JP6837441B2 - 静電容量圧力感知のための多層構造体 - Google Patents

Description

本発明は、概して電子機器、電子装置、関連した構造体、および製造方法に関する。特に、本発明は感知電子機器を組入れたウェアラブル技術に関係するが、それに限定されない。

スマートクロージング（情報処理機能を有する衣類）などのウェアラブル技術は、テキスタイル（布地）と電子機器とを融合させ、プライベート目的およびビジネス目的の両方で、ユビキタスコンピューティングの様々な態様を実行することによって、着用者の生活をより快適にする。最近の材料技術および小型化の進歩は、１０年または２０年前には夢に過ぎなかった先進のソリューションをもたらした。種々のスマートウォッチまたはリストップ装置全般など、ハードシェルのウェアラブル技術は、１９８０年代のリストップ計算機ウォッチからスポーツ／フィットネス用のコンピュータ、アクティビティモニター、ごく最近では、組込み型の特徴という点からたとえばセルフォンおよびタブレットなどに近づく、種々の通信対応機に進化し、これまでかなりの期間で限定的に入手可能であった。しかし、スマートグラス、および個人用のセキュリティ関連製品などは、まだほとんど市場に出ていない。

ｅ−テキスタイル、または「スマートテキスタイル」は、知覚統合などの電子機器との統合を提供する布地を指す。ｅ−テキスタイルは、組込まれた構成要素に所望の電気的特性を提供するために、導電糸などの導電性材料と、絶縁材料との両方を組入れてよい。

靴、ブーツ、ソックス、インソールなどのフットウェア（履物）もまた、ウェアラブル電子機器およびスマートクロージングの出現によって、利益を得る場合がある。フットウェアには他の衣類のように、プロセッサ、メモリー、通信インターフェース、およびセンサーのような統合された電気構成要素が提供され得る。

図１は、靴用の感知機能を備えたスマートインソールまたはスマートソールを構築するために、考えられる多層構造体１００の一例を示す。明確にするために、構造体の種々の層は互いに物理的に離れているように示されている。

構造体１００は、電子機器が提供され得るベース部、またはベース基板１０２を組入れてよい。たとえば、ベース１０２は、電子構成要素を受入れるための凹部が提供されてよい。別の層がベースの上に提供される。このような層は、ともに圧力センサーを形成する絶縁層１０４、１０８、および感知層１０６、１１０を含む。保護層１１２が、外部衝撃、湿気、汚れなど、起こり得る周囲の有害な影響から下にある特徴部を保護するため、上部に提供されてよい。確立されたセンサーは、以降ではユーザーと呼ぶ着用者の足によって多層構造体に加えられる圧力による静電容量の変化を検出し、たとえば感知層１０６、１１０間の絶縁層１０８を圧縮する。したがって、コンデンサ極板として作用する層１０６、１１０間の距離は、圧力に対応して極板間の感知された静電容量に影響を及ぼす。おそらくは大多数の同様の製品に、力に敏感な別個の抵抗センサーが、ユーザーの動きによって発生する圧力を感知するよう配置されてきた。

たとえばインソールに誘導される機械的圧力の監視機能との関係を有する、多様でより旧式の受動的インソールに対して、上述のソール構造体が明白に提案し得る種々の機能的な恩恵にかかわらず、まだいくらかの改良の余地がある。

得られた構造体は容易に、幾分堅く、かつ厚く成り得る。このことは、組込まれた電子構成要素、導体などを有するかなりの数の材料層が、必要な電気、絶縁、収納、および保護機能とともに接合される場合、理解できる。しかしこのことは、対象のフットウェアの限られたスペースという点と、材料の選択ならびに剛性／硬さおよび重さという関連パラメータから発生するユーザーの不便という点とから、望ましくない。

本発明の目的は、ユーザーの動きに関連付けられた、いくつかの既定のパラメータを監視するための感知電子機器を組入れるウェアラブル技術に関する、既存のソリューションと関連付けられた上記の欠点の内の、少なくとも１つまたは複数を軽減することである。

この目的は、本発明による多層構造体および関連する製造方法の実施形態によって実現される。

本発明の一態様によると、衣類、任意選択でフットウェアのための多層構造体は、
電子機器を受入れる可撓性基板フィルムと、
プリント電子技術、任意選択でスクリーン印刷またはインクジェットを利用してフィルム上に提供される、いくつかの可撓性センサーパッドと、
多層構造体が受ける圧力の表示を得るためのいくつかのセンサーパッドを介して、静電容量の計測を制御するためにフィルム上にさらに提供される、少なくとも１つの電子回路、好ましくは集積回路と、
少なくとも１つの電子回路と、いくつかの静電容量センサーパッドとを電気的に接続するためにフィルム上にさらに印刷される、いくつかの導体トレースと、
少なくとも１つの電子回路を含む電気駆動構成要素に電力を供給するための電源要素と、
いくつかのセンサーパッド、いくつかの導体トレース、および少なくとも１つの電子回路を実質的に埋め込むフィルム上に成型される、少なくとも１つのプラスチック層と、を備える。

一実施形態において、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、または単一のプロセッサなど、少なくとも１つの電子回路が、パッドと外部要素、一般にユーザーの足裏との間の静電容量を感知するように構成され、構造体に配置される。足、および具体的にはユーザーの足裏が、構造体の上面を下向きに押圧して下の材料を変形させる一方で、足裏および１つまたは複数のパッドはまた、コンデンサを確立して、その静電容量が電子機器によって検知され得る。静電容量は、足裏とパッドとの間の距離に依拠し、そのため、たとえば構造体が受ける圧力量を表示する。

任意選択で、複数のパッドが、たとえば互いに隣接して、または他の好ましい構成で基板の表面に形成されてよく、それによって静電容量／圧力データが、空間解像度、すなわちパッドの位置に対応する複数の位置における解像度とともに収集されてよい。したがって、たとえば静電容量または圧力の分布は、基板フィルム上の異なる位置によって、空間的に決定されてよい。

他の補足的または代替的な一実施形態において、少なくとも１つの電子回路が、順次提供される少なくとも２つの重複するプラスチック層によってカプセル化されている。後者の層は第１の層よりも、多くの要素および／またはフィルムのより大きい表面（面積）を覆ってよい。第１の層は、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの電子回路を覆いかつ保護するために、初めに確立されてよく、その上に第２の層が形成されて、たとえばセンサーパッドおよび導体をさらに含むフィルムを覆う。

別の補足的または代替的な実施形態において、構造体は、二次基板上に、任意選択でＦＰＣ（可撓性プリント回路）上に当初から提供される少なくとも１つの電子回路を含んだ、サブアセンブリまたはサブユニットを備える。したがってサブアセンブリは、残りの多層構造体とは別個に、少なくとも部分的に予め製造されて、最終的に、センサーパッドなどの他の要素との機械的かつ電気的に必要な接続とともに、可撓性基板フィルム上に取付けられる。これは、接着剤および／またはハンダ付けを必要とし得る。任意選択で、上述の第１の成型された層は、少なくとも１つの電子回路上に提供されてよく、任意選択で、可撓性基板フィルム上で移動する前に二次基板上に提供されていてよい。

さらに別の補足的または代替的な実施形態において、少なくとも１つの電子回路はいくつかの受動的および／または能動的な構成要素をさらに備える。たとえば、抵抗、コンデンサ、インダクタ／コイル、ダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）、および／またはトランジスタが供給され得る。

別の実施形態において、構造体は加速度計をさらに備える。

別の実施形態において、構造体はトレースの上に配設される保護要素または保護層を、さらに備える。たとえば、接着テープがその目的のために利用されてよい。

別の実施形態において、少なくとも１つの電子回路は、プリント電子技術を利用して、少なくとも部分的に確立される。代替的または追加的に、たとえば面実装構成要素（ＳＭＴ：面実装技術）が使用されてよい。

別の実施形態において、構造体はユーザーインターフェースをさらに備える。ユーザーインターフェースは、タッチインターフェース、タッチ感知領域、静電容量タッチ感知領域、ボタン、スイッチ、ディスプレイ、インジケータ光、およびインジケータＬＥＤから成るグループから選択される、少なくとも１つの要素を含んでよい。

別の実施形態において、構造体は、タブレット、ファブレット、セルフォン、リストップ装置、スマートウォッチ、スマートゴーグル、コンピュータ、デスクトップコンピュータ、ネットワークインフラ、ネットワーク要素、およびラップトップコンピュータから成るグループから任意選択された、少なくとも１つの外部要素と通信するための、データインターフェースをさらに備える。データインターフェースは、無線または有線であってよい。

別の実施形態において、少なくとも１つの電子回路は、命令および／またはデータを記憶するメモリーを含む。データは、センサーデータ、たとえば静電容量データ、圧力データ、および／または加速度データなどの、センサーデータに基づくデータを含んでよい。

別の実施形態において、電源要素は、バッテリー、任意選択で充電式バッテリー、または少なくともそれらのコネクタを含んでよい。追加的または代替的に、電源要素は、外部電源と連結するための配線および／またはコネクタを含んでよい。外部電源は、外部バッテリーを含んでよく、外部バッテリーは充電式または使い捨てのタイプであってよい。

多層構造体の実施形態を備えるフットウェアのインソールまたはソールが、提供されてよい。

多層構造体の実施形態を備えるヘルメットのような帽子が、提供されてよい。

多層構造体の実施形態を備える圧縮衣類または伸縮衣類が、提供されてよい。

本発明の他の一態様によると、衣類、任意選択でフットウェアのための多層構造体の製造方法は、
電子機器を受入れる可撓性基板フィルムを得ることと、
プリント電子技術、任意選択でスクリーン印刷またはインクジェットを利用して、フィルム上にいくつかの可撓性センサーパッドを印刷することと、
少なくともこのセンサーパッドを電子回路に電気的に接続するために、フィルム上にいくつかの導体トレースを印刷することと、
多層構造体が受ける圧力の表示を得るためのいくつかのセンサーパッドを介して、静電容量の計測を制御するフィルム上に、電子回路を、好ましくは集積回路を提供することと、
電子回路を含む電気駆動構成要素に電力を供給するための電源要素を提供することと、
いくつかのセンサーパッド、いくつかの導体トレース、および少なくとも１つの電子回路を実質的に埋め込む少なくとも１つのプラスチック層を、フィルム上に成型することと、を備える。

方法の実施形態に依拠して、電源要素もまたプリント導体トレースを介して電子回路に接続されてよい。代替的に、他の導体（たとえば導線）が目的のために利用されてよい。

方法は、二次基板を、任意選択で可撓性基板を供給して、可撓性基板フィルム上にサブアセンブリとして続いて配置するために、まずその上に少なくとも電子回路を固定することと、電子回路をオーバーモールドする前に、電子回路および可撓性基板フィルム上のセンサーパッドを最初にオーバーモールドすることと、可撓性基板フィルム上に加速度計を供給することと、成型前に、１つまたは複数のセンサーパッドおよび／またはトレースを保護要素または保護層で覆うことと、オーバーモールドされた可撓性基板構造体上で、１つまたは複数の追加層を供給することと、から成るグループから選択される少なくとも１つの事項を、さらに備えてよい。

利用する成型方法として、たとえば射出成型が挙げられ得る。

当業者には理解されるように、構造体の種々の実施形態に関して先に示した考察は、方法の実施形態に必要な変更を加えて柔軟に適用されてよく、その逆も同じである。

本発明の有用性は、各特定の実施形態による複数の事項から生じる。得られた多層構造体は、他の要素またはホスト装置と一体化されて所望の構成を実装してよい。構造体は一般に可撓性で、薄く、軽く、および入手可能であり得る。それらは全て、フットウェア、帽子、または他の衣類のような種々の状況におけるソリューションの利便性を明確に拡張する要因である。他の衣類として、たとえばシャツ（たとえば圧縮シャツ）、ジャケット、ズボンなどが挙げられ得る。たとえば、通常は医療もしくは運動、または場合によってはその両方の使用のために設計される圧縮衣類において、構造体は、追加の履き心地（心地よく適合すること、またはユーザーの体と衣類との直接の皮膚接触によって影響されるため、構造体の薄さ、軽さ、および柔軟さが有益となる）、および機能的な信頼（たとえば体の静電容量を感知するという点で）を、より旧式な、たとえばより信頼のおけないソリューションに対して、提案し得る。

間に絶縁材料を有する、いくつかの重複する階層上の感知層は、省略されてよい。なぜなら、構造体に面するユーザーの体（足裏の皮膚）のような外部要素が、可撓性基板上の少なくとも１つの埋め込まれたプリント導体パッド領域に加えて、１つのコンデンサ極板として利用され得るからである。構造体には、いくつかの追加の層が提供されてよい。その各々は、たとえば絶縁、可撓性／剛性、緩衝性などと関係する所望の特性を有する。構造体は、目標環境下（たとえば特定の内部寸法の靴などの使用場所）に適合するよう、必要な精度で成形されて、および／または切断されてよい。プリント電子技術の適用は、たとえば基板上のセンサーパッドおよび導体トレースの、柔軟で比較的簡単な位置付けを提供する。より複雑で、潜在的に能動的な構成要素が、同様に提供され得る。埋め込まれた電子機器は、衝撃、湿気、熱い／冷たいもしくは一般に極端な温度または温度変化、汚れなどの外部事象から保護され続ける。

たとえば圧力を計測するために利用され得る静電容量の感知に加えて、他の計測および／または計算が好都合に実行され得る。得られたセンサーデータは、たとえば歩行、姿勢、ステップ長、ステップ数などの着用者の動きの種々の特性を判定するのに利用されてよい。

本明細書の、「いくつかの」という表現は、１から始まる任意の正の整数、たとえば１、２、または３を指す。

本明細書の、「複数の」という表現は、２から始まる任意の正の整数を指す。

本発明の異なる実施形態は、添付の従属請求項に開示される。

次に、本発明のさらなる詳細が、添付の図面を参照して記載される。

多層構造体の一例を示す図である。 本発明による多層構造体の実施形態の、側断面図である。 フットウェアにおける本発明の一実施形態を、正面または上面の断面で示す図である。 本発明による方法の実施形態を開示する、流れ図である。

図１については、上記ですでに考察された。

図２は、２００において本発明による多層構造体の実施形態の側断面図を示す。

この構成は、通常プラスチックであるが必ずしもプラスチックである必要はない、可撓性基板フィルムまたは「フォイル」２０２を備える。たとえばフィルム２０２は、ポリマー、熱可撓性材料、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド、メタクリル酸メチルとスチレン（ＭＳ樹脂）とのコポリマー、ガラス、およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成るグループから選択された、少なくとも１つの材料から実質的に構成される、または少なくとも１つの材料を実質的に含む。

使用される材料およびそれらの特性は、たとえばフィルム２０２の可撓性に当然影響を与える。このことは、他の潜在的に関連する要因に加えて材料を選択する場合に、考慮するべきである。たとえば、いくつかの実施形態において、たとえばＬＥＤまたはＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ）のような発光装置が、表示または照明の目的で材料上に提供されて、その放出光がフィルムに侵入する場合、材料の光透過率が関連し得る。代替的または追加的に、検出器のような感光性要素が提供され得る。これらの態様は、逐条的に考察されるべき場合がある。よってフィルムは、既定の波長に関係する実施形態によって、光学的に、実質的に透明、半透明、不透明であり得る。

フィルム２０２の寸法および厚さは、実施形態によって変化し得る。たとえば、靴のソールもしくはインソール、または他の衣類に埋め込まれた場合、実質的に平坦であるフィルムの幅および長さは、約数１０または数１００ミリメートルの大きさであってよい。一般にフィルム２０２の形状は、たとえば靴の内部および／または足裏の形状のような、目的の位置の形状に従うように、または準拠するように構成され得る。厚さもまた、同じ実施形態の中でも変化し得る。厚さは、たとえば１０ミリメータまたは数１０ミリメータ、約１ミリメータまたは数ミリメータであり得る。

基板２０２は、各使用ケースによって設定される要件に従って、成形されてよい。基板２０２は、たとえば矩形、円形、または正方形の一般的な形状を示してよい。基板には凹部、切込み、もしくは孔／貫通孔などの開口部を含まなくてよく、または、たとえば基板２０２の両側に提供される要素への接近のために含んでもよい。たとえば、バッテリーの交換またはＵＩ機能（たとえばタッチ感知領域、ボタン、またはスイッチ）の接近のため、基板２０２に関連する接近ルートが提供され得る。

部材２０４は、基板フィルム２０２の少なくとも一方の面に提供される電子機器を指す。電子機器２０４は、好ましくはいくつかの能動的な構成要素、および任意選択で、受動的な構成要素を備える。電子機器２０４は、既定の構成に従って基板２０２上に印刷され、プリント導体トレースなどの中間導体２０５を介して電子機器２０４に接続された、いくつかのセンサーパッド領域２０８を利用する感知機能のための、少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）のような、たとえば制御電子機器を備える。好ましくは、各領域２０８は少なくとも１つの導体トレース２０５によって機能する。好適な導電性インク、塗料、または接着剤は、基本的に基板２０２上の導電性材料の薄層として現われるパッド２０８および／またはトレース２０５を設けるために利用されてよい。

任意選択で、電子機器２０４は、加速度計、温度センサー、サーミスターなどの、いくつかの別のセンサーまたは感知機能を含んでよい。

電子機器２０４は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、単一のプロセッサ、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、プログラム可能論理チップ、メモリー、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、メモリーアレイ、メモリーチップ、データインターフェース、トランシーバ、無線トランシーバ、送信機、受信機、無線送信機、および無線受信器から成るグループから選択される、少なくとも１つの要素を含んでよい。

したがって電子機器２０４は、命令と、パッド２０８によって捕捉されたデータおよび／もしくはそのようなデータを使用して導出したデータ、ならびに／または他の感知機能によって提供されたデータなどの他のデータと、を記憶するための、内部または外部メモリーを伴う少なくとも１つの処理ユニットを、機能的に含んでよい。データは記憶され得る。データはまた、タブレット、ファブレット、リストップ装置、いくつかの他のタイプのコンピュータ装置、またはネットワークサービス／ネットワークインフラなどの、外部エンティティに移されてもよい。データはまず、タブレット、ファブレット、またはモバイル装置など、近くのエンティティに移されてよく、そこでデータは記憶され、処理され、分析され、および／または、たとえばネットワークサービスに、もしくはサーバに、またはネットワーク接続もしくは一般の通信接続を介して、到達可能な他のエンティティに転送されてよい。

電子機器２０４は、データインターフェース２１３を含んでよい。データを外部要素に移すため、トランシーバまたは送信器が実装され得る。プログラム制御パラメータ、制御命令、ソフトウェアアップデート、データ要求などのデータを受け取るために、トランシーバまたは受信器が実装され得る。いずれの方向の通信においても、有線または無線であってよく、任意選択でＲＦ（無線周波数）または誘導結合を基にした技術を使用する。特許技術を適用してよい。代替的に、たとえば選択されたＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（標準または低出力）、ＲＦＩＤ（無線認識票）、ＮＦＣ（近距離無線通信）、または他の短距離無線通信規格に従ってよい。技術は任意選択で受動的でよく、すなわち、ファブレット、スマートフォン、またはタブレットなどの遠隔要素は、構造体のトランシーバまたは送信器にエネルギーを与えて、そこからデータ送信が可能となり得る。

いくつかの実施形態において、データインターフェース２１３は、以降でさらに詳細に記載される電源要素と一体化されてよい。

異なる感知機能および／または他の機能が、専用のＩＣ、専用の構成要素、または共有ＩＣ／電子機器（多目的電子機器）によって、実装され得る。

電子機器２０４は、スクリーン印刷またはインクジェットのようなプリント電子技術によって得られるプリント電子機器を含んでよい。追加的または代替的に、電子機器２０４は、たとえば面実装型要素を含んでよい。たとえば、基板上に電子機器２０４を機械的に固定するために、接着剤が利用されてよい。接着剤および／またはハンダ付けなどの導電性材料が、電気的接続および機械的接続をも確立するために適用されてよい。

部材２１６Ａおよび２１６Ｂは、電源要素を指す。電源要素２１６Ａ、２１６Ｂは、バッテリーまたは少なくともバッテリーのためのバッテリートレイもしくはバッテリーベイを含んでよい。バッテリーは、使い捨てまたは充電式でよい。通路およびハッチなどが、基板２０２および／またはそれに応じた別の層を成型する、および／または特定の寸法に合わせることによって、バッテリーに手を伸ばして交換するために提供され得る。

いくつかの実施形態において、電源要素は、コネクタおよび／もしくは配線などの少なくとも１つの要素もしくは構成要素２１６Ｂ、またはバッテリーを、構造体２００の周辺に含んでよく、バッテリーなどの外部電源との結合を可能にする。これら、またはいくつかの他の実施形態において、電源要素は、電源を要する電子機器２０４と近くに接続して位置される構成要素２１６Ａを備えてよい。部材２１６Ａ、２１６Ｂの両方が実装されている場合、それらを電気的に接続するために、中間配線または、たとえば導体トレースが利用され得る。

いくつかの実施形態において、圧電型変換器などの環境発電構成要素が、電源要素２１６Ａ、２１６Ｂに組入れられてよい。

いくつかの実施形態において、電子機器２０４の全てではないにしても少なくとも一部、および任意選択で、たとえば電源要素２１６Ａが、材料２０６Ａ、２０６Ｂの少なくとも２つの組重ねた層内で、好ましくはプラスチックで形成される。材料２０６Ａおよび２０６Ｂは、互いに同じであってよく、または互いに異なってもよい。

しかしながら、好ましくは少なくとも１つの成型層２０６Ｂが、電子機器２０４および任意選択で電源要素２１６Ａもまた覆うように、基板２０６Ｂ上に提供されている。成型層２０６Ｂは、基板２０２の全てを実質的に覆って延在してよい。さらに、下の電子機器と反対側の方向に面する成型層２０６Ｂの表面（上面）は、実質的に平坦であってよい。代替的に、表面は、凹部および突起部を伴う所望の立体形状を示すように成形されてよい。このような立体形状は、インソール／ソールタイプの適用に関し、たとえば人の足裏を好都合に収納し、順応し、かつ／または支持するように構成され得る。いくつかの他の使用ケースにおいて、形状は、ヘルメットのライナーまたはシェルのような接触要素の形状と最良に協働するように構成され得る。

可撓性基板２０２は、層２０６Ｂを確立する材料を入れる鋳型の中に入れた挿入物として基板を配置した、射出成型を使用する層２０６Ｂによってオーバーモールドされ得る。任意選択で、マルチショット成型方法が、複数の成型層および任意選択の材料とともに適用されてよい。

層２０６Ａ、２０６Ｂの材料は、たとえば熱可撓性物質、エラストマー、および／またはＰＭＭＡのようなポリマー材のような、基板フィルム２０２と同様の材料を含んでよい。材料は、所定の可撓性と、たとえば目標設置環境下に適合し、および／または、たとえばフットウェアまたは帽子に関して、材料が直接または間接に人の体もしくは特に皮膚と接触し得る場合のユーザー体験を追加する緩衝特性と、を示す伸縮性のある可撓性材料を含んでよい。

任意選択で、電子機器２０４の少なくとも一部、および任意選択で電源要素２１６Ａが、基板２０２上でサブアセンブリまたはサブシステムとして提供されている。まずサブアセンブリが、別個の「二次」基板２０２Ｂ上に準備されてよく、それから、二次基板２０２Ｂおよび関連する電子機器が一式として基板２０２上に提供され、電気的かつ機械的に固定される。たとえば、接着剤、ハンダ付け、導電性接着剤などが、たとえば熱および圧力を利用する固定方法に加えて、または代わりに、使用され接合してよい。任意選択で、サブアセンブリが基板２０２上に設置される前に、サブアセンブリはオーバーモールド２０６Ａされる。代替的に、このような任意選択のオーバーモールド２０６Ａは、サブアセンブリが基板２０２上に配設された後に実行され得る。

基板２０２の下に、保護層および／または絶縁層のような別の層２１０が提供され得る。層２１０は、任意選択で、基板およびバッテリーまたはそのＵＩなどの要素に接近するための開口を含んでよい。

同様に、少なくとも１つの上層２１２が提供され得る。上層２１２は、保護機能、美的機能、絶縁機能、緩衝／減衰機能、触感機能（所望の感覚および／または摩擦特性の提供）、およびたとえば美観機能を有してよい。層２１２は、すでに上述した材料を含んでよい。層２１２は、たとえばテキスタイル、生物物質（たとえば革）、またはゴムもしくはゴムタイプの材料を、さらに含んでよい。しかしながら、層２１２が存在する場合、静電容量の感知、および本発明とともに使用される他の可能性のある感知方法が使用できるように、寸法が決められ、かつ材料に関しても構成されることになる。

静電容量の計測に説明を戻すと、たとえば静電容量、静電容量の変化、または「相対的な」静電容量は、提案された配置によって決定され得る。なぜなら、いくつかのパッド２０８が、少なくとも１つの層（任意選択で、パッド２０８は、たとえばいくつかの重複する層の立体構成で配置され得る）、この場合少なくとも成型層２０６Ｂが、ユーザーの導電性の体または他の導体を、絶縁体を介して静電容量結合するいくつかの電極を画定するために提供され得るからである。電圧がパッド２０８に印加されて静電界をもたらし、それから、人の足裏、指などの導体２１４をパッド２０８の近傍に導き、コンデンサが形成される。

次に、計測した静電容量の変化が、パッド２０８に対する導体の距離などの位置に応答する。導体は、横方向すなわち基板フィルム２０２によって画定される面に実質的に沿って、その面に空間的に分配される複数のパッド２０８を提供することを介し、および関連する静電容量を監視することによって、さらに位置付けられ得る。したがって、少なくともパッドレベルの解像度が、静電容量／圧力の表示を位置付けるために得られてよい。

代替的または追加的に、単一の電極または単一の電極として働く領域、として考慮する代わりに、単一のパッド（領域）が、複数の電極（独立して電圧源に接続される導体）によって電気的に働く。それによって位置付けは、同じパッドに接続される個々の電極（たとえば電極電流）を監視することに基づき得る。

したがって、提案された構造体は、実施形態に依拠し、静電容量の変化の他に、たとえば圧力（の変化）、動き、重量移動、姿勢、および同じデータを利用して導出できる種々の他のパラメータの表示を検出するよう、構成され得る。別のセンサーが構造体に実装される場合、別の変数が監視のために利用可能となり得る。たとえば、温度センサーは温度データを、および加速度計は加速度データ、およびそこから導出できる速度データのようなデータを、提供してよい。

明確に示すために、層２１０、２１２が、基板２０２および成型プラスチック２０６Ｂから離して図示されている。実際の状況において、層２１０、２１２は、好適な積層技法また成型技法によって、基板２０２およびプラスチック２０６Ｂに接続され得る。たとえば、接着剤、熱、および／または圧力が利用され得る。

図３は、フットウェアにおける本発明の一実施形態を、上側断面で示す概観（ビュー）３００である。図２の実施形態のような本発明の実施形態による多層構造体は、靴のソールまたはインソールの少なくとも一部を確立し得る。任意選択で互いに異なるサイズおよび／または形状の、複数のセンサーパッド領域２０８は、基板上に印刷され得る。電圧がそれらに供給されて、静電容量の感知のための電極を確立し得る。

人の足裏の異なる領域に、構造体の専用センサーパッド２０８が取付けられてよい。たとえば、ユーザーの足の親指の付け根領域または他の既定の領域に、少なくとも１つの専用の、位置に関して整合するパッド２０８（概念的参照の図における上部のパッドを参照）が基板上に取付けられてよく、その一方で、たとえばかかと領域に少なくとも１つの他の専用パッド２０８（図の最下部のパッド）が提供され得る。

したがって単一のセンサーパッドのみまたは集合として考慮される複数のセンサーパッドによって、センサーデータを使用して導き出せる一般の特性に加えて、人の足裏の圧力分布、分布の変化、姿勢などによってソール／インソールに加えられる、全てのまたは平均圧力などが、データから推定され得る。小児の条件でも、任意選択で平坦な足でも、データに基づいて推定され得る。

図４は本発明による方法の実施形態を開示する、フロー図４００である。

階層状の多層構造体を製造する方法の開始において、開始段階４０２が実行され得る。開始段階４０２の間、材料と構成要素とツールとの選択、取得、較正、および他の構成のような必要な作業が実行され得る。個々の要素および材料の選択をともに実施して、選択した製造および設置プロセスを生かすような、特別な注意を払うことが必要であり、これは当然ながら、事前に製造プロセス仕様および構成要素のデータシートを基に、または、たとえば製造した試作品の調査および試験を行うことによって、好ましく検査される。成型／ＩＭＤ（鋳型装飾）、積層、接合、熱成型、および／または印刷設備などの、使用される設備はとりわけ、この段階における運用状況に対して取り決められてよい。

４０４において、電子機器を受入れるための少なくとも１つの、好ましくは可撓性基板フィルムが入手される。たとえばプラスチックフィルムのロールなどの、基板材料の既成の要素が取得され得る。いくつかの実施形態において、基板フィルム自体は、所望の開始材料から成型または他の方法によって、初めから組織内で製造され得る。任意選択で、基板フィルムは処理される。たとえば基板フィルムには、開口、凹部、切込みなどが提供され、たとえばそれらを介して電気的および／または光学的に導電接続の提供が可能となる。

４０６において、１つまたは複数のセンサーパッドが基板上に印刷される。インクまたは塗料などのプリント導体材料で被覆された、基板表面上の既定の領域が、パッドを確立し得る。たとえば、スクリーン、インクジェット、フレキソ印刷、グラビア印刷、またはオフセット平板印刷が利用され得る。

パッド、制御電子機器、および任意選択で電源要素などの異なる電気要素は、インクなどの導体材料のプリントトレースを使用して、機能的に接続され得る。

したがって４０８において、いくつかの導体トレースがフィルム上に提供され、パッドなどいくつかの電気駆動構成要素に電力を供給する。基板フィルムの一方または両側が、パッドを受入れるように構成されてよい。好ましくは少なくとも、足裏のような、使用中にその影響をパッドによる計測を介して監視されるべき外部要素に面する側には、１つまたは複数のパッドが提供される。フットウェアの適用において、その側は、ユーザーの足に面するソール／インソールの既定の上側となる。

基板の材料（適用可能な材料の様々な例は、前述ですでに列挙されている）によって、トレースは好適な技法を使用して形成されてよく、スクリーン印刷またはインクジェットのようなプリント電子機器を基にした技法が好ましい。代替的に、たとえばエッチングによる方法を考慮できる。

４１０において、プリントパッドを利用する計測などを制御するための電子回路などの電子機器、任意選択で１つまたは複数のＩＣが、提供される。基板フィルムの一方または両側が、電子機器を受入れるように構成されてよい。さらにプリント電子技術が、直接フィルム上に、構成要素の少なくとも一部の実際の製造に適用されてよい。代替的または追加的に、ＳＭＤ（面実装装置）および／または受動的構成要素のような、いくつかの既成の構成要素がフィルムに構成されてよい。接着剤が機械的装着に利用されてよく、一方でハンダ付けおよび導電性インクが、要素間を電気的に接続するために実施可能である。

部材４１１は、１つもしくは複数のサブシステム、または、ＩＣおよび／もしくは種々の構成要素などの電子機器が提供された、初めは別個である二次基板を組入れ得る「サブアセンブリ」の、任意選択の装着を指す。多層構造体の電子機器の少なくとも一部または全ては、このようなサブアセンブリを介して基板フィルムに提供され得る。任意選択で、メインの基板に装着される前に、サブアセンブリは、保護プラスチック層によって少なくとも一部をオーバーモールドされてよい。たとえば、接着剤、圧力および／または熱が、サブアセンブリを一次（ホスト）基板に機械的に接合するために使用されてよい。ハンダ付け、配線、および導電性インクは、サブアセンブリの要素と一次基板上の残りの電気的要素との間の電気的接続を提供するための、適用可能な選択肢の例である。

４１２において、構造体が使用中の場合、バッテリーおよび関連の導体、ならびに／または必要な配線を伴う外部電源へのコネクタなどの電源要素が、電子機器の少なくとも一部に電力を手配するために提供される。任意選択で、バッテリーは充電式タイプであり、外部電源を使用して充電してよい。いくつかの実施形態において、エネルギーを電子機器に、および／またはバッテリーの充電のために供給するために、いくつかの環境発電要素が構造体に提供されてよい。このような環境発電要素は、たとえば圧電変換器または熱電変圧器を含んでよい。

４１４において、少なくとも１つのプラスチック層が、基板フィルムおよびその上の電子機器の上に成型される。基板フィルムは、その一方または両側をプラスチックによって実質的に覆われてよい。

いくつかの実施形態において、成型段階の前または成型段階中に、任意選択ですでに電子機器を含んでいる基板フィルムが、（熱）形成され得る。（熱）形成可能な材料を含む基板は、たとえばフットウェアの内部、ヘルメット、または圧縮シャツなどのシャツか、（圧縮）半ズボンか、もしくは一般的な（圧縮）ズボンか、などの他のいくつかのホスト衣類の目標環境下に、良好に適合するよう成形されてよい。代替的または追加的に、基板は、たとえば人の足裏を人間工学的に受入れるように成形されてよい。

結果として得られる階層状構造体の全厚さに関しては、製造およびその後の使用という点で、必要な強度を提供する使用材料および関連する最小材料厚さに大きく依拠する。これらの態様は、逐条的に考察されるべきである。たとえば構造体の全厚さは、約１ｍｍであり得るが、より厚くまたはより薄くても十分実施可能である。

項目４１６は、考えられる後処理の作業を指す。別の層が、多層構造体に追加されてよい。構造体は、フットウェア、ヘルメット、圧縮衣類、他の衣類など、ホスト装置またはホスト要素に設置されてよい。

種々の方法の項目を実行する順番は、実施形態および使用ケースによって変化し得ることを、当業者は理解するであろう。たとえば、いくつかの実施形態において、トレース４０８がパッド４０６より先に提供されてよく、またはトレースとパッドが交互に製作されてよい。しかし電源要素４１２は、（他の）電子機器４１０より先に提供されてよく、またはともに提供されてよい。

本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲とその同等物とによって決定される。開示された実施形態が単に例示目的であると解釈されることは、当業者は理解するであろう。本明細書で検討した、提案されたソリューションの革新のコアは、別の実施形態、実施形態の組合せ、変更、および各実生活における使用により良好に適合させる同等物を網羅する。提供された多層構造体に関して、いくつかの実施形態において、たとえば構築は、層毎に１つだけのタイプの代わりに、複数の基板および／または、上に重なる複数のプラスチック層を含んでよい。同様の層が互いに隣接してよく、その間に異なる層を有するか、または多層構造体内に他の構成を確立してよい。上記で明確に検討していないいくつかの別の層、たとえば熱的、電気的、化学的、さもなければ絶縁／遮蔽の、導電性層または活性層が含まれ得る。ある場合において、センサーパッドおよび／または導体トレースが、プリント電子機器技術以外の技法を使用して提供され得る。たとえば、沈着（または他の添加剤技術）およびエッチング（または他のサブトラクティブ技法）が考慮され得る。

１００ 構造体
１０２ 基板、ベース基板
１０４ 絶縁層
１０６ 感知層
１０８ 絶縁層
１１０ 感知層
１１２ 保護層
２００ 構造体
２０２ 基板、基板フィルム
２０２Ｂ 二次基板
２０４ 電子機器
２０５ 導体トレース
２０６Ａ 材料、オーバーモールド
２０６Ｂ 材料、プラスチック、成型層、成型プラスチック
２０８ パッド、センサーパッド、
２１０ 層
２１２ 層、上層
２１３ データインターフェース
２１４ 導体
２１６Ａ 電源要素
２１６Ｂ 電源要素
３００ 構造体
４００ フロー図
４０２ 開始
４０４ 基板の入手
４０６ センサーパッドの提供
４０８ トレースの提供
４１０ 構成要素／電子機器の提供
４１１ サブアセンブリの確立、成型、装着
４１２ 電源要素の提供
４１４ 成型
４１６ 後処理
４１８ 終了

Claims (14)

1. 衣類のための多層構造体（２００、３００）であって、
   電子機器を受入れる可撓性基板フィルム（２０２）と、
   プリント電子技術（例えばスクリーン印刷またはインクジェット）を利用して前記可撓性基板フィルム上に提供される、いくつかの可撓性センサーパッド（２０８）と、
   前記多層構造体が受ける圧力の表示を得るための前記いくつかの可撓性センサーパッドを介する静電容量の計測を制御するために、前記可撓性基板フィルム上にさらに提供される、少なくとも１つの電子回路（２０４）（例えば集積回路）と、
   前記少なくとも１つの電子回路と、前記いくつかの可撓性センサーパッドとを電気的に接続するために、前記可撓性基板フィルム上にさらに印刷される、いくつかの導体トレース（２０５）と、
   前記少なくとも１つの電子回路を含む電気駆動構成要素に電力を供給するための電源要素（２１６Ａ、２１６Ｂ）と、
   前記可撓性基板フィルム上に成型される、少なくとも１つのプラスチック層（２０６Ｂ）であって、前記いくつかの可撓性センサーパッド、前記いくつかの導体トレース、および前記少なくとも１つの電子回路を実質的に埋め込む、少なくとも１つのプラスチック層（２０６Ｂ）とを備える、多層構造体。
2. 少なくとも１つの前記可撓性センサーパッドと、外部導体要素との間の静電容量を監視するよう構成され、前記外部導体要素（例えばユーザーの足裏）は、前記多層構造体上に配置されて前記可撓性センサーパッドの少なくとも１つとともにコンデンサを機能的に形成する、請求項１に記載の多層構造体。
3. 前記圧力の表示を可能にするために、前記いくつかの可撓性センサーパッドが、少なくとも実質的に二次元構成（例えば前記可撓性基板フィルム上の可撓性センサーパッドの実質的に平坦な構成）を、画定する複数の可撓性センサーパッドを含む、請求項１または２に記載の多層構造体。
4. 前記いくつかの可撓性センサーパッドの内の１つの可撓性センサーパッドに、前記可撓性センサーパッドによって画定されるセンサー領域内の前記圧力を表示できるように、複数の電極が提供される、請求項１から３のいずれか１項に記載の多層構造体。
5. 前記少なくとも１つの電子回路が集積回路（例えばマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、プログラム可能論理チップ、または単一のプロセッサ）を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の多層構造体。
6. 前記少なくとも１つの電子回路が、計測データまたはそれから導出したデータを記憶するためのメモリーを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の多層構造体。
7. 前記少なくとも１つの電子回路が、外部の電子要素と通信するためのデータインターフェースを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の多層構造体。
8. 前記電源要素が、バッテリー、使い捨てバッテリー、充電式バッテリー、バッテリーへのコネクタ、外部電源との結合のためのコネクタ、環境発電要素、および圧電型変換器から成るグループから選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の多層構造体。
9. 前記少なくとも１つの電子回路の前記電子機器の少なくとも一部が、当初、別個の基板を伴うサブアセンブリを画定し、かつ当該サブアセンブルとして提供されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の多層構造体。
10. 前記多層構造体が、前記少なくとも１つの電子回路の前記電子機器の少なくとも一部の上に成型される、初期のプラスチック層をさらに備え、少なくとも１つの前記プラスチック層の成型中に、前記プラスチック層内に埋め込まれた前記電子機器の前記少なくとも一部を保護する、請求項１から９のいずれか１項に記載の多層構造体。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の多層構造体を備える、衣類。
12. 前記衣類が圧縮衣類である、請求項１１の衣類。
13. 前記衣類がフットウェアである、請求項１１の衣類。
14. 衣類（例えばフットウェアまたは圧縮衣類）のための多層構造体を製造する方法（４００）であって、
    電子機器を受入れる可撓性基板フィルムを入手するステップ（４０４）と、
    プリント電子技術（例えばスクリーン印刷またはインクジェット）を利用して、前記可撓性基板フィルム上にいくつか可撓性センサーパッドを印刷するステップ（４０６）と、
    少なくとも前記可撓性センサーパッドを少なくとも１つの電子回路に電気的に接続するために、前記可撓性基板フィルム上にいくつかの導体トレースを印刷するステップ（４０８）と、
    前記多層構造体が受ける圧力の表示を得るための前記いくつかの可撓性センサーパッドを介する静電容量の計測を制御するために、前記可撓性基板フィルム上に前記少なくとも１つの電子回路（例えば集積回路）を提供するステップ（４１０）と、
    前記電子回路を含む電気駆動構成要素に電気を供給するための電源要素を提供するステップ（４１２）と、
    前記可撓性基板フィルム上に、少なくとも１つのプラスチック層を成型するステップ（４１４）であって、前記いくつかの可撓性センサーパッド、前記いくつかの導体トレース、および前記少なくとも１つの電子回路を実質的に埋め込む、少なくとも１つのプラスチック層を成型するステップ（４１４）と、を備える方法。