JP2020008438A - 感圧センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】布の柔軟性を活かしつつ安定した加圧力の計測が可能となり、かつ、めっき設備のような設備サイズの制約を受けることなく、広範囲の圧力分布を計測可能なサイズにできるとともに、材料費を抑えつつ生産性が高い構成の感圧センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】感圧センサ１は、導電布２の第１主面に第１間隔で配された複数の第１電極布３と、導電布２の第２主面に第１電極布３と交差する方向に第２間隔で配された複数の第２電極布４とを備え、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１がマトリクス配置で形成され、導電布２に第１導電性粒子１１が塗工されているとともに、第１電極布３と第２電極布４とに第１導電性粒子１１よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子１２が塗工されており、第１導電性粒子１１は導電性カーボンブラックである。【選択図】図１
Description
本発明は、生体情報を計測する感圧センサ及びその製造方法に関する。
近年、介護や健康促進等の目的で、ベッドでの寝姿の圧力分布や椅子等での着座姿勢の圧力分布を生体情報として計測する用途に感圧センサが使用されている。このように身体に接触させて生体情報を計測する用途では、身体に違和感の少ない柔軟性を有しつつ、身体に対応した大きなサイズで広範囲の圧力分布を計測可能な感圧センサが必要とされている。
従来、導電性高分子及びバインダー樹脂を含有する混合物が布地にコーティングされている導電体によって構成された布体と、前記布体の導電面の両面に当接するように並べて配置された導電性高分子でコーティングされた繊維からなる複数の導電性の線状部材とを備え、前記導電面の表面において略平行に並べて配置された複数の前記線状部材が、前記導電面の裏面において略平行に並べて配置された複数の前記線状部材に対して、略直交するように配置されている感圧センサが提案されている（特許文献１：特開２０１４−１０８１３４号公報参照）。
また、第１層シート、第２層シート及び第３層シートを備え、第１層シート及び第３層シートは、導電性粒子が所定間隔で塗布された導電路を有し、第１層シートの導電路の配向は、第３層シートの導電路の配向に対して横方向となっており、第２層シートは加圧力によって変化する電気特性を有する布製の感圧シートが提案されている（特許文献２：米国特許第８９６６９９７号明細書参照）。
特許文献１記載の感圧センサは、導電性の布体と導電性の線状部材とを点接触または線接触させた状態で加圧力を計測しており、このような点接触または線接触での計測は、面接触での計測に比べて抵抗値が大きくなってしまい、また、接触状態が不安定で抵抗値変動も大きい。
特許文献２記載の感圧シートは、布に導電性貴金属粒子をめっきしているため、材料費が大幅なコストアップとなる。
例えば、布に導電性貴金属粒子をめっきする場合、めっきの前処理として、布の油分除去、触媒付与、布表面の活性化処理等を行う必要があるため、処理工程が複雑になり、また、このような化学処理は、布へのダメージが懸念される。さらに、布のサイズは、めっき設備のサイズの制約を受けるので、大きなサイズの感圧シートを製造することが困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、布の柔軟性を活かしつつ安定した加圧力の計測が可能となり、かつ、めっき設備のような設備サイズの制約を受けることなく、広範囲の圧力分布を計測可能なサイズにできるとともに、材料費を抑えつつ生産性が高い構成の感圧センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。
本発明の感圧センサは、導電布と、前記導電布の第１主面に配された第１電極布と、前記導電布の第２主面に配された第２電極布とを備え、前記第１電極布は第１間隔で複数の第１電極が形成されており、前記第２電極布は第２間隔で複数の第２電極が形成されているとともに前記第２電極が前記第１電極と交差するように配されており、前記第１電極と前記第２電極との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサ、または、導電布と、前記導電布の第１主面に第１間隔で配された複数の第１電極布と、前記導電布の第２主面に前記第１電極布と交差する方向に第２間隔で配された複数の第２電極布とを備え、前記第１電極布と前記第２電極布との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサであって、前記導電布に第１導電性粒子が塗工されているとともに、前記第１電極布と前記第２電極布とに前記第１導電性粒子よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子が塗工されており、前記第１導電性粒子は導電性カーボンブラックであることを特徴とする。
この構成によれば、導電性カーボンブラックを布に塗工しているので、身体に違和感の少ない柔軟性を有しつつ、めっき設備のような設備サイズの制約を受けることなく、身体に対応した大きなサイズとすることが可能となり、広範囲の圧力分布が計測可能となるとともに、面接触の状態で安定した加圧力の計測が可能となる。尚且つ、導電性カーボンブラックは、枝状のストラクチャー構造を有し、トンネル効果によって抵抗値を低くし、また、貴金属や導電性高分子化合物と比較して安価に入手できるので、材料費を抑えつつ、生産性が高い構成となる。さらに、導電布の抵抗値は、第１電極布および第２電極布の抵抗値よりも大きいので、測定位置による抵抗値のばらつきやクロストークを低減できる。そして、交差領域がマトリクス配置で形成されるので、各交差領域における加圧力の計測精度を高めることができる。
前記導電性カーボンブラックは平均一次粒子径が１００ｎｍ以下のケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックまたはファーネスブラックのいずれか１種以上であることが好ましい。この構成によれば、少量の添加量で必要な抵抗値が得られるので、耐擦過性および柔軟性に優れた導電布となる。
前記導電布の第１主面に配された第１電極布と、前記導電布の第２主面に配された第２電極布と、縫合糸とを備え、前記第１電極布は第１間隔で複数の第１電極が形成されており、前記第２電極布は第２間隔で複数の第２電極が形成されているとともに前記第２電極が前記第１電極と交差するように配されており、前記第１電極と前記第２電極との交差領域がマトリクス配置で形成される構成、または、導電布と、前記導電布の第１主面に第１間隔で配された複数の第１電極布と、前記導電布の第２主面に前記第１電極布と交差する方向に第２間隔で配された複数の第２電極布と、縫合糸とを備え、前記第１電極布と前記第２電極布との交差領域がマトリクス配置で形成される構成であって、前記第１電極布が前記縫合糸によって前記導電布に縫い付けられているとともに、前記第２電極布が前記縫合糸によって前記導電布に縫い付けられていることが好ましい。
この構成によれば、電極布が導電布に縫い付けられて一体化しているので、測定領域の位置ずれを防止するとともに、布の柔軟性を活かしつつ安定した加圧力の計測が可能となる。尚且つ、広範囲の圧力分布を計測可能なサイズにできる。そして、面接触の状態で安定した加圧力の計測が可能となり、材料費を抑えつつ、生産性が高い構成となる。さらに、縫い付けによって交差領域の境界の位置が安定するので、各交差領域における加圧力の計測精度を高めることができる。
前記導電布の第１主面に配された第１電極布と、前記導電布の第２主面に配された第２電極布とを備え、前記第１電極布は第１間隔で[ｍ]数の第１電極が形成されており、前記第２電極布は第２間隔で[ｎ]数の第２電極が形成されているとともに前記第２電極が前記第１電極と交差するように配されており、前記第１電極と前記第２電極との交差領域がマトリクス配置で形成される構成、または、前記導電布の第１主面に第１間隔で配された[ｍ]数の第１電極布と、前記導電布の第２主面に前記第１電極布と交差する方向に第２間隔で配された[ｎ]数の第２電極布とを備え、前記第１電極布と前記第２電極布との交差領域がマトリクス配置で形成される構成であって、前記第１電極布と前記第２電極布とが互いに近づく圧縮方向に５０[ｍｍＨｇ]の外力を加えた状態における、前記交差領域の厚み方向の抵抗の平均値である抵抗値Ｒｃ[Ω]に対して、長手方向で隣接する２つの前記交差領域の長手方向の抵抗の平均値である抵抗値Ｒｅ[Ω]が次の式（１）を満たすことが好ましい。
（数１）
１＜Ｒｅ＜（Ｒｃ／（ｍ＋ｎ））・・・（１）
１＜Ｒｅ＜（Ｒｃ／（ｍ＋ｎ））・・・（１）
この構成によれば、布の柔軟性を活かしつつ安定した加圧力の計測が可能となり、かつ、広範囲の圧力分布を計測可能なサイズにできるとともに、材料費を抑えつつ生産性が高い構成となる。尚且つ、導電布の上下に配された帯状電極の表面抵抗が、導電布の表面抵抗より２桁以上小さい構成となるので、各交差領域における加圧力の計測精度を高めることができる。
本発明の感圧センサの製造方法は、導電布と、前記導電布の第１主面に配された第１電極布と、前記導電布の第２主面に配された第２電極布とを備え、前記第１電極布は第１間隔で複数の第１電極が形成されており、前記第２電極布は第２間隔で複数の第２電極が形成されているとともに前記第２電極が前記第１電極と交差するように配されており、前記第１電極と前記第２電極との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサの製造方法、または、導電布と、前記導電布の第１主面に第１間隔で配された複数の第１電極布と、前記導電布の第２主面に前記第１電極布と交差する方向に第２間隔で配された複数の第２電極布とを備え、前記第１電極布と前記第２電極布との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサの製造方法であって、第１導電性粒子の分散液を第１基布に塗工して前記導電布を形成する導電布形成ステップ、並びに、前記第１導電性粒子よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子の分散液を第２基布に塗工して前記第１電極布と前記第２電極布とを形成する電極布形成ステップを有し、前記第１導電性粒子は導電性カーボンブラックであることを特徴とする。この構成によれば、めっき設備のような設備サイズの制約を受けることなく、簡便な塗工作業によって感圧センサを製造することができる。そして、導電性カーボンブラックは、貴金属や導電性高分子化合物と比較して安価に入手できるので、材料費を抑えつつ、高い生産性が得られる。
本発明によれば、導電性カーボンブラックを布に塗工しているので、身体に違和感の少ない柔軟性を有しつつ、めっき設備のような設備サイズの制約を受けることなく、身体に対応した大きなサイズとすることが可能となり、広範囲の圧力分布が計測可能となるとともに、面接触の状態で安定した加圧力の計測が可能となる。尚且つ、導電性カーボンブラックは、枝状のストラクチャー構造を有し、トンネル効果によって抵抗値を低くし、また、貴金属や導電性高分子化合物と比較して安価に入手できるので、材料費を抑えつつ、生産性が高い構成となる。さらに、導電布の抵抗値は、第１電極布および第２電極布の抵抗値よりも大きいので、測定位置による抵抗値のばらつきやクロストークを低減できる。そして、交差領域がマトリクス配置で形成されるので、各交差領域における加圧力の計測精度を高めることができる。
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、第１の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の斜視図である。図２は本実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の平面図である。図３Ａは第１の実施形態の感圧センサの例を示す概略の正面図であり、図３Ｂは第１の実施形態の感圧センサの例を示す概略の側面図である。説明の都合上、図１等ではカバー布や信号配線等は省略している。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、第１の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の斜視図である。図２は本実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の平面図である。図３Ａは第１の実施形態の感圧センサの例を示す概略の正面図であり、図３Ｂは第１の実施形態の感圧センサの例を示す概略の側面図である。説明の都合上、図１等ではカバー布や信号配線等は省略している。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
ここで、感圧センサ１の各部の位置関係を説明し易くするため、図中にＸ，Ｙ，Ｚの矢印で向きを示している。感圧センサ１を実際に使用する際には、これらの向きに限定されず、どのような向きで使用しても支障ない。なお、第１主面２ａと第２主面２ｂとは互いに反対向きの面であって、相対的な位置関係を示しており、物理的な向きは限定していない。第１主面２ａは、例えば上面または表面と読み替えることができる。また、第２主面２ｂは、例えば下面または裏面と読み替えることができる。
感圧センサ１は、図１、図２、図３Ａ、図３Ｂに示すように、四角形状の導電布２と、導電布２の第１主面２ａに第１間隔２ｃで配された複数の帯状第１電極布３と、導電布２の第２主面２ｂに第１電極布３と交差する方向に第２間隔２ｄで配された複数の帯状第２電極布４と、非導電性の縫合糸５とを備える。ここでは、導電布２の第１主面２ａにおいて第１電極布３が略平行に配置されており、また、導電布２の第２主面２ｂにおいて第２電極布４が略平行に配置されており、そして、第２電極布４が第１電極布３に対して略直交するように配置されている。なお、導電布２、第１電極布３及び第２電極布４は、四角形状に限られず、角丸四角形状や楕円形状とする場合がある。
ここで、感圧センサ１は、図４に示すように、第１電極布３と第１電極布３との間の第１隙間３ａの位置で縫合糸５によって第２電極布４が導電布２に縫い付けられている。また、図５に示すように、第２電極布４と第２電極布４との間の第２隙間４ａの位置で縫合糸５によって第１電極布３が導電布２に縫い付けられている。そして、平面視で、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１がマトリクス配置で形成される。図１と図２では、ハッチングされた四角形状の領域を交差領域Ｖ１として例示している。
図２の例では、交差領域Ｖ１を囲むように縫合糸５が縫い付けられている。尚且つ、交差領域Ｖ１の四隅の外側位置に縫合糸５が縫い付けられている。この構成によれば、縫合糸５の縫い付けによって交差領域Ｖ１から他の交差領域Ｖ１へのリーク電流が低減されるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。
そして、図４に示すとおり、第１電極布３における縫合糸５が縫い付けられている箇所が縫合糸５の張力によって窪んでいる。また、図５に示すとおり、第２電極布４における縫合糸５が縫い付けられている箇所が縫合糸５の張力によって窪んでいる。この構成によれば、縫合糸５の縫い付けによる上下方向の締付けによって縫い付け部に不感帯が形成され、不感帯が形成されるので交差領域Ｖ１以外の箇所の抵抗値の変動が抑えられるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。上記以外の構成として、交差領域Ｖ１の四隅の位置に縫合糸５が縫い付けられている場合があり、この場合も図４に示す構成と同様の効果が見込める。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、ミシンによって第１電極布３と導電布２とを縫製する手順を例示する概略の断面図である。一例として、本縫いの場合、ミシンによって第１電極布３と導電布２とを貫通したループ状の上糸５に下糸５を通して結び目が出来た状態とし（図６Ａ）、結び目を引き上げることで第１電極布３と導電布２との間に結び目が配される状態とし（図６Ｂ）、第１電極布３と導電布２とを所定方向に移動させながら結び目を作る作業を繰り返して縫製する（図６Ｃ）。ミシンによって第２電極布４と導電布２とを縫製する場合も、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す縫製手順と同様である。
本実施形態は、第１電極布３の短手方向の幅は第１間隔２ｃの短手方向の幅よりも大きく、かつ、第２電極布４の短手方向の幅は第２間隔２ｄの短手方向の幅よりも大きい。この構成によれば、隣接する測定箇所からのリーク電流が低減されるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。第１電極布３の短手方向の幅と第２電極布４の短手方向の幅は、それぞれ一例として１０〜１００[ｍｍ]である。また、第１間隔２ｃの短手方向の幅と第２間隔２ｄの短手方向の幅は、それぞれ一例として１〜１０[ｍｍ]である。
本実施形態は、導電布２の厚みは第１間隔２ｃの短手方向の幅よりも小さく、かつ、導電布２の厚みは第２間隔２ｄの短手方向の幅よりも小さい。この構成によれば、隣接する測定箇所からのリーク電流が低減されるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。導電布２の厚みは、一例として０．３〜０．６[ｍｍ]である。第１電極布３の厚みと第２電極布４の厚みは、一例として０．２〜０．６[ｍｍ]である。
第１電極布３における電極は、導電布２の第１主面２ａと対向する面にのみ形成されている場合があり、この場合、電極材料のコスト及び製造コストを抑えられる。または、第１電極布３における電極は、第１電極布３の上面と下面とに形成されている場合があり、第１電極布３の全周に亘って形成されている場合がある。この場合、第１電極布３の上面と下面とのどちらを導電布２に重ねてもよいので製造し易くなる。または、第１電極布３における電極は、第１電極布３の厚み方向に導通するように形成されている場合があり、この場合、電極の導通の信頼性を高められる。
第２電極布４における電極は、導電布２の第２主面２ｂと対向する面にのみ形成されている場合があり、この場合、電極材料のコスト及び製造コストを抑えられる。または、第２電極布４における電極は、第２電極布４の上面と下面とに形成されている場合があり、第２電極布４の全周に亘って形成されている場合がある。この場合、第２電極布４の上面と下面とのどちらを導電布２に重ねてもよいので製造し易くなる。または、第２電極布４における電極は、第２電極布４の厚み方向に導通するように形成されている場合があり、この場合、電極の導通の信頼性を高められる。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、図３Ａにおける破線で囲んだ部分Ｐ１を拡大した図であり、第１電極布３と導電布２との接触状態の例を模式的に示す概略の断面図である。ここでは、第１導電性粒子１１は導電性カーボンブラックであり、また、第２導電性粒子１２は導電性金属粒子１２ａと導電性カーボンブラック１２ｂである。そして、導電性カーボンブラック１１がバインダー樹脂１３ａによって導電布２に接着しており、また、導電性金属粒子１２ａと導電性カーボンブラック１２ｂとがバインダー樹脂１３ｂによって第１電極布３に接着している。第２電極布４と導電布２との接触状態についても図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示す接触状態と同様である。つまり、第１電極布３と第２電極布４とに、第１導電性粒子１１よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子１２が塗工されている。
本実施形態は、第１導電性粒子１１のストラクチャーによって、導電布２は厚み方向、長手方向及び短手方向に導通している（不図示）。また、導電性金属粒子１２ａと導電性カーボンブラック１２ｂとのストラクチャーによって、第１電極布３は厚み方向、長手方向及び短手方向に導通している（不図示）。第２電極布４についても、第１電極布３と同様である。
本実施形態は、導電性カーボンブラック１１（１２ｂ）は平均一次粒子径が１００ｎｍ以下のケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックまたはファーネスブラックのいずれか１種以上である。この構成によれば、少量の添加量で必要な抵抗値が得られるので、耐擦過性および柔軟性に優れた導電布となる。
ファーネスブラックは、油やガスを高温ガス中で不完全燃焼させて導電性カーボンブラックを得るファーネス法によって製造される。ファーネスブラックは、製造上、大量生産に向き、粒子径やストラクチャーをコントロールし易い。
チャンネルブラックは、天然ガスを燃焼させ、チャンネル鋼に析出させたものを掻き集めて得るチャンネル法によって製造される。チャンネルブラックは、表面官能基が多いので、塗工に向いている。
アセチレンブラックは、アセチレンガスを熱分解して得るアセチレン法よって製造される。アセチレンブラックは、導電性が高く、不純物が少ない。
ケッチェンブラックは、大まかには不純物の少ない油を高温ガス中で不完全燃焼させて導電性カーボンブラックを得るオイルファーネス法によって製造され、副生するガスを分離後、前駆体を造粒・乾燥して製造される。ケッチェンブラックは他の導電性カーボンブラックと異なり、中空シェル状の構造を持っているため、アセチレンブラックよりも高い導電性を発現する。
一例として、ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社のケッチェンブラックＥＣ３００ＪはＢＥＴ比表面積のカタログ値が８００[ｍ2／ｇ]であり、ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤはＢＥＴ比表面積のカタログ値が１２７０[ｍ2／ｇ]以上であり、いずれも標準的なアセチレンブラックのＢＥＴ比表面積の１０倍以上である。これにより、少量の添加量で高い導電性が得られるので、耐擦過性および柔軟性に優れた導電布となる。
図７Ａに示すように、第１導電性粒子１１の外径サイズと、第２導電性粒子１２の外径サイズとが略同一サイズとなっている状態は、第１電極布３と導電布２との接触抵抗が最小となるベストモードである。図７Ａの例では、第１電極布３と導電布２との接触面積が、最大となって必要な接触面積を十分に確保する、且つ、第１電極布３の抵抗値が導電布２の抵抗値よりも適度に小さい値となるので、測定位置による抵抗値のばらつきやクロストークを低減できる。第２電極布４についても、第１電極布３と同様である。
図７Ｂに示すように、第１導電性粒子１１の外径サイズが、第２導電性粒子１２の外径サイズの０．５倍以上で２．０倍以下のサイズとなっている状態は、第１電極布３と導電布２との接触抵抗が適度に小さい値となるベターモードである。図７Ｂの例では、第１電極布３の第２導電性粒子１２の大半と、導電布２の第１導電性粒子１１の大半とが接触し、必要な接触面積を確保するので、測定位置による抵抗値のばらつきやクロストークを低減できる。第２電極布４についても、第１電極布３と同様である。
図７Ｃに示すように、第１導電性粒子１１の外径サイズが、第２導電性粒子１２の外径サイズの２．０倍以下で０．５倍以上のサイズとなっている状態は、第１電極布３と導電布２との接触抵抗が適度に小さい値となるベターモードである。図７Ｃの例では、第１電極布３の第２導電性粒子１２の大半と、導電布２の第１導電性粒子１１の大半とが接触し、必要な接触面積を確保するので、測定位置による抵抗値のばらつきやクロストークを低減できる。第２電極布４についても、第１電極布３と同様である。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示すように、本実施形態は、第１導電性粒子１１の平均一次粒子径を基準として、第２導電性粒子１２の平均一次粒子径が０．５倍以上２．０倍以下の範囲内である。この構成によれば、第１電極布３と導電布２、並びに第２電極布４と導電布２との接触面積を大きくして接触状態を安定にすることができる。
本実施形態は、導電布２の重量を基準として、第１導電性粒子１１の重量が５％以下である。この構成によれば、耐擦過性および柔軟性に優れた導電布２となり、且つ、材料費が低減できる。
本実施形態は、第１導電性粒子１１と破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂１３ａとの混合物が導電布２に塗工されている。また、第２導電性粒子１２と破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂１３ｂとの混合物が第１電極布３に塗工されている。尚且つ、第２導電性粒子１２と破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂１３ｂとの混合物が第２電極布４に塗工されている。この構成によれば、導電布２、第１電極布３及び第２電極布４の柔軟性を活かしつつ安定した加圧力の計測ができる。
本実施形態は、導電布２、第１電極布３及び第２電極布４はいずれも織物である、または、導電布２、第１電極布３及び第２電極布４はいずれも編物である。この構成によれば、伸縮性に優れた感圧センサ１となり、身体に違和感の少ない柔軟性を有しつつ、身体に対応した大きなサイズで広範囲の圧力分布を計測可能な感圧センサ１となる。
第１導電性粒子１１はバインダー樹脂１３ａによって導電布２における基材布の表面及び繊維中に接着されている。また、第２導電性粒子１２はバインダー樹脂１３ｂによって第１電極布３における基材布の表面及び繊維中に接着されている。そして、第２導電性粒子１２はバインダー樹脂１３ｂによって第２電極布４における基材布の表面及び繊維中に接着されている。
一例として、導電布２は、繊維からなる基布に導電性カーボンブラック（第１導電粒子１１）及びバインダー樹脂１３ａが塗工されている。一例として、第１電極布３および第２電極布４は、繊維からなる基布に導電性金属粒子（第２導電粒子１２）及びバインダー樹脂１３ｂが塗工されている。一例として、第１電極布３と第２電極布４とは、同一の材料からなる。
本実施形態は、第１電極布３と前記第２電極布４とに導電性金属粒子が塗工されており、かつ、導電布２に導電性カーボンブラックが塗工されているので、第１電極布３と第２電極布４との表面抵抗率が、いずれも導電布２の表面抵抗率よりも２桁以上小さくなる。これによれば、第１電極布３および第２電極布４の長さ方向の抵抗の影響が低減されるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。つまり、感圧部である交差領域Ｖ１における測定抵抗の影響をほとんど無視できる。尚且つ、導電性金属粒子と比較して安価な導電性カーボンブラックによって分散安定性に優れた導電布２を構成できる。また、測定位置による抵抗値のばらつきを低減できるとともに、交差領域Ｖ１と交差領域Ｖ１とのクロストークを低減できる。
前記基布は、一例としてナイロン、ポリエステル、レーヨン、アクリル、ポリアミドなどの合成繊維や、綿、リンネルなどの天然繊維からなる。医療現場では、オートクレーブ滅菌処理を行うことが想定されることから、オートクレーブ滅菌処理の耐性が高いこれらの繊維が好ましい。
前記基布は、一例として織物、編物、不織布である。前記基布を構成する糸または繊維の太さは、一例として５０〜２００デニールである。前記基布が編物または不織布の場合、身体との接触面積を増大させるとともに、接触抵抗を下げることができる。前記基布が編物の場合、織物や不織布よりも伸縮性が大きくなり、優れたものとなる。
第１導電粒子１１は、一例として導電性カーボンブラックからなり、例えばケッチェンブラックである。導電性カーボンブラックは、枝状のストラクチャー構造を有し、トンネル効果によって抵抗値を低くし、また、貴金属や導電性高分子化合物と比較して安価に入手できる。特にケッチェンブラックは、少量の添加量で必要な抵抗値が得られるので、耐擦過性および柔軟性に優れた導電布となる。
第２導電粒子１２は、一例として導電性金属粉末、導電性金属繊維、導電性高分子化合物、導電性カーボンブラック、またはこれらの混合物からなる。前記導電性金属は一例として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、その他既知の導電性金属である。前記導電性高分子化合物は一例として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリ（４−スチレンスルホン酸）をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリチオフェン（ＰＴ）、または既知の導電性高分子化合物である。
バインダー樹脂１３ａとバインダー樹脂１３ｂとは、一例として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂からなる。バインダー樹脂１３ａとバインダー樹脂１３ｂとは、一例としてポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエステル（ＰＥｓ）、または既知の合成樹脂である。
塗工は、浸漬法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法、電着法、または他既知の塗布方法、若しくはこれら塗布方法の組み合わせが適用できる。
縫合糸５は、一例としてナイロン、ポリエステル、レーヨン、アクリル、ポリアミドなどの合成繊維や、綿、リンネルなどの天然繊維からなる。縫合糸５の太さは、一例として２０〜２００デニールである。
縫製は、一例としてミシン、若しくは手縫いである。前記縫製は、一例として本縫い、環縫い、かがり縫い、偏平縫い、その他既知の縫い方が適用される。縫製が本縫いの場合、第１主面２ａ（表）と第２主面２ｂ（裏）の両方において、縫合糸５が縫い付けられた箇所が伸縮性のない縫い目となり、不感帯が形成されて交差領域Ｖ１以外の箇所の抵抗値の変動が抑えられるので、交差領域Ｖ１をマトリクス配置で形成するとともに、個々に電気信号を取り出すための独立した圧力セルとして機能させ易くなる。
図８は第１の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の平面図であり、コントローラ７を接続した状態の図である。コントローラ７は、信号配線の切替え回路、信号検出器、Ａ／Ｄ変換器、半導体メモリ、演算回路、これらを制御するＣＰＵを有する。
感圧センサ１は、複数の第１電極布３ｂと複数の第２電極布４ｂとの、それぞれの長手方向の端部に信号線が接続され、コントローラ７に内蔵された切替え回路によって周波数が一例として１０〜１００[Ｈｚ]でスキャンされ、マトリクス配置で形成された交差領域Ｖ１の抵抗値を個々にミリ秒オーダーで信号検出器によって検出され、Ａ／Ｄ変換器によってＡ−Ｄ変換され、半導体メモリによってデータ蓄積され、演算回路によって演算され、最終的に圧力値または圧力分布、若しくは圧力値及び圧力分布として外部のディスプレイ装置に表示される。一例としてコントローラ７とディスプレイ装置とは、感圧センサ１との信号接続用のインターフェース基板が内蔵されたパーソナルコンピュータが適用できる。
本実施形態は、導電布２の第１主面２ａに第１間隔２ｃで配された[ｍ]数の第１電極布３と、導電布２の第２主面２ｂに第１電極布３と交差する方向に第２間隔２ｄで配された[ｎ]数の第２電極布４とを備え、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１がマトリクス配置で形成される。ここで、[ｍ]と[ｎ]とはそれぞれ２以上の自然数であり、図８の例では、ｍ＝５であり、ｎ＝６である。
本実施形態は、第１電極布３と第２電極布４とが互いに近づく圧縮方向に５０[ｍｍＨｇ]の外力を加えた状態における、交差領域Ｖ１の厚み方向の抵抗の平均値である抵抗値Ｒｃ[Ω]に対して、長手方向で隣接する２つの交差領域Ｖ１，Ｖ１の長手方向の抵抗の平均値である抵抗値Ｒｅ[Ω]が上述の式（１）を満たす。
図８のように、行方向の各第１電極布３の電極ピッチ３ｃと、列方向の各第２電極布４の電極ピッチ４ｃとが等しい場合、上述の式（１）のとおりとなる。
一方、各第１電極布３の電極ピッチ３ｃと、各第２電極布４の電極ピッチ４ｃとが異なる場合、行方向の各第１電極布３の電極ピッチ３ｃでの電極抵抗値Ｒ１[Ω]と、列方向の各第２電極布４の電極ピッチ４ｃでの電極抵抗値Ｒ２[Ω]との加重平均で抵抗値Ｒｅ[Ω]を、次の式（２）によって算出する。
（数２）
Ｒｅ＝（ｍ×Ｒ１＋ｎ×Ｒ２）／（ｍ＋ｎ）・・・（２）
Ｒｅ＝（ｍ×Ｒ１＋ｎ×Ｒ２）／（ｍ＋ｎ）・・・（２）
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂは、感圧センサの交差領域における圧力と抵抗との関係を例示する抵抗特性グラフ図である。
例えば、第１導電性粒子が貴金属微粒子である場合、抵抗値Ｒｅ[Ω]は１[Ω]よりもかなり小さい値となる（Ｒｅ[Ω]＜＜１[Ω]）。この場合、図１５Ａに示すとおり、（ｍ ，ｎ）のマトリクス配置で形成される交差領域における、（１ ，１）の抵抗特性グラフと、（ｍ ，ｎ）の抵抗特性グラフとは、一致する。しかしながら、布に導電性貴金属粒子をめっきしなければならず、材料費が大幅なコストアップとなり、大きなサイズの感圧シートを製造することが困難である。
本実施形態の一例として、第１導電性粒子１１が導電性カーボンブラックであって、抵抗値Ｒｅ[Ω]を１[Ω]よりも大きい値として（１[Ω]＜Ｒｅ[Ω]）、尚且つ、第２導電性粒子１２が導電性金属粒子１２ａと、導電性カーボンブラック１２ｂとの混合物であって、抵抗値Ｒｅ[Ω]を、抵抗値Ｒｃ[Ω]を（ｍ＋ｎ）で除した値よりもかなり小さい値とする（Ｒｅ[Ω]＜＜（Ｒｃ[Ω]／（ｍ＋ｎ）））。この場合、図１５Ｂに示すとおり、（ｍ ，ｎ）のマトリクス配置で形成される交差領域における、（１ ，１）の抵抗特性グラフと、（ｍ ，ｎ）の抵抗特性グラフとは、図１５Ａのグラフと同様に、ほぼ一致する。そして、加圧力が５０[ｍｍＨｇ]近傍または加圧力が５０[ｍｍＨｇ]以上の範囲ではマトリクス配置で形成される交差領域のどの位置においても抵抗特性グラフがほぼ一致する。
この構成によれば、布の柔軟性を活かしつつ安定した加圧力の計測が可能となり、かつ、広範囲の圧力分布を計測可能なサイズにできるとともに、材料費を抑えつつ生産性が高い構成となる。尚且つ、導電布２の上下に配された帯状電極（第１電極布３と第２電極布４）の表面抵抗が、導電布２の表面抵抗より２桁以上小さい構成となるので、各交差領域Ｖ１における加圧力の計測精度を高めることができる。
本実施形態の一例として、第１導電性粒子１１が導電性カーボンブラックであって、抵抗値Ｒｅ[Ω]を１[Ω]よりもかなり大きい値として（１[Ω]＜＜Ｒｅ[Ω]）、尚且つ、第２導電性粒子１２が導電性金属粒子１２ａと、導電性カーボンブラック１２ｂとの混合物であって、抵抗値Ｒｅ[Ω]を、抵抗値Ｒｃ[Ω]を（ｍ＋ｎ）で除した値よりも小さい値とする（Ｒｅ[Ω]＜（Ｒｃ[Ω]／（ｍ＋ｎ）））。この場合、図１６Ａに示すとおり、（ｍ ，ｎ）のマトリクス配置で形成される交差領域における、（１ ，１）の抵抗特性グラフと、（ｍ ，ｎ）の抵抗特性グラフとは、図１５Ａや図１５Ｂのグラフに比べて、抵抗値にばらつきが生じる。この場合、各抵抗値のばらつきは２倍以内に収まっているので、各交差領域においてキャリブレーションすることで感圧センサとして支障なく使うことができる。
例えば、抵抗値Ｒｅ[Ω]を、抵抗値Ｒｃ[Ω]を（ｍ＋ｎ）で除した値よりも大きい値とする（Ｒｅ[Ω]＞（Ｒｃ[Ω]／（ｍ＋ｎ）））。この場合、図１６Ｂに示すとおり、（ｍ ，ｎ）のマトリクス配置で形成される交差領域における、（１ ，１）の抵抗特性グラフと、（ｍ ，ｎ）の抵抗特性グラフとは、図１５Ｂや図１６Ａのグラフに比べて、抵抗値のばらつきが大きい。この場合、各抵抗値のばらつきは２倍を超えているので、各交差領域においてキャリブレーションしても感圧センサとして使いこなすのは困難である。
続いて、第１の実施形態の感圧センサ１の他の例について、以下に説明する。
図９は、本実施形態の感圧センサ１の上記以外の例を示す概略の平面図である。この例は、縫合糸５の縫い目が、第１電極布３の長手方向の両側と、第２電極布４の長手方向の両側とに点在するように設けられており、本明細書では、交差領域Ｖ１を囲むように縫合糸５が縫い付けられているとみなしている。また、この例は、交差領域Ｖ１の四隅の外側位置に縫合糸５が縫い付けられている。図９に示すとおり、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１がマトリクス配置で形成される。この構成によれば、導電布２、第１電極布３及び第２電極布４の基布の伸縮性を、縫合糸５の縫い目が極力妨げないようにできる。なお、上記以外の構成として、交差領域Ｖ１の四隅の位置に縫合糸５が縫い付けられている場合があり、この場合も、上記の構成と同様の効果が見込める。
図１０は、本実施形態の感圧センサ１の上記以外の例を示す概略の平面図である。図１０の例は、平面視で、感圧センサ１の中央付近の第１電極布３の短手方向の幅と第２電極布４の短手方向の幅とを狭くすることで、感圧センサ１の中央に近づくとともに、交差領域Ｖ１よりも面積の小さい交差領域Ｖ１１を形成し、さらに交差領域Ｖ１１よりも面積の小さい交差領域Ｖ１２を形成している。この場合についても、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１、交差領域Ｖ１１及び交差領域Ｖ１２がマトリクス配置で形成される。この構成によれば、交差領域Ｖ１、交差領域Ｖ１１及び交差領域Ｖ１２のそれぞれの面積に比例した圧力換算を行うことで、感圧センサ１の中央に近づくとともに、外部圧力に対する分解能を高めることができる。なお、外部圧力に対する分解能を高める領域は、感圧センサ１の中央部に限られず、所望の範囲に複数設けることが可能である。
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の斜視図である。図１２は本実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の平面図である。図１３Ａは第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の正面図であり、図１３Ｂは第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の側面図である。説明の都合上、図１１等ではカバー布や信号配線等は省略している。第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
図１１は、第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の斜視図である。図１２は本実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の平面図である。図１３Ａは第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の正面図であり、図１３Ｂは第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の側面図である。説明の都合上、図１１等ではカバー布や信号配線等は省略している。第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
本実施形態は、導電布２の第１主面２ａに配された１つの第１電極布３と、導電布２の第２主面２ｂに配された１つの第２電極布とを備え、第１電極布３は第１間隔２ｃで複数の第１電極３ｂが形成されており、第２電極布４は第２間隔２ｄで複数の第２電極４ｂが形成されているとともに、第２電極４ｂが第１電極３ｂと交差するように配されており、第１電極３ｂと第２電極４ｂとの交差領域Ｖ１がマトリクス配置で形成される。
本実施形態は、第１電極３ｂの短手方向の幅は第１間隔２ｃの短手方向の幅よりも大きく、かつ、第２電極４ｂの短手方向の幅は第２間隔２ｄの短手方向の幅よりも大きい。この構成によれば、隣接する測定箇所からのリーク電流が低減されるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。第１電極３ｂの短手方向の幅と第２電極４ｂの短手方向の幅は、それぞれ一例として１０〜１００[ｍｍ]である。また、第１間隔２ｃの短手方向の幅と第２間隔２ｄの短手方向の幅は、それぞれ一例として１〜１０[ｍｍ]である。
本実施形態は、導電布２の厚みは第１間隔２ｃの短手方向の幅よりも小さく、かつ、導電布２の厚みは第２間隔２ｄの短手方向の幅よりも小さい。この構成によれば、隣接する測定箇所からのリーク電流が低減されるので、加圧力に対応して出力される検出信号のＳ／Ｎ比を改善できる。導電布２の厚みは、一例として０．３〜０．６[ｍｍ]である。第１電極布３の厚みと第２電極布４の厚みは、一例として０．２〜０．６[ｍｍ]である。
第１電極３ｂは、第１電極布３における、導電布２の第１主面２ａと対向する面にのみ形成されている場合があり、この場合、電極材料のコスト及び製造コストを抑えられる。または、第１電極３ｂは、第１電極布３の上面と下面とに形成されている場合があり、この場合、第１電極布３の上面と下面とのどちらを導電布２に重ねてもよいので製造し易くなる。または、第１電極３ｂは、第１電極布３の厚み方向に導通するように形成されている場合があり、この場合、電極の導通の信頼性を高められる。
第２電極４ｂは、第２電極布４における、導電布２の第２主面２ｂと対向する面にのみ形成されている場合があり、この場合、電極材料のコスト及び製造コストを抑えられる。または、第２電極４ｂは、第２電極布４の上面と下面とに形成されている場合があり、この場合、第２電極布４の上面と下面とのどちらを導電布２に重ねてもよいので製造し易くなる。または、第２電極４ｂは、第２電極布４の厚み方向に導通するように形成されている場合があり、この場合、電極の導通の信頼性を高められる。
第２の実施形態は、第１電極布３と第２電極布４との寸法や数が上述の第１の実施形態と相違している。それ以外の縫製方法や縫製位置、第１導電性粒子１１や第２導電性粒子１２、その他構成要素を第１の実施形態と同様にできる。
上記以外の例として、例えば織物にて第１電極布３と第２電極布４とを構成する。経糸を、例えばナイロンをコアとして銀メッキでシェルを構成した導電糸と、例えばナイロン製の絶縁糸とを複数交互に並べる。また、緯糸を、例えばナイロン製の複数の絶縁糸を順に織って、所定間隔で複数のストライプ状電極が形成された一枚の第１電極布３を構成する。そして、第１電極布３と同一の第２電極布４を水平方向に９０°回転させて、導電布２の上下でマトリックス電極を構成する。そして、縫合糸５によって、交差領域Ｖ１を含まない部分で第１電極布３と導電布２と第２電極布４とを縫製する。この構成によれば、布の柔軟性を最大限に活かしたサイズの自由度が高い感圧センサ１ができる。
図１４は第２の実施形態の感圧センサ１の例を示す概略の平面図であり、コントローラ７を接続した状態の図である。コントローラ７は、信号配線の切替え回路、信号検出器、Ａ／Ｄ変換器、半導体メモリ、演算回路、これらを制御するＣＰＵを有する。
本実施形態は、導電布２の第１主面２ａに配された１つの第１電極布３と、導電布２の第２主面２ｂに配された１つの第２電極布４とを備え、第１電極布３は第１間隔２ｃで[ｍ]数の第１電極３ｂが形成されており、第２電極布４は第２間隔２ｄで[ｎ]数の第２電極４ｂが形成されているとともに、第２電極４ｂが第１電極３ｂと交差するように配されており、第１電極３ｂと第２電極４ｂとの交差領域Ｖ１がマトリクス配置で形成される。ここで、[ｍ]と[ｎ]とはそれぞれ２以上の自然数であり、図１４の例では、ｍ＝５であり、ｎ＝６である。
本実施形態は、第１電極布３と第２電極布４とが互いに近づく圧縮方向に５０[ｍｍＨｇ]の外力を加えた状態における、交差領域Ｖ１の厚み方向の抵抗の平均値である抵抗値Ｒｃ[Ω]に対して、長手方向で隣接する２つの交差領域Ｖ１，Ｖ１の長手方向の抵抗の平均値である抵抗値Ｒｅ[Ω]が上述の式（１）を満たす。
図１４のように、行方向の各第１電極布３の電極ピッチ３ｃと、列方向の各第２電極布４の電極ピッチ４ｃとが等しい場合、上述の式（１）のとおりとなる。
一方、各第１電極布３の電極ピッチ３ｃと、各第２電極布４の電極ピッチ４ｃとが異なる場合、行方向の各第１電極布３の電極ピッチ３ｃでの電極抵抗値Ｒ１[Ω]と、列方向の各第２電極布４の電極ピッチ４ｃでの電極抵抗値Ｒ２[Ω]との加重平均で抵抗値Ｒｅ[Ω]を、上述の式（２）によって算出する。感圧センサの抵抗特性は、上述の図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂにおけるグラフと同様である。
続いて、本発明に係る感圧センサ１の製造方法について、以下に説明する。
感圧センサ１の製造手順は、一例として、導電性カーボンブラックからなる第１導電性粒子１１の分散液を第１基布に塗工して導電布２を形成する導電布形成ステップ、並びに、第１導電性粒子１１よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子１２の分散液を第２基布に塗工して第１電極布３と第２電極布４とを形成する電極布形成ステップを有する。一例として、第１導電性粒子１１はケッチェンブラックであり、第２導電性粒子１２は導電性金属粒子１２ａと導電性カーボンブラック１２ｂとの混合物であり、前記電極布形成ステップは、破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂１３ａと第１導電性粒１１子とを混合して塗工し、かつ、前記導電布形成ステップは、破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂１３ｂと第２導電性粒子１２とを混合して塗工する。
この構成によれば、めっき設備のような設備サイズの制約を受けることなく、簡便な塗工作業によって感圧センサを製造することができる。そして、導電性カーボンブラックは、貴金属や導電性高分子化合物と比較して安価に入手できるので、材料費を抑えつつ、高い生産性が得られる。
前記導電布形成ステップと前記電極布形成ステップとの後、第１電極布３と第１電極布３との間の第１隙間３ａの位置で非導電性の縫合糸５によって第２電極布４を導電布２に縫い付けるとともに、第２電極布４と第２電極布４との間の第２隙間４ａの位置で縫合糸５によって第１電極布３を導電布２に縫い付けて、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１をマトリクス配置で形成する縫製ステップを有する。そして、前記縫製ステップは、ミシンによって縫合糸５を縫い付ける。
この構成によれば、設備サイズの制約を受けることなく、簡便な縫製作業によって感圧センサ１を製造することができる。そして、縫い付けられる電極布の面積は導電布の面積よりも小さいから、材料費を抑えつつ、高い生産性が得られる。尚且つ、縫い付けによって加圧力を検出する交差領域Ｖ１の境界が形成されて各交差領域がマトリクス配置で形成されるので、各交差領域Ｖ１における加圧力の計測精度を高めることができる。
このようにして製造された感圧センサ１は、一例としてベッド、ベッド用マット、シーツ、敷布、クッション、椅子用マット、健康マット、カーペットに適用できる。
例えば、ベッド、ベッド用マット、シーツまたは敷布に感圧センサ１を組み込むことで、人の就寝時の寝姿を計測し、エアマットの空気圧調整等によって寝返りを促して褥瘡を防止できる。また、所定部位の圧力波形を分析演算することにより心拍センサや呼吸センサとして、心拍や呼吸等を計測することも可能である。
例えば、クッションまたは椅子用マットに感圧センサ１を組み込むことで、人の着座姿勢の計測や、離席を検知して人の動作の把握や、エアクッションの空気圧調整等によって姿勢を矯正して肩こりや腰痛を防止できる。
例えば、健康マットまたはカーペットに感圧センサ１を組み込むことで、人の歩行姿勢の計測や、立位での足圧計測によって被検者に対応する靴のカスタマイズができる。そして、接触抵抗から人の体重を計測することも可能であり、また、人の部屋内移動など生活習慣の計測にも応用可能である。
一般に、椅子やベッドでの圧力分布計測では、感圧センサ１による計測範囲は加圧力が１０〜２００[ｍｍＨｇ]で十分に計測できる。感圧センサ１による計測頻度が高いのは加圧力が５０[ｍｍＨｇ]前後である。
［実施例］
第１導電性粒子１１としてケッチェンブラックの微粒子を、バインダーであるウレタン樹脂と水とを混合した混合液を、第１基布であるナイロン編物に塗工して導電布２を形成した。第２導電性粒子１２として銀の微粒子１２ａと導電性カーボンブラック１２ｂとの混合物を、バインダーであるウレタン樹脂と水とを混合した混合液を、第２基布であるナイロン編物に塗工して第１電極布３と第２電極布４とを形成した。そして、ミシンの本縫いによって、ナイロンの縫合糸５で第２電極布４を導電布２に縫い付けるとともに、ナイロンの縫合糸５で第１電極布３を導電布２に縫い付けて、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１をマトリクス配置で形成し、感圧センサ１を試作した。
第１導電性粒子１１としてケッチェンブラックの微粒子を、バインダーであるウレタン樹脂と水とを混合した混合液を、第１基布であるナイロン編物に塗工して導電布２を形成した。第２導電性粒子１２として銀の微粒子１２ａと導電性カーボンブラック１２ｂとの混合物を、バインダーであるウレタン樹脂と水とを混合した混合液を、第２基布であるナイロン編物に塗工して第１電極布３と第２電極布４とを形成した。そして、ミシンの本縫いによって、ナイロンの縫合糸５で第２電極布４を導電布２に縫い付けるとともに、ナイロンの縫合糸５で第１電極布３を導電布２に縫い付けて、第１電極布３と第２電極布４との交差領域Ｖ１をマトリクス配置で形成し、感圧センサ１を試作した。
図１７は試作品の感圧センサ１の交差領域Ｖ１（第２行目、第２列目）における、エアバッグによる圧力とコンダクタンスとの関係を例示する感圧特性グラフ図である。グラフの縦軸はコンダクタンス[μＳ]であり、グラフの横軸は圧力[ｍｍＨｇ]である。
図１７に示すとおり、加圧によってコンダクタンスは増加（抵抗値は減少）し、減圧によってコンダクタンスは減少（抵抗値は増加）する。繊維の復元力の性質上、グラフはヒステリシスカーブになる。なお、同一圧力を連続して加えた場合、経過時間に応じてコンダクタンスは緩やかに増加（抵抗値は減少）する（不図示）。
図１７に示すとおり、加圧時と減圧時とでは、コンダクタンスは同様の傾斜となり、このことから、再現性の高い計測ができることが判る。
本発明は、上述の実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。感圧センサ１の形状及びサイズは、既知のベッド、ベッド用マット、シーツ、敷布、クッション、椅子用マット、健康マット、カーペットの仕様等に合わせて適宜仕様変更する場合がある。
１ 感圧センサ
２ 導電布、２ａ 第１主面、２ｂ 第２主面、２ｃ 第１間隔、２ｄ 第２間隔
３ 第１電極布、３ａ 第１隙間、３ｂ 第１電極
４ 第２電極布、４ａ 第２隙間、４ｂ 第２電極
５ 縫合糸
７ コントローラ
１１ 第１導電性粒子（導電性カーボンブラック）
１２ 第２導電性粒子（導電性金属粒子と導電性カーボンブラックの混合物）
１２ａ 導電性金属粒子、１２ｂ 導電性カーボンブラック
１３ａ、１３ｂ バインダー樹脂
Ｖ１ 交差領域
２ 導電布、２ａ 第１主面、２ｂ 第２主面、２ｃ 第１間隔、２ｄ 第２間隔
３ 第１電極布、３ａ 第１隙間、３ｂ 第１電極
４ 第２電極布、４ａ 第２隙間、４ｂ 第２電極
５ 縫合糸
７ コントローラ
１１ 第１導電性粒子（導電性カーボンブラック）
１２ 第２導電性粒子（導電性金属粒子と導電性カーボンブラックの混合物）
１２ａ 導電性金属粒子、１２ｂ 導電性カーボンブラック
１３ａ、１３ｂ バインダー樹脂
Ｖ１ 交差領域
Claims (9)
- 導電布と、前記導電布の第１主面に配された第１電極布と、前記導電布の第２主面に配された第２電極布とを備え、前記第１電極布は第１間隔で複数の第１電極が形成されており、前記第２電極布は第２間隔で複数の第２電極が形成されているとともに前記第２電極が前記第１電極と交差するように配されており、前記第１電極と前記第２電極との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサ、または、
導電布と、前記導電布の第１主面に第１間隔で配された複数の第１電極布と、前記導電布の第２主面に前記第１電極布と交差する方向に第２間隔で配された複数の第２電極布とを備え、前記第１電極布と前記第２電極布との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサであって、
前記導電布に第１導電性粒子が塗工されているとともに、前記第１電極布と前記第２電極布とに前記第１導電性粒子よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子が塗工されており、
前記第１導電性粒子は導電性カーボンブラックであること
を特徴とする請求項１記載の感圧センサ。 - 前記導電性カーボンブラックは平均一次粒子径が１００ｎｍ以下のケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックまたはファーネスブラックのいずれか１種以上であること
を特徴とする請求項１記載の感圧センサ。 - 前記第２導電性粒子は平均一次粒子径が１００ｎｍ以下の導電性金属粒子と、平均一次粒子径が１００ｎｍ以下のケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックまたはファーネスブラックのいずれか１種以上との混合物であること
を特徴とする請求項１または２記載の感圧センサ。 - 前記第１導電性粒子の平均一次粒子径を基準として、前記第２導電性粒子の平均一次粒子径が０．５倍以上２．０倍以下の範囲内であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の感圧センサ。 - 前記導電布の重量を基準として、前記第１導電性粒子の重量が５％以下であること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の感圧センサ。 - 前記第１導電性粒子と破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂との混合物が前記導電布に塗工されており、かつ、前記第２導電性粒子と破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂との混合物が前記第１電極布に塗工されているとともに、前記第２導電性粒子と破断伸度が１００％以上のバインダー樹脂との混合物が前記第２電極布に塗工されていること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の感圧センサ。 - 前記導電布、前記第１電極布及び前記第２電極布はいずれも織物である、または、前記導電布、前記第１電極布及び前記第２電極布はいずれも編物であること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の感圧センサ。 - 縫合糸をさらに備え、
前記第１電極布が前記縫合糸によって前記導電布に縫い付けられているとともに、前記第２電極布が前記縫合糸によって前記導電布に縫い付けられていること
を特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の感圧センサ。 - 導電布と、前記導電布の第１主面に配された第１電極布と、前記導電布の第２主面に配された第２電極布とを備え、前記第１電極布は第１間隔で複数の第１電極が形成されており、前記第２電極布は第２間隔で複数の第２電極が形成されているとともに前記第２電極が前記第１電極と交差するように配されており、前記第１電極と前記第２電極との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサの製造方法、または、
導電布と、前記導電布の第１主面に第１間隔で配された複数の第１電極布と、前記導電布の第２主面に前記第１電極布と交差する方向に第２間隔で配された複数の第２電極布とを備え、前記第１電極布と前記第２電極布との交差領域がマトリクス配置で形成される感圧センサの製造方法であって、
第１導電性粒子の分散液を第１基布に塗工して前記導電布を形成する導電布形成ステップ、並びに、前記第１導電性粒子よりも電気伝導率が高い第２導電性粒子の分散液を第２基布に塗工して前記第１電極布と前記第２電極布とを形成する電極布形成ステップを有し、
前記第１導電性粒子は導電性カーボンブラックであること
を特徴とする感圧センサの製造方法。
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