なお、二つの面状センサ１、１’の位置関係を把握する場合には、ガイド３１は用いなくともよい。ガイド３１を用いない場合であっても、二つの面状センサ１、１’のそれぞれから凸部３０の位置で圧力が検出されるため、これらの位置関係に基づいて検出される圧力の位置を合わせる（修正する）ことができる。

【0077】

なお、図１４の例のように、靴ＳＨの底面に設けられる面状センサ１’には、図９や図１１を用いて説明した金属製繊維によって耐久性を高めた面状センサを用いることが好ましい。

【0078】

また、面状センサ１においては、圧電性繊維１００だけを配線する構成に限られるものではなく、例えば、圧電性のない導線を圧電性繊維１００とペアにした構成を採用してもよい。面状センサ１においては、圧電性繊維１００からの信号にノイズが重畳する場合があるが、ペアにした導線においても同様のノイズが重畳することになる。これを利用して、面状センサ１に圧力がかかっていない状態で圧電性繊維１００と導線の出力の差分が最も低くなるように（互いのノイズ成分が相殺されるように）導線からの出力を調整した上で、圧電性繊維１００と導線の出力の差分をとることで、ノイズの影響を低減することができる。また、双方のノイズの大きさが等しくなるように、圧電性繊維１００とインピーダンスが等しい導線をペアにしてもよい。

【0079】

面状センサ１と記録回路２を接続するにあたり、圧電性繊維１００の内部導体１０１と、外部導体１０３とをそれぞれはんだ付けする場合がある。このはんだ付けに際しては、例えば図１５に示す状態とすることで、確実に接続することができる。なお、この図１５では、基板ＦＬが左下がりのハッチングで、基板ＦＬに設けられたランドＬＡがクロスハッチングで、そして、圧電性繊維１００の端部を覆う筒ＳＬ（例えば、銅にスズあるいはニッケルのメッキを施したもの）が右下がりのハッチングで示されている。

【0080】

図１５の例では、基板ＦＬに設けられた一つ目の孔Ｈ１により、圧電性繊維１００が表側（図１５では上側）から裏側（図１５では下側）に通され、さらに二つ目の孔Ｈ２により、圧電性繊維１００が裏側から表側に通されて、端部が表側に露出した状態となっている。圧電性繊維１００は、一つ目の孔Ｈ１を通る際には外部導体１０３が露出した状態となっており、二つ目の孔Ｈ２を通る前には外部導体１０３が除去されて圧電体１０２が露出した状態となっている。圧電性繊維１００の端部は筒ＳＬの内部で、内部導体１０１が圧電体１０２に沿って折り返された状態で挿入され、圧着された状態となっている。

【0081】

図３で説明したような細い圧電性繊維１００を用いる場合、接続の際に内部導体１０１が切れてしまう場合がある。一方、圧電性繊維１００の圧電体１０２は、内部導体１０１を保護することができる。このため、圧電体１０２を可能な限り残しておくことが好ましいが、その一方で、圧電体１０２にははんだが付かないため、内部導体１０１を接続する際の障害となる。このため、図１５の例のように、筒ＳＬの内部において内部導体１０１を圧電体１０２に沿って折り返した状態の圧電性繊維１００の端部を挿入して圧着することで、内部導体１０１が切れてしまうことを防ぐとともに、はんだ付けしやすくすることができる。この筒ＳＬについては、圧電性繊維１００の端部を挿入して圧着した後に基板ＦＬに挿入してもよいし、基板ＦＬに圧電性繊維１００の端部を表側に通した後に挿入して圧着してもよい。

【0082】

また、図１５の構成のように、基板ＦＬの反対側の面を一度通した上で圧電性繊維１００を固定することで、強固に固定して圧電性繊維１００を抜けにくくすることができる。

【0083】

さらに図１５の構成では、一つ目の孔Ｈ１から二つ目の孔Ｈ２に至るまでの部分で絶縁体である圧電体１０２が露出した状態になっている。この構成では、一つ目の孔Ｈ１にてはんだ付けされた外部導体１０３と、二つ目の孔Ｈ２にてはんだ付けされた内部導体１０１との間を確実に絶縁しておくことができる。

【0084】

また、基板ＦＬ上において圧電性繊維１００を接続する位置に予め磁石を配置しておくとともに、圧電性繊維１００を強磁性体を含む素材で構成してもよい。この構成では、圧電性繊維１００を基板ＦＬの接続位置に配置することが容易になり、はんだ付けの作業効率や精度を向上させることができる。なお、強磁性体を含ませる対象は、内部導体１０１、圧電体１０２、外部導体１０３のいずれであってもよい。例えば、図３に示すステンレス製の導体線１０００Ｓを４００系ステンレス（鉄にクロムを１０．５％以上混ぜたステンレス）で構成したものであってもよい。また、圧電性繊維１００を強磁性体を含む素材で構成しなくとも、例えば図１５の筒ＳＬのような圧電性繊維１００の端部を挿入可能な部材を強磁性体を含む素材で構成し、この部材を圧電性繊維１００の端部に取り付けることで、圧電性繊維１００を基板ＦＬの接続位置に容易に配置することができる。また、磁石を配置するにあたっては、基板ＦＬ自体に磁石を設ける構成に限らず、例えば基板ＦＬとは別の板に磁石を設け、この板を基板ＦＬの裏側（圧電性繊維１００がはんだ付けされる側）に重ねたときに、基板ＦＬ上において圧電性繊維１００を接続する位置に磁石が配置されるようにしてもよい。この構成では、圧電性繊維１００を基板ＦＬに接続したのち、磁石が設けられた板を取り外すことができるため、基板ＦＬに磁石を設ける構成と比べて軽量化することができる。

【0085】

図３で説明した圧電性繊維１００は、導体線１０００を撚り合わせて内部導体１０１にした後、これに圧電材料を塗布して圧電体１０２を設け、さらに高分子導電性材料を塗布して外部導体１０３を設けたものである。この製造手順のうち撚り合わせの工程については、順番を変更しても圧電性繊維１００を製造することができる。以下、図１６を用いて具体的に説明する。

【0086】

例えば、図１６（Ａ）に示すように、複数の導体線１０００のそれぞれに圧電材料を塗布して圧電体１０２を設けてからこれらを撚り合わせ、これに高分子導電性材料を塗布して外部導体１０３を設けて圧電性繊維１００Ａとしてもよい。この構成でも、複数の導体線１０００のそれぞれが内部導体１０１として機能する。この例では、導体線１０００の直径は１０μｍであり、圧電体１０２の厚さは１０μｍであり、外部導体１０３の厚さは最大５μｍである。なお、圧電体１０２を設けた導体線１０００を撚り合わせる際の本数や撚り合わせ方については、図３に示す導体線１０００を撚り合わせる場合と同様である。従って例えば、複数の導体線１０００のそれぞれに圧電体１０２を設けてから撚り合わせず、これらに高分子導電性材料を塗布して外部導体１０３によって束ねることで圧電性繊維１００Ａを構成してもよい。

【0087】

図１６（Ａ）の構成において、導体線１０００の直径や本数、素材については、図３に示す圧電性繊維１００と同様である。また、圧電体１０２や外部導体１０３の厚さや素材、シース層についても図３に示す圧電性繊維１００と同様である。

【0088】

図１６（Ａ）の構成では、圧電体１０２を設ける対象は一本の導体線１０００に限らず、複数本の導体線１０００を撚り合わせたもの、あるいは単に束ねたものであってもよい。

【0089】

また、図１６（Ａ）に示す圧電材料が塗布された隣り合う導体線１０００は互いにほぼ接しているが、わずかな隙間が高分子導電性材料によって埋められた状態となっている。高分子材料の粘度や塗布方法によっては、この隙間に浸透しない場合があるが、少なくとも圧電材料が塗布された導体線１０００の束の外周に面した部分に高分子導電性材料が担持された状態となっていればよい。また、図１６（Ａ）の２点鎖線で示すように、圧電材料が塗布された隣り合う導体線１０００同士の隙間が埋まる程度に高分子導電性材料を塗布してもよい。

【0090】

なお、図１６（Ａ）の構成を採用した場合、導体線１０００の直径を２０μｍとし、圧電体１０２の厚さを２０μｍとし、外部導体１０３の厚さを１０μｍとした、太さ約０．２ｍｍの圧電性繊維１００Ａが、低コストで容易に製造できる一例である。

【0091】

また例えば、図１６（Ｂ）に示すように、複数の導体線１０００のそれぞれに圧電材料を塗布して圧電体１０２を設け、さらに高分子導電性材料を塗布して外部導体１０３を設けてからこれらを撚り合わせて圧電性繊維１００Ｂとしてもよい。この構成でも、複数の導体線１０００のそれぞれが内部導体１０１として機能する。この例では、導体線１０００の直径は１０μｍであり、圧電体１０２の厚さは１０μｍであり、外部導体１０３の厚さは最大５μｍである。なお、圧電体１０２および外部導体１０３を設けた導体線１０００を撚り合わせる際の本数や撚り合わせ方については、図３に示す導体線１０００を撚り合わせる場合と同様である。従って例えば、複数の導体線１０００のそれぞれに圧電体１０２および外部導体１０３を設けてから撚り合わせず、これらをシースで束ねることで圧電性繊維１００Ｂを構成してもよい。

【0092】

図１６（Ｂ）の構成では、圧電体１０２および外部導体１０３を設ける対象は一本の導体線１０００に限らず、複数本の導体線１０００を撚り合わせたもの、あるいは単に束ねたものであってもよい。

【0093】

なお、図１６（Ｂ）の構成を採用した場合、導体線１０００の直径を２０μｍとし、圧電体１０２の厚さを２０μｍとし、外部導体１０３の厚さを１０μｍとした、太さ約０．２４ｍｍの圧電性繊維１００Ａが、低コストで容易に製造できる一例である。

【0094】

なお、図１６（Ａ）および（Ｂ）の構成では、導体線１０００が圧電体１０２や外部導体１０３によって被覆された部分が複数存在する。このため図３に示す圧電性繊維１００と比較すると、全体が太くなってしまうものの、センサとしての信頼性を向上させることができる。

【0095】

また、圧電性繊維を製造する際に圧電材料を塗布する場合には、圧電材料の粘度や塗布の方法によって塗布可能な厚さに限界がある。従って、図３の圧電性繊維１００の構成では、圧電体１０２をより厚くしてセンサ感度を向上させることが困難な場合がある。これに対して、図１６（Ａ）（Ｂ）の圧電性繊維１００Ａ、１００Ｂの構成では、図３の圧電性繊維１００と圧電体１０２の厚さが同じであっても、その量を多くすることができるため、センサ感度を向上させることができる。

【0096】

図３あるいは図１６では、圧電材料を一回塗布する構成について説明したが、塗布を複数回行ってもよい。またこのとき、圧電材料の塗布された回数の異なる導体線１０００を組み合わせて（撚って、あるいは束ねて）、圧電材料を塗布してもよい。このような例として図１７には、圧電材料を塗布した４本の導体線１０００を、圧電体を塗布していない１本の導体線１０００の周囲に配置し、この束にさらに圧電材料を塗布した構成が示されている。この図１７においては、一回目の塗布と二回目の塗布の境目が点線で示されている。以上のように、塗布の回数や順番、撚り方や束ね方、を組み合わせることにより、センサ感度や太さを使用状況に合わせて調整することができる。

【0097】

また上述したように圧電性繊維１００は、圧電体１０２として帯状の圧電性フィルム（ＰＶＤＦフィルム）を内部導体１０１に螺旋状に巻き付けた構成であってもよい。この構成を採用する場合、圧電性フィルムの幅は０．０３ｍｍ以上２ｍｍ以下のものであることが好ましく、さらには０．０５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のものであることが好ましい。この圧電性フィルムを内部導体１０１の周面に螺旋状に巻き付ける際には、内部導体１０１の延在方向に対し、隣り合う圧電性フィルムの幅方向の一端と他端どうしを重ねて隙間が生じないようにする。

【0098】

なお、圧電性フィルムの幅が狭すぎると内部導体１０１の外周面に螺旋状に巻き付ける際に圧電性フィルムどうしが重ならずに隙間が生じやすくなってしまう。このような隙間があると、圧力によって変形する圧電体１０２が設けられていない部分が生じてセンシングできなくなるだけでなく、内部導体１０１と外部導体１０３が導通して圧力センサとしての機能が失われることになる。一方、圧電性フィルムの幅が広すぎると内部導体１０１の周面に螺旋状に巻き付ける際に弛みが生じやすくなるため、適切な幅の圧電性フィルムを採用することが好ましい。

【0099】

圧電性フィルムの厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、さらには２５μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。この圧電性フィルムの幅方向の一端と他端どうしを重ね合わせることで圧電性フィルムの体積を大きくすることができ、センサ感度の向上させることができる。このとき、圧電性フィルムの厚さが薄すぎると圧力センサとしての感度が不十分になってしまい、反対に厚すぎると圧電性繊維１００が硬くなるため、用途に応じて調整する必要がある。圧電性フィルムは、圧電特性が、長手方向（伸び方向）にしか対応していないものよりも、結晶の配向性により複数方向（伸び方向及び曲げ方向）に対応したものである方が好ましい。

【0100】

なお、内部導体１０１に巻き付ける圧電性フィルムの数は、一つに限定されるものではなく複数であってもよい。図１８には、２枚の帯状の圧電性フィルム１０２Ｆを１８０度ずらしながら同じ方向に巻き付けている様子が示されている。なお、一枚の帯状の圧電性フィルム１０２Ｆを巻き付ける際には、内部導体１０１との間に弛みが生じないように圧電性フィルム１０２Ｆに張力をかけると、内部導体１０１が一方向に引っ張られて巻き付ける際のバランスが狂ってしまうことが考えられる。しかし図１８のように複数の帯状の圧電性フィルム１０２Ｆを用いる場合には、内部導体１０１を中心に均等に張力をかけることで一方向に引っ張られることを防止することができる。

【0101】

また、内部導体１０１が導体線１０００を撚り合わせて構成されている場合には、この内部導体１０１の撚り方向と同じ方向に圧電性フィルム１０２Ｆを巻き付けてもよいし、逆方向に巻き付けてもよい。この方向によっては、圧電性繊維１００の柔軟性を高めることができる場合がある。

【0102】

上記の構成の他、例えばいわゆる圧電性フィルムを細くして繊維状にしたものを用いて面状センサを構成してもよい。すなわち、面状センサを構成する圧電性繊維は、軸方向と交差する断面において二つの絶縁された導体（内部導体および外部導体）の間に圧電材料が配置された構造を有する繊維であればよい。

【0103】

図１では、靴の中敷の形状をした面状センサ１について説明したが、使用者の足の大きさに応じて異なるサイズの面状センサ１を使い分けることが考えられる。ここで、面状センサ１における圧力の検出状況を比較したりする場合や、圧力の検出状況を表示する領域が決まっている場合など、足の大きさの違いを排除することが好ましい場合がある。このような場合には、面状センサ１の大きさが所定の大きさになるように縦横の長さの拡大、縮小の割合を計算し、圧力の検出座標をこの割合を用いて変換（座標の正規化）することで対応することができる。

【0104】

［圧電性繊維の配置について］
以下、面状センサにおける圧電性繊維の配置について説明する。

【0105】

圧力を検出するにあたって一本の圧電性繊維を使用した場合、この圧電性繊維の信号によって圧電性繊維に圧力がかかったことが判定できる。このとき、圧力がかかった位置が圧電性繊維のどの位置であるかまでは特定することができない。

【0106】

一方、二本の圧電性繊維を交差させた場合には、この交点に圧力がかかると二本の圧電性繊維のいずれからも信号が検出される。このため、複数の圧電性繊維を網目状に配置して、信号が検出された圧電性繊維の交点を求めることで、圧力がかかった位置を特定することができる。

【0107】

ここで図１９（Ａ）に示すように、縦方向に二本の圧電性繊維Ｘ１、Ｘ２が設けられ、さらにこれらと交差する横方向に二本の圧電性繊維Ｙ１、Ｙ２が設けられた状態で、交点Ｐ１、Ｐ２の二点に同時に圧力がかかった場合について説明する。この場合、縦二本の圧電性繊維Ｘ１、Ｘ２と、横二本の圧電性繊維Ｙ１、Ｙ２の計四本の圧電性繊維から信号が検出されることになる。ここで、圧力がかかった位置を特定するべく、これらの信号が検出された圧電性繊維の交点を求めると、実際に圧力がかかっている二つの交点Ｐ１、Ｐ２と、圧力がかかっていない二つの交点Ｐ３、Ｐ４の、計四つの交点が対象となる。このとき、いずれの圧電性繊維の信号を用いても圧力がかかっている交点を絞り込むことができなくなってしまう。

【0108】

上記の問題は、圧力がかかった二点を通る圧電性繊維が、他の複数の点においても交差している場合に生じる。しかし、この他の交点の数が一以下の場合には、こうした問題が生じない。ここで図１９（Ｂ）を用いて、圧力がかかった交点Ｐ１、Ｐ２を通る圧電性繊維Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に、他の交点Ｐ３がある場合を例に説明する。この場合、縦二本の圧電性繊維Ｘ１、Ｘ２と、横二本の圧電性繊維Ｙ１、Ｙ２の計四本の圧電性繊維から信号が検出されることになる。

【0109】

ここで、圧力がかかった位置を特定するべく、これらの信号が検出された圧電性繊維の交点を求めると、実際に圧力がかかっている二つの交点Ｐ１、Ｐ２と、圧力がかかっていない交点Ｐ３の、計三つの交点が対象となる。ここで、圧電性繊維Ｘ１は、交点Ｐ１のみを通るため、この信号から交点Ｐ１に圧力がかかったことを推定できる。また、圧電性繊維Ｙ２は、交点Ｐ２のみを通るため、この信号から交点Ｐ２に圧力がかかったことを推定できる。

【0110】

圧電性繊維Ｙ１では、交点Ｐ１と交点Ｐ３の二点の圧力による信号が出力されるが、交点Ｐ３の圧力の分だけ、圧電性繊維Ｘ１の信号との違いが生じることになる。また圧電性繊維Ｘ２では、交点Ｐ２と交点Ｐ３の二点の圧力による信号が出力されるが、交点Ｐ３の圧力の分だけ、圧電性繊維Ｙ２の信号との違いが生じることになる。これらの違いによって、交点Ｐ３に圧力がかかったかどうかを推定できる。

【0111】

以上のことを踏まえ、圧力がかかる頻度が高いと予測される二つの領域（以下、第一の領域、第二の領域とする）に対して面状センサを設ける場合には、図１９（Ａ）で説明したような問題が生じないようにすることが好ましい。具体的には、例えば、第一の領域内で交差する二本の圧電性繊維と、第二の領域内で交差する二本の圧電性繊維との交点の数が一以下となるように圧電性繊維を設けてもよい。例えば図１９（Ｂ）では、交点Ｐ１が第一の領域の一例に相当する交点Ｐ１で交差する二本の圧電性繊維Ｘ１、Ｙ１と、第二の領域の一例に相当する交点Ｐ２で交差する二本の圧電性繊維Ｘ２、Ｙ２との交点の数が１（交点Ｐ３のみ）となっている。また例えば、第一の領域内で交差する二本の圧電性繊維が第二の領域を通らないようにし、第二の領域内で交差する二本の圧電性繊維が第一の領域を通らないようにしてもよい。このとき、圧電性繊維は真っ直ぐに配線されたものに限らず、曲げて配線されたものであってもよい。なお、図１の面状センサ１は図面の縦方向に長いものであるが、上記の構成を採用するにあたっては長手方向が存在しない正方形や円形の面状センサであってもよい。

【0112】

上記の構成の例として、例えば、第一の領域と第二の領域とを結ぶ基準方向に対し、この基準方向と斜めに交差する第一の方向と、この基準方向と斜めに交差する第二の方向とのそれぞれに沿って圧電性繊維を設けた構成が挙げられる。この構成では、第一の領域内で交差する二本の圧電性繊維と、第二の領域内で交差する二本の圧電性繊維との交点の数が二つ以上になりにくいため、図１９（Ａ）で説明した問題が生じにくい。なお図１に示す面状センサ１は上記の構成を適用したものであるとも言え、主に圧力がかかる足の指の付け根部分と踵部分が第一の領域および第二の領域に相当し、面状センサ１の長手方向が基準方向に相当する。この例では、基準方向の一例として面状センサ１の長手方向を採用しているが、測定対象の長手方向であってもよい。

【0113】

［一部の領域に圧電性繊維を設けた面状センサについて］
ここまで説明した、図１の面状センサ１やその他の形態は、面全体に亘って圧電性繊維１００を配置することで、面状センサの全体に亘って圧力を受けたことを検出することが可能な構成となっている。一方で、決まった位置における圧力を検出対象とする場合には、その位置に対して圧電性繊維１００を設けた構成とすればよく、面状センサの全体に圧電性繊維１００を設けなくともよい。以下、具体的に説明する。

【0114】

図２１（Ａ）には、右足ＲＦの足裏が示されている。例えば、直立姿勢の際、踵Ｂ１、小指球（小指の付け根付近に存在する肉の盛り上がった場所）Ｂ２、母指球（親指の付け根付近に存在する肉の盛り上がった場所）Ｂ３の三点で荷重を支えることが知られている。また、走行時や歩行時においては、踵Ｂ１、小指球Ｂ２、母指球Ｂ３、親指Ｂ４の順で荷重が移動することが知られており、図２１（Ａ）には、この荷重の移動が矢印で示されている。なお、以下の説明ではこの荷重の移動のラインを荷重移動ラインと称する。

【0115】

上記のことから、被験者の直立時の姿勢、あるいは歩行時、走行時のフォームの分析、評価をする際には、踵Ｂ１、小指球Ｂ２、母指球Ｂ３、親指Ｂ４にかかる圧力の変化をみることが重要であると言える。こうした用途に対しては、例えば図２１（Ｂ）に示す面状センサ５のように、踵Ｂ１、小指球Ｂ２、母指球Ｂ３、親指Ｂ４に対して圧電性繊維１００を設けた構成としてもよい。この図２１（Ｂ）に示す面状センサ５は、図１の面状センサ１とは異なり、面状センサの一部に圧電性繊維１００を配置したものである。また、図１の面状センサ１では、図２に示すように二層の圧電性繊維１００を重ねた構成としているが、この図２１（Ｂ）に示す面状センサ５は圧電性繊維１００が一層である点が異なる。なお、図２１（Ｂ）では、踵Ｂ１、小指球Ｂ２、母指球Ｂ３、親指Ｂ４において、圧電性繊維１００が多重円状に設けられているが、これらの圧電性繊維１００は面状センサ５の外部まで配線されている。図２１（Ｂ）では、これらの圧電性繊維１００のうち、実線で示された部分が圧電特性を有する部分であり、それ以外の部分（図では省略した部分）は圧電特性が検出できなくなる程度に熱処理によって低減されている。このように面状センサ５の所望の部分以外に対して圧電性繊維１００の圧電特性を一部低減させることで、この所望の部分に圧電特性を有する部分を残すことができ、この部分において圧力がかかったことを検出することができる。

【0116】

図２１（Ｂ）の例では、踵Ｂ１、小指球Ｂ２、母指球Ｂ３、親指Ｂ４に圧力を受けた際に信号が出力されるため、これを用いて被験者の直立時の姿勢、あるいは歩行時、走行時のフォームの分析、評価をすることができる。また、図２１（Ｂ）の例では、円の内側の圧電性繊維１００と外側の圧電性繊維１００とを異ならせた構成を採用しているため、円の中央に対して圧力がかかったか否かを判別でき、上記の分析や評価の際に有用な情報を提供することができる。なお、この図２１（Ｂ）では踵Ｂ１、小指球Ｂ２、母指球Ｂ３、親指Ｂ４の４か所に圧電性繊維１００を設けているが、用途によってはこのうち１か所に圧電性繊維１００を設けた構成としてもよい。また例えば、小指球Ｂ２と母指球Ｂ３の圧電性繊維１００を分けずに、これらを含む指の付け根部分の領域（図２１（Ａ）の領域Ｂ５）に対応する圧電性繊維１００を設けた構成としてもよい。また、図２１（Ｂ）では圧電性繊維１００が多重円状に設けられているが、例えば一重円状であってもよいし、渦巻き状であってもよく、さらには、圧電性繊維１００を交差させてもよく、様々な配線の形態を採用することができる。

【0117】

また、図２１（Ｂ）の構成の他、例えば図２１（Ｃ）に示す面状センサ６のように、荷重移動ラインに対して間隔を空けて交差する圧電性繊維１００を設けた構成としてもよい。この図２１（Ｃ）に示す面状センサ６は、図１の面状センサ１とは異なり、面状センサの一部に圧電性繊維１００を配置したものである。また、図１の面状センサ１では、図２に示すように二層の圧電性繊維１００を重ねた構成としているが、この図２１（Ｃ）に示す面状センサ６は圧電性繊維１００が一層である点が異なる。なお、図２１（Ｃ）では、１３本の圧電性繊維１００が設けられているが、これらの圧電性繊維１００は面状センサ６の外部まで配線されている。図２１（Ｃ）では、これらの圧電性繊維１００のうち、実線で示された部分が圧電特性を有する部分であり、それ以外の部分（図では省略した部分）は圧電特性が検出できなくなる程度に熱処理によって低減されている。このように面状センサ６の所望の部分以外に対して圧電性繊維１００の圧電特性を一部低減させることで、この所望の部分に圧電特性を有する部分を残すことができ、この部分において圧力がかかったことを検出することができる。

【0118】

図２１（Ｃ）の例では、荷重移動ラインに沿って変化する圧力に合わせて信号が出力されるため、これを用いて被験者の歩行時、走行時のフォームの分析、評価をすることができる。また、荷重移動ラインには個人差があり、このラインと直交する方向にずれることが考えられるが、荷重移動ラインと交差するように圧電性繊維１００を設けたことにより、こうしたずれが生じた場合でも圧力を検出しやすくすることができる。なお、この図２１（Ｃ）では１３本の圧電性繊維１００を設けているが、用途によってはこの本数に限られるものではなく、また設置の間隔についても図２１（Ｃ）に示す間隔に限定されるものではない。この図２１（Ｃ）の構成は圧電性繊維１００の配線の一例であって、これに限定されず様々な配線の形態を採用することができる。

【0119】

また、上記圧電性繊維１００からの信号に基づいて音声を出力する音声出力回路を設けた構成としてもよい。この場合、被験者に対して圧力の状態を把握させることができる。例えば、図２１（Ｂ）の面状センサ５や、図２１（Ｃ）の面状センサ６の圧電性繊維１００のそれぞれに対して異なる音声を割り当てることで、どの位置に圧力がかかっているかを把握しやすくすることができる。また例えば、図２１（Ａ）に示す母指球Ｂ３の部分にのみ圧電性繊維１００を設け、この圧電性繊維１００からの信号を受けて音声が出力される構成を採用した場合には、この音声が出力されるように意識して走ることで、走行時のフォームの改善にあたっての指標とすることができる。このような単純な指標は、例えば子供に対して特に有効である。

【0120】

なお、音声に限らず、圧電性繊維１００からの信号に基づいて振動を発生させる振動回路を設けた構成としてもよいし、音声出力回路と組み合わせた構成としてもよい。また、音声を出力する構成に限らず、例えば、通常はＢＧＭが出力されるようにした上で、圧電性繊維１００からの信号に基づいてこのＢＧＭの出力が低下する、といった構成にしてもよい。

【0121】

以上説明した図２１の例では、足裏にかかる圧力の変化を検出するための面状センサについて説明したが、このような用途に限られるものではない。例として、マットレスにかかる圧力の変化を検出するための面状センサを構成する場合について説明する。マットレスに対しては、頭部、胸部、腰部、脚部に対しての圧力がより大きくなることが知られており、これらの領域にかかる圧力の変化をみることが重要であると言える。このため、図１の面状センサ１のように面状センサ全体に圧電性繊維１００を設けずに、これらの領域のそれぞれに対して圧電性繊維１００を設けてもよい。この面状センサを用いて例えば、、いずれかの部位からの信号がないことで圧力がかかり続けている時間を計測し、この時間が一定時間を過ぎた時に音声やランプ等で看護師等に知らせることで、褥瘡を防止するための措置を取らせることができる。なお、用途によっては頭部、胸部、腰部、脚部のうち１か所に圧電性繊維１００を設けた構成としてもよい。なお、マットレスの頭部の部分に圧電性繊維１００を設ける構成については、枕に圧電性繊維１００を設けた構成とすることもできる。このような枕を用いた場合にも、就寝したタイミング、寝返りのタイミングを計ることができ、この情報を治療や介護に利用することができる。

【0122】

また例えば、ヨガ等のエクササイズに使用するマットに対して面状センサを適用してもよい。マットを使用したエクササイズでは、使用者が特定の姿勢を一定時間維持するものがあり、このときマットの特定の領域に一定の圧力がかかった状態となる。この特定の領域における圧力は、特定の姿勢が維持されている間は変化せず、特定の姿勢が維持できないと変化する。よって、この特定の領域に圧電性繊維１００を設け、この圧電性繊維１００からの信号に基づいて特定の姿勢が維持されているか否かの指標として用いることができる。なお、図２１の面状センサで説明したように、この圧電性繊維１００からの信号を受けて音声が出力されたり、振動が発生したりする構成としてもよい。

【0123】

また、使用者の体型には個人差があり、特定の領域の位置は一つに定まるものではないため、特定の領域の候補となる複数の領域に圧電性繊維１００を設けておき、使用者がこれを使い分ける構成としてもよい。

【0124】

なお、一部の領域に圧電性繊維を設けた面状センサについては、全面に圧電性繊維を設けた面状センサと矛盾しないかぎり、図１～図２０で説明した構成を適用することができる。

【0125】

［圧力の大きさ推定］
圧電性繊維は、圧力による変形の際に誘起電圧が生じるが、その圧力が維持されている状態（新たな変形が生じない状態）では、誘起電圧が生じない。すなわち、圧電性繊維の信号の大きさをそのまま圧力の大きさを示す指標とすることができない。一方、圧電性繊維からの信号を積分することで、圧電性繊維全体の変形量を導出することができる。ここで、圧電性繊維の同じ位置に圧力がかかるとすると、その変形量は圧力の大きさに比例するため、圧電性繊維の信号から圧力の大きさを推定することができる。例えば、図２１（Ｂ）に示す面状センサ５では、それぞれの圧電性繊維に対して同じ位置で圧力がかかる（靴によって足が固定されるため）。よって、この面状センサ５では、圧電性繊維の信号から圧力の大きさを推定することができる。

【0126】

また、圧電性繊維の信号からこの圧電性繊維にかかる圧力の大きさを推定する場合、この推定値を予め記憶しておいた圧力（以下、基準圧力）の大きさと比較し、この違いに応じて音声を出力する構成としてもよい。例えば、理想的な直立姿勢をとることを目的とする場合、理想的な直立姿勢を持つ者から得られた測定データや、理論上の圧力分布などを参考に基準圧力を設定する。次に、面状センサ５の使用者が直立姿勢をとった場合における圧力の大きさを推定し、上記の基準圧力と比較する。このとき、圧力の大きさの差が所定の閾値を超えた場合には音声を出力し、閾値内であれば音声を出力しないことで、使用者は自分の姿勢と理想的な直立姿勢とのずれを認識でき、姿勢改善に役立てることができる。なお、図２１（Ｂ）では面状センサ５の複数個所に圧電性繊維１００が設けられているが、これらの圧電性繊維１００のそれぞれに対して基準圧力を設定する場合には、音声についてもそれぞれ異なる音声を設定するようにしてもよい。この場合、理想的な姿勢とのずれをより具体的に把握することができる。

【0127】

なお、上記のような基準圧力を用いた構成は、理想的な直立姿勢をとることを目的とする場合に限らず、様々な用途に適用することができる。例えば、マットを使用したエクササイズにおいては、使用者自身ではが理想的な姿勢をとれているか否かを判断することが困難である。このため、例えばインストラクターの指示の下で理想的な姿勢をとったときの圧力の大きさを基準圧力として記憶しておくことで、インストラクターがいない場合であってもこれを指標としてエクササイズを行うことができる。

【符号の説明】

【0128】

１ 面状センサ
１００ 圧電性繊維
１０１ 内部導体
１０２ 圧電体
１０３ 外部導体
１０００ 導体線
２ 記憶回路
３ 踏み板
５ 面状センサ
６ 面状センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】