JP2022172114A - ひずみセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 被測定物のひずみに対応して所定方向に伸縮し、該伸縮方向のひずみを検出する検出部を含むセンシング部を備えたセンサシートと
対向する第1主面と第2主面とを有する固定部材と
を有してなり、
前記センサシートは、少なくとも一部が前記固定部材の第1主面に重なった状態で固定されており、
前記固定部材の引張荷重は、前記センサシートのセンシング部の引張荷重よりも大きい、
ひずみセンサ。
[2] 前記センシング部の引張荷重は、前記被測定物の引張荷重よりも小さい、上記[1]に記載のひずみセンサ。
[3] 前記ひずみセンサのセンシング部が存在する領域の引張荷重は、前記検出部の伸縮方向に沿って、ひずみ5%で0.10N/mm以下であり、ひずみ10%で0.15N/mm以下であり、ひずみ20%で0.25N/mm以下であり、
前記固定部材の圧縮荷重は、前記検出部の伸縮方向に沿って、ひずみ5%で0.005N/mm以上であり、ひずみ10%で0.01N/mm以上であり、ひずみ20%で0.03N/mm以上である、上記[1]又は[2]に記載のひずみセンサ。
[4] 被測定物のひずみに対応して所定方向に伸縮し、該伸縮方向のひずみを検出する検出部を含むセンシング部と、前記センシング部の両端に位置して前記センシング部を支持する非センシング部とを備えたセンサシートを有し、
前記センシング部は、前記非センシング部よりも変形しやすい
ひずみセンサ。
[5] 前記センシング部のヤング率をY1、厚みをT1とし、前記非センシング部のヤング率をY2、厚みをT2とした場合、Y1とT1の積F1は、Y2とT2の積F2よりも小さい、上記[4]に記載のひずみセンサ。
[6] 対向する第1主面と第2主面とを有する固定部材をさらに備え、
前記センサシートは、少なくとも一部が前記固定部材の第1主面に重なった状態で固定されており、
平面視において、前記センシング部と前記固定部材とが重なる部分は、前記非センシング部と前記固定部材重なる部分よりも変形しやすい、
上記[4]又は[5]に記載のひずみセンサ。
[7] 前記固定部材は、スポンジ材である、上記[1]~[3]及び[6]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[8] 前記固定部材の厚さは、1mm以上5mm以下である、上記[7]に記載のひずみセンサ。
[9] 平面視において、前記固定部材の外形と、前記センサシートの外形とが重なっている、上記[1]~[3]及び[8]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[10] 前記固定部材は、平面視において、少なくとも前記センサシート全体と重なるように存在する、上記[1]~[3]及び[9]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[11] 前記固定部材は、平面視において、前記センサシートのセンシング部を囲むように存在する、上記[1]~[3]及び[10]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[12] 前記検出部は複数存在する、上記[1]~[3]及び[11]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[13] 前記複数の検出部は、互いに平行に配置されている、上記[12]に記載のひずみセンサ。
[14] 前記センシング部は、前記検出部を複数備え、少なくとも1つの検出部と他の検出部とは、異なる方向に伸縮する、上記[1]~[12]のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
[15] 前記複数の検出部の少なくとも一部は、互いに平行に配置され、他の検出部は、該平行に配置されたすべての検出部を長さ方向に延長した領域に交わるように配置されている、上記[14]に記載のひずみセンサ。
[16] 前記複数の検出部は、各検出部の伸縮方向が放射状になるように配置されている、上記[12]に記載のひずみセンサ。
[17] 前記検出部は、該検出部の伸縮に対応して抵抗値が変化する検出導体である、上記[1]~[16]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[18] 前記センシング部は、前記検出部の伸縮方向に沿って引張応力が加わった状態にある、上記[1]~[17]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[19] 前記センシング部は、前記検出部の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含む、上記[1]~[18]のいずれかに記載のひずみセンサ。
[20] 前記固定部材の伸縮時の弾性率のヒステリシスは、前記センシング部の伸縮時の弾性率のヒステリシスより小さい、上記[1]~[3]及び[6]~[19]のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
図1~3に示すように、実施形態1のひずみセンサ100aは、センサユニット4aと固定部材6aとを備えたひずみセンサである。
上記したようにセンサユニット4aは、センサシート41aと、端子部42aと、接続部43aとを含む。
上記固定部材6aは、対向する第1主面と第2主面とを有するシート状の部材である。
本実施形態1のひずみセンサ100aは、センサユニット4aと固定部材6aとを含み、センサユニット4aのセンサシート41a及び端子部42aは、固定部材6aに重なった状態で固定されている。端子部42aには、フラットケーブル48aが接続されている。
実施形態2のひずみセンサ100bは、図4~5に示すように、固定部材6aが固定部材6bに置き換わったこと以外は、実施形態1のひずみセンサ100aと同様の構成を有する。
実施形態3のひずみセンサ100cは、図6に示すように、センサシート41cおよび固定部材6cを含み、上記センサシート41cが、上記固定部材6cの第1主面に貼り付けられている。かかる実施形態3のひずみセンサ100cは、検出部は1つである。
実施形態4のひずみセンサ100dは、図7に示すように、センサシート41dおよび固定部材6dを含み、上記センサシート41dが、上記固定部材6dの第1主面に貼り付けられている。かかる実施形態4のひずみセンサ100dは、検出部を複数有する。
尚、導体部1の構成材料は、実施形態1のひずみセンサと同様である。
そこで、以下、実施形態1と異なる第3センシング部10-3の構成を中心に説明する。
実施形態5のひずみセンサ100eは、図8に示すように、センサシート41eおよび固定部材6eを含み、上記センサシート41eが、上記固定部材6eの第1主面に貼り付けられている。かかる実施形態5のひずみセンサ100eは、上記実施形態4のひずみセンサdから、第3センシング部10-3を除いた構成を有する。すなわち、実施形態5のひずみセンサ100eは、実施形態4のひずみセンサ100dの変形例である。
実施形態6のひずみセンサ100fは、図9に示すように、センサシート41fおよび固定部材6fを含み、上記センサシート41fが、上記固定部材6fの第1主面に貼り付けられている。かかる実施形態6のひずみセンサ100fは、上記実施形態4のひずみセンサdから、第1センシング部10-1および第2センシング部10-2を除いた構成を有する。すなわち、実施形態6のひずみセンサ100fは、実施形態4のひずみセンサ100dの変形例である。
実施形態7のひずみセンサ100gは、図10に示すように、センサシート41gおよび固定部材6gを含み、上記センサシート41gが、上記固定部材6gの第1主面に貼り付けられている。かかる実施形態7のひずみセンサ100gは、センサシート41gのセンシング部10aの構成が異なる以外は、上記実施形態3のひずみンサcと同様の構成を有する。
実施形態8のひずみセンサ100hは、図11に示すように、センサシート41hおよび固定部材6hを含み、上記センサシート41hが、上記固定部材6hの第1主面に貼り付けられている。
実施形態9のひずみセンサ100iは、図12に示すように、センサシート41iおよび固定部材6iを含み、上記センサシート41iが、上記固定部材6iの第1主面に貼り付けられている。
実施形態10のひずみセンサ100jは、図13に示すように、センサユニット4jおよび固定部材6jを含み、平面視において、上記固定部材6jの外形と、上記センサシート41jの外形とが重なっている。図13は、ひずみセンサ100jの裏側から見た平面図、即ちひずみセンサ100jを固定部材6jの方から見た平面図である。
実施形態11のひずみセンサ100kは、図14に示すように、実施形態1のひずみセンサ100aのセンシング部に、検出導体52a1に加え、さらに別の検出導体52k1を有する。上記検出導体52a1と別の検出導体52k1は、異なる方向に伸縮する。
実施形態12のひずみセンサは、被測定物のひずみに対応して所定方向に伸縮し、該伸縮方向のひずみを検出する検出部を含むセンシング部と、上記センシング部の両端に位置して上記センシング部を支持する非センシング部とを備えたセンサシートを有し、上記センシング部は、上記非センシング部よりも変形しやすい、ひずみセンサである。
断面形状が厚さt、幅Wの短冊状サンプルを準備する。この短冊状サンプルを引張速度1mm/sでひずみεまで伸張後、初期長さまで収縮させたときの引張荷重Fを測定する。測定の結果から、応力(Pa)、見かけのヤング率、各部材の硬さ、ヒステリシスを、下記により求めることができる。
応力(Pa):引張荷重F(kgf)×重力加速度9.8(mm/s2)×厚さ(mm)×幅W(mm)
見かけのヤング率:最大ひずみε時の応力がσのとき σ/ε
各部材硬さ:見かけのヤング率×厚さt
ヒステリシス:最大ひずみε時の応力がσであって、引張時のひずみε/2の時の応力がσ1、収縮時のひずみε/2の時の応力がσ2である時、σ1とσ2の差のσに対する比率σ1-σ2/σ
本開示のひずみセンサは、ひずみセンサの主面に対して垂直方向の変形をより精度よくとらえることができるため、喉頭隆起の上方移動だけでなく、前方移動も検出することができ、より正確な嚥下判定を行うことができる。
無線通信モジュールは、本体部に設けられ、信号処理部と接続されている。無線通信モジュールは、各種の無線通信規格に応じて信号を変調する変調回路と、変調信号を送信する送信部(いずれも図示せず)等を備えている。無線通信モジュールは、信号処理部によって抽出された嚥下時の信号を、外部機器としての嚥下解析装置30に向けて出力する。嚥下解析装置30は、受信したデータに基づいて、嚥下機能解析を行う。嚥下機能解析とは、例えば飲み込む力がどのくらいあるかなどの嚥下の能力を判定することである。
・センサユニット4aの作製
まず、センサシート部の基材51a、端子部の基材57a及び接続部の基材58aを含む、熱可塑性ポリウレタンからなる基材を準備した。かかる基材において、センサシート部の基材51aは、幅:50mm、長さ:80mm、厚さ:40μmの矩形である。該基材の一方の主面(第1主面)に、図1および2に示されるように導体を形成した。ここで、本実施例のひずみセンサでは、基材51a部分の両端から30mmの部分を非センシング部とし、その間の20mmの部分をセンシング部とした。また、センシング部の右端から10mmまで検出導体52a1を形成した。導体の幅は1.5mmとし、2つの検出導体52a1間の間隔は、0.6mmとした。各検出部間の間隔は、8mmとした。導体は、銀粉末と熱硬化性樹脂を含む銀ペーストを印刷し、加熱により樹脂を硬化させて形成した。導体は、基材の接続部及び端子部にも形成した。
次に固定部材6aを準備した。固定部材6aは、厚さ2mmのクロロプレンゴムスポンジ(独立気泡)を用いた。かかる固定部材の引張荷重及び圧縮荷重を測定した。結果を表しに示す。
喉の皮膚の硬さが異なる二人を被験者Aおよび被験者Bとし、固定部材を有しないセンサシート41aを直接喉に貼り付けて、水を飲み込んだ際の喉の動きを測定した。なお、動画解析により、実際の皮膚表面の動きを解析した。被験者Aの結果を図16に、被験者Bの結果を図17に示す。
センサシート41aに引張応力(0.036N/mm:ひずみ20%)を加えた状態で、センサユニット4aを固定部材6aに固定した以外は、実施例1と同様にして実施例2のひずみセンサを作製した。
実施例1のひずみセンサおよび実施例2のひずみセンサについて、ひずみは0%-20%の間で50秒で3回程度の繰り返し回数になるように加えて、ひずみに対する抵抗値の変化を測定した。
実施例1に記載のセンサユニットと同様の構成を有するセンサユニットであって、センサシートの厚み、スリットの形状、および固定部材の材質を変更することにより、センシング部のヤング率、非センシング部のヤング率、固定部材の伸縮時の弾性率のヒステリシス及びセンサシートの伸縮時の弾性率のヒステリシスを、下記表の値となるように調整し、ひずみセンサ(実施例3及び4、ならびに比較例1)を作成した。
実施例3においては、センシング部のヤング率と厚みの積は、非センシング部のヤング率と厚みの積よりも小さく、固定部材の伸縮時の弾性率のヒステリシスは、センサシートの伸縮時の弾性率のヒステリシスよりも小さい。
実施例4においては、センシング部のヤング率と厚みの積は、非センシング部のヤング率と厚みの積よりも小さく、固定部材の伸縮時の弾性率のヒステリシスは、センサシートの伸縮時の弾性率のヒステリシスよりも小さい。
比較例1においては、センシング部のヤング率と厚みの積は、非センシング部のヤング率と厚みの積よりも大きく、固定部材の伸縮時の弾性率のヒステリシスは、センサシートの伸縮時の弾性率のヒステリシスよりも小さい。
ひずみセンサを被験者の喉に貼り付けて、水を飲みこんだ際の喉の動きを測定した。結果を図20に示す。なお、図20において、点線は、嚥下時に甲状軟骨が前後移動するときの皮膚の表面のひずみを映像解析にて測定した結果である。
実施例3のセンシン部のヤング率と厚みの積(F1)と非センシング部のヤング率と厚みの積(F2)の比率(F1/F2)は0.02であり、実施例4のF1/F2は0.15であり、F1/F2の値がより小さい実施例3の方がより大きなピークを得ることができた。
1…導体部
1cd3…第3導体
1cd4…第4導体
1cd5…第5導体
1cd6…第6導体
1t…接続端子導体
1w…配線導体
1d,1da…検出導体
1t1~1t6…第1~第6接続端子導体
1w1~1w6,1w1d~1w6d…第1~第6配線導体
1d1~1d6…第1~第6検出導体
3,3-1~3-10…スリット
4a,4j…センサユニット
6a~6j…固定部材
10,10a,…センシング部
10-1,10-1a,10-1b…第1センシング部
10-2,10-2a,10-2b…第2センシング部
10-3,10-3a,10-3b…第3センシング部
11,11-1~11-6,11a…検出部
12,12-1~12-6,12a…低弾性率部
12a1…第1低弾性率部
12a2…第2低弾性率部
20…非センシング部
21a,21b,21c,21d…第1非センシング部
21b0…ベース非センシング部
21b1…第1分岐非センシング部
21b2…第2分岐非センシング部
21dc…第1配線非センシング部
21dm…第1測定非センシング部
22a,22b,22c,22d…第2非センシング部
22dc…第2配線非センシング部
22dm…第2第1測定非センシング部
23b,23c,23d…第3非センシング部
23dc…第3配線非センシング部
23dm…第3第1測定非センシング部
24b,24c,24d…第4非センシング部
31a,31c,31d…第1拘束部
32a,32c,32d…第2拘束部
33c,33d…第3拘束部
34b…拘束部
34c,34d…第4拘束部
41a,41c~j…センサシート
42a…端子部
43a…接続部
45a,45k…センシング部
46a,47a…非センシング部
48a,48j…フラットケーブル
51a…基材
52a…導体
52a1,52k1…検出導体
52a2…固定導体
52a3…配線導体
52a4…端子導体
53a…スリット
54a,55a…拘束部
57a…基材
58a…基材
61b…ウインドウ
101,201,301,401,501…基材
Claims (20)
- 被測定物のひずみに対応して所定方向に伸縮し、該伸縮方向のひずみを検出する検出部を含むセンシング部を備えたセンサシートと
対向する第1主面と第2主面とを有する固定部材と
を有してなり、
前記センサシートは、少なくとも一部が前記固定部材の第1主面に重なった状態で固定されており、
前記固定部材の引張荷重は、前記センサシートのセンシング部の引張荷重よりも大きい、
ひずみセンサ。 - 前記センシング部の引張荷重は、前記被測定物の引張荷重よりも小さい、請求項1に記載のひずみセンサ。
- 前記ひずみセンサのセンシング部が存在する領域の引張荷重は、前記検出部の伸縮方向に沿って、ひずみ5%で0.10N/mm以下であり、ひずみ10%で0.15N/mm以下であり、ひずみ20%で0.25N/mm以下であり、
前記固定部材の圧縮荷重は、前記検出部の伸縮方向に沿って、ひずみ5%で0.005N/mm以上であり、ひずみ10%で0.01N/mm以上であり、ひずみ20%で0.03N/mm以上である、
請求項1又は2に記載のひずみセンサ。 - 被測定物のひずみに対応して所定方向に伸縮し、該伸縮方向のひずみを検出する検出部を含むセンシング部と、前記センシング部の両端に位置して前記センシング部を支持する非センシング部とを備えたセンサシートを有し、
前記センシング部は、前記非センシング部よりも変形しやすい
ひずみセンサ。 - 前記センシング部のヤング率をY1、厚みをT1とし、前記非センシング部のヤング率をY2、厚みをT2とした場合、Y1とT1の積F1は、Y2とT2の積F2よりも小さい、請求項4に記載のひずみセンサ。
- 対向する第1主面と第2主面とを有する固定部材をさらに備え、
前記センサシートは、少なくとも一部が前記固定部材の第1主面に重なった状態で固定されており、
平面視において、前記センシング部と前記固定部材とが重なる部分は、前記非センシング部と前記固定部材重なる部分よりも変形しやすい、
請求項4又は5に記載のひずみセンサ。 - 前記固定部材は、スポンジ材である、請求項1~3及び6のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記固定部材の厚さは、1mm以上5mm以下である、請求項7に記載のひずみセンサ。
- 平面視において、前記固定部材の外形と、前記センサシートの外形とが重なっている、請求項1~3及び6~8のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記固定部材は、平面視において、少なくとも前記センサシート全体と重なるように存在する、請求項1~3及び6~9のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記固定部材は、平面視において、前記センサシートのセンシング部を囲むように存在する、請求項1~3及び6~10のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記検出部は複数存在する、請求項1~3及び6~11のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記複数の検出部は、互いに平行に配置されている、請求項12に記載のひずみセンサ。
- 前記センシング部は、前記検出部を複数備え、少なくとも1つの検出部と他の検出部とは、異なる方向に伸縮する、請求項1~12のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記複数の検出部の少なくとも一部は、互いに平行に配置され、他の検出部は、該平行に配置されたすべての検出部を長さ方向に延長した領域に交わるように配置されている、請求項14に記載のひずみセンサ。
- 前記複数の検出部は、各検出部の伸縮方向が放射状になるように配置されている、請求項12に記載のひずみセンサ。
- 前記検出部は、該検出部の伸縮に対応して抵抗値が変化する検出導体である、請求項1~16のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記センシング部は、前記検出部の伸縮方向に沿って引張応力が加わった状態にある、請求項1~17のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記センシング部は、前記検出部の伸縮方向に交差する方向に設けられた複数のスリットを含む、請求項1~18のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
- 前記固定部材の伸縮時の弾性率のヒステリシスは、前記センシング部の伸縮時の弾性率のヒステリシスより小さい、請求項1~3及び6~19のいずれか1項に記載のひずみセンサ。
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