(57)【要約】【課題】ユーザの要求を満たす感度を有しつつ、材料コストを低下させる。【解決手段】圧力センサは、センサシート１０を有している。センサシート１０は、第１シート部材１１と、第１シート部材１１に貼り合わされた第２シート部材１２と、両シート部材１１，１２間に配設された光ファイバ２，３とを有している。両シート部材１１，１２は光吸収性及び弾性を有している。両光ファイバ２，３は、両シート部材１１，１２間において、一端面同士が互いに対向しつつ所定距離だけ離隔して直列に配列されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シート部材と、
前記第１シート部材に貼り合わされた第２シート部材と、
これら両シート部材の間に、その一端面が配置された第１光ファイバと、
前記一端面から光が出射されるように、前記第１光ファイバの他端面に向かって光を発光する光源と、
前記両シート部材の間に、その一端面が配置された第２光ファイバと、
前記第２光ファイバの他端面での輝度変化に基づいて前記第１シート部材に加えられた力を検知する力検知手段とを備えており、
前記両シート部材が光吸収性を有しており、これら両シート部材のうちの少なくとも前記第１シート部材が弾性を有しており、
前記第１及び第２光ファイバは、前記一端面同士が互いに対向しつつ所定距離だけ離隔して直列に配列されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記第２シート部材が弾性を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記両シート部材の内部には複数の気泡が形成されており、
これら気泡は互いに独立していることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサの製造方法において、
剥離シートに形成された接着層上に一方向に沿って延在する光ファイバを配設する光ファイバ配設工程と、
一端面同士が互いに対向するように前記光ファイバの一部を除去するとともに、前記接着層の少なくとも前記一部と対向する領域を除去する除去工程と、
前記剥離シートとの間において前記光ファイバを挟むように、光吸収性及び弾性を有する第１シート部材又は光吸収性を有する第２シート部材を前記接着層に接着する第１のシート部材接着工程と、
前記接着層から前記剥離シートを剥離する剥離工程と、
前記第１のシート部材接着工程において前記接着層に接着された前記第１シート部材又は前記第２シート部材との間において前記光ファイバを挟むように、前記第２シート部材又は前記第１シート部材を前記接着層に接着する第２のシート部材接着工程とを備えていることを特徴とする圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを用いた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の光ファイバ対が発泡ウレタンフォーム等の弾性部材の内部に配置された圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。上記の圧力センサでは、感圧点ごとに発光用光ファイバと受光用光ファイバとの２本の光ファイバが並列に配置されている。そして、発光用光ファイバの先端と受光用光ファイバの先端とが各感圧点近傍において近接するように配置されている。従って、上記の圧力センサでは、外部から加えられた力によって弾性部材の各感圧点に対応した部分が撓んだ場合に、その力の大きさに応じて発光用光ファイバの先端から出射された光の輝度が変化する特性を利用して、各感圧点に加えられた力が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５０７２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の圧力センサの弾性部材には、発泡ウレタンフォームの特性を利用するために光を反射する色（例えば、白色やベージュなど）の発泡ウレタンフォームが用いられ、一般市場に数多くある光吸収性を有する例えば、黒色の発泡ウレタンフォームを用いることができない。この光を反射する色の発泡ウレタンフォームは市場に数多く出回っていないため、弾性部材に用いられる発泡ウレタンフォームの発泡密度や硬度などもある程度限定されたものとなる。そして、上記特許文献１に記載の圧力センサは発泡ウレタンフォームの特性にその感度が大きく依存しており、この発泡ウレタンフォームの特性がある程度限定されたものになると、この限定された範囲内でしかユーザの要求感度を満たすことができなくなる。加えて、ユーザの要求感度を満たすことが可能な発泡ウレタンフォームを探し出すのが非常に困難であるとともにその材料コストも高くなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ユーザの要求を満たす感度を有しつつ、材料コストを低下させることが可能な圧力センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧力センサは、第１シート部材と、前記第１シート部材に貼り合わされた第２シート部材と、これら両シート部材の間に、その一端面が配置された第１光ファイバと、前記一端面から光が出射されるように、前記第１光ファイバの他端面に向かって光を発光する光源と、前記両シート部材の間に、その一端面が配置された第２光ファイバと、前記第２光ファイバの他端面での輝度変化に基づいて前記第１シート部材に加えられた力を検知する力検知手段とを備えている。そして、前記両シート部材が光吸収性を有しており、これら両シート部材のうちの少なくとも前記第１シート部材が弾性を有しており、前記第１及び第２光ファイバは、前記一端面同士が互いに対向しつつ所定距離だけ離隔して直列に配列されている。
【０００７】
これによると、両光ファイバの一端面同士が互いに対向していることで、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材（例えば、黒色の弾性シート部材）を両シート部材に採用しても、第１光ファイバの一端面から出射された光を第２光ファイバの一端面から入射させることが可能となり、力検知手段が第１シート部材の一端面間の隙間と対向する領域（感圧点）に加えられた力を検知することが可能な圧力センサとなる。つまり、外部から感圧点に力が作用したときに、両光ファイバの一端面間の光が感圧点の弾性変形により部分的に遮られ、第２光ファイバの他端面における輝度が変化する。そして、この輝度変化に基づいて力検知手段が当該感圧点（第１シート部材）に加えられた力を検知することが可能となる。このように、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を、両シート部材に採用することが可能になることで、圧力センサの材料コストを低下させることが可能となる。加えて、シートの材料特性（例えば、硬度や発泡密度など）に大きく依存することなく、ユーザの要求感度を満たす圧力センサとなる。さらに、両光ファイバを直列に配列することで、製造時の光ファイバの無駄を抑制することが可能となり、圧力センサのさらなるコスト低下が可能となる。
【０００８】
本発明において、前記第２シート部材が弾性を有していることが好ましい。これにより、両シート部材が貼り合わされてなるセンサシート自体の柔軟性が増し、クッション材等に加わる圧力を検出する際、センサシートに皺が形成されることで生じる出力データのノイズ等を軽減することができる。また、ベッドなどに横たわった被験者の圧力を測定する際に、被験者に与えるセンサシートによる違和感を低減できる。
【０００９】
また、本発明において、前記両シート部材の内部には複数の気泡が形成されており、これら気泡は互いに独立していることが好ましい。これにより、複数の気泡が互いに独立していることで、両シート部材が防水性を有することとなり、圧力センサの用途が広がる。
【００１０】
本発明の圧力センサの製造方法は、上記の圧力センサの製造方法において、剥離シートに形成された接着層上に一方向に沿って延在する光ファイバを配設する光ファイバ配設工程と、一端面同士が互いに対向するように前記光ファイバの一部を除去するとともに、前記接着層の少なくとも前記一部と対向する領域を除去する除去工程と、前記剥離シートとの間において前記光ファイバを挟むように、光吸収性及び弾性を有する第１シート部材又は光吸収性を有する第２シート部材を前記接着層に接着する第１のシート部材接着工程と、前記接着層から前記剥離シートを剥離する剥離工程と、前記第１のシート部材接着工程において前記接着層に接着された前記第１シート部材又は前記第２シート部材との間において前記光ファイバを挟むように、前記第２シート部材又は前記第１シート部材を前記接着層に接着する第２のシート部材接着工程とを備えている。
【００１１】
これによると、光ファイバを除去工程で一端面同士が互いに対向する２つの光ファイバに分断することで、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材（例えば、黒色の弾性シート部材）を両シート部材に採用しても、一方の光ファイバの一端面から出射された光を他方の光ファイバの一端面から入射させることが可能となり、力検知手段が第１シート部材の一端面間の隙間と対向する領域（感圧点）に加えられた力を検知することが可能な圧力センサを製造することができる。このように、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を、両シート部材に採用することが可能になることで、圧力センサの材料コストを低下させることが可能となる。加えて、シート部材の材料特性に大きく依存することなく、ユーザの要求感度を満たす圧力センサを得ることが可能となる。さらに、１つの光ファイバの一部を除去することで、２つの光ファイバを直列に配列することが可能となり、製造時の光ファイバの無駄を抑制することができ、圧力センサのさらなるコスト低下が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の圧力センサは、両光ファイバの一端面同士が互いに対向していることで、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材（例えば、黒色の弾性シート部材）を両シート部材に採用しても、第１光ファイバの一端面から出射された光を第２光ファイバの一端面から入射させることが可能となり、力検知手段が第１シート部材の一端面間の隙間と対向する領域（感圧点）に加えられた力を検知することが可能な圧力センサとなる。つまり、外部から感圧点に力が作用したときに、両光ファイバの一端面間の光が感圧点の弾性変形により部分的に遮られ、第２光ファイバの他端面における輝度が変化する。そして、この輝度変化に基づいて力検知手段が当該感圧点（第１シート部材）に加えられた力を検知することが可能となる。このように、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を、両シート部材に採用することが可能になることで、圧力センサの材料コストを低下させることが可能となる。加えて、シートの材料特性（例えば、硬度など）に大きく依存することなく、ユーザの要求感度を満たす圧力センサとなる。さらに、両光ファイバを直列に配列することで、製造時の光ファイバの無駄を抑制することが可能となり、圧力センサのさらなるコスト低下が可能となる。
本発明の圧力センサの製造方法は、光ファイバを除去工程で一端面同士が互いに対向する２つの光ファイバに分断することで、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材（例えば、黒色の弾性シート部材）を両シート部材に採用しても、一方の光ファイバの一端面から出射された光を他方の光ファイバの一端面から入射させることが可能となり、力検知手段が第１シート部材の一端面間の隙間と対向する領域（感圧点）に加えられた力を検知することが可能な圧力センサを製造することができる。このように、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を、両シート部材に採用することが可能になることで、圧力センサの材料コストを低下させることが可能となる。加えて、シート部材の材料特性に大きく依存することなく、ユーザの要求感度を満たす圧力センサを得ることが可能となる。さらに、１つの光ファイバの一部を除去することで、２つの光ファイバを直列に配列することが可能となり、製造時の光ファイバの無駄を抑制することができ、圧力センサのさらなるコスト低下が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による圧力センサの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示すセンサシートの要部拡大図である。
【図３】図1に示すセンサシートの部分断面図であり、（ａ）は感圧点に外部からの力が作用していないときの状況を示す図であり、（ｂ）は感圧点に外部からの力が作用したときの状況を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による圧力センサのセンサシートを製造するときの概略工程図である。
【図５】従来の圧力センサのセンサシートを製造するときの概略工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
本実施形態による圧力センサ１は、図１に示すように、センサシート１０と、センサシート１０から引き出された複数の発光用の光ファイバ（第１光ファイバ）２と接続された光源２０と、センサシート１０から引き出された複数の受光用の光ファイバ（第２光ファイバ）３と接続された輝度検出部３０と、輝度検出部３０での検出結果に基づいてセンサシート１０上での圧力分布を検知するパソコン（不図示）とを有している。輝度検出部３０は、パソコンに接続された電子回路基板３５に実装されている。光源２０は、配線２１及びコネクタ２２を介して電子回路基板３５と接続されている。これら輝度検出部３０及びパソコンが、後述の感圧点に加えられた力を検知する力検知手段を構成している。
【００１６】
センサシート１０は、図１〜図３に示すように、第１シート部材１１と、第１シート部材１１の下面に貼り合わされた第２シート部材１２と、両シート部材１１，１２間に配置された複数の光ファイバ２，３とを有している。
【００１７】
第１シート部材１１は、光吸収性を有するように黒色に着色された発泡ウレタンフォームからなる。この発泡ウレタンフォームは、互いに独立した複数の気泡が形成されており、弾性を有している。第２シート部材１２も、第１シート部材１１と同じ発泡ウレタンフォームからなり光吸収性及び弾性を有し、第１シート部材１１よりも厚みが薄くなっている。このように第１及び第２シート部材１１，１２は、ともに光吸収性を有している。なお、第１シート部材１１においては、光吸収性及び弾性を有しておれば、どのような材料（例えば、ゴムなど）から構成されていてもよい。また、第２シート部材１２においては、弾性を有していなくても光吸収性を有しておれば、どのような材料から構成されていてもよい。また、第１及び第２シート部材１１，１２は、防水性を考慮しなくてもよい場合、連続的に繋がった複数の気泡を有する発泡ウレタンフォームから構成されていてもよい。また、第１及び第２シート部材を構成する材料の色は、光吸収性を有する色であればどのような色であってもよい。
【００１８】
発光用の光ファイバ２及び受光用の光ファイバ３は、図２に示すように、両シート部材１１，１２間において上下方向（一方向）に沿って延在している。具体的には、両光ファイバ２，３の一端面が、互いに対向しつつ所定距離だけ離隔して配置されている。つまり、両光ファイバ２，３は、直列に配列されている。そして、第１シート部材１１の両光ファイバ２，３の一端面間の隙間４１と対向する領域が感圧点（図１中丸印で示す）となっており、第１シート部材１１には、図１に示すように、複数の感圧点が形成されている。これら感圧点は、両光ファイバ２，３の延在方向に沿って配列されてなる感圧点列を複数構成している。また、互いに隣接する感圧点列を構成する感圧点は、千鳥状に配列されている。
【００１９】
両光ファイバ２，３は、第２シート部材１２のほぼ全面に設けられた接着層１２ａを構成する両面粘着シートに接着されている。なお、接着層１２ａは、その接着層１２ａが部分的に除去された複数の除去領域４０を有している。これら除去領域４０は、隙間４１及びその周囲近傍と対向する部分（すなわち、感圧点に対応する箇所）に形成されており、両シート部材１１，１２は両光ファイバ２，３と対向する領域及び除去領域４０を除く部分において、接着層１２ａにより互いに接着されている。このように除去領域４０が設けられていることで、後述のように感圧点に外部から力が加えられ、第１シート部材１１が部分的に弾性変形しても、その弾性変形した部分と接着層１２ａとが接着しなくなる。このため、弾性変形した第１シート部材１１と接着層１２ａとが接着することによる力の検知不良を防ぐことが可能となり、圧力センサ１の信頼性が向上する。
【００２０】
光源２０は、光ファイバ２の他端面に光を照射可能に光ファイバ２と接続されている。これにより、光ファイバ２の他端面から入射し一端面から出射した光源２０の光が、隙間４１を通って光ファイバ３の一端面から入射可能となる。輝度検出部３０は、光ファイバ３の一端面から入射し他端面から出射した光の輝度変化を検出する。そして、パソコンが、その検出結果に基づいて、外部から感圧点に作用した力を検知する。
【００２１】
具体的には、感圧点に外部から力が加えられていない場合、図３（ａ）に示すように、両光ファイバ２，３の一端面間には、光ファイバ２から出射された光を遮るものが存在しない隙間４１が形成されている。しかし、図３（ｂ）に示すように、感圧点に外部から力が加えられ第１シート部材１１が弾性変形すると、隙間４１に第１シート部材１１が部分的に入り込み、光ファイバ２の一端面から出射された光が部分的に遮られる。このように光ファイバ２から出射された光が部分的に遮られると、光ファイバ３の一端面から入射して他端面から出射する光の輝度が減少する。この輝度変化を輝度検出部３０が検出し、その検出結果に基づいて、パソコンで感圧点に外部から作用した力が検知される。したがって、センサシート１０に加えられた圧力分布を検知することが可能となる。
【００２２】
続いて、本実施形態における圧力センサのセンサシートの製造方法について、図４を参照しつつ以下に説明する。なお、図４には、説明の便宜上、感圧点を図中１点鎖線で描いている。
【００２３】
センサシート１０を製造するときは、まず、表面及び裏面のそれぞれに剥離シートが貼付された接着層１２ａを構成する両面粘着シート５２、及び、第１及び第２シート部材１１，１２となる発泡ウレタンフォームなどの各材料を製品サイズにカットする。このとき、両面粘着シート５２の除去領域４０に対応する箇所には、予め当該除去領域４０の外形に沿って断続的に連なる環状切り込み５３を形成する。
【００２４】
次に、両面粘着シート５２の表面から剥離シートを剥離し、図４（ａ）に示すように、上下方向に延在し対応する感圧点を通る複数の光ファイバ６１を両面粘着シート５２の表面に配設する（光ファイバ配設工程）。そして、図４（ｂ）に示すように、感圧点に対応する位置であって環状切り込み５３内の領域と対向する位置において、一端面同士が互いに対向し且つ所定距離だけ離隔するように、各光ファイバ６１の一部を除去する。こうして、直列に配列された発光用及び受光用の光ファイバ２，３が形成される。このとき、両面粘着シート５２に予め形成された環状切り込み５３内の両面粘着シート５２を除去する（除去工程）。こうして、両面粘着シート５２に除去領域４０が形成される。
【００２５】
次に、両面粘着シート５２の裏面に貼付された剥離シートとの間において、両光ファイバ２，３を挟むように、第１シート部材１１を両面粘着シート５２の表面に接着する（第１のシート部材接着工程）。その後、両面粘着シート５２の裏面から剥離シートを剥離する（剥離工程）。
【００２６】
次に、第２シート部材１２を両面粘着シート５２の裏面に接着し、第１シート部材１１と第２シート部材１２とで、両光ファイバ２，３及び接着層１２ａを挟む（第２のシート部材接着工程）。こうして、両シート部材１１，１２が接着層１２ａを介して互いに接着されたセンサシート１０が製造される。
【００２７】
変形例として、上述の第１のシート接着工程において、第２シート部材１２を両面粘着シート５２の表面に接着し、第２のシート接着工程において、第１シート部材１１を両面粘着シート５２の裏面に接着してもよい。この変形例においても、両シート部材１１，１２が接着層１２ａを介して互いに接着されたセンサシート１０を製造することができる。
【００２８】
この後、両シート部材１１，１２から引き出された光ファイバ２，３を、光源２０及び輝度検出部３０に接続する。そして、光源２０を輝度検出部３０が実装された電子回路基板３５に接続することで、圧力センサ１の製造が完了する。
【００２９】
以上のように、本実施形態の圧力センサ１によると、両光ファイバ２，３の一端面同士が互いに対向していることで、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を両シート部材１１，１２に採用しても、光ファイバ２の一端面から出射された光を光ファイバ３の一端面から入射させることが可能となり、上述のように感圧点に加えられた力を検知することが可能となる。つまり、外部から感圧点に力が作用したときに、両光ファイバ２，３の一端面間の光が感圧点（第１シート部材１１）の弾性変形により部分的に遮られ、光ファイバ３の他端面における輝度が変化する。そして、この輝度変化に基づいてパソコンで感圧点に外部から作用した力が検知される。このように、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を、両シート部材１１，１２に採用することが可能になることで、センサシート１０の材料コストを低下させることが可能となる。
【００３０】
加えて、シートの材料特性（例えば、硬度や発泡密度など）に大きく依存することなく、ユーザの要求感度を満たす圧力センサ１となる。つまり、両シート部材１１，１２に採用するシート部材を一般市場に数多くある中から選択することが可能になるため、ユーザの要求感度を満たすことが容易になり、ユーザの要求感度を満たした圧力センサ１となる。
【００３１】
また、両光ファイバ２，３の一端面同士の離隔距離を所定距離よりも大きくしたものとすることで、一端面同士の離隔距離が所定距離である圧力センサよりもセンサ感度を向上させることができる。これは、両光ファイバ２，３の一端面同士が所定距離よりも離れると、第１シート部材１１の一端面間の隙間と対向する領域（感圧点）も大きくなり、当該領域が弾性変形しやすくなる。このように当該領域が弾性変形しやすくなると、外部から感圧点に加えられた力が小さくても当該領域が弾性変形するので、感圧点に加えられた小さな力を検知することが可能となり、センサ感度が向上する。一方、両光ファイバ２，３の一端面間の離隔距離を所定距離よりも短くすると、上述とは反対にすることが可能となり、センサ感度の調整が比較的自由になる。これにおいても、ユーザの要求感度を満たす圧力センサ１となる。
【００３２】
ここで、感圧点ごとに２本の光ファイバが並列に配置された従来の圧力センサのセンサシート（例えば、特開２００８−２４１２７９号公報）８０の製造方法について説明する。まず、センサシート８０を製造するには、図５（ａ）に示すように、両面粘着シート９１の表面に、例えば２つの感圧点をそれぞれ通る２本の光ファイバ組８１，８２を複数組配設した後、図５（ｂ）に示すように、光ファイバ組８１，８２の図中２点鎖線で示す部分を除去する。こうして、図５（ｃ）に示すように、これら光ファイバ組８１，８２が分断されてなる分断光ファイバ組８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂが形成される。そして、図５（ｃ）に示すように、両面粘着シート９１の表面及び裏面のそれぞれにシート部材９２，９３が貼り付けられることで、センサシート８０が製造される。このように、感圧点ごとに２本の光ファイバが並列に配置されたセンサシートの場合、製造時において配設された光ファイバを除去する部分が非常に大きく、無駄になる光ファイバが多くなるが、本発明においては、両光ファイバ２，３を直列に配列しているので、製造時の光ファイバ６１の無駄を非常に少なくすることが可能となり、圧力センサ１のさらなるコスト低下が可能となる。
【００３３】
また、第２シート部材１２が弾性を有していることで、センサシート自体の柔軟性が増し、クッション材等に加わる圧力を検出する際、センサシート１０に皺が形成されることで生じる出力データのノイズ等を軽減することができる。また、ベッドなどに横たわった被験者の圧力を測定する際に、被験者に与えるセンサシート１０による違和感を低減できる。
【００３４】
また、両シート部材１１，１２が互いに独立した複数の気泡を有しているので、両シート部材１１，１２が弾性及び防水性を有することとなり、圧力センサ１の用途が広がる。
【００３５】
本実施形態の圧力センサ１の製造方法によると、各光ファイバ６１を除去工程で一端面同士が互いに対向する２つの光ファイバ２，３を形成するように分断することで、一般市場に数多くある光吸収性を有するシート部材を両シート部材１１，１２に採用しても、一方の光ファイバ２の一端面から出射された光を他方の光ファイバ３の一端面から入射させることが可能となり、上述の圧力センサ１を製造することができる。これにより、上述と同様に圧力センサの材料コストを低下させること、シート部材の材料特性に大きく依存することなく、ユーザの要求感度を満たす圧力センサを得ることが可能となる。さらに、１つの光ファイバ６１の一部を除去することで、２つの光ファイバを直列に配列することが可能となり、製造時の光ファイバの無駄を抑制することができ、圧力センサ１のさらなるコスト低下が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１  圧力センサ
２  光ファイバ（第１光ファイバ）
３  光ファイバ（第２光ファイバ）
１１  第１シート部材
１２  第２シート部材
１２ａ  接着層
２０  光源
３０  輝度検出部
５２  両面粘着シート
６１  光ファイバ
【図１】
2011038791.tif 000003
【図２】
2011038791.tif 000004
【図３】
2011038791.tif 000005
【図４】
2011038791.tif 000006
【図５】
2011038791.tif 000007