特許 7364496 積層型曲げセンサ及び機械電気変換装置

(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】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】積層型曲げセンサ及び機械電気変換装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/28 20060101AFI20231011BHJP

【ＦＩ】

G01B7/28 D

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020036354

(22)【出願日】2020-03-04

(65)【公開番号】P2021139691

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-12-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000001339

【氏名又は名称】グンゼ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107478

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 薫

(72)【発明者】

【氏名】鴻野 勝正

(72)【発明者】

【氏名】上田 耕右

(72)【発明者】

【氏名】栗原 健司

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０４７１５２３５（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１９１２７（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】

積層型曲げセンサであって、
伸縮性を有し、収縮状態における伸縮方向長さをＬＢとする基材と、
前記基材の伸縮方向に沿った自由長さをＬＳとするとき、ＬＢ＜ＬＳの関係を有する可撓性のセンサ本体と、
を備え、
前記センサ本体は、表裏其々に配された一対の外側電極層と、前記外側電極層の間に配された内側電極層と、前記外側電極層と前記内側電極層との間の其々に配された一対の外側絶縁層と、を備えて構成され、
前記センサ本体は、前記基材に両端縁が重畳固定され中間部が前記基材から遊離するように取り付けられ、前記基材の伸長の程度にかかわらず前記センサ本体に前記基材の伸長方向への張力が作用しないように構成されている積層型曲げセンサ。

【請求項2】

前記基材の最大伸長状態における伸縮方向長さをＬＢｍａｘ、とするときに、ＬＢｍａｘ≦ＬＳに設定されている請求項１記載の積層型曲げセンサ。

【請求項3】

前記基材の最大伸長状態における伸縮方向長さＬＢｍａｘは、前記基材の伸長回復率が所定値以上となる長さに設定されている請求項２記載の積層型曲げセンサ。

【請求項4】

前記基材の伸長長さＬＢｉを、ＬＢｉ＜ＬＳに制限する伸長規制部材を備えている請求項１から３の何れかに記載の積層型曲げセンサ。

【請求項5】

前記センサ本体の前記中間部の一部を前記基材に近接するように位置規制する位置規制部材を備えている請求項１から４の何れかに記載の積層型曲げセンサ。

【請求項6】

前記センサ本体を前記基材に重畳固定した両端縁に、前記センサ本体の撓みを抑制する姿勢保持部材を備えている請求項１から５の何れかに記載の積層型曲げセンサ。

【請求項7】

前記内側電極層の外縁に前記外側絶縁層に被覆された縁部絶縁層が配されている請求項１から６の何れかに記載の積層型曲げセンサ。

【請求項8】

前記一対の外側絶縁層の間に可撓性の内側絶縁層が設けられ、前記内側絶縁層を挟むように前記内側電極層が一対設けられている請求項１から７の何れかに記載の積層型曲げセンサ。

【請求項9】

前記内側絶縁層は前記外側絶縁層より厚肉に形成されている請求項８記載の積層型曲げセンサ。

【請求項10】

前記内側絶縁層が前記外側電極層よりも幅方向両側に突出する突出部を備えて構成され、前記突出部を介して前記センサ本体が前記基材に固定されている請求項８または９記載の積層型曲げセンサ。

【請求項11】

前記外側電極層及び内側電極層は、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域に、複数のコースにわたって導電糸が添え糸編み編成された平編地でなる導電性布帛、または、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域を挟んで、導電糸を用いた帯状の導電性編地領域が編成された平編地でなる導電性布帛で構成されている請求項１から１０の何れかに記載の積層型曲げセンサ。

【請求項12】

請求項１から１１の何れかに記載の積層型曲げセンサと、前記積層型曲げセンサが姿勢計測対象部の姿勢変化に応じて伸縮するように前記姿勢計測対象部に取付ける取付け部材とを備えている機械電気変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層型曲げセンサ及び機械電気変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

身に纏う衣服などの装具に機械電気変換装置を取り付けて、着用者の身体の姿勢の変化などの動きを計測することを目的とするセンサ付き衣服が注目されている。

【0003】

特許文献１には、編物又は織物の伸縮を静電容量の変化として検出することにより、検知システムとしての消費電力を抑制する引張変形検知布が提案されている。

【0004】

当該引張変形検知布は、複数の導電糸を含んで構成された編物又は織物を一方向に伸縮自在にすると共に、その伸縮に伴って前記導電糸の隣接するもの同士の間隔が変化し、その隣接する導電糸同士間は絶縁状態が維持されるように構成され、隣接する各導電糸の端部が静電容量を測定するための一対の電極とされていることを特徴とする。

【0005】

具体的に、導電性繊維を含む芯と、該芯の周りを絶縁性繊維で覆う鞘とから成る導電糸を複数本用いて天竺編みとした編物を、編み込まれた導電糸の両端を結ぶ方向が伸縮方向とされ、各導電糸の端部が静電容量を測定するための一対の電極とする構成が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１２－１７７５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した引張変形検知布は、絶縁性繊維で被覆された導電糸の其々に対して、端部の被覆部から導電糸を露出させて外部電極に接続するための工程が必要となり、非常に手間の掛かる作業が必要となる。

【0008】

また、例えば引張変形検知布を平面で伸縮する場合と曲面で伸縮する場合では、同じ伸縮の程度であっても隣接導電糸の間隔が異なるために出力値が異なり、被装着者の正確な動きを検出するのが困難であるという問題や、高い耐久性能が得られないという問題もあった。

【0009】

そこで、本願発明者らは、表裏其々に配された一対の可撓性の外側電極層と、前記外側電極層の間に配された可撓性の内側電極層と、前記外側電極層と前記内側電極層との間の其々に配された一対の可撓性の外側絶縁層と、を備え、前記内側電極層は前記外側絶縁層の端縁より内側に延在するように配置されている積層型曲げセンサを提案している（特願２０１９－２０６８４７号）。

【0010】

このような積層型曲げセンサにより、装着部の姿勢の変化を精度良く検出することができるようになる。

【0011】

しかし、上述した積層型曲げセンサであっても、装着部の姿勢の変化に伴って伸長状態と収縮状態が繰り返されると、検出精度の劣化を招く虞があり、センサ寿命に影響を及ぼすという問題があった。

【0012】

本発明の目的は、上述の事情に鑑み、繰り返し使用に対して十分な耐久性を確保可能な積層型曲げセンサ及び機械電気変換装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この目的を達成するため、本発明による積層型曲げセンサの第一の特徴構成は、積層型曲げセンサであって、伸縮性を有し、収縮状態における伸縮方向長さをＬＢとする基材と、前記基材の伸縮方向に沿った自由長さをＬＳとするとき、ＬＢ＜ＬＳの関係を有する可撓性のセンサ本体と、を備え、前記センサ本体は、表裏其々に配された一対の外側電極層と、前記外側電極層の間に配された内側電極層と、前記外側電極層と前記内側電極層との間の其々に配された一対の外側絶縁層と、を備えて構成され、前記センサ本体は、前記基材に両端縁が重畳固定され中間部が前記基材から遊離するように取り付けられ、前記基材の伸長の程度にかかわらず前記センサ本体に前記基材の伸長方向への張力が作用しないように構成されている点にある。

【0014】

内側電極層と一対の外側電極層との間の其々に外側絶縁層が配されることによって一対のコンデンサが厚み方向に重畳配置された可撓性を示すセンサ本体が構成される。当該センサ本体が湾曲変形すると、一方の外側電極層の表面が凸状に湾曲し、他方の外側電極層の表面が凹状に湾曲する。内側電極層を基準にすると、凸状に湾曲する一方の外側電極層側に配された外側絶縁層は湾曲頂部から周辺に向けて引っ張り力が作用して相対的に層厚が薄くなるように変形し、凹状に湾曲する他方の外側電極層側に配された外側絶縁層は周辺から湾曲底部に向けて圧縮力が作用して相対的に層厚が厚くなるように変形する。その結果、両端縁を基準に全体として一方の外側電極層側に位置するコンデンサの容量と他方の外側電極層側に位置するコンデンサの容量の変化が生じ、この容量の変化に基づいて曲げの角度が検出できる。

【0015】

収縮状態における伸縮方向長さＬＢの基材に、基材の伸縮方向に沿った自由長さＬＳがＬＢ＜ＬＳとなるセンサ本体の両端縁が重畳固定され、中間部が基材から遊離するように取り付けられ、基材の伸長の程度にかかわらずセンサ本体に基材の伸長方向への張力が作用しないように構成されているので、基材の伸長に伴ったセンサ本体の伸長付勢を回避することができる。従って、センサ本体が伸長および収縮を繰り返すことによる検出精度の劣化や寿命の短縮化を招くことがない。

【0016】

同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記基材の最大伸長状態における伸縮方向長さをＬＢｍａｘ、とするときに、ＬＢｍａｘ≦ＬＳに設定されている点にある。

【0017】

センサ本体の基材の伸縮方向に沿った自由長さをＬＳ、基材の最大伸長状態における伸縮方向長さをＬＢｍａｘ、とするときに、ＬＢｍａｘ≦ＬＳに設定されているので、基材が最大伸長状態となってもセンサ本体が伸長することが回避される。従って、センサ本体が伸長および収縮を繰り返すことによる検出精度の劣化や寿命の短縮化を招くことがない。

【0018】

同第三の特徴構成は、上述の第二の特徴構成に加えて、前記基材の最大伸長状態における伸縮方向長さＬＢｍａｘは、前記基材の伸長回復率が所定値以上となる長さに設定されている点にある。

【0019】

基材の最大伸長状態における伸縮方向長さＬＢｍａｘが、基材の伸長回復率が所定値以上となるように設定されていることが、基材の耐久性能を確保する点で好ましい。

【0020】

同第四の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記基材の伸長長さＬＢｉを、ＬＢｉ＜ＬＳに制限する伸長規制部材を備えている点にある。

【0021】

伸長規制部材によって基材がＬＢｉ＜ＬＳとなる伸長長さＬＢｉに制限されるので、センサ本体の伸長を確実に阻止しながらも基材の耐久性能を確保することができる。

【0022】

同第五の特徴構成は、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記センサ本体の前記中間部の一部を前記基材に近接するように位置規制する位置規制部材を備えている点にある。

【0023】

基材が最大伸長状態となってもセンサ本体が伸長することが無いように、センサ本体の中間部が基材から遊離するように基材に取り付けられているため、中間部が基材から大きく遊離することとなり、当該遊離部が様々な部位に引っ掛かるようなことが無いように積層型曲げセンサの取り扱いに注意を要するようになる。しかし、位置規制部材によってセンサ本体の中間部の一部が基材に近接するように位置規制されることにより、センサ本体の中間部の基材からの遊離状態が小さくなるように制限できるので、積層型曲げセンサの取り扱いが容易になる。

【0024】

同第六の特徴構成は、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記センサ本体を前記基材に重畳固定した両端縁に、前記センサ本体の撓みを抑制する姿勢保持部材を備えている点にある。

【0025】

外部から作用する曲げ変形力に応じて積層型曲げセンサの両端縁より内側に設定される湾曲変形領域で生じる変形に応じて変化する静電容量に基づいて曲げの程度が検出される。湾曲変形領域では一方向に湾曲変形しても双方向に波打つように変形してもよい。しかし、当該湾曲変形領域を支持する両端縁に曲げ変形応力が集中して端縁が異常に屈曲変形すると、当該異常な屈曲変形による静電容量の変化の影響を受けて湾曲変形領域の変形状態を正確に検出することが困難になる虞がある。そのような場合に備えて両端縁の異常な屈曲変形を抑制する姿勢保持部材を備えると、姿勢保持部材が配された部位で無用な変形が抑制されるようになるので、積層型曲げセンサの変形状態を正確に検出することができるようになる。

【0026】

同第七の特徴構成は、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記内側電極層の外縁に前記外側絶縁層に被覆された縁部絶縁層が配されている点にある。

【0027】

内側電極層の外縁に縁部絶縁層を配することにより、内側電極層の絶縁性が確保できるようになるとともに、積層型曲げセンサの形状的な安定性及び検出精度の信頼性が確保できるようになる。

【0028】

同第八の特徴構成は、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、前記一対の外側絶縁層の間に可撓性の内側絶縁層が設けられ、前記内側絶縁層を挟むように前記内側電極層が一対設けられている点にある。

【0029】

内側絶縁層を挟んで両側に其々独立したコンデンサが厚み方向に重畳配置された可撓性を示すセンサ本体が構成される。当該センサ本体が湾曲変形すると、一方の外側電極層の表面が凸状に湾曲し、他方の外側電極層の表面が凹状に湾曲する。内側絶縁層を基準にすると、凸状に湾曲する一方の外側電極層側に配された外側絶縁層は湾曲頂部から周辺に向けて引っ張り力が作用して相対的に層厚が薄くなるように変形し、凹状に湾曲する他方の外側電極層側に配された外側絶縁層は周辺から湾曲底部に向けて圧縮力が作用して相対的に層厚が厚くなるように変形する。その結果、凸側に位置するコンデンサの容量が凹側に位置するコンデンサの容量よりも大きくなり、この容量の変化に基づいて曲げの程度が検出できる。内側絶縁層が介在することで、凸側に位置するコンデンサの容量と凹側に位置するコンデンサの容量の差が大きくなるため、感度が良くなる。

【0030】

同第九の特徴構成は、上述の第八の特徴構成に加えて、前記内側絶縁層は前記外側絶縁層より厚肉に形成されている点にある。

【0031】

内側絶縁層を外側絶縁層より厚肉に形成することにより、凸状に湾曲する一方の外側電極層側に配された外側絶縁層では湾曲頂部から周辺に向けて作用する引っ張り力がより大きくなり、凹状に湾曲する他方の外側電極層側に配された外側絶縁層では周辺から湾曲底部に向けて作用する圧縮力がより大きくなる。その結果、凸側に位置するコンデンサの容量と凹側に位置するコンデンサの容量の差がより大きくなって感度が一層良くなる。

【0032】

同第十の特徴構成は、上述の第八または第九の特徴構成に加えて、前記内側絶縁層が前記外側電極層よりも幅方向両側に突出する突出部を備えて構成され、前記突出部を介して前記センサ本体が前記基材に固定されている点にある。

【0033】

センサ本体を基材に固定する際の固定代として利用することで、センサ本体を基材に取り付ける際の取り回しが容易になる。

【0034】

同第十一の特徴構成は、上述の第一から第十の何れかの特徴構成に加えて、前記外側電極層及び内側電極層は、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域に、複数のコースにわたって導電糸が添え糸編み編成された平編地でなる導電性布帛、または、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域を挟んで、導電糸を用いた帯状の導電性編地領域が編成された平編地でなる導電性布帛で構成されている点にある。

【0035】

平編地で構成される一対の伸縮性の導電性布帛が、各絶縁層の両面に積層されることにより、伸縮性を備えた導電性布帛が一対の対向電極となる耐久性の高いセンサ本体が形成される。

【0036】

本発明による機械電気変換装置の第一の特徴構成は、上述した第一から第十一の何れかの特徴構成を備えた積層型曲げセンサと、前記積層型曲げセンサが姿勢計測対象部の姿勢変化に応じて伸縮するように前記姿勢計測対象部に取付ける取付け部材とを備えている点にある。

【0037】

例えばロボットアームや人体の関節部など曲げ検出対象となる姿勢計測対象部に、取付け部材を介して積層型曲げセンサが取付けられる。そして関節部の曲げ伸ばし運動に伴って積層型曲げセンサの湾曲変形領域が湾曲し、或いは元に復帰することによりその状態が検出できる。

【発明の効果】

【0038】

本発明によれば、繰り返し使用に対して十分な耐久性を確保可能な積層型曲げセンサ及び機械電気変換装置を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】（ａ）は本発明による積層型曲げセンサの側面視の説明図、（ｂ）は積層型曲げセンサを構成するセンサ本体と基材の長さ関係の説明図、（ｃ）は伸長回復率の説明図

【図2】（ａ）は伸長規制部材を備えた積層型曲げセンサの側面視の説明図、（ｂ）は積層型曲げセンサを構成するセンサ本体と基材と伸長規制部材の長さ関係の説明図

【図3】（ａ）は積層型曲げセンサを構成するセンサ本体の基材からの遊離高さの説明図、（ｂ）は位置規制部材を備えた積層型曲げセンサの説明図、（ｃ）は位置規制部材を備えた積層型曲げセンサの他の例の説明図、（ｄ），（ｅ）は位置規制部材の要部の説明図

【図4】（ａ）は積層型曲げセンサの角度検出領域の説明図、（ｂ）は積層型曲げセンサで検出する曲げ角度の説明図、（ｃ）は積層型曲げセンサが外力により不適切に曲げ変形した状態の説明図、（ｄ），（ｅ）は姿勢保持部材を備えた積層型曲げセンサの説明図

【図5】（ａ）はセンサ本体の通常姿勢の説明図、（ｂ）は曲げ姿勢の説明図、（ｃ）はセンサ本体の信号処理回路の説明図

【図6】（ａ）はセンサ本体に対する外乱である浮遊容量の影響説明図、（ｂ）は外乱を抑制したセンサ本体の説明図

【図7】（ａ）センサ本体の第１の態様の説明図、（ｂ）はセンサ本体の第２の態様の説明図

【図8】（ａ）センサ本体の第３の態様の説明図、（ｂ）はセンサ本体の第４の態様の説明図

【図9】導電性布帛の説明図

【図10】別実施形態を示す導電性布帛の説明図

【図11】（ａ）平編地のループの表出面とは反対の面（表面）の収縮状態（左図）と伸長状態（右図）の対比説明図、（ｂ）は平編地のループの表出面（裏面）の収縮状態（左図）と伸長状態（右図）の対比説明図

【図12】（ａ），（ｂ）は機械電気変換装置の説明図

【図13】（ａ）から（ｄ）は人体の背部の曲がりを計測するための機械電気変換装置の例で、人体に装着した状態を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、本発明による積層型曲げセンサ及び機械電気変換装置を、図面に基づいて説明する。
［積層型曲げセンサの構成］
図１（ａ）に示すように、積層型曲げセンサ１００は、伸縮性を有する基材８と、基材８に両端縁１Ａ，１Ｂが重畳するように固定され中間部１Ｍが基材８から遊離するように取り付けられた可撓性のセンサ本体１と、を備えている。

【0041】

センサ本体１は、後に図５（ａ）に基づいて詳述するが、表裏其々に配された一対の外側電極層２Ａ，２Ｂと、外側電極層２Ａ，２Ｂの間に配された内側電極層４と、外側電極層２Ａ，２Ｂと内側電極層４との間の其々に配された一対の外側絶縁層３Ａ，３Ｂと、を備えて構成されている。また、基材８として織ゴムなどの伸縮性布帛が用いられる。

【0042】

内側電極層４と一対の外側電極層２Ａ，２Ｂとの間の其々に外側絶縁層３Ａ，３Ｂが配されることによって一対のコンデンサが厚み方向に重畳配置された可撓性を示すセンサ本体１が構成される。

【0043】

当該センサ本体１が湾曲変形すると、一方の外側電極層２Ａの表面が凸状に湾曲し、他方の外側電極層２Ｂの表面が凹状に湾曲する。内側電極層４を基準にすると、凸状に湾曲する一方の外側電極層側２Ａに配された外側絶縁層３Ａは湾曲頂部から周辺に向けて引っ張り力が作用して相対的に層厚が薄くなるように変形し、凹状に湾曲する他方の外側電極層側２Ｂに配された外側絶縁層３Ｂは周辺から湾曲底部に向けて圧縮力が作用して相対的に層厚が厚くなるように変形する。その結果、両端縁を基準に全体として一方の外側電極層側２Ａに位置するコンデンサの容量と他方の外側電極層側２Ｂに位置するコンデンサの容量の変化が生じ、この容量の変化に基づいて曲げの角度が検出できる。

【0044】

図１（ｂ）に示すように、センサ本体１の基材８の伸縮方向に沿った自由長さをＬＳ、基材８の最大伸長状態における伸縮方向長さをＬＢｍａｘ、とするときに、ＬＢｍａｘ≦ＬＳに設定されている。なお、基材８の収縮状態における伸縮方向長さをＬＢとすると、ＬＢ＜ＬＢｍａｘ≦ＬＳとなる。基材８の収縮状態とは基材８が伸長することなく最小長さに収縮した状態をいう。

【0045】

このように、基材８が最大伸長状態となってもセンサ本体１の伸長が回避されるため、センサ本体１が伸長および収縮を繰り返すことによる検出精度の劣化や寿命の短縮化を招くことがない。なおセンサ本体１に撓みが生じたときに外側絶縁層３Ａ，３Ｂの厚みが変動するような特性を備えていればよく、センサ本体１は十分な伸特性を備えていてもよいし、僅かな伸縮特性を備えていてもよいし、非伸縮性であってもよい。

【0046】

基材８の最大伸長状態における伸縮方向長さＬＢｍａｘは、基材８の伸長回復率が所定値以上となる長さに設定されていることが基材８の耐久性能を確保する点で好ましい。なお、伸長回復率は特に限定される値ではなく８５％から９５％の間で適宜設定されることが好ましい。本実施形態では伸長回復率は９５％に設定されている。

【0047】

図１（ｃ）に示すように、伸長回復率は伸長弾性率ともいい、ＪＩＳ L １０９６のＢ－１法（定加重法）で求まる値である。具体的に幅５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの試験片を縦方向および横方向に３枚ずつ調整し、全幅をつかむように引張試験機またはこれと同等の性能を持つ装置にセットした後、２００ｍｍ間隔（Ｌ０）に印を付けて、１４．７Ｎの荷重を加える。１時間保持後の印間の長さ（Ｌ１）を測定した後、荷重を取り除き、３０秒後または１時間後に初荷重を加えて印間の長さ（Ｌ２）を測定することにより、次式により伸長回復率（％）が求まる。
伸長回復率（％）＝｛（Ｌ１－Ｌ２）／（Ｌ１－Ｌ０）｝×１００

【0048】

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、積層型曲げセンサ１００は、基材８の伸長長さＬＢｉを、ＬＢｉ＜ＬＳに制限する伸長規制部材９を備えていることが好ましい。伸長規制部材９として非伸縮性の織地や編地で構成される布帛を好適に用いることができる。なお、ＬＢｉ＜ＬＳに規制可能であれば、伸縮特性を備えた伸縮性の織地や編地、ポリウレタンなどのフィルムを伸長規制部材９として採用することも可能である。

【0049】

伸長規制部材９によって基材がＬＢｉ＜ＬＳとなる伸長長さＬＢｉに制限されるので、センサ本体１の伸長を確実に阻止しながらも基材８の耐久性能を確保することができる。

【0050】

つまり、積層型曲げセンサ１００は、伸縮性を有し、収縮状態における伸縮方向長さをＬＢとする基材８と、基材８の伸縮方向に沿った自由長さをＬＳとするとき、ＬＢ＜ＬＳの関係を有する可撓性のセンサ本体１と、を備え、センサ本体１は基材８に両端縁が重畳固定され中間部１Ｍが基材８から遊離するように取り付けられ、基材８の伸長の程度にかかわらずセンサ本体１に基材８の伸長方向への張力が作用しないように構成されている。

【0051】

なお、上述の例では基材８が所定幅の帯状部材で構成される例を説明したが、基材８の形状は帯状部材に限るものではなく、例えば衣服を構成する伸縮性生地の一部または全部が基材８として機能するように構成してもよい。

【0052】

さらに、図３（ｂ）に示すように、センサ本体１の中間部１Ｍの一部を基材８に近接するように位置規制する位置規制部材１Ｆを備えていることが好ましい。

【0053】

基材８が最大伸長状態となってもセンサ本体１が伸長することが無いように、センサ本体１の中間部１Ｍが基材８から遊離するように基材に取り付けられているため、中間部１Ｍが基材８から大きく遊離することとなり、当該遊離部が様々な部位に引っ掛かるようなことが無いように積層型曲げセンサ１００の取り扱いに注意を要するようになる。

【0054】

しかし、位置規制部材１Ｆによってセンサ本体１の中間部１Ｍの一部が基材８に近接するように位置規制されることにより、センサ本体１の中間部１Ｍの基材８からの遊離状態が小さくなるように制限できるので、積層型曲げセンサの取り扱いが容易になる。

【0055】

例えば、図３（ａ）に示すように、位置規制部材１Ｆを備えていない場合には、センサ本体１の基材８からの遊離高さがｈ１となるのに対して、図３（ｂ）に示すように、位置規制部材１Ｆを備えていれば、センサ本体１の基材８からの遊離高さがｈ２（ｈ２＜ｈ１）となる。

【0056】

位置規制部材１Ｆは、センサ本体１の中間部１Ｍの一部を基材８に近接するように位置規制可能なものであれば、特にその態様が制限されるものではない。例えば、図３（ｂ）では、センサ本体１の中間部１Ｍの一部が基材８に接触するように縫着する縫い糸が位置規制部材１Ｆとして用いられている。しかし、センサ本体１の中間部１Ｍの一部が基材８と接触するように規制する態様には限定されることはなく近接していればよい。

【0057】

図３（ｃ）に示すように、位置規制部材１Ｆはセンサ本体１の中間部１Ｍの一部を基材８に近接するように保持する筒状部材で構成されていてもよい。図３（ｄ）のように、センサ本体１の中間部１Ｍの一部を基材８に接触するように保持する筒状部材であってもよいし、図３（ｅ）に示すように、センサ本体１の中間部１Ｍの一部を間隙を隔てて基材８に近接するように保持する筒状部材であってもよい。

【0058】

図４（ｄ）に示すように、センサ本体１を基材８に重畳固定した両端縁１Ａ，１Ｂに、センサ本体１の撓みを抑制する姿勢保持部材６を備えていることが好ましい。

【0059】

図４（ａ），（ｂ）に示すように、センサ本体１は外部から作用する曲げ変形力に応じてセンサ本体１の両端縁１Ａ，１Ｂを基準にそれより内側に設定される湾曲変形領域Ｒで生じる変形に応じて変化する静電容量に基づいて曲げの角度θが検出される。湾曲変形領域Ｒでは一方向に湾曲変形しても双方向に波打つように変形してもよい。

【0060】

しかし、図４（ｃ）に示すように、当該湾曲変形領域Ｒを支持する両端縁１Ａ，１Ｂに曲げ変形応力が集中して端縁１Ａ，１Ｂが異常に屈曲変形すると、当該異常な屈曲変形による静電容量の変化の影響を受けて、誤った曲げの角度θ´が検知され、湾曲変形領域Ｒの変形状態を正確に検出することが困難になる虞がある。

【0061】

そのような場合に備えて両端縁１Ａ，１Ｂの異常な屈曲変形を抑制する姿勢保持部材６を備えると、姿勢保持部材６が配された部位で無用な変形が抑制されるようになるので、センサ本体１の変形状態を常に正確に検出することができるようになる。

【0062】

姿勢保持部材６としてセンサ本体１及び基材８の弾性よりも強い弾性を備えたアルミなどの金属製の板状体、またはアクリルやポリカーボネートなどの樹脂製の板状体を選択して基材８の裏面に接着固定することができる。板状体の厚さは０．２～１．０ｍｍが好ましく、０．４～０．７ｍｍがさらに好ましい。０．２ｍｍより薄いと不都合な撓みを抑制する効果が得られず、１．０ｍｍより厚いと逆に不都合な撓みを発生する原因となる。

【0063】

図４（ｄ），（ｅ）には、姿勢保持部材６が基材８の裏面に接着固定された状態を示している。なお、姿勢保持部材６はセンサ本体１の上面側に配置してもよい。

【0064】

［センサ本体の構成］
図５（ａ）に示すように、センサ本体１は、平面視で細幅の帯状に形成され、表裏其々に配された一対の可撓性の外側電極層２Ａ，２Ｂと、外側電極層２Ａ，２Ｂの間に配された可撓性の内側電極層４と、外側電極層２Ａ，２Ｂと内側電極層４との間の其々に配された一対の可撓性の外側絶縁層３Ａ，３Ｂとを備えている。外力が付与されていない自由状態で外側電極層２Ａ，２Ｂの厚みは互いに等しくなるように構成されている。

【0065】

外側電極層２Ａ、外側絶縁層３Ａ、内側電極層４により一つの静電容量センサ（コンデンサ）１Ａが形成され、外側電極層２Ｂ、外側絶縁層３Ｂ、内側電極層４により他の一つの静電容量センサ（コンデンサ）１Ｂが形成されている。つまり、静電容量センサ（コンデンサ）１Ａ，１Ｂが厚み方向に重畳するように配されている。

【0066】

図５（ｂ）に示すように、一対の外側電極層２Ａ，２Ｂの何れか一方の面、例えば外側電極層２Ａが凸となるようにセンサ本体１が湾曲変形すると、一方の外側電極層２Ａの表面が凸状に湾曲し、他方の外側電極層２Ｂの表面が凹状に湾曲する。内側電極層４を基準にすると、凸状に湾曲する一方の外側電極層２Ａ側に配された外側絶縁層３Ａは湾曲頂部から周辺に向けて引っ張り力が作用して相対的に層厚が薄くなるように変形し、凹状に湾曲する他方の外側電極層２Ｂ側に配された外側絶縁層３Ｂは周辺から湾曲底部に向けて圧縮力が作用して相対的に層厚が厚くなるように変形する。その結果、凸側に位置するコンデンサの容量が凹側に位置するコンデンサの容量よりも大きくなり、この容量の変化に基づいて曲げの角度が検出できる。

【0067】

具体的には、厚み方向に重畳配置された一対のコンデンサの湾曲変形時に変化する容量（Ｃ１，Ｃ２）の差（ΔＣ＝Ｃ１－Ｃ２）に基づいて曲げ角度を算出することができる。容量の差ΔＣを変数とする所定の関数に基づいて曲げ角度を算出し、或いは容量の差ΔＣに対応して予め設定した角度テーブルに基づいて曲げ角度を求めることができる。所定の関数として線形関数を好適に用いることができる。容量の差以外に容量の比率Ｃ１／Ｃ２を用い、或いは（Ｃ１－Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）を用いることも可能である。この場合も、容量の比率Ｃ１／Ｃ２や（Ｃ１－Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）を変数とする所定の関数に基づいて曲げ角度を算出し、或いは容量の比率Ｃ１／Ｃ２や（Ｃ１－Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）に対応して予め設定した角度テーブルに基づいて曲げ角度を求めることができる。
なお、電極の面積Ｓ、電極間距離ｄ、絶縁層の誘電率εとすると、静電容量Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ）の関係があり、電極間の距離ｄが短くなると静電容量は増大し、電極間の距離ｄが長くなると静電容量は減少する。また、電極の面積Ｓが大きくなると静電容量は増大し、電極の面積Ｓが小さくなると静電容量は減少する。

【0068】

図５（ｃ）には、センサ本体１に対する信号処理回路１０の構成が示されている。信号処理回路１０は、クロック発振回路を備え、１ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度の矩形波信号を基準信号として出力する基準信号生成部１１、ダイオードブリッジで構成される整流回路１２Ａ，１２Ｂ、抵抗とコンデンサが信号端子とグランド端子間に並列接続されたローパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂ、オペアンプを備えた増幅器１４Ａ，１４Ｂ、ＡＤコンバータ１５、論理演算回路を備えた信号処理部１６の各機能ブロックを備えて構成されている。

【0069】

基準信号生成部１１から出力された基準信号が内側電極層４に印加されると、対向電極である外側絶縁層３Ａ，３Ｂからそれぞれの時定数に応じた参照信号が出力される。各外側絶縁層３Ａ，３Ｂから出力された参照信号が整流回路１２Ａ，１２Ｂで整流され、ローパスフィルタ１３Ａ，１３Ｂでノイズが除去された直流成分が増幅器１４Ａ，１４Ｂで増幅された後にＡＤコンバータ１５に入力される。

【0070】

外側電極層２Ａ，２Ｂ及び内側電極層４と信号処理回路１０とを電気的に接続するために、外側電極層２Ａ，２Ｂ及び内側電極層４の其々に端子を形成し、端子と信号処理回路１０とがリード線で接続される。例えば、端子として凹側ボタンに凸側ボタンを嵌め込み固定する金属製のスナップボタンが好適に用いられる。凹側ボタンに凸側ボタンの何れか一方を外側電極層２Ａ，２Ｂ及び内側電極層４に取り付け、他方を信号処理回路１０に接続されるリード線の端部に固定すればよい。

【0071】

図６（ａ）には、人体と接触する可能性のある電極層２の面積が絶縁層３の面積より小さく、絶縁層３の一部が露出するように構成された静電容量センサが例示されている。このような静電容量センサでは、人体などとの間で生じる浮遊容量の影響を受けると見掛け上の容量が大きくなり、参照信号のレベルが大きくなるため、静電容量センサに固有の静電容量の変化を正確に検出できなくなる虞がある。

【0072】

図６（ｂ）に示すように、人体と接触する可能性のある電極層２の面積が絶縁層３の面積とほぼ等しく、絶縁層３の一部が露出することが無いように構成された静電容量センサが例示されている。このような静電容量センサでは、人体などとの間で生じる浮遊容量の影響を受けることがないため、参照信号に基づいて静電容量センサに固有の静電容量の変化を正確に検出できるようになる。

【0073】

各外側絶縁層３Ａ，３Ｂは外側電極層２Ａ，２Ｂによって外部と接触することが無いように被覆されているため、人体の一部が接近し、或いは接触しても外側電極層２Ａ，２Ｂによる遮蔽効果が得られ、人体との間に生じる浮遊容量の影響を受けることなく精度良く曲げ状態が検出できる。

【0074】

また、図５（ａ），（ｂ）に示したセンサ本体１のように、外側電極層２Ａ，２Ｂと内側電極層４の其々が外側絶縁層３Ａ，３Ｂと同一のサイズに形成されていると、各電極層２Ａ，２Ｂ，４を構成する素材によっては、内側電極層４が外側電極層２Ａ，２Ｂの何れかと電気的に接触する虞があり、そのような場合には適切に曲げを検出できなくなる。

【0075】

そのため、図７（ａ）に示すように、本発明によるセンサ本体１は、少なくとも外部と接触することが無いように、一対の可撓性の外側絶縁層３Ａ，３Ｂの其々は全面が外側電極層２Ａ，２Ｂに被覆され、静電シールドされるように構成され、内側電極層４は外側電極層２Ａ，２Ｂの端縁より内側に延在するように配置されている。この例では、基準信号が内側電極層４に印加され、外側電極層２Ａ，２Ｂの其々から参照信号が検出される。

【0076】

そして、内側電極層４の外縁に外側絶縁層３Ａ，３Ｂに被覆された縁部絶縁層４Ｃが配されていることが好ましく、内側電極層４の外縁に縁部絶縁層４Ｃを配することにより、内側電極層４の絶縁性が十分に確保できるようになるとともに、センサ本体１の形状的な安定性が確保できるようになる。

【0077】

即ち、各外側絶縁層３Ａ，３Ｂは外側電極層２Ａ，２Ｂによって全面が被覆されているため、人体の一部が接近し、或いは接触しても外側電極層２Ａ，２Ｂによる遮蔽効果が得られ、人体との間に生じる浮遊容量の影響を受けることなく精度良く曲げ状態が検出できる。また、内側電極層４は外側電極層２Ａ，２Ｂの端縁より内側に延在するように配置されているため、センサ本体１が曲げ変形されるような場合でも、内側電極層４と外側電極層２Ａ，２Ｂとが電気的に接触する短絡状態に到るようなことが極力回避できるようになる。

【0078】

図７（ａ）に示したセンサ本体１は、一層の内側電極層４が一対の外側電極層２Ａ，２Ｂの対向電極として機能する例を説明したが、本発明によるセンサ本体１の態様はこの様な一層の内側電極層４に限るものではない。

【0079】

例えば、図７（ｂ）に示すように、一対の外側絶縁層３Ａ，３Ｂの間に可撓性の内側絶縁層５が設けられ、内側絶縁層５を挟むように内側電極層４Ａ，４Ｂが一対設けられているような構成を採用することも可能になる。この場合も、内側電極層４Ａ，４Ｂの外縁に其々縁部絶縁層４Ｃ，４Ｄを配することにより、内側電極層４Ａ，４Ｂの絶縁性が十分に確保できるようになるとともに、センサ本体１の形状的な安定性が確保できるようになる。この例では、基準信号が外側電極層２Ａ，２Ｂに印加され、内側電極層４Ａ，４Ｂの其々から参照信号が検出される。

【0080】

このような構成を採用すると、内側絶縁層５の両側に其々独立したコンデンサＣＡ，ＣＢが形成され、内側絶縁層５が介在することで、一対の外側電極層２Ａ，２Ｂの何れか一方の面が凸となるようにセンサ本体１を湾曲させた場合に、内側絶縁層５が無い場合に比べて凸側に位置するコンデンサの容量と凹側に位置するコンデンサの容量の差が大きくなるため、感度の向上が見込めるようになる。

【0081】

また、図８（ａ）に示すように、内側絶縁層５は外側絶縁層３Ａ，３Ｂより厚肉に形成されていることが好ましい。

【0082】

一対の外側電極層２Ａ，２Ｂの何れか一方の面が凸となるようにセンサ本体１を湾曲させた場合に、厚肉に形成された内側絶縁層５を境にして凸状に湾曲する一方の外側電極層２Ａ側に配された外側絶縁層３Ａは湾曲頂部から周辺に向けてより大きな引っ張り力が作用して相対的に層厚が薄くなるように変形し、凹状に湾曲する他方の外側電極層２Ｂ側に配された外側絶縁層３Ｂは周辺から湾曲底部に向けてより大きな圧縮力が作用して相対的に層厚が厚くなるように変形する。その結果、凸側に位置するコンデンサの容量が凹側に位置するコンデンサの容量よりも大きくなり、感度が一層良くなる。

【0083】

また、内側絶縁層５は外側絶縁層３Ａ，３Ｂよりヤング率が大きな素材で構成されていることが好ましい。この場合、内側絶縁層５の厚さは外側絶縁層３Ａ，３Ｂと等しい厚さであってもよい。

【0084】

一対の外側電極層２Ａ，２Ｂの何れか一方の面が凸となるようにセンサ本体１を湾曲させた場合に、内側絶縁層５の変形が抑制され、内側絶縁層５を外側絶縁層３Ａ，３Ｂよりヤング率が大きな素材で構成することにより、当該積層型曲げセンサが湾曲変形したときに、内側絶縁層５の厚み方向の変形が抑制され、凸状に湾曲する一方の外側電極層２Ａ側に配された外側絶縁層３Ａでは湾曲頂部から周辺に向けて作用する引っ張り力がより大きくなり、凹状に湾曲する他方の外側電極層２Ｂ側に配された外側絶縁層３Ｂでは周辺から湾曲底部に向けて作用する圧縮力がより大きくなる。その結果、凸側に位置するコンデンサＣＡの容量と凹側に位置するコンデンサＣＢの容量の差がより大きくなって感度が一層良くなる。

【0085】

図８（ｂ）に示すように、内側絶縁層５が外側電極層２Ａ，２Ｂよりも幅方向両側に突出するように構成することが好ましく、センサ本体１を湾曲させた場合に外側電極層２Ａ，２Ｂ同士が電気的に接触するような異常な事態の発生を極力回避できるようになる。

【0086】

本発明のセンサ本体１は、上述した何れの態様であってもよく、何れの態様を組み合わせてもよい。また、上述したセンサ本体１は、平面視で帯状に構成された例を説明したが、帯状に限るものではなく平面視で任意の方形に形成し、或いは円形に形成されていてもよい。

【0087】

［センサ本体の素材］
上述したセンサ本体１を構成する外側電極層２Ａ，２Ｂ、外側絶縁層３Ａ，３Ｂ、内側電極層４，４Ａ，４Ｂ、内側絶縁層５は、何れも可撓性材料で構成されていればよく、伸縮性を備えていることがさらに好ましい。

【0088】

各電極層は各種の金属や導電性樹脂を用いて形成した薄膜、金属繊維或いは導電性繊維を用いて編成または織成した布帛などを用いることができる。

【0089】

各絶縁層はポリウレタンフィルム、ＰＥＴフィルム、２軸延伸ポリプロピレンフィルム（ＯＰＰ）などの樹脂フィルムを好適に用いることができる。また、絶縁糸を用いて編成または織成した布帛などを用いることも可能である。内側絶縁層５として織ゴムなどの伸縮性布帛を用いることも可能である。外側絶縁層３Ａ，３Ｂの層厚は数十μｍから数百μｍの範囲に調整するのが好ましい。

【0090】

また、外側電極層２Ａ，２Ｂと外側絶縁層３Ａ，３Ｂとの間、外側絶縁層３Ａ，３Ｂと内側電極層４、４Ａ，４Ｂとの間、及び、内側電極層４Ａ，４Ｂと内側絶縁層５との間は、其々接着剤を用いた接着層を介して接合されていることが好ましい。

【0091】

図９には、外側電極層２Ａ，２Ｂ及び内側電極層４，４Ａ，４Ｂとして選択することが可能な伸縮性の導電性布帛２０の組織図が例示されている。当該導電性布帛２０は、絶縁性の弾性糸ｙ１を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域に、複数のコースにわたって導電糸ｙ２が添え糸編み編成された帯状の平編地で構成されている。編地のコース方向が導電性布帛２０の伸縮方向となる。

【0092】

導電性布帛２０を、コース方向が長手方向に沿うように配された帯状の平編地で構成すれば、表面に大きな凹凸が形成されるリブ編地などと異なり、平坦な編地面となるため、外側絶縁層３Ａ，３Ｂまたは内側絶縁層５との間での十分な接着面積が確保されて強力な接着力が得られるようになる。そのため、接着部の剥離などに起因する経時的な感度の低下が抑制され、長期にわたり安定した特性が得られるようになる。

【0093】

例えば、導電糸ｙ２が添え糸編み編成された帯状の平編地の領域で内側電極層４Ａ，４Ｂを構成し、その外側に延在する絶縁性編地領域で縁部絶縁層４Ｃ，４Ｄを構成することができる（図７（ｂ）参照。）。

【0094】

例えば、絶縁糸ｙ１としてポリウレタン弾性糸が好適に用いられ、導電糸ｙ２として、ナイロンなどの樹脂繊維や綿糸などの天然繊維、或いは金属線などを芯として、この芯に湿式や乾式のコーティング、メッキ、真空成膜、その他の適宜被着法を用いて金属成分を被着させた金属被着線（メッキ線）を使用するのが好適に用いられる。芯には、モノフィラメントを採用することも可能ではあるが、モノフィラメントよりもマルチフィラメントや紡績糸のほうが好ましい。

【0095】

芯に被着させる金属成分には、例えばアルミ、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、錫、亜鉛、鉄、銀、金、白金、バナジウム、モリブデン、タングステン、コバルトなどの純金属やそれらの合金、ステンレス、真鍮などを使用することができる。本実施形態ではナイロンやポリエステルで構成されるマルチフィラメントに銀メッキした糸が用いられている。導電糸の繊度は３３ｄｔｅｘ～４００ｄｔｅｘが好ましい。特には７０ｄｔｅｘ～３００ｄｔｅｘが好ましい。導電糸２ｙとして芯糸に金属成分を被着させた金属メッキ糸を用いる例を説明したが、例えば、日本新素材株式会社製のシルベルンＺＡＧ（登録商標）などにように、天然繊維や合成繊維に銀イオンを付着させた銀イオン糸を用いることも可能である。

【0096】

また、導電糸とポリウレタン糸を添え糸編み編成し、編み立て後にヒートセット加工することによりポリウレタン糸が熱変形して銀メッキ糸の交編部に融着することにより解れ止め加工された編地を用いることができる。その場合、当該編地から所望の電極幅に対応した帯状領域を切り出せばよく、切断部から解れが生じることもない保形性が安定した導電性布帛２０が得られる。

【0097】

図１０には、外側電極層２Ａ，２Ｂ及び内側電極層４，４Ａ，４Ｂを構成する伸縮性の導電性布帛２０の組織図の他の例が示されている。導電性布帛２０は、絶縁性の弾性糸ｙ１を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域を挟んで、導電糸ｙ２を用いた帯状の導電性編地領域が複数コース編成された平編地で構成されている。図１０では、導電性編地領域が３コース編成された例を示しているが、導電性編地領域は十数コースから数十コース編成されることが好ましい。

【0098】

さらに、導電性編地領域の端部でコース方向に編成された導電糸ｙ２に絶縁糸ｙ１が添え糸編み編成され、絶縁糸ｙ１が交絡部で熱融着または熱合着されていることが好ましい。絶縁糸ｙ１として低融点ポリウレタン糸が好適に用いられ、ヒートセット処理により絶縁糸ｙ１が交絡部で熱融着または熱合着されることにより、隣接配置された帯状の導電性編地領域の両端側の絶縁性編地領域が切断された場合でも、絶縁糸ｙ１が交絡部で熱融着または熱合着されていれば、切断エッジで解れが生じることがない。その場合、帯状の導電性編地領域で構成される所望の電極幅に加えて、その両端側に添え糸編み編成された絶縁性編地領域を含めて幅広となるように切り出すことで、導電性編地領域の両端を絶縁性編地領域で保護できるようになる。

【0099】

なお、解れ止め機能を実現するための熱融着材料または熱合着材料としてポリウレタン弾性糸を好適に用いることができる。熱融着材料と熱合着材料との差異は、半溶融状態からの冷却により生じる結合力の強弱によって区別すればよく、結合力が強い（熱融着）ものは熱融着材料とし、これよりも結合力が弱い（合着）ものは熱合着材料とする。この区別は明確とは言えず曖昧模糊とした部分を含むが、要はヒートセットによって導電糸の交差部を含めて結合できる材料であればよい。

【0100】

具体的には、熱融着材料の代表例として、融点が９０℃～１８０℃の範囲の低融点のポリウレタン糸で２０ｄｔｅｘ～３００ｄｔｅｘの繊度のモノフィラメントまたはマルチフィラメントを用いることが好ましい。中でも４０ｄｔｅｘ～１５０ｄｔｅｘの繊度とするのが特に好ましい。絶縁糸としてポリウレタンを単独で用いてもよいし、「芯糸」にポリウレタンを用い「カバー」にナイロンやポリエステルを用いたカバリング糸などを採用することができる。このようなカバリング糸を採用することで、シート状ハーネス生地に撥水性、耐食・防食性、カラーリングなどの機能を付与させることができる。また触感（肌触り）の向上や伸びの制御にも有用である。なお、ポリウレタン弾性糸に代えて熱可塑性のエラストマー材料で構成される繊維糸を採用することも可能である。

【0101】

熱合着材料として、ポリウレタンウレア弾性繊維のような圧縮変形特性を備えた弾性糸を用いることが可能である。ヒートセット加工などの加熱によりポリウレタンウレア弾性繊維同士またはポリウレタンウレア弾性繊維と相手糸との接触点でポリウレタンウレア弾性繊維の圧縮変形が発生し、ポリウレタンウレア弾性繊維同士またはポリウレタンウレア弾性繊維への相手糸の固着が生じるため、編地からのポリウレタンウレア弾性繊維や相手糸が抜けにくくなり、カールやほつれが抑制された編地を得ることができる。

【0102】

このような地組織に対して、導電糸ｙ２の混用方法として、既に説明した添え糸編（プレーティング編）以外に、インレイ、引き揃え、フロート編、交編、又は複合糸の少なくとも一つから選択される形態を採用することができる。少なくとも、導電性編地領域の端部でコース方向に編成された導電糸２ｙに絶縁糸３ｙが添え糸編み編成されていればよく、導電性編地領域と絶縁性編地領域３とが交互に編成される編地であってもよい。

【0103】

外側絶縁層３Ａ，３Ｂ及び内側絶縁層５として、伸縮性を備えたエラストマシートを用いることができ、例えば融点が２００℃程度、厚さが８０μｍ程度の高融点ポリウレタンシートを好適に用いることができる。絶縁層５としてポリウレタンシートの両面にホットメルト接着剤層を形成し、導電性布帛２０を両側に重畳した状態で熱圧着することによりコンデンサＣＡ，ＣＢを構成することができる。ホットメルト接着剤層が接着層となる。

【0104】

ホットメルト接着剤として、例えば、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、ポリエステル系ホットメルト樹脂、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂、スチレン系エラストマー樹脂、湿気硬化型ウレタン系ホットメルト樹脂、反応型ホットメルト樹脂などが挙げられる。中でも反応型ホットメルト樹脂は、接着強度が高く、しかも短時間での接着が可能な点で特に好ましい。

【0105】

外側電極層２Ａ，２Ｂとして導電性布帛２０である平編地を採用する場合、表裏何れの面が外側絶縁層３Ａ，３Ｂと接合される構成であってもよいが、ループが表出した裏面が外側絶縁層３Ａ，３Ｂに対向するように絶縁層と接合されることが好ましい。

【0106】

図１１（ａ）には、図９で説明した平編地の表面、つまり、シンカーループ及びニードルループ双方のループの表出面とは反対の面の収縮状態（左図）と伸長状態（右図）の写真画像が示され、図１１（ｂ）には、上述した平編地の裏面、つまり、シンカーループ及びニードルループ双方のループの表出面の収縮状態（左図）と伸長状態（右図）の写真画像が示されている。

【0107】

平編地の表面ではウエール方向に連なる糸に遊びが無く、伸長時にウエール方向に沿って部分的に凹状の空隙が形成される。この空隙が接着層に対して剥離力として作用し、多数回の深救を繰り返すうちに、接着力が低下することになる。

【0108】

平編地で構成される導電性布帛のシンカーループ及びニードルループの双方のループが表出した裏面は、糸に十分な遊びが有り、伸長時及び収縮時の何れであっても表面に比べて平坦度合いが高く、しかも伸縮方向に沿って其々のループが直線状に配列されるため、当該裏面が絶縁層に接合されることでより強固な接着力が得られる。

【0109】

また、添え糸編み編成される場合に、弾性糸ｙ１としてポリウレタン糸を用いた地組織に導電糸を添え糸編み編成する場合に、ループが表出した裏面側に主にポリウレタン糸が露出するため、ポリウレタン系などホットメルト接着剤との相性がよく、強固に接着できる点でも好ましい。

【0110】

［機械電気変換装置の構成］
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）には、上述した積層型曲げセンサ１００を組み込んだ機械電気変換装置２００が例示されている。機械電気変換装置２００は積層型曲げセンサ１００と、積層型曲げセンサ１００を支持し姿勢計測対象部に取付ける取付け部材８０とを備えている。姿勢計測対象部として人体の手足の関節部、背骨の屈曲姿勢、腰部の屈曲姿勢などが想定される。

【0111】

積層型曲げセンサ１００は、姿勢保持部材６が重畳配置された領域を介して取付け部材８０に縫着により取り付けられている。姿勢保持部材６は取付け部材８０と接触する側に配されていてもよいし、その反対側に配されていてもよい。なお、姿勢保持部材６の全域を取付け部材８０と重畳させる必要はなく、正常な湾曲領域以外の部位で異常な屈曲や湾曲が生じなければ、姿勢保持部材６の一部が取付け部材８０と重畳しているだけでもよい。

【0112】

図１２（ａ）の例では、取付け部材８０は姿勢計測対象部を挟んで両側から巻き付けるように取り付けるバックルタイプのベルトで構成されている。取付け部材８０としてベルトの一端側に縫着されたパイル部８０ａとベルトの他端側に縫着されたフック部８０ｂで構成される面ファスナーを用いている。ベルトとして織ゴムなどを用いた伸縮性ベルトを用いることが好ましい。

【0113】

例えば人体の関節部など曲げ検出対象となる姿勢計測対象部に、取付け部材８０を介して積層型曲げセンサ１００が取付けられる。そして関節部の曲げ伸ばし運動に伴って積層型曲げセンサ１００が湾曲または湾曲から復帰することによりその状態が把握できる。

【0114】

図１２（ｂ）には、機械電気変換装置２００が伸長状態の膝関節部に取り付けられ、積層型曲げセンサ１００の基材８が収縮状態となった様子が示され、図１２（ｃ）には、膝関節部が屈曲変形し、基材８が伸長状態となるとともに屈曲した状態が示されている。この例では、積層型曲げセンサ１００の長手方向にそう２ケ所に位置規制部材１Ｆが設けられている。

【0115】

図１３（ａ）から（ｄ）には、背中の曲がり姿勢を検知するための機械電気変換装置２００が示されている。着用者の背面側で背骨に沿って積層型曲げセンサ１００が位置するように取り付ける取付け部材８０が構成されている。

【0116】

取付け部材８０は、一端が積層型曲げセンサ１００の上端部に固定され、他端が積層型曲げセンサ１００の下端側に固定された一対のベルト８１，８２と、一端が積層型曲げセンサ１００の下端部に固定され、他端がズボンの胴部に固定するバックル８４を備えた胴部固定ベルト８３で構成されている。

【0117】

着用者が前屈み姿勢となった場合でも積層型曲げセンサ１００が上方にずれ上がることが無いように、ベルト８１，８２は着用者の左右の肩部から胸部に向けて積層型曲げセンサ１００を牽引し、脇部を通って積層型曲げセンサ１００の下端側に連結されている。左右のベルト８１，８２が胸部で交差するように配されていてもよい。そして、胴部固定ベルト８３によって積層型曲げセンサ１００の下端が下方に牽引される。積層型曲げセンサ１００の上端に設けられた箱体９０は、図５（ｃ）で説明した信号処理回路１０である。

【産業上の利用可能性】

【0118】

本発明による積層型曲げセンサが組み込まれた機械電気変換装置は、人の身体の動きをモニタするウェアラブルデバイスとして広く活用される。

【符号の説明】

【0119】

１：センサ本体
１Ｍ：中間部
１Ｆ：位置規制部材
２Ａ，２Ｂ：外側電極層
３Ａ，３Ｂ：外側絶縁層
４，４Ａ，４Ｂ：内側電極層
５：内側絶縁層
６：姿勢保持部材
８：基材
９：伸長規制部材
１０：信号処理回路
８０：取付け部材
１００：積層型曲げセンサ
２００：機械電気変換装置

【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】