(57)【要約】  面方向に伸縮可能な柔軟性を有する板状の中間層と、前記中間層の一の面に積層された第１センサ素子と、前記一の面と対向する前記中間層の他の面に積層された第２センサ素子とを備え、前記第１センサ素子は、前記中間層の一の面おける第１基準線分の長さに相当する長さを検出可能に構成され、前記第２センサ素子は、前記第１基準線分と平行な、前記中間層の他の面における第２基準線分の長さに相当する長さを検出可能に構成されていることを特徴とするセンサ本体。
2020111073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面方向に伸縮可能な柔軟性を有する板状の中間層と、
前記中間層の一の面に積層された第１センサ素子と、
前記一の面と対向する前記中間層の他の面に積層された第２センサ素子と
を備え、
前記第１センサ素子は、前記中間層の一の面おける第１基準線分の長さに相当する長さを検出可能に構成され、
前記第２センサ素子は、前記第１基準線分と平行な、前記中間層の他の面における第２基準線分の長さに相当する長さを検出可能に構成されている
ことを特徴とするセンサ本体。
【請求項２】
前記第１センサ素子及び前記第２センサ素子は、いずれも静電容量型センサ素子であり、前記静電容量型センサ素子は、
エラストマー製の誘電層と、前記誘電層の上面に形成された第１電極層と、前記誘電層の下面に形成された第２電極層とを含み、前記第１電極層及び前記第２電極層の対向する部分を検出部とし、前記誘電層の変形に応じて、前記検出部の静電容量が変化する、
請求項１に記載のセンサ本体。
【請求項３】
前記中間層と同一厚さで、前記中間層より剛性の高い板状の取付け部材を更に備え、
前記取付け部材は、前記中間層の第１基準線分の両端外方のそれぞれに設けられている請求項１又は２に記載のセンサ本体。
【請求項４】
人体の関節角度の計測に用いられる請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ本体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載にセンサ本体と、
解析装置と、を備え、
前記解析装置は、前記センサ本体が変形した際における前記第１基準線分の長さに相当する長さの変化及び前記第２基準線分の長さに相当する長さの変化を計測し、得られた計測結果に基づいて測定対象物の曲げ角度及び伸び量を算出する
ことを特徴とするセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ本体、及び、このセンサ本体を備えたセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体等の関節の曲げ角度を計測する手法としては、種々の手法が提案されている。
例えば、特許文献１には、人体の関節部分に装用され、関節の曲げ角度を検出する関節角度センサが提案されている。この関節角度センサは、エラストマー製の誘電膜の両面に導電性エラストマーからなる電極膜が設けられた弾性変形可能な静電容量型センサと、該静電容量型センサにおける一方の該電極膜側に重ね合わされて該静電容量型センサの曲げ変形の形状を規定する変形規定部材と、を含む。【０００３】
特許文献１に記載された関節角度センサは、ポリイミドやポリエチレン、バネ鋼などからなる変形規定部材を有している。この関節角度センサは、上記変形規制部材によって上記静電容量型センサの変形を特定の変形態様に制限しつつ、当該静電容量型センサを変形させて、人体の関節角度を測定する。
特許文献１によれば、上記関節角度センサを用いることにより、人体の関節の動きを制限しないで装用者の不快感を回避しつつ、人体の関節の曲げ角度を精度良くかつ優れた応答性をもって検出することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２１７１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された関節角度センサは変形規制部材を備えている。この変形規制部材は上記静電容量型センサの変形態様を制限するために必要な剛性を有している。そのため、この関節角度センサによって関節の曲げ角度を測定する場合、上記変形規制部材によって関節の動きが制限されるおそれがある。また、上記関節角度センサによって、関節の動きを制限することなく関節の曲げ角度を測定するためには、上記関節角度センサの取り付け箇所や取り付け方法が著しく制限される。【０００６】
また、特許文献１に記載された関節角度センサは、静電容量型センサを所定の演算モデルに合致するように変形させて関節角度を測定する。この演算モデルは膝関節のような自由度を１軸とみなすことできる関節を想定したものである。そのため、上記関節角度センサは、手首の関節のような２軸以上の自由度を有する関節の曲げ角度の測定には適していなかった。
この理由は、特許文献１に記載された関節角度センサを用いて２軸以上の自由度を有する関節の曲げ角度の測定を試みた場合、一方の軸の関節の曲げに合わせて静電容量型センサの変形が規制されるため、他方の軸の関節の自由な曲げが阻害されるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、このような状況のもと、２軸以上の自由度を有する関節であっても、その曲げ角度を正確に測定することができるセンサ装置を提供すべく鋭意検討を行い、新たなセンサ本体及びセンサ装置を完成した。【０００８】
（１）本発明のセンサ本体は、面方向に伸縮可能な柔軟性を有する板状の中間層と、
上記中間層の一の面に積層された第１センサ素子と、
上記一の面と対向する上記中間層の他の面に積層された第２センサ素子と
を備え、
上記第１センサ素子は、上記中間層の一の面おける第１基準線分の長さに相当する長さを検出可能に構成され、
上記第２センサ素子は、上記第１基準線分と平行な、上記中間層の他の面における第２基準線分の長さに相当する長さを検出可能に構成されている
ことを特徴とする。【０００９】
上記センサ本体によれば、板状の中間層の両面のそれぞれにセンサ素子（第１センサ素子及び第２センサ素子）を備えている。そのため、これらのセンサ素子によって、上記中間層の両面のそれぞれに設定された第１基準線分の長さに相当する長さ及び第２基準線分の長さに相当する長さの変化を計測することができる。
上記センサ本体は、第１基準線分の長さに相当する長さの変化及び第２基準線分の長さに相当する長さの変化の計測結果を利用し、両者の長さの変化量の差に基づいてセンサ本体の曲げ角度を算出することができ、両者の平均長さの変化量に基づいてセンサ本体の伸び量を算出することができる。
そのため、上記センサ本体を測定対象物に装着して使用すれば、測定対象物の曲げ角度及び伸び量を測定することができる。これらの具体的な算出手法については後述する。
以下、本明細書において、単に「第１基準線分の長さ」と表記した場合、この「第１基準線分の長さ」は「第１基準線分の長さに相当する長さ」含む概念とし、単に「第２基準線分の長さ」と表記した場合、この「第２基準線分の長さ」は「第２基準線分の長さに相当する長さ」を含む概念とする。【００１０】
（２）上記センサ本体において、上記第１センサ素子及び上記第２センサ素子は、いずれも静電容量型センサ素子であることが好ましい。
上記静電容量型センサ素子としては、エラストマー製の誘電層と、上記誘電層の上面に形成された第１電極層と、上記誘電層の下面に形成された第２電極層とを含み、上記第１電極層及び上記第２電極層の対向する部分を検出部とし、上記誘電層の変形に応じて、上記検出部の静電容量が変化する、センサ素子が好ましい。
このような静電容量型センサ素子は、上記センサ本体の変形を阻害することなく、上記センサ本体が変形した際に生じる上記第１基準線分の長さに相当する長さの変化及び第２基準線分の長さに相当する長さの変化を計測するのに適している。そのため、上記静電容量型センサ素子を備えた上記センサ本体は、測定対象物が変形した際における曲げ角度や伸び量を測定するのに特に適している。【００１１】
（３）上記センサ本体は、上記中間層と同一厚さで、上記中間層より剛性の高い板状の取付け部材を更に備え、上記取付け部材は、上記中間層の第１基準線分の両端外方のそれぞれに設けられていることが好ましい。
このような構成を備えたセンサ本体は、測定対象物の変形時の曲げ角度や伸び量をより正確に測定することができる。
また、上記センサ本体は、上記取付け部材を測定対象物に固定することで測定対象物に装着し、測定対象物の曲げ角度を測定するのに特に適している。【００１２】
（４）上記センサ本体は、人体の関節角度の計測に用いられることが好ましい。
人体には、２軸自由度（又は２軸以上の自由度）の関節が多数存在するため、上記センサ本体の測定対象物として特に適している。【００１３】
（５）本発明のセンサ装置は、上記センサ本体と、解析装置と、を備え、
上記解析装置は、上記センサ本体が変形した際における上記第１基準線分の長さに相当する長さの変化及び上記第２基準線分の長さに相当する長さの変化を計測し、得られた計測結果に基づいて測定対象物の曲げ角度及び伸び量を算出することを特徴とする。
上記センサ装置は、上記センサ本体を備えているため、測定対象物が変形した際の曲げ角度及び伸び量の一方または両方を測定することができ、曲げ角度と伸び量とを同時に測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、測定対象物の伸び量及び／又は曲げ角度を容易に、かつ正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ装置を示す概略図である。
【図２】図２（a）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体が備えるセンサ素子の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（a）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体を示す分解斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示したセンサ本体のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施形態に係るセンサ本体２の変形状態を把握するための手法を説明するための模式図である。
【図５】図５（a）〜図５（ｃ）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体の使用方法の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係るセンサ本体の使用方法の別の一例を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係るセンサ本体の使用方法の別の一例を説明するための図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施形態に係るセンサ本体の使用方法の別の一例を説明するための図であり、図８（ｂ）は本発明の実施形態に係るセンサ本体の特性を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態に係るセンサ装置の解析装置が備える検出回路の一例を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体の別の一例を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】図１１（a）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体が備えるセンサ素子の別の一例を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（a）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るセンサ本体の別の一例を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、本実施例で作製したセンサ本体を模式的に示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１４】センサ本体を取り付けた測定冶具を示す写真である。
【図１５】図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、曲げ評価１を説明するための図である。
【図１６】実施例で行った曲げ評価１の結果を示すグラフである。
【図１７】実施例で行った曲げ評価２の結果を示すグラフである。
【図１８】実施例で行った伸び評価の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ装置を示す概略図である。
図２（a）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体が備えるセンサ素子の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（a）のＡ−Ａ線断面図である。
図３（ａ）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体を示す分解斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示したセンサ本体のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１７】
本実施形態に係るセンサ装置１は、図１に示すように、静電容量型センサ素子２２（図２（ａ）、（ｂ）参照）を備えたセンサ本体２と、センサ本体２と電気的に接続された解析装置３と、解析装置３での計測結果を表示するための表示器４とを備える。
センサ本体２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、板状の中間層２１と、中間層２１の両面（上面及び下面）のそれぞれに積層された２つのセンサ素子２２（第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂ）と、中間層２１と同一厚さの板状体からなり、中間層２１を長手方向に挟むように設けられた取付け部材２３Ａ、２３Ｂとを備える。
本発明の実施形態の説明では、図３（ａ）に示すように、中間層２１の長手方向（図３（ａ）における左右方向）をＸ方向、中間層２１の厚さの方向（図３（ａ）における上下方向）をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向という。
【００１８】
中間層２１は、エラストマー組成物等からなる板状体である。中間層２１は、自然状態では形状を保持しつつ、外力が負荷されると、その外力に応じて伸縮、湾曲、屈曲等の自由な変形が可能な部材である。
中間層２１の両面には、接着剤層（図示せず）を介して第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂが積層されている。
第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂは、同一のセンサ素子である。
第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂを中間層に固定するための接着剤層は、中間層２１やセンサ素子２２Ａ、２２Ｂの変形を阻害しない柔軟な接着剤層である。
【００１９】
取付け部材２３Ａ、２３Ｂは、中間層２１の長手方向（Ｘ方向）の両端外方に接着剤層（図示せず）を介して固定されている。
取付け部材２３Ａ、２３Ｂは、いずれも中間層２１と同一厚さを有する部材である。
また、取付け部材２３Ａ、２３Ｂは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなり、中間層２１よりも十分に剛性の高い部材である。取付け部材２３Ａ、２３Ｂは、使用条件下では実質的に変形しない部材であることが好ましい。取付け部材２３Ａ、２３Ｂの材質はＰＥＴに限定されるわけではなく、取付け部材２３Ａ、２３Ｂは、例えば、充分な剛性を有する他の樹脂からなるものであっても良いし、金属や木材等からなるものであっても良い。
【００２０】
センサ素子２２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、エラストマー組成物からなるシート状の誘電層１１と、誘電層１１のおもて面に形成された表側電極層（第１電極層）１２Ａと、誘電層１１の裏面に形成された裏側電極層（第２電極層）１２Ｂと、表側電極層１２Ａに連結された表側配線１３Ａと、裏側電極層１２Ｂに連結された裏側配線１３Ｂと、表側配線１３Ａの表側電極層１２Ａと反対側の端部に取り付けられた表側接続部１４Ａと、裏側配線１３Ｂの裏側電極層１２Ｂと反対側の端部に取り付けられた裏側接続部１４Ｂと、誘電層１１の表側及び裏側のそれぞれに積層された表側保護層１５Ａ及び裏側保護層１５Ｂと、を備える。
センサ素子２２は、表側接続部１４Ａ及び裏側接続部１４Ｂのそれぞれにリード線１９が接続され、このリード線１９を介して解析装置３（図１参照）に接続される。
【００２１】
表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは、同一の平面視形状を有しており、誘電層１１を挟んで表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは全体が対向している。センサ素子２２は、表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとの対向した部分を検出部１６とする。
本発明の実施形態において、静電容量型センサ素子が備える表側電極層１２Ａと裏側電極層１２Ｂとは、必ずしも誘電層を挟んでその全体が対向している必要はなく、少なくともその一部が対向していれば良い。
【００２２】
センサ素子２２は、誘電層１１がエラストマー組成物からなる。そのため、センサ素子２２は、面方向や厚さ方向の伸縮、屈曲、湾曲等の変形が可能である。
誘電層１１が変形した際には、センサ素子２２の検出部１６の静電容量が誘電層１１の変形量（電極層の面積変化）と相関をもって変化する。
よって、上記検出部の静電容量の変化を検出することで、センサ素子２２の変形量を検出することができる。
【００２３】
センサ素子２２は、センサ本体２において、中間層２１の両面（上面及び下面）のそれぞれに設けられている。
センサ素子２２では、当該センサ素子２２の検出部１６のＸ方向両端縁が、中間層２１のＸ方向両端縁とセンサ本体の厚さ方向（Ｚ方向）で重なるように、中間層２１に積層されている。
【００２４】
センサ本体２は、中間層２１の上面２１ａにおけるＸ方向両端縁のそれぞれの中点Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを結ぶ線分を第１基準線分Ｓ１とし、中間層２１の下面２１ｂにおけるＸ方向両端縁のそれぞれの中点Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを結ぶ線分を第２基準線分Ｓ２とする。
従って、センサ本体２では、中間層２１の上下面に設定した第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれとセンサ素子２２の検出部１６とが厚さ方向で重なるように、センサ素子２２が中間層２１の両面に設けられているともいえる。
【００２５】
センサ本体２は、センサ本体２の中間層２１が変形した際に、センサ素子２２によって第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの長さの変化量を測定する。
センサ素子２２の検出部１６は、中間層２１が変形して第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の長さが変化した際に、この変形に追従して変形し、その結果、検出部１６の静電容量が変化する。従って、上記検出部の静電容量の変化量に基づいて、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の長さの変化量を算出することができる。
本実施形態に係るセンサ本体２において、第１基準線分Ｓ１の長さに相当する長さとは、センサ素子２２Ａが備える検出部１６の長手方向（図３中、Ｘ方向）の長さであり、第２基準線分Ｓ２の長さに相当する長さとは、センサ素子２２Ｂが備える検出部１６の長手方向（図３中、Ｘ方向）の長さである。
【００２６】
センサ本体２は、第１基準線分Ｓ1及び第２基準線分Ｓ２の長さの変化量に基づいて、センサ本体２の変形状態（曲げ角度や伸び量）を取得することができる。
具体的には、センサ本体２は、中間層２１が変形した際に生じる、中間層２１の中心部分の長さの変化を伸び量として把握し、第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角の大きさを曲げ角度として把握することができる。
そのため、センサ本体２は、伸縮変形及び曲げ変形する測定対象物に所定の態様で装着し、上述した中間層２１が変形した際に生じる上記長さの変化や上記角の大きさの変化を計測することで、測定対象物の伸び量や曲げ角度を計測することができる。
センサ本体２は、下面側にセンサ本体２を測定対象物に貼り付けるための粘着剤層（図示せず）を備えており、上記粘着剤層によってセンサ本体２を測定対象物に装着することができる。
なお、本発明の実施形態において、上記センサ本体は必ずしも粘着剤層を備えていなくても良い。
【００２７】
センサ本体２においては、中間層２１の厚さ方向（図３中、Ｚ方向）において、第１基準線分Ｓ１と第２基準線分Ｓ２とから等距離にある線分の長さを、中間層２１の中心部分の長さとする。
また、センサ本体２では、中間層２１の上面２１ａと同一平面内にあって、第１基準線分Ｓ１の端点Ｐ１ａを含み、端点Ｐ１ａより外方（第１基準線分Ｓ１側と反対側）の任意の領域を第１基準面（図３（ａ）中、ＲＳ１）し、中間層２１の上面２１ａと同一平面内にあって、第１基準線分Ｓ１の端点Ｐ１ｂを含み、端点Ｐ１ｂより外方の任意の領域を第２基準面（図３（ａ）中、ＲＳ２）とする。従って、センサ本体２では、取付け部材２３Ａの上面は第１基準面ＲＳ１に相当し、取付け部材２３Ｂの上面は第２基準面ＲＳ２に相当する。
センサ本体２は、センサ本体２の曲げ角度を第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角度として算出する。
【００２８】
センサ本体２による測定対象物の伸び量や曲げ角度の測定手法について、図面を参照しながら説明する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施形態に係るセンサ本体２の変形状態を把握するための手法を説明するための模式図である。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）では、図面を簡略化するために第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂを省略している。
センサ本体２が、図４（ａ）に示すような初期状態から、図４（ｂ）に示すような状態に変形した場合、センサ本体２は、中間層２１が面方向に伸びたことになる。
この場合、第１基準線分Ｓ１の長さはＬ０（Ｓ１）からＬ１（Ｓ１）に変化し、第２基準線分Ｓ２の長さはＬ０（Ｓ２）からＬ１（Ｓ２）に変化する。このとき、第１基準線分Ｓ１の長さの変化量は第１センサ素子２２Ａの変形量によって検出することができ、第２基準線分Ｓ２の長さの変化量は第２センサ素子２２Ｂの変形量によって検出することができる。これは、中間層２１の上面２１ａの変形に追従して第１センサ素子２２Ａが変形すると、第１センサ素子２２Ａの検出部１６の静電容量が変化し、中間層２１の下面２１ｂの変形に追従して第２センサ素子２２Ｂが変形すると、第２センサ素子２２Ｂの検出部１６の静電容量が変化するからである。
【００２９】
そして、第１基準線分Ｓ１の長さの変化量（Ｌ１（Ｓ１）−Ｌ０（Ｓ１））と第２基準線分Ｓ２の長さの変化量（Ｌ１（Ｓ２）−Ｌ０（Ｓ２））とを比較する。この場合、両者の変化量の差はゼロとなる。このことからセンサ本体２には伸縮変形のみが生じ、曲げ変形は生じていないことを把握することができる。
また、第１基準線分Ｓ１の長さの変化量と第２基準線分Ｓ２の長さの変化量との平均値（第１基準線分Ｓ１の長さの変化量及び第２基準線分Ｓ２の長さの変化量のそれぞれと同値）をセンサ本体２の伸び量とする。
【００３０】
一方、センサ本体２が、図４（ａ）に示すような初期状態から、図４（ｃ）に示すような状態に変形した場合、センサ本体２は、中間層２１が曲げ変形したことになる。
この場合、第１基準線分Ｓ１の長さはＬ０（Ｓ１）からＬ２（Ｓ１）に変化し、第２基準線分Ｓ２の長さはＬ０（Ｓ２）からＬ２（Ｓ２）に変化する。このときも、第１基準線分Ｓ１の長さの変化量は第１センサ素子２２Ａの変形量によって検出することができ、第２基準線分Ｓ２の長さの変化量は第２センサ素子２２Ｂの変形量によって検出することができる。
センサ本体２では、中間層２１に曲げ変形のみが発生し、伸縮変形が発生しなかった場合、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２は、一方が伸長し、他方が収縮する。また、曲げ変形のみが発生した場合は、第１基準線分Ｓ１の長さと第２基準線分Ｓ２の長さの合計値は、曲げ変形の前後で変化せず一定値となる。
【００３１】
図４（ｃ）に示した例において、変形後のセンサ本体２は、
（１）Ｌ２（Ｓ１）＜Ｌ０（Ｓ１）、かつＬ２（Ｓ２）＞Ｌ０（Ｓ２）となっている。このことから、センサ本体２が曲げ変形していること、及び、曲げ変形の向きを把握することができる。
また、センサ本体２は、
（２）Ｌ０（Ｓ１）＋Ｌ０（Ｓ２）＝Ｌ２（Ｓ１）＋Ｌ２（Ｓ２）である。このことからは、センサ本体２が伸縮変形しておらず、センサ本体２に発生した変形が曲げ変形のみであることを把握することができる。
なお、変形前後のセンサ本体２において、Ｌ０（Ｓ１）＋Ｌ０（Ｓ２）≠Ｌ２（Ｓ１）＋Ｌ２（Ｓ２）となっている場合は、センサ本体２が少なくとも伸長又は伸縮していることを意味する。
【００３２】
そして、第１基準線分Ｓ１の長さの変化量（Ｌ２（Ｓ１）−Ｌ０（Ｓ１））及び第２基準線分Ｓ２の長さの変化量（Ｌ２（Ｓ２）−Ｌ０（Ｓ２））のそれぞれを算出することによって、センサ本体２の曲げ角度を把握することができる。
具体的には、下記式（１）〜（３）を用いて、上記曲げ角度としての第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角を取得することができる。
第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角度をθ（ｒａｄ）、センサ本体２の中間層２１の厚さをｔとすると、第１基準線分Ｓ１の長さＬ２（Ｓ１）と第２基準線分Ｓ２の長さＬ２（Ｓ２）との関係は、
Ｌ２（Ｓ２）＝Ｌ２（Ｓ１）＋θｔ・・・（１）
となり、第１基準線分Ｓ１の長さと第２基準線分Ｓ２の長さの差は、
Ｌ２（Ｓ２）−Ｌ２（Ｓ１）＝θｔ・・・（２）
で表される。よって、上記θは、
θ（ｒａｄ）＝（Ｌ２（Ｓ２）−Ｌ２（Ｓ１））／ｔ・・・（３）
となる。
従って、第１基準線分Ｓ１の長さＬ２（Ｓ１）と第２基準線分Ｓ２の長さＬ２（Ｓ２）とに基づいて、センサ本体２の曲げ角度を算出することができる。
また、本発明の実施形態に係るセンサ本体は、２つの基準線分の長さに基づいて曲げ角度を算出しているため、キャリブレーションを行わなくても、上記曲げ角度を精度良く測定することができる。
【００３３】
更に、センサ本体２は、中間層２１が伸びつつ、同時に曲げ変形した場合、伸び量と曲げ角度とを個別に算出することができる。
センサ本体２は、既に説明した通り、曲げ変形した場合、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の一方が伸長し他方が収縮するように変形しつつ、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの長さの和は一定に保たれる。
また、センサ本体２が伸びた場合には、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの伸び量は同一である。
そのため、センサ本体２（中間層２１）が変形した際には、まずは、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの変形量に基づいて、センサ本体２の変形状態が、（ａ）曲げ変形のみ、（ｂ）伸縮変形のみ、及び（ｃ）曲げ変形及び伸縮変形の複合変形、のいずれであるかを判断する。そして、センサ本体２の変形状態が（ａ）曲げ変形のみ、又は（ｂ）伸縮変形のみの場合には、曲げ角度又は伸び量を上述した方法で取得すれば良い。
【００３４】
一方、センサ本体２（中間層２１）の変形状態を上記（ｃ）の複合変形と判断した場合は、曲げ角度及び伸び量のそれぞれを取得する。
まず、上述した伸び量の取得方法と同様にして、第１基準線分Ｓ１の長さの変化量と第２基準線分Ｓ２の長さの変化量との平均値を算出する。この値を上述した通り、センサ本体２の伸び量とする。
次に、変形後の第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの長さと、変形後の第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の長さの平均値との差を算出し、上記平均値より長い分を伸長量、上記平均値より短い分を収縮量とする。そして、これらの値を用いて、上述した計算手法により曲げ角度を算出する。
このようにセンサ本体２は、中間層２１が伸縮変形しつつ、同時に曲げ変形した場合、伸び量と曲げ角度とを個別に算出することができる。そのため、センサ本体２を用いることで測定対象物の変形状態を把握することができる。
【００３５】
センサ本体２の中間層２１は、複合変形することができる。そして、中間層２１は、伸長及び収縮に伴い、厚さが変化する。
一方、センサ本体２が伸縮変形しつつ、曲げ変形した場合の上述した曲げ角度θの算出手法（上記式（１）〜（３）を用いた算出手法）は、中間層２１の厚さの変化を無視している（中間層２１は、変形時に初期厚さが維持されるとみなしている）。この手法でも上記曲げ角度の凡そ値は算出することができる。
これに対して、より高精度で上記曲げ角度θを算出することができる観点から、上記曲げ角度θの算出は、中間層２１の伸縮に伴う厚さの変化を考慮して行うことが好ましい。
【００３６】
以下、中間層２１の厚さの変化を考慮した曲げ角度θの算出手法を説明する。
中間層２１は、例えばエラストマー組成物等からなる部材である。そこで、下記の算出手法では、中間層２１は伸縮しても体積が一定であり、かつ伸縮の方向性が無い（換言すると、中間層２１が長手方向に伸びた際に、幅方向及び厚さ方向のそれぞれで生じる収縮の比率が同じ比率である）として、曲げ角度の算出を行う。
中間層２１の初期長さ（未伸長状態における第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの長さに同じ）をＬ０、複合変形した後の中間層２１の長さ（変形後の第１基準線分Ｓ１の長さＬ３（Ｓ１）及び変形後の第２基準線分Ｓ２の長さＬ３（Ｓ２）の平均値）をＬ１、中間層２１の初期厚さをｔ０、中間層２１の変形後の厚さをｔ１とすると、変形後の中間層２１の厚さは、下記式（４）で表される。
【００３７】
【数１】
2020111073.tif 000003
従って、中間層２１の厚さの変化を考慮した場合、曲げ角度θ（ｒａｄ）は下記式（５）で算出することができる。
【００３８】
【数２】
2020111073.tif 000004
【００３９】
このように、中間層２１の厚さの変化を考慮して曲げ角度を算出することより、センサ本体２（中間層２１）の変形時の曲げ角度をより正確に算出することができる。従って、この手法を採用することで、測定対象物の曲げ角度をより精度良く測定することができる。
なお、ここで採用した算出手法は、中間層２１について、伸縮しても体積が一定であり、かつ伸縮の方向性が無いことを前提条件として、変形時の中間層の厚さの変化を算出する。一方、上記中間層の厚さの変化を算出する際の前提条件は、上記の条件に限定されず、中間層２１の特性に応じて設定すれば良い。
【００４０】
本実施形態のセンサ本体２は、上述した通り、中間層２１の両面に静電容量型のセンサ素子２２（第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂ）が積層されており、センサ素子２２が有する検出部１６の静電容量に基づいて、中間層２１の第１基準線分Ｓ１の長さ及び第２基準線分Ｓ２の長さのそれぞれを算出している。
そのため、ここまで説明した本実施形態における曲げ角度の算出手法は、センサ素子２２の検出部１６と中間層２１の両面に設定された第１、第２基準線分Ｓ１、Ｓ２との厚さ方向の距離を考慮せず、検出部１６の静電容量の測定値から算出される長さを第１、第２基準線分Ｓ１、Ｓ２の長さに相当する長さと認定している。この手法を採用した場合も、上記曲げ角度は測定することができる。
一方、中間層２１の両面にセンサ素子２２を積層した場合、センサ素子２２の検出部１６は、中間層２１の両面から離れているため、センサ本体２（中間層２１）が曲げ変形した際の検出部の変形量は、第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の変形量に比べて大きくなる。これは、検出部１６が、裏側保護層１５Ｂの厚さとセンサ素子２２を中間層２１に固定するための接着剤層（接着剤層を有する場合に限る）の厚さとの合計厚さ分、中間層２１の表面から離間しているからである。
従って、本実施形態のように第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の変形量を上記検出部の静電容量に基づいて算出する際には、上記合計厚さを考慮した補正を行うことが好ましい。これにより高精度で上記曲げ角度θを算出することができる。具体的には、中間層のみの厚さではなく、上記合計厚さに基づいて、曲げ角度θの算出に用いる初期厚さ及び変形後厚さを設定すれば良い。
【００４１】
本実施形態に係るセンサ本体２は、例えば、人体の肘の曲げ角度の測定に用いることができる。図５（a）〜図５（ｃ）は、本実施形態に係るセンサ本体の使用方法の一例を説明するための図である。
【００４２】
図５（a）に示すように、センサ本体２を肘の外側部分に装着する。センサ本体２は、取付け部材２３Ａ、２３Ｂの下面側に粘着剤層を設け、この粘着剤層によって肘関節部分に固定する。
このとき、センサ本体２は、第１基準面ＲＳ１（取付け部材２３Ａの上面）が上腕骨軸とほぼ平行になり、第２基準面ＲＳ２（取付け部材２３Ｂの上面）が尺骨軸とほぼ平行になるように装着する。
この状態で、図５（ａ）に示す状態から、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示す状態になるように、肘を曲げる動作を行う。そうすると、肘の曲げ状態に応じてセンサ本体２（中間層２１）が変形する。その結果、センサ本体２の曲げ角度を計測することができ、上述した通り、第１基準面ＲＳ１と上腕骨軸、及び第２基準面ＲＳ２と尺骨軸がほぼ平行な状態にあるため、上記センサ本体２の曲げ角度に基づいて、肘関節の曲げ角度を取得することができる。
【００４３】
上述した肘関節は１軸自由度の関節である。
一方、センサ本体２は、１軸自由度の関節だけでなく、２軸以上の自由度を有する関節の曲げ角度の測定にも好適に使用することができる。
具体的には、本実施形態に係るセンサ本体２は、人体の手首の曲げ角度の測定にも用いることができる。図６、図７は、それぞれ本実施形態に係るセンサ本体の使用方法の別の一例を説明するための図である。
【００４４】
図６に示すように、センサ本体２を手の甲に装着する。センサ本体２は、取付け部材２３Ａ、２３Ｂの下面側に粘着剤層を設け、この粘着剤層によって手の甲に固定する。
このとき、センサ本体２は、例えば、第１基準面ＲＳ１（取付け部材２３Ａの上面）が尺骨軸とほぼ平行になり、第２基準面ＲＳ２（取付け部材２３Ｂの上面）が第３中手骨の軸とほぼ平行になるように装着する。
この状態で、図６に示す状態になるように、手首を曲げる動作（掌屈及び背屈）を行う。そうすると、手首の曲げ状態に応じてセンサ本体２（中間層）が変形する。その結果、センサ本体２の曲げ角度を計測することができ、上述した通り、第１基準面ＲＳ１と尺骨軸、及び第２基準面ＲＳ２と第３中手骨の軸がほぼ平行な状態にあるため、上記センサ本体２の曲げ角度に基づいて、手首を掌屈させた際や手首を背屈させた際の曲げ角度を取得することができる。
【００４５】
ここで、手首は２軸以上の自由度を有する関節であるため、図７に示すように手首を曲げる動作（撓屈及び尺屈）を行うこともできる。そのため、図６に示したようにセンサ本体２を手の甲に貼り付けた状態で、手首の撓屈及び尺屈を行った場合、図７に示すようにセンサ本体２の中間層２１が座屈するように変形してしまうことがある。
センサ本体２は、図７に示すように中間層２１が座屈したとしても、手首の掌屈時や背屈時における測定値には影響を及ぼさない。センサ本体２は、中間層２１の両面にある第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２の長さの差に基づいて曲げ角度を算出しているからである。
よって、本実施形態に係るセンサ本体２は、手首の関節等の２軸以上の自由度を有する関節の曲げ角度の取得にも適している。
【００４６】
本実施形態に係るセンサ本体２は、図５（a）〜図５（ｃ）に示したように、センサ本体２を肘の外側部分に装着して、肘関節の曲げ角度を測定する場合、使用時にセンサ本体２の装着位置にズレが生じて、図８（ａ）に示したように中間層２１に弛みが生じることがある。
このようなセンサ本体２の装着位置のズレの原因としては、以下の場合がある。
例えば、粘着剤層の粘着力が不充分な場合がある。
また、センサ本体２の装着は、サポータや衣類を介して行うことも可能であるが、このようにして装着した場合、サポータ等の締め付けがゆるみ、その結果、中間層２１に弛みが生じる場合がある。
しかしながら、センサ本体２を用いた測定では、中間層２１に弛みが生じたとしても肘関節の曲げ角度を正確に測定することができる。以下、図８（ｂ）を参照しながら、その理由を説明する。
【００４７】
図８（ｂ）は本発明の実施形態に係るセンサ本体の特性を説明するための図である。
図８（ｂ）に示す例において、センサ本体２は、中間層２１の変形状態によらず第１基準面ＲＳ１（取付け部材２３Ａの上面）と第２基準面ＲＳ２（取付け部材２３Ｂの上面）とのなす角度θが一定であり、図８（ｂ）では、第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とが同一平面内にあり、θ＝０である。
図８（ｂ）に示すように変形したセンサ本体２において、中間層２１の第１基準線分Ｓ１の長さＬ４（Ｓ１）と第２基準線分Ｓ２の長さＬ４（Ｓ２）との関係は、中間層２１の厚さをｔ（ここでは、中間層２１の厚さは一定とみなす）とすると、下記式（６）〜（８）で表すことができる。
【００４８】
【数３】
2020111073.tif 000005
【００４９】
（式（６）、（７）において、ρＬＳ２は、第２基準線分Ｓ２の変形時の曲率半径である。）
図８（ｂ）に示す例では、θ＝０のため、中間層２１の第１基準線分Ｓ１の長さＬ４（Ｓ１）と第２基準線分Ｓ２の長さＬ４（Ｓ２）とは、
Ｌ４（Ｓ１）＝Ｌ４（Ｓ２）
となる。
このように、中間層２１の変形状態を問わず、第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角度θが０（ｒａｄ）の場合、式（８）におけるθtが０になり、第１基準線分Ｓ１の長さＬ４（Ｓ１）と第２基準線分Ｓ２の長さＬ４（Ｓ２）とが同一となる。そのため、中間層２１に弛みが生じた場合などであっても、Ｌ４（Ｓ１）とＬ４（Ｓ２）の差と中間層２１の厚さｔとから第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角度θをセンサ本体の２の曲げ角度として測定することができる。
また、図８（ｂ）は、第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす角度θが０（ｒａｄ）の場合を示しているが、第１基準面ＲＳ１と第２基準面ＲＳ２とのなす任意の曲げ角度θ（ｒａｄ）は、式（８）を変形させた次の式（９）に基づいて求めることができる。
【００５０】
【数４】
2020111073.tif 000006
【００５１】
センサ本体２を用いた上述の測定を行うために、センサ装置１は解析装置３を備える。
解析装置３は、センサ本体２が備える第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂのそれぞれの検出部１６の静電容量を計測する検出回路３ａ、取得した静電容量に基づいて第１基準線分Ｓ１及び第２基準線分Ｓ２のそれぞれの長さを算出し、センサ本体２の伸び量や曲げ角度を算出するための演算部３ｂを備えている。
図９は、本発明の実施形態に係るセンサ装置の解析装置が備える検出回路の一例を説明するための図である。
【００５２】
検出回路３ａは、キャリアを発生させるための発振回路５１と、センサ素子２２Ａ、２２Ｂのそれぞれに接続されたＣ／Ｖ変換回路５２Ａ、５２Ｂと、差動増幅調整機能を有する回路５３とを有する。
検出回路３ａは、第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂのそれぞれの検出部で検出された静電容量Ｃを電圧信号Ｖに変換し、第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂのそれぞれから取得した電気信号の差分を増幅して出力する。
検出回路３ａから出力された信号は、演算回路５４（演算部３ｂ）に入力され、センサ本体２の伸び量や曲げ角度の算出に用いられる。
解析装置３において静電容量を計測するための検出回路の構成はこのような構成に限定されるわけではない。
【００５３】
表示器４は、モニター４ａ、記憶部４ｂを備えている。
表示器４において、モニター４ａは測定対象物の伸び量や、曲げ角度等の測定結果を表示する。また、記憶部４ｃは、上記測定結果、伸び量や曲げ角度の算出に使用したデータを記憶する。
なお、演算部３ｂ及び表示器４としてパソコンやスマートフォン、タブレット等の端末機器を使用しても良い。
【００５４】
（第２実施形態）
本発明の本実施形態に係るセンサ本体は、第１実施形態に係るセンサ本体２に限定されない。
図１０（ａ）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体の別の一例を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
本実施形態に係るセンサ本体１０２は、中間層の両端に取付け部材を備えていない点で、第１実施形態のセンサ装置が備えるセンサ本体とは異なる。
センサ本体１０２は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、板状の中間層１２１と、中間層１２１の両面（上面及び下面）のそれぞれに積層された２つのセンサ素子１２２（第１センサ素子１２２Ａ及び第２センサ素子１２２Ｂ）とを備える。
ここで、センサ本体１０２が備える２つのセンサ素子１２２（第１センサ素子１２２Ａ及び第２センサ素子１２２Ｂ）は、第１実施形態のセンサ本体２が備える第１センサ素子２２Ａ及び第２センサ素子２２Ｂと同一である。
本実施形態の説明においても、図１０（ａ）に示すように、中間層１２１の長手方向をＸ方向（図１０（ａ）中、左右方向）、中間層１２１の厚さの方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向という。
【００５５】
中間層１２１は、中間層２１と同様の部材である。
中間層１２１の両面には、柔軟な接着剤層（図示せず）を介して第１センサ素子１２２Ａ及び第２センサ素子１２２Ｂが積層されている。なお、本実施形態においても接着剤層は必須ではない。
【００５６】
センサ本体１０２において、中間層１２１の上面の中央領域には第１基準線分Ｓ１１が設定されている。第１基準線分Ｓ１１は、中間層１２１の上面をＹ方向に２分する位置を通るように設定されている。中間層１２１の下面には、この下面をＹ方向に２分する位置を通る第２基準線分Ｓ１２が設定されている。第２基準線分Ｓ１２は、第１基準線分Ｓ１１と厚さ方向（Ｚ方向）で重なる位置に設定されており、第２基準線分Ｓ１２は第１基準線分Ｓ１１と平行である。
中間層１２１の上面に積層された第１センサ素子１２２Ａは、当該第１センサ素子１２２Ａの検出部１６のＸ方向両端縁が、第１基準線分Ｓ１１の端点Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを通りＹ方向に延びる２本の仮想線と、センサ本体１０２の厚さ方向（Ｚ方向）で重なるように、中間層１２１に積層されている。
また、中間層１２１の下面に積層された第２センサ素子１２２Ｂは、当該第２センサ素子１２２Ｂの検出部１６のＸ方向両端縁が、第２基準線分Ｓ１２の端点Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂを通りＹ方向に延びる２本の仮想線Ｖ２ａ、Ｖ２ｂと、センサ本体１０２の厚さ方向（Ｚ方向）で重なるように、中間層１２１に積層されている。
【００５７】
従って、センサ本体１０２では、中間層１２１の上面に設定した第１基準線分Ｓ１１と厚さ方向で検出部１６が重なるように第１センサ素子１２２Ａが設けられ、中間層１２１の下面に設定した第２基準線分Ｓ１２と厚さ方向で検出部１６が重なるように第２センサ素子１２２Ｂが設けられている。
センサ本体１０２は、センサ本体２と同様、センサ本体１０２（中間層１２１）の伸縮変形による伸び量を、第１基準線分Ｓ１１の長さの変化量と第２基準線分Ｓ１２の長さの変化量との平均値として算出することができる。
【００５８】
更に、センサ本体１０２では、中間層１２１の上面１２１ａと同一平面内にあって、第１基準線分Ｓ１１の端点Ｐ１１ａを含み、端点Ｐ１１ａより外方（第１基準線分Ｓ１１側と反対側）の任意の領域を第１基準面（図示せず）とする。また、中間層１２１の上面１２１ａと同一平面内にあって、第１基準線分Ｓ１１の端点Ｐ１１ｂを含み、端点Ｐ１１ｂより外方の任意の領域を第２基準面（図示せず）とする。この場合、中間層１２１の上面における所定の一部の領域は第１基準面に相当し、中間層１２１の上面における所定の他の一部の領域は第２基準面に相当する。
センサ本体１０２は、センサ本体１０２の曲げ角度を第１基準面と第２基準面とのなす角度として算出する。
【００５９】
センサ本体１０２では、中間層１２１が変形した際に生じる、中間層１２１の中心部の長さの変化を伸び量として、第１基準面と第２基準面とのなす角度の変化を曲げ角度として把握することができる。
従って、センサ本体１０２は、センサ本体２と同様、測定対象物の所定の位置に装着し、センサ本体１０２（中間層１２１）が変形した際に生じる上記伸び量や上記曲げ角度を計測することで、測定対象物の伸び量や曲げ角度を計測することができる。
ここで、本実施形態のセンサ本体１０２を用いた測定対象物の伸び量や曲げ角度の測定手法は、第１実施形態と同様である。
【００６０】
センサ本体１０２は、下面側にセンサ本体１０２を測定対象物に貼り付けるための粘着剤層（図示せず）を備えている。上記粘着剤層は、例えば、第１基準面、第２基準面とＺ方向で重なる位置にのみ備えていても良い。
【００６１】
（第３実施形態）
本発明の実施形態に係るセンサ本体において、当該センサ本体が備えるセンサ素子は、センサ素子２２に限定されず、誘電層（第１誘電層）及びその両面に形成された第１電極層及び第２電極層に加えて、第２誘電層及び第３電極層を備えるセンサ素子であっても良い。
図１１（a）は、本発明の実施形態に係るセンサ本体が備えるセンサ素子の別の一例を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（a）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００６２】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す静電容量型センサ素子４０は、エラストマー組成物からなるシート状の第１誘電層４１Ａと、第１誘電層４１Ａのおもて面に形成された第１電極層４２Ａと、第１誘電層４１Ａの裏面に形成された第２電極層４２Ｂと、第１誘電層４１Ａの表側に第１電極層４２Ａを覆うように積層された第２誘電層４１Ｂと、第２誘電層４１Ｂのおもて面に形成された第３電極層４２Ｃとを備える。
更に、センサ素子４０は、第１電極層４２Ａに連結された第１配線４３Ａと、第２電極層４２Ｂに連結された第２配線４３Ｂと、第３電極層４２Ｃに連結された第３配線４３Ｃと、第１配線４３Ａの第１電極層４２Ａと反対側の端部に取り付けられた第１接続部４４Ａと、第２配線４３Ｂの第２電極層４２Ｂと反対側の端部に取り付けられた第２接続部４４Ｂと、第３配線４３Ｃの第３電極層４２Ｃと反対側の端部に取り付けられた第３接続部４４Ｃとを備える。
また、センサ素子４０は、第１誘電層４１Ａの裏側及び第２誘電層４１Ｂの表側のそれぞれに裏側保護層４５Ｂ及び表側保護層４５Ａが設けられている。
【００６３】
第１電極層４２Ａ〜第３電極層４２Ｃは、同一の平面視形状を有している。第１電極層４２Ａと第２電極層４２Ｂとは第１誘電層４１Ａを挟んで全体が対向しており、第１電極層４２Ａと第３電極層４２Ｃとは第２誘電層４１Ｂを挟んで全体が対向している。
センサ素子４０では、第１電極層４２Ａと第２電極層４２Ｂとの対向した部分、及び、第１電極層４２Ａと第３電極層４２Ｃとの対向した部分が検出部となり、第１電極層４２Ａと第２電極層４２Ｂとの対向した部分の静電容量と第１電極層４２Ａと第３電極層４２Ｃとの対向した部分の静電容量との和が検出部の静電容量となる。
このようなセンサ素子４０を備えたセンサ本体は、生体の皮膚表面に貼り付けた際に発生しうる、導体である生体と近接していること等をノイズ源とする計測精度の低下を排除し、より正確に静電容量の変化を計測するのに適している。
【００６４】
（第４実施形態）
本発明の本実施形態に係るセンサ本体は、第２実施形態に係るセンサ本体１０２において、更に補強部材を備えていても良い。
図１２は、本発明の実施形態に係るセンサ本体の別の一例を示す断面図である。
本実施形態に係るセンサ本体２０２は、図１２に示したように、第２実施形態に係るセンサ本体１０２と同様の構成を備え、更に補強部材１２４、１２５を備えている。なお、図１２中、第２実施形態に係るセンサ本体１０２と同様の部材については同様の符号を付している。
センサ本体２０２は、板状の中間層１２１と、中間層１２１の両面（上面及び下面）のそれぞれに積層された２つのセンサ素子（第１センサ素子１２２Ａ及び第２センサ素子１２２Ｂ）とを備える。センサ本体２０２は、更に、中間層１２１の長手方向（Ｘ方向）における両端部に補強部材１２４、１２５を備えている。
補強部材１２４、１２５は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる中間層１２１よりも剛性の高い部材である。補強部材１２４、１２５は、使用条件下では実質的に変形しない部材であることが好ましい。補強部材１２４、１２５の材質としては、センサ本体２が備える取付け部材２３Ａ、２３Ｂの材質と同様のものが挙げられる。
【００６５】
補強部材１２４、１２５は、中間層１２１の両面に積層された各センサ素子（第１センサ素子１２２Ａ及び第２センサ素子１２２Ｂ）のそれぞれの所定の位置に積層されている。補強部材１２４、１２５は接着剤層を介して固定されている。なお、図１２中、１２６は補強部材１２５を固定する接着剤層である。
補強部材１２４、１２５は、中間層１２１の上面に設定された第１基準線分Ｓ１１及び中間層１２１の下面に設定された第２基準線分Ｓ１２と厚さ方向（Ｚ方向）において重ならず、かつ第１基準線分Ｓ１１の端点Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂを通りＹ方向に延びる２本の仮想線（又は第２基準線分Ｓ１２の端点Ｐ１２ａ、Ｐ１２ｂを通りＹ方向に延びる２本の仮想線Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ（図１０（ａ）参照））と補強部材１２４、１２５における基準線分側の縁部とが厚さ方向で重なるような位置に積層されている。
【００６６】
補強部材１２４、１２５を備えたセンサ本体２０２は、センサ本体２０２が変形した際に、中間層１２１の一部の領域に設定された第１基準面及び／又は第２基準面に湾曲、伸長、収縮等の変形が発生することを抑制することができる。
そのため、本実施形態に係るセンサ本体２０２によれば、より高精度でセンサ本体２０２の伸び量や曲げ角度等の変形状態を把握することができる。
従って、センサ本体２０２は、測定対象物の所定の位置に装着し、センサ本体１０２（中間層１２１）が変形した際に生じる上記伸び量や上記曲げ角度を計測することで、測定対象物の伸び量や曲げ角度を計測することができる。
【００６７】
本実施形態に係るセンサ本体２０２は、中間層１２１の上面側及び下面側のそれぞれに補強部材１２４、１２５を備えているが、本発明の実施形態に係るセンサ本体２０２が上記補強部材を備える場合、当該補強部材は、中間層１２１の片面側にのみ設けられていても良い。
【００６８】
次に、上述した本発明の実施形態に係るセンサ装置の構成部材について説明する。
［センサ本体］
＜中間層＞
上記中間層は、自然状態では形状を保持しつつ、外力が負荷されると、その外力に応じて変形が可能な部材である。上記中間層の材質は特に限定されず、エラストマー製、布製などの部材である。
【００６９】
上記中間層がエラストマー製の場合、上記中間層は、エラストマー組成物を用いて形成されたシート状物である。
上記エラストマー組成物としては、例えば、エラストマーと、必要に応じて他の任意成分とを含有するものが挙げられる。
上記エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
上記エラストマー組成物は、エラストマー以外に、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤等を必要に応じて含有しても良い。
上記中間層の材質は、中間層及びセンサ素子の厚さを考慮した補正を行いやすい観点から、上記センサ素子を構成する保護層の材質と同一であることが好ましい。
【００７０】
上記中間層が布製の場合、上記中間層は、充分な伸縮性を有する布生地からなる。このとき、布生地は、伸縮等方性を有する布生地であっても良いし、伸縮異方性を有する布生地であっても良い。
【００７１】
上記中間層は、第１センサ素子及び第２センサ素子のそれぞれを積層する平行な対向する２面を有する板状体であれば良い。
上記中間層の平面視形状は特に限定されないが、矩形が好ましい。この場合、両端に取付け部材を固定し易い。また、上記中間層の平面視形状の寸法は特に限定されず、当該中間層に積層されたセンサ素子の寸法と同程度であっても良いし、センサ素子の寸法よりも大きくても良い。
上記中間層の寸法は特に限定されず、測定対象物の種類や測定箇所に応じて適宜選択すれば良い。
上記中間層の厚さは、１〜１０ｍｍが好ましい。上記中間層の厚さが１ｍｍ未満では、曲げ変形時における第１基準線分Ｓ１の変形量と第２基準線分Ｓ２の変形量との差が小さく、測定精度に劣る場合がある。一方、上記中間層の厚さが１０ｍｍを超えると、上記中間層の変形自体が阻害される場合がある。
【００７２】
上記中間層には、接着剤を介して上記センサ素子が積層（一体化）されていても良いし、直接積層されていても良い。後者の場合は、例えば、金型内でセンサ素子の間に中間層の材料を注型し、中間層の成型と同時に中間層とセンサ素子とを一体化すれば良い。また、中間層及びセンサ素子のそれぞれの素材のタック性を利用して両者を貼り合わせても良い。
【００７３】
＜センサ素子＞
以下、静電容量型センサ素子について説明する。
＜＜誘電層＞＞
上記静電容量型センサ素子は、エラストマー製の誘電層を備える。
上記誘電層は、エラストマー組成物を用いて形成されたシート状物であり、その表裏面の面積が変化するように可逆的に変形することができる。従って、上記誘電層は面方向に変形することができる。本発明の実施形態において、誘電層の表裏面とは、誘電層のおもて面及び裏面を意味する。
【００７４】
上記エラストマー組成物としては、例えば、エラストマーと、必要に応じて他の任意成分とを含有するものが挙げられる。
上記エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、水素添加ニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
これらのなかでは、永久歪み（または永久伸び）が小さい点で、ウレタンゴム、シリコーンゴムが好ましい。また、カーボンナノチューブとの密着性に優れる点では、ウレタンゴムが好ましい。
また、上記エラストマー組成物は、エラストマー以外に、可塑剤、酸化防止剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤、誘電性フィラー等を必要に応じて含有しても良い。
【００７５】
上記誘電層の平均厚さは、静電容量を大きくして検出感度の向上を図る観点から、１０〜１０００μｍが好ましい。より好ましくは、３０〜２００μｍである。
上記誘電層は、変形時に表裏面の面積が無伸長状態から３０％以上増大するように変形可能であることが好ましい。この場合、上記誘電層は、例えば、生体表面の変形に追従して変形するのに適している。
面積が３０％以上増大するように変形可能であるとは、荷重を掛けて面積を３０％増大させても破断することがなく、かつ、荷重を解放すると元の状態に復元する（即ち、弾性変形範囲にある）ことを意味する。
上記誘電層は、変形時に表裏面の面積が、５０％以上増大するように変形可能であることがより好ましく、１００％以上増大するように変形可能であることが更に好ましく、２００％以上増大するように変形可能であることが特に好ましい。
上記誘電層の面積の変形可能な範囲は、誘電層の設計（材質や形状等）により制御することができる。
【００７６】
＜＜電極層＞＞
上記静電容量型センサ素子は、導電材料を含有する導電性組成物からなる上記電極層を備える。
ここで、各電極層のそれぞれは、同一組成の導電性組成物から構成されていても良いし、異なる組成の導電性組成物から構成されていても良い。
【００７７】
上記導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノホーン、カーボンファイバー、導電性カーボンブラック、グラファイト、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、導電性高分子等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。
上記導電材料としては、カーボンナノチューブが好ましい。誘電層の変形に追従して変形する電極層の形成に適しているからである。
【００７８】
上記カーボンナノチューブとしては公知のカーボンナノチューブを使用することができる。上記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）であっても良いし、また、２層カーボンナノチューブ（ＤＷＮＴ）又は３層以上の多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）であっても良い（本明細書では、両者を合わせて単に多層カーボンナノチューブと称する）。更には、層数の異なるカーボンナノチューブを２種以上併用しても良い。
また、各カーボンナノチューブの形状（平均長さや繊維径、アスペクト比）も特には限定されない。上記カーボンナノチューブの形状は、静電容量型センサ素子に要求される導電性や耐久性、更には電極層を形成するための処理や費用を総合的に判断して適宜選択すれば良い。
【００７９】
上記導電性組成物は、上記導電材料以外に、例えば、導電材料のつなぎ材料として機能するバインダー成分や各種添加剤等を含有しても良い。
上記添加剤としては、例えば、導電材料のための分散剤、バインダー成分のための架橋剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、更には着色剤等が挙げられる。
【００８０】
＜＜保護層＞＞
上記静電容量型センサ素子は、上記保護層（表側保護層及び裏側保護層）が積層されていることが好ましい。上記保護層を設けることにより、電極層等を外部から電気的に絶縁することができる。また、上記保護層を設けることにより、静電容量型センサ素子の強度や耐久性を高めることができる。
上記保護層の材質としては、例えば、上記誘電層の材質と同様のエラストマー組成物等が挙げられる。
【００８１】
＜＜その他＞＞
上記静電容量型センサ素子は、図２等に示したように、通常、各電極層と接続された各配線が形成されている。
各配線は、誘電層の変形を阻害せず、かつ、誘電層が変形しても導電性が維持されるものであれば良く、例えば、上記電極層と同様の導電性組成物からなるものが挙げられる。
【００８２】
更に、上述した各配線それぞれの電極層と反対側の端部には、図２等に示したように、通常、外部配線と接続するための接続部が形成されている。これらの各接続部としては、例えば、銅箔等を用いて形成されたものが挙げられる。
このような静電容量型センサ素子の製造は、例えば、特開２０１６−９０４８７号公報に記載されたセンサシートの作製方法と同様の方法等、公知の手法によって行うことができる。
【００８３】
＜粘着剤層＞
上記センサ本体は、下面側の最外層に当該センサ本体を生体表面等の測定対象物に貼り付けるための粘着剤層を備えていても良い。
上記粘着剤層としては特に限定されず、例えば、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等からなる層が挙げられる。
ここで、各粘着剤は、溶剤型であっても良いし、エマルジョン型であっても良いし、ホットメルト型でも良い。
【００８４】
上記粘着剤層は、上記センサ本体の下面側の全体に設けられていても良いし、上記センサ本体の下面側の一部にのみ設けられていても良い。
ここで、センサ素子が上述した静電容量型センサ素子である場合は、下記（１）又は（２）のように粘着剤層が設けられていることが好ましい。即ち、
（１）センサ本体の厚さ方向において、静電容量型センサ素子の検出部と重ならない位置にのみ粘着剤層が設けられている。
（２）センサ本体の厚さ方向において、静電容量型センサ素子の検出部と重なる位置に設けられている粘着剤層が柔軟な粘着剤層である。
【００８５】
［解析装置］
上記解析装置は、上記センサ本体と接続されている。上記解析装置は、各センサ素子の上記検出部の静電容量に基づき、第１基準線分の長さに相当する長さの変化及び第２基準線分の長さに相当する長さの変化を計測する。
上記静電容量を計測する方法としては特に限定されず、上述した検出回路３ａを用いる方法のほか、従来公知の種々の方法を用いて計測することができる。
【００８６】
（他の実施形態）
本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更することができる。
本発明の実施形態に係るセンサ本体が備えるセンサ素子は、上述したような静電容量型センサ素子に限定されない。
上記センサ素子は、中間層に設定された第１基準線分及び第２基準線分のそれぞれの長さの変化を計測することができ、かつセンサ本体自身の変形や、測定対象物の変形を実質的に阻害しないものであれば良い。
上記中間層の両面に積層された第１センサ素子と第２センサ素子とは、第１実施形態のように同一であることが好ましい。この場合、例えば、測定時に温度変化が生じても精度良く測定することできる。
【００８７】
上述した実施形態では、主にセンサ本体２を人体の皮膚表面に直接貼り付けて測定する方法を説明したが、本発明の実施形態に係るセンサ本体２を用いて人体の関節の曲げ角度等を測定する場合、センサ本体２は、衣類やサポータ等を介して人体に装着しても良い。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００８９】
（実施例１）
本実施例では、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示したセンサ本体を作製し、その特性を評価した。図１３（ａ）は、本実施例で作製したセンサ本体を模式的に示す平面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。【００９０】
＜＜センサ素子の作製＞＞
ここでは、下記の手法によって図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示したセンサ素子４０を２つ作製した。
（１）誘電層（第１誘電層４１Ａ及び第２誘電層４１Ｂ）の作製
ポリオール（パンデックスＧＣＢ−４１、ＤＩＣ社製）１００質量部に対して、可塑剤（ジオクチルスルホネート）４０重量部と、イソシアネート（パンデックスＧＣＡ−１１、ＤＩＣ社製）１７．６２重量部とを添加し、アジテータで９０秒間撹拌混合し、誘電層用の原料組成物を調製した。
次に、原料組成物を２枚の保護フィルムの間に挟み込んだ状態で搬送しつつ、加熱装置（架橋炉）内で加熱した。ここでは、炉内温度７０℃、炉内時間３０分間の条件で架橋させ、保護フィルム付きの所定厚みのロール巻シートを得た。その後、７０℃に調節した炉で１２時間後架橋させ、ポリエーテル系ウレタンエラストマーからなる厚さ１００μｍのシートを作製した。得られたシートを裁断し、７５ｍｍ×８ｍｍ×厚さ１００μｍのシートを２枚作製した。裁断されたシートの１枚について、角部の１箇所を８ｍｍ×２．６ｍｍ×厚さ１００μｍのサイズで切り落として第１誘電層を作製した。また、裁断されたシートのもう１枚について、角部の１箇所を８ｍｍ×５．３ｍｍ×厚さ１００μｍのサイズで切り落として第２誘電層を作製した。【００９１】
作製した誘電層について、切断時伸び（％）及び比誘電率を測定した。切断時伸び（％）は５０５％、比誘電率は５．８であった。
上記切断時伸びは、ＪＩＳ  Ｋ  ６２５１に準拠して測定した。このとき、引張速度は５００ｍｍ／ｍｉｎとした。
上記比誘電率は、直径２０ｍｍの電極で誘電層を挟み、ＬＣＲハイテスタ（日置電機社製、３５２２−５０）を用いて計測周波数１ｋＨｚで静電容量を測定し、電極面積と測定試料の厚さから算出した。【００９２】
（２）電極層材料の調製
大陽日酸社製の高配向カーボンナノチューブ（層数４〜１２層、繊維径１０〜２０ｎｍ、繊維長さ１５０〜３００μｍ、炭素純度９９．５％）３０ｍｇをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）３０ｇに添加し、ジェットミル（ナノジェットパル  ＪＮ１０−ＳＰ００３、常光社製）を用いて湿式分散処理を施し、２倍に希釈して濃度０．０５重量％のカーボンナノチューブ分散液を得た。【００９３】
（３）保護層（表側保護層４５Ａ及び裏側保護層４５Ｂ）の作製
上述した（１）誘電層の作製と同様の手法を用いて、ポリエーテル系ウレタンエラストマー製で、７５ｍｍ×８ｍｍ×厚さ１００μｍの裏側保護層と、６７ｍｍ×８ｍｍ×厚さ１００μｍの表側保護層とを作製した。【００９４】
（４）静電容量型センサ素子４０の作製
下記の作製工程（ａ）〜（ｅ）を経て、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示した静電容量型センサ素子４０を作製した。
（ａ）上記（３）の工程で作製した裏側保護層４５Ｂの片面（表面）に、離型処理されたＰＥＴフィルムに所定の形状の開口部が形成されたマスク（図示せず）を貼り付けた。
上記マスクには、第２電極層及び第２配線に相当する開口部が形成されており、開口部のサイズは、第２電極層に相当する部分が、幅５ｍｍ×長さ５０ｍｍ、第２配線に相当する部分が幅１．５ｍｍ×長さ６ｍｍである。【００９５】
次に、上記（２）の工程で調製したカーボンナノチューブ分散液を単位面積（ｃｍ２）あたりの塗布量が０．２２３ｇとなるようにエアブラシを用いて塗布した。続いて、１００℃で１０分間乾燥させ、第２電極層４２Ｂ及び第２配線４３Ｂを形成した。その後、マスクを剥離した。【００９６】
（ｂ）第２電極層４２Ｂの全体と第２配線４３Ｂの一部とを被覆するように、上記（１）の工程で作製した第１誘電層４１Ａを裏側保護層４５Ｂ上に積層した。
更に、第１誘電層４１Ａの表側に、上記工程（ａ）で採用した手法と同様の手法を用いてカーボンナノチューブ分散液を塗布し、乾燥させることによって所定の位置（第２電極層４２Ｂ及び第１電極層４２Ａを平面視した際に、両者が重なる位置）に第１電極層４２Ａ及び第１配線４３Ａを形成した。【００９７】
（ｃ）第１電極層４２Ａの全体と第１配線４３Ａの一部とを被覆するように、上記（１）の工程で作製した第２誘電層４１Ｂを第１誘電層４１Ａ上に積層した。
更に、第２誘電層４１Ｂの表側に、上記工程（ａ）で採用した手法と同様の手法を用いてカーボンナノチューブ分散液を塗布し、乾燥させることによって所定の位置（第３電極層４２Ｃ及び第１電極層４２Ａを平面視した際に、両者が重なる位置）に第３電極層４２Ｃ及び第３配線４３Ｃを形成した。【００９８】
（ｄ）第３電極層４２Ｃ及び第３配線４３Ｃを形成した第２誘電層４１Ｂの表側に、第３電極層４２Ｃの全体と第３配線４３Ｃの一部とを被覆するように、上記（３）の工程で作製した表側保護層４５Ａを積層した。【００９９】
（ｅ）その後、第１配線４３Ａ、第２配線４３Ｂ及び第３配線４３Ｃのそれぞれの端部に銅箔を取り付けて、第１接続部４４Ａ、第２接続部４４Ｂ及び第３接続部４４Ｃとした。
次に、第１接続部４４Ａ、第２接続部４４Ｂ及び第３接続部４４Ｃのそれぞれに外部配線となるリード線を半田で固定し、センサ素子４０を完成した。【０１００】
＜＜センサ本体の作製＞＞
（１）中間層の準備
ＪＩＳ  Ｋ  ６２５１で採用されるダンベル状３号形と同形状で、ウレタンゴム製の中間層を準備した。
（２）補強部材の準備
厚さ５０μｍのＰＥＴ製の樹脂板を、上記中間層の端部の形状に対応する形状となるように切り出し、補強部材を準備した。
（３）接着剤の準備
接着剤として、両面テープ（日東電工社製、Ｎｏ．５００）を準備した。【０１０１】
（４）センサ本体の作製
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示したセンサ本体を作製した。
まず、上記工程（１）で準備した中間層３２１の両面（上下面）のそれぞれにセンサ素子４０を貼り付けた。両者の貼り合わせは、中間層及び保護層のそれぞれのタック性を利用して行った。
次に、中間層３２１の両面に貼り付けられた各センサ素子４０、４０の長手方向（Ｘ方向）両端部に上記（３）で準備した両面テープ（図示せず）を用いて、上記工程（２）で準備した補強部材３２４、３２５を固定した。これによりセンサ本体３０２を作製した。
センサ本体３０２において、３１６はセンサ素子４０の検出部、３１９はセンサ素子４０に取り付けられたリード線である。【０１０２】
＜センサ装置の組立＞
センサ本体３０２が備える２つのセンサ素子４０、４０のそれぞれのリード線３１９をＣ／Ｖ変換基板（自作品）に接続し、このＣ／Ｖ変換基板を出力電圧を測定するためのデジタルマルチメータ（日置社製、ＤＴ４２８２）に接続してセンサ装置とした。【０１０３】
［評価］
上記センサ装置を下記の手法で評価した。
＜１．曲げ評価１＞
図１４は、センサ本体を取り付けた測定冶具を示す写真である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、曲げ評価１を説明するための図である。
本評価は、測定冶具４０１を用いて行った。
測定冶具４０１は、図１４に示すように、２つのレバー（第１レバー４０２と、第２レバー４０３）を備えた回転台４０４と、回転台４０４の外縁に沿って設けられた角度目盛り４０６を有する。第２レバー４０３は、第１レバー４０２に対して回転可能に構成されている。また、回転台４０４の中央部分には円柱部材４０５が設けられており、この円柱部材４０５の寸法によって、測定時の曲げ半径を調整することができる。本評価では、円柱部材４０５の半径は１１ｍｍとした。【０１０４】
本評価では、センサ本体３０２を測定冶具４０１に固定して評価を行った。ここでは、補強部材３２４、３２５の一方が第１レバー４０２の上面４０２ａ（図１５（ａ）参照）上の位置し、他方が第２レバー４０３の上面４０３ａ（図１５（ａ）参照）上の位置するようにセンサ本体３０２を配置し、センサ本体３０２の両端部をクランプ部材４０７で第１レバー４０２及び第２レバー４０３のそれぞれに固定した。また、本評価では、センサ素子４０の伸びが円柱部材４０５によって阻害されることなく、センサ素子の長さ方向全体にわたってほぼ均一に伸長するように低摩擦性の伸縮布を介してセンサ本体３０２を測定冶具４０１に取り付けた。
本評価では、図１４、図１５（ａ）に示した状態を曲げ角度０°の初期状態とする。
なお、図１４の写真と、図１５（ａ）、図１５（ｂ）の模式図とは、上下が逆である。【０１０５】
次に、第１レバー４０２を固定したまま、円柱部材４０５を中心として第２レバー４０３を回転移動させ、そのときの第２レバー４０３の上面４０３ａが初期状態から回転した角度を曲げ角度とした。
この場合、図１５（ｂ）に示したように、センサ本体３０２には、伸びを伴いながら、曲げられることとなる。
本評価では、第２レバー４０３は、１５°毎に７５°まで回転させ、センサ本体が備えるセンサ素子４０の検出部３１６から取得された静電容量の変化に基づいて、中間層３２１に設けた第１基準線分Ｓ１の長さと第２基準線分Ｓ２の長さとの差を算出し、この長さの差を用いてセンサ本体の曲げ角度を算出した。結果を図１６に示した。ここでは、第１基準線分Ｓ１の長さに相当する長さ及び第２基準線分Ｓ２の長さに相当する長さとして、２つのセンサ素子のそれぞれの検出部３１６の長手方向の長さを算出した。【０１０６】
図１６には、（１）測定演算角度（補正なし）と（２）測定演算角度（補正あり）とをプロットし、それぞれを点線又は実線でつないだ。更に、各測定演算角度について、（３）実際の曲げ角度（実角度）とのずれ（測定エラー）を算出し、併せて図１６に示した。更に、図１６には、理論値を理想角度として示した。
ここで、
（１）測定演算角度（補正なし）とは、センサ素子４０のそれぞれで実測された電圧（センサ素子４０の検出部の静電容量に応じた電圧）に基づいて、第１基準線分Ｓ１の長さ、及び、第２基準線分Ｓ２の長さのそれぞれの変化量（伸長量）を算出した後、両者の長さの差と中間層３２１の初期厚さとに基づいて算出した値である。
即ち、上記測定演算角度（補正なし）は、角度の単位を「ラジアン」から「°」に変換した以外は、上記式（３）を用いて算出した。【０１０７】
（２）測定演算角度（補正あり）とは、上記（１）の手法にて、第１基準線分Ｓ１の長さ及び第２基準線分Ｓ２の長さのそれぞれの変化量（伸長量）の差を算出した後、この長さの差と中間層３２１の厚さとに基づいて算出した値であって、上記厚さについて補正を施して算出した値である。
ここで、厚さの補正として、まずは初期厚さを［（中間層の初期厚さ：２ｍｍ）＋（センサ素子の厚さ：０．４ｍｍ）÷２×２］に補正した。
更に、曲げ変形の際に生じる厚さの変化分を補正するために、上記式（５）を用いて、曲げ角度を算出した。このとき、実際には、角度の単位を「°」するために下記式（１０）を用いて曲げ角度を算出した。【０１０８】
【数５】
2020111073.tif 000007
【０１０９】
（３）測定エラーとは、上記（１）測定演算角度（補正なし）及び上記（２）測定演算角度（補正あり）のそれぞれについて、「実際の曲げ角度（実角度）との差」を「実際の曲げ角度」に対する百分率で算出したものである。【０１１０】
図１６に示したように、（１）測定演算角度（補正なし）及び（２）測定演算角度（補正あり）はともに、実際の曲げ角度（実角度）とはほぼ比例関係にあるため、本発明の実施形態に係るセンサ本体３０２によれば、曲げ角度が測定できることが明らかとなった。
また、伸縮を伴う曲げの測定においては、実際の中間層の寸法を計算式に入れるだけで、キャリブレーション等で比例係数を求めることなく曲げ角度を検出することができるとの理由から（２）測定演算角度（補正あり）の方が（１）測定演算角度（補正なし）よりも測定精度に優れることが明らかとなった。【０１１１】
＜２．曲げ評価２＞
上記曲げ評価１では、センサ本体３０２を曲げ角度０°の状態で測定冶具４０１に固定し、その後、第１レバー４０２を固定したまま、第２レバー４０３を回転移動させて評価を行った。そのため、曲げ評価１の評価では、伸びを伴いながら、曲げ変形を生じている。
これに対して、曲げ評価２では、伸びを伴わずに曲げ変形のみが生じた際の曲げ角度の測定を評価した。曲げ評価２は、曲げ評価１と同様、測定冶具４０１を用いて評価した。【０１１２】
具体的には、測定冶具４０１が備える第１レバー４０２の上面４０２ａと第２レバー４０３の上面４０３ａとのなす実際の曲げ角度（実角度）を予め０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°のいずれかに調節しておき、この状態の測定冶具４０１にセンサ本体３０２を曲げ評価１と同様の手法で取り付け、センサ本体３０２が備える２つのセンサ素子４０の検出部３１６の静電容量（静電容量に応じたＣＶ変換後の電圧）を測定した。なお、センサ本体３０２は、引張応力が掛からないように測定冶具４０１に取り付けた。
検出部の静電容量に応じた電圧からそれぞれの検出部の長手方向の長さを算出し、各センサ素子の検出部の長さの差と中間層の厚さとから計算した測定演算角度を、図１７に示した。
なお、本評価でも、上記曲げ評価１と同様、第１基準線分Ｓ１の長さに相当する長さ及び第２基準線分Ｓ２の長さに相当する長さとして、２つのセンサ素子のそれぞれの検出部３１６の長手方向の長さを算出した。
ここでは、各曲げ角度における測定演算角度の算出は２回ずつ行い、図１７には２回の平均値をプロットし、各プロットを実線でつないだ。【０１１３】
図１７に示したように、センサ本体３０２が備える２つのセンサ素子４０のそれぞれの検出部の静電容量に基づいて算出した測定演算角度と、曲げ角度（実角度）とはほぼ比例関係にあり、本発明のセンサ本体３０２によれば、曲げ角度が測定できることが明らかとなった。【０１１４】
なお、本実施例において、検出部の静電容量に応じて取得した電圧から検出部の長手方向の長さＬｂを算出する際には、下記の計算式（１１）を採用した。
Ｌｂ＝Ｌa×（Ｖｂ／Ｖａ）・・・（１１）
(式（１１）中、Ｖaは未変形状態のセンサ素子で計測される出力電圧、Ｖｂは変形状態のセンサ素子で計測される出力電圧、Ｌaは未変形状態のセンサ素子における検出部の長手方向の長さ、Ｌｂは変形状態のセンサ素子における検出部の長手方向の長さである。)【０１１５】
＜３．伸び評価＞
ここでは、センサ本体３０２に曲げ変形を伴わずに、長手方向（センサ素子のＸ方向）に伸び変形のみを生じさせ、その際のセンサ本体３０２が備える２つのセンサ素子４０のそれぞれの検出部の静電容量をＣＶ変換した後、出力電圧の平均値を取得した。
このとき、センサ本体３０２は、補強部材３２４、３２５を把持して２ｍｍ刻みで、２０ｍｍまで伸ばした。
図１８には、上記出力電圧の平均値とセンサ本体の伸び長さ（伸び量）との関係を示した。
図１８に示したように、センサ本体３０２が備える２つのセンサ素子４０のそれぞれの検出部の静電容量に応じた出力電圧の平均値と、センサ本体の伸び量とはほぼ比例関係にあり、本発明の実施形態に係るセンサ本体によれば、伸び量も測定することができることが明らかとなった。【０１１６】
以上の結果から、本発明のセンサ本体によれば、測定対象物の伸び量と曲げ角度とを容易に、かつ正確に計測することができることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１１７】
１  センサ装置
２、１０２、２０２、３０２  センサ本体
３  解析装置
４  表示器
１１  誘電層
１２Ａ  表側電極層（第１電極層）
１２Ｂ  裏側電極層（第２電極層）
１３Ａ  表側配線
１３Ｂ  裏側配線
１４Ａ  表側接続部
１４Ｂ  裏側接続部
１５Ａ、４５Ａ  表側保護層
１５Ｂ、４５Ｂ  裏側保護層
１６、３１６  検出部
１９、３１９  リード線
２１、１２１、３２１  中間層
２２、４０、１２２  センサ素子
２２Ａ、１２２Ａ  第１センサ素子
２２Ｂ、１２２Ｂ  第２センサ素子
２３Ａ、２３Ｂ  取付け部材
４１Ａ  第１誘電層
４１Ｂ  第２誘電層
４２Ａ  第１電極層
４２Ｂ  第２電極層
４２Ｃ  第３電極層
４３Ａ  第１配線
４３Ｂ  第２配線
４３Ｃ  第３配線
４４Ａ  第１接続部
４４Ｂ  第２接続部
４４Ｃ  第３接続部
１２４、１２５、３２４、３２５  補強部材
４０１  測定冶具
Ｓ１、Ｓ１１  第１基準線分
Ｓ２、Ｓ１２  第２基準線分
Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ１１ａ、Ｐ１１ｂ  端点
ＲＳ１  第１基準面
ＲＳ２  第２基準面
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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