JP2017075847A - 動作検出デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、体の動作を比較的正確に検出することができる動作検出デバイスを提供することを課題とする。【解決手段】本発明の動作検出デバイスは、曲面にフィットするよう装着される伸縮性基材と、この伸縮性基材に積層され、伸縮性基材の伸縮を検出する歪センサとを備える動作検出デバイスであって、前記伸縮性基材が、硬質部と、この硬質部よりも高い伸縮性を有する軟質部とを備え、前記歪センサが前記軟質部と重複する位置に設置されていることを特徴とする。前記伸縮性基材の前記曲面に沿った長さの変化を吸収するように前記軟質部が配設されているとよい。前記歪センサが、前記軟質部に貼設され、前記軟質部及び前記硬質部が前記曲面に沿って連続して配設されているとよい。前記歪センサの少なくとも一端が、前記軟質部から突出しているとよい。前記伸縮性基材が、筒状に形成されるとよい。【選択図】図３

Description

本発明は、動作検出デバイスに関する。

例えばゲーム等に利用される仮想現実（バーチャルリアリティ）技術において人体の動きを再現するために人体の動きを検出する動作検出デバイスが求められている。また、動作検出デバイスは、例えばスポーツ選手の動きを科学的に解析するためにも利用が検討されている。

人体の動きを検出する動作検出デバイスとしては、一例として、肘等の関節の周囲にフィットするよう装着されるサポーター状の伸縮性を有する筒状の支持体と、この支持体の関節曲げ伸ばし方向外側かつ関節の近位遠位方向の両側の２点間に架け渡すよう取り付けられ、伸縮可能かつ自身の伸縮量を検出可能な導電エラストマーを含む帯状の検出部とを備える関節折り曲げ角度検出装置が提案されている（特開平１−１３６６３２号公報参照）。

前記公報に記載の動作検出デバイスでは、関節を曲げたとき、検出部の中央領域が支持体の周方向に位置ずれして、検出部の伸び量が小さくなることによって関節の曲げ量を正確に検出できないおそれがある。

また、人体において最も複雑な動きをする部位は手であるが、人の手の指の動きを検出するために手袋に複数のセンサを配設した動作検査デバイスの一種であるデータグローブが市販されている。一例として、手袋にその生地の伸縮を検出するセンサを配設することによって、指の曲げ伸ばしを検出する動作検出デバイスが提案されている（例えば特開２０００−３２９５１１号公報参照）。このようなデータグローブにおいても、生地が手の皮膚の上で滑ることによって、センサが指の周方向に位置ずれし、手の指の曲げ伸ばしを正確に検出することができないおそれがある。

特開平１−１３６６３２号公報 特開２０００−３２９５１１号公報

前記不都合に鑑みて、本発明は、体の動作を比較的正確に検出することができる動作検出デバイスを提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた発明は、曲面にフィットするよう装着される伸縮性基材と、この伸縮性基材に積層され、伸縮性基材の伸縮を検出する歪センサとを備える動作検出デバイスであって、前記伸縮性基材が、硬質部とこの硬質部よりも高い伸縮性を有する軟質部とを備え、前記歪センサが前記軟質部と重複する位置に設置されていることを特徴とする動作検出デバイスである。

当該動作検出デバイスは、前記伸縮性基材が、硬質部とこの硬質部よりも高い伸縮性を有する軟質部とを備えることによって、伸縮性基材を装着する測定対象部位の形状が動作に応じて変化しても、主に軟質部が伸縮することで軟質部以外の部分が曲面に対してずれを生じることを防止して歪センサの位置ずれを抑制できる。また、当該動作検出デバイスは、前記歪センサが前記軟質部と重複する位置に設置されていることによって、歪センサを周方向に位置ずれさせる引張応力を軟質部が緩和するので、歪センサが周方向に位置ずれし難い。このため、当該動作検出デバイスは、測定対象部位の動作を比較的正確に検出することができる。

前記伸縮性基材の前記曲面に沿った長さの変化を吸収するように前記軟質部が配設されているとよい。このように、前記伸縮性基材の前記曲面に沿った長さの変化を吸収ように前記軟質部が配設されていることによって、前記体（測定対象部位の表面）に対する歪センサの前記曲面に沿った位置ずれを抑制し、体の曲げ伸ばしを比較的正確に検出できる。

前記歪センサが前記軟質部に貼設され、前記軟質部及び前記硬質部が前記曲面に沿って連続して配設されているとよい。このように、前記歪センサが前記軟質部に貼設され、前記軟質部及び前記硬質部が前記曲面に沿って連続して配設されていることによって、歪センサの位置ずれをさらに確実に防止できる。

前記歪センサの少なくとも一端が前記軟質部から突出しているとよい。このように、前記歪センサの少なくとも一端が前記軟質部から突出していることによって、歪みセンサの少なくとも一端が軟質部から突出し、伸縮性基材の軟質部よりも柔軟性が低く体表とのずれが小さい部分に歪センサの少なくとも一端が固定されるので、歪センサが体の動きにより正確に追従して伸縮し、検出感度を向上することができる。

前記伸縮性基材が筒状に形成されるとよい。このように、前記伸縮性基材が筒状に形成されることによって、伸縮性基材を手や足の関節に適切に装着し易い。これによって、手や足の関節の曲げ伸ばしを比較的正確に検出することができる。

以上のように、本発明の動作検出デバイスは、体の動作を比較的正確に検出することができる。

本発明の一実施形態の動作検出デバイスを示す模式的平面図である。 図１の動作検出デバイスの模式的Ａ−Ａ線断面図である。 図１の動作検出デバイスの使用状態を示す模式的斜視図である。 本発明の図１とは異なる実施形態の動作検出デバイスを示す模式的平面図である。 図４の動作検出デバイスの使用状態を示す模式的斜視図である。 本発明の図１及び図４とは異なる実施形態の動作検出デバイスを示す模式的平面図である。 本発明の図１、図４及び図６とは異なる実施形態の動作検出デバイスを示す模式的平面図である。 本発明の図１、図４、図６及び図７とは異なる実施形態の動作検出デバイスを示す図２に対応する模式的断面図である。 本発明の図１、図４、図６乃至図８とは異なる実施形態の動作検出デバイスを示す図２に対応する模式的断面図である。 本発明の図１、図４、図６乃至図９とは異なる実施形態の動作検出デバイスを示す図２に対応する模式的断面図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［第一実施形態］
図１及び図２に示す本発明の第一実施形態の動作検出デバイスは、例えば肘、膝等の体の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用される。

図１及び図２の動作検出デバイスは、曲面にフィットするよう装着される伸縮性基材１と、この伸縮性基材１の一部に積層され、伸縮性基材１の主に軸方向の部分的伸縮を検出する帯状の歪センサ２とを備える。

＜伸縮性基材＞
前記伸縮性基材１は、伸縮性を有するシート状の材料から形成され体表の曲面の一部、つまり肘や膝及びその近傍領域を捲回する筒状に形成されている（図３に肘に装着する場合を例示）。このように、伸縮性基材１を筒状に形成することにより、動きを検出したい体の部位（以後、測定対象部位ということがある）に、比較的容易に密着状態を保つようフィットさせられる。なお、「捲回」とは、対象物の外周を被覆するよう密着することを意味し、細長いものをその一端側から他端側に順に対象物の外周に重ねていくことだけでなく、環状のものを対象物の外周に装着することも含む。

伸縮性基材１は、周囲よりも高い伸縮性を有する軟質部３と、この軟質部３の周囲の硬質部４とを有する。逆にいうと、伸縮性基材１は、硬質部４と、硬質部４よりも高い伸縮性を有する軟質部３とを有する。具体的には、伸縮性基材１は、平面視で矩形状の軟質部３及び硬質部４が、周方向に並んで測定対象部位表面の曲面に沿って連続して配設されることにより測定対象部位の周方向に沿って伸縮性が変化する筒状の伸縮性基材１を形成している。つまり、軟質部３は、軸方向（図１における左右方向）の長さが筒状の伸縮性基材１と等しく、伸縮性基材１の周方向の一部を構成している。被検者の測定対象部位、例えば肘関節に伸縮性基材１を装着したとき、軟質部３は関節の外側（肘頭側）に配置される。また、伸縮性基材１の軟質部３と重複する位置には、後で詳しく説明する歪センサ２が設置される。なお、「周囲」とは、隣接する部分を意味し、全周を取り囲むことを要せず、少なくとも一方向に隣接する他の部分を指す。

このような筒状の伸縮性基材１がそれよりも周径の大きな部材に装着された場合には、軟質部３が測定対象部位表面の曲面に沿って周方向により大きく伸長して周方向の長さの変化を吸収し、硬質部４の周方向の伸長は軟質部３よりも小さくなる。一方、筒状の伸縮性基材１は、軸方向（図１における左右方向）には、測定対象部位に対して略滑りを生じないものと考えることができる。つまり、筒状の伸縮性基材１の各部分の軸方向の伸縮は、その部分が軟質部３であるか硬質部４であるかによって差が生じるものではない。

このように、筒状の伸縮性基材１が、周方向に伸縮性が変化するように配設される軟質部３と硬質部４とを有する当該動作検出デバイスを測定対象部位に装着した状態で、運動により測定対象部位の周長がその動きに応じて変化する場合、主に軟質部３が測定対象部位の周長変化を吸収するので、硬質部４は、測定対象部位上で滑りを生じ難く、測定対象部位の表面に密着した状態を維持することができる。

このように、硬質部４が測定対象部位に対して滑りを生じ難いことにより、伸縮性基材１全体の測定対象部位に対する周方向の滑りを抑制し、ひいては軟質部３及びこの軟質部３に配設されている歪センサ２の測定対象部位に対する周方向の滑りも比較的小さくすることができる。これによって、当該動作検出デバイスは測定対象部位の運動、つまり関節の曲げ伸ばしを正確に検出することができるようになる。

伸縮性基材１を形成するシート状の材料としては、特に限定されない。特に、軟質部３としては、一本又は数本の糸によって多数のループを形成し多数のループが絡み合うように編まれた編物、樹脂製のエラストマー製シートを好適に用いることができ、伸縮性の観点から編物が好ましい。また、硬質部４としては、不織布、一方向に引き揃えられた縦糸とこの一方向に交差する方向に引き揃えられ縦糸と規則的に組み合わされた横糸とからなる織物、皮革等を好適に用いることができる。

従って、これらのシート状の材料から軟質部３及び硬質部４を構成する材料をそれぞれ選択し、それらを連結することで筒状の伸縮性基材１を形成することができる。なお、中でも軟質部３を形成する材料としては、伸縮性の観点から編物が好ましい。軟質部３を構成する材料と硬質部４を構成する材料とは例えば縫製、ステープラー、接着剤等により接続することができる。また、軟質部３を構成する材料と硬質部４を構成する材料とは接続部において重複してもよい。このように、軟質部３を構成する材料と硬質部４を構成する材料とを接続する場合、この接続部は、相対的に伸縮性が低くなるため、硬質部４の一部を構成するものと解釈することができる。また、軟質部３を構成する材料に部分的にエラストマーを含浸又は被覆して硬質部４を形成してもよい。つまり、１種類の材料に選択的にエラストマーを塗工することにより、軟質部３と硬質部４とを区分けしてもよい。

伸縮性基材１は、予め環状に形成されてもよく、両端を例えば面ファスナー等で貼り合わせることによって装着時に環状になるものであってもよい。

また、伸縮性基材１の軸方向長さ及び周長は、測定対象部位の形状に合わせて選択される。また、伸縮性基材１は、測定対象部位の形状に合わせて周長が変化したり、屈曲した形状を有してもよい。

＜軟質部＞
伸縮性基材１の平均周長に対する軟質部３の周方向の平均幅の比の下限としては、０．２が好ましく、０．３がより好ましい。一方、伸縮性基材１の平均周長に対する軟質部３の周方向の平均幅の比の上限としては、０．７が好ましく、０．５がより好ましい。伸縮性基材１の平均周長に対する軟質部３の周方向の平均幅の比が前記下限に満たない場合、測定対象部位の周長変化を軟質部３だけで吸収することができず、歪センサ２の位置ずれを抑制できないおそれがある。逆に、伸縮性基材１の平均周長に対する軟質部３の周方向の平均幅の比が前記上限を超える場合、軟質部３の周方向の伸縮が周方向に不均一となることにより、歪センサ２の位置ずれを抑制できないおそれがある。

軟質部３の幅１ｃｍあたりの１０％伸び荷重（周方向及び軸方向の平均値）の下限としては、０．０１Ｎ／ｃｍが好ましく、０．０２Ｎ／ｃｍがより好ましく、０．０３Ｎ／ｃｍがさらに好ましい。一方、軟質部３の幅１ｃｍあたりの１０％伸び荷重の上限としては、０．５Ｎ／ｃｍが好ましく、０．２５Ｎ／ｃｍがより好ましく、０．１Ｎ／ｃｍがさらに好ましい。軟質部３の幅１ｃｍあたりの１０％伸び荷重が前記下限に満たない場合、軟質部３の収縮力が不足し、収縮時の検出に遅れが生じるおそれがある。逆に、軟質部３の幅１ｃｍあたりの１０％伸び荷重が前記上限を超える場合、測定対象部位の動きを阻害したり、被検者に違和感を与えたりするおそれがある。なお、「１０％伸び荷重」とは、測定対象物を１．１倍の長さに延伸するために必要とされる荷重（張力）を意味する。

軟質部３の１０％伸び荷重の硬質部４の１０％伸び荷重に対する比の下限としては、特に限定されない。一方、軟質部３の１０％伸び荷重の硬質部４の１０％伸び荷重に対する比の上限としては、１／２が好ましく、１／５がより好ましい。軟質部３の１０％伸び荷重の硬質部４の１０％伸び荷重に対する比が前記上限を超える場合、測定対象部位の動作によって伸縮性基材１が測定対象部位上で周方向に位置ずれし、歪センサ２の位置が移動することによって検出値が不正確となるおそれがある。

＜歪センサ＞
前記歪センサ２は、軟質部３の中央部に、軸方向が長手となるように重ねられて固定されている。より詳しくは、当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２は、その全体がはみ出さないよう軟質部３の中央に貼設されている。このように、歪センサ２の全体を軟質部３の中央部に貼設することによって、歪センサ２の周囲の軟質部３が均等に伸縮し、歪センサ２の位置ずれを防止できる。

また、歪センサ２は、帯状に形成され、長手方向の伸縮を主に検出するよう構成される。この当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２は、長手方向が軸方向に沿って配設されており、伸縮性基材１の軟質部３の軸方向の伸縮を主に検出する。このように、歪センサ２が、長手方向の伸縮を主に検出する細長い帯状のものであることによって、短手方向の占有幅が比較的小さいため、歪センサ２から硬質部４の間に配置される軟質部３の幅を狭めることがなく、歪センサ２の位置ずれをより確実に防止できる。なお、「長手方向の伸縮を主に検出する」とは、検出値における長手方向の伸縮成分の寄与率が９０％以上、好ましくは９５％以上であることを意味する。

これら歪センサ２としては、伸縮により抵抗値が変化する歪抵抗素子を用いることができ、特に、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴということがある）を用いたＣＮＴ歪センサが好適に用いられる。つまり、当該動作検出デバイスは、歪抵抗素子からなる歪センサ２の抵抗値を不図示の検出回路によって測定することにより、測定対象部位の動きに応じて変化する軟質部３の伸縮量を検出する。

前記ＣＮＴ歪センサは、例えば伸縮性基材１に貼着される伸縮可能なシート状の基材と、この基材の表面側に積層されるＣＮＴ膜と、前記ＣＮＴ膜を保護する保護膜とを備える構成とすることができる。

前記ＣＮＴ歪センサの基材の平均厚さとしては、例えば１０μｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。

この基材の材質としては、柔軟性を有する限り特に限定されず、例えば合成樹脂、ゴム、不織布等を挙げることができる。

前記合成樹脂としては、例えばフェノール樹脂（ＰＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、尿素樹脂（ユリア樹脂、ＵＦ）、不飽和ポリエステル（ＵＰ）、アルキド樹脂、ポリウレタン（ＰＵＲ）、熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ）、ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）等を挙げることができる。

前記ゴムとしては、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等を挙げることができる。これらのゴムの中でも強度等の点から天然ゴムが好ましい。

また、前記ＣＮＴ歪センサのＣＮＴ膜の両端部分には電極が形成され、この電極に配線が例えば導電性接着剤等によって接続される。

このＣＮＴ膜は、多数のＣＮＴ繊維を含有する樹脂組成物で形成される。具体的には、ＣＮＴ膜は、一方向に配向する複数のＣＮＴ繊維からなる複数のＣＮＴ繊維束と、この複数のＣＮＴ繊維束の周面を被覆する樹脂層とを有する。このようなＣＮＴ膜を延伸する歪みが加わった場合に、ＣＮＴ繊維同士の接触具合に変化が起こり、歪センサとして抵抗変化を得ることができる。なお、より効率よく歪みを検出するには、ＣＮＴ膜中のＣＮＴ繊維が伸縮方向に配向されていることが好ましい。

ＣＮＴ膜の無荷重状態での平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。一方、ＣＮＴ膜の平均厚さの上限としては、１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがさらに好ましい。ＣＮＴ膜の平均厚さが前記下限に満たない場合、このような薄膜の形成が困難になるおそれや、伸長時に抵抗が上昇し過ぎるおそれがある。逆に、ＣＮＴ膜の平均厚さが前記上限を超える場合、伸縮性が不十分となるおそれや、伸縮に対する抵抗変化、つまり検出感度が不十分となるおそれや、被検者に違和感を与えるおそれがある。

なお、ＣＮＴ膜は、ＣＮＴ繊維を平面状に略平行に配置した単層構造からなってもよいし、多層構造からなってもよい。但し、ある程度の導電性を確保するためには、多層構造とすることが好ましい。

ＣＮＴ繊維としては、単層のシングルウォールナノチューブ（ＳＷＮＴ）や、多層のマルチウォールナノチューブ（ＭＷＮＴ）のいずれも用いることができるが、導電性及び熱容量等の点から、ＭＷＮＴが好ましく、直径１．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＭＷＮＴがさらに好ましい。

また、前記ＣＮＴ膜の樹脂層は、樹脂を主成分とし、複数のＣＮＴ繊維束の周面を被覆する層である。樹脂層の主成分としては、前記基材の材料として例示した合成樹脂やゴム等を挙げることができ、これらの中でもゴムが好ましい。ゴムを用いることで、大きな歪みに対してもＣＮＴ繊維の十分な保護機能を発揮することができる。

このようなＣＮＴ歪センサによって形成される歪センサ２の無荷重状態での平均幅の下限としては、０．１ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。一方、歪センサ２の平均幅の上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。歪センサ２の平均幅が前記下限に満たない場合、検出感度が不十分となるおそれや、測定対象部位の動きにより歪センサ２が断裂するおそれがある。逆に、歪センサ２の平均幅が前記上限を超える場合、被検者に違和感を与えるおそれがある。

また、歪センサ２の無荷重状態での平均長さの下限としては、測定する関節の大きさにもよって異なるが、３ｍｍが好ましく、１５ｍｍがより好ましい。一方、歪センサ２の平均長さの上限としては、７０ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましい。歪センサ２の平均長さが前記下限に満たない場合、伸縮性基材１の僅かなずれによって検出値が大きく変化し、検出誤差が大きくなるおそれがある。逆に、歪センサ２の平均長さが前記上限を超える場合、検出する動きによって長さが変化しない領域を含むことになり、動きに対する歪センサ２の長さの変化率が小さくなるので検出感度が不十分となるおそれがある。

また、歪センサ２の１０％伸び荷重の下限としては、０．０１Ｎが好ましく、０．０３Ｎがより好ましく、０．０５Ｎがさらに好ましい。一方、歪センサ２の１０％伸び荷重の上限としては、０．５Ｎが好ましく、０．３Ｎがより好ましく、０．２Ｎがさらに好ましい。歪センサ２の１０％伸び荷重が前記下限に満たない場合、測定対象部位の動作以外の要因で伸縮することにより検出精度が不十分となるおそれがある。逆に、歪センサ２の１０％伸び荷重が前記上限を超える場合、伸長時の反力が大きくなり、被検者に違和感や拘束感を与えるおそれがある。

それぞれの歪センサ２の無荷重状態での抵抗値の下限としては、例えば１０Ωが好ましく、１００Ωがより好ましい。一方、歪センサ２の無荷重状態での抵抗値の上限としては、１００ｋΩが好ましく、１０ｋΩがより好ましい。歪センサ２の無荷重状態での抵抗値が前記下限に満たない場合、伸びを検出するための電流が大きくなり消費電力が大きくなるおそれがある。逆に、歪センサ２の無荷重状態での抵抗値が前記上限を超える場合、検出回路の電圧が高くなり、小型化及び省電力化が困難となるおそれがある。

それぞれの歪センサ２の伸長による抵抗値の変化率は、十分な検出精度が得られるよう適宜選択されるものであるが、歪センサ２の無荷重状態での抵抗値に対する１０％延伸した状態での抵抗値の比としては、例えば１．５倍以上２０倍以下とされる。

伸縮性基材１への歪センサ２の貼着は、伸縮性基材１及び歪センサ２の伸縮を阻害しない、つまり伸び荷重が十分に小さい接着剤を用いることが好ましい。伸び荷重が小さい接着剤としては、例えば湿気硬化型ポリウレタン接着剤等が挙げられる。

＜利点＞
当該動作検出デバイスは、歪センサ２が伸縮性基材１の軟質部３と重複する位置に設置されていることによって、歪センサ２の両側の軟質部３が周方向の引張応力を緩和し、歪センサ２を周方向に位置ずれさせ難い。このため、当該動作検出デバイスは、測定対象部位の動作を比較的正確に検出することができる。

［第二実施形態］
図４に示す本発明の第二実施形態の動作検出デバイスは、手の指の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用されるデータグローブである。

図４の動作検出デバイスは、図５に示すように、手の曲面にフィットするよう装着される伸縮性基材１ａと、この伸縮性基材１ａの第２指から第５指の近位指節間関節（測定対象部位）の背側に相当する部分にそれぞれ積層され、伸縮性基材１ａの主に軸方向（各指の長手方向）の部分的伸縮を検出する４つの歪センサ２とを備える。

図４の動作検出デバイスにおける歪センサ２は、図１の動作検出デバイスにおける歪センサ２と同様とすることができる。従って、図４の動作検出デバイスについて、図１の動作検出デバイスと重複する説明は省略する。

＜伸縮性基材＞
前記伸縮性基材１ａは、伸縮性を有するシート状の材料から形成され、手の各指を捲回する複数の筒状領域５を有する。伸縮性基材１ａの筒状領域５は、測定対象部位に比較的容易に密着状態を保つようフィットできる。

伸縮性基材１ａは、背側が比較的伸縮性が高い軟質部３ａによって形成され、腹側が比較的伸縮性が低い硬質部４ａによって形成されている。つまり、軟質部３ａは、筒状領域５の周方向の一部かつ軸方向の全体を構成し、被検者の指に装着したとき、関節の外側に配置される。筒状領域５の軟質部３ａには、歪センサ２の全体が貼設されている。

図４の動作検出デバイスにおける伸縮性基材１ａの軟質部３ａ及び硬質部４ａを形成するシート状の材料としては、図１の動作検出デバイスにおける伸縮性基材１の軟質部３及び硬質部４の形成材料と同様とすることができる。

図４の動作検出デバイスは、軟質部３ａに歪センサ２が貼設された各筒状領域５が、図１の動作検出デバイスに対応し、それぞれ歪センサ２の位置ずれを抑制しつつ、測定対象部位の運動、つまり近位指節間関節（ＰＩＰ関節）の曲げ伸ばしを比較的正確に測定することができる。

［第三実施形態］
図６に示す本発明の第三実施形態の動作検出デバイスは、図１の動作検出デバイスと同様に、例えば肘、膝等の体の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用される。

図６の動作検出デバイスは、測定対象部位の曲面にフィットするよう装着される筒状伸縮性基材１ｂと、この伸縮性基材１ｂの一部に積層され、伸縮性基材１ｂの主に軸方向（図６における左右方向）の部分的伸縮を検出する歪センサ２とを備える。

図６の動作検出デバイスにおける歪センサ２は、図１の動作検出デバイスにおける歪センサ２と同様とすることができる。従って、図６の動作検出デバイスについて、図１の動作検出デバイスと重複する説明は省略する。

＜伸縮性基材＞
伸縮性基材１ｂは、伸縮性を有するシート状の材料から装着部位を捲回する筒状に形成されている。この伸縮性基材１ｂは、周方向の一部かつ軸方向の両端部を除く中央部分が、周囲よりも高い伸縮性を有する軟質部３ｂとされ、この軟質部３ｂの周囲が硬質部４ｂとされている。つまり、図６の動作検出デバイスにおいて、軟質部３ｂは、全周が硬質部４ｂに取り囲まれている。

図６の動作検出デバイスにおける伸縮性基材１ｂの軟質部３ｂ及び硬質部４ｂを形成するシート状の材料としては、図１の動作検出デバイスにおける伸縮性基材１の軟質部３及び硬質部４の形成材料と同様とすることができる。

当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２は、軟質部３ｂの周囲に架け渡すよう軸方向に配向して貼設されている。つまり、歪センサ２は、両端が軟質部３ｂから突出し、軟質部３ｂの軸方向両側の硬質部４ｂ間に軟質部３ｂを縦断するよう架け渡されている。

伸縮性基材１ｂは、測定対象部位の関節外側部分の表面の周方向の長さの変化を、伸縮性が高い軟質部３ｂで吸収するため、硬質部４ｂの軟質部３ｂの軸方向両側の部分が測定対象部位に対して周方向に位置ずれし難い。このため、この軟質部３ｂの軸方向両側の硬質部４ｂ間に架け渡された歪センサ２は、測定対象部位の関節外側部分の表面の軸方向の長さの変化を比較的高感度に検出することができる。また、歪センサ２は一端のみが軟質部３ｂから突出して硬質部４ｂに固定され、他端が硬質部４ｂ上に固定されていなくてもよい。このように、一端だけを硬質部４ｂと連結することで、歪センサ２の感度を抑えることができる。つまり、当該動作検出デバイスは、歪センサ２の少なくとも一端が軟質部３ｂから突出して硬質部４ｂに固定されていればよい。

［第四実施形態］
図７に示す本発明の第四実施形態の動作検出デバイスは、図１の動作検出デバイスと同様に、例えば肘、膝等の体の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用される。

図７の動作検出デバイスは、測定対象部位の曲面にフィットするよう装着される筒状伸縮性基材１と、この伸縮性基材１の一部に積層され、伸縮性基材１の主に周方向の部分的伸縮を検出する歪センサ２とを備える。

図７の動作検出デバイスにおける伸縮性基材１及び歪センサ２は、歪センサ２の配設方向を除いて、図１の動作検出デバイスにおける伸縮性基材１及び歪センサ２と同様とすることができる。従って、図７の動作検出デバイスについて、図１の動作検出デバイスと重複する説明は省略する。

当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２は、軟質部３の周囲に架け渡すよう周方向に配向して貼設されている。つまり、歪センサ２は、両端が軟質部３から突出し、軟質部３の周方向両側の硬質部４間に軟質部３を横断するよう架け渡されている。

伸縮性基材１は、測定対象部位の関節外側部分の表面の周方向の長さの変化を、伸縮性が高い軟質部３で吸収するため、硬質部４の軟質部３軸方向両側の部分が測定対象部位に対して周方向に位置ずれし難い。このため、この軟質部３の周方向両側の硬質部４間に架け渡された歪センサ２は、測定対象部位の関節の曲げ伸ばしに伴う周長の変化を比較的高感度に検出することができる。

［第五実施形態］
図８に示す本発明の第五実施形態の動作検出デバイスは、図１の動作検出デバイスと同様に、例えば肘、膝等の体の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用される。

図８の動作検出デバイスは、測定対象部位の曲面にフィットするよう装着される筒状伸縮性基材１ｃと、この伸縮性基材１ｃの一部に積層され、伸縮性基材１ｃの主に軸方向の部分的伸縮を検出する歪センサ２とを備える。

図８の動作検出デバイスにおける歪センサ２は、図１の動作検出デバイスにおける歪センサ２と同様とすることができる。従って、図８の動作検出デバイスについて、図１の動作検出デバイスと重複する説明は省略する。

＜伸縮性基材＞
伸縮性基材１ｃは、伸縮性を有するシート状の材料から装着部位を捲回する筒状に形成されている。この伸縮性基材１ｃは、周方向一部の第１領域Ｒ１が、それ以外の第２領域Ｒ２よりも高い伸縮性を有する。

より詳しくは、伸縮性基材１ｃは、相対的に伸縮性が高い複数の第１部分６と、相対的に伸縮性が低い複数の第２部分７とを有し、第１領域Ｒ１は、相対的に伸縮性が高い複数の第１部分６を包含する領域である。つまり、第１領域Ｒ１は、他の部分よりも柔軟性が高い第１部分６を有することにより、全体の伸縮性が第２領域Ｒ２よりも高い部分である。伸縮性基材１ｃにおいて、この第１領域が相対的に柔軟性が高い軟質部３ｃであり、第２領域Ｒ２が相対的に柔軟性が低い硬質部４ｃであるものと解される。

当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２は、その全体が軟質部３ｃ内、つまり第２領域Ｒ２の内部に貼設されている。

伸縮性基材１ｃは、測定対象部位の関節外側部分の表面の周方向の長さの変化を、軟質部３ｃの相対的に伸縮性が高い部分で吸収するため、硬質部４ｃの軟質部３ｃの軸方向両側の部分が測定対象部位に対して周方向に位置ずれし難く、これにより歪センサ２の測定対象部位上での位置のずれが抑制される。このため、当該動作検出デバイスは、測定対象部位の動作を比較的正確に検出できる。

［第六実施形態］
図９に示す本発明の第六実施形態の動作検出デバイスは、図１の動作検出デバイスと同様に、例えば肘、膝等の体の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用される。

図９の動作検出デバイスは、測定対象部位の曲面にフィットするよう装着される筒状伸縮性基材１ｄと、この伸縮性基材１ｄの一部に積層され、伸縮性基材１ｄの主に軸方向の部分的伸縮を検出する歪センサ２とを備える。

図９の動作検出デバイスにおける歪センサ２は、図１の動作検出デバイスにおける歪センサ２と同様とすることができる。従って、図９の動作検出デバイスについて、図１の動作検出デバイスと重複する説明は省略する。

＜伸縮性基材＞
伸縮性基材１ｄは、伸縮性を有するシート状の材料から装着部位を捲回する筒状に形成されている。

より詳しくは、伸縮性基材１ｄは、伸縮性を有する１種類のシート状材料と、このシート状材料８に積層され、シート状材料８の伸縮を抑制する一対の伸縮抑制部材９とを有する。

当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２が積層される領域を含み、かつ伸縮抑制部材９を含まない領域を含む周方向一部の第１領域Ｒ１ｄが伸縮性基材１ｄの軟質部３ｄを構成し、歪センサ２が積層される領域を含まず、かつ伸縮抑制部材９を含む第２領域Ｒ２ｄが伸縮性基材１ｄの硬質部４ｄを構成する。ここで、第２領域Ｒ２ｄは、その全体に伸縮抑制部材９を備える訳ではないが、伸縮抑制部材９を備えることで全体として軟質部３ｄよりも伸縮性が低い硬質部４ｄであると解釈される。また、伸縮抑制部材９が積層されている領域だけを硬質部と解釈し、第１領域Ｒ１ｄと第２領域Ｒ２ｄの伸縮抑制部材９の間の領域とをそれぞれ軟質部と解釈してもよい。

（シート状材料）
図９の動作検出デバイスの伸縮性基材１ｄのシート状材料８を形成する材料としては、図１の動作検出デバイス伸縮性基材１を形成する材料と同様とすることができる。

（伸縮抑制部材）
伸縮抑制部材９としては、シート状材料８の伸縮性を低下させることによって、硬質部４ｄを形成できるものであれば特に限定されず、例えばシート状材料８に塗工したエラストマー、シート状材料８に伸縮可能に縫い付けた糸等であってもよい。また、この伸縮抑制部材９を歪センサ２への電気配線又は電気配線を含む部材によって形成してもよい。

［第七実施形態］
図１０に示す本発明の第七実施形態の動作検出デバイスは、図１の動作検出デバイスと同様に、例えば肘、膝等の体の関節の曲げ伸ばしを検出するために使用される。

図１０の動作検出デバイスは、測定対象部位の曲面にフィットするよう装着される筒状伸縮性基材１ｅと、この伸縮性基材１ｅの一部に積層され、伸縮性基材１ｅの主に軸方向の部分的伸縮を検出する歪センサ２とを備える。

図１０の動作検出デバイスにおける歪センサ２は、図１の動作検出デバイスにおける歪センサ２と同様とすることができる。従って、図１０の動作検出デバイスについて、図１の動作検出デバイスと重複する説明は省略する。

＜伸縮性基材＞
伸縮性基材１ｅは、伸縮性を有するシート状の材料から装着部位を捲回する筒状に形成されている。

より詳しくは、伸縮性基材１ｅは、周方向の一部の軟質部３ｅと、この軟質部３ｅよりも伸縮性の低い硬質部４ｅとを有する。軟質部３ｅは、第１シート状材料８ｅと、この第１シート状材料８ｅの外周面側に積層され、第１シート状材料８ｅよりも十分に伸縮性が大きく、かつ第１シート状材料８ｅとの間の摩擦が比較的小さい第２シート状材料１０とから形成されている。硬質部４ｅは、第１シート状材料８ｅと第２シート状材料１０とを接着する一対の接着部１１を含む。当該動作検出デバイスにおいて、歪センサ２は、第２シート状材料１０の外周面側に貼設されている。当該動作検出デバイスでは、一対の接着部１１に挟まれ、歪センサ２が配設されている第１領域Ｒ１ｅが軟質部３ｅであり、一対の接着部１１を含む軟質部３ｅ以外の第２領域Ｒ２ｅが硬質部４ｅである。ここで、領域Ｒ１ｅは、第１シート状材料８ｅと第２シート状材料１０とが積層されているため、第２領域Ｒ２ｅの周方向中央領域よりも伸縮性が低いが、接着部１１を含めた第２領域Ｒ２ｅ全体よりも伸縮性が高い軟質部３ｅと解釈できる。また、２つの接着部１１が形成されている領域をそれぞれ硬質部と解釈して、第１領域Ｒ１ｅと第２領域Ｒ２ｅの２つの接着部１１の間の領域とを２つの硬質部よりも伸縮性が高い軟質部と解釈することもできる。

当該動作検出デバイスは、軟質部３ｅが、測定対象部位に当接する第１シート状材料８ｅとこの第１シート状材料８ｅに積層される第２シート状材料１０とを有し、かつ硬質部４ｅよりも伸縮性が高い。このため、第１シート状材料８ｅが測定対象部位に密着することにより周方向の位置によって不均一に伸縮する場合でも、歪センサ２が貼設される第２シート状材料１０が、第１シート状材料８ｅに対して僅かに位置ずれすることにより周方向に均等に伸縮する。これによって、歪センサ２が測定対象部位の運動に応じて周方向に位置がずれないように第２シート状材料１０が伸縮するので、当該動作検出デバイスは、測定対象部位の運動を比較的精度よく検出できる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該動作検出デバイスにおいて、伸縮性基材は、筒状領域を有しないものであってもよい。具体的には、例えば胸当、かかとサポーター等の形態を有してもよい。

当該動作検出デバイスにおいて軟質部及び硬質部は、伸縮性が異なる３以上の領域を有してもよく、伸縮性が連続的に変化する素材から形成されてもよい。

当該動作検出デバイスにおいて、歪センサの向きは、上述の実施形態に限定されず、どのような向きの伸縮を検出してもよい。

当該動作検出デバイスは、上述の構成以外の構成要素を備えてもよい。例えば、第七実施形態の検出デバイスにおいて、硬質部が第２シート状材料と同様の材料を有してもよい。また、第２シート状材料が第１シート状材料の全周を覆うものであってもよい。

また、当該動作検出デバイスは、肘、膝、近位指節間関節以外の体の部位の動きを検出するものであってもよい。例として、第二実施形態のような手袋状の動作検出デバイスは、遠位指節間関節、中手指節間関節又は手根中手関節の動きを検出するようこれらの関節に相当する位置に歪センサが配設されてもよい。また、手袋状の動作検出デバイスは、各指の複数の関節の動きをそれぞれ検出する複数の歪センサを備えてもよい。

また、第二実施形態のような手袋状の動作検出デバイスにおいて、各筒状部が、上述の第三乃至第七実施形態のような構成を有してもよい。

なお、曲げを検出する歪センサを用いる動作検出デバイスの場合等には、測定対象部位との間で滑りを生じ難い硬質部に歪センサ配設することで、測定対象部位の動作のより正確な検出が可能となる。

また、当該動作検出デバイスは、人や動物の体だけでなく、ロボット等の体の屈曲する部分に装着して、動作の確認をするために使用することもできる。

本発明の動作検出デバイスは、人や動物の体の動きを検出するために広く利用することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 伸縮性基材
２ 歪センサ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ 軟質部
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ 硬質部
５ 筒状領域
６ 第１部分
７ 第２部分
８ シート状材料
８ｅ 第１シート状材料
９ 伸縮抑制部材
１０ 第２シート状材料
１１ 接着部
Ｒ１，Ｒ１ｄ，Ｒ１ｅ 第１領域
Ｒ２，Ｒ２ｄ，Ｒ２ｅ 第２領域

Claims (5)

1. 曲面にフィットするよう装着される伸縮性基材と、
   この伸縮性基材に積層され、伸縮性基材の伸縮を検出する歪センサとを備える動作検出デバイスであって、
   前記伸縮性基材が、硬質部と、この硬質部よりも高い伸縮性を有する軟質部とを備え、
   前記歪センサが前記軟質部と重複する位置に設置されていることを特徴とする動作検出デバイス。
2. 前記伸縮性基材の前記曲面に沿った長さの変化を吸収するように前記軟質部が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の動作検出デバイス。
3. 前記歪センサが前記軟質部に貼設され、前記軟質部及び前記硬質部が前記曲面に沿って連続して配設されている請求項１又は請求項２に記載の動作検出デバイス。
4. 前記歪センサの少なくとも一端が、前記軟質部から突出している請求項１又は請求項２に記載の動作検出デバイス。
5. 前記伸縮性基材が、筒状に形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の動作検出デバイス。

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