JP2013233269A

JP2013233269A - 変位測定機能を有する靴

Info

Publication number: JP2013233269A
Application number: JP2012107150A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Nozawa; 伸幸能澤; Hiroaki Kitada; 宏明北田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-21

Abstract

【課題】
靴の着用者の運動姿勢を正確かつ簡易に計測できる靴を提供する。
【解決手段】
靴１０は底部１１と中敷き１２を備える。底部１１は所定の厚みを有し、内部にキャビティ１３が配置されている。当該キャビティ１３は、靴の底部のかかと付近の位置に配置され、その中に無線通信モジュール１６が埋め込まれている。中敷き１２は底部１１の上方に配置され、着脱可能となっている。中敷き１２と底部１１の間には変位センサ１４が、当該中敷き１２および底部１１と密着するように装着されている。

【選択図】図１

Description

本発明は歩行時の変位を測定する機能を有する履き物に関する。

近年、リハビリテーション医学、スポーツ医学において、人の運動時に足裏に加わる圧力を計測し、その計測値から人体の運動姿勢を判定し、個人の身体条件に合うように、運動姿勢の改善点を明確にしたり、あるいは、計測値により運動量を管理することが行われている。

このような運動時の足裏に加わる圧力を測定する手段として、圧力センサを靴底に備えた靴が特許文献１に開示されている。

図５はかかる従来の圧力センサを備える靴の模式図である。靴１０１の靴底１０４内には圧力センサ１０３が埋め込まれ、当該圧力センサと物理的に結合するように棒状スタッド１０２が靴底から露出して配置されている。

人体が靴１０１を履いて運動する時には、棒状スタッド１０２の先端が地面と接触し、棒状スタッド１０２の先端に力が加えられる。棒状スタッド１０２の先端に加えられた力は圧力センサ１０３に伝達され、計測される。

特開２００４−２３９６２２号公報

ところで、従来の圧力センサを備えた靴１０１においては、棒状スタッド１０２が接地することにより圧力センサ１０３に力を伝達しているため、靴底１０４は棒状スタッド１０２と圧力センサ１０３の双方を配置できるように、一定の厚みを有していなければならないという問題点があった。

また、従来の圧力センサを備えた靴１０１は、圧力センサで得られた圧力の変化により、運動姿勢を判定する。このため、正確な運動姿勢を算出するには、例えば、計測された圧力値の時間微分計算を行うなど、複雑な処理を要するという問題があった。したがって、圧力センサで得られた計測値の計算にはある程度の計算能力を持つ装置を用いる必要があった。

上記問題点を解決するために、本発明にかかる靴は、センサを備えた靴であって、センサは靴の底部に配置されるとともに、靴の着用者の運動時に起こる靴の底部の変形を検出する変位センサであることを特徴とする。

この場合、変位センサを用いて靴の底部の変位量を計測することで、複雑なデータの処理なしで靴の着用者の運動姿勢を明確にできる。

また、変位センサは、靴の底部の面方向の変位量を検出することが望ましい。

この場合、靴着用者の運動時には、底部の面方向の変位量の変化が顕著であるため、より明確に靴着用者の運動姿勢を明確にできる。

また、靴の靴底部には無線通信モジュールが配置され、変位センサは無線通信モジュールと配線を介して接続されるとともに、変位センサによって検知される靴の底部の変位データが無線通信モジュールを介して、所定の変位データ処理装置に送信されることが好ましい。

この場合、複雑な配線なしに計測された変位データを簡単に所望のデータ処理装置で処理することができる。

また、変位センサは、圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電阻止を備え、前記圧電シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一位軸方向に延伸されえていることが好ましい。

この場合、ポリ乳酸を含む圧電性シートは少なくとも一軸方向に延伸することにより、特定の方向における圧電性が大きくなる。したがって、一軸延伸方向が配設される向きに応じて、様々な変位を個別に且つ効果的に検出することができる。

また、靴は中敷きを備え、変位センサは中敷きと靴の底部の間に配置されることが好ましい。

この場合、変位センサを容易に交換することができる。

本発明によれば、靴の着用者の運動姿勢を正確かつ簡易に計測できる靴を提供できる。

本発明の第１の実施の形態にかかる靴の断面図である。本発明の第１の実施の形態にかかる変位センサの平面図および側面図である。本発明の第１の実施の形態にかかる靴の底面図である。本発明の第１の実施の形態にかかる靴により取得された変位データである。従来の発明にかかる靴の模式図である。

本発明の第１の実施形態にかかる靴に関して図を参照して説明する。図１は、本実施形態の靴の断面図である。

図１に示すように、靴１０は底部１１と中敷き１２を備える。底部１１は所定の厚みを有し、内部にキャビティ１３が配置されている。当該キャビティ１３は、靴の底部のかかと付近の位置に配置され、その中に無線通信モジュール１６が埋め込まれている。

無線通信モジュール１６は、基板１７と複数の実装部品１８によって構成されている。基板１７はプリント基板またはセラミック基板などであり、内部に所定の配線パターンあるいは機能パターンを有する。実装部品１８は、ＩＣやコンデンサなどの機能部品である。無線通信モジュール１６が無線通信機能を実現できるように、所望の基板１７および複数の実装部品１８が選定され、基板１７上に実装部品１８が実装されて、無線通信モジュールが形成される。無線通信モジュールは、例えば、無線ＬＡＮ、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈR、ＺｉｇＢｅｅなどの無線通信規格に従って、靴の外部にある所定のデータ処理装置（図示せず）と通信できる。

中敷き１２は底部１１の上方に配置され、着脱可能となっている。中敷き１２と底部１１の間には変位センサ１４が、当該中敷き１２および底部１１と密着するように装着されている。変位センサ１４は、底部１５に埋め込まれた配線１５を介して、無線通信モジュール１６と接続される。

このような変位センサを備えた靴１０においては、靴の着用者が運動した時の底部１１の変形を変位センサ１４が計測し、配線１５を介して、無線通信モジュールに計測データを伝送する。無線通信モジュールは、変位センサ１４より伝送された計測データを外部の所定のデータ処理装置に無線で送信できる。

また、中敷き１２と底部１１の間に変位センサ１４を配置することで変位センサの脱着が簡単にできるようになる。これにより、用途に応じて変位センサの配置位置、種類を変えることができる。

続いて、図を参照して、本実施形態にかかる変位センサ１４の構成について説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ変位センサ１４の平面図および側面図である。

変位センサ１４は、平板状の弾性体２０と、平膜状の圧電素子３０とを備える。弾性体２０は、所定の厚みを有し、平面視して、一方向に長く、この方向に直交する方向に短い、長手方向と短手方向を有する矩形状からなる。弾性体２０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等の比較的強度が高いポリマーで形成されている。

圧電素子３０は、弾性体２０と同様の矩形状からなる圧電性シート３１を備える。圧電性シート３１は、Ｌ型ポリ乳酸（以下、ＰＬＬＡと称する。）によって形成されている。圧電性シート３１は、図２の矢印２２の方向に一軸延伸され、当該の方向における圧電性が大きくなる。したがって、必要に応じて、一軸延伸方向が配設される向きを変え、様々な変位を個別に且つ効果的に検出することができる。

圧電性シート３１の第１主面には、略全面に電極３２が形成されている。圧電性シート３１の第２主面には、略全面に電極３２が形成されている。電極３２には外部接続端子、電極３３には外部接続端子１５がそれぞれ接続されている。

靴の着用者が、例えば、歩行などの運動をした時、靴１０の底部１１とともに、底部１１に密着して装着された変位センサ１４も曲げ変形する。この曲げ変形量に応じた電圧が、圧電性シート３１の電極３２と電極３３の間に発生する。

一方で、曲げ変位が０の場合、すなわち変位センサ１４に対して曲げを生じさせる力が外部から加わっていない場合、圧電素子３１は伸縮せず、電圧が生じない。

上記のような変位センサ１４を備えた靴１１を履いて、歩行するデモストレーションを行った。図３に複数の変位センサの配置位置、図４にデモストレーションで得られた変位データを示す。

図３に示すように、このデモストレーションでは、靴１１に変位センサ１４を計４つ使用している。各変位センサ１４は、それぞれ足の親指部と、足の小指部と、土踏まず部と、かかと部に近接して配置されている。これにより、歩行時の前記足の各部位付近における底部１１の変位データを計測した。

図４において、横軸はデモ開始からの経過時間を示し、縦軸は変位センサ１２によって得られた変位量である。図中の実線、点線、一点鎖線および二点鎖線は、それぞれ足の親指部と、足の小指部と、土踏まず部と、かかと部の変位センサで得られたデータを示す。

なお、図４に示す変位量とは、各変位センサから得られた電圧の絶対値を直接示したものである。また、図４に示す時間軸は、歩行中に、地面に足が接触しためる時刻から、同一の足が完全に地面から離れる時刻までを示している。

図４を見ると、デモ開始から１．１秒経過した時刻と、デモ開始から１．６秒経過した時刻で変位量の波形にピークが形成されている。１．１秒付近のピークは足が完全に地面に接触したことにより発生したものであり、１．６秒付近のピークは足が地面をけり出したことによるピークを示している。すなわち、歩行の運動により、底部１１に力がかかったことがそれぞれのピークで検出されている。

このように、本実施形態では、変位センサ１４により、靴１の底部の変形を計測しているため、靴の着用者の運動姿勢を、複雑な処理なしにデータをリアルタイムで簡単に処理できる。

１０：靴
１１：底部
１２：中敷き
１３：無線通信モジュール
１４：変位センサ
２０：弾性体
３０：圧電素子
３１：圧電性シート

Claims

センサを備える靴であって、
前記センサは、前記靴の底部に配置された、前記靴の着用者の運動時に起こる前記靴の底部の変形を検出する変位センサであることを特徴とする靴。
前記変位センサは、前記靴の底部の面方向の変位量を検出することを特徴とする請求項１に記載の靴。
前記靴の底部には無線通信モジュールが配置され、
前記変位センサは前記無線通信モジュールと配線を介して接続され、
前記変位センサによって検知される前記靴の底部の変位データが、前記無線通信モジュールを介して、所定の変位データ処理装置に送信されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の靴。
前記変位センサは、圧電性シートの両主面に電極が形成された平膜型圧電素子を備え、前記圧電シートはポリ乳酸を含み、少なくとも一位軸方向に延伸されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の靴。
前記靴は中敷きを備え、前記変位センサは前記中敷きと前記靴の底部の間に配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか１項に記載の靴。