(57)【要約】【課題】長期に寝具等に寝ている患者らに生ずる褥瘡には、皮膚表面と寝具等の表面の接触面に生ずる剪断力が関与している。本発明は、身体（または着衣を介在して）と寝具等の間に挟み込んで、剪断力を簡単に測定できる、薄く軽量な、センサと剪断力測定装置を提供する。【解決手段】両端部裏表面に電極を形成した圧電フイルムを、板状部材の外周に、同部材の側面でＵ字形を呈するように巻き、該フイルムの電極を形成した端部同士を離して前記板状部材の一方の面に固定し、さらに表皮部材を圧電フイルムに固定し、同様に押さえ部材を他の面に固定して構成する。本発明のセンサを患者身体と寝具等の間に挟んだ状態で使用すると、身体に接触した表皮部材と寝具等に接触した押さえ部材が剪断力を圧電フイルムの張力の変動として伝達するので、圧電フイルムの裏表に生ずる電荷の差分を測定すれば剪断力を計測できる。【選択図】図１
2008082947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体、または着衣と、寝具、椅子、あるいはクッション等の間に挟み込んで、身体表面に平行方向に作用する剪断力を測定する挟み込み剪断力センサであって、
ベルト状に裁断した圧電フィルムであってベルト状の両端部の裏表面には電導膜を形成した電極（２０Ａ，２０Ｂ）および（２１Ａ，２１Ｂ）を有する圧電フイルム１０を、裏表面が略平面で側面が丸みを帯びた板材で成る芯材３０の一方の面３０ａならびに側面３０ｃ及び３０ｄの外面に圧電フィルム１０と芯材３０の間の摩擦力を軽減する滑りシート５０を介在させて巻き、
圧電フイルム１０の両端部相互に間隔をとって電極の２０Ａと２１Ａを芯材３０の他の面３０ｂに固定して、芯材側面部で圧電シートが略Ｕ字形状をなすように配置し、
前記のように芯材３０に巻いた圧電フィルム１０の平面３０ａの側に位置する外面の部分には表皮部材６０を取り付け固定し、電極２０Ｂと２１Ｂの側の面には剛性のある板材でなり、前記電極２０Ｂ及び２１Ｂを覆う大きさの押さえ部材７０を取り付け固定し、
押さえ部材７０の一方の面であって前記圧電フイルムの電極２０Ｂ及び２１Ｂへの取り付け面とは反対側の面には滑り止め部材８０を取り付け固定、あるいは塗布するように構成したことを特徴とする挟み込み剪断力センサ（図１参照）。
【請求項２】
前記表皮部材６０が、寝具、椅子、あるいはクッション等の表皮部材と同じ素材、または、これらの表皮部材と略同じ摩擦係数の素材であることを特徴とする請求項１に記載の挟み込み剪断力センサ（図３参照）。
【請求項３】
前記圧電フィルム１０の端部に形成した電極を芯材３０および押さえ部材７０に固定する手段が、硬化後の弾性率が0.2Mpaから20Mpaの接着剤を用いた接着であることを特徴とする請求項１又は２に記載の挟み込み剪断力センサ(図４参照）。
【請求項４】
前記挟み込み剪断力センサにおいて、芯材３０に巻き、芯材３０の一方の面３０ｂに固定された圧電フィルム１０を、所定の初期張力で張設する張力調節手段９０を具備したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の挟み込み剪断力センサ（図５参照）。
【請求項５】
前記挟み込み剪断力センサにおいて、圧電フィルム１０の一方の端部に形成した電極(２０Ａ，２０Ｂ）の正電極と、他方の端部に形成した電極（２１Ａ，２１Ｂ）の負電極を接続し、同様に一方の電極(２０Ａ，２０Ｂ）の負電極と他方の電極(２１Ａ，２１Ｂ）の正電極をそれぞれ接続するように結線したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の挟み込み剪断力センサ（図６参照）。
【請求項６】
身体と寝具、椅子、あるいはクッション等の間に挟み込んだ前記挟み込み剪断力センサと、挟み込み剪断力センサに接続した配線と、前記配線に接続するチャージアンプ５００と、前記チャージアンプの出力信号を増幅する増幅器６００と、前記増幅器の出力信号を測定する測定器７００とを具備し、身体表面に作用する剪断力の大きさに応じた信号を測定したことを特徴とする挟み込み剪断力測定装置（図７参照）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体（または着衣を介して）と寝具、椅子、あるいはクッション等の間に挟み込んで、身体表面と平行方向の剪断力を測定する挟み込み剪断力センサと挟み込み剪断力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療や福祉の分野では、身体表面に作用する力を測定することがある。たとえば、褥瘡（床ずれ）は頭部、肘、背部、殿部、踵部など骨格の突出部の身体と寝具の間の圧力が大きい箇所に生じやすく、臥位では仙骨部など、側臥位では大転子部などに生じ易いことが知られている。このため、従来から、褥瘡の要因分析のために体圧分布測定が行われている。
【０００３】
また、褥瘡には身体に作用する剪断力も影響することが知られている。たとえば、ギャッジベッドの上半分を起したり倒したりしたときに、身体とベッドの間の剪断力によって褥瘡が生じる場合があることや、介護者が不用意に患者の体を移動させることで褥瘡を悪くする場合があることが知られている。患者などの移動や、ベッドの傾斜を変更する等の際の不適切な動作による褥瘡の発生を防止するには、このような剪断力の大きさを定量的に示すことにより、介護者が問題を認識し、適切な患者移動の要領を工夫し、実行することが求められる。ベッド、椅子等の製作会社においても、褥瘡の発生しにくい製品の開発を効率的に行なう観点から、前記剪断力を定量的に把握する必要が大きい。このような剪断力は身体表面に平行方向に生じるので、ベッド表面等から身体に加わる圧力測定とは違った測定方法が必要である。しかしながら、身体と寝具の間の隙間に挟み込んで、接触部位の剪断力（摩擦力）を測定できる剪断力センサはほとんど見あたらないのが現状である。
【０００４】
特許文献１では、寝たきり患者の背中腰などに生じる褥瘡（床ずれ）の要因を測定する装置として褥瘡要因測定装置が提案されている。この装置は、可撓性を有する第１シートと第２シートの間に歪発生シートを介在させて、歪発生シートの一部分たとえば長手方向の一端が第１シートの内面に、又その他の部分たとえば他端が第２シートの内面に接着固定されている。また、第１シートと第２シートを対角状に固定する歪発生シートには、厚さ約０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレートシート又はナイロンシートが使用できるとされている。また、歪発生シートの両面に相対して接着固定された１組の歪ゲージで検出し、曲げ信号を除去し、必要であるのびの信号を取り出す構成とされる。
【０００５】
しかし、この装置では、第１シートと第２シートの間には、ずれ力（剪断力）の他に体重による垂直方向の力が作用するので、歪発生シートが身体表面と寝具とのなす曲面に沿って複雑に湾曲してしまい、第１シートと第２シートの内面に摩擦係数の小さいテフロンシートを用いた場合であっても、一組の歪ゲージで曲げ信号を除去し、必要である伸びの信号を精度良く取り出すことは困難である。
【特許文献１】再表０３／０７９８９８号公報（特願２００３−５７７７３５号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況において、本発明が解決しようとする課題は、身体（または着衣を介在して）と寝具、椅子、あるいはクッション等の間に挟み込んで、身体部位の所定の領域に作用する剪断力を簡単に測定できる、薄く軽量な、挟み込み剪断力センサと挟み込み剪断力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する挟み込み剪断力センサは、図１に示すように、ベルト状に裁断した圧電フィルムであってベルト状の両端部の裏表面には電導膜を形成した電極（２０Ａ，２０Ｂ）および（２１Ａ，２１Ｂ）を有する圧電フイルム１０を、裏表面が平面で側面が丸みを帯びた板材で成る芯材３０の一方の面３０ａならびに側面３０ｃ及び３０ｄに圧電フィルム１０と芯材３０の間の摩擦力を軽減する滑りシート５０を介在させて巻く。圧電フイルム１０の両端部相互に間隔をとり、電極の２０Ａと２１Ａを芯材３０の他の面（３０ｂ）に接着層４０を介して固定して、圧電フイルムが芯材３０の側面部で略Ｕ字形状をなすように配置する。
【０００８】
前記のように心材３０に巻いた圧電フィルム１０の平面３０ａの側に位置する外面の部分には表皮部材６０を固定し、一方、前記電極の面であって、芯材３０に固定する側（２０Ａおよび２１Ａ）の反対の面、すなわち電極２０Ｂおよび２１Ｂには、剛性のある板材でなり、２つの電極２０Ｂおよび２１Ｂを覆う大きさの押さえ部材７０を接着層４０を介して取り付け固定する。押さえ部材７０の面であって前記圧電フイルムとの取り付け面とは反対側の面には滑り止め部材８０を取り付け固定、あるいは塗布する。
【０００９】
以上のように構成された挟み込み剪断力センサーは、滑り止め部材８０が寝具、椅子、あるいはクッションの側、表皮部材６０が身体側になるように患者の身体と寝具等の間に挟み込んで使用する。測定する剪断力の方向は図２の俯瞰図に示す剪断力Ｆの方向である。すなわち、身体表面に平行方向に作用する剪断力Ｆを表皮部材６０を介して圧電フィルム１０の平行方向の張力変動に変換して伝える。圧電フィルム１０の張力変動は圧電フィルムの内部に表裏方向の正負電荷の分極を生じフイルム１０の一方の端部裏表に形成した電極の対（２０Ａ，２０Ｂ）と他方の端部に形成した電極の対（２１Ａ，２１Ｂ）に電荷量の変化を生じる。電極の対（２０Ａ，２０Ｂ）と（２１Ａ，２１Ｂ）の分極した電荷量の差分を測定することにより、剪断力の大きさに応じた信号を得ることを特徴とする。
【００１０】
圧電フィルム１０には、厚さ20μm〜100μmのベルト状（あるいは矩形）のものを使用し、蒸着、スパッタリングなどによって、該フイルム両端部の表裏面にそれぞれ一対の電極（２０Ａ，２０Ｂ）と（２１Ａ，２１Ｂ）を付ける。
【００１１】
芯材３０には厚さ0.5mmから2mm程度の薄い板で、身体からの圧縮荷重による曲げ変形が小さい、樹脂、金属あるいは繊維強化樹脂など剛性の高い材質を使用する。芯材３０の材料は身体や寝具等との間に挟まれた圧縮力により破損しない程度の弾性を有することが望ましい。芯材３０の両端部は、圧電フィルム１０を略Ｕ字形に巻き込んで圧電フィルム１０に作用する張力を、摩擦なく圧電フィルム１０の電極（２０Ａ及び２０Ｂならびに２１Ａ及び２１Ｂ）部分へ伝達するため、円弧形状に加工するか、芯材３０の端部に半円柱部材を取り付けて丸みを持たせる。あるいは円柱ローラを取り付けても良い。
【００１２】
滑りシート５０は身体からの圧力と剪断力が表皮部材６０に作用した状況で、圧電フィルム１０が芯材３０の上面で摩擦無く平行方向に力を伝達するためのものであり、フッ素樹脂シートのような低摩擦係数のシートを用いるか、潤滑オイルを染みこませた紙や織物などを使用する。たとえば、滑りシート５０と芯材３０との位置ズレを防ぐために、片面に接着剤の付いたフッ素樹脂シートを芯材３０の両端部３０ｂ、３０ｃの丸みを持たせた部分に接着すると好適である。
【００１３】
表皮部材６０は、身体表面に平行方向に作用する剪断力を、表皮部材６０を介して圧電フィルム１０に伝えるものであり、対象とする寝具、椅子あるいはクッションの表皮部材と同じ素材、または、これらの表皮部材と略同じ摩擦係数の素材を使用する。たとえば、圧電フィルム１０の面に両面粘着シートの粘着シートを貼り、その上に表皮部材６０を貼付けることができる。
【００１４】
押さえ部材７０は、圧電フィルム１０の電極 (２０Ｂ、２１Ｂ)等が寝具などと接触して破損することを防止する効果と、圧電フィルム１０の電極とその接続部付近を押さえて補強する効果を有する。押さえ部材７０は樹脂板、金属板あるいは繊維強化樹脂板など剛性の高い弾性板を使用する。
【００１５】
滑り止め部材８０は、寝具などの表面に配置した挟み込み剪断力センサが、寝具の表面で滑らないように固定する役目を果たすもので、摩擦係数の大きい素材を使用する。たとえば、摩擦係数の大きいゴムシートを押さえ部材７０に接着する。滑り止め塗料を押さえ部材７０に塗る、あるいは、両面粘着シートの一方の面を押さえ部材７０に、もう一方の面を寝具表面に粘着させて滑り止め部材とすることもできる。
【００１６】
請求項２に記載の、表皮部材６０に寝具、椅子、あるいはクッション等の表皮部材と同じ素材、または、これらの表皮部材と略同じ摩擦係数の素材を用いる理由について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は身体と寝具の間に挟み込まれた挟み込み剪断力センサ２００の横断面を局部的に切り取って示す図であって、A-Bを結ぶ線が、たとえば身体と寝具との接触面である。
【００１７】
挟み込み剪断力センサは2から5mmと薄く構成できるので、身体と寝具のそれぞれの硬さに応じて埋まり込んだ状態になる。次に、たとえば身体に左から右方向に剪断力が作用すると、身体表層部分と寝具表層部は図３（ｂ）のように剪断変形する。このとき、剪断力Ｆが小さいうちは、身体表面と寝具表面は摩擦力によってズレが生じない。また、剪断力が大きくなると、図３（ｃ）に示すように、身体表面と寝具表皮は摩擦力の限界を超えてズレが生じ、ズレがある距離以上に達して剪断力が摩擦力よりも小さくなってズレが停止する。
【００１８】
挟み込み剪断力センサ２００の底面は、滑り止め部材によって寝具表面に滑らないように止められているため、図３（ｂ）、図３（ｃ）の場合でともに、挟み込み剪断力センサ２００と寝具表皮部材とはズレが生じない。
【００１９】
ここで、挟み込み剪断力センサ２００の表皮部材６０の摩擦係数が、寝具表皮部材の摩擦係数と異なると、本センサの身体側の面で分担する摩擦力の大きさが寝具側のそれと異なるので、本センサ周囲の摩擦力とズレの状態が本センサが無い場合とは変化してしまう。しかし、センサの表皮部材６０が寝具表皮部材と同じ素材、または、寝具表皮部材と略同じ摩擦係数の素材を用いると、センサ周辺の摩擦力の大きさとズレに影響を与えなくなる。このため、図３（ｂ）の摩擦力で釣り合った状態であっても、図３（ｃ）のズレている状態であっても剪断力を精度良く測定することができる。
【００２０】
請求項３に記載の、電極（２０Ａと２１Ａ）を芯材３０の面に固定する部分及び電極（２０Ｂと２１Ｂ）を押さえ部材７０に固定する手段として、硬化後の弾性率が0.2Mpaから20Mpaの接着剤を用いた接着を用いる理由について図４を用いて説明する。
【００２１】
圧電フィルム１０の張力は接着層４０を介して、それぞれ芯材３０と押さえ部材７０に伝わる。接着剤に硬化後の弾性率が3000Mpa程度の硬い接着剤を使用すると、図４に電極部分の圧電フィルムのｘ方向の伸び歪分εｘを破線で模式的に示すように、上面の圧電フィルム１０から伝達された伸び歪（張力）が、芯材３０と押さえ部材７０の接着層４０の端部のみに集中して、大部分の張力は接着層の端部から芯材３０と押さえ部材７０に伝えられるので、圧電フィルム１０の電極（２０Ａ，２０Ｂ）、（２１Ａ，２１Ｂ）の付近全体に張力が十分に伝達されない。
【００２２】
ところが、硬化後の弾性率が0.2Mpaから20Mpaのゴム系接着剤、あるいは弾性接着剤を用いると、接着層４０が柔らかいので、図４に圧電フィルムの電極部分の伸び歪分布εｘを実線で模式的に示すように、接着層４０を介して圧電フィルム１０の電極を付けた部分の全体に張力が分布して伝わり、作用した剪断力の大きさに応じた電荷が圧電フィルムの電極（２０Ａ，２０Ｂ）、（２１Ａ，２１Ｂ）に生じるようになる。
【００２３】
また、上記接着層４０の厚さは0.01mmから0.1mmの範囲とするのが好適である。接着層４０の厚さが厚いと、圧縮荷重によって接着層が圧縮され、接着剤のポアソン効果によって接着層が平行方向に引き延ばされる。これによって圧電フィルムも引き延ばされて圧縮力による電荷を生じるようになる。
【００２４】
しかし、接着層４０を上記厚さの範囲外で作製すると、圧縮荷重が作用しても、接着層上側の芯材３０と下側の押さえ部材７０の剛性によって平行方向に引き延ばされる変形が拘束されて圧電フィルムの電極にほとんど電荷が生じない。
【００２５】
請求項４に記載の挟み込み剪断量センサにおいて、左右の電極部分をＵ字に巻き込んで一方の電極面を芯材３０に固定された圧電フィルム１０を、所定の初期張力で張設するスペーサ、張力調節ネジなどの張力調節手段９０を具備する理由について説明する。
【００２６】
圧電フィルム１０の両端部を略Ｕ字に巻き込んで電極面を芯材３０の底面に接着固定した場合、圧電フィルムにはわずかな弛みが生じる。圧電フィルム１０が緩んだ状態の場合には、剪断力Ｆが作用した場合に、引っ張り力が作用する側の圧電フィルムには張力が伝達されて電極部分に電荷を生じるが、緩んだ側の圧電フィルムの電極部分には電荷が生じない。
【００２７】
また、緩んだ状態の場合には、引っ張り力が作用する側であっても、圧電フィルムに張力が生じる迄に緩んだ長さ分を引っ張る状態にするために、圧電フィルムに滑り変位が必要になる。しかし、図３（ｂ）に示したように、身体表面が寝具表皮部材と摩擦状態に有る場合には、剪断力センサの周囲の身体表皮と寝具表皮との間に滑りが生じない限り、圧電フィルムには滑り変位が生じないので、圧電フィルムに張力が作用しないことになる。また、身体と寝具が図３（ｃ）のようにズレル場合にも、身体表皮と寝具表皮とのズレル長さが、センサ部分では異なることになる。このため、圧電フィルムが緩んだ状態では剪断力を精度良く測定することができない。
【００２８】
弛みが全く零の状態に圧電フィルムを固定するのは困難である。そこで、圧電フィルムに初期張力を負荷した状態で張設する張力調節手段を設ける。たとえば図５（ａ）に示すように、わずかに緩んだ状態の挟み込み剪断力センサの、芯材３０と滑りシート５０との間にスペーサを差し込んで圧電フィルムの経路を長くして張力調節手段９０とすることができる。あるいは、図５（ｂ）に示すように、芯材３１の一部にスライド可能な位置張設ネジを設けて、圧電フィルムの固定位置を調節可能にすることで張力調節手段９１とすることができる。初期張力は作用する剪断力よりも大きい力で張設するのが好適である。
【００２９】
図６は請求項５に記載の挟み込み剪断力センサにおいて、電極（２０Ａ，２０Ｂ）、（２１Ａ，２１Ｂ）を付けた圧電フィルム１０の電極からの配線方法を説明する図である。左右の表裏面の一対の電極にはそれぞれ電気端子を取り付けて配線１００を接続する。この配線１００は、圧電フィルム１０の図６で左側に示す電極の正電極２０Ｂと右側に付けた電極の負電極２１Ａが接続し、圧電フィルム１０の左側に付けた電極の負電極２０Ａと右側に付けた電極の正電極２１Ｂがそれぞれ接続するように結線する。
【００３０】
次に、上記のように配線したときの圧電フィルムの電極に生じる電荷について説明する。圧電フィルムは所定の初期張力で張設されているので、初期には左右の電極には張力によってQ0の電荷がそれぞれ生じている。次に表皮部材６０の表面に、剪断力が図６において左から右方向に作用すると、左側の電極部分の圧電フィルムは左から右方向にさらに引っ張られる。そして、左側の電極にはさらにQ1の電荷が加わってQ0+Q1の電荷量になる。一方右側の圧電フィルムは張力が減少して、右側の電極の電荷はQ1だけ減少してQ0-Q1の電荷量になる。
【００３１】
図６に示したように配線を行うと、左側の電極に生じた電荷と右側電極に生じた電荷の差分を検出できるので、電荷の差分(Q0+Q1)−(Q0-Q1)=2×Q1から、剪断力の大きさに応じた電荷を測定することができる。
【００３２】
上記の挟み込み剪断力センサにおいて、身体と寝具、椅子、あるいはクッション等の間に挟み込んだ前記挟み込み剪断力センサと、挟み込み剪断力センサに接続した配線と、前記配線に接続するチャージアンプ５００と、前記チャージアンプの出力信号を増幅する増幅器６００と、前記増幅器の出力信号を測定する測定器７００とを具備し、身体表面に作用する剪断力の大きさに応じた信号を出力するように構成できる。
【００３３】
本発明の挟み込み剪断力センサは図１２に示すように、中央部に間隔をあけて左右の表裏面にそれぞれ一対の電極（２５Ａ，２５Ｂ）、（２６Ａ，２６Ｂ）を付けた圧電フィルム１１と、前記圧電フィルム１１の左右の電極部分の一方の面を固定する芯材３２と、前記芯材３２と圧電フィルム１１の中央部分の隙間に配設された滑りシート５１と、前記圧電フィルム１の上面側の中央部分にオーバーハングする形態に配設された剛性を有する芯材展張部３３と、その上面の表皮部材６１と、前記圧電フィルム１１の電極部分を上面側から固定する押さえ部材７１，７２と、前記芯材３２の底面に配設された滑り止め部材８１とから構成することもできる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の挟み込み剪断力センサによれば、身体と寝具、椅子、あるいはクッション等の間の所定部位に挟み込んで使用できる、薄型で簡単な構造の挟み込み剪断力センサと、挟み込み剪断力測定装置を実現することができる。身体部位と寝具などの間に作用する剪断力を測定することによって、病気で体を自由に動かすことができない患者の褥瘡要因の分析や、寝具、椅子あるいはクッションの改良、ギャッジベッドの動作機構の改良、介護者が適切な介護を行うための介護訓練などに利用することができる。
【００３５】
なお、本発明の挟み込み剪断力センサは、身体表面に平行な方向に作用する剪断力を表皮部材を介して圧電フィルムの平行方向の張力変動に変換して伝え、圧電フィルムの張力変動によって左側の電極に生じた電荷量と、右側の電極に生じた電荷量の差分を測定することにより、剪断力の大きさに応じた信号を得ることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は請求項１に記載した挟み込み剪断力センサの実施の形態を説明する側面図である。又、図２は挟み込み剪断力センサの俯瞰図である。挟み込み剪断力センサは、上記０００７ないし０００９に記載したと同様の構成である。本実施形態においては電極（２０Ａ，２１Ａ）を芯材３０に、及び電極（２０Ｂ，２１Ｂ）を押さえ部材７０に固定する接着層４０は接着剤を使用して形成している。
【００３７】
上記構成の挟み込み剪断力センサは、全体厚さが2mmから5mmで、センサの上面全体を剪断力の検出面とすることができる。
【００３８】
図７は挟み込み剪断力センサを利用した挟み込み剪断力測定装置の構成の一例である。身体と寝具、椅子、あるいはクッション等の間に挟み込んだ剪断力センサ２００と、挟み込み剪断力センサに接続した配線１００と、前記配線１００に接続するチャージアンプ５００と、前記チャージアンプ５００の出力信号を増幅する増幅器６００と、前記増幅器６００の出力信号を測定する測定器７００とから構成する。増幅器６００の機能はチャージアンプ５００の内部に組み込んでも良い。
【００３９】
センサ２００からの配線１００を直接電圧記録計等の測定器７００に接続して電圧記録計の内部抵抗を介して測定した場合、配線には電荷変動dQ/dt（但しｔは時間）に比例した電流が流れるので、電荷の差分2×Q1の時間微分2×dQ1/dtが測定される。すなわち、剪断力Fの時間微分（dF/dt)に比例した出力信号が得られる。
【００４０】
そこで、配線１００をまずチャージアンプ５００に接続して電荷の差分2×Q1に比例する信号に変換し、さらに必要に応じて増幅器６００で信号を増幅して、電圧記録計等の測定器７００に接続すると、剪断力Ｆの大きさに比例した出力信号を得ることができる。
【実施例１】
【００４１】
本件の発明者が試作した一辺が50mmの正方形の挟み込み剪断力センサについて説明する。芯材には厚さが1mmのペット樹脂板を使用し、滑りシートにはフッ素樹脂シートを用いた。圧電フィルムには、両端部の表裏面に長さ15mmの電極をセンサ幅全体に付けたものを使用した。
【００４２】
電極面の接着には、硬化後の弾性率が約1MPaのゴム系接着剤を使用した。表皮部材には布団のシーツを50x50mmに切り取って圧電フィルムの上面に接着した。また、押さえ部材には厚さ0.5mmのペット樹脂板を使用した。底面の滑り止め部材には両面粘着シートの粘着シートの一方の面を押さえ部材に粘着し、もう一方の面を寝具の表面に粘着固定するようにした。また、圧電フィルムに初期張力を負荷するために、厚さ1mmのスペーサを芯材と滑りシートの間に挿入した。
【００４３】
上記のように製作した挟み込み剪断力センサを、３分力ロードセルの荷重受け台に固定して、手のひらで剪断力を負荷し、ロードセルで測定した剪断力の大きさと、センサ出力の関係を調べるキャリブレーションを行った。
【００４４】
挟み込み剪断力センサの出力信号は、増幅器の機能が付いたチャージアンプを介して電圧記録計（オムニエースRA1200）で測定した。このため、増幅器は使用しなかった。キャリブレーションでは、剪断力1N当り9.2mVの電圧が電圧記録計で測定された。
【００４５】
図８のようにギャッジベッドのマットレスの上に寝具の布団を敷き、布団の上に挟み込み剪断力センサを剪断力の検出方向がベッド長手方向に一致するように置いて粘着シートで滑り止め固定した。そして、被験者（筆者本人）が臥位の状態で寝て、ギャッジベッドの上半分を起した場合と、倒した場合の電圧記録計の波形を測定した。挟み込み剪断力センサは、つま先から頭部に向かう方向が正の剪断力となるようにした。
【００４６】
図９は胸椎部と布団の間に挟み込み剪断力センサ２１０を挟み込んで、ギャッジベッドの上半分を起した場合と、倒した場合の電圧記録計の波形の一例を示す。ベッドを起した場合（図の太線）には、センサ２１０には腰部から頭部方向に剪断力が作用した。つまり、身体表面ではその反作用として頭部から腰方向に剪断力が作用している。
【００４７】
また、ギャッジベッドの上半分を倒した場合（図の細線）には、センサ２１０には頭部から腰方向に剪断力が作用した。つまり、身体表面ではその反作用として腰から頭部方向に剪断力が作用している。図の剪断力は、一辺が50mmの荷重検出面に作用する剪断力の総和であって、たとえば、剪断力20Nを平均的な剪断応力でみると、約60mmHg水銀柱応力（＝0.008MPa）になる。
【００４８】
図１０は尻の下と布団の間に挟み込みセンサ２２０を挟み込んで、ギャッジベッドの上半分を起した場合と、倒した場合の電圧記録計の波形の一例を示す。尻の下では胸椎部の場合とは逆に、ベッドを起した場合（図の太線）には、センサには背中から膝方向に向かう剪断力が作用した。つまり、身体表面ではその反作用として膝から背中方向に向かう剪断力が作用している。
【００４９】
また、ギャッジベッドの上半分を倒した場合（図の細線）には、センサには膝から背中向に剪断力が作用した。つまり、身体表面ではその反作用として膝から背中方向に剪断力が作用している。
【００５０】
図１１はかかと部と布団の間に挟み込みセンサ２３０を挟み込んで、ギャッジベッドの上半分を起した場合と、倒した場合の電圧記録計の波形の一例を示す。かかと部では尻の下の場合と同様に、ベッドを起した場合（図の太線）には、センサには膝から足先方向に剪断力が作用した。つまり、身体表面ではその反作用として足先から膝方向に剪断力が作用している。測定した波形が滑らかで無いのは、ベッドの角度を変える途中でかかと部がセンサの上で滑るためである。
【００５１】
また、ギャッジベッドの上半分を倒した場合（図の細線）には、センサには足先から腰方向に剪断力が作用した。つまり、身体表面ではその反作用として腰から足先方向に剪断力が作用している。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】挟み込み剪断力センサの構造の一実施例を説明するセンサ側面図である。
【図２】図１に記載の挟み込み剪断力センサの俯瞰図である。
【図３】挟み込み剪断力センサを身体と寝具の間に挟み込んだ状態を説明する図である。
【図４】圧電フィルムの電極部分の接着に、硬化後の弾性率が0.2Mpaから20Mpaの接着剤を用いる理由を説明する図である。
【図５】張力調節手段の実施例を説明する図である。
【図６】挟み込み剪断力センサの配線の結線方法を説明する図である。
【図７】挟み込み剪断力測定装置の構成の一実施例を説明する図である。
【図８】ギャッジベッドを用いた剪断力測定実験の様子を説明する図である。
【図９】胸椎部と布団の間に挟み込み剪断力センサを挟み込んで、ギャッジベッドを起した場合と倒した場合の剪断力の測定結果の一例である。
【図１０】尻の下と布団の間に挟み込み剪断力センサを挟み込んで、ギャッジベッドを起した場合と倒した場合の剪断力の測定結果の一例である。
【図１１】かかと部と布団の間に挟み込み剪断力センサを挟み込んで、ギャッジベッドを起した場合と倒した場合の剪断力の測定結果の一例である。
【図１２】挟み込み剪断力センサの別の構成の一実施例を説明するセンサ側面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０、１１  圧電フィルム
２０Ａ、２０Ｂ  電極
２１Ａ、２１Ｂ  電極
３０  芯材
４０  接着層
５０  滑りシート
６０  表皮部材  
７０  押さえ部材
８０  滑り止め部材
９０  張力調節手段
１００  配線
２００  挟み込み剪断力センサ
５００  チャージアンプ
６００  増幅器
７００  測定器
【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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【図１１】
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【図１２】
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