JP2019511642A - 複数の織物層を有するセンサ織物とその製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製作が簡単な、改良されたセンサテキスタイル材料を提供する。【解決手段】多層センサ織物（２０）の各織物層（２１，２２，２３）は、緯糸（２４）と経糸（２５）とを含む。織物層（２１，２２，２３）は、製織技術を用いて接結システム（２６）を介して間接的および／または直接的に互いに付着されている。織物層（２１，２２，２３）間の接続は、製織による織物層（２１，２２，２３）の製作中に行われる。このため、その後の織物層（２１，２２，２３）の接続の手間を省くことができる。任意選択で、接結緯糸（２７）と接結経糸（２８）とを有する接結システム（２６）を設けることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、重ね合わせて配設されている少なくとも３層を有し、そのうちの少なくとも２層が織物層である織物と、このような織物を製作する方法とに関する。織物は、該織物に対して作用する力または圧力を検出するために使用される。

織物層を有するセンサ織物は、たとえば特許文献１から公知である。織物層の導電性糸が、交差点で交差する。それに対して作用する力に応じて、互いに当接する糸間の境界抵抗が変化する。そのため、交差点の１つに作用する力を検出することができる。

特許文献２は、最下層としてその表面全体が導電性であるテキスタイルと、非導電性の最上層と、を有するテキスタイル静電容量センサを開示している。この上側層に平面電極が施され、該電極はそれぞれ、最下層とともに、可変静電容量を持つコンデンサを形成する。最上層と最下層との間に非導電性弾性材料が配列されている。電極と最下導電層との間の空間がテキスタイルに対して作用している力によって変化すると、静電容量が変化し、これが、対応する回路によって確認される。

特許文献３は、導電性感圧材料を開示している。この場合、導電性糸は層内に交差して配列されており、糸に対して作用する力がなければ、交点で導電性接触は生じない。これを目的として非導電性糸が組み込まれており、該糸は、開始状態で交差している導電性糸間の空間を維持する。導電性接触は、力または圧力が材料に対して作用する場合にのみ交差部位で生じる。

同様な配列は、特許文献４からも公知である。そこでは、導電性織物層は、エアギャップ、非導電性糸またはドーム状スペーサなどの非導電性のスペーシング手段によって互いに離間している。織物層に対して力が作用する場合、織物層間の導電性接触が確立される。

米国特許第４７９５９９８Ａ号明細書 国際公開第２００５／１２１７２９Ａ１号明細書 独国特許第６０１０２００３Ｔ２号明細書 米国特許第４６５９８７３Ａ号明細書

前述の先行技術に基づき、本発明の目的は、製作が簡単な、改良されたセンサテキスタイル材料を提供することである。

この目的は、特許請求項１記載の特徴を有する織物と、請求項１８記載の特徴を有する方法とによって達成される。

本発明による織物は、複数の織物層を有し、少なくとも３層が重ね合わせて配設されており、そのうちの少なくとも２層が織物層である。該織物層のうちの１層が第１織物層を形成し、該織物層の別の層が第２織物層を形成し、該層のうちのさらに別の層が、第１織物層と第２織物層との間に配設されている中間層を形成する。中間層は、中間織物層によって形成することができる。中間層は、不織布材料および／もしくは発泡体材料および／もしくはフィルム／フォイルおよび／もしくは経編物もしくは緯編物および／もしくはクロスレイ構造も含むことができ、またはそれらから形成することができる。

織物層は、サンドイッチ配列を形成する。第１織物層は、好ましくは、中間層に当接している。第１織物層とは反対側の第２織物層は、好ましくは、同様に中間層に直接当接している。

第１織物層および第２織物層は、いずれの場合にも、導電性経糸および／または緯糸を含む。中間層または中間織物層も、それぞれ、導電性経糸および／もしくは緯糸を有することができ、または、完全に非導電性糸から形成することもできる。第１織物層、第２織物層、および中間層または織物層は、それぞれ、該織物層に対して力が作用する間に変化する電気特性を有するセンサ配列を形成する。

センサ配列は、静電容量センサ配列および／または圧電センサ配列および／またはそれぞれ抵抗もしくはピエゾ抵抗のセンサ配列とすることができる。センサ配列の物理的な機能モードは、中間層の実施形態に依存する。中間層がヤーンを含み、織物層として組成される場合、たとえば、センサ配列の物理的な機能モードはヤーン材料に依存する。たとえば、中間織物層が、非導電性材料、たとえば非導電性糸から組成され、その材料または糸がそれぞれ誘電体を形成する場合、プレートコンデンサの態様の静電容量センサ配列が実現される。中間層または中間織物層はそれぞれ、圧電材料を含む材料または糸もそれぞれ含む可能性があるので、圧電センサ配列が形成される。さらに、中間織物層が導電性材料の材料または糸をそれぞれ含むことも可能であり、その電気抵抗は、力または圧力がそれに対して作用する場合にそれぞれ変化するので、それぞれ抵抗またはピエゾ抵抗のセンサ配列が形成される。

本発明によると、製織技術によって存在する織物層の最上織物層は、他方の織物層のうちの１層に接続されている。したがって、製織技術によって存在する織物層の最下織物層は、他方の織物層のうちの少なくとも１層に接続されている。最上織物層は、たとえば、第１織物層によって形成することができ、および／または最下織物層は、たとえば、第２織物層によって形成することができる。いずれの場合にも、最上織物層および／または最下織物層として個別の接結システムの織物層を使用することも可能であり、該接結システムは、第１織物層、第２織物層および中間織物層を互いに間接的に接続する織物構造による接結によるが、第１織物層、第２織物層および中間織物層は、製織技術による直接的な接結なしで互いに当接しているだけである。

２層以上の織物層を有するこのような多層織物は、織物層を接続するための後加工なく、織機で直接製作することができる。第１織物層、第２織物層、また、（中間層が織物層として具現されている限りにおいて）中間織物層を製織するとき、本明細書における製織技術による接結は、上記３層の織物層を接結システムによって互いに直接的および／または間接的に接続するために、同時に製作することができる。織物層を縫製、接着結合、刺繍縫いなどによって相互接続する、その後の加工工程の手間を省くことができる。２層または３層の織物層を織機で製織技術により同時に製作することができ、接結システムによって直接的または間接的に相互接続することができる。このことから、複雑な手作業による個々の織物層の位置決め、整列、および接続の手間を省けるので、多層センサ織物の製作上の複雑さが大幅に軽減される。

第１および第２の織物層の製作時に、断面が円形のヤーンおよび／もしくはテープ形要素の形態の中間層の材料を、特に織機の緯糸挿入および／もしくは経糸挿入によってそれらの間に配設できると、または中間層を織物層として具現すると有利である。

また、製造許容差によるセンサ配列のばらつきは、製織技術により異なる織物層を相互接続することによって最小化することができる。センサ配列に対して作用する力またはセンサ配列に対して作用する圧力に応じた、センサ配列の電気特性の変動の許容範囲は、それぞれ、織物層が接着結合または縫製などによって接続されるセンサ織物の場合よりも小さくすることができる。製織技術による接結の結合力は、単純に設定することができる。製織技術による接結は、好ましくは、織物の面積全体に均一に分散する。センサ配列に対して作用する力またはセンサ配列に対して作用する圧力に応じた、センサ配列の電気特性の変動の局部的な偏差は、接結点の密度および後者の分布によって最小限に維持できる。このことから、センサデバイスで使用されたときに、センサ織物の較正が簡単になる。

本発明による織物は、センサ多層織物とも称することができる。後者は、特定の場所での力または圧力の影響の場所をそれぞれ突き止めるために規定される。そのため、織物は、力または圧力の影響の地点を、それぞれ、場所に関して分解されるように判定することが可能であり、かつ、任意選択で、追加で、それに対して作用する力または圧力をそれぞれ量に関して特徴付けることも可能である。こうした織物は、多様な態様で使用することができる。該織物は、たとえば移動する物体の位置を示すために、地面に設置することができる。そのため、たとえば、移動する物体同士、または移動する物体と静的障害物との衝突をそれぞれ避けることが可能である。別の応用の可能性は、グリッパまたはロボットアームと物体との接触、およびその接触点をそれぞれ判定できるように、グリッパ、ロボットアームなどの外面にセンサ織物を装着することにある。多様な他の応用も可能である。

３層または織物層のみがそれぞれ存在すると有利である。製織技術によって該層を直接相互接続する場合、織物は、合計で３層または織物層のみからそれぞれ組成することができる。別の実施形態の場合、それぞれ３層または織物層に加えて、３層の織物層を固定するための最上織物層および／または最下織物層を形成する接結システムが存在することができる。機械的な補強、電気的な絶縁、電磁遮蔽などのために、追加の層、たとえば織物層、が同様に存在することができる。

第１織物層が、互いの隣に交互に配設されているとともに経糸方向または緯糸方向に延びている導電性ストリップと非導電性ストリップとを有するとさらに有利である。本明細書における経糸方向へのストリップの形成は、少なくとも１本の導電性経糸を導電性ストリップに配設し、非導電性経糸のみを非導電性ストリップに配設する、非常に単純なやり方で達成することができる。それと同様に、導電性ストリップを緯糸方向に形成するために、少なくとも１本の導電性緯糸を使用することができ、非導電性緯糸のみを非導電性ストリップで使用することができる。さらに、第２織物層が、互いに隣に交互に配設されているとともに経糸方向または緯糸方向に延びている導電性ストリップと非導電性ストリップとを有することが可能である。該ストリップは、第１織物層のコンテキストで説明したように、製織するときに製作することができる。

好適な実施形態では、いずれの場合にも、この織物層の隣接する２つの導電性ストリップに対して電気的に絶縁されている１つの導電性中間ストリップを、第１織物層または第２織物層の少なくとも１つの非導電性ストリップに織り込むことができる。特に、第１織物層または第２織物層の各導電性中間ストリップは、貫通接触配列によって、それぞれ他方の織物層の正確に１つの導電性ストリップに接続することができる。そのため、外部回路との織物の電気接続が、１層の織物層によって可能であり、好ましくは１つの織物の織端上で可能である。該織物の織端上のコネクタ領域は、好ましくは、たとえば、織物の角を接合することのできる１つの織物の織端のみにわたって延びている。このコネクタ領域に、プラグ接続を差し込むための手段を設けることができる。

ストリップの方向に通っている導電性ストリップ内の導電性糸（経糸または緯糸）を、少なくとも１つの横断接触配列によって電気的に相互接続すると有利である。そのために、ストリップの導電性経糸または緯糸のすべてを電気的に直接相互接続することを確保すると、これら導電性経糸または緯糸のそれぞれに、電圧または電流を引出す（tap）することができる。

横断接触配列は、適合する経糸密度および緯糸密度と合わせて、適切な接結によって確立することができるか、または、たとえば、ストリップの方向に横断して通っている少なくとも１本の導電性緯糸もしくは経糸のそれぞれによって形成することができる。

好適な実施形態において、第１織物層のストリップは第２織物層のストリップに対して横断して、好ましくは直交して整列されている。たとえば、第１織物層のストリップが経糸方向に通っている場合、第２織物層のストリップは、したがって、たとえば緯糸方向に通っているか、またはその逆である。そのため、導電性ストリップの格子構造またはマトリックス構造をそれぞれ実現することができる。

経糸方向または緯糸方向に導電性ストリップの範囲に対して横断する該ストリップの幅は、好ましくは、隣接する非導電性ストリップの幅よりも小さい。この設計の実施形態は、第１および／または第２の織物層において実施することができる。織物の、センサとして利用することのできる面積の割合は、非導電性ストリップの幅を最小化することによって最大化することができる。

一つの実施形態の場合、製織技術により非導電性ストリップからの第１織物層の経糸または緯糸が、別の織物層の緯糸または経糸との接結を形成することができる。そのために、製織技術による接結の生成が織物またはセンサ配列のセンサ特性にそれぞれ影響を有することが避けられる。特に、そのために第１織物層と第２織物層との直接的な電気接続を避けることができる。したがって、製織技術により、非導電性ストリップからの第２織物層の経糸または緯糸が別の織物層の緯糸または経糸との接結を形成することができる。

好適な実施形態において、非導電性接結経糸および／または非導電性接結緯糸を有する接結システムが存在する。接結システムは、３層の織物層を半間接的に接続する。製織技術による、本明細書における接結経糸および／または接結緯糸は、互いの下でのみ、および／または織物層のうちの１層と接結点を形成することができる。

接結システムが存在する場合、層または織物層が、それぞれ、互いにのみ当接しており、製織技術によって直接相互接続されていないと、有利とすることができる。

本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項、説明および図面からも明らかである。本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照して以下詳細に説明する。

緯糸方向に対して横断状の、織物の一つの実施形態に係る非常に模式的な断面図を示す。 織物の実施形態１を模式的な分解図で示す。 図１および図２による織物の構造の分解図をブロック線図状に示す。 電気接触配列が製作された場合の図３の織物をブロック線図状に示す。 織物の代替実施形態をブロック線図状に示す。 織物によって形成されているセンサ配列の一つの実施形態を模式的に示す。 織物によって形成されているセンサ配列の一つの実施形態を模式的に示す。 織物によって形成されているセンサ配列の一つの実施形態を模式的に示す。 図６の抵抗センサ配列の場合に織物に対して作用している力Ｆに依存する全オーム抵抗の定性曲線の模式図を示す。 織物の接結システムによる、異なる織り接結配列の模式図を示す。 織物の接結システムによる、異なる織り接結配列の模式図を示す。 織物の接結システムによる、異なる織り接結配列の模式図を示す。 織物の接結システムによる、異なる織り接結配列の模式図を示す。 織機で織物を織るための製織手順を説明するための模式図を示す。

図１から図８は、多層織物２０のさまざまなイラストおよび図を模式的に示す。織物２０は、少なくとも３層、これらの実施形態の場合には正確に３層を有し、たとえば織物層２１，２２，２３によって形成される。各織物層２１，２２，２３は、それぞれ複数の緯糸（weft threads）２４と経糸（warp threads）２５とを含む。織物層２１，２２，２３内の織り接結配列によって生じるうねりとは別に、経糸２５は、経糸方向Ｋに延びており、緯糸２４は、経糸方向Ｋに対して直角に向く緯糸方向Ｓに延びている。緯糸方向Ｓおよび経糸方向Ｋは、織物２０が延びている平面にわたる。この平面に対して緯糸方向Ｓおよび経糸方向Ｋに直角に、織物２０は、高さ方向Ｈに厚みを有する。織物２０の高さ方向Ｈの寸法は、緯糸方向Ｓの寸法および経糸方向Ｋの寸法よりも、好ましくは少なくとも１０倍から１００倍小さい。

各織物層２１，２２，２３の緯糸２４および経糸２５は、製織手法を使用して、その織物層２１，２２，２３内で互いに接続されている。任意選択で、織物層２１，２２，２３のうちの１層の緯糸２４および経糸２５は、織物層２１，２２，２３のうちの別の層の経糸２５または緯糸２４と直接的に織り接結配列を形成してもよい。

図面に示す好適な実施形態の場合、織物層２１，２２，２３は、製織手法を使用して互いに直接接続されるのではなく、接結緯糸２７と接結経糸２８とを含む接結（binding）システム２６が設けられている。織物層２１，２２，２３は、たとえば、接結システム２６によってのみ、互いに留められているか、または互いに対して留められている。各個々の織物層２１，２２，２３の緯糸２４および経糸２５は、この場合、各織物層２１，２２，２３内でのみ、製織手法を使用して互いに接結されている。

織物層のうちの１層が、導電性緯糸２４および／または導電性経糸２５を含む第１織物層２１を形成する。別の織物層は、同じく導電性緯糸２４および／または導電性経糸２５を含む第２織物層２２を形成する。第１織物層２１と第２織物層２２との間に中間織物層２３が配列される。中間織物層２３は、一方の側が第１織物層２１に直接対接し、反対側の側が第２織物層２２に直接対接している。３層の織物層２１，２２，２３は、前述したように、実施例に従い、接結システム２６によって互いに対して保持される。

あるいはまたは追加で、不織布材料ならびに／または発泡体ならびに／またはフィルム材料ならびに／または編物および／もしくは加工布および／もしくはマットなどのその他テキスタイル材料を、織物材料の代わりに中間層として使用してもよい。第１織物層および第２織物層を（特に織機で緯糸挿入によって）製作するときに、第１織物層と第２織物層との間に、中間層の材料を、断面が円形のヤーンおよび／または帯状要素の形態で配列すると有利である。

織物２０は、最上織物層ＬＯおよび最下織物層ＬＵも有する。３層の織物層２１，２２，２３間の織り（woven）接結配列（binding arrangement）をどのように実現するかによって、また、接結システム２６を設けるかどうかによって、第１織物層２１が最上織物層ＬＯを形成してもよく、および／または第２織物層２２が最下織物層ＬＵを形成してもよい。

図１０に図示する実施形態の場合、接結システム２６の接結緯糸２７のみが第１織物層２１に隣接して配列されている。接結経糸２８は、接結緯糸２７と、また、第２織物層２２の緯糸２４とも、織り接結配列を形成する。

特定の実施形態の場合、接結システム２６は、接結緯糸２７なしでも具現することができ、織り接結配列部位を製作するために、第１織物層２１および第２織物層２２の緯糸２４の一部の量を少なくともそれぞれ使用する。

図１０に図示する実施形態の場合、最上織物層ＬＯは、第１織物層２１に隣接する接結緯糸２７と接結経糸２８とによって形成される。第２織物層２２が、接結経糸２８とともに最下織物層ＬＵを形成する。図１１および図１２に図示する接結システム２６の実施例の場合、接結経糸２８は省略できるであろう。

図１１から図１３によるさらなる接結の変型の場合、最上織物層ＬＯおよび最下織物層ＬＵは、どちらも第１織物層２１または第２織物層２２に隣接してそれぞれ配列され、接結緯糸２７と接結経糸２８とによって形成される。接結緯糸２７の位置は、これを目的として、ほぼ織物層２１，２２，２３の緯糸２４の高さで経糸方向Ｋ（図１１および図１２）に、または経糸方向Ｋ（図１３）にずれていてもよい。接結緯糸２７の数は、経糸方向Ｋの織物の長さ区画ごとに、織物層２１，２２，２３の緯糸２４の数とは異なっていてもよい。たとえば、図１２の実施形態の場合、長さ区画ごとに、織物層２１，２２，２３のように、２倍の数の接結緯糸２７を使用する。

織物層２１，２２，２３内の織り接結配列の種類、また、接結システム２６による織り接結配列の種類も、原則的に任意に選択してもよい。繻子織、平織、綾織、絡み織などを使用してもよい。織物層２１，２２，２３の接結配列の種類は、同一であってもよく、または、図示する好適な実施形態からの展開において、互いに異なっていてもよい。

織物層２１，２２，２３において、また接結システム２６においても、さまざまなヤーンおよび／またはさまざまなヤーン厚さおよび／または可変数のヤーンおよび／またはさまざまなヤーン断面を使用してもよい。たとえば、帯状緯糸および／または帯状経糸を中間層または中間織物層２３に使用してもよい。

上記説明において明らかなように、実施例によると、少なくとも３層の織物層２１，２２，２３が設けられており、任意選択で、接結システム２６によって形成されているとともに第１織物層２１に隣接する最上織物層ＬＯおよび／または第２織物層２２に隣接する最下織物層ＬＵを形成してもよいさらに１層または２層の織物層が形成される。

織物層２１，２２，２３は、合わせてセンサ配列３３（図６〜図８）を形成する。センサ配列３３は、少なくとも１つの変化する電気特性を有する。たとえば、センサ配列３３は、センサ配列３３に対して作用している力Ｆに応じて変化する全抵抗ＲＧ、変化する静電容量Ｃまたは変化するピエゾ電圧Ｕｐを含んでもよい。センサ配列３３の電気特性は、特に中間織物層２３の、ヤーン特性に依存する。

一つの実施形態（図６）の場合、中間織物層２３は、ピエゾ抵抗材料を含む導電性緯糸２４および／または経糸２５を含み、その結果、中間織物層２３のピエゾ抵抗Ｒｍは、織物層に対して作用している力Ｆに応じて変化する。ピエゾ抵抗型抵抗Ｒｍは、電流が第１織物層２１から中間織物層２３を通って第２織物層２２に、またはその反対に流れているときの中間織物層２３の貫通抵抗である。また、織物層に対して作用している力Ｆによって、第１織物層２１と隣接する中間織物層２３との間に第１境界抵抗Ｒ１が形成され、また、第２織物層２２と中間織物層２３との間に第２境界抵抗Ｒ２が形成され、かかる境界抵抗は、織物層に対して作用している力Ｆに応じて変化する。そのため、３層の織物層は、織物層に対して作用している力Ｆに応じてそれぞれ変化する第１境界抵抗Ｒ１、ピエゾ抵抗型抵抗Ｒｍ、さらに第２境界抵抗Ｒ２から直列回路を生成する。この直列回路は、第１境界抵抗Ｒ１、ピエゾ抵抗型抵抗Ｒｍおよび第２境界抵抗Ｒ２の合計から提供される全抵抗ＲＧを有する。

第１織物層２１および第２織物層２２は、評価回路３４に接続されている。ここで、外部電圧ＵＥが、第１織物層２１と第２織物層２２との間の任意選択の直列抵抗器ＲＶを介して評価回路によって印加されてもよい。直列抵抗器ＲＶは、この場合、全抵抗ＲＧに直列に接続されていてもよい。この場合、全抵抗ＲＧの電圧または全抵抗ＲＧを通って流れている電流は、織物層に対して作用している力Ｆに応じて変化するため、評価回路３４の評価ユニット３５を介して、全抵抗ＲＧの電圧、および／または評価回路３４もしくはセンサ配列３３を通って流れている電流を評価することが可能である。外部電圧ＵＥは直流電圧であることが好ましい。

図６に模式的に示すように、実施例による評価ユニット３５は、全抵抗ＲＧで有効な電圧を評価する。評価ユニット３５は、電流を評価するために測定抵抗器に並列に接続されていてもよく、該測定抵抗器はさらに、センサ配列３３の全抵抗ＲＧに直列に接続されている。たとえば、直列抵抗器ＲＶも測定抵抗器として使用してもよい。

さらなる実施形態の場合、センサ配列３３は、静電容量センサ配列として具現される（図７）。この場合の中間織物層２３は誘電体を形成し、第１織物層２１および第２織物層２２は電極として具現されて、いわゆるプレートコンデンサのプレートに対応する。センサ配列３３に接続されている評価回路３４は、図６による実施形態に対応し、その結果、上記説明を参照してもよい。センサ配列３３は、織物層に対して作用している力Ｆに応じて変形し、その結果、力Ｆが発生する部位において、第１織物層２１と第２織物層２２との間の間隔が変化する。この場合、センサ配列３３の静電容量Ｃが変化し、これは、評価回路３４または評価ユニット３５によって確認されてもよい。この場合、評価ユニットは、第１織物層２１と第２織物層２２との間で有効な電圧を測定してもよい。好ましくは、外部電圧ＵＥとして直流電圧が印加される。

図８に図示するセンサ配列３３の実施形態の場合、中間織物層２３は、圧電材料を含む緯糸２４または経糸２５を含み、そのため、ピエゾ電圧Ｕｐを発生してもよい。ピエゾ電圧Ｕｐ、さらに第１境界抵抗Ｒ１および第２境界抵抗Ｒ２は、織物層に対して作用している力Ｆに応じて変化する。第１織物層２１と第２織物層２２との間で有効な電圧は、評価回路３４によって確認され、評価されてもよい。この場合、外部電圧を印加する必要はなく、評価回路３４は、第１織物層２１と第２織物層２２とに接続されている評価ユニット３５のみを含んでもよい。

その結果、電流が第１織物層２１から中間織物層２３を通って第２織物層２２まで、またはその反対方向に流れてもよい実施形態の場合のセンサ配列３３は、その部位に対して作用している力Ｆに応じて局部的に変化する、複数の、実施例によると３つの、変化する電気特性を持つ直列回路を含んでもよい。

接結システム２６の有無を問わず、製織手法を使用して織物層２１，２２，２３を接続する手順は、センサ配列３３の広がる範囲をより近くに制限できるという利点を有する。織物層に対して作用している力Ｆに依存する全抵抗ＲＧを、図６によるセンサ配列３３の実施形態を参照して例示的に図９に示している。織物層２１，２２，２３は、互いに縫い合わされておらず、または互いに接着されておらず、または同様なことをされていない。力Ｆに依存する全抵抗ＲＧの許容範囲Ｂ（製造許容差により生じる）は、製織手法を使用して織物層２１，２２，２３を接続することのみによって、他の多層センサ織物に対して制限できることが分かっている。製織手法を使用した織物層接続のために発生する許容範囲Ｂを、図９に、網目状のパターンで模式的に示している。対して、織物層２１，２２，２３を、たとえば縫製または他の機械的な手段によってその製作手順後に互いに接続すると、許容範囲Ｂは大きくなる。これは、図９において点線の上限ＢＯによって模式的に示しているが、本発明による織物２０の許容範囲Ｂの上限に対してずれている。そのため、ここで説明した実施形態の場合、織物層２１，２２，２３の間に追加の機械的、物理的または化学的な接続を作ることなく、織物層２１，２２，２３の間には織り接結配列のみを作る。

図２から図５において、実施例による第１織物層２１が導電性ストリップ４０と非導電性ストリップ４１とを緯糸方向Ｓに交互に含むことは明らかである。たとえば、導電性ストリップ４０においては緯糸２４のうちの少なくとも数本またはすべてが導電性であるのに対し、非導電性ストリップ４１においては非導電性緯糸２４のみが配列されている。一つの実施形態の場合、特に導電性ストリップ４０に設けられている導電性緯糸２４が互いに電気的に接触している場合には、第１織物層２１の経糸２５は非導電性であってもよい。あるいは、第１織物層２１の経糸２５のうちの少なくとも数本またはすべてが導電性で、それぞれ導電性ストリップ４０の１つまたはすべてにおいて横断接触配列３９を形成することも可能である。導電性経糸２５を横断接触配列３９として使用する場合、これらの経糸２５によって導電性ストリップ４０の電気的な短絡を防止する必要がある。これを目的として、非導電性ストリップ４１の領域で導電性経糸を織らず、その結果、電気接続が遮断される。このために、たとえば、非導電性ストリップ４１内の導電性経糸２５が、（好ましくは互いに離間した２箇所で隔てられる）浮き編みを形成することが有利である。経糸２５のうちの隔てられる部分は除去してもよい。導電性ストリップ４０においてそれぞれ横断接触配列３９を形成する導電性経糸２５の隔たりは、図４において非常に模式的に示している。

第２織物層２２は、経糸方向Ｋに延びて、緯糸方向Ｓに交互に互いに隣接して配列されている導電性ストリップ４０と非導電性ストリップ４１とを形成する。導電性ストリップ４０では、経糸２５のうちの数本またはすべてを導電性にしてもよく、非導電性経糸２５のみを、非導電性ストリップ４１で使用する。横断接触配列３９を形成するための第２織物層２２内の１本または複数本の緯糸２４が導電性の場合（第１織物層２１の説明と同様に）、この緯糸が非導電性ストリップ４１の領域において隔てられることから、導電性ストリップ４０間の電気接続が該導電性緯糸２４によって防止される。各非導電性ストリップ４１内の導電性緯糸２４を互いに離間した２箇所で隔てることが好ましく、緯糸２４のうちの隔てられる部分は除去される。このために、該緯糸２４は、各非導電性ストリップ４１の少なくとも１つの範囲において、隔てられる浮き編みを含んでもよい。

また、あるいはまたは追加で、導電性ストリップ４０（conductive strips）の横断接触配列３９は、１層または２層の織物層２１，２２に、導電性ヤーンを使用した縫製および／もしくは縫合によって、ならびに／または導電性層を施すことによって、たとえば接合および／もしくはプレスおよび／もしくは吹付けなどによって製作してもよい。

第１織物層２１内のストリップ４０，４１の範囲の方向は、第２織物層２２内のストリップ４０，４１の範囲の方向に対して直角に向けられている。図示する実施形態からの展開において、第１織物層２１内のストリップ４０，４１は、経糸方向にも延びていることもでき、第２織物層２２内のストリップ４０，４１は、緯糸方向Ｓにも延びていることができるであろう。

第１織物層２１および第２織物層２２の導電性ストリップ４０と非導電性ストリップ（non-conductive strips）４１との説明した配列によって、いわゆるグリッド構造またはマトリックス構造が発生する。織物２０またはセンサ配列３３に対して力Ｆが作用すると、その結果、織物２０の織物表面に対して力Ｆが作用する部位を判定することが可能である。この場合、空間分解能は、ストリップ４０，４１の数と幅とに依存する。非導電性ストリップ４１の幅を範囲の方向に対して横断状にできるだけ小さくすると有利であり、その結果、それぞれ隣り合う導電性ストリップ４０間に電気絶縁配列が確保されるが、表面のできるだけ大きな割合を、アクティブなセンサ表面として使用することができる。

図３および図４による実施形態の場合、第１織物層２１の導電性ストリップ４０は、片側で、たとえば第１側４２で、第１ライン４３に電気的に接続されている。第１ライン４３は、導電性ストリップ４０の数に応じて、対応する数の導線またはワイヤを含む。実施形態の場合、第１ライン４３は、ｍ本のワイヤまたは導線を有する（ｍは複数。ｍ＝２、３、４…）。

したがって、第２織物層２２の導電性ストリップ４０は、片側で、実施例によると第２側４４で、第２ライン４５に電気的に接続されている。第２ライン４５は、導電性ストリップ４０の数に対応する複数の導線またはワイヤを有し、実施例による実施形態では、ｎ本の導線またはワイヤ（ｎ＝２、３、４，…）を有する。ｍの数およびｎの数は、同一であってもよく、または互いに異なっていてもよい。

ライン４３，４５はそれぞれ、接続領域に直接、たとえば織物層２１，２２の該織物縁上のプラグ４７または別の接続手段を介して、導電性ストリップ４０に電気的に接続されていてもよい。したがって、プラグ４７に取り付けるために、接続手段をこの接続領域に設けてもよい。これを目的として、該織物層２１，２２の織物構造の導電性ストリップ４０に対して横断状に延びている導電性接続導線４８を設けてもよく、または、織物層２１，２２に施してもよい。接続導線４８は、たとえば、（例、第１織物層２１の）導電性緯糸２４または（例、第２織物層２２の）導電性経糸２５であってもよい。各接続導線４８は、それぞれ導電性ストリップ４０と接続領域の接続配列との一方のみに電気的に接続され、他方の導電性ストリップ４０に対して電気的に絶縁される。織物縁でプラグ４７またはライン４３，４５を接続するために接続領域に必要な設置空間は、ここでは特に小さくてもよく、電気接続を生じさせるための費用は少ない。センサ織物２０を現場に敷設しようとする場合、外部の第１または第２のライン４３，４５を敷設して接続するだけでよい。他のすべての電気接触配列は、製作手順中、より早期にすでに製作されていてもよい。

図４に図示するように、第１側４２および第２側４４は互いに隣接して配列されており、２つの側のうちの一方、実施例によると第１側４２、が経糸方向Ｋに延びており、２つの側のうちのそれぞれ他方、実施例によると第２側４４、が緯糸方向Ｓに延びている。その結果、２つの隣接する側４２，４４の比較的大きな表面の場合も、単純な電気接触配列が可能である。

評価回路３４は、ライン４３，４５に接続されている。評価回路３４では、織物２０またはセンサ配列３３に対して力Ｆが作用していることを特定することが可能であるだけでなく、導電性ストリップ４０のすべてが個々の導線を介して評価回路３４に接続されているため、第１織物層２１の導電性ストリップ４０と第２織物層２２の導電性ストリップ４０との間のどの交差部位で力Ｆが作用しているかも判定することが可能である。

センサ配列３３と評価回路３４との間の電気接触配列を簡素化するためのさらなる実施形態を図５に示す。そこでは、第１織物層２１の導電性ストリップ４０と第２織物層２２の導電性ストリップ４０とがどちらも共通の側で、実施例によると織物２０の第１側４２で、共通ライン４６に電気的に接続されている。共通ライン４６は複数のワイヤまたは導線を含み、その数は、少なくとも第１織物層２１の導電性ストリップ４０の数と第２織物層２２の導電性ストリップ４０の数との合計に対応する。そのため、織物２２の電気接触配列は、１つの織物縁でのみ実現され、その結果、特に、たとえば床の敷物として使用される大規模な織物２０の場合には、一層簡素化される。

共通ライン４６を介して片側で接触配列を可能にするために、導電性中間ストリップ５０が、第１織物層２１または第２織物層２２のいずれかの各非導電性ストリップ４１にそれぞれ織り込まれる。導電性中間ストリップ５０は、織物層２１または２２の２つの隣接する導電性ストリップ４０に対して電気的に絶縁され、たとえば、離間して配列される。各導電性中間ストリップ５０は、貫通接触配列（through-contacting arrangements）５１によって、各他方の織物層２２または２１の正確に１つの導電性ストリップ４０に接続されている。貫通接触配列５１は、少なくとも１本の導電性糸が、それぞれ他方の織物層２２または２１のそれぞれに割り当てられている導電性ストリップ４０に中間ストリップ５０を接続することから実現されてもよい。

図５に図示する実施形態の場合、導電性中間ストリップ５０は、第１織物層２１に設けられ、貫通接触配列５１によって第２織物層２２の導電性ストリップ４０との接続を生み出す。その結果、第２織物層２２の各導電性ストリップ４０の電気接触配列は、貫通接触配列５１と、第１織物層２１、ひいては織物２０の共通側上の導電性中間ストリップ５０とを介して設けられてもよい。それとは別に、共通ライン４６との接続は、図３および図４に関連して説明したように、導電性ストリップ４０と中間ストリップ５０とからの接続導線４８を介して設けられる。

貫通接触配列５１の少なくとも１本の糸は、接続されることになるストリップ４０，５０のうちの少なくとも一方、たとえば織物２０の製作手順中に製織手法を使用してそれぞれ割り当てられている導電性ストリップ４０に接続される導電性中間ストリップ５０またはその逆の導電性経糸および／または導電性緯糸であってもよい。

図示する実施形態の代替例では、貫通接触配列５１は、織物２０の製作後に他の電気接続によっても、たとえば、導電性バーを縫製する、導電性材料から具現されるリベットを導入する、などして製作してもよい。貫通接触配列５１は、織機で織物２０を織るときに予め製作されていると好ましい。

貫通接触配列５１は、中間層２３を貫通している。この場合、中間層２３との電気接続は、中間層が貫通接触配列５１の領域に導電性コンポーネントを含む場合、たとえば図６による実施形態の場合には、センサ配列３３の実施形態に応じて生み出してもよい。センサ配列３３の無負荷状態では、中間層２３の電気抵抗Ｒｍは十分に大きいので、中間層２３に対する貫通接触配列５１の電気接続は機能を損なわれない。貫通接触配列５１と中間層２３との間の電気接続を絶縁手段によって防止することも可能である。

図１４は、織物２０を製作するために、織機で製織手順を行う場合の製織手順をブロック図と同様に非常に模式的に示す。織機は、少なくとも、たとえば正確に７本の、ヘルドワイヤ５５を含む。ヘルドワイヤ５５は、互いに独立して上下に高さ方向Ｈに動いてもよく、それぞれ織物層２１，２２，２３のうちの１つの経糸２５、または接結経糸２８を案内する。適切なひ口を作ることによって、緯糸２４または接結緯糸２７を導入して適所によこ打ちすることが可能である。ひ口を形成する方法、および通される緯糸２４または接結緯糸２７の数は、所望の接結配列の種類に依存し、かつ、異なっていてもよい。図１４は、多くの可能性のうちの１つを単に例示的に示すにすぎない。

織機を使用して織物２０を製作する可能性は、たとえば「3D-Woven Fabrics（３Ｄ織物）」という題で、Pelin Gurkan Unalの出版物において開示されている（Han-Yong Jeon編、「Woven Fabrics（織物）」、ISBN 978-953-51-0607において出版され、リンク［https://www.intechopen.com/books/woven-fabrics］を使用して入手できる）。

本発明は、複数の、実施例によると３層の、織物層２１，２２，２３を有する多層センサ織物２０に関する。各織物層２１，２２，２３は、緯糸２４および経糸２５を有する。任意選択で、接結緯糸２７と接結経糸２８とを有する接結システム２６を設けることができる。製織技術による第１織物層２１，２２，２３は、直接的および／または間接的に接結システム２６によって留められている。織物層２１，２２，２３間の接続は、織物層２１，２２，２３の製作時に製織によって生じさせる。そのため、織物層２１，２２，２３のその後の接続の手間を省くことができる。

２０ 織物
２１ 第１織物層
２２ 第２織物層
２３ 中間織物層
２４ 緯糸
２５ 経糸
２６ 接結システム
２７ 接結緯糸
２８ 接結経糸
３３ センサ配列
３４ 評価回路
３５ 評価ユニット
３９ 横断接触配列
４０ 導電性ストリップ
４１ 非導電性ストリップ
４２ 第１側
４３ 第１ライン
４４ 第２側
４５ 第２ライン
４６ 共通ライン
４７ プラグ
４８ 接続導線
５０ 導電性中間ストリップ
５１ 貫通接触配列
５５ ヘルドワイヤ
Ｂ 許容領域
ＢＯ 先行技術の許容領域の上限
Ｃ 静電容量
Ｈ 高さ方向
Ｋ 経糸方向
ＬＯ 最上織物層
ＬＵ 最下織物層
Ｒ１ 第１境界抵抗
Ｒ２ 第２境界抵抗
ＲＧ 全抵抗
Ｒｍ ピエゾ抵抗型抵抗
ＲＶ 直列抵抗器
Ｓ 緯糸方向
Ｕｐ ピエゾ電圧

Claims (20)

1. 重ね合わせて配設されている少なくとも３層を有する織物（２０）であって、
   前記層のうちの２層は織物層であり、そのうちの１層の織物層が最下織物層（ＬＵ）を形成し、別の織物層が最上織物層（ＬＯ）を形成し、
   前記織物層のうちの１層は、導電性経糸（２５）および／または導電性緯糸（２４）を有する第１織物層（２１）を形成し、
   前記織物層のうちの別の層が、導電性経糸（２５）および／または導電性緯糸（２４）を有する第２織物層（２２）を形成し、
   前記層のうちの１層は、前記第１織物層（２１）と前記第２織物層（２２）との間に配設されている中間層（２３）を形成し、
   前記第１織物層（２１）、前記第２織物層（２２）、および前記中間層（２３）は、前記層（２１，２２，２３）に対して力が作用する間に変化する電気特性（ＲＧ，Ｃ，Ｕｐ）を有するセンサ配列（３３）を形成し、
   製織技術による前記最上織物層（ＬＯ）は、存在する前記他の織物層（２２，２３，ＬＵ）のうちの１層に接続されており、
   製織技術による前記最下織物層（ＬＵ）は、存在する前記他の織物層（２１，２３，ＬＯ）のうちの１層に接続されている、織物。
2. 前記最上織物層（ＬＯ）は前記第１織物層（２１）によって形成されている、請求項１に記載の織物。
3. 前記最下織物層（ＬＵ）は前記第２織物層（２２）によって形成されている、請求項１または請求項２に記載の織物。
4. 前記中間層（２３）は織物層である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の織物。
5. ２層または３層の織物層（２１，２２，２３）のみが存在する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の織物。
6. 前記第１織物層（２１）は、交互に配設されているとともに経糸方向（Ｋ）または緯糸方向（Ｓ）に相互に平行になるように延びている導電性ストリップ（４０）と非導電性ストリップ（４１）とを有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の織物。
7. 前記第２織物層（２２）は、交互に配設されているとともに前記経糸方向（Ｋ）または前記緯糸方向（Ｓ）に相互に平行に延びている導電性ストリップ（４０）と非導電性ストリップ（４１）とを有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の織物。
8. 前記第１織物層（２１）の前記ストリップ（４０，４１）は、前記第２織物層（２２）の前記ストリップ（４０，４１）に対して横断して整列されている、請求項６または請求項７に記載の織物。
9. いずれの場合にも、前記第１織物層（２１）または前記第２織物層（２２）内の少なくとも１つの非導電性ストリップ（４１）に、１つの導電性中間ストリップ（５０）が織り込まれており、前記導電性中間ストリップ（５０）は、前記織物層（２１，２２）内の前記２つの隣接する導電性ストリップ（４０）に対して電気的に絶縁されている、請求項６、請求項７または請求項８に記載の織物。
10. 前記第１または第２の織物層（２１，２２）内の各導電性中間ストリップ（５０）は、貫通接触配列（５１）によって、前記それぞれ他方の織物層（それぞれ２２または２１）の正確に１つの導電性ストリップ（４０）に接続されている、請求項９に記載の織物。
11. 前記第１織物層（２１）および前記第２織物層（２２）は、前記織物（２０）の共通の側（４２）で、評価回路（３４）に電気接続されている、請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の織物。
12. 導電性ストリップ（４０）内で前記ストリップ（４０）の方向に通っている前記導電性糸（２４，２５）は、少なくとも１つの横断接触配列（３９）によって電気的に相互接続されている、請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載の織物。
13. 製織技術により１つの非導電性ストリップ（４１）からの前記第１織物層（２１）の少なくとも１本の経糸（２５）または少なくとも１本の緯糸（２４）は、別の織物層（２２，２３）の緯糸（２４）または経糸（２５）と接結を形成する、請求項６から請求項１２のいずれか１項に記載の織物。
14. 製織技術により１つの非導電性ストリップ（４１）からの前記第２織物層（２２）の少なくとも１本の経糸（２５）または少なくとも１本の緯糸（２４）は、別の織物層（２１，２３）の緯糸（２４）または経糸（２５）と接結を形成する、請求項６から請求項１３のいずれか１項に記載の織物。
15. 非導電性接結経糸（２８）と非導電性接結緯糸（２７）とを有する接結システム（２６）が存在し、前記接結システム（２６）は製織技術による接結を形成することによって、前記織物層（２１，２２，２３）を接続するために規定される、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の織物。
16. 前記第１織物層（２１）、前記第２織物層（２２）、および前記中間層（２３）は、製織技術により直接的に相互接続されていない、請求項１５に記載の織物。
17. 前記第１織物層（２１）、前記第２織物層（２２）および前記中間層（２３）を接続するための製織技術による前記接結は、前記第１織物層（２１）、前記第２織物層（２２）の製作時に形成される、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の織物。
18. 前記第１織物層（２１）および前記第２織物層（２２）は共通の織機で製作され、本明細書における前記３層（２１，２２，２３）は、さらに製織技術により追加の接結システムによって間接的に相互接続され、および／または直接的に相互接続されている、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の織物（２０）を製作するための方法。
19. 追加で、前記中間層（２３）は織物層として具現され、３層（２１，２２，２３）すべてが共通の織機で製作され、本明細書における前記３層（２１，２２，２３）は、さらに製織技術により追加の接結システムによって間接的に相互接続され、および／または直接的に相互接続されている、請求項１８に記載の方法。
20. 個々の電極の片側だけの電気接触（５１）は、製織プロセスにおいて、前記織物層（２１）の前記ストリップ（５０）からの少なくとも１本の導電性糸を、前記織物層（２２）の前記ストリップ（４０）からの少なくとも１本の導電性糸と接結することによって行われる、請求項１８または請求項１９に記載の方法。
    

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