(57)【要約】【課題】柔らかな被検出物に生じる大きな歪みをシンプルな構造で感度よく検出できる変位センサを提供する。【解決手段】誘導性素子ＩＥを用いた変位センサ１であって、伸縮性基材２と、前記伸縮性基材２の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ前記伸縮方向に沿う方向に導電性線材３が延在するように前記伸縮性基材２に配置された誘導性素子ＩＥと、を備えている。  前記伸縮性基材の伸長に伴って前記誘導性素子のインダクタンスが増加し、収縮に伴って前記誘導性素子のインダクタンスが減少する特性に基づいて、前記伸縮性基材の変位または前記伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位が検出される。【選択図】図１
2020190535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性素子を用いた変位センサであって、
伸縮性基材と、
前記伸縮性基材の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ前記伸縮方向に沿う方向に導電性線材が延在するように前記伸縮性基材に配置された誘導性素子と、
を備えている変位センサ。
【請求項２】
前記伸縮性基材の伸長に伴って前記誘導性素子のインダクタンスが増加し、収縮に伴って前記誘導性素子のインダクタンスが減少する特性に基づいて、前記伸縮性基材の変位または前記伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位が検出可能な請求項１記載の変位センサ。
【請求項３】
前記誘導性素子を含む共振回路を備え、
前記伸縮性基材の伸長に伴って変化する前記共振回路の共振周波数に基づいて、前記伸縮性基材の変位または前記伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位が検出可能な請求項１記載の変位センサ。
【請求項４】
前記伸縮性基材が絶縁糸で地組織が編成された緯編地で構成され、前記導電性線材が前記絶縁糸を挟んでコース方向に編成された絶縁被覆された導電糸で構成されている請求項１から３の何れかに記載の変位センサ。
【請求項５】
前記伸縮性基材が絶縁糸で地組織が編成された経編地で構成され、前記導電性線材が前記絶縁糸を挟んでコース方向に編成された絶縁被覆された導電糸で構成されている請求項１から３の何れかに記載の変位センサ。
【請求項６】
前記導電糸が地組織に添え糸編み編成されている請求項４または５記載の変位センサ。
【請求項７】
前記伸縮性基材は弾性絶縁性糸で構成された経糸と前記経糸に交差するように非弾性絶縁性糸が配置された緯糸とで織製された織地で構成され、前記導電性線材が前記非弾性絶縁性糸を挟んで、または、非弾性絶縁性糸とともに前記経糸に交差するように往復配置された絶縁被覆された導電糸で構成されている請求項１から３の何れかに記載の変位センサ。
【請求項８】
前記伸縮性基材に弾性樹脂が含浸されている請求項４から８の何れかに記載の変位センサ。
【請求項９】
前記伸縮性基材が弾性樹脂で被覆されている請求項４から８の何れかに記載の変位センサ。
【請求項１０】
前記伸縮性基材が弾性樹脂で構成され、前記誘導性素子が前記弾性樹脂の層内に埋め込まれている請求項１から３の何れかに記載の変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導性素子を用いた変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属線の伸縮による抵抗変化によって歪みを検出する歪みゲージは微細な変位を検出するセンサとして様々な分野で使用されている。しかし、大きな変位の検出や柔らかなものの伸びの検出には不向きである。
【０００３】
特許文献１には、静電容量型センサシートとして、エラストマー製の誘電層と、エラストマーと導電性フィラーとを含んで形成された表側及び裏側の一対の電極層とを備え、一対の電極層が誘電層を挟むように形成された面圧分布センサとして使用可能な静電容量型センサシートが開示されている。当該静電容量型センサシートは誘電層の伸長率が数％程度であるため、大きな変位の検出には不向きである。
【０００４】
特許文献２には、変形歪み量や変形歪み分布の測定が可能な静電容量型センサシートとして、表電極層及び裏側電極層がカーボンナノチューブを含有する導電性組成物からなり、誘電層を構成するエラストマー組成物にポリエーテルポリオールをポリオール成分とし、ＨＤＩ系ポリイソシアネートをイソシアネート成分とするウレタンゴムを含有する静電容量型センサシートが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、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引張変形検知布が提案されている。
【０００６】
特許文献４には、比較的大きな伸縮歪みを検出できる精度の高い糸状歪みセンサ素子として、一方向に引き揃えられる複数のカーボンナノチューブを含む芯材と、この芯材の周面を被覆し、伸縮性を有する合成樹脂又はゴムを主成分とする保護層とを備える糸状歪みセンサ素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−４３８８１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２００５９２号公報
【特許文献３】特開２０１２−１７７５６５号公報
【特許文献４】特開２０１６−１３３３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１，２に記載された静電容量型センサシートは、誘電層を挟んで両面に電極シートを積層する構造であるため、製造工程が複雑であるとともに、被測定物に取付けるための別途の部材や煩雑な工程が必要となり、しかも誘電層に積層された電極シートが剥離し易すいため耐久性にも問題があった。
【０００９】
特許文献３に記載された引張変形検知布は、伸縮に伴う隣接導電糸間の距離の変動が僅かとなるため感度が低いという問題があり、感度を上げるために隣接導電糸で構成される容量素子を複数設けて並列に接続する必要があり、結果として面積の大きな布にならざるを得ないという問題があった。
【００１０】
特許文献４に記載された糸状歪みセンサ素子では、カーボンナノチューブと信号出力用の外部導体とを電気的に接続する際に別途の専用の接続具が必要となり、部品点数が増すという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した問題に鑑み、柔らかな被検出物に生じる大きな歪みをシンプルな構造で感度よく検出できる変位センサを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明による変位センサの第一の特徴構成は誘導性素子を用いた変位センサであって、伸縮性基材と、前記伸縮性基材の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ前記伸縮方向に沿う方向に導電性線材が延在するように前記伸縮性基材に配置された誘導性素子と、を備えている点にある。
【００１３】
伸縮性基材が伸長または収縮すると、それに伴って伸縮性基材に配置された誘導性素子である導電性線材の配置状態が変化、つまりインダクタンスが変化する。そのようなインダクタンスの変化に基づいて伸縮性基材の伸縮の程度、つまり変位を把握することができる。
【００１４】
同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記伸縮性基材の伸長に伴って前記誘導性素子のインダクタンスが増加し、収縮に伴って前記誘導性素子のインダクタンスが減少する特性に基づいて、前記伸縮性基材の変位または前記伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位が検出可能な点にある。
【００１５】
伸縮性基材の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材が配置された誘導性素子は、伸縮性基材の伸長に伴ってインダクタンスが増加し、収縮に伴ってインダクタンスが減少する特性を備えている。そのようなインダクタンスの増減特性に基づいて伸縮性基材の変位または伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位が検出可能になる。
【００１６】
同第三の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記誘導性素子を含む共振回路を備え、前記伸縮性基材の伸長に伴って変化する前記共振回路の共振周波数に基づいて、前記伸縮性基材の変位または前記伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位が検出可能な点にある。
【００１７】
伸縮性基材が伸長するとその程度に応じて誘導性素子のインダクタンスが増加することにより共振周波数が低下する。この共振周波数の低下の程度に基づいて伸縮性基材の変位または伸縮性基材が沿うように配された可動部の変位を検出することができる。
【００１８】
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、前記伸縮性基材が絶縁糸で地組織が編成された緯編地で構成され、前記導電性線材が前記絶縁糸を挟んでコース方向に編成された絶縁被覆された導電糸で構成されている点にある。
【００１９】
緯編地のコース方向に編成された導電性線材で構成されるループ形状によって、伸縮性基材の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材が配置された誘導性素子が構成される。
【００２０】
同第五の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記伸縮性基材が絶縁糸で地組織が編成された経編地で構成され、前記導電性線材が前記絶縁糸を挟んでコース方向に編成された絶縁被覆された導電糸で構成されている点にある。
【００２１】
経編地のコース方向に編成された導電性線材で構成されるループ形状によって、伸縮性基材の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材が配置された誘導性素子が構成される。
【００２２】
同第六の特徴構成は、上述の第四または第五の特徴構成に加えて、前記導電糸が地組織に添え糸編み編成されている点にある。
【００２３】
添え糸編み編成することにより地組織の何れか一方の面に誘導性素子が露出するように配置することができる。
【００２４】
同第七の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記伸縮性基材は弾性絶縁性糸で構成された経糸と前記経糸に交差するように非弾性絶縁性糸が配置された緯糸とで織製された織地で構成され、前記導電性線材が前記非弾性絶縁性糸を挟んで、または、非弾性絶縁性糸とともに前記経糸に交差するように往復配置された絶縁被覆された導電糸で構成されている点にある。
【００２５】
経糸に交差するように往復配置された導電性線材により誘導性素子が構成され、経糸に沿う方向への変位を検出することができる。
【００２６】
同第八の特徴構成は、上述の第四から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記伸縮性基材に弾性樹脂が含浸されている点にある。
【００２７】
伸縮性基材に弾性樹脂が含浸されることにより、繰返し安定した伸縮再現性が実現できる。
【００２８】
同第九の特徴構成は、上述の第四から第八の何れかの特徴構成に加えて、前記伸縮性基材が弾性樹脂で被覆されている点にある。
【００２９】
同第十の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記伸縮性基材が弾性樹脂で構成され、前記誘導性素子が前記弾性樹脂の層内に埋め込まれている点にある。
【００３０】
誘導性素子が埋め込まれた弾性樹脂層が伸縮性基材として機能するとともに誘導性素子の保護層として機能することになり、耐久性の高い変位センサが実現できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明した通り、本発明によれば、柔らかな被検出物に生じる大きな歪みをシンプルな構造で感度よく検出できる変位センサ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】
【００３２】
【図１】（ａ）は収縮状態の変位センサの説明図、（ｂ）は伸長状態の変位センサの説明図、（ｃ）、（ｄ）は導電性線材の配置態様の説明図
【図２】１コースに導電性線材である導電糸を配し、他のコースに絶縁糸を配した緯編地（天竺編）で構成される変位センサの説明図
【図３】４コース連続して導電性線材である導電糸を配するとともに３コース連続して絶縁糸を配する構成を繰返した緯編地（天竺編）で構成される変位センサの説明図
【図４】（ａ）から（ｅ）は図３に示したような構成の変位センサをベースにアレンジした複数の態様の変位センサの説明図
【図５】４コース連続して導電性線材である導電糸を配するとともに３コース連続して絶縁糸を配する構成を繰返した緯編地（フライス編）で構成される変位センサの説明図
【図６】（ａ）はインピーダンス素子の周波数特性の説明図、（ｂ）は変位センサの周波数特性の説明図、（ｃ）は（ｂ）の円で囲まれた部位の拡大図
【図７】（ａ）は変位センサの周波数特性の部分拡大説明図、（ｂ）は変位センサの伸長度合いに対するインダクタンスの特性説明図、（ｃ）はソレノイドコイルの周波数特性図
【図８】（ａ）は図３に示したような構成の変位センサをベースにアレンジした複数の態様の変位センサの説明図、（ｂ）は各態様の変位センサの伸長度合いに対するインダクタンスの特性説明図
【図９】（ａ）は変位センサを用いて構成された共振回路の共振周波数に基づいて変位を測定する信号処理システムの説明図、（ｂ）は同信号処理システムで得られるサンプルの伸長度合いに対する共振周波数の特性説明図、（ｃ）は同信号処理システムで得られる改良サンプルの伸長度合いに対する共振周波数の特性説明図
【図１０】（ａ）は変位センサが指部の背面に配置された手袋の説明図、（ｂ）は手袋に配された変位センサの出力特性図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明による変位センサを図面に基づいて説明する。
［変位センサの基本構成］
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明による変位センサ１は誘導性素子を用いた変位センサ１であって、伸縮性基材２と、伸縮性基材２の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材３が延在するように伸縮性基材に配置された誘導性素子ＩＥと、を備えている。
【００３４】
当該伸縮性基材２が伸長または収縮すると、それに伴って伸縮性基材２に配置された誘導性素子ＩＥである導電性線材３の配置状態が変化し、導電性線材３に印加される交流電圧に対するインピーダンスＺ、つまりインダクタンスＬが変化する。そのようなインダクタンスＬの変化に基づいて伸縮性基材２の伸縮の程度、つまり変位を把握することができる。
【００３５】
後に詳述するように、伸縮性基材２として伸縮性を有する布帛、例えば経編地、緯編地、織地などを用いることができ、伸縮性基材２として他にシート状の弾性樹脂などを用いることもできる。
【００３６】
当該変位センサ１は伸縮性基材２の伸長に伴って誘導性素子ＩＥのインダクタンスＬが増加し、収縮に伴って誘導性素子ＩＥのインダクタンスＬが減少する特性に基づいて、伸縮性基材２の変位または伸縮性基材２が沿うように配された可動部の変位が検出可能に構成されている。
【００３７】
伸縮性基材２の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材３が配置された誘導性素子ＩＥは、伸縮性基材２の伸長に伴ってインダクタンスＬが増加し、収縮に伴ってインダクタンスＬが減少する特性を備えている。そのようなインダクタンスの増減特性に基づいて伸縮性基材２の変位または伸縮性基材２が沿うように配された可動部の変位が検出可能になる。
【００３８】
可動部とは例えば人体の関節部やロボットの関節部のような屈伸部位などをいう。関節部の屈伸動作によって関節部に沿うように配された伸縮性基材２が伸縮することによるインダクタンスＬの変化に基づいて、関節部の動きを間接的に検出することができる。
【００３９】
即ち、誘導性素子ＩＥは、伸縮性基材２の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に配置された導電性線材３で構成される。図１（ａ），（ｂ）には、導電性線材３がサインカーブを描くように蛇行配置された例が示されている。導電性線材３の配置パターンはこの様な例に限定されるのではなく、図１（ｃ）に示すような三角波形状や鋸刃形状、図１（ｄ）に示すような矩形波形状など、伸縮性基材２の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に配置されていればよい。
【００４０】
誘導性素子ＬＤを含む共振回路を構成し、伸縮性基材２の伸長に伴って変化する共振回路の共振周波数に基づいて、伸縮性基材２の変位または伸縮性基材２が沿うように配された可動部の変位を検出することができる。
【００４１】
例えば、誘導性素子ＩＥにコンデンサを直列接続した直列共振回路や、誘導性素子ＩＥにコンデンサを並列接続した並列共振回路を構成し、当該共振回路の共振周波数に基づいてインダクタンスを求めることができる。
【００４２】
伸縮性基材２が伸長するとその程度に応じて誘導性素子ＩＥのインダクタンスＬが増加することにより共振周波数が低下する。この共振周波数の低下の程度に基づいてインダクタンスを求めることができる。共振周波数の変動に基づいてインダクタンスを算出する信号処理回路として、例えば、ＴＩ社のインダクタンス／デジタル・コンバータ(LDC1614)などを用いることができる。
【００４３】
［変位センサの具体的構成］
図２及び図３には、伸縮性基材２が絶縁糸５で地組織が編成された緯編地Ｎｔで構成され、導電性線材３が絶縁糸５を挟んでコース方向に編成された絶縁被覆された導電糸で構成された変位センサ１が示されている。当該緯編地Ｎｔは、ポリウレタンのような低融点弾性糸４が添え糸編み編成され、編成後にヒートセット処理されることにより低融点弾性糸４同士が交絡部で熱変形或いは溶融して互いに固定され、切断部で編地が解れることが無いように処理されている。
【００４４】
図２には、絶縁糸５が複数コース（本実施形態では３コース）連続して編成された後に導電糸が１コース編成されるパターンが繰り返された平編地で構成された変位センサ１が示され、図３には、絶縁糸５が複数コース（本実施形態では３コース）連続して編成された後に導電糸が複数コース（本実施形態では４コース）連続して編成されるパターンが繰り返された平編地で構成された変位センサ１が示されている。
【００４５】
緯編地Ｎｔのコース方向に編成された導電性線材３で構成されるループ形状によって、伸縮性基材２の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材３が配置された誘導性素子ＩＥが構成される。つまり、緯編地Ｎｔのコース方向が伸縮方向となる。
【００４６】
伸縮性基材２となる緯編地Ｎｔの編地構造は平編地に限るものではなく、フライス編、スムース編、パール編、それらの変化組織（例えば、ミラノリブやダンボールニットなど）を含む任意の編地構造を採用することができる。なお、本明細書では緯編地Ｎｔは丸編地を含む概念として説明している。
【００４７】
伸縮性基材２として緯編地Ｎｔ以外に経編地を採用することもできる。この場合には、伸縮性基材２が絶縁糸で地組織が編成された経編地で構成され、導電性線材３が絶縁糸５を挟んでコース方向に編成された絶縁被覆された導電糸で構成されていればよい。伸縮性基材２となる経編地の編地構造として、トリコット編、ラッシェル編、ミラニーズ編などの任意の編地構造及びその変化組織を含む任意の編地構造を採用することができる。
【００４８】
緯編地及び経編地の何れであってもコース方向に編成される導電性線材のコース数は特に制限されることはなく、単一コースであっても任意の連続コースであってもよい。また、地組織を構成する絶縁糸５のコース数も特に制限されることはなく、単一コースであっても任意の連続コースであってもよい。
【００４９】
図２，３で示した緯編地Ｎｔの場合、導電性線材３で編成された領域を挟むようにウェール方向に配された絶縁糸５で構成される地組織の中間部でコース方向に沿って切断することにより、解れ止め処理された帯状の変位センサ１を構成することができる。
【００５０】
上述した例では、地組織が低融点弾性糸を添え糸編み編成され、ヒートセット処理されることにより、解れ止め機能を備えた変位センサ１を説明したが、変位センサ１としては、このような解れ止め処理された編地に限定するものではない。
【００５１】
また、解れ止め処理の有無にかかわらず、導電糸が地組織に添え糸編み編成されていてもよい。添え糸編み編成することにより地組織の何れか一方の面に誘導性素子が露出するように配置することができ、他方の面からは視認できないように配置することができる。
【００５２】
図４（ａ）〜（ｅ）には、このようにして構成された帯状の伸縮性基材２に、その長手方向（伸縮方向でもある）に沿って１本または複数本の誘導性素子ＩＥを備えた変位センサ１の構成が示されている。各誘導性素子ＩＥは単一コースの導電糸で構成されていてもよいし複数コース連続編成された導電糸で構成されていてもよい。複数コース連続編成された導電糸で誘導性素子ＩＥが構成される場合には、誘導性素子ＩＥをリード線Ｌ１，Ｌ２と接続する際に使用される半田で各導電糸が端部で互いに電気的に接続される。
【００５３】
図４（ａ）は伸縮性基材２に１本の誘導性素子ＩＥが配置された例が示され、図４（ｂ）には伸縮性基材２に４本の誘導性素子ＩＥが其々独立して配置された例が示され、図４（ｃ）には伸縮性基材２に４本の誘導性素子ＩＥが並列接続された例が示され、図４（ｄ）には伸縮性基材２に４本の誘導性素子ＩＥが直列に接続された例が示され、図４（ｅ）には伸縮性基材２に４本の誘導性素子ＩＥが其々２本ずつ直列に接続された例が示されている。いずれも両端にリード線Ｌ１，Ｌ２が半田付されている。
【００５４】
上述の実施形態では伸縮性基材２が編地で構成された例を説明したが、伸縮性基材２が織地で構成されていてもよい。具体的には、伸縮性基材が弾性絶縁性糸で構成された経糸と経糸に交差するように非弾性絶縁性糸が配置された緯糸とで織製された織地で構成され、導電性線材が非弾性絶縁性糸を挟んで、または、非弾性絶縁性糸とともに経糸に交差するように往復配置された絶縁被覆された導電糸で構成されていてもよい。織地構造として平織、綾織、朱子織、それらの変化組織を適宜採用することができる。
【００５５】
伸縮性基材として編地や織地を用いた変位センサを構成する場合には、繰返し伸縮することにより編地や織地にへたりが生じたり、湿度などの影響により伸縮特性が変化する場合もある。そのような場合に備えて導電性線材が配置された編地や織地に樹脂を含浸させたり、当該編地や織地を樹脂で被覆したりすることが好ましい。この場合には、上述した解れ止め処理がなされていない編地に対して効果的に解れ止めが実現できる。そのような樹脂として、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂などを好適に用いることができる。
【００５６】
伸縮性基材として編地や織地を用いた変位センサを構成する場合には、伸縮性基材の伸縮方向と交差する方向に往復しつつ伸縮方向に沿う方向に導電性線材が延在するように、刺繍のように地組織に導電糸を縫い付けてもよい。
【００５７】
また、伸縮性基材が編地や織地以外の素材で構成されていてもよい。例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性エラストマーや、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、塩ビ系樹脂、ウレタン系樹脂、エステル系樹脂、アミド系樹脂のような熱可塑性エラストマーで構成される薄層体を伸縮性基材として採用し、図１（ａ），（ｃ），（ｄ）に示したようなパターンで配置された導電性線材を被覆するように薄層体が形成されていてもよい。
【００５８】
つまり、伸縮性基材が弾性樹脂で構成され、誘導性素子が弾性樹脂の層内に埋め込まれている変位センサであってもよい。エラストマーの種類は変位センサに求められる伸縮特性、温度や湿度などの環境特性に応じて適宜選択することができる。
【００５９】
［導電性線材の構成］
誘導性素子を構成する導電性線材に用いられる導電糸として、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、コバルトなどの純金属やそれらの合金、ステンレス、真鍮等により形成された糸状或いは細短冊状の金属線や、炭素繊維等の導電性繊維から形成した糸を使用することができる。
【００６０】
導電糸として、合成繊維(例えば、ポリエステル繊維やナイロン繊維等)や天然繊維などを芯として、この芯に金属繊維を巻回したカバリングヤーンを使用してもよい。
【００６１】
導電糸として、合成繊維や天然繊維などを芯として、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行って金属成分を被着させた金属被着糸(メッキ糸)を使用することができる。
【００６２】
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、複数の単繊維の集合体であるマルチフィラメントや紡績糸を用いる方が好ましく、さらにはウーリー加工糸やＳＣＹ、ＤＣＹなどのカバリング糸、毛羽加工糸などの嵩高加工糸を用いるのがより好ましい。
【００６３】
芯に被着させる金属成分として、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、コバルトなどの純金属やそれらの合金、ステンレス、真鍮などを使用することができる。
【００６４】
導電糸自体の発熱や信号の損失などの問題を抑制する観点では、金属線がより好ましく、中でも銅、銀、金、白金やそれらの合金が特に好ましい。導電糸を金属線とする場合の線径は１０〜１００μｍが好適であり、１０〜５０μｍとすることがさらに好ましく、変位センサのフレキシブル性と耐久性が両立できる。
【００６５】
導電糸には外層（表面）に絶縁層を被覆することが好ましい。絶縁層が被覆された導電糸として金属線を用いる場合、モノフィラメント、マルチフィラメントの何れでもよく、特に２〜９本、より好ましくは３〜７本を束ねて１本の糸条として用いるのが好ましい。
【００６６】
絶縁層としてポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン（ナイロン６やナイロン６６等であって、アミド結合により長く連続した鎖状の合成高分子を紡糸して繊維化したポリアミド系の合成繊維の総称）、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ等のフッ素系樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネイト、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォンなどを用いることができる。
【００６７】
絶縁被覆材で導電糸を被覆する方法としては、溶融素材の塗布から乾燥に至る一般的な被覆法を採用すればよい。その他、導電糸を芯材とし、繊維状（糸状）の絶縁被覆材をカバー材としてカバリング糸（ＳＣＹやＤＣＹ）を構成させる方法、さらには前記カバリング糸を加熱溶融して塗膜化する方法などを採用することも可能である。
【００６８】
絶縁被覆材に求められる特性として、電気絶縁性に加えて、１７０℃〜２５０℃程度の半田の溶融温度で溶融する特性を備えていることが好ましい。また、柔軟性や伸縮牲を備えているものが推奨される。
【００６９】
即ち、絶縁被覆材には、半田の溶融温度と同等以下の融点を有する熱可塑性樹脂を使用するのが好適である。外部に取り出す信号線と電気的に接続するために、半田付けが短時間で行え、しかも溶融した絶縁被覆材が確実に焼失または収縮して半田箇所を邪魔することなく、確実な導通が得られるようにするためには、半田の溶融温度の範囲内において、低温域に融点があるもの（目安の一例として「１５０℃以下」を挙げることができる）が好適である。
【００７０】
絶縁被覆材の選出には融点に加えて絶縁被覆材が導電糸を被覆する厚さも重要になる。例えば、絶縁被覆材の融点が高め（目安を１５０℃とした場合それを超える温度を言う）であったとしても、被覆厚が薄ければ、半田付け時に比較的容易に溶融することになるので、絶縁被覆材として使用可能となる。
【００７１】
なお、半田の溶融温度の目安として１５０℃を挙げたが、この溶融温度は絶縁被覆材に選出する樹脂によって変動する。例えば、ポリエステルや変性ポリエステル、ポリエステル−ナイロンなどでは１５５℃とすべきであり、ホルマールでは１０５℃、ポリウレタンでは１３０℃、ポリエステルイミドでは１８０℃とするのがよい、といった具合である。
【００７２】
導電糸に伸縮性糸を混用してもよい。伸縮性糸には、ポリウレタンやゴム系のエラストマー材料を単独で用いてもよいし、「芯」にポリウレタンやゴム系のエラストマー材料を用い、「カバー」にナイロンやポリエステルを用いたカバリング糸などを採用することができる。このようなカバリング糸を採用することで、親水性、撥水性、耐食・防食性、カラーリング等の機能を付与させることができる。また肌触りの向上や伸びの制御にも有用である。
【００７３】
［絶縁糸の構成］
伸縮性基材を編地や織地で構成する場合に地組織に用いる絶縁糸（非導電糸ともいう）として、合成繊維(例えば、ポリエステル繊維やナイロン繊維等)や天然繊維、合成繊維と伸縮性糸とを混用した素材などを使用することができる。伸縮性糸には、例えば、ポリウレタンやゴム系のエラストマー材料を単独で用いてもよいし、「芯」にポリウレタンやゴム系のエラストマー材料を用い、「カバー」にナイロンやポリエステルを用いたカバリング糸などを採用することができる。
【００７４】
このようなカバリング糸を採用することで、親水性、撥水性、耐食・防食性、カラーリング等の機能を付与させることができる。また肌触りの向上や伸びの制御にも有用である。また、非導電糸には、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、複数の単繊維の集合体であるマルチフィラメントや紡績糸の方を好ましく用いることができる。
【００７５】
地組織は半田の溶融温度に対する耐熱性を備えた絶縁糸で形成されるのが好ましい。ここで、地組織を構成する絶縁糸には、溶融した半田（または加熱状態の半田鏝）との接触によっても発火や溶損などを起こさず、また簡単に焼失しない耐熱性が要求される。但し、焦げが生じる程度は許容範囲である。
【００７６】
つまり、半田付けをしても伸縮性基材として機能が維持できる程度の耐熱性を有するものであれば十分である。溶融した半田が浸透しないように地組織を緻密構造にするとなど一層好ましい。なお、このような耐熱性は、誘導性素子となる導電糸と外部信号線との接続位置及びその近傍で必要とされるものであり、地組織船体を必ずしも同じ構成としなければならないわけではない。
【００７７】
例えば、編地の場合、誘導性素子となる導電糸に隣接する１コースまたは数コースの絶縁糸だけに耐熱性を備え、導電糸とは直接的に接触しないコース部分は一般的な編組織や一般的な素材（溶融半田に対する耐熱性を備えないもの）を採用して製編するといったことも可能である。
【００７８】
耐熱性の絶縁糸の具体例として、綿やウール等をはじめとする各種天然繊維の他、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、更には種々様々な合成繊維（例えば、アラミド繊維、フェノール繊維、ＰＢＯ、ポリアリレート、ポリイミド、メラミン、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、セルロース繊維（難燃加工）、ナイロン（難燃加工）、アクリル系繊維など）等を例示することができる。
【００７９】
上述した実施形態では、誘導性素子同士を直列または並列に接続するために半田を用い、誘導性素子にリード線を接続するために半田を用いる例を説明したが、電気的に接続できる態様であれば半田に限定するものではなく、金属具を用いて加締めたりジャンパー線を用いたりして接続するなど、その態様は特に限定されるものではなく、公知の接続方法を採用することができる。
【実施例】
【００８０】
図５（ａ），（ｂ）には、伸縮性基材２が緯編地で試作された変位センサ１の収縮状態と伸長状態の写真が示されている。当該変位センサ１は、伸縮性基材２が緯編地の一例であるフライス編地で構成されている。当該フライス編地は、絶縁糸５を３コース編成し、続けて絶縁被覆された導電糸３を４コース編成するパターンを複数回数（本実施例では４回）繰り返すことにより、ウェール方向に導電糸３で構成される誘導性素子ＩＥが縞模様状に形成されている。
【００８１】
絶縁糸５として２００ｄｔｅｘのアラミド繊維が用いられ、導電糸として耐熱温度１３０℃のポリウレタンで被覆された直径０．００３ｍｍの銅線７本のフィラメント糸が用いられている。また、絶縁糸及び導電糸の双方に１３２ｄｔｅｘのポリウレタン繊維を用いて添え糸編み編成されている。
【００８２】
編立後に行なわれるヒートセット工程で１３２ｄｔｅｘのポリウレタン繊維同士が繊維交点で合着し、編地は全体としてほつれ止め処理される。絶縁糸にアラミド繊維が用いられているため、半田処理時の熱に耐えつつ、銅線に絶縁被覆されたポリウレタンが剥がれ、良好にリード線との電気的な接続が行なえるように構成されている。
【００８３】
なお、上述した絶縁糸５と導電糸３の編成パターンを所定回数（本実施例では４回）繰り返した後に、絶縁糸５の編成領域のウェール方向端部に低融点ポリウレタン糸で数コース編成し、さらに絶縁糸５と導電糸３の編成パターンが所定回数繰り返すような編成処理を行なうと、ヒートセット処理時に低融点ポリウレタン糸の編成部位で強固な解れ止め機能が発揮され、その部位で熱溶断し或いはカッター裁断などにより複数の変位センサ１に分離できるようになる。
【００８４】
上述した絶縁糸５と導電糸３の編成パターンを所定回数（本実施例では４回）繰り返すことにより、図４（ｅ）に示すような誘導性素子ＩＥのパターンで収縮時の初期長さ１０の変位センサ１のサンプルを構成した。
【００８５】
図４（ｅ）に示すパターンのうち、上下の誘導性素子ＩＥの一方に対してインピーダンスを測定した。インピーダンスアナライザ（ソーラトロン社製1260）を用いて周波数範囲１Ｈｚから１０ＭＨｚの交流電圧に対するインピーダンスを測定する処理を、初期長さ１０ｃｍから１ｃｍ単位で伸長する度に繰返した。
【００８６】
図６（ａ）には、抵抗性負荷、容量性負荷、誘導性負荷の周波数に対する一般的なインピーダンス特性が示されている。抵抗性負荷の場合には周波数が変化してもインピーダンスは一定値を示し、容量性負荷の場合には周波数の上昇に従ってインピーダンスが低下し、誘導性負荷の場合には周波数の上昇に従ってインピーダンスが上昇する。
【００８７】
図６（ｂ）には、サンプルを初期長さ１０ｃｍから１５ｃｍまでの間で、１ｃｍ間隔で伸長した場合のサンプルのインピーダンス特性が示されている。サンプルの透過回路は抵抗負荷と誘導性負荷の直列回路で表すことができ、印加電圧の周波数が１Ｈｚから１００ｋＨｚ迄は抵抗特性が示されるが、１００ｋＨｚ以上では次第にインピーダンスが上昇する誘導性負荷の特性が現れる。なお、同図には、初期長さ１０ｃｍのサンプルに編み込まれた導電糸の伸長状態でのインピーダンス特性が示されている。伸長状態での導電糸の長さは５０ｃｍとなる。
【００８８】
図６（ｃ）には、図６（ｂ）の丸で囲まれた領域（１ＭＨｚから６ＭＨｚ）の拡大図が示されている。図から読み取れるように、伸縮性基材に編み込まれた導電糸でなる誘導性素子ＩＥは、伸長されるに連れて同じ周波数に対するインピーダンスが増加すること、つまりインダクタンスが増加して、長さ５０ｃｍの伸長状態での導電糸のインピーダンスに接近することが示されている。図６（ａ）の数式ＸＬ＝２πｆＬ（ＸＬはインピーダンス、ｆは周波数、Ｌはインダクタン）からも理解される。
【００８９】
即ち、図７（ａ），（ｂ）に示すように、サンプルは誘導性素子ＩＥの伸張に伴ってインピーダンス（インダクタンス）が増加し、収縮に伴ってインピーダンス（インダクタンス）が減少する特性が現れることが確認された。
【００９０】
図７（ｃ）は対比例としてサンプルに編み込まれた導電糸を用いて作成したソレノイドコイルのインピーダンス特性が示されている。ソレノイドコイルでは、伸張に伴ってインピーダンス（インダクタンス）が減少し、収縮に伴ってインピーダンス（インダクタンス）が増加する特性が現れ、サンプルと顕著に相違することが確認された。
【００９１】
さらに、得られたサンプルに対して図８（ａ）に示すパターンＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の４パターンで誘導性素子ＩＥを構成し、同様の測定を行ったところ、図８（ｂ）に示すように、誘導性素子ＩＥの伸張に伴ってインピーダンス（インダクタンス）が増加し、収縮に伴ってインピーダンス（インダクタンス）が減少する特性が現れるとともに、誘導性素子ＩＥの長さが長くなるほどインダクタンスの値が大きくなることが確認された。
【００９２】
図９（ａ），（ｂ）には、サンプルに対して外付けの誘導性負荷Ｌ及び容量性負荷Ｃを接続して共振回路Ｃｒを構成し、共振回路Ｃｒの端子をＴＩ社のインダクタンス／デジタル・コンバータ(LDC1614)に接続した信号処理システムを構築して、伸長長さに対する共振周波数特性を求めた。なお、回路定数は、測定し易い値に事前に調整している。図９（ｂ）に示すように、伸長及び収縮を５回繰返しても同様の特性が再現されることが確認された。
【００９３】
図９（ｂ）では、伸長及び収縮を繰り返すに連れてサンプルにへたりが生じて収縮状態の長さが初期に比べて若干長くなるために、収縮状態での共振周波数特性に鈍りが生じることが伺える。図９（ｃ）には、伸縮性基材にシリコーン樹脂を含浸させて伸縮特性のへたりを改善したサンプルの特性が示されている。当該特性に依れば、収縮状態での共振周波数特性に鈍りがみられなくなる。
【００９４】
図１０（ａ）には、サンプルをゴルフ用の手袋の親指、人差し指、中指の各背面部に接着剤で固定し、上述した共振回路を介してインダクタンス／デジタル・コンバータ(LDC1614)に接続した状態が示されている。
【００９５】
図１０（ｂ）には、当該手袋を装着した状態で把持動作を繰り返した場合の共振周波数の変化特性が示されている。横軸は時間であり縦軸は周波数である。訳５秒間隔で掌を開いた状態から握り、さらに開く動作を繰り返すと、それに伴ってサンプルの収縮と伸長が繰り返されて共振周波数が変化する。サンプルが伸長するとインダクタンスが大きくなり共振周波数が低下し、サンプルが収縮するとインダクタンスが低下して共振周波数が上昇する様子が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明による変位センサは、柔らかな被検出物に生じる大きな歪みをシンプルな構造で感度よく検出でき、例えば関節の曲げ伸ばしなど身体の各部の動きを計測するウェアラブルデバイスとして広く活用される。
【符号の説明】
【００９７】
１：変位センサ
２：伸縮性基材
３：導電性線材（導電糸）
４：低融点弾性糸
５：絶縁糸
ＩＥ：誘導性素子
Ｌ１，Ｌ２：リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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