JP4780058B2

JP4780058B2 - 感圧センサ

Info

Publication number: JP4780058B2
Application number: JP2007208228A
Authority: JP
Inventors: 主男高島
Original assignee: JAPAN MICRO SYSTEM CO., LTD.
Current assignee: JAPAN MICRO SYSTEM CO., LTD.
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: JP2009042108A

Description

本発明は、２次元平面、２次元曲面、自由曲面での圧力の検知、圧力分布の測定および、それら圧力の時間的変化の計測に好適な感圧センサを提供する。

平面での圧力分布の測定が可能な感圧センサとしては、圧力によって抵抗が変化する導電性エラストマを利用し、その抵抗値の変化を取り出す為に上部と下部の電極部がマトリックス構造になるように配線したフレキシブル基板（ＦＰＣ）を利用する方法もあるが、この方法ではＦＰＣに柔軟性があまりないので自由曲面への対応が出来ない。

自由曲面への対応が可能な感圧センサとしては、特許文献１に示されるように、上部と下部の電極部の間に、一定の間隔を保つ連結部を作成する方法もあるが、この方法では、電極部とスペーサが一体になっている為、スペーサを変更して感度調整を随時行う事が出来ない。

また、布マトリックス電極とリード線を電気的に接続する方法としては、リード線をフレキシブル基板（ＦＰＣ）に半田付けし、そのＦＰＣを布マトリックス電極に導電性糸で縫い付ける方法もあるが、この方法では、布マトリックス電極にＦＰＣで接合した接合部の柔軟度が低下し自由曲面への対応にも制約が発生する。

特開２００６−２８４２７６号公報

このように自由曲面への対応が可能で柔軟性がある電極部が実現でき、かつ、電極部とスペーサを分ける事により、同一電極部でも、スペーサを変える事によって感度調整が随時可能であるような、更には、電極部とリード線部の接続がフレキシブル基板（ＦＰＣ）を使用する場合のように柔軟性を損なうことにならない様な従来製品が有していた問題を解決するが本発明である。

本発明は、非導電性布部に対して、ほぼ直線状にほぼ平行に本縫いで縫い付けられた複数の導電性糸で作成された導電部を有する上布部と下布部とを、その導電部が、互いに垂直になる様に重ね合わせ、その上布部と下布部の間に、加圧する事で抵抗値や電気容量など電気的特性値が変化するスペーサを挟み込むことを特徴とする感圧センサであって、より好ましくは、その導電部の導電性糸は非導電性布部に対して、ミシンの本縫いで縫われており、その導電性糸はより線で構成されており、更にはその導電性糸は導電性糸同士が電気的に接触する間隔で複数本縫い込む事によって、電極部の幅を調整されているものである。
また本発明はこのような感圧センサにおいて、スペーサの電気的特性を取り出す為の電極部と外部との接続の為のリード線の接合方法として、リード線の先端をＵ字型またはＯ字型にして、そのＵ字型またはＯ字型の部分と電極部を前記導電性糸で縫い付ける事で電気的な接合部を作成し接続したものである。

本発明に係る感圧センサ用電極は、課題である自由曲面に対応した圧力の計測を、非導通性布に導通性糸を縫いつける事により、柔軟性の高い布マトリックス電極を作成する事で実現し、また、電極部とリード線の接続も導電性糸での縫い付けにより、柔軟性を保持しつつ電気的な接合部も保持する事を実現した。

本発明に係る布マトリックス電極は、非導電性布部に対して、ほぼ直線状にほぼ平行に本縫いで縫い付けられた複数の導電性糸で作成された導電部を有する上布部と下布部とを、その導電部が、互いに垂直になる様に重ね合わせ、その上布部と下布部の間に、加圧することによって抵抗値や電気容量などの電気的特性値が変化するエラストマ系の感圧センサを挟む事により、柔軟性がありかつ圧力の時間的な変化も測定可能な感圧センサを作成する事ができます。また、感度を調整する場合は、挟み込む感圧センサを変更する事によって、随時行う事が出来ます。

図１は本発明の構造図で、１と２は、非導電性布部５，６に対して、ほぼ直線状にほぼ平行に本縫いで縫い付けられた複数の導電性糸３，４を有する上布部と下布部である。これら導電性糸３，４が、互いに垂直になる様に上布部１と下布部２を重ね合わせ、その上布部１と下布部２の間に、加圧する事で抵抗値や電気容量などの電気的特性値が変化するスペーサ９を挟み込んでいる。
図２に示す様に必要に応じてこれらの積層体を外装１０、１１で覆ってある。

この導電性糸３，４は図３に示すように非導電性布部５に対して、ミシンの本縫いで縫われており、上糸１２と下糸１３に利用されている導電性糸はより線で構成されている。
これは、よりのかかっていない単なる糸の状態では、糸成分はよくても導電性の素材が縫製に途中で切れて、長い糸の間で導通性がなくなってしまったり、抵抗値が高くなってしまったりすること、導電性糸は実質的に電極部の役割をするので、よりのかかっていない糸の場合、導電性繊維がバラバラになり、隣り合う電極部同士で導電性繊維が接続してしまうと電極部として利用できなくなってしまうことなどがある為、よりのかかった糸を使用する必要があったからである。
また図４に示すように、上糸１２，１４は導電性糸同士が電気的に接触する間隔で複数本縫い込む事によって、電極部１５の幅が調整されている。それは、電極部１５を導電性糸１本で作成した場合、その１本の糸が切れれば、電極部が断線状態となってしまう。また、本縫いの特徴として、定期的に上糸１２が定期的に布の中に埋もれてしまう。
電極部を導電性糸複数で作成した場合、導電性糸が１本切れても、他の導電性糸で導通状態が保持される。また、本縫いの特徴として、定期的に上糸１２が定期的に布の中に埋もれてしまう場合に、上糸１２が埋もれる部分では上糸１４が埋もれないようにずらして縫う事によって導通性を確保する事が出来る。

そしてこのような感圧センサにおいて、リード線を引き出す必要があるが、従来のようなフレキシブル基板（ＦＰＣ）を利用して、リード線をＦＰＣに半田で接合し、フレキシブル基板と布マトリックス電極は、導電性糸で縫い付けて接合する方法では、接合部に柔軟性の確保は難しかった。また、ＦＰＣと布マトリックス電極とを導電性の糸で縫い付ける際に、ＦＰＣが割れてしまうこともあった。
そこで本発明においては、図５に示すように、リード線１６の先端の導線部１８をＵ字型にして、そのＵ字型の部分を電極部１５に導電性糸で接合部１９の様に縫いつける事で電極部１５とリード線１６を物理的に確実にかつ電気的に低抵抗で接続したものである。

感圧センサの構造図感圧センサの断面図本縫いの場合の上糸と下糸の関係電極幅を広げる為の縫い方電極とリード線の接続部を導電性糸で縫う方法布マトリックス電極の構造図

符号の説明

１上布部
２下布部
３，４導電性糸
５，６非導電性布部
７、８、１６リード線
９スペーサ
１０，１１外装部
１３下糸
１２、１４上糸
１５電極部
１６リード線
１７被服部
１８導線部
１９接合部

Claims

非導電性布部に対して、ほぼ直線状にほぼ平行に縫い付けられた複数の導電性糸で作成された電極部を有する上布部と下布部とを、その電極部が互いに垂直になる様に重ね合わせ、その上布部と下布部の間に、加圧する事で抵抗値や電気容量などの値が変化するスペーサを挟み込まれた感圧センサにおいて、前記導電性糸は、より線からなり、本縫いで縫い込まれており、前記電極部は複数本の導電性糸が異なる縫い込み位置で互いに電気的に接触するようにほぼ同じ直線上でずらして縫い込まれていることを特徴としている感圧センサ。
リード線の先端をＵ字型またはＯ字型にして、そのＵ字型またはＯ字型の部分と電極部を前記導電性糸で縫い付ける事で電気的な接合部を有することを特徴とする請求項１記載のセンサ。