WO2015053021A1 - シューズ劣化計測装置およびシューズ劣化計測システム - Google Patents

Abstract

　シューズに設けられているミッドソール（１）等の緩衝材の圧縮／復元（伸縮）に応じて間隔が変化する位置に形成された電極（１２）と、この電極（１２）に接続され、電極（１２）間の容量値または抵抗値に基づいて、緩衝材の沈み込み量を測定する測定手段と、この測定値または当該測定値を基に求めた劣化評価値をホスト装置へ無線送信する通信手段とを備える。または、シューズ劣化計測装置は、緩衝材の沈み込み量の測定結果をホスト装置へ送信し、ホスト装置で劣化評価値を求める。

Description

シューズ劣化計測装置およびシューズ劣化計測システム

　本発明は、シューズの劣化状況を計測する機能を備えたシューズ、およびシューズの劣化を計測するシステムに関するものである。

　靴の老朽化状況が分かる機能を備えた靴が特許文献１に示されている。この特許文献１に示されている靴は、積層された靴底の形成材料の層間に沿ってアンテナを設け、歩行等によってアンテナに負荷がかかることにより、その特性が経時変化することに着目したものである。すなわち、アンテナの経時変化を、靴に内蔵されている通信機器との通信状態の変化によって検出し、そのことで靴の老朽化状態を検知する。

特開２００２－１０１９０８号公報

　特許文献１の装置においては、次のような課題がある。

（１）複数のアンテナおよびこれら複数のアンテナを用いて通信を行う通信回路が必要であるため、コスト高になる。

（２）アンテナを靴底に設置するため、靴の構造上の制約およびアンテナ設置個所の制約が想定される。

（３）靴底のアンテナの劣化と靴の老朽化との相関係数は必ずしも大きくなく、アンテナの劣化状況がそのまま靴の老朽化状況と関連づけられるとは言い難い。

　上述の課題以外に、スポーツ用のシューズについては、それ特有の課題がある。例えば、ジョギング・ランニング用のシューズは、その機能性が重要である。走っている時の足に加わる力は体重の約３倍といわれ、その衝撃を吸収するためにシューズのクッション性が重要な役割を果たす。それゆえシューズ選びは非常に大切なこととされている。特に、上記衝撃を吸収する重要な部位はミッドソールである。ミッドソールはシューズの使用に伴って劣化が進行する。ミッドソールの典型的な劣化状況は、荷重に対する反発力の低下である。ところが、一般に、ミッドソールの劣化による反発力（弾性力）の低下よりも、復元力の低下は少ない。すなわち、荷重を取り除けばミッドソールは元の厚みに復元はするが、反発力は既に低下している、という状況になり得る。

　このようにミッドソールが劣化しても、その厚みはあまり変化しないので、ミッドソールの状態は外観では判らず、走り心地からも判断できないことが多い。その結果、反発力の低下したシューズで走り続けて膝や踵を痛める、といった虞もあった。

　本発明の目的は、高コスト化することなく、シューズの構造上の制約を受け難くし、さらには、反発力の低下を検知できるようにしたシューズ劣化計測装置およびシューズ劣化計測システムを提供することにある。

（１）本発明のシューズ劣化計測装置は、緩衝材（特にミッドソール）の劣化に伴う、その反発力の低下を検出して、シューズの劣化状況を的確に検知する。そのために、本発明のシューズ劣化計測装置は、シューズに設けられている緩衝材の圧縮／復元（伸縮）に応じて間隔が変化する位置に形成された複数の電極と、前記複数の電極に接続され、前記複数の電極の間の容量値または抵抗値に基づいて、前記緩衝材の沈み込み量を測定する測定手段と、前記測定手段による測定値または当該測定値を基に求めた劣化評価値を送信する通信手段と、を有することを特徴としている。

　上記構成により、緩衝材に荷重が掛かることによる緩衝材の沈み込み量の増大に基づいて、現在の緩衝材の劣化状況を把握できる。

（２）前記緩衝材には導電性フィラーが分散されていることが好ましい。これにより、電極間の導電率が低下し、沈み込み量に対する抵抗値変化が大きくなるので、沈み込み量の計測が容易になる。

（３）前記シューズに圧電素子を備え、前記測定手段および通信手段に、圧電素子の起電圧を電源として供給する電源回路を備えることが好ましい。これにより、電池が不要となるので、電池寿命に関係なく長期間の使用が可能となる。

（４）前記電極は緩衝材と同材料または弾性および復元性についての繰り返し荷重下の疲労劣化特性が近似している材料の電極保持材に保持されていて、電極保持材が緩衝材に埋設されていることが好ましい。これにより、シューズ内への電極の配置が容易となる。

（５）シューズ側で緩衝材の劣化状況の評価も行う場合は、前記通信手段を介してシューズの使用者に関するパラメータを入力する手段と、前記測定値およびシューズの使用者に関するパラメータを基に、緩衝材の劣化状態を表す評価値を求める演算手段を備え、通信手段が前記評価値を送信するように構成することが好ましい。これにより、評価値を受信する側の構成が単純化される。

（６）上記（５）において、加速度センサを備え、前記演算手段は、前記加速度センサの検出結果を前記パラメータの１つにして前記評価値を求めることが好ましい。これにより、歩数も加味されるので、緩衝材の劣化状態を表す評価値の確度を向上させることができる。

（７）本発明のシューズ劣化計測システムは、シューズに設けられている緩衝材の圧縮／復元（伸縮）に応じて間隔が変化する位置に形成された複数の電極と、前記複数の電極に接続され、前記複数の電極の間の容量値または抵抗値に基づいて、前記緩衝材の沈み込み量を測定する測定手段と、前記測定手段による測定値を送信する通信手段と、を有するシューズ劣化計測装置と、前記シューズ劣化計測装置と通信を行うホスト装置とで構成され、
　前記ホスト装置は、前記シューズ劣化計測装置と通信して前記測定値を受信する通信手段と、前記測定値および前記シューズの使用者に関するパラメータを基に、前記緩衝材の劣化状態を表す評価値を求める演算手段を備えたことを特徴とする。

　上記構成により、ホスト装置は、緩衝材に荷重が掛かることによる緩衝材の沈み込み量をシューズから読み取り、ホスト装置側で、現在の緩衝材の劣化状況を表す評価値を求めることができる。

（８）前記シューズ劣化計測装置は加速度センサを備え、前記演算手段は、前記加速度センサの検出結果を前記パラメータの１つにして前記評価値を求めることが好ましい。これにより、歩数も加味されるので、緩衝材の劣化状態を表す評価値の確度を向上させることができる。

　本発明によれば、高コスト化することなく、シューズの構造上の制約を受け難く、さらには、緩衝材の反発力の低下を検知できるので、衝撃吸収機能の低下に基づくシューズの劣化を計測できる。

図１は第１の実施形態に係るシューズ劣化計測装置を備えたシューズの側面図である。 図２はシューズ劣化計測装置１０１のブロック図である。 図３は、圧電素子の起電圧を電源として供給する電源回路の例を示す図である。 図４はホスト装置１１１の構成を示すブロック図である。 図５（Ａ）は、ホスト装置１１１のアプリケーションプロセッサ３０およびＲＦＩＣ３２による通信処理に関するフローチャートである。図５（Ｂ）は、シューズ劣化計測装置１０１のＭＣＵ２１およびＲＦＩＤ２２Ｒによる通信処理に関するフローチャートである。 図６はホスト装置１１１のアプリケーションプロセッサ３０によるパラメータ設定処理について示すフローチャートである。 図７は第２の実施形態に係るシューズ劣化計測装置１０２のブロック図である。

　以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

《第１の実施形態》
　図１は第１の実施形態に係るシューズ劣化計測装置を備えたシューズの側面図である。シューズ２００の底には、ミッドソール１、アウターソール２等を備えている。ミッドソール１は、クッション性や耐久性に富む軟質ポリウレタンフォーム等の緩衝材の成型体である。ポリウレタン（PU）はウレタンゴムもしくはウレタン樹脂と呼ばれ、ジイソシアネートとジオールモノマーが重合することで生成される。この軟質ポリウレタンフォームがモールド成形法によってミッドソール１に成形される。

　上記ミッドソール１内に、互いに離間し対向する２つの電極１２が設けられている。この電極１２は、ミッドソール１の圧縮／復元（伸縮）に応じて間隔が変化する位置に配置されている。例えば、電極１２は電極保持材１１内に保持されていて、電極保持材１１がミッドソール１に埋設されている。この電極保持材１１は、ミッドソールと同材料の電極保持材または、弾性および復元性についての繰り返し荷重下の疲労劣化特性が近似している材料からなる。また、電極保持材１１にはカーボンフィラー等の導電性フィラーが分散されている。このことにより、電極１２の間隔に応じて電極間に生じる抵抗値が変化する。電極保持材１１の主材はミッドソール１と同一素材、または弾性および復元性についての繰返し荷重下の疲労劣化特性が近似している素材で構成されている。

　図２はシューズ劣化計測装置１０１のブロック図である。図２に表れているように、シューズ劣化計測装置１０１は、ＭＣＵ２１、EEPROM２２Ｅ、ＲＦＩＤ２２Ｒ、アンテナ２３、加速度センサ２４、増幅回路２５、電池２６、可変抵抗素子Ｒ１２および抵抗素子Ｒｓを備えている。

　上記可変抵抗素子Ｒ１２は、図１に示した電極１２、およびこの電極１２の対向する位置に存在する電極保持材１１の部分で構成される。抵抗素子Ｒｓは固定抵抗素子であり、可変抵抗素子Ｒ１２と抵抗素子Ｒｓとで抵抗分圧回路が構成されている。

　上記加速度センサ２４は歩数を計数するために備えるセンサであり、増幅回路２５は加速度センサ２４の検出信号を論理信号レベルまで増幅する。

　上記ＭＣＵ２１は、本発明に係る「測定手段」に相当し、上記抵抗分圧回路の出力電圧を読み取ることによって、抵抗分圧比に応じた値を検出する。このことにより、電極１２間の抵抗値を測定する。また、増幅回路２５の出力信号を読み取って、歩数を計数する。なお、上記「抵抗値」は、上述のとおり、［Ω］単位の値（絶対値）の意味ではなく、抵抗値変化に応じて変化する値であり、抵抗値に対応する測定対象の値の意味である。

　ＲＦＩＤ２２Ｒおよびアンテナ２３は、例えば近距離無線通信（NFC：Near Field Communication）システムに適用される回路であり、本発明に係る「通信手段」に相当し、抵抗値の測定値および歩数の計数値を無線送信する。アンテナ２３はＨＦ帯用の例えばループアンテナである。

　上記電池２６は本発明に係る「電源回路」に相当し、ＭＣＵ２１、EEPROM２２Ｅ、ＲＦＩＤ２２Ｒ、および増幅回路２５等に対して電源電圧を供給する。

　図２では、電池２６をシューズ劣化計測装置１０１の電源として用いる例を示したが、シューズに発電手段を設けて、それをシューズ劣化計測装置１０１の電源として用いてもよい。例えば、図３に示すように、圧電素子２７、この圧電素子２７の起電圧を整流平滑する整流平滑回路２８、および整流平滑された直流電圧を蓄電する蓄電素子２９をシューズに設けてもよい。

　図２、図３に示したシューズ劣化計測装置１０１は、電極１２と共にモジュール化し、これをシューズ２００のミッドソール１内に埋設する。なお、電極１２はモジュールとは別に設けてもよい。また、アンテナ２３もモジュールとは別に設けてもよい。

　図４はホスト装置１１１の構成を示すブロック図である。ホスト装置１１１は例えば携帯電話端末などの携帯情報端末である。このホスト装置１１１は、アプリケーションプロセッサ３０、ＲＦＩＣ３２、アンテナ３３、ＲＦＩＣ３２とアプリケーションプロセッサ３０とのインターフェース回路３１、ディスプレイ・タッチパネル３５、ディスプレイ・タッチパネル３５とアプリケーションプロセッサ３０とのインターフェース回路３４等を備えている。アプリケーションプロセッサ３０は本発明に係る「演算手段」に相当する。

　ＲＦＩＣ３２は例えば近距離無線通信（NFC）システムに適用される高周波ＩＣであり、アンテナ３３はＨＦ帯用のループアンテナ等である。

　上記シューズ劣化計測装置１０１およびホスト装置１１１によって、シューズ劣化計測システムが構成される。

　次に、図２に示したシューズ劣化計測装置１０１のＭＣＵ２１の処理内容の例、および図４に示したホスト装置１１１のアプリケーションプロセッサ３０の処理内容の例について、図５、図６を参照して示す。

　図５（Ａ）は、ホスト装置のアプリケーションプロセッサ３０およびＲＦＩＣ３２による通信処理に関するフローチャートである。図５（Ｂ）は、シューズ劣化計測装置１０１のＭＣＵ２１およびＲＦＩＤ２２Ｒによる通信処理に関するフローチャートである。

　シューズの使用者（ユーザー）は、シューズ２００を履いた状態（ミッドソールに静荷重を掛けた状態）でホスト装置１１１のディスプレイ・タッチパネル３５を操作することにより、シューズ劣化計測用のアプリケーションを実行する。図５（Ａ）に示すように、ホスト装置１１１のアプリケーションプロセッサ３０は、シューズ劣化計測用のアプリケーションプログラムの実行により、リクエスト信号（コマンド）を送信し、シューズ劣化計測装置１０１からの応答を待つ（Ｓ１１→Ｓ１２）。シューズ劣化計測装置１０１からの応答があれば、その応答データに含まれる測定値および後述する各種パラメータに基づいて劣化評価値を算出する（Ｓ１３）。そして、この評価値に応じたメッセージを表示する（Ｓ１４）。例えば、新品から交換時までの劣化進行状態のどの段階にあるかを表示する。また、過去の評価値と日付情報に基づいて、今後のシューズの劣化進行速度を予測し、シューズの交換時期を知らせるようにしてもよい。

　図５（Ｂ）に示すように、ホスト装置１１１からリクエストがあれば、シューズ劣化計測装置１０１は、ミッドソールの沈み込み量を測定する（Ｓ２１→Ｓ２２）。この測定値と共に、加速度センサ２４により計数された積算歩数をホスト装置へ送信（返答）する（Ｓ２３）。なお、このＲＦＩＤ２２Ｒからの送信は、ホスト装置１１１から送信されたエネルギーを利用して、負荷変調方式で行う。

　図６はホスト装置のアプリケーションプロセッサ３０によるパラメータ設定処理について示すフローチャートである。このパラメータは、ミッドソールの劣化状態を表す評価値を求めるためのものである。

　シューズの使用者は、ホスト装置１１１のディスプレイ・タッチパネル３５を操作することにより、シューズ劣化計測用のパラメータを設定する。このパラメータは、例えば、体重、身長、性別、年齢等である。先ず、各種パラメータを入力するためのガイダンスを表示し、使用者はそれに従って入力する（Ｓ３１→Ｓ３２）。このパラメータが、図５のステップＳ１３で示した評価値の算出に用いられる。

　なお、加速度センサ２４による歩数の計数は、図５（Ｂ）に示した処理とは別のルーチンで実行される。

《第２の実施形態》
　第２の実施形態に係るシューズ劣化計測装置を備えるシューズの構成は図１に示した例と同じであるが、電極１２間の静電容量値が変化するように、電極保持材１１の素材は誘電体である。すなわち、電極保持材１１の素材には導電性フィラーが分散されていない。

　図７は第２の実施形態に係るシューズ劣化計測装置１０２のブロック図である。第１の実施形態では、図２に示したように、可変抵抗素子Ｒ１２および抵抗素子Ｒｓによる抵抗分圧回路を構成したが、本実施形態では可変容量素子Ｃ１２および容量素子Ｃｓによる容量分圧回路を構成している。

　ＭＣＵ２１は上記容量分圧回路に所定デューティの矩形波を印加し、この矩形波が立ち上がってから所定時間後（所定位相のタイミングで）容量分圧回路の分圧値をＡＤ変換して読み取る。矩形波のハイレベルで可変容量素子Ｃ１２および容量素子Ｃｓが充電され、可変容量素子Ｃ１２の充電電圧がＡＤ変換されるので、可変容量素子Ｃ１２および容量素子Ｃｓの容量分圧比に応じた値が求められる。このことにより、電極１２間の容量値を測定する。なお、上記矩形波のローレベルで可変容量素子Ｃ１２および容量素子Ｃｓの電荷が放電される。

　上記「容量値」の測定に際しては、必ずしも容量値そのものを算出する必要はなく、容量値に応じた電圧値を測定できればよい。

　このように、容量分圧比に基づいて、ミッドソールの沈み込み量を測定するようにしてもよい。

《第３の実施形態》
　第１、第２の実施形態では、ホスト装置側で、測定値および後述する各種パラメータに基づいて劣化評価値を算出するようにしたが、シューズ側で劣化評価値を算出することも可能である。そのために、次のように構成する。

　先ず、ホスト装置に、例えば、体重、身長、性別、年齢等の各種パラメータを読み取って、これらパラメータをシューズ劣化計測装置へ無線送信する手段を設ける。また、シューズ劣化計測装置に対してリクエスト信号を送信する手段をホスト装置に設ける。シューズ劣化計測装置には、上記パラメータを記憶する手段を設ける。また、ホスト装置からリクエスト信号を受信したとき、緩衝材の沈み込み量を測定し、この測定値と上記パラメータを基にして劣化評価値を算出する手段をシューズ劣化計測装置に設ける。また、この評価値に応じて、例えば、新品から交換時までの劣化進行状態のどの段階にあるかを求める。さらにはこれまでの歩数と劣化の進行速度に基づいて、今後のシューズの劣化進行速度を予測し、シューズの交換時期をシューズ側で求めるようにしてもよい。

《他の実施形態》
　第１・第２の実施形態では、測定手段による測定値または当該測定値を基に求めた劣化評価値を無線送信する例を示したが、本発明に係る通信周波数は「無線」通信に限らない。例えばUSB等を用いた「有線」通信でもよい。その場合には、USBレセプタクルをシューズに設けて、通信時にUSBケーブルを接続して通信を行うように構成すればよい。

　図１に示した例では、２つの電極１２を電極保持材１１に保持させ、この電極保持材１１をミッドソール１内に埋設したが、電極１２をミッドソール１内に直接設けてもよい。また、電極は埋設せずに、ミッドソールの上下面に貼付してもよい。さらには、電極保持材１１をミッドソールの上（インナーソールとミッドソールの間）に配置してもよい。

　また、シューズ劣化計測装置は一足のシューズのうち片方のみに設ければよいが、両方に設けて、ホスト装置とそれぞれ通信を行って、両方について処理を行ってもよい。

　上記劣化評価に用いるパラメータとして、走る路面の状況（アスファルト／芝生など）を加えてもよい。

　計測対象の緩衝材はミッドソールに限らず、ミッドソールに近接する部位で、ミッドソールの圧縮／復元に応じて間隔が変化する部位であってもよい。

　上記各実施形態では、緩衝材の沈み込み量の測定時に、緩衝材に対して静荷重を掛ける例を示したが、無線通信可能距離が数十ｃｍ以上の通信システムを利用し、ホスト装置を携帯して運動する場合には、走りながら計測を行ってもよい。そのためには、例えば加速度センサの加速度検出タイミングに同期し、緩衝材が沈み込むタイミングで、その量を測定すればよい。

Ｃ１２…可変容量素子
Ｃｓ…容量素子
Ｒ１２…可変抵抗素子
Ｒｓ…抵抗素子
１…ミッドソール（緩衝材）
２…アウターソール
１１…電極保持材
１２…電極
２１…ＭＣＵ（測定手段）
２２Ｅ…EEPROM
２２Ｒ…ＲＦＩＤ（通信手段）
２３…アンテナ
２４…加速度センサ
２５…増幅回路
２６…電池
２７…圧電素子
２８…整流平滑回路
２９…蓄電素子
３０…アプリケーションプロセッサ（演算手段）
３１…インターフェース回路
３２…ＲＦＩＣ（通信手段）
３３…アンテナ
３４…インターフェース回路
３５…タッチパネル（パラメータ入力手段）
１０１，１０２…シューズ劣化計測装置
１１１…ホスト装置
２００…シューズ

Claims (8)

1. 　シューズに設けられている緩衝材の圧縮／復元に応じて間隔が変化する位置に形成された複数の電極と、
   　前記複数の電極に接続され、前記複数の電極の間の容量値または抵抗値に基づいて、前記緩衝材の沈み込み量を測定する測定手段と、
   　前記測定手段による測定値または当該測定値を基に求めた劣化評価値を送信する通信手段と、
   を有するシューズ劣化計測装置。
2. 　前記緩衝材に導電性フィラーが分散されている、請求項１に記載のシューズ劣化計測装置。
3. 　前記シューズに圧電素子を備え、前記測定手段および前記通信手段に、前記圧電素子の起電圧を電源として供給する電源回路を備えた、請求項１または２に記載のシューズ劣化計測装置。
4. 　前記電極は前記緩衝材と同材料または弾性および復元性についての繰り返し荷重下の疲労劣化特性が近似している材料の電極保持材に保持されていて、前記電極保持材が前記緩衝材に埋設されている、請求項１～３のいずれかに記載のシューズ劣化計測装置。
5. 　前記通信手段を介してシューズの使用者に関するパラメータを入力する手段と、
   　前記測定値およびシューズの使用者に関するパラメータを基に、前記緩衝材の劣化状態を表す評価値を求める演算手段を備え、前記通信手段は前記評価値を送信する、請求項１～４のいずれかに記載のシューズ劣化計測装置。
6. 　加速度センサを備え、前記演算手段は、前記加速度センサの検出結果を前記パラメータの１つにして前記評価値を求める、請求項５に記載のシューズ劣化計測装置。
7. 　シューズに設けられている緩衝材の圧縮／復元に応じて間隔が変化する位置に形成された複数の電極と、前記複数の電極に接続され、前記複数の電極の間の容量値または抵抗値に基づいて、前記緩衝材の沈み込み量を測定する測定手段と、前記測定手段による測定値を送信する通信手段と、を有するシューズ劣化計測装置と、
   　前記シューズ劣化計測装置と通信を行うホスト装置とで構成されるシューズ劣化計測システムであって、
   　前記ホスト装置は、前記シューズ劣化計測装置と通信して前記測定値を受信する通信手段と、前記測定値および前記シューズの使用者に関するパラメータを基に、前記緩衝材の劣化状態を表す評価値を求める演算手段を備えたことを特徴とするシューズ劣化計測システム。
8. 　前記シューズ劣化計測装置は加速度センサを備え、前記演算手段は、前記加速度センサの検出結果を前記パラメータの１つにして前記評価値を求める、請求項７に記載のシューズ劣化計測システム。

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