JP7496119B2 - Tilt Sensors and Wearable Sensors - Google Patents
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Description
本発明は、傾斜センサ及びウェアラブルセンサに関する。 The present invention relates to a tilt sensor and a wearable sensor.
傾きセンサとして、ＭＥＭＳ型、静電容量型、導電球型、錘型などが知られている（例えば、特許文献１参照）。このうちＭＥＭＳ型の傾きセンサの実用化が進んでいる。
また、フレキシブル基板上にセンサを形成したフレキシブルデバイスが知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなフレキシブルデバイスを衣類などに取り付けることにより、人の動きなどをモニタリングすることができる。
Known types of tilt sensors include MEMS type, capacitance type, conductive ball type, and cone type (see, for example, Patent Document 1). Of these, MEMS type tilt sensors are increasingly being put to practical use.
Also known is a flexible device in which a sensor is formed on a flexible substrate (see, for example, Patent Document 2). By attaching such a flexible device to clothing or the like, it is possible to monitor human movements and the like.
しかし、従来の傾きセンサをフレキシブルデバイスに実装しようとすると、半田付けが必要となりフレキシブル基板に高い耐熱性が要求される。このため、製造コストが高くなる。また、従来の傾きセンサは硬いため、着心地をよくするために緩衝材が必要となり、フレキシブルデバイスが大きくなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フレキシブルデバイスに適した傾斜センサを提供する。
However, when trying to mount a conventional tilt sensor on a flexible device, soldering is required, which requires the flexible substrate to have high heat resistance, which increases manufacturing costs. In addition, because conventional tilt sensors are hard, cushioning is required to make them comfortable to wear, which makes the flexible device larger.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a tilt sensor suitable for a flexible device.
本発明は、第１凹部を有する第１基材と、第１凹部中に配置された導電性液体と、第１検出端子と、第２検出端子と、第３検出端子と、第４検出端子と、制御部とを備え、前記導電性液体は、第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられ、第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置され、第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられ、前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾きを検出するように設けられたことを特徴とする傾斜センサを提供する。 The present invention provides a tilt sensor comprising a first substrate having a first recess, a conductive liquid disposed in the first recess, a first detection terminal, a second detection terminal, a third detection terminal, and a fourth detection terminal, and a control unit, the conductive liquid being arranged so that the conductive liquid moves in response to the tilt of the first substrate, the first, second, third, and fourth detection terminals being arranged on the inner surface of the first recess so as to surround the bottom of the first recess, the first, second, third, and fourth detection terminals being arranged so that they are in a conducting state when in contact with the conductive liquid and are in a non-conducting state when not in contact with the conductive liquid, and the control unit being arranged to detect the tilt based on the conducting or non-conducting state of the first, second, third, and fourth detection terminals.
第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置される。また、導電性液体は、第１凹部中において第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられる。このため、第１基材が傾くと、導電性液体は第１、第２、第３及び第４検出端子に接触したり接触しなかったりする。導電性液体は定まった形状を有さないため、第１、第２、第３及び第４検出端子の形状に合わせて変形することができる。このため、第１、第２、第３又は第４検出端子と、導電性液体との接触面積を広くすることができ、接触抵抗を小さくすることができる。このため、傾斜センサの小型化や高感度化が可能になる。また、導電性液体は柔らかいため、第１、第２、第３又は第４検出端子が摩耗することを抑制することができ、傾斜センサを長寿命化すること、第１、第２、第３又は第４検出端子の厚さを薄くすることなどが可能になる。
第１、第２、第３又は第４検出端子は、導電性を有する導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。このため、制御部を用いて第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき対象物に装着されている第１基材の傾斜方向を高精度で検出することができる。
The first, second, third and fourth detection terminals are arranged on the inner surface of the first recess so as to surround the bottom of the first recess. The conductive liquid is provided so that the conductive liquid moves in the first recess according to the inclination of the first substrate. Therefore, when the first substrate is inclined, the conductive liquid comes into contact with the first, second, third and fourth detection terminals or does not come into contact with them. Since the conductive liquid does not have a fixed shape, it can be deformed to match the shape of the first, second, third and fourth detection terminals. Therefore, the contact area between the first, second, third or fourth detection terminal and the conductive liquid can be increased, and the contact resistance can be reduced. This makes it possible to miniaturize the inclination sensor and increase its sensitivity. Furthermore, since the conductive liquid is soft, it is possible to suppress wear of the first, second, third or fourth detection terminal, thereby making it possible to extend the life of the inclination sensor and reduce the thickness of the first, second, third or fourth detection terminal.
The first, second, third and fourth detection terminals are provided to be in a conducting state when in contact with a conductive liquid having electrical conductivity, and to be in a non-conducting state when not in contact with the conductive liquid, and thus the tilt direction of the first substrate attached to the object can be detected with high accuracy based on the conducting or non-conducting state of the first, second, third and fourth detection terminals using the control unit.
本発明の傾斜センサは、第１凹部を有する第１基材と、第１凹部中に配置された導電性液体と、第１検出端子と、第２検出端子と、第３検出端子と、第４検出端子と、制御部とを備える。前記導電性液体は、第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられる。第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置される。第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられる。 The tilt sensor of the present invention comprises a first substrate having a first recess, a conductive liquid disposed in the first recess, a first detection terminal, a second detection terminal, a third detection terminal, a fourth detection terminal, and a control unit. The conductive liquid is disposed so that the conductive liquid moves in response to the tilt of the first substrate. The first, second, third, and fourth detection terminals are disposed on the inner surface of the first recess so as to surround the bottom of the first recess. The first, second, third, or fourth detection terminal is disposed so as to be in a conducting state when in contact with the conductive liquid, and to be in a non-conducting state when not in contact with the conductive liquid. The control unit is disposed so as to detect the tilt and tilt direction based on the conducting or non-conducting state of the first, second, third, and fourth detection terminals.
前記導電性液体は、液体金属であることが好ましい。
第１、第２、第３、第４検出端子は、それぞれ第１、第２、第３、第４検出端子対に含まれることが好ましい。また、各検出端子対は、前記導電性液体がその検出端子対に接触していると通電状態となり、前記導電性液体がその検出端子対に接触していないと非通電状態となる。このことにより、対象物に装着されている傾斜センサの傾斜方向を高精度で検出することができる。
本発明の傾斜センサは共通端子を備えることが好ましい。第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体がその検出端子及び共通端子に接触していると通電状態となり、かつ、前記導電性液体がその検出端子及び共通端子に接触していないと非通電状態となる。共通端子を設けることにより、傾斜センサの製造コストを低減することができる。
第１、第２、第３及び第４検出端子は、それぞれグラフェン層であることが好ましい。
The conductive liquid is preferably a liquid metal.
The first, second, third, and fourth detection terminals are preferably included in the first, second, third, and fourth detection terminal pairs, respectively. Each detection terminal pair is in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the detection terminal pair, and is in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the detection terminal pair. This makes it possible to detect the tilt direction of the tilt sensor attached to the target object with high accuracy.
The inclination sensor of the present invention preferably includes a common terminal. The first, second, third or fourth detection terminal is in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the detection terminal and the common terminal, and is in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the detection terminal and the common terminal. By providing the common terminal, the manufacturing cost of the inclination sensor can be reduced.
The first, second, third and fourth sensing terminals are preferably each a graphene layer.
第１、第２、第３及び第４検出端子並びに第１凹部の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。このことにより、導電性液体に対する濡れ性を悪くすることができ、第１凹部中において導電性液体が分割されたり引き伸ばされたりすることを抑制することができる。
本発明の傾斜センサは第２凹部を有する第２基材を備えることが好ましい。第１及び第２基材は、第１凹部と第２凹部が向かい合いチャンバを形成するように設けられる。このことにより、対象物に装着されている傾斜センサが上下逆さまになった場合でもこのことを検出することができる。
The surface roughness (maximum height Ry) of the first, second, third and fourth detection terminals and the first recess is preferably 5 μm or more and 100 μm or less, which can reduce wettability with respect to the conductive liquid and prevent the conductive liquid from being divided or stretched in the first recess.
The tilt sensor of the present invention preferably includes a second substrate having a second recess. The first and second substrates are arranged such that the first recess and the second recess face each other to form a chamber. This allows the tilt sensor to detect even if it is upside down when attached to an object.
本発明の傾斜センサは、第５検出端子と、第６検出端子と、第７検出端子と、第８検出端子とを備えることが好ましい。第５、第６、第７及び第８検出端子は、第２凹部の底を取り囲むように第２凹部の内側面上に配置される。第５、第６、第７又は第８検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられる。また、前記制御部は、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられる。このような構成の傾斜センサにより、傾斜センサが上下逆さまになった場合でも、対象物に装着されている傾斜センサが水平であること、傾斜していること、及び傾斜方向を検出することが可能になる。 The tilt sensor of the present invention preferably includes a fifth detection terminal, a sixth detection terminal, a seventh detection terminal, and an eighth detection terminal. The fifth, sixth, seventh, and eighth detection terminals are arranged on the inner surface of the second recess so as to surround the bottom of the second recess. The fifth, sixth, seventh, or eighth detection terminal is provided so as to be in a conducting state when in contact with the conductive liquid, and is provided so as to be in a non-conducting state when not in contact with the conductive liquid. The control unit is also provided so as to detect the tilt and tilt direction based on the conducting or non-conducting state of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, and eighth detection terminals. With such a configuration of the tilt sensor, even if the tilt sensor is turned upside down, it is possible to detect whether the tilt sensor attached to the object is horizontal, tilted, and the tilt direction.
本発明は、本発明の傾斜センサと、第１基材を搭載するフレキシブル基板とを備えたウェアラブルセンサも提供する。また、前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢を検出するように設けられる。本発明のウェアラブルセンサを用いると、人又は動物の体勢をモニタリングすることが可能になる。
本発明のウェアラブルセンサはフレキシブル基板に搭載された歪みセンサを備えることが好ましい。前記歪みセンサは、伸縮性基材と、伸縮性基材上に設けられた第２グラフェン層とを含み、伸縮性基材は、ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸に伴う腹部の動きに応じて第２グラフェン層と共に伸縮するように設けられ、前記制御部は、第２グラフェン層の導電性の変化に基づき前記呼吸を検出するように設けられる。このことによりウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸をモニタリングすることが可能になる。
The present invention also provides a wearable sensor including the inclination sensor of the present invention and a flexible substrate carrying a first base material. The control unit is configured to detect the posture of a person or animal wearing the wearable sensor based on the energized or non-energized states of the first, second, third and fourth detection terminals. The use of the wearable sensor of the present invention makes it possible to monitor the posture of a person or animal.
The wearable sensor of the present invention preferably includes a strain sensor mounted on a flexible substrate. The strain sensor includes a stretchable substrate and a second graphene layer provided on the stretchable substrate, the stretchable substrate is configured to stretch together with the second graphene layer in response to abdominal movement accompanying breathing of a person or animal wearing the wearable sensor, and the control unit is configured to detect the breathing based on a change in the conductivity of the second graphene layer. This makes it possible to monitor the breathing of the person or animal wearing the wearable sensor.
本発明のウェアラブルセンサはフレキシブル基板に搭載された湿度センサを備えることが好ましい。前記湿度センサは感湿層を含み、感湿層はチオスピネル化合物を含み、前記チオスピネル化合物の構成元素は、亜鉛、インジウム、硫黄を含み、前記制御部は、感湿層の導電性の変化に基づきウェアラブルセンサを装着した人又は動物の排尿、排便又は発汗を検出するように設けられる。このことによりウェアラブルセンサを装着した人又は動物の排尿、排便又は発汗をモニタリングすることが可能になる。
前記湿度センサは、感湿層を覆う防水通気フィルタを備えることが好ましい。このことにより、尿などが感湿層に侵入し感湿層の電気抵抗変化に影響を与えることを抑制することができる。
前記制御部は、フレキシブル基板上の配線に接続する測定部と、測定部により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部と、無線通信部と無線接続できるように設けられた情報機器とを含むことが好ましい。このことにより、ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢、呼吸、排尿などを遠隔でモニタリングすることが可能になる。
The wearable sensor of the present invention preferably includes a humidity sensor mounted on a flexible substrate. The humidity sensor includes a humidity-sensitive layer, the humidity-sensitive layer includes a thiospinel compound, and the constituent elements of the thiospinel compound include zinc, indium, and sulfur. The control unit is configured to detect urination, defecation, or sweating of a person or animal wearing the wearable sensor based on a change in electrical conductivity of the humidity-sensitive layer. This makes it possible to monitor urination, defecation, or sweating of a person or animal wearing the wearable sensor.
The humidity sensor preferably includes a waterproof breathable filter that covers the moisture-sensitive layer, thereby preventing urine or the like from entering the moisture-sensitive layer and affecting the change in electrical resistance of the moisture-sensitive layer.
The control unit preferably includes a measurement unit connected to wiring on the flexible substrate, a wireless communication unit provided to wirelessly transmit data measured by the measurement unit, and an information device provided to wirelessly connect to the wireless communication unit, thereby making it possible to remotely monitor the posture, breathing, urination, etc. of a person or animal wearing the wearable sensor.
以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。 The present invention will be described in more detail below with reference to several embodiments. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.
第１実施形態
図１は本実施形態の傾斜センサの概略断面図であり、図２は本実施形態の傾斜センサに含まれる第１基材の概略平面図であり、図３は本実施形態の傾斜センサに含まれるフレキシブル基板の概略平面図である。図１は、図２、３の破線Ａ－Ａにおける断面図である。また、図１０は、本実施形態の傾斜センサを含むウェアラブルセンサの概略平面図である。
本実施形態の傾斜センサ４０は、第１凹部５を有する第１基材２と、第１凹部５中に配置された導電性液体６と、第１検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第２検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第３検出端子４（４ａ～４ｐ）と、第４検出端子４（４ａ～４ｐ）と、制御部７を備え、導電性液体６は、第１基材２の傾きに応じて導電性液体６が移動するように設けられ、第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）は、第１凹部５の底２４を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置され、第１、第２、第３又は第４検出端子４（４ａ～４ｐ）は、導電性液体６と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、導電性液体６と接触していないと非通電状態となるように設けられ、制御部７は、第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられたことを特徴とする。
また、傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４を有してもよい。
First embodiment Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of the inclination sensor of this embodiment, Fig. 2 is a schematic plan view of a first substrate included in the inclination sensor of this embodiment, and Fig. 3 is a schematic plan view of a flexible substrate included in the inclination sensor of this embodiment. Fig. 1 is a cross-sectional view taken along dashed line A-A in Figs. 2 and 3. Fig. 10 is a schematic plan view of a wearable sensor including the inclination sensor of this embodiment.
The tilt sensor 40 of this embodiment includes a first substrate 2 having a first recess 5, a conductive liquid 6 arranged in the first recess 5, a first detection terminal 4 (4a to 4p), a second detection terminal 4 (4a to 4p), a third detection terminal 4 (4a to 4p), a fourth detection terminal 4 (4a to 4p), and a control unit 7. The conductive liquid 6 is provided so that it moves in response to the tilt of the first substrate 2. The first, second, third, and fourth detection terminals 4 (4a to 4p) are disposed in the first recess 5. The first recess 5 is disposed on an inner surface 25 of the first recess 5 so as to surround the bottom 24, and the first, second, third or fourth detection terminal 4 (4a to 4p) is arranged to be in a conductive state when in contact with the conductive liquid 6, and to be in a non-conductive state when not in contact with the conductive liquid 6, and the control unit 7 is arranged to detect the tilt and the tilt direction based on the conductive state or non-conductive state of the first, second, third and fourth detection terminals 4 (4a to 4p).
The tilt sensor 40 may also include a flexible substrate 14 .
傾斜センサ４０は、傾き及び傾き方向を検出するように設けられたセンサである。傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４にセンサ素子１６が搭載された構成を有することができる。例えば、衣類、人体、ペットなど（対象物）が傾斜センサ４０を装着することができる。
第１基材２は、センサ素子１６の基材であり、第１凹部５を有する。第１基材２の材料は、センサ素子１６の基材となりうる材料であれば特に限定されないが、エラストマー材料とすることができる。エラストマー材料は、例えば、シリコーンゴム（ＰＤＭＳなど）、フッ素ゴム、ウレタンゴム、加硫ゴム（天然ゴム、合成ゴム）などの熱硬化性エラストマーである。このことにより、センサ素子１６が柔軟性を有することができ、傾斜センサ４０を衣類に装着した場合や、傾斜センサ４０を人体やペットなどに装着した場合でも、不快感を生じさせることを抑制することができる。また、第１基材２の材料を熱硬化性エラストマーとすることにより、凹部の表面にレーザーを照射し第１凹部５の表面などに微細凹凸構造を形成することが可能になる。このような微細凹凸構造を形成することにより、導電性液体６に対する第１凹部５などの表面の濡れ性を悪くすることができる。
また、第１基材２の材料は、絶縁性材料とすることができる。
The tilt sensor 40 is a sensor provided to detect tilt and tilt direction. The tilt sensor 40 may have a configuration in which a sensor element 16 is mounted on a flexible substrate 14. For example, the tilt sensor 40 may be attached to clothing, a human body, a pet, or the like (object).
The first substrate 2 is a substrate of the sensor element 16 and has a first recess 5. The material of the first substrate 2 is not particularly limited as long as it is a material that can be a substrate of the sensor element 16, but can be an elastomer material. The elastomer material is, for example, a thermosetting elastomer such as silicone rubber (such as PDMS), fluororubber, urethane rubber, vulcanized rubber (natural rubber, synthetic rubber). This allows the sensor element 16 to have flexibility, and even when the tilt sensor 40 is attached to clothing or to a human body or pet, it is possible to suppress the occurrence of discomfort. In addition, by using a thermosetting elastomer as the material of the first substrate 2, it is possible to irradiate the surface of the recess with a laser and form a fine uneven structure on the surface of the first recess 5, etc. By forming such a fine uneven structure, the wettability of the surface of the first recess 5, etc. with respect to the conductive liquid 6 can be deteriorated.
The material of the first substrate 2 may be an insulating material.
第１凹部５は、第１基材２の上面に設けられた凹部である。第１凹部５は、例えば、底２４を有するテーパ穴とすることができる。また、第１凹部５の開口部は円形とすることができる。また、第１凹部５は、底２４を取り囲む内側面２５を有することができる。内側面２５は、第１基材２の上面に垂直な方向に対する角度が３０度以上６０度以下である傾斜面とすることができる。内側面２５は、平面であってもよく曲面であってもよい。また、第１凹部５の開口部の大きさは、例えば、底２４の大きさの１．２倍以上６倍以下とすることができる。また、底２４の形状は、円形とすることができ、第１凹部５の開口部の相似形とすることができる。 The first recess 5 is a recess provided on the upper surface of the first substrate 2. The first recess 5 can be, for example, a tapered hole having a bottom 24. The opening of the first recess 5 can be circular. The first recess 5 can have an inner side surface 25 surrounding the bottom 24. The inner side surface 25 can be an inclined surface with an angle of 30 degrees or more and 60 degrees or less with respect to the direction perpendicular to the upper surface of the first substrate 2. The inner side surface 25 can be a flat surface or a curved surface. The size of the opening of the first recess 5 can be, for example, 1.2 times or more and 6 times or less the size of the bottom 24. The shape of the bottom 24 can be circular and can be a similar shape to the opening of the first recess 5.
第１凹部５は、導電性液体６を移動可能な状態で閉じ込めるチャンバ２２の一部となる。チャンバ２２は、第１凹部５の上部をフレキシブル基板１４などの樹脂膜で覆うことにより形成してもよい。また、チャンバ２２は、図１に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２の上部に第２凹部１２を有する第２基材１１を配置し第１凹部５と第２凹部１２とを向かい合わせることにより形成してもよい。第２基材１１の材料は、エラストマー材料とすることができる。上述の第１基材２についての説明は、矛盾がない限り第２基材１１についても当てはまる。また、上述の第１凹部５についての説明は、矛盾がない限り第２凹部１２についても当てはまる。
第２基材１１は、第１基材２に直接接着されていてもよく、第１基材２に接着されたフレキシブル基板１４に接着されていてもよい。
The first recess 5 becomes a part of the chamber 22 that confines the conductive liquid 6 in a movable state. The chamber 22 may be formed by covering the upper part of the first recess 5 with a resin film such as a flexible substrate 14. The chamber 22 may also be formed by disposing a second substrate 11 having a second recess 12 on the upper part of the first substrate 2 and facing the first recess 5 and the second recess 12, as in the tilt sensor 40 shown in FIG. 1. The material of the second substrate 11 may be an elastomer material. The above description of the first substrate 2 also applies to the second substrate 11 unless there is a contradiction. The above description of the first recess 5 also applies to the second recess 12 unless there is a contradiction.
The second substrate 11 may be directly bonded to the first substrate 2 , or may be bonded to a flexible substrate 14 that is bonded to the first substrate 2 .
傾斜センサ４０は、少なくとも４つの検出端子４（４ａ～４ｐ）を有する。これらの検出端子４は、第１凹部５の底２４を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置される。また、検出端子４は、その端部が底２４側に位置し、端部から伸びる素子配線３が第１凹部５の外側に伸びるように設けることができる。また、検出端子４から伸びる素子配線３は、第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）に接続することができる。２つの検出端子４が検出端子対８（８ａ～８ｈ）を構成する。 The tilt sensor 40 has at least four detection terminals 4 (4a to 4p). These detection terminals 4 are arranged on the inner surface 25 of the first recess 5 so as to surround the bottom 24 of the first recess 5. The detection terminals 4 can be arranged so that their ends are located on the bottom 24 side and the element wiring 3 extending from the ends extends outside the first recess 5. The element wiring 3 extending from the detection terminals 4 can be connected to element terminals 15 (15a to 15l) provided on the first substrate 2 outside the first recess. Two detection terminals 4 constitute a detection terminal pair 8 (8a to 8h).
検出端子４、素子配線３及び素子端子１５は、導電体層であり、例えば、グラフェン層、金属層などである。検出端子４、素子配線３及び素子端子１５の形成方法は、例えば、印刷法、転写法、蒸着などである。検出端子４、素子配線３及び素子端子１５がグラフェン層である場合、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材２上に転写することにより検出端子４、素子配線３及び素子端子１５を形成することができる。このことにより、第１凹部５の内側面２５に適切な厚さの検出端子４を形成することができる。 The detection terminal 4, the element wiring 3, and the element terminal 15 are conductive layers, such as graphene layers and metal layers. The detection terminal 4, the element wiring 3, and the element terminal 15 are formed by, for example, printing, transfer, deposition, and the like. When the detection terminal 4, the element wiring 3, and the element terminal 15 are graphene layers, the detection terminal 4, the element wiring 3, and the element terminal 15 can be formed by transferring a laser-induced graphene (LIG) layer formed by irradiating a polyimide film with a CO2 laser beam onto the first substrate 2. This allows the detection terminal 4 to be formed with an appropriate thickness on the inner surface 25 of the first recess 5.
検出端子対８（８ａ～８ｈ）は、２つの検出端子４から構成され、２つの検出端子４は、所定の間隔を開けて配置されている。このため、検出端子対８を構成する２つの検出端子４に導電性液体６が接触していない場合、２つの検出端子４は電気的に分離され、その検出端子対８は通電状態とはならない（非通電状態となる）。また、検出端子対８に導電性液体６が接触すると２つの検出端子４が電気的に接続され、その検出端子対８は通電状態となる。
例えば、傾斜センサ４０が４つの検出端子対８を有する場合、４つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が約９０度となるように第１凹部５の底２４を取り囲む。例えば、傾斜センサ４０が８つの検出端子対８を有する場合、８つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が約４５度となるように第１凹部５の底２４を取り囲む。このように傾斜センサ４０が多くの検出端子対８を有することにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。
Each detection terminal pair 8 (8a to 8h) is composed of two detection terminals 4, and the two detection terminals 4 are arranged with a predetermined distance between them. Therefore, when the conductive liquid 6 is not in contact with the two detection terminals 4 constituting the detection terminal pair 8, the two detection terminals 4 are electrically separated, and the detection terminal pair 8 is not in a conducting state (is in a non-conducting state). When the conductive liquid 6 comes in contact with the detection terminal pair 8, the two detection terminals 4 are electrically connected, and the detection terminal pair 8 is in a conducting state.
For example, when the tilt sensor 40 has four detection terminal pairs 8, the four detection terminal pairs 8 surround the bottom 24 of the first recess 5 such that the angle between any two adjacent detection terminal pairs 8 is about 90 degrees. For example, when the tilt sensor 40 has eight detection terminal pairs 8, the eight detection terminal pairs 8 surround the bottom 24 of the first recess 5 such that the angle between any two adjacent detection terminal pairs 8 is about 45 degrees. By having many detection terminal pairs 8 in this way, the tilt sensor 40 can improve the accuracy of tilt direction detection.
図１に示した傾斜センサ４０は、図２に示したように、８個の検出端子対８（８ａ～８ｈ）及び１６個の検出端子４（４ａ～４ｐ）を有する。具体的には、傾斜センサ４０は、検出端子４ａ、４ｂからなる検出端子対８ａ、検出端子４ｃ、４ｄからなる検出端子対８ｂ、検出端子４ｅ、４ｆからなる検出端子対８ｃ、検出端子４ｇ、４ｈからなる検出端子対８ｄ、検出端子４ｊ、４ｉからなる検出端子対８ｅ、検出端子４ｌ、４ｋからなる検出端子対８ｆ、検出端子４ｍ、４ｎからなる検出端子対８ｇ、検出端子４ｏ、４ｐからなる検出端子対８ｈを有する。また、隣接する２つの検出端子対８は、隣接する２つの検出端子対８の間の角度が４５度となっている。また、検出端子４ａ～４ｐのぞれぞれは、素子端子１５ａ～１５ｌのいずれかに接続している。 The tilt sensor 40 shown in FIG. 1 has eight detection terminal pairs 8 (8a to 8h) and 16 detection terminals 4 (4a to 4p) as shown in FIG. 2. Specifically, the tilt sensor 40 has a detection terminal pair 8a consisting of detection terminals 4a and 4b, a detection terminal pair 8b consisting of detection terminals 4c and 4d, a detection terminal pair 8c consisting of detection terminals 4e and 4f, a detection terminal pair 8d consisting of detection terminals 4g and 4h, a detection terminal pair 8e consisting of detection terminals 4j and 4i, a detection terminal pair 8f consisting of detection terminals 4l and 4k, a detection terminal pair 8g consisting of detection terminals 4m and 4n, and a detection terminal pair 8h consisting of detection terminals 4o and 4p. In addition, the angle between two adjacent detection terminal pairs 8 is 45 degrees. In addition, each of the detection terminals 4a to 4p is connected to one of the element terminals 15a to 15l.
検出端子対８に含まれる２つの検出端子４のうち一方は、素子端子１５を介してグラウンドに接続することができる。このことにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。また、グラウンドに接続する複数の検出端子４は、同じ素子端子１５に接続することができる。 One of the two detection terminals 4 included in the detection terminal pair 8 can be connected to ground via the element terminal 15. This can improve the accuracy of tilt direction detection by the tilt sensor 40. In addition, multiple detection terminals 4 connected to ground can be connected to the same element terminal 15.
チャンバ２２の底面、側面、天井面（図１に示した傾斜センサ４０では、第１凹部５の底２４、内側面２５、第２凹部１２の底２６、内側面２７、検出端子４ａ～４ｐの表面）は、導電性液体６に対し濡れがわるい（はじきがよい）面とすることができる。このことにより、傾斜センサ４０が傾斜した場合にチャンバ２２中において導電性液体６が速やかに移動することができる。また、チャンバ２２中において導電性液体６が分割されたり引き伸ばされたりすることを抑制することができる。チャンバ２２の底面、側面又は天井面と導電性液体６との接触角は、例えば９０度以上１７０度以下とすることができる。
チャンバ２２の底面、側面、天井面の導電性液体６に対する濡れ性を悪くする方法としては、チャンバ２２の底面、側面、天井面に濡れ性の悪い材料を用いること、チャンバ２２の底面、側面、天井面をスプレーコーティングすること、チャンバ２２の底面、側面、天井面に微細凹凸構造を形成することなどが挙げられる。
微細凹凸構造を形成する方法としては、例えば、検出端子４ａ～４ｐを形成した後に、第１凹部５の底２４及び内側面２５にレーザー走査加工を施し、また、第２凹部１２の底２６及び内側面２７にレーザー走査加工を施す方法が挙げられる。
チャンバ２２の底面、側面、天井面に微細凹凸構造を形成した場合、チャンバ２２の底面、側面、天井面の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
The bottom, side and ceiling surfaces of the chamber 22 (in the tilt sensor 40 shown in FIG. 1, the bottom 24 and inner surface 25 of the first recess 5, the bottom 26 and inner surface 27 of the second recess 12, and the surfaces of the detection terminals 4a to 4p) can be surfaces that are poorly wetted (good at repelling) by the conductive liquid 6. This allows the conductive liquid 6 to move quickly within the chamber 22 when the tilt sensor 40 is tilted. It also makes it possible to prevent the conductive liquid 6 from being divided or stretched within the chamber 22. The contact angle between the bottom, side or ceiling surface of the chamber 22 and the conductive liquid 6 can be, for example, 90 degrees or more and 170 degrees or less.
Methods for reducing the wettability of the bottom, side and ceiling surfaces of chamber 22 to conductive liquid 6 include using a material with poor wettability on the bottom, side and ceiling surfaces of chamber 22, spray coating the bottom, side and ceiling surfaces of chamber 22, and forming a fine uneven structure on the bottom, side and ceiling surfaces of chamber 22.
A method for forming the fine uneven structure includes, for example, forming the detection terminals 4a to 4p, and then performing laser scanning processing on the bottom 24 and inner surface 25 of the first recess 5, and also performing laser scanning processing on the bottom 26 and inner surface 27 of the second recess 12.
When a fine uneven structure is formed on the bottom, side and ceiling surfaces of the chamber 22, the surface roughness (maximum height Ry) of the bottom, side and ceiling surfaces of the chamber 22 can be set to 5 μm or more and 100 μm or less.
フレキシブル基板１４は、センサ素子１６を搭載する基板である。フレキシブル基板１４の材料は、例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチックである。フレキシブル基板１４は、第１凹部５の開口を覆い、導電性液体６を収容するチャンバ２２の天井となってもよい。また、第１基材２の第１凹部５と第２基材１１の第２凹部１２を向かい合わせてチャンバ２２を形成する場合、フレキシブル基板１４は、第１基材２と第２基材１１の間に位置することができ、第１凹部５及び第２凹部１２と重なる部分に開口を有することができる。また、フレキシブル基板１４が第２基材１１よりも大きい開口を有し、この開口において第１基材２と第２基材１１とを接着してもよい。
フレキシブル基板１４は、ウェアラブルセンサ６０の基板であってもよい。この場合、フレキシブル基板１４は、後述する歪みセンサ４５又は湿度センサ５５を搭載することができる。
The flexible substrate 14 is a substrate on which the sensor element 16 is mounted. The material of the flexible substrate 14 is, for example, a plastic such as polyimide, polyester, or polyethylene terephthalate (PET). The flexible substrate 14 may cover the opening of the first recess 5 and become the ceiling of the chamber 22 that contains the conductive liquid 6. In addition, when the first recess 5 of the first substrate 2 and the second recess 12 of the second substrate 11 are opposed to each other to form the chamber 22, the flexible substrate 14 may be located between the first substrate 2 and the second substrate 11 and may have an opening in a portion overlapping with the first recess 5 and the second recess 12. In addition, the flexible substrate 14 may have an opening larger than the second substrate 11, and the first substrate 2 and the second substrate 11 may be bonded to each other through this opening.
The flexible substrate 14 may be a substrate for a wearable sensor 60. In this case, the flexible substrate 14 can be equipped with a strain sensor 45 or a humidity sensor 55, which will be described later.
フレキシブル基板１４上には、複数の基板端子１８（１８ａ～１８ｌ）と基板端子１８と接続端子２１とを接続する基板配線２３を設けることができる。複数の基板端子１８及び基板配線２３は、例えば、金属層、グラフェン層などである。
基板端子１８は、素子端子１５、歪みセンサ端子、湿度センサ端子などと接続するための端子である。フレキシブル基板１４は、各素子端子１５ａ～１５ｌと各基板端子１８ａ～１８ｌが重なるように第１基材２上に配置される。基板端子１８は、接触接続、導電性ペースト、導電ゴムなどにより素子端子１５に電気的に接続される。
図１～図３では、基板端子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ、１８ｋ、１８ｌがそれぞれ素子端子１５ａ、１５ｌ、１５ｋ、１５ｊ、１５ｉ、１５ｈ、１５ｇ、１５ｆ、１５ｅ、１５ｄ、１５ｃ、１５ｂに接続する。
A plurality of board terminals 18 (18a to 18l) and board wiring 23 that connects the board terminals 18 and the connection terminals 21 can be provided on the flexible board 14. The plurality of board terminals 18 and the board wiring 23 are, for example, a metal layer, a graphene layer, or the like.
The substrate terminals 18 are terminals for connecting to the element terminals 15, the strain sensor terminals, the humidity sensor terminals, etc. The flexible substrate 14 is disposed on the first base material 2 so that the element terminals 15a to 15l and the substrate terminals 18a to 18l overlap each other. The substrate terminals 18 are electrically connected to the element terminals 15 by contact connection, conductive paste, conductive rubber, etc.
1 to 3, substrate terminals 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f, 18g, 18h, 18i, 18j, 18k, and 18l are connected to element terminals 15a, 15l, 15k, 15j, 15i, 15h, 15g, 15f, 15e, 15d, 15c, and 15b, respectively.
接続端子２１は、基板配線２３と制御部７とを接続するための端子である。
制御部７は、傾斜センサ４０を制御する部分である。また、制御部７は後述するウェアラブルセンサ６０を制御する部分であってもよい。この場合、制御部７は、歪みセンサ４５又は湿度センサ５５を制御するように設けることができる。
制御部７は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部７は、検出端子対８に含まれる２つの検出端子４の間の通電状態又は非通電状態を検出するための電気回路又は電子回路を含むことができる。電気回路又は電子回路は、例えば、抵抗分圧回路、電圧計測回路などである。また、制御部７は、電池又は電源回路を含むことができる。また、制御部７は、スマートフォン、コンピュータなどの情報機器５７で動作するように設けられたソフトフェアを含んでもよい。
The connection terminal 21 is a terminal for connecting the board wiring 23 and the control unit 7 .
The control unit 7 is a part that controls the tilt sensor 40. The control unit 7 may also be a part that controls the wearable sensor 60 described later. In this case, the control unit 7 can be provided to control the strain sensor 45 or the humidity sensor 55.
The control unit 7 may include, for example, a microcontroller having a CPU, a memory, a timer, an input/output port, and the like. The control unit 7 may also include an electric circuit or an electronic circuit for detecting a current-carrying state or a current-discharge state between the two detection terminals 4 included in the detection terminal pair 8. The electric circuit or the electronic circuit is, for example, a resistive voltage divider circuit, a voltage measurement circuit, and the like. The control unit 7 may also include a battery or a power supply circuit. The control unit 7 may also include software provided to operate on an information device 57 such as a smartphone or a computer.
制御部７は、フレキシブル基板１４上の基板配線２３に接続する測定部５６と、測定部５６により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部５２と、無線通信部５２と無線接続できるように設けられた情報機器５７とを含んでもよい。また、測定部５６と情報機器５７は、有線通信できるように設けられてもよい。情報機器５７は、例えば、スマートフォン５８、コンピュータ、スマートウォッチ、モバイル端末などである。 The control unit 7 may include a measurement unit 56 that connects to the board wiring 23 on the flexible board 14, a wireless communication unit 52 that is provided so as to be able to wirelessly transmit data measured by the measurement unit 56, and an information device 57 that is provided so as to be able to wirelessly connect to the wireless communication unit 52. The measurement unit 56 and the information device 57 may also be provided so as to be able to communicate via a wire. The information device 57 is, for example, a smartphone 58, a computer, a smartwatch, a mobile terminal, etc.
導電性液体６は、導電性を有する液体（溶液や懸濁液も含む）であり、例えば、導電率が１Ｓ／ｍ以上の液体又は懸濁液である。導電性液体６は、例えば、液体金属、イオン液体などである。導電性液体６は、傾斜センサ４０の傾きに応じて移動できるようにチャンバ２２内に収容される。液体金属は、常温で液体の金属である。液体金属は、例えば、インジウム－ガリウム－スズ合金（InGaSn）、インジウム－ガリウム合金（InGa）、水銀などである。
第１基材２が水平である場合、導電性液体６は、図１に示した傾斜センサ４０のように、すべての検出端子対８ａ～８ｈに接触する。この場合、すべての検出端子対８ａ～８ｈにおいて検出端子対８を構成する２つの検出端子４は、通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着された第１基材２が水平な状態にあることを検出することができる。
The conductive liquid 6 is a liquid (including a solution or a suspension) having electrical conductivity, for example, a liquid or suspension having a conductivity of 1 S/m or more. The conductive liquid 6 is, for example, a liquid metal, an ionic liquid, or the like. The conductive liquid 6 is contained in the chamber 22 so that it can move according to the inclination of the tilt sensor 40. The liquid metal is a metal that is liquid at room temperature. The liquid metal is, for example, an indium-gallium-tin alloy (InGaSn), an indium-gallium alloy (InGa), mercury, or the like.
When the first substrate 2 is horizontal, the conductive liquid 6 comes into contact with all of the detection terminal pairs 8a to 8h, as in the tilt sensor 40 shown in Fig. 1. In this case, the two detection terminals 4 constituting the detection terminal pair 8 in all of the detection terminal pairs 8a to 8h are in a conducting state. Therefore, by detecting the conducting state of all of the detection terminal pairs 8a to 8h, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is in a horizontal state.
図４に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が検出端子対８ｇを配置した方向が下がり検出端子対８ｃを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子対８ｇの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子対８ｂ、８ｃ、８ｄと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ、８ｅ～８ｈとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。 When the first substrate 2 is tilted such that the direction in which the detection terminal pair 8g is arranged is lowered and the direction in which the detection terminal pair 8c is arranged is raised, as in the case of the tilt sensor 40 shown in FIG. 4, the conductive liquid 6 moves toward the detection terminal pair 8g due to gravity. This movement causes the conductive liquid 6 to no longer contact the detection terminal pairs 8b, 8c, and 8d, and these detection terminal pairs 8 are in a non-conductive state. In addition, the conductive liquid 6 is in contact with the other detection terminal pairs 8a, 8e to 8h, and these detection terminal pairs 8 are in a conductive state. Therefore, by detecting such a conductive state and non-conductive state using the control unit 7, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is tilted and the direction of tilt.
図５に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が検出端子対８ｃを配置した方向が下がり検出端子対８ｇを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子対８ｃの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子対８ｆ、８ｇ、８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ～８ｅとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
他の方向の傾斜も同様に検出することができる。
As in the tilt sensor 40 shown in FIG. 5, when the first substrate 2 is tilted so that the direction in which the detection terminal pair 8c is arranged is lowered and the direction in which the detection terminal pair 8g is arranged is raised, the conductive liquid 6 moves toward the detection terminal pair 8c due to gravity. Due to this movement, the conductive liquid 6 is no longer in contact with the detection terminal pairs 8f, 8g, and 8h, and these detection terminal pairs 8 are in a non-conductive state. In addition, the conductive liquid 6 is in contact with the other detection terminal pairs 8a to 8e, and these detection terminal pairs 8 are in a conductive state. Therefore, by detecting such a conductive state and non-conductive state using the control unit 7, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is inclined and the tilt direction.
Tilts in other directions can be detected similarly.
図６に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が上下逆さまとなっている場合、重力により導電性液体６は、第２基材１１の第２凹部１２へと移動する。この移動により、導電性液体６は、すべての検出端子対８ａ～８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっていることを検出することができる。 When the first substrate 2 is upside down, as in the tilt sensor 40 shown in FIG. 6, gravity causes the conductive liquid 6 to move to the second recess 12 of the second substrate 11. This movement causes the conductive liquid 6 to lose contact with all of the detection terminal pairs 8a-8h, and these detection terminal pairs 8 become non-conductive. Therefore, by detecting the non-conductive state of all of the detection terminal pairs 8a-8h, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is upside down.
第２実施形態
図７は本実施形態の傾斜センサの概略断面図であり、図８は本実施形態の傾斜センサに含まれる第１基材の概略平面図である。図７は、図８の破線Ｂ－Ｂにおける断面図である。
第２実施形態の傾斜センサ４０は、共通端子９を備える。
第１実施形態では、検出端子対８を構成する２つの検出端子４の通電状態又は非通電状態を検出することにより傾斜及び傾斜方向を検出していたが、第２実施形態では、共通端子９と検出端子４との通電状態又は非通電状態を検出することにより傾斜又は傾斜方向を検出する。他の構成は第１実施形態と同様である。
Second embodiment Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of a tilt sensor of this embodiment, and Fig. 8 is a schematic plan view of a first substrate included in the tilt sensor of this embodiment. Fig. 7 is a cross-sectional view taken along dashed line BB in Fig. 8.
The tilt sensor 40 of the second embodiment includes a common terminal 9 .
In the first embodiment, the tilt and tilt direction are detected by detecting the energized or non-energized state of the two detection terminals 4 that make up the detection terminal pair 8, but in the second embodiment, the tilt or tilt direction is detected by detecting the energized or non-energized state between the common terminal 9 and the detection terminal 4. Other configurations are similar to those of the first embodiment.
共通端子９は、第１凹部５の底２４に配置される。また、共通端子９は、素子配線３を介して第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５ｉに接続することができる。
傾斜センサ４０は、少なくとも４つの検出端子４（４ａ～４ｈ）を有する。これらの検出端子４は、第１凹部５の底２４に配置された共通端子９を取り囲むように第１凹部５の内側面２５上に配置される。また、検出端子４は、その端部が底２４側に位置し、端部から伸びる素子配線３が第１凹部５の外側に伸びるように設けることができる。また、検出端子４から伸びる素子配線３は、第１凹部の外側の第１基材２上に設けられた素子端子１５（１５ａ～１５ｈ）に接続することができる。
The common terminal 9 is disposed on the bottom 24 of the first recess 5. The common terminal 9 can be connected via the element wiring 3 to an element terminal 15i provided on the first substrate 2 outside the first recess.
The tilt sensor 40 has at least four detection terminals 4 (4a to 4h). These detection terminals 4 are arranged on the inner surface 25 of the first recess 5 so as to surround the common terminal 9 arranged on the bottom 24 of the first recess 5. The detection terminals 4 can be provided such that their ends are located on the bottom 24 side and the element wiring 3 extending from the ends extends to the outside of the first recess 5. The element wiring 3 extending from the detection terminals 4 can be connected to element terminals 15 (15a to 15h) provided on the first substrate 2 outside the first recess.
共通端子９は、各検出端子４（４ａ～４ｈ）と所定の間隔を開けて配置される。このため、共通端子９と検出端子４とに導電性液体６が接触していない場合、共通端子９と検出端子４とは電気的に分離され、その検出端子４は通電状態とはならない（非通電状態となる）。また、共通端子９及び検出端子４に導電性液体６が接触すると、共通端子９と検出端子４とが導電性液体６により電気的に接続され、その検出端子４は通電状態となる。
例えば、傾斜センサ４０が４つの検出端子４を有する場合、４つの検出端子４は、隣接する２つの検出端子４の間の角度が約９０度となるように共通端子９を取り囲む。例えば、傾斜センサ４０が８つの検出端子４を有する場合、８つの検出端子４は、隣接する２つの検出端子４の間の角度が約４５度となるように共通端子９を取り囲む。このように傾斜センサ４０が多くの検出端子４を有することにより、傾斜センサ４０による傾斜方向検出の精度を向上させることができる。また、共通端子９を設けることにより、素子配線３、素子端子１５、基板端子１８及び基板配線２３を少なくすることができ、傾斜センサ４０の製造コストを低減することができる。
制御部７は、共通端子９と各検出端子４（４ａ～４ｈ）の間の通電を検出するための電気回路又は電子回路を含むことができる。
The common terminal 9 is disposed at a predetermined interval from each of the detection terminals 4 (4a to 4h). Therefore, when the conductive liquid 6 is not in contact with the common terminal 9 and the detection terminal 4, the common terminal 9 and the detection terminal 4 are electrically separated, and the detection terminal 4 is not in a conducting state (is in a non-conducting state). When the conductive liquid 6 comes in contact with the common terminal 9 and the detection terminal 4, the common terminal 9 and the detection terminal 4 are electrically connected by the conductive liquid 6, and the detection terminal 4 is in a conducting state.
For example, if the tilt sensor 40 has four detection terminals 4, the four detection terminals 4 surround the common terminal 9 such that the angle between two adjacent detection terminals 4 is about 90 degrees. For example, if the tilt sensor 40 has eight detection terminals 4, the eight detection terminals 4 surround the common terminal 9 such that the angle between two adjacent detection terminals 4 is about 45 degrees. By having many detection terminals 4 in this way, the accuracy of tilt direction detection by the tilt sensor 40 can be improved. In addition, by providing the common terminal 9, the number of element wirings 3, element terminals 15, board terminals 18, and board wirings 23 can be reduced, and the manufacturing cost of the tilt sensor 40 can be reduced.
The control unit 7 can include an electric circuit or electronic circuit for detecting electrical conduction between the common terminal 9 and each of the detection terminals 4 (4a to 4h).
第１基材２が水平である場合、導電性液体６は、図７に示した傾斜センサ４０のように、共通端子９及びすべての検出端子４ａ～４ｈに接触する。この場合、すべての検出端子４ａ～４ｈが通電状態となる。従って、すべての検出端子４ａ～４ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が水平な状態にあることを検出することができる。 When the first substrate 2 is horizontal, the conductive liquid 6 contacts the common terminal 9 and all of the detection terminals 4a to 4h, as in the tilt sensor 40 shown in FIG. 7. In this case, all of the detection terminals 4a to 4h are in a conducting state. Therefore, by detecting the conducting state of all of the detection terminals 4a to 4h, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is in a horizontal state.
第１基材２が検出端子４ｇを配置した方向が下がり検出端子４ｃを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子４ｇの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子４ｂ、４ｃ、４ｄと接触しなくなり、これらの検出端子４は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子４ａ、４ｅ～４ｈとは接触するため、これらの検出端子４は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。 When the first substrate 2 is tilted so that the direction in which the detection terminal 4g is arranged is lowered and the direction in which the detection terminal 4c is arranged is raised, gravity causes the conductive liquid 6 to move toward the detection terminal 4g. This movement causes the conductive liquid 6 to no longer contact the detection terminals 4b, 4c, and 4d, and these detection terminals 4 become non-conductive. In addition, the conductive liquid 6 comes into contact with the other detection terminals 4a, 4e to 4h, and these detection terminals 4 become conductive. Therefore, by detecting such conductive and non-conductive states using the control unit 7, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is tilted and the direction of tilt.
第１基材２が検出端子４ｃを配置した方向が下がり検出端子４ｇを配置した方向が上がるように傾斜すると、重力により導電性液体６が検出端子４ｃの方へ移動する。この移動により、導電性液体６は、検出端子４ｆ、４ｇ、４ｈと接触しなくなり、これらの検出端子４は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子４ａ～４ｅとは接触するため、これらの検出端子４は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
他の方向の傾斜も同様に検出することができる。
When the first substrate 2 is tilted so that the direction in which the detection terminal 4c is arranged is lowered and the direction in which the detection terminal 4g is arranged is raised, gravity causes the conductive liquid 6 to move toward the detection terminal 4c. This movement causes the conductive liquid 6 to lose contact with the detection terminals 4f, 4g, and 4h, and these detection terminals 4 become non-conductive. In addition, the conductive liquid 6 comes into contact with the other detection terminals 4a to 4e, and these detection terminals 4 become conductive. Therefore, by detecting such a conductive state and non-conductive state using the control unit 7, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is tilted and the direction of tilt.
Tilts in other directions can be detected similarly.
第１基材２が上下逆さまとなっている場合、重力により導電性液体６は、第２基材１１の第２凹部１２へと移動する。この移動により、導電性液体６は、すべての検出端子４ａ～４ｈと接触しなくなり、すべての検出端子４は非通電状態となる。従って、すべての検出端子４ａ～４ｈの非通電状態を検出することにより、制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっていることを検出することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
When the first substrate 2 is upside down, gravity causes the conductive liquid 6 to move to the second recess 12 of the second substrate 11. This movement causes the conductive liquid 6 to lose contact with all of the detection terminals 4a to 4h, and all of the detection terminals 4 become non-conductive. Therefore, by detecting the non-conductive state of all of the detection terminals 4a to 4h, the control unit 7 can detect that the first substrate 2 attached to the object is upside down.
Other configurations are similar to those of the first embodiment. Furthermore, the description of the first embodiment also applies to the second embodiment unless there is a contradiction.
第３実施形態
図９は、本実施形態の傾斜センサ４０の概略断面図である。
第３実施形態では、図２に示したような検出端子対８（８ａ～８ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）が第２基材１１にも設けられている。また、フレキシブル基板１４の両面のそれぞれに、基板端子１８（１８ａ～１８ｌ）、基板配線２３が設けられている。他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。
Third Embodiment FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a tilt sensor 40 according to the present embodiment.
In the third embodiment, the detection terminal pairs 8 (8a to 8h), element wiring 3, and element terminals 15 (15a to 15l) as shown in Fig. 2 are also provided on the second substrate 11. Furthermore, board terminals 18 (18a to 18l) and board wiring 23 are provided on both sides of the flexible substrate 14. The other configurations are similar to those of the first or second embodiment.
このような構成により、第１又は第２実施形態と同様に、導電性液体６が第１凹部５に位置するとき検出端子対８（８ａ～８ｈ）（又は検出端子４ａ～４ｈ）の通電状態、非通電状態を検出することにより制御部７は、対象物に装着されている第１基材２が水平であること又は傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。さらに、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっている（導電性液体６が第２凹部１２に位置する）場合でも、第２基材１１上に設けられた検出端子対８の通電状態、非通電状態を検出することにより制御部７は、対象物に装着されている第１基材２又は第２基材１１が水平であること又は傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。 With this configuration, as in the first or second embodiment, when the conductive liquid 6 is located in the first recess 5, the control unit 7 can detect whether the first substrate 2 attached to the object is horizontal or tilted and the tilt direction by detecting the conductive or non-conductive state of the detection terminal pair 8 (8a to 8h) (or the detection terminals 4a to 4h). Furthermore, even if the first substrate 2 attached to the object is upside down (the conductive liquid 6 is located in the second recess 12), the control unit 7 can detect whether the first substrate 2 or the second substrate 11 attached to the object is horizontal or tilted and the tilt direction by detecting the conductive or non-conductive state of the detection terminal pair 8 provided on the second substrate 11.
ここでは、第１実施形態で説明した検出端子対８（８ａ～８ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｌ）を第２基材１１上にも設けた場合について説明したが、第２実施形態で説明した共通端子９、検出端子４（４ａ～４ｈ）、素子配線３及び素子端子１５（１５ａ～１５ｉ）を第２基材１１上にも設けてもよい。このことによっても、対象物に装着されている第１基材２が上下逆さまになっている（導電性液体６が第２凹部１２に位置する）場合でも、第２基材１１上に設けられた検出端子４の通電状態、非通電状態を検出することにより制御部７は、対象物に装着されている第１基材２又は第２基材１１が水平であること又は傾斜していること及び傾斜方向を検出することができる。
その他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。また、第１又は第２実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
Here, the case where the detection terminal pair 8 (8a to 8h), the element wiring 3, and the element terminal 15 (15a to 15l) described in the first embodiment are also provided on the second substrate 11 has been described, but the common terminal 9, the detection terminal 4 (4a to 4h), the element wiring 3, and the element terminal 15 (15a to 15i) described in the second embodiment may also be provided on the second substrate 11. Even in this case, even if the first substrate 2 attached to the object is upside down (the conductive liquid 6 is located in the second recess 12), the control unit 7 can detect whether the first substrate 2 or the second substrate 11 attached to the object is horizontal or inclined and the inclination direction by detecting the energized state or non-energized state of the detection terminal 4 provided on the second substrate 11.
Other configurations are similar to those of the first or second embodiment. Furthermore, the description of the first or second embodiment also applies to the third embodiment unless there is a contradiction.
第４実施形態
第４実施形態はウェアラブルセンサに関する。図１０は本実施形態のウェアラブルセンサ６０の概略平面図であり、図１１はウェアラブルセンサ６０が取り付けられているおむつ５９の概略斜視図である。
ウェアラブルセンサ６０は、人又は動物が装着できるように設けられたセンサである。ウェアラブルセンサ６０は、例えば、乳幼児のおむつの内部に取り付けることができるように設けられてもよく、被介護者のアンダーウェアの内部に取り付けることができるように設けられてもよい。このことにより、ウェアラブルセンサ６０が装着後に外れたりずれたりすることを抑制することができる。
ウェアラブルセンサ６０は、乳幼児モニタリング用センサであってもよく、介護用センサであってもよい。
Fourth embodiment The fourth embodiment relates to a wearable sensor. Fig. 10 is a schematic plan view of a wearable sensor 60 of this embodiment, and Fig. 11 is a schematic perspective view of a diaper 59 to which the wearable sensor 60 is attached.
The wearable sensor 60 is a sensor that is provided so that it can be worn by a person or an animal. The wearable sensor 60 may be provided so that it can be attached inside a diaper for an infant or inside underwear for a person receiving care, for example. This makes it possible to prevent the wearable sensor 60 from coming off or shifting after being worn.
The wearable sensor 60 may be a sensor for infant monitoring or a sensor for care.
ウェアラブルセンサ６０は、例えば、図１１のように、傾斜センサ４０が下腹中央に位置し（腰のゴムベルト付近）、歪みセンサ４５が腹部に位置し（腰のゴムベルト付近）、湿度センサ５５が股部に位置するようにおむつ５９やアンダーウェアに取り付けることができる。
フレキシブル基板１４、傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５は、フレキシブル材料から構成されるため、人又は動物が違和感なくウェアラブルセンサ６０を装着することができる。
The wearable sensor 60 can be attached to a diaper 59 or underwear so that, for example, as shown in Figure 11, the inclination sensor 40 is located in the center of the lower abdomen (near the elastic waist belt), the strain sensor 45 is located in the abdomen (near the elastic waist belt), and the humidity sensor 55 is located in the crotch area.
Since the flexible substrate 14, the tilt sensor 40, the strain sensor 45 and the humidity sensor 55 are made of flexible materials, a person or animal can wear the wearable sensor 60 without feeling uncomfortable.
ウェアラブルセンサ６０は、第１、第２又は第３実施形態の傾斜センサ４０と制御部７とを含む。傾斜センサ４０は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の姿勢センサとして機能する。傾斜センサ４０は、フレキシブル基板１４に搭載される。なお、第１～第３実施形態における傾斜センサ４０、フレキシブル基板１４、制御部７などについての説明は、第４実施形態でも同様である。 The wearable sensor 60 includes the tilt sensor 40 and the control unit 7 of the first, second or third embodiment. The tilt sensor 40 functions as a posture sensor for the person wearing the wearable sensor 60. The tilt sensor 40 is mounted on a flexible substrate 14. The explanations of the tilt sensor 40, flexible substrate 14, control unit 7, etc. in the first to third embodiments also apply to the fourth embodiment.
本実施形態では、制御部７は傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５を制御する。
制御部７は、傾斜センサ４０、歪みセンサ４５及び湿度センサ５５を用いた測定を行うことができるように設けられた測定部５６と、測定部５６により測定されたデータを無線伝送できるように設けられた無線通信部５２と、無線通信部５２と無線接続できるように設けられた情報機器５７とを含んでもよい。測定部５６及び無線通信部５２は腰のゴムベルト付近に配置することができる。無線通信部５２と情報機器５７は、例えばBluetooth（登録商標）で接続することができる。
In this embodiment, the control unit 7 controls the tilt sensor 40 , the strain sensor 45 and the humidity sensor 55 .
The control unit 7 may include a measurement unit 56 capable of performing measurements using the tilt sensor 40, the strain sensor 45, and the humidity sensor 55, a wireless communication unit 52 capable of wirelessly transmitting data measured by the measurement unit 56, and an information device 57 capable of wirelessly connecting to the wireless communication unit 52. The measurement unit 56 and the wireless communication unit 52 may be disposed near a rubber belt around the waist. The wireless communication unit 52 and the information device 57 may be connected, for example, by Bluetooth (registered trademark).
制御部７は、傾斜センサ４０の第１、第２、第３及び第４検出端子４（４ａ～４ｐ）の通電状態又は非通電状態に基づきウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の体勢を検出するように設けることができる。
例えば、第１実施形態の傾斜センサ４０が下腹中央に位置し第１基材２の下面が下腹と接触又は対向するように（検出端子対８ａが頭側、検出端子対８ｅが足側、検出端子対８ｇが右側、検出端子対８ｃが左側）、人がウェアラブルセンサ６０を装着した場合、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が仰向けで寝ていると、図１に示した傾斜センサ４０のように、導電性液体６はすべての検出端子対８ａ～８ｈに接触する。この場合、すべての検出端子対８ａ～８ｈにおいて検出端子対８を構成する２つの検出端子４は、通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が仰向けで寝ていることを検出することができる。
The control unit 7 can be configured to detect the posture of a person or animal wearing the wearable sensor 60 based on the energized or non-energized state of the first, second, third and fourth detection terminals 4 (4a to 4p) of the inclination sensor 40.
For example, when a person wears the wearable sensor 60 so that the tilt sensor 40 of the first embodiment is located in the center of the lower abdomen and the lower surface of the first substrate 2 is in contact with or facing the lower abdomen (the detection terminal pair 8a is on the head side, the detection terminal pair 8e is on the foot side, the detection terminal pair 8g is on the right side, and the detection terminal pair 8c is on the left side), when the person wearing the wearable sensor 60 is lying on his/her back, the conductive liquid 6 comes into contact with all the detection terminal pairs 8a to 8h as in the tilt sensor 40 shown in FIG. 1. In this case, the two detection terminals 4 constituting the detection terminal pair 8 in all the detection terminal pairs 8a to 8h are in a conducting state. Therefore, by detecting the conducting state of all the detection terminal pairs 8a to 8h, the control unit 7 can detect that the person wearing the wearable sensor 60 is lying on his/her back.
ウェアラブルセンサ６０を装着した人が右向きで寝ていると、図４に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２の右側（検出端子対８ｇを配置された側）が下がり左側（検出端子対８ｃを配置された側）が上がるように傾斜する。この場合、重力により導電性液体６が検出端子対８ｇの方へ移動し、導電性液体６は、検出端子対８ｂ、８ｃ、８ｄと接触しなくなり、これらの検出端子対８ｂ～８ｄは非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ、８ｅ～８ｈとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が右向きで寝ていることを検出することができる。 When a person wearing the wearable sensor 60 is sleeping on his/her right side, the first substrate 2 is tilted so that the right side (the side where the detection terminal pair 8g is arranged) is lowered and the left side (the side where the detection terminal pair 8c is arranged) is raised, as in the tilt sensor 40 shown in FIG. 4. In this case, the conductive liquid 6 moves toward the detection terminal pair 8g due to gravity, and the conductive liquid 6 is no longer in contact with the detection terminal pairs 8b, 8c, and 8d, and these detection terminal pairs 8b to 8d are in a non-conductive state. In addition, the conductive liquid 6 is in contact with the other detection terminal pairs 8a, 8e to 8h, so these detection terminal pairs 8 are in a conductive state. Therefore, by detecting such a conductive state and non-conductive state using the control unit 7, the control unit 7 can detect that the person wearing the wearable sensor 60 is sleeping on his/her right side.
ウェアラブルセンサ６０を装着した人が左向きで寝ていると、図５に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が左側（検出端子対８ｃを配置された側）が下がり右側（検出端子対８ｇを配置された側）が上がるように傾斜する。この場合、重力により導電性液体６が検出端子対８ｃの方へ移動し、導電性液体６は、検出端子対８ｆ、８ｇ、８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。また、導電性液体６は、他の検出端子対８ａ～８ｅとは接触するため、これらの検出端子対８は通電状態となる。従って、制御部７を用いてこのような通電状態、非通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人が左向きで寝ていることを検出することができる。 When a person wearing the wearable sensor 60 is sleeping on his/her left side, the first substrate 2 is tilted so that the left side (the side where the detection terminal pair 8c is arranged) is lowered and the right side (the side where the detection terminal pair 8g is arranged) is raised, as in the tilt sensor 40 shown in FIG. 5. In this case, the conductive liquid 6 moves toward the detection terminal pair 8c due to gravity, and the conductive liquid 6 is no longer in contact with the detection terminal pairs 8f, 8g, and 8h, and these detection terminal pairs 8 are in a non-conductive state. In addition, the conductive liquid 6 is in contact with the other detection terminal pairs 8a to 8e, so these detection terminal pairs 8 are in a conductive state. Therefore, by detecting such a conductive state and non-conductive state using the control unit 7, the control unit 7 can detect that the person wearing the wearable sensor 60 is sleeping on his/her left side.
ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せで寝ていると、図６に示した傾斜センサ４０のように、第１基材２が上下逆さまとなり、重力により導電性液体６は、第２基材１１の第２凹部１２へと移動する。この移動により、導電性液体６は、すべての検出端子対８ａ～８ｈと接触しなくなり、これらの検出端子対８は非通電状態となる。従って、すべての検出端子対８ａ～８ｈの非通電状態を検出することにより、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せで寝ていることを検出することができる。
このように制御部７は、傾斜センサ４０を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人の体勢を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人がうつ伏せ寝となったときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などにこのことを通知することができる。なお、乳幼児の寝姿勢がうつ伏せになると窒息の危険性がある。
When a person wearing the wearable sensor 60 is sleeping face down, the first substrate 2 is turned upside down as in the tilt sensor 40 shown in Fig. 6, and the conductive liquid 6 moves due to gravity to the second recess 12 of the second substrate 11. Due to this movement, the conductive liquid 6 is no longer in contact with any of the detection terminal pairs 8a to 8h, and these detection terminal pairs 8 are in a non-conductive state. Therefore, by detecting the non-conductive state of all the detection terminal pairs 8a to 8h, the control unit 7 can detect that the person wearing the wearable sensor 60 is sleeping face down.
In this way, the control unit 7 can detect the posture of the person wearing the wearable sensor 60 by using the tilt sensor 40. Furthermore, the control unit 7 can sound an alarm when the person wearing the wearable sensor 60 falls asleep on their stomach to notify the guardian, caregiver, etc. of this. Note that there is a risk of suffocation when an infant sleeps on their stomach.
ウェアラブルセンサ６０は、フレキシブル基板１４に搭載された歪みセンサ４５を含むことができる。歪みセンサ４５は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸センサとして機能する。ウェアラブルセンサ６０は、人又は動物がウェアラブルセンサ６０を装着したときに歪みセンサ４５が人又は動物の腹部に位置するように設けられる。
腹式呼吸では、空気を肺に取り込むと腹部が膨らみ、空気を肺から吐き出すと腹部がへこむ。呼吸は、このような腹部の膨らみとへこみの繰り返しを伴う。歪みセンサ４５によりこのような腹部の動きを検出することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸を検出することができる。
The wearable sensor 60 may include a strain sensor 45 mounted on the flexible substrate 14. The strain sensor 45 functions as a respiration sensor for the person or animal wearing the wearable sensor 60. The wearable sensor 60 is provided such that the strain sensor 45 is located on the abdomen of the person or animal when the person or animal wears the wearable sensor 60.
In abdominal breathing, the abdomen expands when air is taken into the lungs, and contracts when air is exhaled from the lungs. Breathing involves repeated expansion and contraction of the abdomen. By detecting such abdominal movement with the strain sensor 45, the breathing of a person or animal wearing the wearable sensor 60 can be detected.
歪みセンサ４５は、伸縮性基材４１と、伸縮性基材４１上に設けられたグラフェン層４２とを含む。図１２は、図１０の破線Ｃ－Ｃにおける歪みセンサ４５の概略断面図である。
伸縮性基材４１は、伸縮性を有する基材であり、例えば、エラストマー製の基材（例えば、シリコーンゴムフィルム）であってもよく、切り紙構造により伸縮性を有する樹脂フィルムであってもよい。切り紙構造とは、フィルムが伸縮できるようにフィルムに切れ目を入れた構造である。
伸縮性基材４１は、腹部に付着するように設けることができる。このことにより、呼吸に伴う腹部の動きに応じて伸縮性基材４１を伸縮させることができる。伸縮性基材４１の粘着性を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよく、伸縮性材料の表面に設けた粘着層を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよく、粘着テープ又は粘着剤を利用して伸縮性基材４１を腹部に付着させてもよい。
The strain sensor 45 includes a stretchable substrate 41 and a graphene layer 42 provided on the stretchable substrate 41. Fig. 12 is a schematic cross-sectional view of the strain sensor 45 taken along dashed line CC in Fig. 10 .
The stretchable substrate 41 is a substrate having stretchability, and may be, for example, a substrate made of an elastomer (for example, a silicone rubber film) or a resin film having stretchability due to a kirigami structure. The kirigami structure is a structure in which slits are made in a film so that the film can stretch.
The stretchable substrate 41 can be provided so as to be attached to the abdomen. This allows the stretchable substrate 41 to expand and contract in response to abdominal movement accompanying breathing. The stretchable substrate 41 may be attached to the abdomen by utilizing the adhesiveness of the stretchable substrate 41, or by utilizing an adhesive layer provided on the surface of a stretchable material, or by utilizing an adhesive tape or adhesive.
グラフェン層４２は、多数のグラフェンを含む多孔質層であり、隣接する２つのグラフェンはファンデルワールス力により結合している。グラフェン層４２は、伸縮性基材４１上に設けられる。このため、伸縮性基材４１が腹部の動きに応じて伸縮すると、グラフェン層４２も伸縮性基材４１と共に伸縮する。
グラフェン層４２は、レーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層であってもよい。グラフェン層４２は、例えば、樹脂フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）にレーザー光を照射することにより樹脂フィルムの一部を焼成し炭化することによりレーザー誘起グラフェンを形成し、このレーザー誘起グラフェンを伸縮性基材４１上に転写することによりグラフェン層４２を形成することができる。また、伸縮性基材４１が切り紙構造を有する樹脂フィルム（例えば、ポリイミドフィルム）である場合、この樹脂フィルムにレーザー光を照射してグラフェン層４２を形成してもよい。
グラフェン層４２の厚みは、例えば、０．１μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。
The graphene layer 42 is a porous layer containing a large number of graphenes, and two adjacent graphenes are bonded by van der Waals forces. The graphene layer 42 is provided on the stretchable substrate 41. Therefore, when the stretchable substrate 41 expands and contracts in response to abdominal movements, the graphene layer 42 also expands and contracts together with the stretchable substrate 41.
The graphene layer 42 may be a laser-induced graphene (LIG) layer. For example, the graphene layer 42 may be formed by irradiating a resin film (e.g., a polyimide film) with laser light to bake and carbonize a part of the resin film to form laser-induced graphene, and transferring the laser-induced graphene onto the stretchable substrate 41 to form the graphene layer 42. In addition, when the stretchable substrate 41 is a resin film (e.g., a polyimide film) having a kirigami structure, the graphene layer 42 may be formed by irradiating the resin film with laser light.
The thickness of the graphene layer 42 can be, for example, not less than 0.1 μm and not more than 300 μm.
グラフェン層４２は、歪みセンサ端子４３ａ、４３ｂを有する。また、歪みセンサ端子４３ａ、４３ｂはそれぞれフレキシブル基板１４の基板端子１８と接続する。このことにより、制御部７が基板配線２３及び基板端子１８を介してグラフェン層４２と電気的に接続することができ、制御部７によりグラフェン層４２の導電性（電気抵抗）の変化を測定することが可能になる。 The graphene layer 42 has strain sensor terminals 43a and 43b. In addition, the strain sensor terminals 43a and 43b are each connected to the substrate terminal 18 of the flexible substrate 14. This allows the control unit 7 to be electrically connected to the graphene layer 42 via the substrate wiring 23 and the substrate terminal 18, and the control unit 7 can measure changes in the conductivity (electrical resistance) of the graphene layer 42.
呼吸に伴う腹部の動きにより伸縮性基材４１が伸縮しグラフェン層４２に歪みが生じると、ピエゾ抵抗効果によりグラフェン層４２の電気抵抗（導電性）が変化する。このグラフェン層４２の電気抵抗の変化を制御部７を用いて測定することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物が呼吸をしていることを検出することができる。
このように制御部７は、歪みセンサ４５を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人又は動物の呼吸が１０秒間以上停止したときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などにこのことを通知することができる。
When abdominal movement accompanying breathing causes stretchable substrate 41 to stretch and distort graphene layer 42, the piezoresistance effect changes the electrical resistance (conductivity) of graphene layer 42. By measuring this change in electrical resistance of graphene layer 42 using control unit 7, it is possible to detect whether a person or animal wearing wearable sensor 60 is breathing.
In this way, the control unit 7 can detect the breathing of the person or animal wearing the wearable sensor 60 by using the strain sensor 45. Furthermore, the control unit 7 can sound an alarm when the breathing of the person or animal wearing the wearable sensor 60 stops for 10 seconds or more, to notify a guardian, caregiver, or the like of this.
ウェアラブルセンサ６０は、フレキシブル基板１４に搭載された湿度センサ５５を備えることができる。図１３は湿度センサ５５の概略平面図であり、図１４は図１３の破線Ｄ－Ｄにおける湿度センサ５５の概略断面図である。湿度センサ５５は抵抗式湿度センサである。また、湿度センサ５５は排尿センサとして機能することができる。
湿度センサ５５は、感湿層４６と、感湿層４６に電気的に接続した第１電極４７及び第２電極４８とを含む。感湿層４６、第１電極４７及び第２電極４８は、フレキシブル基板１４上に配置される。また、湿度センサ５５は、感湿層４６を覆う防水通気フィルタ４９を備えることができる。
The wearable sensor 60 can include a humidity sensor 55 mounted on the flexible substrate 14. Fig. 13 is a schematic plan view of the humidity sensor 55, and Fig. 14 is a schematic cross-sectional view of the humidity sensor 55 taken along dashed line D-D in Fig. 13. The humidity sensor 55 is a resistive humidity sensor. The humidity sensor 55 can also function as a urination sensor.
The humidity sensor 55 includes a moisture-sensitive layer 46, and a first electrode 47 and a second electrode 48 electrically connected to the moisture-sensitive layer 46. The moisture-sensitive layer 46, the first electrode 47, and the second electrode 48 are disposed on the flexible substrate 14. The humidity sensor 55 may also include a waterproof breathable filter 49 covering the moisture-sensitive layer 46.
第１電極４７及び第２電極４８は、感湿層４６に電気的に接続した電極であり、感湿層４６の電気抵抗（導電性）を測定するための電極である。感湿層４６の電気抵抗の測定方法は二端子法であってもよく、四端子法であってもよい。第１電極４７及び第２電極４８は、例えば、カーボン電極、銀電極、金電極、白金電極、銅電極、アルミニウム電極などである。第１電極４７又は第２電極４８の厚さは、例えば３０ｎｍ以上３００μｍ以下とすることができる。第１電極４７と第２電極４８との間の電極間距離は、例えば１００ｎｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。第１電極４７及び第２電極４８は、対向した櫛形電極とすることができる。 The first electrode 47 and the second electrode 48 are electrodes electrically connected to the moisture-sensitive layer 46, and are electrodes for measuring the electrical resistance (conductivity) of the moisture-sensitive layer 46. The method for measuring the electrical resistance of the moisture-sensitive layer 46 may be a two-terminal method or a four-terminal method. The first electrode 47 and the second electrode 48 are, for example, a carbon electrode, a silver electrode, a gold electrode, a platinum electrode, a copper electrode, an aluminum electrode, or the like. The thickness of the first electrode 47 or the second electrode 48 may be, for example, 30 nm or more and 300 μm or less. The interelectrode distance between the first electrode 47 and the second electrode 48 may be, for example, 100 nm or more and 5 mm or less. The first electrode 47 and the second electrode 48 may be opposing comb-shaped electrodes.
フレキシブル基板１４がポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムである場合、第１電極４７及び第２電極４８は、樹脂フィルムの表面のレーザー誘起グラフェン層であってもよい。このことにより、感湿層４６の電気抵抗を安定して測定することができる。また、第１電極４７及び第２電極４８は、基板配線２３の一部であってもよい。また、第１電極４７及び第２電極４８は、基板配線２３を介して制御部７と電気的に接続することができる。 When the flexible substrate 14 is a resin film such as a polyimide film, the first electrode 47 and the second electrode 48 may be a laser-induced graphene layer on the surface of the resin film. This allows the electrical resistance of the moisture-sensitive layer 46 to be stably measured. The first electrode 47 and the second electrode 48 may be part of the substrate wiring 23. The first electrode 47 and the second electrode 48 may be electrically connected to the control unit 7 via the substrate wiring 23.
感湿層４６は、湿度に応じて電気抵抗が変化する層であり、チオスピネル化合物を含む。チオスピネル化合物は、スピネル型結晶構造を有する物質であり、化学式：ＡＢ2Ｘ4（Ａ，Ｂは陽性元素、Ｘは陰性元素（硫黄元素））で示される結晶構造を有する。
感湿層４６は、チオスピネル化合物からなる層であってもよく、チオスピネル化合物を９０％以上含む層であってもよい。また、感湿層４６は多孔質構造を有してもよい。また、感湿層４６の厚さは、例えば３０ｎｍ以上１００μｍ以下とすることができる。また、感湿層４６は、例えば塗布法、印刷法などで形成することができる。
The moisture-sensitive layer 46 is a layer whose electrical resistance changes depending on the humidity, and contains a thiospinel compound. The thiospinel compound is a substance having a spinel -type crystal structure represented by the chemical formula AB2X4 (A and B are electropositive elements, and X is an electronegative element (sulfur element)).
The moisture-sensitive layer 46 may be a layer made of a thiospinel compound, or may be a layer containing 90% or more of a thiospinel compound. The moisture-sensitive layer 46 may have a porous structure. The thickness of the moisture-sensitive layer 46 may be, for example, 30 nm or more and 100 μm or less. The moisture-sensitive layer 46 may be formed by, for example, a coating method, a printing method, or the like.
例えば、感湿層４６に含まるチオスピネル化合物は、ＺｎＩｎ2Ｓ4で表される化合物（四硫化二インジウム亜鉛）である。化学量論比はスピネル型結晶構造を維持することができる範囲でずれていてもよい。ＡＢ2Ｘ4中のＡは亜鉛（Ｚｎ）であるが、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、他の遷移金属元素又は不純物が少量（例えば５％以下）含まれてもよい。ＡＢ2Ｘ4中のＢはインジウム（Ｉｎ）であるが、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、他の遷移金属元素又は不純物が少量（例えば５％以下）含まれてもよい。ＡＢ2Ｘ4中のＸは硫黄（Ｓ）であるが、酸素（Ｏ）、セレン（Ｓｅ）又は不純物が少量（例えば５％以下）含まれてもよい。また、感湿層４６は、感湿層４６の電気抵抗を低下させるための不純物を含んでもよい。また、感湿層４６は、ＺｎＩｎ2Ｓ4を合成する際に混入する不純物を含んでもよい。 For example, the thiospinel compound contained in the moisture-sensitive layer 46 is a compound represented by ZnIn 2 S 4 (zinc diindium tetrasulfide). The stoichiometric ratio may deviate within a range in which the spinel crystal structure can be maintained. A in AB 2 X 4 is zinc (Zn), but may contain a small amount (e.g., 5% or less) of cadmium (Cd), iron (Fe), nickel (Ni), manganese (Mn), other transition metal elements, or impurities. B in AB 2 X 4 is indium (In), but may contain a small amount (e.g., 5% or less) of aluminum (Al), gallium (Ga), other transition metal elements, or impurities. X in AB 2 X 4 is sulfur (S), but may contain a small amount (e.g., 5% or less) of oxygen (O), selenium (Se), or impurities. The moisture-sensitive layer 46 may also contain impurities to reduce the electrical resistance of the moisture-sensitive layer 46. Furthermore, the moisture sensitive layer 46 may contain impurities that are mixed in when ZnIn 2 S 4 is synthesized.
防水通気フィルタ４９は、気体は通過できるが水は通過できないフィルタである。防水通気フィルタ４９は、感湿層４６を覆うように設けられる。このことにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の尿などが感湿層４６に侵入することを防止することができ、尿などが感湿層４６の電気抵抗変化に影響を与えることを抑制することができる。 The waterproof breathable filter 49 is a filter that allows gas to pass through but not water. The waterproof breathable filter 49 is provided to cover the moisture-sensitive layer 46. This makes it possible to prevent urine or other substances from the person wearing the wearable sensor 60 from entering the moisture-sensitive layer 46, and to suppress the effect of urine or other substances on changes in the electrical resistance of the moisture-sensitive layer 46.
湿度センサ５５は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の股部に位置するように配置される。ウェアラブルセンサ６０を装着した人がおむつ内又はアンダーウェアの内部で排尿をしたとき、股部付近の湿度が上昇し、感湿層４６の電気抵抗（導電性）が変化する。この電気抵抗の変化を制御部７を用いて検出することにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出することができる。
このように制御部７は、湿度センサ５５を用いてウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出することができる。また、制御部７は、ウェアラブルセンサ６０を装着した人の排尿を検出したときにアラームを鳴らし、保護者、介護者などに排尿を通知することができる。
また、湿度センサ５５を配置する位置を代えることにより、ウェアラブルセンサ６０を装着した人や動物の発汗や排便も検出することが可能である。
また、第１～第３実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
The humidity sensor 55 is disposed so as to be located in the crotch region of a person wearing the wearable sensor 60. When a person wearing the wearable sensor 60 urinates inside the diaper or underwear, the humidity in the crotch region increases, causing a change in the electrical resistance (conductivity) of the moisture-sensitive layer 46. By detecting this change in electrical resistance using the control unit 7, it is possible to detect urination by the person wearing the wearable sensor 60.
In this way, the control unit 7 can detect urination of the person wearing the wearable sensor 60 by using the humidity sensor 55. Furthermore, when the control unit 7 detects urination of the person wearing the wearable sensor 60, it can sound an alarm to notify a guardian, caregiver, or the like of the urination.
In addition, by changing the position at which the humidity sensor 55 is disposed, it is also possible to detect sweating or defecation of a person or animal wearing the wearable sensor 60.
Moreover, the descriptions of the first to third embodiments also apply to the fourth embodiment unless there is a contradiction.
傾斜センサ作製実験１
テーパ穴（第１凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第１基材を作製した。第１凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第１基材の上面に垂直な方向と第１凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。
次に、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材上（第１凹部の内側面を含む）に転写することにより８つの検出端子対、素子配線及び素子端子を形成した。そして、第１凹部の底、内側面及び検出端子にレーザースキャン加工を施し、これらの表面に微細凹凸構造を形成した。その後、第１凹部中にインジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を入れて傾斜センサを作製した。
検出端子の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、３０μｍであった。
Inclinometer creation experiment 1
A first substrate made of silicone rubber (PDMS) having a tapered hole (first recess) was prepared. The opening of the first recess was a circle with a diameter of 1 cm. The angle between the direction perpendicular to the top surface of the first substrate and the inclination direction of the inner surface of the first recess was about 50 degrees.
Next, a laser-induced graphene (LIG) layer formed by irradiating a polyimide film with a CO2 laser beam was transferred onto the first substrate (including the inner surface of the first recess) to form eight detection terminal pairs, element wiring, and element terminals. Then, laser scanning processing was performed on the bottom, inner surface, and detection terminal of the first recess to form a fine uneven structure on these surfaces. After that, a liquid metal that is an indium-gallium-tin alloy was poured into the first recess to produce a tilt sensor.
The surface roughness (maximum height Ry) of the detection terminal was 30 μm.
図１５は第１凹部中に液体金属を入れる前の傾斜センサの写真であり、図１６（ａ）～（ｃ）は第１凹部中に液体金属を入れた後の傾斜センサの写真である。また、図１６（ａ）は傾斜センサを水平な状態にしたときの写真であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の傾斜センサを傾けたときの写真であり、図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）のように傾けた傾斜センサを水平に戻したときの写真である。
図１６（ａ）に示したように、傾斜センサを水平にすると、液体金属は８つの検出端子対のすべてに接触した。図１６（ｂ）に示したように傾斜センサを傾けると、重力により液体金属が移動し、液体金属は４つの検出端子対と接触しなくなった。さらに、傾斜センサを水平に戻すと、図１６（ｃ）に示したように液体金属は重力により第１凹部の中心に戻り８つの検出端子対のすべてに接触した。また、傾斜センサをこのように動かしても、液体金属は接触角が大きいままで移動した。このため、傾斜センサの傾きに応じて、液体金属がスムーズに移動し、液体金属が分離したり引き伸ばされたりすることがないことがわかった。
Fig. 15 is a photograph of the tilt sensor before liquid metal is poured into the first recess, and Figs. 16(a) to (c) are photographs of the tilt sensor after liquid metal is poured into the first recess. Fig. 16(a) is a photograph of the tilt sensor in a horizontal state, Fig. 16(b) is a photograph of the tilt sensor in Fig. 16(a) when tilted, and Fig. 16(c) is a photograph of the tilt sensor tilted as in Fig. 16(b) when returned to a horizontal state.
As shown in FIG. 16(a), when the tilt sensor was horizontal, the liquid metal contacted all eight detection terminal pairs. When the tilt sensor was tilted as shown in FIG. 16(b), the liquid metal moved due to gravity and was no longer in contact with the four detection terminal pairs. Furthermore, when the tilt sensor was returned to the horizontal position, the liquid metal returned due to gravity to the center of the first recess and contacted all eight detection terminal pairs as shown in FIG. 16(c). Furthermore, even when the tilt sensor was moved in this way, the liquid metal moved with a large contact angle. Therefore, it was found that the liquid metal moved smoothly according to the tilt of the tilt sensor and was not separated or stretched.
通電状態検出実験
検出端子対の通電状態を検出するための試験素子を作製した。図１７（ａ）は、作製した試験素子の写真である。具体的には、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層をシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）プレート上に転写することにより、検出端子４ａ、４ｂ、素子端子１５ａ、１５ｂを形成した。
A test element was fabricated to detect the energized state of the detection terminal pair in the experiment for detecting energized state . Figure 17(a) is a photograph of the fabricated test element. Specifically, a laser-induced graphene (LIG) layer formed by irradiating a polyimide film with a CO2 laser beam was transferred onto a silicone rubber (PDMS) plate to form detection terminals 4a, 4b and element terminals 15a, 15b.
図１７（ｂ）に示した説明図のように、作製した試験素子を傾斜角１５度の傾斜面上に設置し、素子端子１５ａ、１５ｂに抵抗分圧回路を接続した。そして、図１７（ｂ）に示したように、インジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を試験素子上に滴下し、重力により液体金属を検出端子４ａ、４ｂ上を移動させた。このときの検出端子４ａ、４ｂの通電状態を抵抗分圧回路を用いて検出した。
測定結果を図１８に示す。図１８のグラフでは、測定電圧が約１Ｖのとき検出端子４ａ、４ｂが非通電状態であることを示し、測定電圧が約０．２５Ｖのとき検出端子４ａ、４ｂが通電状態であることを示す。
図１８のように、滴下した液体金属が検出端子４ａ、４ｂ上を通過する際液体金属が検出端子４ａ、４ｂ間の導電経路となり検出端子４ａ、４ｂが通電状態となった。
As shown in the explanatory diagram in Fig. 17(b), the fabricated test element was placed on an inclined surface with an inclination angle of 15 degrees, and a resistive voltage divider circuit was connected to the element terminals 15a and 15b. Then, as shown in Fig. 17(b), liquid metal, an indium-gallium-tin alloy, was dropped onto the test element, and the liquid metal was moved over the detection terminals 4a and 4b by gravity. The current-carrying state of the detection terminals 4a and 4b at this time was detected using the resistive voltage divider circuit.
The measurement results are shown in Fig. 18. The graph in Fig. 18 indicates that the detection terminals 4a, 4b are in a non-conductive state when the measurement voltage is about 1V, and that the detection terminals 4a, 4b are in a conductive state when the measurement voltage is about 0.25V.
As shown in FIG. 18, when the dropped liquid metal passes over the detection terminals 4a and 4b, the liquid metal forms a conductive path between the detection terminals 4a and 4b, so that the detection terminals 4a and 4b are in a conductive state.
傾斜センサ作製実験２
図１～図３に示したような傾斜センサを作製した。
まず、テーパ穴（第１凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第１基材を作製した。第１凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第１基材の上面に垂直な方向と第１凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。また、テーパ穴（第２凹部）を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）製の第２基材を作製した。第２凹部の開口は、直径１ｃｍの円形とした。また、第２基材の上面に垂直な方向と第２凹部の内側面の傾斜方向との角度は約５０度とした。
Inclinometer creation experiment 2
A tilt sensor as shown in FIGS. 1 to 3 was fabricated.
First, a first substrate made of silicone rubber (PDMS) having a tapered hole (first recess) was prepared. The opening of the first recess was a circle with a diameter of 1 cm. The angle between the direction perpendicular to the upper surface of the first substrate and the inclination direction of the inner surface of the first recess was about 50 degrees. A second substrate made of silicone rubber (PDMS) having a tapered hole (second recess) was prepared. The opening of the second recess was a circle with a diameter of 1 cm. The angle between the direction perpendicular to the upper surface of the second substrate and the inclination direction of the inner surface of the second recess was about 50 degrees.
次に、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザービームを照射することにより形成したレーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層を第１基材上（第１凹部の内側面を含む）に転写することにより８つの検出端子対、素子配線及び素子端子を形成した。
次に、第１凹部の底、内側面、検出端子、第２凹部の底、内側面にレーザースキャン加工を施し、これらの表面に微細凹凸構造を形成した。
また、ポリイミドフィルムに銀ペーストを印刷することにより基板端子及び基板配線を有するフレキシブル基板を作製した。
そして、第１凹部にインジウム－ガリウム－スズ合金である液体金属を入れた後、第１基材、フレキシブル基板、第２基材を重ね合わせ、素子端子と基板端子とを電気的に接続させた。また、基板配線に抵抗分圧回路を接続して、検出端子対の通電状態又は非通電状態を検出できるようにした。また、検出端子対を構成する２つの検出端子のうち一方をグラウンドに接続した。
Next, a laser-induced graphene (LIG) layer formed by irradiating a polyimide film with a CO2 laser beam was transferred onto the first substrate (including the inner surface of the first recess) to form eight detection terminal pairs, element wiring, and element terminals.
Next, a laser scan process was performed on the bottom, inner side surface, and detection terminal of the first recess, and the bottom and inner side surface of the second recess, to form a fine uneven structure on these surfaces.
In addition, a flexible substrate having substrate terminals and substrate wiring was produced by printing silver paste on a polyimide film.
Then, after pouring liquid metal, which is an indium-gallium-tin alloy, into the first recess, the first substrate, the flexible substrate, and the second substrate are stacked together, and the element terminals and the substrate terminals are electrically connected. In addition, a resistive voltage divider circuit is connected to the substrate wiring, so that the energized or non-energized state of the detection terminal pair can be detected. In addition, one of the two detection terminals constituting the detection terminal pair is connected to ground.
作製した傾斜センサを水平、傾斜又は上下逆さまにして検出端子対の分圧を測定し、検出端子対の通電状態又は非通電状態を検出した。測定結果を図１９に示す。
図１９の上図の検出端子対(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)の測定結果が、それぞれ図１９の下図のグラフ(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)である。図１９の下図の各グラフでは、測定電圧が約１Ｖのとき検出端子対は非通電状態であり、測定電圧が０．２Ｖ～０．６Ｖのとき検出端子対が通電状態である。
The fabricated inclinometer was placed horizontally, tilted, or upside down to measure the voltage division of the detection terminal pair, and the conductive or non-conductive state of the detection terminal pair was detected. The measurement results are shown in FIG.
The measurement results of the detection terminal pairs (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), and (8) in the upper diagram of Figure 19 are shown as graphs (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), and (8) in the lower diagram of Figure 19. In each graph in the lower diagram of Figure 19, the detection terminal pairs are in a non-conducting state when the measurement voltage is approximately 1 V, and are in a conducting state when the measurement voltage is between 0.2 V and 0.6 V.
また、測定において、時間帯Ａでは検出端子対(5)が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｂでは検出端子対(1)が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｃでは傾斜センサを上下逆さまとし、時間帯Ｄでは検出端子対(3)が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｅでは傾斜センサを上下逆さまとし、時間帯Ｆでは検出端子対(2)と検出端子対(3)の中間が下がるように傾斜センサを傾斜させ、時間帯Ｇでは検出端子対(4)と検出端子対(5)の中間が下がるように傾斜センサを傾斜させた。また、２つの時間帯の間では傾斜センサを水平状態とした。 In addition, during the measurement, the tilt sensor was tilted so that detection terminal pair (5) was lowered in time period A, the tilt sensor was tilted so that detection terminal pair (1) was lowered in time period B, the tilt sensor was turned upside down in time period C, the tilt sensor was tilted so that detection terminal pair (3) was lowered in time period D, the tilt sensor was turned upside down in time period E, the tilt sensor was tilted so that the midpoint between detection terminal pair (2) and detection terminal pair (3) was lowered in time period F, and the tilt sensor was tilted so that the midpoint between detection terminal pair (4) and detection terminal pair (5) was lowered in time period G. In addition, the tilt sensor was kept horizontal between the two time periods.
時間帯Ａでは、検出端子対(1)、(2)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｂでは、検出端子対(4)、(5)、(6)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｃでは、すべての検出端子対が非通電状態であった。従って、傾斜センサが上下逆さまになっていることを検出できた。
時間帯Ｄでは、検出端子対(6)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｅでは、すべての検出端子対が非通電状態であった。従って、傾斜センサが上下逆さまになっていることを検出できた。
時間帯Ｆでは、検出端子対(5)、(6)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
時間帯Ｇでは、検出端子対(1)、(2)、(7)、(8)が非通電状態であり他の検出端子対は通電状態であった。従って、傾斜センサの傾斜方向を検出することができた。
このように、本発明の傾斜センサにより傾斜方向を高精度で検出できることがわかった。
During time period A, the detection terminal pairs (1), (2), and (8) were in a non-conductive state, while the other detection terminal pairs were in a conductive state. Therefore, the tilt direction of the tilt sensor could be detected.
During time period B, the detection terminal pairs (4), (5), and (6) were in a non-conductive state, while the other detection terminal pairs were in a conductive state. Therefore, the tilt direction of the tilt sensor could be detected.
During time period C, all of the detection terminal pairs were in a non-conductive state, so it was possible to detect that the tilt sensor was upside down.
During time period D, the detection terminal pairs (6), (7), and (8) were in a non-conductive state, while the other detection terminal pairs were in a conductive state. Therefore, the tilt direction of the tilt sensor could be detected.
During time period E, all of the detection terminal pairs were in a non-conductive state, so it was possible to detect that the tilt sensor was upside down.
During time period F, the detection terminal pairs (5), (6), (7), and (8) were in a non-energized state, while the other detection terminal pairs were in a conductive state. Therefore, the tilt direction of the tilt sensor could be detected.
During time period G, the detection terminal pairs (1), (2), (7), and (8) were in a non-conductive state, while the other detection terminal pairs were in a conductive state. Therefore, the tilt direction of the tilt sensor could be detected.
In this manner, it was found that the tilt sensor of the present invention can detect the tilt direction with high accuracy.
湿度センサ作製実験
図１３、図１４に示したような湿度センサを作製した。
ＺｎＣｌ2（０．２５ｍｍｏｌ）、ＩｎＣｌ3・４Ｈ2Ｏ（０．５ｍｍｏｌ）、チオアセトアミド（Thioacetamide）（１．６ｍｍｏｌ）を１５０ｍｌの水に溶解させた。その後、９５℃の水槽を用いて攪拌しながら約５時間アニールした。冷却後、遠心分離機にて生成したＺｎＩｎ2Ｓ4と余分な溶液を分離させた。このようにして、ＺｎＩｎ2Ｓ4を合成した。
厚さ１３０μｍのポリイミドフィルム（フレキシブル基板１４）にＣＯ2レーザー（レーザー出力：３Ｗ）を照射することによりポリイミドフィルムの表面を炭化し、第１電極４７及び第２電極４８（レーザー誘起グラフェン（ＬＩＧ）層）を形成した。第１電極４７及び第２電極４８はそれぞれ櫛型電極であり、第１電極４７の櫛歯部分が第２電極４８の２つの櫛歯部分の間に位置し、第２電極４８の櫛歯部分が第１電極４７の２つの櫛歯部分の間に位置するように設けられている。
Humidity Sensor Fabrication Experiment A humidity sensor as shown in Figs. 13 and 14 was fabricated.
ZnCl2 (0.25 mmol), InCl3.4H2O ( 0.5 mmol), and thioacetamide (1.6 mmol) were dissolved in 150 ml of water. The mixture was then annealed for about 5 hours while stirring in a water bath at 95°C. After cooling, the resulting ZnIn2S4 was separated from the excess solution using a centrifuge. In this way, ZnIn2S4 was synthesized.
A 130 μm thick polyimide film (flexible substrate 14) was irradiated with a CO 2 laser (laser output: 3 W) to carbonize the surface of the polyimide film, thereby forming a first electrode 47 and a second electrode 48 (laser-induced graphene (LIG) layer). The first electrode 47 and the second electrode 48 are each a comb-shaped electrode, and the comb portion of the first electrode 47 is located between two comb portions of the second electrode 48, and the comb portion of the second electrode 48 is located between two comb portions of the first electrode 47.
合成したＺｎＩｎ2Ｓ4を含む溶液（１０ｍｇ／ｍＬ）を第１電極４７及び第２電極４８上に塗布し１００℃で乾燥させて、感湿層４６（厚さ：０．７μｍ）を形成した。その後、感湿層４６上に防水通気フィルタ（日東電工株式会社製）を貼り付け図１３、図１４に示したような湿度センサを作製した。
図２０（１）は感湿層４６を形成した後の湿度センサの写真であり、図２０（２）は防水通気フィルタを貼り付けた後の湿度センサの写真である。
A solution (10 mg/mL) containing the synthesized ZnIn2S4 was applied onto the first electrode 47 and the second electrode 48 and dried at 100° C. to form a moisture-sensitive layer 46 (thickness: 0.7 μm). Then, a waterproof breathable filter (manufactured by Nitto Denko Corporation) was attached onto the moisture-sensitive layer 46 to produce a humidity sensor as shown in FIG. 13 and FIG. 14.
FIG. 20(1) is a photograph of the humidity sensor after the moisture-sensitive layer 46 has been formed, and FIG. 20(2) is a photograph of the humidity sensor after the waterproof air-permeable filter has been attached.
防水通気フィルタ上に水を滴下し、水滴を形成した。水滴の量は５μＬ～１００μＬの範囲で徐々に増やしていった。その後、防水通気フィルタ上の水滴を除去した。この際の感湿層の電気抵抗の変化率ΔＲ／Ｒ0（Ｒ0：測定開始時の感湿層の電気抵抗値、ΔＲ＝Ｒ－Ｒ0、Ｒ：感湿層の電気抵抗値）を測定した。測定結果を示すグラフを図２１に示す。
図２１に示すように、水滴の量に応じて感湿層の電気抵抗変化率は変化した。そして、水滴を除去すると、感湿層の電気抵抗変化率は測定開始時の値に戻った。従って、作製した湿度センサを用いて排尿などを適切に検出することができることがわかった。
Water was dripped onto the waterproof, breathable filter to form water droplets. The amount of water droplets was gradually increased in the range of 5 μL to 100 μL. After that, the water droplets on the waterproof, breathable filter were removed. The rate of change in electrical resistance of the moisture-sensitive layer at this time, ΔR/R 0 (R 0 : electrical resistance value of the moisture-sensitive layer at the start of measurement, ΔR=R−R 0 , R: electrical resistance value of the moisture-sensitive layer) was measured. A graph showing the measurement results is shown in FIG. 21.
As shown in Fig. 21, the rate of change in electrical resistance of the moisture-sensitive layer changed depending on the amount of water droplets. When the water droplets were removed, the rate of change in electrical resistance of the moisture-sensitive layer returned to the value at the start of the measurement. Therefore, it was found that the humidity sensor produced can be used to appropriately detect urination, etc.
ウェアラブルセンサ作製実験
図１０、１２に示したようなウェアラブルセンサを作製した。傾斜センサは「傾斜センサ作製実験２」と同様に作製し、湿度センサは「湿度センサ作製実験」と同様に作製した。
歪みセンサに関しては、まず、ポリイミドフィルムにＣＯ2レーザー光を照射することによりポリイミドフィルムの一部を焼成し炭化することによりレーザー誘起グラフェンを形成し、このレーザー誘起グラフェンをＰＤＭＳ（シリコーンゴム、伸縮性基材）上に転写することによりグラフェン層を形成した。このグラフェン層が基板端子と接合するようにＰＤＭＳをポリイミドフィルム（フレキシブル基板）に取り付けることにより歪みセンサを作製した。
Wearable sensor fabrication experiment A wearable sensor was fabricated as shown in Figures 10 and 12. The tilt sensor was fabricated in the same manner as in "Tilt sensor fabrication experiment 2," and the humidity sensor was fabricated in the same manner as in "Humidity sensor fabrication experiment."
For the strain sensor, first, a polyimide film was irradiated with CO2 laser light to bake and carbonize a part of the polyimide film to form laser-induced graphene, and then this laser-induced graphene was transferred onto PDMS (silicone rubber, a stretchable substrate) to form a graphene layer. The PDMS was attached to the polyimide film (flexible substrate) so that the graphene layer was bonded to the substrate terminal, thereby producing a strain sensor.
作製したウェアラブルセンサをおむつに取り付けた。図２２（ａ）はおむつに装着したウェアラブルセンサの写真である。また、図２２（ｂ）に示したような測定部（無線通信部）をフレキシブル基板に取り付けた。また、図２２（ｃ）に示したようなスマートフォンを用いてウェアラブルセンサを制御した。 The fabricated wearable sensor was attached to a diaper. Figure 22(a) is a photograph of the wearable sensor attached to a diaper. A measurement unit (wireless communication unit) as shown in Figure 22(b) was attached to a flexible substrate. The wearable sensor was controlled using a smartphone as shown in Figure 22(c).
傾斜センサが下腹中央に位置し、歪みセンサが腹部に位置し、湿度センサが股部に位置するように、作製したウェアラブルセンサを取り付けたおむつを人形に装着させ、人形の体勢を変化させた。傾斜センサは、第１基材の下面が腹部と接触するように配置されている。
図２３（１）～（５）に、各体勢の人形の写真と、傾斜センサの検出端子対８ａ～８ｈの通電状態・非通電状態を表示するスマートフォン画面の写真とを示す。スマートフォン画面では、検出端子対が通電状態にあるときランプが光り（Sensor ON）、検出端子対が非通電状態にあるときランプが消える（Sensor OFF）。
The diaper with the wearable sensor attached was worn by a doll, and the posture of the doll was changed so that the tilt sensor was located in the center of the lower abdomen, the strain sensor was located in the abdomen, and the humidity sensor was located in the crotch area. The tilt sensor was positioned so that the lower surface of the first base material was in contact with the abdomen.
23(1)-(5) show photographs of the doll in various positions and photographs of a smartphone screen displaying the energized and de-energized states of the detection terminal pairs 8a-8h of the tilt sensor. On the smartphone screen, a lamp lights up when the detection terminal pair is energized (Sensor ON), and the lamp goes out when the detection terminal pair is de-energized (Sensor OFF).
図２３（１）のように人形を仰向け寝させたとき、すべてのランプが光りスマートフォンを介して人形が仰向け寝していることが確認できた。図２３（２）のように人形を右向き寝させたとき、右側の３つのランプ、頭側のランプ及び足側のランプが光り、スマートフォンを介して人形が右向き寝していることが確認できた。図２３（３）のように人形を左向き寝させたとき、左側の３つのランプ、頭側のランプ及び足側のランプが光り、スマートフォンを介して人形が左向き寝していることが確認できた。図２３（４）のように人形をうつ伏せ寝させたとき、すべてのランプが消え、スマートフォンを介して人形がうつ伏せ寝していることが確認できた。図２３（５）のように人形を直立させたとき、足側の３つのランプ、右側のランプ及び左側のランプが光り、スマートフォンを介して人形が直立していることが確認できた。
このように、ウェアラブルセンサを装着している人形の体勢をスマートフォンを用いて遠隔で確認することができた。
When the doll was made to sleep on its back as shown in FIG. 23(1), all the lights were on, and it was confirmed through the smartphone that the doll was sleeping on its back. When the doll was made to sleep on its right side as shown in FIG. 23(2), the three lights on the right side, the light on the head side, and the light on the foot side were on, and it was confirmed through the smartphone that the doll was sleeping on its right side. When the doll was made to sleep on its left side as shown in FIG. 23(3), the three lights on the left side, the light on the head side, and the light on the foot side were on, and it was confirmed through the smartphone that the doll was sleeping on its left side. When the doll was made to sleep on its stomach as shown in FIG. 23(4), all the lights were off, and it was confirmed through the smartphone that the doll was sleeping on its stomach. When the doll was made to stand upright as shown in FIG. 23(5), the three lights on the foot side, the light on the right side, and the light on the left side were on, and it was confirmed through the smartphone that the doll was standing upright.
In this way, the posture of a doll equipped with a wearable sensor could be remotely checked using a smartphone.
次に、作製したウェアラブルセンサをアンダーウェアに取り付け、傾斜センサが下腹中央に位置し（第１基材の下面が腹部に接触する）、歪みセンサが腹部に位置し、湿度センサが股部に位置するように、成人男性がアンダーウェアを装着した。そして、成人男性が寝姿勢を変えながら傾斜センサ（体勢センサ）、歪みセンサ（呼吸センサ）、湿度センサ（排尿センサ）による測定を行った。
仰向け寝、左向き寝、右向き寝をしているとき、歪みセンサを用いて腹部の動きを検出することができ、呼吸を検出することができた。うつ伏せ寝をしているとき、歪みセンサでは呼吸に伴う腹部の動きを検出できなかった。うつ伏せ寝をすると、腹部が身体と寝床との間に挟まれ腹部が動きにくくなるためと考えられる。
湿度センサにより検出される湿度はほぼ変化がなかった。
傾斜センサにより測定される検出端子対の通電状態は、人形を用いた上記の実験と同様の結果が得られた。
このように、ウェアラブルセンサを装着した人の体勢、呼吸、排尿を同時にモニタリングすることができることがわかった。
Next, the manufactured wearable sensor was attached to underwear, and an adult male wore the underwear so that the tilt sensor was located at the center of the lower abdomen (the lower surface of the first base material was in contact with the abdomen), the strain sensor was located at the abdomen, and the humidity sensor was located at the crotch area. Then, measurements were taken using the tilt sensor (posture sensor), strain sensor (breathing sensor), and humidity sensor (urination sensor) while the adult male changed his sleeping position.
When sleeping on one's back, left side, or right side, the strain sensor was able to detect abdominal movement and thus breathing. When sleeping on one's stomach, the strain sensor was unable to detect abdominal movement associated with breathing. This is thought to be because when sleeping on one's stomach, the abdomen becomes pinched between the body and the bed, making it difficult for the abdomen to move.
The humidity detected by the humidity sensor remained almost unchanged.
The results of the current flow state of the detection terminal pair measured by the tilt sensor were similar to those of the above experiment using the doll.
In this way, it was found that the posture, breathing, and urination of a person wearing the wearable sensor can be monitored simultaneously.
２：第１基材 ３：素子配線 ４、４ａ～４ｐ：検出端子 ５：第１凹部 ６：導電性液体 ７：制御部 ８、８ａ～８ｈ：検出端子対 ９：共通端子 １１：第２基材 １２：第２凹部 １４：フレキシブル基板 １５、１５ａ～１５ｌ：素子端子 １６：センサ素子 １８、１８ａ～１８ｌ：基板端子 ２０：開口 ２１：接続端子 ２２：チャンバ ２３：基板配線 ２４：第１凹部の底 ２５：第１凹部の内側面 ２６：第２凹部の底 ２７：第２凹部の内側面 ４０：傾斜センサ ４１：伸縮性基材 ４２：グラフェン層 ４３ａ、４３ｂ：歪みセンサ端子 ４５：歪みセンサ ４６：感湿層 ４７：第１電極 ４８：第２電極 ４９：防水通気フィルタ ５０ａ、５０ｂ：湿度センサ端子 ５１ａ、５１ｂ：湿度センサ配線 ５２：無線通信部 ５３：ウエストまわり ５４：脚まわり ５５：湿度センサ ５６：測定部 ５７：情報機器 ５８：スマートフォン ５９：おむつ ６０：ウェアラブルセンサ 2: First substrate 3: Element wiring 4, 4a to 4p: Detection terminal 5: First recess 6: Conductive liquid 7: Control unit 8, 8a to 8h: Detection terminal pair 9: Common terminal 11: Second substrate 12: Second recess 14: Flexible substrate 15, 15a to 15l: Element terminal 16: Sensor element 18, 18a to 18l: Substrate terminal 20: Opening 21: Connection terminal 22: Chamber 23: Substrate wiring 24: Bottom of first recess 25: Inner surface of first recess 26: Bottom of second recess 27: Inner surface of second recess 40: Tilt sensor 41: Stretchable substrate 42: Graphene layer 43a, 43b: Strain sensor terminal 45: Strain sensor 46: Moisture-sensitive layer 47: First electrode 48: Second electrode 49: Waterproof breathable filter 50a, 50b: Humidity sensor terminal 51a, 51b: Humidity sensor wiring 52: Wireless communication unit 53: Waist area 54: Leg area 55: Humidity sensor 56: Measurement unit 57: Information device 58: Smartphone 59: Diaper 60: Wearable sensor
Claims (12)
前記導電性液体は、第１基材の傾きに応じて前記導電性液体が移動するように設けられ、
第１、第２、第３及び第４検出端子は、第１凹部の底を取り囲むように第１凹部の内側面上に配置され、
第１、第２、第３又は第４検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられ、
前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられ、
第１基材は、フレキシブル基板に接着されており、
第１、第２、第３及び第４検出端子並びに第１凹部の表面粗さ（最大高さＲｙ）は、５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする傾斜センサ。 a first substrate having a first recess, a conductive liquid disposed in the first recess, a first detection terminal, a second detection terminal, a third detection terminal, a fourth detection terminal, and a controller;
the conductive liquid is provided so as to move in response to a tilt of the first substrate,
the first, second, third and fourth detection terminals are disposed on an inner surface of the first recess so as to surround a bottom of the first recess;
the first, second, third or fourth detection terminal is provided so as to be in a conducting state when in contact with the conductive liquid, and is provided so as to be in a non-conducting state when not in contact with the conductive liquid;
the control unit is configured to detect the tilt and the tilt direction based on a current-carrying state or a current-de-carrying state of the first, second, third, and fourth detection terminals ;
The first substrate is attached to a flexible substrate;
A tilt sensor, characterized in that the surface roughness (maximum height Ry) of the first, second, third and fourth detection terminals and the first recess is 5 μm or more and 100 μm or less .
第２検出端子は、第２検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第２検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第２検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第３検出端子は、第３検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第３検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第３検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第４検出端子は、第４検出端子対に含まれ、かつ、前記導電性液体が第４検出端子対に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第４検出端子対に接触していないと非通電状態となるように設けられた請求項１又は２に記載の傾斜センサ。 the first detection terminal is included in the first detection terminal pair, and is provided to be in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the first detection terminal pair, and is provided to be in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the first detection terminal pair;
the second detection terminal is included in the second detection terminal pair, and is provided to be in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the second detection terminal pair, and is provided to be in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the second detection terminal pair;
the third detection terminal is included in the third detection terminal pair, and is provided to be in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the third detection terminal pair, and is provided to be in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the third detection terminal pair;
The inclination sensor of claim 1 or 2, wherein the fourth detection terminal is included in a fourth detection terminal pair and is configured to be in a conductive state when the conductive liquid is in contact with the fourth detection terminal pair and to be in a non-conductive state when the conductive liquid is not in contact with the fourth detection terminal pair.
第１検出端子は、前記導電性液体が第１検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第１検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第２検出端子は、前記導電性液体が第２検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第２検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第３検出端子は、前記導電性液体が第３検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第３検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられ、
第４検出端子は、前記導電性液体が第４検出端子及び前記共通端子に接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体が第４検出端子及び前記共通端子に接触していないと非通電状態となるように設けられた請求項１又は２に記載の傾斜センサ。 A common terminal is further provided,
the first detection terminal is provided to be in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the first detection terminal and the common terminal, and is provided to be in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the first detection terminal and the common terminal;
the second detection terminal is provided so as to be in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the second detection terminal and the common terminal, and is provided so as to be in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the second detection terminal and the common terminal;
the third detection terminal is provided so as to be in a conducting state when the conductive liquid is in contact with the third detection terminal and the common terminal, and is provided so as to be in a non-conducting state when the conductive liquid is not in contact with the third detection terminal and the common terminal;
An inclination sensor as described in claim 1 or 2, wherein the fourth detection terminal is configured to be in a conductive state when the conductive liquid is in contact with the fourth detection terminal and the common terminal, and is configured to be in a non-conductive state when the conductive liquid is not in contact with the fourth detection terminal and the common terminal.
第１及び第２基材は、第１凹部と第２凹部が向かい合いチャンバを形成するように設けられた請求項１～５のいずれか１つに記載の傾斜センサ。 Further comprising a second substrate having a second recess;
6. The tilt sensor according to claim 1, wherein the first and second substrates are provided such that the first recess and the second recess face each other to form a chamber.
第５、第６、第７及び第８検出端子は、第２凹部の底を取り囲むように第２凹部の内側面上に配置され、
第５、第６、第７又は第８検出端子は、前記導電性液体と接触していると通電状態となるように設けられ、かつ、前記導電性液体と接触していないと非通電状態となるように設けられ、
前記制御部は、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき傾き及び傾き方向を検出するように設けられた請求項６に記載の傾斜センサ。 Further comprising a fifth detection terminal, a sixth detection terminal, a seventh detection terminal, and an eighth detection terminal;
the fifth, sixth, seventh and eighth detection terminals are disposed on an inner surface of the second recess so as to surround a bottom of the second recess;
a fifth, sixth, seventh or eighth detection terminal is provided so as to be in a conducting state when in contact with the conductive liquid, and is provided so as to be in a non-conducting state when not in contact with the conductive liquid;
The inclination sensor according to claim 6, wherein the control unit is configured to detect the inclination and the direction of inclination based on the conductive or non-conductive state of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth detection terminals.
前記制御部は、第１、第２、第３及び第４検出端子の通電状態又は非通電状態に基づき前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の体勢を検出するように設けられたウェアラブルセンサ。 A wearable sensor comprising the tilt sensor according to any one of claims 1 to 7 and the flexible substrate carrying a first base material,
The control unit is configured to detect the posture of a person or animal wearing the wearable sensor based on the energized or non-energized state of the first, second, third and fourth detection terminals.
前記歪みセンサは、伸縮性基材と、前記伸縮性基材上に設けられた第２グラフェン層とを含み、
前記伸縮性基材は、前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の呼吸に伴う腹部の動きに応じて第２グラフェン層と共に伸縮するように設けられ、
前記制御部は、第２グラフェン層の導電性の変化に基づき前記呼吸を検出するように設けられた請求項８に記載のウェアラブルセンサ。 Further comprising a strain sensor mounted on the flexible substrate,
The strain sensor includes a stretchable substrate and a second graphene layer provided on the stretchable substrate;
the stretchable substrate is provided so as to stretch together with the second graphene layer in response to abdominal movement accompanying breathing of a person or animal wearing the wearable sensor;
The wearable sensor of claim 8 , wherein the control unit is configured to detect the respiration based on a change in electrical conductivity of the second graphene layer.
前記湿度センサは、感湿層を含み、
前記感湿層は、チオスピネル化合物を含み、
前記チオスピネル化合物の構成元素は、亜鉛、インジウム、硫黄を含み、
前記制御部は、前記感湿層の導電性の変化に基づき前記ウェアラブルセンサを装着した人又は動物の排尿、排便又は発汗を検出するように設けられた請求項８又は９に記載のウェアラブルセンサ。 A humidity sensor mounted on the flexible substrate,
The humidity sensor includes a moisture sensitive layer;
The moisture-sensitive layer comprises a thiospinel compound,
The constituent elements of the thiospinel compound include zinc, indium, and sulfur,
The wearable sensor according to claim 8 or 9, wherein the control unit is configured to detect urination, defecation, or sweating of a person or animal wearing the wearable sensor based on a change in conductivity of the moisture-sensitive layer.
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