(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の測定箇所に、
導電性の繊維と非導電性の繊維を混ぜ合わせた混紡糸を収縮性を有する編物又は織物構成に編み又は織ってなる導電性編物又は織物を前記測定対象物の測定箇所に追従して変形可能に設け、
前記導電性編物又は織物の電気抵抗の変化により測定対象物の変形を検知することを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記収縮性を有する編物構成は、前記混紡糸を複数本合せ筒編みにより製編することを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記収縮性を有する織物構成は、少なくとも収縮性を有する前記混紡糸を用いて交互織りにより製織することを特徴とするセンサ。
【請求項４】
測定対象物の所定の測定領域に請求項１乃至３のいずれか１記載のセンサを設け、前記センサの出力を処理し、前記測定領域の変動を検知することを特徴とするセンサ出力処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ及びセンサ出力処置装置に関し、特に収縮性を持たせることによりその用途拡大を可能にした導電性編物又は織物を用いたセンサ及びセンサ出力処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の導電性編物又は織物としては、主に糸に銀メッキなど施した導電糸を平織りにより製織したものがある。上記導電性織物は、静電気の発生を防ぐ目的でカーテンや衣類などに使用されていた。しかし、導電糸を平織りにより製織した導電性織物は、収縮性が小さいため、その使用用途も上記静電気の発生の防止などに限られていた。
【０００３】
また、上記導電性編物又は織物は、糸自体に銀メッキなどを施す必要があるため、製編・製織のための製造工程が増加し、コストがかかり、安価に提供することができないという問題もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、製造工程が少なく、コストが安価で、かつ使用用途を拡大することができる導電性編物又は織物を用いたセンサ及びセンサ出力装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、測定対象物の測定箇所に、導電性の繊維と非導電性の繊維を混ぜ合わせた混紡糸を収縮性を有する編物又は織物構成に編み又は織ってなる導電性編物又は織物を測定対象物の測定箇所に追従して変形可能に設け、導電性編物又は織物の電気抵抗の変化により測定対象物の変形を検知することを特徴とする。
【０００６】
上記のように収縮性を有する導電性編物又は織物を測定個所にその変形に追従して変形可能に設けることにより、導電性編物又は織物の電気抵抗の変化により測定対象物の変形を検知するセンサとすることができる。従って、複雑な形状の測定対象物の変形を検出でき、構造が単純で安価なセンサを提供できる。また、従来の編織技術で、任意の形状に容易に製作することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサにおいて、収縮性を有する編物構成は、混紡糸を複数本合せ筒編みにより製編することを特徴とする。
【０００８】
上記のように収縮性を有する編物構成は混紡糸を複数本合せ筒編みにより製編するので、収縮性が向上し、その使用用途がさらに拡大する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のセンサにおいて、収縮性を有する織物構成は、少なくとも収縮性を有する混紡糸を用いて交互織りにより製織することを特徴とする。
【００１０】
上記のように収縮性を有する織物構成は少なくとも収縮性を有する前記混紡糸を用いて交互織りにより製織するので、収縮性が向上し、その使用用途がさらに拡大する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、測定対象物の所定の測定領域に請求項１乃至３のいずれか１記載のセンサを設け、センサの出力を処理し、測定領域の変動を検知することを特徴とする。
【００１４】
上記のように収縮性を有する導電性編物又は織物からなるセンサを測定対象物の所定の測定領域に設け、該センサの出力を処理し、該測定領域の変動状態を検知する出力処理装置とするので、簡単な構成で、所望の出力を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基いて説明する。図１は本発明にかかる導電性編物又は織物の構成例を示す図で、同図（ａ）は、編みによる導電性編物、同図（ｂ）は織りによる導電性織物を示す図である。図１（ａ）の導電性編物２は、混紡糸１をループ状の編目をつくりながら製編するものである。図１（ｂ）の導電性織物３は、混紡糸１を縦横交互に製織するものである。ここで、混紡糸１はステンレス鋼などからなる導電性のある短繊維（長さ４ｃｍ）とポリエステルなどからなる非導電性の短繊維（長さ４ｃｍ）を混ぜ合わせ、綿状にした後紡いで混紡糸にしたものである。
【００１６】
図１（ａ）の導電性編物２は、張力が加わった場合に混紡糸１のループ状の部分に余裕があるため収縮性が高く、図１（ｂ）の導電性織物３は混紡糸１に余裕がないため収縮性が低い。但し、混紡糸１自体に収縮性を持たせることにより、導電性織物３自体にある程度収縮性を持たせることも可能である。
【００１７】
次に上記導電性編物又は織物の距離による抵抗値の変化について説明する。図２は、本発明にかかる導電性編物又は織物の距離による抵抗値の変化の測定方法を示す図である。図２に示すように、約１０ｃｍの試験片４の一端にテスター１００の電極端子１０１を固定し、一方の電極端子１０２を１ｃｍ間隔毎に固定して抵抗値の変化を測定するものである。
【００１８】
なお、用いられる試験片４は、▲１▼ステンレス３０％、ポリエステル７０％の混紡糸１を３本合せて１本にし筒状に編んだ３本合せ筒編みの導電性編物、▲２▼ステンレス３０％、ポリエステル７０％の混紡糸１を２本合せて１本にし筒状に編んだ２本合せ筒編みの導電性編物、▲３▼ステンレス３０％、ポリエステル７０％の混紡糸１とポリエステル１００％の糸を交互に打ち込んで平織りした１本交互平織りの導電性織物、▲４▼ポリエステル１００％の糸に銀メッキを施した導電糸で平織りした導電糸平織りの導電性織物である。また、電極端子１０１、１０２は、試験片が導電性織物（▲３▼、▲４▼）の場合は織糸に平行に固定し、導電性編物（▲１▼、▲２▼）の場合は、上記織物の測定個所と同一の位置で固定した。
【００１９】
図３及び図４は、上記の条件で測定した結果を示す図である。図３（ａ−１）、（ａ−２）に示す３本合せ筒編みの導電性編物は、抵抗値が約３３〜５１３ｋΩまでの変化があり、比例関係が見受けられる。図３（ｂ−１）、（ｂ−２）に示す２本合せ筒編みの導電性編物は、抵抗値が約８〜４６６７ｋΩまでの変化があり、変位差が大きく多少の比例関係が見受けられる。図４（ａ−１）、（ａ−２）に示す１本交互平織りの導電性織物は、抵抗値が約１６００〜６０００Ωまでの変化があり、多少の比例関係が見受けられる。図４（ｂ−１）、（ｂ−２）に示す導電糸平織りの導電性織物は、抵抗値が約１７〜２６Ωまでの変化があり、変位差が小さく測定距離１０ｃｍの範囲中で比例と断定するのは難しい。
【００２０】
上記の結果より、▲４▼の導電糸平織りの導電性織物は、電気が流れ易いため抵抗値が小さく、距離による抵抗値の変化が小さいが▲１▼、▲２▼、▲３▼の混紡糸１を用いた導電性編物又は織物は抵抗値が大きく、距離による抵抗値の変化が大きいことから、混紡糸１を用い肉厚で構造上しっかり編織された導電性編物又は織物は、距離による抵抗値の変化を得ることができる。
【００２１】
次に上記導電性編物又は織物の張力による抵抗値の変化について説明する。図５は、本発明にかかる導電性編物又は織物の張力による抵抗値の変化の測定方法を示す図で、同図（ａ）は、張力による抵抗値の変化の測定方法に用いる試験片５、同図（ｂ）は該測定方法を示す図である。試験片５は、図５（ａ）に示すように、導電性織物の場合は縦６０ｍｍ、横５０ｍｍ、導電性編物の場合は縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの導電性編物又は織物を筒状にしたものである。測定方法は図５（ｂ）に示すように、上記試験片５を手２００の人差し指２０１の第二関節が中央に配置されるように装着し、該試験片５の両端上部に電極端子１０１、１０２を固定し、該人差し指２０１を屈曲させる角度、即ち試験片５上部に加わる張力による抵抗値の変化を測定するものである。
【００２２】
なお、用いられる試験片５は、上記距離による抵抗値の変化の測定に使用した▲１▼３本合せ筒編みの導電性編物、▲２▼２本合せ筒編みの導電性編物、▲３▼１本交互平織りの導電性織物、▲４▼導電糸平織りの導電性織物である。
【００２３】
図６、図７及び図８は、上記の条件で測定した結果を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）に示す３本合せ筒編みの導電性編物は、人差し指２０１を屈曲させることで抵抗値が約５６０〜１１０ｋΩまで変化し、張力により抵抗値が大きく減少することが見受けられる。図７（ａ）、（ｂ）に示す２本合せ筒編みの導電性編物は、人差し指２０１を屈曲させることで抵抗値が約７８０〜１７０ｋΩまでの変化し、張力により抵抗値が大きく減少することが見受けられる。図８（ａ）、（ｂ）に示す１本交互平織りの導電性織物は、人差し指２０１を屈曲させることで抵抗値が約６６〜４０Ωまでの変化し、張力により抵抗値がわずかであるが減少することが見受けられる。なお、導電糸平織りの導電性織物は、人差し指２０１を屈曲させることで抵抗値に変化が見られなかった。（図示は省略）。
【００２４】
上記の結果より、▲４▼の導電糸平織りの導電性織物は、張力を加えても導電糸の変形が小さく、張力による抵抗値の変化はないが、▲１▼、▲２▼、▲３▼の混紡糸１を用いた導電性編物又は織物は、張力を加えると混紡糸１の変形が大きく、張力による抵抗値の変化が大きいことから、混紡糸１を用い肉厚で構造上しっかり編織された導電性編物又は織物は、張力による抵抗値の変化を得ることができる。特に、▲２▼、▲３▼の導電性編物は、張力による抵抗値の変化が大きいことから、編みによる導電性編物は張力による抵抗値の変化をさらに得ることができる。
【００２５】
ここで、混紡糸１を用いた導電性編物又は織物が、張力により抵抗値が減少する理由について説明する。一般に、抵抗値Ｒは下記の式（１）により求められる。ここで、Ｌは長さ、Ｓは断面積、ρは抵抗率とする。
Ｒ＝ρ（Ｌ／Ｓ）                                                （１）
【００２６】
混紡糸１における長さ、抵抗率はほぼ一定と考えられるため、式（１）のＬ、ρはほとんど変化しないものとすると、抵抗値Ｒは断面積Ｓに反比例することになる。即ち、張力により混紡糸１の断面積が変化することにより、抵抗値が変化することになる。
【００２７】
図９は、本発明にかかる導電性編物又は織物の混紡糸の張力による断面変化を示す図で、同図（ａ）は、張力を加える前の混紡糸の断面図、同図（ｂ）は張力を加えた後の混紡糸の断面図ある。図９（ａ）に示すように、張力が加わっていない混紡糸１内は、導電性の繊維１ａと非導電性の繊維１ｂとが隙間を介して混在している状態であり、電気は導電性の繊維１ａごとに流れるので断面積Ｓが小さく抵抗値Ｒは大きい値となる。一方、図９（ｂ）に示すように、張力が加わると混紡糸１は収縮し、該混紡糸１全体が収束するので、導電性の繊維１ａと非導電性の繊維１ｂの隙間がなくなり、導電性の繊維１ａどうしが接触することで断面積Ｓが大きくなり、抵抗値Ｒは小さな値となる。従って、▲１▼、▲２▼、▲３▼の混紡糸１を用いた導電性編物又は織物は、張力が加わることにより混紡糸１の導電性の繊維１ａどうしが接触して断面積が変化するため抵抗値が変化する。
【００２８】
次に、本発明にかかる導電性編物又は織物を用いる使用例について説明する。図１０は、本発明にかかる導電性編物又は織物を用いる使用例を示す図である。６は、導電性編物又は織物からなる手袋状のセンサ、７は検知装置、８はパーソナルコンピュータなどの出力処理装置である。
【００２９】
手袋状のセンサ６は、混紡糸１を複数本合せて１本にした糸を筒状に編んだ複数本合せ筒編みの導電性編物で構成されている。該手袋状のセンサ６の任意の位置、例えば手２００の指のすべての関節部分に対応する位置に図示しない＋、−の電極端子を接続する。検知装置７は、該電極端子間の抵抗値の変化を検知し、これを電気信号に変換し出力処理装置８に出力する。出力処理装置８は検知装置７の出力から後述するような方法で、手２００の指の形状を検出し、それを電気信号や文字などに変換して出力する機能を備えている。
【００３０】
出力処理装置８には、例えば、予め決められた複数の手２００の指の動作パターンに対応する手袋状のセンサ６の電極端子の出力を記憶しておき、検知装置７の出力を該記憶している指の動作パターンと比較し、一致する指の動作パターンを選択し、検知装置７から出力される手２００の指の状態を検出する。また、手２００の指は各関節を中心に所定の方向に動くから、検知装置７の出力をその都度演算処理することにより、現在の手２００の指の状態も検知することは可能である。指の動作の状態を検知したら、それを表示器８ａに文字や図形で表示したり、スピーカなどから音声で出力する。
【００３１】
上記により、例えば出力処理装置８の入力部８ｂから入力することが困難な障害者が手話を行える場合には、手袋状のセンサ６の他に肘及び肩などに導電性編物又は織物からなるセンサを嵌め、該出力処理装置８のテーブル上に手話における腕の形状のパターンを記憶しておけば、障害者が手話の動作を行うことにより、該出力処理装置８を操作（文字や音声を出力）することができる。なお、上記使用例では導電性編物を手袋状のセンサ６としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、手２００が動かない場合でも、例えば膝や足の指などの動かすことができる部分があれば、その部分に追従できる形状に導電性編物又は織物からなるセンサを編織することも可能である。また、出力処理装置８が抵抗値の変化を検知し、これを電気信号に変換する機能を有すれば、検知装置７は必要ない。
【００３２】
なお、上記使用例では、導電性編物又は織物からなるセンサにより出力処理装置８を操作することについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばロボットアームの関節部に上記センサを追従可能に設け、該ロボットアームの動作を該センサの出力を制御装置にフィードバックし、ロボットアームを制御しても良い。また、ゲーム機の入力装置、例えば、体全体の各関節部に上記センサを追従可能に設け、テレビなどに表示されるゲーム上のキャラクターを操作しても良い。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００３４】
請求項１に記載の発明によれば、収縮性を有する導電性編物又は織物を測定個所にその変形に追従して変形可能に設けることにより、該導電性編物又は織物の電気抵抗の変化により測定対象物の変形を検知するセンサとすることができる。従って、複雑な形状の測定対象物の変形を検出でき、構造が単純で安価なセンサを提供できる。また、従来の編織技術で、任意の形状に容易に製作することができる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、収縮性を有する編物構成は混紡糸を複数本合せ筒編みにより製編するので、収縮性が向上し、その使用用途がさらに拡大する。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、収縮性を有する織物構成は少なくとも収縮性を有する前記混紡糸を用いて交互織りにより製織するので、収縮性が向上し、その使用用途がさらに拡大する。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、収縮性を有する導電性編物又は織物からなるセンサを測定対象物の所定の測定領域に設け、該センサの出力を処理し、該測定領域の変動状態を検知する出力処理装置とするので、簡単な構成で、所望の出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる導電性編物又は織物の構成例を示す図で、同図（ａ）は、編みによる導電性編物、同図（ｂ）は織りによる導電性織物を示す図である。
【図２】本発明にかかる導電性編物又は織物の距離による抵抗値の変化の測定方法を示す図である。
【図３】測定距離と抵抗値の関係を示す図である。
【図４】測定距離と抵抗値の関係を示す図である。
【図５】本発明にかかる導電性編物又は織物の張力による抵抗値の変化の測定方法を示す図で、同図（ａ）は、張力による抵抗値の変化の測定方法に用いる試験片、同図（ｂ）は測定方法を示す図である。
【図６】張力（屈曲角度）と抵抗値の関係を示す図である。
【図７】張力（屈曲角度）と抵抗値の関係を示す図である。
【図８】張力（屈曲角度）と抵抗値の関係を示す図である。
【図９】本発明にかかる導電性編物又は織物の混紡糸の張力による断面変化を示す図である。
【図１０】本発明にかかる導電性編物又は織物を用いる使用例を示す図である。
【符号の説明】
１          混紡糸
２          編みによる導電性編物
３          織りによる導電性織物
４          試験片
５          試験片
６          手袋状のセンサ
７          検知装置
８          出力処理装置
１００      テスター
２００      手
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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