JP2017026594A - 布帛状センサおよびこれを含むデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】繊維材料を用いて、高周波回路が不要で電源回路を小さくすることが可能な布帛状センサを得る。
【解決手段】第1の導電性布帛11−1と第1の絶縁性布帛12−1と柔軟導電性材料13とがこの順に積層された布帛状センサであって、第1の導電性布帛と第1の絶縁性布帛との間および第1の絶縁性布帛と柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い生成又は消滅する静電荷によって生じる、第1の導電性布帛と柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する布帛状センサ。
【選択図】図1
【解決手段】第1の導電性布帛11−1と第1の絶縁性布帛12−1と柔軟導電性材料13とがこの順に積層された布帛状センサであって、第1の導電性布帛と第1の絶縁性布帛との間および第1の絶縁性布帛と柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い生成又は消滅する静電荷によって生じる、第1の導電性布帛と柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する布帛状センサ。
【選択図】図1
Description
本発明は、布帛状センサおよびこれを含むデバイスに関する。
近年、いわゆるウェアラブルセンサーが注目を浴びており、眼鏡型や腕時計といった形状の商品が世に出始めた。しかし、これらのデバイスは、装着しているという感覚があり、究極のウェアラブルである、布状、つまり衣類のような形状のものが望まれている。
そのような布状のセンサとしては、例えば、特許文献1〜3には静電容量方式のセンサが開示されている。そのセンサは絶縁膜で被覆された向かい合う導電性繊維を静電容量素子として、外力が加わることによる導電性繊維間の距離の変化、すなわち静電容量の変化により、センサに加わる力を検出する。特許文献4にはスイッチ方式のセンサが開示されている。そのセンサは、空隙を隔てて向かい合う導電性繊維をスイッチとして、外力が加わることによる導電性繊維の接触、すなわちスイッチのオンにより、センサに加わる力を検出する。特許文献5〜6には抵抗方式のセンサが開示されている。そのセンサは、空隙を隔てて向かい合う導電性繊維の間の中間層を抵抗体として、外力が加わることによる抵抗体の厚みの変化、すなわち抵抗の変化により、センサに加わる力を検出する。
このうち特許文献1〜3の静電容量方式のセンサでは、静電容量の検出に高周波回路が必要であり、ウェアラブルの用途としては検出回路が大きくなるおそれがある。また、特許文献4〜6のスイッチ方式や抵抗方式のセンサでは、導電性繊維に常時電圧を印加しておく必要があり、ウェアラブルの用途としては作動電圧が大きくなるおそれがある。いずれの方式も検出回路を作動させるための消費電力が大きく、ウェアラブルの用途としては電源が大きくなるおそれがある。高周波回路が不要で電源回路を小さくすることが可能な技術が望まれる。
本発明の目的は、繊維材料を用いて、高周波回路が不要で電源回路を小さくすることが可能な布帛状センサおよびこれを含むデバイスを提供することにある。
本発明者らは、導電性布帛と絶縁性布帛と導電性材料とを積層したセンサを形成すると、センサに加わる外力に応じて、センサ内の静電荷が変化することを発見して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
1.第1の導電性布帛と第1の絶縁性布帛と柔軟導電性材料とがこの順に積層された布帛状センサであって、前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間および前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い生成又は消滅する静電荷によって生じる、前記第1の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する、布帛状センサ。
2.第2の絶縁性布帛と第2の導電性布帛とを更に備え、前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料と前記第2の絶縁性布帛と前記第2の導電性布帛とがこの順に積層され、前記第2の導電性布帛と前記第2の絶縁性布帛との間および前記第2の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、前記第1の導電性布帛と前記第2の導電性布帛とが短絡されており、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い発生および解消する静電気によって生じる、前記第1の導電性布帛または前記第2の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
3.前記第1の導電性布帛が接地されて電磁波シールドとして機能する、上記1または2に記載の布帛状センサ。
4.前記電気信号を増幅する増幅回路を更に備える、上記3に記載の布帛状センサ。
5.前記柔軟導電性材料の端部から前記増幅回路までを接続する配線の長さのうち、前記電磁波シールドで覆われていない部分の長さが1cm以下である、上記4に記載の布帛状センサ。
6.前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間、及び、前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間のうち、一方は空隙なく固定されており、他の一方は空隙を有して接触および開放が可能である、上記1に記載の布帛状センサ。
7.前記第1の絶縁性布帛が主成分としてポリエステル、ウール、レーヨン、ナイロン及びアクリルのいずれかを含む、上記1に記載の布帛状センサ。
8.互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも2本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が互いに略平行に配置され、前記ライン状の柔軟導電性材料上への押圧を個々に信号として検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
9.互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも3本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が2点以上の交差点を有し、前記交差点上への押圧を個々に検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
10.互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも4本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が2組に分けられ、同じ組のライン状の柔軟導電性材料は略平行に配置され、異なる組のライン状の柔軟導電性材料は略直交に配置され、ライン状の柔軟導電性材料の交差点上への押圧を個々に検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
11.布帛状センサの外面をカバーする絶縁性の布帛又はシートを更に備える、上記1に記載の布帛状センサ。
12.導電性繊維と圧電性繊維とが電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電素子を更に備える、上記1に記載の布帛状センサ。
13.上記1乃至12のいずれか一項に記載の布帛状センサと、前記布帛状センサから出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を検出する検出手段と、を備えるデバイス。
14.前記検出手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに備える、上記13に記載のデバイス。
15.前記布帛状センサを含む複数の布帛状センサを更に備え、前記複数の布帛状センサの各々は、監視対象からの押圧により電気信号を出力し、前記増幅手段は、前記複数の布帛状センサから出力される複数の電気信号をそれぞれ増幅し、前記検出手段は、前記増幅手段で増幅された複数の電気信号を検出し、前記検出された複数の電気信号に基づいて、前記監視対象の状態を検出する、上記13又は14に記載のデバイス。
1.第1の導電性布帛と第1の絶縁性布帛と柔軟導電性材料とがこの順に積層された布帛状センサであって、前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間および前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い生成又は消滅する静電荷によって生じる、前記第1の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する、布帛状センサ。
2.第2の絶縁性布帛と第2の導電性布帛とを更に備え、前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料と前記第2の絶縁性布帛と前記第2の導電性布帛とがこの順に積層され、前記第2の導電性布帛と前記第2の絶縁性布帛との間および前記第2の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、前記第1の導電性布帛と前記第2の導電性布帛とが短絡されており、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い発生および解消する静電気によって生じる、前記第1の導電性布帛または前記第2の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
3.前記第1の導電性布帛が接地されて電磁波シールドとして機能する、上記1または2に記載の布帛状センサ。
4.前記電気信号を増幅する増幅回路を更に備える、上記3に記載の布帛状センサ。
5.前記柔軟導電性材料の端部から前記増幅回路までを接続する配線の長さのうち、前記電磁波シールドで覆われていない部分の長さが1cm以下である、上記4に記載の布帛状センサ。
6.前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間、及び、前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間のうち、一方は空隙なく固定されており、他の一方は空隙を有して接触および開放が可能である、上記1に記載の布帛状センサ。
7.前記第1の絶縁性布帛が主成分としてポリエステル、ウール、レーヨン、ナイロン及びアクリルのいずれかを含む、上記1に記載の布帛状センサ。
8.互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも2本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が互いに略平行に配置され、前記ライン状の柔軟導電性材料上への押圧を個々に信号として検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
9.互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも3本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が2点以上の交差点を有し、前記交差点上への押圧を個々に検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
10.互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも4本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が2組に分けられ、同じ組のライン状の柔軟導電性材料は略平行に配置され、異なる組のライン状の柔軟導電性材料は略直交に配置され、ライン状の柔軟導電性材料の交差点上への押圧を個々に検出する、上記1に記載の布帛状センサ。
11.布帛状センサの外面をカバーする絶縁性の布帛又はシートを更に備える、上記1に記載の布帛状センサ。
12.導電性繊維と圧電性繊維とが電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電素子を更に備える、上記1に記載の布帛状センサ。
13.上記1乃至12のいずれか一項に記載の布帛状センサと、前記布帛状センサから出力される電気信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された電気信号を検出する検出手段と、を備えるデバイス。
14.前記検出手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに備える、上記13に記載のデバイス。
15.前記布帛状センサを含む複数の布帛状センサを更に備え、前記複数の布帛状センサの各々は、監視対象からの押圧により電気信号を出力し、前記増幅手段は、前記複数の布帛状センサから出力される複数の電気信号をそれぞれ増幅し、前記検出手段は、前記増幅手段で増幅された複数の電気信号を検出し、前記検出された複数の電気信号に基づいて、前記監視対象の状態を検出する、上記13又は14に記載のデバイス。
本発明によれば、繊維材料を用いて、高周波回路が不要で電源回路を小さくすることが可能な布帛状センサおよびこれを含むデバイスを得ることができる。また、本布帛状センサは柔軟性に富みフレキシブルであるため、ハンカチのような折り畳み可能なセンサや、衣類のような装着可能なセンサなど、布帛で実現できるあらゆる形状のセンサとすることができ、それを含むデバイスを実現することができる。
本発明によれば、第1の導電性布帛と第1の絶縁性布帛と柔軟導電性材料とがこの順に積層された布帛状センサであって、前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間および前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い生成又は消滅する静電荷によって生じる、前記第1の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号、例えば電圧信号又は電流信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する布帛状センサが提供される。以下に具体的に説明する。
図1は本発明の布帛状センサの構成例を示す部分断面図である。布帛状センサ1は、導電性布帛(第1の導電性布帛)11−1と絶縁性布帛(第1の絶縁性布帛)12−1と柔軟導電性材料13とを備える。導電性布帛11−1と絶縁性布帛12−1と柔軟導電性材料13とはこの順に積層される。また、導電性布帛11−1と絶縁性布帛12−1との間(層間)および絶縁性布帛12−1と柔軟導電性材料13との間(層間)の少なくとも一方には空隙が形成される。この図の例では、それら両層間にそれぞれ空隙22−1および23−1が形成される。
空隙22−1は、挟まれることにより空隙を確保するスペーサを適宜各層間に挿入することで形成される。スペーサとしては、布帛や繊維やテープなどが挙げられる。例えば、空隙22−1を形成するためには、導電性布帛11−1と絶縁性布帛12−1との層間の所定の位置に両面テープを挿入する。この場合、両面テープはスペーサとして機能すると共に、導電性布帛11−1と絶縁性布帛12−1とを接着する機能も有する。
導電性布帛11−1は導電性の材料で形成された布帛であり、この図の例では略XY平面に沿って拡がっている。絶縁性布帛12−1は絶縁性の材料で形成された布帛であり、この図の例では略XY平面に沿って拡がっている。柔軟導電性材料13は導電性の材料で形成された繊維であり、この図の例ではY軸方向に沿って延在している。柔軟導電性材料13は、薄い他の材料内に埋め込まれていてもよく、この図の例では略XY平面に沿って拡がる絶縁性布帛14内に埋め込まれている。なお、柔軟導電性材料13は導電性布帛11−1のような略XY平面に沿って拡がる導電性の布帛であってもよい。ただし布帛とは、多くの繊維を薄く広く板状に形成したものであり、織物、編物、不織布、フエルト、紙に例示される。
更に、布帛状センサ1は、この図の例に示すように、導電性布帛(第2の導電性布帛)11−2と絶縁性布帛(第2の絶縁性布帛)12−2とを備えていてもよい。導電性布帛11−1と絶縁性布帛12−1と柔軟導電性材料13と絶縁性布帛12−2と導電性布帛11−2とはこの順に積層される。導電性布帛11−2および絶縁性布帛12−2はそれぞれ導電性布帛11−1および絶縁性布帛12−1と同様の形状および材料で形成される。この図の例では、導電性布帛11−1と導電性布帛11−2とは短絡されている。
以下では、導電性布帛11−1と導電性布帛11−2とを区別する必要がないときには導電性布帛11と記し、絶縁性布帛12−1と絶縁性布帛12−2とを区別する必要がないときには絶縁性布帛12と記すものとする。また、ハイフン付きで示される他の符号についても同様に区別する必要がないときにはハイフンなしの符号で記すものとする。
ここで、布帛状センサ1は、絶縁層(誘電層)である絶縁性布帛12の両側に電極である導電性布帛11および柔軟導電性材料13を配置した素子と見ることができる。すなわち、布帛状センサ1は、導電性布帛11と絶縁性布帛12と柔軟導電性材料13とで構成される一組の素子10を含んでいると見ることができる。したがって、この図の例では、X軸方向に複数の素子10が配置されるとともに、Z軸方向に二つの素子10が配置されている。
次に、布帛状センサ1の動作原理について説明する。図2は、本発明の布帛状センサの動作原理を説明する断面図であって、(A)は押圧されていない布帛状センサを示し、(B)は押圧時の布帛状センサを示す。この図の例では、図1における素子10の1個分が示されている。上述されたように、布帛状センサ1は導電性布帛11と絶縁性布帛12と柔軟導電性材料13とが積層されることで構成される。柔軟導電性材料13は、例えば平織物である絶縁性布帛14内に織り込まれる。また、導電性布帛11および柔軟導電性材料13からはそれぞれ電気配線31が引き出されて導電性布帛11と柔軟導電性材料13とが検出器30を介して電気的に接続される。検出器30は、電気配線31を介して導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間を流れる電流(電気信号)を検出するためのものである。また、この図の例では、導電性布帛11と絶縁性布帛12との間に空隙22を有するように導電性布帛11および絶縁性布帛12の各周縁部が両面テープ21−1によって貼着される。一方、絶縁性布帛12と絶縁性布帛14とは両面テープ21−2によって貼着される。すなわち、導電性布帛11と絶縁性布帛12との層間および絶縁性布帛12と柔軟導電性材料13との層間のうちの一方である導電性布帛11と絶縁性布帛12との層間は、空隙22を有して接触および開放が可能である。
図2(A)に示すように布帛状センサ1が押圧されていない状態において、絶縁性布帛12に例えば負電荷(−)が帯電していると、静電誘導により、導電性布帛11および柔軟導電性材料13には当該負電荷と等量の正電荷(+)が帯電する。
ここで、負電荷(−)は、布帛状センサ1のわずかな動きや振動に伴い絶縁性布帛12で起こる静電気現象により生成される静電荷である。静電気現象を起こしやすい、すなわち静電荷が生成されやすい絶縁性布帛12を用いると、電圧を印加しなくても絶縁性布帛12を帯電させることができる。
図2(A)の状態から図2(B)に示すように布帛状センサ1が圧力Pで押圧されて導電性布帛11と絶縁性布帛12とが接触した短絡状態になると、導電性布帛11に存在していた正電荷と絶縁性布帛12に存在していた負電荷とが中和される。これにより、柔軟導電性材料13にのみ正電荷が存在する状態となるので、柔軟導電性材料13に存在していた正電荷が柔軟導電性材料13から流れ出し、電気配線31を介して導電性布帛11へ流れ込む。このとき柔軟導電性材料13から電気配線31を介して導電性布帛11へ流れる正電荷は、検出器30によって電流(電気信号)として検出される。あるいは、正電荷の移動に伴う電圧変化が電気信号として検出されてもよい。
またさらに、図2(B)の状態から押圧が解除されて導電性布帛11と絶縁性布帛12との短絡がなくなると、押圧の解除に伴う絶縁性布帛12のわずかな動きや振動に伴い、絶縁性布帛12に負電荷(静電荷)が帯電しかつ導電性布帛11および柔軟導電性材料13に当該負電荷と等量の正電荷が帯電する図2(A)の状態に戻るよう、導電性布帛11から正電荷が流れ出して電気配線31を介して柔軟導電性材料13へ流れ込む。このとき導電性布帛11から電気配線31を介して柔軟導電性材料13へ流れる正電荷は、検出器30によって電流(電気信号)として検出される。あるいは、正電荷の移動に伴う電圧変化が電気信号として検出されてもよい。
以上説明したように、布帛状センサ1に対する押圧の有無により導電性布帛11と絶縁性布帛12との接触状態が変わるが、導電性布帛11と絶縁性布帛12との接触直後および接触解除直後に、導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間の電気配線31に電流(電気信号)が流れる。この電流の向き(または電圧の正負)、すなわち電気信号の正負は、上述したように導電性布帛11と絶縁性布帛12との接触直後(すなわち布帛状センサ1を押圧した直後)と接触解除直後(すなわち布帛状センサ1への押圧を解除した直後)とで逆向きになる。
なお、絶縁性布帛12の素材は種々のものが考えられるが、その素材如何によって絶縁性布帛12に帯電される電荷の量および電荷の符号が変わることから、導電性布帛11と絶縁性布帛12との接触直後および接触解除直後に流れる電流の大きさおよび向き(または電圧の大きさおよび正負)も変わる。したがって、本発明によれば、絶縁性布帛12の素材を適宜選択し、導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間を結ぶ電気配線31上に検出器30を設けることで、適用する用途等に応じた布帛状センサ1を構成することができる。
上記の布帛状センサ1では、検出器30は、電流(または電圧)を検出可能であればよく、高周波回路を用いる必要が無い。そのため、微少な電源で動作させることができる。また、絶縁性布帛12での帯電は、布帛状センサ1のわずかな動きや振動に伴って起きるので、導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間に予め電圧を印加しておく必要が無い。そのため、布帛状センサ1を動作させるための電源は実質的に不要である。このように、本発明の布帛状センサ1では、高周波回路を不要とし、電源回路を小さくすることができる。
また、図1に示す布帛状センサ1では、素子10がZ方向に二つ重なっており、それら二つの素子10は並列接続されている。そのため、素子10が一つの場合と比較して、押圧に伴い出力される電荷の量、すなわち電気信号の強度が概ね二倍程度となるため、感度やS/N比を向上させることができる。
導電性布帛11としては、必要な導電性を有する面状の導電性材料であれば特に制限はないが、例えば金属線を入れた織編物、金属被覆導線を入れた織物、導電メッキ糸を入れた織編物、絶縁被覆導線を入れた織編物(多重織り、多重編みも可)、導電糸を鞘糸としたシングルまたはダブルカバード糸を入れた多重織編物、金属を表面めっきした絶縁織編物などが挙げられる。ただし、導電性布帛11の全部の領域が導電性を有していてもよいし、一部の領域(例示:柔軟導電性材料13の近傍の領域)が導電性を有していてもよい。導電性布帛11の面状の導電性材料では、シート抵抗は、104Ω/□以下であればよく、好ましくは102Ω/□以下であり、より好ましくは1Ω/□以下である。導電性布帛11を形成する線状の導電性材料では、体積抵抗率は、10−1Ω・cm以下であればよく、好ましくは10−2Ω・cm以下であり、より好ましくは10−3Ω・cm以下である。
柔軟導電性材料13としては、糸または繊維などを用いる場合、必要な導電性を有する線状の導電性材料であれば特に制限はないが、例えば金属線、金属被覆導線、導電メッキ糸、絶縁被覆導線、導電糸を鞘糸としたシングルまたはダブルカバード糸などが挙げられる。ただし、柔軟導電性材料13の線状の導電性材料では、体積抵抗率は、10−1Ω・cm以下であればよく、好ましくは10−2Ω・cm以下であり、より好ましくは10−3Ω・cm以下である。柔軟導電性材料13に線状の導電性材料を用いる場合は、織物を構成する緯糸あるいは経糸として織りこむか、編物の編地を構成する糸として編みこむことが好ましい。また、柔軟導電性材料13として布帛を用いる場合には、導電性布帛11の場合と同様である。
上記各材料において、導電性布帛11および柔軟導電性材料13中の導電性材料は、導電性物質が表面に露出したものが好ましい。導電性物質が表面に露出せず、絶縁性物質が表面にあると、導電性物質と絶縁性布帛の接触が妨げられて電荷の中和が阻害されることに加え、絶縁性布帛と導電性物質との距離が大きくなる結果、導電性布帛11および柔軟導電性材料13に誘導される静電荷の量が乏しくなり、信号強度が低下するためである。
絶縁性布帛12としては、必要な絶縁性を有する面状の絶縁性材料であれば特に制限はないが、静電気現象による静電荷を発生し易い材料が好ましく、例えば主成分として、塩化ビニル、アクリル、ポリエステルのような(−)に帯電するもの、または、ウール、ナイロン、レーヨンのような(+)に帯電するもの、を含む材料が挙げられる。ここで主成分とは、構成成分の50重量%以上の成分を指す。特に帯電性の高い材料を用いることが好ましい。絶縁性布帛12では、シート抵抗は、106Ω/□以上であればよく、好ましくは108Ω/□以上であり、より好ましくは1010Ω/□以上である。
絶縁性布帛12は導電性布帛11および柔軟導電性材料13への固定のため、接着層を備えたものも好適に用いることができる。即ち、基材を絶縁性の織編物、不織布あるいは紙とし、接着剤、熱圧着材や粘着剤が片面あるいは両面に配置された布帛や、基材そのものが接着性、熱圧着性や粘着性を備えた布帛も好適に用いることができる。好ましい例として、不織布を基材とした粘着テープや、不織布を基材とした熱圧着テープを挙げることができる。ただし本発明の目的を達成するため、両面に接着剤、熱圧着材や粘着剤を配置する場合は、貼合される導電性布帛11および柔軟導電性材料13と基材との間の空隙が失われないよう、接着剤、熱圧着材や粘着剤を疎に配置する必要がある。
次に、電磁波シールドについて説明する。図3は本発明の布帛状センサと電気配線との関係を模式図である。布帛状センサ1は、図1の構成を有するときには、さらに電磁波シールド機能を有している。電磁波シールド機能とは、押圧を検出するための導電性材料が配置された領域の近傍に、その領域より広い導電性布帛がある場合、その導電性布帛が接地されることで導電性材料を電磁波から保護する、という機能である。その導電性布帛は、導電性材料を挟むように二層配置されることが好ましく、これら二層の導電性布帛は短絡されることが好ましい。
この図に示す例では、押圧や変形を検出するための柔軟導電性材料13が配置された領域の近傍に、その領域より広い導電性布帛11−1および11−2があるため、導電性布帛11−1および11−2を接地することで柔軟導電性材料13を電磁波から保護することができる。すなわち、導電性布帛11−1および11−2は、センサ(素子10)の電極としての機能に加えて、電磁波シールド機能を有することができる。ここで、導電性布帛11は、柔軟導電性材料13を挟むように二層配置され、これらの二層は短絡されている。
このように、この図に示す例では、導電性布帛11−1および11−2が、センサの構成部材としてだけでなく、電磁波シールドの構成部材としても利用されているため、布帛状センサ1の構成部材を全体として少なくすることができる。それにより、布帛状センサ1の製造の容易化やコストの削減などを実現できる。
ここで、電磁波シールドの効果を高める観点から、柔軟導電性材料13は、導電性布帛11−1および11−2のなす面への正射影が、導電性布帛11−1および11−2のなす面の内側に存在し、はみ出していないことが好ましい。このとき、導電性布帛11−1の導電性を有する領域、すなわち導電部の面積をS1、柔軟導電性材料の面積をSC、導電性布帛11−2の導電部の面積をS2とすると、S1≧SC、S2≧SCとすることが好ましい。ここで面積とは、布帛がなす平面に平行な面に投影したときの面積を指す。導電性布帛11の導電部は、幅10mm程度の隙間を多数有していても電磁波シールドの効果を有するため、電磁波シールドの観点からは幅10mm以下の隙間を含めて導電部の面積とみなす。導電性布帛11および導電性布帛15の導電部は、検出器30のグランドに接続することで接地してもよい。
電磁波シールドの効果を高める観点からは、導電性布帛11−1および11−2と柔軟導電性材料13との距離は5mm以下が好ましい。言い換えれば、導電性布帛11−1と導電性布帛11−2との距離は10mm以下が好ましい。
電磁波シールドの効果を高める観点からは、導電性布帛11−1および11−2は導電性布帛の全部の領域が導電性であることが好ましい。導電性布帛11−1および11−2としては例えば、全部の領域域に導電性の糸(例示:導電メッキ糸や絶縁被覆導線)を用いた布帛や、金属のような導電性材料を全面に被覆した布帛が挙げられる。
ここで、柔軟導電性材料13の端部から検出器30の端子までを接続する電気配線31のうち、導電性布帛11−1、11−2、およびこれらに短絡された導電性材料によって電磁波シールドされていない部分の長さLは2cm以下であることが好ましく、1cm以下がより好ましく、0.5cm以下がさらに好ましく、0cmすなわち検出器30の端子まで電磁波シールドされていることがさらにより好ましく、さらに加えて検出器30も電磁波シールドされていることが最も好ましい。それにより、柔軟導電性材料13から出力される素子10での静電荷の変化を、外部からのノイズの影響をほとんど受けずに検出器30に入力することができる。ただし、プリアンプ(前置増幅回路)やアンプ(増幅回路)のような別の電子回路が、検出器30に含まれているか、または、検出器30よりも柔軟導電性材料13に近い側に存在する場合には、上記説明において、検出器30がプリアンプ(前置増幅回路)やアンプ(増幅回路)のような別の電子回路に置き換えられる。
このように布帛状センサ1は導電性布帛11−1および11−2による電磁波シールド機能を有しているので、人体近接や電磁波などのノイズに強く、布帛状センサ1に押圧や変形により加わる物理的な圧力のみを敏感に検出することが可能となる。
さらに布帛状センサ1は、外側に保護用の絶縁性布帛をさらに備えていてもよい。図4は本発明の布帛状センサ1の他の構成例を示す部分断面図である。この図に示すように、布帛状センサ1は、導電性布帛11−1および11−2の外側に、導電性布帛11−1および11−2をそれぞれ覆う絶縁性布帛17−1および17−2をさらに備えている。外側の絶縁性布帛17は、布帛状センサ1の表面を保護し、帯電した物質(人体など)と導電性布帛11との直接的接触によるノイズの発生を防止する。ただし、その場合、導電性布帛11と絶縁性布帛17との接触および開放により静電荷が発生してノイズを生じさせないように、以下のような構成とすることが好ましい。すなわち、内部の絶縁性布帛12とカバーする絶縁性布帛17とは同種の素材を用いる。そして、導電性布帛11と絶縁性布帛12との層間を空隙なく固定する場合には導電性布帛11とカバーする絶縁性布帛17との層間も空隙なく固定し、導電性布帛11と絶縁性布帛12との層間に空隙有りで固定する場合には導電性布帛11とカバーする絶縁性布帛17との層間も空隙有りにする。この図の例では後者の例を示している。
また、布帛状センサ1は、図4に示す布帛状センサ1の絶縁性布帛17−1および17−2の外側に、それぞれ絶縁性布帛17−1および17−2を覆い接地された導電性布帛をさらに備えていてもよい(図示せず)。それら絶縁性布帛17−1および17−2を覆う導電性布帛は電磁波シールドとして機能する。その場合、導電性布帛11−1および11−2を接地しなくてもよく、すなわち電磁波シールドとして利用しなくてもよい。このように、電磁波シールド用の導電性布帛と、センサ用の導電性布帛を分離することで、それぞれの機能をより向上させることができる。
あるいは布帛状センサ1は、圧電素子をさらに備えていてもよい。図5は本発明の布帛状センサのさらに他の構成例を示す部分断面図である。この図に示すように、布帛状センサ1は、導電性布帛11−2の外側に、絶縁性布帛17−3、圧電性布帛40、絶縁性布帛17−4および導電性布帛11−pをさらに備えている。
圧電性布帛40は、例えば経糸(X軸方向)に絶縁性繊維を配し、緯糸(Y軸方向)に柔軟導電性材料41と圧電性繊維42と柔軟導電性材料43とをこの順に配した圧電素子10aを含む平織物である。圧電素子10a同士は例えば緯糸の絶縁性繊維(図示せず)で隔てられている。圧電性繊維42はポリ乳酸に例示される圧電性の材料で形成された繊維である。絶縁性布帛17−3および17−4は絶縁性の材料で形成された布帛であり、静電気現象によるノイズの発生、すなわち静電荷の発生を防ぐため、静電気現象が起き難い綿、アセテート、キュプラ、紙、紙布、パルプ不織布が好ましい。導電性布帛11−pは例えば導電性布帛11と同じである。
圧電素子10aは、布帛状センサ1の変形に伴って圧電性繊維42に発生する電荷を柔軟導電性材料41および43で捕捉して、電気配線を介して検出器30に出力する。それにより検出器30は布帛状センサ1の変形を検出することができる。
次に、本発明の布帛状センサ1の具体例について説明する。図6は本発明の布帛状センサの具体例を示す分解斜視図であり、図7は図6の布帛状センサを示す上面図である。ここでは、二次元平面上の押圧位置を検出することができる布帛状センサ1の具体例について説明する。
図6および図7に示すように、XY平面上の押圧位置を検出するためには、柔軟導電性材料13をX軸方向に少なくとも二列、Y軸方向に少なくとも二列設ける必要がある。したがって、柔軟導電性材料13が織り込まれる平織物である絶縁性布帛14は、X軸方向検出用とY軸方向検出用の二層分設けられる。よって、布帛状センサ1は、導電性布帛11−1と、絶縁性布帛12−1と、絶縁性布帛14−1と、絶縁性布帛12−2と、絶縁性布帛14−2と、絶縁性布帛12−3と、導電性布帛11−2とがZ軸方向に積層されることで構成される。導電性布帛11−1と導電性布帛11−2とは短絡される。なお、図6および図7においては、各層間を貼着する両面テープについては図示を省略している。
Y軸方向の押圧位置を検出するために、絶縁性布帛14−1の平織物内には、柔軟導電性材料13−a1および柔軟導電性材料13−a2が平行となるようにY軸方向に沿って織り込まれる。また、X軸方向の押圧位置を検出するために、絶縁性布帛14−2の平織物内には、柔軟導電性材料13−b1および柔軟導電性材料13−b2が平行となるようにX軸方向に沿って織り込まれる。なお、絶縁性布帛14−1と絶縁性布帛14−2とは積層位置を入れ替えてもよい。
各柔軟導電性材料13−a1、13−a2、13−b1および13−b2と、導電性布帛11−1および11−2との間は、電気配線によって電気的に接続される。導電性布帛11と絶縁性布帛12との接触直後(すなわち布帛状センサ1を押圧した直後)と接触解除直後(すなわち布帛状センサ1への押圧を解除した直後)に、当該押圧もしくは当該押圧解除に係る導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間の電気配線に、正電荷が流れることになる。導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間の電気配線上に流れる正電荷は微弱な電気信号であるので、この図の例では、その電気信号を増幅するために、各柔軟導電性材料13−a1、13−a2、13−b1および13−b2には、プリアンプ25−a1、25−a2、25−b1および25−b2がそれぞれ接続される。また、各プリアンプ25−a1、25−a2、25−b1および25−b2によって増幅された各信号は、アンプ26によってさらに増幅された後、電気信号を検出する検出部27に入力される。
なお、検出部27が電気信号を検出可能であれば、プリアンプ25−a1、25−a2、25−b1および25−b2やアンプ26のいずれか一方または両方はなくてもよい。この図の例では、プリアンプ25−a1、25−a2、25−b1および25−b2、アンプ26および検出部27は、布帛状センサ1から出力される電気信号を検出する検出器30と見ることができる。
既に説明したように、導電性布帛11と絶縁性布帛12との接触直後(すなわち布帛状センサ1を押圧した直後)と接触解除直後(すなわち布帛状センサ1への押圧を解除した直後)に、当該押圧もしくは当該押圧解除に係る導電性布帛11と柔軟導電性材料13との間の電気配線に、微弱な電気信号(正電荷)が流れる。この微弱な電気信号はプリアンプ25−a1、25−a2、25−b1もしくは25−b2によって増幅されて出力されるが、プリアンプ25−a1、25−a2、25−b1もしくは25−b2のうちどのプリアンプから増幅信号が出力されたかを、検出部27が検出することによって、当該押圧もしくは当該押圧解除の位置を特定することができる。具体例を挙げると次の通りである。
例えば、検出部27が、プリアンプ25−a1およびプリアンプ25−b1からの増幅信号を検出した場合は、柔軟導電性材料13−a1および柔軟導電性材料13−b1からの正電荷が出力されたことを意味するので、柔軟導電性材料13−a1および柔軟導電性材料13−b1との交点である領域A1B1が押圧もしくは押圧解除されたとことがわかる。
また例えば、検出部27が、プリアンプ25−a1およびプリアンプ25−b2からの増幅信号を検出した場合は、柔軟導電性材料13−a1および柔軟導電性材料13−b2からの正電荷が出力されたことを意味するので、柔軟導電性材料13−a1および柔軟導電性材料13−b2との交点である領域A1B2が押圧もしくは押圧解除されたとことがわかる。
また例えば、検出部27が、プリアンプ25−a2およびプリアンプ25−b1からの増幅信号を検出した場合は、柔軟導電性材料13−a2および柔軟導電性材料13−b1からの正電荷が出力されたことを意味するので、柔軟導電性材料13−a2および柔軟導電性材料13−b1との交点である領域A2B1が押圧もしくは押圧解除されたとことがわかる。
また例えば、検出部27が、プリアンプ25−a2およびプリアンプ25−b2からの増幅信号を検出した場合は、柔軟導電性材料13−a2および柔軟導電性材料13−b2からの正電荷が出力されたことを意味するので、柔軟導電性材料13−a2および柔軟導電性材料13−b2との交点である領域A2B2が押圧もしくは押圧解除されたとことがわかる。
いずれの場合についても、検出部27が検出した増幅信号が押圧により発生したものなのか押圧解除により発生したものなのかは、増幅信号の正負の符号から判別することができる。
なお、上述の具体例では、二次元平面上の押圧位置を検出するXY両方に2列ずつ柔軟導電性材料13を設けた場合について説明したが、柔軟導電性材料13をより多く設ければ、より広範囲かつ高精度に二次元平面上の押圧位置を検出することができる。
本発明による布帛状センサによって出力された電気信号は様々な用途に利用可能である。図8は、本発明の布帛状センサを用いたデバイスを例示するブロック図である。
例えば、本発明の布帛状センサ1と、布帛状センサ1から出力される電気信号を増幅するアンプ26と、アンプ26で増幅された電気信号を検出する検出部27と、検出部27から出力された電気信号を外部機器(図示せず)へ送信する送信部28とからなるデバイス101を構成すれば、布帛状センサ1の表面への接触、圧力、形状変化により出力された電気信号を容易に取り出すことができるので、様々な用途に適用可能である。なお、送信部28による送信方式を無線によるもの有線によるものにするかは、適用される装置に応じて適宜決定すればよい。この場合、図6および図7に示すプリアンプ25−a1、25−a2、25−b1および25−b2は、図8に示すデバイス101においてアンプ26に含まれてもよいし、布帛状センサ1に含まれてもよい。
また、図6および図7に示す布帛状センサ1および検出器30の構成、すなわち図8において送信部28を省略した構成についても、図8の場合と同様に本発明の布帛状センサを用いたデバイス101と見ることができる。
このようなデバイス101の具体例としては、帽子や手袋、靴下などを含む着衣、サポーター、ハンカチ状などの形状をした、タッチパネル、人や動物の表面感圧センサ、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサが挙げられる。例えば人に用いる場合には、接触や動きを検出し、医療用途などの関節などの動きの情報収集、アミューズメント用途、失われた組織やロボットを動かすためのインターフェースとして用いることができる。他には、動物や人型を模したぬいぐるみやロボットの表面感圧センサ、関節部の曲げ、捩じり、伸縮を感知するセンサとして用いることができる。他には、シーツや枕などの寝具、靴底、手袋、椅子、敷物、袋、旗などの表面感圧センサや形状変化センサとして用いることができる。さらには、本発明のセンサは布帛状であるため、伸縮性と柔軟性があるので、あらゆる構造物の全体あるいは一部の表面に貼付あるいは被覆することにより表面感圧センサ、形状変化センサとして用いることができる。
布帛状センサ1およびデバイス101の他の具体例としては人の移動を検知するセンサが挙げられる。例えば病院などにおいて、手術後の安静にすべき患者がベッドから転落したり、ベッド周りで転倒したりするなどの事故が社会的な問題となっており、その対策が求められている。そのため、ベッドでの起き上がりを検知するための装置が種々開発されているが、本発明の布帛状センサ1およびデバイス101は、ベッド上に設置されて患者に違和感を与えずに離床を検出できる離床検知センサおよびそれを用いた離床検知デバイスとして用いることができる。すなわち、離床検知デバイス(デバイス101)は、ベッド上に設置された離床検知センサ(布帛状センサ1)により、ベッド上の患者が離床することを検知したり、その患者の離床の予兆行動を検知したりするものである。以下、離床検知デバイスについて具体的に説明する。
図9は離床検知センサを用いた離床検知デバイスの構成例を示す模式図である。離床検知デバイス101Aは、監視対象であるベッド51上の患者50が離床することを検知したり、その患者50の離床の予兆行動を検知したり、すなわち離床を予測したりするものであり、離床検知センサ1A〜1Dと検出器30と送信部28とを備える。図示していないが検出器30はアンプ26および検出部27を含む。
離床検知センサ1A〜1Dは、いずれも上述の布帛状センサ1であり、押圧の強度変化および押圧される領域の面積変化に伴い生成又は消滅する静電荷を利用したセンサである。離床検知センサ1A〜1Dは、高周波回路が不要で電源回路を小さくできるため、ベッド51の端部などの狭い領域に邪魔にならないように配置することが可能である。また、離床検知センサ1A〜1Dは、センサの部分に布帛状センサ1を用いているため、布帛の特徴である薄さと柔軟性を兼ね備えており、ベッド51上で使用する際に患者50に違和感を与えなることはない。なお、離床検知センサ1A〜1Dを他の支持体に固定する場合には、支持体も柔軟な性質を有していることが好ましく、布帛状であることが好ましい。
離床検知センサ1A〜1Dとして用いられる布帛状センサ1の厚みとしては5mm以下が好ましく、より好ましくは2mm以下であり、さらに好ましくは1mm以下である。また、複数の布帛を積層させたものであってもよいが、その厚みと柔軟性の観点から10層以下が好ましく、7層以下がさらに好ましい。また、センサとしての検出精度を高めるために不織布や発泡体を積層構造の一部に使用してもよい。
離床検知センサ1A〜1Dは、それぞれ監視対象である患者50からの押圧により、押圧の大きさに対応した電気信号を出力する。言い換えると、離床検知センサ1A〜1Dは、それぞれ導電性布帛と柔軟導電性材料との間に生じた電気信号、例えば電圧信号又は電流信号を検出することにより、押圧を検知する。
例えば、離床検知センサ1Aは、ベッド51上に横臥する患者50の肩または背中に対応する位置に配置される。それにより、離床検知センサ1Aは、患者50の肩または背中付近の部位がベッド51に接触している度合を検知できる。離床検知センサ1Bは、ベッド51上に横臥する患者50の腰に対応する位置に配置される。それにより、離床検知センサ1Bは、患者50の腰付近の部位がベッド51に接触している度合を検知できる。離床検知センサ1Cは、ベッド51上に横臥する患者50の脚の左側のベッド51の端の位置に配置される。それにより、離床検知センサ1Cは、患者50の左脚付近の部位がベッド51の左端(左端座位)に接触している度合を検知できる。離床検知センサ1Dは、ベッド51上に横臥する患者50の脚の右側のベッド51の端の位置に配置される。それにより、離床検知センサ1Dは、患者50の右脚付近の部位がベッド51の右端(右端座位)に接触している度合を検知できる。
離床検知センサ1A〜1Dは、例えばベッド51に敷かれたシーツ(図示せず)の下側に固定される。離床検知センサ1A〜1Dは、患者50やベッド51の大きさに応じて、それらの大きさやベッド51上の位置や配置を適宜変更される。なお、離床検知センサ1A〜1Dは、電気信号を出力する前に、その電気信号を予め増幅するプリアンプ(図示せず)を含んでいてもよい。
検出器30は、離床検知センサ1A〜1Dから出力される複数の電気信号を受信し、それぞれ増幅し(アンプ26)、増幅された複数の電気信号を検出する(検出部27)。このとき、本実施の形態では、検出された電気信号(例示:電圧信号または電流信号)が所定の閾値以上のときに押圧があると検知し、検出された電気信号が所定の閾値未満のときに押圧がないと検知する。閾値の大きさで離床検知センサ1A〜1Dの感度を調節できる。そして、検出器30は、検知された複数の電気信号に基づいて、患者50の状態を検知して、患者50の状態に応じた電気信号(例示:後述される「レベル」を含む信号)を出力する。患者50の状態としては、ベッド51上に横臥している状態、ベッド51上に起き上がった状態、ベッド51の端部へ移動しつつある状態、ベッド51の端部にいる状態、離床した状態などが挙げられる。患者50の状態を検出する方法としては、離床検知センサ1A〜1Dのうちの押圧を受けているセンサと押圧を受けていないセンサとの組み合わせにより、患者50の状態を検出する方法が考えられる。その詳細は後述される。なお、患者50の状態によっては、電気信号を出力しないようにしてもよい。例えば、患者50がベッド51上に横臥している状態では、離床のおそれがないとして、電気信号を出力しなくてもよい。
送信部28は、検出器30からの患者50の状態を示す電気信号を受信する。そして、送信部28は、受信された電気信号を予め設定された送信先へ送信する。送信先としては、アラーム発報装置や患者監視装置が挙げられる。図9の例では、アラーム発報装置32へ送信する。
アラーム発報装置32は、例えば病室の入口の近傍やナースステーション内に設置され、患者50の状態が緊急性の高い状態、すなわち患者50が離床しつつある状態と判定されたときに所定のアラームを発報する。このとき、アラームの音の種類や大きさなどによりその緊急性の程度が分かるようする工夫により、看護師の負担を減らすことができる。また、このように離床検知デバイス101Aをアラーム発報装置32と連動させることにより、病室まで行かずにベッド51上の患者50の状態を遠隔から把握できる。
また、患者監視装置(図示せず)は、例えばナースステーション内に設置され、患者50の状態が緊急性の高い状態と判定されたときに病室内を映すカメラの画像をモニタに表示する。このとき、モニタに表示される画像の大きさや色(点滅を含む)や音との組み合わせなどによりその緊急性の程度が分るようにする工夫により、看護師の負担を減らすことができる。また、このように離床検知デバイス101Aを監視装置と連動させることにより、病室まで行かずにベッド51上の患者50の様子を遠隔から確認できる。
離床検知センサ1A〜1Dに接続される検出器30や、必要に応じて接続されるプリアンプまたはアンプなどの電子回路は通常硬く厚みがある。そのため、離床検知センサ1A〜1Dに近接して配置した場合に、離床検知センサ1A〜1Dの柔軟な使用感を損ねる場合がある。したがって、これらの電子回路は患者50が乗らない部分、すなわちベッド51の端部に配置し、患者50が乗る部分に配置した離床検知センサ1A〜1Dとこれらの電子回路とを電気配線31により接続することが好ましい。その電気配線31は、離床検知センサ1A〜1Dに用いられる柔軟導電性材料の端部からこれらの電子回路までのシールドを可能にするシールド層(図示せず)を備えることが好ましい。
検出器30が患者50の状態を検出する方法としては以下の方法が考えられる。
図10は離床検知デバイスで患者の状態を検出するための判定表である。判定表30aは、離床検知センサ1A〜1Dのうちの押圧を受けているセンサと押圧を受けていないセンサとの組み合わせと、患者の状態との関係を示す表である。判定表30aにおいて、「レベル」は患者50のベッド51上の状態(体勢)に応じたレベルを示す。「肩」は離床検知センサ1Aの出力を示し、「腰」は離床検知センサ1Bの出力を示し、「左端座」は離床検知センサ1Cの出力を示し、「右端座」は離床検知センサ1Dの出力を示す。「ON」は離床検知センサ1が押圧を受けている状態、すなわち検出器30が離床検知センサ1からの電気信号により押圧があると判定している状態を示し、「OFF」は離床検知センサ1が押圧を受けていない状態、すなわち検出器30が離床検知センサ1からの電気信号により押圧がないと判定している状態を示す。「判定」は、検出器30により判定された患者50の状態を示す。判定表30aは検出器30の記憶部(図示せず)に予め格納されている。
図10は離床検知デバイスで患者の状態を検出するための判定表である。判定表30aは、離床検知センサ1A〜1Dのうちの押圧を受けているセンサと押圧を受けていないセンサとの組み合わせと、患者の状態との関係を示す表である。判定表30aにおいて、「レベル」は患者50のベッド51上の状態(体勢)に応じたレベルを示す。「肩」は離床検知センサ1Aの出力を示し、「腰」は離床検知センサ1Bの出力を示し、「左端座」は離床検知センサ1Cの出力を示し、「右端座」は離床検知センサ1Dの出力を示す。「ON」は離床検知センサ1が押圧を受けている状態、すなわち検出器30が離床検知センサ1からの電気信号により押圧があると判定している状態を示し、「OFF」は離床検知センサ1が押圧を受けていない状態、すなわち検出器30が離床検知センサ1からの電気信号により押圧がないと判定している状態を示す。「判定」は、検出器30により判定された患者50の状態を示す。判定表30aは検出器30の記憶部(図示せず)に予め格納されている。
患者50がベッド51に寝ているときに、離床検知デバイス101Aが電源ONまたはRESETされる。したがって、離床検知デバイス101Aの電源ONまたはRESETのときには、離床検知センサ1A、1B、1C、1Dの状態は、それぞれON、ON、OFF、OFFになる。
離床検知センサ1A、1B、1C、1Dの状態として、それぞれON、ON/OFF、ON/OFF、ON/OFFが検出された場合、患者50の状態として「寝ている」と判定される。すなわち、患者50はベッド51上に横臥しており、離床の心配はない。この状態はレベル0と定義され、離床の監視の観点からは緊急性がない状態といえる。
また、離床検知センサ1A、1B、1C、1Dの状態として、それぞれOFF、ON、OFF、OFFが検出された場合、患者50の状態として「起き上がり」と判定される。すなわち、患者50はベッド51上で少なくとも上半身を起こしており、離床する動作に移行する可能性もあるが、上半身を起こし続けるかまたは再び寝る可能性もある。この状態はレベル1と定義され、離床の監視の観点からは緊急性が低い状態といえる。
また、離床検知センサ1A、1B、1C、1Dの状態として、それぞれOFF、ON、1Cおよび1Dの少なくとも一方がON、が検出された場合、患者50の状態として「端座位移行」と判定される。すなわち、患者50はベッド51の柵52の無い端部に向かって移動しており、離床する動作を行おうとしていると推測される。この状態はレベル2と定義され、離床の監視の観点からは緊急性がやや高い状態といえ、離床の予兆行動の一つといえる。更に、1CがONであればベッド51の左側の端部に向かって移動しており、1DがONであれば右側の端部に向かって移動していると判定してもよい。
また、離床検知センサ1A、1B、1C、1Dの状態として、それぞれOFF、OFF、1Cおよび1Dの少なくとも一方がON、が検出された場合、患者50の状態として「端座位」と判定される。すなわち、患者50はベッド51の柵52の無い端部にいて、離床する動作を行いつつあると推測される。この状態はレベル3と定義され、離床の監視の観点からは緊急性が高い状態といえ、離床の予兆行動の一つといえる。更に、1CがONであればベッド51の左側の端部にいて、1DがONであれば右端の端部にいると判定してもよい。
また、離床検知センサ1A、1B、1C、1Dの状態として、それぞれOFF、OFF、OFF、OFFが検出された場合、患者50の状態として「離床」と判定される。すなわち、患者50はベッド51から離床していると推測される。この状態はレベル4と定義され、離床の監視の観点からは緊急性が非常に高い状態といえる。
このようにレベルは、0から4まで数字が大きくなるに連れて、ベッド51に横臥している状態から離床している状態まで、順に離床に近くなるように、すなわち緊急性が高くなるように設定される。したがって、例えば患者50が離床しないように監視する場合、レベル0〜1では患者50はベッド51上にいるので問題ないが、レベル2になると離床するおそれがあるので、そのことを看護師に気付かせる処置が必要となる。そのような処置としては、例えば送信部28からアラーム発報装置32へ電気信号を送り、病室やナースステーションでアラームを発報する処置が挙げられる。あるいは、ナースステーションのモニタにベッド51を映し出したり、看護師の携帯端末に緊急呼び出しメールを送信したりするなどの処置が挙げられる。更にレベル3、4になると離床直前又は離床していると推測されるので、そのことを看護師に気付かせるより強力な処置が必要となる。そのような処置としては、例えば送信部28からアラーム発報装置32へ電気信号を送り、病室やナースステーションでのアラームをより大きな音や異なる音色で発報する処置が挙げられる。あるいは、複数の看護師の携帯端末に緊急呼び出しメールを送信したりするなどの処置が挙げられる。
本実施の形態では、検知器30は、看護師に気付かせる処置が必要なレベルとしての閾値レベルを変更・設定可能な閾値レベル入力部30bを更に備えている。例えば看護師が閾値レベル入力部30bを操作して、患者50の体の具合などに応じた閾値レベルを設定する。例えば、患者50の離床が絶対に許されない場合には閾値レベルの値を低く設定し(例示:レベル2)、短時間ならば離床が許される場合には閾値レベルの値を高く設定する(例示:レベル3)。検知器30は、患者50の状態が閾値レベル以上の場合のみ、患者50の状態を示す電気信号を送信部28へ送信する。なお、閾値レベルを設定可能な閾値レベル入力部は、送信部28に設けられていてもよい。その場合、検知器30はすべてのレベルで患者50の状態を示す電気信号を出力し、送信部28は患者50の状態が閾値レベル以上の場合のみ、患者50の状態を示す電気信号をアラーム発報装置32へ送信する。
図11は離床検知デバイスの動作例としての離床検知制御を示すフローチャートである。この離床検知制御は、離床検知デバイス101Aにおいて行なわれる患者50がベッド51から離床しないように監視する制御であり、予め設定された一定時間(例示:0.1秒)ごとに実行される。
ステップ100において、離床検知センサ1A〜1Dの各々は、患者50の状態に応じた押圧を検知して電気信号として出力する。続くステップ101において、検出器30は、離床検知センサ1A〜1Dから出力された複数の電気信号を受信し、それら複数の電気信号をそれぞれ増幅し、増幅された複数の電気信号のうち、所定の閾値以上の電気信号(電圧信号または電流信号)をONと検出し、所定の閾値未満の電気信号をOFFと検出する。そして、検出器30は、それら検出された複数の電気信号に基づいて、判定表30aを参照して、患者50のレベルを判定する。続くステップ102において、患者50のレベルが、閾値レベル入力部30bで設定された閾値レベル(例示:レベル2)以上の場合、ステップ103において、検出器30は電気信号を出力する。その電気信号は、患者50の状態として、患者50の離床または離床の予兆行動を検知したことを示す。送信部28は、検出器30から電気信号を受信し、予め設定された送信先、例えばアラーム発報装置32へ送信する。アラーム発報装置32は、送信部28からの電気信号に基づいて、アラームを発報する。検出器30や送信部28の送信する電気信号は、本実施の形態ではアラームを発報するための信号と見ることができる。
上記の実施の形態では、閾値レベルを一つとし、閾値レベル以上でアラームを発報する構成としているが、本発明はそれに限定されるものでは無い。例えば閾値レベルを二つとし、最初の閾値レベル(例示:レベル2)に達したときの処置と、次の閾値レベル(例示:レベル3)に達したときの処置とを互いに異なるようにしてもよい。具体的には、最初の閾値レベルに達したときのアラームの音と、次の閾値レベルに達したときのアラームの音とを互いに異なるアラーム音にしたり、音の大きさを変えたりしてもよい。
このように、導電性布帛と絶縁性布帛と柔軟性導電性材料とが積層された布帛状センサ1は、外力に応じて布帛内の静電荷が変化することを利用しているので、ベッド51上に簡単に設置できる離床検知センサ1A〜1Dとして使用することができる。さらに、複数の布帛状センサ1からの電気信号を組み合わせにより、一つの布帛状センサでは検知困難な患者50の状況を検出可能な離床検知デバイス101Aとして使用することができる。
また、本実施の形態での離床検知デバイス101Aは、複数の離床検知センサ1A〜1Dを有し、例えばベッド51上において横臥する患者50の肩または背中および腰に位置する部分とベッド51の両側端部などにそれらのセンサを配置している。そのため、肩または背中と腰のセンサが反応していれば患者50は寝た状態であり、肩または背中のセンサが反応なく端部のセンサに反応があれば患者50は端座の状態であり、すべてのセンサが反応しなければ患者50は離床の状態であるなど、それぞれのセンサの電気信号の組み合わせにより患者50の状態を判断することができる。また、その患者50の状態の判断結果により、異なる電気信号を出力することができる。また、複数のセンサの電気信号から患者50の状態を判断することにより、患者50の状態を正しく判断でき、誤った判断をしないようにすることができる。
上記の実施の形態での離床検知デバイス101Aでは、その時々の複数の離床検知センサ1A〜1Dからの電気信号に基づいて、患者50の状態を把握しているが、本発明はこの例に限定されるものでは無い。例えば、前回の患者50の状態と今回の患者50の状態とを比較して、患者50の状態を判定してもよい。例えば、レベル1からレベル2に移行した場合には患者50は離床しようとしている状態と推測されるが、レベル3からレベル2に移行した場合には離床しようとしていない状態(逆の動作)であると判定できる。したがって、前者の場合にはレベル2でアラームを発報するが、後者の場合にはレベル2でもアラームを発報しない。このように、前回の患者50の状態と今回の患者50の状態との比較から、患者50の状態をより正しく判断でき、より誤った判断をしないようにすることができる。
なお、このような離床検知センサおよび離床検知デバイスは、手術後の患者の離床を監視するためだけでなく、介護施設や民家において身体能力の衰弱した者や認知症や譫妄による徘徊する者の移動を検知したり、車椅子や座席からの離席を感知したりするベッド以外での様々な用途にも適用可能である。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に記載するが本発明はこれによって何らの限定を受けるものではない。
各実施例では以下の材料を使用した。
(導電性布帛)
導電性布帛として、セーレン株式会社製の銅ニッケルメッキPET平織物「Sui−10−511M」(以下、「導電布A」と称する。)を用いた。導電布Aの厚さは100μm、体積抵抗率は3×10−4Ω・cmであった。
導電性布帛として、セーレン株式会社製の銅ニッケルメッキPET平織物「Sui−10−511M」(以下、「導電布A」と称する。)を用いた。導電布Aの厚さは100μm、体積抵抗率は3×10−4Ω・cmであった。
(柔軟導電性材料)
柔軟導電性材料として、三ツ冨士繊維工業株式会社製の銀メッキナイロン「AGposs」(以下、「導電糸B」と称する。)を用いた。導電糸Bの繊度は136デニール、体積抵抗率は1.1×10−3Ω・cmであった。また、他の柔軟導電性材料として銅線、すなわち直径0.19mmの銅線を用いた。更に他の柔軟導電性材料として被覆導線、すなわちAWG32、7本心線(単線の直径0.08mm)、外径0.24mmの塩化ビニル被覆銅線を用いた。
柔軟導電性材料として、三ツ冨士繊維工業株式会社製の銀メッキナイロン「AGposs」(以下、「導電糸B」と称する。)を用いた。導電糸Bの繊度は136デニール、体積抵抗率は1.1×10−3Ω・cmであった。また、他の柔軟導電性材料として銅線、すなわち直径0.19mmの銅線を用いた。更に他の柔軟導電性材料として被覆導線、すなわちAWG32、7本心線(単線の直径0.08mm)、外径0.24mmの塩化ビニル被覆銅線を用いた。
上記の各柔軟導電性材料は他の材料と共に平織物にして用いた。具体的には、84dTex/24フィラメントのPET繊維を経糸および緯糸の地糸とし、導電糸Bを2cmの間隔で緯糸に1本ずつ繰り返し入れた平織物を、平織物C1として用いた。また、84dTex/24フィラメントのPET繊維を経糸および緯糸の地糸とし、導電糸Bを緯糸に10本連続して入れた約2mm幅の領域を2cmの間隔で繰り返し配置した平織物を、平織物C2として用いた。また、84dTex/24フィラメントのPET繊維を経糸および緯糸の地糸とし、緯糸に導電糸Bを1本、ポリL−乳酸繊維(84dTex/24フィラメント)を1本、導電糸Bを1本の合計3本を連続して入れた領域を、2cmの間隔で繰り返し配置した平織物を、平織物C3として用いた。ただし、ポリL−乳酸繊維は溶融紡糸後2.3倍に延伸し、100℃で熱固定処理して製造された圧電性繊維である。したがって、平織物C3は圧電布である。
(絶縁性布帛)
絶縁性布帛として、22dTex/24フィラメントのPET繊維を用いた平織物(以下、「絶縁布D1」と称する。)を用いた。また、55dTex/72フィラメントのナイロン繊維を用いた平織物(以下、「絶縁布D2」と称する。)を用いた。また、1mm厚の羊毛フエルト、0.1mm厚のコピー用紙、0.05mm厚のティッシュペーパーを用いた。
絶縁性布帛として、22dTex/24フィラメントのPET繊維を用いた平織物(以下、「絶縁布D1」と称する。)を用いた。また、55dTex/72フィラメントのナイロン繊維を用いた平織物(以下、「絶縁布D2」と称する。)を用いた。また、1mm厚の羊毛フエルト、0.1mm厚のコピー用紙、0.05mm厚のティッシュペーパーを用いた。
次に、各実施例の試料、評価および特性について説明する。後記される表1はそれらをまとめたものである。評価におけるノイズは静置状態での信号の分散の値であり、シグナルの値はベースラインをゼロとしたピーク頂点の値である。S/N比はガラス棒で押圧した時のシグナルの値÷ノイズの値を示す。
(実施例1)
導電布Aおよび絶縁布D1を幅4cm、長さ12cmのテープ状にカットした。平織物C1を幅3cm長さ10cmのテープ状にカットした。平織物C1をカットする際、このテープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが1本配置されるようにし、短辺の端部に配線用の導電糸Bを8mm残してカットした。カットされた導電布A、絶縁布D1および平織物C1をこの順に積層し、導電布Aおよび絶縁布D1は完全に重なるように配置し、平織物C1および端部の導電糸Bは導電布Aおよび絶縁布D1からはみ出さないように配置し、各層間を両面テープで固定した。両面テープを、平織物C1中の導電糸Bに重ならないよう、テープ状の織物片の中央1cmの幅の領域を避け、各布帛片の端部に長軸方向に沿って貼った。その結果、導電布Aと絶縁布D1と平織物C1とが積層された積層体が形成された。その積層体では、導電糸Bの上方における平織物C1と絶縁布D1との間、および、導電布Aと絶縁布D1との間に、すなわち全層間に、空隙が形成されている。
導電布Aおよび絶縁布D1を幅4cm、長さ12cmのテープ状にカットした。平織物C1を幅3cm長さ10cmのテープ状にカットした。平織物C1をカットする際、このテープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが1本配置されるようにし、短辺の端部に配線用の導電糸Bを8mm残してカットした。カットされた導電布A、絶縁布D1および平織物C1をこの順に積層し、導電布Aおよび絶縁布D1は完全に重なるように配置し、平織物C1および端部の導電糸Bは導電布Aおよび絶縁布D1からはみ出さないように配置し、各層間を両面テープで固定した。両面テープを、平織物C1中の導電糸Bに重ならないよう、テープ状の織物片の中央1cmの幅の領域を避け、各布帛片の端部に長軸方向に沿って貼った。その結果、導電布Aと絶縁布D1と平織物C1とが積層された積層体が形成された。その積層体では、導電糸Bの上方における平織物C1と絶縁布D1との間、および、導電布Aと絶縁布D1との間に、すなわち全層間に、空隙が形成されている。
その後、積層体の導電布Aをミノムシクリップでプリアンプ(増幅率10倍)の+極およびグランドに接続し、平織物C1の端部にカットせず残した導電糸Bをプリアンプの−極に接続した。平織物C1の端部からプリアンプの端子まで接続されている導電糸Bのうち、導電布Aに覆われていない部分の長さは4mmとした。
上記のようにして作製された布帛状センサをアンプ(増幅率10倍)およびノイズカットフィルタ(50−60Hz)を通してオシロスコープに接続した。机の上に平織物C1を上にして静置し、ベースノイズを確認したところ、30mV程度のノイズを受信した。机の上に置いたまま、布帛状センサの中央部に垂直にガラス棒を置いたり離したりしたところ、S/N比2.5の信号が得られた(表1参照)。
(実施例2)
実施例1の積層体の導電布A、絶縁布D1および平織物C1に加えて、さらに絶縁布D1および導電布Aを積層し、すなわち導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1および導電布Aをこの順に積層した積層体を形成し、両側の導電布Aをグランドに接続した。このとき、導電布Aと絶縁布D1との間、絶縁布D1と平織物C1との間、平織物C1と絶縁布D1との間、および、絶縁布D1と導電布Aとの間に、すなわち全層間に、空隙が形成されている。その他は、実施例1と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例1の積層体の導電布A、絶縁布D1および平織物C1に加えて、さらに絶縁布D1および導電布Aを積層し、すなわち導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1および導電布Aをこの順に積層した積層体を形成し、両側の導電布Aをグランドに接続した。このとき、導電布Aと絶縁布D1との間、絶縁布D1と平織物C1との間、平織物C1と絶縁布D1との間、および、絶縁布D1と導電布Aとの間に、すなわち全層間に、空隙が形成されている。その他は、実施例1と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例3)
実施例2の積層体において、平織物C1の代わりに銅線を縫い付けた絶縁布D1を用いた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例2の積層体において、平織物C1の代わりに銅線を縫い付けた絶縁布D1を用いた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例4)
実施例2の積層体において、平織物C1の代わりに被覆導線を用いた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例2の積層体において、平織物C1の代わりに被覆導線を用いた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例5)
実施例2の積層体において、平織物C1の代わりに導電布Aを用いた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例2の積層体において、平織物C1の代わりに導電布Aを用いた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例6)
実施例5の積層体において、上下の導電布Aとそれらに対向する絶縁布D1との間には空隙があり、中心の導電布Aとその両側の絶縁布D1との間には全面に両面テープを貼り付けて空隙が無いようにした。その他は、実施例5と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例5の積層体において、上下の導電布Aとそれらに対向する絶縁布D1との間には空隙があり、中心の導電布Aとその両側の絶縁布D1との間には全面に両面テープを貼り付けて空隙が無いようにした。その他は、実施例5と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例7)
実施例5の積層体において、上の導電布Aと絶縁布D1との間および中心の導電布Aとその下の絶縁布D1には空隙があるが、中心の導電布Aとその上の絶縁布D1との間および下の導電布Aとその上の絶縁布D1との間には全面に両面テープを貼り付けて空隙が無いようにした。その他は、実施例5と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例5の積層体において、上の導電布Aと絶縁布D1との間および中心の導電布Aとその下の絶縁布D1には空隙があるが、中心の導電布Aとその上の絶縁布D1との間および下の導電布Aとその上の絶縁布D1との間には全面に両面テープを貼り付けて空隙が無いようにした。その他は、実施例5と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例8)
実施例2の積層体において、さらに両外側が絶縁布D1で覆われており、それらの絶縁布D1とそれらに対向する導電布Aとの間に空隙がある。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例2の積層体において、さらに両外側が絶縁布D1で覆われており、それらの絶縁布D1とそれらに対向する導電布Aとの間に空隙がある。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例9)
実施例2の積層体において、平織物C1の端部からプリアンプの端子まで接続されている導電糸Bのうち、導電布Aに覆われていない部分の長さを20mmとした。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。ただし、他の実施例に比べ、特にプリアンプの端子付近に手を近づけたときにはノイズが増大した。
実施例2の積層体において、平織物C1の端部からプリアンプの端子まで接続されている導電糸Bのうち、導電布Aに覆われていない部分の長さを20mmとした。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。ただし、他の実施例に比べ、特にプリアンプの端子付近に手を近づけたときにはノイズが増大した。
(実施例10)
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりに羊毛フエルトを用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりであり、実施例6で得られた信号と逆方向に信号が観察された。
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりに羊毛フエルトを用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりであり、実施例6で得られた信号と逆方向に信号が観察された。
(実施例11)
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりに絶縁布D2を用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりであり、実施例6で得られた信号と逆方向に信号が観測された。
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりに絶縁布D2を用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりであり、実施例6で得られた信号と逆方向に信号が観測された。
(実施例12)
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりにコピー用紙を用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりにコピー用紙を用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例13)
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりにティッシュペーパーを用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりである。
実施例6の積層体において、絶縁布D1の代わりにティッシュペーパーを用いた。その他は、実施例6と同じである。計測結果は表1のとおりである。
(実施例14)
実施例2の積層体において、テープ状の各布帛の幅を2倍にしてカットし、平織物C1をカットする際、テープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが2本配置されるようにし、導電布A、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1および導電布Aの積層体を形成した。そして、それら2本の導電糸Bをそれぞれ別々のプリアンプの−極に接続した。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。平織物C1内の2本の導電糸Bの直上をそれぞれ押圧すると、別々に信号を観察することができ、どちらの導電糸Bの直上が押圧されたか判別することができた。
実施例2の積層体において、テープ状の各布帛の幅を2倍にしてカットし、平織物C1をカットする際、テープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが2本配置されるようにし、導電布A、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1および導電布Aの積層体を形成した。そして、それら2本の導電糸Bをそれぞれ別々のプリアンプの−極に接続した。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。平織物C1内の2本の導電糸Bの直上をそれぞれ押圧すると、別々に信号を観察することができ、どちらの導電糸Bの直上が押圧されたか判別することができた。
(実施例15)
実施例2のライン状の導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1および導電布Aの積層体を2本並べて絶縁布D1に縫い付けた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。2枚の平織物C1内にそれぞれ配置された2本の導電糸Bの直上をそれぞれ押圧すると、別々に信号を観測することができ、どちらの導電糸Bの直上が押圧されたか判別することができた。
実施例2のライン状の導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1および導電布Aの積層体を2本並べて絶縁布D1に縫い付けた。その他は、実施例2と同じである。計測結果は表1のとおりである。2枚の平織物C1内にそれぞれ配置された2本の導電糸Bの直上をそれぞれ押圧すると、別々に信号を観測することができ、どちらの導電糸Bの直上が押圧されたか判別することができた。
(実施例16)
実施例14の導電布A、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1および導電布Aの積層体において、一方の平織物C1と絶縁布D1との間に、さらに平織物C1(導電糸Bが2本)および絶縁布D1を挿入した。すなわち、導電布A、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1および導電布Aの積層体を形成した。ただし、一方の平織物C1の2本の導電糸Bが、他方の平織物C1の2本の導電糸Bと直行するように配置し、全ての導電布Aおよび絶縁布D1は、2枚の平織物C1を覆う大きさの正方形とした。その他は、実施例14と同じである。計測結果は表1のとおりである。2枚の平織物C1内にそれぞれ2本ずつ配置された合計4本の導電糸Bの直上をそれぞれ押圧すると、別々に信号を観測することができ、どの導電糸Bの直上が押圧されたか判別することができた。また、導電糸Bが交差している部分の直上を押圧すると、対応する2本の導電糸Bに接続された検知器に同時に信号が観測され、どの導電糸Bの交差点が押圧されたか判別することができた。
実施例14の導電布A、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1および導電布Aの積層体において、一方の平織物C1と絶縁布D1との間に、さらに平織物C1(導電糸Bが2本)および絶縁布D1を挿入した。すなわち、導電布A、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1、平織物C1(導電糸Bが2本)、絶縁布D1および導電布Aの積層体を形成した。ただし、一方の平織物C1の2本の導電糸Bが、他方の平織物C1の2本の導電糸Bと直行するように配置し、全ての導電布Aおよび絶縁布D1は、2枚の平織物C1を覆う大きさの正方形とした。その他は、実施例14と同じである。計測結果は表1のとおりである。2枚の平織物C1内にそれぞれ2本ずつ配置された合計4本の導電糸Bの直上をそれぞれ押圧すると、別々に信号を観測することができ、どの導電糸Bの直上が押圧されたか判別することができた。また、導電糸Bが交差している部分の直上を押圧すると、対応する2本の導電糸Bに接続された検知器に同時に信号が観測され、どの導電糸Bの交差点が押圧されたか判別することができた。
(実施例17)
導電布Aを3枚、絶縁布D1を4枚、それぞれ幅4cm長さ12cmのテープ状にカットした。平織物C1を1枚、平織物C3を1枚、幅3cm長さ10cmのテープ状にカットした。平織物C1および平織物C3をカットする際、このテープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが配置されるようにし、短辺の端部に配線用の導電糸Bを8mm残してカットした。平織物C3の端部に残した2本の導電糸Bは、互いに短絡しないよう収縮チューブで一部をそれぞれ被覆した。カットされた導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1、導電布A、絶縁布D1、平織物C3、絶縁布D1および導電布Aをこの順に積層し、導電布Aおよび絶縁布D1は完全に重なるように配置し、平織物C1、平織物C3および端部の導電糸Bは導電布Aおよび絶縁布D1からはみ出さないように配置し、各層間を両面テープで固定した。導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1および導電布Aの5層の間では、両面テープを、平織物C1中の導電糸Bに重ならないよう、テープ状の織物片の中央1cmの幅の領域を避け、各布帛片の端部に長軸方向に沿って貼った。導電布A、絶縁布D1、平織物C3、絶縁布D1および導電布Aの5層の間は、層間に空隙がないよう、全面に隙間なく貼った。その結果、導電布Aと絶縁布D1と平織物C1と絶縁布D1と導電布Aと絶縁布D1と平織物C3と絶縁布D1と導電布Aとが積層された積層体が形成された。その積層体では、平織物C1とその上下の絶縁布D1との間に空隙が形成されている。
導電布Aを3枚、絶縁布D1を4枚、それぞれ幅4cm長さ12cmのテープ状にカットした。平織物C1を1枚、平織物C3を1枚、幅3cm長さ10cmのテープ状にカットした。平織物C1および平織物C3をカットする際、このテープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが配置されるようにし、短辺の端部に配線用の導電糸Bを8mm残してカットした。平織物C3の端部に残した2本の導電糸Bは、互いに短絡しないよう収縮チューブで一部をそれぞれ被覆した。カットされた導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1、導電布A、絶縁布D1、平織物C3、絶縁布D1および導電布Aをこの順に積層し、導電布Aおよび絶縁布D1は完全に重なるように配置し、平織物C1、平織物C3および端部の導電糸Bは導電布Aおよび絶縁布D1からはみ出さないように配置し、各層間を両面テープで固定した。導電布A、絶縁布D1、平織物C1、絶縁布D1および導電布Aの5層の間では、両面テープを、平織物C1中の導電糸Bに重ならないよう、テープ状の織物片の中央1cmの幅の領域を避け、各布帛片の端部に長軸方向に沿って貼った。導電布A、絶縁布D1、平織物C3、絶縁布D1および導電布Aの5層の間は、層間に空隙がないよう、全面に隙間なく貼った。その結果、導電布Aと絶縁布D1と平織物C1と絶縁布D1と導電布Aと絶縁布D1と平織物C3と絶縁布D1と導電布Aとが積層された積層体が形成された。その積層体では、平織物C1とその上下の絶縁布D1との間に空隙が形成されている。
その後、積層体の3枚の導電布Aをミノムシクリップでプリアンプa(増幅率10倍)およびプリアンプb(増幅率10倍)の+極およびグランドに接続した。平織物C1の端部にカットせず残した導電糸Bをプリアンプaの−極に接続した。平織物C1の端部からプリアンプaの端子まで接続されている導電糸Bのうち、導電布Aに覆われていない部分の長さは4mmとした。平織物C3の端部にカットせず残した2本の導電糸Bを、プリアンプbの+極(グランドと短絡されている)と−極にそれぞれ接続した。平織物C3の端部からプリアンプbの端子まで接続されている導電糸Bのうち、導電布Aに覆われていない部分の長さは4mmとした。
上記のようにして作製された布帛状センサのプリアンプaを、アンプ(増幅率10倍)およびノイズカットフィルタ(50−60Hz)を通してオシロスコープに接続した。机の上に静置し、ベースノイズを確認したところ、21mV程度のノイズを受信した。机の上に置いたまま、布帛状センサの中央部に垂直にガラス棒を置いたり離したりしたところ、S/N比4.2の信号が得られた(表1参照)。
上記の布帛状センサのプリアンプbを、アンプおよびノイズカットフィルタ(50−60Hz)を通してオシロスコープに接続した。机の上に静置し、ベースノイズを確認したところ、20mV程度のノイズを受信した。机の上に置いたまま、布帛状センサの中央部に垂直にガラス棒を置いたり離したりしたところ、圧電布からの信号は全く得られなかった。一方、布帛状センサを90度曲げたところ、S/N比2.8の信号が得られた。ただし、この圧電布の出力については表1に記載していない。
(実施例18)
実施例1において、積層体の導電布Aをグランドに接続しなかった。その他は、実施例1と同じである。その結果、手を近づけることで300mV程度の大きなノイズを受信したが、S/N比8.0の信号が観測された(表1参照)。
実施例1において、積層体の導電布Aをグランドに接続しなかった。その他は、実施例1と同じである。その結果、手を近づけることで300mV程度の大きなノイズを受信したが、S/N比8.0の信号が観測された(表1参照)。
(実施例19)
実施例1の積層体において、導電布Aの代わりに平織物C1を用いた。その他は、実施例1と同じである。その結果、450mV程度の大きなノイズを受信したが、S/N比1.5の信号が観測された(表1参照)。
実施例1の積層体において、導電布Aの代わりに平織物C1を用いた。その他は、実施例1と同じである。その結果、450mV程度の大きなノイズを受信したが、S/N比1.5の信号が観測された(表1参照)。
(比較例1)
実施例2において、導電布Aと絶縁布D1との間、絶縁布D1と平織物C1との間、平織物C1と絶縁布D1との間、および、絶縁布D1と導電布Aとの間に、すなわち全層間に、全面に両面テープを貼り付けて空隙が無いようにした。その他は、実施例2と同じである。その結果、信号が計測されなかった(表1参照)。
実施例2において、導電布Aと絶縁布D1との間、絶縁布D1と平織物C1との間、平織物C1と絶縁布D1との間、および、絶縁布D1と導電布Aとの間に、すなわち全層間に、全面に両面テープを貼り付けて空隙が無いようにした。その他は、実施例2と同じである。その結果、信号が計測されなかった(表1参照)。
(参考例)
導電布Aを2枚、絶縁布D1を3枚、それぞれ幅4cm長さ12cmのテープ状にカットした。平織物C2を2枚、それぞれ幅3cm長さ10cmのテープ状にカットした。平織物C2をカットする際、このテープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが配置されるようにし、短辺の端部に配線用の導電糸Bを8mm残してカットした。カットされた導電布A、絶縁布D1、平織物C2、絶縁布D1、平織物C2、絶縁布D1、導電布Aをこの順に積層し、導電布Aおよび絶縁布D1は完全に重なるように配置し、平織物C2および端部の導電糸Bは導電布Aおよび絶縁布D1からはみ出さないように配置し、層間を両面テープで固定した。両面テープは平織物C2中の導電糸Bに重ならないよう、テープ状の織物片の中央1cmの幅の領域を避け、各布帛片の端部に長軸方向に沿って貼った。その結果、導電布Aと絶縁布D1と平織物C2と絶縁布D1と平織物C2と絶縁布D1と導電布Aとが積層された積層体が形成された。その積層体では、平織物C1の上側において平織物C2と絶縁布D1との間および導電布Aと絶縁布D1との間に空隙が形成され、並びに、平織物C2の下側において平織物C2と絶縁布D1との間および導電布Aと絶縁布D1との間に空隙が形成された。すなわち全層間に、空隙が形成された。
導電布Aを2枚、絶縁布D1を3枚、それぞれ幅4cm長さ12cmのテープ状にカットした。平織物C2を2枚、それぞれ幅3cm長さ10cmのテープ状にカットした。平織物C2をカットする際、このテープ状の織物片の中心に、長軸方向に沿って導電糸Bが配置されるようにし、短辺の端部に配線用の導電糸Bを8mm残してカットした。カットされた導電布A、絶縁布D1、平織物C2、絶縁布D1、平織物C2、絶縁布D1、導電布Aをこの順に積層し、導電布Aおよび絶縁布D1は完全に重なるように配置し、平織物C2および端部の導電糸Bは導電布Aおよび絶縁布D1からはみ出さないように配置し、層間を両面テープで固定した。両面テープは平織物C2中の導電糸Bに重ならないよう、テープ状の織物片の中央1cmの幅の領域を避け、各布帛片の端部に長軸方向に沿って貼った。その結果、導電布Aと絶縁布D1と平織物C2と絶縁布D1と平織物C2と絶縁布D1と導電布Aとが積層された積層体が形成された。その積層体では、平織物C1の上側において平織物C2と絶縁布D1との間および導電布Aと絶縁布D1との間に空隙が形成され、並びに、平織物C2の下側において平織物C2と絶縁布D1との間および導電布Aと絶縁布D1との間に空隙が形成された。すなわち全層間に、空隙が形成された。
上記の布帛状センサを以下の通りLCRメーターに接続した。2枚の導電布Aをクリップで短絡させ、LCRメーターのグランドに接続した。1枚の平織物C2の端部にカットせず残した導電糸BをLCRメーターの+極に接続し、もう1枚の平織物C2の端部にカットせず残した導電糸BをLCRメーターの−極に接続した。平織物C2の端部からLCRメーターの電極までの距離は4mmとし、LCRメーターの電極を別の導電布Aでシールドし、シールドに用いた導電布Aはグランドに接続した。上記の布帛状センサ1を机の上に静置し、1メガヘルツの周波数で2枚の平織物C2の間の静電容量を測定したところ、13pFの容量を示した。机の上に置いたまま、布帛状センサ1の中央部に垂直にガラス棒を置いたり離したりしたところ、S/N比7.6の信号が得られた(表1参照)。
言い換えると、各実施例の静電荷の変化を示す電気信号(電流または電圧)により押圧を計測する布帛状センサ1は、参考例のような静電容量により押圧を計測する布帛状センサと同等の性能を有しているということができる(表1参照)。
以上の通り、実施例1〜19に挙げた例では高周波を用いた回路を用いる必要なく、単純な電圧検出器で押圧を検知でき、電源を小さくでき、センサデバイスの小型化が可能であることが分かる。
1 布帛状センサ
1A〜1D 離床検知センサ
10 素子
10a 圧電素子
11、11−1、11−2 導電性布帛
12、12−1、12−2、12−3 絶縁性布帛
13、13−a1、13−a2、13−b1、13−b2 柔軟導電性材料
14、14−1、14−2 絶縁性布帛
21−1、21−2 両面テープ
22、22−1、22−2 空隙
23、23−1、23−2 空隙
25−a1、25−a2、25−b1、25−b2 プリアンプ
26 アンプ
27 検出部
28 送信部
30 検出器
30a 判定表
31 電気配線
32 アラーム発報装置
40 圧電性布帛
41、43 柔軟導電性材料
42 圧電性繊維
50 患者
51 ベッド
52 柵
101 デバイス
101A 離床検知デバイス
1A〜1D 離床検知センサ
10 素子
10a 圧電素子
11、11−1、11−2 導電性布帛
12、12−1、12−2、12−3 絶縁性布帛
13、13−a1、13−a2、13−b1、13−b2 柔軟導電性材料
14、14−1、14−2 絶縁性布帛
21−1、21−2 両面テープ
22、22−1、22−2 空隙
23、23−1、23−2 空隙
25−a1、25−a2、25−b1、25−b2 プリアンプ
26 アンプ
27 検出部
28 送信部
30 検出器
30a 判定表
31 電気配線
32 アラーム発報装置
40 圧電性布帛
41、43 柔軟導電性材料
42 圧電性繊維
50 患者
51 ベッド
52 柵
101 デバイス
101A 離床検知デバイス
Claims (15)
- 第1の導電性布帛と第1の絶縁性布帛と柔軟導電性材料とがこの順に積層された布帛状センサであって、
前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間および前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、
該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い生成又は消滅する静電荷によって生じる、前記第1の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する、
布帛状センサ。 - 第2の絶縁性布帛と第2の導電性布帛とを更に備え、
前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料と前記第2の絶縁性布帛と前記第2の導電性布帛とがこの順に積層され、
前記第2の導電性布帛と前記第2の絶縁性布帛との間および前記第2の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間の少なくとも一方に空隙を有し、
前記第1の導電性布帛と前記第2の導電性布帛とが短絡されており、該布帛状センサへの押圧強度の変化に伴い発生および解消する静電気によって生じる、前記第1の導電性布帛または前記第2の導電性布帛と前記柔軟導電性材料との間の電気信号を検出することにより、該布帛状センサへの押圧を検出する、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 前記第1の導電性布帛が接地されて電磁波シールドとして機能する、
請求項1または2に記載の布帛状センサ。 - 前記電気信号を増幅する増幅回路を更に備える、
請求項3に記載の布帛状センサ。 - 前記柔軟導電性材料の端部から前記増幅回路までを接続する配線の長さのうち、前記電磁波シールドで覆われていない部分の長さが1cm以下である、
請求項4に記載の布帛状センサ。 - 前記第1の導電性布帛と前記第1の絶縁性布帛との間、及び、前記第1の絶縁性布帛と前記柔軟導電性材料との間のうち、一方は空隙なく固定されており、他の一方は空隙を有して接触および開放が可能である、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 前記第1の絶縁性布帛が主成分としてポリエステル、ウール、レーヨン、ナイロン及びアクリルのいずれかを含む、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも2本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が互いに略平行に配置され、前記ライン状の柔軟導電性材料上への押圧を個々に信号として検出する、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも3本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が2点以上の交差点を有し、前記交差点上への押圧を個々に検出する、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 互いに絶縁されたライン状の柔軟導電性材料が少なくとも4本存在し、前記ライン状の柔軟導電性材料が2組に分けられ、同じ組のライン状の柔軟導電性材料は略平行に配置され、異なる組のライン状の柔軟導電性材料は略直交に配置され、ライン状の柔軟導電性材料の交差点上への押圧を個々に検出する、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 布帛状センサの外面をカバーする絶縁性の布帛又はシートを更に備える、
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 導電性繊維と圧電性繊維とが電気的接続を提供するように略同一平面上に配置されている圧電素子を更に備える
請求項1に記載の布帛状センサ。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の布帛状センサと、
前記布帛状センサから出力される電気信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された電気信号を検出する検出手段と、
を備えるデバイス。 - 前記検出手段から出力された電気信号を外部機器へ送信する送信手段をさらに備える、
請求項13に記載のデバイス。 - 前記布帛状センサを含む複数の布帛状センサを更に備え、
前記複数の布帛状センサの各々は、監視対象からの押圧により電気信号を出力し、
前記増幅手段は、前記複数の布帛状センサから出力される複数の電気信号をそれぞれ増幅し、
前記検出手段は、前記増幅手段で増幅された複数の電気信号を検出し、前記検出された複数の電気信号に基づいて、前記監視対象の状態を検出する、
請求項13又は14に記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015143500 | 2015-07-17 | ||
JP2015143500 | 2015-07-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017026594A true JP2017026594A (ja) | 2017-02-02 |
Family
ID=57950535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015204740A Pending JP2017026594A (ja) | 2015-07-17 | 2015-10-16 | 布帛状センサおよびこれを含むデバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017026594A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2565347A (en) * | 2017-06-22 | 2019-02-13 | Zedsen Ltd | Sensing pressure using a detector-laminate |
JPWO2020179054A1 (ja) * | 2019-03-07 | 2020-09-10 |
-
2015
- 2015-10-16 JP JP2015204740A patent/JP2017026594A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2565347A (en) * | 2017-06-22 | 2019-02-13 | Zedsen Ltd | Sensing pressure using a detector-laminate |
GB2565347B (en) * | 2017-06-22 | 2019-11-20 | Zedsen Ltd | Sensing pressure using a detector-laminate |
JPWO2020179054A1 (ja) * | 2019-03-07 | 2020-09-10 |
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