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感圧シート コモンズ

国内特許コード P09P006173
整理番号 NU-0191
掲載日 2009年6月12日
出願番号 特願2007-319027
公開番号 特開2008-170425
登録番号 特許第5467322号
出願日 平成19年12月10日(2007.12.10)
公開日 平成20年7月24日(2008.7.24)
登録日 平成26年2月7日(2014.2.7)
優先権データ
  • 特願2006-332735 (2006.12.11) JP
発明者
  • 式田 光宏
  • 長谷川 義大
  • 鈴木 佳孝
  • 小椋 大輔
  • 佐藤 一雄
出願人
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 感圧シート コモンズ
発明の概要 【課題】 二次元状に配置可能な圧力検出点を任意曲面形状へ実装することができる感圧シートを提供することにある。
【解決手段】
感圧シート20は、感圧用線材10を用いて面内分布が検出可能な構成となり、感圧用線材10は、薄膜電極2と、絶縁フィルム3と、弾性支持部1とからなる。具体的には、衣服を作製するのと同様に、上記感圧用線材10を縦糸と横糸として編むことで三次元形状及び任意曲面形状の表面へ実装することができる感圧用クロスステッチ材20を作製する。感圧シート20では、その感圧シート20に接触圧が加わったときに、感圧用縦糸線材11と感圧用横糸線材12の交点Xにおける感圧用縦糸線材11および感圧用横糸線材12の間の静電容量Cの変化を検出し、感圧シート20に加わった接触圧を検出することができる。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要



従来、ロボットハンドリング部における接触荷重や、いす或いは寝具などのインターフェイス部に対する人体の接触荷重などを検出することを目的として、さまざまな構造の圧力センサが提案されている。





例えば、特許文献1では、V溝ガイドの内壁面に形成した電極間に円筒状の弾性体を設け、外力が加えられることによる弾性体の変形で生じる電気抵抗変化に基づいて接触圧を検出する方法が開示されている。特許文献2では、外力が加えられることによるダイアフラムの変形で生じる静電容量変化に基づいて接触圧を検出する形式の接触圧センサが開示されている。この特許文献2では、接触圧センサにおいて、ダイアフラムの中心にポスト構造を設け、この部分とダイアフラム部分との静電容量の差分をとることで検出感度の向上を図る方法が開示されている。





また、任意の曲面上にセンサアレイを搭載することを目的とした接触圧センサも提案されている。たとえば特許文献3では、弾性変形可能なシート状の誘電体を二つの電極で挟み込んだ静電容量型シート状圧力センサが開示されている。また、特許文献4では、布をシート地として用い、この上に感圧用センサをマトリクス状に配置する方法が開示されている。また、特許文献5では、導電性弾性チューブの外側に絶縁材を介して導電材を被覆し、そのチューブに加えられた荷重を同心円状の電極間の抵抗変化として検出する方法が開示されている。





上記従来技術、特に特許文献1および特許文献2では、接触圧を検出する素子構造に、V溝ガイド及びダイアフラム構造を利用しているために、センサ自体のフレキシブル化を図ることができない。従って、これらをアレイ状に配置した場合、このセンサ部分が剛となり、任意の曲面上にセンサアレイを実装することが難しい。このような課題を解決する手法として、特許文献3では弾性変形可能なシート状の誘電体を二つの電極で挟み込んだ静電容量型シート状圧力センサが提案されている。また、特許文献4では布をシート地として用い、この上に感圧用センサをマトリクス状に配置し、特許文献3と同様に、システム全体のフレキシブル化を図っている。上記二つの方法は何れも柔軟性のあるシート地を素材にしているので、二次元的な形状、例えば円柱など、の表面へは実装は容易であるが、三次元形状及び任意曲面形状へ実装することは難しいという問題がある。





一方、特許文献5では、導電性弾性チューブの外側に絶縁材を介して導電材を被覆し、チューブに加わった荷重を同心円状の電極間の抵抗変化で検出する方法が示されている。本発明では、チューブ構造にすることで、特許文献3及び4の手法に比べて、実装形態の自由度が向上している。しかしながら一つのチューブ構造の全てを荷重検出として用いているために、センシング素子をアレイ状に配置することが難しく、その結果、接触圧を二次元分布情報として検出することができない。また、一つのチューブ内に同心円状でキャパシタンス構造を形成する必要があり、センサ自体を作製することが複雑である。このように、上記の方法では、二次元アレイ状に配置した圧力センサを三次元形状及び任意曲面形状へ実装することができないという問題があった。





これに対し、二次元平面に配置した圧力センサを三次元形状及び任意曲面形状へ実装することができる感圧シートが提案されている。たとえば特許文献6がそれである。これによれば、縦方向の感圧用線材と横方向の感圧用線材とが織物状に編み込まれており、それら縦方向の感圧用線材と横方向の感圧用線材との交点に加えられる荷重が検出されるとともに、織物構造によって柔軟性があるために三次元形状或いは任意の面形状に実装することができる。

【特許文献1】

開2005-91106号公報

【特許文献2】

開2005-326293号公報

【特許文献3】

開2005-315831号公報

【特許文献4】

開2004-132765号公報

【特許文献5】

開2002-195894号公報

【特許文献6】

開2006-234716号公報

産業上の利用分野


本発明は、平面或いは曲面に対して加えられる圧力を検出するためにそれら平面或いは曲面に沿って装着することができるシート(sheet)状の感圧シートに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1方向に沿って配置された第1感圧用線材と該第1方向に交差する第2方向に沿って配置された第2感圧用線材とが編み込まれ、該第1感圧用線材と第2感圧用線材との交点に加えられる垂直方向の荷重を該第1感圧用線材と第2感圧用線材との間の静電容量に基づいて検出するための織物状の感圧シートであって、
前記第1感圧用線材および第2感圧用線材の少なくとも一方が、
前記垂直方向の荷重が負荷されることにより局所的に径方向に弾性変形する弾性変形能を備えるとともに、
前記少なくとも一方の感圧用線材の外周面に層状に設けられ、該少なくとも一方の感圧用線材の弾性変形に伴う変形が可能な誘電体層と、
該誘電体層の内周側に設けられ、前記少なくとも一方の感圧用線材の弾性変形に伴う変形が可能な導電体層とを、含むことを特徴とする感圧シート。

【請求項2】
前記第1感圧用線材および第2感圧用線材の少なくとも一方は、
前記垂直方向の荷重が負荷されることにより局所的に径方向に弾性変形する線状弾性基材を、含み、
前記導電体層は、該線状弾性基材の外周面に層状に固着されて該線状弾性基材の弾性変形とともに変形するものであり、
前記誘電体層は、前記線状弾性基材の外周面において前記導電体層の上に層状に固着されて該線状弾性基材の弾性変形とともに変形するものである
ことを特徴とする請求項1の感圧シート。

【請求項3】
前記第1感圧用線材および第2感圧用線材の少なくとも一方は、
前記垂直方向の荷重が負荷されることにより局所的に径方向に弾性変形するとともに、導電性を有して前記導電体層としても機能する線状弾性基材を、含み、
前記誘電体層は、該線状弾性基材の外周面に層状に固着されて該線状弾性基材の弾性変形とともに変形するものである
ことを特徴とする請求項1の感圧シート。

【請求項4】
前記第1感圧用線材および第2感圧用線材の少なくとも一方は、
前記垂直方向の荷重が負荷されることにより局所的に径方向に弾性変形するとともに、電気絶縁性を有して前記誘電体層としても機能する中空の線状弾性基材を、含み、
前記導電体層は、該中空の線状弾性基材の内周面に層状に固着されて該中空の線状弾性基材の弾性変形とともに変形するものである
ことを特徴とする請求項1の感圧シート。

【請求項5】
前記第2感圧用線材に隣接した状態で前記第2方向に沿って配置され、前記第1感圧用線材と該第2感圧用線材との交差部分において該第2感圧用線材の反対側に位置して該第1感圧用線材と交差する第3感圧用線材をさらに含み、
該第2感圧用線材と第3感圧用線材との間の静電容量に基づいて前記第1感圧用線材と第2感圧用線材との交点に加えられる前記第1方向の荷重を検出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1の感圧シート。

【請求項6】
前記第3感圧用線材は、前記第1方向において前記第2感圧用線材の両側に隣接して配置された一対を1単位として設けられている請求項5の感圧シート。

【請求項7】
前記一対の第3感圧用線材は、前記第1感圧用線材に対して前記第2感圧用線材の反対側で該第1感圧用線材と交差するに際して、相互に交差させられていることを特徴とする請求項6の感圧シート。

【請求項8】
前記線状弾性基材は、管状の樹脂から構成されたものである請求項2乃至のいずれか1の感圧シート。

【請求項9】
前記管状の樹脂は、中空の合成ゴムから構成されたものである請求項8の感圧シート。

【請求項10】
前記導電体層は、前記線状弾性基材の外周面に支持された金属蒸着膜から構成されたものである請求項2の感圧シート。

【請求項11】
前記誘電体層は、前記線状弾性基材よりも高剛性の樹脂から構成されたものである請求項2の感圧シート。

【請求項12】
前記誘電体層は、パラキシリレン系樹脂の蒸着膜から構成されたものである請求項1乃至11のいずれか1の感圧シート。

【請求項13】
前記第1方向に沿って並行に配設された複数本の第1方向線材が縦糸として、前記第2方向に沿って並行に配設された複数本の第2方向線材が横糸として、相互に編み上げられた織物状を成し、
前記第1感圧用線材は、前記複数本の第1方向線材のうちの所定本数毎に位置するものとして複数本配置され、
前記第2感圧用線材は、前記複数本の第2方向線材のうちの所定本数毎に位置するものとして複数本配置され、
前記第1感圧用線材および第2感圧用線材の複数箇所の交点で構成される複数の圧力検出点を二次元平面内に備えることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1の感圧シート。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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