知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2024-05-29
(45)【発行日】2024-06-06
(54)【発明の名称】傾斜センサ及びウェアラブルセンサ
(51)【国際特許分類】
H01H 29/22 20060101AFI20240530BHJP
H01H 35/02 20060101ALI20240530BHJP
【ＦＩ】
H01H29/22 E
H01H35/02 D
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020128485
(22)【出願日】2020-07-29
(65)【公開番号】P2021176139
(43)【公開日】2021-11-04
【審査請求日】2023-02-20
(31)【優先権主張番号】P 2020078347
(32)【優先日】2020-04-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和１年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（さきがけ）、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】519135633
【氏名又は名称】公立大学法人大阪
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100065248
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100159385
【弁理士】
【氏名又は名称】甲斐 伸二
(74)【代理人】
【識別番号】100163407
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 裕輔
(74)【代理人】
【識別番号】100166936
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100174883
【弁理士】
【氏名又は名称】冨田 雅己
(72)【発明者】
【氏名】竹井 邦晴
(72)【発明者】
【氏名】徐 凱臣
【審査官】荒木 崇志
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１０３２９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－１６７２１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１２６１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１８４０１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１１－５０１９９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２７７３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１９１０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０６３３９２５５（ＣＮ，Ｕ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８６８９３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００６－０１２６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０９９５２１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｈ ２９／００ － ２９／３２
Ｈ０１Ｈ ３５／０２ － ３５／４２
Ａ４１Ｄ １３／００ － １３／０２
Ａ４１Ｄ ２０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１凹部を有する第１基材と、第１凹部中に配置された導電性液体と、第１検出端子と、第２検出端子と、第３検出端子と、第４検出端子と、制御部とを備え、前記導電性液体は、第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられ、
第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置され、
第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられ、
前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられ、
第１基材は、フレキシブル基板に接着されており、
第１、第２、第３及び第４検出端子並びに第１凹部の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項2】
前記導電性液体は、液体金属である請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項3】
第１検出端子は、第１検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第１検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第１検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられ、第２検出端子は、第２検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第２検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第２検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第３検出端子は、第３検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第３検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第３検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第４検出端子は、第４検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第４検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第４検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられた請求項１又は２に記載の傾斜センサ。
【請求項4】
共通端子をさらに備え、第１検出端子は、前記導電性液体が第１検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第１検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第２検出端子は、前記導電性液体が第２検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第２検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第３検出端子は、前記導電性液体が第３検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第３検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第４検出端子は、前記導電性液体が第４検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第４検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられた請求項１又は２に記載の傾斜センサ。
【請求項5】
第１、第２、第３及び第４検出端子は、それぞれ第１グラフェン層である請求項１～４のいずれか１つに記載の傾斜センサ。
【請求項6】
第２凹部を有する第２基材をさらに備え、第１及び第２基材は、第１凹部と第２凹部が向かい合いチャンバを形成するように設けられた請求項１～５のいずれか１つに記載の傾斜センサ。
【請求項7】
第５検出端子と、第６検出端子と、第７検出端子と、第８検出端子とをさらに備え、第５、第６、第７及び第８検出端子は、第２凹部の底を取り囲むように第２凹部の内側面上に配置され、
第５、第６、第７又は第８検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられ、
前記制御部は、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられた請求項６に記載の傾斜センサ。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか１つに記載の傾斜センサと、第１基材を搭載する前記フレキシブル基板とを備えたウェアラブルセンサであって、前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢を検出するように設けられたウェアラブルセンサ。
【請求項9】
前記フレキシブル基板に搭載された歪みセンサをさらに備え、前記歪みセンサは、伸縮性基材と、前記伸縮性基材上に設けられた第２グラフェン層とを含み、
前記伸縮性基材は、前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸に伴う腹部の動きに応じて第２グラフェン層と共に伸縮するように設けられ、
前記制御部は、第２グラフェン層の導電性の変化に基づき前記呼吸を検出するように設けられた請求項８に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項10】
前記フレキシブル基板に搭載された湿度センサをさらに備え、前記湿度センサは、感湿層を含み、
前記感湿層は、チオスピネル化合物を含み、
前記チオスピネル化合物の構成元素は、亜鉛、インジウム、硫黄を含み、
前記制御部は、前記感湿層の導電性の変化に基づき前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の排尿、排便又は発汗を検出するように設けられた請求項８又は９に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項11】
前記湿度センサは、前記感湿層を覆う防水通気フィルタを備える請求項１０に記載のウェアラブルセンサ。
【請求項12】
前記制御部は、前記フレキシブル基板上の配線に接続する測定部と、前記測定部により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部と、前記無線通信部と無線接続できるように設けられた情報機器とを含む請求項８～１１のいずれか１つに記載のウェアラブルセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、傾斜センサ及びウェアラブルセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
傾きセンサとして、ＭＥＭＳ型、静電容量型、導電球型、錘型などが知られている（例えば、特許文献１参照）。このうちＭＥＭＳ型の傾きセンサの実用化が進んでいる。
また、フレキシブル基板上にセンサを形成したフレキシブルデバイスが知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなフレキシブルデバイスを衣類などに取り付けることにより、人の動きなどをモニタリングすることができる。
また、フレキシブル基板上にセンサを形成したフレキシブルデバイスが知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなフレキシブルデバイスを衣類などに取り付けることにより、人の動きなどをモニタリングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００９－９９５２１号公報
【文献】特開２０１８－１０５７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の傾きセンサをフレキシブルデバイスに実装しようとすると、半田付けが必要となりフレキシブル基板に高い耐熱性が要求される。このため、製造コストが高くなる。また、従来の傾きセンサは硬いため、着心地をよくするために緩衝材が必要となり、フレキシブルデバイスが大きくなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フレキシブルデバイスに適した傾斜センサを提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フレキシブルデバイスに適した傾斜センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、第１凹部を有する第１基材と、第１凹部中に配置された導電性液体と、第１検出端子と、第２検出端子と、第３検出端子と、第４検出端子と、制御部とを備え、前記導電性液体は、第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられ、第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置され、第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられ、前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾きを検出するように設けられたことを特徴とする傾斜センサを提供する。
【発明の効果】
【0006】
第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置される。また、導電性液体は、第１凹部中において第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられる。このため、第１基材が傾くと、導電性液体は第１、第２、第３及び第４検出端子に接触したり接触しなかったりする。導電性液体は定まった形状を有さないため、第１、第２、第３及び第４検出端子の形状に合わせて変形することができる。このため、第１、第２、第３又は第４検出端子と、導電性液体との接触面積を広くすることができ、接触抵抗を小さくすることができる。このため、傾斜センサの小型化や高感度化が可能になる。また、導電性液体は柔らかいため、第１、第２、第３又は第４検出端子が摩耗することを抑制することができ、傾斜センサを長寿命化すること、第１、第２、第３又は第４検出端子の厚さを薄くすることなどが可能になる。
第１、第２、第３又は第４検出端子は、導電性を有する導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。このため、制御部を用いて第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき対象物に装着されている第１基材の傾斜方向を高精度で検出することができる。
第１、第２、第３又は第４検出端子は、導電性を有する導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。このため、制御部を用いて第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき対象物に装着されている第１基材の傾斜方向を高精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態の傾斜センサの概略断面図である。
【図4】傾斜させた傾斜センサの概略断面図である。
【図5】傾斜させた傾斜センサの概略断面図である。
【図6】上下逆さまにした傾斜センサの概略断面図である。
【図7】本発明の一実施形態の傾斜センサの概略断面図である。
【図9】本発明の一実施形態の傾斜センサの概略断面図である。
【図10】本発明の一実施形態のウェアラブルセンサの概略平面図である。
【図11】ウェアラブルセンサが取り付けられているおむつの概略斜視図である。
【図13】ウェアラブルセンサに含まれる湿度センサの概略平面図である。
【図15】傾斜センサ作製実験１で作製した傾斜センサの写真である。
【図16】（ａ）～（ｃ）は傾斜センサ作製実験１で作製した傾斜センサの写真である。
【図17】（ａ）は通電状態検出実験で作製した素子の写真であり、（ｂ）は通電状態検出実験の説明図である。
【図18】通電状態検出実験の測定結果を示すグラフである。
【図19】傾斜センサ作製実験２の測定結果を示すグラフである。
【図20】作製した湿度センサの写真である。
【図21】感湿層の抵抗変化率の変化を示すグラフである。
【図22】（ａ）はおむつに装着したウェアラブルセンサの写真であり、（ｂ）は測定部（無線通信部）の写真であり、（ｃ）はウェアラブルセンサの制御画面を表示したスマートフォンの写真である。
【図23】ウェアラブルセンサを装着した人形の姿勢を変化させたときの傾斜センサの通電状態・非通電状態を表示するスマートフォン画面の写真である。
【図24】ウェアラブルセンサを装着した成人男性が姿勢を変えたときの歪みセンサ、湿度センサ及び傾斜センサの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の傾斜センサは、第１凹部を有する第１基材と、第１凹部中に配置された導電性液体と、第１検出端子と、第２検出端子と、第３検出端子と、第４検出端子と、制御部とを備える。前記導電性液体は、第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられる。第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置される。第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられる。
【0009】
前記導電性液体は、液体金属であることが好ましい。
第１、第２、第３、第４検出端子は、それぞれ第１、第２、第３、第４検出端子対に含まれることが好ましい。また、各検出端子対は、前記導電性液体がその検出端子対に接触していると通電状態となり、前記導電性液体がその検出端子対に接触していないと非通電状態となる。このことにより、対象物に装着されている傾斜センサの傾斜方向を高精度で検出することができる。
本発明の傾斜センサは共通端子を備えることが好ましい。第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体がその検出端子及び共通端子に接触していると通電状態となり、かつ、前記導電性液体がその検出端子及び共通端子に接触していないと非通電状態となる。共通端子を設けることにより、傾斜センサの製造コストを低減することができる。
第１、第２、第３及び第４検出端子は、それぞれグラフェン層であることが好ましい。
第１、第２、第３、第４検出端子は、それぞれ第１、第２、第３、第４検出端子対に含まれることが好ましい。また、各検出端子対は、前記導電性液体がその検出端子対に接触していると通電状態となり、前記導電性液体がその検出端子対に接触していないと非通電状態となる。このことにより、対象物に装着されている傾斜センサの傾斜方向を高精度で検出することができる。
本発明の傾斜センサは共通端子を備えることが好ましい。第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体がその検出端子及び共通端子に接触していると通電状態となり、かつ、前記導電性液体がその検出端子及び共通端子に接触していないと非通電状態となる。共通端子を設けることにより、傾斜センサの製造コストを低減することができる。
第１、第２、第３及び第４検出端子は、それぞれグラフェン層であることが好ましい。
【0010】
第１、第２、第３及び第４検出端子並びに第１凹部の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。このことにより、導電性液体に対する濡れ性を悪くすることができ、第１凹部中において導電性液体が分割されたり引き伸ばされたりすることを抑制することができる。
本発明の傾斜センサは第２凹部を有する第２基材を備えることが好ましい。第１及び第２基材は、第１凹部と第２凹部が向かい合いチャンバを形成するように設けられる。このことにより、対象物に装着されている傾斜センサが上下逆さまになった場合でもこのことを検出することができる。
本発明の傾斜センサは第２凹部を有する第２基材を備えることが好ましい。第１及び第２基材は、第１凹部と第２凹部が向かい合いチャンバを形成するように設けられる。このことにより、対象物に装着されている傾斜センサが上下逆さまになった場合でもこのことを検出することができる。
【0011】
本発明の傾斜センサは、第５検出端子と、第６検出端子と、第７検出端子と、第８検出端子とを備えることが好ましい。第５、第６、第７及び第８検出端子は、第２凹部の底を取り囲むように第２凹部の内側面上に配置される。第５、第６、第７又は第８検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。また、前記制御部は、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられる。このような構成の傾斜センサにより、傾斜センサが上下逆さまになった場合でも、対象物に装着されている傾斜センサが水平であること、傾斜していること、及び傾斜方向を検出することが可能になる。
【0012】
本発明は、本発明の傾斜センサと、第１基材を搭載するフレキシブル基板とを備えたウェアラブルセンサも提供する。また、前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢を検出するように設けられる。本発明のウェアラブルセンサを用いると、人又は動物の体勢をモニタリングすることが可能になる。
本発明のウェアラブルセンサはフレキシブル基板に搭載された歪みセンサを備えることが好ましい。前記歪みセンサは、伸縮性基材と、伸縮性基材上に設けられた第２グラフェン層とを含み、伸縮性基材は、ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸に伴う腹部の動きに応じて第２グラフェン層と共に伸縮するように設けられ、前記制御部は、第２グラフェン層の導電性の変化に基づき前記呼吸を検出するように設けられる。このことによりウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸をモニタリングすることが可能になる。
本発明のウェアラブルセンサはフレキシブル基板に搭載された歪みセンサを備えることが好ましい。前記歪みセンサは、伸縮性基材と、伸縮性基材上に設けられた第２グラフェン層とを含み、伸縮性基材は、ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸に伴う腹部の動きに応じて第２グラフェン層と共に伸縮するように設けられ、前記制御部は、第２グラフェン層の導電性の変化に基づき前記呼吸を検出するように設けられる。このことによりウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸をモニタリングすることが可能になる。
【0013】
本発明のウェアラブルセンサはフレキシブル基板に搭載された湿度センサを備えることが好ましい。前記湿度センサは感湿層を含み、感湿層はチオスピネル化合物を含み、前記チオスピネル化合物の構成元素は、亜鉛、インジウム、硫黄を含み、前記制御部は、感湿層の導電性の変化に基づきウェアラブルセンサを装着した人又は動物の排尿、排便又は発汗を検出するように設けられる。このことによりウェアラブルセンサを装着した人又は動物の排尿、排便又は発汗をモニタリングすることが可能になる。
前記湿度センサは、感湿層を覆う防水通気フィルタを備えることが好ましい。このことにより、尿などが感湿層に侵入し感湿層の電気抵抗変化に影響を与えることを抑制することができる。
前記制御部は、フレキシブル基板上の配線に接続する測定部と、測定部により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部と、無線通信部と無線接続できるように設けられた情報機器とを含むことが好ましい。このことにより、ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢、呼吸、排尿などを遠隔でモニタリングすることが可能になる。
前記湿度センサは、感湿層を覆う防水通気フィルタを備えることが好ましい。このことにより、尿などが感湿層に侵入し感湿層の電気抵抗変化に影響を与えることを抑制することができる。
前記制御部は、フレキシブル基板上の配線に接続する測定部と、測定部により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部と、無線通信部と無線接続できるように設けられた情報機器とを含むことが好ましい。このことにより、ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢、呼吸、排尿などを遠隔でモニタリングすることが可能になる。
【0014】
以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【0015】
第１実施形態
図１は本実施形態の傾斜センサの概略断面図であり、図２は本実施形態の傾斜センサに含まれる第１基材の概略平面図であり、図３は本実施形態の傾斜センサに含まれるフレキシブル基板の概略平面図である。図１は、図２、３の破線Ａ－Ａにおける断面図である。また、図１０は、本実施形態の傾斜センサを含むウェアラブルセンサの概略平面図である。
本実施形態の傾斜センサ４０は、第１凹部５を有する第１基材２と、第１凹部５中に配置された導電性液体６と、第１検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第２検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第３検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第４検出端子４（４ａ～４ｐ）と、制御部７を備え、導電性液体６は、第１基材２の傾きに応じて導電性液体６が移動するように設けられ、第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）は、第１凹部５の底２４を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置され、第１、第２、第３又は第４検出端子４（４ａ～４ｐ）は、導電性液体６と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、導電性液体６と接触していないと非通電状態となるように設けられ、制御部７は、第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられたことを特徴とする。
また、傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４を有してもよい。
図１は本実施形態の傾斜センサの概略断面図であり、図２は本実施形態の傾斜センサに含まれる第１基材の概略平面図であり、図３は本実施形態の傾斜センサに含まれるフレキシブル基板の概略平面図である。図１は、図２、３の破線Ａ－Ａにおける断面図である。また、図１０は、本実施形態の傾斜センサを含むウェアラブルセンサの概略平面図である。
本実施形態の傾斜センサ４０は、第１凹部５を有する第１基材２と、第１凹部５中に配置された導電性液体６と、第１検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第２検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第３検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第４検出端子４（４ａ～４ｐ）と、制御部７を備え、導電性液体６は、第１基材２の傾きに応じて導電性液体６が移動するように設けられ、第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）は、第１凹部５の底２４を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置され、第１、第２、第３又は第４検出端子４（４ａ～４ｐ）は、導電性液体６と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、導電性液体６と接触していないと非通電状態となるように設けられ、制御部７は、第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられたことを特徴とする。
また、傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４を有してもよい。
【0016】
傾斜センサ４０は、傾き及び傾き方向を検出するように設けられたセンサである。傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４にセンサ素子１６が搭載された構成を有することができる。例えば、衣類、人体、ペットなど（対象物）が傾斜センサ４０を装着することができる。
第１基材２は、センサ素子１６の基材であり、第１凹部５を有する。第１基材２の材料は、センサ素子１６の基材となりうる材料であれば特に限定されないが、エラストマー材料とすることができる。エラストマー材料は、例えば、シリコーンゴム（ＰＤＭＳなど）、フッ素ゴム、ウレタンゴム、加硫ゴム（天然ゴム、合成ゴム）などの熱硬化性エラストマーである。このことにより、センサ素子１６が柔軟性を有することができ、傾斜センサ４０を衣類に装着した場合や、傾斜センサ４０を人体やペットなどに装着した場合でも、不快感を生じさせることを抑制することができる。また、第１基材２の材料を熱硬化性エラストマーとすることにより、凹部の表面にレーザーを照射し第１凹部５の表面などに微細凹凸構造を形成することが可能になる。このような微細凹凸構造を形成することにより、導電性液体６に対する第１凹部５などの表面の濡れ性を悪くすることができる。
また、第１基材２の材料は、絶縁性材料とすることができる。
第１基材２は、センサ素子１６の基材であり、第１凹部５を有する。第１基材２の材料は、センサ素子１６の基材となりうる材料であれば特に限定されないが、エラストマー材料とすることができる。エラストマー材料は、例えば、シリコーンゴム（ＰＤＭＳなど）、フッ素ゴム、ウレタンゴム、加硫ゴム（天然ゴム、合成ゴム）などの熱硬化性エラストマーである。このことにより、センサ素子１６が柔軟性を有することができ、傾斜センサ４０を衣類に装着した場合や、傾斜センサ４０を人体やペットなどに装着した場合でも、不快感を生じさせることを抑制することができる。また、第１基材２の材料を熱硬化性エラストマーとすることにより、凹部の表面にレーザーを照射し第１凹部５の表面などに微細凹凸構造を形成することが可能になる。このような微細凹凸構造を形成することにより、導電性液体６に対する第１凹部５などの表面の濡れ性を悪くすることができる。
また、第１基材２の材料は、絶縁性材料とすることができる。
【0017】
第１凹部５は、第１基材２の上面に設けられた凹部である。第１凹部５は、例えば、底２４を有するテーパ穴とすることができる。また、第１凹部５の開口部は円形とすることができる。また、第１凹部５は、底２４を取り囲む内側面２５を有することができる。内側面２５は、第１基材２の上面に垂直な方向に対する角度が３０度以上６０度以下である傾斜面とすることができる。内側面２５は、平面であってもよく曲面であってもよい。また、第１凹部５の開口部の大きさは、例えば、底２４の大きさの１．２倍以上６倍以下とすることができる。また、底２４の形状は、円形とすることができ、第１凹部５の開口部の相似形とすることができる。
【0018】
第１凹部５は、導電性液体６を移動可能な状態で閉じ込めるチャンバ２２の一部となる。チャンバ２２は、第１凹部５の上部をフレキシブル基板１４などの樹脂膜で覆うことにより形成してもよい。また、チャンバ２２は、図１に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２の上部に第２凹部１２を有する第２基材１１を配置し第１凹部５と第２凹部１２とを向かい合わせることにより形成してもよい。第２基材１１の材料は、エラストマー材料とすることができる。上述の第１基材２についての説明は、矛盾がない限り第２基材１１についても当てはまる。また、上述の第１凹部５についての説明は、矛盾がない限り第２凹部１２についても当てはまる。
第２基材１１は、第１基材２に直接接着されていてもよく、第１基材２に接着されたフレキシブル基板１４に接着されていてもよい。
第２基材１１は、第１基材２に直接接着されていてもよく、第１基材２に接着されたフレキシブル基板１４に接着されていてもよい。
【0019】
傾斜センサ４０は、少なくとも４つの検出端子４（４ａ～４ｐ）を有する。これらの検出端子４は、第１凹部５の底２４を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置される。また、検出端子４は、その端部が底２４側に位置し、端部から伸びる素子配線３が第１凹部５の外側に伸びるように設けることができる。また、検出端子４から伸びる素子配線３は、第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）に接続することができる。２つの検出端子４が検出端子対８（８ａ～８ｈ）を構成する。
【0020】
検出端子４、素子配線３及び素子端子１５は、導電体層であり、例えば、グラフェン層、金属層などである。検出端子４、素子配線３及び素子端子１５の形成方法は、例えば、印刷法、転写法、蒸着などである。検出端子４、素子配線３及び素子端子１５がグラフェン層である場合、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材２上に転写することにより検出端子４、素子配線３及び素子端子１５を形成することができる。このことにより、第１凹部５の内側面２５に適切な厚さの検出端子４を形成することができる。
【0021】
検出端子対８（８ａ～８ｈ）は、２つの検出端子４から構成され、２つの検出端子４は、所定の間隔を開けて配置されている。このため、検出端子対８を構成する２つの検出端子４に導電性液体６が接触していない場合、２つの検出端子４は電気的に分離され、その検出端子対８は通電状態とはならない（非通電状態となる）。また、検出端子対８に導電性液体６が接触すると２つの検出端子４が電気的に接続され、その検出端子対８は通電状態となる。
例えば、傾斜センサ４０が４つの検出端子対８を有する場合、４つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が約９０度となるように第１凹部５の底２４を取り囲む。例えば、傾斜センサ４０が８つの検出端子対８を有する場合、８つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が約４５度となるように第１凹部５の底２４を取り囲む。このように傾斜センサ４０が多くの検出端子対８を有することにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。
例えば、傾斜センサ４０が４つの検出端子対８を有する場合、４つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が約９０度となるように第１凹部５の底２４を取り囲む。例えば、傾斜センサ４０が８つの検出端子対８を有する場合、８つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が約４５度となるように第１凹部５の底２４を取り囲む。このように傾斜センサ４０が多くの検出端子対８を有することにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。
【0022】
図１に示した傾斜センサ４０は、図２に示したように、８個の検出端子対８（８ａ～８ｈ）及び１６個の検出端子４（４ａ～４ｐ）を有する。具体的には、傾斜センサ４０は、検出端子４ａ、４ｂからなる検出端子対８ａ、検出端子４ｃ、４ｄからなる検出端子対８ｂ、検出端子４ｅ、４ｆからなる検出端子対８ｃ、検出端子４ｇ、４ｈからなる検出端子対８ｄ、検出端子４ｊ、４ｉからなる検出端子対８ｅ、検出端子４ｌ、４ｋからなる検出端子対８ｆ、検出端子４ｍ、４ｎからなる検出端子対８ｇ、検出端子４ｏ、４ｐからなる検出端子対８ｈを有する。また、隣接する２つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が４５度となっている。また、検出端子４ａ～４ｐのぞれぞれは、素子端子１５ａ～１５ｌのいずれかに接続している。
【0023】
検出端子対８に含まれる２つの検出端子４のうち一方は、素子端子１５を介してグラウンドに接続することができる。このことにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。また、グラウンドに接続する複数の検出端子４は、同じ素子端子１５に接続することができる。
【0024】
チャンバ２２の底面、側面、天井面（図１に示した傾斜センサ４０では、第１凹部５の底２４、内側面２５、第２凹部１２の底２６、内側面２７、検出端子４ａ～４ｐの表面）は、導電性液体６に対し濡れがわるい（はじきがよい）面とすることができる。このことにより、傾斜センサ４０が傾斜した場合にチャンバ２２中において導電性液体６が速やかに移動することができる。また、チャンバ２２中において導電性液体６が分割されたり引き伸ばされたりすることを抑制することができる。チャンバ２２の底面、側面又は天井面と導電性液体６との接触角は、例えば９０度以上１７０度以下とすることができる。
チャンバ２２の底面、側面、天井面の導電性液体６に対する濡れ性を悪くする方法としては、チャンバ２２の底面、側面、天井面に濡れ性の悪い材料を用いること、チャンバ２２の底面、側面、天井面をスプレーコーティングすること、チャンバ２２の底面、側面、天井面に微細凹凸構造を形成することなどが挙げられる。
微細凹凸構造を形成する方法としては、例えば、検出端子４ａ～４ｐを形成した後に、第１凹部５の底２４及び内側面２５にレーザー走査加工を施し、また、第２凹部１２の底２６及び内側面２７にレーザー走査加工を施す方法が挙げられる。
チャンバ２２の底面、側面、天井面に微細凹凸構造を形成した場合、チャンバ２２の底面、側面、天井面の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
チャンバ２２の底面、側面、天井面の導電性液体６に対する濡れ性を悪くする方法としては、チャンバ２２の底面、側面、天井面に濡れ性の悪い材料を用いること、チャンバ２２の底面、側面、天井面をスプレーコーティングすること、チャンバ２２の底面、側面、天井面に微細凹凸構造を形成することなどが挙げられる。
微細凹凸構造を形成する方法としては、例えば、検出端子４ａ～４ｐを形成した後に、第１凹部５の底２４及び内側面２５にレーザー走査加工を施し、また、第２凹部１２の底２６及び内側面２７にレーザー走査加工を施す方法が挙げられる。
チャンバ２２の底面、側面、天井面に微細凹凸構造を形成した場合、チャンバ２２の底面、側面、天井面の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【0025】
フレキシブル基板１４は、センサ素子１６を搭載する基板である。フレキシブル基板１４の材料は、例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチックである。フレキシブル基板１４は、第１凹部５の開口を覆い、導電性液体６を収容するチャンバ２２の天井となってもよい。また、第１基材２の第１凹部５と第２基材１１の第２凹部１２を向かい合わせてチャンバ２２を形成する場合、フレキシブル基板１４は、第１基材２と第２基材１１の間に位置することができ、第１凹部５及び第２凹部１２と重なる部分に開口を有することができる。また、フレキシブル基板１４が第２基材１１よりも大きい開口を有し、この開口において第１基材２と第２基材１１とを接着してもよい。
フレキシブル基板１４は、ウェアラブルセンサ６０の基板であってもよい。この場合、フレキシブル基板１４は、後述する歪みセンサ４５又は湿度センサ５５を搭載することができる。
フレキシブル基板１４は、ウェアラブルセンサ６０の基板であってもよい。この場合、フレキシブル基板１４は、後述する歪みセンサ４５又は湿度センサ５５を搭載することができる。
【0026】
フレキシブル基板１４上には、複数の基板端子１８（１８ａ～１８ｌ）と基板端子１８と接続端子２１とを接続する基板配線２３を設けることができる。複数の基板端子１８及び基板配線２３は、例えば、金属層、グラフェン層などである。
基板端子１８は、素子端子１５、歪みセンサ端子、湿度センサ端子などと接続するための端子である。フレキシブル基板１４は、各素子端子１５ａ～１５ｌと各基板端子１８ａ～１８ｌが重なるように第１基材２上に配置される。基板端子１８は、接触接続、導電性ペースト、導電ゴムなどにより素子端子１５に電気的に接続される。
図１～図３では、基板端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌがそれぞれ素子端子１５ａ、１５ｌ、１５ｋ、１５ｊ、１５ｉ、１５ｈ、１５ｇ、１５ｆ、１５ｅ、１５ｄ、１５ｃ、１５ｂに接続する。
基板端子１８は、素子端子１５、歪みセンサ端子、湿度センサ端子などと接続するための端子である。フレキシブル基板１４は、各素子端子１５ａ～１５ｌと各基板端子１８ａ～１８ｌが重なるように第１基材２上に配置される。基板端子１８は、接触接続、導電性ペースト、導電ゴムなどにより素子端子１５に電気的に接続される。
図１～図３では、基板端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌがそれぞれ素子端子１５ａ、１５ｌ、１５ｋ、１５ｊ、１５ｉ、１５ｈ、１５ｇ、１５ｆ、１５ｅ、１５ｄ、１５ｃ、１５ｂに接続する。
【0027】
接続端子２１は、基板配線２３と制御部７とを接続するための端子である。
制御部７は、傾斜センサ４０を制御する部分である。また、制御部７は後述するウェアラブルセンサ６０を制御する部分であってもよい。この場合、制御部７は、歪みセンサ４５又は湿度センサ５５を制御するように設けることができる。
制御部７は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部７は、検出端子対８に含まれる２つの検出端子４の間の通電状態又は非通電状態を検出するための電気回路又は電子回路を含むことができる。電気回路又は電子回路は、例えば、抵抗分圧回路、電圧計測回路などである。また、制御部７は、電池又は電源回路を含むことができる。また、制御部７は、スマートフォン、コンピュータなどの情報機器５７で動作するように設けられたソフトフェアを含んでもよい。
制御部７は、傾斜センサ４０を制御する部分である。また、制御部７は後述するウェアラブルセンサ６０を制御する部分であってもよい。この場合、制御部７は、歪みセンサ４５又は湿度センサ５５を制御するように設けることができる。
制御部７は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部７は、検出端子対８に含まれる２つの検出端子４の間の通電状態又は非通電状態を検出するための電気回路又は電子回路を含むことができる。電気回路又は電子回路は、例えば、抵抗分圧回路、電圧計測回路などである。また、制御部７は、電池又は電源回路を含むことができる。また、制御部７は、スマートフォン、コンピュータなどの情報機器５７で動作するように設けられたソフトフェアを含んでもよい。
【0028】
制御部７は、フレキシブル基板１４上の基板配線２３に接続する測定部５６と、測定部５６により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部５２と、無線通信部５２と無線接続できるように設けられた情報機器５７とを含んでもよい。また、測定部５６と情報機器５７は、有線通信できるように設けられてもよい。情報機器５７は、例えば、スマートフォン５８、コンピュータ、スマートウォッチ、モバイル端末などである。
【0029】
導電性液体６は、導電性を有する液体（溶液や懸濁液も含む）であり、例えば、導電率が１Ｓ／ｍ以上の液体又は懸濁液である。導電性液体６は、例えば、液体金属、イオン液体などである。導電性液体６は、傾斜センサ４０の傾きに応じて移動できるようにチャンバ２２内に収容される。液体金属は、常温で液体の金属である。液体金属は、例えば、インジウム－ガリウム－スズ合金（InGaSn）、インジウム－ガリウム合金（InGa）、水銀などである。
第１基材２が水平である場合、導電性液体６は、図１に示した傾斜センサ４０のように、すべての検出端子対８ａ～８ｈに接触する。この場合、すべての検出端子対８ａ～８ｈにおいて検出端子対８を構成する２つの検出端子４は、通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着された第１基材２が水平な状態にあることを検出することができる。
第１基材２が水平である場合、導電性液体６は、図１に示した傾斜センサ４０のように、すべての検出端子対８ａ～８ｈに接触する。この場合、すべての検出端子対８ａ～８ｈにおいて検出端子対８を構成する２つの検出端子４は、通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着された第１基材２が水平な状態にあることを検出することができる。
【0030】
図４に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が検出端子対８ｇを配置した方向が下がり検出端子対８ｃを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子対８ｇの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子対８ｂ、８ｃ、８ｄと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ、８ｅ～８ｈとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
【0031】
図５に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が検出端子対８ｃを配置した方向が下がり検出端子対８ｇを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子対８ｃの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子対８ｆ、８ｇ、８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ～８ｅとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
他の方向の傾斜も同様に検出することができる。
他の方向の傾斜も同様に検出することができる。
【0032】
図６に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が上下逆さまとなっている場合、重力により導電性液体６は、第２基材１１の第２凹部１２へと移動する。この移動により、導電性液体６は、すべての検出端子対８ａ～８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっていることを検出することができる。
【0033】
第２実施形態
図７は本実施形態の傾斜センサの概略断面図であり、図８は本実施形態の傾斜センサに含まれる第１基材の概略平面図である。図７は、図８の破線Ｂ－Ｂにおける断面図である。
第２実施形態の傾斜センサ４０は、共通端子９を備える。
第１実施形態では、検出端子対８を構成する２つの検出端子４の通電状態又は非通電状態を検出することにより傾斜及び傾斜方向を検出していたが、第２実施形態では、共通端子９と検出端子４との通電状態又は非通電状態を検出することにより傾斜又は傾斜方向を検出する。他の構成は第１実施形態と同様である。
図７は本実施形態の傾斜センサの概略断面図であり、図８は本実施形態の傾斜センサに含まれる第１基材の概略平面図である。図７は、図８の破線Ｂ－Ｂにおける断面図である。
第２実施形態の傾斜センサ４０は、共通端子９を備える。
第１実施形態では、検出端子対８を構成する２つの検出端子４の通電状態又は非通電状態を検出することにより傾斜及び傾斜方向を検出していたが、第２実施形態では、共通端子９と検出端子４との通電状態又は非通電状態を検出することにより傾斜又は傾斜方向を検出する。他の構成は第１実施形態と同様である。
【0034】
共通端子９は、第１凹部５の底２４に配置される。また、共通端子９は、素子配線３を介して第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５ｉに接続することができる。
傾斜センサ４０は、少なくとも４つの検出端子４（４ａ～４ｈ）を有する。これらの検出端子４は、第１凹部５の底２４に配置された共通端子９を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置される。また、検出端子４は、その端部が底２４側に位置し、端部から伸びる素子配線３が第１凹部５の外側に伸びるように設けることができる。また、検出端子４から伸びる素子配線３は、第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５（１５ａ～１５ｈ）に接続することができる。
傾斜センサ４０は、少なくとも４つの検出端子４（４ａ～４ｈ）を有する。これらの検出端子４は、第１凹部５の底２４に配置された共通端子９を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置される。また、検出端子４は、その端部が底２４側に位置し、端部から伸びる素子配線３が第１凹部５の外側に伸びるように設けることができる。また、検出端子４から伸びる素子配線３は、第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５（１５ａ～１５ｈ）に接続することができる。
【0035】
共通端子９は、各検出端子４（４ａ～４ｈ）と所定の間隔を開けて配置される。このため、共通端子９と検出端子４とに導電性液体６が接触していない場合、共通端子９と検出端子４とは電気的に分離され、その検出端子４は通電状態とはならない（非通電状態となる）。また、共通端子９及び検出端子４に導電性液体６が接触すると、共通端子９と検出端子４とが導電性液体６により電気的に接続され、その検出端子４は通電状態となる。
例えば、傾斜センサ４０が４つの検出端子４を有する場合、４つの検出端子４は、隣接する２つの検出端子４の間の角度が約９０度となるように共通端子９を取り囲む。例えば、傾斜センサ４０が８つの検出端子４を有する場合、８つの検出端子４は、隣接する２つの検出端子４の間の角度が約４５度となるように共通端子９を取り囲む。このように傾斜センサ４０が多くの検出端子４を有することにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。また、共通端子９を設けることにより、素子配線３、素子端子１５、基板端子１８及び基板配線２３を少なくすることができ、傾斜センサ４０の製造コストを低減することができる。
制御部７は、共通端子９と各検出端子４（４ａ～４ｈ）の間の通電を検出するための電気回路又は電子回路を含むことができる。
例えば、傾斜センサ４０が４つの検出端子４を有する場合、４つの検出端子４は、隣接する２つの検出端子４の間の角度が約９０度となるように共通端子９を取り囲む。例えば、傾斜センサ４０が８つの検出端子４を有する場合、８つの検出端子４は、隣接する２つの検出端子４の間の角度が約４５度となるように共通端子９を取り囲む。このように傾斜センサ４０が多くの検出端子４を有することにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。また、共通端子９を設けることにより、素子配線３、素子端子１５、基板端子１８及び基板配線２３を少なくすることができ、傾斜センサ４０の製造コストを低減することができる。
制御部７は、共通端子９と各検出端子４（４ａ～４ｈ）の間の通電を検出するための電気回路又は電子回路を含むことができる。
【0036】
第１基材２が水平である場合、導電性液体６は、図７に示した傾斜センサ４０のように、共通端子９及びすべての検出端子４ａ～４ｈに接触する。この場合、すべての検出端子４ａ～４ｈが通電状態となる。従って、すべての検出端子４ａ～４ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が水平な状態にあることを検出することができる。
【0037】
第１基材２が検出端子４ｇを配置した方向が下がり検出端子４ｃを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子４ｇの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子４ｂ、４ｃ、４ｄと接触しなくなり、これらの検出端子４は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子４ａ、４ｅ～４ｈとは接触するため、これらの検出端子４は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
【0038】
第１基材２が検出端子４ｃを配置した方向が下がり検出端子４ｇを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子４ｃの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子４ｆ、４ｇ、４ｈと接触しなくなり、これらの検出端子４は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子４ａ～４ｅとは接触するため、これらの検出端子４は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
他の方向の傾斜も同様に検出することができる。
他の方向の傾斜も同様に検出することができる。
【0039】
第１基材２が上下逆さまとなっている場合、重力により導電性液体６は、第２基材１１の第２凹部１２へと移動する。この移動により、導電性液体６は、すべての検出端子４ａ～４ｈと接触しなくなり、すべての検出端子４は非通電状態となる。従って、すべての検出端子４ａ～４ｈの非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっていることを検出することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
【0040】
第３実施形態
図９は、本実施形態の傾斜センサ４０の概略断面図である。
第３実施形態では、図２に示したような検出端子対８（８ａ～８ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）が第２基材１１にも設けられている。また、フレキシブル基板１４の両面のそれぞれに、基板端子１８（１８ａ～１８ｌ）、基板配線２３が設けられている。他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。
図９は、本実施形態の傾斜センサ４０の概略断面図である。
第３実施形態では、図２に示したような検出端子対８（８ａ～８ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）が第２基材１１にも設けられている。また、フレキシブル基板１４の両面のそれぞれに、基板端子１８（１８ａ～１８ｌ）、基板配線２３が設けられている。他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。
【0041】
このような構成により、第１又は第２実施形態と同様に、導電性液体６が第１凹部５に位置するとき検出端子対８（８ａ～８ｈ）（又は検出端子４ａ～４ｈ）の通電状態、非通電状態を検出することにより制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が水平であること又は傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。さらに、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっている（導電性液体６が第２凹部１２に位置する）場合でも、第２基材１１上に設けられた検出端子対８の通電状態、非通電状態を検出することにより制御部７は、対象物に装着されている第１基材２又は第２基材１１が水平であること又は傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
【0042】
ここでは、第１実施形態で説明した検出端子対８（８ａ～８ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）を第２基材１１上にも設けた場合について説明したが、第２実施形態で説明した共通端子９、検出端子４（４ａ～４ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｉ）を第２基材１１上にも設けてもよい。このことによっても、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっている（導電性液体６が第２凹部１２に位置する）場合でも、第２基材１１上に設けられた検出端子４の通電状態、非通電状態を検出することにより制御部７は、対象物に装着されている第１基材２又は第２基材１１が水平であること又は傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
その他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。また、第１又は第２実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。また、第１又は第２実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
【0043】
第４実施形態
第４実施形態はウェアラブルセンサに関する。図１０は本実施形態のウェアラブルセンサ６０の概略平面図であり、図１１はウェアラブルセンサ６０が取り付けられているおむつ５９の概略斜視図である。
ウェアラブルセンサ６０は、人又は動物が装着できるように設けられたセンサである。ウェアラブルセンサ６０は、例えば、乳幼児のおむつの内部に取り付けることができるように設けられてもよく、被介護者のアンダーウェアの内部に取り付けることができるように設けられてもよい。このことにより、ウェアラブルセンサ６０が装着後に外れたりずれたりすることを抑制することができる。
ウェアラブルセンサ６０は、乳幼児モニタリング用センサであってもよく、介護用センサであってもよい。
第４実施形態はウェアラブルセンサに関する。図１０は本実施形態のウェアラブルセンサ６０の概略平面図であり、図１１はウェアラブルセンサ６０が取り付けられているおむつ５９の概略斜視図である。
ウェアラブルセンサ６０は、人又は動物が装着できるように設けられたセンサである。ウェアラブルセンサ６０は、例えば、乳幼児のおむつの内部に取り付けることができるように設けられてもよく、被介護者のアンダーウェアの内部に取り付けることができるように設けられてもよい。このことにより、ウェアラブルセンサ６０が装着後に外れたりずれたりすることを抑制することができる。
ウェアラブルセンサ６０は、乳幼児モニタリング用センサであってもよく、介護用センサであってもよい。
【0044】
ウェアラブルセンサ６０は、例えば、図１１のように、傾斜センサ４０が下腹中央に位置し（腰のゴムベルト付近）、歪みセンサ４５が腹部に位置し（腰のゴムベルト付近）、湿度センサ５５が股部に位置するようにおむつ５９やアンダーウェアに取り付けることができる。
フレキシブル基板１４、傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５は、フレキシブル材料から構成されるため、人又は動物が違和感なくウェアラブルセンサ６０を装着することができる。
フレキシブル基板１４、傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５は、フレキシブル材料から構成されるため、人又は動物が違和感なくウェアラブルセンサ６０を装着することができる。
【0045】
ウェアラブルセンサ６０は、第１、第２又は第３実施形態の傾斜センサ４０と制御部７とを含む。傾斜センサ４０は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の姿勢センサとして機能する。傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４に搭載される。なお、第１～第３実施形態における傾斜センサ４０、フレキシブル基板１４、制御部７などについての説明は、第４実施形態でも同様である。
【0046】
本実施形態では、制御部７は傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５を制御する。
制御部７は、傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５を用いた測定を行うことができるように設けられた測定部５６と、測定部５６により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部５２と、無線通信部５２と無線接続できるように設けられた情報機器５７とを含んでもよい。測定部５６及び無線通信部５２は腰のゴムベルト付近に配置することができる。無線通信部５２と情報機器５７は、例えばBluetooth（登録商標）で接続することができる。
制御部７は、傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５を用いた測定を行うことができるように設けられた測定部５６と、測定部５６により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部５２と、無線通信部５２と無線接続できるように設けられた情報機器５７とを含んでもよい。測定部５６及び無線通信部５２は腰のゴムベルト付近に配置することができる。無線通信部５２と情報機器５７は、例えばBluetooth（登録商標）で接続することができる。
【0047】
制御部７は、傾斜センサ４０の第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）の通電状態又は非通電状態に基づきウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の体勢を検出するように設けることができる。
例えば、第１実施形態の傾斜センサ４０が下腹中央に位置し第１基材２の下面が下腹と接触又は対向するように（検出端子対８ａが頭側、検出端子対８ｅが足側、検出端子対８ｇが右側、検出端子対８ｃが左側）、人がウェアラブルセンサ６０を装着した場合、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が仰向けで寝ていると、図１に示した傾斜センサ４０のように、導電性液体６はすべての検出端子対８ａ～８ｈに接触する。この場合、すべての検出端子対８ａ～８ｈにおいて検出端子対８を構成する２つの検出端子４は、通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が仰向けで寝ていることを検出することができる。
例えば、第１実施形態の傾斜センサ４０が下腹中央に位置し第１基材２の下面が下腹と接触又は対向するように（検出端子対８ａが頭側、検出端子対８ｅが足側、検出端子対８ｇが右側、検出端子対８ｃが左側）、人がウェアラブルセンサ６０を装着した場合、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が仰向けで寝ていると、図１に示した傾斜センサ４０のように、導電性液体６はすべての検出端子対８ａ～８ｈに接触する。この場合、すべての検出端子対８ａ～８ｈにおいて検出端子対８を構成する２つの検出端子４は、通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が仰向けで寝ていることを検出することができる。
【0048】
ウェアラブルセンサ６０を装着した人が右向きで寝ていると、図４に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２の右側（検出端子対８ｇを配置された側）が下がり左側（検出端子対８ｃを配置された側）が上がるように傾斜する。この場合、重力により導電性液体６が検出端子対８ｇの方へ移動し、導電性液体６は、検出端子対８ｂ、８ｃ、８ｄと接触しなくなり、これらの検出端子対８ｂ～８ｄは非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ、８ｅ～８ｈとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が右向きで寝ていることを検出することができる。
【0049】
ウェアラブルセンサ６０を装着した人が左向きで寝ていると、図５に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が左側（検出端子対８ｃを配置された側）が下がり右側（検出端子対８ｇを配置された側）が上がるように傾斜する。この場合、重力により導電性液体６が検出端子対８ｃの方へ移動し、導電性液体６は、検出端子対８ｆ、８ｇ、８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ～８ｅとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が左向きで寝ていることを検出することができる。
【0050】
ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せで寝ていると、図６に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が上下逆さまとなり、重力により導電性液体６は、第２基材１１の第２凹部１２へと移動する。この移動により、導電性液体６は、すべての検出端子対８ａ～８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの非通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せで寝ていることを検出することができる。
このように制御部７は、傾斜センサ４０を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人の体勢を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せ寝となったときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などにこのことを通知することができる。なお、乳幼児の寝姿勢がうつ伏せになると窒息の危険性がある。
このように制御部７は、傾斜センサ４０を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人の体勢を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せ寝となったときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などにこのことを通知することができる。なお、乳幼児の寝姿勢がうつ伏せになると窒息の危険性がある。
【0051】
ウェアラブルセンサ６０は、フレキシブル基板１４に搭載された歪みセンサ４５を含むことができる。歪みセンサ４５は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸センサとして機能する。ウェアラブルセンサ６０は、人又は動物がウェアラブルセンサ６０を装着したときに歪みセンサ４５が人又は動物の腹部に位置するように設けられる。
腹式呼吸では、空気を肺に取り込むと腹部が膨らみ、空気を肺から吐き出すと腹部がへこむ。呼吸は、このような腹部の膨らみとへこみの繰り返しを伴う。歪みセンサ４５によりこのような腹部の動きを検出することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸を検出することができる。
腹式呼吸では、空気を肺に取り込むと腹部が膨らみ、空気を肺から吐き出すと腹部がへこむ。呼吸は、このような腹部の膨らみとへこみの繰り返しを伴う。歪みセンサ４５によりこのような腹部の動きを検出することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸を検出することができる。
【0052】
歪みセンサ４５は、伸縮性基材４１と、伸縮性基材４１上に設けられたグラフェン層４２とを含む。図１２は、図１０の破線Ｃ－Ｃにおける歪みセンサ４５の概略断面図である。
伸縮性基材４１は、伸縮性を有する基材であり、例えば、エラストマー製の基材（例えば、シリコーンゴムフィルム）であってもよく、切り紙構造により伸縮性を有する樹脂フィルムであってもよい。切り紙構造とは、フィルムが伸縮できるようにフィルムに切れ目を入れた構造である。
伸縮性基材４１は、腹部に付着するように設けることができる。このことにより、呼吸に伴う腹部の動きに応じて伸縮性基材４１を伸縮させることができる。伸縮性基材４１の粘着性を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよく、伸縮性材料の表面に設けた粘着層を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよく、粘着テープ又は粘着剤を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよい。
伸縮性基材４１は、伸縮性を有する基材であり、例えば、エラストマー製の基材（例えば、シリコーンゴムフィルム）であってもよく、切り紙構造により伸縮性を有する樹脂フィルムであってもよい。切り紙構造とは、フィルムが伸縮できるようにフィルムに切れ目を入れた構造である。
伸縮性基材４１は、腹部に付着するように設けることができる。このことにより、呼吸に伴う腹部の動きに応じて伸縮性基材４１を伸縮させることができる。伸縮性基材４１の粘着性を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよく、伸縮性材料の表面に設けた粘着層を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよく、粘着テープ又は粘着剤を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよい。
【0053】
グラフェン層４２は、多数のグラフェンを含む多孔質層であり、隣接する２つのグラフェンはファンデルワールス力により結合している。グラフェン層４２は、伸縮性基材４１上に設けられる。このため、伸縮性基材４１が腹部の動きに応じて伸縮すると、グラフェン層４２も伸縮性基材４１と共に伸縮する。
グラフェン層４２は、レーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層であってもよい。グラフェン層４２は、例えば、樹脂フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）にレーザー光を照射することにより樹脂フィルムの一部を焼成し炭化することによりレーザー誘起グラフェンを形成し、このレーザー誘起グラフェンを伸縮性基材４１上に転写することによりグラフェン層４２を形成することができる。また、伸縮性基材４１が切り紙構造を有する樹脂フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）である場合、この樹脂フィルムにレーザー光を照射してグラフェン層４２を形成してもよい。
グラフェン層４２の厚みは、例えば、０．１μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。
グラフェン層４２は、レーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層であってもよい。グラフェン層４２は、例えば、樹脂フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）にレーザー光を照射することにより樹脂フィルムの一部を焼成し炭化することによりレーザー誘起グラフェンを形成し、このレーザー誘起グラフェンを伸縮性基材４１上に転写することによりグラフェン層４２を形成することができる。また、伸縮性基材４１が切り紙構造を有する樹脂フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）である場合、この樹脂フィルムにレーザー光を照射してグラフェン層４２を形成してもよい。
グラフェン層４２の厚みは、例えば、０．１μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。
【0054】
グラフェン層４２は、歪みセンサ端子４３ａ、４３ｂを有する。また、歪みセンサ端子４３ａ、４３ｂはそれぞれフレキシブル基板１４の基板端子１８と接続する。このことにより、制御部７が基板配線２３及び基板端子１８を介してグラフェン層４２と電気的に接続することができ、制御部７によりグラフェン層４２の導電性（電気抵抗）の変化を測定することが可能になる。
【0055】
呼吸に伴う腹部の動きにより伸縮性基材４１が伸縮しグラフェン層４２に歪みが生じると、ピエゾ抵抗効果によりグラフェン層４２の電気抵抗（導電性）が変化する。このグラフェン層４２の電気抵抗の変化を制御部７を用いて測定することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物が呼吸をしていることを検出することができる。
このように制御部７は、歪みセンサ４５を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸が１０秒間以上停止したときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などにこのことを通知することができる。
このように制御部７は、歪みセンサ４５を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸が１０秒間以上停止したときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などにこのことを通知することができる。
【0056】
ウェアラブルセンサ６０は、フレキシブル基板１４に搭載された湿度センサ５５を備えることができる。図１３は湿度センサ５５の概略平面図であり、図１４は図１３の破線Ｄ－Ｄにおける湿度センサ５５の概略断面図である。湿度センサ５５は抵抗式湿度センサである。また、湿度センサ５５は排尿センサとして機能することができる。
湿度センサ５５は、感湿層４６と、感湿層４６に電気的に接続した第１電極４７及び第２電極４８とを含む。感湿層４６、第１電極４７及び第２電極４８は、フレキシブル基板１４上に配置される。また、湿度センサ５５は、感湿層４６を覆う防水通気フィルタ４９を備えることができる。
湿度センサ５５は、感湿層４６と、感湿層４６に電気的に接続した第１電極４７及び第２電極４８とを含む。感湿層４６、第１電極４７及び第２電極４８は、フレキシブル基板１４上に配置される。また、湿度センサ５５は、感湿層４６を覆う防水通気フィルタ４９を備えることができる。
【0057】
第１電極４７及び第２電極４８は、感湿層４６に電気的に接続した電極であり、感湿層４６の電気抵抗（導電性）を測定するための電極である。感湿層４６の電気抵抗の測定方法は二端子法であってもよく、四端子法であってもよい。第１電極４７及び第２電極４８は、例えば、カーボン電極、銀電極、金電極、白金電極、銅電極、アルミニウム電極などである。第１電極４７又は第２電極４８の厚さは、例えば３０ｎｍ以上３００μｍ以下とすることができる。第１電極４７と第２電極４８との間の電極間距離は、例えば１００ｎｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。第１電極４７及び第２電極４８は、対向した櫛形電極とすることができる。
【0058】
フレキシブル基板１４がポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムである場合、第１電極４７及び第２電極４８は、樹脂フィルムの表面のレーザー誘起グラフェン層であってもよい。このことにより、感湿層４６の電気抵抗を安定して測定することができる。また、第１電極４７及び第２電極４８は、基板配線２３の一部であってもよい。また、第１電極４７及び第２電極４８は、基板配線２３を介して制御部７と電気的に接続することができる。
【0059】
感湿層４６は、湿度に応じて電気抵抗が変化する層であり、チオスピネル化合物を含む。チオスピネル化合物は、スピネル型結晶構造を有する物質であり、化学式：ＡＢ2Ｘ4（Ａ，Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素（硫黄元素））で示される結晶構造を有する。
感湿層４６は、チオスピネル化合物からなる層であってもよく、チオスピネル化合物を９０％以上含む層であってもよい。また、感湿層４６は多孔質構造を有してもよい。また、感湿層４６の厚さは、例えば３０ｎｍ以上１００μｍ以下とすることができる。また、感湿層４６は、例えば塗布法、印刷法などで形成することができる。
感湿層４６は、チオスピネル化合物からなる層であってもよく、チオスピネル化合物を９０％以上含む層であってもよい。また、感湿層４６は多孔質構造を有してもよい。また、感湿層４６の厚さは、例えば３０ｎｍ以上１００μｍ以下とすることができる。また、感湿層４６は、例えば塗布法、印刷法などで形成することができる。
【0060】
例えば、感湿層４６に含まるチオスピネル化合物は、ＺｎＩｎ2Ｓ4で表される化合物（四硫化二インジウム亜鉛）である。化学量論比はスピネル型結晶構造を維持することができる範囲でずれていてもよい。ＡＢ2Ｘ4中のＡは亜鉛（Ｚｎ）であるが、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、他の遷移金属元素又は不純物が少量（例えば５％以下）含まれてもよい。ＡＢ2Ｘ4中のＢはインジウム（Ｉｎ）であるが、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、他の遷移金属元素又は不純物が少量（例えば５％以下）含まれてもよい。ＡＢ2Ｘ4中のＸは硫黄（Ｓ）であるが、酸素（Ｏ）、セレン（Ｓｅ）又は不純物が少量（例えば５％以下）含まれてもよい。また、感湿層４６は、感湿層４６の電気抵抗を低下させるための不純物を含んでもよい。また、感湿層４６は、ＺｎＩｎ2Ｓ4を合成する際に混入する不純物を含んでもよい。
【0061】
防水通気フィルタ４９は、気体は通過できるが水は通過できないフィルタである。防水通気フィルタ４９は、感湿層４６を覆うように設けられる。このことにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の尿などが感湿層４６に侵入することを防止することができ、尿などが感湿層４６の電気抵抗変化に影響を与えることを抑制することができる。
【0062】
湿度センサ５５は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の股部に位置するように配置される。ウェアラブルセンサ６０を装着した人がおむつ内又はアンダーウェアの内部で排尿をしたとき、股部付近の湿度が上昇し、感湿層４６の電気抵抗（導電性）が変化する。この電気抵抗の変化を制御部７を用いて検出することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出することができる。
このように制御部７は、湿度センサ５５を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出したときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などに排尿を通知することができる。
また、湿度センサ５５を配置する位置を代えることにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人や動物の発汗や排便も検出することが可能である。
また、第１～第３実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
このように制御部７は、湿度センサ５５を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出したときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などに排尿を通知することができる。
また、湿度センサ５５を配置する位置を代えることにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人や動物の発汗や排便も検出することが可能である。
また、第１～第３実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
【0063】
傾斜センサ作製実験１
テーパ穴（第１凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第１基材を作製した。第１凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第１基材の上面に垂直な方向と第１凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。
次に、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材上（第１凹部の内側面を含む）に転写することにより８つの検出端子対、素子配線及び素子端子を形成した。そして、第１凹部の底、内側面及び検出端子にレーザースキャン加工を施し、これらの表面に微細凹凸構造を形成した。その後、第１凹部中にインジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を入れて傾斜センサを作製した。
検出端子の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、３０μｍであった。
テーパ穴（第１凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第１基材を作製した。第１凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第１基材の上面に垂直な方向と第１凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。
次に、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材上（第１凹部の内側面を含む）に転写することにより８つの検出端子対、素子配線及び素子端子を形成した。そして、第１凹部の底、内側面及び検出端子にレーザースキャン加工を施し、これらの表面に微細凹凸構造を形成した。その後、第１凹部中にインジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を入れて傾斜センサを作製した。
検出端子の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、３０μｍであった。
【0064】
図１５は第１凹部中に液体金属を入れる前の傾斜センサの写真であり、図１６（ａ）～（ｃ）は第１凹部中に液体金属を入れた後の傾斜センサの写真である。また、図１６（ａ）は傾斜センサを水平な状態にしたときの写真であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の傾斜センサを傾けたときの写真であり、図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）のように傾けた傾斜センサを水平に戻したときの写真である。
図１６（ａ）に示したように、傾斜センサを水平にすると、液体金属は８つの検出端子対のすべてに接触した。図１６（ｂ）に示したように傾斜センサを傾けると、重力により液体金属が移動し、液体金属は４つの検出端子対と接触しなくなった。さらに、傾斜センサを水平に戻すと、図１６（ｃ）に示したように液体金属は重力により第１凹部の中心に戻り８つの検出端子対のすべてに接触した。また、傾斜センサをこのように動かしても、液体金属は接触角が大きいままで移動した。このため、傾斜センサの傾きに応じて、液体金属がスムーズに移動し、液体金属が分離したり引き伸ばされたりすることがないことがわかった。
図１６（ａ）に示したように、傾斜センサを水平にすると、液体金属は８つの検出端子対のすべてに接触した。図１６（ｂ）に示したように傾斜センサを傾けると、重力により液体金属が移動し、液体金属は４つの検出端子対と接触しなくなった。さらに、傾斜センサを水平に戻すと、図１６（ｃ）に示したように液体金属は重力により第１凹部の中心に戻り８つの検出端子対のすべてに接触した。また、傾斜センサをこのように動かしても、液体金属は接触角が大きいままで移動した。このため、傾斜センサの傾きに応じて、液体金属がスムーズに移動し、液体金属が分離したり引き伸ばされたりすることがないことがわかった。
【0065】
通電状態検出実験
検出端子対の通電状態を検出するための試験素子を作製した。図１７（ａ）は、作製した試験素子の写真である。具体的には、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層をシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）プレート上に転写することにより、検出端子４ａ、４ｂ、素子端子１５ａ、１５ｂを形成した。
検出端子対の通電状態を検出するための試験素子を作製した。図１７（ａ）は、作製した試験素子の写真である。具体的には、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層をシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）プレート上に転写することにより、検出端子４ａ、４ｂ、素子端子１５ａ、１５ｂを形成した。
【0066】
図１７（ｂ）に示した説明図のように、作製した試験素子を傾斜角１５度の傾斜面上に設置し、素子端子１５ａ、１５ｂに抵抗分圧回路を接続した。そして、図１７（ｂ）に示したように、インジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を試験素子上に滴下し、重力により液体金属を検出端子４ａ、４ｂ上を移動させた。このときの検出端子４ａ、４ｂの通電状態を抵抗分圧回路を用いて検出した。
測定結果を図１８に示す。図１８のグラフでは、測定電圧が約１Ｖのとき検出端子４ａ、４ｂが非通電状態であることを示し、測定電圧が約０．２５Ｖのとき検出端子４ａ、４ｂが通電状態であることを示す。
図１８のように、滴下した液体金属が検出端子４ａ、４ｂ上を通過する際液体金属が検出端子４ａ、４ｂ間の導電経路となり検出端子４ａ、４ｂが通電状態となった。
測定結果を図１８に示す。図１８のグラフでは、測定電圧が約１Ｖのとき検出端子４ａ、４ｂが非通電状態であることを示し、測定電圧が約０．２５Ｖのとき検出端子４ａ、４ｂが通電状態であることを示す。
図１８のように、滴下した液体金属が検出端子４ａ、４ｂ上を通過する際液体金属が検出端子４ａ、４ｂ間の導電経路となり検出端子４ａ、４ｂが通電状態となった。
【0067】
傾斜センサ作製実験２
図１～図３に示したような傾斜センサを作製した。
まず、テーパ穴（第１凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第１基材を作製した。第１凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第１基材の上面に垂直な方向と第１凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。また、テーパ穴（第２凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第２基材を作製した。第２凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第２基材の上面に垂直な方向と第２凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。
図１～図３に示したような傾斜センサを作製した。
まず、テーパ穴（第１凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第１基材を作製した。第１凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第１基材の上面に垂直な方向と第１凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。また、テーパ穴（第２凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第２基材を作製した。第２凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第２基材の上面に垂直な方向と第２凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。
【0068】
次に、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材上（第１凹部の内側面を含む）に転写することにより８つの検出端子対、素子配線及び素子端子を形成した。
次に、第１凹部の底、内側面、検出端子、第２凹部の底、内側面にレーザースキャン加工を施し、これらの表面に微細凹凸構造を形成した。
また、ポリイミドフィルムに銀ペーストを印刷することにより基板端子及び基板配線を有するフレキシブル基板を作製した。
そして、第１凹部にインジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を入れた後、第１基材、フレキシブル基板、第２基材を重ね合わせ、素子端子と基板端子とを電気的に接続させた。また、基板配線に抵抗分圧回路を接続して、検出端子対の通電状態又は非通電状態を検出できるようにした。また、検出端子対を構成する２つの検出端子のうち一方をグラウンドに接続した。
次に、第１凹部の底、内側面、検出端子、第２凹部の底、内側面にレーザースキャン加工を施し、これらの表面に微細凹凸構造を形成した。
また、ポリイミドフィルムに銀ペーストを印刷することにより基板端子及び基板配線を有するフレキシブル基板を作製した。
そして、第１凹部にインジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を入れた後、第１基材、フレキシブル基板、第２基材を重ね合わせ、素子端子と基板端子とを電気的に接続させた。また、基板配線に抵抗分圧回路を接続して、検出端子対の通電状態又は非通電状態を検出できるようにした。また、検出端子対を構成する２つの検出端子のうち一方をグラウンドに接続した。
【0069】
作製した傾斜センサを水平、傾斜又は上下逆さまにして検出端子対の分圧を測定し、検出端子対の通電状態又は非通電状態を検出した。測定結果を図１９に示す。
図１９の上図の検出端子対(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)の測定結果が、それぞれ図１９の下図のグラフ(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)である。図１９の下図の各グラフでは、測定電圧が約１Ｖのとき検出端子対は非通電状態であり、測定電圧が０．２Ｖ～０．６Ｖのとき検出端子対が通電状態である。
図１９の上図の検出端子対(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)の測定結果が、それぞれ図１９の下図のグラフ(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)である。図１９の下図の各グラフでは、測定電圧が約１Ｖのとき検出端子対は非通電状態であり、測定電圧が０．２Ｖ～０．６Ｖのとき検出端子対が通電状態である。
【0070】
また、測定において、時間帯Ａでは検出端子対(5)が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｂでは検出端子対(1)が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｃでは傾斜センサを上下逆さまとし、時間帯Ｄでは検出端子対(3)が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｅでは傾斜センサを上下逆さまとし、時間帯Ｆでは検出端子対(2)と検出端子対(3)の中間が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｇでは検出端子対(4)と検出端子対(5)の中間が下がるように傾斜センサを傾斜させた。また、２つの時間帯の間では傾斜センサを水平状態とした。
【0071】
時間帯Ａでは、検出端子対(1)、(2)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｂでは、検出端子対(4)、(5)、(6)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｃでは、すべての検出端子対が非通電状態であった。従って、傾斜センサが上下逆さまになっていることを検出できた。
時間帯Ｄでは、検出端子対(6)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｅでは、すべての検出端子対が非通電状態であった。従って、傾斜センサが上下逆さまになっていることを検出できた。
時間帯Ｆでは、検出端子対(5)、(6)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｇでは、検出端子対(1)、(2)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
このように、本発明の傾斜センサにより傾斜方向を高精度で検出できることがわかった。
時間帯Ｂでは、検出端子対(4)、(5)、(6)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｃでは、すべての検出端子対が非通電状態であった。従って、傾斜センサが上下逆さまになっていることを検出できた。
時間帯Ｄでは、検出端子対(6)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｅでは、すべての検出端子対が非通電状態であった。従って、傾斜センサが上下逆さまになっていることを検出できた。
時間帯Ｆでは、検出端子対(5)、(6)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｇでは、検出端子対(1)、(2)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
このように、本発明の傾斜センサにより傾斜方向を高精度で検出できることがわかった。
【0072】
湿度センサ作製実験
図１３、図１４に示したような湿度センサを作製した。
ＺｎＣｌ2（０．２５ｍｍｏｌ）、ＩｎＣｌ3・４Ｈ2Ｏ（０．５ｍｍｏｌ）、チオアセトアミド（Thioacetamide）（１．６ｍｍｏｌ）を１５０ｍｌの水に溶解させた。その後、９５℃の水槽を用いて攪拌しながら約５時間アニールした。冷却後、遠心分離機にて生成したＺｎＩｎ2Ｓ4と余分な溶液を分離させた。このようにして、ＺｎＩｎ2Ｓ4を合成した。
厚さ１３０μｍのポリイミドフィルム（フレキシブル基板１４）にＣＯ2レーザー（レーザー出力：３Ｗ）を照射することによりポリイミドフィルムの表面を炭化し、第１電極４７及び第２電極４８（レーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層）を形成した。第１電極４７及び第２電極４８はそれぞれ櫛型電極であり、第１電極４７の櫛歯部分が第２電極４８の２つの櫛歯部分の間に位置し、第２電極４８の櫛歯部分が第１電極４７の２つの櫛歯部分の間に位置するように設けられている。
図１３、図１４に示したような湿度センサを作製した。
ＺｎＣｌ2（０．２５ｍｍｏｌ）、ＩｎＣｌ3・４Ｈ2Ｏ（０．５ｍｍｏｌ）、チオアセトアミド（Thioacetamide）（１．６ｍｍｏｌ）を１５０ｍｌの水に溶解させた。その後、９５℃の水槽を用いて攪拌しながら約５時間アニールした。冷却後、遠心分離機にて生成したＺｎＩｎ2Ｓ4と余分な溶液を分離させた。このようにして、ＺｎＩｎ2Ｓ4を合成した。
厚さ１３０μｍのポリイミドフィルム（フレキシブル基板１４）にＣＯ2レーザー（レーザー出力：３Ｗ）を照射することによりポリイミドフィルムの表面を炭化し、第１電極４７及び第２電極４８（レーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層）を形成した。第１電極４７及び第２電極４８はそれぞれ櫛型電極であり、第１電極４７の櫛歯部分が第２電極４８の２つの櫛歯部分の間に位置し、第２電極４８の櫛歯部分が第１電極４７の２つの櫛歯部分の間に位置するように設けられている。
【0073】
合成したＺｎＩｎ2Ｓ4を含む溶液（１０ｍｇ／ｍＬ）を第１電極４７及び第２電極４８上に塗布し１００℃で乾燥させて、感湿層４６（厚さ：０．７μｍ）を形成した。その後、感湿層４６上に防水通気フィルタ（日東電工株式会社製）を貼り付け図１３、図１４に示したような湿度センサを作製した。
図２０（１）は感湿層４６を形成した後の湿度センサの写真であり、図２０（２）は防水通気フィルタを貼り付けた後の湿度センサの写真である。
図２０（１）は感湿層４６を形成した後の湿度センサの写真であり、図２０（２）は防水通気フィルタを貼り付けた後の湿度センサの写真である。
【0074】
防水通気フィルタ上に水を滴下し、水滴を形成した。水滴の量は５μＬ～１００μＬの範囲で徐々に増やしていった。その後、防水通気フィルタ上の水滴を除去した。この際の感湿層の電気抵抗の変化率ΔＲ／Ｒ0（Ｒ0：測定開始時の感湿層の電気抵抗値、ΔＲ＝Ｒ－Ｒ0、Ｒ：感湿層の電気抵抗値）を測定した。測定結果を示すグラフを図２１に示す。
図２１に示すように、水滴の量に応じて感湿層の電気抵抗変化率は変化した。そして、水滴を除去すると、感湿層の電気抵抗変化率は測定開始時の値に戻った。従って、作製した湿度センサを用いて排尿などを適切に検出することができることがわかった。
図２１に示すように、水滴の量に応じて感湿層の電気抵抗変化率は変化した。そして、水滴を除去すると、感湿層の電気抵抗変化率は測定開始時の値に戻った。従って、作製した湿度センサを用いて排尿などを適切に検出することができることがわかった。
【0075】
ウェアラブルセンサ作製実験
図１０、１２に示したようなウェアラブルセンサを作製した。傾斜センサは「傾斜センサ作製実験２」と同様に作製し、湿度センサは「湿度センサ作製実験」と同様に作製した。
歪みセンサに関しては、まず、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザー光を照射することによりポリイミドフィルムの一部を焼成し炭化することによりレーザー誘起グラフェンを形成し、このレーザー誘起グラフェンをＰＤＭＳ（シリコーンゴム、伸縮性基材）上に転写することによりグラフェン層を形成した。このグラフェン層が基板端子と接合するようにＰＤＭＳをポリイミドフィルム（フレキシブル基板）に取り付けることにより歪みセンサを作製した。
図１０、１２に示したようなウェアラブルセンサを作製した。傾斜センサは「傾斜センサ作製実験２」と同様に作製し、湿度センサは「湿度センサ作製実験」と同様に作製した。
歪みセンサに関しては、まず、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザー光を照射することによりポリイミドフィルムの一部を焼成し炭化することによりレーザー誘起グラフェンを形成し、このレーザー誘起グラフェンをＰＤＭＳ（シリコーンゴム、伸縮性基材）上に転写することによりグラフェン層を形成した。このグラフェン層が基板端子と接合するようにＰＤＭＳをポリイミドフィルム（フレキシブル基板）に取り付けることにより歪みセンサを作製した。
【0076】
作製したウェアラブルセンサをおむつに取り付けた。図２２（ａ）はおむつに装着したウェアラブルセンサの写真である。また、図２２（ｂ）に示したような測定部（無線通信部）をフレキシブル基板に取り付けた。また、図２２（ｃ）に示したようなスマートフォンを用いてウェアラブルセンサを制御した。
【0077】
傾斜センサが下腹中央に位置し、歪みセンサが腹部に位置し、湿度センサが股部に位置するように、作製したウェアラブルセンサを取り付けたおむつを人形に装着させ、人形の体勢を変化させた。傾斜センサは、第１基材の下面が腹部と接触するように配置されている。
図２３（１）～（５）に、各体勢の人形の写真と、傾斜センサの検出端子対８ａ～８ｈの通電状態・非通電状態を表示するスマートフォン画面の写真とを示す。スマートフォン画面では、検出端子対が通電状態にあるときランプが光り（Sensor ON）、検出端子対が非通電状態にあるときランプが消える（Sensor OFF）。
図２３（１）～（５）に、各体勢の人形の写真と、傾斜センサの検出端子対８ａ～８ｈの通電状態・非通電状態を表示するスマートフォン画面の写真とを示す。スマートフォン画面では、検出端子対が通電状態にあるときランプが光り（Sensor ON）、検出端子対が非通電状態にあるときランプが消える（Sensor OFF）。
【0078】
図２３（１）のように人形を仰向け寝させたとき、すべてのランプが光りスマートフォンを介して人形が仰向け寝していることが確認できた。図２３（２）のように人形を右向き寝させたとき、右側の３つのランプ、頭側のランプ及び足側のランプが光り、スマートフォンを介して人形が右向き寝していることが確認できた。図２３（３）のように人形を左向き寝させたとき、左側の３つのランプ、頭側のランプ及び足側のランプが光り、スマートフォンを介して人形が左向き寝していることが確認できた。図２３（４）のように人形をうつ伏せ寝させたとき、すべてのランプが消え、スマートフォンを介して人形がうつ伏せ寝していることが確認できた。図２３（５）のように人形を直立させたとき、足側の３つのランプ、右側のランプ及び左側のランプが光り、スマートフォンを介して人形が直立していることが確認できた。
このように、ウェアラブルセンサを装着している人形の体勢をスマートフォンを用いて遠隔で確認することができた。
このように、ウェアラブルセンサを装着している人形の体勢をスマートフォンを用いて遠隔で確認することができた。
【0079】
次に、作製したウェアラブルセンサをアンダーウェアに取り付け、傾斜センサが下腹中央に位置し（第１基材の下面が腹部に接触する）、歪みセンサが腹部に位置し、湿度センサが股部に位置するように、成人男性がアンダーウェアを装着した。そして、成人男性が寝姿勢を変えながら傾斜センサ（体勢センサ）、歪みセンサ（呼吸センサ）、湿度センサ（排尿センサ）による測定を行った。
仰向け寝、左向き寝、右向き寝をしているとき、歪みセンサを用いて腹部の動きを検出することができ、呼吸を検出することができた。うつ伏せ寝をしているとき、歪みセンサでは呼吸に伴う腹部の動きを検出できなかった。うつ伏せ寝をすると、腹部が身体と寝床との間に挟まれ腹部が動きにくくなるためと考えられる。
湿度センサにより検出される湿度はほぼ変化がなかった。
傾斜センサにより測定される検出端子対の通電状態は、人形を用いた上記の実験と同様の結果が得られた。
このように、ウェアラブルセンサを装着した人の体勢、呼吸、排尿を同時にモニタリングすることができることがわかった。
仰向け寝、左向き寝、右向き寝をしているとき、歪みセンサを用いて腹部の動きを検出することができ、呼吸を検出することができた。うつ伏せ寝をしているとき、歪みセンサでは呼吸に伴う腹部の動きを検出できなかった。うつ伏せ寝をすると、腹部が身体と寝床との間に挟まれ腹部が動きにくくなるためと考えられる。
湿度センサにより検出される湿度はほぼ変化がなかった。
傾斜センサにより測定される検出端子対の通電状態は、人形を用いた上記の実験と同様の結果が得られた。
このように、ウェアラブルセンサを装着した人の体勢、呼吸、排尿を同時にモニタリングすることができることがわかった。
【符号の説明】
【0080】
２：第１基材 ３：素子配線 ４、４ａ～４ｐ：検出端子 ５：第１凹部 ６：導電性液体 ７：制御部 ８、８ａ～８ｈ：検出端子対 ９：共通端子 １１：第２基材 １２：第２凹部 １４：フレキシブル基板 １５、１５ａ～１５ｌ：素子端子 １６：センサ素子 １８、１８ａ～１８ｌ：基板端子 ２０：開口 ２１：接続端子 ２２：チャンバ ２３：基板配線 ２４：第１凹部の底 ２５：第１凹部の内側面 ２６：第２凹部の底 ２７：第２凹部の内側面 ４０：傾斜センサ ４１：伸縮性基材 ４２：グラフェン層 ４３ａ、４３ｂ：歪みセンサ端子 ４５：歪みセンサ ４６：感湿層 ４７：第１電極 ４８：第２電極 ４９：防水通気フィルタ ５０ａ、５０ｂ：湿度センサ端子 ５１ａ、５１ｂ：湿度センサ配線 ５２：無線通信部 ５３：ウエストまわり ５４：脚まわり ５５：湿度センサ ５６：測定部 ５７：情報機器 ５８：スマートフォン ５９：おむつ ６０：ウェアラブルセンサ
【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】
【図22】
【図23】
【図24】
