(57)【要約】  センサ用電極は、導電性糸および絶縁性糸を用いた織物または編物からなる布状の電極であって、該絶縁性糸を含んで形成される絶縁性部と、該導電性糸を含んで形成され該絶縁性部を挟んで配置される導電性部と、を有する。センサ用電極は、柔軟性を有し、伸張時に電気抵抗の増加および破断が生じにくい。面状センサ（１）は、誘電層（１０）と、誘電層（１０）を厚さ方向に挟んで配置される表側電極（２）および裏側電極（３）と、を備える。表側電極（２）および裏側電極（３）は、当該センサ用電極からなり、表側電極（２）の導電性部（０１Ｘ〜０８Ｘ）と裏側電極（３）の導電性部（０１Ｙ〜０８Ｙ）とが誘電層（１０）を介して対向する部分に検出部（Ｄ）が設定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性糸および絶縁性糸を用いた織物または編物からなる布状のセンサ用電極であって、
該絶縁性糸を含んで形成される絶縁性部と、
該導電性糸を含んで形成され該絶縁性部を挟んで配置される導電性部と、
を有することを特徴とするセンサ用電極。
【請求項２】
前記織物は、平織り、綾織り、朱子織りから選ばれる少なくとも一つの組織を有する請求項１に記載のセンサ用電極。
【請求項３】
前記織物は、平織物、綾織物または朱子織物である請求項１に記載のセンサ用電極。
【請求項４】
前記織物からなり、
前記導電性部における経糸および緯糸の一方は前記導電性糸であり、他方は前記絶縁性糸である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のセンサ用電極。
【請求項５】
前記編物は、平編み、ゴム編み、接結編み、ダブルラッセル編みから選ばれる少なくとも一つの組織を有する請求項１に記載のセンサ用電極。
【請求項６】
前記編物は、平編物、ゴム編物、接結編物、またはダブルラッセル編物である請求項１に記載のセンサ用電極。
【請求項７】
前記導電性糸は、表面にめっき層を有する糸を含む請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のセンサ用電極。
【請求項８】
前記めっき層は、硫酸銅めっき層または硫化銅めっき層である請求項７に記載のセンサ用電極。
【請求項９】
帯状を呈し前記絶縁性部を挟んで並列配置される複数の前記導電性部を有する請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のセンサ用電極。
【請求項１０】
誘電層と、
該誘電層を厚さ方向に挟んで配置される表側電極および裏側電極と、
を備え、
該表側電極および該裏側電極は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のセンサ用電極であり、該センサ用電極の前記導電性部が該誘電層を介して対向する部分に検出部が設定される面状センサ。
【請求項１１】
前記表側電極および前記裏側電極は、各々、帯状を呈し前記絶縁性部を挟んで並列配置される複数の前記導電性部を有し、
前記誘電層の厚さ方向から見た場合に、該表側電極の該導電性部と該裏側電極の該導電性部とは略直交して配置される請求項１０に記載の面状センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟な圧電センサ、静電容量型センサなどに用いられるセンサ用電極、およびそれを用いた面状センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電極間にエラストマー製の誘電層を介装した柔軟な静電容量型センサが開発されている。この種の静電容量型センサにおいては、荷重により誘電層が圧縮され電極間距離が小さくなることによる静電容量の変化に基づいて、圧力を検出する。センサを構成する電極には、誘電層の変形に追従できる程度の柔軟性が要求される。柔軟な電極を形成するための材料として、例えばエラストマーに炭素粉末などの導電材を配合した導電塗料が挙げられる（例えば、特許文献１、２参照）。【０００３】
一方、導電性糸を用いた布状の電極が提案されている。例えば特許文献３には、非導電性の布に複数の導電性糸をミシンの本縫いで縫い付けて電極部を形成した布状電極が記載されている。特許文献４には、めっきされた導電性繊維を絶縁性繊維と共に平織りした導電性布が記載されている。特許文献５には、導電性糸を編んだ変形導電性編物が記載されている。特許文献６には、布帛を構成する繊維表面に金属層を形成した金属被覆布帛が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−９６７１６号公報
【特許文献２】特開２０１５−７５６６号公報
【特許文献３】特開２００９−４２１０８号公報
【特許文献４】特開２００７−２６２６２３号公報
【特許文献５】特開昭６２−２００７０１号公報
【特許文献６】特開２００８−２６６８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エラストマーに導電材が配合された電極は、母材のエラストマーが柔軟であるため、大きく伸張することが可能である。しかしながら、大きく伸張できる分、導電材同士の接触が断たれやすくなり、導電性の低下や破断を招きやすい。また、導電材同士を接触しやすくしたり、伸張してもその接触を維持するために、導電材の形状などを工夫する必要があることから、材料のコストが高くなる。加えて、エラストマーポリマーに導電材を均一に分散させることは難しく、分散剤や特殊な分散装置を用いる必要がある。このため、導電塗料を製造するのに必要な工程や手間が多くなり、製造コストも高くなる。さらに、導電塗料を薄膜状に寸法精度良く塗工するのも難しい。【０００６】
また、特許文献３に記載されているように、非導電性の布に導電性糸を縫い付ける構成によると、非導電性布を挟んで上下交互に導電性糸が配置されることになる。このため、誘電層を挟んで当該布を配置した場合、導電性糸の上下の位置により電極間距離が異なることになり、電極間距離に基づく静電容量を検出するセンサにおいては検出精度が低下する。また、特許文献４〜６に記載されている導電性布または導電性編物は、全体が導電性を有するものであるため、荷重が加わった位置を特定することが必要な荷重分布を測定するセンサ用電極には不向きである。【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、柔軟性を有し、伸張時に電気抵抗の増加および破断が生じにくいセンサ用電極、および柔軟で耐久性が高い面状センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上述した課題を解決するため、本発明のセンサ用電極は、導電性糸および絶縁性糸を用いた織物または編物からなる布状のセンサ用電極であって、該絶縁性糸を含んで形成される絶縁性部と、該導電性糸を含んで形成され該絶縁性部を挟んで配置される導電性部と、を有することを特徴とする。【０００９】
導電性糸は、導電性を有する糸であり、絶縁性糸は、絶縁性を有する糸である。本明細書においては、１本の糸における１００ｍｍあたりの電気抵抗値を測定し、それが１×１０１０Ω未満であれば導電性糸、１×１０１０Ω以上であれば絶縁性糸とする。【００１０】
導電性部は、表面抵抗値が１×１０７Ω未満である部位であり、絶縁性部は、表面抵抗値が１×１０７Ω以上である部位である。本明細書においては、表面抵抗値として、以下の測定方法により測定された値を採用する。まず、測定対象部位の表裏両面に一対の電極（表面電極、裏面電極）を対向させて配置する。表面電極は１０ｍｍ角の正方形状、裏面電極は２０ｍｍ角の正方形状を呈している。加えて、表面電極を囲むように、表面電極から２ｍｍ離間して、正方形枠状のガード電極を配置する。そして、ガード電極に電圧Ｖを印加し、ガード電極から表面電極に流れる電流Ｉを測定し、式Ｒｓ＝Ｖ／Ｉより表面抵抗値Ｒｓを算出する。【００１１】
（２）本発明の面状センサは、誘電層と、該誘電層を厚さ方向に挟んで配置される表側電極および裏側電極と、を備え、該表側電極および該裏側電極は、上記本発明のセンサ用電極であり、該センサ用電極の前記導電性部が該誘電層を介して対向する部分に検出部が設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（１）本発明のセンサ用電極は、織物または編物からなる。このため、柔軟であるが、エラストマーを母材とする従来の電極と比較して大きく伸張しにくい。よって、伸張時における導電性の低下や破断が生じにくく耐久性が高い。これにより、大荷重を検出する用途にも適用が可能である。加えて、エラストマーを母材とする従来の電極と比較して、耐熱性も高くなる。また、導電塗料を使用しないため、導電材の形状や分散方法、導電塗料の塗工時における問題などを考慮する必要はない。本発明のセンサ用電極は、導電性糸および絶縁性糸を織るまたは編むことにより容易に製造することができる。【００１３】
導電塗料を用いる場合、上述した特許文献１、２に記載されているように、樹脂製の基材上に導電塗料を塗工して電極としている。このため、センサを構成した場合に、通気性および透湿性が低くなり、ベッドのマットレスや車などのシートなどに配置すると、蒸れやすいという問題があった。また、電極間に配置されるウレタン製の層が加水分解しやすくなり、耐久性が低下するという問題があった。この点、本発明のセンサ用電極は、織物または編物からなるため、通気性、透湿性に優れる。したがって、蒸れや耐久性の低下といった従来の問題を低減することができる。【００１４】
本発明のセンサ用電極は、誘電層を備える静電容量型センサの他、圧電層を備える圧電センサなどの電極としても用いることができる。ここで、本発明のセンサ用電極は、導電性糸を含んで形成される導電性部と、絶縁性糸を含んで形成される絶縁性部とを有する。すなわち、特許文献４〜６に記載されている導電性布または導電性編物のように、全体が導電性を有しているのではなく、一部（導電性部のみ）が導電性を有するものである。また、導線性部は、絶縁性部を挟んで配置される。すなわち、導電性部の少なくとも一部は、絶縁性部により隔てられている。これにより、本発明のセンサ用電極には、導電パターンが形成される。したがって、本発明のセンサ用電極は、荷重が加わった位置を特定することが必要な荷重分布を測定するセンサ用電極として好適である。そして、本発明のセンサ用電極は、織物または編物であるため、糸の種類を変更するだけで導電性部を様々な形態で配置することができる。換言すると、本発明のセンサ用電極によると、種々の導電パターンを容易に形成することができる。【００１５】
（２）本発明の面状センサは、表側電極および裏側電極として本発明のセンサ用電極を備える。このため、変形を繰り返しても、電極における導電性の低下や破断が生じにくく耐久性に優れる。したがって、大荷重を検出する用途にも用いることができる。また、荷重分布を精度良く測定可能な面状センサを、より低コストで製造することができる。また、本発明の面状センサは、従来の樹脂シートを用いた面状センサと比較して、通気性、透湿性に優れる。このため、ベッドのマットレス、車や車椅子のシート、靴底などに配置する荷重分布センサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第一実施形態の面状センサの透過上面図である。
【図２】同面状センサのＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】同面状センサを構成する表側電極の上面図である。
【図４】図３の円ＩＶの拡大図である。
【図５】第二実施形態の面状センサを構成する裏側電極の上面図である。
【図６】図５の円ＶＩの拡大図である。
【図７】導電性部の別の配置形態を示す表側電極の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明のセンサ用電極および面状センサの実施の形態について説明する。第一、第二実施形態において、本発明のセンサ用電極は、面状センサの表側電極および裏側電極として具現化されている。以下の図においては、上下方向が誘電層の厚さ方向に対応している。
【００１８】
＜第一実施形態＞
［面状センサの構成］
まず、本実施形態の面状センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の面状センサの透過上面図を示す。図２に、同面状センサのＩＩ−ＩＩ断面図を示す。図３に、同面状センサを構成する表側電極の上面図を示す。図４に、図３の円ＩＶの拡大図を示す。なお、説明の便宜上、図１においては、検出部に点線のハッチングを施して示している。
【００１９】
図１、図２に示すように、面状センサ１は、誘電層１０と、表側電極２と、裏側電極３と、を備えている。誘電層１０は、ウレタンフォーム（ウレタンゴムの発泡体）からなり、厚さ４ｍｍの矩形シート状を呈している。誘電層１０は、厚さを除いて表側電極２および裏側電極３と略同じ大きさである。
【００２０】
表側電極２は、誘電層１０の上面に配置されている。表側電極２は、導電性糸および絶縁性糸が綾織りされてなる矩形状の綾織物である。図３に示すように、表側電極２は、八つの導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと、絶縁性部２０と、を有している。説明の便宜上、図３においては、導電性部にハッチングを施して示している。導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、幅１０ｍｍの帯状を呈している。導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、前後方向に延在している。導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、左右方向に３ｍｍの間隔で離間して互いに平行に配置されている。導電性部０１Ｘ〜０８Ｘの表面抵抗値は、１×１０２〜１０３Ωである。
【００２１】
導電性部０１Ｘ〜０８Ｘを構成する経糸は導電性糸であり、緯糸は絶縁性糸である。導電性糸は、アクリル繊維の表面を硫酸銅めっき処理したものであり、太さは３７０デシテックス（ｄｔｅｘ）である。導電性糸の長さ１００ｍｍあたりの電気抵抗値は、１×１０４〜１０５Ωである。絶縁性糸は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維からなり、太さは３３３ｄｔｅｘである。絶縁性糸の長さ１００ｍｍあたりの電気抵抗値は、１×１０１３〜１０１４Ωである。図４に拡大して示すように、導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、経糸（導電性糸）が二本の緯糸（絶縁性糸）の上を通過した後、一本の緯糸（絶縁性糸）の下をくぐる綾織組織を有している。なお、図４においては、絶縁性糸を細線で示すと共に、緯糸の上を通過する経糸にハッチングを施している。そして、経糸のうち導電性糸を右上がりのハッチング、絶縁性糸を右下がりのハッチングで示している。
【００２２】
絶縁性部２０は、個々の導電性部０１Ｘ〜０８Ｘの左右方向両側に配置されている。すなわち、導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、幅３ｍｍの絶縁性部２０により隔てられて配置されている。絶縁性部２０の表面抵抗値は、１×１０９〜１０１０Ωである。絶縁性部２０を構成する経糸および緯糸は、いずれも導電性部０１Ｘ〜０８Ｘを構成する絶縁性糸と同じＰＥＴ繊維からなる。前出図４に拡大して示すように、絶縁性部２０においても導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと同様に、経糸（絶縁性糸）が二本の緯糸（絶縁性糸）の上を通過した後、一本の緯糸（絶縁性糸）の下をくぐる綾織組織を有している。
【００２３】
導電性部０１Ｘ〜０８Ｘの前端には、各々、金属製のハトメ２１が取り付けられている。導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、ハトメ２１を介して、表側配線０１ｘ〜０８ｘに接続されている。表側配線０１ｘ〜０８ｘは、図示しないコネクタを介して制御装置に電気的に接続されている。
【００２４】
裏側電極３は、誘電層１０の下面に配置されている。裏側電極３は、表側電極２と同じ矩形状の綾織物であり、八つの導電性部０１Ｙ〜０８Ｙと、絶縁性部３０と、を有している。裏側電極３は、表側電極２を右回りに９０°回転させた状態で配置されている。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、幅１０ｍｍの帯状を呈している。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、左右方向に延在している。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、前後方向に３ｍｍの間隔で離間して互いに平行に配置されている。絶縁性部２０は、個々の導電性部０１Ｙ〜０８Ｙの前後方向両側に配置されている。すなわち、導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、幅３ｍｍの絶縁性部３０により隔てられて配置されている。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙおよび絶縁性部３０の構成は、表側電極２の導電性部０１Ｘ〜０８Ｘおよび絶縁性部２０の構成と同じである。上方から見て、表側電極２の導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと裏側電極３の導電性部０１Ｙ〜０８Ｙとは、略直交して配置されており格子状に並んでいる。導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと導電性部０１Ｙ〜０８Ｙとが重複する部分（誘電層１０を介して対向する部分）には、複数の検出部Ｄが設定されている。検出部Ｄは、合計６４個設定されている。
【００２５】
導電性部０１Ｙ〜０８Ｙの左端には、各々、金属製のハトメ３１が取り付けられている。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、ハトメ３１を介して、裏側配線０１ｙ〜０８ｙに接続されている。裏側配線０１ｙ〜０８ｙは、図示しないコネクタを介して制御装置に電気的に接続されている。
【００２６】
［面状センサの動き］
次に、本実施形態の面状センサ１の動きについて説明する。まず、面状センサ１に荷重が加わる前（初期状態）に、表側電極２の導電性部０１Ｘ〜０８Ｘおよび裏側電極３の導電性部０１Ｙ〜０８Ｙに電圧を印加して、検出部Ｄごとに静電容量Ｃを算出する。続いて、面状センサ１に荷重が加わった後も同様に、検出部Ｄごとに静電容量Ｃを算出する。荷重が加わった部分の検出部Ｄにおいては、誘電層１０を挟んで配置されている導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと導電性部０１Ｙ〜０８Ｙとの距離が小さくなる。これにより、当該検出部Ｄの静電容量Ｃは大きくなる。この静電容量Ｃの変化量ΔＣに基づいて、検出部Ｄごとの面圧が算出される。このようにして、荷重分布を測定することができる。
【００２７】
［作用効果］
次に、本実施形態の表側電極２、裏側電極３、および面状センサ１の作用効果について説明する。なお、表側電極２と裏側電極３とは同じ構成を有するため、ここでは両者を代表して表側電極２について述べる。
【００２８】
表側電極２は、導電性糸と絶縁性糸とを綾織りした綾織物からなる。このため、しなやかで柔軟性が高い。また、導電性の低下や破断が生じにくく耐久性も高い。さらに、導電性糸として硫酸銅めっき層を有する糸を使用しているため、導電性糸の酸化劣化が抑制され導電性の経時変化が小さい。表側電極２においては、経糸を導電性糸にし、緯糸を絶縁性糸にしている。このため、経糸を導電性糸から絶縁性糸（またはその反対）に変更するだけで、導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと絶縁性部２０とを織り分けることができる。したがって、表側電極２が大面積になる場合でも、織機を用いて容易に製造することができる。また、糸の種類を変更するだけで、導電性部を様々な形態で配置することができる。すなわち、種々の導電パターンを容易に形成することができる。
【００２９】
表側電極２によると、導電塗料を使用することに起因する、導電材の形状や分散方法、導電塗料の塗工時における問題などを考慮する必要はない。よって、表側電極２、ひいては面状センサ１を、より低コストで製造することができる。
【００３０】
表側電極２は、通気性、透湿性に優れる。このため、面状センサ１をベッドのマットレスや車などのシートなどに配置しても蒸れにくい。また、誘電層１０の加水分解が抑制されるため、耐久性が低下しにくい。
【００３１】
導電性部０１Ｘ〜０８Ｘは、各々、絶縁性部２０を挟んで隣接している。これにより、表側電極２には、縦縞模様の導電パターンが形成されている。表側電極２においては、全体が導電性を有しているのではなく、導電性部０１Ｘ〜０８Ｘが配置されている領域のみが導電性を有している。帯状の導線性部０１Ｘ〜０８Ｘは、誘電層１０の全面に亘って、絶縁性部２０を挟んで並列配置されている。同様に、裏側電極３においても、帯状の導線性部０１Ｙ〜０８Ｙは、誘電層１０の全面に亘って、絶縁性部３０を挟んで並列配置されている。そして、検出部Ｄは、表側電極０１Ｘ〜０８Ｘと裏側電極０１Ｙ〜０８Ｙとの交差部分を利用して配置されている。こうすることにより、検出部Ｄを、誘電層１０の全面に分散させやすい。また、広い領域における荷重分布を測定する場合でも、荷重を検出したい部位ごとに導電性部を配置する必要はない。
【００３２】
面状センサ１においては、表側電極２の導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと表側配線０１ｘ〜０８ｘとを、ハトメ２１を用いて接続した。これにより、導電性部０１Ｘ〜０８Ｘと表側配線０１ｘ〜０８ｘとの接続を、容易、確実、かつ低コストに行うことができる。
【００３３】
＜第二実施形態＞
本実施形態の面状センサと、第一実施形態の面状センサとの相違点は、表側電極および裏側電極が織物ではなく編物からなる点である。ここでは、相違点を中心に説明する。図５に、本実施形態の面状センサを構成する裏側電極の上面図を示す。図６に、図５の円ＶＩの拡大図を示す。なお、図５は、前出の図１と対応しており、図１と同じ部位については同じ符号で示す。図６においては、絶縁性糸を細い点線で示す。
【００３４】
裏側電極３は、誘電層１０の下面に配置されている（図１参照）。裏側電極３は、導電性糸３０１と絶縁性糸３００とが前後方向に交互に平編みされてなる矩形状の平編物である。図５に示すように、裏側電極３は、八つの導電性部０１Ｙ〜０８Ｙと、絶縁性部３０と、を有している。説明の便宜上、図５においては、導電性部にハッチングを施して示している。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、幅１０ｍｍの帯状を呈している。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、左右方向に延在している。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、前後方向に３ｍｍの間隔で離間して互いに平行に配置されている。導電性部０１Ｙ〜０８Ｙの表面抵抗値は、１×１０２〜１０３Ωである。絶縁性部３０は、個々の導電性部０１Ｙ〜０８Ｙの前後方向両側に配置されている。すなわち、導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、各々、幅３ｍｍの絶縁性部３０により隔てられて配置されている。絶縁性部３０の表面抵抗値は、１×１０９〜１０１０Ωである。
【００３５】
図６に拡大して示すように、導電性部０１Ｙ〜０８Ｙは、導電性糸３０１による平編み組織を有している。導電性糸３０１は、第一実施形態と同じ、アクリル繊維の裏面を硫酸銅めっき処理したものであり、太さは３７０ｄｔｅｘである。導電性糸３０１の長さ１００ｍｍあたりの電気抵抗値は、１×１０４〜１０５Ωである。絶縁性部３０は、絶縁性糸３００による平編み組織を有している。絶縁性糸３００は、第一実施形態と同じ、ＰＥＴ繊維からなり、太さは３３３ｄｔｅｘである。絶縁性糸３００の長さ１００ｍｍあたりの電気抵抗値は、１×１０１３〜１０１４Ωである。
【００３６】
表側電極２は、裏側電極３と同じ矩形状の平編物であり、裏側電極３を左回りに９０°回転させた状態で誘電層１０の上面に配置されている。表側電極２の導電性部０１Ｘ〜０８Ｘおよび絶縁性部２０の構成は、裏側電極３のそれと同じである。
【００３７】
本実施形態の面状センサは、第一実施形態の面状センサと構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態によると、表側電極２および裏側電極３が平編物からなる。このため、表側電極２および裏側電極３は、より柔軟で伸縮性に優れる。表側電極２と裏側電極３とは同じ構成を有するため、両者を代表して裏側電極３について述べると、編み糸を導電性糸３０１から絶縁性糸３００（またはその反対）に変更するだけで、導電性部０１Ｙ〜０８Ｙと絶縁性部３０とを編み分けることができる。したがって、裏側電極３が大面積になる場合でも、編み機を用いて容易に製造することができる。また、糸の種類を変更するだけで、導電性部０１Ｙ〜０８Ｙを様々な形態で配置することができるため、種々の導電パターンを容易に形成することができる。
【００３８】
＜その他の形態＞
以上、本発明のセンサ用電極および面状センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【００３９】
［センサ用電極］
本発明のセンサ用電極は、導電性糸および絶縁性糸を用いた織物または編物からなる布状の電極である。織物の場合、織り方は特に限定されない。平織り、綾織り、朱子織りなどから、所望の特性が得られる織り方を適宜選択すればよい。例えば、平織りの場合は、丈夫で耐久性に優れるが、柔軟性が若干低下する。綾織りの場合は、組織の選択肢が多く、しなやかで柔軟性が高くなる。編物の場合も、編み方は特に限定されない。平編み、ゴム編み、パール編み、接結編みなどの緯編み、あるいはトリコット、ダブルラッセル編みなどの経編みから、所望の特性が得られる編み方を適宜選択すればよい。例えば、平編みは、ループが緯（よこ）方向に連続する組織を有する。このため、薄くしやすく、緯方向の伸縮性に優れる。ゴム編みは、表裏が同じ編み目になるため、より伸縮性に優れる。接結編みは、表裏二つの編み地を結接糸で連結した構造を有する。よって、例えば表裏の少なくとも一方に、電極の保護機能を有する編み地を採用すると、外部から電極を保護することができる。ダブルラッセル編みは、ループが経（たて）方向に連続する組織を有する。このため、安定した編み地になり立体的な構造にすることができる。立体的な構造の場合、通気性が増加し布の弾力性が高まるため、導電性糸を保護することができる。編物によると、織物と比較してより柔軟性が高くなる。織物でも編物でも、一枚の電極の中で織り方または編み方を変えてもよい。
【００４０】
導電性糸は、導電性を有する糸であればよく、その素材としては、Ａ）金属繊維、Ｂ）炭素繊維、Ｃ）合成繊維にめっき処理、コーティング処理、スパッタリング処理などを施して導電性を付与した繊維、Ｄ）合成繊維の中に導電材を練り込んだ繊維、Ｅ）導電性ポリマー繊維などが挙げられる。以下、各繊維の具体例、好適な材料などを列挙する。
Ａ）金属繊維：金、銀、銅、ステンレス鋼、タングステン、モリブデン、ベリリウムなどの繊維、アモルファスワイヤ。
Ｂ）炭素繊維：ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維。
Ｃ）めっき材料：アルミニウム、銅、銀、金、パラジウム、硫酸銅、硫化銅、銅ニッケル。
コーティング材料：カーボンナノチューブや導電性カーボンブラックなどが分散したカーボン塗料、金属酸化物塗料、導電性ポリマー塗料。
スパッタリング材料：クロム、銅、チタン、銀、白金、金、ステンレス鋼、ニッケル−クロム合金、銅−亜鉛合金。
Ｄ）導電材：導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、金属粉末。
Ｃ）およびＤ）に用いられる合成繊維：ＰＥＴ、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル繊維、ナイロン、アラミドなどのポリアミド繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、アクリル繊維、ポリウレタン繊維、ポリクラール繊維、フッ素繊維、ノボロイド繊維、ポリエーテルエステル繊維、ポリ乳酸繊維、ポリアリレート繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリアセタール繊維。
【００４１】
例えば、合成繊維にめっき処理を施すと、導電性を有する糸を容易に製造することができる。なかでも、硫酸銅めっき層または硫化銅めっき層を有する糸は、金属繊維、炭素繊維と比較して柔らかく折れにくい、めっき層により酸化劣化が抑制され導電性の経時変化が小さい、という利点を有する。
【００４２】
導電性糸は、長さ１００ｍｍあたりの電気抵抗値が１×１０１０Ω未満であれば、上記繊維からなる導電性を有する糸と絶縁性を有する糸とを混糸したものでもよい。また、導電性を有する糸を樹脂コーティングしたものでもよい。導電性糸は、一種類でも二種類以上の併用でも構わない。
【００４３】
絶縁性糸は、絶縁性を有する糸であればよく、その素材としては、ａ）合成繊維、ｂ）半合成繊維、ｃ）再生セルロース繊維、ｄ）天然繊維、ｅ）無機繊維などが挙げられる。以下、各繊維の具体例を列挙する。なお、ａ）の合成繊維は、導電性糸の説明において列挙したとおりである。絶縁性糸は、一種類でも二種類以上の併用でも構わない。
ｂ）半合成繊維：アセテート、トリアセテート、プロミックス。
ｃ）再生セルロース繊維：レーヨン、ボリノジック。
ｄ）天然繊維：綿、カボック、アクンド、麻、ケナフなどの植物繊維、羊毛、絹、アンゴラ、カシミヤ、モヘアなどの動物繊維。
ｅ）無機繊維：グラスファイバー、セラミック繊維。
【００４４】
導電性糸および絶縁性糸の太さは、特に限定されない。糸が細い方が電極の厚さを薄くすることができ、センサの感度を向上させることができるが、切断しやすくなるという問題がある。例えば、糸の太さを、５５．５ｄｔｅｘ（５０デニール）以上１３３２ｄｔｅｘ（１２００デニール）以下にするとよい。１６５ｄｔｅｘ（１５０デニール）以上６６０ｄｔｅｘ（６００デニール）以下にするとより好適である。導電性糸として炭素繊維を用いる場合には、１Ｋ（１束あたり１０００本のフィラメント）以上６０Ｋ（１束あたり６０，０００本のフィラメント）以下、より好適には１Ｋ以上６Ｋ以下の製品を用いることが望ましい。
【００４５】
導電性糸および絶縁性糸の断面形状は、特に限定されず、円形、楕円形、矩形状、台形状、三角形状など、種々の形状を採用することができる。また、導電性糸および絶縁性糸は、中空糸であってもよい。導電性糸および絶縁性糸は、単繊維からなるものでも、混紡糸、撚り糸でもよい。撚り糸の場合、糸の強度が高いため、織物にする際に切れにくいという利点がある。また、織物にする際に、糸に洗濯糊などを塗布してもよい。こうすることにより、摩擦が低減し、糸の切断を抑制することができる。
【００４６】
本発明のセンサ用電極は、導電性部と絶縁性部とを有する。導電性部の表面抵抗値は１×１０７Ω未満、より好適には１×１０６Ω未満である。導電性部は、上述した導電性糸を含んで形成される。すなわち、導電性部は、導電性糸のみから形成してもよく、導電性糸と絶縁性糸の両方を用いて形成してもよい。例えばセンサ用電極が織物である場合、経糸および緯糸の一方を導電性糸にし、他方を絶縁性糸にして、導電性部を形成することができる。導電性部の数、形状は特に限定されない。導電性部の配置形態も、導電性部の一部または全部が絶縁性部を介して配置されれば、特に限定されない。例えば、センサを構成した際、検出部になる部分にのみ、導電性部を島状に配置してもよい。あるいは、図７に導電性部２２として示すように、第一実施形態において並列配置された帯状の導電性部同士を、長手方向の端部で連結し、一筆書き状に連続させてもよい。図７において、導電性部２２の一部は、絶縁性部２０を挟んで配置されている。本発明のセンサ用電極は、織物または編物であるため、糸の種類を変更するだけで導電性部を様々な形態で配置することができる。換言すると、本発明のセンサ用電極によると、種々の導電パターンの形成が容易である。
【００４７】
絶縁性部の表面抵抗値は１×１０７Ω以上、より好適には１×１０８Ω以上である。絶縁性部は、上述した絶縁性糸を含んで形成される。絶縁性部の数、形状、配置形態は特に限定されない。
【００４８】
［面状センサ］
本発明の面状センサは、誘電層と、該誘電層を厚さ方向に挟んで配置され、本発明のセンサ用電極からなる表側電極および裏側電極と、を備える。誘電層には、比誘電率が比較的大きいエラストマーまたは樹脂（いずれも発泡体を含む）を用いればよい。エラストマーには、架橋ゴムおよび熱可塑性エラストマーが含まれる。例えば、比誘電率が５以上（測定周波数１００Ｈｚ）のものが好適である。このようなエラストマーとしては、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレンなどが挙げられる。樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン(架橋発泡ポリスチレンを含む)、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体などが挙げられる。
【００４９】
誘電層の形状などは特に限定されないが、センサの感度を向上させるという観点から、誘電層は薄い方が望ましい。例えば、誘電層の厚さを１０ｍｍ以下、さらには５ｍｍ以下にすることが望ましい。また、材質、形状などが異なる複数の層を積層して誘電層を構成してもよい。
【００５０】
本発明のセンサ用電極を用いた面状センサとしては、上記実施形態の静電容量型センサの他に、圧電センサも挙げられる。圧電センサの場合にも、圧電層と、該圧電層を厚さ方向に挟んで配置され、本発明のセンサ用電極からなる表側電極および裏側電極と、を備える構成にすればよい。圧電層は、エラストマーおよび圧電粒子を含んで構成するとよい。
【００５１】
上記実施形態においては、導電性部と配線とをハトメを用いて接続した。しかし、導電性部と配線との接続形態は、特に限定されない。例えば、はんだ付け、導電性接着剤などにより接続してもよい。また、導電性部の一部を配線の一部として用いてもよい。
【００５２】
本発明の面状センサは、上記第一実施形態のまま使用してもよいが、外装カバーに収容して使用してもよい。外装カバーに収容すると、面状センサが人の体に接触した時の違和感を低減することができる他、安全性、防汚性、意匠性が向上する。外装カバーの材質としては、塩化ビニル、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などの樹脂およびエラストマー、ポリウレタンやポリエステルなどの弾性繊維を用いた伸縮布、エラストマーと伸縮布との積層体などが好適である。本発明のセンサ用電極と外装カバーとは、直接貼り合わせてもよいが、外装カバーが絶縁性の布である場合には、ダブルフェイス織りにより、センサ用電極と外装カバーとを一体的に織り上げてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のセンサ用電極および面状センサは、伸びたり曲がったりする部位に適用することができるため、医療用、介護用などのマットレス、車や車椅子のシート、靴底、ロボットの人工皮膚などに配置される圧力センサ、あるいはウエアラブルな生体情報センサなどに好適である。また、腕や足にセンサを立体的に巻き付けて動きをセンシングする用途にも好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１：面状センサ、１０：誘電層、２：表側電極、２０：絶縁性部、２１：ハトメ、２２：導電性部、３：裏側電極、３０：絶縁性部、３１：ハトメ、３００：絶縁性糸、３０１：導電性糸、０１Ｘ〜０８Ｘ：導電性部、０１ｘ〜０８ｘ：表側配線、０１Ｙ〜０８Ｙ：導電性部、０１ｙ〜０８ｙ：裏側配線、Ｄ：検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月24日(2019.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマーまたは樹脂の発泡体からなる誘電層と、
該誘電層を厚さ方向に挟んで配置される表側電極および裏側電極と、
を備え、
該表側電極および該裏側電極は、導電性糸および絶縁性糸を用いた織物または編物からなる布状のセンサ用電極であり、該絶縁性糸を含んで形成される絶縁性部と、該導電性糸を含んで形成され該絶縁性部を挟んで配置される導電性部と、を有し、
該導電性部が該誘電層を介して対向する部分に検出部が設定される面状センサ。
【請求項２】
前記織物は、平織り、綾織り、朱子織りから選ばれる少なくとも一つの組織を有する請求項１に記載の面状センサ。
【請求項３】
前記織物は、平織物、綾織物または朱子織物である請求項１に記載の面状センサ。
【請求項４】
前記センサ用電極は前記織物からなり、
前記導電性部における経糸および緯糸の一方は前記導電性糸であり、他方は前記絶縁性糸である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の面状センサ。
【請求項５】
前記編物は、平編みおよび接結編みの少なくとも一方の組織を有する請求項１に記載の面状センサ。
【請求項６】
前記編物は、平編物または接結編物である請求項１に記載の面状センサ。
【請求項７】
前記導電性糸は、表面にめっき層を有する糸を含む請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の面状センサ。
【請求項８】
前記めっき層は、硫酸銅めっき層または硫化銅めっき層である請求項７に記載の面状センサ。
【請求項９】
前記センサ用電極は、帯状を呈し前記絶縁性部を挟んで並列配置される複数の前記導電性部を有する請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の面状センサ。
【請求項１０】
前記誘電層の厚さ方向から見た場合に、前記表側電極の前記導電性部と前記裏側電極の前記導電性部とは略直交して配置される請求項９に記載の面状センサ。
【請求項１１】
さらに、前記表側電極の前記導電性部に接続される表側配線と、前記表側電極の前記導電性部に接続される裏側配線と、を備え、
該表側配線と該導電性部、および該裏側配線と該導電性部は、ハトメ、はんだ付け、導電性接着剤のいずれかにより接続される請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の面状センサ。
【国際調査報告】
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