(57)【要約】【課題】簡易に製造することができ、分解能の高い圧力検知が可能な感圧シートを提供する。【解決手段】第１導電性織布２０と、非導電性織布３０と、第２導電性織布４０とをこの順に重ねた感圧シート１０であって、第１導電性織布２０は、第１方向（ｘ方向）に延びる複数の導電性素線２１と、第１方向と直交する第２方向（ｙ方向）に延びる非導電性繊維２２とを織り込むことにより、第１方向にのみ導電性を有し、第２導電性織布４０は、第１方向に延びる複数の非導電性繊維４１と、第２方向に延びる複数の導電性素線４２とを織り込むことにより、第２方向にのみ導電性を有し、第１導電性織布２０と非導電性織布３０と第２導電性織布４０の重ね合せにより、非導電性織布３０を介する導電性素線２１と導電性素線４２の交差部分を複数形成してなる。【選択図】図２
2010203809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性織布と、非導電性シートと、第２導電性織布とをこの順に重ねた感圧シートであって、
前記第１導電性織布は、第１方向に延びる複数の導電性素線と、前記第１方向と交差する第２方向に延びる非導電性繊維とを織り込むことにより、前記第１方向にのみ導電性を有し、
前記第２導電性織布は、前記第１方向に延びる複数の非導電性繊維と、前記第２方向に延びる複数の導電性素線とを織り込むことにより、前記第２方向にのみ導電性を有し、
前記第１導電性織布と前記非導電性シートと前記第２導電性織布の重ね合せにより、前記非導電性シートを介する前記第１方向に延びる前記導電性素線と前記第２方向に延びる前記導電性素線の交差部分を複数形成してなることを特徴とする感圧シート。
【請求項２】
前記非導電性シートを非導電性織布としたことを特徴とする請求項１に記載の感圧シート。
【請求項３】
前記第１方向に延びる前記導電性素線と前記第２方向に延びる前記導電性素線とを、前記非導電性シートを介在させて平面視直交状態に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の感圧シート。
【請求項４】
前記第１導電性織布および／または前記第２導電性織布の導電性素線として、表面に凹凸を有する素線を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感圧シート。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の感圧シートと、
前記第１導電性織布と前記第２導電性織布を電極として構成されたコンデンサの静電容量を計測する静電容量計測部と
を備えたことを特徴とする感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元平面での圧力を検知する感圧センサに関し、特に導電性素線を織り込んだ２枚の導電性織布の間に非導電性織布を挟み込んだ感圧シート、およびこの感圧シートの導電性織布間の静電容量の変化によって圧力を検知する感圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、感圧センサとしては、感圧シートが押圧されたときの感圧シートの抵抗値の変化や静電容量の変化を計測することによって圧力を検知するものがあった。
【０００３】
例えば、特許文献１には、凹凸形状などの不均一面における圧力分布や圧力測定をする技術として、上布に設けられた導電糸と、下布に設けられた導電糸の交点に、荷重によって抵抗値が変化する感圧抵抗が配列され、これら２枚の布が重ねられることにより、荷重による抵抗値の変化を計測可能とした感圧シートが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、２層構造の繊維構造体の上面部と下面部に、互いに直交するようにそれぞれ複数の導電糸が配列され、上記繊維構造体が押圧されると、上面部導電糸と下面部導電糸が接触し、その電気抵抗変化を検知可能とした感圧シートが開示されている。
また、特許文献３には、導電体層を誘電体層で被覆した縦糸と横糸が編み込まれ、この編み物に接触圧がかかったときの縦糸と横糸間の静電容量の変化を検知可能とした感圧シートが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３２７６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４２７６号公報
【特許文献３】特開２００８−１７０４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１および上記特許文献２に記載の技術では、電気抵抗値の変化によって圧力を検知するものであるため、圧力についての分解能が低く、高精度な圧力検知が困難であるという課題があった。上記特許文献１の感圧シートの分解能を上げるには、感圧抵抗の個数を増やす必要があるため、感圧シートの構成が複雑になり、感圧シートの製造にかかるコストの増加に繋がっていた。
【０００７】
また、上記特許文献３に記載の技術では、静電容量の変化によって圧力を検知するため、抵抗値の変化によるものよりも圧力検知の分解能を上げることが可能である。しかし、この技術は、１枚のシートにおいて、円筒状弾性体の内外周に導電体層や誘電体層を形成した感圧用線材の縦糸と横糸を必要とし、押圧による縦糸と横糸の距離の変化によって静電容量を変化させるものである。このため、押圧されたときの縦糸と横糸の距離変化が不十分であり、圧力検知の分解能が不足するという課題があった。また、導電層を誘電体層で被覆した糸を使用して感圧シートを製造する必要があるため、糸の構造が複雑であり、感圧シートの製造にかかるコストの増加に繋がっていた。
更に、上記特許文献３に記載の技術では、導電線の繰り返しの変形による誤差、破損が懸念される問題がある。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、簡易に製造することができ、分解能の高い圧力検知が可能な感圧シートを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の感圧シートは、第１導電性織布と、非導電性シートと、第２導電性織布とをこの順に重ねた感圧シートであって、前記第１導電性織布は、第１方向に延びる複数の導電性素線と、前記第１方向と交差する第２方向に延びる非導電性繊維とを織り込むことにより、前記第１方向にのみ導電性を有し、前記第２導電性織布は、前記第１方向に延びる複数の非導電性繊維と、前記第２方向に延びる複数の導電性素線とを織り込むことにより、前記第２方向にのみ導電性を有し、前記第１導電性織布と前記非導電性シートと前記第２導電性織布の重ね合せにより、前記非導電性シートを介する前記第１方向に延びる前記導電性素線と前記第２方向に延びる前記導電性素線の交差部分を複数形成してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非導電性シートを介して、導電性素線と非導電性繊維を単に織り込んだ２枚の織布を重ねるだけで感圧シートを構成できるので、簡易かつ安価に感圧シートを作製できるという効果がある。
【００１１】
また、非導電性シートを介して２枚の導電性織布を重ねた３層構造としたことにより、押圧力の大きさに応じて、２枚の導電性織布間の距離を十分に変化させることができ、これにより２枚の導電性織布によって構成されるコンデンサの静電容量を十分に変化させることができるので、分解能の高い圧力検知が可能となるという効果がある。
本発明によれば、導電性素線の被覆を不要とすることができる効果がある。更に、本発明によれば、感圧センサとしての感度（分解能）について、非導電性シートの厚さ、硬さ、構造を任意に選択することで調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の感圧センサの構成を説明する模式斜視図である。
【図２】図１の感圧センサ１００においての感圧シート１０の構成を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態の感圧センサの構成を説明する模式斜視図である。この実施の形態の感圧センサ１００は、感圧シート１０と、静電容量計測部６０とを備えている。なお、感圧シート１０は、第１導電性織布２０と、非導電性織布（非導電性シート）３０と、第２導電性織布４０とをこの順に重ねた３層構造の織物であるが、図１ではこの３層構造を判りやすくするため、第１導電性織布２０、非導電性織布３０、第２導電性織布４０を分解斜視図として描いてある。
【００１５】
また、図２は図１の感圧センサ１００においての感圧シート１０の構成を説明する模式図である。この図２において、（ａ）は第１導電性織布２０の模式平面図、（ｂ）は非導電性織布３０の模式平面図、（ｃ）は第２導電性織布４０の模式平面図、（ｄ）は感圧シート１０の模式断面図である。
【００１６】
［感圧シート１０］
感圧シート１０は、上記のように第１導電性織布２０と、非導電性織布３０と、第２導電性織布４０とを、図１、図２中のｚ方向に順に重ね合せて構成された３層構造の織物である。つまり、感圧シート１０は、それぞれ導電性素線と非導電性繊維とが織り込まれてなる第１導電性織布２０と第２導電性織布４０の間に、非導電性繊維同士が織り込まれてなる非導電性織布３０を挟み込んだものである。
【００１７】
［第１導電性織布２０］
図２（ａ）のように、第１導電性織布２０は、第１方向（図中ではｘ方向）に延びる糸として偏平状の導電性素線２１を用い、この第１方向と直交する第２方向（図中ではｙ方向）に延びる糸として偏平状の非導電性繊維２２を用いて、第１方向に延びる複数本の導電性素線２１と、第２方向に延びる複数本の非導電性繊維２２とが平織により織り込まれた織物である。従って、この第１導電性織布２０は、各導電性素線２１に沿って第１方向のみの一方向に導電性を有する織物である。
【００１８】
［非導電性織布３０］
図２（ｂ）のように、非導電性織布（非導電性シート）３０は、第１方向（図中ではｘ方向）に延びる糸として偏平状の非導電性繊維３１を用い、これと直交する第２方向（図中ではｙ方向）に延びる糸として偏平状の非導電性繊維３２を用いて、複数本の非導電性繊維３１と複数本の非導電性繊維３２とが平織により織り込まれた織物である。従って、非導電性織布３０は、第１方向にもこれと直交する第２方向にも導通しない絶縁性の織物である。なお、本発明では、非導電性織布３０に代えて、非導電性の弾性部材からなるあらゆるシートを用いることができる。この場合の非導電性シートとは、第１導電性織布２０の導電性素線２１と後述する第２導電性織布４０の導電性素線４２との間に介在され、これらに作用する押圧力に応じて導電性素線２１と導電性素線４２の交差部分の距離を十分に変化させて、容量変化を生じさせるための変化量を確保できる厚みと弾性力を有するものであることが好ましい。
【００１９】
［第２導電性織布４０］
図２（ｃ）のように、第２導電性織布４０は、第１方向（図中ではｘ方向）に延びる糸として偏平状の非導電性繊維４１を用い、これと直交する第２方向（図中ではｙ方向）に延びる糸として偏平状の導電性素線４２を用いて、第１方向に延びる複数本の非導電性繊維４１と、第２方向に延びる複数本の導電性素線４２とが平織により織り込まれた織物である。従って、第２導電性織布４０は、各導電性素線４２に沿って第２方向のみの一方向に導電性を有する織物である。
【００２０】
なお、本実施の形態の感圧シート１０では、第１方向と第２方向とが直交しているが、本発明の感圧シートにおいては、第１方向と第２方向とが直交していなくとも、交差している構成とすることができる。また、第１導電性織布２０、非導電性織布３０、第２導電性織布４０として、平織の他に、朱子織等により織り込まれた織物を用いることも可能である。また、本実施の形態では、３枚の織布によって感圧シート１０を構成しているが、織り組織や構造によって１枚の織布を３層構造に織り上げることにより、本発明の感圧シートを構成することも可能である。
【００２１】
［導電性素線２１，４２］
第１導電性織布２０の導電性素線２１および第２導電性織布４０の導電性素線４２としては、導電性繊維や導電線が使用される。上記導電性繊維としては、例えば、一般的なＣｕ、Ｆｅ、Ａｌや、これらの合金からなる金属繊維が使用される。さらに、上記導電性繊維として、ポリエステル等の合成繊維に金属粒子等の導電性粒子を分散または含侵させるなどの処理を施した有機繊維が使用される。また、上記導電線としては、ステンレスやＣｕ、Ａｌ等の金属線の他に、カーボン線が使用される。
【００２２】
［非導電性繊維２２，３１，３２，４１］
第１導電性織布２０の非導電性繊維２２、非導電性織布３０の非導電性繊維３１および３２、第２導電性織布４０の非導電性繊維４１としては、例えば、綿、ポリエステル等の一般的な繊維や、フッ素樹脂繊維、ポリウレタン繊維、セラミックス繊維などが使用される。
【００２３】
このように、導電性素線と非導電性繊維、あるいは非導電性繊維同士が単に織り込まれただけの３枚の織布を重ねることによって感圧シート１０を作製できる。従って、感圧シート１０は、簡易かつ安価に作製できる感圧シートである。
【００２４】
上記のように第１導電性織布２０と第２導電性織布４０の間に非導電性織布３０が挟み込まれた３層織布構造の感圧シート１０は、導電性素線２１と導電性素線４２の交差部分が全てコンデンサを構成している。つまり、第１導電性織布２０に織り込まれた複数本の導電性素線２１と、第２導電性織布４０に織り込まれた複数本の導電性素線４２の間に電圧を印加すると、第１導電性織布２０の導電性素線２１がコンデンサの一方の電極の役目を果たし、第２導電性織布４０の導電性素線４２がコンデンサの他方の電極の役目を果たす。そして、第１導電性織布２０と第２導電性織布４０の間に挟み込まれた非導電性織布３０が、絶縁層として、主にコンデンサの電極間に設けられた誘電体層の役目を果たす。
【００２５】
コンデンサの静電容量は、電極面積に比例し、電極間距離に反比例する。このため、導電性素線２１および／または導電性素線４２として、例えば金属繊維や金属線を使用する場合には、その表面が平坦な繊維や丸形線よりも、その表面に凹凸を有する異形繊維や異形線を用いることにより、静電容量を大きくすることができる。
【００２６】
第１導電性織布２０と第２導電性織布４０は、非導電性織布３０を介して、その導通方向が直交するように配設されている。つまり、第１導電性織布２０は、第１方向には導通するが、これと直交する第２方向には導通しない。逆に、第２導電性織布４０は、第１方向には導通しないが、これと直交する第２方向には導通する。従って、第１導電性織布２０に織り込まれた複数本の導電性素線２１に接続するために必要な引き出し配線７１および第１コネクタ７０は、第１導電性織布２０の第１方向（図中のｘ方向）の一方の端部に設けられることとなる。また、第２導電性織布４０に織り込まれた複数本の導電性素線４２に接続する引き出し配線８１および第２コネクタ８０は、第２導電性織布４０の第２方向（図中のｙ方向）の一方の端部に設けられることとなる。
【００２７】
この３層構造の織布からなる感圧シート１０において、第１導電性織布２０と第２導電性織布４０のいずれかまたは両方を、織布面に垂直な方向（図１、図２中のｚ方向）から押して加圧すると、その加圧部分に対圧する導電性素線２１と導電性素線４２の交差部分において、導電性素線２１と導電性素線４２の距離が狭くなるので、各交差部分の導電性素線２１と導電性素線４２間の静電容量が増加する。つまり、上記加圧部分において、コンデンサの電極間距離が狭くなるので、コンデンサの静電容量が増加する。そして、各交差部分の静電容量の変化を計測することにより、加圧部分においての圧力変化を検知することができる。なお、織布面に垂直な方向に張力を印加すると、コンデンサの電極間距離が広くなるので、コンデンサの静電容量は減少する。
【００２８】
感圧シート１０は、２枚の導電性織布の間に非導電性織布が挟み込まれた３層構造であるため、押圧力の大きさに応じて、この３層構造の織布が大きく弾性変形し、上記コンデンサの電極間距離を大きく変化させることができる。これにより、上記コンデンサの静電容量を大きく変化させることができる。従って、圧力検知の分解能を高くすることができ、高感度な圧力検知が可能である。
【００２９】
［静電容量計測部６０］
静電容量計測部６０は、第１コネクタ７０と、第２コネクタ８０と、ＬＣＲメータ（容量計測器）９０とを備えて構成されている。この静電容量計測部６０は、導電性素線２１と導電性素線４２を電極として構成されたコンデンサの静電容量を計測するものである。この静電容量計測部６０によって計測された静電容量の変化により、感圧シート１０に加えられた圧力を検知することができる。
【００３０】
［第１コネクタ７０］
第１コネクタ７０は、第１導電性織布２０の導通方向である第１方向（図中のｘ方向）の一方の端部２０ａ側に設けられている。この第１コネクタ７０は、第１導電性織布２０に織り込まれた複数本の導電性素線２１を、引き出し配線７１および配線７２によってＬＣＲメータ９０に接続するために設けられている。第１導電性織布２０の端部２０ａにおいて、複数本の導電性素線２１からそれぞれ引き出された複数本の引き出し配線７１は、束ねられて、第１コネクタ７０の一方の端子に接続されている。第１コネクタ７０の他方の端子は、配線７２によってＬＣＲメータ９０の第１端子９１に接続されている。
【００３１】
［第２コネクタ８０］
第２コネクタ８０は、第２導電性織布４０の導通方向である第２方向（図中のｙ方向）の一方の端部４０ａ側に設けられている。この第２コネクタ８０は、第２導電性織布４０に織り込まれた複数本の導電性素線４２を、引き出し配線８１および配線８２によってＬＣＲメータ９０に接続するために設けられている。第２導電性織布４０の端部４０ａにおいて、複数本の導電性素線４２からそれぞれ引き出された複数本の引き出し配線８１は、束ねられて、第２コネクタ８０の一方の端子に接続されている。第２コネクタ８０の他方の端子は、配線８２によってＬＣＲメータ９０の第２端子９２に接続されている。
【００３２】
［ＬＣＲメータ（容量計測器）９０］
ＬＣＲメータ（容量計測器）９０は、第１導電性織布２０と第２導電性織布４０間に交流電圧を印加し、この交流電圧印加のときにこれらの導電性織布間に流れる交流電流を検出し、印加交流電圧の周波数および電圧値、ならびに検出交流電流の位相および電流値をもとに、上記導電性織布間の静電容量を計測する装置である。
【００３３】
感圧シート１０に圧力が加えられると、第１導電性織布２０と第２導電性織布４０によるコンデンサの圧力が加えられた部分の導電性素線２１と導電性素線４２の電極間距離が狭くなるので、ＬＣＲメータ９０によって計測される静電容量が増加する。従って、ＬＣＲメータ９０によって計測された静電容量の変化により、感圧シート１０に加えられた圧力を検知することができる。
【００３４】
以上のように本発明の実施の形態によれば、導電性素線と非導電性繊維を単に織り込んだ第１導電性織布２０および第２導電性織布４０、ならびに非導電性繊維同士を単に織り込んだ非導電性織布３０の３枚の織布を重ねるだけで感圧シート１０を構成できるので、簡易かつ安価に感圧シートを作製できる。
【００３５】
また、非導電性織布３０を介して第１導電性織布２０と第２導電性織布４０を重ねた３層構造としたことにより、押圧力の大きさに応じて、２枚の導電性織布間の距離を十分に変化させることができ、これにより２枚の導電性織布によって構成されるコンデンサの静電容量を十分に変化させることができるので、分解能の高い圧力検知が可能となる。
【００３６】
なお、感圧シート１０を複数個配列し、それぞれの感圧シート１０の静電容量の変化を計測することにより、圧力の検知のみならず、加圧された領域あるいは位置も併せて検知できる感圧位置センサを実現できる。
【００３７】
また、感圧シート１０において、交流電圧を印加する領域を複数の領域に区分けすることによっても、加圧された領域あるいは位置も併せて検知できる感圧位置センサを実現できる。この場合に、第１導電性織布２０および第２導電性織布４０の区分け配列された電圧印加領域の境界においては、第１導電性織布２０の導電性素線２１および第２導電性織布４０の導電性素線４２をそれぞれ非導電性繊維とすること等により、異なる電圧印加領域の導電性素線２１同士、および異なる電圧印加領域の導電性素線４２同士が接触せずに分離されるようにすることが必要である。
【実施例１】
【００３８】
導電性素線２１として表面が平坦な直径５０μｍのステンレスワイヤを使用し、非導電性繊維２２としてポリエステル繊維（帝人ファイバー（株）製：スーパーエクスター「登録商標」）を使用して、第１導電性織布２０を作製した。
また、非導電性繊維３１および３２に、それぞれ上記と同じポリエステル繊維を使用して、非導電性織布３０を作製した。また、非導電性繊維４１として上記と同じポリエステル繊維を使用し、導電性素線４２として表面が平坦な直径５０μｍのステンレスワイヤを使用して、第２導電性織布４０を作製した。
なお、非導電性繊維２２、３１、３２、４１としてフッ素樹脂製繊維を用いることもできるが、本実施例では上述のポリエステル繊維を使用した。
これらの第１導電性織布２０ｍのサイズと第２導電性織布４０のサイズはいずれも５０ｍｍ（縦）×５０ｍｍ（横）とした。
【００３９】
そして、これらの第１導電性織布２０、非導電性織布３０、第２導電性織布４０を重ね合せて、感圧シート１０を作製した。さらに、第１コネクタ７０によって第１導電性織布２０をＬＣＲメータ９０に接続し、第２コネクタ８０によって第２導電性織布４０をＬＣＲメータ９０に接続して、感圧センサ１００を構成した。ＬＣＲメータ９０は、エヌエフ回路設計ブロックＺＭ２３５３を用いた。
【００４０】
このように構成した実施例１の感圧センサ１００において、ＬＣＲメータ９０によって、第１導電性織布２０と第２導電性織布４０間に１Ｖ−４５０Ｈｚの交流電圧を印加して、感圧シート１０によるコンデンサの静電容量を計測した。感圧シート１０に圧力を加えないときの静電容量は４８ｐＦであったが、第１導電性織布２０を上から指で押すと、静電容量は６６ｐＦに上昇した。
【実施例２】
【００４１】
導電性素線２１として表面に高さ１μｍ、ピッチ１μｍで形成した複数の凸部からなる凹凸を有する直径５０μｍのステンレスワイヤを使用し、非導電性繊維２２としてポリエステル繊維（帝人ファイバー（株）製：スーパーエクスター「登録商標」）を使用して、第１導電性織布２０を作製した。また、非導電性繊維３１および３２に、それぞれポリエステル繊維（帝人ファイバー（株）製：スーパーエクスター「登録商標」）を使用して、非導電性織布３０を作製した。また、非導電性繊維４１としてポリエステル繊維（帝人ファイバー（株）製：スーパーエクスター「登録商標」）を使用し、導電性素線４２として表面に高さ１μｍ、ピッチ１μｍで形成した複数の凸部からなる凹凸を有する直径５０μｍのステンレスワイヤを使用して、第２導電性織布４０を作製した。
【００４２】
そして、これらの第１導電性織布２０、非導電性織布３０、第２導電性織布４０を重ね合せて、感圧シート１０を作製した。つまり、この実施例２では、上記実施例１の感圧シートにおいて、第１導電性織布２０の導電性素線２１および第２導電性織布４０の導電性素線４２を、表面が平坦なステンレスワイヤから、表面に凹凸を有する同径のステンレスワイヤに変更した感圧シートを作製した。
【００４３】
さらに、上記実施例１と同様に、第１コネクタ７０によって第１導電性織布２０をＬＣＲメータ９０に接続し、第２コネクタ８０によって第２導電性織布４０をＬＣＲメータ９０に接続して、感圧センサ１００を構成した。
【００４４】
このように構成した実施例２の感圧センサ１００において、ＬＣＲメータ９０によって、第１導電性織布２０と第２導電性織布４０間に１Ｖ−４５０Ｈｚの交流電圧を印加して、感圧シート１０によるコンデンサの静電容量を計測した。感圧シート１０に圧力を加えないときの静電容量は５５ｐＦであったが、第１導電性織布２０を上から指で押すと、静電容量は７２ｐＦに上昇した。
【符号の説明】
【００４５】
１０…感圧シート、２０…第１導電性織布、２１…導電性素線、２２…非導電性繊維、３０…非導電性織布（非導電性シート）、４０…第２導電性織布、４１…非導電性繊維、４２…導電性素線、６０…静電容量計測部、１００…感圧センサ。
【図１】
2010203809.tif 000003
【図２】
2010203809.tif 000004