(57)【要約】【課題】それぞれの劣化度合いを適切に検出することができる機械電気変換装置の寿命診断装置を提供する。【解決手段】伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断装置であって、機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正部と、校正部の作動時の時刻情報を校正時刻として管理する校正時刻管理部と、校正部で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、校正時刻から得られる累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測部と、寿命予測部により予測された寿命到達時期を表示する寿命表示部と、を備えている。【選択図】図４
2020176887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断装置であって、
前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正部と、
前記校正部の作動時の時刻情報を校正時刻として管理する校正時刻管理部と、
前記校正部で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、前記校正時刻から得られる累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測部と、
前記寿命予測部により予測された寿命到達時期を表示する寿命表示部と、
を備えている機械電気変換装置の寿命診断装置。
【請求項２】
伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断装置であって、
前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正部と、
前記校正部で校正された後の前記機械電気変換装置の伸縮回数を管理する伸縮回数管理部と、
前記校正部で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、前記伸縮回数管理部から得られる累積伸縮回数と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測部と、
前記寿命予測部により予測された寿命到達時期を表示する寿命表示部と、
を備えている機械電気変換装置の寿命診断装置。
【請求項３】
前記機械電気変換装置を個別に識別する識別コードが付与され、
前記寿命予測部は、前記識別コードに基づいて対応する機械電気変換装置の寿命を予測するように構成されている請求項１または２記載の機械電気変換装置の寿命診断装置。
【請求項４】
前記寿命予測部で予測された寿命到達時期が予め設定された所定時期になると、前記機械電気変換装置の購入ウェブサイトに接続する購入補助部を備えている請求項１から３の何れかに記載の機械電気変換装置の寿命診断装置。
【請求項５】
前記センサ部は、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛と、各導電性布帛が前記絶縁層に接合された接着層と、を備えて構成されている請求項１から４の何れかに記載の機械電気変換装置の寿命診断装置。
【請求項６】
前記導電性布帛は、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域に、複数のコースにわたって導電糸が添え編み編成された平編地、または、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域を挟んで、導電糸を用いた帯状の導電性編地領域が編成された平編地で構成され、コース方向が伸縮方向に沿うように配されている請求項５記載の機械電気変換装置の寿命診断装置。
【請求項７】
伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断方法であって、
前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正処理ステップと、
前記校正処理ステップの作動時の時刻情報を校正時刻として管理する校正時刻管理ステップと、
前記校正処理ステップで検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、前記校正時刻管理ステップで管理された累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測処理ステップと、
前記寿命予測処理ステップにより予測された寿命到達時期を表示部に表示する寿命表示ステップと、
を備えている機械電気変換装置の寿命診断方法。
【請求項８】
伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断方法であって、
前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正処理ステップと、
前記校正処理ステップで校正された後の前記機械電気変換装置の伸縮回数を管理する伸縮回数管理ステップと、
前記校正処理ステップで検出された最大伸長時の出力の初期値からの低下率と、前記伸縮回数管理ステップで管理された累積伸縮回数と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測処理ステップと、
前記寿命予測処理ステップにより予測された寿命到達時期を表示部に表示する寿命表示ステップと、
を備えている機械電気変換装置の寿命診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械電気変換装置の寿命診断装置及び機械電気変換装置の寿命診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
身に纏う衣服などに機械電気変換装置を取り付けて、着用者の身体の動きなどを計測することを目的とするセンサ付き衣服が注目されている。
【０００３】
特許文献１には、編物又は織物の伸縮を静電容量の変化として検出することにより、検知システムとしての消費電力を抑制する引張変形検知布が提案されている。
【０００４】
当該引張変形検知布は、複数の導電糸を含んで構成された編物又は織物を一方向に伸縮自在にすると共に、その伸縮に伴って前記導電糸の隣接するもの同士の間隔が変化し、その隣接する導電糸同士間は絶縁状態が維持されるように構成され、隣接する各導電糸の端部が静電容量を測定するための一対の電極とされていることを特徴とする。
【０００５】
具体的に、導電性繊維を含む芯と、該芯の周りを絶縁性繊維で覆う鞘とから成る導電糸を複数本を用いて天竺編みとした編物を、編み込まれた導電糸の両端を結ぶ方向が伸縮方向とされ、各導電糸の端部が静電容量を測定するための一対の電極とする構成が提案されている。
【０００６】
特許文献２には、着用者の動作を電気信号として捉えることを目的とする歪みセンサ付き布帛が提案されている。
【０００７】
当該センサ付き布帛は、伸縮可能なシート状の布帛と、この布帛の一方の面側に積層される歪みセンサと、を備え、前記布帛が、歪みセンサが積層される領域の少なくとも一部の表層に歪みセンサの接着に寄与する繊維及び樹脂を含む複合層を有する。
【０００８】
上述した歪みセンサ付き布帛は、所定方向に配向されたＣＮＴ（カーボンナノチューブ）膜を有するＣＮＴセンサ自体を、接着剤を介して布帛に固定するように構成されているので高いセンサ感度が得られると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１７７５６５号公報
【特許文献２】特開２０１５−７８９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、これらのセンサを人体など検出対象に装着して繰返し使用する過程で、複数回の洗濯が行なわれ、また伸縮回数が増すことにより、経時的な劣化を招いて感度が低下するため、適切に使用可能な期間を把握する必要があった。
【００１１】
そこで、使用開始時期から一定の使用可能期限を定めて、当該使用可能期限を経過すると一律に新たなセンサに取り替えることが考えられるが、使用状況によって劣化度合いが様々に異なるため、使用可能期限を短く設定せざるを得ないという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上述の問題に鑑み、それぞれの劣化度合いを適切に検出することができる機械電気変換装置の寿命診断装置及び機械電気変換装置の寿命診断方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するため、本発明による機械電気変換装置の寿命診断装置の第一の特徴構成は、伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断装置であって、前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正部と、前記校正部の作動時の時刻情報を校正時刻として管理する校正時刻管理部と、前記校正部で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、前記校正時刻から得られる累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測部と、前記寿命予測部により予測された寿命到達時期を表示する寿命表示部と、を備えている点にある。
【００１４】
機械電気変換装置の使用に先立ち、校正部によって機械電気変換装置の出力が校正され、経時的に感度劣化が生じている場合であっても、機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、最大伸長時における出力が所定の波高値となるように調整される。
校正時刻管理部により管理される初回校正時からの累積時間と、校正の度に検出される機械電気変換装置の最大収縮時及び最大伸長時の出力、つまり校正前の出力に基づいて得られる初期値からの低下率とに基づいて、寿命予測部で寿命予測され、寿命表示部に予測寿命が表示される。例えば、機械電気変換装置を常時装着して頻繁に伸縮作動しているが累積経過時間は短いような場合や、必要に応じて着脱しているため累積経過時間は長いが伸縮作動回数は少ないような場合の何れであっても、適切に劣化度合いを判定できるようになる。
【００１５】
同第二の特徴構成は、伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断装置であって、前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正部と、前記校正部で校正された後の前記機械電気変換装置の伸縮回数を管理する伸縮回数管理部と、前記校正部で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、前記伸縮回数管理部から得られる累積伸縮回数と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測部と、前記寿命予測部により予測された寿命到達時期を表示する寿命表示部と、を備えている点にある。
【００１６】
機械電気変換装置の使用に先立ち、校正部によって機械電気変換装置の出力が校正され、経時的に感度劣化が生じている場合であっても、機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、最大伸長時における出力が所定の波高値となるように調整される。
伸縮回数管理部により管理される初回校正時からの累積伸縮回数と、校正の度に検出される機械電気変換装置の最大収縮時及び最大伸長時の出力、つまり校正前の出力に基づいて得られる初期値からの低下率とに基づいて、寿命予測部で寿命予測され、寿命表示部に予測寿命が表示される。例えば、機械電気変換装置を装着した際に程度の大きな伸縮作動が多い場合と、程度の小さな伸縮作動が多い場合の其々に対して、適切に劣化度合いを判定できるようになる。
【００１７】
同第三の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記機械電気変換装置を個別に識別する識別コードが付与され、前記寿命予測部は、前記識別コードに基づいて対応する機械電気変換装置の寿命を予測するように構成されている点にある。
【００１８】
寿命診断装置による診断対象となる機械電気変換装置が識別コードを介して特定されるので、同じ寿命診断装置で異なる機械電気変換装置の寿命を予測することができるようになる。
【００１９】
同第四の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記寿命予測部で予測された寿命到達時期が予め設定された所定時期になると、前記機械電気変換装置の購入ウェブサイトに接続する購入補助部を備えている点にある。
【００２０】
機械電気変換装置はある時期に突然に寿命に達すると、代替品の入手に時間を要するという不都合が生じるが、適正に使用可能な期間が短くなったときに購入補助部が起動されて機械電気変換装置の購入ウェブサイトに接続されると、適切に代替品の入手が可能になる。
【００２１】
同第五の特徴構成は、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記センサ部は、絶縁層と、前記絶縁層を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛と、各導電性布帛が前記絶縁層に接合された接着層と、を備えて構成されている点にある。
【００２２】
絶縁層を挟んで接合された導電性布帛が電極となる容量素子が形成される。当該センサ部が伸長すると、電極として機能する導電性布帛の面積Ｓが大きくなるとともに、導電性布帛間の距離ｄが短くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が増大する。逆に当該センサ部が収縮すると、電極として機能する導電性布帛の面積Ｓが小さくなるとともに、導電性布帛間の距離ｄが長くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が減少する。
【００２３】
同第六の特徴構成は、上述の第五の特徴構成に加えて、前記導電性布帛は、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域に、複数のコースにわたって導電糸が添え編み編成された平編地、または、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域を挟んで、導電糸を用いた帯状の導電性編地領域が編成された平編地で構成され、コース方向が伸縮方向に沿うように配されている点にある。
【００２４】
絶縁層に接合される導電性布帛が平編地で構成されていると、表面に大きな凹凸が形成されるリブ編地などと異なり、平坦な編地面となるため、絶縁層との間での十分な接着面積が確保されて強力な接着力が得られるようになり、接着部の剥離などに起因する経時的な感度の低下が抑制され、長期にわたり安定した特性が得られるようになる。
【００２５】
本発明による機械電気変換装置の寿命診断方法の第一の特徴構成は、伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断方法であって、前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正処理ステップと、前記校正処理ステップの作動時の時刻情報を校正時刻として管理する校正時刻管理ステップと、前記校正処理ステップで検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、前記校正時刻管理ステップで管理された累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測処理ステップと、前記寿命予測処理ステップにより予測された寿命到達時期を表示部に表示する寿命表示ステップと、を備えている点にある。
【００２６】
同第二の特徴構成は、伸縮性の導電性布帛を備えたセンサ部が伸縮性の基材に接合された機械電気変換装置の寿命診断方法であって、前記機械電気変換装置を検出対象に装着した状態で、前記機械電気変換装置の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、前記機械電気変換装置の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する校正処理ステップと、前記校正処理ステップで校正された後の前記機械電気変換装置の伸縮回数を管理する伸縮回数管理ステップと、前記校正処理ステップで検出された最大伸長時の出力の初期値からの低下率と、前記伸縮回数管理ステップで管理された累積伸縮回数と、に基づいて寿命到達時期を予測する寿命予測処理ステップと、前記寿命予測処理ステップにより予測された寿命到達時期を表示部に表示する寿命表示ステップと、を備えている点にある。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、それぞれの劣化度合いを適切に検出することができる機械電気変換装置の寿命診断装置及び機械電気変換装置の寿命診断方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は本発明による機械電気変換装置の説明図で、表層の絶縁層（破線）が設けられる前の説明図、（ｂ）は表層の絶縁層で電極（破線）が被覆された後の説明図、（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は機械電気変換装置が組み込まれた衣類（サポータ）の説明図
【図２】（ａ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面、（ｂ）から（ｄ）はその出力特性図
【図３】機械電気変換装置の寿命診断装置が組み込まれた寿命診断システムの説明図
【図４】機械電気変換装置の寿命診断装置の機能ブロック構成図
【図５】校正処理の手順を示すフローチャート
【図６】寿命予測処理の手順を示すフローチャート
【図７】別実施形態を示す寿命予測処理の手順を示すフローチャート
【図８】（ａ），（ｂ）は、寿命予測処理の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明による機械電気変換装置の寿命診断装置及び機械電気変換装置の寿命診断装置を、図面に基づいて説明する。
【００３０】
［機械電気変換装置の構成］
図１（ｄ）に示すように、本発明による機械電気変換装置１は、肘部の関節や膝部の関節などに装着するサポータ１００に組み込まれている。サポータ１００は、関節部に捲回する支持帯１０１と、支持帯１０１の端部１０２，１０３を固定する面ファスナー１０４を備え、肘や膝に対向する位置に機械電気変換装置１が取り付けられている。サポータ１００を装着した状態で肘や膝の関節を屈伸すると、機械電気変換装置１が伸縮してその機械的な動きが電気信号として取り出される。
【００３１】
図１（ｄ）中、符号１１０で示す装置は、機械電気変換装置１で変換された電気信号を電圧に変換及び増幅して、その値を無線出力する信号処理装置であり、機械電気変換装置１の一対の接続電極１５と信号処理装置１１０の接続電極１１５が一対の雌型及び雄型のスナップボタンで構成された接続電極を介してサポータ１００に着脱自在に取り付けられる。なお、スナップボタンのようなフック部材を接続電極として用いる以外に、接続用のコネクタが先端に配されたリード線を引き出すように構成してもよい。
【００３２】
信号処理装置１１０から発信された電気信号は受信部を備えた計測機器で受信され、被装着者の関節部の運動状態がモニタ可能に構成されている。当該計測機器が本発明の寿命診断装置となる。
【００３３】
例えば、リハビリテーションに励む患者が、この様なサポータ１００を装着することで、関節の屈伸運動の回数や程度がモニタされ、適切なリハビリテーションが行なわれていることが管理される。
【００３４】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、機械電気変換装置１は、伸縮性基材２の一例である織ゴム生地２と、織ゴム生地２に重畳配置されたセンサ部３を備えて構成されている。センサ部３は、絶縁層６と、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５を備えて構成され、絶縁層６と導電性布帛４，５とは接着層を介して接合され、センサ部３を被覆する表層の絶縁層７を介してセンサ部３が織ゴム生地２に固定されている。織ゴム生地２の両端が背面に折り返されて取付用のループを形成するように縫着されている。
【００３５】
図１（ａ）では、下層の導電性布帛４の幅より上層の導電性布帛５の幅が狭い形状であるが、上下同幅であってもよいし、逆に下層の導電性布帛４の幅より上層の導電性布帛５の幅が広い形状であってもよい。
【００３６】
センサ部３は、一対の伸縮性の導電性布帛４，５が絶縁層６を挟んで対向配置される一対の対向電極として機能し、織ゴム生地２の伸縮に伴って、一対の伸縮性の導電性布帛４，５及び絶縁層６が伸縮するという機械的な形状の変化を、静電容量の変化として検出する静電容量センサとなる。
【００３７】
即ち、絶縁層６を挟んで対向配置された一対の伸縮性の導電性布帛４，５が伸長すると、電極として機能する導電性布帛４，５の面積Ｓが大きくなるとともに、電極間の距離ｄが短くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が増大する。逆に導電性布帛４，５が収縮すると、電極として機能する導電性布帛４，５の面積Ｓが小さくなるとともに、電極間の距離ｄが長くなるため、静電容量（Ｃ∝Ｓ／ｄ）が減少する。
【００３８】
機械電気変換装置１を構成するセンサ部３が、織ゴム生地２の伸縮に伴って伸縮する導電性布帛４，５の抵抗値の変化を検出する可変抵抗器で構成されていてもよい。
【００３９】
図１（ａ）には、表層の絶縁層７（図中、破線で示す。）が設けられる前の平面視の機械電気変換装置１が示され、図１（ｂ）は表層の絶縁層７で電極４，５（図中、破線で示す。）が被覆された後の平面視の機械電気変換装置１が示され、図１（ｃ）には、図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面が示されている。
【００４０】
図２（ａ）には、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面が示されている。図２（ａ）に示すように、センサ部３は、絶縁層６を挟むように配置された導電性布帛４，５が其々接着層８ａ，８ｂを介して接合されている。そして、下側面に接着層８ｃが形成された表層絶縁層７により、織ゴム生地２に重畳するように配置されたセンサ部３が織ゴム生地２に接着固定されている。
【００４１】
つまり、センサ部３を挟んで伸縮性基材２に対向配置された被覆層７を備え、センサ部は、被覆層７に形成された接着層８ｃにより伸縮性基材２に固定されている。詳述すると、導電性布帛４と織ゴム生地２が接着剤で直接的に固定されるのではなく、接着層８ｃを介して表層絶縁層７と導電性布帛５が接着固定され、さらに接着層８ｃを介して表層絶縁層７と織ゴム生地２とが接着されることにより、センサ部３と織ゴム生地２とが一体的に伸縮するように構成されている。
【００４２】
［導電性布帛］
導電性布帛として、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域に、複数のコースにわたって導電糸が添え編み編成された平編地、または、絶縁性の弾性糸を地糸に用いて編成された絶縁性編地領域を挟んで、導電糸を用いた帯状の導電性編地領域が編成された平編地で構成されルことが好ましく、コース方向が伸縮方向に沿うように配されていることが好ましい。
【００４３】
絶縁層に接合される導電性布帛が平編地で構成されていると、表面に大きな凹凸が形成されるリブ編地などと異なり、平坦な編地面となるため、絶縁層との間での十分な接着面積が確保されて強力な接着力が得られるようになり、接着部の剥離などに起因する経時的な感度の低下が抑制され、長期にわたり安定した特性が得られるようになる。
【００４４】
例えば、導電糸として、ナイロンなどの樹脂繊維や綿糸などの天然繊維、或いは金属線等を芯として、この芯に湿式や乾式のコーティング、メッキ、真空成膜、その他の適宜被着法を用いて金属成分を被着させた金属被着線（メッキ線）を使用するのが好適である。芯には、モノフィラメントを採用することも可能ではあるが、モノフィラメントよりもマルチフィラメントや紡績糸のほうが好ましい。
【００４５】
芯に被着させる金属成分には、例えばアルミ、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、錫、亜鉛、鉄、銀、金、白金、バナジウム、モリブデン、タングステン、コバルト等の純金属やそれらの合金、ステンレス、真鍮等を使用することができる。本実施形態ではナイロンやポリエステルで構成されるマルチフィラメントに銀メッキした糸が用いられている。導電糸の繊度は３３ｄｔｅｘ〜４００ｄｔｅｘが好ましい。特には７０ｄｔｅｘ〜３００ｄｔｅｘが好ましい。導電糸２ｙとして芯糸に金属成分を被着させた金属メッキ糸を用いる例を説明したが、例えば、日本新素材株式会社製のシルベルンＺＡＧ（登録商標）などにように、天然繊維や合成繊維に銀イオンを付着させた銀イオン糸を用いることも可能である。
【００４６】
また、導電糸とポリウレタン糸を添え編み編成したフライス編地を構成し、編み立て後にヒートセット加工することによりポリウレタン糸が熱変形して銀メッキ糸の交編部に融着することにより解れ止め加工された編地を用いることができる。
【００４７】
導電性布帛として、上述した平編地を用いることが好ましいが、リブ編（ゴム編、フライス編）、パール編などのヨコ編地、デンビー編（トリコット編）、アトラス編などのタテ編地、或はそれらの変化組織などの編地を用いることができ、ポチウレタンなどの伸縮糸を芯糸とした金属被着線を用いて織成した平織、綾織、朱子織などの織地を用いることも可能である。
【００４８】
［絶縁層と接着層］
絶縁層６，７として、伸縮性を備えたエラストマシートを用いることができ、例えば融点が２００℃程度のポリウレタンシートを好適に用いることができる。絶縁層６としてポリウレタンシートの両面にホットメルト接着剤層を形成し、導電性布帛４，５を両側に重畳した状態で熱圧着することによりセンサ部３を構成することができる。ホットメルト接着剤層が接着層８ａ，８ｂとなる。
【００４９】
さらに、伸縮性基材２上に重畳配置したセンサ部３の上方から、絶縁層７として下面にホットメルト接着剤層を形成したポリウレタンシートを被覆し、熱圧着することにより、センサ部３が伸縮性基材２に固定される。ホットメルト接着剤層が接着層８ｃとなる。
【００５０】
ホットメルト接着剤として、例えば、ポリウレタン系ホットメルト樹脂、ポリエステル系ホットメルト樹脂、ポリアミド系ホットメルト樹脂、ＥＶＡ系ホットメルト樹脂、ポリオレフィン系ホットメルト樹脂、スチレン系エラストマー樹脂、湿気硬化型ウレタン系ホットメルト樹脂、反応型ホットメルト樹脂等が挙げられる。中でも反応型ホットメルト樹脂は、接着強度が高く、しかも短時間での接着が可能な点で特に好ましい。
【００５１】
［伸縮性基材］
伸縮性基材２として、織ゴム生地を用いた例を説明したが、織ゴム生地以外の伸縮性を有する布帛を用いることも可能である。伸縮性を備えた編地や織地の布帛で伸縮性基材を構成することで、身体の動きなどを計測するための衣類に好適に機械電気変換装置を組み込むことができるようになる。
【００５２】
［機械電気変換装置の出力特性］
図２（ｂ），（ｃ），（ｄ）には、信号処理装置１１０から無線出力された信号波形が示されている。信号処理装置１１０には、機械電気変換装置１の一方の電極１５に周波数１０ｋＨｚのパルス信号を印加する電源回路と、機械電気変換装置１の他方の電極１５に接続される分圧回路と、分圧回路の電圧を増幅する前置増幅器と、前置増幅器の出力を計測機器に出力する無線通信インタフェースが設けられている。分圧回路は例えば一端が接地された抵抗とコンデンサの並列回路で構成される。機械電気変換装置１の伸縮に伴う静電容量の変化が前置増幅器から出力される電圧の変化として検出される。
【００５３】
機械電気変換装置１を、３６％の伸長率で、１０秒間隔で２回伸長した際の初回の電圧波形が図２（ａ）に示され、５００００回後の電圧波形が図２（ｂ）に示され、１０００００回後の電圧波形が図２（ｃ）に示されている。横軸は時間、縦軸は電圧相当値である。
【００５４】
初回は、収縮時の基底値が約７０００、伸長時のピーク値が約８０００で、基底値とピーク値の間の振幅Δが１０００となっている。５００００回後は、基底値が下方にドリフトするとともに基底値とピーク値の間の振幅Δが７００となっている。１００００００回後は、基底値が若干上方にドリフトするとともに基底値とピーク値の間の振幅Δが５００となっている。初回と比較して１００００００回後は振幅Δが５０％に低下しており、伸縮を繰り返すにつれて感度が低下することが示されている。
【００５５】
このような感度の低下は、多数回の伸縮を繰り返すことにより、センサ部３を構成する導電性布帛４，５と絶縁層６との接合状態が劣化して局所的に剥離が生じ、その程度が酷くなるためと考えられる。
【００５６】
感度が低下した機械電気変換装置１を継続使用すると、やがて伸縮状態を適正に検出できなくなるため、ある程度感度が低下すると新たな機械電気変換装置１に切り替える必要がある。しかし、在庫が無い状態で、事前に購入手配をかけることなく、そのような感度の低下を検出した時点で直ちに新たな機械電気変換装置１に切り替えることは不可能であるため、寿命となる感度低下に達する以前にその時期を予測して、購入手配をかける必要がある。
【００５７】
ところが、機械電気変換装置１の使用態様は使用者によって様々に異なり、一律に感度低下時期を予測することは困難である。例えば、サポータ１００の装着者の体型によってセンサ部３の伸縮の程度が異なったり、リハビリテーションのためにサポータ１００に信号処理装置１１０を装着して伸縮作動を計測するとき以外にも、信号処理装置１１０をサポータ１００から取り外した状態で常時サポータ１００を装着する患者と、リハビリテーションのためにサポータ１００に信号処理装置１１０を装着して伸縮作動を計測するとき以外には、サポータ１００を取り外す患者がいたりするため、容易に寿命を判定できなかった。
【００５８】
［機械電気変換装置の寿命診断システム及び寿命診断装置の構成］
そのような状況に対応するために、機械電気変換装置の寿命診断装置が組み込まれた寿命診断システムが構築される。
【００５９】
図３に示すように、寿命診断システムは、機械電気変換装置１が組み込まれたサポータ１００と、機械電気変換装置１に接続された信号処理装置１１０と、信号処理装置１１０から送信される計測結果を受信する寿命診断装置２０と、各寿命診断装置２０とインターネットを介して接続される寿命診断管理用のサーバ４０と、サーバ４０に接続された寿命管理用のデータベース５０を備えている。
【００６０】
本実施形態では、寿命診断装置２０としてタッチパネル式の表示部や通信機能や時計機能やカメラ機能などを備えたスマートフォンのような携帯通信機器が用いられ、携帯通信機器にインストールされた寿命診断用のアプリケーションプログラムが携帯通信機器に備えたＣＰＵで実行されることにより寿命診断装置２０として機能するように構成されている。
【００６１】
図４に示すように、寿命診断装置２０は、短距離無線通信インタフェース２１、通信キャリアインタフェース２２、記憶部２３、校正部２４、校正時刻管理部２５、寿命予測部２６、寿命表示部２７、購入補助部２８などの機能ブロックを備えている。
【００６２】
短距離無線通信インタフェース２１は、信号処理装置１１０との間でデータをやり取りするための通信インタフェースで、通信規格としてブルートゥース（登録商標）が採用されている。
【００６３】
通信キャリアインタフェース２２は、音声、画像、データなど情報の送受信に用いられるインタフェースで、通信規格としてＬＴＥが採用されている。なお、寿命診断装置２０には、これらの通信インタフェース以外にWi-Fi用のインタフェースも備えている。また、短距離無線通信インタフェース２１及び通信キャリアインタフェース２２に採用される通信規格は特に限定されるものではなく、他の通信規格の採用も可能である。
【００６４】
校正部２４は、短距離無線通信インタフェース２１を介して信号処理装置１１０から送信された機械電気変換装置１の収縮時の電圧値と伸長時の電圧値に基づいて、信号処理装置１１０から送信された任意の電圧値を正規化した所定の電圧値に変換処理する演算処理部で構成される。
【００６５】
具体的に、機械電気変換装置１を介した計測の開始時に常に実行され、機械電気変換装置１を検出対象に装着した状態で、機械電気変換装置１の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、機械電気変換装置１の最大伸長時における出力が所定の波高値となるように校正する。校正後の機械電気変換装置１の伸長または収縮時の数値が所定の基底値と所定の波高値の間の値として表示画面に表示される。本実施形態では校正部２４が、校正後の計測処理及び計測値の表示処理も実行するように構成されている。
【００６６】
校正時刻管理部２５は、校正部２４の作動時つまり校正時の時刻情報を校正時刻として管理する機能ブロックで、携帯通信機器に本来的に組み込まれている計時部で計時された値を読み取って、毎回の校正時の時刻を記憶部２３に記憶するように構成されている。
【００６７】
寿命予測部２６は、校正部２４で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、校正時刻管理部２５により管理される校正時刻から得られる累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する演算処理部で構成されている。なお、最大伸長時における出力の初期値からの低下率とは、最大収縮時における出力を基準にした波高値の初期値に対する低下率を意味する。
【００６８】
寿命表示部２７は、寿命予測部２６により予測された寿命到達時期を表示画面に表示するように構成されている。
【００６９】
購入補助部２８は、寿命予測部２６により予測された寿命到達時期が迫った場合に、機械電気変換装置１の購入ウェブサイトに接続して、機械電気変換装置１の代替品の購入処理に導く機能ブロックとなる。
【００７０】
つまり、機械電気変換装置１の使用に先立ち、校正部２４によって機械電気変換装置１の出力が校正され、経時的に感度劣化が生じている場合であっても、機械電気変換装置１の最大収縮時における出力が所定の基底値となり、最大伸長時における出力が所定の波高値となるように調整される。ここに、最大収縮時及び最大伸長時とは、リハビリテーションを行なう患者にサポータ１００を装着した状態で関節を伸ばした状態が機械電気変換装置１の最大収縮時となり、関節を最大に曲げた状態が機械電気変換装置１の最大伸長時となる。
【００７１】
校正時刻管理部２５により管理される初回校正時からの累積時間と、校正の度に検出される機械電気変換装置１の最大収縮時及び最大伸長時の出力、つまり校正前の出力に基づいて得られる初期値からの低下率とに基づいて、寿命予測部２６で寿命予測され、寿命表示部２７に予測寿命が表示される。
【００７２】
［寿命予測処理］
図８（ａ）には、縦軸を感度、横軸を経過時間とする二次元座標系に示された機械電気変換装置１の寿命特性が実線で示されている。本実施形態では、機械電気変換装置１が予め設定された標準的な使用態様で使用された場合に感度が５０％に低下する時点Ｐｏｌを寿命Ｔｏｌ（ｏｌは、operating life の略である）と設定されている。例えば、標準的な使用態様で使用された場合の校正時に感度が７０％に低下する時点Ｐで、残り寿命Ｔｏｌ（５０）が、Ｔｏｌ−Ｔｏｌ(７０)と予測される。
【００７３】
標準的な使用態様がどのような態様であるかは、特に限定されるものではなく適宜設定すればよい。例えば１０秒周期で伸長と収縮を繰り返すパターンを４時間継続し、その後２０時間経過後に再度同様のパターンを繰り返す態様を採用することができる。１日当たりのリハビリのための関節の屈伸動作を１０秒周期で４時間繰返し、その後２０時間は使用しないというモデルパターンである。伸縮周期や連続時間を適宜設定した場合の感度劣化特性を基準となる寿命特性とすればよい。
【００７４】
図８（ａ）に破線で示す特性は、何回目かの校正時点Ｐ１に感度が７０％に低下した場合に、感度が５０％に低下する寿命予測点Ｐ１ｏｌを示す寿命特性である。基準となる寿命特性よりも早期に感度が７０％に低下していることから１日当たりの機械電気変換装置１の使用回数が多いか使用時間が長いと予測される。
【００７５】
寿命予測部２６は、校正時点Ｐ１で寿命到達時期Ｔ１ｏｌ（５０）を、初回校正時からの累積時間Ｔ１ｏｌ（７０）と、校正の度に検出される機械電気変換装置１の最大収縮時及び最大伸長時の出力、つまり校正前の出力に基づいて得られる初期値からの低下率（７０％）とに基づいて、
Ｔ１ｏｌ（５０）＝Ｔ１（Ｔｏｌ（５０））／Ｔｏｌ（７０）
と予測することができる。この例では寿命特性を線形特性で近似しているが、時間の経過に伴って感度が低下する特性であれば線形特性以外の曲線近似など適宜設定できる。
【００７６】
この様な寿命予測処理によれば、例えば、機械電気変換装置を常時装着して頻繁に伸縮作動しているが累積経過時間は短いような場合や、必要に応じて着脱しているため累積経過時間は長いが伸縮作動回数は少ないような場合の何れであっても、適切に劣化度合いを判定できるようになる。
【００７７】
図８（ｂ）には、寿命予測処理の他の例が示されている。縦軸を感度、横軸を伸縮回数とする二次元座標系に示された機械電気変換装置１の寿命特性が実線で示されている。本実施形態では、機械電気変換装置１が予め設定された標準的な使用態様で使用された場合に感度が５０％に低下する時点Ｐｏｌを寿命Ｎｏｌと設定されている。例えば、標準的な使用態様で使用された場合の校正時に感度が７０％に低下する時点Ｐで、残り寿命Ｎｏｌ（５０）が、Ｎｏｌ−Ｎｏｌ(７０)と予測される。
【００７８】
この場合も標準的な使用態様がどのような態様であるかは、特に限定されるものではなく適宜設定すればよい。例えば１０秒周期で伸長と収縮を繰り返すパターンを１５００回継続（約４時間に相当）し、その後７５００回の伸縮に要する時間（約２０時間に相当）経過後に再度同様のパターンを繰り返す態様を採用することができる。１日当たりのリハビリのための関節の屈伸動作を１０秒周期で１５００回繰返し、その後２０時間は使用しないというモデルパターンである。伸縮周期や繰返し回数を適宜設定した場合の感度劣化特性を基準となる寿命特性とすればよい。
【００７９】
図８（ｂ）に破線で示す特性は、何回目かの校正時点Ｐ１に感度が７０％に低下した場合に、感度が５０％に低下する寿命予測点Ｐ１ｏｌを示す寿命特性である。基準となる寿命特性よりも早期に感度が７０％に低下していることから１日当たりの機械電気変換装置１の使用回数が多いか使用時間が長いと予測される。
【００８０】
寿命予測部２６は、校正時点Ｐ１で寿命到達回数Ｎ１ｏｌ（５０）を、初回校正時からの累積伸縮回数Ｎ１ｏｌ（７０）と、校正の度に検出される機械電気変換装置１の最大収縮時及び最大伸長時の出力、つまり校正前の出力に基づいて得られる初期値からの低下率（７０％）とに基づいて、
Ｎ１ｏｌ（５０）＝Ｎ１（Ｎｏｌ（５０））／Ｎｏｌ（７０）
と予測することができる。この例でも寿命特性を線形特性で近似しているが、時間の経過に伴って感度が低下する特性であれば線形特性以外の曲線近似など適宜設定できる。
【００８１】
図８（ｂ）に示した例では、校正時刻管理部２５に替えて、校正部２４で校正された後の機械電気変換装置１の伸縮回数を管理する伸縮回数管理部２５´を備え、寿命予測部２６が、校正部２４で検出された最大伸長時の出力の初期値からの低下率と、伸縮回数管理部２５´から得られる累積伸縮回数と、に基づいて寿命到達時期を予測するように構成される。伸縮回数管理部２５´は、校正部２４で校正処理が行なわれた後に、次の校正処理までの間の機械電気変換装置１の出力に基づいて伸縮回数がカウントする。
【００８２】
この様な寿命予測処理によれば、例えば、機械電気変換装置１を装着した際に程度の大きな伸縮作動が多い場合と、程度の小さな伸縮作動が多い場合の其々に対して、適切に劣化度合いを判定できるようになる。
【００８３】
図３に示したように、寿命診断装置２０は、通信キャリアインタフェース２２を介して寿命管理用のサーバ４０とインターネット接続され、上述した校正部２４で検出された校正時の生データ、校正時刻管理部２５で管理された校正時刻、伸縮回数管理部２５´で管理された伸縮回数などの寿命診断に要するデータがサーバ４０を介してデータベース５０に格納されるとともに、寿命予測部２６で予測された寿命到達時期がサーバ４０を介してデータベース５０に格納される。
【００８４】
データベース５０には、機械電気変換装置レコード、管理者レコード、使用者レコード、校正データ履歴レコードなどの寿命予測に必要なレコードが相互に関連付けられるようにして格納されている。
【００８５】
機械電気変換装置レコードには、個々の機械電気変換装置を識別する識別コード、管理者コード、使用者コード、寿命到達時期データなどのフィールドが設定されている。管理者レコードには、管理者コード、管理者名、連絡先、管理対象となる機械電気変換装置の識別コードなどのフィールドが設定され、使用者レコードには、使用者コード、使用者名、連絡先、使用中の機械電気変換装置の識別コードなどのフィールドが設定され、校正データ履歴レコードには、機械電気変換装置の識別コードごとに、校正時刻、感度、寿命到達時期などのフィールドが設定されている。
【００８６】
寿命診断装置２０は、機械電気変換装置の識別コードをキーにして寿命予測に必要な情報を、サーバ４０を介してデータベース５０からダウンロードし、或いはデータベース５０にアップロードすることで、自らの記憶部２３に校正や計測で得られるデータを累積的に記憶することが不要になるように構成されている。この様なサーバ４０としてクラウドサーバを好適に用いることができる。
【００８７】
上述した機械電気変換装置を識別する識別コードは、機械電気変換装置１に付されたタグにコード情報として表され、携帯通信機器に備えたカメラで読み込むことにより一意に特定可能に構成され、当該識別コードをキーにして必要な情報がサーバ４０を介してデータベース５０からダウンロードされる。
【００８８】
寿命予測部２６が、識別コードに基づいて対応する機械電気変換装置１の寿命を予測するように構成されているので、同じ寿命診断装置２０で異なる機械電気変換装置１の寿命を予測することも可能になる。
【００８９】
以下、図５から７に基づいて寿命診断装置２０によって実行される校正処理、寿命予測処理の手順を説明する。
図５に示すように、寿命診断装置２０は、アプリケーションプログラムが起動され、信号処理装置１１０と無線接続されると（ＳＡ１）、表示画面に機械電気変換装置１の識別コードを入力するように案内表示し、内蔵カメラを介してタグに付された二次元コードを読み込むか、タグに付されたシリアル番号を入力することにより、識別コードが入力される（ＳＡ２）。
【００９０】
識別コードが入力されるとサーバ４０に接続され、サーバ４０を介してデータベース５０から当該識別コードに対応する過去の校正時のデータが読み出される（ＳＡ３）。
【００９１】
続いて計時部で計時された現在時億を読み取って、校正時刻として記憶部２３に記憶し（ＳＡ４）、表示画面に校正開始メッセージを表示する（ＳＡ５）。先ず、「サポータを装着した関節を伸ばしてください」と案内した後に（ＳＡ６）、所定時間内に信号処理装置１１０から入力された値の最小値を収縮時データとして取得して記憶部２３に記憶する（ＳＡ７）。
【００９２】
次に、「サポータを装着した関節を大きく曲げてください」と案内した後に（ＳＡ８）、所定時間内に信号処理装置１１０から入力された値の最大値を伸長時データとして取得して記憶部２３に記憶する（ＳＡ９）。
【００９３】
収縮時データと伸長時データの差分が最初の校正時の差分と比較して低下した程度を感度として算出し、次に収縮時データと伸長時データが、所定の基底値と最大値になるように変換率を算出して、変換処理後のデータを表示部に数値または波形で表示し、「校正が完了しました」と案内する（ＳＡ１０）。
【００９４】
その後、寿命予測処理を実行した後に（ＳＡ１１）、「計測を開始します」と案内し、信号処理装置１１０から入力された値が、所定の基底値と最大値の間で正規化された値として表示される（ＳＡ１２）。このようにして計測が開始されると、表示画面に表示された計測終了スイッチが操作されるまでの間、信号処理装置１１０から入力された値が表示部に数値または波形で表示され、この間、波形が基底値から立上った後に立ち下がるまでの回数が伸縮回数として記憶部２３に記憶される。記憶部に記憶された校正時刻、感度、伸縮回数などのデータは適宜サーバ４０を介してデータベース５０に格納される。
【００９５】
図６には、図５のステップＳＡ１１の詳細手順が示され、寿命予測部２６が、校正部２４で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、校正時刻から得られる累積使用時間と、に基づいて寿命到達時期を予測する場合の手順が示されている。
【００９６】
寿命予測部２６は、初回校正時の時刻から今回の校正時の時刻までの累積経過時間を算出し（ＳＢ１）、今回の校正時に計測された収縮時と伸長時の校正前の出力の差分であるピーク値を算出する（ＳＢ２）。次に、初回校正時に計測された収縮時と伸長時の校正前の出力の差分であるピーク値に対する今回のピーク値の比率を感度として算出する（ＳＢ３）。
【００９７】
さらに、図８（ａ）で説明したように、累積経過時間と感度低下率から寿命到達時期を予測し（ＳＢ４）、結果をデータベース５０に登録する（ＳＢ５）。予測された寿命到達時期までの時間が予め設定された報知時間に達すると、表示部に寿命到達時期を案内表示し（ＳＢ６）、買替するか否かの案内メッセージを表示する（ＳＢ７）。
【００９８】
予め設定された報知時間は、寿命診断装置２０に備えたパラメータ設定画面を介して予め設定可能に構成されている。校正処理のたびに寿命到達時期までの時間が表示されるのは煩わしく感じる場合があるためである。例えば報知時間を１か月に設定すると、寿命到達時期までの時間が１カ月を切るまでの間は寿命到達時期が表示されないように設定される。なお、寿命診断装置２０の初期画面で表示されるパラメータ設定用のアイコンをタッチ操作することによりパラメータ設定画面に切り替わる。パラメータ設定画面では、他に購入ウェブサイトへの誘導の許否設定などが行なえる。
【００９９】
ステップＳＢ７で買替が選択されると（ＳＢ７，Ｙ）、購入ウェブサイトに誘導して購入処理を開始する（ＳＢ８）。ステップＳＢ７で買替が選択されない場合には（ＳＢ７，Ｎ）、ステップＳＡ１２の計測開始メッセージが表示される。
【０１００】
図７には、図５のステップＳＡ１１の詳細手順が示され、寿命予測部２６が、校正部２４で検出された最大伸長時における出力の初期値からの低下率と、伸縮回数管理部２５´から得られる累積伸縮回数と、に基づいて寿命到達時期を予測する場合の手順が示されている。ステップＳＣ４，ＳＣ６の処理が図６と異なる。ステップＳＣ４では、図８（ｂ）で説明したように、累積伸縮回数と感度低下率から寿命到達時期が予測され、ステップＳＣ６では、寿命到達までの伸縮回数が表示される。
【０１０１】
上述した実施形態では、サポータ１００を装着した患者が所有する携帯通信端末を寿命診断装置２０として構成した例を説明したが、寿命予測部２６の機能ブロックをサーバ４０に持たせて、サーバ４０から患者が所有する携帯通信端末に寿命到達時期を表示するように構成してもよい。この場合には、データベース５０を含むサーバ４０と携帯通信端末により寿命診断装置２０が構成される。
【０１０２】
患者が所有する携帯通信端末を寿命診断装置２０として構成し、寿命診断装置２０からサーバ４０に送信された寿命到達時期を、管理者が所有する通信機器に送信するように構成してもよい。例えば、リハビリ施設の管理者側のパーソナルコンピュータや管理者が所有する携帯通信機器に、寿命診断装置２０によって診断された寿命到達時期を通知し、管理者側で機械電気変換装置１が組み込まれたサポータ１００の買替処理を行なうように構成してもよい。
【０１０３】
以上説明した実施形態では、機械電気変換装置１がサポータ１００に組み込まれる例を説明したが、機械電気変換装置１はサポータ以外の衣類に適用することも可能であり、被着用者の動作状態をモニタする任意の用途に用いることができる。例えば、スポーツ用の衣類であるコンプレッションタイプのシャツやパンツの身生地に組み込み、任意の関節部位の動きをモニタすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明による機械電気変換装置の寿命診断装置は、繰返し使用される機械電気変換装置の寿命を、使用態様にかかわらず正確に診断でき、適切に買替を促すことができる装置として広く活用される。
【符号の説明】
【０１０５】
１：機械電気変換装置
２：伸縮性基材
３：センサ部
４，５：伸縮性の導電性布帛（電極）
６：絶縁層
８ａ，８ｂ，８ｃ:接着層
２０：寿命診断装置
２１：短距離無線通信インタフェース
２２：通信キャリアインタフェース
２３：記憶部
２４：校正部
２５：校正時刻管理部
２５´：伸縮回数管理部
２６：寿命予測部
２７：寿命表示部
２８：購入補助部
４０：サーバ
５０：データベース
１００：サポータ
１１０：信号変換装置
【図１】
2020176887.tif 000003
【図２】
2020176887.tif 000004
【図３】
2020176887.tif 000005
【図４】
2020176887.tif 000006
【図５】
2020176887.tif 000007
【図６】
2020176887.tif 000008
【図７】
2020176887.tif 000009
【図８】
2020176887.tif 000010