(57)【要約】【課題】加圧物が取り除かれた状態においても、面分布圧力を可視化し、表示し続けることのできる圧力分布検出装置を提供すること。【解決手段】透光性の感圧導電層の両面に透明導電膜を有し、外部から加えられた圧力を熱に変換する感圧発熱層と、突起形状の複数個の熱伝導部材を有し、感圧導電層で変換された熱容量に応じて発色する感熱発色層と、感圧発熱層と感熱発色層との間に配した流動性断熱材と、を備え、外部から圧力が加えられたときに、感圧発熱層が熱伝導部材と当接して、感圧発熱層で変換された熱が熱伝導部材を介して感熱発色層に伝えられ、圧力が解除されたときに、感圧発熱層と熱伝導部材とが離間して、その離間した領域に流動性断熱材が侵入するように構成した。【選択図】図１
2007232494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の感圧導電層の両面に透明導電膜を有し、外部から加えられた圧力を熱に変換する感圧発熱層と、
突起形状の複数個の熱伝導部材を有し、前記感圧導電層で変換された熱容量に応じて発色する感熱発色層と、
前記感圧発熱層と前記感熱発色層との間に配した流動性断熱材と、を備え
外部から圧力が加えられたときに、前記感圧発熱層が前記熱伝導部材と当接して、前記感圧発熱層で変換された熱が前記熱伝導部材を介して前記感熱発色層に伝えられ、
前記感圧発熱層への前記圧力が解除されたときに、前記感圧発熱層と前記熱伝導部材とが離間して、その離間した領域に前記流動性断熱材が侵入するように構成したことを特徴とする圧力分布検出装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材は、前記感圧発熱層よりも低弾性の部材にて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力分布検出装置。
【請求項３】
前記熱導電部材よりも薄くして、前記感熱発色層の表面を被覆して設けられた、前記熱伝導部材を露出させる開口を有する透光性の断熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力分布検出装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材における前記感圧発熱層と対向する表面、または前記感圧発熱層と対向する前記感圧発熱層の表面の少なくともいずれか一方に、前記感圧発熱層よりも低弾性の部材にて形成された、前記熱伝導部材と略同型形状の低弾性熱伝導部材をさらに備え、
前記感圧発熱層に外部から圧力が加えられたときに前記感圧発熱層で発生した熱が、前記低弾性熱伝導部材と前記熱伝導部材とを介して前記感熱発色層に伝えられる様に構成したことを特徴とする請求項１に記載の圧力分布検出装置。
【請求項５】
前記熱導電部材よりも厚く、かつ前記熱伝導性部材と前記低弾性熱伝導部材との総厚よりも薄くして、前記感熱発色層の表面を被覆して設けられた、前記熱伝導部材を露出させる開口を有する透光性の断熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の圧力分布検出装置。
【請求項６】
前記断熱部材は、前記感圧発熱層よりも高弾性の部材にて形成されていることを特徴とする請求項３または５に記載の圧力分布検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧発熱層と感熱発色層を組み合わせることで、平面上に掛かる面圧力分布を検出する機能を有した圧力分布検出装置に関するものであり、更に詳しくは、面圧力分布表示の良好な維持を目的として、層構造を改良した圧力分布検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、圧力測定技術の普及に伴い、面圧力分布の検出を可能とする多種多様な技術が現れてきている。その中でも特に、簡単な構成と駆動原理により、面圧力分布を検出した当該部位でその面圧力分布を表示する機能を持った圧力分布検出装置が注目されつつある（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
まず、従来技術における圧力分布検出装置について説明する。図５は、従来の圧力分布検出装置の構成を示す図面である。
【０００４】
図５に示す従来の圧力分布検出装置２５は、透明または半透明の感圧導電層２の両面に透明電極膜１ａ、１ｂを形成して成る感圧発熱層３と、この感圧発熱層３と平行するよう貼り合わせて配置した感熱発色層４とから構成されている。
【０００５】
ここで、感圧導電層２は、面と垂直な方向から加えられた圧力の継時的変化に応じて、その方向の電気的抵抗値が継時的に変化するという機能を有している。また、感熱発色層４は、伝えられた熱の温度に応じて、異なる発色を示すという感熱発色機能を有している。
【０００６】
次に、この従来の圧力分布検出装置２５の駆動原理について説明する。
まず、透明電極膜１ａの上面方向から、面分布を持った加圧物による圧力が圧力分布検出装置２５の全体に加わると、感圧導電層２の内部には、面方向において加圧物の面圧力分布に応じた電気的抵抗値の分布が発生する。この時、透明電極膜１ａ、１ｂの間に一定の電圧を印加し、直流電流を流し続けると、感圧導電層２が電気的抵抗を有していることによって、感圧発熱層３の全体はジュール熱による熱が発生する。すると、感圧導電層２の面方向における内部には、上述したように加圧物の面圧力分布に応じた電気抵抗値の分布が発生しているため、発生する熱の分布もこの電気抵抗値に依存した形状の分布となる。つまり、加圧物による面圧力分布に応じて、高圧力が掛かる箇所には高い熱が発生し、反対に低圧力が掛かる箇所には低い熱が発生するという熱分布が生じることとなる。
【０００７】
そして、感圧発熱層３に発生した熱分布が、それと貼り合わせた感熱発色層４へ直接伝わることで、感熱発色層４には熱分布に応じた発色の分布が表示されることとなる。
【０００８】
このようにして、従来の圧力分布検出装置２５では、加圧物による面圧力分布を、感圧発熱層３を介して熱分布へ変換し、更に感熱発色層４において発色分布にすることで、加圧物の面分布圧力を検出した当該箇所において、その面圧力分布の様子を発色分布で可視化することができるようになる。また、この圧力分布検出装置２５は、簡単な構成と駆動原理により、通常の圧力分布検出装置で用いられる特殊な信号処理機能などが不要となることで、製造工程の簡素化や装置価格の低下に寄与することが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】特公昭６０−５４６１４号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１記載の圧力分布検出装置２５では、その構成上、感圧発熱層３で発生した熱分布を、可能な限り素早く感熱発色層４へ伝達させるために、層構造全体の熱伝導効率を高くする必要がある。そのため、駆動させていない状態においては感圧発熱層３からの急速な熱散逸が避けられないという問題があった。この事は、加圧物を取り除いて感圧導電層２に電気抵抗値分布が無くなった状態の場合には、感圧発熱層３全体の熱分布が急速に失われる事を意味する。即ち、加圧物が取り除かれた状態では、検出した面圧力分布を感熱発色層４での発色分布によって可視化し続ける事が、事実上困難になってしまう訳である。
【００１１】
そこで、本発明は、上述したような問題を解決し、加圧物が取り除かれた状態においても、面分布圧力を可視化し、表示し続けることのできる圧力分布検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の圧力分布検出装置は、下記記載の構成を採用する。
【００１３】
本発明による圧力分布検出装置は、透光性の感圧導電層の両面に透明導電膜を有し、外部から加えられた圧力を熱に変換する感圧発熱層と、突起形状の複数個の熱伝導部材を有し、感圧導電層で変換された熱容量に応じて発色する感熱発色層と、感圧発熱層と感熱発色層との間に配した流動性断熱材と、を備え、外部から圧力が加えられたときに、感圧発熱層が熱伝導部材と当設して、感圧発熱層で変換された熱が熱伝導部材を介して感熱発色層に伝えられ、感圧発熱層への圧力が解除されたときに、感圧発熱層と熱伝導部材とが離間して、その離間した領域に流動性断熱材が侵入するように構成したことを特徴としている。
【００１４】
更に、本発明による圧力分布検出装置は、この熱伝導部材が、感圧発熱層よりも低弾性の部材にて形成されていることを特徴としている。
【００１５】
また更に、本発明による圧力分布検出装置は、熱導電部材よりも薄くして、感熱発色層の表面を被覆して設けられた、熱伝導部材を露出させる開口を有する透光性の断熱部材をさらに備えることを特徴としている。
【００１６】
また更に、本発明による圧力分布検出装置は、熱伝導部材における感圧発熱層と対向する表面、または感圧発熱層と対向する感圧発熱層の表面の少なくともいずれか一方に、感圧発熱層よりも低弾性の部材にて形成された、熱伝導部材と略同型形状の低弾性熱伝導部材をさらに備え、感圧発熱層に外部から圧力が加えられたときに感圧発熱層で発生した熱が、低弾性熱伝導部材と熱伝導部材とを介して感熱発色層に伝えられる様に構成したことを特徴としている。
【００１７】
また更に、本発明による圧力分布検出装置は、熱導電部材よりも厚く、かつ熱伝導性部材と低弾性熱伝導部材との総厚よりも薄くして、感熱発色層の表面を被覆して設けられた、熱伝導部材を露出させる開口を有する透光性の断熱部材をさらに備えることを特徴としている。
【００１８】
また更に、本発明による圧力分布検出装置は、この断熱部材が、感圧発熱層よりも高弾性の部材にて形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による圧力分布検出装置では、感圧発熱層と感熱発色層との間に、突起形状の熱伝導部材と流動性断熱材により構成された加圧接触式の熱分布保存機構を設け、熱分布の散逸を防ぐことで、加圧物が取り除かれた状態においても、加圧物の面圧力分布に応じた発色分布の表示を良好に維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例における圧力分布検出装置について説明する。尚、本発明の構成における同部分については背景技術と同符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の第一の実施例における圧力分布検出装置２１の構成について説明する。図１の（ａ）は、外部から圧力が加えられていない状態における圧力分布検出装置２１の断面形状を示しており、図１の（ｂ）は、外部から圧力が加えられた状態における圧力分布検出装置２１の断面形状を示している。
【００２２】
本発明の第一の実施例における圧力分布検出装置２１は、図１（ａ）でその断面形状を示すように、透明または半透明の感圧導電層２の両面に透明電極膜１ａ、１ｂを形成して成る感圧発熱層３と、この感圧発熱層３に平行するように感熱発色層４を配置した構成までは従来技術と同じであるが、この感圧発熱層３と感熱発色層４とを互いに離間して配置し、その両部材間の領域内に液状、ジェル状、またはガス状の流動性断熱材６を満たし、更に感熱発色層４の上部表面に突起形状を有する熱伝導部材５を複数個配置した点が異なっている。尚、図１（ａ）には、熱伝導部材５が１個のみ配置されている構成例が示されているが、実際の圧力分布検出装置２１は、この熱伝導部材５が２次元的に複数個配置されている構成となっている。
【００２３】
そして、この圧力分布検出装置２１においては、熱伝導部材５の高さが、感圧発熱層３に接しない程度の寸法になっているとともに、感圧発熱層３は、透明電極膜１ａの上面方向から圧力が加わっている時のみ、複数個の熱伝導部材５に略均等の位置で接する程度の可撓性を有している、という点を特徴としている。
【００２４】
上記のような構成の圧力分布検出装置２１において、図１の（ｂ）で示すように、透明電極膜１ａの上面方向から本図の矢印に示す方向に加圧物による面圧力を受けると、感圧発熱層３は全体が緩やかに撓んだ形状となる。そして、感圧発熱層３の各部位は、流動性断熱材６を押し退けるような形で、熱伝導部材５に接する位置にまで降下し、その状態で加圧物からの面圧力を受けることとなる。この時、背景技術に述べたのと同様、透明電極膜１ａ、１ｂ間に直流電圧が印加されると、感圧発熱層３には面圧力分布に応じた熱分布が発生する。
【００２５】
ここで、感圧発熱層３で発生した熱量は、その各部で接している熱伝導部材５に伝わり熱量として保存されるが、この各熱伝導部材５における相互の熱量比は、感圧発熱層３における熱分布形状をほぼ再現した状態となっていることから、感熱発色層４に伝わる熱分布も感圧発熱層３で生成された熱分布と略等しい形状となり、結果として面圧力分布に応じた発色分布表示をすることができるようになる。
【００２６】
続いて、発色分布即ち熱分布が定常状態となった所で、加圧物を取り除かれると、感圧発熱層３は再び図１（ａ）で示す形態に戻るが、この時、感圧発熱層３と感熱発色層４の間の領域内に充填された流動性断熱材６が、再び熱伝導部材５の回りを取り囲むことで、その断熱効果により各熱伝導部材５に蓄積された熱量の散逸を可能な限り少なくすること
ができる。そのため、各熱伝導部材５は、感圧発熱層３における熱分布と略同じ状態に対応した熱量比を持ったまま、感熱発色層４に対して熱量の伝達を行うことができることから、感熱発色層４おける発色分布が長時間に渡って良好に維持され、可視化された面分布圧力を長時間表示し続けることが可能となる。
【００２７】
このように、本発明による圧力分布検出装置２１は、感圧発熱層３と感熱発色層４の間に、突起形状の熱伝導部材５と流動性断熱材６により構成された加圧接触式の熱分布保存機構を設け、流動性断熱材６で熱伝導部材５からの熱量の散逸を防ぐ構成としているので、加圧物が取り除かれた状態においても、加圧物の面圧力分布に応じた発色分布の表示を良好に維持することが可能となる。
【００２８】
尚、本実施例においては、熱伝導部材５に、熱伝導効率の高い金属など略剛性の材料を用いることを想定しているが、例えば、この熱伝導部材５を、感圧発熱層３よりも低い弾性率で熱伝導特性を有する低弾性体に換えたりしても構わない。このように、低弾性の熱伝導部材を用いれば、部材限定による熱伝導効率の多少の低下があるにしても、低弾性による感圧発熱層３に対する緩衝効果を発揮することができるようになる。
【実施例２】
【００２９】
次に、本発明における圧力分布検出装置の他の構成例について説明する。図２は、本発明の第二の実施例における圧力分布検出装置２２の断面形状を示している。
【００３０】
この圧力分布検出装置２２では、図１における圧力分布検出装置２１の部材構成に加え、感圧発熱層３の透明電極膜１ｂ側表面であり、かつ熱伝導部材５が配置された箇所と対向する箇所に、熱伝導部材５と略同径形状を有した突起形状の低弾性熱伝導部材７を配置した点のみが異なっている。
【００３１】
このような構成の圧力分布検出装置２２では、感圧発熱層３の全体が加圧物による加圧を受けて撓んだ際に、一度、低弾性熱伝導部材７を介してから、熱伝導部材５へ熱を伝える事になるため、感圧発熱層３と熱伝導部材５との間の耐磨耗機能や緩衝機能を付加することが可能となる。
【００３２】
また、そればかりでなく、熱伝導部材５が略剛性の材料であっても、上記の機能を維持することができることから、熱伝導部材５に使用する材料選択の限定が無くなり、より優れた熱伝導効率の材料を使用することもできるようになる。その為、熱分布を発色分布へ変換する感度を著しく向上させることも可能となる。尚、本実施例は、低弾性熱伝導部材７を感圧発熱層３の表面に配置した構成例を示したが、この低弾性熱伝導部材７を熱伝導部材５の上部に配置する構成や、或いはその両方に配置する構成であっても、上述したのと同様の効果を得る事ができる。
【実施例３】
【００３３】
次に、本発明おける圧力分布検出装置の更に他の構成例について説明する。図３（ａ）は、外部から圧力が加えられていない状態における圧力分布検出装置２３の断面形状を示しており、図３（ｂ）は、外部から圧力が加えられた状態における圧力分布検出装置２３の断面形状を示している。
【００３４】
この圧力分布検出装置２３では、感圧発熱層３と離間して配置した感熱発色層４の上面に複数個の低弾性熱伝導部材７を配置し、その間の領域内を流動性断熱材６で満たした構成とした上で、感熱発色層４の上面に透明または半透明の断熱基板８を貼り合わせるように配置し、その断熱基板８には、配列された複数個の低弾性熱伝導部材７が収納されるよう、対応する箇所に穴を穿った形態となっている。更に、この圧力分布検出装置２３では
、配置された低弾性熱伝導部材７の高さが、断熱基板８の層厚よりも少し高くなっていることを特徴としている。
【００３５】
このような構成の圧力分布検出装置２３において、図３（ｂ）で示すように、本図の矢印に示す方向に加圧物による面圧力を受けると、先の実施例で述べたのと同様、感圧発熱層３はその全体が撓み、複数の低弾性熱伝導部材７へ接するようになるが、ここで低弾性熱伝導部材７は感圧発熱層３よりも低い弾性率を有しているため、感圧発熱層３からの圧力により頂部が多少変形した形状となる。すると、感圧発熱層３は、複数個の低弾性熱伝導部材７ではなく、断熱基板８にその全体を支えられる状態で面圧力を受けることとなる。
【００３６】
このように、感圧発熱層３は、平坦度の高い断熱基板８によりその全体を支えられると、それ自体平坦度を高く維持されたままの状態で面分布検出と熱分布の生成を行うことができるので、実施例１、２で示した圧力分布検出装置２１、２２のように熱伝導部材５のみで支えられていた状態（図１および図２）と比較すると、面圧力分布の検出精度を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００３７】
またそればかりでなく、本発明における圧力分布検出装置２３では、断熱基板８を剛性に近い頑丈な部材で構成することにより、装置の構造的強度を著しく向上させることができるので、より重量の大きな加圧物の面圧力分布を検出することも可能となる。
【実施例４】
【００３８】
次に、本発明おける圧力分布検出装置の更に他の構成例について説明する。図４は、本発明における第四の実施例における圧力分布検出装置２４の断面形状を示している。
【００３９】
この実施例では、図３の圧力分布検出装置２３における低弾性熱伝導部材７に代えて、断熱基板８の層厚より高さの低い熱伝導部材５を配置し、その熱伝導部材５が配置された箇所と対向する透明電極膜１ｂの面に、熱伝導部材５と略同径形状を有した突起形状の低弾性熱伝導部材７を配置する構成とした。また、熱伝導部材５と低弾性熱伝導部材７の高さを合わせた寸法は、断熱基板８の層厚よりも若干大きいものとなっている。
【００４０】
このような構成とすることで、圧力分布検出装置２４は、実施例３で述べた構成例と同様の駆動原理により、平坦度高い断熱基板８で感圧発熱層３を支えることができるため、面圧力分布の検出精度と装置の構造的強度を発揮することができる。また、そればかりでなく、感圧発熱層３と熱伝導部材５の間に低弾性熱伝導部材７を介した構成により、感圧発熱層３と熱伝導部材５との耐磨耗機能や緩衝機能を実現することができる。
【００４１】
また更に、この圧力分布検出装置２４では、熱伝導部材５に用いる材料の選定に限定が無くなり、より熱伝導効率の高い材料を使用することが可能となる。その為、上述したような諸機能を維持させたまま、熱分布を発色分布へ変換する感度を著しく向上させ、より素早く面圧力分布を可視化することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第一の実施例における圧力分布検出装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第二の実施例における圧力分布検出装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第三の実施例における圧力分布検出装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第四の実施例における圧力分布検出装置を示す断面図である。
【図５】従来の圧力分布検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ａ、１ｂ  透明電極膜
２  感圧導電層
３  感圧発熱層
４  感熱発色層
５  熱伝導部材
６  流動性断熱材
７  低弾性熱伝導部材
８  断熱基板
【図１】
2007232494.tif 000003
【図２】
2007232494.tif 000004
【図３】
2007232494.tif 000005
【図４】
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【図５】
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