JP7070968B2 - フロック加工された導電性の横糸を有する多機能の生地を備えた変形検出デバイス - Google Patents

フロック加工された導電性の横糸を有する多機能の生地を備えた変形検出デバイス Download PDF

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Description

本発明は、変形検出デバイスに関し、特に、静電容量式の変形検出デバイスに関する。
従来技術において、静電容量式の変形センサを含む多機能の生地が既に提案されている（例えば、欧州特許出願公開第１９２７８２５Ａ１号明細書、国際公開第２０１４００１８４３Ａ１号、国際公開第２０１６１９８９６９Ａ１号及び米国特許出願公開第２００８０００３０４Ａ１号明細書参照）。
しかしながら、公知の解決策は、製造上の単純さの点からと、動作の信頼性及び精度の点からとの両方で十分満足する変形検出デバイスを製造することを可能にしない。
［発明の目的］
本発明の目的は、構成することが比較的簡単であると同時に、動作中に高感度及び高精度を有する多機能の生地に統合された変形検出デバイスを製造することである。
この目的を達成することを考慮して、本発明は、変形検出デバイスに関するものであり、変形検出デバイスは、織り合わされた横糸及び縦糸を有する多機能の生地を備え、
上記横糸の少なくとも一部、又は上記横糸の少なくとも一部及び上記縦糸の少なくとも一部は導電性であり、
上記横糸は、上記横糸から実質的に半径方向に突出する非導電性繊維で構成されるフロッキングを有し、
導電性の糸は、電圧を印加するための導電性の端部に接続され、それにより、異なる極性の導電性の端部に接続される糸は、静電容量センサのそれぞれのプレートを画定する一方、上記横糸のフロッキングの繊維は、上記静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定し、
上記変形検出デバイスは、上記導電性の端部に接続され、上記静電容量センサの静電容量の変化の検出に基づいて上記生地の変形を検出するように構成される電子制御及び処理ユニットを備える。
第１実施形態において、異なる極性を有する、電圧を印加するための導電性の端部に接続される横糸は、静電容量センサのプレートを画定するが、一方上記横糸のフロッキングの繊維は、静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定するように、横糸だけが導電性であり、導電性の端部に接続される。
第２実施形態において、上記横糸の少なくとも一部及び上記縦糸の少なくとも一部の両方は、導電性である。この場合、導電性の横糸と導電性の縦糸とは、それぞれ、静電容量センサのプレートを画定すべく異なる極性を有する導電性の端部に接続されるが、一方上記横糸のフロック加工の繊維は、静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定する。
より糸又は糸をフロック加工するための方法は、周知であり昔から使用されている。この方法によれば、様々な材料（例えば、ポリアミド又はポリエステル）のフロック加工の繊維が、例えば、アクリル接着剤でコーティングされたポリアミド又はポリエステル又はレーヨン等のマルチフィラメントコア又はモノフィラメントコアに適用される。適用中に、繊維は、静電場によりコアに対して半径方向に配向される。その結果が、糸の内部に保持される高い空気量（実に、８０％まで）に起因して、ビロードのような外観とソフトな触感とを有するフロック加工された糸である。
出願人により行われた研究及び調査により、驚いたことに、フロック加工された横糸を有する多機能の生地の使用は、特に、効率がよく、信頼性が高く、動作中の感度がよくかつ正確である静電容量式の検出デバイスの製造を可能にすることが明らかになった。これは、変形力を受けた場合、フロッキング繊維の高度の変形を可能にするフロック加工された糸の性質に起因し、容易かつ信頼性が高く、正確な方法で変形を検出する能力の増大をもたらす
横糸は、導電性の繊維で補充された非導電性ポリマー材料のモノフィラメント又はマルチフィラメントのコアであり、横糸のフロッキングは、ポリアミド又はＰＥＴのような非導電性ポリマー材料の繊維で構成される。上記に明示された第１実施形態の場合には、縦糸は、非導電性ポリマー材料で作られ、フロッキングはない。上述の第２実施形態の場合には、縦糸は、導電性繊維が補充された非導電性ポリマー材料で好ましくは作られるが、フロッキングはない。
電子制御ユニットは、検出された変形が所定の閾値を超えた場合だけ、変形信号を生成するように構成され得る。
本発明はまた、本発明によるデバイスの有利な用途に関する。特に、本発明はまた、クッションと、背もたれと、乗員の存在の信号を送るべくクッションと関連付けられたセンサとを備える自動車のシートに関し、上記センサは、シート裏打ち生地に統合される、本発明によるデバイスで形成される点で特徴づけられる。さらなる態様によれば、本発明はまた、例えば、自動車のデバイス又は機内サービスをアクティブにするためのプッシュボタンの圧力センサを保持するダッシュボード又はアームレスト等の自動車の乗客コンパートメント要素に関し、上記圧力センサは、自動車の乗客コンパートメント要素の裏打ち生地に統合される本発明によるデバイスで形成される点で特徴づけられる。
本発明のさらなる特徴及び利点は、純粋に非限定な例として提供され、添付図面を参照して分かる説明から明らかになるであろう。
生地の一部の概略図である。 ＩＩ－ＩＩ線による概略断面図である。 フロック加工された糸の概略側面図である。 フロック加工された糸の断面図である。 本発明の第１実施形態により製造された生地の一部の図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った概略断面図である。 電気コンデンサの概略斜視図である。 図６の概略図に対応する概略図であり、変形された状態の生地の一部を示す。 図５のものに対応する図であり、本発明の第２実施形態を示す。 図９のＸ－Ｘ線に沿った概略断面図である。 生地が変形された状態の図１０の図に対応する図を示す。 本発明を組み込んだ自動車のダッシュボード自動車のシートの概略斜視図である。 本発明を組み込んだ自動車のシートの概略斜視図である。
図１は、縦糸Ｏで織り合された横糸Ｔを有する生地の一部を概略的に示す。例示された略図は、本明細書において純粋に例として提供されるもので、生地を織るための任意の他の代替的なパターンを使用することが可能である。
本発明の基本的な特徴によれば、本発明のデバイスを製造するために使用される生地が、横糸Ｔの少なくとも一部が、フロック加工された糸（図３及び図４参照）であり、すなわち、各々の横糸Ｔから実質的に半径方向に突出する繊維又は超極細繊維Ｆで作られるフロッキングを有する生地である。
本説明において、フロック加工された横糸Ｔを製造するために使用される方法の詳細は、フロック加工方法が、任意の既知の方法において、任意の既知のタイプのデバイスを使用して製造され得るので、説明されない。
本発明の別の本質的な特徴は、横糸Ｔ、又は生地の横糸Ｔの少なくとも一部が、導電性であるという事実に存在する。これは、各々の横糸が導電性であるが、一方フロッキングの繊維Ｆは、導電性ではないことを意味する。好ましくは、各々の横糸Ｔは、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）又はグラフェン、あるいは一般的な金属等のアクティブ繊維の添加により導電性にされたポリマー材料（例えば、ポリエステル）で形成される。フロッキングの非導電性の繊維は、好ましくは、ポリアミド又はＰＥＴで作られる。
図５、６および８は、第１実施形態に関し、フロック加工された横糸Ｔだけが導電性であるが、一方フロック加工されていない縦糸Ｏは非導電性である。例えば、縦糸は、ポリエステルなどのポリマー材料で作られ得る。
図５、６および８の実施形態において、導電性のフロック加工された横糸は、電圧を印加するために、図面に概略的に示される導電性の端部Ｐに接続され、それにより、異なる極性を有する導電性の端部Ｐに接続される横糸Ｔが、静電容量センサのそれぞれのプレートを画定する一方、横糸Ｔのフロッキングの繊維Ｆは、静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定する。
添付図面の図７は、導電性の端部Ｐに接続され、誘電体材料Ｄが間に置かれる２つの導電性プレートＡ１、Ａ２を備える電気コンデンサを概略的に示す。図５及び図７を参照すると、導電性の端部Ｐの陽極と陰極とに電気的に接続される横糸Ｔは、図７に概略的に示される静電容量センサのプレートＡ１、Ａ２を構成するが、一方横糸Ｔの繊維Ｆは、図７に示された静電容量センサの誘電体材料Ｄを構成する。もちろん、複数の横糸Ｔは、互いに並列に、電力供給システムの陽極と陰極とに接続され得る。
図６及び図８の例示的なスケール拡大図を参照すると、繊維Ｆが互いに挟まれて形成される誘電体材料と共に、反対極性の導電性の端部Ｐに接続される２つの導電性の横糸Ｔは、静電容量Ｃ１を有する電気コンデンサを構成し、静電容量は、コンデンサプレート間の距離、すなわち、陽極Ｐと陰極Ｐとにそれぞれ電気的に接続する横糸Ｔ間の距離に依存する。
例えば、図８に示されるタイプの生地の変形の場合において、電力供給システムの両端部に電気的に接続される２つの導電性の横糸の間の距離が短くなり、その結果、等価なコンデンサの静電容量は、変形のないコンデンサの静電容量とは異なる値Ｃ２になる。導電性の横糸Ｔの異なる対は、検出された変形を示す信号を生成すべく、生地の内部に統合された静電容量センサにより発せられる信号を受け取り、信号を処理するように構成される電子制御ユニットＥに任意の方法で接続される。
デバイスは、例えば、それにより制御される任意のタイプの電気デバイスをアクティブ又は非アクティブにするスイッチとして使用される場合のオン／オフ信号の単なる生成、又は検出された変形の程度を示す信号の生成のいずれかをするように構成され得る。
生地に統合された静電容量センサを製造すべくフロック加工された横糸を使用する利点は、まさにフロッキング繊維の性質に関連し、フロッキング繊維は、大きな変形を受けることができ、その結果として、変形信号の伝達を正確かつ確実に促進する。
電子制御ユニットＥはまた、検出された変形値の所定の最小閾値を超えた変形信号だけを生成するように構成され得る。
図９～図１１は、この場合、横糸Ｔ及び縦糸Ｏの両方が導電性であるという事実により上述の第１実施形態とは異なる第２実施形態に関する。横糸Ｔ及び縦糸Ｏは、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）又はグラフェン、あるいは金属一般等のアクティブ繊維の添加により導電性にされたポリマーにより、例えば、形成され得る。第１実施形態と同様に、横糸Ｔだけがフロック加工される。横糸Ｔは導電性であるが、それは導電性ではないフロッキング繊維Ｆを有する。この第２実施形態において、導電性の横糸Ｔ及び導電性の縦糸Ｏの両方は、電圧の印加のための導電性の端部Ｐに接続される。図示例において、横糸Ｔの全て、又はそれらの少なくとも一部は、ある極性に接続されるが、一方縦糸Ｏの全て、又はそれらの少なくとも一部は、他の極性に接続される。これにより、横糸及び縦糸は、図７に示される等価静電容量センサのプレートＡ１、Ａ２を画定する。図７に示される等価静電容量センサの誘電体材料Ｄは、横糸Ｔのフロッキングの繊維Ｆにより、この実施形態においても同様に、構成される。
図１０および図１１に示されるように、この場合においても、センサの静電容量値の結果として起きる変化（Ｃ１からＣ２までの）に対して、生地の変形は、等価静電容量センサのプレート間の距離の変化につながる。この場合もやはり、横糸Ｔ及び縦糸Ｏの導電性の端部は、電子制御ユニットＥに接続され、そのことは、第１実施形態に関連して既に明確に述べられたように構成される。
本発明によるデバイスは、一般的な用途に関する。しかしながら、本発明のさらなる態様によれば、自動車分野において特に関心がある特定の用途が提供される。
図１２は、本発明のさらなる態様に言及し、それによれば、自動車の乗客コンパートメント要素が、自動車のデバイス又は機内サービスをアクティブにするためのプッシュボタンとしての役割を果たす１又は複数の圧力センサを組み込み、例えば、ダッシュボード又はアームレストの形態で製造される。図１２は、例として、本発明により製造される生地２で少なくとも部分的に裏打ちされる本体を有し、裏打ちの生地に統合される圧力センサとしての役割を果たす領域３を含むダッシュボード１の場合を示す。
さらなる態様によれば、本発明はまた、自動車のシート に関する。図１３は、例として、クッション５及びヘッドレスト７が設けられた背もたれ６を含むシート４を示す。クッション５は、本発明の開示により少なくとも部分的に製造され、クッション５の上面の中央部分の領域８を含む裏打ち生地７を含み、そしてそれは、シートの乗員の存在の信号を送る静電容量式の変形センサとしての役割を果たす。従来技術によれば、乗員存在センサが使用され、例えば、乗客シートと関連して自動車に配置される１又は複数のエアバッグを、例えば、有効又は無効にし得る。
もちろん、本発明の原理を損なうことなく、構造の詳細及び実施形態は、純粋に例として説明され、図示されてきたものに対して、本発明の範囲から逸脱することなく、広く変化してよい。
特に、図示される全ての実施形態において、上記のように、及び添付された特許請求の範囲に示されるように、横糸及び縦糸の構成及び機能は相互に交換され得る。

Claims (9)

  1. 変形検出デバイスであって、織り合わされた横糸及び縦糸を有する多機能の生地を備え、
    前記横糸の少なくとも一部、又は前記横糸の少なくとも一部及び前記縦糸の少なくとも一部の両方が導電性であり、
    前記横糸は、前記横糸から実質的に半径方向に突出する非導電性の繊維で構成されるフロッキングを有し、
    前記導電性の糸は、電圧を印加するための導電性の端部に接続され、それにより、異なる極性の導電性の端部に接続される糸は、静電容量センサのそれぞれのプレートを画定する一方、前記横糸の前記フロッキングの非導電性の前記繊維は、前記静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定し、
    前記変形検出デバイスは、前記導電性の端部に接続され、前記静電容量センサの静電容量の変化の検出に基づいて前記生地の変形を検出するように構成される電子制御及び処理ユニットを備える、
    変形検出デバイス。
  2. 横糸だけが導電性であり、
    前記導電性の横糸は、電圧を印加するための導電性の端部に接続され、それにより、異なる極性を有する導電性の端部に接続される横糸が、前記静電容量センサのプレートを画定する一方、前記横糸の前記フロッキングの前記繊維は、前記静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定する、
    請求項１に記載の変形検出デバイス。
  3. 前記横糸の少なくとも一部と前記縦糸の少なくとも一部とが導電性であり、
    前記導電性の横糸と前記導電性の縦糸とは、それぞれ、前記静電容量センサの前記プレートを画定すべく、異なる極性を有する導電性の端部に接続される一方、前記横糸の前記フロッキングの前記繊維は、前記静電容量センサのプレート間に置かれる誘電体材料を画定する、
    請求項１に記載の変形検出デバイス。
  4. 前記横糸は、金属繊維、グラフェン繊維及びカーボンナノチューブから選択される、導電性繊維が補充される非導電性ポリマー材料の糸またはより糸であり、前記横糸の前記フロッキングは、ポリアミド又はＰＥＴ等の非導電性ポリマー材料の繊維で作られる、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の変形検出デバイス。
  5. 前記縦糸は、非導電性ポリマー材料で作られ、フロッキングがない、
    請求項２に記載の変形検出デバイス。
  6. 前記縦糸は、金属、グラフェン又はカーボンナノチューブの繊維から選択される、導電性繊維が補充される非導電性ポリマー材料で作られ、前記縦糸は、フロッキングがない、
    請求項３に記載の変形検出デバイス。
  7. 前記電子制御及び処理ユニットは、前記検出された変形値の所定の閾値を超えた変形信号だけを生成する、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の変形検出デバイス。
  8. クッションと、背もたれと、乗員の存在の信号を送るべく前記クッションと関連付けられたセンサとを備える自動車のシートであって、前記センサは、シート裏打ち生地に統合される、請求項１に記載の変形検出デバイスで形成される、自動車のシート。
  9. 例えば、自動車のデバイス又は車載サービスをアクティブにするためのプッシュボタンの圧力センサを保持するダッシュボード又はアームレスト等の自動車の乗客コンパートメント要素であって、前記圧力センサは、前記自動車の乗客コンパートメント要素の裏打ち生地に統合される請求項１に記載の変形検出デバイスで形成される、自動車の乗客コンパートメント要素。
JP2018135252A 2017-10-20 2018-07-18 フロック加工された導電性の横糸を有する多機能の生地を備えた変形検出デバイス Active JP7070968B2 (ja)

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