CN113383219B - 压敏传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种如下结构的压敏传感器，该压敏传感器能够有效利用布的柔软性并能够测量大范围的压力分布，并且能够以面接触的状态进行稳定的加压压力的测量，另外，提高了各交叉区域中的加压压力的测量精度。作为解决方案，压敏传感器(1)包括涂布有导电性炭黑与粘结剂树脂的混合物的导电布(2)、在导电布(2)的第1主表面上配置的第1电极布(3)和在导电布(2)的第2主表面上配置的第2电极布(4)，第1电极布(3)与第2电极布(4)的交叉区域(V1)呈矩阵配置地形成，第1电极布(3)的线圈横列或线圈纵行以与导电布(2)的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置，且第2电极布(4)的线圈横列或线圈纵行以与导电布(2)的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置。
Description
技术领域
本发明涉及一种对生物体信息进行测量的压敏传感器。
背景技术
近年来，出于护理、保健等目的，在将床上的睡姿的压力分布、椅子等上的就座姿势的压力分布作为生物体信息进行测量的用途中使用压敏传感器。在如此与身体接触来测量生物体信息的用途中需要如下压敏传感器，该压敏传感器具有对身体而言不适感较少的柔软性，并且为以与身体相对应的较大尺寸且能够测量大范围的压力分布。
以往，提出了一种压敏传感器，包括：布体，其由将含有导电性高分子和粘结剂树脂的混合物涂敷于布料而成的导电体构成；以及多个导电性的线状构件，其以抵接于所述布体的导电面的两个面的方式排列配置，由被导电性高分子涂敷的纤维构成，在所述导电面的表面上大致平行地排列配置的多个所述线状构件配置为相对于在所述导电面的背面上大致平行地排列配置的多个所述线状构件大致正交(参照专利文献1：日本特开2014－108134号公报)。
另外，提出一种布制的压敏片，其包括第1层片、第2层片和第3层片，第1层片和第3层片具有以规定间隔涂敷有导电性颗粒的导电通路，第1层片的导电通路的取向相对于第3层片的导电通路的取向为横向，第2层片具有在加压压力下变化的电特性(参照专利文献2：美国专利第8966997号说明书)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014－108134号公报
专利文献2：美国专利第8966997号说明书
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1记载的压敏传感器是在使导电性的布体与导电性的线状构件有意地点接触或线接触的状态下测量加压压力的结构。另外，专利文献2记载的压敏片在利用镀敷导电性贵金属颗粒并对其进行区分涂布(日文：塗り分ける)得到的电极布来夹持压敏布的状态下测量加压压力，在该情况下，构成相面对的面的纤维成为相互点接触或线接触的状态。
在现有技术那样的点接触或线接触下的测量中，接触电阻较大，并且接触状态变得不稳定，电阻值变动较大。特别是，在布为纺织物的情况下，在交错点突出的构造中成为点接触，因此接触电阻增大，另外，因布的伸缩性等而使交错点的位置偏移，由此，接触状态进一步变得不稳定，因此电阻值变动变大。其结果，存在缺乏压敏电阻的再现性、无法进行期望的测量这样的问题。
另外，在如现有技术那样将导电性贵金属颗粒镀敷于布的情况下，材料费的成本大幅增加。并且，为了镀敷的预处理，需要进行布的油分去除、催化剂赋予、布表面的活性化处理等，因此处理工序变得复杂，而且，这样的化学处理有可能对布造成损伤。并且，由于布的尺寸受到镀敷设备的尺寸的限制，因此难以制造较大尺寸的压敏片。
用于解决问题的方案
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种如下结构的压敏传感器，该压敏传感器能够有效利用布的柔软性并能够测量大范围的压力分布，并且能够以面接触的状态进行稳定的加压压力的测量，另外，提高了各交叉区域中的加压压力的测量精度。
作为一个实施方式，通过以下公开的那样的解决方式来解决所述课题。
本发明的压敏传感器包括涂布有导电性炭黑与粘结剂树脂的混合物的导电布、在所述导电布的第1主表面上配置的第1电极布和在所述导电布的第2主表面上配置的第2电极布，该压敏传感器的特征在于，所述导电布是由非导电性纤维线形成的编织物，所述第1电极布是以第1间隔由导电性纤维线形成有多个第1电极的编织物，所述第2电极布是以第2间隔由导电性纤维线形成有多个第2电极的编织物，所述第1电极和所述第2电极以交叉的方式配置，且所述第1电极与所述第2电极的交叉区域呈矩阵配置地形成，或者是，所述导电布是由非导电性纤维线形成的编织物，所述第1电极布和所述第2电极布均是由导电性纤维线形成的编织物，所述第1电极布和所述第2电极布以交叉的方式配置，且所述第1电极布与所述第2电极布的交叉区域呈矩阵配置地形成，所述第1电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置，且所述第2电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置。
根据该结构，由于在将导电布、第1电极布和第2电极布作为伸缩性优异的编织物来呈矩阵配置地形成交叉区域之后，以第1电极布的线圈横列或线圈纵行与导电布的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置，以第2电极布的线圈横列或线圈纵行与导电布的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置，因此，能够有效利用编织物的柔软性和伸缩性，能够利用相互面对的线圈彼此间的稳定的接触状态来进行期望的测量。另外，由于将导电性炭黑与粘结剂树脂的混合物涂布于编织物，因此，能够有效利用对身体而言不适感较少的柔软性和伸缩性，并且不会受到镀敷设备那样的设备尺寸的限制，能够设为与身体相对应的较大的尺寸。并且，导电性炭黑具有枝状的组织构造，通过隧道效应降低电阻值，另外，与贵金属、导电性高分子化合物相比，能够廉价地获得导电性炭黑，因此，成为能够抑制材料费且生产率较高的结构。并且，导电布的电阻值大于第1电极布和第2电极布的电阻值，因此能够减少测量位置引起的电阻值的偏差、串扰。其结果，成为如下结构：能够测量大范围的压力分布，并且能够以面接触的状态进行稳定的加压压力的测量，另外，提高了各交叉区域中的加压压力的测量精度。
在本说明书中，作为一个例子，以各电极布(第1电极布和第2电极布)的线圈横列或线圈纵行与导电布的线圈横列或线圈纵行平行的方式配置是指，各个线圈的行进方向的中心线所成的角度(相对角度)被设定在0±10[度]以内，根据该结构，接触电阻为最小值或接近最小值的值。在此，考虑到，在压敏电阻偏差的容许范围内可能在制造上产生第1电极布、导电布和第2电极布的组合偏差。为了抑制压敏电阻偏差，将相对角度设定在0±10[度]以内，优选将相对角度设定在0±5[度]以内，进一步优选将相对角度设定在0±2[度]以内。
另外，在本说明书中，作为一个例子，以各电极布(第1电极布和第2电极布)的线圈横列或线圈纵行与导电布的线圈纵行或线圈横列正交的方式配置是指，各个线圈的行进方向的中心线所成的角度(相对角度)被设定在90±10[度]以内，根据该结构，接触电阻成为最大值或接近最大值的值。在此，考虑到，在压敏电阻偏差的容许范围内可能在制造上产生第1电极布、导电布和第2电极布的组合偏差。为了抑制压敏电阻偏差，将相对角度设定在90±10[度]以内，优选将相对角度设定在90±5[度]以内，进一步优选将相对角度设定在90±2[度]以内。
所述第1电极布和所述第2电极布优选为相同的编织物。根据该结构，容易呈矩阵配置地形成交叉区域并使各个电极布的线圈的行进方向相对于导电布的线圈的行进方向为平行配置或正交配置，且能够削减部件个数，因此成为合理的结构。在此，经编织物和经编织物为相同的编织物，另外，纬编织物和纬编织物为相同的编织物。
优选的是，所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案。特别优选为编织图案的正面线迹和反面线迹均沿线圈横列或线圈纵行规则地排列的结构。根据该结构，能够抑制接触电阻的偏差而使接触电阻稳定。相同的编织图案是指相同或类似的编织图案。作为一个例子，平针组织和平针组织为相同的编织图案，罗纹组织和罗纹组织为相同的编织图案，毛圈组织和毛圈组织为相同的编织图案，提花组织和提花组织为相同的编织图案。另外，作为一个例子，特里科经编组织和特里科经编组织为相同的编织图案，拉舍尔经编组织和拉舍尔经编组织为相同的编织图案，编链组织和编链组织为相同的编织图案，钩编组织和钩编组织为相同的编织图案。
优选的是，所述导电布的与所述第1电极布接触的接触面和所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案，且所述导电布的与所述第2电极布接触的接触面和所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案。根据该结构，能够在接触电阻达到最小值或最大值的位置处使接触电阻稳定。
优选的是，所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第1电极布的同与所述导电布接触的接触面相反的一侧的面为不同的编织图案，所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第2电极布的同与所述导电布接触的接触面相反的一侧的面为不同的编织图案，且所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案。根据该结构，能够应对编织物的变化，并能够抑制接触电阻的偏差而使接触电阻稳定。
作为一个例子，编织物是利用针织横机、全成形针织机或圆型针织机编织成的纬编织物(横向编织物)。对于纬编织物，作为一个例子，能够应用平针组织、罗纹组织、双反面组织、集圈组织、毛圈组织、提花组织、其他已知的纬编织物。
作为一个例子，编织物是利用特里科经编机、拉舍尔经编机、钩编机或米兰尼斯经编机编织成的经编织物(纵向编织物)。对于经编织物，作为一个例子，能够应用特里科经编组织、缎纹组织、衬垫编织、拉舍尔经编组织、双拉舍尔经编组织、钩编组织、编链组织、经缎组织、米兰尼斯经编组织、其他已知的经编织物。
优选的是，所述第1电极布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距设定为线圈直径的两倍以下的大小，所述第2电极布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距设定为线圈直径的两倍以下的大小，且所述导电布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距设定为线圈直径的两倍以下的大小。根据该结构，能够扩大宽度方向或长度方向上的接触面积，因此，能够抑制接触电阻的偏差而使接触电阻稳定。
作为一个例子，所述导电布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距为所述第1电极布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距的0.5倍以上且2.0倍以下，且所述导电布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距为所述第2电极布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距的0.5倍以上且2.0倍以下。根据该结构，能够抑制宽度方向或长度方向的相互的接触电阻的偏差而使接触电阻稳定。
作为一个例子，所述非导电性纤维线是包含聚酯、聚酰胺、尼龙、人造丝、丙烯酸和聚氨酯中任意一种以上的合成线。根据该结构，肌肤触感良好，成为耐化学药品性优异的编织物。为了减小接触电阻，非导电性纤维线优选为复丝。非导电性纤维线为20～200旦尼尔。
非导电性纤维线被应用于导电布。非导电性纤维线有时被编入第1电极布而形成第1间隔，另外，非导电性纤维线有时被编入第2电极布而形成第2间隔。并且，有时将非导电性纤维线编入第1电极、第2电极的一部分并使导电性纤维线的暴露面积变化而调整与导电布之间的接触面积。导电性纤维线被编入第1电极、第2电极的一部分或全部。导电性纤维线包含金、银、铜、镍、铝和它们的合金中任意一种以上的金属。作为一个例子，该金属有时被涂敷于合成线，另外，有时该金属被混炼于合成线。
作为一个例子，所述导电性纤维线是包覆线，该包覆线是将包含聚酯、聚酰胺、尼龙、人造丝、丙烯酸和聚氨酯中任意一种以上的合成线作为芯线并利用用银涂敷聚酯线、聚酰胺线或尼龙线而成的线来包覆该芯线而形成的。根据该结构，能够具有优异的伸缩性。对于涂敷，能够应用镀敷、蒸镀、其他已知的涂敷方法。
作为一个例子，所述导电性纤维线是仿毛加工线，该仿毛加工线是用银涂敷聚酯线、聚酰胺线或尼龙线并进行仿毛加工而形成的。根据该结构，能够具有优异的伸缩性，并且能够增大表面积而提高与导电布之间的接触性。
导电性金属的厚度相对于被涂敷的线的直径优选为1％以上且10％以下。根据该结构，能够抑制被涂敷的线的长度方向上的电阻值并确保柔软性。特别是，由于银的延展性优异，因此能够形成导电性薄膜，并且，银离子对于细菌等杂菌表现出较强的杀菌力，因此具有优异的抗菌作用。
所述导电性炭黑优选是平均一次粒径为100nm以下的科琴黑、乙炔炭黑、槽法炭黑和炉法炭黑中的任意1种以上的炭黑。根据该结构，成为耐摩擦性和柔软性优异的导电布。
所述导电性炭黑的重量相对于所述导电布的重量优选为1％以上且5％以下。根据该结构，能够以少量的添加量得到需要的电阻值。
优选的是，该压敏传感器还包括缝合线，所述第1电极布通过所述缝合线缝合在所述导电布上，并且所述第2电极布通过所述缝合线缝合在所述导电布上。根据该结构，电极布缝合在导电布上而一体化，因此，能够防止测量区域的位置偏移，并且能够在有效利用布的柔软性的同时进行稳定的加压压力的测量。另外，能够设为能测量大范围的压力分布的尺寸。并且，成为如下结构：能够在面接触的状态下进行稳定的加压压力的测量，能够抑制材料费且生产率较高。并且，通过缝合而使交叉区域的交界的位置稳定，因此能够提高各交叉区域中的加压压力的测量精度。
作为一个例子，能够形成与宽度900[mm]×长度1800[mm]的床尺寸相对应的尺寸的压敏传感器，在该情况下，通过设为利用具有第1电极条为25[mm]且绝缘条为5[mm]的条节距的第1电极布、和具有第2电极条为25[mm]且绝缘条为5[mm]的条节距的第2电极布来夹持导电布的结构，能够形成具有1800个交叉区域的一边为25[mm]的压敏单元并能够测量压力分布的压敏传感器。并且，通过在绝缘条的区域内利用非导电性的缝合线对第1电极布、导电布和第2电极布进行缝制，能够得到防止第1电极布、导电布和第2电极布这三者的位置偏移且压敏特性的再现性优异的大尺寸的压敏传感器。
发明的效果
根据本发明，能够有效利用编织物的柔软性和伸缩性，能够利用相互面对的线圈彼此间的稳定的接触状态来进行期望的测量。另外，由于将导电性炭黑与粘结剂树脂的混合物涂布于编织物，因此，能够有效利用身体不适感较少的柔软性和伸缩性，并且能够在不受镀敷设备那样的设备尺寸的限制的情况下设为与身体相对应的较大尺寸。并且，导电性炭黑具有枝状的组织构造，通过隧道效应降低电阻值，另外，与贵金属、导电性高分子化合物相比，能够廉价地获得导电性炭黑，因此，成为能够抑制材料费且生产率较高的结构。并且，导电布的电阻值大于第1电极布和第2电极布的电阻值，因此能够减少测量位置引起的电阻值的偏差、串扰。其结果，成为如下结构：能够测量大范围的压力分布，并且能够以面接触的状态进行稳定的加压压力的测量，另外，提高了各交叉区域中的加压压力的测量精度。
附图说明
图1是表示本实施方式的压敏传感器的交叉区域中的电极布和导电布的配置例的概略的构造展开图。
图2是表示本实施方式的压敏传感器的交叉区域中的电极布和导电布的其他配置例的概略的构造展开图。
图3是表示本实施方式的压敏传感器的交叉区域中的电极布和导电布的其他配置例的概略的构造展开图。
图4是表示本实施方式的压敏传感器的交叉区域中的电极布和导电布的其他配置例的概略的构造展开图。
图5是表示本实施方式的压敏传感器中的电极布和导电布的相对角度与加压时电导之间的关系的曲线图。
图6是表示本实施方式的压敏传感器中的电极布和导电布的相对角度与加压时电导之间的关系的曲线图。
图7是表示第1例的压敏传感器的概略的立体图。
图8是表示第1例的压敏传感器的概略的俯视图。
图9中的图9A是表示第1例的压敏传感器的概略的主视图，图9B是表示第1例的压敏传感器的概略的侧视图。
图10中的图10A是图8中的E－E线剖视图，图10B是图8中的F－F线剖视图。
图11中的图11A是借助缝纫机使底线向贯穿电极布和导电布的环状的面线穿过而形成结头的状态的概略的剖视图，图11B是提拉所述结头而使所述结头配置在电极布与导电布之间的状态的概略的剖视图，图11C是重复进行一边使电极布和导电布沿规定方向移动一边制作结头的作业而进行缝制的状态的概略的剖视图。
图12是表示第1例的压敏传感器的概略的俯视图，是连接了控制器的状态的图。
图13是表示第2例的压敏传感器的概略的立体图。
图14是表示第2例的压敏传感器的概略的俯视图。
图15中的图15A是表示第2例的压敏传感器的概略的主视图，图15B是表示第2例的压敏传感器的概略的侧视图。
图16是表示第2例的压敏传感器的概略的俯视图，是附设了控制器的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。图7和图13是表示压敏传感器1的例子的概略的立体图。为了方便说明，在图7、图13等中省略了罩布(日文：カバー布)、信号布线等。图7～图18详见后述。在此，在用于说明实施方式的所有附图中，对具有相同功能的构件标注相同的附图标记，有时省略其重复的说明。此外，第1主表面2a、3a、4a和第2主表面2b、3b、4b分别是彼此180[°]相反朝向的面，示出相对的位置关系，物理的朝向未限定。第1主表面2a、3a、4a例如能够换称作上表面、表面或正面线迹(日文：表目)。另外，第2主表面2b、3b、4b例如能够换称作下表面、背面或反面线迹(日文：裏目)。
图1～图4是表示本实施方式的压敏传感器1的交叉区域V1中的第1电极布3、导电布2和第2电极布4的配置例的概略的构造展开图。在图1和图2的例子中，第1电极布3、导电布2和第2电极布4均是纬编织物。在图3和图4的例子中，第1电极布3、导电布2和第2电极布4均是经编织物。为了方便说明，在图1～图4中，从上表面侧观察第1主表面2a、3a、4a，从下表面侧观察第2主表面2b、3b、4b。
在图1的例子中，第1主表面3a、第2主表面2b和第1主表面4a成为平针组织的正面线迹，且第1主表面2a、第2主表面3b和第2主表面4b成为平针组织的反面线迹。并且，第1电极布3的线圈横列P3以与导电布2的线圈横列P2平行的方式配置，且第2电极布4的线圈横列P4以与导电布2的线圈横列P2平行的方式配置。
在图2的例子中，第1主表面3a、第2主表面2b和第1主表面4a成为平针组织的正面线迹，且第1主表面2a、第2主表面3b和第2主表面4b成为平针组织的反面线迹。并且，第1电极布3的线圈横列P3以与导电布2的线圈横列P2正交的方式配置，且第2电极布4的线圈横列P4以与导电布2的线圈横列P2正交的方式配置。
在图3的例子中，第1主表面3a、第2主表面2b和第1主表面4a成为特里科经编组织的正面线迹，且第1主表面2a、第2主表面3b和第2主表面4b成为特里科经编组织的反面线迹。并且，第1电极布3的线圈纵行P3以与导电布2的线圈纵行P2平行的方式配置，且第2电极布4的线圈纵行P4以与导电布2的线圈纵行P2平行的方式配置。
在图4的例子中，第1主表面3a、第2主表面2b和第1主表面4a成为特里科经编组织的正面线迹，且第1主表面2a、第2主表面3b和第2主表面4b成为特里科经编组织的反面线迹。并且，第1电极布3的线圈纵行P3以与导电布2的线圈纵行P2正交的方式配置，且第2电极布4的线圈纵行P4以与导电布2的线圈纵行P2正交的方式配置。
并不限定于上述例子，存在第1电极布3和第2电极布4成为纬编织物，导电布2成为经编织物的情况。另外，存在第1电极布3和第2电极布4成为经编织物，导电布2成为纬编织物的情况。对于各个编织图案能够应用已知的编织图案，编织图案的组合能够任意地设定。另外，编织物的正面线迹和编织物的反面线迹是指彼此成为180[°]反向的主表面，处于相对的关系。此外，第1电极布3和第2电极布4有时表述为电极布3和电极布4。
图5是表示本实施方式的压敏传感器1中的电极布3、电极布4和导电布2这几者的线圈横列(或线圈纵行)的相对角度与加压时电导之间的关系的曲线图。曲线图的纵轴是对在使电极布3和电极布4相互接近的压缩方向上施加了50[mmHg]的外力的状态下的、交叉区域V1的厚度方向上的电阻的平均值的倒数即电导进行了标准化而得到的加压时电导。曲线图的横轴是电极布3、电极布4和导电布2这几者的线圈横列(或线圈纵行)的相对角度，以线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置时的相对角度成为180[°]或360[°]。另外，以线圈横列(或线圈纵行)正交的方式配置时的相对角度成为90[°]或270[°]。
当使图1、图2(或图3、图4)的编织图案为相同结构且改变相对角度时，成为图5的大致正弦波状的实线波形，在以线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置时，成为加压时电导变大且接触电阻相对于相对角度的变化而言的偏差较少的状态。另外，在以线圈横列(或线圈纵行)正交的方式配置时，成为加压时电导变小且接触电阻相对于相对角度的变化而言的偏差较少的状态。也就是说，在以电极布3、电极布4和导电布2这几者的线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置的结构、或者以电极布3和电极布4的线圈横列(或线圈纵行)与导电布2的线圈横列(或线圈纵行)正交的方式配置的结构中，由于接触电阻的偏差变少，压敏电阻的再现性变高，因此优选。
在图1、图2的结构中使导电布2为图3、图4的结构的情况(或在图3、图4的结构中使导电布2为图1、图2的结构的情况)下的编织图案不同的结构中，若使相对角度变化，则在图5的大致正弦波状中，电导值较高的一侧的峰值被压扁而成为近似于梯形的虚线波形，在以线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置时，成为加压时电导变大且接触电阻相对于相对角度的变化的偏差较少的状态。另外，在以线圈横列(或线圈纵行)正交的方式配置时，成为加压时电导变小且接触电阻相对于相对角度的变化的偏差较少的状态。
如图5所示，在以电极布3、电极布4和导电布2这几者的线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置的结构、或者以电极布3和电极布4的线圈横列(或线圈纵行)与导电布2的线圈横列(或线圈纵行)正交的方式配置的结构中，接触电阻的偏差变少，压敏电阻的再现性变高，因此优选。另外，从减少与电极布3、电极布4和导电布2这几者的组装精度等相伴随的相对角度的误差所引起的接触电阻的偏差(与压敏电阻的偏差等同)的观点出发，在高电阻侧(低电导侧)以线圈横列(或线圈纵行)正交的方式配置的结构中，接触电阻的偏差变少，压敏电阻的再现性变高，因此优选。
通过使电极布3和电极布4中的电极条的长边方向上的电阻值为比构成压敏部的导电布2的厚度方向上的压敏电阻的最小值(施加最大加压压力时的压敏电阻值)小2个数量级以上的值，能够抑制矩阵配置的压敏单元(交叉区域V1)的压敏电阻的位置依赖性。从抑制压敏电阻的位置依赖性的观点出发，在低电阻侧(高电导侧)以线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置的结构中，接触电阻的偏差变少，压敏电阻的再现性变高且能够减小压敏电阻值，因此优选。
图6是表示本实施方式的压敏传感器1中的电极布3、电极布4和导电布2这几者的线圈横列(或线圈纵行)的相对角度与加压时电导之间的关系的曲线图。曲线图的纵轴是每平方英寸的电导。曲线图的横轴是在使电极布3和电极布4相互接近的压缩方向上分阶段地施加外力的状态下的、从初始状态起的经过时间。
在图1、图2(或图3、图4)的编织图案相同的结构中，将电极布3和电极布4的位置固定，使导电布2的角度沿俯视时逆时针方向成为45[°]、90[°]、135[°]、180[°]、225[°]、270[°]、315[°]、360[°]，在各个位置处，在使电极布3和电极布4相互接近的压缩方向上依次施加60[秒]的50[mmHg]的外力，进一步施加60[秒]的100[mmHg]的外力，进一步施加60[秒]的150[mmHg]的外力，进一步施加60[秒]的100[mmHg]的外力，施加60[秒]的50[mmHg]的外力，使加压压力变化，每经过10[秒]对每平方英寸的电导进行了测量。如图6所示，在以线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置的结构中，压敏电阻的再现性变高，且能够减小压敏电阻值。
根据图5和图6的结果，在以电极布3、电极布4和导电布2这几者的线圈横列(或线圈纵行)平行的方式配置的结构中，接触电阻的偏差变少，压敏电阻的再现性变高，且能够减小压敏电阻值。并且，能够减少导电布2中的导电性炭黑的添加量，因此，能够形成降低导电布2的成本且提高了柔软性和耐磨损性这两者的结构的压敏传感器1。
(第1例)
接着，详细地说明本实施方式的第1例。图7是表示第1例的压敏传感器1的概略的立体图。图8是表示第1例的压敏传感器1的概略的俯视图。图9A是表示第1例的压敏传感器1的概略的主视图，图9B是表示第1例的压敏传感器1的概略的侧视图。在此，为了易于说明压敏传感器1的各部分的位置关系，在图中用X、Y、Z的箭头来表示朝向。在实际使用压敏传感器1之际，并不限定于这些朝向，以怎样的朝向使用都可以。
第1例的压敏传感器1包括四边形的导电布2、在导电布2的第1主表面2a上以第1间隔2c配置的多个带状的第1电极布3、在导电布2的第2主表面2b上沿着与第1电极布3交叉的方向以第2间隔2d配置的多个带状的第2电极布4、和非导电性的缝合线5。在此，第1电极布3大致平行地配置于导电布2的第1主表面2a，另外，第2电极布4大致平行地配置于导电布2的第2主表面2b，并且，第2电极布4以与第1电极布3大致正交的方式配置。此外，导电布2、第1电极布3和第2电极布4并不限于四边形，有时形成圆角四边形、椭圆形形状。
在此，如图10A所示，在压敏传感器1中，在第1电极布3与第1电极布3之间的第1间隙的位置处通过缝合线5将第2电极布4缝合在导电布2上。另外，如图10B所示，在第2电极布4与第2电极布4之间的第2间隙的位置处通过缝合线5将第1电极布3缝合在导电布2上。并且，在俯视时，第1电极布3与第2电极布4的交叉区域V1呈矩阵配置地形成。在图7和图8中，将被施加阴影的四边形的区域示为交叉区域V1。
在图8的例子中，以包围交叉区域V1的方式缝合有缝合线5。另外，在交叉区域V1的四角的外侧位置缝合有缝合线5。根据该结构，通过缝合线5的缝合，能够减少从交叉区域V1向其他交叉区域V1去的漏电流，因此，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。
并且，如图10A所示，第1电极布3的缝合有缝合线5的部位因缝合线5的张力而凹陷。另外，如图10B所示，第2电极布4的缝合有缝合线5的部位因缝合线5的张力而凹陷。根据该结构，通过基于缝合线5的缝合的上下方向的收紧而在缝合部形成死区(日文：不感帯)，因此能够抑制交叉区域V1以外的部位的电阻值的变动，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。作为上述以外的结构，存在在交叉区域V1的四角的位置缝合有缝合线5的情况，在该情况下也能够预料到与上述结构相同的效果。
图11A、图11B、图11C是例示利用缝纫机对第1电极布3和导电布2进行缝制的步骤的概略的剖视图。作为一个例子，在平缝的情况下，借助缝纫机使底线5向贯穿第1电极布3和导电布2的环状的面线5穿过，成为形成结头的状态(图11A)，提拉结头而成为使结头配置在第1电极布3与导电布2之间的状态(图11B)，重复进行一边使第1电极布3和导电布2沿规定方向移动一边制作结头的作业而进行缝制(图11C)。在通过缝纫机对第2电极布4和导电布2进行缝制的情况下，也与图11A、图11B、图11C所示的缝制步骤相同。
在本实施方式中，第1电极布3的短边方向上的宽度大于第1间隔2c的短边方向上的宽度，且第2电极布4的短边方向上的宽度大于第2间隔2d的短边方向上的宽度。根据该结构，能够减少来自相邻的测量部位的漏电流，因此，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。作为一个例子，第1电极布3的短边方向上的宽度和第2电极布4的短边方向上的宽度分别为10～100[mm]。另外，作为一个例子，第1间隔2c的短边方向上的宽度和第2间隔2d的短边方向上的宽度分别为1～10[mm]。
在本实施方式中，导电布2的厚度小于第1间隔2c的短边方向上的宽度，且导电布2的厚度小于第2间隔2d的短边方向上的宽度。根据该结构，能够减少来自相邻的测量部位的漏电流，因此，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。作为一个例子，导电布2的厚度为0.3～0.6[mm]。作为一个例子，第1电极布3的厚度和第2电极布4的厚度为0.2～0.6[mm]。
在本实施方式中，通过导电性炭黑的组织(日文：ストラクチャー)，导电布2在厚度方向、长边方向和短边方向上导通(未图示)。另外，通过用银涂敷的线(导电性纤维线)的组织，第1电极布3在厚度方向、长边方向和短边方向上导通(未图示)。第2电极布4也与第1电极布3相同。
在本实施方式中，导电性炭黑是平均一次粒径为100nm以下的科琴黑、乙炔炭黑、槽法炭黑和炉法炭黑中的任意1种以上的炭黑。根据该结构，能够以少量的添加量得到需要的电阻值，因此成为耐摩擦性和柔软性均优异的导电布2。
炉法炭黑是通过使油、气体在高温气体中不完全燃烧而得到导电性炭黑的炉法来制造的。炉法炭黑在制造上适合于大量生产，容易控制粒径、组织。
槽法炭黑是通过将使天然气燃烧而析出于槽钢的物质收集起来而得到的槽法来制造的。槽法炭黑的表面官能团较多，因此适合于涂布。
乙炔炭黑是通过将乙炔气体热分解而得到的乙炔法来制造的。乙炔炭黑的导电性较高，杂质较少。
科琴黑是大致通过使杂质较少的油在高温气体中不完全燃烧而得到导电性炭黑的油炉法来制造，在将副生成的气体分离后，对前体进行造粒、干燥来制造的。科琴黑与其他导电性炭黑不同，具有中空壳状的构造，因此表现出比乙炔炭黑高的导电性。
作为一个例子，LION SPECIALTY CHEMICALS CO.,Ltd.的科琴黑EC300J的BET比表面积的目录值(日文：カタログ値)是800[m＜SUP＞2＜/SUP＞/g]，科琴黑EC600JD的BET比表面积的目录值是1270[m＜SUP＞2＜/SUP＞/g]以上，均为标准的乙炔炭黑的BET比表面积的10倍以上。由此，能够以少量的添加量得到较高的导电性，因此成为耐摩擦性和柔软性均优异的导电布。
在本实施方式中，导电布2、第1电极布3和第2电极布4均为编织物。根据该结构，成为伸缩性优异的压敏传感器1，并成为具有对身体而言不适感较少的柔软性、并且能够以与身体相对应的较大尺寸测量大范围的压力分布的压敏传感器1。
在本实施方式中，导电性炭黑与断裂伸长率为100％以上的粘结剂树脂的混合物涂布于导电布2。根据该结构，能够在有效利用导电布2的柔软性的同时进行稳定的加压压力的测量。作为一个例子，导电性炭黑通过粘结剂树脂粘接于导电布2中的基材布的表面和纤维中。作为一个例子，第1电极布3和第2电极布4由相同的材料构成。
在本实施方式中，通过上述结构，从而第1电极布3的表面电阻率和第2电极布4的表面电阻率都比导电布2的表面电阻率小2个数量级以上。由此，第1电极布3和第2电极布4的长度方向上的电阻的影响降低，因此，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。也就是说，基本上能够忽略作为压敏部的交叉区域V1中的测量电阻的影响。另外，能够利用与导电性金属颗粒相比廉价的导电性炭黑来构成分散稳定性优异的导电布2，而且能够以少量的添加量得到需要的电阻值，因此，成为耐摩擦性和柔软性优异的导电布2。另外，能够减少测量位置引起的电阻值的偏差，并且能够减少交叉区域V1与交叉区域V1的串扰。
作为一个例子，所述基布由尼龙、聚酯、人造丝、丙烯酸、聚酰胺等合成纤维构成。在医疗现场中，能设想到进行高压灭菌处理，因此，优选为高压灭菌处理的耐性较高的这些纤维。作为一个例子，所述基布为编织物。作为一个例子，构成所述基布的线或纤维的粗细为20～200旦尼尔。通过使所述基布为编织物，从而伸缩性比纺织物、无纺布的伸缩性大，成为压敏特性优异的压敏传感器1。
导电性炭黑具有枝状的组织构造，通过隧道效应降低电阻值，另外，与贵金属、导电性高分子化合物相比，能够廉价地获得导电性炭黑。特别是，科琴黑由于能够以少量的添加量而获得需要的电阻值，因此成为耐摩擦性和柔软性均优异的导电布。
作为一个例子，粘结剂树脂由热塑性树脂、热固性树脂或光固化性树脂构成。作为一个例子，粘结剂树脂是聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(PU)、聚酯(PEs)、或已知的合成树脂。
涂布能够应用浸渍法、喷涂法、辊涂法、棒涂法、电沉积法、或其他已知的涂敷方法、或者这些涂敷方法的组合。
作为一个例子，缝合线5由尼龙、聚酯、人造丝、丙烯酸、聚酰胺等合成纤维，棉、亚麻布等天然纤维构成。作为一个例子，缝合线5的粗细为20～200旦尼尔。
作为一个例子，缝制能采用缝纫机或手工缝制。作为一个例子，所述缝制能够应用平缝、环缝(日文：環縫い)、锁边缝(日文：かがり縫い)、绷缝(日文：偏平縫い)、其他已知的缝制方式。在缝制为平缝的情况下，在第1主表面2a(表面)和第2主表面2b(背面)这两个面，缝合有缝合线5的部位成为没有伸缩性的针脚，形成死区而抑制交叉区域V1以外的部位的电阻值的变动，因此，呈矩阵配置地形成交叉区域V1，并且容易使各个交叉区域V1作为用于获取电信号的独立的压力单元而发挥功能。
图12是表示第1例的压敏传感器1的例子的概略的俯视图，是连接了控制器7的状态的图。控制器7具有信号布线的切换电路、信号检测器、A/D转换器、半导体存储器、运算电路和对它们进行控制的CPU。压敏传感器1在以规定间隔配置有多个的第1电极布3的长边方向上的端部和以规定间隔配置有多个的第2电极布4的长边方向上的端部连接有信号线，利用内置于控制器7的切换电路在频率例如为10～100[Hz]的条件下进行扫描，通过信号检测器以毫秒级对呈矩阵配置地形成的交叉区域V1的电阻值逐个进行检测，利用A/D转换器进行A－D转换，通过半导体存储器存储数据，利用运算电路进行运算，最终作为压力值或压力分布、或者作为压力值和压力分布而显示在外部的显示器装置上。作为一个例子，控制器7和显示器装置能够应用内置有与压敏传感器1进行信号连接用的接口基板的个人计算机。
在本实施方式中，包括在导电布2的第1主表面2a上以第1间隔2c配置的[m]个第1电极布3和在导电布2的第2主表面2b上沿与第1电极布3交叉的方向以第2间隔2d配置的[n]个第2电极布4，第1电极布3与第2电极布4的交叉区域V1呈矩阵配置地形成。在此，[m]和[n]分别是2以上的自然数，在图12的例子中，m＝5，n＝6。
在本实施方式中，相对于在使第1电极布3和第2电极布4相互接近的压缩方向上施加了50[mmHg]的外力的状态下的、交叉区域V1的厚度方向上的电阻的平均值即电阻值Rc[Ω]，在长边方向上相邻的两个交叉区域V1、V1的长边方向上的电阻的平均值即电阻值Re[Ω]满足如下的式(1)。
(数学式1)
1＜Re＜(Rc/(m+n))(1)
根据该结构，成为如下结构：能够有效利用布的柔软性并进行稳定的加压压力的测量，且能够设成能测量大范围的压力分布的尺寸，并且能够抑制材料费且生产率较高。另外，成为在导电布2的上下配置的带状电极的表面电阻比导电布2的表面电阻小2个数量级以上的结构，因此能够提高各交叉区域中的加压压力的测量精度。
如图12那样，在各第1电极布3的行方向上的电极节距3p和各第2电极布4的列方向上的电极节距4p相等的情况下，成为上述式(1)所示那样。
另一方面，在各第1电极布3的电极节距3p和各第2电极布4的电极节距4p不同的情况下，通过各第1电极布3的行方向上的电极节距3p条件下的电极电阻值R1[Ω]和各第2电极布4的列方向上的电极节距4p条件下的电极电阻值R2[Ω]的加权平均，利用如下的式(2)来算出电阻值Re[Ω]。
(数学式2)
Re＝(m×R1+n×R2)/(m+n) (2)
根据该结构，成为如下结构：能够有效利用布的柔软性并进行稳定的加压压力的测量，且能够设为能测量大范围的压力分布的尺寸，并且能够抑制材料费且生产率较高。另外，成为在导电布2的上下配置的带状电极(第1电极布3和第2电极布4)的表面电阻比导电布2的表面电阻小2个数量级以上的结构，因此能够提高各交叉区域V1中的加压压力的测量精度。
(第2例)
接着，详细地说明本实施方式的第2例。图13是表示第2例的压敏传感器1的概略的立体图。图14是表示第2例的压敏传感器1的概略的俯视图。图15A是表示第2例的压敏传感器1的概略的主视图，图15B是表示第2例的压敏传感器1的概略的侧视图。为了方便说明，在图13等中省略了罩布、信号布线等。在第2例中，以与第1例不同之处为中心进行说明。
在本实施方式中，包括在导电布2的第1主表面2a上配置的1张第1电极布3和在导电布2的第2主表面2b上配置的1张第2电极布4，第1电极布3以第1间隔2c形成有多个第1电极3d，第2电极布4以第2间隔2d形成有多个第2电极4d，并且第2电极4d以与第1电极3d交叉的方式配置，第1电极3d与第2电极4d的交叉区域V1呈矩阵配置地形成。
在本实施方式中，第1电极3d的短边方向上的宽度大于第1间隔2c的短边方向上的宽度，且第2电极4d的短边方向上的宽度大于第2间隔2d的短边方向上的宽度。根据该结构，能够减少来自相邻的测量部位的漏电流，因此，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。作为一个例子，第1电极3d的短边方向上的宽度和第2电极4d的短边方向上的宽度分别为10～100[mm]。另外，作为一个例子，第1间隔2c的短边方向上的宽度和第2间隔2d的短边方向上的宽度分别为1～10[mm]。
在本实施方式中，导电布2的厚度小于第1间隔2c的短边方向上的宽度，且导电布2的厚度小于第2间隔2d的短边方向上的宽度。根据该结构，能够减少来自相邻的测量部位的漏电流，因此，能够改善与加压压力对应地输出的检测信号的S/N比。作为一个例子，导电布2的厚度为0.3～0.6[mm]。作为一个例子，第1电极布3的厚度和第2电极布4的厚度为0.2～0.6[mm]。
第2例在第1电极布3和第2电极布4这两者的尺寸、数量上与上述第1例不同。能够使除此以外的缝制方法、缝制位置、导电性炭黑、导电性纤维线、其他构成要素均与第1例相同。
图16是表示第2例的压敏传感器1的概略的俯视图，是连接了控制器7的状态的图。控制器7具有信号布线的切换电路、信号检测器、A/D转换器、半导体存储器、运算电路和对它们进行控制的CPU。在本实施方式中，包括在导电布2的第1主表面2a上配置的1个第1电极布3和在导电布2的第2主表面2b上配置的1个第2电极布4，第1电极布3以第1间隔2c形成有[m]个第1电极3d，第2电极布4以第2间隔2d形成有[n]个第2电极4d，并且第2电极4d以与第1电极3d交叉的方式配置，第1电极3d与第2电极4d的交叉区域V1呈矩阵配置地形成。在此，[m]和[n]分别是2以上的自然数，在图16的例子中，m＝5，n＝6。
在本实施方式中，相对于在使第1电极布3和第2电极布4相互接近的压缩方向上施加了50[mmHg]的外力的状态下的、交叉区域V1的厚度方向上的电阻的平均值即电阻值Rc[Ω]，在长边方向上相邻的两个交叉区域V1、V1的长边方向上的电阻的平均值即电阻值Re[Ω]满足上述式(1)。如图16那样，在各第1电极布3的行方向的电极节距3p和各第2电极布4的列方向的电极节距4p相等的情况下，成为上述式(1)所示那样。
另一方面，在各第1电极布3的电极节距3p和各第2电极布4的电极节距4p不同的情况下，通过各第1电极布3的行方向的电极节距3p条件下的电极电阻值R1[Ω]和各第2电极布4的列方向的电极节距4p条件下的电极电阻值R2[Ω]的加权平均，利用上述式(2)来算出电阻值Re[Ω]。
作为一个例子，上述压敏传感器1能够应用于床、床用垫、床单、被单、靠垫、椅子用垫、保健垫、地毯。作为一个例子，通过将压敏传感器1安装于床、床用垫、床单或被单，能够测量人在睡觉时的睡姿，能够通过空气垫的气压调整等来促进翻身而防止褥疮。另外，通过对规定部位的压力波形进行分析运算，也能够作为心率传感器、呼吸传感器来测量心率、呼吸等。作为一个例子，通过将压敏传感器1安装于靠垫或椅子用垫，能够进行人的就座姿势的测量、探知离席而把握人的动作、调整空气靠垫的气压等由此矫正姿势而防止肩酸、腰痛。作为一个例子，通过将压敏传感器1安装于保健垫或地毯，能够通过人的步行姿势的测量、站立姿势下的足压测量而定制与被检者相对应的鞋。并且，也能够根据接触电阻来测量人的体重，另外，也能够应用于人在房间内移动等生活习惯的测量。
通常，在椅子、床上的压力分布测量中，对于压敏传感器1的测量范围，压敏传感器1能够在加压压力为10～200[mmHg]的范围内充分地进行测量。在加压压力为50[mmHg]左右时，压敏传感器1的测量频率较高。
本发明并不限定于上述实施例，而能够在不脱离本发明的范围内进行各种变更。对于上述压敏传感器1的形状和尺寸，有时根据已知的床、床用垫、床单、被单、靠垫、椅子用垫、保健垫、地毯的规格等而适当地进行规格变更。
Claims (10)
1.一种压敏传感器，其包括涂布有导电性炭黑与粘结剂树脂的混合物的导电布、在所述导电布的第1主表面上配置的第1电极布和在所述导电布的第2主表面上配置的第2电极布，包含金、银、铜、镍、铝和它们的合金中任意一种以上的金属的导电性纤维线被编入所述第1电极布的一部分或全部，所述第1电极布的电阻值小于所述导电布的电阻值，包含金、银、铜、镍、铝和它们的合金中任意一种以上的金属的导电性纤维线被编入所述第2电极布的一部分或全部，所述第2电极布的电阻值小于所述导电布的电阻值，利用所述导电布的被所述第1电极布和所述第2电极布夹着的部分的电导检测压力，该压敏传感器的特征在于，
所述导电布是由非导电性纤维线形成的编织物，所述第1电极布是以第1间隔由导电性纤维线形成有多个第1电极的编织物，所述第2电极布是以第2间隔由导电性纤维线形成有多个第2电极的编织物，所述第1电极和所述第2电极以交叉的方式配置，且所述第1电极与所述第2电极的交叉区域呈矩阵配置地形成，或者是，所述导电布是由非导电性纤维线形成的编织物，所述第1电极布和所述第2电极布均是由导电性纤维线形成的编织物，所述第1电极布和所述第2电极布以交叉的方式配置，且所述第1电极布与所述第2电极布的交叉区域呈矩阵配置地形成，
所述第1电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置，且所述第2电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行平行或正交的方式配置，
在所述第1电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行平行的方式配置且所述第2电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行平行的方式配置时，成为加压时电导变大且接触电阻的偏差较少的状态，
在所述第1电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行正交的方式配置且所述第2电极布的线圈横列或线圈纵行以与所述导电布的线圈横列或线圈纵行正交的方式配置时，成为加压时电导变小且接触电阻的偏差较少的状态。
2.根据权利要求1所述的压敏传感器，其特征在于，
所述第1电极布和所述第2电极布为相同的编织物。
3.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案。
4.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述导电布的与所述第1电极布接触的接触面和所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案，且所述导电布的与所述第2电极布接触的接触面和所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案。
5.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第1电极布的同与所述导电布接触的接触面相反的一侧的面为不同的编织图案，所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第2电极布的同与所述导电布接触的接触面相反的一侧的面为不同的编织图案，且所述第1电极布的与所述导电布接触的接触面和所述第2电极布的与所述导电布接触的接触面为相同的编织图案。
6.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述第1电极布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距设定为线圈直径的两倍以下的大小，所述第2电极布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距设定为线圈直径的两倍以下的大小，且所述导电布的线圈的在线圈横列或线圈纵行上的节距设定为线圈直径的两倍以下的大小。
7.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述非导电性纤维线是包含聚酯、聚酰胺、尼龙、人造丝、丙烯酸和聚氨酯中任意一种以上的合成线，且所述导电性纤维线是包覆线或仿毛加工线，该包覆线是将包含聚酯、聚酰胺、尼龙、人造丝、丙烯酸和聚氨酯中任意一种以上的合成线作为芯线并利用用银涂敷聚酯线、聚酰胺线或尼龙线而成的线来包覆该芯线而形成的，该仿毛加工线是用银涂敷聚酯线、聚酰胺线或尼龙线并进行仿毛加工而形成的。
8.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述导电性炭黑是平均一次粒径为100nm以下的科琴黑、乙炔炭黑、槽法炭黑和炉法炭黑中的任意1种以上的炭黑。
9.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
所述导电性炭黑的重量相对于所述导电布的重量为1％以上且5％以下。
10.根据权利要求1或2所述的压敏传感器，其特征在于，
该压敏传感器还包括缝合线，
所述第1电极布通过所述缝合线缝合在所述导电布上，并且所述第2电极布通过所述缝合线缝合在所述导电布上。
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