JP2010203809A - Pressure-sensitive sheet and pressure-sensitive sensor using the same - Google Patents

Pressure-sensitive sheet and pressure-sensitive sensor using the same Download PDF

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JP2010203809A JP2009047220A JP2009047220A JP2010203809A JP 2010203809 A JP2010203809 A JP 2010203809A JP 2009047220 A JP2009047220 A JP 2009047220A JP 2009047220 A JP2009047220 A JP 2009047220A JP 2010203809 A JP2010203809 A JP 2010203809A
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Akira Kikutake
亮 菊竹
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Fujikura Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure-sensitive sheet which can be easily produced and enables high resolution pressure detection. <P>SOLUTION: A pressure-sensitive sheet 10 includes: a first conductive cloth 20, a non-conductive cloth 30, and a second conductive cloth 40 laminated in this order. The first conductive cloth 20 has conductivity only in a first direction (x direction) by weaving a plurality of conductive wires 21 extending the first direction and non-conductive wires 22 extending in a second direction (y direction) perpendicular to the first direction. The second conductive cloth 40 has conductivity only in the second direction by weaving a plurality of non-conductive wires 41 extending in the first direction and a plurality of second conductive wires 42 extending in the second direction. A plurality of crossing parts of the conductive wire 21 and the conductive wire 42 through the non-conductive cloth 30 are formed by laminating the first conductive cloth 20, the non-conductive cloth 30, and the second conductive cloth 40. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、2次元平面での圧力を検知する感圧センサに関し、特に導電性素線を織り込んだ2枚の導電性織布の間に非導電性織布を挟み込んだ感圧シート、およびこの感圧シートの導電性織布間の静電容量の変化によって圧力を検知する感圧センサに関する。   The present invention relates to a pressure-sensitive sensor that detects pressure in a two-dimensional plane, and in particular, a pressure-sensitive sheet in which a non-conductive woven fabric is sandwiched between two conductive woven fabrics woven with conductive strands, and this The present invention relates to a pressure-sensitive sensor that detects pressure by a change in capacitance between conductive woven fabrics of a pressure-sensitive sheet.

従来、感圧センサとしては、感圧シートが押圧されたときの感圧シートの抵抗値の変化や静電容量の変化を計測することによって圧力を検知するものがあった。   Conventionally, as a pressure-sensitive sensor, there has been a sensor that detects pressure by measuring a change in resistance value or a change in capacitance of a pressure-sensitive sheet when the pressure-sensitive sheet is pressed.

例えば、特許文献1には、凹凸形状などの不均一面における圧力分布や圧力測定をする技術として、上布に設けられた導電糸と、下布に設けられた導電糸の交点に、荷重によって抵抗値が変化する感圧抵抗が配列され、これら2枚の布が重ねられることにより、荷重による抵抗値の変化を計測可能とした感圧シートが開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a technique for measuring pressure distribution and pressure on a non-uniform surface such as a concavo-convex shape, a load is applied to the intersection of a conductive yarn provided on an upper cloth and a conductive yarn provided on a lower cloth. There is disclosed a pressure-sensitive sheet in which pressure-sensitive resistors whose resistance values change are arranged and these two cloths are overlapped so that a change in resistance value due to a load can be measured.

また、特許文献2には、2層構造の繊維構造体の上面部と下面部に、互いに直交するようにそれぞれ複数の導電糸が配列され、上記繊維構造体が押圧されると、上面部導電糸と下面部導電糸が接触し、その電気抵抗変化を検知可能とした感圧シートが開示されている。
また、特許文献3には、導電体層を誘電体層で被覆した縦糸と横糸が編み込まれ、この編み物に接触圧がかかったときの縦糸と横糸間の静電容量の変化を検知可能とした感圧シートが開示されている。
Further, in Patent Document 2, a plurality of conductive yarns are arranged so as to be orthogonal to each other on the upper surface portion and the lower surface portion of a two-layer structure, and when the fiber structure is pressed, the upper surface portion is electrically conductive. There is disclosed a pressure-sensitive sheet in which a yarn and a lower surface conductive yarn are in contact with each other and a change in electric resistance can be detected.
In Patent Document 3, warp yarns and weft yarns in which a conductor layer is covered with a dielectric layer are knitted, and it is possible to detect a change in capacitance between the warp yarns and the weft yarn when contact pressure is applied to the knitted fabric. A pressure sensitive sheet is disclosed.

特開2004−132765号公報JP 2004-132765 A 特開2006−284276号公報JP 2006-284276 A 特開2008−170425号公報JP 2008-170425 A

しかしながら、上記特許文献1および上記特許文献2に記載の技術では、電気抵抗値の変化によって圧力を検知するものであるため、圧力についての分解能が低く、高精度な圧力検知が困難であるという課題があった。上記特許文献1の感圧シートの分解能を上げるには、感圧抵抗の個数を増やす必要があるため、感圧シートの構成が複雑になり、感圧シートの製造にかかるコストの増加に繋がっていた。   However, in the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, pressure is detected by a change in electric resistance value, so that the resolution of pressure is low and it is difficult to detect pressure with high accuracy. was there. In order to increase the resolution of the pressure-sensitive sheet of Patent Document 1, it is necessary to increase the number of pressure-sensitive resistors, which complicates the structure of the pressure-sensitive sheet, leading to an increase in the cost for manufacturing the pressure-sensitive sheet. It was.

また、上記特許文献3に記載の技術では、静電容量の変化によって圧力を検知するため、抵抗値の変化によるものよりも圧力検知の分解能を上げることが可能である。しかし、この技術は、1枚のシートにおいて、円筒状弾性体の内外周に導電体層や誘電体層を形成した感圧用線材の縦糸と横糸を必要とし、押圧による縦糸と横糸の距離の変化によって静電容量を変化させるものである。このため、押圧されたときの縦糸と横糸の距離変化が不十分であり、圧力検知の分解能が不足するという課題があった。また、導電層を誘電体層で被覆した糸を使用して感圧シートを製造する必要があるため、糸の構造が複雑であり、感圧シートの製造にかかるコストの増加に繋がっていた。
更に、上記特許文献3に記載の技術では、導電線の繰り返しの変形による誤差、破損が懸念される問題がある。
In the technique described in Patent Document 3, since the pressure is detected based on the change in capacitance, it is possible to increase the pressure detection resolution as compared with the case based on the change in resistance value. However, this technique requires warp and weft of pressure-sensitive wire material in which a conductor layer and a dielectric layer are formed on the inner and outer peripheries of a cylindrical elastic body in a single sheet. This changes the capacitance. For this reason, there is a problem that the distance between the warp and the weft is insufficient when pressed and the resolution of pressure detection is insufficient. In addition, since it is necessary to manufacture a pressure-sensitive sheet using a thread in which a conductive layer is covered with a dielectric layer, the structure of the thread is complicated, leading to an increase in cost for manufacturing the pressure-sensitive sheet.
Furthermore, the technique described in Patent Document 3 has a problem that an error or damage due to repeated deformation of the conductive wire is a concern.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、簡易に製造することができ、分解能の高い圧力検知が可能な感圧シートを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and it is an object of the present invention to provide a pressure-sensitive sheet that can be easily manufactured and can detect pressure with high resolution. is there.

本発明の感圧シートは、第1導電性織布と、非導電性シートと、第2導電性織布とをこの順に重ねた感圧シートであって、前記第1導電性織布は、第1方向に延びる複数の導電性素線と、前記第1方向と交差する第2方向に延びる非導電性繊維とを織り込むことにより、前記第1方向にのみ導電性を有し、前記第2導電性織布は、前記第1方向に延びる複数の非導電性繊維と、前記第2方向に延びる複数の導電性素線とを織り込むことにより、前記第2方向にのみ導電性を有し、前記第1導電性織布と前記非導電性シートと前記第2導電性織布の重ね合せにより、前記非導電性シートを介する前記第1方向に延びる前記導電性素線と前記第2方向に延びる前記導電性素線の交差部分を複数形成してなることを特徴とするものである。   The pressure-sensitive sheet of the present invention is a pressure-sensitive sheet in which a first conductive woven fabric, a non-conductive sheet, and a second conductive woven fabric are stacked in this order, and the first conductive woven fabric includes: By weaving a plurality of conductive strands extending in the first direction and non-conductive fibers extending in the second direction intersecting the first direction, the second conductive material has conductivity only in the first direction, and the second The conductive woven fabric has conductivity only in the second direction by weaving a plurality of non-conductive fibers extending in the first direction and a plurality of conductive strands extending in the second direction, By overlapping the first conductive woven fabric, the non-conductive sheet, and the second conductive woven fabric, the conductive strands extending in the first direction through the non-conductive sheet and the second direction A plurality of intersecting portions of the conductive wires extending are formed.

本発明によれば、非導電性シートを介して、導電性素線と非導電性繊維を単に織り込んだ2枚の織布を重ねるだけで感圧シートを構成できるので、簡易かつ安価に感圧シートを作製できるという効果がある。   According to the present invention, a pressure-sensitive sheet can be configured simply by overlapping two woven fabrics that are woven with conductive wires and non-conductive fibers via a non-conductive sheet. There is an effect that a sheet can be produced.

また、非導電性シートを介して2枚の導電性織布を重ねた3層構造としたことにより、押圧力の大きさに応じて、2枚の導電性織布間の距離を十分に変化させることができ、これにより2枚の導電性織布によって構成されるコンデンサの静電容量を十分に変化させることができるので、分解能の高い圧力検知が可能となるという効果がある。
本発明によれば、導電性素線の被覆を不要とすることができる効果がある。更に、本発明によれば、感圧センサとしての感度(分解能)について、非導電性シートの厚さ、硬さ、構造を任意に選択することで調整することができる効果がある。
In addition, by adopting a three-layer structure in which two conductive woven fabrics are stacked via a non-conductive sheet, the distance between the two conductive woven fabrics can be changed sufficiently according to the pressure. As a result, the capacitance of the capacitor constituted by the two conductive woven fabrics can be sufficiently changed, and there is an effect that pressure detection with high resolution becomes possible.
According to the present invention, there is an effect that it is possible to make it unnecessary to coat the conductive wire. Furthermore, according to the present invention, there is an effect that the sensitivity (resolution) as a pressure-sensitive sensor can be adjusted by arbitrarily selecting the thickness, hardness, and structure of the non-conductive sheet.

本発明の実施の形態の感圧センサの構成を説明する模式斜視図である。It is a model perspective view explaining the structure of the pressure sensor of embodiment of this invention. 図1の感圧センサ100においての感圧シート10の構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the pressure sensitive sheet 10 in the pressure sensitive sensor 100 of FIG.

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

図1は本発明の実施の形態の感圧センサの構成を説明する模式斜視図である。この実施の形態の感圧センサ100は、感圧シート10と、静電容量計測部60とを備えている。なお、感圧シート10は、第1導電性織布20と、非導電性織布(非導電性シート)30と、第2導電性織布40とをこの順に重ねた3層構造の織物であるが、図1ではこの3層構造を判りやすくするため、第1導電性織布20、非導電性織布30、第2導電性織布40を分解斜視図として描いてある。   FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. The pressure-sensitive sensor 100 according to this embodiment includes a pressure-sensitive sheet 10 and a capacitance measuring unit 60. The pressure-sensitive sheet 10 is a woven fabric having a three-layer structure in which a first conductive woven fabric 20, a non-conductive woven fabric (non-conductive sheet) 30, and a second conductive woven fabric 40 are stacked in this order. However, in FIG. 1, the first conductive woven fabric 20, the non-conductive woven fabric 30, and the second conductive woven fabric 40 are drawn as exploded perspective views for easy understanding of the three-layer structure.

また、図2は図1の感圧センサ100においての感圧シート10の構成を説明する模式図である。この図2において、(a)は第1導電性織布20の模式平面図、(b)は非導電性織布30の模式平面図、(c)は第2導電性織布40の模式平面図、(d)は感圧シート10の模式断面図である。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the pressure-sensitive sheet 10 in the pressure-sensitive sensor 100 of FIG. 2, (a) is a schematic plan view of the first conductive woven fabric 20, (b) is a schematic plan view of the non-conductive woven fabric 30, and (c) is a schematic plan view of the second conductive woven fabric 40. FIG. 4D is a schematic cross-sectional view of the pressure-sensitive sheet 10.

[感圧シート10]
感圧シート10は、上記のように第1導電性織布20と、非導電性織布30と、第2導電性織布40とを、図1、図2中のz方向に順に重ね合せて構成された3層構造の織物である。つまり、感圧シート10は、それぞれ導電性素線と非導電性繊維とが織り込まれてなる第1導電性織布20と第2導電性織布40の間に、非導電性繊維同士が織り込まれてなる非導電性織布30を挟み込んだものである。
[Pressure-sensitive sheet 10]
As described above, the pressure-sensitive sheet 10 includes the first conductive woven fabric 20, the non-conductive woven fabric 30, and the second conductive woven fabric 40, which are sequentially stacked in the z direction in FIGS. Is a three-layered woven fabric constructed. That is, in the pressure-sensitive sheet 10, non-conductive fibers are woven between the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40, each of which is formed by woven conductive wires and non-conductive fibers. The non-conductive woven fabric 30 thus formed is sandwiched.

[第1導電性織布20]
図2(a)のように、第1導電性織布20は、第1方向(図中ではx方向)に延びる糸として偏平状の導電性素線21を用い、この第1方向と直交する第2方向(図中ではy方向)に延びる糸として偏平状の非導電性繊維22を用いて、第1方向に延びる複数本の導電性素線21と、第2方向に延びる複数本の非導電性繊維22とが平織により織り込まれた織物である。従って、この第1導電性織布20は、各導電性素線21に沿って第1方向のみの一方向に導電性を有する織物である。
[First conductive woven fabric 20]
As shown in FIG. 2A, the first conductive woven fabric 20 uses a flat conductive wire 21 as a thread extending in the first direction (x direction in the drawing), and is orthogonal to the first direction. Using flat non-conductive fibers 22 as yarns extending in the second direction (y direction in the figure), a plurality of conductive strands 21 extending in the first direction and a plurality of non-conductive fibers extending in the second direction are used. This is a woven fabric in which the conductive fibers 22 are woven by plain weaving. Accordingly, the first conductive woven fabric 20 is a woven fabric having conductivity in only one direction along the conductive wires 21 in only the first direction.

[非導電性織布30]
図2(b)のように、非導電性織布(非導電性シート)30は、第1方向(図中ではx方向)に延びる糸として偏平状の非導電性繊維31を用い、これと直交する第2方向(図中ではy方向)に延びる糸として偏平状の非導電性繊維32を用いて、複数本の非導電性繊維31と複数本の非導電性繊維32とが平織により織り込まれた織物である。従って、非導電性織布30は、第1方向にもこれと直交する第2方向にも導通しない絶縁性の織物である。なお、本発明では、非導電性織布30に代えて、非導電性の弾性部材からなるあらゆるシートを用いることができる。この場合の非導電性シートとは、第1導電性織布20の導電性素線21と後述する第2導電性織布40の導電性素線42との間に介在され、これらに作用する押圧力に応じて導電性素線21と導電性素線42の交差部分の距離を十分に変化させて、容量変化を生じさせるための変化量を確保できる厚みと弾性力を有するものであることが好ましい。
[Non-conductive woven fabric 30]
As shown in FIG. 2B, the non-conductive woven fabric (non-conductive sheet) 30 uses flat non-conductive fibers 31 as a thread extending in the first direction (x direction in the drawing). A flat non-conductive fiber 32 is used as a thread extending in an orthogonal second direction (y direction in the figure), and a plurality of non-conductive fibers 31 and a plurality of non-conductive fibers 32 are woven by plain weaving. Woven fabric. Therefore, the non-conductive woven fabric 30 is an insulating fabric that does not conduct in the first direction or the second direction orthogonal thereto. In the present invention, any sheet made of a non-conductive elastic member can be used in place of the non-conductive woven fabric 30. The non-conductive sheet in this case is interposed between the conductive strand 21 of the first conductive woven fabric 20 and the conductive strand 42 of the second conductive woven fabric 40 described later, and acts on these. It has a thickness and an elastic force that can sufficiently change the distance between the crossing portions of the conductive wire 21 and the conductive wire 42 according to the pressing force to secure a change amount for causing a capacitance change. Is preferred.

[第2導電性織布40]
図2(c)のように、第2導電性織布40は、第1方向(図中ではx方向)に延びる糸として偏平状の非導電性繊維41を用い、これと直交する第2方向(図中ではy方向)に延びる糸として偏平状の導電性素線42を用いて、第1方向に延びる複数本の非導電性繊維41と、第2方向に延びる複数本の導電性素線42とが平織により織り込まれた織物である。従って、第2導電性織布40は、各導電性素線42に沿って第2方向のみの一方向に導電性を有する織物である。
[Second conductive woven fabric 40]
As shown in FIG. 2C, the second conductive woven fabric 40 uses flat non-conductive fibers 41 as yarns extending in the first direction (x direction in the drawing), and the second direction perpendicular thereto. Using flat conductive strands 42 as yarns extending in the y direction (in the drawing), a plurality of non-conductive fibers 41 extending in the first direction and a plurality of conductive strands extending in the second direction. 42 is a fabric woven by plain weaving. Accordingly, the second conductive woven fabric 40 is a woven fabric having conductivity in one direction only along the second direction along each conductive wire 42.

なお、本実施の形態の感圧シート10では、第1方向と第2方向とが直交しているが、本発明の感圧シートにおいては、第1方向と第2方向とが直交していなくとも、交差している構成とすることができる。また、第1導電性織布20、非導電性織布30、第2導電性織布40として、平織の他に、朱子織等により織り込まれた織物を用いることも可能である。また、本実施の形態では、3枚の織布によって感圧シート10を構成しているが、織り組織や構造によって1枚の織布を3層構造に織り上げることにより、本発明の感圧シートを構成することも可能である。   In the pressure sensitive sheet 10 of the present embodiment, the first direction and the second direction are orthogonal to each other. However, in the pressure sensitive sheet of the present invention, the first direction and the second direction are not orthogonal to each other. Both can be configured to intersect. Further, as the first conductive woven fabric 20, the non-conductive woven fabric 30, and the second conductive woven fabric 40, it is also possible to use a woven fabric woven by satin weave or the like in addition to the plain weave. In the present embodiment, the pressure-sensitive sheet 10 is composed of three woven fabrics. However, the pressure-sensitive sheet of the present invention can be obtained by weaving one woven fabric into a three-layer structure with a woven structure or structure. It is also possible to configure.

[導電性素線21,42]
第1導電性織布20の導電性素線21および第2導電性織布40の導電性素線42としては、導電性繊維や導電線が使用される。上記導電性繊維としては、例えば、一般的なCu、Fe、Alや、これらの合金からなる金属繊維が使用される。さらに、上記導電性繊維として、ポリエステル等の合成繊維に金属粒子等の導電性粒子を分散または含侵させるなどの処理を施した有機繊維が使用される。また、上記導電線としては、ステンレスやCu、Al等の金属線の他に、カーボン線が使用される。
[Conductive strands 21, 42]
As the conductive strand 21 of the first conductive woven fabric 20 and the conductive strand 42 of the second conductive woven fabric 40, conductive fibers or conductive wires are used. As said conductive fiber, the metal fiber which consists of general Cu, Fe, Al, and these alloys is used, for example. Furthermore, as the conductive fiber, an organic fiber is used in which a synthetic fiber such as polyester is subjected to a treatment such as dispersing or impregnating conductive particles such as metal particles. In addition to the metal wires such as stainless steel, Cu, and Al, carbon wires are used as the conductive wires.

[非導電性繊維22,31,32,41]
第1導電性織布20の非導電性繊維22、非導電性織布30の非導電性繊維31および32、第2導電性織布40の非導電性繊維41としては、例えば、綿、ポリエステル等の一般的な繊維や、フッ素樹脂繊維、ポリウレタン繊維、セラミックス繊維などが使用される。
[Non-conductive fibers 22, 31, 32, 41]
Examples of the nonconductive fibers 22 of the first conductive woven fabric 20, the nonconductive fibers 31 and 32 of the nonconductive woven fabric 30, and the nonconductive fibers 41 of the second conductive woven fabric 40 include cotton and polyester. Common fibers such as fluorinated resin fibers, polyurethane fibers, and ceramic fibers are used.

このように、導電性素線と非導電性繊維、あるいは非導電性繊維同士が単に織り込まれただけの3枚の織布を重ねることによって感圧シート10を作製できる。従って、感圧シート10は、簡易かつ安価に作製できる感圧シートである。   In this way, the pressure-sensitive sheet 10 can be produced by stacking three woven fabrics in which conductive strands and non-conductive fibers or non-conductive fibers are simply woven together. Therefore, the pressure-sensitive sheet 10 is a pressure-sensitive sheet that can be produced easily and inexpensively.

上記のように第1導電性織布20と第2導電性織布40の間に非導電性織布30が挟み込まれた3層織布構造の感圧シート10は、導電性素線21と導電性素線42の交差部分が全てコンデンサを構成している。つまり、第1導電性織布20に織り込まれた複数本の導電性素線21と、第2導電性織布40に織り込まれた複数本の導電性素線42の間に電圧を印加すると、第1導電性織布20の導電性素線21がコンデンサの一方の電極の役目を果たし、第2導電性織布40の導電性素線42がコンデンサの他方の電極の役目を果たす。そして、第1導電性織布20と第2導電性織布40の間に挟み込まれた非導電性織布30が、絶縁層として、主にコンデンサの電極間に設けられた誘電体層の役目を果たす。   As described above, the pressure-sensitive sheet 10 having the three-layer woven fabric structure in which the non-conductive woven fabric 30 is sandwiched between the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 includes the conductive strand 21 and the pressure-sensitive sheet 10. All the intersecting portions of the conductive wires 42 constitute a capacitor. That is, when a voltage is applied between the plurality of conductive strands 21 woven into the first conductive woven fabric 20 and the plurality of conductive strands 42 woven into the second conductive woven fabric 40, The conductive strand 21 of the first conductive fabric 20 serves as one electrode of the capacitor, and the conductive strand 42 of the second conductive fabric 40 serves as the other electrode of the capacitor. The non-conductive woven fabric 30 sandwiched between the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 serves as a dielectric layer mainly provided between the electrodes of the capacitor as an insulating layer. Fulfill.

コンデンサの静電容量は、電極面積に比例し、電極間距離に反比例する。このため、導電性素線21および/または導電性素線42として、例えば金属繊維や金属線を使用する場合には、その表面が平坦な繊維や丸形線よりも、その表面に凹凸を有する異形繊維や異形線を用いることにより、静電容量を大きくすることができる。   The capacitance of the capacitor is proportional to the electrode area and inversely proportional to the distance between the electrodes. For this reason, when using, for example, a metal fiber or a metal wire as the conductive strand 21 and / or the conductive strand 42, the surface thereof is more uneven than a flat fiber or round wire. By using a deformed fiber or a deformed wire, the capacitance can be increased.

第1導電性織布20と第2導電性織布40は、非導電性織布30を介して、その導通方向が直交するように配設されている。つまり、第1導電性織布20は、第1方向には導通するが、これと直交する第2方向には導通しない。逆に、第2導電性織布40は、第1方向には導通しないが、これと直交する第2方向には導通する。従って、第1導電性織布20に織り込まれた複数本の導電性素線21に接続するために必要な引き出し配線71および第1コネクタ70は、第1導電性織布20の第1方向(図中のx方向)の一方の端部に設けられることとなる。また、第2導電性織布40に織り込まれた複数本の導電性素線42に接続する引き出し配線81および第2コネクタ80は、第2導電性織布40の第2方向(図中のy方向)の一方の端部に設けられることとなる。   The first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 are arranged through the non-conductive woven fabric 30 so that their conduction directions are orthogonal to each other. That is, the first conductive woven fabric 20 conducts in the first direction, but does not conduct in the second direction orthogonal thereto. Conversely, the second conductive woven fabric 40 does not conduct in the first direction, but does conduct in the second direction orthogonal thereto. Therefore, the lead-out wiring 71 and the first connector 70 necessary for connecting to the plurality of conductive strands 21 woven in the first conductive woven fabric 20 are connected in the first direction ( It is provided at one end in the x direction in the figure. In addition, the lead-out wiring 81 and the second connector 80 connected to the plurality of conductive strands 42 woven into the second conductive woven fabric 40 are arranged in the second direction of the second conductive woven fabric 40 (y in the figure). Direction).

この3層構造の織布からなる感圧シート10において、第1導電性織布20と第2導電性織布40のいずれかまたは両方を、織布面に垂直な方向(図1、図2中のz方向)から押して加圧すると、その加圧部分に対圧する導電性素線21と導電性素線42の交差部分において、導電性素線21と導電性素線42の距離が狭くなるので、各交差部分の導電性素線21と導電性素線42間の静電容量が増加する。つまり、上記加圧部分において、コンデンサの電極間距離が狭くなるので、コンデンサの静電容量が増加する。そして、各交差部分の静電容量の変化を計測することにより、加圧部分においての圧力変化を検知することができる。なお、織布面に垂直な方向に張力を印加すると、コンデンサの電極間距離が広くなるので、コンデンサの静電容量は減少する。   In the pressure-sensitive sheet 10 made of this three-layer woven fabric, either or both of the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 are oriented in a direction perpendicular to the woven fabric surface (FIGS. 1 and 2). When the pressure is applied by pressing from the z direction in the middle, the distance between the conductive wire 21 and the conductive wire 42 becomes narrow at the intersection of the conductive wire 21 and the conductive wire 42 that opposes the pressed portion. Therefore, the electrostatic capacitance between the conductive wire 21 and the conductive wire 42 at each intersection increases. That is, since the distance between the electrodes of the capacitor becomes narrow in the pressure portion, the capacitance of the capacitor increases. And the change in pressure in the pressurizing part can be detected by measuring the change in capacitance at each intersection. Note that, when a tension is applied in a direction perpendicular to the woven fabric surface, the distance between the electrodes of the capacitor is increased, so that the capacitance of the capacitor is reduced.

感圧シート10は、2枚の導電性織布の間に非導電性織布が挟み込まれた3層構造であるため、押圧力の大きさに応じて、この3層構造の織布が大きく弾性変形し、上記コンデンサの電極間距離を大きく変化させることができる。これにより、上記コンデンサの静電容量を大きく変化させることができる。従って、圧力検知の分解能を高くすることができ、高感度な圧力検知が可能である。   Since the pressure-sensitive sheet 10 has a three-layer structure in which a non-conductive woven fabric is sandwiched between two conductive woven fabrics, the three-layered woven fabric is large depending on the magnitude of the pressing force. It can be elastically deformed to greatly change the distance between the electrodes of the capacitor. Thereby, the electrostatic capacitance of the capacitor can be greatly changed. Therefore, the resolution of pressure detection can be increased and highly sensitive pressure detection is possible.

[静電容量計測部60]
静電容量計測部60は、第1コネクタ70と、第2コネクタ80と、LCRメータ(容量計測器)90とを備えて構成されている。この静電容量計測部60は、導電性素線21と導電性素線42を電極として構成されたコンデンサの静電容量を計測するものである。この静電容量計測部60によって計測された静電容量の変化により、感圧シート10に加えられた圧力を検知することができる。
[Capacitance measuring unit 60]
The capacitance measuring unit 60 includes a first connector 70, a second connector 80, and an LCR meter (capacitance measuring device) 90. The capacitance measuring unit 60 measures the capacitance of a capacitor configured with the conductive wire 21 and the conductive wire 42 as electrodes. The pressure applied to the pressure-sensitive sheet 10 can be detected by the change in capacitance measured by the capacitance measuring unit 60.

[第1コネクタ70]
第1コネクタ70は、第1導電性織布20の導通方向である第1方向(図中のx方向)の一方の端部20a側に設けられている。この第1コネクタ70は、第1導電性織布20に織り込まれた複数本の導電性素線21を、引き出し配線71および配線72によってLCRメータ90に接続するために設けられている。第1導電性織布20の端部20aにおいて、複数本の導電性素線21からそれぞれ引き出された複数本の引き出し配線71は、束ねられて、第1コネクタ70の一方の端子に接続されている。第1コネクタ70の他方の端子は、配線72によってLCRメータ90の第1端子91に接続されている。
[First connector 70]
The first connector 70 is provided on one end portion 20a side in the first direction (x direction in the drawing) which is the conduction direction of the first conductive woven fabric 20. The first connector 70 is provided to connect the plurality of conductive strands 21 woven into the first conductive woven fabric 20 to the LCR meter 90 by the lead wiring 71 and the wiring 72. At the end portion 20 a of the first conductive woven fabric 20, a plurality of lead wires 71 respectively drawn from the plurality of conductive strands 21 are bundled and connected to one terminal of the first connector 70. Yes. The other terminal of the first connector 70 is connected to the first terminal 91 of the LCR meter 90 by a wiring 72.

[第2コネクタ80]
第2コネクタ80は、第2導電性織布40の導通方向である第2方向(図中のy方向)の一方の端部40a側に設けられている。この第2コネクタ80は、第2導電性織布40に織り込まれた複数本の導電性素線42を、引き出し配線81および配線82によってLCRメータ90に接続するために設けられている。第2導電性織布40の端部40aにおいて、複数本の導電性素線42からそれぞれ引き出された複数本の引き出し配線81は、束ねられて、第2コネクタ80の一方の端子に接続されている。第2コネクタ80の他方の端子は、配線82によってLCRメータ90の第2端子92に接続されている。
[Second connector 80]
The second connector 80 is provided on one end portion 40a side in the second direction (y direction in the drawing) which is the conduction direction of the second conductive woven fabric 40. The second connector 80 is provided to connect the plurality of conductive strands 42 woven into the second conductive woven fabric 40 to the LCR meter 90 by the lead wiring 81 and the wiring 82. At the end portion 40 a of the second conductive woven fabric 40, the plurality of lead wires 81 drawn from the plurality of conductive wires 42 are bundled and connected to one terminal of the second connector 80. Yes. The other terminal of the second connector 80 is connected to the second terminal 92 of the LCR meter 90 by a wiring 82.

[LCRメータ(容量計測器)90]
LCRメータ(容量計測器)90は、第1導電性織布20と第2導電性織布40間に交流電圧を印加し、この交流電圧印加のときにこれらの導電性織布間に流れる交流電流を検出し、印加交流電圧の周波数および電圧値、ならびに検出交流電流の位相および電流値をもとに、上記導電性織布間の静電容量を計測する装置である。
[LCR meter (capacity measuring instrument) 90]
The LCR meter (capacitance measuring device) 90 applies an AC voltage between the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40, and an alternating current flows between these conductive woven fabrics when the AC voltage is applied. This is a device that detects current and measures the capacitance between the conductive fabrics based on the frequency and voltage value of the applied AC voltage and the phase and current value of the detected AC current.

感圧シート10に圧力が加えられると、第1導電性織布20と第2導電性織布40によるコンデンサの圧力が加えられた部分の導電性素線21と導電性素線42の電極間距離が狭くなるので、LCRメータ90によって計測される静電容量が増加する。従って、LCRメータ90によって計測された静電容量の変化により、感圧シート10に加えられた圧力を検知することができる。   When pressure is applied to the pressure-sensitive sheet 10, between the electrodes of the conductive wire 21 and the conductive wire 42 in the portion where the capacitor pressure is applied by the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40. Since the distance is narrowed, the capacitance measured by the LCR meter 90 increases. Therefore, the pressure applied to the pressure sensitive sheet 10 can be detected by the change in the capacitance measured by the LCR meter 90.

以上のように本発明の実施の形態によれば、導電性素線と非導電性繊維を単に織り込んだ第1導電性織布20および第2導電性織布40、ならびに非導電性繊維同士を単に織り込んだ非導電性織布30の3枚の織布を重ねるだけで感圧シート10を構成できるので、簡易かつ安価に感圧シートを作製できる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 that are simply woven with conductive wires and nonconductive fibers, and nonconductive fibers are bonded together. Since the pressure-sensitive sheet 10 can be constructed simply by superimposing three woven fabrics of the non-conductive woven fabric 30 woven together, a pressure-sensitive sheet can be produced easily and inexpensively.

また、非導電性織布30を介して第1導電性織布20と第2導電性織布40を重ねた3層構造としたことにより、押圧力の大きさに応じて、2枚の導電性織布間の距離を十分に変化させることができ、これにより2枚の導電性織布によって構成されるコンデンサの静電容量を十分に変化させることができるので、分解能の高い圧力検知が可能となる。   In addition, since the three-layer structure in which the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 are overlapped with each other through the non-conductive woven fabric 30, two conductive sheets are formed according to the magnitude of the pressing force. The distance between the conductive woven fabrics can be changed sufficiently, and the capacitance of the capacitor composed of two conductive woven fabrics can be changed sufficiently, enabling pressure detection with high resolution. It becomes.

なお、感圧シート10を複数個配列し、それぞれの感圧シート10の静電容量の変化を計測することにより、圧力の検知のみならず、加圧された領域あるいは位置も併せて検知できる感圧位置センサを実現できる。   In addition, by arranging a plurality of pressure sensitive sheets 10 and measuring the change in capacitance of each pressure sensitive sheet 10, it is possible to detect not only the pressure but also the pressurized region or position. A pressure position sensor can be realized.

また、感圧シート10において、交流電圧を印加する領域を複数の領域に区分けすることによっても、加圧された領域あるいは位置も併せて検知できる感圧位置センサを実現できる。この場合に、第1導電性織布20および第2導電性織布40の区分け配列された電圧印加領域の境界においては、第1導電性織布20の導電性素線21および第2導電性織布40の導電性素線42をそれぞれ非導電性繊維とすること等により、異なる電圧印加領域の導電性素線21同士、および異なる電圧印加領域の導電性素線42同士が接触せずに分離されるようにすることが必要である。   Further, in the pressure-sensitive sheet 10, a pressure-sensitive position sensor that can also detect a pressurized region or position can be realized by dividing a region to which an AC voltage is applied into a plurality of regions. In this case, at the boundary of the voltage application region where the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 are arranged in a divided manner, the conductive strands 21 and the second conductive properties of the first conductive woven fabric 20 are provided. By making the conductive strands 42 of the woven fabric 40 non-conductive fibers, etc., the conductive strands 21 in different voltage application regions and the conductive strands 42 in different voltage application regions do not contact each other. It is necessary to be separated.

導電性素線21として表面が平坦な直径50μmのステンレスワイヤを使用し、非導電性繊維22としてポリエステル繊維(帝人ファイバー(株)製:スーパーエクスター「登録商標」)を使用して、第1導電性織布20を作製した。
また、非導電性繊維31および32に、それぞれ上記と同じポリエステル繊維を使用して、非導電性織布30を作製した。また、非導電性繊維41として上記と同じポリエステル繊維を使用し、導電性素線42として表面が平坦な直径50μmのステンレスワイヤを使用して、第2導電性織布40を作製した。
なお、非導電性繊維22、31、32、41としてフッ素樹脂製繊維を用いることもできるが、本実施例では上述のポリエステル繊維を使用した。
これらの第1導電性織布20mのサイズと第2導電性織布40のサイズはいずれも50mm(縦)×50mm(横)とした。
The conductive wire 21 is made of a stainless steel wire having a flat surface with a diameter of 50 μm, and the non-conductive fiber 22 is made of polyester fiber (manufactured by Teijin Fibers Ltd .: Superextor “registered trademark”). A woven fabric 20 was produced.
In addition, a non-conductive woven fabric 30 was produced by using the same polyester fiber as the above for the non-conductive fibers 31 and 32, respectively. Moreover, the 2nd electroconductive woven fabric 40 was produced using the same polyester fiber as the above as the nonelectroconductive fiber 41, and using the 50 micrometer diameter stainless steel wire as the electroconductive strand 42. As shown in FIG.
In addition, although the fiber made from a fluororesin can also be used as the nonelectroconductive fiber 22, 31, 32, 41, the above-mentioned polyester fiber was used in the present Example.
The size of the first conductive woven fabric 20m and the size of the second conductive woven fabric 40 were both 50 mm (vertical) × 50 mm (horizontal).

そして、これらの第1導電性織布20、非導電性織布30、第2導電性織布40を重ね合せて、感圧シート10を作製した。さらに、第1コネクタ70によって第1導電性織布20をLCRメータ90に接続し、第2コネクタ80によって第2導電性織布40をLCRメータ90に接続して、感圧センサ100を構成した。LCRメータ90は、エヌエフ回路設計ブロックZM2353を用いた。   Then, the first conductive woven fabric 20, the non-conductive woven fabric 30, and the second conductive woven fabric 40 were overlapped to produce the pressure-sensitive sheet 10. Further, the first conductive woven fabric 20 is connected to the LCR meter 90 by the first connector 70, and the second conductive woven fabric 40 is connected to the LCR meter 90 by the second connector 80 to configure the pressure sensitive sensor 100. . As the LCR meter 90, an NF circuit design block ZM2353 was used.

このように構成した実施例1の感圧センサ100において、LCRメータ90によって、第1導電性織布20と第2導電性織布40間に1V−450Hzの交流電圧を印加して、感圧シート10によるコンデンサの静電容量を計測した。感圧シート10に圧力を加えないときの静電容量は48pFであったが、第1導電性織布20を上から指で押すと、静電容量は66pFに上昇した。   In the pressure-sensitive sensor 100 according to the first embodiment configured as described above, an AC voltage of 1 V to 450 Hz is applied between the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 by the LCR meter 90, and the pressure sensitive The capacitance of the capacitor by the sheet 10 was measured. The electrostatic capacity when no pressure was applied to the pressure-sensitive sheet 10 was 48 pF, but when the first conductive woven fabric 20 was pushed with a finger from above, the electrostatic capacity increased to 66 pF.

導電性素線21として表面に高さ1μm、ピッチ1μmで形成した複数の凸部からなる凹凸を有する直径50μmのステンレスワイヤを使用し、非導電性繊維22としてポリエステル繊維(帝人ファイバー(株)製:スーパーエクスター「登録商標」)を使用して、第1導電性織布20を作製した。また、非導電性繊維31および32に、それぞれポリエステル繊維(帝人ファイバー(株)製:スーパーエクスター「登録商標」)を使用して、非導電性織布30を作製した。また、非導電性繊維41としてポリエステル繊維(帝人ファイバー(株)製:スーパーエクスター「登録商標」)を使用し、導電性素線42として表面に高さ1μm、ピッチ1μmで形成した複数の凸部からなる凹凸を有する直径50μmのステンレスワイヤを使用して、第2導電性織布40を作製した。   A 50 μm diameter stainless steel wire having a plurality of convex portions formed on the surface with a height of 1 μm and a pitch of 1 μm is used as the conductive strand 21, and a polyester fiber (manufactured by Teijin Fibers Ltd.) as the nonconductive fiber 22. The first conductive woven fabric 20 was manufactured using Superexter “registered trademark”). In addition, a non-conductive woven fabric 30 was produced using polyester fibers (manufactured by Teijin Fibers Ltd .: Superexter “registered trademark”) for the non-conductive fibers 31 and 32, respectively. Further, a plurality of convex portions formed of polyester fibers (manufactured by Teijin Fibers Ltd .: Superextor “registered trademark”) as the non-conductive fibers 41 and having a height of 1 μm and a pitch of 1 μm as the conductive strands 42. A second conductive woven fabric 40 was produced using a stainless steel wire having a diameter of 50 μm and having irregularities made of

そして、これらの第1導電性織布20、非導電性織布30、第2導電性織布40を重ね合せて、感圧シート10を作製した。つまり、この実施例2では、上記実施例1の感圧シートにおいて、第1導電性織布20の導電性素線21および第2導電性織布40の導電性素線42を、表面が平坦なステンレスワイヤから、表面に凹凸を有する同径のステンレスワイヤに変更した感圧シートを作製した。   Then, the first conductive woven fabric 20, the non-conductive woven fabric 30, and the second conductive woven fabric 40 were overlapped to produce the pressure-sensitive sheet 10. That is, in Example 2, in the pressure-sensitive sheet of Example 1 described above, the conductive strand 21 of the first conductive woven fabric 20 and the conductive strand 42 of the second conductive woven fabric 40 have a flat surface. A pressure-sensitive sheet was prepared by changing from a stainless steel wire to a stainless steel wire having the same diameter and having an uneven surface.

さらに、上記実施例1と同様に、第1コネクタ70によって第1導電性織布20をLCRメータ90に接続し、第2コネクタ80によって第2導電性織布40をLCRメータ90に接続して、感圧センサ100を構成した。   Further, as in the first embodiment, the first conductive fabric 20 is connected to the LCR meter 90 by the first connector 70, and the second conductive fabric 40 is connected to the LCR meter 90 by the second connector 80. The pressure sensor 100 was configured.

このように構成した実施例2の感圧センサ100において、LCRメータ90によって、第1導電性織布20と第2導電性織布40間に1V−450Hzの交流電圧を印加して、感圧シート10によるコンデンサの静電容量を計測した。感圧シート10に圧力を加えないときの静電容量は55pFであったが、第1導電性織布20を上から指で押すと、静電容量は72pFに上昇した。   In the pressure-sensitive sensor 100 of Example 2 configured as described above, an AC voltage of 1 V to 450 Hz is applied between the first conductive woven fabric 20 and the second conductive woven fabric 40 by the LCR meter 90, and the pressure sensitive sensor The capacitance of the capacitor by the sheet 10 was measured. The capacitance when pressure was not applied to the pressure-sensitive sheet 10 was 55 pF, but when the first conductive woven fabric 20 was pushed with a finger from above, the capacitance increased to 72 pF.

10…感圧シート、20…第1導電性織布、21…導電性素線、22…非導電性繊維、30…非導電性織布(非導電性シート)、40…第2導電性織布、41…非導電性繊維、42…導電性素線、60…静電容量計測部、100…感圧センサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pressure sensitive sheet, 20 ... 1st electroconductive woven fabric, 21 ... Electroconductive strand, 22 ... Nonelectroconductive fiber, 30 ... Nonelectroconductive woven fabric (nonelectroconductive sheet), 40 ... 2nd electroconductive weave Cloth, 41 ... Non-conductive fiber, 42 ... Conductive strand, 60 ... Capacitance measuring unit, 100 ... Pressure sensor.

Claims (5)

第1導電性織布と、非導電性シートと、第2導電性織布とをこの順に重ねた感圧シートであって、
前記第1導電性織布は、第1方向に延びる複数の導電性素線と、前記第1方向と交差する第2方向に延びる非導電性繊維とを織り込むことにより、前記第1方向にのみ導電性を有し、
前記第2導電性織布は、前記第1方向に延びる複数の非導電性繊維と、前記第2方向に延びる複数の導電性素線とを織り込むことにより、前記第2方向にのみ導電性を有し、
前記第1導電性織布と前記非導電性シートと前記第2導電性織布の重ね合せにより、前記非導電性シートを介する前記第1方向に延びる前記導電性素線と前記第2方向に延びる前記導電性素線の交差部分を複数形成してなることを特徴とする感圧シート。
A pressure-sensitive sheet in which a first conductive woven fabric, a non-conductive sheet, and a second conductive woven fabric are stacked in this order,
The first conductive woven fabric is woven only in the first direction by weaving a plurality of conductive strands extending in the first direction and non-conductive fibers extending in the second direction intersecting the first direction. Have conductivity,
The second conductive woven fabric is conductive only in the second direction by weaving a plurality of nonconductive fibers extending in the first direction and a plurality of conductive strands extending in the second direction. Have
By overlapping the first conductive woven fabric, the non-conductive sheet, and the second conductive woven fabric, the conductive strands extending in the first direction through the non-conductive sheet and the second direction A pressure-sensitive sheet comprising a plurality of intersecting portions of the conductive wires extending.
前記非導電性シートを非導電性織布としたことを特徴とする請求項1に記載の感圧シート。   The pressure-sensitive sheet according to claim 1, wherein the non-conductive sheet is a non-conductive woven fabric. 前記第1方向に延びる前記導電性素線と前記第2方向に延びる前記導電性素線とを、前記非導電性シートを介在させて平面視直交状態に配置したことを特徴とする請求項1または2に記載の感圧シート。   2. The conductive strands extending in the first direction and the conductive strands extending in the second direction are arranged in a state orthogonal to the plan view with the non-conductive sheet interposed therebetween. Or the pressure sensitive sheet of 2. 前記第1導電性織布および/または前記第2導電性織布の導電性素線として、表面に凹凸を有する素線を用いたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の感圧シート。   The strand which has an unevenness | corrugation in the surface was used as a conductive strand of a said 1st conductive woven fabric and / or a said 2nd conductive woven fabric, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Pressure sensitive sheet. 請求項1〜4のいずれかに記載の感圧シートと、
前記第1導電性織布と前記第2導電性織布を電極として構成されたコンデンサの静電容量を計測する静電容量計測部と
を備えたことを特徴とする感圧センサ。
The pressure-sensitive sheet according to any one of claims 1 to 4,
A pressure-sensitive sensor, comprising: a capacitance measuring unit that measures a capacitance of a capacitor configured using the first conductive woven fabric and the second conductive woven fabric as electrodes.
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