JPS62200203A - 固定手段付伸長導電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固定手段付伸長導電素子に関する。より詳しく
は、固定手段が伸長導電素子の感知部に応力を集中させ
ることができるように構成されている固定手段付伸長導
電素子に関する。

従来伸長変形によって電気抵抗値が減少する素材は広く
知られておらず、したがって伸長変形によって生ずる電
気抵抗値の減少をとらえることによって被測定物の伸長
の有無、伸長の量、伸長圧縮の頻度を検出することので
きる素子も開発されていなかった。

一方、伸長変形によって電気抵抗値が増大する性質を利
用した素子としてストレーンゲージが知られている。す
なわち、例えばコンスタンクン、アドバンス、ニクロー
ム等の細い金属線を引張ると電気抵抗値が増大する。し
かし、この種の金属線の伸長率は極めて小さい（１％以
下）ため、前記ストレーンゲージは測定対象物の微小変
形にしか対応できず、例えば人体の肘、膝等の屈曲部分
のような大きな伸長変形の検出には不向きである。

また圧電素子や感圧導電性ゴムを用いた素子がある。圧
電素子は、機械的な歪変形を電圧変化としてとらえるも
のであるが、ストレーンゲージと同様に微小変形の用途
にしか適さない。一方、後者の感圧導電性ゴムは圧縮変
形に対して電気抵抗値が減少するものであり、伸長変形
に対しては電気抵抗値の低下は生じない。

上述の如〈従来公知の素子は、微小な伸長変形にしか用
いることができないか、あるいは圧縮変形にしか用いる
ことができない。したがって伸長変形、特に相当量の伸
長変形をする対象物の伸長挙動、すなわち伸長の有無、
伸長の量、伸長を伴う圧縮の頻度等を検出することので
きる素子があれば、広範囲の応用分野があることが期待
されながら、これまでそれを満足するものが出現してい
ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように、従来公知の素子を用いては伸長変形、特
に相当量の伸長挙動を電気的に検出することができない
。そこで、本発明と同一の出願人によって相当量の伸長
挙動を電気的に検出するのに用いることができるシート
状物が提案されている。

例えば昭和５９年９月２７日に「変形導電性高分子エラ
ストマー」の名で出願された特願昭５９−２００５７７
号中に記載されたシートであって、絶縁性の高分子エラ
ストマーに、薄片状の形状をした導電性フィラーを入れ
ることにより、フィラーの面に平行な方向で伸長した際
に、伸長方向の導電性が向上するシートである。あるい
は、昭和６０年３月４日に「変形導電性編織物」の名で
出願された特願昭６０−４１０２４号中に記載されたシ
ート状物であって、そのシート状物は構成する糸の交絡
部分および交絡部分間についての電気導通性又は電気絶
縁性が下記の条件を満たずように形成されていることに
よって任意の方向に伸長を加えた場合にその電気抵抗値
が変化する変形導電性編織物である。

■　該編織物の所定の面積中における全交絡部分の中で
、電気的に絶縁状態にある交絡部分の数を２．とし、電
気的に導通状態にある交絡部分の数を７！２とした場合
にその比Ｉ！１／β２の値が１！９以上であること； ■　前記編織物を構成するそれぞれの糸の長手方向一定
長での隣り合う複数の交絡部分間について、電気的に絶
縁状態である交絡部分間の数をｍｌとし、電気的に導通
状態である交絡部分間の数をｍ２とした場合に、その比
ｍ　１７ｍ　、の値が１！９以上であること。

また、たて糸もしくはよこ糸のどちらか一方が導電糸で
、他方が絶縁糸からなる織物であって、バイアス方向に
カントすることを特徴とする伸長導電性織物も本発明と
同一の出願人によって提案されている。

尚、これら伸長導電性シートが、耐久性等を向上させる
ために、該シートの少なくとも片面にウレタンやシリコ
ーン、フン素ゴムなどのエラストマーシートまたはフィ
ルムを積層してなる伸長導電性シートであってもよい。

前述のようなシート状物の任意の２点に電極をとり付け
、電極間のシート状物を伸長すればシート状物の電極間
の電気抵抗が減少するので、その減少の有無および減少
の程度を２個の電極間で測定すれば被測定物の伸長の有
無および伸長の程度を把握することができる。又、これ
らシート状物、特に後者の変形導電性編織物は相当量の
伸長変形をすることができるので、相当量の伸長変形を
する対象物の伸長挙動、すなわち伸長の有無、伸長の量
、伸長を伴う圧縮の頻度等を検出することができる。

以下の説明において前記シート状物を伸長導電性シート
と称し、伸長導電性シートに電極を取りつけた素子を伸
長導電素子と称す。

前述のような伸長導電素子を用いる場合には、伸長導電
素子の電極を直接測定対象物に固定する場合もあるが、
多くの場合、伸長導電素子の両側にベルト等の、伸長導
電素子を対象物を固定する手段を取付け、この固定手段
によって測定対象物に固定される。その際もしこの固定
手段自体が伸びやすいものであったならば、対象物の変
形が伸長導電素子に正しく伝達されず、その結果測定対
象物の伸長が正しく検出されなくなる恐れがある。

しかしながら前述の伸長導電素子についてはそこ迄の配
慮がなされていなかった。

本発明は本出願人と同一の出願人によってさきに提案さ
れた伸長導電素子の有する使用上の問題点を解決して、
伸長導電素子を測定対象物に取付けた時に、伸長導電素
子の感知部に応力を集中させることができる固定手段を
有する伸長導電素子を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は伸長導電素子と該伸長導電素子を対象物
に固定する固定手段を含んで成る固定手段付伸長導電素
子において、前記固定手段を対象物により発生される伸
長応力によって実質的に伸長されることのない機構によ
って構成することにより伸長導電素子の感知部に応力を
集中させることを特徴とする固定手段付伸長導電素子（
以下伸長検知ユニットと称す）によって達成される。

本発明の発明者らは伸長導電素子の感知部に応力を集中
させることのできる伸長検知ユニットについて鋭意検討
を加えた結果、本発明に到達した。

ここでいう伸長検知ユニットの構成は伸長導電素子本体
と、伸長導電素子が取着される台座部分と、台座部分を
測定対象物に固定する固定部分の３つに大別される。た
だし台座部分が固定部分を兼ねるように構成されていて
もよい。又伸長導電素子本体に併設して２つの台座部分
に弾性的に伸縮可能なゴムシートなどの補強材を接合す
ると、伸長導電素子の伸長繰り返し耐久性が増大すると
共に前記固定部分と台座部分の測定対象物へのフィツト
性が良好になるので好ましい。

伸長検知ユニットの固定部分、台座部分が用いられる時
は固定部分と台座部分は、測定対象物の変形挙動を阻害
せずに、かつ正確に（効率よく）測定対象物に生ずる変
位を伸長導電素子の感知部に伝達するように構成される
必要がある。したがって固定部分及び台座部分は、対象
物により発生される伸長応力によって実質的に伸長され
ることのない機構によって構成されるとよい。より具体
的には固定部分及び台座部分に伸長導電素子の感知部を
構成する伸長導電シートよりも引張り弾性率が高い素材
、例えば天然および合成高分子からなる紙、糸、布帛（
織物、不織布など）、フィルムあるいはシートやそれら
の複合体及び無機物から構成されるとよい。固定部分は
、測定対象物の形状に合った形状をしているか、測定対
象物の動きを阻害しないようにしなやかに測定対象物の
形状にフィツトする形状をしていることを要し、例えば
粘着テープやサージカルテープ、ベルトなどがあげられ
る。尚伸長導電素子本体、台座部分および固定部分を接
合するジヨイント部分は、あらゆる種類のジヨイントを
用いることができるが、対象物により発生される伸長応
力によって実質的に伸長されることのない素材や構造に
なっていることが必要である。また伸長導電素子への応
力集中に伴う素子の破断を防ぐために、前記ジヨイント
部分が一定以上の応力によって外れる、例えば、ホック
あるいはマジックファスナであるとより好ましい。

以下本発明による固定手段付伸長導電素子、すなわち伸
長検知ユニットの実施例の数例を示す添付図面を参照し
て本発明を詳述する。

第１ａ図は本発明による伸長検知ユニットの一実施例を
示す略示平面図であって、第１ｂ図はその伸長検知ユニ
ットを人体の腹部に取着した状態を示す。第１ａ図およ
び第１ｂ図に示す伸長検知ユニットは伸長導電素子３と
、その両側に取着された台座部分２，２′と人体への固
定部分であるベル）１．１’から成る。伸長導電素子３
は伸長導電シート３ａとその両端に取着された電極３ｂ
。

３ｂ’から成り、その電極３ｂ　、　３ｂ　’に台座部
分２゜２′が取着されている。又伸長導電素子３に平行
して補強材としてのゴムシート６が台座部分２゜２′に
取着されており、一方電極３ｂ　、　３ｂ　’にはリー
ド線４を介してコネクタ５が接続されている。

ベルト１，１′の一端はそれぞれジヨイント７゜７′を
介して台座部分２，２′に連結され、ベル）１．１’の
他端にはマジックファスナ８．８′が取着されており、
このマジックファスナ８．８′を重ね合せることによっ
て第１ｂ図に示すように、人体の腹部９に伸長検知ユニ
ットを固定することができる。

前記ベル）１．１’および台座部分２．２′は伸びの少
ない、しなやかな素材から成り、且つ伸長導電素子、台
座部分およびベルト間の相互の接続部分において伸びが
発生することのない機構で構成されているので、測定対
象物である腹部の呼吸などによる体動の変位はもれなく
伸長導電素子の感知部と補強材としてのゴムシートに集
中され、この結果測定対象物の変形を感度良く検知する
ことができる。

第２図に本発明による伸長検知ユニットを防犯センサと
して窓の桟に用いた場合の例を示す。第２図に示すよう
に、伸長導電シート１０ａとその両端に取着された電極
１０ｂ　、　１０ｂ　’から成る伸長導電素子１０はわ
ん曲部分を有するプラスチック板から成る台座部分１３
と共に窓１８の桟１７に取付けられる。すなわちわん曲
プラスチック板１３の下端はビス１６′で桟１７の固定
部分１１に固定され、ビス１６′より上方の位置でビス
１５′によってわん曲プラスチック板１４の下端が電極
１０ｂ′に固定される。固定部分１１の上方は断面コの
字状のシリンダ状部分１２に形成され、その部分１２の
内側に摺動可能にピストン１３が配置される。わん曲プ
ラスチック板１３の上端はビス１６によって前記ピスト
ン１３に固定されると共にビス１５によって電極１０ｂ
に固定される。

窓１８が開かれている時には、第２図に示す如くわん曲
プラスチック板１４の中央部がわん曲しているが、窓を
締めると伸長検知ユニットの台座部分であるわん曲プラ
スチック板１４のわん曲部分が延び、シリンダ状部分１
２の中にピストン１３を押上げ、それにつれてわん曲プ
ラスチック板の伸長応力が伸長導電素子の感知部に集中
する。

したがって伸長導電素子の伸長による電気抵抗値の減少
を検出すれば、窓１８が締められていることを確認する
ことができる。逆にいえば、伸長導電素子の電気抵抗値
が増大した時には窓が開かれた事を意味し、それらを利
用して防犯センサとして用いることができる。

第１ａ図および第１ｂ図及び第２図に示した伸長導電素
子では伸長導電性シートとして変形導電性織物を用いて
いる。この変形導電性織物は前述　　　　　゛のように
任意の方向に伸長を加えた場合にその電気抵抗が減少す
る織物であって、織物の所定の而（■２） 積中における全交絡部分の中で、電気的に絶縁状態にあ
る交絡部分の数をＡ、とし、電気的に導通状態にある交
絡部分の数をβ２とした場合に、その比Ｌ／ｌ−ｚの値
が１／９以上であるという条件と、織物を構成するそれ
ぞれの糸の長手方向一定長での隣り合う複数の交絡部分
間について、電気的に絶縁状態である交絡部分間の数を
ｍｌとし、電気的に導通状態である交絡部分間の数をｍ
２とした場合に、その比ｍ　１７　ｍ　２の値が１／９
以上であるという条件を共に満たす織物である。

ここでいう電気的に絶縁状態とは、実施例中に記載した
電気抵抗値の測定法によって、２つの針状端子間の電気
抵抗値が１０６Ω以上である状態を意味し、また、電気
的導通状態とは、同様に２つの針状端子間の電気抵抗値
が１０６Ω未満である状態を意味する。

ここでいう交絡部分とは、各糸が交差している部分を示
しており、必ずしも接触している必要はない。織物の場
合は経糸と緯糸の交差部分であり、編物の場合は、ルー
プの交差部分を意味する。

ここでいう電気的に絶縁状態である交絡部分または電気
的に導通状態である交絡部分とは、交絡している２本の
糸が交絡部分を介してそれぞれ電気的に絶縁状態である
部分、あるいは電気的に導通状態である部分を意味する
。

また隣り合う交絡部分間とは、より正確には交絡部分中
心間部分であって、一本の糸で隣り合う交絡部分の中心
間を意味する。また電気的に絶縁状態である交絡部分間
、または電気的に導通状態である交絡部分間とは、上に
述べた隣り合う交絡部分間が電気的に絶縁状態であるか
、導通状態であるかを意味する。

ここで用いられる変形導電性織物は平織で形成されてい
る。平織は組織が密で繰り返し耐久性に優れ、また微小
の変形に対して高感度に抵抗値が変化するのでより好ま
しい。ただし綾織または朱子織で変形導電性織物を形成
してもよい。また編物を用いてもよい。編物の組織とし
ては、経編、緯編のどちらでも良いし、トリコット編、
天竺編、ゴム編、バール編等のいずれでも良い。尚、微
小変形、大変形に対する変形導電性は、それぞれ織物１
編物の構成（糸の太さ、密度２度目等）を適切に選定す
ることにより得られる。編織物の形状としては、シート
状１円筒状など編織物の組織を使ったすべての形状を含
む。

ここで用いられる変形導電性織物はエステルマルチフィ
ラメントを用いて形成されているが、それ以外に編織物
を構成する糸として、通常の溶融、湿式紡糸機によって
紡糸されたモノフィラメントやマルチフィラメント、短
繊維からなる紡績糸やそれらの糸の撚糸、フィルムやシ
ートを細長くスリットした、細長い形状物もしくはその
収束物を用いることができる。その素材としては、エス
テル以外にもナイロンなどのすべての電気絶縁性合成高
分子、セルロース等の再生セルロース繊維などの化繊、
天然ゴムなどの電気絶縁性天然高分子、ガラスなどの電
気絶縁性無機繊維等を用いることができる。

前述の変形導電性編織物の製造は、まず電気絶縁性繊維
にメッキ、コーティング、溶射などの手段により、導電
性物質を付与した導電糸から作られた編織物、もしくは
電気絶縁性編織物をメッキ、コーティング、溶射などの
手段により、導電性物質を付与した導電性編織物を用意
し、この編織物に超音波、水や空気の高速噴射、流速の
差の大きい層流の生じている媒体中などで物理的応力を
加えることにより、糸の交絡部分及び交絡部分間で選択
的に導電性物質を剥離させることによって行われる。し
たがって変形導電性編織物を構成する糸の特定の部分の
み電気的絶縁状態におかれており、その他の部分は、銅
、ニッケル、銀、カーボンなどの導電性物質がメッキ、
コーティング、溶射などの導電化手段により導電性を付
与されている。尚、特にマルチフィラメントや紡績糸の
場合には、微小の応力で各フィラメントや短繊維が接触
するので高感度変形導電性編織物を形成するためにはよ
り好ましい。

第１ａ図および第２図に示した伸長導電素子では電極と
して銅板が用いられているが、これ以外にアルミ、真鍮
、ステンレスなど通常電極として用いられる金属板をは
じめ、布帛やエラストマーシートに金属鍍金、コーティ
ング、溶射あるいは導電性フィラー混入などの手段によ
り導電性を付与した導電性布帛や、導電性エラストマー
シートを用いてもよい。

金属板や導電性布帛や導電性エラストマーシートで作ら
れた電極と伸長導電性シートとの接続は導電性樹脂層を
介して行うと、接触抵抗が低く、伸長くり返しに対する
力学的強度が増大するので好ましい。ここでいう導電性
樹脂層とは、通常よく用いられるエポキシ系、アクリル
系、エステル系などのプラスチック系接着剤をはじめ、
ウレタに弄、ラテックス系などの接着剤、または熱溶融
型のポリマー、例えばポリエステル系、ポリアミド系樹
脂などを基材とし、それに通常５〜５０体積％の範囲内
で適当量の導電性フィラーを混入した導電性樹脂からな
る層である。ここでいう導電性フィラーとは、ニッケル
、銅、鉄、アルミニウム、金、銀、などの金属もしくは
、それらの合金もしくは導電性カーボンなどからなり、
形状としく１７） ては粉末もしくは短繊維状である。また、導電性樹脂層
の厚みとしては、１μｍ以上の厚みが必要であり、伸長
導電素子の用途にもよるが、通常は２μｍ以上５０μｍ
以下の厚みが、伸長導電性シート、電極板との接着力、
接触抵抗、コストの面で好ましいがこれに限られるもの
ではない。導電性樹脂層の厚みが１μｍ未満であると、
接着力が劣る。尚、導電性樹脂が、熱溶融型のポリマー
を基材としている場合には、シート状、もしくはフィル
ム状で使用できるので操作性の面で優れ、工業的により
好ましい。

尚、金属板の表面が凹凸にエンボス加工されていると、
導電性樹脂層との接着力が高く、かつ電気的な絶縁破壊
が起りやすくなるので導電性フィラーの混入量を下げる
ことができ、コスト面及び導電性樹脂層の接着力低下も
抑えられるのでより好ましい。

また、電極として、導電性のホックやはとめ、圧着端子
を用いることもできるし、上記電極板や導電性布帛や導
電性エラストマーシートと組み合せて用いることもでき
る。

〔実施例〕

以下実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明の
伸長検知ユニットは、これら実施例や先の図面に示すも
ののみに限定されるものではないことは明らかである。

旭化成工業■製のエステルタフタ（経５０　ｄ　／２４
ｆ、緯７５　ｄ　／３６　ｒ　）を水酸化ナトリウム水
溶液（８０ｇ／Ｉり、１００℃で減量加工（減量率２０
％）し、５ｎＣ７！２：塩酸が３＝１０の重量比の浴中
で感受性化し、水洗脱水後、ＰｄＣＡ２　：塩酸が重量
比１：１５の浴中で活性化し、水洗脱水後ＮｉＣＥ　ｚ
　　・６ＨｚＯ１ＮａＨＰＯｚ　ＨＨ２Ｏ、クエン酸ナ
トリウム、ＮＨ４，ＣＩｌ、アンモニア水がｌ：ｌ：３
：２：２の重量比の浴中９０℃×２分処理して、Ｎｉメ
ンキエステルタフタを作製した。これを１０ｃｆｆｌ×
１０ｃｍの大きさのサンプルに切り、二重円筒形の層流
発生装置（内側の円筒が高速回転、外筒の内径２５ｃｍ
、内筒の外径１０ｃｍ）に水と一緒に入れ：内筒回転速
度２０Ｏｒｐｍで、３００分処理して伸長導電性シート
用原料シートを得た。

次に、市販ウレタン系エラストマー樹脂（溶媒ＤＭＦ　
、固形分１０ｗｔ％）を９ｆ）ｕｍのゲージで離型紙に
コーテイング後１００℃Ｘ３ｍ１ｎ乾そうさせ生がわき
の状態で、この原料シートの両面に４ｋｇ／ｄの圧力で
１１０℃で熱接着転写し１００°Ｃ×３０分乾そうさせ
、伸長導電性シートを得た。

次にこのシートをｌ　ｃｍ巾Ｘ５ｃｍ長にバイアス方向
に裁断し、両端からｌ　ｃｍ長の表裏に厚さ４０μｍの
銅板を導電性接着剤で接続しく実質的に３ｃｍ長）、１
５％伸長することにより、＃、＃！２＝４、ｍ＋／ｍ２
−４であり抵抗値が４．５Ｘ１０６Ωから２．０×１０
２Ωに低下する伸長導電素子を作製した。

次にエステル系不縁布目付１００ｇ／　ｒｒｒを１５０
℃でヒートセットしたシート状物を３ｃｍ巾にカットし
、ベルト及び台座部分を作製した。次に、台座部分に前
述した伸長導電素子を金属製ホックで接続し、該素子に
併設して厚さ３００μｍのウレタン系シートを台座部分
に取りつげた。台座部分とベルトとの接続は樹脂製バッ
クルを用い、第１図ａに示す本発明の伸長検知ユニット
を作製した。

この伸長検知ユニットにリード線をとりつけて腹部に装
着したところ、腹部の形状によくフィツトする呼吸に伴
う体動を検知するベルトが実現された。

次に、前記伸長導電素子の両端を中央部分がわん曲した
アクリル製のプラスチック板の両端にビスで固定した。

次に一端がシリンダーになっており、窓の桟に合った形
状を有するプラスチック製の固定部分に先のプラスチッ
ク板をビスで固定し第２図の概略図に示す本発明の伸長
検知ユニットを作製した。この伸長検知ユニットにリー
ド線をとりつけ、窓の桟に取りつけたところ、窓の開閉
を検知する防犯センサーが実現された。

〔発明の効果〕

本発明による伸長検知ユニットは前述の如く構成されて
いるので、従来公知のセンサ素子を用いては行うことの
できない伸長変形、特に相当量の伸長変化をする対象物
の伸長挙動を検出することができると共に検出に際して
より精度高く測定値が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明による固定手段付き伸長導電素子すな
わち伸長検知ユニットの一実施例を示す略示平面図であ
り、第１ｂ図を第１ａ図に示した伸長検知ユニットを人
体の腹部に取着した状態で示す正面図であり、第２図は
本発明による伸長検知ユニットの他の実施例を窓の防犯
センサとして用いた場合を示す正面図である。 １．１′・・・ベルト、　２，２′・・・台座部分、３
．１０・・・伸長導電素子、 ３ａ　、　１０ａ・・・伸長導電シート、Ｉｂ、ｌｂ’
　、１０ｂ　、１０ｂ　’・・・電極、７．７′・・・
ジ９インド、 ８．８′・・・マジックファスナ、 １１・・・固定部′分、　　　１２・・・シリンダ状部
分、１３・・・ピストン、 １４・・・わん曲プラスチック板。 ｑ 第２図 （ｂ） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、伸長導電素子と該伸長導電素子を対象物に固定する
   固定手段を含んで成る固定手段付伸長導電素子において
   、前記固定手段を対象物により発生される伸長応力によ
   って実質的に伸長されることのない機構によって構成す
   ることにより伸長導電素子の感知部に応力を集中させる
   ことを特徴とする固定手段付伸長導電素子。