JP2018051309A - 中底または靴底 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力を検出するための複数のセンサフィールドを有するセンサデバイスと、前記複数のセンサフィールドに電気的に接続されている電子ユニットと、電子部品と、を備えている中底または靴底の提供。
【解決手段】センサデバイス１０が、ピエゾ抵抗材料からなる中間層１２と、中間層１２の上側に配置され、センサフィールドの各エリアにおいて導電性材料を有する上層１３と、中間層１２の下側に配置され、センサフィールドの各エリアにおいて導電性材料を有する下層１１と、のサンドウィッチのように構成されている。上層１３および下層１１のそれぞれが、センサフィールドを電子ユニット１５に電気的に接続するための導電経路を有する突出する柔軟なタブ２３、２２を備えている。電子ユニット１５が、導電経路によりタブ２３、２２が支持されるコンタクトエリア２９を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力を検出するための複数のセンサフィールドを有するセンサデバイスと、前記複数のセンサフィールドに電気的に接続されている電子ユニットと、電子部品と、を備えている中底または靴底に関する。

このタイプの中底または靴底は、例えば不適当な負荷分配を判定するため、ユーザの運動シーケンスを検出かつ評価するために用いられる。この目的のため、個々のセンサフィールドにかかる圧力および圧力の時系列的な変化態様が検出かつ評価されうる。

複数のセンサを有する中底が提案されている（例えば、特許文献１参照）。それぞれのセンサは、ピエゾ抵抗材料を有していてもよく、または、静電容量センサとして設計されてもよい。センサに電気的に接続され、かつ、センサによって出力された信号を評価する電子ユニットも同様に中底に一体化されている（例えば、特許文献２参照）。

圧力検出のための複数のセンサフィールドを有するセンサデバイスと、複数のセンサフィールドに電気的に接続された電子部品を有する電子ユニットとを備えている前述のタイプの中底または靴底として設計されたデバイスが提案されている（例えば、特許文献３参照）。電子ユニットは、当該電子部品が実装された剛性かつ柔軟性があるプリント回路基板である。センサデバイスのセンサフィールドは、静電容量センサとして設計されている。この目的のために、センサは、繊維センサ層として設計された第１キャパシタプレートおよび導電性接地層として設計された第２キャパシタプレートを備えている。２つのキャパシタプレートの側面は、変形可能な誘電体によって分離されている。織物層は、センサフィールドを形成する複数の導電性エリアを有し、導電性エリアはセンサ供給線を介して、織物センサ層の中央領域に配置されているセンサ接続ゲートに接続されている。センサ接続ゲートはプリント回路基板の接続ゲートに支持されている。

心拍数および呼吸を検出するための繊維状のピエゾ抵抗センサが提案され、これはベッド、椅子または車の座席のためのカバーと一体化されるのに特に適している（例えば、特許文献４参照）。センサは、導電性材料のストリップが印刷、織りまたは刺繍によって適用される第１繊維層と、同様に構成された第２繊維層と、ピエゾ抵抗材料により構成され、当該２つの層の間に配置された層を備えている。

ドイツ特許公開公報 ＤＥ １０ ２００６ ０２５ ４４７ Ａ１ ドイツ特許公開公報 ＤＥ １０ ２０１ １３４ Ａ１ ドイツ特許公開公報 ＤＥ １０ ２０１２ ００４ １１７ Ａ１ 欧州特許公開公報 ＥＰ ３０４７７９４ Ａ１

本発明の目的は、簡単な構造で区別し、製造が容易である前述のタイプの中底または靴底を提供することである。

本発明によれば、上記目的は、請求項１の特徴を有する中底または靴底によって達成される。

本発明による中底（インソール）または靴底（ソール）では、センサデバイスが、ピエゾ抵抗材料からなる中間層、中間層の上側に配置された上層および中間層の下側に配置された下層を有するサンドイッチ構造を有している。上層および下層のそれぞれが、各センサフィールドのエリアにおいて導電性材料を有する。したがって、ピエゾ抵抗センサフィールドが形成される。上層および下層のそれぞれが、センサフィールドを電子ユニットに電気的に接続するための導電経路を有する突出した柔軟性があるタブを備え、電子ユニットが導電経路を介してタブを支持するコンタクトエリアを有している。

ピエゾ抵抗センサを備えた靴底が構成されることにより、測定信号の簡単な評価が可能となる。中間層、上層および下層を備えているデバイスセンサによってピエゾ抵抗センサが構成されているので、上層および下層のそれぞれが備えている突出した柔軟性があるタブと組み合わせられて、製造の簡易性および設計の容易性が実現される。センサフィールドを電子ユニットの電子部品に電気的に接続するため、タブが設けられた導電経路が、電子ユニットのコンタクトエリアを支持する。

電子ユニットの接続状態において、上層および下層に配置されたタブが、上層および下層のそれぞれから突出したエリアにわたって屈曲されまたは折り曲げられる。下タブの導電経路のためのコンタクトエリアが好ましくは電子ユニットの上側に配置され、上タブの導電経路のためのコンタクトエリアが好ましくは電子ユニットの下側に配置されている。好ましい一実施態様において、導電経路を電子ユニットのコンタクト領域に押し付けるため、例えば弾力がある弾性の舌片の形態のクランプ要素が設けられていてもよい。

電子ユニットの接続状態において、タブの位置決めを容易にするための位置決めピンが貫通して突出する少なくとも１つの穴を各タブが有していてもよい。少なくとも１つの位置決めピンは、この場合、特にクランプ要素に配置されてもよい。

本発明の好ましい一実施態様において、各センサフィールドを構成する導電性材料が、上層または下層の基材に刺繍された導電性糸によって形成されている。この場合、タブの導電経路が同様に刺繍された導電性糸によって形成されることが好ましい。タブの導電経路を延長し、かつ、当該導電経路をセンサフィールドに接続するセンサ供給線も、刺繍された導電性糸によって形成されてもよい。上層および下層のすべての導電性部分が、刺繍された導電性糸によって形成されることが特に好ましい。

しかし、本発明の代替の実施態様では、各センサフィールドおよび／またはタブの導電経路および／またはセンサ供給線の領域における導電性材料は導電性被覆によって形成されていてもよい。

本発明のさらなる利点および詳細は、添付図面を参照して以下に説明される。

本発明に係る中底の斜視図。 中底の分解説明図。 基部が部分的に透過的に示されている中底の側面図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 図４のＢ部分の拡大図。 センサデバイスの下層の平面図。 センサデバイスの上層（基部が部分的に透過的に示されている）の平面図。 センサデバイス（上層および中間層の基部が部分的に透過的に示されている）の平面図。

靴のための本発明に係る中底（インソール）の例示的な実施形態が（部分的に簡略化されかつ模式的に表現された）図面に示されている。中底は、複数のセンサフィールド１〜９を有するセンサデバイス１０を備え、センサフィールド１〜９のそれぞれは、センサフィールド１〜９のそれぞれに作用する圧力を検出する。センサデバイス１０は、サンドイッチのように上下に挟まれた層１１〜１３を有している。

中間層１２は、ピエゾ抵抗材料からなり、中間層１２を通るコンタクト抵抗（すなわち、中間層１２の主面に対して垂直な抵抗）は、中間層１２の圧力負荷の分布に依存する。ピエゾ抵抗材料は、例えばピエゾ抵抗不織布であってもよい。この種のピエゾ抵抗不織布は、導電性材料、特に金属または炭素により被覆されたポリエステル不織布の形態で形成されてもよい。このようなピエゾ抵抗材料は公知である。

下層１１および上層１３のそれぞれは、それぞれのセンサフィールド１〜９のエリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂのそれぞれにおいて導電性材料１４を有する。本実施形態では、導電性材料１４は、下層１１および上層１３のそれぞれの基材を刺繍または縫合する導電性糸によって形成されている。エリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂのそれぞれが導電性糸により刺繍された格子様の構造が形成される。エリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂは、少なくとも導電性糸で実質的に全てのエリアにわたって刺繍されていてもよい。

導電性材料１４は、下層１１の上側に配置され（図６参照）、上層１３の下側に配置されている（図７は導電性材料１４が視認できるように上層１３の基材が透明に示されている）。

図２は、簡略化のため、導電性材料１４を示しておらず、下層１１および上層１３の基材のみを示している。

基材は、好ましくは繊維材料であり、例えば基材はポリエステル生地により形成されてもよい。

したがって、それぞれのセンサフィールド１〜９は、下層１１のそれぞれのエリア１ａ〜９ａ、その上に配置されている上層１３のそれぞれのエリア１ｂ〜９ｂおよびこれらの中間に位置する中間領域１２を有している。エリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂは、各センサフィールド１〜９に関して、互いに上下に重なり合っており、平面図において少なくとも被覆態様が実質的に等しい。

センサデバイス１０は、電子ユニット１５に電気的に接続されている。電子ユニット１５は、靴底基部１６の凹部１６ａに配置されている。電子ユニット１５は電子部品１７を有し、そのうちの１つのみが図２に示されている。特に、電子ユニット１５は、電子部品１７が実装されたプリント回路基板である。

リチャージャブルバッテリ１８が、電子ユニット１５への電力供給のために使用される。リチャージャブルバッテリ１８は、足底基部１６の凹部１６ａに配置され、電子ユニット１５に電気的に接続される。

足底基部１６は、例えばコルクから形成されてもよい。

付加的な層、特に衝撃吸収層および／または絶縁層が足底基部１６とセンサデバイス１０との間に配置されてもよい。本実施形態では、例えばプラスチック製の衝撃吸収層１９が、衝撃を吸収するために凹部１６ａのエリアの足底基部の上に配置されている。

本実施形態では、少なくとも靴底基部１６の後部にわたって延在する安定化層２０が、好ましくは衝撃吸収層１９靴底基部１６とセンサデバイス１０との間に配置されている。安定化層２０が、エレクトロニクスユニット１５および／またはリチャージャブルバッテリ１８の領域において靴底基部１６が過度に撓むことを防止する。安定化層２０は、プラスチック製であってもよい。

図示されているように、センサデバイス１０の上に、例えば繊維材料からなる足を支持するための層２１を設けることができる。

中底の様々な層１６，１９，２０，１１，１２，１３，２４は、特に接着および／または縫合によって互いに接続されている。

センサフィールド１〜９を電子ユニット１５に電気的に接続するため、下層１１および上層１３のそれぞれは、突出する可撓性のタブ２２、２３を有している。それぞれのタブ２２，２３には導電経路２４，２５，２６が設けられている。タブ２２，２３上に延在する導電経路２４〜２６は、下層１１および上層１３を越えて延在し、それぞれのエリア１ａ〜９ａの導電性材料１４をタブ２２の導電経路２４，２５，２６に接続するためにセンサ供給線２７を形成する。

本実施形態では、９つのセンサフィールド１〜９が設けられ、導電性材料１４を有する下層１１および上層１３のそれぞれにおける９つのエリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂが設けられ、下層１１のタブ２２および上層１３のタブ２３の両方は、３つの導電経路２４〜２６を有している。この場合、具体的には、以下の接続が存在する：
下層１１のタブ２２の導電経路２４は、エリア３ａ、７ａおよび４ａの導電性材料１４に接続され、タブ２２の導電経路２５は、エリア１ａ、６ａおよび８ａの導電性材料１４に接続され、かつ、タブ２２の導電経路２６は、エリア２ａ、５ａおよび９ａの導電性材料１４に接続されている。上層１３のタブ２３の導電経路２４は、エリア３ｂ、８ｂおよび９ｂの導電性材料１４に接続され、タブ２３の導電経路２５は、エリア５ｂ、６ｂおよび７ｂの導電性材料１４に接続され、かつ、タブ２３の導電経路２６は、エリア１ｂ、２ｂおよび４ｂの導電性材料１４に接続されている。

センサフィールド１〜９のうち１つの電気抵抗値は、下層１１のタブ２２の導電経路２４〜２６のうち１つと、上層１３のタブ２３の導電経路２４〜２６のうち１つとの間で測定され、例えばセンサフィールド３の電気抵抗値は、タブ２２の導電経路２４と、タブ２３の導電経路２４との間で測定される。

本実施形態において、下タブ２２および下タブ２３の導電経路２４〜２６および下層１１および上層１３のセンサ供給線２７は、タブ２２，２３のそれぞれおよび下層１１，上層１３のそれぞれの基材を刺繍している導電性糸により形成されている。

下層１１および上層１３のセンサ供給線２７の交点において、センサ供給線２７は電気的に絶縁されている。本実施形態では、導電性糸は、電気絶縁性糸２８、例えば、ポリエステル糸により重ねて刺繍されている。

タブ２２，２３は、好ましくは、下層１１および上層１３の基材と材質的に一体的に形成されている。図５では、タブ２２，２３は各層１１、１３よりも薄いが、タブ２２，２３は各層１１、１３と同じ厚さであってもよい。

タブ２２，２３のそれぞれが配置されている下層１１および上層１３を形成するには、エリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂ、タブ２２、２３の導電経路２４〜２６およびセンサ供給線２７を形成するため、平坦な、特に繊維状の基材が導電性糸により刺繍される。前述のように、絶縁材が、電気絶縁性糸で刺繍されることによって形成されてもよい。その結果、タブ２２，２３のそれぞれが配置されている下層１１および上層１３は適当なサイズに切断される。下層１１および上層１３は、全体的に繊維の製造法にしたがって形成されてもよい。

タブ２２，２３のそれぞれが配置されている下層１１および上層１３が平坦状態である際、タブ２２、２３は下層１１、上層１３から横方向に突出し、かつ、下層１１、上層１３の主面と同じ平面にある。タブ２２，２３はラグとも呼ばれる。

センサデバイス１０を形成するため、下層１１、中間層１２および上層１３が重ね合わされ、例えば縫合によって一体的に接合される。

下層１１および上層１３のエリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂおよび／またはタブ２２、２３の導電経路２４、２６および／またはセンサ供給線２７を形成するための導電性糸は、マルチフィラメント糸またはモノフィラメント糸であってもよい。導電性糸は、例えば５μｍ〜１５μｍの範囲の厚さを有する数百本のフィラメントを有するステンレス鋼糸であってもよい。導電性糸は、ステープルファイバーによって形成されてもよい。

導電性糸により下層１１、上層１３および／またはタブ２２、２３を刺繍するため、導電性糸がバックスレッドを形成してもよく、ポリエステル等の電気絶縁性糸によりフロントスレッドが形成されていてもよい。

センサデバイス１０を電子ユニット１５に電気的に接続するため、タブ２２、２３が回転され（下層１１および上層１３を通る中心面に平行に、かつ、靴底の長手方向に平行に延在する軸線回りに曲げられまたは折り畳まれ）、かつ、電子ユニット１５のコンタクトエリア２９に当接される。図１にのみ、電子ユニット１５の上側の２つのコンタクトエリア２９が示されている。コンタクトエリア２９は、特に、電子ユニット１５のプリント回路基板の金属化されたエリアである。

本実施形態では、タブ２２、２３の導電経路２４〜２６を電子ユニット１５のコンタクトエリア２９に押し付けるため、クランプ要素３０が用いられている。各クランプ要素３０は、電子ユニット１５にフィットしている弾力がある弾性の舌片により形成されている。この場合、クランプ要素３０は、タブ２２、２３の穴３２を貫通して突出する位置決めピン３１を有している。

本実施形態では、下層１１のタブ２２の導電経路２４〜２６のためのコンタクトエリア２９は電子ユニット１５の上側に配置され、上層１３のタブ２３の導電経路２４〜２６のためのコンタクトエリア２９は電子ユニット１５の下側に配置されている。平面図において２つのタブ２２、２３の導電経路２４〜２６が重ならずに配置されている場合、２組の導電経路２４〜２６のためのコンタクトエリア２９は、電子ユニット１５の上側に配置され、または、２つのタブ２２、２３のためのコンタクトエリア２９が電子ユニット１５の下側に配置されていてもよい。

本実施形態では、安定化層２０および衝撃吸収層１９は窓開口部３３、３４を有し、窓開口部３３、３４を介してタブ２２、２３が電子ユニット１５の接続状態に案内される。タブ２２，２３を案内する代わりに、衝撃吸収層１９および安定化層２０の外側で案内されてもよい。

本実施形態では、センサデバイス１０が平坦である状態（すなわち電子ユニット１５の未接続状態）において、柔軟性があるタブ２２、２３がセンサデバイス１０から、中底の長手方向に対して実質的に垂直な方向である横方向に突出している。これに代えて、タブ２２、２３の損傷リスクの観点から若干好ましくはないものの、タブ２２、２３が例えばセンサデバイス１０の前側および後側から（中底の長手方向に平行な方向に）突出していてもよい。

電子ユニット１５のデータを、例えば中底の外側に配置されているモバイル端末またはマイクロプロセッサ装置に伝送するため、電子ユニット１５は、例えばブルートゥース（登録商標）を介して、無線データ伝送のための送受信ユニットを有している。リチャージャブルバッテリ１８は無線で充電されてもよい。代替的または付加的に、データ伝送のためおよび／またはリチャージャブルバッテリ１８を充電するための接続ソケット（図示略）設けられていてもよい。

本発明に係るデバイスは、例えばユーザの誤った負荷分布を検出するなど、内側領域において様々なセンサフィールドに作用する圧力およびその時系列的な変化態様を検出するために用いられる。

導電性材料１４を有するエリア１ａ〜９ａ、１ｂ〜９ｂは、導電性糸で刺繍による以外の方法で形成されてもよい。例えば、下層１１および／または上層１３に、当該エリアにおいて金属被覆が設けられていてもよい。

導電経路２４〜２６および／またはセンサ供給線２７は、例えば金属被覆など刺繍とは異なる方法で形成されてもよい。

下層１１および／または上層１３は、基材として繊維材料に代えてフィルムを有していてもよい（当該フィルムは導電性材料で刺繍されお呼び／または金属被覆が設けられている。）。

例えば、電気絶縁性材料による被覆など、電気絶縁性糸２８による重ね刺繍とは異なる方法で絶縁性が実現されてもよい。

本実施形態は靴用の中底に関する。本発明は、例えば付加的な下底（アンダーソール）など、層構造が適当に変更された靴底が前記中底と同様に形成されてもよい。

１‥センサフィールド、１ａ‥エリア、１ｂ‥エリア、２‥センサフィールド、２ａ‥エリア、２ｂ‥エリア、３‥センサフィールド、３ａ‥エリア、３ｂ‥エリア、４‥センサフィールド、４ａ‥エリア、４ｂ‥エリア、５‥センサフィールド、５ａ‥エリア、５ｂ‥エリア、６‥センサフィールド、６ａ‥エリア、６ｂ‥エリア、７‥センサフィールド、７ａ‥エリア、７ｂ‥エリア、８‥センサフィールド、８ａ‥エリア、８ｂ‥エリア、９‥センサフィールド、９ａ‥エリア、９ｂ‥エリア、１０‥センサデバイス、１１‥下層、１２‥中間層、１３‥上層、１４‥導電性材料、１５‥電子ユニット、１６‥靴底基部、１６ａ‥凹部、１７‥電子部品、１８‥リチャージャブルバッテリ、１９‥衝撃吸収層、２０‥安定化層、２１‥層、２２‥タブ、２３‥タブ、２４‥導電経路、２５‥導電経路、２６‥導電経路、２７‥センサ給電線、２８‥電気絶縁糸、２９‥接触エリア、３０‥クランプ要素、３１‥位置決めピン、３２‥穴、３３‥窓開口部、３４‥窓開口部。

Claims (10)

1. 圧力を検出するための複数のセンサフィールド（１−９）を有するセンサデバイス（１０）と、前記複数のセンサフィールド（１−９）に電気的に接続されている電子ユニット（１５）と、電子部品（１７）と、を備えている中底または靴底であって、
   前記センサデバイス（１０）が、ピエゾ抵抗材料からなる中間層（１２）と、前記中間層（１２）の上側に配置され、前記センサフィールド（１−９）のそれぞれのエリア（１ｂ−９ｂ）において導電性材料（１４）を有する上層（１３）と、前記中間層（１２）の下側に配置され、前記センサフィールド（１−９）のそれぞれのエリア（１ａ−９ａ）において導電性材料（１４）を有する下層（１１）と、のサンドウィッチのように構成され、
   前記上層（１３）および前記下層（１１）のそれぞれが、前記センサフィールド（１−９）を前記電子ユニット（１５）に電気的に接続するための導電経路（２４−２６）を有する突出する柔軟なタブ（２３）（２２）を備え、
   前記電子ユニット（１５）が、前記導電経路（２４−２６）により前記タブ（２３）（２２）が支持されるコンタクトエリア（２９）を有することを特徴とする中底または靴底。
2. 請求項１記載の中底または靴底において、
   前記下層（１１）の前記タブ（２２）の前記導電経路（２４−２６）のための前記コンタクトエリア（２９）が電子ユニット（１５）の上側に配置され、
   前記上層（１３）の前記タブ（２３）の前記導電経路（２４−２６）のための前記コンタクトエリア（２９）が電子ユニット（１５）の下側に配置されていることを特徴とする中底または靴底。
3. 請求項１または２記載の中底または靴底において、
   前記電子ユニット（１５）が、前記電子部品（１７）が実装されたプリント回路基板を有することを特徴とする中底または靴底。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の中底または靴底において、
   前記タブ（２２）（２３）が、前記導電経路（２４−２６）を介して、クランプ要素（３０）により前記電子ユニット（１５）の前記コンタクトエリア（２９）に対して押し付けられていることを特徴とする中底または靴底。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の中底または靴底において、
   前記電子ユニット（１５）の接続状態において、前記タブ（２２）（２３）が、前記電子ユニット（１５）の位置決めピン（３１）が通過かつ突出する少なくとも１つの穴（３２）を有することを特徴とする中底または靴底。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の中底または靴底において、
   前記センサデバイス（１０）および電子ユニット（１５）の間に、安定化層（２０）および衝撃吸収層（１９）のうち一方または両方が配置されていることを特徴とする中底または靴底。
7. 請求項６記載の中底または靴底において、
   前記電子ユニット（１５）の接続状態において、前記タブ（２２）（２３）が、前記安定化層（２０）および衝撃吸収層（１９）のうち一方または両方の窓開口部（３３）（３４）を通じて突出していることを特徴とする中底または靴底。
8. 請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の中底または靴底において、
   前記上層（１３）および前記下層（１１）のそれぞれが、可撓性または織物状の基材を備え、
   前記上層（１３）の前記タブ（２３）が前記上層（１３）の前記基材と材質的に一体に形成され、
   前記下層（１１）の前記タブ（２２）が前記下層（１１）の前記基材と材質的に一体に形成されていることを特徴とする中底または靴底。
9. 請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の中底または靴底において、
   前記上層（１３）および前記下層（１１）のそれぞれが、前記センサフィールド（１−９）のそれぞれにおける前記エリア（１ｂ−９ｂ）（１ａ−９ｂ）において有する導電性材料（１４）が、前記上層（１３）および前記下層（１１）の基材に刺繍された導電糸により形成されていることを特徴とする中底または靴底。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の中底または靴底において、
    前記タブ（２２）（２３）の導電経路（２４−２６）が、前記タブ（２２）（２３）のそれぞれの基材に刺繍された導電性糸により形成されていることを特徴とする中底または靴底。