JP2017198621A - Rotation angle measurement device and capacitance type sensor sheet - Google Patents

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JP2017198621A JP2016091772A JP2016091772A JP2017198621A JP 2017198621 A JP2017198621 A JP 2017198621A JP 2016091772 A JP2016091772 A JP 2016091772A JP 2016091772 A JP2016091772 A JP 2016091772A JP 2017198621 A JP2017198621 A JP 2017198621A
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大高 秀夫
Hideo Otaka
秀夫 大高
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle measurement device with which it is possible to measure the rotation angle of a measurement object without using a large-scale facility.SOLUTION: Provided is a rotation angle measurement device used in measuring the rotation angle of a measurement object, comprising: a sensing member 2 extendable in one direction following the rotation of the measurement object and whose electric parameter changes in accordance with a rotation angle; a measurement unit 3 for measuring the electric parameter; and a computation unit 4 for calculating a rotation angle on the basis of the result of measurement by the measurement unit 3. The sensing member 2 includes a detection unit whose electric parameter changes in accordance with the amount of deformation when it is extended or contracted, and a fixing member for attaching the sensing member 2 to the measurement object, the fixing member being provided at two places so as to hold the detection unit therebetween in the extension/contraction direction of the detection unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転角度計測装置、及び、静電容量型センサシートに関する。   The present invention relates to a rotation angle measuring device and a capacitive sensor sheet.

リハビリテーション(以下、単にリハビリともいう)の分野においては、不全麻痺や片麻痺などの運動麻痺の患者の関節の角度や可動範囲の計測等が日常的に行われている。
運動時やリハビリ時の関節の動き、例えば、関節角度を計測するための手段としては、例えば、角度計やゴニオメータが知られている。
また、関節の角度や可動範囲の測定を含む身体の動きを計測する方法として、モーションキャプチャが知られている(例えば、特許文献1参照)。
モーションキャプチャは、運動解析に汎用されている手段であり、身体の運動解析を行う有効な手段である。
In the field of rehabilitation (hereinafter also simply referred to as rehabilitation), measurement of joint angles and movable ranges of patients with motor paralysis such as paralysis and hemiplegia is routinely performed.
As means for measuring joint movement during exercise or rehabilitation, for example, a joint angle, for example, an angle meter and a goniometer are known.
In addition, motion capture is known as a method for measuring body movement including measurement of joint angles and movable ranges (see, for example, Patent Document 1).
Motion capture is a widely used means for motion analysis, and is an effective means for performing body motion analysis.

国際公開第2005/096939号International Publication No. 2005/096939

しかしながら、モーションキャプチャによる計測では、大掛かりな設備(例えば、専用スタジオ等)が必要であり、計測可能な場所や空間に制限がある。また、設備が高額である、測定前に煩雑な準備が必要である等の点で誰もが容易に測定を行なえるわけではない。また、モーションキャプチャによる計測は、カメラから影になる部分の計測は行うことができない。
本発明者らは、生体の関節角度を含む測定対象物の回転角度を容易に測定することができる手法を提供すべく鋭意検討を行い、新たな技術思想に基づき本発明を完成した。
However, measurement by motion capture requires large-scale equipment (for example, a dedicated studio), and there are restrictions on the place and space where measurement is possible. In addition, not everyone can easily perform measurement because the equipment is expensive and complicated preparation is required before measurement. In addition, measurement by motion capture cannot measure a portion that is shadowed from the camera.
The present inventors have intensively studied to provide a method capable of easily measuring the rotation angle of a measurement object including a joint angle of a living body, and have completed the present invention based on a new technical idea.

(1)第1の本発明の回転角度計測装置は、
測定対象物の回転角度の測定に用いられる回転角度計測装置であって、
測定対象物の回転に追従して一方向に伸縮可能であり、上記回転角度に応じて電気パラメータが変化するセンシング部材と、
上記電気パラメータを測定する計測部と、
上記計測部での計測結果に基づいて上記回転角度を算出する演算部と、
を備え、
上記センシング部材は、伸縮時にその変形量に応じて電気パラメータが変化する検出部と当該センシング部材を上記測定対象物に取り付ける固定部材とを有し、
上記固定部材は、上記検出部の伸縮方向において上記検出部を挟むように2箇所に設けられていることを特徴とする。
(1) The rotation angle measuring device according to the first aspect of the present invention comprises:
A rotation angle measuring device used for measuring a rotation angle of a measurement object,
A sensing member that can expand and contract in one direction following the rotation of the object to be measured, and whose electrical parameters change according to the rotation angle,
A measurement unit for measuring the electrical parameters;
A calculation unit that calculates the rotation angle based on a measurement result in the measurement unit;
With
The sensing member has a detection unit that changes an electrical parameter according to the amount of deformation during expansion and contraction, and a fixing member that attaches the sensing member to the measurement object.
The fixing member is provided at two locations so as to sandwich the detection unit in the extending and contracting direction of the detection unit.

上記回転角度計測装置によれば、上記センシング部材に設けられた固定部材によって、上記センシング部材を測定対象物に取り付けるだけで、大掛かりな設備を用いることなく、測定対象物の回転角度を計測することができる。   According to the rotation angle measuring device, the rotation angle of the measurement object can be measured without using a large facility simply by attaching the sensing member to the measurement object by the fixing member provided on the sensing member. Can do.

(2)上記(1)の回転角度計測装置において、
上記測定対象物は、連結部で連結された2本のリンク相当部を有し、少なくとも一方のリンク相当部が上記連結部を回転中心として回転可能に構成されており、
上記2本のリンク相当部の間を架け渡すように、上記固定部材によって上記センシング部材が取り付けられ、
上記測定対象物の回転角度として、上記一方のリンク相当部の他方のリンク相当部に対する回転角度を測定することが好ましい。
上記回転角度計測装置は、このような測定対象物の回転角度を計測するのに適している。
(2) In the rotation angle measuring device of (1) above,
The measurement object has two link equivalent parts connected by a connection part, and at least one link equivalent part is configured to be rotatable around the connection part,
The sensing member is attached by the fixing member so as to bridge between the two link equivalent parts,
As the rotation angle of the measurement object, it is preferable to measure the rotation angle of the one link equivalent portion with respect to the other link equivalent portion.
The rotation angle measuring device is suitable for measuring the rotation angle of such a measurement object.

(3)上記(2)の回転角度計測装置において、
上記固定部材の少なくとも1つは、上記センシング部材を上記リンク相当部に対して回転可能に取り付け、
回転可能に取り付けられた上記センシング部材は、上記リンク相当部の回転方向に沿って回転可能であることが好ましい。
この場合、測定対象物の回転角度をより高精度で測定することができる。この理由については後述する。
(3) In the rotation angle measuring device of (2) above,
At least one of the fixing members is attached to the sensing member so as to be rotatable with respect to the link equivalent part,
It is preferable that the sensing member attached rotatably is rotatable along the rotation direction of the link equivalent portion.
In this case, the rotation angle of the measurement object can be measured with higher accuracy. The reason for this will be described later.

(4)上記(1)〜(3)のいずれかの回転角度計測装置において、上記センシング部材は、
エラストマー製の誘電層と、上記誘電層の上面に形成された第1電極層と、上記誘電層の下面に形成された第2電極層とを有し、上記第1電極層及び上記第2電極層の対向する部分を検出部とするセンサ本体を含み、
上記検出部は、伸縮に応じて静電容量が変化することが好ましい。
この場合、静電容量を上記電気パラメータとして、容易にかつ高精度で測定対象の回転角度を測定することができる。
(4) In the rotation angle measurement device according to any one of (1) to (3), the sensing member includes:
An elastomeric dielectric layer; a first electrode layer formed on an upper surface of the dielectric layer; and a second electrode layer formed on a lower surface of the dielectric layer, the first electrode layer and the second electrode Including a sensor body having a detecting portion as an opposing portion of the layer,
As for the above-mentioned detection part, it is preferred that an electrostatic capacity changes according to expansion and contraction.
In this case, the rotation angle of the measurement target can be easily and accurately measured using the capacitance as the electric parameter.

(5)第2の本発明の静電容量型センサシートは、上記(1)〜(4)のいずれかの回転角度計測装置のセンシング部材として用いられる静電容量型センサシートであって、
エラストマー製の誘電層と、上記誘電層の上面に形成された第1電極層と、上記誘電層の下面に形成された第2電極層とを含み、上記第1電極層及び上記第2電極層の対向する部分を検出部とし、一方向に伸縮可能で、かつ伸縮に応じて上記検出部の静電容量が変化するセンサ本体と、
上記伸縮方向において、上記検出部を挟むように2箇所に設けられた当該静電容量型センサシートを測定対象物に取り付ける固定部材と、
を備え、
上記固定部材の少なくとも1つは、上記静電容量型センサシートを上記測定対象物に対して回転可能に取り付けるように構成されていることを特徴とする。
このような静電容量型センサシートは、上記回転角度計測装置に用いられるセンシング部材として好適であり、上記静電容量型センサシートを用いた回転角度計測装置では、高精度で測定対象物の回転角度を計測することができる。
(5) The capacitance type sensor sheet of the second aspect of the present invention is a capacitance type sensor sheet used as a sensing member of the rotation angle measurement device according to any one of the above (1) to (4),
An elastomeric dielectric layer; a first electrode layer formed on an upper surface of the dielectric layer; and a second electrode layer formed on a lower surface of the dielectric layer, the first electrode layer and the second electrode layer The sensor body in which the opposing part is a detection unit, can be expanded and contracted in one direction, and the capacitance of the detection unit changes according to expansion and contraction,
A fixing member for attaching the capacitance type sensor sheet provided at two locations so as to sandwich the detection unit to the measurement object in the expansion and contraction direction;
With
At least one of the fixing members is configured to rotatably attach the capacitive sensor sheet to the measurement object.
Such a capacitance type sensor sheet is suitable as a sensing member used in the rotation angle measurement device. In the rotation angle measurement device using the capacitance type sensor sheet, the measurement object can be rotated with high accuracy. The angle can be measured.

(6)第3の本発明の回転角度計測装置は、
連結部で連結された2本のリンク相当部を有し、少なくとも一方のリンク相当部が上記連結部を回転中心として回転可能に構成された測定対象物における、上記一方のリンク相当部の他方のリンク相当部に対する回転角度を測定する回転角度計測装置であって、
測定対象物の回転に追従して一方向に伸縮可能であり、上記回転角度に応じて電気パラメータが変化するセンシング部材と、
連結部で連結された第1保持リンク及び第2保持リンクを有し、一方の保持リンクが他方の保持リンクに対して上記連結部を回転中心として回転可能に構成された保持部と、
上記電気パラメータを測定する計測部と、
上記計測部での計測結果に基づいて上記回転角度を算出する演算部と、
を備え、
上記センシング部材は、伸縮時にその変形量に応じて電気パラメータが変化する検出部と、上記検出部の伸縮方向において上記検出部を挟むように2箇所に設けられて当該センシング部材を上記保持部に取り付ける固定部材とを有し、上記固定部材によって上記第1保持リンクと上記第2保持リンクとの間を架け渡すように取り付けられていることを特徴とする。
(6) The rotation angle measuring device of the third aspect of the present invention is:
A measuring object having two link equivalent parts connected by a connecting part, wherein at least one link equivalent part is configured to be rotatable about the connection part as a rotation center; A rotation angle measuring device for measuring a rotation angle with respect to a link equivalent part,
A sensing member that can expand and contract in one direction following the rotation of the object to be measured, and whose electrical parameters change according to the rotation angle,
A first holding link and a second holding link connected by a connecting portion, wherein one holding link is configured to be rotatable with respect to the other holding link about the connecting portion as a rotation center;
A measurement unit for measuring the electrical parameters;
A calculation unit that calculates the rotation angle based on a measurement result in the measurement unit;
With
The sensing member is provided at two locations so as to sandwich the detection unit in the expansion / contraction direction of the detection unit with a detection unit in which an electrical parameter changes according to the amount of deformation during expansion and contraction. A fixing member to be attached, and the fixing member is attached so as to bridge between the first holding link and the second holding link.

上記回転角度計測装置によれば、上記第1保持リンク及び上記第2保持リンクのそれぞれを2本のリンク相当部のそれぞれに沿って取り付けることにより、大掛かりな設備を用いることなく、測定対象物の回転角度を計測することができる。
また、上記回転角度計測装置では、測定対象物が変わってもキャリブレーションを行うことなく、測定対象物の回転角度を測定することができる。
According to the rotation angle measuring device, the first holding link and the second holding link are attached along each of the two link-corresponding portions, so that the measurement object can be measured without using a large facility. The rotation angle can be measured.
Moreover, in the said rotation angle measuring device, even if a measurement object changes, it can measure the rotation angle of a measurement object, without performing a calibration.

本発明によれば、測定対象物の回転角度を大掛かりな設備を用いることなく計測することができる回転角度計測装置を低コストで提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotation angle measuring apparatus which can measure the rotation angle of a measuring object can be provided at low cost, without using a large installation.

第1実施形態の回転角度計測装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the rotation angle measuring device of 1st Embodiment. 第1実施形態の回転角度計測装置が備える静電容量型センサシートを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrostatic capacitance type sensor sheet with which the rotation angle measuring device of 1st Embodiment is provided. (a)は、図2に示した静電容量型センサシートが有するセンサ本体を示す斜視図であり、(b)は、(a)のA−A線断面である。(A) is a perspective view which shows the sensor main body which the electrostatic capacitance type sensor sheet shown in FIG. 2 has, (b) is the sectional view on the AA line of (a). (a)、(b)は、第1実施形態において足首の関節角度を測定する方法を説明するための模式図である。(A), (b) is a schematic diagram for demonstrating the method to measure the joint angle of the ankle in 1st Embodiment. (a)、(b)は、第2実施形態における回転角度計測装置が備える保持部とセンシング部材とによる回転角度の測定方法を説明するための模式図である。(A), (b) is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of the rotation angle by the holding | maintenance part with which the rotation angle measuring device in 2nd Embodiment is equipped, and a sensing member. (a)、(b)は、センサシートを取り付けた保持部が回転した際の別の状態を説明するための模式図である。(A), (b) is a schematic diagram for demonstrating another state at the time of the holding | maintenance part which attached the sensor sheet | seat rotated. (a)は、第3実施形態に係るセンサ本体を示す斜視図であり、(b)は(a)のB−B線断面図である。(A) is a perspective view which shows the sensor main body which concerns on 3rd Embodiment, (b) is the BB sectional drawing of (a). 誘電層の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the shaping | molding apparatus used for preparation of a dielectric layer. (a)〜(d)は、センサ本体の作製工程を説明するための斜視図である。(A)-(d) is a perspective view for demonstrating the manufacturing process of a sensor main body. 実施例1における回転角度計測装置の評価方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the evaluation method of the rotation angle measuring device in Example 1. FIG. 実施例1の計測結果を示すグラフである。3 is a graph showing measurement results of Example 1. (a)は、実施例2において、回転角度計測装置を被検者に装着した状態を示す図であり、(b)は(a)に示した装着状態の実際の写真である。(A) is a figure which shows the state which mounted | wore the subject with the rotation angle measuring device in Example 2, (b) is an actual photograph of the mounting state shown to (a). (a)〜(d)は、実施例2における被検者の足首の動きを示す写真である。(A)-(d) is a photograph which shows a subject's ankle movement in Example 2. FIG. 実施例2の計測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of Example 2.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態の回転角度計測装置を示す概略図である。図2は、第1実施形態の回転角度計測装置が備える静電容量型センサシートを示す斜視図である。図3(a)は、図2に示した静電容量型センサシートが有するセンサ本体を示す斜視図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a rotation angle measuring device of the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing a capacitive sensor sheet provided in the rotation angle measurement device of the first embodiment. FIG. 3A is a perspective view showing a sensor main body included in the capacitive sensor sheet shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

本実施形態の回転角度計測装置1は、図1に示すように、誘電層を介して電極層が対向配置された検出部を有する静電容量型センサシート(以下、単にセンサシートともいう)2と、センサシート2と外部配線を介して電気的に接続された静電容量を測定する計測部3と、計測部3での計測結果に基づいて測定対象物の回転角度を算出する演算部4とを備えている。
計測部3は、静電容量Cを周波数信号Fに変換するためのシュミットトリガ発振回路3a、周波数信号Fを電圧信号Vに変換するF/V変換回路3b、電源回路(図示せず)を備えており、センサシート2の検出部で検出された静電容量Cを周波数信号Fに変換した後、更に電圧信号Vに変換し、演算部4に送信する。なお、計測部3の構成はこのような構成に限定されるわけではない。
演算部4は、演算回路4aに加えて、モニター4b、記憶部4cを備えており、計測部3で測定された上記静電容量Cの計測値に基づいて、測定対象物の回転角度を算出するとともに、静電容量Cの計測値及び算出された回転角度を、モニター4bに表示させたり、記憶部に記録データとして記憶させたりする。演算部4としては、CPU、RAM,ROM,HDD等の記憶部、モニター、各種入出力インターフェイス等を備えたコンピュータを用いることができる。
As shown in FIG. 1, the rotation angle measuring device 1 of the present embodiment includes a capacitive sensor sheet (hereinafter also simply referred to as a sensor sheet) 2 having a detection unit in which electrode layers are arranged to face each other via a dielectric layer. A measuring unit 3 that measures the capacitance electrically connected to the sensor sheet 2 via an external wiring, and a calculation unit 4 that calculates the rotation angle of the measurement object based on the measurement result of the measuring unit 3 And.
The measuring unit 3 includes a Schmitt trigger oscillation circuit 3a for converting the capacitance C into a frequency signal F, an F / V conversion circuit 3b for converting the frequency signal F into a voltage signal V, and a power supply circuit (not shown). Then, after the capacitance C detected by the detection unit of the sensor sheet 2 is converted into a frequency signal F, it is further converted into a voltage signal V and transmitted to the calculation unit 4. In addition, the structure of the measurement part 3 is not necessarily limited to such a structure.
The calculation unit 4 includes a monitor 4b and a storage unit 4c in addition to the calculation circuit 4a, and calculates the rotation angle of the measurement object based on the measured value of the capacitance C measured by the measurement unit 3. In addition, the measured value of the capacitance C and the calculated rotation angle are displayed on the monitor 4b or stored as recording data in the storage unit. As the calculation unit 4, a computer including a storage unit such as a CPU, RAM, ROM, and HDD, a monitor, various input / output interfaces, and the like can be used.

センサシート2は、図2に示すように、センサ本体10と、センサ本体10の周囲に設けられた被覆部材21と、センサ本体10と計測部3とを電気的に接続するための接続部材22と、センサシート2を測定対象物に装着するための固定部材23とを備えている。   As shown in FIG. 2, the sensor sheet 2 includes a sensor body 10, a covering member 21 provided around the sensor body 10, and a connection member 22 for electrically connecting the sensor body 10 and the measurement unit 3. And a fixing member 23 for mounting the sensor sheet 2 on the measurement object.

センサ本体10は、図3に示すように、エラストマー組成物からなるシート状の誘電層11と、誘電層11の表面(おもて面)に形成された表側電極層12Aと、誘電層11の裏面に形成された裏側電極層12Bと、表側電極層12Aに連結された表側配線13Aと、裏側電極層12Bに連結された裏側配線13Bと、表側配線13Aの表側電極層12Aと反対側の端部に取り付けられた表側接続部14Aと、裏側配線13Bの裏側電極層12Bと反対側の端部に取り付けられた裏側接続部14Bと、誘電層11の表側及び裏側のそれぞれに積層された表側保護層15A及び裏側保護層15Bと、を備えている。   As shown in FIG. 3, the sensor body 10 includes a sheet-like dielectric layer 11 made of an elastomer composition, a front-side electrode layer 12 </ b> A formed on the surface (front surface) of the dielectric layer 11, and a dielectric layer 11. The back side electrode layer 12B formed on the back surface, the front side wiring 13A connected to the front side electrode layer 12A, the back side wiring 13B connected to the back side electrode layer 12B, and the end of the front side wiring 13A opposite to the front side electrode layer 12A The front side connection part 14A attached to the back side, the back side connection part 14B attached to the end of the back side wiring 13B opposite to the back side electrode layer 12B, and the front side protection laminated on the front side and the back side of the dielectric layer 11, respectively. A layer 15A and a back side protective layer 15B.

ここで、表側電極層12Aと裏側電極層12Bとは、同一の平面視形状を有しており、誘電層11を挟んで表側電極層12Aと裏側電極層12Bとは全体が対向している。
センサシート2(センサ本体10)では、表側電極層12Aと裏側電極層12Bとの対向した部分が検出部となる。
センサ本体10では、表側電極層12Aが第1電極層に相当し、裏側電極層12Bが第2電極層に相当する。
なお、上記センサ本体が備える表側電極層と裏側電極層とは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していればよい。
Here, the front-side electrode layer 12A and the back-side electrode layer 12B have the same plan view shape, and the front-side electrode layer 12A and the back-side electrode layer 12B face each other across the dielectric layer 11.
In the sensor sheet 2 (sensor main body 10), a portion where the front electrode layer 12A and the back electrode layer 12B face each other serves as a detection unit.
In the sensor body 10, the front electrode layer 12A corresponds to the first electrode layer, and the back electrode layer 12B corresponds to the second electrode layer.
Note that the front-side electrode layer and the back-side electrode layer provided in the sensor main body do not necessarily have to face each other across the dielectric layer, and at least part of them may face each other.

センサ本体10は、誘電層11がエラストマー組成物からなるため、面方向に変形(伸縮)可能である。センサ本体10では、誘電層11が面方向に変形した際に、その変形に追従して表側電極層12A及び裏側電極層12B、並びに、表側保護層15A及び裏側保護層15B(以下、両者を合わせて単に保護層ともいう)が変形する。
従って、センサシート2では、センサ本体10の変形に伴い、上記検出部の静電容量が誘電層11の変形量と相関をもって変化する。そのため、静電容量の変化を検出することで、センサ本体10の変形量を検出することができる。
The sensor body 10 can be deformed (stretched) in the plane direction because the dielectric layer 11 is made of an elastomer composition. In the sensor body 10, when the dielectric layer 11 is deformed in the surface direction, the front electrode layer 12 </ b> A and the back electrode layer 12 </ b> B, and the front protective layer 15 </ b> A and the back protective layer 15 </ b> B (hereinafter, both are combined) Simply referred to as a protective layer).
Therefore, in the sensor sheet 2, the capacitance of the detection unit changes in correlation with the deformation amount of the dielectric layer 11 as the sensor body 10 is deformed. Therefore, the deformation amount of the sensor body 10 can be detected by detecting the change in capacitance.

図2に戻って、センサ本体10の両面には、伸縮性の布生地からなる被覆部材21が設けられている。被覆部材21は、長手方向の長さがセンサ本体10の長手方向の長さより長い2枚の伸縮性布生地からなる。センサ本体10は、この2枚の布生地同士の間に挟み込まれている。被覆部材21を設けることによりセンサ本体10を保護することができる。   Returning to FIG. 2, covering members 21 made of a stretchable cloth are provided on both surfaces of the sensor body 10. The covering member 21 is made of two stretchable cloth fabrics whose length in the longitudinal direction is longer than the length in the longitudinal direction of the sensor body 10. The sensor body 10 is sandwiched between the two cloth cloths. By providing the covering member 21, the sensor body 10 can be protected.

センサシート2(被覆部材21)の両端側には、固定部材23としてスナップボタンの凸側及び凹側の一方が取り付けられている。ここで、固定部材23は、センサ本体10の検出部をセンサ本体10の伸縮方向に挟むように2箇所に取り付けられている。
固定部材23は、センサシート2を測定対象物に装着するための部材であり、上記測定対象物側に、スナップボタンの凸側及び凹側の他方を取り付けておくことによって、センサシート2を測定対象物に取り付けることができる。
At both ends of the sensor sheet 2 (covering member 21), one of the convex side and the concave side of the snap button is attached as a fixing member 23. Here, the fixing member 23 is attached at two locations so as to sandwich the detection portion of the sensor main body 10 in the extending and contracting direction of the sensor main body 10.
The fixing member 23 is a member for mounting the sensor sheet 2 to the measurement object, and the sensor sheet 2 is measured by attaching the other of the convex side and the concave side of the snap button to the measurement object side. Can be attached to an object.

回転角度計測装置1は、測定対象物の回転角度の測定に用いられる。
回転角度計測装置1は、連続的又は断続的に測定対象物の回転角度を測定することにより、測定対象物の回転動作(曲げ動作)を追跡することができる。
The rotation angle measuring device 1 is used for measuring the rotation angle of a measurement object.
The rotation angle measuring device 1 can track the rotation operation (bending operation) of the measurement object by continuously or intermittently measuring the rotation angle of the measurement object.

以下、本実施形態における回転角度の測定方法を説明する。
本実施形態では、例えば、連結部で連結された2本のリンク相当部を有し、少なくとも一方のリンク相当部が上記連結部を回転中心として回転可能に構成されたものを測定対象物とすることができる。このような測定対象物の回転角度として、上記一方のリンク相当部の他方のリンク相当部に対する回転角度を測定することができる。
Hereinafter, a method for measuring the rotation angle in the present embodiment will be described.
In this embodiment, for example, an object to be measured has two link equivalent parts connected by a connection part, and at least one link equivalent part is configured to be rotatable around the connection part as a rotation center. be able to. As the rotation angle of such an object to be measured, the rotation angle of the one link equivalent portion with respect to the other link equivalent portion can be measured.

上記測定対象物の回転角度の具体例としては、例えば、生体(ヒトや動物等)やロボットの関節角度、蝶番(ヒンジ)の回転角度、ケーブル類や柔軟板の曲り具合等が挙げられる。これらのなかでは、生体の関節角度が好ましい。センサシート2は、測定対象物の曲げ運動を阻害しにくく、この点で生体の関節角度の測定との相性が良好だからである。   Specific examples of the rotation angle of the measurement object include a joint angle of a living body (human or animal) or a robot, a rotation angle of a hinge (hinge), a bending condition of cables or a flexible plate, and the like. Among these, the joint angle of the living body is preferable. This is because the sensor sheet 2 is less likely to inhibit the bending motion of the measurement object, and in this respect, is compatible with the measurement of the joint angle of the living body.

回転角度計測装置1の測定対象が生体の関節角度である場合、対象となる関節としては、曲げ伸ばしができる関節であれば特に限定されない。このような関節としては、例えば、指、手首、肘、肩、首、腰、膝、足首等が挙げられる。
ここで、対象となる関節が手首の場合には、手及び前腕が上記リンク相当部に該当し、手首の関節が上記連結部に該当する。また、対象となる関節が肘である場合には、前腕及び上腕が上記リンク相当部に該当し、肘の関節が上記連結部に該当する。また、対象となる関節が足首である場合には、足及び下腿が上記リンク相当部に該当し、足首の関節が上記連結部に該当する。
When the measurement target of the rotation angle measuring device 1 is a joint angle of a living body, the target joint is not particularly limited as long as it is a joint that can be bent and stretched. Examples of such a joint include a finger, a wrist, an elbow, a shoulder, a neck, a waist, a knee, and an ankle.
Here, when the target joint is a wrist, the hand and the forearm correspond to the link equivalent part, and the wrist joint corresponds to the connection part. When the target joint is an elbow, the forearm and the upper arm correspond to the link equivalent part, and the elbow joint corresponds to the connection part. When the target joint is an ankle, the foot and the lower leg correspond to the link equivalent part, and the ankle joint corresponds to the connection part.

図4(a)、(b)は、本実施形態において足首の関節角度を測定する方法を説明するための模式図である。
回転角度計測装置1を用いて足首の関節角度を測定する場合、図4(a)、(b)に示すように、例えば、サポーター100にセンサシート2を取り付けて測定する。
このとき、センサシート2は、固定部材23によってサポーター100に取り付けられる。センサシート2は、サポーター100以外にも衣服や包帯等に取り付けても良い。
センサシート2を取り付けたサポーター100は、足首に装着する。
足首の運動では、足首の関節部分(くるぶし)Pが回転中心となって、下腿101と足102とがそれぞれ関節部分Pを中心に回転する。そのため、例えば、下腿101を動かした際の足102に対する下腿101の回転角度を測定することができる。
4A and 4B are schematic diagrams for explaining a method of measuring an ankle joint angle in the present embodiment.
When measuring the joint angle of the ankle using the rotation angle measuring device 1, for example, the sensor sheet 2 is attached to the supporter 100 as shown in FIGS.
At this time, the sensor sheet 2 is attached to the supporter 100 by the fixing member 23. In addition to the supporter 100, the sensor sheet 2 may be attached to clothes, a bandage, or the like.
The supporter 100 to which the sensor sheet 2 is attached is attached to the ankle.
In the ankle movement, the joint portion (ankle) P of the ankle is the center of rotation, and the lower leg 101 and the foot 102 rotate about the joint portion P, respectively. Therefore, for example, the rotation angle of the lower leg 101 relative to the foot 102 when the lower leg 101 is moved can be measured.

センサシート2を取り付けたサポーター100を装着した状態で、背屈状態(図4(a)参照)から底屈状態(図4(b)参照)に下腿101を動かすような足首の運動を行うと、この運動に合わせてセンサシート2のセンサ本体10が伸長する。センサ本体10が伸長すると、その伸長量に応じてセンサ本体10の検出部における静電容量が変化する。そのため、上記検出部の静電容量の変化量に応じて下腿101の足102に対する回転角度を計測することができる。   With the supporter 100 attached with the sensor sheet 2 attached, when the ankle exercise is performed such that the lower leg 101 is moved from the dorsiflexion state (see FIG. 4A) to the plantar flexion state (see FIG. 4B). The sensor body 10 of the sensor sheet 2 extends in accordance with this movement. When the sensor body 10 expands, the capacitance in the detection unit of the sensor body 10 changes according to the extension amount. Therefore, the rotation angle of the lower leg 101 relative to the foot 102 can be measured according to the amount of change in capacitance of the detection unit.

図4(a)に示すようにセンサシート2が取り付けられた足首において、2つの固定部材23A、23B間の距離をa、足首の関節部分Pから下腿101側に取り付けられた固定部材23Aまでの距離をb、足首の関節部分Pから足102側に取り付けられた固定部材23Bまでの距離をc、下腿101の足102に対する角度をθとすると、各パラメータは、余弦定理により下記式(1)を満足する。
=b+c−2bccosθ・・・(1)
そして、足首の運動により、下腿101が図4(a)の状態から図4(b)の状態に足首の関節部分Pを回転中心として回転すると、2つの固定部材23A、23B間の距離がaとなり、下腿101の足102に対する角度がθとなる。このとき、今度は各パラメータが下記式(2)を満足するようになる。
=b+c−2bccosθ・・・(2)
ここで、b及びcは、予め計測することができる一定値である。そのため、下腿101の回転による固定部材23A、23B間の距離の変化量Δaをセンサシート2(センサ本体10)の静電容量の変化量に基づいて算出することにより、足首の運動による下腿101の回転角度Δθを算出することができる。
このように、本実施形態の回転角度計測装置1では、センサ本体10の検出部における静電容量の変化量に基づいて、足首の運動による下腿101の足102に対する回転角度を検出することができる。
As shown in FIG. 4A, in the ankle to which the sensor sheet 2 is attached, the distance between the two fixing members 23A and 23B is a 1 , from the ankle joint portion P to the fixing member 23A attached to the lower leg 101 side. and the distance b, and the distance from the ankle joint portion P to the fixing member 23B which is attached to the foot 102 side c, the angle and theta 1 with respect to the foot 102 of the lower leg 101, each parameter is represented by the following formula by the cosine theorem ( Satisfy 1).
a 1 2 = b 2 + c 2 -2bccos θ 1 (1)
When the ankle moves and the lower leg 101 rotates from the state of FIG. 4A to the state of FIG. 4B with the joint portion P of the ankle as the rotation center, the distance between the two fixing members 23A and 23B becomes a. 2 and the angle of the lower leg 101 with respect to the foot 102 is θ 2 . At this time, each parameter now satisfies the following formula (2).
a 2 2 = b 2 + c 2 -2bccosθ 2 (2)
Here, b and c are constant values that can be measured in advance. Therefore, by calculating the amount of change Δa in the distance between the fixing members 23A and 23B due to the rotation of the lower leg 101 based on the amount of change in the capacitance of the sensor sheet 2 (sensor body 10), The rotation angle Δθ can be calculated.
As described above, in the rotation angle measurement device 1 according to the present embodiment, the rotation angle of the lower leg 101 with respect to the foot 102 due to the movement of the ankle can be detected based on the change amount of the capacitance in the detection unit of the sensor body 10. .

また、本実施形態の回転角度計測装置1では、固定部材23A、23Bとしてスナップボタンを用いている。そのため、センサシート2は、測定対象物に回転可能に取り付けられる。このとき、センサシート2は、測定対象物の回転方向に沿った方向に回転可能に取り付けられていることが好ましい。
この場合、より正確に回転角度を測定することができる。この理由は、後に詳述するが、センサシート2の歪な変形を回避することができるからである。
Further, in the rotation angle measuring device 1 of the present embodiment, snap buttons are used as the fixing members 23A and 23B. Therefore, the sensor sheet 2 is rotatably attached to the measurement object. At this time, the sensor sheet 2 is preferably attached so as to be rotatable in a direction along the rotation direction of the measurement object.
In this case, the rotation angle can be measured more accurately. The reason for this is that, as will be described in detail later, distorted deformation of the sensor sheet 2 can be avoided.

このような方法で測定対象物の回転角度を測定する場合、予め、キャリブレーションを行ってもよい。
また、上記距離b及び上記距離cが既知である場合には、上記キャリブレーションを行わなくても、上述した通り、回転角度θと静電容量の変化量ΔCとの関係を求めることもできる。
回転角度計測装置では、上記演算部4で上述したような計算を行うことにより、測定対象物の回転角度を算出することができる。
When measuring the rotation angle of the measurement object by such a method, calibration may be performed in advance.
In addition, when the distance b and the distance c are known, the relationship between the rotation angle θ and the change amount ΔC of the capacitance can be obtained as described above without performing the calibration.
In the rotation angle measuring device, the rotation angle of the measurement object can be calculated by performing the calculation as described above by the calculation unit 4.

本実施形態の回転角度計測装置において、センサシート2をサポーター100に取り付ける場合、上記距離b及び上記距離cは任意の値に設定することができる。
このとき、上記距離b及び上記距離cは特に限定されないが、例えば、一方の距離(例えば、距離b)を他方の距離(例えば、距離c)よりも充分に小さくすると、測定対象物の回転角度が大きくなっても、センサシート2の伸長率が大きくなりにくいため、大きな回転角度を測定するのに好適となる。
In the rotation angle measurement device of the present embodiment, when the sensor sheet 2 is attached to the supporter 100, the distance b and the distance c can be set to arbitrary values.
At this time, the distance b and the distance c are not particularly limited. For example, if one distance (for example, the distance b) is sufficiently smaller than the other distance (for example, the distance c), the rotation angle of the measurement object is measured. Even if becomes large, the elongation rate of the sensor sheet 2 is difficult to increase, which is suitable for measuring a large rotation angle.

(第2実施形態)
本実施形態に係る回転角度計測装置は、センサシート(センシング部材)、保持部、計測部及び演算部を備える。ここで、センサシート、計測部及び演算部の構成は第1実施形態と同様である。
また、本実施形態において、上記センサシートは、上記保持部に所定の態様で取り付けられている。
図5は、(a)、(b)は、第2実施形態における回転角度計測装置が備える保持部とセンシング部材とによる回転角度の測定方法を説明するための模式図である。
(Second Embodiment)
The rotation angle measurement device according to the present embodiment includes a sensor sheet (sensing member), a holding unit, a measurement unit, and a calculation unit. Here, the configurations of the sensor sheet, the measurement unit, and the calculation unit are the same as those in the first embodiment.
In the present embodiment, the sensor sheet is attached to the holding portion in a predetermined manner.
FIGS. 5A and 5B are schematic diagrams for explaining a method of measuring a rotation angle using a holding unit and a sensing member included in the rotation angle measurement device according to the second embodiment.

本実施形態では、図5(a)、(b)に示すように、センサシート2を、第1保持リンク52と第2保持リンク53とが連結部51で連結された保持部50に取り付ける。ここで、センサシート2は、センサ本体10の両端側に設けられた固定部材23A、23Bによって、第1及び第2保持リンク52、53との間を架け渡すように固定する。
また、保持部50において、第1保持リンク52及び第2保持リンク53は、連結部51を回転中心として、一方又は両方が回転可能に構成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the sensor sheet 2 is attached to a holding unit 50 in which a first holding link 52 and a second holding link 53 are connected by a connecting unit 51. Here, the sensor sheet 2 is fixed so as to be bridged between the first and second holding links 52 and 53 by fixing members 23A and 23B provided on both ends of the sensor main body 10.
In the holding part 50, one or both of the first holding link 52 and the second holding link 53 are configured to be rotatable about the connecting part 51 as a rotation center.

このようにセンサシート2が取り付けられた状態で、保持部50の第1保持リンク52を第2保持リンク53に対して連結部51を回転中心として回転させる(図5(a)の状態から図5(b)の状態に変形させる)と、第1保持リンク52の回転に合わせてセンサシート2(センサ本体10)が伸長し、センサ本体10の伸長量に応じてセンサ本体10の検出部の静電容量が変化する。そのため、上記検出部の静電容量の変化量に基づいて第1保持リンク52の第2保持リンク53に対する回転角度を測定することができる。   With the sensor sheet 2 attached in this manner, the first holding link 52 of the holding unit 50 is rotated with respect to the second holding link 53 around the connecting portion 51 as a rotation center (from the state of FIG. 5A). 5 (b)), the sensor sheet 2 (sensor body 10) expands in accordance with the rotation of the first holding link 52, and the detection portion of the sensor body 10 is detected according to the extension amount of the sensor body 10. The capacitance changes. Therefore, the rotation angle of the first holding link 52 relative to the second holding link 53 can be measured based on the amount of change in capacitance of the detection unit.

図5(a)に示すようにセンサシート2が取り付けられた保持部50において、2つの固定部材23A、23B間の距離をd、連結部51と第1保持リンク52に取り付けられた固定部材23Aとの距離をe、連結部51と第2保持リンク53に取り付けられた固定部材23Bとの距離をf、第1保持リンク52と第2保持リンク53とのなす角をθとすると、各パラメータは、第1実施形態と同様、余弦定理により下記式(3)を満足する。
=e+f−2efcosθ・・・(3)
そして、保持部50の第1保持リンク52が図5(a)の状態から図5(b)の状態に回転し、2つの固定部材23A、23B間の距離がdとなり、第1保持リンク52と第2保持リンク53とのなす角がθとなると、今度は各パラメータが下記式(4)を満足するようになる。
=e+f−2efcosθ・・・(4)
この場合も、e及びfは一定値であるため、第1保持リンク52の回転による固定部材23A、23B間の距離の変化量Δdをセンサシート2(センサ本体10)の静電容量の変化量に基づいて算出することにより、第1保持リンク52の第2保持リンク53に対する回転角度Δθを算出することができる。
As shown in FIG. 5A, in the holding part 50 to which the sensor sheet 2 is attached, the distance between the two fixing members 23A and 23B is d 1 , and the fixing member attached to the connecting part 51 and the first holding link 52. the distance between 23A e, the connecting portion 51 the distance between the fixing member 23B which is attached to the second holding link 53 f, the first holding link 52 the angle of the second holding link 53 and theta 3, Each parameter satisfies the following expression (3) by the cosine theorem, as in the first embodiment.
d 1 2 = e 2 + f 2 -2ef cos θ 3 (3)
Then, the first holding link 52 of the holding unit 50 rotates from the state of FIG. 5A to the state of FIG. 5B, and the distance between the two fixing members 23A and 23B becomes d 2 , and the first holding link. 52 and the angle between the second holding link 53 is theta 4, now the parameters are to satisfy the following equation (4).
d 2 2 = e 2 + f 2 -2ef cos θ 4 (4)
Also in this case, since e and f are constant values, the change amount Δd of the distance between the fixing members 23A and 23B due to the rotation of the first holding link 52 is used as the change amount of the capacitance of the sensor sheet 2 (sensor body 10). The rotation angle Δθ of the first holding link 52 with respect to the second holding link 53 can be calculated by calculating based on the above.

そして、センサシート2が取り付けられた保持部50を備えた本実施形態の回転角度計測装置では、第1保持リンク52及び第2保持リンク53のそれぞれを測定対象物(図示せず)の2本のリンク相当部のそれぞれに沿うように取り付けることにより、測定対象物におけるリンク相当部の回転角度を計測することができる。
また、本実施形態の上記回転角度計測装置では、測定対象物が変わってもキャリブレーションを行うことなく、測定対象物の回転角度を測定することができる。
And in the rotation angle measuring device of this embodiment provided with the holding | maintenance part 50 to which the sensor sheet | seat 2 was attached, each of the 1st holding link 52 and the 2nd holding link 53 is two measurement objects (not shown). The rotation angle of the link equivalent part in the measurement object can be measured by attaching it along each of the link equivalent parts.
Moreover, in the said rotation angle measuring device of this embodiment, even if a measurement object changes, it can measure the rotation angle of a measurement object, without performing calibration.

また、本実施形態の回転角度計測装置1では、固定部材23A、23Bとしてスナップボタンを用いている。そのため、センサシート2を保持部に対して回転可能に取り付けることができる。
この場合、より正確に回転角度を測定することができる。この理由について、図面を参照しながら説明する。
Further, in the rotation angle measuring device 1 of the present embodiment, snap buttons are used as the fixing members 23A and 23B. Therefore, the sensor sheet 2 can be rotatably attached to the holding unit.
In this case, the rotation angle can be measured more accurately. The reason for this will be described with reference to the drawings.

図6(a)、(b)は、センサシートを取り付けた保持部が回転した際の別の状態を説明するための模式図である。
図6(a)に示すように、センサシート2′を保持部50に取り付ける場合において、センサシート2′を面ファスナー等の回転不能な固定部材23′を介してリンク52、53に取り付けたとする。この場合、第1保持リンク52が第2保持リンク53に対して回転し、図5(b)に示すように、第1保持リンク52と第2保持リンク53とのなす角が変化した際に、センサシート2′は第1保持リンク52及び第2保持リンク53に対して回転することができないため、2つの固定部材23′間においてセンサシート2′は直線状を維持することができず、固定部材23′近傍で屈曲した歪な形状になってしまう。
このように、保持部(保持リンク)の回転時にセンサシートが歪な形状になってしまうと、センサシート2の検出部における静電容量の変化量とセンサシート2に伸縮量との相関性が低下してしまうことがある。その結果、測定対象物の回転角度の測定精度が低下してしまうことがある。
そのため、本実施形態においては、センサシート2が固定部材23A、23Bによって第1及び第2保持リンク52,53に回転可能に取り付けられるように構成されていることが好ましい。このとき、固定部材23A、23Bは、回転可能に取り付けられたセンサシート2が、保持リンクの回転方向に沿って回転可能となるようにセンサシート2を取り付けることが好ましい。
なお、第1実施形態において、固定部材23A、23Bがセンサシート2をサポーター100に回転可能に固定できるように構成されていることが好ましい理由も同様である。
FIGS. 6A and 6B are schematic views for explaining another state when the holding unit to which the sensor sheet is attached rotates.
As shown in FIG. 6A, when the sensor sheet 2 ′ is attached to the holding portion 50, the sensor sheet 2 ′ is attached to the links 52 and 53 via a non-rotatable fixing member 23 ′ such as a hook-and-loop fastener. . In this case, when the first holding link 52 rotates with respect to the second holding link 53 and the angle between the first holding link 52 and the second holding link 53 changes as shown in FIG. Since the sensor sheet 2 'cannot rotate with respect to the first holding link 52 and the second holding link 53, the sensor sheet 2' cannot maintain a linear shape between the two fixing members 23 '. It becomes a distorted shape bent in the vicinity of the fixing member 23 '.
Thus, if the sensor sheet becomes distorted when the holding part (holding link) rotates, there is a correlation between the amount of change in capacitance in the detection part of the sensor sheet 2 and the amount of expansion / contraction in the sensor sheet 2. May fall. As a result, the measurement accuracy of the rotation angle of the measurement object may be lowered.
Therefore, in this embodiment, it is preferable that the sensor sheet 2 is configured to be rotatably attached to the first and second holding links 52 and 53 by the fixing members 23A and 23B. At this time, it is preferable that the fixing member 23A, 23B is attached to the sensor sheet 2 so that the sensor sheet 2 attached to be rotatable can be rotated along the rotation direction of the holding link.
In addition, in 1st Embodiment, the reason why it is preferable that fixing member 23A, 23B is comprised so that sensor sheet 2 can be rotatably fixed to the supporter 100 is also the same.

(第3実施形態)
本発明の実施形態で用いられるセンサ本体は、第1、2実施形態のセンサ本体10に限定されない。
本実施形態に係るセンサ本体は、エラストマー製の第1誘電層と、上記誘電層の上面に形成された第1電極層と、上記誘電層の下面に形成された第2電極層とに加えて、更に、上記第1電極層上に積層されたエラストマー製の第2誘電層と、上記第2誘電層の上面に積層された第3電極層とを含み、上記第1電極層及び上記第2電極層の対向する部分を第1検出部、上記第1電極層及び上記第3電極層の対向する部分を第2検出部とし、上記第1検出部及び第2検出部は伸縮に応じて静電容量が変化する。
(Third embodiment)
The sensor body used in the embodiment of the present invention is not limited to the sensor body 10 of the first and second embodiments.
In addition to the first dielectric layer made of elastomer, the first electrode layer formed on the upper surface of the dielectric layer, and the second electrode layer formed on the lower surface of the dielectric layer, the sensor body according to the present embodiment is provided. And a second dielectric layer made of elastomer laminated on the first electrode layer, and a third electrode layer laminated on the upper surface of the second dielectric layer, wherein the first electrode layer and the second electrode layer The opposing part of the electrode layer is the first detection part, the opposing part of the first electrode layer and the third electrode layer is the second detection part, and the first detection part and the second detection part are statically moved according to expansion and contraction. The capacitance changes.

図7(a)は、本実施形態に係るセンサ本体を示す斜視図であり、(b)は(a)のB−B線断面図である。
センサ本体40は、エラストマー製でシート状の裏側誘電層(第1誘電層)41Bと、裏側誘電層41Bの表面(おもて面:図7中、上側)に形成された中央電極層(第1電極層)42Aと、裏側誘電層41Bの裏面(図7中、下側)に形成された裏側電極層(第2電極層)42Cと、中央電極層42Aの表側(図7中、上側)に積層された表側誘電層(第2誘電層)41Aと、表側誘電層41Aの表面に形成された表側電極層(第3電極層)42Bとを備える。
更に、センサ本体40は、中央電極層42Aに連結された中央配線43Aと、表側電極層42Bに連結された表側配線43Bと、裏側電極層42Cに連結された裏側配線43Cと、中央配線43Aの中央電極層42Aと反対側の端部に取り付けられた中央接続部44Aと、表側配線43Bの表側電極層42Bと反対側の端部に取り付けられた表側接続部44Bと、裏側配線43Cの裏側電極層42Cと反対側の端部に取り付けられた裏側接続部44Cとを備える。
また、センサ本体40では、表側誘電層41Aの表側及び裏側誘電層41Bの裏側のそれぞれに表側保護層(第1保護層)45A及び裏側保護層(第2保護層)45Bが設けられている。
Fig.7 (a) is a perspective view which shows the sensor main body which concerns on this embodiment, (b) is the BB sectional drawing of (a).
The sensor body 40 is made of an elastomer sheet-like back side dielectric layer (first dielectric layer) 41B, and a central electrode layer (first side) formed on the surface (front surface: upper side in FIG. 7) of the back side dielectric layer 41B. One electrode layer) 42A, a back side electrode layer (second electrode layer) 42C formed on the back side (lower side in FIG. 7) of the back side dielectric layer 41B, and a front side (upper side in FIG. 7) of the central electrode layer 42A A front-side dielectric layer (second dielectric layer) 41A and a front-side electrode layer (third electrode layer) 42B formed on the surface of the front-side dielectric layer 41A.
Further, the sensor main body 40 includes a central wiring 43A connected to the central electrode layer 42A, a front wiring 43B connected to the front electrode layer 42B, a back wiring 43C connected to the back electrode layer 42C, and a central wiring 43A. A central connection portion 44A attached to an end opposite to the central electrode layer 42A, a front side connection portion 44B attached to an end opposite to the front side electrode layer 42B of the front side wiring 43B, and a back side electrode of the back side wiring 43C A back side connection portion 44C attached to the end opposite to the layer 42C.
In the sensor body 40, a front side protective layer (first protective layer) 45A and a back side protective layer (second protective layer) 45B are provided on the front side of the front side dielectric layer 41A and the back side of the back side dielectric layer 41B.

ここで、中央電極層42A、表側電極層42B及び裏側電極層42Cは、同一の平面視形状を有している。また、中央電極層42Aと表側電極層42Bとは表側誘電層41Aを挟んで全体が対向しており、中央電極層42Aと裏側電極層42Cとは裏側誘電層41Bを挟んで全体が対向している。センサ本体40では、中央電極層42Aと表側電極層42Bとの対向した部分が表側検出部(第2検出部)となり、中央電極層42Aと裏側電極層42Cとの対向した部分が裏側検出部(第1検出部)となる。
なお、センサ本体40において、中央電極層と表側電極層、及び、中央電極層と裏側電極層のそれぞれは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していればよい。
Here, the central electrode layer 42A, the front electrode layer 42B, and the back electrode layer 42C have the same planar view shape. Further, the central electrode layer 42A and the front electrode layer 42B are opposed to each other across the front dielectric layer 41A, and the central electrode layer 42A and the back electrode layer 42C are opposed to each other across the back dielectric layer 41B. Yes. In the sensor main body 40, a portion where the central electrode layer 42A and the front side electrode layer 42B face each other serves as a front side detection unit (second detection unit), and a portion where the central electrode layer 42A and the back side electrode layer 42C face each other is a back side detection unit ( A first detection unit).
In the sensor body 40, the center electrode layer and the front electrode layer, and the center electrode layer and the back electrode layer do not necessarily have to face each other across the dielectric layer, and at least a part of them is not required. It only needs to be opposite.

センサ本体40では、上記表側検出部(第2検出部)の静電容量と上記裏側検出部(第1検出部)の静電容量とを加算した合計静電容量を検出部の静電容量とする。
そのため、センサ本体40では、表側電極層42B(表側接続部44B)と裏側電極層42C(裏側接続部44C)とが電気的に接続された状態(短絡した状態)でリード線等を介して計測部3の端子に接続され、中央電極層42A(中央接続部44A)がリード線等を介して計測部3の別の端子に接続される。
In the sensor body 40, the total capacitance obtained by adding the capacitance of the front side detection unit (second detection unit) and the capacitance of the back side detection unit (first detection unit) is used as the capacitance of the detection unit. To do.
Therefore, in the sensor main body 40, measurement is performed via a lead wire or the like in a state where the front side electrode layer 42B (front side connection part 44B) and the back side electrode layer 42C (back side connection part 44C) are electrically connected (short-circuited state). The central electrode layer 42A (central connection portion 44A) is connected to another terminal of the measurement unit 3 via a lead wire or the like.

センサ本体40では、センサ本体10と同様、センサ本体40の変形に伴い、各検出部の静電容量が誘電層(表側誘電層41A及び裏側誘電層41B)の変形量と相関をもって変化する。よって、センサ本体40を用いた場合も、センサ本体10を用いた場合と同様、測定対象物の回転角度を計測することができる。   In the sensor main body 40, as in the sensor main body 10, as the sensor main body 40 is deformed, the capacitance of each detection unit changes in correlation with the deformation amount of the dielectric layers (the front-side dielectric layer 41A and the back-side dielectric layer 41B). Therefore, when the sensor main body 40 is used, the rotation angle of the measurement object can be measured as in the case where the sensor main body 10 is used.

また、センサ本体40を備えたセンサシートは、ノイズによる静電容量の測定値の変動を抑えるのに適している。そのため、ノイズが存在する状況下や測定時にノイズが変動する状況下でもセンサシートの変形量(伸縮量)と検出部の静電容量とが高い相関性を維持することができる。
センサシートを使用する場合、電磁ノイズや電源ノイズが入りやすい場所や、センサ本体の電極層が導体と接触又は近接する環境でセンサシートを使用すると、使用状況によって検出部の静電容量の測定値がセンサ本体の変形とは関係なく変動することがある。例えば、センサ本体10を使用した場合には、センサ本体10の上面側からノイズが入りこむか(上面側がノイズ源に近接するか)、又は、下面側からノイズが入りこむか(下面側がノイズ源に近接するか)によって、静電容量の測定値が異なることがある。
Moreover, the sensor sheet provided with the sensor body 40 is suitable for suppressing fluctuations in the measured capacitance value due to noise. Therefore, high correlation can be maintained between the deformation amount (expansion / contraction amount) of the sensor sheet and the capacitance of the detection unit even in a situation where noise exists or in a situation where noise varies during measurement.
When using a sensor sheet, if the sensor sheet is used in a place where electromagnetic noise or power supply noise is likely to enter, or in an environment where the electrode layer of the sensor body is in contact with or close to the conductor, the measured value of the capacitance of the detector will depend on the usage situation. May vary regardless of the deformation of the sensor body. For example, when the sensor main body 10 is used, noise enters from the upper surface side of the sensor main body 10 (whether the upper surface side is close to the noise source), or noise enters from the lower surface side (the lower surface side is close to the noise source). The measured value of capacitance may vary depending on whether or not.

これに対して、センサ本体40を使用する場合には、第1検出部の静電容量と第2検出部の静電容量とを加算した合計静電容量を測定する。即ち、上記センサ本体では、検出部の構造(第1検出部及び第2検出部の構造)を2つのコンデンサが並列に配置された構造とみなして静電容量の測定を行う。そのため、センサ本体40を備えたセンサシートでは、表側電極層(第3電極層)と裏側電極層(第2電極層)とを両者が電気的に接続された状態(短絡した状態)で計測部に接続する。これにより、センサ本体40の上面側からノイズが入りこむ(上面側がノイズ源に近接する)場合も、下面側からノイズが入りこむ(下面側がノイズ源に近接する)場合も、静電容量の測定値は略同一の値となり、ノイズの影響を低減することができる。
なお、本発明の実施形態において、電極層に導体が近接するとは、金属部材等の導電性の部材が近接する場合は勿論のこと、生体表面が近接する場合や、水や汗、体液等の導電性を有する液体が電極層に付着する場合等を含む概念である。
On the other hand, when the sensor body 40 is used, the total capacitance obtained by adding the capacitance of the first detection unit and the capacitance of the second detection unit is measured. That is, in the sensor body, the capacitance is measured by regarding the structure of the detection unit (the structure of the first detection unit and the second detection unit) as a structure in which two capacitors are arranged in parallel. Therefore, in the sensor sheet provided with the sensor main body 40, the measurement unit is in a state where the front electrode layer (third electrode layer) and the back electrode layer (second electrode layer) are electrically connected (short-circuited). Connect to. Thereby, even when noise enters from the upper surface side of the sensor body 40 (upper surface side is close to the noise source) and when noise enters from the lower surface side (lower surface side is close to the noise source), the measured capacitance value is It becomes substantially the same value, and the influence of noise can be reduced.
In the embodiment of the present invention, the conductor is close to the electrode layer, not only when a conductive member such as a metal member is close, but also when the surface of the living body is close, water, sweat, body fluid, etc. This is a concept including a case where a liquid having conductivity adheres to the electrode layer.

(その他の実施形態)
第1及び第2実施形態の回転角度計測装置において、センサシートは、リンク相当部に対して回転可能になるように取り付けられており、このとき、センサシートが備える2つの固定部材がともに回転可能に取り付けられている。
一方、本発明の実施形態の回転角度計測装置では、2つの固定部材のうちの一方の固定部材のみがリンク相当部に対して回転可能に取り付けられていてもよい。この場合も測定精度の向上を図ることができる。
(Other embodiments)
In the rotation angle measuring devices of the first and second embodiments, the sensor sheet is attached so as to be rotatable with respect to the link equivalent portion, and at this time, the two fixing members included in the sensor sheet can be rotated together. Is attached.
On the other hand, in the rotation angle measuring device according to the embodiment of the present invention, only one of the two fixing members may be rotatably attached to the link equivalent portion. In this case, the measurement accuracy can be improved.

本発明の実施形態の回転角度計測装置において、一方の固定部材が回転可能に取り付けられ、他方の固定部材が回転不能に取り付けられている場合、上記回転角度計測装置は、下記のように構成されていることが好ましい。
例えば、測定対象物が、連結部で連結された2本のリンク相当部を有し、少なくとも一方のリンク相当部が上記連結部を回転中心として回転可能に構成されている場合、上記連結部(回転中心)と回転可能な固定部材との距離(以下、距離gとする)が、上記連結部と回転不能な固定部材との距離(以下、距離hとする)に比べて充分に小さいことが好ましい。
この理由は、以下の通りである。
In the rotation angle measurement device of the embodiment of the present invention, when one fixing member is rotatably attached and the other fixing member is non-rotatably attached, the rotation angle measurement device is configured as follows. It is preferable.
For example, when the measurement object has two link equivalent parts connected by a connection part, and at least one link equivalent part is configured to be rotatable around the connection part, the connection part ( The distance between the rotation center) and the rotatable fixing member (hereinafter referred to as distance g) is sufficiently smaller than the distance between the connecting portion and the non-rotatable fixing member (hereinafter referred to as distance h). preferable.
The reason for this is as follows.

例えば、上記距離gと上記距離hとを同一に設定し、固定部材が回転可能に取り付けられたリンク相当部の固定部材が回転不能に取り付けられたリンク相当部に対する角度を0〜180度まで変化させた場合、センサ本体の長手方向と固定部材が回転不能に取り付けられた側のリンク相当部とのなす角(以下、角度Iとする)は、0〜45度まで変化する。
これに対して、上記距離gを上記距離hに対して充分に短くしておくと、上記角度Iの最大値を充分に小さくすることができる(例えば、5〜10度程度)。そして、上記角度Iの最大値が小さくなると、固定部材が回転可能に取り付けられたリンク相当部を回転させた際に、伸長したセンサシートが歪むことがほとんどない。そのため、2つの固定部材うちの一方の固定部材が回転不能であっても充分に測定対象物の回転角度を測定することがきる。
また、この場合、回転不能な固定部材側に接続部材を取り付ければ、リンク相当部の回転によってセンサ本体と接続部材との間にかかる外力を抑制することができる。
For example, the distance g and the distance h are set to be the same, and the angle of the link equivalent portion where the fixing member is rotatably attached to the link equivalent portion where the fixing member is non-rotatably changed is 0 to 180 degrees. In this case, the angle formed between the longitudinal direction of the sensor body and the link-corresponding portion on the side on which the fixing member is non-rotatably changed (hereinafter referred to as angle I) varies from 0 to 45 degrees.
On the other hand, if the distance g is sufficiently shorter than the distance h, the maximum value of the angle I can be sufficiently reduced (for example, about 5 to 10 degrees). And if the maximum value of the said angle I becomes small, when the link equivalent part to which the fixing member was rotatably attached was rotated, the extended sensor sheet hardly distorts. Therefore, even if one of the two fixing members cannot rotate, the rotation angle of the measurement object can be measured sufficiently.
In this case, if the connecting member is attached to the non-rotatable fixing member, the external force applied between the sensor main body and the connecting member due to the rotation of the link equivalent portion can be suppressed.

本発明の実施形態に係る回転角度計測装置は、複数のセンシング部材を備えていても良い。
これにより、例えば、足首の関節角度を測定する場合には(例えば、図4参照)、足首の外側及び内側の両側にセンシング部材(センサシート)を取り付けて足首の関節角度を測定することができる。足首の両側にセンサシートを取り付けて足首の関節角度を測定した場合には、足関節の内がえしや外がえし、足関節の内転や外転などの影響を補正することができる。
The rotation angle measuring device according to the embodiment of the present invention may include a plurality of sensing members.
Thereby, for example, when measuring the ankle joint angle (see, for example, FIG. 4), the ankle joint angle can be measured by attaching sensing members (sensor sheets) to both the outside and inside of the ankle. . When sensor sheets are attached to both sides of the ankle and the joint angle of the ankle is measured, it is possible to correct the effects of ankle adduction and abduction, etc. .

第1〜第3の実施形態に係る回転角度計測装置では、センシング部材として、静電容量型センサシートを採用しているが、本発明の実施形態に係る回転角度計測装置では、センシング部材として、例えば、抵抗式のセンサ部材等を採用してもよい。
上記抵抗式のセンサ部材としては、例えば、少なくとも一方向に伸縮可能な弾性部材からなる検出部を備え、上記一方向に伸縮することにより、その伸縮量に応じて検出部の抵抗値が変化するセンサ部材等が挙げられる。
In the rotation angle measurement devices according to the first to third embodiments, the capacitive sensor sheet is employed as the sensing member. However, in the rotation angle measurement device according to the embodiment of the present invention, as the sensing member, For example, a resistance type sensor member or the like may be employed.
The resistance type sensor member includes, for example, a detection unit made of an elastic member that can expand and contract in at least one direction, and expands and contracts in the one direction, so that the resistance value of the detection unit changes according to the expansion and contraction amount. A sensor member etc. are mentioned.

以下、上記回転角度計測装置の構成部材について説明する。ここでは、センシング部材が静電容量型センサシートである場合を例に説明する。
なお、以下の説明では、第1誘電層及び第2誘電層の説明に関して特に両者を区別する必要がない場合は、単に「誘電層」と表記することがある。また、表側電極層、裏側電極層及び中央電極層の説明に関して特に各電極層を区別する必要がない場合は、単に「電極層」と表記することがある。
Hereafter, the structural member of the said rotation angle measuring device is demonstrated. Here, a case where the sensing member is a capacitive sensor sheet will be described as an example.
In the following description, the first dielectric layer and the second dielectric layer may be simply referred to as “dielectric layer” when it is not necessary to distinguish between them. In addition, in the description of the front side electrode layer, the back side electrode layer, and the center electrode layer, when it is not necessary to distinguish each electrode layer, it may be simply expressed as “electrode layer”.

<センサシート>
<<誘電層>>
上記センサシートを構成する上記センサ本体は、エラストマー製の誘電層を備える。これらの誘電層は、エラストマー組成物を用いて形成することができる。
また、上記センサ本体が第1誘電層と第2誘電層とを備える場合、両者は、同一のエラストマー組成物を用いて形成されていても良いし、異なるエラストー組成物を用いて形成されていても良い。両者は、同一のエラストマー組成物を用いて形成されていることが好ましい。変形時に同様の挙動を示すからである。
<Sensor sheet>
<< Dielectric layer >>
The sensor body constituting the sensor sheet includes a dielectric layer made of elastomer. These dielectric layers can be formed using an elastomer composition.
Further, when the sensor body includes the first dielectric layer and the second dielectric layer, they may be formed using the same elastomer composition, or may be formed using different elastomer compositions. Also good. Both are preferably formed using the same elastomer composition. This is because the same behavior is exhibited during deformation.

上記誘電層は、エラストマー組成物を用いて形成されたシート状物であり、その表裏面の面積が変化するように可逆的に変形することができる。本発明において、誘電層に表裏面とは、誘電層の表(おもて)面及び裏面を意味する。   The dielectric layer is a sheet-like material formed using an elastomer composition, and can be reversibly deformed so that the areas of the front and back surfaces thereof are changed. In the present invention, the front and back surfaces of the dielectric layer mean the front and back surfaces of the dielectric layer.

上記エラストマー組成物としては、例えば、エラストマーと、必要に応じて他の任意成分とを含有するものが挙げられる。
上記エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム(NBR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用しても良い。
これらのなかでは、永久歪み(または永久伸び)が小さい点で、ウレタンゴム、シリコーンゴムが好ましい。また、カーボンナノチューブとの密着性に優れる点では、ウレタンゴムが好ましい。
As said elastomer composition, what contains an elastomer and another arbitrary component as needed is mentioned, for example.
Examples of the elastomer include natural rubber, isoprene rubber, nitrile rubber (NBR), ethylene propylene rubber (EPDM), styrene / butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), chloroprene rubber (CR), silicone rubber, and fluorine. Examples thereof include rubber, acrylic rubber, hydrogenated nitrile rubber, and urethane rubber. These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, urethane rubber and silicone rubber are preferable in that permanent set (or permanent elongation) is small. In addition, urethane rubber is preferable in terms of excellent adhesion to the carbon nanotube.

また、上記エラストマー組成物は、エラストマー以外に、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤、誘電性フィラー等を含有してもよい。   In addition to the elastomer, the elastomer composition may contain additives such as a plasticizer, an antioxidant, an antioxidant, a colorant, a dielectric filler, and the like.

上記誘電層の平均厚さは、静電容量Cを大きくして検出感度の向上を図る観点から、10〜1000μmが好ましい。より好ましくは、30〜200μmである。
上記誘電層は、変形時に面積(誘電層の表面の面積及び裏面の面積)が無伸長状態から30%以上増大するように変形可能であることが好ましい。この場合、大きな回転運動(例えば、リンク相当部同士のなす角が大きく変化する回転運動)を計測するのに適している。
面積が30%以上増大するように変形可能であるとは、荷重を掛けて面積を30%増大させても破断することがなく、かつ、荷重を解放すると元の状態に復元する(即ち、弾性変形範囲にある)ことを意味する。
上記誘電層の面積の変形可能な範囲は、50%以上増大するように変形可能であることがより好ましく、100%以上増大するように変形可能であることが更に好ましく、200%以上増大するように変形可能であることが特に好ましい。
上記誘電層の面方向の変形可能な範囲は誘電層の設計(材質や形状等)により制御することができる。
The average thickness of the dielectric layer is preferably 10 to 1000 μm from the viewpoint of increasing the capacitance C and improving the detection sensitivity. More preferably, it is 30-200 micrometers.
The dielectric layer is preferably deformable so that the area (the surface area and the back surface area) of the dielectric layer is increased by 30% or more from the unstretched state when deformed. In this case, it is suitable for measuring a large rotational motion (for example, a rotational motion in which the angle formed by the link equivalent portions greatly changes).
The fact that the area can be deformed so as to increase by 30% or more means that it does not break even when the load is increased and the area is increased by 30%, and it is restored to its original state when the load is released (ie, elastic It is within the deformation range.
The deformable range of the area of the dielectric layer is more preferably deformable to increase by 50% or more, more preferably deformable to increase by 100% or more, and increased by 200% or more. It is particularly preferable that it can be deformed.
The range in which the dielectric layer can be deformed in the plane direction can be controlled by the design (material, shape, etc.) of the dielectric layer.

<<電極層>>
上記センサ本体は、導電材料を含有する導電性組成物からなる上記電極層を備える。
ここで、各電極層のそれぞれは、同一組成の導電性組成物から構成されていてもよいし、異なる組成の導電性組成物から構成されていてもよい。
<< Electrode layer >>
The sensor body includes the electrode layer made of a conductive composition containing a conductive material.
Here, each of the electrode layers may be composed of conductive compositions having the same composition, or may be composed of conductive compositions having different compositions.

上記導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、導電性高分子等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、2種以上併用してもよい。
上記導電材料としては、カーボンナノチューブが好ましい。誘電層の変形に追従して変形する電極層の形成に適しているからである。
Examples of the conductive material include carbon nanotubes, graphene, carbon nanohorns, carbon fibers, conductive carbon black, graphite, metal nanowires, metal nanoparticles, and conductive polymers. These may be used alone or in combination of two or more.
As the conductive material, carbon nanotubes are preferable. This is because it is suitable for forming an electrode layer that deforms following the deformation of the dielectric layer.

上記カーボンナノチューブとしては公知のカーボンナノチューブを使用することができる。上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWNT)であってもよいし、また、2層カーボンナノチューブ(DWNT)又は3層以上の多層カーボンナノチューブ(MWNT)であってもよい(本明細書では、両者を合わせて単に多層カーボンナノチューブと称する)。更には、層数の異なるカーボンナノチューブを2種以上併用してもよい。
また、各カーボンナノチューブの形状(平均長さや繊維径、アスペクト比)も特には限定されず、センサシートに要求される導電性や耐久性、更には電極層を形成するための処理や費用を総合的に判断して適宜選択すればよい。
A known carbon nanotube can be used as the carbon nanotube. The carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube (SWNT), a double-walled carbon nanotube (DWNT), or a multi-walled carbon nanotube having three or more layers (MWNT) (in this specification, Both are simply referred to as multi-walled carbon nanotubes). Furthermore, two or more types of carbon nanotubes having different numbers of layers may be used in combination.
In addition, the shape (average length, fiber diameter, aspect ratio) of each carbon nanotube is not particularly limited, and the conductivity and durability required for the sensor sheet, as well as the processing and cost for forming the electrode layer are comprehensive. Judgment can be made as appropriate.

上記導電性組成物は、導電材料以外に、例えば、導電材料のつなぎ材料として機能するバインダー成分や各種添加剤を含有してもよい。
上記添加剤としては、例えば、導電材料のための分散剤、バインダー成分のための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、更には着色剤等が挙げられる。
In addition to the conductive material, the conductive composition may contain, for example, a binder component and various additives that function as a connecting material for the conductive material.
Examples of the additive include a dispersant for a conductive material, a crosslinking agent for a binder component, a vulcanization accelerator, a vulcanization aid, an anti-aging agent, a plasticizer, a softener, and a colorant. Can be mentioned.

<<保護層>>
上記センサ本体は、図3、7に示した例のように、保護層(表側保護層及び裏側保護層)が積層されていることが好ましい。上記保護層を設けることにより、電極層等を外部から電気的に絶縁することができる。また、上記保護層を設けることにより、センサ本体の強度や耐久性を高めることができる。
上記保護層の材質としては、例えば、上記誘電層の材質と同様のエラストマー組成物等が挙げられる。
<< Protective layer >>
As for the said sensor main body, it is preferable that the protective layer (a front side protective layer and a back side protective layer) is laminated | stacked like the example shown in FIG. By providing the protective layer, the electrode layer and the like can be electrically insulated from the outside. Further, by providing the protective layer, the strength and durability of the sensor body can be increased.
Examples of the material for the protective layer include the same elastomer composition as the material for the dielectric layer.

<<被覆部材>>
上記センサシートは、図2に示した例のように、上記センサ本体の周囲に被覆部材が設けられていることが好ましい。
上記被覆部材としては、例えば、伸縮性を有する布生地が挙げられる。
上記布生地は、伸縮性を有するものであれば特に限定されず、織物であってもよいし、編物であってもよく、更には不織布であってもよい。
<<固定部材>>
<< Coating member >>
The sensor sheet is preferably provided with a covering member around the sensor body as in the example shown in FIG.
As said coating | coated member, the cloth fabric which has a stretching property is mentioned, for example.
The cloth fabric is not particularly limited as long as it has stretchability, and may be a woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric.
<< Fixing member >>

上記センサシートは、固定部材によって、サポーターや保持リンク等に取り付けられる。
上記固定部材としては、例えば、スナップボタン、磁石、カシメ、ベアリンクやハトメと軸部材とを組み合わせたもの等がセンサシートをサポーターや保持リンク等に回転可能に取り付けるための固定部材として採用される。
また、センサシートを回転不能に取り付ける固定部材(固定方法)としては、例えば、面ファスナー、接着剤、縫い付け等を採用すれば良い。
The sensor sheet is attached to a supporter, a holding link or the like by a fixing member.
As the fixing member, for example, a snap button, a magnet, a caulking, a bear link, a combination of an eyelet and a shaft member or the like is adopted as a fixing member for rotatably mounting the sensor sheet to a supporter, a holding link, or the like. .
Moreover, as a fixing member (fixing method) for attaching the sensor sheet so as not to rotate, for example, a hook-and-loop fastener, an adhesive, sewing, or the like may be employed.

<<その他>>
上記センサ本体は、図3、7に示した例のように、通常、各電極層と接続された各配線が形成されている。
各配線は、誘電層の変形を阻害せず、かつ、誘電層が変形しても導電性が維持されるものであればよく、例えば、上記電極層と同様の導電性組成物からなるものが挙げられる。
<< Other >>
As in the example shown in FIGS. 3 and 7, the sensor body is usually provided with wirings connected to the electrode layers.
Each wiring may be any wire as long as it does not hinder the deformation of the dielectric layer and can maintain conductivity even when the dielectric layer is deformed. For example, each wiring is made of the same conductive composition as the electrode layer. Can be mentioned.

更に、上述した各配線それぞれの電極層と反対側の端部には、図3、7に示した例のように、通常、外部配線と接続するための接続部(中央接続部、表側接続部及び裏側接続部)が形成されている。これらの各接続部としては、例えば、銅箔等を用いて形成されたものが挙げられる。   Further, as shown in the examples shown in FIGS. 3 and 7, the connection portion (central connection portion, front side connection portion) for connecting to the external wiring is usually provided at the end opposite to the electrode layer of each wiring described above. And a back side connecting portion). As each of these connection parts, what was formed using copper foil etc. is mentioned, for example.

次に、上記センサ本体を製造する方法について説明する。ここでは、図3に示したセンサ本体10を例に、センサ本体を製造する方法について説明する。
上記センサ本体は、例えば、下記(1)〜(3)の工程を経ることにより作製することができる。
Next, a method for manufacturing the sensor body will be described. Here, a method for manufacturing the sensor main body will be described using the sensor main body 10 shown in FIG. 3 as an example.
The sensor body can be produced, for example, through the following steps (1) to (3).

(1)まず、エラストマー組成物からなるシート状の誘電層1枚と、エラストマー組成物からなるシート状の保護層2枚とを作製する。なお、誘電層と保護層とは、同様の方法により作製することができる。
上記誘電層の作製では、まず、エラストマー(又はその原料)に、必要に応じて、鎖延長剤、架橋剤、加硫促進剤、触媒、誘電フィラー、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を配合した原料組成物を調製する。
次に、この原料組成物を成形することにより誘電層を作製する。ここで、成形方法としては従来公知の手法を採用することができる。
(1) First, one sheet-like dielectric layer made of an elastomer composition and two sheet-like protective layers made of an elastomer composition are prepared. The dielectric layer and the protective layer can be manufactured by the same method.
In the production of the dielectric layer, first, an elastomer (or a raw material thereof), if necessary, a chain extender, a crosslinking agent, a vulcanization accelerator, a catalyst, a dielectric filler, a plasticizer, an antioxidant, an anti-aging agent, A raw material composition containing additives such as a colorant is prepared.
Next, a dielectric layer is produced by molding this raw material composition. Here, as a forming method, a conventionally known method can be employed.

具体的には、例えば、ウレタンゴムを含む誘電層を作製する場合には下記の方法等を採用することができる。
まず、ポリオール成分、イソシアネート成分、触媒等の原料成分を混合した原料組成物を調製する。その後、得られた原料組成物を、図8に示す成形装置30に注入し、架橋硬化させることによりシートを得る。更に、必要に応じて後架橋を行い、その後、裁断することにより、誘電層を作製することができる。
Specifically, for example, when a dielectric layer containing urethane rubber is produced, the following method can be employed.
First, a raw material composition in which raw material components such as a polyol component, an isocyanate component, and a catalyst are mixed is prepared. Thereafter, the obtained raw material composition is poured into a molding apparatus 30 shown in FIG. 8 and crosslinked and cured to obtain a sheet. Furthermore, a dielectric layer can be produced by post-crosslinking if necessary and then cutting.

図8は、誘電層の作製に使用する成形装置の一例を説明するための模式図である。図8に示した成形装置30では、原料組成物33を、離間して配置された一対のロール32、32から連続的に送り出されるポリエチレンテレフタレート(PET)製の保護フィルム31の間隙に流し込み、その間隙に原料組成物33を保持した状態で硬化反応(架橋反応)を進行させつつ、加熱装置34内に導入し、原料組成物33を一対の保護フィルム31間で保持した状態で熱硬化させ、誘電層となるシート35を成形する。
上記誘電層は、原料組成物を調製した後、各種コーティング装置、バーコート、ドクターブレードなどの汎用の成膜装置や成膜方法を用いて作製してもよい。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an example of a molding apparatus used for producing a dielectric layer. In the molding apparatus 30 shown in FIG. 8, the raw material composition 33 is poured into the gap between the protective films 31 made of polyethylene terephthalate (PET) that is continuously fed from a pair of rolls 32, 32 that are spaced apart from each other. While proceeding with a curing reaction (crosslinking reaction) with the raw material composition 33 held in the gap, it was introduced into the heating device 34 and thermally cured with the raw material composition 33 held between the pair of protective films 31, A sheet 35 to be a dielectric layer is formed.
The dielectric layer may be prepared using a general-purpose film forming apparatus or film forming method such as various coating apparatuses, bar coats, doctor blades, etc. after preparing the raw material composition.

(2)次に、上記(1)の工程とは別に、電極層を形成するための塗布液を調製する。
ここでは、まず、カーボンナノチューブ等の導電材料を分散媒に添加する。このとき、必要に応じて、バインダー成分(又は、バインダー成分の原料)等の上述した他の成分や分散剤を更に添加してもよい。
次に、導電材料を含む各成分を湿式分散機で分散媒中に分散(又は溶解)させることより電極層の形成するための塗布液を調製する。
ここでは、例えば、超音波分散機、ジェットミル、ビーズミルなどの既存の分散機を用いて分散させればよい。
上記分散媒としては、例えば、トルエン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アルコール類、水等が挙げられる。これらの分散媒は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
(2) Next, separately from the step (1), a coating solution for forming an electrode layer is prepared.
Here, first, a conductive material such as carbon nanotube is added to the dispersion medium. At this time, you may further add other components and dispersing agents mentioned above, such as a binder component (or the raw material of a binder component), as needed.
Next, a coating liquid for forming an electrode layer is prepared by dispersing (or dissolving) each component including a conductive material in a dispersion medium using a wet disperser.
Here, for example, the dispersion may be performed using an existing disperser such as an ultrasonic disperser, a jet mill, or a bead mill.
Examples of the dispersion medium include toluene, methyl isobutyl ketone (MIBK), alcohols, water, and the like. These dispersion media may be used independently and may be used together 2 or more types.

(3)次に、誘電層及び保護層を重ね合わせつつ、適時、電極層等を形成してセンサ本体を作製する。図9(a)〜(d)は、センサ本体10の作製工程を説明するための斜視図である。 (3) Next, an electrode layer and the like are formed at appropriate times while superposing the dielectric layer and the protective layer, thereby producing a sensor body. FIGS. 9A to 9D are perspective views for explaining a manufacturing process of the sensor body 10.

(a)まず、上記(1)の工程で作製した1枚の保護層(裏側保護層15B)の片面(表面)の所定の位置に、上記(2)の工程で調製した塗布液をスプレーコート等により塗布し、乾燥させる(図9(a)参照)。これにより、裏側保護層15B上に、裏側電極層12Bと裏側配線13Bとを形成する。
上記塗布液の塗布方法としては、スプレーコート以外に、例えば、スクリーン印刷法、インクジエット印刷法等を採用してもよい。
また、上記塗布液を塗布する際には、電極層を形成しない位置をマスキングしてから上記塗布液を塗布してもよい。
(A) First, the coating liquid prepared in the step (2) is spray-coated on a predetermined position on one side (front surface) of one protective layer (back side protective layer 15B) prepared in the step (1). Etc. and dried (see FIG. 9A). Thereby, the back side electrode layer 12B and the back side wiring 13B are formed on the back side protective layer 15B.
As a coating method of the coating solution, for example, a screen printing method, an ink jet printing method, or the like may be employed in addition to spray coating.
Moreover, when apply | coating the said coating liquid, you may apply | coat the said coating liquid, masking the position which does not form an electrode layer.

(b)次に、裏側電極層12Bの全体及び裏側配線13Bの一部を被覆するように、上記(1)の工程で作製した誘電層11を裏側保護層15B上に積層する。その後、上記(a)と同様の手法を用いて、誘電層11の上面の所定の位置に表側電極層12Aと表側配線13Aとを形成する(図9(b)参照)。 (B) Next, the dielectric layer 11 produced in the step (1) is laminated on the back side protective layer 15B so as to cover the entire back side electrode layer 12B and a part of the back side wiring 13B. Thereafter, the front electrode layer 12A and the front wiring 13A are formed at predetermined positions on the upper surface of the dielectric layer 11 by using the same method as in the above (a) (see FIG. 9B).

(c)次に、表側電極層12Aの全体及び表側配線13Aの一部を被覆するように、上記(1)の工程で作製したもう1枚の保護層(表側保護層15A)を積層する。
その後、表側配線13A及び裏側配線13Bのそれぞれの端部に銅箔を取り付けて、表側接続部14A及び裏側接続部14Bとする(図9(c)参照)。
このような工程を経ることにより、図3に示したようなセンサ本体10を作製することができる。
(C) Next, another protective layer (front protective layer 15A) produced in the step (1) is laminated so as to cover the entire front electrode layer 12A and a part of the front wiring 13A.
Thereafter, a copper foil is attached to each end of the front side wiring 13A and the back side wiring 13B to form a front side connection part 14A and a back side connection part 14B (see FIG. 9C).
Through such steps, the sensor body 10 as shown in FIG. 3 can be manufactured.

(d)更に、本発明の実施形態で用いるセンサ本体10では、表側接続部14Aや裏側接続部14Bの裏側保護層15B上にPETフィルム等の補強フィルム17を粘着テープ16を介して貼り付けてもよい。これにより各接続部を補強することができる(図9(d)参照)。
また、図9(d)に示すように、センサ本体10では、表側接続部14A及び裏側接続部14Bに外部配線となるリード線19を半田で固定する。
(D) Furthermore, in the sensor main body 10 used in the embodiment of the present invention, a reinforcing film 17 such as a PET film is pasted on the back side protective layer 15B of the front side connecting portion 14A and the back side connecting portion 14B via an adhesive tape 16. Also good. Thereby, each connection part can be reinforced (refer FIG.9 (d)).
Further, as shown in FIG. 9D, in the sensor main body 10, lead wires 19 serving as external wiring are fixed to the front side connection portion 14A and the back side connection portion 14B with solder.

図7に示したような、2層の誘電層と3層の電極層とを備えたセンサ本体40を作製する場合は、予めもう1枚誘電層を作製しておき、上記(b)の工程を行った後、表側保護層を形成する前に、再度、上記(b)の工程を繰り返すことにより、第2誘電層の積層と上記第2誘電層の上面での電極層及び配線の形成とを行い、その後、上述した(c)及び(d)の工程を行えばよい。   When the sensor body 40 having two dielectric layers and three electrode layers as shown in FIG. 7 is produced, another dielectric layer is produced in advance, and the process (b) described above is performed. After performing the above, before forming the front protective layer, by repeating the step (b) again, the second dielectric layer is laminated and the electrode layer and the wiring are formed on the upper surface of the second dielectric layer. After that, the above-described steps (c) and (d) may be performed.

ここでは、裏側保護層側から順に所定の部材(誘電層、電極層及び保護層)を積み上げる方法を説明したが、上記センサ本体を作製する方法は必ずしもこのような方法に限定されるわけではなく、例えば、先に電極層が形成された誘電層を作製した後、その両面に保護層を貼り合わせてもよい。   Here, the method of stacking predetermined members (dielectric layer, electrode layer, and protective layer) in order from the back side protective layer side has been described, but the method of manufacturing the sensor body is not necessarily limited to such a method. For example, after preparing a dielectric layer in which an electrode layer is formed first, a protective layer may be bonded to both surfaces thereof.

<計測部>
上記計測部は、上記センサ本体と電気的に接続されており、上記誘電層の変形に応じて変化する上記検出部の静電容量Cを測定する機能を有する。上記静電容量Cを測定する方法としては従来公知の方法を用いることができ、上記計測部は、そのために必要となる静電容量測定回路、演算回路、増幅回路、電源回路等を備えている。上記静電容量Cを測定する方法としては、例えば、LCRメータなどの計測器で計測する方法、自動平衡ブリッジ回路を利用したCV変換回路を用いて計測する方法、反転増幅回路を利用したCV変換回路を用いて計測する方法、半波倍電圧整流回路を利用したCV変換回路を用いて計測する方法、シュミットトリガ発振回路を用いたCF発振回路を用いて計測する方法、シュミットトリガ発振回路とF/V変換回路などにより静電容量を電圧や周波数に変換した後に、電圧測定器や周波数カウンター等の計測器で計測する方法、等が挙げられる。
<Measurement unit>
The measurement unit is electrically connected to the sensor body, and has a function of measuring the capacitance C of the detection unit that changes according to deformation of the dielectric layer. As a method for measuring the capacitance C, a conventionally known method can be used, and the measurement unit includes a capacitance measurement circuit, an arithmetic circuit, an amplifier circuit, a power supply circuit, and the like necessary for the measurement. . As a method of measuring the capacitance C, for example, a method of measuring with a measuring instrument such as an LCR meter, a method of measuring with a CV conversion circuit using an automatic balanced bridge circuit, or a CV conversion using an inverting amplifier circuit A measurement method using a circuit, a measurement method using a CV conversion circuit using a half-wave voltage doubler rectifier circuit, a measurement method using a CF oscillation circuit using a Schmitt trigger oscillation circuit, a Schmitt trigger oscillation circuit and F Examples include a method of measuring with a measuring instrument such as a voltage measuring instrument or a frequency counter after the capacitance is converted into voltage or frequency by a / V conversion circuit or the like.

<演算部>
上記回転角度計測装置は、センサ本体の検出部の静電容量に基づいて測定対象物の回転角度を算出する演算部を備えている。具体的な回転角度の算出手法は、既に説明した通りである。
上記演算部は、演算回路、増幅回路、電源回路、RAM、ROM、HDD等の記憶部、モニター等を備えている。
上記演算部としては、例えば、パソコン、スマートフォン、タブレット等の端末機器を利用することができる。
また、図1に示した回転角度計測装置1において、計測部3と演算部4との接続は有線で行われているが、無線で接続されていてもよい。
<Calculation unit>
The rotation angle measurement device includes a calculation unit that calculates the rotation angle of the measurement object based on the capacitance of the detection unit of the sensor body. A specific method for calculating the rotation angle is as described above.
The arithmetic unit includes an arithmetic circuit, an amplifier circuit, a power supply circuit, a storage unit such as a RAM, a ROM, and an HDD, a monitor, and the like.
As said calculating part, terminal devices, such as a personal computer, a smart phone, a tablet, can be utilized, for example.
Further, in the rotation angle measuring device 1 shown in FIG. 1, the measurement unit 3 and the calculation unit 4 are connected by wire, but may be connected wirelessly.

本発明の回転角度計測装置では、上述した通り、生体の関節角度をはじめ、曲げ変形可能な種々の測定対象物の屈曲部における回転角度を測定することができる。
そのため、医療分野や介護/リハビリ分野、健康管理分野、アパレル分野、ロボット分野、アミューズメント分野、計測分野、機器制御分野、スポーツ分野、インタフェース・コミュニケーション分野等、種々の分野で用いることができる。
As described above, the rotation angle measuring device of the present invention can measure the rotation angle at the bent portion of various measurement objects that can be bent and deformed, including the joint angle of a living body.
Therefore, it can be used in various fields such as the medical field, the care / rehabilitation field, the health management field, the apparel field, the robot field, the amusement field, the measurement field, the device control field, the sports field, and the interface communication field.

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
<センサ本体の作製>
ここでは、図3に示したセンサ本体10と同構成のセンサ本体を作製した。
(1)誘電層の作製
ポリオール(パンデックスGCB−41、DIC社製)100質量部に対して、可塑剤(ジオクチルスルホネート)40重量部と、イソシアネート(パンデックスGCA−11、DIC社製)17.62重量部とを添加し、アジターで90秒間撹拌混合し、誘電層用の原料組成物を調製した。次に、原料組成物を図8に示した成形装置30に注入し、保護フィルム31でサンドイッチ状にして搬送しつつ、炉内温度70℃、炉内時間30分間の条件で架橋硬化させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、70℃に調節した炉で12時間後架橋させ、ポリエーテル系ウレタンエラストマーからなるシートを作製した。得られたウレタンシートを14mm×80mm×厚さ100μmに裁断し、更に、角部の一か所を7mm×20mm×厚さ100μmのサイズで切り落とし、誘電層を作製した。
Example 1
<Production of sensor body>
Here, a sensor body having the same configuration as that of the sensor body 10 shown in FIG. 3 was produced.
(1) Preparation of dielectric layer For 100 parts by mass of polyol (Pandex GCB-41, manufactured by DIC), 40 parts by weight of plasticizer (dioctyl sulfonate) and isocyanate (Pandex GCA-11, manufactured by DIC) 17 .62 parts by weight were added and stirred and mixed with an agitator for 90 seconds to prepare a raw material composition for a dielectric layer. Next, the raw material composition is poured into the molding apparatus 30 shown in FIG. 8 and conveyed in a sandwich form with the protective film 31, and is crosslinked and cured under the conditions of a furnace temperature of 70 ° C. and a furnace time of 30 minutes for protection. A roll-wound sheet with a predetermined thickness with a film was obtained. Then, after cross-linking in a furnace adjusted to 70 ° C. for 12 hours, a sheet made of a polyether urethane elastomer was produced. The obtained urethane sheet was cut into a size of 14 mm × 80 mm × thickness 100 μm, and one corner was cut off at a size of 7 mm × 20 mm × thickness 100 μm to produce a dielectric layer.

また、作製した誘電層について、破断時伸び(%)及び比誘電率を測定したところ、破断時伸び(%)は505%、比誘電率は5.8であった。
ここで、上記破断時伸びは、JIS K 6251に準拠して測定した。上記比誘電率は、20mmΦの電極で誘電層を挟み、LCRハイテスタ(日置電機社製、3522−50)を用いて計測周波数1kHzで静電容量を測定した後、電極面積と測定試料の厚さから比誘電率を算出した。
Further, when the elongation (%) at break and the relative dielectric constant of the produced dielectric layer were measured, the elongation at break (%) was 505% and the relative dielectric constant was 5.8.
Here, the elongation at break was measured according to JIS K 6251. The dielectric constant is measured by measuring the capacitance at a measurement frequency of 1 kHz using an LCR high tester (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., 3522-50) after sandwiching a dielectric layer between 20 mmΦ electrodes, and then measuring the electrode area and the thickness of the measurement sample. From the above, the relative dielectric constant was calculated.

(2)電極層材料の調製
大陽日酸社製の高配向カーボンナノチューブ30mgをメチルイソブチルケトン(MIBK)30gに添加し、ジェットミル(ナノジェットパル JN10−SP003、常光社製)を用いて湿式分散処理を施し、10倍に希釈して濃度0.01重量%のカーボンナノチューブ分散液を得た。
(2) Preparation of electrode layer material 30 mg of highly oriented carbon nanotubes manufactured by Taiyo Nippon Sanso Co., Ltd. was added to 30 g of methyl isobutyl ketone (MIBK), and wet using a jet mill (Nanojet PAL JN10-SP003, manufactured by Joko). Dispersion treatment was performed and diluted 10 times to obtain a carbon nanotube dispersion having a concentration of 0.01% by weight.

(3)保護層の作製
上述した(1)誘電層の作製と同様の方法を用いて、ポリエーテル系ウレタンエラストマー製で、14mm×80mm×厚さ50μmの裏側保護層と、14mm×60mm×厚さ50μmの表側保護層とを作製した。
(3) Production of Protective Layer Using the same method as the production of (1) dielectric layer described above, a back side protective layer made of polyether urethane elastomer, 14 mm × 80 mm × 50 μm thick, and 14 mm × 60 mm × thickness A front protective layer having a thickness of 50 μm was produced.

(4)センサ本体の作製
図9に示した手順でセンサ本体を作製した。
まず、上記(3)の工程で作製した裏側保護層15Bの片面(表面)に、離型処理されたPETフィルムに所定の形状の開口部が形成されたマスク(図示せず)を貼り付けた。
上記マスクには、裏側電極層及び裏側配線に相当する開口部が設けられており、開口部のサイズは、裏側電極層に相当する部分が幅10mm×長さ50mm、裏側配線に相当する部分が幅5mm×長さ20mmである。
(4) Production of sensor body A sensor body was produced according to the procedure shown in FIG.
First, a mask (not shown) in which an opening having a predetermined shape was formed on a PET film subjected to a release treatment was attached to one surface (front surface) of the back side protective layer 15B produced in the step (3). .
The mask is provided with openings corresponding to the back side electrode layer and the back side wiring. The size of the opening is 10 mm wide × 50 mm long corresponding to the back side electrode layer, and the part corresponding to the back side wiring. It is 5 mm wide x 20 mm long.

次に、上記(2)の工程で調製したカーボンナノチューブ分散液7.2gを10cmの距離からエアブラシを用いて塗布した。続いて、100℃で10分間乾燥させ、裏側電極層12B及び裏側配線13Bを形成した。その後、マスクを剥離した(図9(a)参照)。   Next, 7.2 g of the carbon nanotube dispersion prepared in the above step (2) was applied from a distance of 10 cm using an air brush. Then, it was made to dry at 100 degreeC for 10 minute (s), and the back side electrode layer 12B and back side wiring 13B were formed. Thereafter, the mask was peeled off (see FIG. 9A).

次に、裏側電極層12Bの全体及び裏側配線13Bの一部を被覆するように、上記(1)の工程で作製した誘電層11を裏側保護層15B上に貼り合わせることにより積層した。
更に、誘電層11に表側に、表側電極層12A及び表側配線13Aを形成した(図9(b)参照)。表側電極層12A及び表側配線13Aを形成は、裏側電極層12B及び裏側配線13Bの形成と同様の方法を用いた。
Next, the dielectric layer 11 produced in the step (1) was laminated on the back side protective layer 15B so as to cover the entire back side electrode layer 12B and a part of the back side wiring 13B.
Further, a front electrode layer 12A and a front wiring 13A were formed on the dielectric layer 11 on the front side (see FIG. 9B). The front side electrode layer 12A and the front side wiring 13A were formed using the same method as the formation of the back side electrode layer 12B and the back side wiring 13B.

次に、表側電極層12A及び表側配線13Aを形成した誘電層11の表側に、表側電極層12Aの全体及び表側配線13Aの一部を被覆するように、上記(3)の工程で作製した表側保護層15Aをラミネートにより積層した。
更に、表側配線13A及び裏側配線13Bのそれぞれの端部に銅箔を取り付けて、表側接続部14A及び裏側接続部14Bとした(図9(c)参照)。その後、表側接続部14A及び裏側接続部14Bに外部配線となるリード線19を半田で固定した。
Next, the front side produced in the above step (3) so that the front side of the dielectric layer 11 on which the front side electrode layer 12A and the front side wiring 13A are formed covers the entire front side electrode layer 12A and a part of the front side wiring 13A. The protective layer 15A was laminated by lamination.
Furthermore, copper foil was attached to each end part of the front side wiring 13A and the back side wiring 13B, and it was set as the front side connection part 14A and the back side connection part 14B (refer FIG.9 (c)). Thereafter, lead wires 19 serving as external wirings were fixed to the front side connection portion 14A and the back side connection portion 14B with solder.

次に、表側接続部14A及び裏側接続部14Bの裏側保護層15B上に位置する部分に、厚さ100μmのPETフィルム17をアクリル粘着テープ(3M社製、Y−4905(厚さ0.5mm))16を介して貼り付けて補強し(図9(d)参照)、センサ本体10を完成した。   Next, an acrylic adhesive tape (manufactured by 3M, Y-4905 (thickness 0.5 mm)) is applied to the PET film 17 having a thickness of 100 μm on the portion located on the back side protective layer 15B of the front side connection portion 14A and the back side connection portion 14B. ) 16 is pasted and reinforced (see FIG. 9D), and the sensor body 10 is completed.

<センシング部材及び保持部の作製>
まず、図2に示したセンサシート2とほぼ同構成のセンサシート62を下記の方法で作製した。
まず、伸縮性ポリエステル布(KKF5550、宇仁繊維株式会社)を95mm×20mmに裁断した。次に、伸縮性ポリエステル布同士の間でセンサ本体10を挟み込むように2枚の伸縮性ポリエステル布を伸縮性のある粘着剤を用いて貼り合わせ、被覆部材21を形成した。
次に、被覆部材21の長手方向両端部に、厚さ方向において検出部と重ならないように、両面テープ(超強力布用両面テープ、河口株式会社社製)を用いて織布(マンセル パッチワーククロス、ユザワヤ商事株式会社より入手)を貼り付けた。この織布にスナップボタン(清原株式会社製、バネホック 10mm SUN18−12)の凸側を取り付けた。なお、スナップボタン同士の距離(中心距離)は、72mmとした。
このとき、後述する第1保持リンク52に取り付ける側のスナップボタン23Aは上記織布に設けた穴にかしめ固定することで回転可能に取り付けた。一方、後述する第2保持リンク53に取り付ける側のスナップボタン23Bは上記織布に設けた穴にかしめ固定した後、更に別の織布をスナップボタンの裏面側に両面テープで貼り付けて、スナップボタンを回転不能に取り付けた。
最後に、リード線のセンサ本体10とは反対側の端部に接続端子を取り付けて、接続部材22とし、センサシート62を完成した。
<Preparation of sensing member and holding part>
First, a sensor sheet 62 having substantially the same configuration as that of the sensor sheet 2 shown in FIG. 2 was produced by the following method.
First, a stretchable polyester cloth (KKF5550, Uni Fiber Co., Ltd.) was cut into 95 mm × 20 mm. Next, two elastic polyester cloths were bonded together using an elastic adhesive so as to sandwich the sensor body 10 between the elastic polyester cloths, and the covering member 21 was formed.
Next, a woven fabric (Munsell patchwork) using a double-sided tape (double-sided tape for super-strong cloth, manufactured by Kawaguchi Co., Ltd.) at both ends in the longitudinal direction of the covering member 21 so as not to overlap with the detection part in the thickness direction. Cross, obtained from Yuzawaya Trading Co., Ltd.). The convex side of the snap button (Kiyohara Co., Ltd., spring hook 10mm SUN18-12) was attached to this woven fabric. The distance between snap buttons (center distance) was 72 mm.
At this time, the snap button 23A on the side to be attached to the first holding link 52 described later was rotatably attached by caulking and fixing in a hole provided in the woven fabric. On the other hand, the snap button 23B on the side to be attached to the second holding link 53, which will be described later, is caulked and fixed in the hole provided in the woven fabric, and then another woven fabric is attached to the back side of the snap button with double-sided tape. The button was mounted non-rotatably.
Finally, a connection terminal was attached to the end of the lead wire opposite to the sensor body 10 to form the connection member 22, thereby completing the sensor sheet 62.

また、センサシート62とは別に、図5に示した保持部50を下記の方法で作製した。
第1保持リンク52及び第2保持リンク53を、厚さ1mmのABS樹脂板を20mm×120mmに裁断して作製した。次に、各保持リンクの端部から10mmの中央位置に約3mmの穴をあけ、カシメで固定し、連結部51とした。
Separately from the sensor sheet 62, the holding unit 50 shown in FIG.
The first holding link 52 and the second holding link 53 were produced by cutting an ABS resin plate having a thickness of 1 mm into 20 mm × 120 mm. Next, a hole of about 3 mm was formed at a central position of 10 mm from the end of each holding link, and fixed with caulking to form a connecting portion 51.

次に、第1保持リンク52の回転中心(連結部51)から20mmの中央位置に約5mmの穴を開け,スナップボタン(凹側)を取り付けた。ここでは、第1保持リンク52に対してスナップボタンが回転できるようにかしめ圧を調整した。
また、第2保持リンク53の回転中心(連結部51)から90mmの中央位置に約5mmの穴を開け,スナップボタン(凹側)を固定した。ここでは、第2保持リンク53に対してスナップボタンが回転しないようにかしめ圧を調整した。
これにより、保持部50を完成した。
Next, a hole of about 5 mm was made at a central position of 20 mm from the rotation center of the first holding link 52 (connecting portion 51), and a snap button (concave side) was attached. Here, the caulking pressure is adjusted so that the snap button can rotate with respect to the first holding link 52.
Further, a hole of about 5 mm was made at a central position of 90 mm from the rotation center (connecting portion 51) of the second holding link 53, and the snap button (concave side) was fixed. Here, the caulking pressure is adjusted so that the snap button does not rotate with respect to the second holding link 53.
Thereby, the holding part 50 was completed.

図10は、本実施例における回転角度計測装置の評価方法を説明するための模式図である。
図10に示したように、保持部50にセンサシート62を取り付け、更に、センサシート62の接続部材22をLCRハイテスタ 3522−50(日置電機社製)3に接続した。
更に、第2保持リンク53を分度器5の0度の位置に位置合わせをして両面テープで固定した。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an evaluation method of the rotation angle measuring device in the present embodiment.
As shown in FIG. 10, the sensor sheet 62 was attached to the holding unit 50, and the connection member 22 of the sensor sheet 62 was connected to the LCR HiTester 3522-50 (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.) 3.
Further, the second holding link 53 was aligned with the 0 degree position of the protractor 5 and fixed with double-sided tape.

この状態で、図10(a)〜(c)にその途中状態を示すように、第2保持リンク53に対する第1保持リンク52の角度θが、45度〜180度まで変化するように第1保持リンク52を回転させつつ、センサシート62の検出部の静電容量を測定した。ここでは、θ=45度の静電容量、及び、θ=50〜180度における10度間隔での静電容量を測定した。
その後、計測された静電容量に基づいてスナップボタン23A、23B間の距離を算出し、更に、上述した余弦定理による式(3)に基づいてθを算出した。
In this state, as shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c), the angle θ of the first holding link 52 with respect to the second holding link 53 changes so as to change from 45 degrees to 180 degrees. While rotating the holding link 52, the capacitance of the detection part of the sensor sheet 62 was measured. Here, the capacitance of θ = 45 degrees and the capacitance at intervals of 10 degrees at θ = 50 to 180 degrees were measured.
Thereafter, the distance between the snap buttons 23A and 23B was calculated based on the measured capacitance, and θ was calculated based on the above-described equation (3) based on the cosine theorem.

センサシート62における静電容量の計測結果から算出された第1保持リンク52と第2保持リンク53との角度θと、分度器5で測定された第1保持リンク52と第2保持リンク53との角度との関係を、図11に示したようにグラフにプロットした。
その結果、図11に示したように、静電容量の計測結果から算出された上記角度θは、分度器で実測された角度と高い相関性を有し、センサシート62を保持部50に取り付けることにより、第2保持リンク53に対する第1保持リンク52の回転角度を正確に計測することができることが明らかとなった。
The angle θ between the first holding link 52 and the second holding link 53 calculated from the capacitance measurement result in the sensor sheet 62, and the first holding link 52 and the second holding link 53 measured by the protractor 5. The relationship with the angle was plotted on a graph as shown in FIG.
As a result, as shown in FIG. 11, the angle θ calculated from the capacitance measurement result has a high correlation with the angle actually measured by the protractor, and the sensor sheet 62 is attached to the holding unit 50. Thus, it has become clear that the rotation angle of the first holding link 52 with respect to the second holding link 53 can be accurately measured.

(実施例2)
<センサ本体の作製>
実施例1と同様にしてセンサ本体を作製した。
(Example 2)
<Production of sensor body>
A sensor main body was produced in the same manner as in Example 1.

<センシング部材の作製>
図2に示したセンサシート2とほぼ同構成のセンサシート72を下記の方法で作製した。
伸縮性ポリエステル布(KKF5550、宇仁繊維株式会社)を95mm×20mmに裁断した。次に、伸縮性ポリエステル布同士の間でセンサ本体10を挟み込むように2枚の伸縮性ポリエステル布を伸縮性のある粘着剤を用いて貼り合わせ、被覆部材21を形成した。
次に、被覆部材21の長手方向両端部に、厚さ方向において検出部と重ならないように、両面テープ(超強力布用両面テープ、河口株式会社社製)を用いて織布(マンセル パッチワーククロス)を貼り付けた。
その後、ポリエステル布にあらかじめスナップボタンが取り付けられた製品(ファスナップ、モリト株式会社製)を、スナップボタンを中心に約20mm×20mmのサイズに裁断し、凸側を上記織布に両面テープ(超強力布用両面テープ)を用いて貼り付けた。このとき、上記スナップボタンが取り付けられたポリエステル布は、スナップボタン23A、23B間の距離が88mmとなるように取り付けた。
最後に、リード線のセンサ本体10とは反対側の端部に接続端子を取り付けて、接続部材とし、センサシート72を完成した。
<Production of sensing member>
A sensor sheet 72 having substantially the same configuration as that of the sensor sheet 2 shown in FIG. 2 was produced by the following method.
An elastic polyester cloth (KKF5550, Uni Fiber Co., Ltd.) was cut into 95 mm × 20 mm. Next, two elastic polyester cloths were bonded together using an elastic adhesive so as to sandwich the sensor body 10 between the elastic polyester cloths, and the covering member 21 was formed.
Next, a woven fabric (Munsell patchwork) using a double-sided tape (double-sided tape for super-strong cloth, manufactured by Kawaguchi Co., Ltd.) at both ends in the longitudinal direction of the covering member 21 so as not to overlap with the detection part in the thickness direction. A cross) was pasted.
Then, a product (Fashup, manufactured by Morito Co., Ltd.) in which a snap button is previously attached to a polyester cloth is cut into a size of about 20 mm × 20 mm around the snap button, and the convex side is double-sided tape (super It was pasted using a double-sided tape for strong cloth). At this time, the polyester cloth to which the snap button was attached was attached so that the distance between the snap buttons 23A and 23B was 88 mm.
Finally, a connection terminal was attached to the end of the lead wire opposite to the sensor body 10 to form a connection member, and the sensor sheet 72 was completed.

<センシング部材のサポーターへの取付け>
図4に示したような足首用のサポーター(日本シグマックス社製、ZAMST FA−1(Mサイズ))200にセンサシート72を取り付けた。ここで、センサシート72は、サポーター200を装着した際にくるぶしに相当する位置が回転中心になるように取り付けることとし、それに合わせてあらかじめサポーター200には、凹側のスナップボタンが取り付けられたポリエステル布を縫い付けて固定しておいた。
<Attaching the sensing member to the supporter>
A sensor sheet 72 was attached to an ankle supporter (ZAMST FA-1 (M size) 200 manufactured by Nippon Sigma Co., Ltd.) 200 as shown in FIG. Here, the sensor sheet 72 is attached so that the position corresponding to the ankle when the supporter 200 is mounted becomes the center of rotation, and the supporter 200 is preliminarily fitted with a polyester having a concave snap button attached thereto. The cloth was sewn and fixed.

次に、センサシート72を取付けたサポーター200を被検者の足首に装着し、その状態で足首の曲げ伸ばしを行い、センサシート72の評価を行った。
図12(a)は、実施例2において、回転角度計測装置(サポーター)を被検者に装着した状態を示す図であり、(b)は(a)に示した装着状態の実際の写真である。図13(a)〜(d)は、実施例2における被検者の足首の動きを示す写真である。図14は、実施例2の計測結果を示すグラフである。
Next, the supporter 200 to which the sensor sheet 72 was attached was attached to the subject's ankle, and the ankle was bent and stretched in that state, and the sensor sheet 72 was evaluated.
FIG. 12A is a diagram illustrating a state in which the rotation angle measurement device (supporter) is mounted on the subject in Example 2, and FIG. 12B is an actual photograph of the mounting state illustrated in FIG. is there. 13A to 13D are photographs showing the movement of the ankle of the subject in Example 2. FIG. FIG. 14 is a graph showing the measurement results of Example 2.

本評価では、図12(a)、(b)に示すように、サポーター200を被検者の足首に装着した。更に、くるぶしの位置P1、上記P1から下腿に沿って延ばした仮想線L1上の膝側面の位置P2、及び、上記P1から足先に向かって延ばした仮想線L2上の足小指側面の位置P3のそれぞれに画像撮影用のマーカーを取り付けた。
サポーター200において、センサシート72のスナップボタン23Aは仮想線L1上に位置しており、スナップボタン23Bは仮想線L2上に位置している。ここで、上記位置P1からスナップボタン23Aまでの距離は38mmであり、上記位置P1からスナップボタン23Bまでの距離は90mmである。
In this evaluation, as shown in FIGS. 12A and 12B, the supporter 200 was attached to the ankle of the subject. Further, the position P1 of the ankle, the position P2 of the knee side surface on the virtual line L1 extending from the P1 along the lower leg, and the position P3 of the side surface of the toe of the little finger on the virtual line L2 extending from the P1 toward the toes. Each was equipped with a marker for image capture.
In the supporter 200, the snap button 23A of the sensor sheet 72 is located on the virtual line L1, and the snap button 23B is located on the virtual line L2. Here, the distance from the position P1 to the snap button 23A is 38 mm, and the distance from the position P1 to the snap button 23B is 90 mm.

この状態で、図13(a)〜(d)に示すように、背屈状態からつま先立ち状態までの足首の運動を行い、その時のセンサシート72の検出部における静電容量を測定した。なお、静電容量の測定は、接続部材22を介して接続したLCRメータ(LCRハイテスタ3522−50、図示せず)により行った。その後、計測された静電容量に基づき、検出部10の伸長量(スナップボタン23A、23B間の距離)を算出した。更に、検出部10の伸長量に基づき上記足首の関節角度(下腿と足とのなす角度)を算出した。
この上記静電容量の測定と同時に、足首の運動をビデオカメラで撮影し、上記位置P1〜P3のそれぞれに貼り付けたマーカーを基準に上記足首の関節角度(下腿と足とのなす角度)を算出した。
In this state, as shown in FIGS. 13A to 13D, the ankle was exercised from the dorsiflexion state to the toe standing state, and the capacitance at the detection portion of the sensor sheet 72 at that time was measured. The capacitance was measured with an LCR meter (LCR high tester 3522-50, not shown) connected via the connection member 22. Thereafter, based on the measured capacitance, the extension amount of the detection unit 10 (the distance between the snap buttons 23A and 23B) was calculated. Further, the joint angle of the ankle (angle formed between the lower leg and the foot) was calculated based on the extension amount of the detection unit 10.
Simultaneously with the measurement of the capacitance, an ankle motion is photographed with a video camera, and the ankle joint angle (angle formed between the lower leg and the foot) is determined with reference to the markers attached to the positions P1 to P3. Calculated.

センサシート72における静電容量の計測結果から算出された関節角度と、ビデオ画像から算出された関節角度との関係を、図14に示したようにグラフにプロットした。
その結果、図14に示したように、静電容量の計測結果から算出された関節角度は、ビデオ画像から算出された関節角度と相関性を有し、上記センサシート72をサポーター200に取り付けることにより、足首の関節角度を計測することができることが明らかとなった。
The relationship between the joint angle calculated from the measurement result of the electrostatic capacitance in the sensor sheet 72 and the joint angle calculated from the video image was plotted on a graph as shown in FIG.
As a result, as shown in FIG. 14, the joint angle calculated from the capacitance measurement result correlates with the joint angle calculated from the video image, and the sensor sheet 72 is attached to the supporter 200. Thus, it became clear that the joint angle of the ankle can be measured.

1 回転角度計測装置
2、62、72 センサシート
3 計測部
4 演算部
10、40 センサ本体
11 誘電層
12A 表側電極層
12B 裏側電極層
13A 表側配線
13B 裏側配線
14A 表側接続部
14B 裏側接続部
15A 表側保護層
15B 裏側保護層
21 被覆部材
22 接続部材
23 固定部材
41A 表側誘電層(第2誘電層)
41B 裏側誘電層(第1誘電層)
42A 中央電極層(第1電極層)
42B 表側電極層(第3電極層)
42C 裏側電極層(第2電極層)
43A 中央配線
43B 表側配線
43C 裏側配線
44A 中央接続部
44B 表側接続部
44C 裏側接続部
45A 表側保護層(第1保護層)
45B 裏側保護層(第2保護層)
50 保持部
51 連結部
52 第1保持リンク
53 第2保持リンク
100、200 サポーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation angle measuring device 2, 62, 72 Sensor sheet 3 Measurement part 4 Calculation part 10, 40 Sensor main body 11 Dielectric layer 12A Front side electrode layer 12B Back side electrode layer 13A Front side wiring 13B Back side wiring 14A Front side connection part 14B Back side connection part 15A Front side Protective layer 15B Back side protective layer 21 Coating member 22 Connection member 23 Fixing member 41A Front side dielectric layer (second dielectric layer)
41B Back side dielectric layer (first dielectric layer)
42A Central electrode layer (first electrode layer)
42B Front side electrode layer (third electrode layer)
42C Back side electrode layer (second electrode layer)
43A Central wiring 43B Front side wiring 43C Back side wiring 44A Central connection part 44B Front side connection part 44C Back side connection part 45A Front side protective layer (first protective layer)
45B Back side protective layer (second protective layer)
50 holding part 51 connecting part 52 first holding link 53 second holding link 100, 200 supporter

Claims (6)

測定対象物の回転角度の測定に用いられる回転角度計測装置であって、
測定対象物の回転に追従して一方向に伸縮可能であり、前記回転角度に応じて電気パラメータが変化するセンシング部材と、
前記電気パラメータを測定する計測部と、
前記計測部での計測結果に基づいて前記回転角度を算出する演算部と、
を備え、
前記センシング部材は、伸縮時にその変形量に応じて電気パラメータが変化する検出部と当該センシング部材を前記測定対象物に取り付ける固定部材とを有し、
前記固定部材は、前記検出部の伸縮方向において前記検出部を挟むように2箇所に設けられていることを特徴とする回転角度計測装置。
A rotation angle measuring device used for measuring a rotation angle of a measurement object,
A sensing member that can expand and contract in one direction following the rotation of the object to be measured, and whose electric parameter changes according to the rotation angle;
A measurement unit for measuring the electrical parameter;
A calculation unit that calculates the rotation angle based on a measurement result in the measurement unit;
With
The sensing member has a detection unit in which an electrical parameter changes according to the amount of deformation during expansion and contraction, and a fixing member that attaches the sensing member to the measurement object.
The rotation angle measuring device according to claim 1, wherein the fixing member is provided at two locations so as to sandwich the detection unit in an extension / contraction direction of the detection unit.
前記測定対象物は、連結部で連結された2本のリンク相当部を有し、少なくとも一方のリンク相当部が前記連結部を回転中心として回転可能に構成されており、
前記2本のリンク相当部の間を架け渡すように、前記固定部材によって前記センシング部材が取り付けられ、
前記測定対象物の回転角度として、前記一方のリンク相当部の他方のリンク相当部に対する回転角度を測定する請求項1に記載に回転角度計測装置。
The measurement object has two link equivalent parts connected by a connection part, and at least one link equivalent part is configured to be rotatable around the connection part,
The sensing member is attached by the fixing member so as to bridge between the two link equivalent parts,
The rotation angle measuring device according to claim 1, wherein a rotation angle of the one link equivalent portion with respect to the other link equivalent portion is measured as the rotation angle of the measurement object.
前記固定部材の少なくとも1つは、前記センシング部材を前記リンク相当部に対して回転可能に取り付け、
回転可能に取り付けられた前記センシング部材は、前記リンク相当部の回転方向に沿って回転可能である請求項2に記載の回転角度計測装置。
At least one of the fixing members is attached to the sensing member so as to be rotatable with respect to the link equivalent part,
The rotation angle measuring device according to claim 2, wherein the sensing member rotatably attached is rotatable along a rotation direction of the link equivalent portion.
前記センシング部材は、
エラストマー製の誘電層と、前記誘電層の上面に形成された第1電極層と、前記誘電層の下面に形成された第2電極層とを有し、前記第1電極層及び前記第2電極層の対向する部分を検出部とするセンサ本体を含み、
前記検出部は、伸縮に応じて静電容量が変化する請求項1〜3のいずれかに記載の回転角度計測装置。
The sensing member is
A dielectric layer made of elastomer; a first electrode layer formed on an upper surface of the dielectric layer; and a second electrode layer formed on a lower surface of the dielectric layer, wherein the first electrode layer and the second electrode Including a sensor body having a detecting portion as an opposing portion of the layer,
The rotation angle measuring device according to claim 1, wherein the detection unit has a capacitance that changes according to expansion and contraction.
請求項1〜4のいずれかに記載の回転角度計測装置のセンシング部材として用いられる静電容量型センサシートであって、
エラストマー製の誘電層と、前記誘電層の上面に形成された第1電極層と、前記誘電層の下面に形成された第2電極層とを含み、前記第1電極層及び前記第2電極層の対向する部分を検出部とし、一方向に伸縮可能で、かつ伸縮に応じて前記検出部の静電容量が変化するセンサ本体と、
前記伸縮方向において、前記検出部を挟むように2箇所に設けられた当該静電容量型センサシートを測定対象物に取り付ける固定部材と、
を備え、
前記固定部材の少なくとも1つは、前記静電容量型センサシートを前記測定対象物に対して回転可能に取り付けるように構成されていることを特徴とする静電容量型センサシート。
A capacitance type sensor sheet used as a sensing member of the rotation angle measurement device according to claim 1,
An elastomeric dielectric layer; a first electrode layer formed on an upper surface of the dielectric layer; and a second electrode layer formed on a lower surface of the dielectric layer, the first electrode layer and the second electrode layer And a sensor body that can be expanded and contracted in one direction and the capacitance of the detection unit changes according to expansion and contraction.
A fixing member for attaching the capacitance type sensor sheet provided at two locations so as to sandwich the detection unit in the stretching direction;
With
At least one of the fixing members is configured to rotatably attach the capacitive sensor sheet to the object to be measured.
連結部で連結された2本のリンク相当部を有し、少なくとも一方のリンク相当部が前記連結部を回転中心として回転可能に構成された測定対象物における、前記一方のリンク相当部の他方のリンク相当部に対する回転角度を測定する回転角度計測装置であって、
測定対象物の回転に追従して一方向に伸縮可能であり、前記回転角度に応じて電気パラメータが変化するセンシング部材と、
連結部で連結された第1保持リンク及び第2保持リンクを有し、一方の保持リンクが他方の保持リンクに対して前記連結部を回転中心として回転可能に構成された保持部と、
前記電気パラメータを測定する計測部と、
前記計測部での計測結果に基づいて前記回転角度を算出する演算部と、
を備え、
前記センシング部材は、伸縮時にその変形量に応じて電気パラメータが変化する検出部と、前記検出部の伸縮方向において前記検出部を挟むように2箇所に設けられて当該センシング部材を前記保持部に取り付ける固定部材とを有し、前記固定部材によって前記第1保持リンクと前記第2保持リンクとの間を架け渡すように取り付けられていることを特徴とする回転角度計測装置。
A measuring object having two link-corresponding parts connected by a connecting part, wherein at least one link-corresponding part is configured to be rotatable about the connecting part as a rotation center; A rotation angle measuring device for measuring a rotation angle with respect to a link equivalent part,
A sensing member that can expand and contract in one direction following the rotation of the object to be measured, and whose electric parameter changes according to the rotation angle;
A first holding link and a second holding link connected by a connecting portion, wherein one holding link is configured to be rotatable with respect to the other holding link about the connecting portion as a rotation center;
A measurement unit for measuring the electrical parameter;
A calculation unit that calculates the rotation angle based on a measurement result in the measurement unit;
With
The sensing member is provided at two locations so as to sandwich the detection unit in the expansion / contraction direction of the detection unit with a detection unit whose electrical parameter changes according to the amount of deformation during expansion / contraction, and the sensing member is attached to the holding unit A rotation angle measuring device, comprising: a fixing member to be attached, wherein the fixing member is attached so as to bridge between the first holding link and the second holding link.
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