JP2020143942A - 機械電気変換装置及び機械電気変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】経時的な感度の低下を抑制して、長期にわたり着用者の動きを適切に検出可能な機械電気変換装置を提供する。【解決手段】伸縮性基材２にセンサ部３が重畳配置された可撓性の機械電気変換装置１であって、前記センサ部３は、絶縁層６と、前記絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５と、各導電性布帛４，５が前記絶縁層６に接合された接着層８ａ，８ｂと、を備えて構成され、前記センサ部３は、前記伸縮性基材２と前記センサ部３との接触面が遊離した状態で、前記伸縮性基材２に固定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、伸縮性基材にセンサ部が重畳配置された可撓性の機械電気変換装置及び機械電気変換装置の製造方法に関する。

身に纏う衣服などに機械電気変換装置を取り付けて、着用者の身体の動きなどを計測することを目的とするセンサ付き衣服が注目されている。

特許文献１には、このようなセンサ付き衣服として、着用者の動作を電気信号として捉えることを目的とする歪みセンサ付き布帛が提案されている。

当該センサ付き布帛は、伸縮可能なシート状の布帛と、この布帛の一方の面側に積層される歪みセンサと、を備え、前記布帛が、歪みセンサが積層される領域の少なくとも一部の表層に歪みセンサの接着に寄与する繊維及び樹脂を含む複合層を有する。

上述した歪みセンサ付き布帛は、所定方向に配向されたＣＮＴ（カーボンナノチューブ）膜を有するＣＮＴセンサ自体を、接着剤を介して布帛に固定するように構成されているので高いセンサ感度が得られると記載されている。

特開２０１５−７８９６７号公報

しかし、接着剤を介してセンサ部を布帛に直接に固定すると、布帛が伸縮を繰り返すたびにセンサ部を布帛に固定している接着層も同様に伸縮して、接着層による接着力の作用によってセンサ部に掛かるストレスでセンサ部の感度が低下して十分な耐久性能が得られないという問題があった。

その対策として、接着層による接着力を強化しても、若干の耐久性能は上がるが、満足する耐久性能を確保することが困難であるという問題があった。

本発明の目的は、上述の問題に鑑み、経時的な感度の低下を抑制して、長期にわたり着用者の動きを適切に検出可能な機械電気変換装置及び機械電気変換装置の製造方法を提供する点にある。

この目的を達成するため、本発明による機械電気変換装置の第一の特徴構成は、伸縮性基材にセンサ部が重畳配置された可撓性の機械電気変換装置であって、前記センサ部は、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛と、各導電性布帛が前記絶縁層に接合された接着層と、を備えて構成され、前記センサ部は、前記伸縮性基材と前記センサ部との接触面が遊離した状態で、前記伸縮性基材に固定されている点にある。

センサ部が、伸縮性基材とセンサ部との接触面が遊離した状態で、伸縮性基材に固定されているため、伸縮性基材の伸縮に伴ってセンサ部が伸縮することで伸縮性基材の伸縮状態がセンサ部により適切に検出される。しかし、伸縮性基材とセンサ部の間は遊離され接着層が介在していないので、接着層の剥離による感度の低下という現象が生じることがなく、長期にわたり着用者の動きを適切に検出することができるようになる。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記センサ部の少なくとも一対の対向辺が前記伸縮性基材に縫着されている点にある。

伸縮性基材とセンサ部との接触面が遊離した状態で、センサ部を伸縮性基材に固定する態様として、センサ部の少なくとも一対の対向辺が前記伸縮性基材に縫着されていることが好ましい。

同第三の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記センサ部を挟んで前記伸縮性基材に対向配置された被覆層を備え、前記センサ部は、前記被覆層に形成された接着層により前記伸縮性基材に固定されている点にある。

伸縮性基材とセンサ部との接触面が遊離した状態で、センサ部を伸縮性基材に固定する態様として、センサ部を被覆する被覆層を設けて、当該被覆層に形成された接着層により伸縮性基材にセンサ部を固定することが好ましい。この場合、被覆層と伸縮性基材の間でセンサ部が被覆されるので、例えばセンサ部が外力によって損傷するような事態を回避でき、被覆層及び伸縮性基材が防湿加工されていればセンサ部に対する防湿性が得られる。

同第四の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記絶縁層が前記導電性布帛の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成され、前記センサ部は、前記絶縁層に形成された接着層により前記伸縮性基材に固定されている点にある。

伸縮性基材とセンサ部との接触面が遊離した状態で、センサ部を伸縮性基材に固定する態様として、絶縁層を導電性布帛の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成しておき、絶縁層に形成された接着層によりセンサ部を伸縮性基材に固定することが好ましい。

同第五の特徴構成は、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記センサ部は、各導電性布帛の形状の変化を静電容量の変化として検出する静電容量センサで構成されている点にある。

絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛が伸長すると、電極として機能する導電性布帛の面積Ｓが大きくなるとともに、電極間の距離ｄが短くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が増大し、逆に導電性布帛が収縮すると、電極として機能する導電性布帛の面積Ｓが小さくなるとともに、電極間の距離ｄが長くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が減少するので、伸縮性基材の伸縮の程度を静電容量で検出できる静電容量センサとして好適に用いることができる。

同第六の特徴構成は、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記伸縮性基材が伸縮性の布帛で構成されている点にある。

伸縮性を備えた編地や織地の布帛で伸縮性基材を構成することで、身体の動きなどを計測するための衣類に好適に機械電気変換装置を組み込むことができるようになる。

本発明による機械電気変換装置の製造方法の第一の特徴構成は、伸縮性基材にセンサ部が重畳配置された可撓性の機械電気変換装置の製造方法であって、前記センサ部は、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛と、各導電性布帛が前記絶縁層に接合された接着層と、を備えて構成され、前記伸縮性基材と前記センサ部との接触面が遊離した状態で、前記センサ部を前記伸縮性基材に固定する点にある。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記センサ部の少なくとも一対の対向辺を前記伸縮性基材に縫着する点にある。

同第三の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記センサ部を挟んで前記伸縮性基材に被覆層を対向配置し、前記被覆層に形成された接着層により前記センサ部を前記伸縮性基材に固定する点にある。

同第四の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記絶縁層を前記導電性布帛の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成しておき、前記絶縁層に形成された接着層により前記センサ部を前記伸縮性基材に固定する点にある。

本発明によれば、経時的な感度の低下を抑制して、長期にわたり着用者の動きを適切に検出可能な機械電気変換装置及び機械電気変換装置の製造方法を提供することができるようになった。

（ａ）は本発明による機械電気変換装置の説明図で、表層の絶縁層（破線）が設けられる前の説明図、（ｂ）は表層の絶縁層で電極（破線）が被覆された後の説明図、（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は機械電気変換装置が組み込まれた衣類（サポータ）の説明図 （ａ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面、（ｂ）から（ｆ）はその出力特性図 （ａ）は別実施形態を示す機械電気変換装置の断面図、（ｂ）から（ｆ）はその出力特性図 （ａ）は別実施形態を示す機械電気変換装置の断面図、（ｂ）から（ｆ）はその出力特性図 （ａ）は比較例を示す機械電気変換装置の断面図、（ｂ）から（ｄ）はその出力特性図、（ｅ）は比較例を示す機械電気変換装置の断面図、（ｆ）から（ｉ）はその出力特性図 （ａ），（ｂ），（ｃ）は機械電気変換装置の感度低下の原因の説明図

以下、本発明による機械電気変換装置及び機械電気変換装置の製造方法を、図面に基づいて説明する。

［機械電気変換装置の構成］
図１（ｄ）に示すように、本発明による機械電気変換装置１は、肘部の関節や膝部の関節などに装着するサポータ１００に組み込まれている。サポータ１００は、関節部に捲回する支持帯１０１と、支持帯１０１の端部１０２，１０３を固定する面ファスナー１０４を備え、肘や膝に対向する位置に機械電気変換装置１が取り付けられている。図１（ｄ）中、符号１１０で示す装置は、機械電気変換装置１の電気特性を計測し、無線出力する信号処理装置であり、サポータ１００を装着した状態で肘や膝の関節を屈伸すると、機械電気変換装置１が伸縮してその機械的な動きが電気信号として取り出される。

機械電気変換装置１の一対の接続電極１５と信号処理装置１１０の接続電極１１５とがそれぞれ一対の雌型及び雄型のスナップボタンで構成され、サポータ１００に着脱自在に取り付けられる。なお、スナップボタンのようなフック部材を接続電極として用いる以外に、接続用のコネクタが先端に配されたリード線を引き出すように構成してもよい。

信号処理装置１１０から発信された電気信号は受信部を備えた計測機器で受信され、被装着者の関節部の運動状態がモニタ可能に構成されている。

図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、機械電気変換装置１は、伸縮性基材２の一例である織ゴム生地２と、織ゴム生地２に重畳配置された可撓性のセンサ部３を備えて構成されている。センサ部３は、絶縁層６と、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５を備えて構成され、絶縁層６と導電性布帛４，５とは接着層を介して接合され、センサ部３を被覆する被覆層７を介してセンサ部３が織ゴム生地２に固定されている。織ゴム生地２の両端が背面に折り返されて取付用のループを形成するように縫着されている。被覆層７として絶縁層６と同様の素材を用いることができ、以下では被覆層７を表層の絶縁層７とも表記する。

図１（ａ）では、下層の導電性布帛４の幅より上層の導電性布帛５の幅が狭い形状であるが、上下同幅であってもよいし、逆に下層の導電性布帛４の幅より上層の導電性布帛５の幅が広い形状であってもよい。

センサ部３は、一対の伸縮性の導電性布帛４，５が絶縁層６を挟んで対向配置される一対の対向電極として機能し、織ゴム生地２の伸縮に伴って、一対の伸縮性の導電性布帛４，５及び絶縁層６が伸縮するという機械的な形状の変化を、静電容量の変化として検出する静電容量センサとなる。

即ち、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５が伸長すると、電極として機能する導電性布帛４，５の面積Ｓが大きくなるとともに、電極間の距離ｄが短くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が増大する。逆に導電性布帛４，５が収縮すると、電極として機能する導電性布帛４，５の面積Ｓが小さくなるとともに、電極間の距離ｄが長くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が減少する。

機械電気変換装置を構成するセンサ部３が、織ゴム生地２の伸縮に伴って伸縮する導電性布帛４，５の抵抗値の変化を検出する可変抵抗器で構成されていてもよい。

即ち、センサ部３は、絶縁層６と、絶縁層６を挟んで対向配置され、接着層を介して接合された一対の伸縮性の導電性布帛４，５により構成されていればよい。

図１（ａ）には、表層の絶縁層７（図中、破線で示す。）が設けられる前の平面視の機械電気変換装置１が示され、図１（ｂ）は表層の絶縁層７で電極４，５（図中、破線で示す。）が被覆された後の平面視の機械電気変換装置１が示され、図１（ｃ）には、図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面が示されている。

図２（ａ）には、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面が示されている。図２（ａ）に示すように、センサ部３は、絶縁層６を挟むように配置された導電性布帛４，５が其々接着層８ａ，８ｂを介して接合されている。そして、下側面に接着層８ｃが形成された表層絶縁層７により、織ゴム生地２に重畳するように配置されたセンサ部３が織ゴム生地２に接着固定されている。

つまり、センサ部３を挟んで伸縮性基材２に対向配置された被覆層７を備え、センサ部は、被覆層７に形成された接着層８ｃにより伸縮性基材２に固定されている。詳述すると、導電性布帛４と織ゴム生地２が接着剤で直接的に固定されるのではなく、接着層８ｃを介して表層絶縁層７とセンサ部３が接着固定され、さらに接着層８ｃを介して表層絶縁層７の縁部と織ゴム生地２とが接着されることにより、センサ部３と織ゴム生地２とが一体的に伸縮するように構成されている。

本実施形態では、センサ部３を構成する上層の導電性布帛５及び下層の導電性布帛４の縁部が接着層８ｃを介して表層絶縁層７と接着されているが、上層の導電性布帛５のみが接着層８ｃを介して表層絶縁層７と接着されていてもよい。

接着層８ｃを介した表層絶縁層７とセンサ部３との接着領域は、表層絶縁層７に対するセンサ部３の対向面の全面であることが好ましいが、センサ部３と織ゴム生地２とが一体的に伸縮する限り、少なくともセンサ部３の対向面の長手方向に沿う両端縁部が接着固定されていればよい。

伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態で、センサ部３が伸縮性基材２に固定されるので、伸縮性基材２とセンサ部３とが接着層を介して固定される場合に問題となる接着層８ａ，８ｂの剥離による感度の低下という現象が生じることがなく、長期にわたり着用者の動きを適切に検出することができるようになる。

また被覆層７と伸縮性基材２の間でセンサ部３が被覆されるので、例えばセンサ部３が外力によって損傷するような事態を回避でき、被覆層７及び伸縮性基材２が防湿加工されていればセンサ部３に対する良好な防湿性が得られる。

以上の通り、当該機械電気変換装置１の製造方法は、伸縮性基材２にセンサ部３が重畳配置された機械電気変換装置１の製造方法であって、センサ部３は、絶縁層６と、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５と、各導電性布帛４，５が絶縁層６に接合された接着層８ａ，８ｂと、を備えて構成され、伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態で、センサ部３を伸縮性基材２に固定するように構成され、センサ部３を挟んで伸縮性基材２に被覆層７を対向配置し、被覆層７に形成された接着層８ｃによりセンサ部３を伸縮性基材２に固定するように構成されている。

［伸縮性の導電性布帛］
電極を構成する伸縮性の導電性布帛４，５として、導電糸を用いたフライス編地を採用し、コース方向が長手方向（伸縮方向）に沿うように配された帯状編地で構成することができる。

導電性布帛４，５を、コース方向が長手方向に沿うように配された帯状のフライス編地で構成すれば、伸縮性基材２の大きな伸縮に対応して導電性布帛４，５も大きく伸長するので、ダイナミックレンジの広いセンサ部を実現でき、また、フライス編地はコース方向に大きく伸長するときに、ウエール方向に収縮することが少ないので、ウエール方向に収縮することによる感度特性の変化の影響を低減できる。

例えば、導電糸として、ナイロンなどの樹脂繊維や綿糸などの天然繊維、或いは金属線等を芯として、この芯に湿式や乾式のコーティング、メッキ、真空成膜、その他の適宜被着法を用いて金属成分を被着させた金属被着線（メッキ線）を使用するのが好適である。芯には、モノフィラメントを採用することも可能ではあるが、モノフィラメントよりもマルチフィラメントや紡績糸のほうが好ましい。

芯に被着させる金属成分には、例えばアルミ、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、錫、亜鉛、鉄、銀、金、白金、バナジウム、モリブデン、タングステン、コバルト等の純金属やそれらの合金、ステンレス、真鍮等を使用することができる。本実施形態ではナイロンやポリエステルで構成されるマルチフィラメントに銀メッキした糸が用いられている。導電糸の繊度は３３ｄｔｅｘ〜４００ｄｔｅｘが好ましい。特には７０ｄｔｅｘ〜３００ｄｔｅｘが好ましい。導電糸２ｙとして芯糸に金属成分を被着させた金属メッキ糸を用いる例を説明したが、例えば、日本新素材株式会社製のシルベルンＺＡＧ（登録商標）などにように、天然繊維や合成繊維に銀イオンを付着させた銀イオン糸を用いることも可能である。

また、導電糸とポリウレタン糸を添え編み編成したフライス編地を構成し、編み立て後にヒートセット加工することによりポリウレタン糸が熱変形して銀メッキ糸の交編部に融着することにより解れ止め加工された編地を用いることができる。

導電性布帛として、上述したフライス編地を用いることが好ましいが、天竺編（平編）、リブ編（ゴム編、フライス編）、パール編などのヨコ編地、デンビー編（トリコット編）、アトラス編などのタテ編地、或はそれらの変化組織などの編地を用いることができ、ポリウレタンなどの伸縮糸を芯糸とした金属被着線を用いて織成した平織、綾織、朱子織などの織地を用いることも可能である。

［絶縁層と接着層］
絶縁層６，７として、伸縮性を備えたエラストマシートを用いることができ、例えば融点が２００℃程度のポリウレタンシートを好適に用いることができる。絶縁層６としてポリウレタンシートの両面にホットメルト接着剤層を形成し、導電性布帛４，５を両側に重畳した状態で熱圧着することによりセンサ部３を構成することができる。ホットメルト接着剤層が接着層８ａ，８ｂとなる。

さらに、伸縮性基材２上に重畳配置したセンサ部３の上方から、絶縁層７として下面にホットメルト接着剤層を形成したポリウレタンシートを被覆し、熱圧着することにより、センサ部３が伸縮性基材２に固定される。ホットメルト接着剤層が接着層８ｃとなる。

ホットメルト接着剤として、例えば、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、ポリエステル系ホットメルト樹脂、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂、スチレン系エラストマー樹脂、湿気硬化型ウレタン系ホットメルト樹脂、反応型ホットメルト樹脂等が挙げられる。中でも反応型ホットメルト樹脂は、接着強度が高く、しかも短時間での接着が可能な点で特に好ましい。

［伸縮性基材］
伸縮性基材２として、織ゴム生地を用いた例を説明したが、織ゴム生地以外の伸縮性を有する布帛を用いることも可能である。伸縮性を備えた編地や織地の布帛で伸縮性基材を構成することで、身体の動きなどを計測するための衣類に好適に機械電気変換装置を組み込むことができるようになる。

［機械電気変換装置の他の構成］
伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態で、センサ部３を伸縮性基材に固定する態様として、図３（ａ）に示すように、センサ部３の少なくとも一対の対向辺を伸縮性基材２に縫着することにより、センサ部３を伸縮性基材２に固定するように構成してもよい。センサ部３が帯状に構成される場合には、長手方向に沿う対向辺の近傍を縫着することが好ましく、センサ部３の全周を、伸縮性基材２に縫着してもよい。図３（ａ）中、符号２０は縫着部を示している。

この場合、伸縮性基材２の伸長に伴ってセンサ部３も伸長する必要があるので、センサ部３を伸縮性基材２に伸縮縫いして固定するのが好ましい。伸縮縫いとして、オーバーロック縫い、偏平縫い、環縫いまたは千鳥縫いの何れかを採用することができる。

即ち、機械電気変換装置１の製造方法は、伸縮性基材２にセンサ部３が重畳配置された機械電気変換装置１の製造方法であって、センサ部３は、絶縁層６と、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５と、各導電性布帛４，５が絶縁層６に接合された接着層８ａ，８ｂと、を備えて構成され、伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態で、センサ部３を伸縮性基材２に固定するものであり、センサ部３の少なくとも一対の対向辺を伸縮性基材２に縫着するように構成されている。

伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態で、センサ部３を伸縮性基材に固定する態様として、図４（ａ）に示すように、絶縁層６が導電性布帛２の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成され、センサ部３は、絶縁層６に形成された接着層８ａにより伸縮性基材２に固定されていてもよい。

即ち、機械電気変換装置１の製造方法は、伸縮性基材２にセンサ部３が重畳配置された機械電気変換装置１の製造方法であって、センサ部３は、絶縁層６と、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５と、各導電性布帛４，５が絶縁層６に接合された接着層８ａ，８ｂと、を備えて構成され、伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態で、センサ部３を伸縮性基材２に固定するものであり、絶縁層６を導電性布帛４の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成しておき、絶縁層６に形成された接着層８ａによりセンサ部３を伸縮性基材２に固定するように構成されている。

伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態とは、伸縮性基材２とセンサ部３との接触面同士の相対的な変位が可能な状態を意味し、上述した図２（ａ）及び図４（ａ）のように、センサ部３の接触面の全域で相対的な変位が可能な状態であることが好ましいが、図３（ａ）のように、センサ部３の接触面の一部の微小箇所で相対的な変位が抑制されるものの、大半の領域で相対的な変位が可能な状態も含む概念であり、伸縮性基材２とセンサ部３との対向面が接触した状態以外に対向面の間に空間が形成された状態を含む概念である。

後述するように、伸縮性基材２を伸長させた場合に、例えば伸縮性基材２とセンサ部３との対向面が凹状に変形して、接着層８ａ，８ｂに大きな剥離力が発生するようなことがない程度に遊離していればよい。

以上説明した実施形態では、機械電気変換装置１がサポータ１００に組み込まれる例を説明したが、本発明による機械電気変換装置１はサポータ以外の衣類に適用することも可能であり、被着用者の動作状態をモニタする任意の用途に用いることができる。例えば、スポーツ用の衣類であるコンプレッションタイプのシャツやパンツの身生地に組み込み、任意の関節部位の動きをモニタすることができる。

図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）に示した構成の機械電気変換装置１をサンプル１，２，３とし、図５（ａ），（ｅ）に示した比較例としてのサンプル４，５として製作した。

サンプル１，２，３，４，５を構成する伸縮性基材２は、何れも同一素材、同一形状の織ゴム生地を用い、導電性布帛４，５としてナイロン糸を芯糸として銀メッキした導電糸を用いたフライス編地で、コース方向が長手方向に沿う帯状に形成したヨコ編地を用いている。また、絶縁層６，７として厚さ８０μｍ，４０μｍの高融点（約２００℃）のポリウレタンフィルムを用いている。

サンプル１，２，３は、何れも伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離した状態でセンサ部３が伸縮性基材２に固定されている。これに対して、サンプル４，５は、伸縮性基材２とセンサ部３との間が接着層８ｄで接着固定されている。サンプル４は接着層８ｄとして熱圧着用の低融点（約１２０℃）のポリウレタン接着シート（モビロン５０：日清紡テキスタイル株式会社）が用いられ、サンプル５は導電性布帛４，５に予め不織布で構成される低融点（約１０５℃）のポリウレタン接着シート（エスパンシオーネ：ＫＢセーレン株式会社）を加熱して含浸させた後に、低融点（約１２０℃）のポリウレタン接着シート（モビロン５０：日清紡テキスタイル株式会社）を介して熱圧着している。つまり、サンプル５はサンプル４よりも伸縮性基材２とセンサ部３との間が強力に接着固定されている。

各サンプルの一方の電極に周波数１０ｋＨｚのパルス信号源を接続し、他方の電極に一端が接地された抵抗とコンデンサの並列回路を接続し、他方の電極と当該並列回路との接続点の電位を、信号処理回路を用いて検出することで、伸縮に伴う静電容量の変化を検出した。

サンプル１〜５の其々を其々３６％の伸長率で、１０秒間隔で２回伸長した際の電圧波形を、初回、１０００回、５０００回、と繰り返した場合の特性が、図２（ｂ）〜（ｆ）、図３（ｂ）〜（ｆ）、図４（ｂ）〜（ｆ）、図５（ｂ）〜（ｄ）、図５（ｆ）〜（ｉ）に其々示されている。各図の横軸は時間、縦軸は相対的な電圧値を示している。

サンプル４に対応する図５（ｂ）〜（ｄ）では、１０００回を経過すると感度が５０％以下に低下し、５０００回を経過すると殆ど伸縮を検出できなくなった。サンプル４よりも接着力を強化したサンプル５に対応する図５（ｆ）〜（ｉ）では、５０００回を経過しても検出特性の劣化が現れなかったが、２５０００回を経過すると大きく感度が低下し、図には示していないが５００００回を経過すると、図５（ｄ）と同様に、殆ど伸縮を検出できなくなった。

感度が低下し、或いは感度が無くなった際のサンプル４，５を解析すると、以下のことが明らかとなった。図６（ａ）に示すように初期状態では、導電性布帛４，５と絶縁層６の間は接着層８ａ，８ｂで強固に固定されているが、伸縮性基材２を伸長させた場合に、接着層８ｄを介してセンサ部３と伸縮性基材２とが接着されているために、図６（ｂ）に示すように、伸縮性基材２の幅方向で接着部が下方に沈み込む凹状に変形する。この凹状変形によって接着層８ａ，８ｂに剥離力が作用する。

この現象が繰り返されると、やがて導電性布帛５と絶縁層６の間の接着層８ｂや導電性布帛４と絶縁層６の間の接着層８ａが剥がれて、導電性布帛４，５と絶縁層６の間に空間が形成される。

絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５が伸長すると、本来なら電極として機能する導電性布帛４，５の面積Ｓが大きくなるとともに、電極間の距離ｄが短くなるところで、電極間の距離ｄが長くなるため、静電容量が増大しなくなる。逆に導電性布帛４，５が収縮すると、本来なら電極として機能する導電性布帛４，５の面積Ｓが小さくなるとともに、電極間の距離ｄが長くなるところで、電極間の距離ｄが短くなるため、静電容量が減少しなくなる。また、導電性布帛４，５の間の誘電率も変動する。その結果、図５（ｄ）（５０００回の繰返し特性），図５（ｉ）（２５０００回の繰返し特性）に示したような感度の低下が生じる。

これに対して、サンプル１では、図２（ｂ）〜（ｆ）に示すように、５００００回繰返しても大きな感度低下を引き起こすことなく安定した感度特性が得られる。

同様に、サンプル２でも、図３（ｂ）〜（ｆ）に示すように、５００００回繰返しても大きな感度低下を引き起こすことなく安定した感度特性が得られる。

さらに、サンプル３でも、図４（ｂ）〜（ｆ）に示すように、５００００回繰返しても大きな感度低下を引き起こすことなく安定した感度特性が得られる。

以上より、サンプル１，２，３では、伸縮性基材２とセンサ部３との接触面が遊離しているため、伸縮性基材２を伸長しても著しい凹状変形が生じることが無く、従って、接着層８ａ，８ｂに大きな剥離力が作用しないためと評価できる。

本発明による機械電気変換装置は、人の身体の動きをモニタするウェアラブルデバイス用の衣服に組み込まれて広く活用される。

１：機械電気変換装置
２：伸縮性基材
３：センサ部
４，５：伸縮性の導電性布帛（電極）
６：絶縁層
７：被覆層（表層の絶縁層）
８ａ，８ｂ，８ｃ:接着層

Claims (10)

1. 伸縮性基材にセンサ部が重畳配置された可撓性の機械電気変換装置であって、
   前記センサ部は、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛と、各導電性布帛が前記絶縁層に接合された接着層と、を備えて構成され、
   前記センサ部は、前記伸縮性基材と前記センサ部との接触面が遊離した状態で、前記伸縮性基材に固定されている機械電気変換装置。
2. 前記センサ部の少なくとも一対の対向辺が前記伸縮性基材に縫着されている請求項１記載の機械電気変換装置。
3. 前記センサ部を挟んで前記伸縮性基材に対向配置された被覆層を備え、
   前記センサ部は、前記被覆層に形成された接着層により前記伸縮性基材に固定されている請求項１記載の機械電気変換装置。
4. 前記絶縁層が前記導電性布帛の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成され、
   前記センサ部は、前記絶縁層に形成された接着層により前記伸縮性基材に固定されている請求項１記載の機械電気変換装置。
5. 前記センサ部は、各導電性布帛の形状の変化を静電容量の変化として検出する静電容量センサで構成されている請求項１から４の何れかに記載の機械電気変換装置。
6. 前記伸縮性基材が伸縮性の布帛で構成されている請求項１から５の何れかに記載の機械電気変換装置。
7. 伸縮性基材にセンサ部が重畳配置された可撓性の機械電気変換装置の製造方法であって、
   前記センサ部は、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛と、各導電性布帛が前記絶縁層に接合された接着層と、を備えて構成され、
   前記伸縮性基材と前記センサ部との接触面が遊離した状態で、前記センサ部を前記伸縮性基材に固定する機械電気変換装置の製造方法。
8. 前記センサ部の少なくとも一対の対向辺を前記伸縮性基材に縫着する請求項７記載の機械電気変換装置の製造方法。
9. 前記センサ部を挟んで前記伸縮性基材に被覆層を対向配置し、
   前記被覆層に形成された接着層により前記センサ部を前記伸縮性基材に固定する請求項７記載の機械電気変換装置の製造方法。
10. 前記絶縁層を前記導電性布帛の少なくとも一対の対向辺より外方に延出形成しておき、
    前記絶縁層に形成された接着層により前記センサ部を前記伸縮性基材に固定する請求項７記載の機械電気変換装置の製造方法。
    

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