JP6695613B2 - 足圧センシングスイッチ及びそれを備えたスイッチシート体 - Google Patents

Description

本発明は、足裏からの荷重圧力である足圧を検知する足圧センシングスイッチに関し、特に、足裏における踵部、つま先部、母指球部領域のブロック領域において、各ブロック領域に複数の足圧センシングスイッチを配置し、足圧に応じたON/OFFの２値信号を検出する足圧センシングスイッチ、及び該足圧センシングスイッチが配置された足裏形状を有するスイッチシート体に関する。

特許文献１は、履物及び肌着または靴下などに取り付け、足圧の増減を段階的に多段値のＯＮ／ＯＦＦ信号で検出する足圧センシングスイッチに開示している。該スイッチは、電気接続部空間を幾層にも設けた層に体圧の鉛直押しこみ方向に作用する圧力で各層を形成するたわみ板が電気接続空間の電気接続部と接触して導通と遮断を繰り返す構造になっている。

特開２０１４−１０４３３３号公報

しかしながら、電気接続部空間を幾層にも設け、体圧の鉛直おし込み方向に作用する圧力で各層のたわみ板を上部層から下層にたわませ、導通遮断する場合、第１層から順次第３層まで押しこむと一層目のたわみ板のたわみ高さＨが大きくなり、閾値と構造的なたわみ限界の調整が難しい問題があった。また、足裏形状の個人差により、測定部位にピンポイントでスイッチを配置するのに手間取るという課題があった。
そこで、本発明の目的は、構造がより簡易であって且つ閾値の調整が容易となる足圧センシングスイッチ及びそれを備えたスイッチシート体を提供することである。また、本発明の目的は、測定部位への配置がより容易となる足圧センシングスイッチ及びそれを備えたスイッチシート体を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の足圧センシングスイッチは、足裏からの荷重を検知する薄厚状の足圧センシングスイッチであって、足裏と接触する表面及びそれに対向する底面との間に円盤状の複数の空間を内蔵し、各空間は、足裏からの荷重により表面が前記空間内にたわむことによって導通する圧力スイッチを備えることを特徴とする。

好ましくは、上記本発明の足圧センシングスイッチは、表面を形成する第１の平板部材と、底面を形成する第２の平板部材と、第１の平板部材と第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ複数の貫通孔を有するスペーサ部材とを備え、複数の貫通孔と各貫通孔の両側の開口部分を覆う第１の平板部材及び第２の平板部材により複数の空間が形成されることを特徴とする。

好ましくは、上記本発明の足圧センシングスイッチにおいて、圧力スイッチは、各開口部分の一方に面する第１の平板部材の部分領域に設けられる第１の導通部材と、各開口部分の他方に面する第２の平板部材の部分領域に設けられる第２の導通部材とを有し、足裏からの荷重により第１の平板部材が空間内にたわむことによって、第１の導通部材が第２の導通部材と接触することによって導通することを特徴とする。

好ましくは、上記本発明の足圧センシングスイッチにおいて、複数の空間の径は同一であることを特徴とする。又は、複数の空間の径は異なることを特徴とする。

本発明のスイッチシート体は、上記本発明の足圧センシングスイッチと、該足圧センシングスイッチが取り付けられた足裏形状を有する台座シート体とを備えることを特徴とする。好ましくは、上記本発明のスイッチシート体は、足圧センシングスイッチの表面上に積層される流体部材と、流体部材の上から足圧センシングスイッチを覆うように被せられ且つ足圧センシングスイッチの周囲で台座シート体と接着される被覆シート体とを備えることを特徴とする。

本発明の足圧センシングスイッチ及びそれを備えたスイッチシート体は、鉛直方向に１段式の圧力スイッチを複数個平面的に配置した構造とする。これにより、人により異なる足裏形状においても、踵部、つま先部、母指球部など足裏の局所領域に対応するように複数の圧力スイッチを平面的に配置し、いずれかの圧力スイッチが導通することで、足裏形状の違いによらない正確な足圧検知が可能となる。また、足裏の局所領域内において、異なる径の複数の圧力スイッチを平面的に配置することで、異なる足圧閾値でＯＮ／ＯＦＦする多段スイッチとすることができ、微弱な圧力から高い圧力までの足圧変化を段階的に検知することが可能となる。

また、本発明の足圧センシングスイッチ及びそれを備えたスイッチシート体は、本発明者が開示した特許文献１の足圧センシングスイッチと比較して、構造が簡易であり製造が容易となることから、圧倒的な低コストで量産することが可能となるとともに、耐久性も向上し、かつより高精度な検知を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の最良の形態について説明する。しかしながら、かかる実施例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１−３は、本発明の第一の実施の形態例における足圧センシングスイッチを説明する図であり、図１はその上面図、図２は、図１の上面図において、内蔵される複数の空間を透視的に示す図であり、図３は、図１のＡ−Ａ線の断面図であり、足圧センシングスイッチの内部構造を示す図である。
足圧センシングスイッチ１０は、足裏からの荷重を検知する薄厚状の円盤状スイッチであり、１段式の圧力スイッチを複数個平面的に配置した構造とする。そして、足圧センシングスイッチ１０は、足裏と接触する表面及びそれに対向する底面との間に円盤状又は円柱状の複数の空間１１を内蔵し、各空間１１は、足裏からの荷重により表面が空間内にたわむことによって導通する圧力スイッチを備える。

図３において、足圧センシングスイッチ１０は、足裏に接触する側の表面を形成する上部平板部材１２と、それに対向する底面を形成する底部平板部材１３と、上部平板部材１２と底部平板部材１３との間の間隔領域に配置され且つ複数の貫通孔を有する円形のスペーサ部材１４とを備え、複数の貫通孔と各貫通孔の両側の開口部分を覆う上部平板部材１２及び底部平板部材１３により複数の空間１１が形成される。

上部平板部材１２と底部平板部材１３は、円形のスペーサ部材１４よりも大きい径を有し、そのスペーサ部材１４の外周側にはみ出た領域の外縁部において、互いに接着される。その接着部分１７とスペーサ部材１４の外周領域との間にリング状の外周空間１８が形成される。外周空間１８は平板部材が圧縮復元に伴う急激な気圧の変化を緩和する。

上部平板部材１２及び底部平板部材１３は、例えば、フレキシブルプリント基板（フレキシブルプリントサーキット：ＦＰＣ）などの可撓性を有する板部材で形成される。板部材はたわみ板であるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）で構成するが必ずしも限定するものではなく、可撓性を有する他の材料、例えば金属あるいは高分子化合物の超薄型のフィルムでもよい。

これら平板部材の直径は例えば２ｃｍ程度、厚さは例えば０．１〜０．２ｍｍ程度であり、材質、たわみ具合などは、足圧に対する圧力スイッチの感度等に応じて適宜調整可能である。表面及び底面のフレキシブルプリント基板に印刷された導体により、圧力スイッチが構成される。すなわち、圧力スイッチは、スペーサ部材１４の各貫通孔の開口部分の一方に面する上部平板部材１２の部分領域に設けられる上側導通部材１５と、各開口部分の他方に面する底部平板部材１３の部分領域に設けられる下側導通部材１６とを有し、足裏からの荷重により上部平板部材１２が空間１１内にたわむことによって、上部導体１５と下部導体１６とが互いに接触することによって導通し、また、たわみが解放されることで非導通となる。上部導体１５と下部導体１６は、それぞれ上部平板部材１２及び底部平板部材１３の空間１１側に面する面に印刷されるフレキシブルプリント基板の導体である。

スペーサ部材１４は例えば不織布で構成され、厚さは例えば０．２ｍｍ程度である、スペーサ部材１４に複数の貫通孔を形成し、各貫通孔を上部側と底部側の平板部材１２、１３で挟んで塞ぐことで、圧力スイッチとして機能する内部空間１１が構成される。また、スペーサ部材１４は、絶縁塗料（レジスト）で形成されてもよい。

例えば図２に示すように、異なる径を有する複数の空間１１が複数形成され、さらに、同一径の空間１１も複数形成される。空間の径を異ならせることで、圧力スイッチが導通する足圧荷重の閾値を調整することができる。足圧センシングスイッチは、母指球部、つま先部、踵部など足裏の特定箇所にかかる荷重を検知するように、各特定箇所に対応する箇所に配置される。一方で、個人差によって、足のサイズ、形状などは異なり、足裏の測定対象である特定箇所において荷重がかかる場所に足圧センシングスイッチをピンポイントで配置することは困難である。そこで、所定の直径（例えば２ｃｍ）内に、同一径の複数の空間１１（すなわち圧力スイッチ）を分散させて配置し、いずれかの空間１１における圧力スイッチが導通することを検知することで、足裏特定箇所の足圧のＯＮ／ＯＦＦを検知する。

特に、母指球の位置は個人差が大きいため、例えば、母指球用の足圧センシングスイッチ１０として、より多くの内部空間１１が分散配置されたより径の大きい足圧センシングスイッチ１０が用意されてもよい。

また、分散配置された同一径の複数の空間１１それぞれの周囲に、異なる径の空間１１を配置することで、導通する閾値を可変にし、足圧の大きさを多段で検知することができる。好ましくは、検知位置のズレの誤差を無視できる程度に、径の異なる空間同士の位置を隣接させる。例えば、同一の径同士間の距離よりも、異なる径同士間の距離が短くなるような空間の配置パターンとする。

図４−図６は、内蔵される複数の空間１１の別の配置パターンを示す図である。図４では、３種類の径の空間１１が一つずつ配置されるパターンであり、閾値の異なる３つの圧力スイッチを平面状に配置して３段検知を可能とする。鉛直方向に３段構成とすることなく、径の異なる圧力スイッチを同一平面に近接して配置することで、実質的に誤差なく多段閾値による検知が可能となる。図５は、１種類の径の空間が複数４つ分散配置されるパターンである。個人差によって、足のサイズ、形状などは異なり、足裏の測定対象である特定箇所において荷重がかかる場所に足圧センシングスイッチをピンポイントで配置することは困難である。同一径の複数の空間１１（すなわち圧力スイッチ）を分散させて配置し、いずれかの空間１１における圧力スイッチが導通することを検知することで、足裏特定箇所の足圧のＯＮ／ＯＦＦを検知する。

図６では、複数の同一径の空間１１と複数の異なる径の空間１１との組み合わせたパターンである。複数の空間１１は、同一径を有する２つの大口径空間１１と、それより小さい径を有する２つの小口径空間１１を有する２段検知構成例を示す。小口径空間１１は、それぞれ大口径空間１１に隣接して配置され、大口径空間１１同士は、小口径空間１１との距離よりも離れて配置される。一方の小口径空間１１は他方の小口径空間１１より近い一方の大口径空間１１に隣接して配置され、他方の小口径空間１１は一方の小口径空間１１より近い他方の大口径空間１１に隣接して配置される。これにより、１つの大口径空間１１と１つの小口径空間１１がグループ化され、足圧センシングスイッチの全体領域内における離間した複数の位置において、グループ化された空間群が多段スイッチを構成する。

図７は、本発明の第一の実施の形態例における足圧センシングスイッチ１０の作動状態を示す断面図である。足圧荷重の増加に伴って、まず、大きい径の貫通孔空間１１の圧力スイッチが導通し、それからそれより小さい径の貫通孔空間１１の圧力スイッチへと順に導通していく。空間１１の径が小さいほど、圧力スイッチが導通する足圧の閾値は高くなる。

図８は、本発明の第一の実施の形態例における足圧センシングスイッチ１０を取り付けたスイッチシート体２０を示す図である。スイッチシート体２０は、足裏形状を有する台座シート体２１を備え、足圧センシングスイッチ１０が取り付けられた台座シート体２１がスイッチシート体２０を構成する。台座シート体２１は硬質のプラスチック板、例えばポリプロピレン板により形成することができ、もちろん他の材質であってもよい。台座シート体２１の厚さは例えば０．５〜０．７５ｍｍ程度である。台座シート体２１の硬さ、厚さ、材質は適宜選択可能である。少なくとも一つの足圧センシングスイッチ１０が台座シート体２１に接着剤などによる接着により取り付けられ、足裏形状を有する台座シート体２１の例えば踵部、つま先部、母指球部に対応する位置に取り付けられる。対面するフレキシブルプリント基板（上部平板部材１２、底部平板部材１３）の導体箔（導体１５、１６）により構成される圧力スイッチの導通信号は、フレキシブルプリント基板から延びる配線コード２２により出力され、図示されない解析装置に入力され、各種解析処理される。また、足裏形状を有する台座シート体２１が、底部平面部材１３を兼ねる構造としてもよい。すなわち、台座シート体２１を、足圧センシングスイッチ１０の底面平板部材１３とする構成であって、例えば、台座シート体２１をフレキシブルプリント基板を含む構成とし、足裏形状のフレキシブルプリント基板上の足圧センシング取付位置に下部導体１６を印刷し、その上にスペーサ部材１４及び上部平面部材１２を貼り付けて構成とすることで、足圧センシングスイッチ１０が取り付けられた台座シート体２１であるスイッチシート体２０を形成することができる。

図９は、本発明の第２の実施の形態例における足圧センシングスイッチ３０の断面図を示し、図１０はそれが取り付けられたスイッチシート体４０の構成を示す図である。第２の実施の形態例において、足圧センシングスイッチ３０は、第１の実施の形態の構成に加えて、さらに、上部平板部材上１２に流体部材３１を積層し、流体部材３１の上から被覆シート体３２を足圧センシングスイッチ３０を覆うように被せ、被覆シート体３２は、足圧センシングスイッチ３０の周囲で台座シート体２１と接着される。流体部材３１は例えばシリコン部材であるが、他の材料でもかまわない。収納される流体部材３１の容積も調整される。例えば流体部材３１の容積が大きいと圧力の増加に対して上部平板部材１２に作用する圧力は小さくなり、逆に流体容積が小さいと高くなる。空間１１の径、さらには高さ及び流体部材３１の容積により閾値を制御することができる。

被覆シート体３２は、例えばポリプロピレン板であり、同一素材で形成される台座シート２１に圧着又は溶着などにより接着される。これにより、台座シート体２１と足圧センシングスイッチ３０は一体構造とされ、スイッチシート体４０を形成する。被覆シート体３２の厚さも、台座シート体２１と同様に、０．５〜０．７５ｍｍ程度であるが、厚さ、硬さなどの特性は適宜調整可能である。

上部平板部材１２上に流体部材３１を積層し、流体部材３１の上から被覆シート体３２を足圧センシングスイッチ３０を覆うように被せて、足圧センシングスイッチ３０の周囲で台座シート体２１と接着することで、流体部材３１を介して、荷重作用で生ずる全体的な歪みやねじれをしなやかに逃がす構造となり、一体構造領域は変形に強くなり、足圧荷重が足圧センシングスイッチ全体により均一にかかり、圧力スイッチのＯＮ／ＯＦＦの閾値を制御する機能を有し、閾値で正確にＯＮ／ＯＦＦするより高精度な検知が実現される。

図９は、図１０のＣ−Ｃ線の断面図であって、第２の実施の形態例における作動状態を示す。図９に示されるように、第２の実施の形態における足圧センシングスイッチ３０は、被覆シート体３２と、その下部空間に閾値制御用の流体部材３１が収納され、その下部には第１の実施の形態における足圧センシングスイッチ１０が配置される構造である。

図１１は、図９及び図１０の足圧センシングスイッチ３０及びスイッチシート体４０を裏返しにして、履物に搭載した状態を示す部分断面図である。被覆シート体３２は、その下に配置される柔軟性を有する履物の底材５０に接している。

ポリプロピレンにより形成されたスイッチシート体はしなやかに曲がり、耐久力があることから履物のインソールの一部として他のインソール部品間に挟んで配置されてもよいし、あるいは、直接インソールの台座としてもそのまま使える特性を有している。

本実施の形態における足圧センシングスイッチは、皮膚細胞の変化を心地よくセンシング可能とするとともに、運動工学の真髄を究めるセンシングの方法、即ち、力の入れ具合や踏み込みのタイミングの閾値、その設定は流体を閉じ込めた流体量で力をため込みコントロールして間接的に足圧センシングスイッチを作動させることで、任意の閾値が容易にえられる。

しかも、足圧センシングスイッチの、径の異なる複数の空間による圧力スイッチ上に配置された上部平板部材にかかる足圧荷重を流体部材でため込みコントロールして間接的に圧力スイッチを均一に押し込んで足裏動作通りにスイッチが任意に決めた閾値通りにＯＮ／ＯＦＦの２値信号を繰り返すことが出来る。この成果は医療スポーツなどにおいて革命的である。また、本発明の足圧センシングスイッチ及びそれを取り付けたスイッチシート体は、重心動揺デバイスとして医学分野でも注目されている。

足圧センシングスイッチの上部平板部材と被覆シート体との間隙に流体部材を収納する第２の実施の形態例の構成において、足裏の圧力が一番高い領域Ｚの荷重変化に耐える構造で流体部材の包装部材が膨張して破損することなく、圧力の増減を均一且つ俊敏に上部平板部材に伝達することができる。

図１２は、本発明の第３の実施の形態例における足圧センシングスイッチの構成例を示す上面図であり、図１３は、その断面図である。足圧センシングスイッチは、中心部に円形貫通孔を有するリング状の外側スペーサ部材１４１を上部平板部材１２と、底部平板部材１３により同心にて挟んだ構成であり、外側スペーサ部材１４１の円形貫通孔内にそれと同心状に配置されるリング状の内側スペーサ部材１４２が設けられる。また、好ましくは、外側スペーサ部材１４２の外周側に、第１の実施の形態例におけるリング状外周空間１８（図３）と同様に、リング状外周空間が設けられる。

外側スペーサ部材１４１の内径と内側スペーサ部材１４２の外径間に形成されるリング空間１７２の半径方向長さＷ２と、内側スペーサ部材１４２の内径側に形成される中心円空間１７１の直径Ｗ１とが異なるように、内側スペーサ部材１４２が設計され配置される。

上部平板部材１２上に圧力が加えられ上部平板部材１２が押し込み方向にたわむと、中心円空間１７２に面する上部平板部材１２の裏面に設けられる上部導体１５１と、それに対向する中心円空間１７１に面する底部平板部材１３の表面に設けられる下部導体１６１とが接触すると導通する。さらに、リング空間１７２に面する上部平板部材１２の裏面に設けられる上部導体１５２と、それに対向するリング空間１７２に面する底部平板部材１３の表面に設けられる下部導体１６２とが接触すると導通する。

外側スペーサ部材１４１の円形貫通孔内に形成される二つの空間である中心円空間１７１とリング空間１７２の半径方向長さを異ならせることで、上部平板部材１２のたわみ量を異ならせる。これにより、中心円空間１７１内の上部導体１５１と下部導体１６１の導通する圧力と、リング空間１７２内の上部導体１５２と下部導体１６２とが導通する圧力とを異ならせることが可能となり、複数の導通領域が圧力の変化に伴い異なるタイミングで導通する多段スイッチが実現される。すなわち、長さＷ１とＷ２を異ならせることで、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ閾値を決める。

図１４は、第３の実施の形態例における足圧センシングスイッチの動作を示す図である。図１３の例においては、半径長さＷ２は直径Ｗ１より大きいので、圧力が徐々に大きくなるに従って、まずリング空間１７２の上部導体１５２と下部導体１６２とが接触して導通し、さらに圧力が増加すると、中心円空間１７１の上部導体１５１と下部導体１６１とが接触して導通する。その後、圧力が徐々に弱まる場合は、中心円空間１７１の上部導体１５１と下部導体１６１の接触が離れて非導通となり、次いで、リング空間１７２の上部導体１５２と下部導体１６２との接触が離れて非導通となる。

２枚の平板部材に挟まれた円形貫通孔内に、径の異なるリング状スペーサ部材を複数配置することで、円形貫通孔内に複数のリング空間が形成され、複数段のスイッチを構成することができる。すなわち、第３の実施の形態における足圧センシングスイッチは、表面を形成する第１の平板部材（上部平板部材１２）と、底面を形成する第２の平板部材（下部平板部材１３）と、第１の平板部材と第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ中心部に円形貫通孔を有する外側スペーサ部材と、第１の平板部材と第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ外側スペーサ部材の円形貫通孔内に外側スペーサ部材と同心状に配置される内側スペーサ部材とを備え、外側スペーサ部材の内径と内側スペーサ部材の外径間に形成されるリング空間の半径方向長さと、内側スペーサ部材の内径側に形成される中心円空間の直径とが異なるように、内側スペーサ部材は配置され、第１の平板部材の押し込み方向のたわみにより、中心円空間に面する第１の平板部材の裏面に設けられる導電領域（上部導体１５１）と、それに対向する中心円空間に面する第２の平板部材の表面に設けられる導電領域（下部導体１６１）が接触すると導通し、該導通と異なるタイミングで、リング空間に面する第１の平板部材の裏面に設けられる導電領域（上部導体１５２）と、それに対向するリング空間に面する第２の平板部材の表面に設けられる導電領域（下部導体１６２）が接触すると導通することを特徴とする。

上述の実施の形態例では、多段スイッチに関する構成例を説明したが、本願発明は、上述の各スイッチの構成例において、スイッチの周縁部にリング状空間を形成することで、電気的導通を高い感度で検出することを１つの特徴としており、当該特徴は多段（２段以上）スイッチに限らず、１段のスイッチにおいても同様の効果を奏するものである。

図１５（ａ）は、第４の実施の形態における足圧センシングスイッチの構成例を示し、図１５（ｂ）はその変形構成例を示す。図１５（ａ）の第１の構成例は、中心部に円形貫通孔を有するすなわちリング状のスペーサ部材１４を上部平板部材１２と底部平板部材１３で挟んで１段構成とし、２枚の平板部材１２、１３は、スペーサ部材１４より大きな径を有し、そのスペーサ部材１４からはみ出た周縁領域において、互いに圧着され、圧着部分とスペーサ部材１４の外周領域との間にリング状外周空間１８が形成される。スペーサ部材１４の上面に配置される上部平板部材１２の中心部裏面には上部導体１５が設けられ、スペーサ部材１４の底面に配置される底部平板部材１３の中心部表面には、下部導体１６が設けられる。上部平板部材１２に鉛直方向の荷重がかかると、上部平板部材１２の中心部へたわみにより、上部導体１５と下部導体１６とが接触し、導通する。このとき、リング状外周空間１８を形成することで、不織布で構成されるスペーサ部材１４の空気層とリング状外周空間１８の間隙層の大きな空気体積によって上部平板部材１２のたわみ及び復元に伴う圧縮復元の抵抗を抑えてスムーズに反転復元することで微弱な荷重変化に敏感にＯＮ／ＯＦＦの接続・遮断ができる。また、図１２（ｂ）は、上部導体１５に代わって、ドームスプリング１００が設けられた変形構成例を示す。上部平板部材１２のたわみにより、ドームスプリング１００が反転して、下部導体１６と接触して導通する。ドームスプリング１００においても、反転復元に伴う圧縮復元の抵抗が抑えられ、スムーズな動作により敏感なＯＮ／ＯＦＦ検知が実現される。

すなわち、第４の実施の形態における足圧センシングスイッチは、中心部に円形貫通孔を有するスペーサ部材を介して第１の平板部材（上部平板部材）が第２の平板部材（底部平板部材）の上に重ねられて配置され、第１の平板部材の押し込み方向のたわみにより、第１の円形平板部材の中心部裏面に設けられる導電領域（上部導体１５）と、それに対向する第２の平板部材の中心部表面に設けられる導電領域（下部導体１６）が接触すると導通し、第１の平板部材と第２の平板部材は、スペーサ部材から両側にはみ出た領域において、互いに接着され、その接着部分とスペーサ部材の外周領域との間にリング状の外周空間が形成されることを特徴とする。

なお、上記第３の実施の形態及び第４の実施の形態においても、足圧センシングスイッチ１０が台座シート２１に取り付けられたスイッチシート体２０が構成され、さらに、足圧センシングスイッチの表面上に流体部材を積層し、被覆シート体が、その流体部材の上から足圧センシングスイッチを覆うように被せられ且つ足圧センシングスイッチの周囲で台座シート体と接着されるようにしてもよい。

図１６は、第５の実施の形態における足圧センシングスイッチの構成例を示す断面図であり、図１７はその動作例を示す図である。第５の実施の形態は、上述の各実施の形態における圧力スイッチを、上部導体１５及び下部導体１６を有する構成に代わって、圧電部材を有する構成としたものであり、足裏荷重による押圧を圧電部材により電気信号に変換し導通する構成を有する。図１６及び図１７において、足圧センシングスイッチの圧力スイッチは、スペーサ部材１４の各貫通孔の開口部分の一方に面する上部平板部材１２の部分領域に設けられる押し子部材２５と、各開口部分の他方に面する底部平板部材１３の部分領域に設けられる圧電部材２６とを有し、足裏からの荷重により上部平板部材１２が空間１１内にたわむことによって、押し子部材２５が圧電部材２６を押圧することによって導通し、また、たわみが解放され押圧されなくなることで非導通となる。押し子部材２６は、例えば上部平板部材１２の空間１１側に面する面に印刷されるフレキシブルプリント基板の導体である。押し子部材２５及び圧電部材２６の配置は上下逆であってもよい。また、押し子部材２５は設けられなくてもよく、平板部材１２により圧電部材２６が押圧される構成であればよい。このように、圧力スイッチは、各開口部分の一方に面する第１の平板部材（上部平板部材１２）の部分領域、又は各開口部分の他方に面する第２の平板部材（底部平板部材１３）の部分領域に設けられる圧電部材２６を有し、足裏からの荷重により第１の平板部材が空間内にたわむことによって、圧電部材２６が押圧されて導通する。

図１８は、第６の実施の形態における足圧センシングスイッチの構成例を示す断面図であり、図１９はその動作例を示す図である。第６の実施の形態においては、一つの空間１１内に複数の圧力スイッチが配置され、一つの空間１１において、足裏荷重の大きさを複数段検知可能とする。図１８及び図１９において、例えば中央の空間１１ａにおいて、円盤状空間の中心領域に配置される一組の上部導体１５及び下部導体１６に加えて、それと離間してその周囲に追加の上部導体１５ａ及び下部導体１６ａが配置される。追加の上部導体１５ａ及び下部導体１６ａは好ましくはリング状に形成される。周囲に設けられる追加の圧力スイッチ（上部導体１５ａと下部導体１６ａとの組み合わせ）は、リング状に限らず、周囲に点在する導体の組み合わせであってもよい。足裏荷重が大きくなるにしたがって、まず、中心の上部同隊１５と下部導体１６が接触して導通し（図１９（ａ））、ついで、さらに大きな足裏荷重がかかると、周囲の上部導体１５ａと下部導体１６ａとが接触して導通する（図１９（ｂ））。これにより、一つの空間１１に閾値の異なる複数の圧力スイッチが設けられ、一つの空間において足裏荷重の複数段検知が可能となる。一つの空間１１における２段検知に限らず、３段以上の検知も可能である。このように、複数の空間のうちの少なくとも一つは複数の圧力スイッチを備え、複数の圧力スイッチはそれぞれ異なる足裏荷重の大きさで導通する。なお、図１９においては、中央の空間１１ａのたわみのみが示される。

本実施の形態における足圧センシングスイッチ１０は、上述の通り、薄厚の円盤形状を有し、その全体の直径は例えば２０ｍｍ以内に設計される。発明者の実験によれば、この範囲内程度の直径であれば、足圧荷重をかける人の体重の違いにかかわらず、足圧センシングスイッチ１０は円盤全体にわたってほぼ均一の荷重により圧縮され、足圧センシングスイッチ１０内の複数の圧力スイッチのその配置位置によらず、足圧荷重を正確に検知することができる。要するに、足圧センシングスイッチ１０全体の中心部分と周縁部分における足圧荷重は均一であり、例えば図４に示されるように、圧力スイッチを内蔵する空間１１は、円盤状の足圧センシングスイッチの１０の中心に配置されずに、中心からずれて配置されていてもよく、その配置の自由度が高い。そして、足圧荷重の検知閾値は、圧力スイッチの配置位置によらずに、圧力スイッチを構成する空間１１の径によって制御することができる。すなわち、空間１１の径を変えることにより、圧力スイッチが導通する閾値を制御でき、また、空間１１内に複数の圧力スイッチが配置される場合は、空間１１の中心領域及びその周囲に配置することにより、複数段の閾値を設定することができる。さらに、図５に示されるように、同一の径の空間１１を複数配置することは、圧力スイッチの冗長性を担保する点で有用である。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態例における足圧センシングスイッチを説明する図である。 図１の上面図において、内蔵される複数の空間を透視的に示す図である。 図１のＡ−Ａ線の断面図である。 内蔵される複数の空間１１の別の配置パターンを示す図である。 内蔵される複数の空間１１の別の配置パターンを示す図である。 内蔵される複数の空間１１の別の配置パターンを示す図である。 本発明の第一の実施の形態例における足圧センシングスイッチ１０の作動状態を示す断面図である。 本発明の第一の実施の形態例における足圧センシングスイッチ１０を取り付けたスイッチシート体２０を示す図である。 本発明の第２の実施の形態例における足圧センシングスイッチ３０の断面図を示す図である。 第２の実施の形態例における足圧センシングスイッチ３０が取り付けられたスイッチシート体４０の構成を示す図である。 足圧センシングスイッチ３０及びスイッチシート体４０を裏返しにして、履物に搭載した状態を示す部分断面図である。 本発明の第３の実施の形態例における足圧センシングスイッチの構成例の上面図である。 本発明の第３の実施の形態例における足圧センシングスイッチの構成例の断面図である。 本発明の第３の実施の形態例における足圧センシングスイッチの動作を示す図である。 本発明の第４の実施の形態例における足圧センシングスイッチを説明する図である。 本発明の第５の実施の形態例における足圧センシングスイッチの構成例の断面図である。 本発明の第５の実施の形態例における足圧センシングスイッチの動作を示す図である。 本発明の第６の実施の形態例における足圧センシングスイッチの構成例の断面図である。 本発明の第６の実施の形態例における足圧センシングスイッチの動作を示す図である。

１０：足圧センシングスイッチ、１１：空間、１２：上部平板部材、１３：底部平板部材、１４：スペーサ部材、１５：上部導体、１６：下部導体、１７：接続部分、１８：リング状外周空間、２０：スイッチシート体、２１：台座シート体、２２：配線コード、２５：押し子部材、２６：圧電部材、３０：足圧センシングスイッチ、３１：流体部材、３２：被覆シート体、４０：スイッチシート体、５０：底材、１００：ドームスプリング、１４１：外側スペーサ部材、１４２、内側スペーサ部材、１５１：上部導体、１５２：上部導体、１６１：下部導体、１６２：下部導体、１７１：中心円空間、１７２：リング空間

Claims (4)

1. 表面を形成する第１の平板部材と、
   底面を形成する第２の平板部材と、
   前記第１の平板部材と前記第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ中心部に円形貫通孔を有する外側スペーサ部材と、
   前記第１の平板部材と前記第２の平板部材との間の間隔領域に配置され且つ前記外側スペーサ部材の前記円形貫通孔内に前記外側スペーサ部材と同心状に配置される内側スペーサ部材とを備え、
   前記外側スペーサ部材の内径と前記内側スペーサ部材の外径間に形成されるリング空間の半径方向長さと、前記内側スペーサ部材の内径側に形成される中心円空間の直径とが異なるように、前記内側スペーサ部材は配置され、
   前記第１の平板部材の押し込み方向のたわみにより、前記中心円空間に面する前記第１の平板部材の裏面に設けられる導電領域と、それに対向する前記中心円空間に面する前記第２の平板部材の表面に設けられる導電領域が接触すると導通し、該導通と異なるタイミングで、前記リング空間に面する前記第１の平板部材の裏面に設けられる導電領域と、そ
   れに対向する前記リング空間に面する前記第２の平板部材の表面に設けられる導電領域が接触すると導通することを特徴とする足圧センシングスイッチ。
2. 中心部に円形貫通孔を有するスペーサ部材を介して第１の平板部材が第２の平板部材の上に重ねられて配置され、
   前記第１の平板部材の押し込み方向のたわみにより、前記第１の円形平板部材の中心部裏面に設けられる導電領域と、それに対向する前記第２の平板部材の中心部表面に設けられる導電領域が接触すると導通し、
   前記第１の平板部材と前記第２の平板部材は、前記スペーサ部材から両側にはみ出た領域において、互いに接着され、その接着部分と前記スペーサ部材の外周領域との間にリング状の外周空間が形成されることを特徴とする足圧センシングスイッチ。
3. 請求項１又は２に記載の足圧センシングスイッチと、
   前記足圧センシングスイッチが取り付けられた足裏形状を有する台座シート体とを備えるスイッチシート体。
4. 前記足圧センシングスイッチの前記表面上に積層される流体部材と、
   前記流体部材の上から前記足圧センシングスイッチを覆うように被せられ且つ前記足圧センシングスイッチの周囲で前記台座シート体と接着される被覆シート体とを備えることを特徴とする請求項３に記載のスイッチシート体。

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