JP2008249409A - 感圧用繊維構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力を検知する感圧センサー部分と配線部分が一体化した感圧用繊維構造体を開発した。この感圧用繊維構造体は、製造工程時に目的に応じた各感圧センサー間の配線が可能であるため、製造工程の省力化が図られ製造コストも大幅に低減できる。さらに、感圧用繊維構造体は各センサー間を配線する導電性接続糸からなる配線部とセンシング部を同一繊維構造体内で構成できるので、柔軟性に優れていること、取り扱いが容易であること、スケールアップが容易である。さらには複数領域の圧力検知することおよび同一構造体で異なる圧力を検知することも可能である。
【選択図】図1
Description
また、感圧用繊維構造体は、織物もしくは編物にて構成されることを特徴とする。
また、感圧用繊維構造体の感圧面を複数の領域に画定して複数の感圧センサー部が設けられており、各感圧センサー部内に設定された上面部及び下面部の前記導電糸にのみそれぞれ電気的に接続する前記導電性接続糸を備えていることを特徴とする。
また、感圧用繊維構造体の感圧面を複数の領域に画定して複数の感圧センサー部を設け、そのうち少なくとも1つの感圧センサー部の圧縮特性が異なっていることを特徴とする。
本発明に係る感圧用繊維構造体は、2層以上の複数層構造からなる繊維構造体内に、圧力を検知する1個以上の感圧センサーとその感圧センサーを外部システムと電気的に接続するための1本以上の導電性接続糸を繊維構造体の製造時に配置することで、センサーと配線が一体となることにより、各センサー間の配線工程が省略できるために製造時間および製造コストの大幅な低減が図られることを特徴とする。
また前述2つの中間である複数領域の圧力を領域ごとに検知する場合は、広範囲の平面上の各特定領域に配置された複数の感圧センサーを領域ごとに各1組の導電性接続糸と接続する方法がある。
また前述の繊維素材を、撚糸、紡績、混繊、カバーリング等の方法により2種類以上の素材を複合した繊維素材であっても、導電性を有しない繊維素材であればこれに限るものではない。
ポリエチレンテレフタレート、PBT、PTT等のポリエステル系繊維、ナイロン(ポリアミド繊維)、アラミド(芳香族ポリアミド繊維)、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフイン系繊維、フッ素繊維、ポリ乳酸繊維、アクリル等の合成繊維、レーヨン、アセテート等の化学繊維、綿、麻、ウール、絹等の天然繊維、セラミックス繊維、ガラス繊維、シリカ繊維等の無機繊維等の導電性を有しない繊維に前述の銅、リン性銅等の銅系合金、銀、鉄、ステンレス、導電性を有するその他の金属合金等の金属繊維およびそれら金属箔をスリットした金属テープ、炭素繊維等の導電性を有する素材を撚糸、紡績、カバーリング等の手段により複合して導電性機能を付与した糸がある。
乾式めっきや湿式めっき等の化学的手法で、ポリエチレンテレフタレート、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PTT(ポリトリメチレンテレフタレート)等のポリエステル系繊維、ナイロン(ポリアミド繊維)、アラミド(芳香族ポリアミド繊維)、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフイン系繊維、フッ素繊維、ポリ乳酸繊維、アクリル等の合成繊維、レーヨン、アセテート等の化学繊維、綿、麻、ウール、絹等の天然繊維、セラミックス繊維、ガラス繊維、シリカ繊維等の無機繊維等の導電性を有しない繊維に、金、白金、銀、銅、ニッケル等の金属および金属合金を表面にコーティングして導電性機能を付与した導電性を有する繊維素材がある。
炭素粉末や銀、銅の粉末をポリエチレンテレフタレート、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PTT(ポリトリメチレンテレフタレート)等のポリエステル系繊維、ナイロン(ポリアミド繊維)、アラミド(芳香族ポリアミド繊維)、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフイン系繊維、フッ素繊維、ポリ乳酸繊維、アクリル等の合成繊維、レーヨン、アセテート等の化学繊維の紡糸工程で繊維に練り込み方法で導電性機能を付与した導電性を有する繊維素材がある。
さらには前述の導電性を有しない繊維からなる織物、編物、不織布等の構造体またはフィルムに乾式めっきや湿式めっき等の化学的手法で、金、白金、銀、銅、ニッケル等の金属および金属合金を表面にコーティングして導電性機能を付与し後にスリット加工にてテープ状にした導電性を有する糸等があげられるが、導電性を有する繊維素材であればこれに限るものではない。
また、感圧用繊維構造体のセンサー部と配線部を構成する導電糸素材が異なる素材構成であっても、感圧用繊維構造体の圧力検知機能に影響なければこれに限る物ではない。
図2より、感圧用繊維構造体の上面に配置されるよこ糸を導電糸3、下面に配置されるたて糸を導電糸4とすることで導電糸3、4は互いに接触することなくセンサーとして機能して、感圧用繊維構造体のセンシング部を構成しており、また、感圧用繊維構造体の上面に配置されるたて糸を導電性接続糸5とすることで、おなじく上面に設置されたよこ糸の導電糸3と接触し、感圧用繊維構造体の下面に配置されるよこ糸の導電性接続糸6は同じく下面に設置される導電糸4と接触して感圧用繊維構造体の配線部を構成している。
図3の太線は圧縮試験機にて実施例1の感圧用繊維構造体を50kPaまで加圧し、その後徐圧した時の圧縮量と圧力の変化を表しており、Y軸は実施例1の感圧用繊維構造体に付加した圧縮圧力、X軸にはその時の感圧用繊維構造体の圧縮量である。また、実施例1の感圧用繊維構造体を含む直流回路の抵抗の電圧変をZ軸とし、細線が実施例1の感圧用繊維構造体の圧縮時の電圧変化(圧力検知)を表している。
図より、感圧用繊維構造体を加圧していった時、圧縮圧力が7.5kPaを越えたときに細線が示す抵抗の電圧値が急激に変化しており、本実施例は7.5kPa以上の圧力の有無を検知できる感圧用繊維構造体であることがわかる。
また、実施例1の感圧用繊維構造体は導電糸を含むこととセンサーの精度向上のために安定した織物構造を形成する織物規格であるため、一般的な衣料用ポリエステル織物と比較すると曲げ剛性が5倍あり硬い織物となっているが、比較例3との曲げ剛性を比較すればわかるように、一般的工業用の繊維材料に比べると1/2以下の曲げ剛性であり、十分柔軟性に優れていることがわかる。
図5の織物組織図において、たて糸29は下面に配置され、たて糸30は上面に配置され、よこ糸31は領域EおよびFで下面に配置され、よこ糸32は領域EおよびFで上面に配置される。これに対し、よこ糸33は領域Eでは上面に配置されるが領域Fでは下面に配置され、よこ糸34は領域Eでは下面に配置されるが領域Fでは上面に配置される。
この組織図を用いて、図4の接続部24における糸の配置を説明する。まず、導電糸14は領域Eにある下面に配置されたたて糸であり、導電性接続糸20が図5のよこ糸31、導電性接続糸19は図5のよこ糸33である。この場合、導電性接続糸20は域Eでは常に下面に配置されるため導電糸14と交錯して導通状態となり、導電性接続糸19は領域Eでは上面に配置されるため導電糸14と交錯せずに配線できることになる。
特に端子25,26および27,28をそれぞれ外部システムのセパレータに接続し、プログラムで制御することにより随時4つのセンサー領域の各々の荷重を連続的に検知できるシステムを構築することが可能となる。
感圧センサー50は空間56にスペーサー繊維55が配置されるため、感圧センサー50に圧力が付加された時に導電糸38と接触するように加圧変形する導電糸40を含む感圧繊維構造体の加圧変形可能領域57は、感圧センサー49に圧力が付加された時に導電糸37と接触するように加圧変形する導電糸39を含む感圧繊維構造体の加圧変形可能領域58と比較して狭いため、同じ素材構成であっても導電糸が接触するのに必要な圧力が異なり、感圧センサー50は感圧センサー49より高い圧力(荷重)を検知する感圧センサーとなり、実施例3では高荷重を検知する感圧センサー50と低荷重を検知する感圧センサー49を同一感圧用繊維構造体内に実現できる。
特に端子51,52および53,54をそれぞれ外部システムのセパレータに接続してプログラム制御することにより、低荷重を検知する感圧センサー49と高荷重を検知する感圧センサー50の検知荷重の中間の荷重、および高荷重を検知する感圧センサー50の検知荷重以上の荷重の2段階の荷重を連続的に検知できるシステムが構築できる。
低荷重センサー49(図9-(1))と高荷重センサー50(図9-(2))では、実施例3の感圧用繊維構造体の圧縮過程における直流回路抵抗の電圧に変化が生じた時の圧縮圧力が異なり、各々8.3kPaと16kPaであり、低荷重センサー49は8.3kPa以上の圧力を検知でき、高荷重センサー50は16kPa以上の圧力を検知できることがわかる。このことは、本実施例が2つの異なる圧力を検知できる感圧用繊維構造体であることを示している。
体重72kgの人間が実施例3の感圧用繊維構造体上に静かに乗った時は電子音が2つ発生し、体重50kgの人間が実施例3の感圧用繊維構造体上に静かに乗った時は電子音が一つしか発生せず、本実施例は2つの異なる圧力を検知できる感圧用繊維構造体であることがわかる。
シート内に配線を有しているため、感圧用繊維構造体にコーティング等の撥水、耐水処理も容易に可能であり、屋外での使用を含め汎用性が高く、建築業界、自動車業界など様々な産業分野での適応が期待される。
大型システムとしては、建造物の床等に配置して人の動きや入退室を検知するセンサーやスイッチ、またホール等の着席状況把握システムなど様々な用途・製品化が期待されている。小型のシステムとしては、ベッドや椅子での離床や着座を検知するセンサー、または防護衣料などのウェアラブルシステムのスイッチとして製品化が期待されている。
2 下面
3 導電糸
4 導電糸
5 導電性接続糸
6 導電性接続糸
7 センシング部
8 接続部
9 接続部
10 端子
11 端子
12 配線部
13 導電糸
14 導電糸
15 導電糸
16 導電糸
17 導電性接続糸
18 導電性接続糸
19 導電性接続糸
20 導電性接続糸
21 接続部
22 接続部
23 接続部
24 接続部
25 端子
26 端子
27 端子
28 端子
29 たて糸
30 たて糸
31 よこ糸
32 よこ糸
33 よこ糸
34 よこ糸
35 上面
36 下面
37 導電糸
38 導電糸
39 導電糸
40 導電糸
41 導電性接続糸
42 導電性接続糸
43 接続部
44 接続部
45 導電性接続糸
46 導電性接続糸
47 接続部
48 接続部
49 感圧センサー
50 感圧センサー
51 端子
52 端子
53 端子
54 端子
55 スペーサー繊維
56 空間
57 加圧変形可能領域
58 加圧変形可能領域
Claims (5)
- 複数の導電糸を面方向に所定の間隔で配置した上面部と、複数の導電糸を面方向に所定の間隔でかつ上面部の導電糸と交差する方向に配置した下面部と、上面部及び下面部の間を所定の間隔に保つ連結部とを備え、押圧により連結部が圧縮状態となることで上面部の導電糸と下面部の導電糸とが接触状態となる感圧用繊維構造体において、前記上面部及び下面部は、それぞれ導電糸と交差する方向に配置されて所定の本数の導電糸と電気的に接続する導電性接続糸を備えていることを特徴とする感圧用繊維構造体。
- 繊維構造体が、織物にて構成されることを特徴とする請求項1記載の感圧用繊維構造体。
- 繊維構造体が、編物にて構成されることを特徴とする請求項1記載の感圧用繊維構造体。
- 感圧面を複数の領域に画定して複数の感圧センサー部が設けられており、各感圧センサー部内に設定された上面部及び下面部の前記導電糸にのみそれぞれ電気的に接続する前記導電性接続糸を備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の感圧用繊維構造体。
- 少なくとも1つの前記感圧センサー部の圧縮特性が異なっていることを特徴とする請求項4に記載の感圧用繊維構造体。
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