(57)【要約】【課題】広い面積で柔軟性のあるセンサーとすることができ、一つのセンサーで、触れた状態と荷重をかけた状態とを、ノイズによる悪影響を受けないで識別できる導電性の布を使用したマットセンサー装置を提供すること。【解決手段】絶縁体として導電性のない布によって設けられた絶縁体布２と、その絶縁体布２の表裏のそれぞれに積層された表側及び裏面の導電性布１、３とによって三層構造に構成され、その表側及び裏面の導電性布１、３のそれぞれに電線を付け、コンデンサーの働きを持たせて布のマット状、カーペット状やシーツ状に設けられたマットセンサー６を備え、表側の導電性布１がセンサー検出回路のＣＰＵ１３に接続され、裏側の導電性布３がセンサー検出基板７のグランド側に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体として導電性のない布によって設けられた絶縁体布と、該絶縁体布の表裏のそれぞれに積層された表側の導電性布及び裏側の導電性布とによって三層構造に構成され、該表側及び裏側の導電性布のそれぞれに電線を付け、コンデンサーの働きを持たせて布のマット状、カーペット状やシーツ状に設けられたマットセンサーを備え、
前記表側の導電性布がセンサー検出回路に接続され、前記裏側の導電性布がセンサー検出基板のグランド側に接続され、前記表側の導電性布に手や足を含む体の一部及び／又は物体が触れた際に電極の面積が増えて静電容量が増えることを利用すると共に、前記コンデンサーの電極部に相当する前記表側及び裏側の導電性布と該表側及び裏側の導電性布の間の前記絶縁体布とによって構成される積層構造の積層方向に、手や足を含む体の一部及び／又は物体で荷重をかけることで、前記絶縁体布に使用された布の柔軟性によって前記表側及び裏側の導電性布同士の距離が近くなることで静電容量が増えることを利用し、センサーとして用いることを特徴とする導電性の布を使用したマットセンサー装置。
【請求項２】
前記表側の導電性布に接続されたＣＰＵの出力ポートから一定間隔で矩形波の電圧のパルスを出力し、該表側の導電性布における電圧が設定電圧に上がるまでの時間と矩形波の最大電圧に相当する電圧から設定電圧に下がるまでの時間とを、該表側の導電性布に入力端子を介して接続された前記ＣＰＵによって計測することで、前記表側の導電性布の静電容量の変化を検出することを特徴とする請求項１記載の導電性の布を使用したマットセンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁体として導電性のない布によって設けられた絶縁体布と、該絶縁体布に積層された導電性布とによって、コンデンサーの働きを持たせてマット状、カーペット状やシーツ状に構成された導電性の布を使用したマットセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
認知症やアルツハイマーなどの介護が必要とされる患者の離床を監視するために、ベッド脇の床にマットセンサーを使用している病院や介護施設が多い。
しかし、ほとんどのマットセンサーは、メカ式スイッチを使用したものであるため、厚みがあること、及び、ある程度の荷重がかからないとセンサーが作動しないという欠点がある。そのため、センサーの検出が遅れ、患者が立ち上がろうとしてよろけ、大怪我をした事故や、マットが厚いために端につまずいて転ぶといった事故が起こっている。このような経緯からマットに荷重をかけずに、足が触れただけで検知し、さらにバスマット程度の薄いマットセンサーが要望されている。
【０００３】
一方、現在、スマートフォンやなどに使われているタッチセンサーは、静電容量の変化を検出する方法によって、強い力を加えなくても手を触れただけで感知するものである。この方法を、マットセンサーに応用することが考えられる。
スマートフォン等のタッチセンサーは、センサー部が小さく容量も小さいため、人が手を触れただけでも大きな容量として加算される。このため、静電容量の変化が非常に大きく、タッチの検出が容易であるという特徴がある。このタッチセンサーに対して、マットセンサーは、その大きさが例えば畳の３分１の広さである場合、その面積はスマートフォンの約百倍になる。このため、従来のタッチセンサー装置を、マット全体をセンサーとして利用するマットセンサー装置に応用したとしても、静電容量を検出する範囲が広いことに加え、マット自体の静電容量が大きいため、人が触れたときのわずかな静電容量変化では検出が困難である。また、例えば床において使用するため、家庭用１００Ｖの交流電源を含め、あらゆるノイズが乗ってしまい、センサーとして使用することが非常に困難になる。さらに市販の素材調達の観点からも、面積の大きなものが出来なかった。
【０００４】
これに対して、先に、導電性繊維を用いた導電性布帛と該導電性布帛の表面を覆う布からなる静電容量タッチセンサーを要介護者が横臥するベッドの端部に設け、要介護者が静電容量タッチセンサーに接触もしくは近接することにより静電容量タッチ電極と人体の誘電体とで構成されるコンデンサーの静電容量の変化を検出して検出信号を出力するタッチ検出回路とを備え、静電容量の変化を検知すると、要介護者の離床状況を示す検出信号を発する離床状況検出装置（特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
この離床状況検出装置は、最近開発された導電性布を利用できるものであるが、あくまでタッチセンサーであって、その面積が小さく、この装置構成を面積の広いマットセンサーに応用したとしても、静電容量を検出する範囲が広いことに加え、マット自体の静電容量が大きいため、人が触れたときのわずかな静電容量変化では検出が困難であって実用に適しないと考えられる。また、この離床状況検出装置は、一枚の導電性布帛を布で覆っている構成であり、ノイズが大きくて実用に適しない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１３８４５（第１頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
導電性の布を使用したマットセンサー装置に関して解決しようとする問題点は、従来の静電容量の変化を検知するタッチセンサーの構成では、面積の広いマット状などのシート状のセンサーとしては、人が触れたときのわずかな静電容量変化では検出が困難であってノイズによる悪影響を受けやすいなど、実用に適しない点にある。
そこで、本発明の目的は、広い面積で柔軟性のあるセンサーとすることができ、一つのセンサーで、触れた状態と荷重をかけた状態とをノイズによる悪影響を受けないで識別できる導電性の布を使用したマットセンサー装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る導電性の布を使用したマットセンサー装置の一形態によれば、絶縁体として導電性のない布によって設けられた絶縁体布と、該絶縁体布の表裏のそれぞれに積層された表側の導電性布及び裏側の導電性布とによって三層構造に構成され、該表側及び裏側の導電性布のそれぞれに電線を付け、コンデンサーの働きを持たせて布のマット状、カーペット状やシーツ状に設けられたマットセンサーを備え、前記表側の導電性布がセンサー検出回路に接続され、前記裏側の導電性布がセンサー検出基板のグランド側に接続され、前記表側の導電性布に手や足を含む体の一部及び／又は物体が触れた際に電極の面積が増えて静電容量が増えることを利用すると共に、前記コンデンサーの電極部に相当する前記表側及び裏側の導電性布と該表側及び裏側の導電性布の間の前記絶縁体布とによって構成される積層構造の積層方向に、手や足を含む体の一部及び／又は物体で荷重をかけることで、前記絶縁体布に使用された布の柔軟性によって前記表側及び裏側の導電性布同士の距離が近くなることで静電容量が増えることを利用し、センサーとして用いることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る導電性の布を使用したマットセンサー装置の一形態によれば、前記表側の導電性布に接続されたＣＰＵの出力ポートから一定間隔で矩形波の電圧のパルスを出力し、該表側の導電性布における電圧が設定電圧に上がるまでの時間と矩形波の最大電圧に相当する電圧から設定電圧に下がるまでの時間とを、該表側の導電性布に入力端子を介して接続された前記ＣＰＵによって計測することで、前記表側の導電性布の静電容量の変化を検出することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の導電性の布を使用したマットセンサー装置によれば、広い面積で柔軟性のあるセンサーとすることができ、一つのセンサーで、触れた状態と、荷重をかけた状態とをノイズによる悪影響を受けないで識別できるという特別有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る導電性の布を使用したマットセンサー装置の形態例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の形態例のマットセンサーに用いられる回路図である。
【図３】図２の形態例の回路によって実行されるタイムチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る導電性の布を使用したマットセンサー装置の形態例を、添付図面（図１〜３）に基づいて詳細に説明する。
本発明に係る導電性の布を使用したマットセンサー装置は、絶縁体として導電性のない布によって設けられた絶縁体布２と、その絶縁体布の表裏のそれぞれに積層された表側の導電性布１及び裏側の導電性布３とによって三層構造に構成され、その表側及び裏側の導電性布１、３のそれぞれに電線を付け、コンデンサーの働きを持たせて布のマット状、カーペット状やシーツ状に設けられたマットセンサーを備えている。本形態例では、裏面の導電性布３を下側にして置くようにマット状に設けられている。
【００１３】
そして、表側の導電性布１がセンサー検出回路（中央演算装置であるＣＰＵ１３を含む回路）に接続され、裏側の導電性布３がセンサー検出基板（ＣＰＵ基板）７のグランド（ＧＮＤ）側に接続され、表側の導電性布１に手や足を含む体の一部及び／又は物体が触れた際に電極の面積が増えて静電容量が増えることを利用すると共に、コンデンサーの電極部に相当する表側及び裏側の導電性布１、３とその表側及び裏側の導電性布１、３の間の絶縁体布２とによって構成される積層構造の積層方向に、手や足を含む体の一部及び／又は物体で荷重をかけることで、絶縁体布２に使用された布の柔軟性によって表側及び裏側の導電性布１、３同士の距離が近くなることで静電容量が増えることを利用し、センサーとして用いるように構成されている。
【００１４】
さらに、表側の導電性布１に接続されたＣＰＵ１３の出力ポートＡから一定間隔で矩形波の電圧のパルスを出力し、その表側の導電性布１における電圧が設定電圧に上がるまでの時間と矩形波の最大電圧に相当する電圧から設定電圧に下がるまでの時間とを、その表側の導電性布１に入力端子８を介して接続されたＣＰＵ１３によって計測することで、表側の導電性布１の静電容量の変化を検出するように構成されている。
【００１５】
以上の構成を備える導電性の布を使用したマットセンサー装置によれば、表側の導電性布１の静電容量が増えたことを検出して人や物が乗ったことや人や物が触れたことを判断できる。マットに触れただけの場合は、電極の面積が増えたことによる容量の変化だけであるが、荷重をかけた場合は触れた体の一部の面積に加えて電極間の距離も近くなるため静電容量が増える。このことを利用して、マットに触れただけのときと、乗ったときの静電容量の増加値を検出することで、触れたのか、乗っているのか、を判断できた。このように一つのセンサーで、触れた状態と、荷重をかけた状態とを識別できる安価で薄いセンサーは、今までになかった。なお、本発明は、コンデンサーと同等の働きをさせているが、一般的なコンデンサーは容量などの変化はしない。本発明は、コンデンサーの容量は、電極の大きさに比例し、電極間の距離に反比例する特性があり、その原理を好適に利用したものである。
【実施例１】
【００１６】
次に、具体的な実施例を図１〜３に基づいて詳細に説明する。
１、３の導電性布で、図１のような構造となるように、２の一般的な布（絶縁布）をはさみ、３枚を縫い合わせて１枚のマットを作成し、バスマット程度の薄い６のマットセンサーを考案した。一般的な布２は絶縁のためのものである。導電性の糸や布は、すでに市販されている。１の導電性布はセンサーとして使用し、そのセンサーに入るノイズを３の導電性布にも同様に入るようにして、７のＣＰＵ基板のＧＮＤ側に接続し、ノイズを打ち消す働きをさせるだけでなく、静電容量を持たせ、安定させる働きをさせることができた。
【００１７】
図２は全体構成で、６は図１で作成された３枚の布を縫い合わせて一枚にしたマットセンサーである。７のＣＰＵ基板上に、１３のワンチップマイコン型のＣＰＵ、その１３のＣＰＵのＡＤＣ入力１本と出力ポート４本で構成している。
【００１８】
１の導電性布に接続された４の端子と８の入力端子を接続。９の抵抗１００ｋΩを介して出力ポートＡに接続し、その出力ポートＡから一定間隔で５Ｖのパルスを出力し、電圧が設定電圧に上がるまでと５Ｖから設定電圧に下がるまでの静電容量の時間的変化を検出する方法を行った。これにより直接１３のＣＰＵのＡＤＣ入力に接続された１の導電性布の静電容量の変化を計測できる。
【００１９】
次に、本実施例において、制作した基板と計測方法の詳細を説明する。出力ポートＡを０Ｖから５Ｖに立ち上げ、ＡＤＣ入力が０Ｖから３．２Ｖになるまでの時間と、その後、出力ポートＡを５Ｖから０Ｖに立ちさげ、ＡＤＣ入力が５Ｖから１．８Ｖになるまでの時間を積算する方法により、静電容量を算出し通常の静電容量の値の平均値を割り出す。それを基準に静電容量が、１０％以上増えたなら、出力ポートＤを５Ｖにし、１２のデジトラ（デジタルトランジスタ）をＯＮにして、６のマットセンサーの検出信号を１４の出力端子に出力した。
【００２０】
１０のデジトラはＡＤＣ入力が３．２Ｖを検出したあと、センサーの電位を急速に５Ｖに、１１のデジトラは同様にＡＤＣ入力が１．８Ｖを検出したあと、急速に０Ｖにするためのものであるが、ＡＤＣ入力ポートを出力ポートに切り替えることのできるワンチップマイコンであれば、１０のデジトラと１１のデジトラは不要である。さらにＡＤＣ入力のないＣＰＵを使用する場合は通常の入力ポートを使い、０Ｖ〜２．５Ｖさらに５Ｖ〜２．５Ｖになるまでの時間を計測して、静電容量の変化を検出することも可能である。
【００２１】
本実施例において、制作した６のマットセンサーを７のＣＰＵ基板に実装されている８の入力端子に接続したとき、出力ポートＡの立ち上がり時間からＡＤＣ入力の設定電圧になるまでの時間と同様の立ち下がり時間は、それぞれ約１５０μ秒であり、手や足が接触したときは約２００μ秒となり、３０％以上の変化があるため、仮にノイズによるバラツキが発生しても十分に検出可能な範囲であった。
【００２２】
因みに静電容量による電圧変化の時間は、コンデンサ（Ｃ）と抵抗（Ｒ）の時定数により、電圧５Ｖにおいて約３．２Ｖ（６４％）まで変化する時間（Ｔ）を以下の公式から算出できる。
【００２３】
抵抗Ｒが １００ｋΩ、ＡＤＣ入力電圧が０Ｖから３．２Ｖまで上がる時間が約１５０μ秒であったので、Ｔ＝ＣＲの公式から、Ｃ＝Ｔ÷Ｒであり、Ｃ＝１５０μ秒÷１００ｋΩ、Ｃ＝１５００ｐＦとなり、制作した６のマットセンサー（６０ｃｍ×１００ｃｍ）の静電容量は約１５００ｐＦであることが解る。
また、手や足が接触したときは約２００μ秒であったことから、上記の公式から算出すると約２０００ｐＦであることが解る。
【００２４】
これらにより、信頼性のあるマットセンサー装置として使用可能となった。
また、センシング面積の大きいセンサーを必要とした場合、金属で作成すると硬くて畳んで梱包や収納が不可能で、薄い金属を使うと折れ曲がってしまい、使用が不可能になる可能性がある。柔軟性の高い導電性布を使用することで、そのようなことのない製品が作成できた。
【００２５】
以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【符号の説明】
【００２６】
１  導電性布
２  絶縁体布（一般的な布）
３  導電性布
４  導電端子
５  導電端子
６  マットセンサー（布を３枚重ねて作ったマット）
７  センサー検出基板（ＣＰＵ基板）
８  入力端子
９  抵抗
１０  デジトラ（デジタルトランジスタ）
１１  デジトラ（デジタルトランジスタ）
１２  デジトラ（デジタルトランジスタ）
１３  ＣＰＵ
１４  出力端子
【図１】
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【図２】
2014203772.tif 000004
【図３】
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