JP6880930B2

JP6880930B2 - センサー

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Publication number: JP6880930B2
Application number: JP2017069353A
Authority: JP
Inventors: 知之鎌倉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-06-02
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Description

本発明は、センサーに関するものである。

例えば、特許文献１には、伸縮可能な絶縁ベース材に伸縮可能な配線部が設けられている伸縮可能回路体と、伸縮可能回路体の所定領域に積層される伸縮不能の部品実装用基板とを有するフレキシブル回路基板が開示されている。このような構成によれば、配線が伸縮可能となり、ロボット等の可動部に好適に用いることができる。

特開２０１３−１４５８４２号公報

しかしながら、引用文献１のフレキシブル回路基板では、絶縁ベース材の伸縮が繰り返されることで配線部の抵抗が初期値から変動してしまう。そのため、例えば、特許文献１のフレキシブル回路基板を配線部の伸縮に伴う抵抗値変化に基づいて、人間、ロボット等の動きを検出するモーションセンサーに適用した場合、その動きを高い精度で検出することができない。

本発明の目的は、配線の伸縮による抵抗値変化を高い精度で検出することのできるセンサーを提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。

本発明のセンサーは、伸縮性を有する伸縮基体と、
前記伸縮基体に配置されている配線と、を有し、
前記配線は、第１配線と、前記伸縮基体の伸張による抵抗値変化が前記第１配線よりも大きい第２配線と、を有することを特徴とする。
これにより、配線の伸縮による抵抗値変化を高い精度で検出することのできるセンサーが得られる。

本発明のセンサーでは、前記第１配線の抵抗値に応じて、前記第２配線の抵抗値を補正し、前記補正した後の前記第２配線の抵抗値に基づいて前記伸縮基体の伸縮を検出する検出部を有することが好ましい。
これにより、第１配線および第２配線の抵抗値を外部へ出力することなく、センサー内で伸縮基体の伸縮を検出することができる。したがって、利便性の高いセンサーとなる。

本発明のセンサーでは、前記検出部は、前記第１配線の抵抗値に応じて、前記配線の劣化を検出することが好ましい。
これにより、センサーは、使用者にセンサー自体の交換や配線の交換、修復等を促すことができる。そのため、検出精度の低下したセンサーが使われ続けることが防止され、より高い信頼性を発揮することができる。

本発明のセンサーでは、前記伸縮基体の伸張に対する前記第１配線の配線長の変化は、前記第２配線の配線長の変化よりも小さいことが好ましい。
これにより、第１配線の伸縮基体の伸縮に起因する抵抗値変化を小さく抑えることができる。

本発明のセンサーでは、前記第１配線は、形状的な変形によって前記伸縮基体と共に伸縮し、
前記第２配線は、弾性変形によって前記伸縮基体と共に伸縮することが好ましい。
これにより、第１配線によって伸縮基体の伸縮以外に起因する抵抗値変化を検出することができる。

本発明のセンサーでは、前記第１配線および前記第２配線は、同じ材料で構成されていることが好ましい。
これにより、第１配線と第２配線の伸縮基体の伸縮以外の要因に起因した抵抗値変化の度合いを等しくすることができる。

本発明のセンサーでは、前記第１配線および前記第２配線は、並設されており、
前記第１配線の両端部の離間距離と、前記第２配線の両端部の離間距離とが等しいことが好ましい。
これにより、伸縮基体が伸縮した際の離間距離の変化量を第１配線と第２配線とで等しくすることができる。

本発明のセンサーでは、前記配線は、前記伸縮基体の伸張に対する抵抗変化率が互いに異なる複数の前記第２配線を有することが好ましい。
これにより、複数の第２配線の抵抗値変化に基づいて伸縮基体の伸縮を検出することができるため、例えば、第２配線が１本の場合と比較して、精度よく、伸縮基体の伸縮を検出することができる。

本発明のセンサーでは、前記複数の第２配線は、互いに長さが異なることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、複数の第２配線の伸縮基体の伸張に対する抵抗値変化を異ならせることができる。

本発明のセンサーでは、前記複数の第２配線は、互いに横断面積が異なることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、複数の第２配線の伸縮基体の伸張に対する抵抗値変化を異ならせることができる。

本発明の第１実施形態に係るセンサーを示す平面図である。図１に示すセンサーの装着状態を示す図である。センシング配線の伸張量と抵抗変化率との関係を示すグラフである。図１中のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第２実施形態に係るセンサーを示す平面図である。本発明の第３実施形態に係るセンサーを示す平面図である。本発明の第４実施形態に係るセンサーを示す平面図である。図７中のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の第５実施形態に係るセンサーを示す平面図である。図９中のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明のセンサーを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサーを示す平面図である。図２は、図１に示すセンサーの装着状態を示す図である。図３は、センシング配線の伸張量と抵抗変化率との関係を示すグラフである。図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。

図１に示すセンサー１は、可動体に装着して用いられ、可動体の動きを検出するモーションセンサーとして利用可能なウェアラブル端末である。なお、可動体としては、特に限定されず、例えば、人間を含む各種動物、関節を有する各種ロボット等、自動車、飛行機等の各種移動体が挙げられる。なお、本実施形態では、説明の便宜上、図２に示すように、可動体が人間Ｈであり、センサー１をひじの関節Ｊを跨いで腕に配置する場合を例に挙げて説明する。

図１に示すように、センサー１は、第１基体２と、第１基体２に設けられたモーション検出部３（検出部）と、第２基体４と、第２基体４に設けられた機能部５と、第１基体２と第２基体４との間に位置し、これらを接続する伸縮基体６と、伸縮基体６に設けられた配線７と、これら各部を覆う被覆部１０と、を有している。図２に示すように、センサー１は、伸縮基体６が関節Ｊを跨ぎ、第１基体２が上腕に固定され、第２基体４が前腕に固定されるようにして人間Ｈの皮膚に装着される。これにより、関節Ｊの曲げ伸ばしに基づいて配線７が伸縮基体６と共に伸縮し、その伸縮度合いに応じて配線７の抵抗値が変化する。そして、この配線７の抵抗値変化に基づいて、モーション検出部３が伸縮基体６の伸縮を検出する。これにより、関節Ｊの曲げ伸ばしを検出することができる。以下、このようなセンサー１について詳細に説明する。

第１基体２および第２基体４は、それぞれ、硬質なリジッド基板で構成されている。このような第１基体２および第２基体４としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、プリント配線基板で用いられるようなガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板、セラミックス基板等を用いることができる。ただし、第１基体２および第２基体４は、それぞれ、可撓性を有するフレキシブル基板で構成されていてもよい。

伸縮基体６は、前述したように、関節等、動きを検出したい箇所に貼り付けられる部位である。このような伸縮基体６は、伸縮性さらには可撓性を有し、装着時に人間Ｈの皮膚の表面に倣って変形可能であり、また、関節Ｊの動きに応じて伸縮可能である。また、伸縮基体６は、伸縮方向（第１基体２と第２基体４とが並ぶ方向）に長尺な長手形状であり、その一端部は、第１基体２に接続、固定された第１固定部６Ａとなり、他端部は、第２基体４に接続、固定された第２固定部６Ｂとなっている。なお、伸縮基体６の形状は、特に限定されない。

このような伸縮基体６の構成材料としては、伸縮性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料等を用いることができる。また、伸縮基体６は、２層以上を積層した積層体であってもよい。この場合、上記材料のうちの異なる材料の層を積層したものが挙げられる。

図１に示すように、伸縮基体６には配線７が設けられている。配線７は、第１配線としてのリファレンス配線７１（基準配線）および第２配線としてのセンシング配線７２（検出配線）を有している。また、センシング配線７２は、配線長が互いに異なる第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５を有している。これらリファレンス配線７１、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５は、伸縮基体６の幅方向（図１中縦方向）に並んで配置されており、それぞれ、伸縮基体６の伸縮方向（長手方向。図１中横方向）に沿って配置されている。なお、センシング配線７２は、少なくとも１本設けられていればよく、例えば、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５のうちの１本または２本を省略してもよい。また、センシング配線７２は、４本以上であってもよい。

また、図示しないが、伸縮基体６上には、配線７を覆うように絶縁被覆層が配置されており、絶縁被覆層は、伸縮基体６と同等の伸縮性を有し、この絶縁被覆層によって配線７が保護されていると共に、断線や短絡が抑制されている。

また、配線７１、７３、７４、７５は、それぞれ、ほぼ等しい横断面形状を有している。なお、本実施形態では、配線７１、７３、７４、７５の横断面形状が矩形であるが、横断面形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、半円形等であってもよい。また、配線７１、７３、７４、７５の少なくとも１つが他の配線と異なる横断面形状を有していてもよい。

また、配線７１、７３、７４、７５は、それぞれ、伸縮性を有し、伸縮基体６の伸縮と共に伸縮し、伸縮基体６の伸張によっても断線しない構成となっている。また、配線７１、７３、７４、７５の構成材料としては、特に限定されないが、伸縮性（弾性）を有するポリマーに導電性材料を添加したものが好ましい。伸縮性を有するポリマーとしては、例えば、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料等が挙げられる。導電性材料としては、例えば、金属系（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ）、金属酸化物系（例えば、ＳｎＯ_２／Ｓｂドープ、Ｉｎ_２Ｏ_３／Ｓｎドープ、ＺｎＯ／Ａｌドープ）、カーボン系（例えば、導電性カーボンブラック、グラファイト）の各種導電性フィラーまたは各種導電性ポリマーが挙げられる。また、上述した材料にセルロースナノファイバー、カーボンナノファイバーなどを添加することもでき、この場合には、導電性の向上と共に、配線の補強効果が発揮され、断線し難い配線７１、７３、７４、７５が得られる。

また、図１に示すように、４本の配線７１、７３、７４、７５は、両端の離間距離Ｄが互いに等しい。なお、「離間距離Ｄが互いに等しい」とは、互いの離間距離Ｄが完全に一致する場合の他、互いの離間距離Ｄに製造上不可避的に生じ得る僅かな誤差（例えば、離間距離Ｄの±５％以内程度の誤差）が生じている場合も含む概念である。

また、各配線７１、７３、７４、７５の一端部は、それぞれ、第１固定部６Ａに位置する端子８Ａを構成し、この端子８Ａを介してモーション検出部３と電気的に接続されている。また、各配線７１、７３、７４、７５の他端部は、それぞれ、第２固定部６Ｂに位置する端子８Ｂを構成しており、この端子８Ｂを介して機能部５と電気的に接続されている。

第１固定部６Ａは、第１基体２に固定されているためその伸縮が抑制されている。そのため、第１固定部６Ａに各配線７１、７３、７４、７５の端子８Ａを配置することにより、伸縮基体６の伸縮に伴って端子８Ａに引張応力が作用して断線することが抑制され、各配線７１、７３、７４、７５とモーション検出部３との接続状態を良好に維持することができる。同様に、第２固定部６Ｂは、第２基体４に固定されているため、その伸縮が抑制されている。そのため、第２固定部６Ｂに各配線７１、７３、７４、７５の端子８Ｂを配置することにより、伸縮基体６の伸縮に伴って端子８Ａに引張応力が作用して断線することが抑制され、各配線７１、７３、７４、７５と機能部５との接続状態を良好に維持することができる。

また、図１に示すように、リファレンス配線７１は、蛇行形状（波形状）をなし、離間距離Ｄよりも長い配線長（直線状に伸ばした場合の両端の離間距離）を有している。また、第１センシング配線７３は、直線形状をなし、離間距離Ｄとほぼ等しい配線長を有している。また、第２センシング配線７４は、蛇行形状をなし、離間距離Ｄよりも長く、かつ、第１センシング配線７３よりも長い配線長を有している。また、第３センシング配線７５は、蛇行形状をなし、離間距離Ｄよりも長く、かつ、第２センシング配線７４よりも長い配線長を有している。ただし、リファレンス配線７１の形状は、配線長が離間距離Ｄよりも長ければ、特に限定されず、例えば、三角波形状や螺旋状であってもよい。また、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の形状も、前述した配線長の関係を維持していれば、特に限定されない。

また、リファレンス配線７１および第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５は、それぞれ、自然状態での抵抗値が等しくなるように設計されている。これにより、後述するようなモーション検出部３による補正をより正確に行うことができる。なお、「抵抗値が等しい」とは、抵抗値が完全に一致する場合の他、製造上不可避的に発生する僅かな誤差を有する場合を含む概念である。ただし、リファレンス配線７１および第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５のうちの少なくとも１本は、他の配線と抵抗値が異なっていてもよい。

リファレンス配線７１は、伸縮基体６が伸縮しても実質的に弾性変形（配線長および横断面積の変化）が生じず、伸縮基体６の伸縮に伴って実質的に形状変形（例えば、蛇行した形状が真っ直ぐに延びるような変形であって、実質的に弾性変形を伴わない変形）が生じる配線である。これに対して、センシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、伸縮基体６が伸縮すると、これに応じた弾性変形（配線長および横断面積の変化）が生じる配線である。

リファレンス配線７１は、その配線長および横断面積（幅Ｗ×厚さＴ）を実質的に一定に保ちつつ伸縮基体６の伸縮に追従するため、伸縮基体６の伸縮によってはその抵抗値が実質的に変化しない。一方、センシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、その配線長および横断面積（幅Ｗ×厚さＴ）を変化させつつ伸縮基体６の伸縮に追従するため、伸縮基体６の伸縮によって抵抗値が変化する（伸縮基体６が伸張すれば抵抗値が上がり、反対に、収縮すれば抵抗値が下がる）。

すなわち、センシング配線７２は、伸縮基体６の伸張による抵抗値変化がリファレンス配線７１よりも大きい。本実施形態では、リファレンス配線７１は、伸縮基体６の伸縮によっても抵抗値が変化しないが、抵抗値が変化してもよく、この場合は、伸縮基体６を自然状態（外力が実質的に加わっていない状態）から所定長さ伸張させた場合のリファレンス配線７１の抵抗値変化がセンシング配線７２の抵抗値変化よりも小さければよい。具体的には、伸縮基体６が自然状態のときの抵抗値をΩ１とし、伸縮基体６が所定長さ伸張した状態での抵抗値をΩ２としたとき、リファレンス配線７１の抵抗値変化ΔΩ７１（Ω１−Ω２）がセンシング配線７２の抵抗値変化ΔΩ７２（Ω１−Ω２）の１／１０以下であることが好ましく、１／１５以下であることがより好ましく、１／２０以下であることがさらに好ましい。これにより、センシング配線７２の伸縮基体６の伸縮に伴う抵抗値変化を十分に小さく抑えることができる。

なお、前述したように、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５は、互いに配線長が異なっている。そのため、図３に示すように、伸縮基体６が伸縮した際の抵抗値変化（抵抗変化率）が互いに異なっている。より具体的には、第１センシング配線７３は、３本の配線７３、７４、７５のうちで最も配線長が短く、伸縮基体６が伸縮した際の配線長の変化量が最も大きいため、抵抗値変化が最も大きくなる。これに対して、第３センシング配線７５は、３本の配線７３、７４、７５のうちで最も配線長が長く、伸縮基体６が伸縮した際の配線長の変化量が最も小さいため、抵抗値変化が最も小さくなる。そして、第２センシング配線７４は、第１センシング配線７３と第３センシング配線７５の間の抵抗値変化となる。

このようなリファレンス配線７１およびセンシング配線７２のうち、センシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、伸縮（弾性変形）による抵抗値変化に基づいて伸縮基体６の伸縮を検出する配線である。しかしながら、センシング配線７２の抵抗値は、伸縮基体６の伸縮以外の要因（環境温度、環境湿度、経時的な劣化等）によっても変化するため、センシング配線７２の抵抗値変化に基づいても、伸縮基体６の伸縮を精度よく検出することができず、その精度も経年的に低下してゆく。

そこで、センサー１では、伸縮基体６の伸縮以外の要因（例えば、経時劣化）に起因した抵抗値変化を検出（参照）するためのリファレンス配線７１を設けている。リファレンス配線７１は、伸縮基体６の伸縮によっても抵抗値が変化しないため、リファレンス配線７１の抵抗値変化は、伸縮基体６の伸縮以外の要因に起因した抵抗値変化であると見做すことができる。よって、モーション検出部３は、センシング配線７２の抵抗値をリファレンス配線７１の抵抗値に基づいて補正することで、伸縮基体６の伸縮以外の要因に起因した抵抗値変化をキャンセルすることができ、より精度よく、伸縮基体６の伸縮、すなわち人間Ｈの動きを検出することができる。

なお、本実施形態では、抵抗値変化を、当該配線（センシング配線７２およびリファレンス配線７１）において、例えば関節Ｊの曲げ伸ばし等による外部応力が印加されない状態での抵抗値をＲとし、外部応力が印加され、伸縮基体６が伸張した状態での抵抗値をＲ’としたとき、Ｒ／Ｒ’で表される抵抗変化率としている。本発明においてはこれに限定されず、例えば抵抗値変化をＲ−Ｒ’で表される抵抗変化量としてもよい。

このようなリファレンス配線７１およびセンシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、実質的に同じ材料で構成されている。これにより、リファレンス配線７１とセンシング配線７２の伸縮基体６の伸縮以外の要因に起因した抵抗値変化の度合い（条件）を等しくすることができる。そのため、より精度よく、リファレンス配線７１の抵抗値に基づいてセンシング配線７２の抵抗値を補正（すなわち、伸縮基体６の伸縮以外の要因に起因した抵抗値変化をキャンセル）することができる。なお、前記「同じ材料」とは、材料が完全に一致する他に、例えば、成分の含有量や僅かに異なる場合、一方に他方には含まれていない材料が僅かに含まれている場合等、製造上不可避的に発生する僅かな誤差を有する場合も含まれる概念である。ただし、リファレンス配線７１およびセンシング配線７２は、同じ材料で構成されていなくてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。

また、前述したように、リファレンス配線７１およびセンシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、離間距離Ｄが等しい。これにより、伸縮基体６の伸縮に伴うリファレンス配線７１およびセンシング配線７２の変形量（離間距離Ｄの変化量）を実質的に等しくすることができる。そのため、例えば、伸縮が繰り返されることによる配線７１、７２の劣化具合の乖離を抑制することができる。よって、検出精度を高いレベルで長時間維持することができる。

ここで、リファレンス配線７１を伸縮基体６が伸縮しても弾性変形（配線長および横断面積の変化）が生じず、伸縮基体６の伸縮に伴って実質的に形状変形（波形状の周期および振幅の変化）が生じる配線とするために、図１および図４に示すように、伸縮基体６には、リファレンス配線７１の弾性変形による伸縮を規制（抑制）する規制部６９が設けられている。

図４に示すように、規制部６９は、膜状をなし、伸縮基体６とリファレンス配線７１との間に設けられている。すなわち、規制部６９は、伸縮基体６の平面視で、リファレンス配線７１と重なるように設けられている。規制部６９は、伸縮基体６よりも伸縮性に乏しく、特に本実施形態では実質的に伸縮性を有していない。また、図１に示すように、規制部６９は、その両端の離間距離ｄよりも長い全長を有している。特に、本実施形態では、リファレンス配線７１の形状に対応した蛇行形状（波形状）をなし、リファレンス配線７１に沿って伸縮基体６の長手方向に延在して配置されている。

このような規制部６９は、弾性変形によって伸縮基体６の伸縮に追従するのではなくて、形状変形（波形状の周期および振幅の変化）によって伸縮基体６の伸縮に追従する。そのため、この規制部６９上に位置するリファレンス配線７１についても、規制部６９と同様の変形をすることになり、弾性変形により伸縮基体６の伸縮に追従するのではなく、形状変形により伸縮基体６の伸縮に追従するようになる。このように、規制部６９を配置することで、簡単かつ確実に、リファレンス配線７１の弾性変形を抑制することができる。

なお、規制部６９の構成材料としては、特に限定されず、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、金、銀、銅、マンガン、アルミニウム、マグネシウム等の各種金属、またはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金等を用いることができる。これにより、より弾性変形し難い規制部６９が得られる。また、規制部６９を金属材料で構成すると、規制部６９を電気配線として利用することができる点でも有効である。なお、本実施形態では、図４に示すように、規制部６９とリファレンス配線７１とを絶縁するために、これらの間に層間絶縁膜６８が配置されている。ただし、規制部６９とリファレンス配線７１との絶縁方法としては、特に限定されず、例えば、伸縮基体６の一方側の面にリファレンス配線７１を配置し、他方側の面に規制部６９を配置し、これらを伸縮基体６によって絶縁してもよい。

モーション検出部３は、リファレンス配線７１およびセンシング配線７２の抵抗値変化に基づいて伸縮基体６の伸縮度合い（伸縮量）を検出し、さらに、伸縮基体６の伸縮量から関節Ｊの動きを検出する。

この検出方法について具体的に説明すると、例えば、モーション検出部３は、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の抵抗値とリファレンス配線７１の抵抗値とをリアルタイムで検出し、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の抵抗値をそれぞれリファレンス配線７１の抵抗値に基づいて補正する。なお、各配線７１、７３、７４、７５の抵抗値は、例えば、各配線７１、７３、７４、７５の両端の電圧、および電流から検出することができる。

具体的には、例えば、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の抵抗値からリファレンス配線７１の抵抗値またはこの抵抗値に所定の係数（配線７３、７４、７５毎に異なっていてもよい）をかけた値を引く（除する）。そして、モーション検出部３は、補正後の第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の抵抗値に基づいて伸縮基体６の伸縮量を検出する。

伸縮基体６の伸縮量の検出方法としては、特に限定されず、例えば、予め伸縮基体６が基準状態（例えば、関節Ｊが延びている状態での伸縮状態）における第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の補正後の抵抗値の平均値を求め、この平均値を基準値として記憶し、この基準値と、リアルタイムで検出される第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５の補正後の抵抗値の平均値とを比較することで、伸縮基体６の基準状態からの伸縮量を検出する方法が挙げられる。また、これとは別の方法として、例えば、予め伸縮基体６が基準状態での第１センシング配線７３と第３センシング配線７５との補正後の抵抗値の中央値を求め、この中央値を基準値として記憶し、この基準値と、リアルタイムで検出される第１センシング配線７３と第３センシング配線７５の補正後の抵抗値の中央値とを比較することで、伸縮基体６の基準状態からの伸縮量を検出する方法が挙げられる。

また、例えば、伸縮基体６の伸張量が小さい場合には第１センシング配線７３の補正後の抵抗値に基づいて伸縮基体６の伸縮量を検出し、これよりも伸縮基体６の伸張量が大きい場合には第２センシング配線７４の補正後の抵抗値に基づいて伸縮基体６の伸縮量を検出し、これによりもさらに伸縮基体６の伸張量が大きい場合には第３センシング配線７５の補正後の抵抗値に基づいて伸縮基体６の伸縮量を検出するように構成されていてもよい。すなわち、伸縮基体６の伸縮度合いによって、検出に用いる配線を変更してもよい。

モーション検出部３は、前述した伸縮基体６の伸縮を検出する機能に加えて、配線７の劣化を検出する機能を有している。配線７は、繰り返しの伸縮等よって経時的に劣化する。配線７が劣化し過ぎると、リファレンス配線７１の抵抗値を用いた補正を行っても、伸縮基体６の伸縮を精度よく検出することができないおそれがある。そこで、モーション検出部３は、配線７の劣化を検出し、センサー１が伸縮基体６の伸縮（人間Ｈの動き）を精度よく検出できる状態にあるか否かを判断できるように構成されている。これにより、センサー１は、使用者にセンサー１自体の交換や配線７の交換、修復等を促すことができる。そのため、検出精度の低下したセンサー１が使われ続けることが防止され、より高い信頼性を発揮することができる。

モーション検出部３による配線７の劣化を検出する方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、リファレンス配線７１の抵抗値に基づいて判断するように構成されている。具体的には、予めリファレンス配線７１の抵抗値の上限を定めて、この上限値を閾値として記憶しておき、現在のリファレンス配線７１の抵抗値が閾値以下であれば「劣化していない」と判断し、閾値を超えていれば「劣化している」と判断する方法が挙げられる。このような方法によれば、比較的簡単な構成で、配線７の劣化を検出することができる。なお、モーション検出部３は、例えば、光、音、振動等によって、配線７が劣化していることを報知する報知部を備えていてもよい。

機能部５は、例えば、モーション検出部３が検出した結果を記憶する記憶部５１、モーション検出部３が検出した結果を外部へ出力する通信部５２、センサー１の電源となるバッテリー５３等を有している。このような構成の機能部５は、例えば、伸縮基体６に配置された図示しない配線を介してモーション検出部３と電気的に接続されている。なお、記憶部５１としては、特に限定されず、例えば、フラッシュメモリー等を用いることができる。また、通信部５２の通信手段としては、特に限定されず、有線、無線を問わないが、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信を用いることが好ましい。なお、機能部５は、この他、必要に応じて、心電、筋電、体温、血圧、心拍等の生体情報を取得できる生体取得部を備えていてもよい。

図１に示すように、被覆部１０は、センサー１全体を覆っている。これにより、センサー１を衝撃、埃、水分等から保護することができ、センサー１の信頼性を高めることができる。また、被覆部１０は、伸縮基体６の伸縮を阻害しないように、例えば、伸縮基体６と同等またはそれ以上の伸縮性を有している。このような被覆部１０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料等を用いることができる。

また、被覆部１０の表面には、図示しない粘着層が配置されており、この粘着層によってセンサー１を人間Ｈに装着することができるようになっている。ただし、センサー１の装着方法としては、特に限定されず、例えば、バンド（ベルト）を用いて人間Ｈに装着してもよい。

以上、センサー１について説明した。このようなセンサー１は、前述したように、伸縮性を有する伸縮基体６と、伸縮基体６に配置されている配線７と、を有し、配線７は、リファレンス配線７１と、伸縮基体６の伸縮による抵抗値変化（抵抗変化率）がリファレンス配線７１よりも大きいセンシング配線７２と、を有している。これにより、リファレンス配線７１によって配線７の伸縮以外の要因による抵抗値変化を検出することができる。そのため、リファレンス配線７１の抵抗値に基づいてセンシング配線７２の抵抗値を補正することで、センシング配線７２の伸縮に起因する抵抗値変化を求めることができる。そして、センシング配線７２の伸縮に起因する抵抗値変化に基づいて、伸縮基体６の伸縮をより精度よく検出することができる。すなわち、配線７の伸縮による抵抗値変化を高い精度で検出することのできるセンサー１が得られる。

また、前述したように、センサー１は、リファレンス配線７１の抵抗値に応じてセンシング配線７２の抵抗値を補正し、補正した後のセンシング配線７２の抵抗値に基づいて伸縮基体６の伸縮を検出するモーション検出部３（検出部）を有している。そのため、リファレンス配線７１およびセンシング配線７２の抵抗値を外部へ出力することなく、センサー１内で伸縮基体６の伸縮を検出することができる。したがって、利便性の高いセンサー１となる。

また、前述したように、モーション検出部３は、リファレンス配線７１の抵抗値に応じて、配線７の劣化を検出する機能を有している。これにより、センサー１は、使用者にセンサー１自体の交換や配線７の交換、修復等を促すことができる。そのため、検出精度の低下したセンサー１が使われ続けることが防止され、より高い信頼性を発揮することができる。

また、前述したように、センサー１では、伸縮基体６の伸張に対するリファレンス配線７１の配線長の変化は、センシング配線７２の配線長の変化よりも小さい。これにより、リファレンス配線７１の伸縮基体６の伸縮に起因する抵抗値変化を小さく抑えることができる。そのため、リファレンス配線７１の抵抗値に基づいて、伸縮基体６の伸縮以外に起因する抵抗値変化をより正確に検出することができる。特に、本実施形態では、伸縮基体６の伸張によってもリファレンス配線７１の配線長が変化しない。そのため、前述した効果がより顕著なものとなる。

また、前述したように、センサー１では、リファレンス配線７１は、形状的な変形によって伸縮基体６と共に伸縮し、センシング配線７２は、弾性変形によって伸縮基体６と共に伸縮する。これにより、リファレンス配線７１によって伸縮基体６の伸縮以外に起因する抵抗値変化を検出することができる。そのため、リファレンス配線７１の抵抗値に基づいて、センシング配線７２の抵抗値を補正すれば、センシング配線７２から伸縮基体６の伸縮に伴う抵抗値変化を検出することができる。そのため、より精度よく、伸縮基体６の伸縮を検出することができる。

また、前述したように、センサー１では、リファレンス配線７１およびセンシング配線７２は、同じ材料で構成されている。これにより、リファレンス配線７１とセンシング配線７２の伸縮基体６の伸縮以外の要因に起因した抵抗値変化の度合いを等しくすることができる。そのため、より精度よく、リファレンス配線７１の抵抗値に基づいてセンシング配線７２の抵抗値を補正することができる。

また、前述したように、センサー１では、リファレンス配線７１およびセンシング配線７２は、並設されており、リファレンス配線７１の両端部の離間距離Ｄと、センシング配線７２の両端部の離間距離Ｄとが等しい。これにより、伸縮基体６が伸縮した際の、離間距離Ｄの変化量をリファレンス配線７１とセンシング配線７２とで等しくすることができる。そのため、伸縮基体６の伸縮で受ける影響がリファレンス配線７１とセンシング配線７２とで等しくなり、例えば、伸縮が繰り返されることによるリファレンス配線７１とセンシング配線７２との劣化具合の乖離を抑制することができる。よって、検出精度を高いレベルで長時間維持することができる。

また、前述したように、センサー１では、配線７は、伸縮基体６の伸張に対する抵抗値変化（抵抗変化率）が互いに異なっている複数のセンシング配線７２を有している。これにより、複数のセンシング配線７２の抵抗値変化に基づいて伸縮基体６の伸縮を検出することができるため、例えば、センシング配線７２が１本の場合と比較して、精度よく、伸縮基体６の伸縮を検出することができる。特に、本実施形態では３本のセンシング配線７２を用いて伸縮基体６の伸縮を検出しているため、前述した効果がより顕著なものとなる。また、例えば、第１センシング配線７３の抵抗値変化が第２センシング配線７４よりも大きくなった場合には、配線７の異常と見做し、センサー１の異常を検出することができる。そのため、センサー１の信頼性が向上する。

また、前述したように、複数のセンシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、互いに長さ（配線長）が異なっている。これにより、簡単な構成で、複数のセンシング配線７２の伸縮基体６の伸張に対する抵抗値変化を異ならせることができる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係るセンサーを示す平面図である。

本実施形態のセンサーは、伸縮基体６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図５に示すように、本実施形態のセンサー１では、伸縮基体６は、リファレンス配線７１を支持するリファレンス配線支持部６１と、センシング配線７２を支持するセンシング配線支持部６２と、を有している。また、センシング配線支持部６２は、第１センシング配線７３を支持する第１センシング配線支持部６３と、第２センシング配線７４を支持する第２センシング配線支持部６４と、第３センシング配線７５を支持する第３センシング配線支持部６５と、を有している。そして、これらリファレンス配線支持部６１、第１センシング配線支持部６３、第２センシング配線支持部６４および第３センシング配線支持部６５は、それぞれ別体として構成されている。言い換えると、前述した第１実施形態では、リファレンス配線支持部６１、第１センシング配線支持部６３、第２センシング配線支持部６４および第３センシング配線支持部６５が一体形成されている。このような本実施形態の構成によれば、４本の配線７１、７３、７４、７５がそれぞれ異なる支持部に支持されていることから、これらの配線７１、７３、７４、７５を一本ごとに交換することができる。そのため、例えば、前述した第１実施形態の構成と比べて、メンテナンス性が向上する。なお、第１センシング配線支持部６３、第２センシング配線支持部６４および第３センシング配線支持部６５は、同一の寸法、同一の構成材料、同一の伸縮率のものが好ましいが、これに限定されず、これらのうちの少なくとも１つの条件が異なっていてもよい。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係るセンサーを示す平面図である。

本実施形態のセンサーは、第２基体が省略されていることおよび配線７の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図６に示すように、本実施形態のセンサー１では、前述した第１実施形態の構成から第２基体４が省略されており、第２基体４に設けられていた機能部５が第１基体２に設けられている。このように、前述した第１実施形態から第２基体４を省略することで、第１実施形態と比べてセンサー１の小型化を図ることができる。

また、リファレンス配線７１、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５は、それぞれ、両端部の端子８Ａ、８Ｂが第１固定部６Ａに位置しており、伸縮基体６の端部で折り返され、伸縮基体６の延在方向に往復してＵ字状に配置されている。これにより、例えば、前述した第１実施形態の構成と比べて、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５の配線長を約２倍に長くすることができる。そのため、伸縮基体６の伸縮に伴う第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５の抵抗値変化をより大きくすることができ、より精度よく、伸縮基体６の伸縮を検出することができる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、例えば、各配線７１、７３、７４、７５の往路を伸縮基体６の一方の面に配置し、復路を他方の面に配置してもよい。これにより、往路と復路との接触（ショート）をより確実に抑制することができる。

＜第４実施形態＞
図７は、本発明の第４実施形態に係るセンサーを示す平面図である。図８は、図７中のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態のセンサーは、センシング配線７２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図７および図８において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図７に示すように、本実施形態のセンサー１では、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５は、それぞれ、直線形状をなし、互いにほぼ等しい配線長を有している。また、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５は、互いに横断面積が異なっている。具体的には、図８に示すように、第２センシング配線７４は、第１センシング配線７３よりも大きい幅Ｗを有しており、よって、第１センシング配線７３よりも伸縮基体６の伸張による抵抗値変化が小さい。また、第３センシング配線７５は、第２センシング配線７４よりも大きい幅Ｗを有しており、よって、第２センシング配線７４よりも伸縮基体６の伸張による抵抗値変化が小さい。

このように、本実施形態では、複数のセンシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、互いに横断面積（幅Ｗ）が異なっている。これにより、簡単な構成で、複数のセンシング配線７２の伸縮基体６の伸張に対する抵抗値変化を異ならせることができる。特に、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５が直線形状をなしているため、前述した第１実施形態と比較して第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５を配置するスペースを小さくすることができ、センサー１の小型化を図ることができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明の第５実施形態に係るセンサーを示す平面図である。図１０は、図９中のＣ−Ｃ線断面図である。

なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９および図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図９に示すように、本実施形態のセンサー１では、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５は、それぞれ、直線形状をなし、互いにほぼ等しい配線長を有している。また、第１センシング配線７３、第２センシング配線７４および第３センシング配線７５は、互いに横断面積が異なっている。具体的には、図１０に示すように、第２センシング配線７４は、第１センシング配線７３よりも厚さＴが大きく、よって、第１センシング配線７３よりも伸縮基体６の伸張による抵抗値変化が小さい。また、第３センシング配線７５は、第２センシング配線７４よりも厚さＴが大きく、よって、第２センシング配線７４よりも伸縮基体６の伸張による抵抗値変化が小さい。

このように、本実施形態では、複数のセンシング配線７２（第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５）は、互いに横断面積（厚さＴ）が異なっている。これにより、簡単な構成で、複数のセンシング配線７２の伸縮基体６の伸張に対する抵抗値変化を異ならせることができる。特に、第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５が直線形状をなしているため、前述した第１実施形態と比較して第１、第２、第３センシング配線７３、７４、７５を配置するスペースを小さくすることができ、センサー１の小型化を図ることができる。

このような第５施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明のセンサーを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、複数のセンシング配線は、互いに配線長および横断面積の両方が異なっていてもよい。

１…センサー、２…第１基体、３…モーション検出部、４…第２基体、５…機能部、５１…記憶部、５２…通信部、５３…バッテリー、６…伸縮基体、６Ａ…第１固定部、６Ｂ…第２固定部、６１…リファレンス配線支持部、６２…センシング配線支持部、６３…第１センシング配線支持部、６４…第２センシング配線支持部、６５…第３センシング配線支持部、６８…層間絶縁膜、６９…規制部、７…配線、７１…リファレンス配線、７２…センシング配線、７３…第１センシング配線、７４…第２センシング配線、７５…第３センシング配線、８Ａ、８Ｂ…端子、１０…被覆部、ｄ、Ｄ…離間距離、Ｈ…人間、Ｊ…関節、Ｗ…幅、Ｔ…厚さ

Claims

伸縮性を有する伸縮基体と、
前記伸縮基体に配置されている配線と、を有し、
前記配線は、第１配線と、前記伸縮基体の伸張による抵抗値変化が前記第１配線よりも大きい第２配線と、を有し、
前記第１配線の抵抗値に応じて、前記第２配線の抵抗値を補正し、前記補正した後の前記第２配線の抵抗値に基づいて前記伸縮基体の伸縮を検出する検出部を有し、
前記検出部は、前記第１配線の抵抗値に応じて、前記配線の劣化を検出することを特徴とするセンサー。
伸縮性を有する伸縮基体と、
前記伸縮基体に配置されている配線と、を有し、
前記配線は、第１配線と、前記伸縮基体の伸張による抵抗値変化が前記第１配線よりも大きい第２配線と、を有し、
前記第１配線は、形状的な変形によって前記伸縮基体と共に伸縮し、
前記第２配線は、弾性変形によって前記伸縮基体と共に伸縮することを特徴とするセンサー。
前記伸縮基体の伸張に対する前記第１配線の配線長の変化は、前記第２配線の配線長の変化よりも小さい請求項１または２に記載のセンサー。
前記第１配線および前記第２配線は、同じ材料で構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセンサー。
前記第１配線および前記第２配線は、並設されており、
前記第１配線の両端部の離間距離と、前記第２配線の両端部の離間距離とが等しい請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセンサー。
前記配線は、前記伸縮基体の伸張に対する抵抗変化率が互いに異なる複数の前記第２配線を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサー。
前記複数の第２配線は、互いに長さが異なる請求項６に記載のセンサー。
前記複数の第２配線は、互いに横断面積が異なる請求項６または７に記載のセンサー。