JP2014531579A - 平面センサー及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電界検知に用いる導体パターンを有する平面センサー及びその製造方法。【解決手段】その平面センサーは、長手方向に沿って互いに連続的に続くように配置される平面的な導電性センサーエリア２のアレイと、導電性センサーエリアを少なくとも１つのコネクタに接続する導体とを備える。そのセンサーは、第１の弾性床材層３と、第２の弾性床材層４又はフレキシブル回路基板のうちの少なくとも一方とを更に備え、導電性センサーエリア２及び導体は、第１の弾性床材層３と第２の弾性床材層４との間、又は第１の弾性床材層３とフレキシブル回路基板との間に取り付けられ、単一の床センサー構造を形成する。【選択図】図５ｂ

Description

本発明は平面センサー及びその製造方法に関する。特に、本発明は、床センサーとして動作し、電界検知に用いる導体パターンを有する平面センサー及びその製造方法に関する。
例えば、室内施設の中で人間が移動するのを監視するために、近接場撮像が用いられる。近接場撮像システムは床に取り付けられた平面センサーにおいて用いられ、それにより、導電性物体、例えば、人間によって引き起こされるインピーダンスの変化を測定することによって、人の場所及び状態についての情報が読み取られる。そのような構成は数多くの応用形態において適用することができ、例えば、高齢者を監視するために老人ホーム等において、又は乗客の移動を監視するために空港において適用することができる。
１つのそのような近接場撮像に関連する平面型検知システム、具体的には、高齢者ホームの監視用に適したシステムが特許文献１において提示されている。そのようなシステムを用いて、数ある中でも、倒れている老人ホーム入居者の生命徴候を監視することができる。床センサーは、その入居者の位置、呼吸数及び脈拍をナースルームモニターに送信する。そのシステムの最も中心にある構成要素は、部屋の床全体を覆うセンサーである。センサーは床仕上げ材下に設置される。センサーは金属又はグラファイトダイから形成される印刷パターンを有する。この種のセンサーは、寄木張り又はプラスチックマットのような従来の床被覆構造下に設置することができる。
さらに、特許文献２及び特許文献３は、センサーがウェブ状であり、同じ平面内にある幾つかの順次の導電性エリアからなるセンサー構造を開示している。センサー上での人間のような物体の追跡は、同じ平面内で隣接する導電性エリア間のキャパシタンス変化に基づく。
導電性エリアは通常金属であり、そのエリアは基板としての役割を果たすフレキシブル回路基板上に、例えば、印刷層、積層、被エッチング層として、又は金属箔として形成することができる。その金属は通常アルミニウム又は銅であり、導電性エリアは、特許文献３に提示されているように、それぞれの接続ワイヤーによってセンサーに隣接する電子制御ユニットを制御するシステムに接続される。
従来技術の床センサーシステムが抱える問題は、センサーが床材とは別々に設置されることであり、すなわち、最初にセンサーが床に設置され、その後、床材がセンサー上に設置されることである。センサーと床材とを別々に設置することは、時間がかかり、複雑である。従来技術のセンサーシステムが抱える更なる問題は、センサー導体と接続ケーブルとの間の複雑な接触構成である。
国際公開第２００５／０２０１７１号 国際公開第２００６／００３２４５号 国際公開第２００８／０６８３８７号
本発明の目的は、床センサーとして動作する全く新しい種類の平面センサーと、その製造方法とを実現することである。
本発明の着想は、平面センサー及び床材を一体にして単一の床センサー構造にすること、及びこの単一構造を連続的なプロセスにおいて製造することである。本発明において、導電性センサーエリア及び導体と、床材とが一体に取り付けられる。
本発明によれば、センサーを単一の一体型センサー床材ユニットとして設置できるようになり、そのユニットは設置を非常に簡単にする。さらに、剥離エリアに起因して、センサー導体と接続ケーブルとの間の電気的設置も容易である。
本発明の好ましい実施形態では、床材層は剥離エリア又はストライプを設けられる。
本発明の好ましい実施形態では、導電性センサーエリア及び導体は異なる床材層間の床材内に埋め込まれる。このようにして、センサーエリア及び導体を、設置及び使用中に機械的な損傷から十分に保護することができる。
本発明の好ましい実施形態では、床材層と、導電性エリア及び導体との間に保護膜が用いられる。
本発明の好ましい実施形態では、導電性エリア及び導体は弾性回路基板上に配置される。
本発明の好ましい実施形態では、床材層と、導電性エリア及び導体層とは連続ロールツーロールプロセスにおいて一体に積層される。
本発明の好ましい実施形態では、床センサーは連続押出成形プロセスにおいて製造される。
本発明は、平面センサー及びその製造方法に関する添付の独立請求項において詳細に規定され、その好ましい実施形態は従属請求項において記述される。
好ましい実施形態では、多くの場合にセンサー回路基板にエッチングされる、センサーマットの銅線のような導電性ワイヤーは導電材料、例えば、炭素塗料で置き換えられる。このようにして、製造プロセスがより容易になり、導体は、例えば、床材層が別々の層からなるときに、上側床材層の下面上に直接塗装することによって披着することができる。この実施形態では、それゆえ、センサー回路基板は不要である。
さらに、本明細書において提示されるセンサー構造は、一体型センサー構造がウェブの長手方向を横切って、この方向に沿ったいずれかの場所において切断することができ、切断された後のセンサー積層体は、そのセンサー数が切断縁部を横切る導体数以下である１つの機能的実体を形成する。したがって、製造中に、そのセンサーウェブの構造は、所与の応用形態、又は組み立てられることになるシステムのための特定のセンサーウェブにおいて必要とされる導電性エリアの数の影響を受けない。
一体型センサー構造はウェブの形態をとることが好ましい。通常、１ｍｍ〜１０ｍｍ以上の厚みを有する床材は、プラスチック床仕上げ材又はそのような材料の組み合わせから構成される。それゆえ、床材は幾つかの層を有する場合があり、それらの層は異なる材料から形成される場合がある。その上に配置される他の表面と共形にするために、床材は可撓性である。
それゆえ、１つの層構造に加えて、床材は、互いに取り付けられる更なる層を含むことができる。
導電性エリアは導電性材料を含み、導電性エリアは、例えば、限定はしないが、印刷層、被覆層、蒸着層、電着層、スパッタ層、積層箔、被エッチング層、金属箔又は繊維層とすることができる。導電性エリアは導電性炭素、金属層、金属粒子若しくは繊維、ポリアセチレン、ポリアニリン若しくはポリピロールのような導電性ポリマーを含むことができる。導電性エリアを形成するために用いられる金属は、例えば、アルミニウム、銅及び銀を含む。導電性炭素は、インク又はコーティングを製造するために媒質内に混合することができる。同じ導電性材料が導体にも適用される。導電性エリアを形成するのに適した技法は、例えば、エッチング若しくはスクリーン印刷（フラットベッド又は回転）、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット印刷、静電記録、電気めっき及び化学めっきを含む。
検知に用いられることになる各導電性エリアは、導電性エリアと出力との間の導電性経路を形成する導体に接続される。その導体は一群の平行な導体を形成することができ、その群に導体がそれぞれ加わるように構成される。１つの導体がその群に加わるとき、その群の他の導体はそれぞれ、導体同士が交差しないように、その加わる導体のための間隔を与える。その導体群は基板の長手方向に進む。
導電性エリア及び導体パターンに関する限り、上記の原理は、特許文献３に示されるように、異なる方法において実施することができる。
センサーウェブは、連続的に及び／又は順次に導電性エリア及びその導体を含む繰り返しパターンを有する。例えば、１つのパターンは、５つの連続的な導電性エリア及びその導体から形成される場合がある。上記のパターンはウェブの長さにわたって繰り返す。
ウェブ内の連続的な導電性エリア１〜Ｎの数は、ウェブ方向に沿って延在するように配置される導体線の全数によって規定される。通常、導体の数はウェブに沿って一定に保たれ、それは、新たな導体が連続的導体群に加わるように構成され、この群内の他の導体がこの加わる導体のための間隔を与えるように構成されるときに、この群の他方の側にある最も外側の導体の延在が終端されることを意味する。したがって、連続的な導電性エリアの全体の繰り返しパターンは平行な導体線の全数によって規定される。この数は、所与の用途に応じて自由に選択することができる。
以下において、本発明は、添付の図面を参照しながら更に詳細に説明されることになる。
導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 導電性物体を監視するセンサーの上面図である。 センサーウェブを示す図である。 図５ａのセンサーウェブの断面図である。 １つの製造方法の概略図である。 別の製造方法の概略図である。
本発明は、平面センサー及び床材を一体にして、単一の床センサー構造にするという着想、及びこの単一構造を連続的な製造プロセスにおいて製造するという着想に基づく。その平面センサーは薄く、１０μｍ〜１００μｍの厚みを有し、それに対して、床材は基本的により厚く、１ｍｍ〜１０ｍｍの厚みを有する。さらに、床材層は剥離エリアを設けられる。
図１ｂは、導電性物体、例えば、床上の人間の移動及び場所を監視する床センサーＷ１を示す。センサーウェブＷ１は幾つか、図１ｂでは２つの同一の平行なセンサーウェブユニットＷ１１、Ｗ１２を備え、それらのユニットは図１ａによる連続的な導電性エリア１１を有する。導体１２が導電性エリア１１を出力１３に接続する。出力１３はコネクタを設けられる。平行な導体１２が直線的に延在し、ウェブの長手方向ＬＤに対して角度αを形成する。
センサーウェブＷ１は、例えば、幅１０ｍｍ〜１００ｍｍを有する横断剥離エリアＳ１１を更に設けられる。剥離エリアは、導電性エリア間のセンサー膜の一方又は両方に位置することができる。これらのエリアでは、最も上側の床材表面が弾性回路基板に、又はその下に存在する別の床材層に取り付けられず、センサーと接続ケーブルとの間の電気的接続をより容易にするために容易に剥離することができる。
図２ｂは、センサーウェブの別の取り得るレイアウト示す。センサーウェブＷ２は、同一の平行なセンサーウェブユニットＷ２１、Ｗ２２を備え、それらのユニットは図２ａによる連続的な導電性エリア２１を有する。上側の行にある導電性エリア２１を左側にある出力２３に接続する導体２２は、下側の行にある導電性エリア２１を右側にある出力２３に接続する導体２３に平行である。平行な導体２２は直線的に延在し、ウェブＷの長手方向ＬＤに対して或る角度を形成する。そのセンサーは、剥離エリアＳ２を更に備える。
図３ｂはセンサーウェブの更に別の取り得るレイアウトを示す。センサーウェブＷ３は同一の平行なセンサーウェブユニットＷ３１、Ｗ３２を備え、それらのユニットは、図３ａによる連続的な導電性エリア３１を有する。そのウェブは２行の連続的な導電性エリア３１と、導電性エリアを出力３３に接続する導体３２とを備える。上側の行にある導電性エリア３１とその導体３２、及び下側の行にある導電性エリア３１とその導体３２は鏡像を形成する。上側の行の導体は互いに平行であり、下側の行の導体も平行である。そのセンサーは剥離エリアＳ３を更に備える。
図４ｂはセンサーウェブの１つの取り得るレイアウトを更に示す。そのセンサーウェブＷ４は、同一の平行なセンサーウェブユニットＷ４１、Ｗ４２を備え、それらのユニットは図４ａによる連続的な導電性エリア４１を有する。導体４２は直線的に延在する第１の部分４２ａを含み、第１の部分はウェブＷの長手方向ＬＤと或る角度を形成する。導体４２は第２の部分４２ｂを備えることができ、第２の部分はセンサーウェブの長手方向に対して横断する。しかしながら、第２の部分の形状は異なる場合がある。そのセンサーは、剥離エリアＳ４を更に備える。
図５ａ及び図５ｂは、センサーウェブ、及びその断面図を示す。典型的な異種のビニルカーペットが２つの層３及び４からなる。上には相対的に薄い摩耗層３（例えば、０．６５ｍｍ）があり、下には減音及び緩衝を与えるより厚い発泡層が存在する。その着想は、これらのカーペット層間に導電性エリア及び導体を形成するセンサーの導電層２を埋め込むことである。これを果たす１つの方法は、発泡材を押出成形する前に摩耗層にセンサーＰＥＴ箔２を積層することである。他の可能性は、印刷及び他の添加方法を含み、いかなる基板も用いることなく、導電層が摩耗層上に直接構成される。層を互いに結合させることに問題がある場合には、感度が著しく低下する前に、導電層に多数の穴を開けることができる。
解決しなければならない１つの問題は、カーペット内に埋め込まれるときに、導電層への信頼性のある接続を形成する方法である。これを果たす１つの方法は、接続が必要とされる最も上側の層３上のセンサー構造の箇所に剥離エリア５を加え、その後、そこに異方性接着剤を用いてフレキシブルケーブルを取り付けることである。
図６ａは、本発明による、床センサーを製造する連続ロールツーロール積層プロセスを提示する。図６ａは、導電性エリア及び導体の縁部における長手方向の線に沿った断面図を示す。図６ａにおいて、床材は２つのビニル床材層、すなわち上側層１０１及び下側層１０２（全厚は、例えば、５ｍｍであり、それらの層は類似であるか、又は異なる場合がある）と、その上に導電性エリア１０４及び導体１０５を備える薄い弾性プラスチック回路基板１０３とからなる。導電性エリア、導電層及び導体の厚みは全体として、例えば５０μｍである。
回路基板は、床材層と同じ面積を有し、その層間に積層される。回路基板、導電性エリア及び導体は、薄いプラスチック保護層（図示せず）によって保護される場合がある。床材層１０１及び１０２はいずれも剥離ロール１０６、１０７から、導電性エリア及び導体を備える回路基板とともに積層ロール間隙１０８に送り出され、それにより、互いに対面する床材層表面及び回路基板に熱、圧力及び接着剤を加えながら全ての層が積層される。
積層ロール間隙は、２つの加熱式積層ロール１０９と１１０との間に形成される。そのロール間隙において全ての層がともに積層され、積層された床センサーウェブ１１１は最終的に第３のロール１１２上に巻き取られる。積層ロール間隙前にノズル１１４から回路基板１０３上の導電性エリア間に非粘着性物質のストライプを塗布することによって、横断剥離エリア１１３が形成される。この非粘着性物質は上側床材層と回路基板及び導体との積層を防ぎ、導体と外部接続ケーブルとの間のコンタクトを形成するのがより容易になるように、上側床材層を剥離できるようにする。
同じようにして１つの床材層だけを積層することもできる。その場合、１つの（最も上側の）床材層だけが同じ面積、導電性エリア及び導体を有する回路基板と積層される。
図６ｂは、それに対応して、本発明による床センサーを製造する連続押出成形プロセスを提示する。
図６ｂにおいても、最終的なセンサー構造内の床材が２つの床材層、すなわち上側層２０１及び下側層２０２からなり、それらの層は上記と同じ厚み及び構造を有する。層の材料は床材に適した押出成形可能なプラスチック材料である。そのセンサーは、その上に導電性エリア２０４及び導体２０５を有する薄い弾性プラスチック回路基板２０３を更に備える。導電性エリア、導電層及び導体の厚みは全体として、例えば、５０μｍである。
そのプロセスにおいて、導電性エリア２０４及び導体２０５を備える回路基板２０３は押出成形機２０６まで搬送される。押出成形機２０６において、床材が回路基板２０３の両側に押出成形され、その後、センサー構造２０７がロール２０８上に巻き取られる。押出成形前にノズル２０９から回路基板上の導電性エリア間に非粘着性物質のストライプを塗布することによって、横断剥離エリア２０９が形成される。
押出成形は、１つの（上側）回路基板表面上でのみ実施することができる。さらに、そのプロセスは、２つのシーケンスにおいて実施することができ、最初に、回路基板の底面上に下側床材層が押出成形され、その後、回路基板の上面に上側層が押出成形される。
いずれのプロセスでも、上側床材層及び下側床材層は異なる材料からなる場合がある。
回路基板２０３並びに導電性エリア２０４及び導体２０５は最初に上側床材２０１と積層され、その後、この実体が押出成形機に給送され、押出成形機が下側床層２０２を押出成形することもできる。
この応用形態を通して、センサーエリアを、そのようなセンサーエリアからなるアレイ内で互いに位置決めすることを説明するときに、用語「連続的」が用いられる。再び、これらのアレイは、ウェブの長手方向に沿って互いに繰り返し続くことになる。連続的なセンサーエリアは、次のセンサーのエリアが開始する前に、先行するセンサーのエリアが長手方向において終了する必要があるように、そのようなエリアが長手方向に沿って互いに続く実施形態にはここでは限定されない。両方のセンサーがウェブの或る特定の長さにわたって並置されるように、２つ以上のセンサーエリアが交差ウェブ方向において互いに「重なり合う」こともできる。このパターニングが上記長手方向に沿って進行するように、ウェブの長手方向に沿って設けられる電気的に分離されたセンサーエリアを有するように配置される全ての実施形態が可能である。アレイ内のセンサーエリアは、任意の特定の配列を形成する必要はない。
センサーウェブの全ての特徴に互換性があることは当業者には容易に理解されよう。或る特定のセンサーウェブに関して或る特定の特徴が説明される場合には、その特徴が、別のセンサーウェブに関して説明される特徴で置き換えることができることは明らかである。

Claims (18)

  1. 電界検知に用いる導体パターンを有する平面センサーであって、
    長手方向（ＬＤ）に沿って互いに連続的に続くように配置される平面的な導電性センサーエリア（１１）のアレイと、
    導電性センサーエリアを少なくとも１つのコネクタ（１３）に接続する導体（１２）と、
    を備え、
    該センサーは、第１の弾性床材層（１６）と、第２の弾性床材層（１７）又はフレキシブル回路基板（１５）のうちの少なくとも一方とを更に備え、
    前記導電性センサーエリア（１１）及び前記導体（１２）は、前記第１の弾性床材層（１６）と前記第２の弾性床材層（１７）との間、又は前記第１の弾性床材層（１６）と前記フレキシブル回路基板（１５）との間に取り付けられ、単一の床センサー構造を形成することを特徴とする、電界検知に用いる導体パターンを有する平面センサー。
  2. 請求項１に記載の平面センサーであって、該センサーは第１の上側弾性床材層（１６）と、第２の弾性床材層（１７）と、該床材層間にあるフレキシブル回路基板（１５）とを備え、該回路基板上に、前記平面的な導電性センサーエリア（１１）及び前記導体が形成される、請求項１に記載の平面センサー。
  3. 前記床材層の厚みは１ｍｍより厚く、前記フレキシブル回路基板並びに前記導電性センサーエリア（１１）及び前記導体（１２）の厚みは本質的にそれより薄く、１０μｍ〜１００μｍの範囲にあることが好ましい、請求項１又は２に記載の平面センサー。
  4. 少なくとも最も上側の前記床材層は、前記導電性エリア間に配置される少なくとも横断剥離エリア（Ｓ１１）を設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の平面センサー。
  5. 前記導電性エリア間に配置される前記剥離エリア（Ｓ１１）内の床材層はその下にある層に対して本質的により弱く取り付けられる、請求項４に記載の平面センサー。
  6. 少なくとも１つの床材層と前記弾性回路基板との間に保護膜が配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の平面センサー。
  7. 電界検知に用いる導体パターンを有する平面センサーの製造方法であって、該方法は、
    フレキシブル回路基板（１０３、２０３）上に、長手方向（ＬＤ）に沿って互いに連続的に続くように配置される平面的な導電性センサーエリア（１０４、２０４）のアレイと、導体（１０５、２０５）とを披着するステップと、
    前記フレキシブル回路基板と、前記導電性センサーエリア及び前記導体とを少なくとも１つの弾性床材層（１６）に、取付手段（１０８、２０６）において連続的に取り付けるステップであって、単一の床センサー構造を形成する、取り付けるステップと、
    を含む、電界検知に用いる導体パターンを有する平面センサーの製造方法。
  8. 第１の上側弾性床材層（１６）と、第２の弾性床材層（１７）と、該床材層間にあり、導電性センサーエリア（１０４、２０４）及び導体（１０５、２０５）を備えるフレキシブル回路基板（１５）とが全て互いに取り付けられる、請求項７に記載の方法。
  9. 前記床材層（複数の場合もある）を取り付ける前にノズル（１１４、２１０）から前記回路基板上の前記導電性エリア間に非粘着性物質のストライプを塗布することによって、横断剥離エリア（１１３、２０９）が形成される、請求項７に記載の方法。
  10. 請求項７に記載の方法であって、
    そのプロセスは積層プロセスであり、該プロセスは、
    少なくとも１つの床材層（１０１、１０２）を剥離ロール（１０６、１０７）から積層ロール間隙（１０８）に送り出すステップと、
    前記回路基板に面する少なくとも１つの床材層表面上に熱、圧力及び接着剤を加えながら、前記床材層を、前記導電性エリア及び前記導体を有する前記回路基板とともに積層するステップと、
    を含む、請求項７に記載の方法。
  11. 前記導電性エリア及び前記導体を有する前記回路基板は２つの床材層間に積層される、請求項１０に記載の方法。
  12. １つの床材層が、その上に前記導電性エリア及び前記導体を有する前記回路基板と積層される、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記床材層（複数の場合もある）及び前記回路基板は、連続的なロールツーロールプロセスにおいて積層され、最終的なセンサー製品はロール（１１２）上に巻き取られる、請求項１０に記載の方法。
  14. 請求項７に記載の方法であって、
    そのプロセスは押出成形プロセスであり、該プロセスは、
    前記導電性エリア及び前記導体を有する前記回路基板（２０３）を押出成形機（２０６）に搬送するステップと、
    前記押出成形機（２０６）において、前記回路基板（２０３）の少なくとも一方の側に床材を押出成形するステップと、
    を含む、請求項７に記載の方法。
  15. 前記押出成形後に、前記センサー構造（２０７）がロール（２０８）上に巻き取られる、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記押出成形は、前記回路基板表面の両側において実施される、請求項１４に記載の方法。
  17. 前記プロセスは２つのシーケンスにおいて実施され、最初に、前記回路基板の一方の側に前記下側床材層が押出成形され、その後、前記回路基板の他方の側に前記上側層が押出成形される、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記回路基板（２０３）、前記導電性エリア（２０４）及び前記導体（２０５）は最初に前記上側床材又は下側床材（２０１）とともに積層され、その後、この実体が、他方の床材層（２０２）を押出成形する押出成形機に給送される、請求項１６に記載の方法。
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