(57)【要約】【課題】  圧力および／または力センサとしての使用のためのセンサを提供する。【解決手段】  センサ（９００）は、第１ヤング率（Ｙ２００）および第１降伏ひずみ（εｙ，２００）を有する材料の弾性伸縮層（０５０，１００，２００）と、当該弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に取り付けられ、互いに第１距離（ｄ１，ｄ１，３０１，３０２）離れて配設された、少なくとも第１伸縮性電極（３０１）および第２伸縮性電極（３０２）と、第２ヤング率（Ｙ５００）を有するフレキシブル箔（５００）と、当該フレキシブル箔（５００）に取り付けられた導電配線（４００）とを含む。導電配線（４００）の少なくとも一部は、伸縮性電極（３０１，３０２）に導電的に結合し、第１降伏ひずみ（εｙ，２００）は、少なくとも１０パーセントであり、第１ヤング率（Ｙ２００）は、第２ヤング率（Ｙ５００）よりも小さく、フレキシブル箔（５００）の厚み（ｔ５００）は、最大０．５ｍｍである。【選択図】      図１ｅ
2020024231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ヤング率（Ｙ２００）と第１降伏ひずみ（εｙ，２００）とを有する層（２００）を含む、またはかかる層（０５０）から成る弾性伸縮層（０５０，１００，２００）と、
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に取り付けられ、互いに第１距離（ｄ１，ｄ１，３０１，３０２）離れて配設される、少なくとも第１伸縮性電極（３０１）および第２伸縮性電極（３０２）と、
第２ヤング率（Ｙ５００）を有するフレキシブル箔（５００）と、
前記フレキシブル箔（５００）に取り付けられた導電配線（４００）と、
第１導電層（６００）とを含む、センサ（９００）であって、
前記導電配線（４００）の少なくとも一部は、前記第１伸縮性電極（３０１）に導電的に結合され、
前記導電配線（４００）の少なくとも一部は、前記第２伸縮性電極（３０２）に導電的に結合され、
前記弾性伸縮層（０５０）は、前記第１導電層（６００，６００ａ）と前記第１伸縮性電極（３０１）との間に前記センサ（９００）の厚み方向に配設され、
前記第１降伏ひずみ（εｙ，２００）は、少なくとも１０パーセントであり、
前記第１ヤング率（Ｙ２００）は、前記第２ヤング率（Ｙ５００）よりも小さく、
前記センサ（９００）は、
前記導電配線（４００）に導電的に結合され、少なくとも前記第１伸縮性電極（３０１）の静電容量を測定するように構成される、少なくとも１つの集積回路（７００）と、
追加の弾性変形層（１００ｂ）と、
第２導電層（６００ｂ）とを含み、
前記第１導電層（６００，６００ａ）と前記第２導電層（６００ｂ）とは、前記第１伸縮性電極（３０１）の反対側にあり、
前記追加の弾性変形層（１００ｂ）は、前記第２導電層（６００ｂ）と前記第１伸縮性電極（３０１）との間に前記センサ（９００）の厚み方向に配設されることを特徴とするセンサ（９００）。
【請求項２】
前記弾性伸縮層（０５０）は、
弾性変形層（１００）と、
伸縮層（２００）とを含み、
前記伸縮層（２００）、前記第１伸縮性電極および前記第２伸縮性電極（３０１，３０２）、前記フレキシブル箔（５００）、ならびに導電配線（４００）が、前記弾性変形層（１００）の同じ側にあることを特徴とする請求項１に記載のセンサ（９００）。
【請求項３】
前記伸縮層（２００）は、前記第１伸縮性電極（３０１）と前記弾性変形層（１００）との間に配設されることを特徴とする請求項２に記載のセンサ（９００）。
【請求項４】
前記弾性変形層（１００）は、前記第１ヤング率（Ｙ２００）よりも小さいヤング率（Ｙ１００）を有することを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ（９００）。
【請求項５】
前記伸縮層（２００）は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリアミド、およびポリエステルのうちの１つを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項６】
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）、たとえばその弾性変形層（１００）が、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ（エチレン−ビニルアセテート）、ポリ塩化ビニル、ポリボロジメチルシロキサン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−ブタジエンスチレン、エチレンプロピレンゴム、ネオプレン、コルク、ラテックス、天然ゴム、シリコーン、および熱可塑性エラストマーゲルのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項７】
無電極空間（２１０）が、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に取り付けられた全ての伸縮性電極（３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６）の外側の前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）にあり、
少なくともいくつかの前記導電配線（４００）が、前記無電極空間（２１０）の上または下に配設され、
好ましくは、少なくとも７５％の前記導電配線（４００）が、前記無電極空間（２１０）の上または下に配設されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項８】
前記導電配線（４００）は、最大２００μｍの幅（Ｗ４００）を有するワイヤ（４０１，４０２）を含み、
好ましくは、前記導電配線（４００）は、ワイヤ（４０１，４０２）から成り、前記ワイヤの少なくとも５０％が最大２００μｍの幅（Ｗ４００）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項９】
前記第１伸縮性電極（３０１）は、導電性粒子、たとえば、互いに導電的に結合したフレークまたはナノ粒子を含み、
好ましくは、前記導電性粒子は、炭素、銅、銀、および金のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項１０】
フレキシブル箔（５００）は、ポリエステル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、およびポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項１１】
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に結合した複数の伸縮性電極（３００）を含み、
前記伸縮性電極（３００）のそれぞれが、全ての他の前記伸縮性電極（３００）からいくらかの距離（ｄ１，ｉ，ｊ）離れて配設され、
好ましくは、距離（ｄ１，ｉ，ｊ）の最小値は、少なくとも１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項１２】
前記第１および／もしくは前記第２導電層（６００，６００ａ，６００ｂ）の少なくとも一部は、導電性インクで作製され、ならびに／または
前記第１および／もしくは前記第２導電層（６００，６００ａ，６００ｂ）は、導電性ファブリックを含み、ならびに／または
前記第１および／もしくは前記第２導電層（６００，６００ａ，６００ｂ）は、導電性ポリマを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項１３】
支持層（６５０）を含み、
前記第１伸縮性電極（３０１）と前記第２伸縮性電極（３０２）とが、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）と前記支持層（６５０）との間に配設されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
【請求項１４】
前記フレキシブル箔（５００）の断面積は、最大でも前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の断面積の半分であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセンサ（９００）を含む、衣服などの着用可能品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力センサに関する。本発明は、圧力センサに関する。本発明は、静電容量および／または圧力センサに関する。本発明は、装着型の、静電容量および／または圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
健康に対する関心が高まっている。これは、個人の健康、およびヘルスケアを含む。これによって、たとえばセンサのような、多くの個人用の医療用モニタリング装置が生まれている。そのようなセンサは、衣類、たとえば、グローブ、ミット、履物、ヘルメットなどに埋め込むことができる。衣類用の力または圧力センサの場合、それらは、たとえば、圧抵抗性、圧電性、または容量性とすることが可能である。静電容量／圧力センサは、典型的には、容易に入手できる材料だけに関与している。
【０００３】
静電容量センサでは、電極の静電容量が測定される。静電容量は、周囲と相対的に、または他の電極、たとえば接地電極に相対して測定することができる。一般的には、２つの動作原理が存在する。（１）（たとえば、２つの電極間において）電極に近い誘電材料が、変化して、静電容量を変化させる、および／または（２）２つの電極間の距離が変化し、これが、これらの電極間の静電容量を変化させる。これらの原理は、当業者に公知である。
【０００４】
たとえば、特許出願ＤＥ１０２００９０５５１２１は、複数の導体と、その間に弾性非導電層とを有する力センサを開示している。力を印加することによって、弾性非導電層が変形し、導体（すなわち、電極）間の静電容量の変化をもたらす。
【０００５】
そのようなセンサには、いくつかの相互に関連する問題がある。たとえば、電極の面積は、力を正確に測定するために適度に大きくなければならない。また、電極の静電容量の測定は、他の電極の静電容量の測定結果に影響を与えてはならない。さらに、複数の静電容量を並行して、すなわち同時にまたは実質的に同時に測定することができることが有益であろう。たとえば、走り高跳びの選手の能力をモニタリングするとき、適度に速いサンプリング速度で時間の関数として足の下の圧力分布を測定することができなければならない。さらに、空間分解能は、適度に高くなければならず、それによって電極の数は適度に多くなければならない。さらにまた、センサは、着心地がよく、機械的に信頼性があるべきである。
【発明の概要】
【０００６】
上述の特徴間でよいバランスを有する力および／または圧力センサが開示される。力および／または圧力センサは、伸縮性および弾性である単数または複数の層を含む。このセンサは、この単数の層またはこれら複数の層のうちの１つに取り付けられた伸縮性電極をさらに含む。伸縮性は、力センサの快適さを向上させる。しかしながら、電極の配線が問題をもたらすことが分かっている。伸縮層上では、伸縮性配線は、そのような目的に使用可能である伸縮性材料であるがゆえに、かなりの幅を有していなければならない。広幅の配線は電極のサイズを小さくし、それによって全体の力ではなく、局所的な圧力しか測定することができないので、いくつかの問題をもたらす。この問題を解決するために、電極用配線はフレキシブル箔上に配設される。電極とは対照的に、箔上の配線は伸縮性である必要はない。したがって、配線を大幅に細くすることができ、それに対応して電極も大きくすることができる。より具体的には、本発明は、請求項１に開示されている。
【０００７】
さらに、配線が、主として、電極間にある領域において延びるように配設されている場合、静電容量の測定は他の静電容量の測定を妨げない。この実施形態および他の実施形態は、従属請求項に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１ａ】力および／または圧力センサの一実施形態を側面図で示す。
【図１ｂ】図１ａの力および／または圧力センサの断面Ｉｂ−Ｉｂを底面図で示す。
【図１ｃ】図１ａの力および／または圧力センサの断面Ｉｃ−Ｉｃを上面図で示す。
【図１ｄ】図１ａの力および／または圧力センサの層を底面図で示す。
【図１ｅ】弾性伸縮層０５０に取り付けられた伸縮性電極を有する、力および／または圧力センサの一実施形態を側面図で示す。
【図２】伸縮層およびその上に配設された伸縮性電極を底面図で示す。
【図３ａ】伸縮層およびその上に配設された伸縮性電極を底面図で示す。
【図３ｂ】図３ａの伸縮層および伸縮性電極と共に使用されるフレキシブル箔を上面図で示す。
【図３ｃ】図３ｂのフレキシブル箔と、フレキシブル箔上に配設された配線とを上面図で示す。
【図３ｄ】図３ａの伸縮層および伸縮性電極と共に使用することができる別のフレキシブル箔を上面図で示す。
【図４ａ】伸縮層およびその上に配設された伸縮性プリント電極を底面図で示す。
【図４ｂ】伸縮層およびその上に配設された伸縮性テキスタイル電極を底面図で示す。
【図４ｃ】図４ｂの伸縮層および伸縮性テキスタイル電極を有する力および／または圧力センサの層を底面図で示す。
【図５ａ】導電層を有する力および／または圧力センサの一実施形態を側面図で示す。
【図５ｂ】２つの導電層を有する力および／または圧力センサの一実施形態を側面図で示す。
【図６ａ】伸縮層がインソールのために形成された、伸縮層およびその上に配設された伸縮性電極を底面図で示す。
【図６ｂ】図６ａの、伸縮層および伸縮性電極と共に使用されるフレキシブル箔を上面図で示す。
【図６ｃ】伸縮層がインソールの形状である、伸縮層およびその上に配設される伸縮性電極を底面図で示す。
【図６ｄ】図６ｃの伸縮層および伸縮性電極と共に使用されるフレキシブル箔を上面図で示す。
【図７ａ】力センサおよび／または圧力センサの弾性変形層を上面図で示す。
【図７ｂ】力センサおよび／または圧力センサの弾性変形層を上面図で示す。
【図７ｃ】力センサおよび／または圧力センサの弾性変形層を上面図で示す。
【図７ｄ】力および／または圧力センサの弾性変形層を側面図で示す。
【図７ｅ】力および／または圧力センサの弾性変形層を側面図で示す。
【図７ｆ】力および／または圧力センサの弾性変形層を側面図で示す。
【図８ａ】熱可塑性支持層を有する、力または圧力センサの実施形態を側面図で示す。
【図８ｂ】熱可塑性支持層を有する、力または圧力センサの実施形態を側面図で示す。
【図８ｃ】熱可塑性支持層を有する、力または圧力センサの実施形態を側面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、圧力および／または力センサとしての使用に適したセンサ９００に関する。本発明の実施形態に従った力または圧力センサは、比較的薄い。すなわち、厚みは、長さおよび幅の小さい方よりも小さい。センサの形状は、平面状であってもよい。さらに、センサは適合性があり、それによって使用時に、その形状が保管時の形状とは異なってもよい。たとえば、センサは、平面形態で格納されてもよく、たとえばミットの中に組み込まれるとき、その形状は、ミットの形状に合わせてもよい。実施形態は、平面形態で示されている。しかしながら、センサは、任意に湾曲した物体に取り付けることができることが理解される。
【００１０】
図１ａおよび図１ｅは、側面図で力および／または圧力センサ９００の実施形態を示す。図において、方向Ｓｚは、力および／または圧力センサ９００の厚み方向を表す。他の方向ＳｘおよびＳｙは、Ｓｚに対して互いに垂直である。以下において、力および／または圧力センサ９００は、力センサ９００と称され、センサのいくつかの実施形態でも、圧力を測定し、このようにして力の少なくとも一部を測定するのに適している。この点については、以下で明らかにされる。図１ｅを参照すると、一実施形態は、弾性伸縮層０５０を含む。図１ａを参照すると、弾性伸縮層０５０は、弾性層１００および伸縮層２００を含んでもよい。また、伸縮層２００は、少なくともある程度弾性がある。図１ａの力センサ９００は、弾性変形層１００（または図５ｂにおける１００ａ）を含む。使用時において、この層は、変形し、その結果、電極３００の静電容量が変化する。使用時に合理的な変形を確保するために、弾性変形層１００（すなわち、弾性変形層１００の材料）は、第３ヤング率Ｙ１００を有する。たとえば、層１００の材料は、当該層１００が、典型的な用途において、約１〜１５％、たとえば３０％まで圧縮されるように選択されてもよい。当然に、圧縮は、圧力に依存し、空間的または時間的に均一である必要はない。典型的な圧力は、２ｋＰａ〜１０００ｋＰａのオーダーであってもよく、たとえば、片足または両足で立っている人、または跳躍する人もそのような圧力をもたらす可能性がある。したがって、第３ヤング率Ｙ１００は、たとえば、最大で１５ＭＰａ、または最大で５ＭＰａであってもよい。また、第３ヤング率Ｙ１００は、たとえば、少なくとも０．０５ＭＰａ、または少なくとも０．２ＭＰａであってもよい。（小さなヤング率から生じる）大きなひずみは、使用時に弾性変形層１００の材料をクリープさせる可能性がある。このことは、長期的に測定を悪化させる可能性がある。さらに、（大きなヤング率から生じる）小さなひずみは、測定することが難しい。
【００１１】
弾性変形層１００の厚みｔ１００は、重要ではない。応力は、層１００にひずみ（すなわち、比例変形）を加え、そのひずみは、電極の静電容量の変化に影響を与える。いくつかの用途、たとえばインソールでは、弾性変形層１００の厚みは、通常の履物に合う快適なセンサを有するために、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍであってもよい。
【００１２】
一実施形態では、弾性変形層１００は、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ（エチレン−酢酸ビニル）、ポリ塩化ビニル、ポリボロジメチルシロキサン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−ブタジエンスチレン、エチレンプロピレンゴム、ネオプレン、コルク、ラテックス、天然ゴム、シリコーン、および熱可塑性エラストマーゲルのうちの少なくとも１つを含む。
【００１３】
これらの材料のいくつかは、Plastazote（登録商標）、Evazote（登録商標）、Zotek（登録商標）、Poron（登録商標）、Pe-Lite（登録商標）（ミディアム）、Spenco（登録商標）、およびSorbothane（登録商標）の商品名で市販されている。
【００１４】
力センサは、伸縮層２００を含む。層２００は、使用時にセンサを含む物体の形状に適合するように伸縮性である。たとえば、ミットまたはインソールがセンサを含む場合、伸縮層２００は、使用時に、ミットまたはインソールの動的形状に一致するように伸縮してもよい。このように、伸縮性は、センサの快適性を向上させる。しかしながら、適度に容易に伸縮するために、伸縮層２００（すなわち、伸縮層の材料）は、比較的小さい第１ヤング率Ｙ２００を有する。一実施形態では、第１ヤング率Ｙ２００は、フレキシブル箔５００のヤング率Ｙ５００よりも小さい。しかしながら、センサ内の変形を弾性変形層１００に主に集中させるために、一実施形態では、第３ヤング率Ｙ１００は、第１ヤング率Ｙ２００よりも小さい。このことは、測定精度を向上させる。なぜなら、圧縮の位置が、よりよく制御されるからである。
【００１５】
伸縮性については、伸縮層２００（すなわち、伸縮層２００の材料）は、適度に大きい第１降伏ひずみεｙ，２００を有する。一実施形態では、第１降伏ひずみεｙ，２００は、少なくとも１０パーセントである。この値は、多くの用途において快適な力センサにとって十分に高いことが分かっている。典型的な変形はこの値より小さいので、この値は伸縮層２００の機械的信頼性の観点からも十分に高いことが分かっている。これに代えて、第１降伏ひずみεｙ，２００は、少なくとも２０パーセントまたは少なくとも３０パーセントであってもよい。また、伸縮層２００（すなわち、伸縮層の材料）は、電気的に絶縁性である。この明細書全体を通して、電気絶縁材料は、抵抗率（すなわち、比電気抵抗）が２０℃において１００Ωｍを超える材料を表す。
【００１６】
伸縮層２００は、適切なポリマフィルムから成っていてもよい。伸縮層２００は、適切な織物で作製されてもよい。一実施形態では、伸縮層２００は、ポリマフィルム、たとえば熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）フィルムを含む。ＴＰＵは、ポリエステル系ＴＰＵおよび／またはポリエーテル系ＴＰＵを含んでもよい。一実施形態では、伸縮層は、織物、たとえばポリアミド（ナイロンなど）またはポリエステルを含む。伸縮層２００は、織物およびフィルムを含んでもよい。
【００１７】
力センサは、伸縮層２００に、または弾性伸縮層０５０に取り付けられた、少なくとも第１伸縮性電極３０１および第２伸縮性電極３０２を備える。個々の伸縮性電極は、参照符号３０１，３０２，３０３，・・・によって表わされる。一方、伸縮性電極は、一般に参照符号３００によって表わされる。伸縮性電極３００は、導電性材料で作製される。本明細書を通して、導電性材料は、２０℃において抵抗率（すなわち、比電気抵抗）が１Ωｍ未満である材料を表す。伸縮性電極３００を互いに電気的に絶縁するために、第１伸縮性電極３０１は、第２伸縮性電極３０２から距離ｄ１だけ離れて配設される（図１ｂを参照）。伸縮性電極３００の伸縮性について、伸縮性電極３００は、一実施形態では少なくとも１０パーセントである第２降伏ひずみεｙ，３００を有する。この値は、多くの用途における適合性力センサとして十分に高いことが分かっている。適合性センサは、着心地がよく、変動荷重下において機械的信頼性がある。典型的な変形はこの値より小さいので、この値は伸縮性電極３００の機械的信頼性の観点からも十分に高いことが分かっている。これに代えて、第２降伏ひずみεｙ，３００は、少なくとも２０パーセントまたは少なくとも３０パーセントであってもよい。典型的には、第２降伏ひずみεｙ，３００は、第１降伏ひずみεｙ，２００よりも小さい。従来のように、第１電極と第２電極との間の距離ｄ１、および電極ｉと電極ｊとの間の距離ｄ１，ｉ，ｊは、２つの電極の最も近い点の間の距離、すなわち２つの電極間の最小距離を表す。
【００１８】
一実施形態では、伸縮性電極（３０１，３０２）または全ての伸縮性電極３００は、導電性インクから作製される。一実施形態では、伸縮性電極（３０１，３０２）または全ての伸縮性電極は、導電性ファブリックまたはファイバから作製される。一実施形態では、伸縮層２００はＴＰＵを含み、伸縮性電極３００は導電性インクから作製される。一実施形態では、伸縮層２００は、伸縮性電極３００の間に非導電性ファブリックを含み、伸縮性電極３００またはそれらの少なくともいくつかは、金属、たとえば銀によって被覆された導電性ファブリック、たとえばポリアミドまたはポリエステルを用いて作製されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、導電性インクは、伸縮性電極３００またはその少なくともいくつかを形成するために、織物と組み合わせて使用されてもよい。
【００１９】
導電性インクおよびファブリックは通常、互いに付着した導電性粒子、たとえばフレークまたはナノ粒子を含む。したがって、一実施形態では、第１伸縮性電極３０１は、電気的に互いに付着しあった導電性粒子、たとえば、フレークまたはナノ粒子を含む。好ましい実施形態において、導電性粒子は、炭素、銅、銀、および金のうちの少なくとも１つを含む。
【００２０】
図４ａを参照すると、第１伸縮性電極３０１は、導電性インクから作製されてもよく、それによって第１伸縮性電極３０１は適度に均質である。そのような伸縮性電極は、電極の面積と実質的に同じ面積内の静電容量の変化を検出するように構成される。したがって、そのような伸縮性電極がそこから圧力を測定するように構成されている有効面積Ａ３０１（図１ｂおよび図４ａを参照）は、伸縮性電極３０１自体の面積に等しい。本明細書では、面積は、センサ９００の厚み方向に平行である表面法線を有する平面上への伸縮性電極の断面の面積を表す。
【００２１】
しかしながら、図４ｂを参照すると、第１伸縮性電極３０１は、非導電層２００、たとえば、テキスタイル層などに縫い込まれていてもよい。したがって、伸縮性電極３０１は、導電性糸、たとえば、金属被覆ポリアミドまたはポリエステルのメッシュとして作製されてもよい。また、そのような伸縮性電極は、伸縮性電極の外縁部によって制限される領域と実質的に同じ領域内の静電容量の変化を検出するように構成されることに留意されたい。したがって、そのような伸縮性電極がそこから圧力を測定するように構成される有効面積Ａ３０１（図４ｂ）は、たとえ導電性糸の面積が小さくても、伸縮性電極３０１の外縁によって制限される面積に等しい。縫製に代わるものとして、メッシュ形状を有する電極を導電性インクで印刷することができる。明らかなように、両方の種類の電極において、伸縮性電極の有効面積は、伸縮性電極３０１の外縁によって制限される面積に等しい。
【００２２】
当業者に知られているように、力（すなわち全ての力）は、力が作用する表面にかかる圧力の積分である。したがって、圧力（すなわち局所的な圧力）に加えて力（すなわち全ての力）を測定することができるようにするためには、好ましくは実質的に全ての測定領域が伸縮性電極３００で覆われなければならない。したがって、上述の距離ｄ１は、小さくなければならない。一方、距離ｄ１が小さすぎると、隣接する電極３００は、互いに容量的に結合して測定に支障をきたすおそれがある。
【００２３】
図３ａを参照すると、一実施形態では、各伸縮性電極ｉ（３０１，３０２，３０３，・・・，３１５，３１６）は、互いに伸縮性電極ｊ（３１６，３０１，３０２，３０３，・・・，３１５）から距離ｄ１，ｉ，ｊ離れて配設されている。図３ａでは、距離ｄ１，３０１，３０２およびｄ１，３０１，３１１のみが示されている。一実施形態では、距離ｄ１，ｉ，ｊの最小値は、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍである。そのような最小距離は、伸縮性電極の分離を向上させ、その結果、電極間の容量結合が少なくなる。その結果、測定中にそれから生じる変形は減少するであろう。
【００２４】
好ましい構成を特徴付ける代替的または追加的な方法は、電極３００とその電極に最も近い別の電極との間の距離が適度に小さくなければならないことである。このことは、伸縮層２００の大部分が電極によって覆われることを確実にし、力を測定するための精度を向上させる。このことは、距離ｄ１，ｉ，ｊで表すことができる。電極ｉが与えられると、電極ｊｍ（ｉ）は、その電極が電極ｉに最も近くなるように選択される。すなわち、所与の電極ｉについて、ｊｍ（ｉ）は、所与の電極ｉについて距離ｄ１，ｉ，ｊの最小値をもたらす電極ｊである。一例として、図３ａでは、電極３０２は、電極３０１に最も近い。したがって、ｊｍ（３０１）は、３０２に等しく、ｄ１，３０１，３０２は、ｄ１，３０１，ｊｍ（３０１）に等しい。好ましい電極構成では、２つの最も近い各電極は、互いに適度に近い。より具体的には、一実施形態では、ｄ１，ｉ，ｊｍ（ｉ）の最大値は、最大で１５ｍｍ、好ましくは最大で１０ｍｍ、または最大で５ｍｍである。最大値は、その後に各電極ｉを考慮することによって見出すことができる。
【００２５】
一実施形態において、力センサ９００は、伸縮層２００（または層０５０）に付加した少なくとも１５個の伸縮性電極３００を含む。さらに、各伸縮性電極３００は、全ての他の伸縮性電極３００からいくらかの距離ｄ１，ｉ，ｊ離れて配設される。互いに前記距離ｄ１，ｉ，ｊによって電気的に絶縁された多数の伸縮性電極は、センサの空間的精度に相関する。より多くの電極３００が使用されるほど、空間的精度が良好になる。好ましい実施形態において、たとえば、図６ｃの実施形態において、伸縮性電極の数は、少なくとも２０個、たとえば２３個である。
【００２６】
伸縮性電極３００の面積に関して、図１ｂを参照して、一実施形態では、伸縮性電極３００の総有効断面積Ａ３００は、伸縮層２００の総断面積Ａ２００のうち少なくとも５０％、少なくとも７０％、または少なくとも８０％である。ここで、伸縮性電極３００の有効断面積Ａ３００は、伸縮性電極の有効面積の合計、たとえば、図１ｂでは、第１伸縮性電極３０１と第２伸縮性電極３０２との有効面積の合計を表す。有効面積については、上記を参照されたい。明らかなように、断面積は、センサ９００の厚み方向に平行な表面法線を有する断面平面上に規定される。
【００２７】
図１ａを参照すると、一実施形態では、伸縮層２００は、第１伸縮性電極３０１と弾性変形層１００との間に配設される。典型的な用途では、弾性変形層１００が伸縮層２００と直接接触していれば、すなわち伸縮性電極３００が弾性変形層１００と伸縮層２００との間に配設されなければ、センサはより快適に使用することができる。
【００２８】
図１ｅに示されるように、一実施形態では、伸縮層２００と弾性層１００との両方の目的で弾性伸縮層０５０が機能する。伸縮層２００に関して伸縮性電極３００について述べたことが、弾性伸縮層０５０に関して伸縮性電極３００にも当てはまる。さらに、伸縮層２００の伸縮性、特にその第１降伏ひずみεｙ，２００について述べたことは、弾性伸縮層０５０にも当てはまる。 さらに、伸縮層２００の導電性について述べたことは、弾性
伸縮層０５０にも当てはまる。さらに、弾性変形層１００の弾性、特にそのヤング率についても述べたことは、弾性伸縮層０５０にも当てはまる。したがって、弾性伸縮層０５０のヤング率Ｙ０５０は、層１００に関して上述した範囲内であってもよい。さらに、弾性変形層１００の、厚みｔ１００または厚みｔ１００の方向について述べた（またはこれから述べる）ことは、弾性伸縮層０５０の厚みｔ０５０および厚みｔ０５０の方向にも当てはまる。
【００２９】
図１ａおよび図１ｃを参照すると、力センサ９００は、第２ヤング率Ｙ５００を有するフレキシブル箔５００と、当該フレキシブル箔５００に付加された導電配線４００とをさらに備える。（伸縮層２００の）第１ヤング率Ｙ２００は、第２ヤング率Ｙ５００よりも小さい。このようにして、フレキシブル箔５００は、伸縮層２００よりも変形に抵抗する。
【００３０】
第１ヤング率と第２ヤング率との間の差に関して、第１ヤング率Ｙ２００は、たとえば、第２ヤング率Ｙ５００よりも、少なくとも２５％、少なくとも５０％、または少なくとも７５％小さくてもよい。
【００３１】
ヤング率の差は、使用時にフレキシブル箔５００の引張りひずみが小さいので、フレキシブル箔５００に取り付けられた配線４００が伸縮性である必要がないという効果を有する。このことは、配線４００が伸縮性である場合よりも、配線４００をはるかに細くすることができるというさらなる効果を有する。たとえば、一実施形態では、導電性配線４００は、最大２００μｍまたは最大１５０μｍの幅Ｗ４００を有するワイヤ（４０１，４０２）を含む。より好ましくは、導電配線４００はそのようなワイヤ（４０１，４０２）からなり、ワイヤ（４０１，４０２）の、少なくとも５０％または少なくとも６０％は、最大２００μｍまたは最大１５０μｍの幅Ｗ４００を有する。本明細書では、所与の幅を有する比は、長さ方向に与えられる。したがって、たとえば、ワイヤの全長が１０００ｍｍ、たとえば、少なくとも５００ｍｍである場合、ワイヤが最大２００μｍの幅を有してもよい。
【００３２】
当業者に知られているように、箔の柔軟性は、箔の厚みの３乗に反比例する。したがって、フレキシブル箔は、使用時の柔軟性を確保するために十分に薄くなければならない。一実施形態では、フレキシブル箔５００の厚みｔ５００は、最大０．５ｍｍである。フレキシブル箔５００の厚みｔ５００は、たとえば０．４ｍｍ未満であってもよい。一実施形態では、フレキシブル箔は、ポリエステル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、およびポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１つを含む。
【００３３】
さらに、快適なセンサ９００を有するために、好ましくは、センサ９００の大部分が伸縮性であるか、または少なくとも伸縮性であると感じる。一方、フレキシブル箔５００は、上述の意味では非伸縮性箔５００であってもよく、伸縮層２００と比べて小さくてもよい。したがって、一実施形態では、フレキシブル箔５００の断面積は、最大で伸縮層２００の断面積の半分である。本明細書では、断面積は、センサ９００の厚み方向に平行な表面法線を有する平面上の断面積を表す。これらのいくつかの実施形態において、フレキシブル箔５００の断面積は、最大で、伸縮層２００の断面積の３分の１または４分の１である。そのような実施形態は、たとえば、図１ｄ，図３ｄ，および図６ｄに記載されている。
【００３４】
力センサ９００では、導電配線４００の少なくとも一部は、第１伸縮性電極３０１と導電的に接続されており、導電配線４００の少なくとも一部は、第２伸縮性電極３０２と導電的に接続されている。このように、センサ９００は、配線４００と伸縮性電極３００との間に接続部４９０を備える。接続部は、導電性である。接続部４９０は、接続部の電気抵抗率が最大１０Ωであるように作製されてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、接続部４９０の材料は、上述の意味で導電性であってもよい。
【００３５】
一実施形態では、接続部４９０は、導電性接着剤から作製され、すなわち硬化した導電性接着剤を含む。 そのような接着剤は、等方導電性接着剤および異方性導電性接着剤を
含む。接続部４９０は、導電性テープ、たとえば異方性導電性接着剤を使用して形成することができる。導電性接着剤は、典型的には、マトリックス材料中に混合された、ニッケル、グラファイト、または銀粒子を含む。マトリックス材料は、硬化中に接着剤の樹脂が重合することによって形成される硬化ポリマであってもよい。樹脂は、エポキシ樹脂であってもよい。そのような接着剤の例は、LOCTITE ABLESTIK CA 3150およびHysol ECCOBOND
CA 3150の名称で知られている。さらに、接続部４９０は、ガルバニックであってもよく、それによって接続部は何らかの半田を含んでもよく、半田はスズを含んでもよい。一般的に入手可能な半田は、スズ−鉛、スズ−銅−銀、およびスズ−亜鉛−銅半田合金を含む。
【００３６】
図３ｃおよび４ｃに示されるように、ワイヤ４００は、ワイヤ４０１，４０２，４０３，…，４１６を含む。ワイヤ４０１，４０２，４０３，…，４１６は、互いに電気的に絶縁されている。さらに、各伸縮性電極には、少なくとも１本のワイヤが導電的に結合されている。たとえば、一実施形態では、導電配線４００の少なくとも一部、たとえばワイヤ４０１は、導電接続部４９０によって第１伸縮性電極３０１に結合されている。一実施形態において、導電配線４００の少なくとも一部、たとえばワイヤ４０２は、導電性接続部４９０を用いて第２伸縮性電極３０２に結合されている。
【００３７】
さらに、典型的には、ワイヤは、１つの伸縮性電極のみに導電的に結合されている。これは、センサの空間分解能を向上させるためであり、すなわち、各伸縮性電極は、実質的に伸縮性電極のみの位置で力または圧力を測定するために使用することができる。
【００３８】
電極に接続されているワイヤは、それが接続されている伸縮性電極と重複している。本明細書では、用語「重複」は、伸縮性電極の境界によって規定される領域が少なくともワイヤの突起を含み、その突起がセンサ９００の厚み方向にその領域上に突出することを意味する。さらに、好ましくは、各ワイヤは、１つの電極のみと重複する。このことは、第１伸縮性電極３０１を用いる測定が、第２伸縮性電極３０２を用いる測定を妨げないことを確実にする。
【００３９】
それに加えて、またはその代わりに、一実施形態では、配線４００の少なくとも一部は、いずれの伸縮性電極３００とも重複しないように配設される。たとえば、一実施形態では、配線４００の最大２５％（長さ方向の測定割合、上記参照）は、伸縮性電極３００と重複する（上述の意味で）ように配設される。同様に、無電極空間２１０（図１ｂを参照）は、伸縮層２００に取り付けられた全てのそのような伸縮性電極（３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６）の外側の伸縮層２００上にある。一実施形態では、導電配線４００の少なくともいくつかは、無電極空間２１０と重複するように配設されている。したがって、無電極空間２１０は、少なくともいくつかの配線４００の突起を含み、当該突起は、無電極空間２１０上にセンサ９００の厚み方向に延びる。言い換えれば、導電配線４００の少なくともいくつかは、無電極空間２１０の上または下に配設される。上述のように、一実施形態では、導電配線４００の少なくとも７５％は、無電極空間２１０と重複するように配設される。また、このことは、第１伸縮性電極３０１を用いる測定が第２伸縮性電極３０２を用いる測定に与える障害を減少させる。
【００４０】
さらに、一実施形態では、配線４００の少なくとも一部は、センサ９００の中央領域に配設される。好ましくは、配線４００の大部分は、センサ９００の中央領域に配設される。これは、２つの効果を有する。第一に、典型的な用途では、センサの境界が、最も高い機械的ひずみ、特に厚み以外の方向のひずみにさらされることが分かった。同様に、そのようなひずみは、中心においてより低い。フレキシブル箔５００は実質的に伸縮性ではないので、箔５００および配線を中央領域に適用することは、センサ９００の機械的信頼性を向上させる。第二に、このようにして、センサ９００を成形することができる。特に、センサ９００の機能に影響を与えることなくセンサ９００の境界を切断することができる。このようにして、類似のセンサ９００を製造することができ、それらは必要に応じた形状に切断することができる。たとえば、ワンサイズ、すなわち大きいインソールを製造することができ、インソールを使用者の履物に合うように切断することができる。したがって、一実施形態では、導電配線４００の少なくとも９０％は、伸縮層２００の境界から離れた第２距離ｄ２（図１ｄを参照）だけ離れて配設される。一実施形態では、伸縮層２００の長さＬ２００および幅Ｗ２００のうち小さい方の少なくとも５％である。一実施形態では、第２距離ｄ２は、少なくとも５ｍｍである。一実施形態では、導電配線４００の少なくとも９５％が、伸縮層２００の境界から第２距離ｄ２だけ離れて配設される。
【００４１】
配線の好ましい配設を説明する別の方法は、伸縮性電極３００の構成を考慮することである。図４ａおよび図４ｂを参照すると、全ての伸縮性電極３００は、センサ９００の厚み方向に平行な表面法線を有する平面の凸状領域内に配設される。全ての伸縮性電極３００を含むそのような凸状領域の最も小さいものは、図４ａおよび図４ｂにおいて参照符号３９０によって示される。それらの図において、そのような領域の境界のみが示される。従来通り、用語「凸状領域」は、平面の一部であって、当該平面の一部の任意の２点を結ぶ部分が、当該平面の一部内に完全に含まれるような平面の一部を表す。いくつかの実施形態において、そのような最小の凸状領域は、伸縮層２００に含まれる。しかしながら、伸縮層２００の形状が凸状ではない場合、最小の凸状領域は、伸縮層２００に含まれなくてもよい。これは、たとえば図６ｃの場合である。一実施形態では、配線４００の少なくとも９０％または少なくとも９５％が、全ての伸縮性電極３００を含む最小の凸状領域３９０と重複する。
【００４２】
図１ｂでは、ワイヤ４０１が取り付けられている位置はｐ４０１で示される。そのような位置は、接触位置と称されてもよい。同様に、ワイヤ４０２が取り付けられている位置は、ｐ４０２で示される。配線４００は、接触位置ｐ４０１，ｐ４０２に接続されるように配設されたパッドを含んでもよい。同様の位置は、図２および図３ａにも示されている。 接触位置ｐ４０１，ｐ４０２，・・・の位置は、配線４００の長さが最小になるように最適化される。このように、配線の抵抗も４００と小さい。図１ｄに示すように、ワイヤ４０１は接触位置ｐ４０１に取り付けられ、ワイヤ４０２は接触位置ｐ４０２に取り付けられる。
【００４３】
力センサ９００では、伸縮層２００、第１および第２伸縮性電極３０１、３０２、フレキシブル箔５００、ならびに導電配線４００は、弾性変形層１００の同じ側にある。これは、力センサの製造可能性に役立つ。
【００４４】
図１ｃ、図１ｄ、および図４ｃを参照すると、力センサ９００の一実施形態は、導電配線４００に導電的に取り付けられた少なくとも１つの集積回路７００を備える。図１ｄおよび図４ｃについて、これらの図において、配線４００および回路７００はフレキシブル箔５００の下にあることに留意されたい。しかしながら、明確にするために、配線４００および回路７００は、図に示されている。図１ｂおよび図１ｃでは、導電性物質（４００，３００）が対応する基板（それぞれ５００，２００）の上にあるように図（上面図または底面図）が選択される。
【００４５】
また、力センサ９００の一実施形態は、集積回路７００に電力を供給するように構成されたバッテリを備える。好ましくは、バッテリは、充電式である。集積回路７００は、伸縮性電極３００のうちの少なくとも１つの静電容量を測定するように構成される。好ましくは、集積回路７００は、各伸縮性電極３００の静電容量を別々に測定するように構成される。一実施形態では、集積回路７００は、測定結果を外部制御ユニットに送信するように構成される。一実施形態では、集積回路７００は、測定結果を外部の制御ユニットに無線で送信するように構成される。これにより、測定データをリアルタイムで分析することができる。一実施形態では、集積回路７００は、力センサ９００のメモリ、たとえば集積回路７００のメモリに測定結果を格納するように構成される。これにより、少なくとも測定後に測定データを分析することができる。
【００４６】
一実施形態では、集積回路７００は、他の力センサからデータを受信するように構成される。さらに、一実施形態では、集積回路７００は、そのようなデータを別の外部制御ユニットに送る（すなわち送受信する）ように構成される。このようにして、複数の力センサは、他のセンサを介して外部制御ユニットに測定データを送ることができる。
【００４７】
上述したようなセンサ構造では、ある対象について伸縮性電極３００の静電容量を測定することが可能である。静電容量は、別の伸縮性電極３００に対して測定することができる。たとえば、他の全ての伸縮性電極３００は、静電容量を測定することができる共通接地を形成してもよい。したがって、続いて、全ての伸縮性電極３００の静電容量を測定することができる。このことは、しかしながら、サンプリングレートを低下させる。周囲に対する静電容量を測定することも可能である。これは、しかしながら、正確な結果をもたらさない。
【００４８】
したがって、図５ａを参照すると、センサ９００の好ましい実施形態は、第１導電層６００（または６００ａ）を含む。弾性伸縮層０５０は、電極３００と第１導電層６００との間に配設される。弾性伸縮層０５０が弾性変形層１００と伸縮層２００とを含む場合、弾性変形層１００は、第１導電層６００と伸縮層２００との間に配設される。このようにして、第１導電層６００は、接地電極として機能することができ、それに関して、各伸縮性電極３００の静電容量が測定される。そのような構成では、弾性変形層１００の圧縮は、２つの電極（すなわち、第１導電層６００と、伸縮性電極３００、たとえば第１伸縮性電極３０１と）の間の距離に影響を及ぼす。当業者に知られているように、前記２つの電極によって形成されたそのようなコンデンサの静電容量は、電極間の距離に反比例する。静電容量を測定することによって、電極間の距離を計算することができる。この距離から、弾性変形層１００内のひずみを決定することができる。層１００の材料は既知であるので、ひずみは変形層１００内の応力（すなわち圧力）を規定する。このようにして、各伸縮性電極における圧力を決定することができる。さらに、伸縮性電極の有効面積が分かっているので、その伸縮性電極に影響を及ぼす力を決定することができる。最後に、電極がセンサの全断面積を実質的に覆っていれば、全ての力を測定することができる。
【００４９】
第１導電層６００（または６００ａ）の材料について、第１導電層６００は、
導電性インクで作製された導電性材料、
導電性ファブリック、および
導電性ポリマ、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００５０】
導電性ポリマは、ポリマから成るフィルムであってもよい。いくつかの実施形態では、第１導電層６００は、導電的に互いに付着した導電性粒子、たとえばフレークまたはナノ粒子を含む。これらの実施形態のいくつかにおいて、導電性粒子は、炭素、銅、銀、および金のうちの少なくとも１つを含む。
【００５１】
水分（または水）が測定結果に影響を与える可能性があることも分かっている。一般的に着用可能な適切なセンサは、汗がセンサ９００に水分をもたらすように使用される。特に、水分が電極３００に近づくと、水分が測定値に大きな影響を及ぼす可能性がある。
【００５２】
図５ｂを参照すると、過剰な水分に関連する問題を防ぐために、力センサ９００の一実施形態は、追加の弾性変形層１００ｂと第２導電層６００ｂとを含む。追加の弾性変形層１００ｂは、第２導電層６００ｂと伸縮層２００との間に配設される。さらに、伸縮層２００の少なくとも一部は、弾性変形層１００と追加の弾性変形層１００ｂとの間に配設される。したがって、伸縮層２００の少なくとも一部は、第１導電層６００ａと第２導電層６００ｂとの間に配設される。一実施形態では、少なくとも第１伸縮性電極３０１は、第１導電層６００ａと第２導電層６００ｂとの間に配設される。一実施形態では、全ての伸縮性電極３００は、第１導電層６００ａと第２導電層６００ｂとの間に配設される。
【００５３】
第１導電層（６００，６００ａ）の材料について述べたことは、第２導電層６００ｂの材料にも当てはまる。弾性変形層１００，１００ａの材料について述べたことは、追加の弾性変形層１００ｂにも当てはまる。
【００５４】
そのようなセンサに関する問題は、弾性変形層１００，１００ａおよび／または追加の弾性変形層１００ｂの材料の選択である。上記のように、層のヤング率は、適度に小さくなければならない。しかしながら、柔らかいおよび／または小さなヤング率を有する多くの材料は、クリープすることが知られている。 一方、弾性変形層１００，１００ａ，１
００ｂの永久的な圧縮が測定結果に影響を与えるので、クリープは好ましくない。
【００５５】
図７ａ〜図７ｃを参照すると、この問題に対処するために、一実施形態では、弾性変形層１００，１００ａは、弾性変形層１００の厚みｔ１００の方向に延びる孔１１０を制限する。そのような孔１１０は、材料を柔らかくする。したがって、孔１１０を有することによって、より硬い材料および／またはより高いヤング率を有する材料を使用することができる。そのような材料は、典型的にはより柔らかい材料よりも非常に少なくクリープする。孔１１０の効果は、変形可能な固体材料を含む弾性変形層１００のその部分の面積を単に減らすことである。面積が減少すると、同様の力がより高い応力を発生させる。明示的に示されていなくても、代替的または追加的に、追加の弾性変形層１００ｂは、対応する孔を制限してもよい。
【００５６】
好ましくは、孔１１０の総断面積Ａ１１０は、弾性変形層１００の断面積Ａ１００の少なくとも５％または少なくとも１０％を構成する。ここで、断面積は、厚み方向に平行な表面法線を有する平面の断面積を表す。さらに、孔１１０の総断面積Ａ１１０は、個々の孔１１０の断面積の合計を表す。さらに、弾性変形層１００の断面積Ａ１００は、弾性変形層１００の外側の境界によって制限された断面の面積を表す。したがって、弾性変形層１００の断面積Ａ１００は、孔１１０の総断面積Ａ１１０と、変形層１００の変形可能な固体材料を含む弾性変形層１００のその部分の面積とによって構成される。しかしながら、弾性変形層１００の一部のみが孔を制限することが可能であり、それによって孔１１０の総断面積Ａ１１０が小さくなってもよい。
【００５７】
一実施形態では、孔１１０の少なくともいくつかは、弾性変形層１００，１００ａの第１側面１０２，１０２ａ（図５ａおよび図５ｂ参照）から弾性変形層１００，１００ａを通って弾性変形層１００の第２側面１０４，１０４ａまで延びる。軟化に加えて、そのような貫通孔は、センサ９００の通気性を向上させることができる。センサ９００が追加の弾性変形層１００ｂを含む場合、一実施形態において、少なくともいくつかの孔は、追加の弾性変形層１００ｂの第１側面１０２ｂ（図５ｂ参照）から、追加の弾性変形層１００ｂを通って、追加の弾性変形層１００ｂの第２側面１０４ｂに延びる。
【００５８】
図７ａ〜図７ｃ、特に図７ｂおよび図７ｃを参照すると、孔１１０を使用して弾性変形層１００の局所有効硬度を設計することができる。孔を使用することによって、両方の領域で同じ材料を使用しても、ある領域を他の領域より柔らかくすることができる。同様に、荷重（力または圧力）が小さいことが知られている領域では、材料を非常に柔らかくするために多数の孔を作製することができる。多数の孔は、変形層１００の対応する領域に比例した孔の総断面積を表す。孔のサイズおよび／または数を増やすことによって、材料をより柔らかくすることができる。図７ｂは、孔１１０によって形成されたより硬い領域およびより柔らかい領域を示し、孔のサイズは同じであるが、それらの数密度は異なる。図７ｂは、孔１１０によって形成されたより硬い領域およびより柔らかい領域を示し、孔のサイズはそれらの数密度と同様に変化する。当然、孔のサイズのみに影響を与えることもある。
【００５９】
図７ｂおよび図７ｃにおいて、弾性変形層１００は、第１領域１００Ａと第２領域１００Ｂとを含む。第２領域１００Ｂは、第１領域１００Ａの一部を含まない。第１領域１００Ａは、弾性変形層１００の厚みｔ１００の方向に延びる第１孔１１０Ａを制限する。第１孔の総断面積Ａ１１０Ａは、第１領域１００Ａの断面積Ａ１００Ａの第１部分（Ａ１１０Ａ／Ａ１００Ａ）を構成する。さらに、第２領域１００Ｂは、弾性変形層１００の厚みｔ１００の方向に延びる第２孔１１０Ｂを制限する。第２孔Ａ１１０Ｂの総断面積は、第２領域１００Ｂの断面積Ａ１００Ｂの第２部分（Ａ１１０Ｂ／Ａ１００Ｂ）を構成する。材料を異なる位置で異なるように軟化させる前述の効果を得るために、第１部分（Ａ１１０Ａ／Ａ１００Ａ）は、第２部分（Ａ１１０Ｂ／Ａ１００Ｂ）とは異なる。たとえば、部分（Ａ１１０Ａ／Ａ１００Ａ）と（Ａ１１０Ｂ／Ａ１００Ｂ）との間の差は、少なくとも２５パーセント単位であってもよい。
【００６０】
さらに、層１００の剛性は、特に伸縮性電極が配設されている場所で設計することができる。したがって、一実施形態では、伸縮性電極３００の外縁によって囲まれた領域は、孔１１０の突起の少なくとも一部を含み、孔１１０の突起は、センサ９００の厚み方向の領域上に延びる。一実施形態では、伸縮性電極３００の外縁によって囲まれた領域は、孔１１０の突起を含む。一実施形態では、伸縮性電極３００の外縁によって囲まれた領域は、複数の孔１１０の突起を含む。一実施形態では、領域１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、伸縮性電極３００の少なくとも一部を含む。さらに好ましくは、領域１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、伸縮性電極３００を含む。
【００６１】
第１孔１１０Ａと第２孔１１０Ｂとの数が重要であるとき、柔らかさの設計がさらに有効であることに留意されたい。たとえば、第１領域１００Ａにおける第１孔１１０Ａの数は、少なくとも１０個、または少なくとも５０個であってもよい。たとえば、第２領域１００Ｂにおける第２孔１１０Ｂの数は、少なくとも１０個、または少なくとも５０個であってもよい。さらに、第１領域１００Ａまたは第２領域１００Ｂは、任意に大きいわけではない。一実施形態において、第１領域１００Ａは、全ての第１孔１１０Ａを取り囲む最も小さい凸状領域である。一実施形態において、第２領域１００Ｂは、全ての第２孔１１０Ｂを取り囲む最も小さい凸状領域である。一実施形態において、第１領域１００Ａと第２領域１００Ｂとは、弾性変形層１００を構成する。
【００６２】
しかしながら、図７ｂおよび図７ｃに示されるように、第３領域１００Ｃが、第２領域１００Ｂの一部または第１領域１００Ａの一部を含まないように、弾性変形層１００は、第３領域１００Ｃを含んでもよい。第３領域１００Ｃは、弾性変形層１００の厚みｔ１００の方向に延びる第３孔１１０Ｃを制限する。第３孔Ａ１１０Ｃの総断面積は、第３領域１００Ｃの断面積Ａ１００Ｃの第１部分（Ａ１１０Ｃ／Ａ１００Ｃ）を構成する。さらに、第３部分（Ａ１１０Ｃ／Ａ１００Ｃ）は、第１部分（Ａ１１０Ａ／Ａ１００Ａ）および第２部分（Ａ１１０Ｂ／Ａ１００Ｂ）とは異なる。一実施形態において、第１領域１００Ａ、第２領域１００Ｂ、および第３領域１００Ｃは、弾性変形層１００を構成する。
【００６３】
図７ｄ〜図７ｆを参照すると、孔１１０に加えて、または孔１１０の代わりに、弾性変形層１００，１００ａの材料は、弾性変形層１００，１００ａの一部として、材料１６０の柔らかい層を適用することによって軟化させることができる。軟らかい層１６０は、たとえば、図７ｄに示されるように、２つの硬い層１５０の間に配設することができる。さらに、より硬い材料１５０は、図７ｅおよび図７ｆに示されるように、より軟らかい材料で充填された孔１１０を含んでもよい。上述のように、孔１１０は、充填される必要はない。
【００６４】
図示されていなくても、加えてまたは代えて、追加の弾性変形層１００ｂを同様の方法で軟化させることができる。
【００６５】
さらに、図１ｅを参照すると、一実施形態では、弾性伸縮層０５０は、１つの材料のみの層からなる。弾性変形層１００の剛性を設計することに関して述べたことは、弾性伸縮層０５０にも同様に当てはまる。孔１１０は、弾性伸縮層０５０の厚みの方向に延びてもよい。孔１１０は、弾性伸縮層０５０の厚み方向に、弾性伸縮層０５０の一方側から弾性伸縮層０５０の他方側へ延びてもよい。
【００６６】
測定値に加えて、センサの一実施形態を使用して使用者を支援することができる。そのような支援は、さらに快適性を向上させることができる。図８ａ〜図８ｂを参照すると、センサ９００の一実施形態は、支持層６５０を備える。このような支持体は、使用される身体部分に適合するように形作られていれば、典型的には快適である。しかしながら、身体部分の形状は、使用者によって異なるであろう。
【００６７】
必要に応じて支持層６５０を形成するために、支持層６５０は、熱可塑性材料を含む。熱可塑性材料は、撓み温度を超えると変形可能になり、冷却時にその剛性を回復する。このように、支持層は、撓み温度よりも高い温度に加熱されてもよい。加熱されている間、支持層６５０は、ある形状、たとえば、使用者の身体部分、たとえば足の形状などに適合する形状に変形することができる。冷却すると、支持層６５０は、その剛性を取り戻し、使用者に対する支持体として機能することができる。このようにして、支持体をカスタマイズすることができる。
【００６８】
支持層６５０の熱可塑性材料の撓み温度は、使用中、特に身体部分に接触するときにも支持効果を有するために、低すぎてはならない。さらに、支持層６５０の熱可塑性材料の撓み温度は、高すぎてはならない。なぜなら、センサ９００は、熱に対して弱い電気接点を含むからである。好ましくは、撓み温度は、６０℃〜１２０℃である。さらに、適当な支持層６５０を有するためには、支持層６５０の厚みは、少なくとも０．２ｍｍ、たとえば０．２ｍｍ〜２ｍｍでなければならない。本明細書において厚みとは、平均厚みを表す。
【００６９】
一実施形態では、支持層６５０は、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、アクリル（たとえば、スチレン−アクリロニトリルコポリマ、アクリロニトリル−スチレンアクリレート）、ポリメチル−メタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、およびグリコール変性ポリエチレンテレフタレートのうちの少なくとも１つを含む。支持層６５０は、炭素繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維を含む群からの強化繊維をさらに含んでもよい。
【００７０】
支持層６５０は、使用時に、感知される力が影響を及ぼす点と支持層６５０との間に、弾性変形層（１００，１００ａ）、または追加の弾性変形層１００ｂがあるように配設されてもよい。たとえば、図８ａ〜図８ｃのセンサは、感知される力が第１導電層６００または６００ａの上の点で作用するように使用されるように構成される。したがって、弾性層１００，１００ａは、支持体６５０とそのような点との間にある。
【００７１】
上述のように、力センサ９００は、着用可能品、たとえば衣服に含まれてもよい。したがって、本発明の一実施形態は、上述したような力センサ９００を含む着用可能品である。
【００７２】
ウェアラブルアイテムの例は、
足に着用するもの、たとえば、履物、インソール、または靴下
手に着用するもの、たとえば、グローブ、ミット、またはミトン、特に、スポーツウェア、たとえば、ボクシンググローブ、ゴルフグローブなど、ならびに
ズボン、およびパンツを含む。
【００７３】
また、センサは、スマート家具、たとえば、
車両の椅子、
椅子、ソファ、
ベッドシーツ、毛布、マットレス、ならびに
ラグ、およびカーペットに使用することができる。
【００７４】
しかしながら、伸縮層２００によって、センサ９００は、使用中にセンサが変形する用途に最も適している。
【００７５】
センサは、履物に適したインソール９１０での使用に特に適している。そのような場合、インソール９１０の形状は、履物の形状に適合される。さらに、インソール９１０は、上述のように力センサ９００を備える。
以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態を要約している。
［実施例１］
第１ヤング率（Ｙ２００）と第１降伏ひずみ（εｙ，２００）とを有する層（２００）を含む、またはかかる層（０５０）から成る弾性伸縮層（０５０，１００，２００）と、
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に取り付けられ、互いに第１距離（ｄ１，ｄ１，３０１，３０２）離れて配設される、少なくとも第１伸縮性電極（３０１）および第２伸縮性電極（３０２）と、
第２ヤング率（Ｙ５００）を有するフレキシブル箔（５００）と、
前記フレキシブル箔（５００）に取り付けられた導電配線（４００）とを含む、センサ（９００）であって、
前記導電配線（４００）の少なくとも一部は、前記第１伸縮性電極（３０１）に導電的に結合され、
前記導電配線（４００）の少なくとも一部は、前記第２伸縮性電極（３０２）に導電的に結合され、
前記第１降伏ひずみ（εｙ，２００）は、少なくとも１０パーセントであり、
前記第１ヤング率（Ｙ２００）は、前記第２ヤング率（Ｙ５００）よりも小さく、
前記フレキシブル箔（５００）の厚み（ｔ５００）は、最大で０．５ｍｍであり、
前記伸縮性電極の総有効断面積（Ａ３００）は、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の総断面積（Ａ２００）の少なくとも５０％であることを特徴とするセンサ（９００）。
［実施例２］
前記弾性伸縮層（０５０）は、
弾性変形層（１００）と、
伸縮層（２００）とを含み、
前記伸縮層（２００）、前記第１伸縮性電極および前記第２伸縮性電極（３０１，３０２）、前記フレキシブル箔（５００）、ならびに導電配線（４００）が、前記弾性変形層（１００）の同じ側にあることを特徴とする実施例１に記載のセンサ（９００）。
［実施例３］
前記伸縮層（２００）は、前記第１伸縮性電極（３０１）と前記弾性変形層（１００）との間に配設されることを特徴とする実施例２に記載のセンサ（９００）。
［実施例４］
前記弾性変形層（１００）は、前記第１ヤング率（Ｙ２００）よりも小さいヤング率（Ｙ１００）を有することを特徴とする実施例２または３に記載のセンサ（９００）。
［実施例５］
前記伸縮層（２００）は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリアミド、およびポリエステルのうちの１つを含むことを特徴とする実施例２〜４のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例６］
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）、たとえばその弾性変形層（１００）が、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリ（エチレン−ビニルアセテート）、ポリ塩化ビニル、ポリボロジメチルシロキサン、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−ブタジエンスチレン、エチレンプロピレンゴム、ネオプレン、コルク、ラテックス、天然ゴム、シリコーン、および熱可塑性エラストマーゲルのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施例１〜５のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例７］
無電極空間（２１０）が、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に取り付けられた全ての伸縮性電極（３００，３０１，３０２，３０３，３０４，３０５，３０６）の外側の前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）にあり、
少なくともいくつかの前記導電配線（４００）が、前記無電極空間（２１０）の上または下に配設され、
好ましくは、少なくとも７５％の前記導電配線（４００）が、前記無電極空間（２１０）の上または下に配設されることを特徴とする実施例１〜６のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例８］
前記導電配線（４００）は、最大２００μｍの幅（Ｗ４００）を有するワイヤ（４０１，４０２）を含み、
好ましくは、前記導電配線（４００）は、ワイヤ（４０１，４０２）から成り、前記ワイヤの少なくとも５０％が最大２００μｍの幅（Ｗ４００）を有することを特徴とする実施例１〜７のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例９］
前記第１伸縮性電極（３０１）は、導電性粒子、たとえば、互いに導電的に結合したフレークまたはナノ粒子を含み、
好ましくは、前記導電性粒子は、炭素、銅、銀、および金のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施例１〜８のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１０］
フレキシブル箔（５００）は、ポリエステル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、およびポリエーテルエーテルケトンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施例１〜９のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１１］
前記伸縮性電極の前記総有効断面積（Ａ３００）は、前記伸縮層（２００）の前記総断面積（Ａ２００）の少なくとも５０％であることを特徴とする実施例１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１２］
前記導電配線（４００）に導電的に結合した少なくとも１つの集積回路（７００）を含み、
前記集積回路（７００）は、少なくとも前記第１伸縮性電極（３０１）の静電容量を測定するように構成されることを特徴とする実施例１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１３］
少なくとも９０％の前記導電配線（４００）は、全ての前記伸縮性電極（３００）を含む最も小さな凸状領域（３９０）の上または下に配設されることを特徴とする実施例１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１４］
少なくとも９０％の前記導電配線（４００）は、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の境界から第２距離（ｄ２）離れて配設され、
前記第２距離（ｄ２）は、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の長さ（Ｌ２００）および幅（Ｗ２００）の小さい方の少なくとも５％であることを特徴とする実施例１〜１３のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１５］
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）に結合した複数の伸縮性電極（３００）を含み、
前記伸縮性電極（３００）のそれぞれが、全ての他の前記伸縮性電極（３００）からいくらかの距離（ｄ１，ｉ，ｊ）離れて配設され、
好ましくは、距離（ｄ１，ｉ，ｊ）の最小値は、少なくとも１ｍｍであることを特徴とする実施例１〜１４のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１６］
前記伸縮性電極（３００）を前記配線（４００）に電気的に接続する接続部（４９０）を含み、
少なくとも１つの前記接続部（４９０）は、導電性接着剤または導電性半田を含むことを特徴とする実施例１〜１５のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１７］
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）は、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の前記厚み（ｔ０５０，ｔ１００）の方向に延びる孔（１１０）を制限し、
好ましくは、
前記孔（１１０）の前記総断面積（Ａ１１０）は、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の前記断面積（Ａ１００）の少なくとも５％を構成し、および／または
前記孔（１１０）の少なくともいくつかは、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の第１面から、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）を介して、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の第２面まで延び、および／または
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）は、弾性変形層（１００）を含み、
前記孔（１１０）の少なくともいくつかは、前記弾性変形層（１００）の第１面（１０２）から、前記弾性変形層（１００）を介して、前記弾性変形層（１００）の第２面（１０４）まで延びることを特徴とする実施例１〜１６のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例１８］
前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）は、第１領域（１００Ａ）と、当該第１領域（１００Ａ）の一部を含まない第２領域（１００Ｂ）とを含み、
前記第１領域（１００Ａ）は、前記第１孔の前記総断面積（Ａ１１０Ａ）が、前記第１領域（１００Ａ）の前記断面積（Ａ１００Ａ）の第１比率（Ａ１１０Ａ／Ａ１００Ａ）を構成するように、前記弾性変形層（１００）の前記厚み（ｔ０５０，ｔ１００）の方向に延びる第１孔（１１０Ａ）を制限し、
前記第２領域（１００Ｂ）は、前記第２孔の総断面積（Ａ１１０Ｂ）が、前記第２領域（１００Ｂ）の前記総断面積（Ａ１００Ｂ）の第２比率（Ａ１１０Ｂ／Ａ１００Ｂ）を構成するように、前記弾性変形層（１００）の前記厚み（ｔ０５０，ｔ１００）の方向に延びる第２孔（１１０Ｂ）を制限し、
前記第１比率（Ａ１１０Ａ／Ａ１００Ａ）は、前記第２比率（Ａ１１０Ｂ／Ａ１００Ｂ）とは異なることを特徴とする実施例１７に記載のセンサ（９００）。
［実施例１９］
追加の弾性変形層（１００ｂ）を含み、
前記第１伸縮性電極（３０１）および前記第２伸縮性電極（３０２）は、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）と前記追加の弾性変形層（１００ｂ）との間に配設されることを特徴とする実施例１〜１８のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例２０］
前記弾性伸縮層（０５０）は、
弾性変形層（１００）と、
伸縮層（２００）とを含み、
前記第１伸縮性電極（３０１）および前記第２伸縮性電極（３０２）は、前記弾性変形層（１００）と前記追加の弾性変形層（１００ｂ）との間に配設されることを特徴とする実施例１９に記載のセンサ（９００）。
［実施例２１］
第１導電層（６００，６００ａ）を含み、
前記弾性伸縮層（１００）は、前記第１導電層（６００，６００ａ）と前記第１伸縮性電極（３０１）との間に前記センサ（９００）の厚み方向に配設されることを特徴とする実施例１〜２０のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例２２］
追加の弾性変形層（１００ｂ）と、
第２導電層（６００ｂ）とを含み、
前記第１導電層（６００，６００ａ）と前記第２導電層（６００ｂ）とは、前記第１伸縮性電極（３０１）の反対側にあり、
前記追加の弾性変形層（１００ｂ）は、前記第２導電層（６００ｂ）と前記第１伸縮性電極（３０１）との間に前記センサ（９００）の厚み方向に配設されることを特徴とする実施例２１に記載のセンサ（９００）。
［実施例２３］
前記第１および／もしくは前記第２導電層（６００，６００ａ，６００ｂ）の少なくとも一部は、導電性インクで作製され、ならびに／または
前記第１および／もしくは前記第２導電層（６００，６００ａ，６００ｂ）は、導電性ファブリックを含み、ならびに／または
前記第１および／もしくは前記第２導電層（６００，６００ａ，６００ｂ）は、導電性ポリマを含むことを特徴とする実施例２１〜２２のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例２４］
支持層（６５０）を含み、
前記第１伸縮性電極（３０１）と前記第２伸縮性電極（３０２）とが、前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）と前記支持層（６５０）との間に配設されることを特徴とする実施例１〜２３のいずれか１項に記載のセンサ（９００）。
［実施例２５］
６０℃〜１２０℃の撓み温度を有する熱可塑性材料を含む支持層（６５０）を含み、
前記支持層（６５０）は、少なくとも０．２ｍｍの厚みを有することを特徴とする実施例１〜２４のいずれか１項に記載のセンサ。
［実施例２６］
前記支持層（６５０）は、使用時に、
前記弾性伸縮層（０５０）と、
前記弾性変形層（１００，１００ａ）と、
追加の弾性変形層（１００ｂ）とのうちの少なくとも１つが、［ｉ］感知可能な力が影響を及ぼす点と、［ｉｉ］前記支持層（６５０）との間にあるように配設されるように配設されることを特徴とする実施例２５に記載のセンサ。
［実施例２７］
前記支持層（６５０）は、ポリカーボネート、ポリビニルクロライド、アクリル樹脂（たとえば、スチレン−アクリロニトリルコポリマ、アクリロニトリルスチレンアクリレート）、ポリメチル−メタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、および糖化修飾ポリエチレンテレフタレートのうちの少なくとも１つを含み、
任意に、前記支持層（６５０）は、カーボン繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維を含む群の補強繊維をさらに含むことを特徴とする実施例２５または２６に記載のセンサ。
［実施例２８］
前記フレキシブル箔（５００）の断面積は、最大でも前記弾性伸縮層（０５０，１００，２００）の断面積の半分であることを特徴とする実施例１〜２７のいずれか１項に記載のセンサ。
［実施例２９］
各伸縮性電極（３００，ｉ）は、上述の伸縮性電極（３００，ｉ）に最も近い伸縮性電極（３００，ｊｍ（ｉ））からある距離（ｄ１，ｉ，ｊｍ（ｉ））だけ離れて位置し、これによって、
前記伸縮性電極（３００，ｉ）の構成は、各伸縮性電極（３００，ｉ）について、他の各伸縮性電極（３００）からの最小距離（ｄ１，ｉ，ｊｍ（ｉ））を規定し、それら最小距離のうちの少なくともいくつかは等しくてもよく、
前記最小距離（ｄ１，ｉ，ｊｍ（ｉ））の最大値は、最大１５ｍｍ、たとえば、最大１０ｍｍ、または最大５ｍｍであることを特徴とする実施例１〜２８のいずれか１項に記載のセンサ。
［実施例３０］
実施例１〜２９のいずれか１項に記載のセンサ（９００）を含む、衣服などの着用可能品。
［実施例３１］
靴、インソール、もしくは靴下、または
グローブ、もしくはミット、たとえばボクシンググローブのいずれか１つであることを特徴とする実施例３０に記載の着用可能品。
［実施例３２］
履物に適したインソール（９１０）であって、
前記インソール（９１０）の形状は、前記履物の形状に適合しており、
前記インソール（９１０）は、実施例１〜２９のいずれか１項に記載のセンサ（９００）を含むことを特徴とするインソール（９１０）。
【図１ａ】
2020024231.tif 000003
【図１ｂ】
2020024231.tif 000004
【図１ｃ】
2020024231.tif 000005
【図１ｄ】
2020024231.tif 000006
【図１ｅ】
2020024231.tif 000007
【図２】
2020024231.tif 000008
【図３ａ】
2020024231.tif 000009
【図３ｂ】
2020024231.tif 000010
【図３ｃ】
2020024231.tif 000011
【図３ｄ】
2020024231.tif 000012
【図４ａ】
2020024231.tif 000013
【図４ｂ】
2020024231.tif 000014
【図４ｃ】
2020024231.tif 000015
【図５ａ】
2020024231.tif 000016
【図５ｂ】
2020024231.tif 000017
【図６ａ】
2020024231.tif 000018
【図６ｂ】
2020024231.tif 000019
【図６ｃ】
2020024231.tif 000020
【図６ｄ】
2020024231.tif 000021
【図７ａ】
2020024231.tif 000022
【図７ｂ】
2020024231.tif 000023
【図７ｃ】
2020024231.tif 000024
【図７ｄ】
2020024231.tif 000025
【図７ｅ】
2020024231.tif 000026
【図７ｆ】
2020024231.tif 000027
【図８ａ】
2020024231.tif 000028
【図８ｂ】
2020024231.tif 000029
【図８ｃ】
2020024231.tif 000030