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PRESSURE-SENSITIVE SHEET commons

Patent code P09P006173
File No. NU-0191
Posted date Jun 12, 2009
Application number P2007-319027
Publication number P2008-170425A
Patent number P5467322
Date of filing Dec 10, 2007
Date of publication of application Jul 24, 2008
Date of registration Feb 7, 2014
Priority data
  • P2006-332735 (Dec 11, 2006) JP
Inventor
  • (In Japanese)式田 光宏
  • (In Japanese)長谷川 義大
  • (In Japanese)鈴木 佳孝
  • (In Japanese)小椋 大輔
  • (In Japanese)佐藤 一雄
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人名古屋大学
Title PRESSURE-SENSITIVE SHEET commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure-sensitive sheet capable of mounting pressure detecting points which can be arranged two-dimensionally, on arbitrary curved surfaces.
SOLUTION: The pressure-sensitive sheet 20 is configured to enable detection of in-plane distribution by using a pressure sensing wire 10. The pressure sensing wire 10 comprises a thin-film electrode 2, an insulating film 3, and an elastic support part 1. More specifically, the pressure-sensing cross-stitch material 20, which can be mounted on the surfaces of a three-dimensional shape and the arbitrary curved shape is produced by weaving the pressure sensing wire 10 as a warpage and weft in the same way as clothes are produced. In the pressure-sensitive sheet 20, when a contact pressure is applied to the pressure-sensitive sheet 20, the contact pressure applied to the pressure-sensitive sheet 20 is detectable, by detecting variations in the capacitances C between a warp pressure sensing wire 11 and a weft pressure sensing wire 12 at intersection points X of the warpage pressure sensing wires 11 and the weft pressure sensing wires 12.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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】
特開2005-91106号公報
【特許文献2】
特開2005-326293号公報
【特許文献3】
特開2005-315831号公報
【特許文献4】
特開2004-132765号公報
【特許文献5】
特開2002-195894号公報
【特許文献6】
特開2006-234716号公報

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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4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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007319027thum.jpg
State of application right Registered
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