DE112019000033T5

DE112019000033T5 - Sensorelektrode und Flachsensor, der diese verwendet

Info

Publication number: DE112019000033T5
Application number: DE112019000033.0T
Authority: DE
Inventors: Kunio Ito; Shinji Iio; Motoshige Hibino
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-12-24
Also published as: JPWO2019167744A1; WO2019167744A1; CN110612437A

Abstract

Eine Sensorelektrode ist eine textilförmige Elektrode aus einem Gewebe oder Gewirk mit leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden, die einen isolationsfähigen Abschnitt, der die isolationsfähigen Fäden beinhaltend gebildet ist, und einen leitfähigen Abschnitt aufweist, der die leitfähigen Fäden beinhaltend gebildet ist und mit dem isolationsfähigen Abschnitt dazwischen angeordnet ist. Die Sensorelektrode weist Elastizität auf und neigt bei Dehnung nicht zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands und Bruch. Ein Flachsensor (1) weist eine dielektrische Schicht (10) sowie eine Vorderseitenelektrode (2) und eine Rückseitenelektrode (3) auf, die in Dickenrichtung mit der dielektrischen Schicht (10) dazwischen angeordnet sind. Die Vorderseitenelektrode (2) und die Rückseitenelektrode (3) sind durch die Sensorelektrode gebildet, und an einem Teil, dem die leitfähigen Abschnitte (01X-08X) der Vorderseitenelektrode (2) und die leitfähigen Abschnitte (01Y-08Y) der Rückseitenelektrode (3) über die dielektrische Schicht (10) gegenüberliegen, ist ein Erfassungsabschnitt (D) festgelegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorelektrode, die für einen elastischen piezoelektrischen Sensor, kapazitiven Sensor und dergleichen verwendet wird, und einen Flachsensor, der diese verwendet.
Allgemeiner Stand der Technik
Offenbart wird ein elastischer kapazitiver Sensor, bei welchem eine dielektrische Schicht aus einem Elastomer zwischen Elektroden angeordnet ist. Bei einem solchen kapazitiven Sensor wird auf Grundlage einer Veränderung der Kapazität, die auf eine Verringerung des Elektrodenabstands durch Zusammendrücken der dielektrischen Schicht aufgrund von Belastung zurückgeht, ein Druck erfasst. Von den Elektroden für die Ausbildung des Sensors wird ein gewisses Maß an Elastizität verlangt, damit sie der Verformung der dielektrischen Schicht folgen können. Als Material zum Bilden einer elastischen Elektrode wird beispielsweise eine leitfähige Beschichtung angeführt, bei welcher einem Elastomer ein leitfähiges Material wie etwa Kohlenstoffpulver oder dergleichen beigemischt ist (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2).
Ebenfalls vorgeschlagen wurde eine textilförmige Elektrode mit leitfähigen Fäden. In Patentdokument 3 ist beispielsweise eine textilförmige Elektrode angegeben, bei welcher ein Elektrodenabschnitt gebildet ist, indem an einer Nähmaschine mittels Doppelsteppstich mehrere leitfähige Fäden an einen nicht leitfähigen Stoff angenäht werden. In Patentdokument 4 ist ein leitfähiger Stoff angegeben, wobei plattierte leitfähige Fasern mittels Einfachweben mit isolationsfähigen Fasern verwebt sind. In Patentdokument 5 ist ein leitfähiges Verformungsgewirk angegeben, das aus leitfähige Fäden gewirkt ist. In Patentdokument 6 ist ein metallbedeckter Stoff angegeben, wobei an einer Faseroberfläche, die den Stoff bildet, eine Metallschicht gebildet ist.
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-96716
Patentdokument 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2015-7566
Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2009-42108
Patentdokument 4: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-262623
Patentdokument 5: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. S62-200701
Patentdokument 6: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-266814

Kurzdarstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Eine Elektrode, bei welcher einem Elastomer ein leitfähiges Material beigemischt ist, ist stark dehnbar, da das Grundmaterial Elastomer elastisch ist. Aufgrund der starken Dehnbarkeit kommt es jedoch leicht zu einer Trennung des Kontakts zwischen den leitfähigen Materialien und damit zu einer Reduzierung der Leitfähigkeit oder zu Bruch. Um den Kontakt zwischen den leitfähigen Materialien zu verbessern und auch bei Dehnung den Kontakt beizubehalten, ist es nötig, die Form der leitfähigen Materialien zu verändern, was die Materialkosten erhöht. Darüber hinaus ist es schwierig, leitfähiges Material gleichmäßig in einem Elastomerpolymer zu verteilen, weshalb ein Dispersionsmittel oder eine spezielle Dispergiervorrichtung verwendet werden muss. Die Schritte und der Aufwand zum Herstellen der leitfähigen Beschichtung nehmen daher zu, wodurch die Herstellungskosten ansteigen. Darüber hinaus ist es schwierig, die leitfähige Beschichtung mit hoher Abmessungsgenauigkeit als Dünnschicht aufzutragen.
Gemäß der Ausgestaltung aus Patentdokument 3, wobei leitfähige Fäden an einen nicht leitfähigen Stoff genäht werden, liegt der nicht leitfähige Stoff zwischen den von oben nach unten bzw. von unten nach oben verlaufenden leitfähigen Fäden. Wenn dieser Stoff mit einer dielektrischen Schicht dazwischen angeordnet ist, ergibt sich durch die oberen und unteren Positionen der leitfähigen Fäden ein unterschiedlicher Elektrodenabstand, weshalb die Erfassungsgenauigkeit bei einem Sensor zum Erfassen von Kapazität auf Grundlage des Elektrodenabstands abnimmt. Da der leitfähige Stoff bzw. das leitfähige Gewirk der Patentdokumente 4 bis 6 insgesamt leitfähig ist, eignen sie sich nicht als eine Sensorelektrode zum Messen der Druckverteilung, wie sie zum Bestimmen der Position einer Druckausübung erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der genannten Umstände getätigt, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorelektrode, die Elastizität aufweist und bei Dehnung nicht zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands und zu Bruch neigt, und einen elastischen Flachsensor von hoher Haltbarkeit bereitzustellen.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
(1) Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, ist eine Sensorelektrode eine textilförmige Sensorelektrode aus einem Gewebe oder Gewirk mit leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden gekennzeichnet durch einen isolationsfähigen Abschnitt, der die isolationsfähigen Fäden beinhaltend gebildet sind, und einen leitfähigen Abschnitt, der die leitfähigen Fäden beinhaltend gebildet ist und mit dem isolationsfähigen Abschnitt dazwischen angeordnet ist.
Die leitfähigen Fäden sind Leitfähigkeit aufweisende Fäden und die isolationsfähigen Fäden sind Isolationsfähigkeit aufweisende Fäden. In der vorliegenden Beschreibung gilt ein Faden als leitfähige Faden, wenn ein gemessener elektrischer Widerstandswert pro 100 mm Länge unter 1×10¹⁰ Ω liegt, und als isolationsfähiger Faden, wenn der Wert bei oder über 1×10¹⁰ Ω liegt.
Ein leitfähiger Abschnitt ist eine Stelle, an welcher der Oberflächenwiderstandswert unter 1×10⁷ Ω liegt, und ein isolationsfähiger Abschnitt ist eine Stelle, an welcher der Oberflächenwiderstandswert bei oder über 1×10⁷ Ω liegt. In der vorliegenden Beschreibung wird als Oberflächenwiderstandswert ein Wert angewandt, der nach dem folgenden Messverfahren gemessen wird. Zunächst wird auf der Vorder- und der Rückseitenfläche einer Messstelle ein Elektrodenpaar (Vorderseitenelektrode, Rückseitenelektrode) einander gegenüberliegend angeordnet. Die Vorderseitenelektrode ist quadratisch und 10 mm² groß, und die Rückseitenelektrode ist quadratisch und 20 mm² groß. Außerdem ist eine Schutzelektrode mit der Form eines quadratischen Rahmens in einem Abstand von 2 mm von der Vorderseitenelektrode angeordnet, derart, dass sie die Vorderseitenelektrode umgibt. An die Schutzelektrode wird eine Spannung V angelegt und ein von der Schutzelektrode zur Vorderseitenelektrode fließender Strom I gemessen, woraufhin der Oberflächenwiderstandswert Rs anhand der Formel Rs = V/I berechnet wird.
(2) Ein Flachsensor der vorliegenden Erfindung weist eine dielektrische Schicht und eine Vorderseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode auf, die in Dickenrichtung mit der dielektrischen Schicht dazwischen angeordnet sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode die erfindungsgemäße Sensorelektrode sind und an einem Teil, dem der leitfähige Abschnitt der Sensorelektrode über die dielektrische Schicht gegenüberliegt, ein Erfassungsabschnitt festgelegt ist.
Wirkung der Erfindung
(1) Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung ist aus einem Gewebe oder Gewirk gebildet. Daher ist sie elastisch, jedoch im Vergleich zu einer Elektrode des Stands der Technik, deren Grundmaterial ein Elastomer ist, schlechter dehnbar. Daher neigt sie weniger zu einer Reduzierung der Leitfähigkeit oder Bruch bei Dehnung und weist eine hohe Haltbarkeit auf. Auf diese Weise kann sie auch zum Zweck der Erfassung eines starken Drucks angewandt werden. Im Vergleich zu einer Elektrode des Stands der Technik, deren Grundmaterial ein Elastomer ist, ist außerdem ihre Wärmebeständigkeit hoch. Da keine leitfähige Beschichtung benutzt wird, brauchen die Form und das Dispergierungsverfahren des leitfähigen Materials und Probleme beim Auftragen der leitfähigen Beschichtung nicht berücksichtigt zu werden. Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung kann leicht durch Weben oder Wirken von leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden hergestellt werden.
Wenn eine leitfähige Beschichtung verwendet wird, ergibt sich, wie in den oben beschriebenen Patentdokumenten 1 und 2 angegeben, eine Elektrode, wobei auf ein Trägermaterial eine leitfähige Beschichtung aufgetragen ist. Bei Ausbildung eines Sensors nehmen daher Luftdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit ab, woraus sich das Problem ergibt, dass es bei der Anordnung in einer Matratze eines Betts oder in einem Fahrzeugsitz leicht zu einem Feuchtigkeitsstau kommt. Außerdem kommt es leicht zu einer Hydrolyse einer Urethanschicht, die zwischen den Elektroden angeordnet ist, woraus sich das Problem einer geringen Haltbarkeit ergibt. In dieser Hinsicht weist die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit auf, da sie aus einem Gewebe oder Gewirk gebildet ist. Daher können Probleme des Stands der Technik wie Feuchtigkeitsstaus und verringerte Haltbarkeit reduziert werden.
Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung kann neben einem kapazitiven Sensor mit einer dielektrischen Schicht auch als Elektrode für piezoelektrische Sensoren mit einer piezoelektrischen Schicht und dergleichen angewandt werden. Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung weist dabei einen leitfähigen Abschnitt, der leitfähige Fäden beinhaltend gebildet ist, und einen isolationsfähigen Abschnitt auf, der isolationsfähige Fäden beinhaltend gebildet ist. Anders als der leitfähige Stoff bzw. das leitfähige Gewirk der Patentdokumente 4 bis 6 ist sie daher nicht in ihrer Gesamtheit leitfähig, und stattdessen weist nur ein Abschnitt (der leitfähige Abschnitt) Leitfähigkeit auf. Auch ist der Abschnitt mit leitendem Draht mit dem isolationsfähigen Abschnitt dazwischen angeordnet. Das heißt, wenigstens ein Teil des leitfähigen Abschnitts ist durch die isolationsfähigen Abschnitte beabstandet. Auf diese Weise ist an der Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung ein Leitmuster gebildet. Daher eignet sich die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung gut als Sensorelektrode zum Messen der Druckverteilung, wie sie zum Bestimmen der Position einer Druckausübung erforderlich ist. Da es sich bei der Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung um ein Gewebe oder ein Gewirk handelt, kann der leitfähige Abschnitt allein durch Verändern der Art der Fäden auf unterschiedliche Weise angeordnet werden. Anders ausgedrückt lassen sich gemäß der Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung leicht verschiedene Leitmuster bilden.
(2) Der Flachsensor der vorliegenden Erfindung weist als Vorderseitenelektrode und Rückseitenelektrode die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung auf. Auch bei wiederholter Verformung neigt er daher an den Elektroden weniger zu einer Reduzierung der Leitfähigkeit oder Bruch bei Dehnung und weist eine ausgezeichnete Haltbarkeit auf. Daher kann er auch zum Zweck der Erfassung eines starken Drucks verwendet werden. Auch kann ein Flachsensor, mit dem eine Druckverteilung mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, zu niedrigeren Kosten hergestellt werden. Im Vergleich zu einem Flachsensor des Stands der Technik, der eine Harzbahn verwendet, weist der Flachsensor der vorliegenden Erfindung zudem eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit auf. Daher eignet er sich gut als Druckverteilungssensor zur Anordnung in Matratzen von Betten, Sitzen in Fahrzeugen oder Rollstühlen oder in Schuhsohlen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine transparente Draufsicht auf einen Flachsensor gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Schnittansicht an der Linie II-II des Flachsensors;
3 eine Draufsicht auf eine Vorderseitenelektrode, die den Flachsensor bildet;
4 eine vergrößerte Ansicht des Kreises IV aus 3;
5 eine Draufsicht auf eine Rückseitenelektrode, die einen Flachsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform bildet;
6 eine vergrößerte Ansicht des Kreises VI aus 5; und
7 eine Draufsicht auf eine Vorderseitenelektrode, die eine andere Anordnungsform von leitfähigen Abschnitten aufweist.

Ausführungsformen der Erfindung
Als Nächstes werden Ausführungsformen einer Sensorelektrode und eines Flachsensors der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten und zweiten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Sensorelektrode durch eine Vorderseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode eines Flachsensors verkörpert. In den unten stehenden Figuren entspricht eine vertikale Richtung einer Dickenrichtung einer dielektrischen Schicht.
Erste Ausführungsform
Aufbau des Flachsensors
Zunächst wird der Aufbau des Flachsensors der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 1 zeigt eine transparente Draufsicht auf den Flachsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2 zeigt eine Schnittansicht an der Linie II-II des Flachsensors. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Vorderseitenelektrode, die den Flachsensor bildet. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kreises IV aus 3. In 1 sind Erfassungsabschnitte der einfacheren Beschreibung halber mit punktierten Linien schraffiert dargestellt.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist ein Flachsensor 1 eine dielektrische Schicht 10, eine Vorderseitenelektrode 2 und eine Rückseitenelektrode 3 auf. Die dielektrische Schicht 10 ist aus Urethanschaum (Schaumkörper aus Urethankautschuk) gebildet und weist die Form einer rechteckigen Platte mit einer Dicke von 4 mm auf. Die dielektrische Schicht 10 weist mit Ausnahme der Dicke im Wesentlichen die gleiche Größe wie die Vorderseitenelektrode 2 und die Rückseitenelektrode 3 auf.
Die Vorderseitenelektrode 2 ist auf der Oberseitenfläche der dielektrischen Schicht 10 angeordnet. Die Vorderseitenelektrode 2 ist ein rechteckiges Köpergewebe, das aus leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden gewebt ist. Wie in 3 gezeigt, weist die Vorderseitenelektrode 2 acht leitfähige Abschnitte 01X-08X und isolationsfähige Abschnitte 20 auf. Die leitfähigen Abschnitte sind der einfacheren Beschreibung halber schraffiert dargestellt. Die leitfähigen Abschnitte 01X-08X sind jeweils bandförmig mit einer Dicke von 10 mm. Die leitfähigen Abschnitte 01X-08X erstrecken sich jeweils in Vorne-hinten-Richtung. Die leitfähigen Abschnitte 01X-08X sind in Links-rechts-Richtung mit einem Abstand von 3 mm zueinander parallel angeordnet. Der Oberflächenwiderstandswert der leitfähigen Abschnitte 01X-08X beträgt 1×10² bis 10³ Ω.
Bei den Kettfäden, die die leitfähigen Abschnitte 01X-08X ausbilden, handelt es sich um leitfähige Fäden, und bei den Schussfäden um isolationsfähige Fäden. Die leitfähigen Fäden sind Acrylfasern, deren Oberfläche einer Kupfersulfatplattierungsbehandlung unterzogen wurde, und ihre Dicke beträgt 370 dtex. Der elektrische Widerstandswert der leitfähigen Fäden pro 100 mm Länge beträgt 1×10⁴ bis 10⁵ Ω. Die isolationsfähigen Fäden sind Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 333 dtex. Der elektrische Widerstandswert der isolationsfähigen Fäden pro 100 mm Länge beträgt 1×10¹³ bis 10¹⁴ Ω. Wie in 4 vergrößert gezeigt, weisen die leitfähigen Abschnitte 01X-08X ein Köpergewebe auf, wobei ein Kettfaden (leitfähiger Faden) über zwei Schussfäden (isolationsfähige Fäden) verläuft und dann unter einem Schussfaden (isolationsfähigen Faden) hindurchgeführt ist. In 4 sind dabei die isolationsfähigen Fäden durch feine Linien gezeigt, und die Kettfäden, die über Schussfäden verlaufen, sind schraffiert gezeigt. Von den Kettfäden sind die leitfähigen Fäden mit nach rechts ansteigender Schraffierung, und die isolationsfähigen Fäden sind mit nach rechts abfallender Schraffierung gezeigt.
Die isolationsfähigen Abschnitte 20 sind jeweils auf beiden Seiten der leitfähigen Abschnitte 01X-08X in Links-rechts-Richtung angeordnet. Das heißt, die leitfähigen Abschnitte 01X-08X sind jeweils durch 3 mm breite isolationsfähige Abschnitte 20 voneinander beabstandet angeordnet. Der Oberflächenwiderstandswert der isolationsfähigen Abschnitte 20 beträgt 1×10⁹ bis 10¹⁰ Ω. Die Kettfäden und die Schussfäden, die die isolationsfähigen Abschnitte 20 ausbilden, sind jeweils ebenso wie die isolationsfähigen Fäden, die die leitfähigen Abschnitte 01X-08X ausbilden, aus PET-Fasern gebildet. Wie in der erwähnten 4 vergrößert gezeigt, weisen die isolationsfähigen Abschnitte 20 ebenso wie die leitfähigen Abschnitte 01X-08X ein Köpergewebe auf, wobei ein Kettfaden (leitfähiger Faden) über zwei Schussfäden (isolationsfähige Fäden) verläuft und dann unter einem Schussfaden (isolationsfähigen Faden) hindurchgeführt ist.
An den Vorderenden der leitfähigen Abschnitte 01X-08X ist jeweils eine Öse 21 aus Metall angebracht. Die leitfähigen Abschnitte 01X-08X sind über die Öse 21 mit Vorderseitendrähten 01x-08x verbunden. Die Vorderseitendrähte 01x-08x sind über nicht dargestellte Verbinder elektrisch mit einer Steuereinrichtung verbunden.
Die Rückseitenelektrode 3 ist an der Unterseitenfläche der dielektrischen Schicht 10 angeordnet. Die Rückseitenelektrode 3 ist ebenso wie die Vorderseitenelektrode 2 ein rechteckiges Köpergewebe und weist acht leitfähige Abschnitte 01Y-08Y und isolationsfähige Abschnitte 30 auf. Die Rückseitenelektrode 3 ist zur Vorderseitenelektrode 2 um 90° gedreht angeordnet. Die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y sind jeweils bandförmig mit einer Dicke von 10 mm. Die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y erstrecken sich jeweils in Links-rechts-Richtung. Die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y sind in Vorne-hinten-Richtung mit einem Abstand von 3 mm zueinander parallel angeordnet. Die isolationsfähigen Abschnitte 20 sind jeweils auf beiden Seiten der leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y in Vorne-hinten-Richtung angeordnet. Das heißt, die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y sind jeweils durch 3 mm breite isolationsfähige Abschnitte 30 voneinander beabstandet angeordnet. Der Aufbau der leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y und der isolationsfähigen Abschnitte 30 ist der gleiche wie der Aufbau der leitfähigen Abschnitte 01X-08X und der isolationsfähigen Abschnitte 20 der Vorderseitenelektrode 2. Von oben betrachtet sind die leitfähigen Abschnitte 01X-08X der Vorderseitenelektrode 2 und die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y der Rückseitenelektrode 3 im Wesentlichen orthogonal angeordnet und gitterartig aufgereiht. In Teilen, in denen die leitfähigen Abschnitte 01X-08X und die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y einander überlappen (einander über die dielektrische Schicht 10 gegenüberliegen), sind mehrere Erfassungsabschnitte D festgelegt. Es sind insgesamt 64 Erfassungsabschnitte D festgelegt.
An den linken Enden der leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y ist jeweils eine Öse 31 aus Metall angebracht. Die leitfähigen Abschnitte 01X-08X sind über die Öse 31 mit Rückseitendrähten 01y-08y verbunden. Die Rückseitendrähte 01y-08y sind über nicht dargestellte Verbinder elektrisch mit einer Steuereinrichtung verbunden.
Betriebsweise des Flachsensors
Als Nächstes wird die Betriebsweise des Flachsensors 1 beschrieben. Bevor Druck auf den Flachsensor 1 ausgeübt wird (Anfangszustand), wird an die leitfähigen Abschnitte 01X-08X der Vorderseitenelektrode 2 und die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y der Rückseitenelektrode 3 Spannung angelegt, und eine Kapazität C der einzelnen Erfassungsabschnitte D wird berechnet. Anschließend wird nach dem Ausüben von Druck auf den Flachsensor 1 ebenfalls die Kapazität C der einzelnen Erfassungsabschnitte D berechnet. Wo in den Erfassungsabschnitten D Druck ausübt wird, nimmt der Abstand zwischen den leitfähigen Abschnitten 01X-08X und den leitfähigen Abschnitten 01Y-08Y mit der dielektrischen Schicht 10 dazwischen ab. Dadurch steigt die Kapazität C an den Erfassungsabschnitten D an. Auf Grundlage des Veränderungsmaßes ΔC dieser Kapazität C wird der Oberflächendruck für jeden Erfassungsabschnitt D berechnet. Auf diese Weise kann die Druckverteilung gemessen werden.
Wirkungsweise
Als Nächstes wird die Wirkungsweise der Vorderseitenelektrode 2, der Rückseitenelektrode 3 und des Flachsensors 1 beschrieben. Da die Vorderseitenelektrode 2 und die Rückseitenelektrode 3 den gleichen Aufbau aufweisen, wird stellvertretend für beide die Vorderseitenelektrode 2 erörtert.
Die Vorderseitenelektrode 2 ist durch ein aus leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden gewebtes Köpergewebe gebildet. Daher ist sie flexibel und von hoher Elastizität. Auch neigt sie kaum zu einer Reduzierung der Leitfähigkeit oder Bruch und weist eine hohe Haltbarkeit auf. Da als die leitfähigen Fäden eine Kupfersulfatplattierungsschicht aufweisende Fäden benutzt werden, wird zudem eine Verschlechterung der leitfähigen Fäden durch Oxidation unterbunden, sodass ihre Veränderung im Zeitverlauf gering ist. Bei der Vorderseitenelektrode 2 sind die Kettfäden leitfähige Fäden und die Schussfäden isolationsfähige Fäden. Durch einfaches Wechseln der Kettfäden von leitfähigen Fäden zu isolationsfähigen Fäden (oder umgekehrt) können daher jeweils die leitfähigen Abschnitte 01X-08X und die isolationsfähigen Abschnitte 20 gewebt werden. Auch wenn die Oberfläche der Vorderseitenelektrode 2 groß ist, lässt sie sich somit mithilfe eines Webstuhls leicht herstellen. Auch können die leitfähigen Abschnitte allein durch Verändern der Art der Fäden auf unterschiedlicher Weise angeordnet werden. Das heißt, es lassen sich leicht verschiedene Leitmuster bilden.
Gemäß der Vorderseitenelektrode 2 brauchen die Form und das Dispergierungsverfahren des leitfähigen Materials und Probleme beim Auftragen der leitfähigen Beschichtung, die sich aus der Benutzung einer leitfähigen Beschichtung ergeben, nicht berücksichtigt zu werden. Daher lässt sich die Vorderseitenelektrode 2 und damit der Flachsensor 1 zu niedrigeren Kosten herstellen.
Die Vorderseitenelektrode 2 weist eine ausgezeichnete Luftdurchlässigkeit und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit auf. Daher kommt es auch bei Anordnung des Flachsensors 1 in Matratzen von Betten oder in Fahrzeugsitzen kaum zu Feuchtigkeitsstauung. Da ferner eine Hydrolyse der dielektrischen Schicht 10 unterbunden wird, nimmt die Haltbarkeit nicht ohne Weiteres ab.
Die leitfähigen Abschnitte 01X-08X sind jeweils mit den isolationsfähigen Abschnitten 20 dazwischen benachbart angeordnet. Dadurch ist an der Vorderseitenelektrode 2 ein streifenförmiges Leitmuster gebildet. Die Vorderseitenelektrode 2 ist nicht in ihrer Gesamtheit leitfähig, sondern weist nur in den Bereichen Leitfähigkeit auf, in denen die leitfähigen Abschnitte 01X-08X angeordnet sind. Die bandförmigen Abschnitte mit leitendem Draht 01X-08X sind über die gesamte Fläche der dielektrischen Schicht 10 mit den isolationsfähigen Abschnitten 20 dazwischen in Reihe angeordnet. Ebenso sind an der Rückseitenelektrode 3 die bandförmigen Abschnitte mit leitendem Draht 01Y-08Y über die gesamte Fläche der dielektrischen Schicht 10 mit den isolationsfähigen Abschnitten 30 dazwischen in Reihe angeordnet. Die Erfassungsabschnitte D sind unter Ausnutzung der Stellen angeordnet, an denen sich die Vorderseitenelektrode 01X-08X und die Rückseitenelektrode 01Y-08Y schneiden. Auf diese Weise lassen sich die Erfassungsabschnitte D leicht auf der gesamten Oberfläche der dielektrischen Schicht 10 verteilen. Auch wenn die Druckverteilung großflächig gemessen wird, ist es daher nicht notwendig, an jeder Stelle, an der Druck erfasst werden soll, einen leitfähigen Abschnitt anzuordnen.
Bei dem Flachsensor 1 sind die leitfähigen Abschnitte 01X-08X und die Vorderseitendrähte 01x-08x der Vorderseitenelektrode 2 mithilfe der Ösen 21 verbunden. Daher kann die Verbindung der leitfähigen Abschnitte 01X-08X und der Vorderseitendrähte 01x-08x einfach, zuverlässig und kostengünstig durchgeführt werden.
Zweite Ausführungsform
Der Flachsensor der vorliegenden Ausführungsform und der Flachsensor der ersten Ausführungsform unterscheiden sich dadurch, dass es sich bei der Vorderseitenelektrode und der Rückseitenelektrode nicht um ein Gewebe, sondern um ein Gewirk handelt. Die Beschreibung erfolgt hauptsächlich mit Augenmerk auf den Unterschieden. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseitenelektrode der vorliegenden Ausführungsform, die den Flachsensor bildet. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kreises VI aus 5. In 5 sind Elemente, die solchen aus 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen wie die Elemente in 1 versehen. In 6 sind die isolationsfähigen Faden durch feine punktierte Linien gezeigt.
Die Rückseitenelektrode 3 ist an der Unterseitenfläche der dielektrischen Schicht 10 angeordnet (siehe 1). Die Rückseitenelektrode 3 ist ein rechteckiges Einfachgewirk, bei welchem leitfähige Fäden 301 und isolationsfähige Fäden 300 in Vorne-hinten-Richtung einfach miteinander verwirkt sind. Wie in 5 gezeigt, weist die Rückseitenelektrode 3 acht leitfähige Abschnitte 01Y-08Y und isolationsfähige Abschnitte 30 auf. Die leitfähigen Abschnitte sind in 5 der einfacheren Beschreibung halber schraffiert dargestellt. Die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y sind jeweils bandförmig mit einer Dicke von 10 mm. Die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y erstrecken sich jeweils in Links-rechts-Richtung. Die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y sind in Vorne-hinten-Richtung mit einem Abstand von 3 mm zueinander parallel angeordnet. Der Oberflächenwiderstandswert der leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y beträgt 1×10² bis 10³ Ω. Die isolationsfähigen Abschnitte 30 sind jeweils auf beiden Seiten der leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y in Vorne-hinten-Richtung angeordnet. Das heißt, die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y sind jeweils durch 3 mm breite isolationsfähige Abschnitte 30 voneinander beabstandet angeordnet. Der Oberflächenwiderstandswert der isolationsfähigen Abschnitte 30 beträgt 1×10⁹ bis 10¹⁰ Ω.
Wie in 6 vergrößert gezeigt, weisen die leitfähige Abschnitte 01Y-08Y durch die leitfähigen Fäden 301 eine Einfachstrickstruktur auf. Die leitfähigen Fäden 301 sind ebenso wie in der ersten Ausführungsform Acrylfasern, deren Oberfläche einer Kupfersulfatplattierungsbehandlung unterzogen wurde, mit einer Dicke von 370 dtex. Der elektrische Widerstandswert der leitfähigen Fäden 301 pro 100 mm Länge beträgt 1×10⁴ bis 10⁵ Ω. Die isolationsfähigen Abschnitte 30 weisen aufgrund der isolationsfähigen Fäden 300 eine Einfachstrickstruktur auf. Die isolationsfähigen Fäden 300 sind ebenso wie in der ersten Ausführungsform Fasern aus PET mit einer Dicke von 333 dtex. Der elektrische Widerstandswert der isolationsfähigen Fäden 300 pro 100 mm Länge beträgt 1×10¹³ bis 10¹⁴ Ω.
Die Vorderseitenelektrode 2 ist ebenso wie die Rückseitenelektrode 3 ein rechteckiges Einfachgewirk und ist zur Rückseitenelektrode 3 um 90°gedreht auf der Oberseitenfläche der dielektrischen Schicht 10 angeordnet. Der Aufbau der leitfähigen Abschnitte 01X-08X und der isolationsfähige Abschnitte 20 der Vorderseitenelektrode 2 ist jeweils der gleiche wie bei der Rückseitenelektrode 3.
Aufbauelemente des Flachsensors der vorliegenden Ausführungsform, die dieser mit dem Flachsensor der ersten Ausführungsform gemeinsam hat, weisen dieselbe Wirkungsweise auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Vorderseitenelektrode 2 und die Rückseitenelektrode 3 aus einem Einfachgewirk gebildet. Daher sind die Vorderseitenelektrode 2 und die Rückseitenelektrode 3 elastischer und von ausgezeichneter Dehnbarkeit. Da die Vorderseitenelektrode 2 und die Rückseitenelektrode 3 den gleichen Aufbau aufweisen, können, wenn die Rückseitenelektrode 3 stellvertretend für beide erörtert wird, durch einfaches Wechseln des Strickfadens von den leitfähigen Fäden 301 zu den isolationsfähigen Fäden 300 (oder umgekehrt) jeweils die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y und die isolationsfähigen Abschnitte 30 gewirkt werden. Auch wenn die Oberfläche der Rückseitenelektrode 3 groß ist, lässt sie sich somit mithilfe einer Wirkmaschine leicht herstellen. Auch können allein durch Verändern der Art der Fäden die leitfähigen Abschnitte 01Y-08Y in unterschiedlicher Weise angeordnet werden, und es können ohne Weiteres verschiedene Leitmuster gebildet werden.
Weitere Ausführungsformen
Vorstehend wurden Ausführungsformen einer Sensorelektrode und eines Flachsensors der vorliegenden Erfindung beschrieben. Allerdings sind die Ausführungsformen nicht auf die oben beschriebenen beschränkt. Der Fachmann kann abwandelnde und verbessernde Ausführungen unterschiedlicher Art durchführen.
Sensorelektrode
Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung ist eine textilförmige Elektrode, die aus einem Gewebe oder Gewirk mit leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden gebildet ist. Im Falle eines Gewebes ist die Webart nicht in besonderer Weise eingeschränkt. Sie kann in geeigneter Weise aus Einfachgewebe, Köpergewebe, Atlasgewebe oder dergleichen ausgewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Einfachgewebe beispielsweise ist robust und von ausgezeichneter Haltbarkeit, doch ist seine Elastizität geringfügig reduziert. Köpergewebe weist viele Webmöglichkeiten auf, ist flexibel und von hoher Elastizität. Auch im Falle eines Gewirks ist die Wirkart nicht in besonderer Weise eingeschränkt. Sie kann in geeigneter Weise aus Schussfadengewirken wie Einfachgewirk, Rippgewirk, Linksgewirk, Doppelgewirk oder dergleichen oder Kettfadengewirken wie Trikot, Doppelraschelgewirk oder dergleichen ausgewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise ist Einfachgewirk ein Gewirk, in dem die Maschen in Schussrichtung (Querrichtung) aneinander gereiht sind. Daher lässt es sich leicht dünn ausbilden und weist eine ausgezeichnete Dehnbarkeit in Schussrichtung auf. Bei Rippgewirk sind die Maschen auf Vorder- und Rückseite gleich, weshalb es eine noch bessere Dehnbarkeit aufweist. Doppelgewirk weist eine Struktur auf, wobei auf Vorder- und Rückseite zwei Gewirke mit Verbindungsfäden verbunden sind. Wenn also beispielsweise an der Vorder- oder der Rückseite ein Gewirk verwendet wird, das eine Schutzfunktion der Elektrode aufweist, so kann die Elektrode von außen geschützt werden. Doppelraschelgewirk ist ein Gewirk, bei dem die Maschen, in Kettrichtung (Längsrichtung) aneinander gereiht sind. Daraus ergibt sich ein stabiles Gewirk, mit dem eine dreidimensionale Struktur gebildet werden kann. Im Falle einer dreidimensionalen Struktur können die leitfähigen Fäden aufgrund der erhöhten Luftdurchlässigkeit und Flexibilität des Stoffs geschützt werden. Bei einem Gewirk ist die Elastizität im Vergleich zu einem Gewebe höher. Sowohl bei einem Gewebe als auch bei einem Gewirk ist es möglich, die Webart bzw. die Wirkart innerhalb einer Elektrode zu ändern.
Es reicht aus, wenn die leitfähigen Fäden leitfähig sind, und als Material dafür lassen sich A) Metallfasern, B) Kohlenstofffasern, C) Synthetikfasern, die mittels Plattierung, Beschichtung, Sputtering oder dergleichen leitfähig gemacht wurden, D) Synthetikfasern, in die ein leitfähiges Material eingearbeitet wurde, oder E) Fasern aus leitfähigem Polymer nennen. Nachstehend werden konkrete Beispiele für die verschiedenen Fasern sowie bevorzugte Materialien usw. aufgeführt.

A) Metallfasern: Fasern aus Gold, Silber, Kupfer, Edelstahl, Wolfram, Molybdän, Beryllium usw., amorpher Draht.
B) Kohlenstofffasern: Polyacrylnitril(PAN)-Kohlenstofffasern, Pech-Kohlenstofffasern.
C) Plattierungsmaterial: Aluminium, Kupfer, Silber, Gold, Palladium, Kupfersulfat, Kupfersulfid, Kupfernickel. Beschichtungsmaterial: Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstoffbeschichtung mit darin dispergiertem leitfähigem Ruß, Metalloxidbeschichtung, Beschichtung aus leitfähigem Polymer. Sputteringmaterial: Chrom, Kupfer, Titan, Silber, Platin, Gold, Edelstahl, Nickel-Chrom-Legierung, Chrom-Blei-Legierung.
D) Leitfähiges Material: Leitfähiger Ruß, Kohlenstoffnanoröhren, Metallpulver.

Für C) und D) verwendete Synthetikfasern: Polyesterfasern wie PET, Polytrimethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat usw., Polyamidfasern wie Nylon, Aramid usw., Polyimidfasern, Polyolefinfasern wie Polyethylen, Polypropylen usw., Vinalonfasern, Vinylidenfasern, Polyvinylchloridfasern, Acrylfasern, Polyurethanfasern, Polychlalfasern, Fluorfasern, Novoloidfasern, Polyetheresterfasern, Polymilchsäurefasern, Polyarylatfasern, hochfeste Polyethylenfasern, Polyacetalfasern.
Fäden mit Leitfähigkeit lassen sich leicht herstellen, indem beispielsweise Synthetikfasern einer Plattierung unterzogen werden. Darunter weisen insbesondere Fäden, die eine Kupfersulfatplattierungsschicht oder eine Kupfersulfidplattierungsschicht aufweisen, im Vergleich zu Metallfasern oder Kohlenstofffasern die Vorteile auf, dass sie weich sind, nicht leicht brechen, die Plattierungsschicht eine oxidative Verschlechterung unterbindet und sie sich im Zeitverlauf kaum verändern.
Solange die leitfähigen Fäden pro 100 mm Länge einen elektrischen Widerstandswert von unter 1×10¹⁰ Ω aufweisen, können sie auch Mischfäden mit leitfähigen Fäden aus den oben beschriebenen Fasern und isolationsfähigen Fäden sein. Leitfähige Fäden können auch mit einem Harz überzogen sein. Es können eine oder zwei oder mehr Arten von leitfähigen Fäden gemeinsam verwendet werden.
Es reicht aus, wenn die isolationsfähigen Fäden Fäden mit Isolationsfähigkeit sind, und als Materialien lassen sich a) Synthetikfasern, b) halbsynthetische Fasern, c) Fasern aus recycelter Zellulose, d) Naturfasern, e) anorganische Fasern und dergleichen nennen. Nachstehend werden konkrete Beispiele für die verschiedenen Fasern aufgeführt. Die Synthetikfasern von a) entsprechen den in der Beschreibung der leitfähigen Fäden aufgeführten. Es können eine oder zwei oder mehr Arten von isolationsfähigen Fäden gemeinsam verwendet werden.

b) Halbsynthetische Fasern: Acetat, Triacetat, Promix.
c) Fasern aus recycelter Zellulose: Rayon, polynosische Fasern.
d) Naturfasern: Pflanzenfasern wie Baumwolle, Kapok, Akund, Hanf, Kenaf usw. tierische Fasern wie Schafwolle, Seide, Angora, Kaschmir, Mohair usw.
e) Anorganische Fasern: Glasfasern, Keramikfasern.

Hinsichtlich der Dicke der leitfähige Fäden und der isolationsfähigen Fäden liegen keine besonderen Einschränkungen vor. Mit dünneren Fäden lässt sich eine Elektrode geringerer Dicke erzielen, und die Empfindlichkeit des Sensors kann erhöht werden, doch existiert das Problem, dass sie leichter reißen. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Fäden 55,5 dtex (50 Denier) oder mehr und 1332 dtext (1200 Denier) oder weniger. Mehr bevorzugt beträgt sie 165 dtext (150 Denier) oder mehr und 660 dtext (600 Denier) oder weniger. Wenn als die leitfähigen Fäden Kohlenstofffasern verwendet werden, wird vorzugsweise ein Produkt mit 1K (1000 Filamenten pro Bündel) oder mehr bis 60K (60.000 Filamenten pro Bündel) oder weniger und mehr bevorzugt mit 1K oder mehr bis 6K oder weniger verwendet.
Hinsichtlich der Querschnittform der leitfähigen Fäden und der isolationsfähigen Fäden liegen keine besonderen Einschränkungen vor, und es können verschiedene Formen verwendet werden, wie etwa rund, oval, rechteckig, trapezförmig, dreieckig usw. Bei den leitfähigen Fäden und den isolationsfähigen Fäden kann es sich auch um Hohlfäden handeln. Die leitfähigen Fäden und die isolationsfähigen Fäden können aus Einzelfasern bestehen oder Mischgarn oder Zwirn sein. Da die Festigkeit der Fäden im Falle von Zwirn hoch ist, weisen sie den Vorteil auf, dass sie bei Verarbeitung zu Gewebe nicht leicht reißen. Bei Verarbeitung zu Gewebe können die Fäden auch mit Wäschestärke oder dergleichen überzogen werden. Dadurch nimmt die Reibung ab, wodurch ein Reißen der Fäden unterbunden werden kann.
Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung weist den leitfähigen Abschnitt und die isolationsfähigen Abschnitte auf. Der Oberflächenwiderstandswert des leitfähigen Abschnitts beträgt weniger als 1×10⁷ Ω und mehr bevorzugt weniger als 1×10⁶ Ω. Der leitfähige Abschnitt ist die oben beschriebenen leitfähigen Fäden beinhaltend gebildet. Das heißt, der leitfähige Abschnitt kann ausschließlich aus den leitfähigen Fäden gebildet sein oder sowohl aus den leitfähigen Fäden als auch den isolationsfähigen Fäden gebildet sein. Wenn es sich bei der Sensorelektrode beispielsweise um ein Gewebe handelt, können die einen von den Kettfäden und den Schussfäden leitfähige Fäden sein, und die anderen können isolationsfähige Fäden sein, um den leitfähigen Abschnitt zu bilden. Hinsichtlich der Anzahl und der Form des leitfähigen Abschnitts liegen keine besonderen Einschränkungen vor. Auch die Anordnungsweise des leitfähigen Abschnitts oder ob ein Teil oder die Gesamtheit des leitfähigen Abschnitts über die isolationsfähigen Abschnitte angeordnet ist, ist nicht besonders eingeschränkt. Bei Ausbildung eines Sensors können leitfähige Abschnitte beispielsweise inselartig nur an den Teilen angeordnet sein, die Erfassungsabschnitte sind. Oder, wie durch den leitfähigen Abschnitt 22 aus 7 gezeigt, können die in der ersten Ausführungsform in Reihe angeordneten bandförmigen leitfähigen Abschnitte an ihren Endabschnitten in Längsrichtung verbunden sein und kontinuierlich ohne Absetzen fortlaufend sein. In 7 ist ein Teil des leitfähigen Abschnitts 22 mit den isolationsfähigen Abschnitten 20 dazwischen angeordnet. Da es sich bei der Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung um ein Gewebe oder ein Gewirk handelt, können die leitfähigen Abschnitte allein durch Verändern der Art der Fäden auf unterschiedliche Weise angeordnet werden. Anders ausgedrückt ist gemäß der Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung die Bildung unterschiedlicher Leitmuster einfach.
Der Oberflächenwiderstandswert der isolationsfähigen Abschnitte beträgt 1×10⁷ Ω oder mehr und mehr bevorzugt 1×10⁸ Ω oder mehr. Die isolationsfähigen Abschnitte sind die oben beschriebenen isolationsfähigen Fäden beinhaltend gebildet. Hinsichtlich der Anzahl, Form und Anordnungsweise der isolationsfähigen Abschnitte liegen keine besonderen Einschränkungen vor.
Flachsensor
Der Flachsensor der vorliegenden Erfindung weist eine dielektrische Schicht und eine Vorderseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode auf, die in Dickenrichtung mit der dielektrischen Schicht dazwischen angeordnet sind und die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung bilden. Für die dielektrische Schicht wird vorzugsweise ein Elastomer oder ein Harz (jeweils einschließlich eines Schaumkörpers) mit einer vergleichsweise hohen Dielektrizitätszahl verwendet. Das Elastomer beinhaltet quervernetzten Kautschuk und thermoplastische Elastomere. Vorzugsweise beträgt die Dielektrizitätszahl beispielsweise 5 oder mehr (Messfrequenz: 100 Hz). Als ein solches Elastomer lassen sich Urethankautschuk, Siliconkautschuk, Nitrilkautschuk, Nitrilhydridkautschuk, Acrylkautschuk, Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuk, Butylkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Fluorkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Chloroprenkautschuk, chloriertes Polyethylen, chlorsulfoniertes Polyethylen und dergleichen nennen. Als Harz lassen sich Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan, Polystyrol (einschließlich quervernetzten Polystyrolschaums), Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid-Copolymer, Ethylen-Polyvinylacetat-Copolymer, Ethylen-Polyvinylacetat-Acrylsäureester-Copolymer und dergleichen nennen.
Hinsichtlich der Form der dielektrischen Schicht liegen keine besonderen Einschränkungen vor, doch unter dem Aspekt einer Erhöhung der Empfindlichkeit des Sensors ist die dielektrische Schicht vorzugsweise dünn. Beispielsweise beträgt die Dicke der dielektrischen Schicht vorzugsweise 10 mm oder weniger, mehr bevorzugt 5 mm oder weniger. Es können auch mehrere Schichten mit unterschiedlichem Material und unterschiedlicher Form usw. aufeinander laminiert die dielektrische Schicht bilden.
Als ein Flachsensor, der die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung verwendet, lässt sich neben dem kapazitiven Sensor der oben stehenden Ausführungsformen auch ein piezoelektrischer Sensor nennen. Auch im Falle eines piezoelektrischen Sensors ist ein Aufbau mit einer piezoelektrischen Schicht und einer Vorderseitenelektrode und einer Rückseitenelektrode möglich, die in Dickenrichtung mit der piezoelektrischen Schicht dazwischen angeordnet sind und die Elektrode für den Sensor der vorliegenden Erfindung bilden. Die piezoelektrische Schicht kann Elastomer und piezoelektrische Teilchen beinhaltend ausgebildet sein.
In der oben stehenden Ausführungsform sind der leitfähige Abschnitt und Verdrahtung unter Verwendung von Ösen verbunden. Die Verbindung zwischen dem leitfähigen Abschnitt und der Verdrahtung ist jedoch nicht in besonderer Weise eingeschränkt. Beispielsweise kann die Verbindung auch durch Löten und einen leitfähigen Klebstoff oder dergleichen erfolgen. Auch kann ein Teil des leitfähigen Abschnitts als ein Teil der Verdrahtung verwendet werden.
Der Flachsensor der vorliegenden Erfindung kann unverändert wie in der ersten Ausführungsform benutzt werden oder in einer Außenabdeckung aufgenommen benutzt werden. Bei Aufnahme in einer Außenabdeckung kann bei Kontakt des Flachsensors mit dem Körper eines Menschen ein unangenehmes Empfinden reduziert werden, und zudem können Sicherheit, Schutz vor Verunreinigung und ästhetisches Erscheinungsbild verbessert werden. Als Material der Außenabdeckung werden Harze und Elastomere wie Vinylchlorid, thermoplastisches Polyurethan (TPU) usw., Stretchstoffe, die elastische Fasern aus Polyurethan, Polyester usw. verwenden, oder laminierte Körper aus Elastomer und Stretchstoff usw. bevorzugt. Die Sensorelektrode der vorliegenden Erfindung und die Außenabdeckung können direkt aneinander geklebt sein oder, wenn die Außenabdeckung ein isolierender Stoff ist, können die Sensorelektrode und die Abdeckung durch Doppelweben einstückig gewebt werden.
Gewerbliche Anwendung
Die Sensorelektrode und der Flachsensor der vorliegenden Erfindung eignen sich gut zur Anwendung an Stellen, die sich dehnen oder biegen, weshalb sie sich als Drucksensor in Matratzen in Medizin, Pflege usw., Sitzen in Fahrzeugen oder Rollstühlen, Schuhsohlen oder künstlicher Haut von Robotern oder auch als am Körper tragbarer biometrischer Sensor eignen. Ebenso eignen sie sich zum Zweck der dreidimensionalen Umwicklung von Armen oder Beinen mit Sensoren, um Bewegungen zu erfassen.
Bezugszeichenliste

1:: Flachsensor
10:: dielektrische Schicht
2:: Vorderseitenelektrode
20:: isolationsfähiger Abschnitt
21:: Öse
22:: leitfähiger Abschnitt
3:: Rückseitenelektrode
30:: isolationsfähiger Abschnitt
31:: Öse
300:: isolationsfähiger Faden
301:: leitfähiger Faden
01X-08X:: leitfähiger Abschnitt
01x-08x:: Vorderseitendraht
01Y-08Y:: leitfähiger Abschnitt
01y-08y:: Rückseitendraht
D:: Erfassungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013096716 [0003]
JP 2015007566 [0003]
JP 2009042108 [0003]
JP 2007262623 [0003]
JP 62200701 [0003]
JP 2008266814 [0003]

Claims

Flachsensor, umfassend eine dielektrische Schicht aus einem Elastomer- oder Harzschaumkörper sowie eine Vorderseitenelektrode und eine Rückseitenelektrode auf, die in Dickenrichtung mit der dielektrischen Schicht dazwischen angeordnet sind, wobei die Vorderseitenelektrode und die Rückseitenelektrode textilförmige Sensorelektroden aus einem Gewebe oder Gewirk mit leitfähigen Fäden und isolationsfähigen Fäden sind, die einen isolationsfähigen Abschnitt, der isolationsfähige Fäden beinhaltend gebildet ist, und einen leitfähigen Abschnitt aufweist, der leitfähige Fäden beinhaltend gebildet ist und mit dem isolationsfähigen Abschnitt dazwischen angeordnet ist, wobei an einem Teil, dem der leitfähige Abschnitt über die dielektrische Schicht gegenüberliegt, ein Erfassungsabschnitt festgelegt ist.
Flachsensor nach Anspruch 1, wobei das Gewebe ein Gebilde aufweist, das ausgewählt ist aus wenigstens einem von Einfachgewebe, Köpergewebe und Atlasgewebe.
Flachsensor nach Anspruch 1, wobei das Gewebe Einfachgewebe, Köpergewebe oder Atlasgewebe ist.
Flachsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensorelektrode aus dem Gewebe gebildet ist, wobei die einen von Kettfäden und Schussfäden in dem leitfähigen Abschnitt die leitfähigen Fäden sind und die anderen die isolationsfähigen Fäden sind.
Flachsensor nach Anspruch 5, wobei das Gewirk wenigstens ein Gebilde von Einfachgewirk und Doppelgewirk aufweist.
Flachsensor nach Anspruch 1, wobei das Gewirk Einfachgewirk oder Doppelgewirk ist.
Flachsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die leitfähigen Fäden Fäden beinhalten, die eine Oberfläche mit einer Plattierungsschicht aufweisen.
Flachsensor nach Anspruch 7, wobei die Plattierungsschicht eine Kupfersulfatplattierungsschicht oder eine Kupfersulfidplattierungsschicht ist.
Flachsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sensorelektrode bandförmig ist und mehrere von dem leitfähigen Abschnitt aufweist, die mit dem isolationsfähigen Abschnitt dazwischen in Reihe angeordnet sind.
Flachsensor nach Anspruch 9, wobei bei Betrachtung in Dickenrichtung der dielektrischen Schicht die leitfähigen Abschnitte der Vorderseitenelektrode und die leitfähigen Abschnitte der Rückseitenelektrode im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet sind.
Flachsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend Vorderseitenverdrahtung, die mit dem leitfähigen Abschnitt der Vorderseitenelektrode verbunden ist, und Rückseitenverdrahtung, die mit dem leitfähigen Abschnitt der Rückseitenelektrode verbunden ist, wobei die Vorderseitenverdrahtung und der leitfähige Abschnitt und die Rückseitenverdrahtung und der leitfähige Abschnitt mit einem von Ösen, Löten und leitfähigem Klebstoff verbunden sind.