(57)【要約】【課題】被験者への拘束性や不快感、負担、皮膚炎症を抑制し長期間の装用を可能にする伸長センサを提供する。【解決手段】伸長センサは、導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物が表面および内部の少なくとも一部に固定された弾性変形が可能な基材からなる抵抗体１と、抵抗体１の導電面の端部に電気的に接続された１対の端子２ａ，２ｂとを備える。基材は、繊維または布である。【選択図】  図１
2014228507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形可能な基材と、この基材の表面および内部の少なくとも一部に固定された導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物とからなる抵抗体と、
この抵抗体の導電面の端部に電気的に接続された１対の端子とを備えることを特徴とする伸長センサ。
【請求項２】
請求項１記載の伸長センサにおいて、
前記基材は、繊維または布であることを特徴とする伸長センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の伸長センサにおいて、
前記抵抗体は、筒状に形成されることを特徴とする伸長センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の伸長センサにおいて、
前記抵抗体は、衣類に組み込まれることを特徴とする伸長センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伸長センサにおいて、
前記抵抗体を構成する基材は、外部から張力が加えられたときに塑性変形領域に到達することを抑制するためのストッパー構造を備えることを特徴とする伸長センサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の伸長センサと、
この伸長センサが装着される測定対象物の長さの変化または角度の変化と、前記抵抗体の抵抗値との関係をあらかじめ記憶するテーブルと、
前記抵抗体の抵抗値を基に前記テーブルを参照して、前記抵抗値に対応する長さの変化または角度の変化の情報を取得する情報取得手段とを備えることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性変形によって抵抗変化が生じる繊維状あるいは布状の伸長センサ、および伸長センサを用いた測定装置に関するものである。より詳しくは、導電性高分子と弾性変形が可能な基材との複合材料を利用した伸長センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主として関節動作等の動きのデータを獲得する方法として、モーションキャプチャシステムが実用化されており、バーチャルリアリティシステムやゲーム機への入力手段、高齢者の自立動作支援、リハビリテーション、あるいはスポーツ動作学習などに用いられている（非特許文献１）。
【０００３】
これらのような例に加えて、人体や周辺機器にセンサを直接設置したり、その周辺にセンサを設置したりすることで、日常における人体からの生体情報や、周辺機器からの情報を取得し、取得した情報を活用する環境知能モーションやウエアラブルコンピューティングといわれる分野の技術開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献２）。
【０００４】
このようなモーションキャプチャを実現するため、各種情報処理装置に動作データを入力するためのデータグローブやデータスーツなどと呼ばれる装着具が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２５０７０８号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９５１１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Hooman Dejnabadi，Brigitte M.Jolles，Emilio Casanova，Pascal Fua，and Kamiar Aminian，“Estimation and Visualization of Sagittal Kinematics of Lower Limbs Orientation Using Body-Fixed Sensors”，IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING，VOL.53，NO.7，JULY 2006
【非特許文献２】横井茂樹，“バーチャルリアリティの医学応用の動向と展望”，Medical Imaging Technology，Vol.12，No.5，p.606-611，1994
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のようにセンシングにより動作情報の検出を行なうためには、被験者の自然な動きや日常生活を妨げない拘束感のない計測と、被験者の身体への不快感や負担のない計測が望まれる。すなわち、センサの物理特性だけでなく、装着感などを含めたインターフェースの高い質が要求される。例えば、下着、手袋、靴下、膝当て、肘当て等の肌に直接触れる衣類にセンサを長期間に亘り装着したとしても違和感がなく、皮膚カブレ等の炎症が発生しないようなセンサの実現が期待されている。
しかしながら、特許文献２に開示されたセンサは、電気絶縁材料からなるシート状部材の上に電極を形成したものであり、柔軟性や通気性に欠けており、長期間に渡る装着に耐え得るものではなかった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑み、被験者への拘束性や不快感、負担、皮膚炎症を抑制し長期間の装用を可能にする伸長センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の伸長センサは、弾性変形可能な基材と、この基材の表面および内部の少なくとも一部に固定された導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物とからなる抵抗体と、この抵抗体の導電面の端部に電気的に接続された１対の端子とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の伸長センサの１構成例において、前記基材は、繊維または布である。
また、本発明の伸長センサの１構成例において、前記抵抗体は、筒状に形成されるようにしてもよい。
また、本発明の伸長センサの１構成例において、前記抵抗体は、衣類に組み込まれるようにしてもよい。
また、本発明の伸長センサの１構成例において、前記抵抗体を構成する基材は、外部から張力が加えられたときに塑性変形領域に到達することを抑制するためのストッパー構造を備えるものである。
また、本発明の測定装置は、伸長センサと、この伸長センサが装着される測定対象物の長さの変化または角度の変化と、前記抵抗体の抵抗値との関係をあらかじめ記憶するテーブルと、前記抵抗体の抵抗値を基に前記テーブルを参照して、前記抵抗値に対応する長さの変化または角度の変化の情報を取得する情報取得手段とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、弾性変形可能な基材と、基材の表面および内部の少なくとも一部に固定された導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物とからなる抵抗体と、抵抗体の導電面の端部に電気的に接続された１対の端子とから伸長センサを構成する。本発明では、導電性高分子が固化（硬化）したバインダー樹脂（重合体）に練りこまれた状態で、弾性変形が可能な基材に固定されたものを抵抗体として用いるので、抵抗体の構造的な崩壊が起こり難く、長期間に亘り高い導電性を維持することができる。また、基材が本来的に有する柔軟性を活かして、柔軟な抵抗体を形成することができる。導電性高分子がバインダー樹脂に練り込まれた状態であるにも関わらず、導電性高分子の導電性は、実用上問題なく使用できる程に高く、劣化することが殆どない。このため、固化したバインダー樹脂に含まれる導電性高分子が、抵抗変化による微弱な電気信号の変化を伝達できるため、高感度および高精度の信号の送受信を伸長センサと外部装置との間で行うことができる。さらに、固化したバインダー樹脂により抵抗体の機械的強度が高められているため、伸長センサが人体に装着された状態において、抵抗体が外力により破損する可能性を低減することができ、耐久性に優れた伸長センサを実現することができる。また、本発明では、特に肌に接触して長期間使用するウエアラブルデバイスに要求される高い装着性、すなわち肌触りの感触と薄さと柔軟性と強度と通気性という各要求が複雑に絡む装着時の快適さを実現することができる。以上により、本発明では、被験者への拘束性や不快感、負担、皮膚炎症を抑制し長期間の装用が可能になる。
【００１１】
また、本発明では、抵抗体を、測定対象物の測定箇所に装着可能な筒状に形成することにより、測定箇所の変形に追従するように伸長センサを設置することができ、測定対象物の変形を検知する伸長センサを実現することができる。本発明では、複雑な形状の測定対象物の変形を検出することができ、構造が単純で安価なセンサを提供することができる。また、本発明では、公知の作製技術で伸長センサを任意の形状に容易に作製することができる。
【００１２】
また、本発明では、抵抗体を衣類に組み込むことにより、被験者の関節等の変形に追従するように伸長センサを設置することができ、被験者の動きを検知する伸長センサを実現することができる。
【００１３】
また、本発明では、外部から張力が加えられたときに塑性変形領域に到達することを抑制するためのストッパー構造を基材に設けることにより、引張り時に生じる抵抗変化のヒステリシス性を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る伸長センサの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る伸長センサの抵抗値の変化の測定方法を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る伸長センサの抵抗体を上方から撮影した写真である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る伸長センサの抵抗値の変化の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る伸長センサの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態において人体の肘に伸長センサを巻きつけた状態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る伸長センサの抵抗体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の発明者らは、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを代表とする導電性高分子からなる繊維（糸）が高い親水性および柔軟性を有する一方、発汗する皮膚等に接触した場合に当該繊維が構造的に崩壊するという問題および当該繊維の伸長性について研究を重ねた結果、本発明を完成させた。本発明では、導電性高分子が固化（硬化）したバインダー樹脂（重合体）に練りこまれた状態で、弾性変形が可能な基材に固定されたものを抵抗体として用いることにより、抵抗体の構造的な崩壊が起こり難く、長期間に亘り高い導電性を維持することができる。
【００１６】
［第１の実施の形態］
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明するが、本発明はかかる実施の形態に限定されない。
本実施の形態では、導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物が表面および内部の少なくとも一部に固定された弾性変形が可能な基材を、伸長センサの抵抗体として用いる。弾性変形が可能な基材としては、繊維または布がある。
【００１７】
導電性高分子の種類は特に制限されず、従来公知の導電性高分子が適用可能である。例えば、導電性および親水性に優れるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ、ＰＥＤＯＴ−Ｓ等が挙げられる。親水性に優れる導電性高分子を用いることにより、本実施の形態の導電体の導電部位の親水性を高めることができる。親水性が高い導電部位を有する導電体は、皮膚に対する親和性が高いため、後述する伸長センサの用途に適する。
【００１８】
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、モノマーである３，４−エチレンジオキシチオフェンが、ポリ（４−スチレンスルホン酸）の存在下で重合して得られる導電性ポリマーである。ＰＳＳはＰＥＤＯＴに負電荷を付与するドーパントとして機能する。導電性高分子の導電性を高める観点から、導電性高分子にはドーパントが含有されていることが好ましい。
【００１９】
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが単独で固化された導電体は、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが有する高い吸水性により、発汗する皮膚等の比較的湿潤な環境においてゲル化し、機械的強度が極端に低下する。このため、棒状又は板状に加工したＰＥＤＯＴ−ＰＳＳからなる導電体を単独で皮膚面に設置して、長期間に亘り使用することは困難である。
【００２０】
本実施の形態の抵抗体は、接着性材料であるバインダー樹脂およびバインダー樹脂のモノマーの少なくとも一方と、導電フィラーである導電性高分子とを混合した樹脂組成物、またはこれらに必要に応じて溶剤を添加した樹脂組成物を、弾性変形が可能な基材に、塗布、印刷、浸漬、噴霧、滴下等することにより付着させ、更に、乾燥、加温、加熱等により固化又は重合させた導電体である。この導電体において、固化した樹脂組成物（混合物）に含まれる導電性高分子はバインダー樹脂に練り込まれて固化され、更に基材によって支持されているため、耐久性に優れる。
【００２１】
バインダー樹脂の種類は特に制限されず、導電性高分子の導電性を失活させることなく、基材に導電性高分子を接着（結着）させることが可能なバインダー樹脂であれば、従来公知のバインダー樹脂が適用可能である。
また、１種のバインダー樹脂を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて併用してもよい。２種以上のバインダー樹脂を組み合わせることにより、バインダー樹脂の硬化性、接着性（粘着性）、取り扱い易さ（塗布等の作業性）を高められる場合がある。
【００２２】
バインダー樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが用いられ、例えばナフィオン、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリアミド、ブタジエン系樹脂、フッ素系樹脂などの熱可塑性エラストマーを含む熱可塑性樹脂、ポリウレタン系樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、変性シリコーン樹脂、フタル酸樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、アニリン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、エポキシアクリレート系、アクリルエポキシカチオン重合系、感光性ポリイミドなどの光硬化性樹脂などが挙げられる。これらのうち、上記各種ビニル樹脂、ナフィオン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、フタル酸樹脂、変性シリコーン樹脂、アクリル系樹脂が好ましい。
【００２３】
特にアクリル系樹脂は基材（繊維または布）との接着性が高く、基材から剥がれ落ちにくいことから、バインダー樹脂として最も好ましい。さらにアクリル系樹脂は粘着性の調節が容易であり、加工性が高く、添加剤による柔軟性の付与や、接着および硬化作業が比較的容易であるため、導電性高分子を基材の表面や繊維間にバインドする用途に特に適している。
【００２４】
一方、ポリビニルアルコール（以下ＰＶＡ）は、バインダー樹脂として必ずしも良い材料とはいえない。ＰＶＡはアクリル系樹脂と比較して接着力が低く、剥離が生じやすいために適さない。また、剥離を軽減する目的でＰＶＡのアセタール化や架橋剤による硬化処理を加えた場合、ＰＶＡのポリマーとしての強度は向上するものの、ＰＶＡが付着した基材（布）が硬くなり、可撓性や触感が悪化する。このため、皮膚と直接接触させて使用するために可撓性が要求される生体電極の素材として、ＰＶＡをバインダー樹脂として用いることは適さない。
【００２５】
本実施の形態の抵抗体を製造する際にバインダー樹脂の前駆体である未重合のモノマーを前記樹脂組成物に含有させる場合、重合後（固化後）の混合物には、未重合のモノマーが残存していてもよい。なお、樹脂組成物中のモノマーは、基材に付着した後に、加熱（熱硬化）、光照射（光硬化）、重合促進剤の添加等により、積極的に重合されてもよいし、乾燥、加温、空気との接触等により、穏やかに自発的に重合されてもよい。
【００２６】
本実施の形態の抵抗体を製造する際、予め重合した樹脂（ポリマー）をバインダー樹脂として前記樹脂組成物に含有させてもよい。このようなバインダー樹脂の好ましい具体例として、次に例示するモノマーが重合した重合体が挙げられる。アクリルモノマーとしては、例えば、（メタ）アクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシメチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃４００（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃１０００（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール＃２０００（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリルアミド、メチル（メタ）アクリルアミド、エチル（メタ）アクリルアミド、プロピル（メタ）アクリルアミド、イソプロピル（メタ）アクリルアミド、ブチル（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。
【００２７】
これらのアクリル樹脂をバインダー樹脂として用いることにより、基材に導電性高分子とバインダー樹脂との混合物を確実に固定することができ、当該混合物の耐摩耗性、耐剥離性、耐水性、耐化学性および機械的強度をより向上させることができるとともに、アクリル樹脂に埋包された導電性高分子の導電性を容易に維持することができる。
【００２８】
さらに、混合物中の導電性高分子とアクリル樹脂との配合比にもよるが、アクリル樹脂に埋包された導電性高分子が有する親水性および柔軟性が維持されて、当該混合物にこれらの性質がある程度反映される。親水性および柔軟性は、後述する生体電極の好ましい特性として求められる性質である。導電性高分子の性質がアクリル樹脂に埋包された後も維持される理由は、埋包された状態においても導電性高分子同士の接触が維持され、更に、当該混合物の表面に導電性高分子の少なくとも一部が露出するためであると考えられる。
【００２９】
混合物中の導電性高分子の含有量としては、当該混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、０．１〜５０重量％が好ましく、１〜４０重量％がより好ましく、１０〜３０重量％が更に好ましい。導電性高分子の含有量が上記範囲（０．１〜５０重量％）の下限値以上であると、混合物の導電性が一層向上する。導電性高分子の含有量が上記範囲（０．１〜５０重量％）の上限値以下であると、バインダー樹脂に対する導電性高分子の含有量のバランスが一層良好となり、混合物の耐久性が一層向上する。
【００３０】
混合物中のバインダー樹脂の含有量としては、当該混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、５０〜９９．９重量％が好ましく、６０〜９９重量％がより好ましく、７０〜９０重量％が更に好ましい。バインダー樹脂の含有量が上記範囲（５０〜９９．９重量％）の下限値以上であると、導電性高分子に対するバインダー樹脂含有量のバランスがより良好となり、混合物の耐久性が一層向上する。バインダー樹脂の含有量が上記範囲（５０〜９９．９重量％）の上限値以下であると、混合物の導電性が一層向上する。
【００３１】
混合物中の導電性高分子およびバインダー樹脂の合計の含有量としては、当該混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、５０〜１００重量％が好ましく、６０〜１００重量％がより好ましく、８０〜１００重量％が更に好ましい。導電性高分子およびバインダー樹脂の合計の含有量が上記範囲（５０〜１００重量％）であると、導電性高分子とバインダー樹脂の含有量のバランスがより良好となり、混合物の耐久性および導電性が一層向上する。
【００３２】
混合物中の導電性高分子とバインダー樹脂の重量比としては、当該混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、バインダー樹脂の重量／導電性高分子の重量＝１〜１００が好ましく、２〜１０がより好ましく、４〜１０が更に好ましく、４〜６が特に好ましい。導電性高分子とバインダー樹脂の重量比が上記範囲（４〜１０）であると、導電性高分子とバインダー樹脂の含有量のバランスがより良好となり、混合物の耐久性および導電性が一層向上する。
【００３３】
本実施の形態の抵抗体に用いる基材は、前記混合物を支持する基材として機能しうるものであれば特に制限されず、従来公知の衣服等に使用されている布地が適用可能である。布地は織物に限定されず、不織布であってもよい。
【００３４】
基材が繊維である場合、この基材に前記混合物を固定したものは導電性繊維となる。また、基材が布地である場合、この基材に前記混合物を固定したものは導電性布となる。導電性繊維は、電気配線や一次元の（紐状の）生体電極として使用してもよいし、導電性繊維を織って導電性布として使用してもよい。導電性布は、二次元の伸長センサとして使用できる。
【００３５】
導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物が基材に固定されている状態とは、基材の少なくとも一部分が当該混合物により被覆されている状態、または基材の少なくとも一領域に当該混合物が付着している状態のことを言う。基材に固定された混合物は、基材の両面、または基材の表面と裏面のいずれか一方に付着していてもよいし、当該基材を構成する繊維（糸）同士の間で、繊維同士を結着するように付着していてもよい。基材の両面に混合物が付着している場合、表面の混合物からなる導電面と、裏面の混合物からなる導電面とは、電気的に独立していてもよいし、電気的に導通していてもよい。また、混合物の一部は基材の内部に浸透していてもよい。
【００３６】
以下、本実施の形態の伸長センサについて説明する。本実施の形態の伸長センサは、図１に示すように、抵抗体１と、抵抗体１の導電面の両端部に電気的に接続された１対の端子２ａ，２ｂとを備えている。端子２ａ，２ｂは、少なくとも一部が抵抗体１の導電面と電気的に接続されていればよい。端子２ａ，２ｂの導電面への固定方法としては例えば接着などの方法を採用することができる。
【００３７】
抵抗体１の導電面の大きさは特に制限されず、用途に応じて適宜調整される。図１の例では、抵抗体１は表面および裏面の全体が導電面である。抵抗体１の表面と裏面とは電気的に導通している。抵抗体１は、上記のとおり、導電性高分子とバインダー樹脂とを含有する混合物が固定された弾性変形が可能な基材からなる。具体的には、抵抗体１としては、繊維状の導電体（繊維に混合物が付着した導電性繊維）が縦糸及び横糸の少なくとも一方として使用された導電性布がある。また、布状の導電体（布地に混合物が付着した導電性布）を抵抗体１として使用することも可能である。これらの導電性布には、導電性高分子が均一に分布しているため、導電性布の導電面はほぼ均質な導電性を有する。また、導電性布は、布地としての通気性、柔軟性、吸湿性を保持している。
【００３８】
基材としては、立体的で厚みがある、編み構造（織物）もしくは重なり構造を有する織物または不織布が好ましい。例えば、２ウエイトリコット（2way tricot）や１ウエイトリコット（1way tricot）、ストッキング等の、厚み方向に繊維によって構成された弾性を有する構造の布地が挙げられる。以上のような抵抗体１に引張り力を加えると、抵抗体１に均一に固定されている導電性高分子が圧縮、伸展、屈曲されるため、抵抗値が変化する。
【００３９】
次に、張力の変化による伸長センサの抵抗値の変化について詳細に説明する。図２は本実施の形態の測定試験で用いた測定方法を示す図である。伸長センサの抵抗体１は、縦３ｃｍ、横１５ｃｍの導電性布である。この抵抗体１において、中央から左右にそれぞれ２ｃｍ離間した位置に端子２ａ，２ｂを設けた。この状態で、抵抗体１を左右に０．５ｃｍ刻みで引張り、その際の抵抗値変化を測定機器１０（Ｓａｎｗａ社、ＣＤ７３１ａ）で測定した。測定機器１０と伸長センサの端子２ａ，２ｂとの間はプローブ１１ａ，１１ｂで接続した。抵抗体１としては、後述する第８の実施の形態のものを用いた。図３は抵抗体１を上方から撮影した写真である。上記の条件で測定した結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2014228507.tif 000003
【００４１】
また、測定結果を図４に示す。表１、図４に示す引張り距離ΔＬは左右どちらか一方の引張り距離を示している。したがって、引張り距離ΔＬが０．５ｃｍであれば、左右合計の引張り距離は１ｃｍである。表１、図４によれば、図３に示した抵抗体１は、左右に引っ張ることで抵抗値が約５〜１５ｋΩまで変化することが分かる。引張り距離ΔＬが２ｃｍまでは抵抗値が単調に増大しているが、これ以上の引張り距離ΔＬにおいては、抵抗変化が飽和していることが見受けられる。この現象は、図３に示した抵抗体１では抵抗値に弾性領域と塑性領域があることを示している。
【００４２】
以上のように、本実施の形態の伸長センサによれば、導電性高分子が固化（硬化）したバインダー樹脂（重合体）に練りこまれた状態で、弾性変形が可能な基材に固定されたものを抵抗体１として用いるので、抵抗体１の構造的な崩壊が起こり難く、長期間に亘り高い導電性を維持することができる。また、基材（繊維または布）が本来的に有する柔軟性を活かして、柔軟な抵抗体１を形成することができる。導電性高分子がバインダー樹脂に練り込まれた状態であるにも関わらず、導電性高分子の導電性は、実用上問題なく使用できる程に高く、劣化することが殆どない。このため、固化したバインダー樹脂に含まれる導電性高分子が、抵抗変化による微弱な電気信号の変化を伝達できるため、高感度および高精度の信号の送受信を伸長センサと外部装置との間で行うことができる。さらに、固化したバインダー樹脂により抵抗体１の機械的強度が高められているため、伸長センサが人体に装着された状態において、抵抗体１が外力により破損する可能性を低減することができ、耐久性に優れた伸長センサを実現することができる。
【００４３】
また、本実施の形態の伸長センサは、特に肌に接触して長期間使用するウエアラブルデバイス（wearable device）に要求される高い装着性、すなわち肌触りの感触と薄さと柔軟性と強度と通気性という各要求が複雑に絡む装着時の快適さを実現することができる。抵抗体１の基材が繊維の場合には、抵抗体１を衣類に組み込むことで装着時の快適さを実現することができる。また、布状の抵抗体１を衣類に組み込んでもよいことは言うまでもない。
【００４４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施形態では、伸長センサの抵抗体１が引張りを受けた際に抵抗値が変化する。このとき、引張り距離が大きい場合、伸長センサの抵抗値が塑性、すなわちヒステリシスになることを表１、図４で説明した。しかし、図３に示したような導電性布を伸長センサとして用いる場合、引張り距離に対する抵抗値特性はヒステリシスでないことが望ましい。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、伸長センサの抵抗体１に、特性の塑性を防止するためのストッパー構造を導入する。図５は本実施の形態の伸長センサの構成を示す平面図である。本実施の形態では、抵抗体１を構成する導電性布に、非可塑性の糸３を編み込むようにしている。これにより、本実施の形態では、非可塑性の糸３が抵抗体１の弾性領域で引張りを抑制するので、抵抗体１の抵抗値特性が塑性になることを回避することができる。
【００４６】
［第３の実施の形態］
次に、伸長センサの応用例について説明する。これまでに説明した伸長センサの伸長時における抵抗値の変化を利用することで、例えば人体の関節の屈曲角度を測定することができる。図６は、人体の肘に伸長センサを巻きつけた状態を示す図である。伸長センサの抵抗体１は、図７に示すように、縦２５ｃｍ、横２０ｃｍの導電性布を筒状にしたものである。導電性布を筒状にする際には、導電性布の端部をアイロンテープ４で熱圧着する。
【００４７】
測定方法は図６に示すように、伸長センサの抵抗体１が人体１２の肘の中央に配置されるように装着し、伸長センサの端子２ａ，２ｂを測定機器１３と接続する。これにより、肘の関節の屈曲角度、すなわち伸長センサの抵抗体１に加わる張力による抵抗値の変化を測定機器１３にて測定する。抵抗体１としては、後述する第８の実施の形態のものを用いた。
【００４８】
ここで、個々の被験者が初めて伸長センサを装着した際、肘の関節の屈曲角度と伸長センサの抵抗値との相関をあらかじめ調べておき、肘の関節の各屈曲角度に対応する抵抗値を測定機器１３のルックアップテーブル（不図示）に記憶させておく。それ以降の動作時には、測定機器１３の情報取得手段（不図示）は、伸長センサの抵抗値を基にルックアップテーブルを参照して、抵抗値に対応する屈曲角度の情報を取得する。これにより、測定機器１３は、測定者に対して被験者の肘の関節の屈曲角度を提示することができる。このような測定装置１３は、ＣＰＵと、記憶装置と、抵抗値測定部を含むインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って以上のような測定を行う。
【００４９】
なお、本実施の形態の関節の屈曲角度の測定方法では、人体の肘関節についてのみ説明したが、これに限るものではなく、同様な手法により他の関節にも適用が可能となる。また、屈曲角度の変化と伸長センサの抵抗値との関係ではなく、長さの変化と伸長センサの抵抗値との関係をルックアップテーブルに記憶させるようにしてもよい。
また、公知の加速度センサや角速度ジャイロセンサなどと共に伸長センサを用いることで、関節の屈曲だけでなく、座位や立位、歩行、走行などの高度なモーションキャプチャが可能となる。
【００５０】
また、第１〜第３の実施の形態の伸長センサは、薄くて柔軟であるため装着性に優れる。さらに、伸長センサを構成する抵抗体１の導電面が適度な親水性を有する場合には、肌に直接触れるように伸長センサを設置した場合の導電性に一層優れる。また、肌に直接触れるように伸長センサを設置した場合は、伸長センサとしての機能に加えて、生体電極として生体信号を取得する機能も兼ね備えることができる。また、第１〜第３の実施の形態の伸長センサは、単純な回路で作動するので、その感度特性を容易に調節できる。
【００５１】
［第４の実施の形態］
次に、第１〜第３の実施の形態の伸長センサの製造方法について説明する。第１〜第３の実施の形態の伸長センサの抵抗体１は、バインダー樹脂およびバインダー樹脂を構成する重合性化合物（モノマー）の少なくとも一方と、導電フィラーである導電性高分子とが含まれる樹脂組成物を弾性変形が可能な基材（繊維または布）に付着させ、樹脂組成物を固化または重合させたものである。
【００５２】
導電性高分子、バインダー樹脂、バインダー樹脂を構成する重合性化合物（モノマー）、弾性変形が可能な基材は、第１〜第３の実施の形態で説明したとおりである。このため、ここで繰り返して説明することはしない。
【００５３】
前記樹脂組成物は、導電性高分子、バインダー樹脂およびモノマーを溶解するため、あるいは粘度を調整するために、溶剤を含有してもよい。溶剤の種類は特に限定されず、樹脂の種類と目的に合わせて適宜選択される。溶剤と樹脂との配合割合も特に制限されず、当該樹脂組成物を基材（繊維または布）に付着させることが可能なように、適宜調整される。また、樹脂組成物には、溶剤の他に、重合開始剤、重合促進剤、樹脂同士を架橋する架橋剤、安定剤、酸化防止剤、顔料、フィラーなどの補助剤を目的に応じて含有してもよい。
【００５４】
固化する前の樹脂組成物中の導電性高分子の含有量としては、当該樹脂組成物を固化させた混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、０．０１〜１０重量％が好ましく、０．０５〜５重量％がより好ましく、０．１〜３重量％が更に好ましい。
【００５５】
固化する前の樹脂組成物中のバインダー樹脂の含有量としては、当該樹脂組成物を固化させた混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、０．０５〜５０重量％が好ましく、０．１〜２５重量％がより好ましく、３〜８重量％が更に好ましい。
【００５６】
固化する前の樹脂組成物中の導電性高分子とバインダー樹脂の合計の含有量としては、当該樹脂組成物を固化させた混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、０．０６〜６０重量％が好ましく、０．１５〜３０重量％がより好ましく、４〜８重量％が更に好ましい。
【００５７】
固化する前の樹脂組成物中の導電性高分子とバインダー樹脂の重量比としては、当該樹脂組成物を固化させた混合物が導電性を維持する範囲であれば特に制限されないが、例えば、バインダー樹脂の重量／導電性高分子の重量＝１〜１００が好ましく、２〜１０がより好ましく、４〜６が更に好ましい。
【００５８】
樹脂組成物中の導電性高分子およびバインダー樹脂の含有量を上記の好ましい範囲に設定し、残部が溶剤であると、当該樹脂組成物の粘度が適度となり、樹脂組成物を基材に付着させる際の作業性が向上し、均一に付着させることができる。
【００５９】
樹脂組成物を基材に付着させる方法は特に制限されず、塗布、印刷、浸漬、噴霧、滴下等の公知の方法が適用可能である。基材に樹脂組成物を付着させた後、当該樹脂組成物を固化（硬化）または重合させることにより、当該樹脂組成物を第１の実施の形態で説明した混合物に変化させることができ、伸長センサの抵抗体１が得られる。
【００６０】
樹脂組成物を固化（硬化）させる方法は、前記混合物が基材（繊維または布）に固定される方法であれば、特に制限されない。例えば、樹脂組成物に含まれる溶剤を気化させて樹脂組成物を乾燥させる方法、樹脂組成物に含まれる前記モノマーを重合させて樹脂組成物中にバインダー樹脂を形成する方法、樹脂組成物に含まれるバインダー樹脂同士を架橋剤により架橋して樹脂組成物中に３次元網目構造を形成する方法、樹脂組成物に含まれる導電性樹脂同士を架橋剤により架橋して樹脂組成物中に３次元網目構造を形成する方法、樹脂組成物に含まれるバインダー樹脂同士および導電性樹脂同士を架橋剤により架橋して樹脂組成物中に３次元網目構造を形成する方法などが挙げられる。
【００６１】
ここで、樹脂組成物を「固化させる」とは、樹脂組成物が前記混合物になって、当該混合物が基材（繊維または布）をコーティングできる状態に変化することを意味する。したがって、固化させた樹脂組成物（得られた混合物）は、プラスチック成形品のような固体感（剛性）を有してもよいし、有さなくてもよい。また、固化させた樹脂組成物は、ゴムのような弾性を有していてもよいし、ゲルの様な柔軟性を有していてもよい。
【００６２】
樹脂組成物を乾燥させる方法としては、例えば温風を吹き付ける方法、加熱する方法などが挙げられる。
樹脂組成物に含まれるモノマーを重合させる方法としては、例えば加熱することにより熱硬化させる方法、ＵＶや可視光線等の光を照射して光硬化させる方法などが挙げられる。この場合、樹脂組成物中には、従来公知の硬化開始剤または硬化促進剤を添加しておくことが好ましい。また、樹脂組成物を付着させる基材が厚い場合、光硬化よりも熱硬化の方が、重合効率が高まるので、好ましい。
樹脂組成物に含まれる樹脂同士を架橋する方法は特に制限されず、常法により行うことができる。
【００６３】
樹脂組成物に含まれる導電性高分子の含有量を調整することにより、得られる導電体の導電性を調整することができる。通常は、導電性高分子の含有量を高める程、抵抗体１の導電性を高めることができる。
【００６４】
樹脂組成物に含まれるバインダー樹脂の種類や含有量を目的に合わせて選択することにより、得られる抵抗体１の性質を調整することができる。例えば、親水性（疎水性）、ぬれ性、吸水性、耐水性、耐摩耗性、耐剥離性、耐化学性、耐熱性等を調整することができる。通常は、バインダー樹脂の含有量を高める程、当該バインダー樹脂が有する性質を抵抗体１により多く反映させることができる。
【００６５】
本実施の形態の製造方法は、特殊で高額な装置を必要とせず、低コスト且つ高効率で抵抗体１を量産することができる。
抵抗体１を構成する基材が繊維である場合は、当該繊維を所望の形態に加工することができるため、所望の形状の抵抗体１を製造できる。繊維状または布状の抵抗体１を、従来の衣料品に組み込むことにより、当該衣料品に抵抗体１からなる配線を設置したり、抵抗体１からなる導電面を設置したりすることもできる。
【００６６】
抵抗体１を構成する基材が布地である場合は、樹脂組成物を当該布地の所望の領域に印刷等することにより、所望の形状の導電面を有する抵抗体１を製造できる。当該導電面の形状を細長い矩形または線状にすれば、当該導電面を電気配線として機能させることも可能である。更には、複雑な電気回路や電気結束部（コネクタ部）を前記印刷等により当該布地に形成することも可能である。
【００６７】
次に、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００６８】
［第５の実施の形態］
エタノールが５２重量％、水が４２重量％、ポリメタクリル酸が５重量％、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが１重量％含まれた混合液（樹脂組成物）を調製した。この混合液に基材である混紡布（５ｃｍ×１０ｃｍ）を５分間浸漬した後、ドライヤーを用いて当該混紡布に温風を当てて乾燥させ、混合液を固化させた抵抗体１を得た。この抵抗体１の表面に抵抗測定器のプローブを当て、５Ｖの直流で測定したところ、張力を掛けていない状態での抵抗体１の電気抵抗値は２００ｋΩ／ｃｍであった。
【００６９】
本実施の形態では、基材である混紡布として、ポリエステル（８７％含有）およびポリウレタン（１３％含有）からなる「ＳＩＬＫＹ  ＤＲＹ」（登録商標）（株式会社ファーストリーディング、東レ株式会社製）を用いた。エタノールは関東化学社製のものを用いた。水は、ＭＩＬＬＩ−Ｑ（登録商標）（メルク社製）で製造した精製水を用いた。ポリメタクリル酸はサイエンティフィックポリマープロダクツ（Scientific Polymer Products Inc.）社製のものを用いた。ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳは、Ｃｌｅｖｉｏｕｓ  Ｐ（ドイツ国ヘレウス社製）を用いた。
【００７０】
［第６の実施の形態］
第５の実施の形態のポリメタクリル酸の代わりに、５重量％のポリメチルメタクリル酸（Aldrich Chemical社製）を用いて伸長センサの抵抗体１を作製した。混合液のその他の構成物は第５の実施の形態で説明したとおりである。この場合、張力を掛けていない状態での抵抗体１の電気抵抗値は１ＭΩ／ｃｍであった。
【００７１】
［第７の実施の形態］
第５の実施の形態のポリメタクリル酸の代わりに、５重量％のポリアクリル酸（サイエンティフィックポリマープロダクツ社製）を用いて伸長センサの抵抗体１を作製した。混合液のその他の構成物は第５の実施の形態で説明したとおりである。この場合、張力を掛けていない状態での抵抗体１の電気抵抗値は１００ｋΩ／ｃｍであった。
【００７２】
［第８の実施の形態］
第７の実施の形態のポリアクリル酸の代わりに、５重量％のポリビニルアルコール（和光純薬工業）を用いて混合液を調製した。混合液のその他の構成物は第５の実施の形態で説明したとおりである。この混合液に第５の実施の形態で説明した混紡布を５分間浸漬した後、ドライヤーで当該混紡布を乾燥させ、更にエタノールに５分間浸漬することにより、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ及びポリビニルアルコールによって構成される混合物を化学的に固定した。その後ドライヤーで乾燥させることにより伸長センサの抵抗体１を作製した。第５の実施の形態と同様に測定したところ、張力を掛けていない状態での抵抗体１の電気抵抗値は１．２ＭΩ／ｃｍであった。
【００７３】
［第９の実施の形態］
伸縮性の布であるライクラ（登録商標）（東レ・オペロンテックス社製）を基材として用い、第５の実施の形態と同様の方法により導電性を付与した抵抗体１を作製した。この抵抗体１の大きさは、横１５ｃｍ×縦３ｃｍ、厚さ６００μｍであった。
【００７４】
以上で説明した各実施の形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施の形態によって限定されることはなく、請求項の範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、モーションキャプチャをはじめ、医療、ヘルスプロモーションやインフォメーションテクノロジー、ウエアラブルコンピューターなどの幅広い分野において広く利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…抵抗体、２ａ，２ｂ…端子、３…非可塑性糸、４…アイロンテープ、１０，１３…測定機器、１１ａ，１１ｂ…プローブ。
【図１】
2014228507.tif 000004
【図２】
2014228507.tif 000005
【図４】
2014228507.tif 000006
【図５】
2014228507.tif 000007
【図６】
2014228507.tif 000008
【図７】
2014228507.tif 000009
【図３】
2014228507.tif 000010