(57)【要約】【課題】歩行補助装置の装着者の足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能な圧力センサを提供する。【解決手段】本発明は、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、少なくとも２つの電極が設けられた電極シートとを備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成される圧力センサにおいて、前記２つの電極は、前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記２つの電極間に位置する前記面を含む領域の抵抗が測定可能に設けられており、前記電極シートの前記面に対して垂直方向に所定の厚さを有するスペーサが、夫々の前記電極の周囲に設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、少なくとも２つの電極が設けられた電極シートとを備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成される圧力センサにおいて、
前記２つの電極は、前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記２つの電極間に位置する前記面を含む領域の抵抗が測定可能に設けられており、
前記電極シートの前記面に対して垂直方向に所定の厚さを有するスペーサが、夫々の前記電極の周囲に設けられていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記スペーサは、前記電極シートと一体的に形成され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】
前記圧力センサは、靴の中敷きとして使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば靴の中敷きとして使用されるシート状の圧力センサの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、駆動源を使用する歩行補助装置を例えば膝疾患患者に装着した状態でリハビリが行われている（例えば、特許文献１参照）。歩行補助装置は、患者としての装着者に対して連続的に予め決められた歩行パターンを与えることで装着者をアシストする。これにより、装着者は、その動きに追随するように自立歩行できるようになっている。しかし、装着者は、このリハビリ中に、追随できない場合や、ふらつきのため、自身の意向に反した不安定な歩行になる可能性がある。そのため、装着者の歩行状態に応じた歩行パターンを該装着者に与える歩行補助装置が望まれる。装着者の歩行状態、例えば使用者の足の荷重のかかり方、バランス、ふらつき等の状態を知るには、例えば、多数の感圧センサが格子状に配置された圧力検知領域を有する圧力分布センサを利用できる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０１１２４号公報
【特許文献２】特開２０１０−６９２２７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、特許文献２の技術は、装着者の歩行が圧力分布センサ上の限定されたサイズの中で行われるため、連続的な歩行ではなく、歩行補助装置には適用し難い。一方で、特許文献２に開示された圧力分布センサを、歩行補助装置の装着者の例えばリハビリ用靴の中敷として使用することが考えられる。しかしながら、特許文献２に開示された圧力分布センサは、多数の感圧センサと各感圧センサ毎に接続された圧力検出部とを備えるため、そのような圧力分布センサをリハビリ用靴の中敷きとして使用すると、リハビリ用靴を履く装着者にとって違和感があり、効果的なリハビリの妨げになる可能性がある。また、違和感を無くすために圧力分布センサ上にクッションを設けた場合、感圧センサは上（つまり、装着者の足）からの圧力を感知し難くなってしまう。
【０００５】
更に、歩行補助装置により装着者の歩行をアシストすることにおいて、膝関節部用モータ等を制御することが重要である。この制御を装着者に無理なく行うようにするためには、装着者の足裏の着床と離床の状態を明確に感知できる圧力センサが望まれていたが、そのような圧力センサは知られていなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、歩行補助装置の装着者の足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能な圧力センサを提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、圧力により面抵抗が変化する感圧シートと、少なくとも２つの電極が設けられた電極シートとを備え、前記感圧シートの一方の面と、前記電極シートの一方の面とが重なり合って構成される圧力センサにおいて、前記２つの電極は、前記電極シートの前記面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、前記感圧シートの前記面であって前記２つの電極間に位置する前記面を含む領域の抵抗が測定可能に設けられており、前記電極シートの前記面に対して垂直方向に所定の厚さを有するスペーサが、夫々の前記電極の周囲に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧力センサにおいて、前記スペーサは、前記電極シートと一体的に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の圧力センサにおいて、前記圧力センサは、靴の中敷きとして使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スペーサを電極の周囲に設けることで、装着者の足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】足裏センサの構成を示す図である。
【図２】足裏センサの感圧シートの表面抵抗が測定される際の概念図である。
【図３】足裏センサの断面図である。
【図４】足裏センサ、及び膝関節角度センサ等からの電圧波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明に係る圧力センサを足裏センサに適用した場合の実施形態である。本実施形態に係る足裏センサは、リハビリ用靴の中敷きとして使用される。そして、歩行補助装置（図示せず）の装着者がリハビリ用靴を履いてリハビリを行う。
【００１３】
先ず、図１乃至図３を参照して、本実施形態に係る足裏センサの構成について説明する。図１は、足裏センサの構成を示す図である。図２は、足裏センサの感圧シートの表面抵抗が測定される際の概念図である。図３は、足裏センサの断面図である。
【００１４】
本実施形態に係る足裏センサ１は、図１に示すように、圧力により面（表面）抵抗が変化する感圧シート１１と、少なくとも２つの電極が設けられた電極シート１２とを備え、感圧シート１１の一方の面と、電極シート１２の一方の面とが重なり合って構成される。具体的には、リハビリ用靴内に、電極シート１２が挿入された後、当該電極シート１２の上に感圧シート１１が挿入されることで足裏センサ１が形成される。感圧シート１１には、図２に示すように上方から加圧されることで抵抗が変化するクッション性のある材料を適用することが望ましい。これにより、リハビリ用靴を履く装着者に違和感を与えることなく歩行することが可能となり、また、電極シート１２の耐久性を伸ばすことが可能となる。
【００１５】
一方、電極シート１２は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）からなり、絶縁体であるポリイミド上に電極である銅が積層されて構成（電極シート１２単体ではポリイミドにより電極間が絶縁されている）されている。ポリイミドは、リハビリ用靴の中敷きとして、形状を保ち、位置ズレをなくし、耐久性を上げるものである。なお、露出した電極には金メッキ等の処理がなされ、水分や高湿度での錆による劣化が防止されている。
【００１６】
また、図１に示す例では、感圧シート１１が４つの領域Ａ１〜Ａ４に分割されており、電極シート１２には各領域毎に一対の電極が対向するように設けられている。一対の電極は、図１に示すように、電極シート１２の一方の面上の互いに異なる位置に設けられ、且つ、感圧シート１１の一方の面であって一対の電極間（例えば、１２２と１２３の間）に位置する面を含む領域（つまり、この領域は一対の電極で挟まれる）の抵抗が測定可能に設けられている。ここで、領域Ａ１は、リハビリ用靴を履く装着者の踵部が当たるようになっており、領域Ａ１には、一対の電極１２２，１２３が対向するようになっている。一対の電極１２２，１２３間に位置する面を含む領域の抵抗（言い換えれば、電圧）を歩行補助装置（図示せず）により測定することで、装着者の足裏の踵部の圧力を感知することができる。
【００１７】
また、図１に示す例では、分割された各領域の測定位置の一対の電極のうち、電極１２３，１２５，１２７，１２９を接続して共通のグランドとしている。これにより、配線数及び引回しを減らすことができる。また、図１に示すように、各電極に接続される配線（銅線）１３０は中継コネクタ１３１を介して歩行補助装置の制御部に電気的に接続されることになる。これにより、歩行補助装置は、装着者の歩行状態に応じた歩行パターンを該装着者に与える制御を行うことが可能となる。なお、図１に示す例では、感圧シート１１を複数の領域に分割し、分割された領域毎に一対の電極を設けることで複数の測定点を設定したが、足裏の踵部の圧力を感知できるように、一対の電極１２２，１２３だけが設けられていてもよい。また、図１に示す例では、各電極１２２〜１２９は円形状になっているが、これ以外の形状であってもよい。
【００１８】
そして、本実施形態に係る足裏センサ１においては、図３に示すように、電極シート１２の一方の面に対して垂直方向に所定の厚さαを有するスペーサ１３が、夫々の電極の周囲に設けられている。ここで、スペーサ１３の厚さαは、例えば0.25mm程度とすることが望ましい。ただし、この厚さαはスペーサ１３にかかる荷重（装着者の体重）により、例えば0.2mm〜0.8mmの間で変えることが望ましい。このようなスペーサ１３は、装着者の足裏の着床と離床の状態に対し、足裏と足裏センサ１との密着状態を変化させ、同状態を明確にするためのものである。また、スペーサ１３は、例えば、電極シート１２の一方の面に接着される。この場合、スペーサ１３の材料は特に限定されないが、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の絶縁体とし、できるだけ変形しないものが望ましい。また、電極シート１２の一方の面に接着する場合、接着面の面積が小さいと荷重により、位置ズレが生じる可能性があるため、ある程度の接着面を確保する必要がある。この場合のスペーサ１３の径方向の厚さβは、例えば5mm程度とすることが望ましい。なお、電極シート１２において電極が位置する部分をくり抜いてスペーサ１３を形成してもよい。この場合、スペーサ１３は、電極シート１２と一体的に形成（例えば一層で形成）される。そのため、位置ズレが生じないため、スペーサ１３をより安定させることができる。
【００１９】
以上のように、電極シート１２に設けられた電極の周囲にスペーサ１３を設けることで、電極と電極の周りとにおいて段差ができ、足の荷重に対し所定以上にならないと電極が感圧シート１１に接触しなくなる機能が発生する。そのため、歩行補助装置において、足裏センサ１からの電気信号を制御用トリガとして使用する場合、装着者の足裏の着床から離床となる際、または、離床から着床となる際に、急峻で、顕著な抵抗変化（言い換えれば、電圧変化）が生まれ、スイッチとして有効なものとなる。従って、装着者の足裏の着床と離床の状態を明確に感知することが可能となる（言い換えれば、着床と離床の判断が容易となる）。これにより、歩行補助装置は、装着者の足裏の着床から離床となる際、または、離床から着床となる際に、該装着者の歩行をアシストするように膝関節用モータ等を制御することを、より効果的に行うことができる。
【００２０】
図４は、足裏センサ、及び膝関節角度センサ等からの電圧波形を示す図である。図４に示す例では、左足用の足裏センサにスペーサ１３を設ける一方、右足用の足裏センサにスペーサ１３を設けていない。図４からわかるように、左足用の足裏センサからの電圧波形の方が、右足用の足裏センサからの電圧波形よりも、離床時に電圧がハイレベルとなっている時間が長く、明確になっている。
【００２１】
足裏センサにスペーサ１３を設けない場合、或いは、スペーサの厚さαが薄い場合、装着者の足裏の着床状態が続くと、足裏センサが変形し、元に戻る時間がかかり、離床状態になっても、あたかも着床状態と認識されてしまい（装着者が足を上げても電極と感圧シートが直ぐには離れないため）、効果的な動作が困難となる。しかし、上述したように適切な厚さαを有するスペーサ１３を電極周囲に設ければ、より効果的な動作が可能となり、歩行補助装置における制御用トリガとして使用でき、連続歩行が可能となる。
【００２２】
なお、上記実施形態においては、本発明の圧力センサを足裏センサに適用した場合を例にとって説明したが、その他のセンサに適用しても構わない。
【符号の説明】
【００２３】
１  足裏センサ
１１  感圧シート
１２  電極シート
１３  スペーサ
【図１】
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【図２】
2012150075.tif 000004
【図３】
2012150075.tif 000005
【図４】
2012150075.tif 000006