JP2013178185A - 布状圧力センサーヒーター - Google Patents
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Abstract
面状の圧力センサーと布状ヒーターとを組み合わせた布状圧力センサーヒーターに過度の圧力が印加され、センサーの電極材同士が短絡した場合、短絡部に過電流が流れ発熱してしまうと、布状圧力センサーヒーターを意図した温度分布にすることが困難となる。
【解決手段】
本発明の布状圧力センサーヒーターは、上層2に設けられた上層導通部4と、下層3に設けられた下層導通部6とを電気的に接続する抵抗可変発熱層8の連結糸8aを有し、上層導通部4と下層導通部6との間に絶縁性を有する短絡防止層11を有することを最も主要な特徴とする。
【選択図】図2
Description
センサー作動領域18で圧力を検出することが可能であると同時に、発熱体28が設けられた部位を選択的に加温することが可能なヒーター機能も有する。
そこで、本発明では、圧力センサーの短絡を抑制し、選択した部位のみを加温することが可能な布状圧力センサーヒーターを提供することを目的とする。
図1〜3は本発明にかかる布状圧力センサーヒーターの第1実施形態を示し、図1は座面に布状圧力センサーヒーター1を設けたシートの全体図、図2は布状圧力センサーヒー
ター1の構造を示した部分概略図、図3は図2のA−A断面図を示し、(a)は圧力印加
前のA−A断面図、(b)は圧力印加中のA―A断面図、(c)は短絡防止層を有さない布状圧力センサーヒーターに過大な圧力が印加された場合の断面図、(d)は過大な圧力が印加された場合のA−A断面図を示す。
には非導電性樹脂であるポリエステル繊維(中央繊維資材製、グンゼポリーナ)からなる繊維で形成された幅2mm、長さ200mmの上層非導通部5が設けられる。下層3は銀コーティング繊維(紹興運佳紡織品社製)が全面に編みこまれた下層導通部6aからなる。
図3(a)に示すとおり、抵抗可変発熱層8は、上層導通部4と下層導通部6とを電気
的に接続して短絡防止層11を貫通して往復させる連結糸8aで形成される。連結糸8aは、湿式紡糸法により得られた直径約10μmの導電性高分子繊維であり、溶媒相にアセト
ン(和光化学製:019-00353)を用い、一度濾過した導電性高分子PEDOT/PSSの水分散液(スタルク製CleviosR P)とポリビニルアルコール(PVA、関東化学製)の7wt%水溶液とを混合した紡糸原液を2μL/min.の速度でマイクロシリンジ(伊藤製作所製、MS−GLL100、針部内径260μm)から押し出して生成させる。この導電性高分子繊
維の導電率をJIS K 7194(導電性プラスチックの4探針法による電気抵抗率試験方法)に準拠して測定した結果、電気抵抗率(Ω・cm)は、約10-1Ω・cmとなった。
上層2の上層導通部4aには上層電線9aが、上層導通部4bには上層電線9bが、上
層導通部4cには上層電線9cがそれぞれ電気的に接続される。下層3の下層導通部6に
は下層電線10aが電気的に接続され、上層電線9及び下層電線10は、不図示の電気抵抗値測定装置(請求項記載の測定手段に相当)及び不図示のコントローラー(請求項記載の発熱制御手段に相当)と接続される。
に加えられる圧力Fの関数として、下記(1)式ように表される。係数αは、おおよそ布の圧縮方向のバネ定数の逆数にあたる値になる。
L=αF・・・・・(1)
L:連結糸8aの長さ[mm]、F:布状圧力センサー1に印加される圧力[Pa]、α:係数[mm/Pa]
ここで、上層導通部4aと下層導通部6aとの間の電気抵抗値Rと電気抵抗率ρと連結糸8aの長さLと連結糸8aの断面積Sとの関係は下記(2)式のように表される。
R:抵抗値[kΩ]、ρ:抵抗率[Ω・mm]、L:長さ[mm]、S:断面積[mm2]
上層導通部4に加えられた圧力を測定する場合を説明する。上層導通部4に圧力が加わっていない場合、上層導通部4と下層導通部6との間の連結糸8aは所定の距離Lを自立
的に保つ。図3(b)に示すとおり、上層導通部4に圧力Fが印加されると、上層導通部
4は下層導通部6に向かって湾曲し、接触点Bにて連結糸8aと上層導通部4及び下層導
通部6とが接触するように上層導通部4と連結された連結糸8aは湾曲し、上層導通部4と下層導通部6との通電経路(図3(b)に破線で図示)の長さはL‘となり、圧力印加
前のLと比べて短くなる。さらに上層導通部4aに圧力が印加されると、上層導通部4はさらに湾曲し、上層導通部4と下層導通部6との通電経路の長さはL’’となり、L’と比べてさらに短くなる。このため、連結糸8aの長さLと比例関係にある、上層導通部4と下層導通部6との間の電気抵抗値Rは上層導通部4に圧力が加えられるほど低くなる。
また、上層導通部4aに接続された連結糸8aを発熱させる場合を説明する。コントローラーにより上層電線9aと下層電線10aとの間に所定の電圧を印加すると、連結糸8aは電気抵抗率が高いため発熱し、ヒーターとして機能する。
ため、過大な圧力を印加された状態でも短絡することなくヒーター機能を維持することが可能である。また、過大な圧力が下層導通部6に印加された場合も同様の効果が得られる。
上層導通部4aと下層導通部6aとを連結する連結糸8aからなる抵抗可変発熱層8に
伝わる圧力を測定する場合を説明する。上層導通部4aまたは下層導通部6aに圧力が加わっていない場合、上層導通部4aと下層導通部6aとの間の連結糸8aは所定の距離L
を自立的に保つ。上層導通部4aに圧力が加えられると、前記第一実施形態同様に、図3(b)に示すとおり、上層導通部4aは下層導通部6aに向かって湾曲し、上層導通部4aと連結された連結糸8aも湾曲し、接触点Bにて連結糸8aと上層導通部4aまたは下
層導通部6aとが接触するように連結糸8aは湾曲し、上層導通部4aと下層導通部6aとの通電経路(図3(b)に破線で図示と同様に)の長さはL‘となり、圧力印加前のLと比べ短くなる。このため、上層導通部4aと下層導通部6aとの間の電気抵抗値は低くなる。同様に、上層導通部4a、4b、4c・・・・・と下層導通部6a、6b、6c・・・・とのいかなる上層導通部4と下層導通部6との組み合わせでも同様の効果が得られる。
また、上層導通部4aと下層導通部6aとに電気的に接続された連結糸8aを発熱させる場合を説明する。コントローラーにより上層電線9aと下層電線10aとの間に所定の電圧を
印加すると、連結糸8aは電気抵抗率が高いため発熱し、ヒーターとして機能する。
施形態同様に、短絡防止層11を上層導通部4と下層導通部6との間に有する構造では、上層導通部4もしくは下層導通部6に過大な圧力が印加されても、短絡防止層11の厚さ
Dの分だけ上層導通部4と下層導通部6との間に距離が保たれ、上層導通部4と下層導通部6とが電気的に接し短絡することを抑制することが可能となる。さらに、上層導通部4と下層導通部6との導通経路は少なくとも長さDが確保されるため、過大な圧力を印加さ
れた状態でも短絡することなくヒーター機能を維持することが可能である。また、過大な圧力が下層導通部6に印加された場合も同様の効果が得られる。
。その結果、第1の実施形態と同様の効果が得られた。
第4の実施形態として、第1の実施形態で非導通部の繊維として、ナイロン繊維(中央繊維資材製、グンゼポエロン)を用いた。その結果、第1の実施形態と同様の効果が得られた。
ーペットなど、様々な用途に適用できる。
本発明に使用する導電性の素材として、金、銀、銅やニクロム等の金属線、カーボン、グラファイト等の炭素系材料や金属、金属酸化物等の半導体からなる粒子、アセチレン系、複素5員環系、フェニレン系、アニリン系等の導電性高分子等のいずれを採用してもよい。
一方、導電材として用いる粒子の例としては、カーボンブラック,ケッチェンブラックなどの炭素系粉末、炭素系繊維、鉄,アルミニウムなどの金属微粒子があり、さらに半導電性微粒子として酸化錫(SnO2)や酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられる。
これらのうちで、市場での入手の容易性、比重等の点から導電性の素材には炭素繊維あるいは炭素粉末の使用が望ましい。また、導電性の素材は単一の素材からなることも、複数の素材からなることも特に制限はない。
布状圧力センサーヒーターとして、部分的な硬さの違いによる違和感をさける意味においては、上層導通部4および下層導通部6は、上層2や下層3や抵抗可変発熱層8を形成する繊維とほぼ同じ断面積を有する金属線や導電性繊維、例えばニッケル等の金属を撚った撚線等を用いることも可能である。
本発明の短絡防止層は、上下層に平行に設置される。これは、上下層間でのセンシングの際、平行でないと、各センシング部位ごとに、抵抗値の変化の仕方が異なってしまうためである。平行に設置されていれば、上層に寄っていたり、下層に寄っていたりしていても、センシング出力の均一性は保たれるので構わない。極端には、上層や下層の内側、抵抗可変発熱層がある側に接触していても構わない。ただし、上下層の両方に設置することは、センシング性能が低下するために好ましくない。センシング性能をなるべく高くするには、上下層の中間に設置するのがより好ましい。
に形成する。接点を持たせやすくするために、後者の方法と同様にループ状にはみ出させておく方法も可能である。後者の作製方法とともに、ループ状にはみ出した布を形成するには、丸編み機のピッチ、口数等の調整で形成することができる。そのループ部に対し、別の織物、編物を形成する。いずれの方法でも、短絡絶縁層を形成する材料には、非導通性の材料を用いる。
任意の部位を発熱させるために用いる発熱部位制御手段には、一般に用いられるスイッチング素子、リレー等を単独、およびまたは組合せたものが用いる。
本発明で言う絶縁体とは、電気的な性能の絶縁性を持つ材料を言い、一般に導電性の低い材料を指す。ここでは概ね抵抗率が106Ω・cmより大きいものを言う。
ここで言う抵抗率とは、JIS K 7194(導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法)に準拠して求めた抵抗率を言う。
本発明では、通気性を持った状態での圧力センシング、発熱を目的としており、その観点から、絶縁体としても通気性を持ったものが好ましく、布帛を用いるのは大変好ましい。
さらには、この布帛を形成するのは、合成繊維であることが好ましい。
本発明において繊維とは、溶融紡糸や湿式紡糸、エレクトロスピニング等の方法で紡糸された繊維の他、フィルム切り出し等、スリットしたものを言う。この時の繊維の径や幅は、1本あたり概ね数μmから数百μm程度のものが、織物、編物を形成する上で、織り、編み易さ、織り、編んだ後の織り布、編物としての柔らかさ、生地としての扱い易さ等から好ましい。
本発明ではこれらの繊維、およびまたはバンドル状の繊維を用いて、前記の布帛を形成する。
合成繊維とは、汎用の樹脂を用いた繊維を言い、先述の一般の繊維に用いられる、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどの汎用樹脂からなる繊維を単独あるいは混合して用いる。
本発明では、連結糸8aは連結部11で必ずしも1本でつながっている必要はなく、図
6(a)(b)に示したとおり、上層2または下層3のどちらか、若しくは上層2と下層3との両方で連結糸8aが切れていても良い。しかし、この切断端部12は何がしかの手段
により上層2若しくは下層3に固定されている必要がある。
2 上層
3 下層
4 上層導通部
5 上層非導通部
6 下層導通部
7 下層非導通部
8 抵抗可変発熱層
8a 連結糸
11 短絡防止層
Claims (7)
- 第一繊維層と、該第一繊維層に空間をおいて対向する位置に設けられた第二繊維層と、前記第一繊維層および前記第二繊維層との間に設けられた第三繊維層とを有する布状圧力センサーヒーターであって、
前記第一繊維層は、絶縁性を有する第一非導通部によって電気的に絶縁された、導電性を有する複数の第一導通部を有し、
前記第二繊維層は、導電性を有する第二導通部を有し、
前記第三繊維層は、前記第一導通部及び前記第二導通部とに交絡させ、前記第一繊維層と前記第二繊維層とを所定の電気抵抗値を有して電気的に接続する連結糸を有し、
前記第一繊維層と前記第二繊維層との間に、外部から印加された圧力により前記第一導通部または前記第二導通部が変形した場合でも前記第一導通部と前記第二導通部との間に所定の空間を確保し、前記第一導通部と前記第二導通部とが短絡することを抑制する短絡防止層を有し、
前記連結糸は、外部から圧力が印加され変形した前記第一導通部または前記第二導通部に押されて湾曲した際、前記第一導通部及び前記短絡防止層と前記連結糸との連結部間の途中部分は、前記第一導通部と接触するように湾曲し、前記第二導通部及び短絡防止層と前記連結糸との連結部間の途中部分は、前記第二導通部と接触するように湾曲し、
前記短絡防止層は、前記連結糸より高い電気抵抗値を有し、
選択された前記第一導通部と前記第二導通部との間の電気抵抗値を測定する測定手段を有し、
選択された前記第一導通部と前記第二導通部との間に電圧を印加し、前記連結糸を発熱させる発熱制御手段を有することを特徴とする布状圧力センサーヒーター - 前記第二繊維層は、絶縁性を有する第二非導通部によって電気的に絶縁されて、導電性を有する複数の第二導通部を有し、
前記第二導通部は、前記第一導通部と前記連結糸により電気的に接続されることを特徴とする請求項1記載の布状圧力センサーヒーター - 前記短絡防止層は、前記第一繊維層と対向する位置に設けられることを特徴とする請求項1記載の布状圧力センサーヒーター
- 前記短絡防止層は、繊維層からなることを特徴とする請求項1記載の布状圧力センサーヒーター
- 前記短絡防止層は、絶縁体からなることを特徴とする請求項1記載の布状圧力センサーヒーター。
- 前記短絡防止層は、絶縁性を有する布帛からなることを特徴とする請求項1記載の布状圧力センサーヒーター。
- 前記布帛は、合成繊維からなることを特徴とする請求項6記載の布状圧力センサーヒーター。
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