JP2020517841A - 成型編地および成型編地の使用 - Google Patents

成型編地および成型編地の使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも第1層(10)を含む成型編地(1a〜1f)であって、第1層に、複数の線状または面状、特に帯状の導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)が導電性糸から、および線状または面状、特に帯状の非導電性構造体(12)が、非導電性糸から編まれ、導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)が互いに電気的に絶縁され、各導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)は、個別に電気的に接触可能であり、評価回路(50)に接続可能であるように編まれる、成型編地(1a〜1f)に関する。

Description

本発明は、成型編地およびそのような成型編地の使用に関する。
定義:
本出願の範囲内において、用語「編地」とは、2次元または3次元構造を有し、少なくとも部分的に編まれている編地を意味すると理解されるべきである。
導電性テキスタイル構造体、特にセンサ織地は、様々な実施形態において先行技術から知られている。これらは、たとえば、さまざまな技術的用途のセンサとして使用可能である。
米国特許第4795998号明細書は、織地層を有するセンサ織地を開示しており、織地層の導電性糸は特定の交差点で交差している。センサ織地に作用する外力に応じて、交差箇所で互いに隣接する繊維間の接触抵抗が変動する。このようにして、適切な評価回路によって電気接触抵抗の変化を測定することによって、導電性糸の交差箇所の1つにおける織地に作用する力を検出することが可能である。
センサとしての課題に適した編地は、編地は、網目を形成するので、織地とは、その特性と製造方法がまったく異なる。このような編地は、たとえば、欧州特許出願公開第1997952号明細書から知られており、図1および図2を参照して以下に、より詳細に説明される。
図1は、導電性領域および非導電性領域を有する単層のインターシャ編地100’を示す。インターシャ編地100’では、導電性糸が編まれて、2つのインターロック櫛形構造体101’,102’が形成される。この場合、2つの櫛形構造体101’,102’が、容量性領域監視のための、互いに噛み合っている、第1(水平)方向に向けられた2つの電極を形成する。第1櫛形構造体101’は、評価回路の電圧供給装置の正極に接続されている。それに対して、第2櫛形構造体102’は、評価回路の電圧供給デバイスの負極に接続される。言い換えれば、編地100’の2つの櫛形構造体101’,102’の一方は、電圧供給装置への接続後に正に、2つの櫛形構造体101’,102’の他方は負に帯電する。したがって、たとえば、2つの櫛形構造体101’,102’が形成されている編地100’へのアプローチは、容量的に監視することができる。この場合、技術機能的観点から見ると、編地100’は、それぞれが電界を形成する複数の開放コンデンサのように作用する。したがって、評価回路の電力供給装置の2つの極に接続された2つの櫛形構造体101’,102’の間には、電界が形成される。空気の誘電率よりも大きい誘電率を有する物体が電界の1つに侵入するとすぐに、この物体の材料に応じて、電界の静電容量が変化する、特に増加する。この変化は、櫛形構造体101’,102’に接続された評価回路の対応する評価ユニットによって測定および評価することができる。
図2は、単層インターシャ編地100”の別の実施形態を示し、この実施形態においては、導電性糸が、2つの櫛形構造体101”,102”が、第2(垂直)方向に配向を有するように編まれている。
編地100’,100”の、上記のように配設され、それぞれ正または負に帯電した電極を形成する編地100’,100”の櫛形構造体101’,102’,101”,102”は、各櫛型構造体101’,102’,101”,102”の導電体は、どれも電気的に互いに結合されているので、対応するインターシャ編地100’,100”の全表面の監視が、対応する空間分解能なしで、可能である。
本発明の目的は、簡単かつ安価に製造することができ、センサ用途または空間分解能を備えたスイッチング用途に、特に適した、さらに改善された成型編地を提供することである。
この問題の解決手段は、請求項1の特徴を備えた上述のタイプの成型編地を提供する。従属請求項は、本発明の有利な発展形態に関する。
本発明に従った成型編地は、少なくとも第1層を含み、第1層内に、複数の線状または面状、特に帯状の導電性構造体が、導電性糸から、および線状または面状、特に帯状の非導電性構造体が、非導電性糸から編まれ、導電性構造体が互いに電気的に絶縁され、各導電性構造体は、個別に電気的に接触可能であり、評価回路に接続可能であるように編まれる。本発明に従った成型編地は、従来技術から知られる成型編地と比較して、導電性構造体の個々の接触性に基づき、特に、センサ用途にも、また、空間分解能を伴うスイッチング用途のためにも使用することができる。インターシャ編地は、成型編地の幅全体に糸を通さずに、コース内の特定の位置で別の糸の別の糸と交互にすることによって作られる。これによって、成型編地の表面部分をさまざまな特性で簡単に接続することが可能である。成形編地において、すべての編目が、同じサイズであり、同じ数の針が関わって編まれている場合には、たとえば、長方形の平らな編地表面が得られる。
好ましい実施形態においては、第1層の導電性構造体および/または非導電性構造体は、インターシャパターンまたは絡み合った面として形成される。
成型体の表面の展開に対応する編地表面を生成するために、特に異なる編目サイズの編み技術、(たとえば補助針床による)編目の吊り下げ、編み、タック編み、編目分割、および非編みなどを、選択した針などによって適用可能である。これは、発明に従った成型編地の多種多様な変形をもたらし、それは、導電性および非導電性構造体を有する工業用織地によっては、容易に、または、まったく得られないものである。
一態様に従えば、本発明に従った成型編地によって、特に平編みプロセスで製造することができる、近接感応性の空間分解センサ面(表面)を提供することができる。成型編地の導電性構造体に接続された対応する評価回路によって、物体が接近した場合に、電界および/または他の電気状態変数の変化を検出可能である。
本発明に従って製造された導電性および非導電性構造体を有する少なくとも単層の編地は、特に、導電性および非導電性構造体を有する織地に比べて以下の利点を提供する。
・改善された伸縮特性であって、これらの伸縮特性は、成型編地の製造に使用される糸ではなく、成型編地の編目構造体によって引き起こされる。
・前者と比べると硬い織地よりもはるかに柔軟な構造体
・別のタイプの張力緩和、
・特に複雑な2次元または3次元の表面でも、ドレープ性が大幅に向上する。
・成型編地製造時に3次元形状構成が可能。
単層編地は、特にセンサ配置を形成するために、適切な方法で、評価回路の電圧供給装置に接続することが可能であり、したがって、成型編地の個々の導電性構造体は、個別に電気的に接触可能となる。言い換えれば、単層編地は、したがって、導電性構造体によって形成され、個々に電気的に接触することができる部分的な電極表面を有する。それらに印加される電圧によって、これらの導電性構造体は相互に電界を形成できるので、物体および/または人または身体の部分の接近は、空間分解能を備えた評価回路の評価ユニットによって検出可能である。したがって、評価ユニットによって、導電性構造体間の電界の変化を、物体が近づくと検出可能である。単層編地は、たとえば、技術システムを監視するための保護装置の容量性近接センサとして使用可能である。
好ましい実施形態においては、電気的接触のための導電性構造体は、接触点で部分的に剥ぎ取られた絶縁マイクロケーブルまたは絶縁導電性糸または被覆糸と点で電気的に接続される。
好ましいことに、絶縁されたマイクロケーブルまたは絶縁された導電性糸または被覆糸は、成型編地のウェールに平行に延びるフィラー糸として形成されてもよい。フィラー糸は、形成された編地のいずれの編目をも形成しない。
有利な発展形態においては、成型編地は、第1層に接続された第2層を少なくとも有することが提案されている。これによって、成型編地に拡張された機能、または追加の特性を提供可能である。
特に有利な実施形態においては、第2層は、特に第1層に編み技術で接続されるか、または第1層に縫い付けられる編地層であることができる。特に、層の編み接続では、成型編地の第1層および第2層を単一の編成プロセス、特に横編装置で製造できるので、成型編地の製造にはかなりの利点がある。第2層は、完全に編地から、または、別の実施形態においては、一部のみを編地から構成することができる。
さらなる別の実施形態においては、第2層は、織地および/または編地および/またはスクリムおよび/または不織布材料および/または発泡材料および/またはフィルムを、少なくとも部分的に含むか、または完全にそれらから構成されてなることができる。このようにして形成された第2層は、製造時に、たとえば縫製による織地接続方法によって、または特に接着による材料結合によって、第1層に接続することができる。
第2層は、有利な実施形態に従えば、たとえば、少なくとも部分的に非導電性材料から作製することができる。好ましいことに、第2層は、第1層の接触保護および/または第1層の導電性構造体の電気絶縁を形成するように形成することが可能である。
特に有利な実施形態においては、第2層は、弾性変形可能な材料から作製することが可能である。この手段によって、第2層は、さらにまた、成型編地の機械的衝撃抑制または接触減衰層も形成することができることが達成される。
有利な発展形態において、成型編地は、第3層を含み、第3層内に、導電性糸からなる、複数の線状または面状、特に帯状の導電性構造体が、好ましいことに、インターシャパターンとして、または絡み合った面として編みこまれ、および、線状または面状、特に帯状の非導電性糸からなる、非導電性構造体が、インターシャパターンとして、または絡み合った面として編みこまれ、これらの構造体は、導電性構造体が互いに電気的に絶縁され、導電性構造体のそれぞれが、個別に電気的に接触可能であり、評価回路に接続可能であるように、編みこまれる。それによって、単層または2層の成型編地と比較して、成型編地のさらに有利な使用法が生まれる。
第1層および第3層の導電性構造体の、評価回路との電気的相互接続/接触は、入力および出力の導電性糸によって、また、フィラー糸または挿入浮き糸としての絶縁されたマイクロケーブルのパターン制御された組込みによって、可能または促進可能である。導電性編み糸と、絶縁性マイクロケーブルまたは絶縁性導電性糸との選択的な接触は、導電性接着剤によって、はんだ付けによって、または導電性ミシン糸で縫い付けることによって、マイクロケーブルの定義されたストリッピング後に(たとえばレーザー光への暴露によって)行うことが可能である。
第1層および第3層の導電性構造体が線状または面状、特に帯状である場合、第1層の、線状または面状、特に帯状の導電性構造体が第1方向に互いに平行に延び、第3層の、線状または面状、特に帯状の導電性構造体は、第1方向とは異なる第2方向に互いに平行に延びることが可能である。第1方向および第2方向は、特に、2つの相互に直交する空間方向とすることが可能であり、(面状の)成型編地の水平方向および垂直方向を形成することが可能である。これによって、好ましい方法において、成型編地が、第1層の導電性構造体と第3層の導電性構造体の交差するマトリックス状構造で形成されることが可能であり、その結果、評価回路の対応する個々の電気接触によって、たとえば、空間分解能を有するセンサ配置を得ることができる。このマトリックス状構造は、第1方向と第2方向が互いに直交しない場合には、斜めの、または自由形状の面として構成することも可能である。
したがって、この発展形態従って3層に実施される成型編地は、評価回路とともに、センサ配置を形成することが可能であり、センサ配置は、少なくとも、層に外力が加えられている間に変化する電気的特性を有するセンサ配置である。センサ配置は、第2(中間)層の構成に応じて、静電容量センサ配置および/または圧電センサ配置および/または抵抗またはピエゾ抵抗センサ配置として構成可能である。好ましいことに、センサ装置によって、外側から成型編地に作用する力の存在だけでなく、力の大きさも検出できる。
成型編地の、第1層と第3層の、線状または面状、特に帯状の電気構造体によって形成される、2つの外部電極が、第2層のそれらの間にある誘電体と、技術機能的観点から見て、容量が空間形状の変化による力で変化するコンデンサを形成するとき、この3層成型編地は、静電容量センサ配置として機能する。電界のこの変化は、線状または面状、特に帯状の導電性構造体によって形成された、第1および第3層の電極に接続された評価回路の評価ユニットによって検出および評価可能である。
外力の影響によって、2つの外部電極間の内部電気抵抗(接触抵抗)が、外部に作用する力に応じて外部から印加される電圧で変動するということにつながる場合、成型編地の3層を有するセンサ配置は、抵抗性またはピエゾ抵抗性として機能する。この接触抵抗の変化は、評価回路の対応する評価ユニットによって決定可能である。
逆に、成型編地の3つの層を備えたそのようなセンサ配置は、外力が作用して、外部層の2つの電極間に、評価回路の対応する評価ユニットで測定できる電圧が形成されるとき、圧電センサとして使用することも可能である。
電子機器の構成に応じて、上記で説明したこれらのさまざまなセンサ原理を組み合わせたり、順次使用したりすることも可能である。
成型編地の第2層の第3層への接続は、好ましいことに、たとえば、テキスタイル接合方法、特に編みまたは縫製、または材料結合方法、特に接着剤による接着によって実現することができる。
特に有利な実施形態においては、成型編地の3つの層すべてが編み技術によって作られることが提供される。これは、成型編地の3つの層すべてが単一の編みプロセス、特に横編み装置で生産できるので、生産において特に利点をもたらす。
第2(中間の)層は、特に、既存の、しかし低い電気伝導率を持つ糸から編むことができる。たとえば、第2層は、炭素充填糸で作成することができ、これは圧力に依存して、電気抵抗などの電気特性を変化させる。あるいは、たとえば、第2層が編まれる糸は、導電性材料(特にカーボンブラックまたは金属)で充填されたポリマーで作られてもよく、または本質的に導電性のポリマーで作られてもよい。これは、圧力に依存してその接触接触抵抗も変化する。
さらなる別の実施形態においては、第2層が編まれる糸は、感圧性の導電性被覆を有するか、または感圧性材料から作ることが可能である。
上記で説明したように、3層の成型編地が抵抗センサ配置として構成される場合、第1層と第3層の導電性構造体は、特に、面状の、特に帯状の構造体として編むことが可能であり、これらは、また、特に、線状または帯状に編むことが可能である、非導電性の狭い領域または構造体によって、電気的に互いに絶縁されている。第2(中間)層は、好ましいことに、圧力依存性の導電性材料から編まれる。3つの層が互いに重ねて編成されるとき、圧力依存信号を空間解像度で提供できるマトリックス構造が生成される。
別のセンサ的変形は、成型編地の第1および第3層に接続された第2層が導電性ではないことである。圧力負荷または近接によって、2つの外層の導電性構造体間の電界が変化する。したがって、第2層が非導電性糸でできている場合、静電容量センサ配置がもたらされる。第2非導電性層は誘電体を形成するので、3層成型編地は平板コンデンサのように静電容量センサ配置を形成する。
さらに、有利な実施形態においては、技術的な織地では製造できないか、多大な労力でしか製造できない、単層または多層の成型編地内のくぼみは、切断によって、あるいは編み技術で製造できる。
特に有利な実施形態においては、第1層の導電性構造体の幅および/または第3層の導電性構造体の幅は、それぞれの層の隣接する非導電性構造体の幅よりも大きい構成とすることが可能である。この解決手段の結果として、第1層および/または第3層の非導電性構造体の幅が有利に最小化され、それによって成型編地のセンサ的に活性な表面部分がそれに応じて最大化され得る。
したがって、ここに提示された成型編地によって、アプローチに敏感な、および/または圧力に敏感な、空間的に分解して感知する(上部)表面が作られ、特に、横編みプロセスで、さまざまな不規則な形状のボディに多大な労力をかけずにつくることが可能であり、たとえば、人間とロボットとのコラボレーション/相互作用において、人間とロボットとの間の接触を認識するために組み込むことができる、表面が作られる。
第2層が面状の中間層として形成されず、第1層および/または第3層に対する、複数の点状のスペーサを含む場合、別のタイプのタッチセンサが可能である。第1層の導電性構造体と第3層の非導電性構造体とは、評価回路の電圧供給装置への接続後に異なる電位を有する。圧力が加えられると、スペーサを形成する(特に編まれた)糸の機械的抵抗が克服され、第1層と第3層とが互いに接触するようになる。これによって、評価回路の評価ユニットによって、再度空間分解能で検出できる電気信号が作成される。
請求項14に従えば、本発明は、請求項1〜13のいずれか1項に記載の成型編地の使用と、センサ配置としてそれに接続された評価回路とを提供する。既に上述したように、本発明に従った成型編地は、特に、技術的設備を監視するための感圧保護装置のセンサ配置として使用することが可能である。
さらに、本発明は、切り替え装置および/または入力装置として、請求項1〜13のいずれか1項に記載の成型編地の使用を提供する。1つの可能な用途は、たとえば、感圧式入力装置であり、これにより、ユーザが、多層マトリックス状成型編地の対応する区画を押すことによって、対応するオペレーター入力を行うことができる。感圧入力キーボードは、多層マトリックスタイプの成型編地によって、非常に簡単に実現することも可能である。
ここに示されている成型ニットウェアの実施形態のいくつかの利点がある:
・ドレープ性は織地よりもかなり高くなっている。
・編目構造によって、表面だけでなく、成型編地を備えたオブジェクトの体積空間でも構造的な変形が可能である。
・生産では、編目を省略するか、異なる編目サイズの2Dおよび3D形状で実現可能である。これは製織技術では不可能である。
・インターシャの表面によって、成型エリアの最上層または最下層に関係なく、機能領域の自由な領域割り当て構成が可能である。
・さまざまな象眼細工の表面が、別の糸素材を運ぶことなく可能である。これは製織中には不可能である。
・織るときよりもかなり少ない労力で編むとき、導電性糸または代わりに使用可能な細い金属ワイヤ/マイクロケーブルの表面接触が可能である。
・成型編地は、織地よりも高い柔軟性を持っている。
・成型編地は、織地よりも優れた衝撃吸収性または接触減衰特性を備えている。
・成型編地をセンサ的な2次元ロボットスキンとして使用すると、負傷のリスクがさらに減少する(最後の緊急拘束、ロボット停止箇所でのキャスタの収容)。
本発明のさらなる応用分野は、たとえば:
・テキスタイルのキーボードまたはスイッチ、
・触覚センサアプリケーション、
・ジェスチャー制御を備えたアプリケーション、
・ロボット/機械人間のセキュリティのためのセンサとデバイス、
・車両(陸上車両、鉄道車両、航空機、船舶)または家具の座席占有検出機能および切り替え機能、
・特にカーペット上またはカーペット床上での位置検出および状態検出(たとえば、倒れた人)、
・機械部品、建物、家具、ドア、開口部などに挟み込まれる状況や衝突する状況を防止する。
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照した好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
導電性および非導電性構造体を備えた、従来技術に従った単層インターシャ編地を示す。 従来技術に従った、導電性および非導電性構造体を備えた別の単層インターシャ成型編地を示す。 本発明の第1実施例に従って構成された単層成型編地の概略図である。 本発明の第2実施例に従って構成された単層成型編地の概略図である。 本発明の第3実施例に従って構成された単層成型編地の概略図である。 本発明の第4実施例に従って構成される単層成型編地の概略図である。 本発明の第5実施例に従って構成された成型編地の分解斜視図である。 図7に従った成型編地の、第1層の可能な構造の概略図である。 図7に従った成型編地の、第3層の可能な構造の概略図である。 本発明の第6実施例に従って実施される成型編地の分解斜視図である。 図3〜図6に従った成型編地の、1つの評価回路への電気接続を示す概略図である。 図7に従った成型編地の、評価回路への電気接続を示す概略図である。
図3を参照して、本発明の第1実施例に従って構成される成型編地1aを、以下においてより詳細に説明する。この場合、成型編地1aは、環状編地として形成され、導電性領域および非導電性領域または構造体12を備えた第1層10を有する。導電性領域は、本実施例において、およびその余の実施例において、導電性糸から作られる。導電性糸は、たとえば、導電性材料、特にカーボンブラックまたは金属で充填されたポリマーからなるか、または、本質的に導電性のポリマーからなるか、金属導電性であるか、導電性ポリマーで被覆されるか、細い金属ワイヤまたは金属ストランドからなるか、または細い金属ワイヤまたは金属ストランドで巻かれた芯糸を有する。
成型編地1aは、第1方向(特に水平方向)に延びる、複数の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cを有し、これらは線状または面状、特に帯状に形成され、導電性糸で編まれている。図3に、より明確な区別のために、連続的または断続的に示された(実際には、もちろん中断されない)、第1方向に向けられた導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、第1方向の連続的な導電性線状配列または帯状配列を形成し、この場合、隣接する導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、介在する非導電性領域または構造体12によって、互いに電気的に絶縁されている。線状または平面状に形成された導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、たとえば、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cが延びている第1方向における、線状または帯状の領域を監視するためのセンサ用途における成型編地1aの使用を可能にする。導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、評価回路50の、ここでは明確に示されていない電圧供給装置の正極および負極と交互に接触されている。成型編地1aに接続された評価回路50が、図11に示されている。この場合、成型編地1aを評価回路50に接続することが可能であるが、これが唯一の方法ではない。電気接続は、特に、成型編地1aの利用のタイプに依存する。
したがって、成型編地1aの導電性構造体10a,10b,10cは、評価回路50の電圧供給装置の正極に接続される第1グループを形成する。それに対して、導電性構造体11a,11b,11cは、電源装置の負極に接続される第2グループを形成する。第1グループの導電性構造体10a,10b,10cと評価回路50の電圧供給装置の正極との個別の電気的接触、および第2グループの導電性構造体11a,11b,11cと評価回路50の電圧供給装置の負極との個々の電気的接触は、たとえば、マルチコア電気接続ケーブルによって行うことが可能である。
導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの個々の電気的接触(交互に正極と負極)は、ここでは、特に、孤立したマイクロケーブルまたは絶縁導電性糸または被覆糸によって行われ、これらは、フィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cとして形成され、ここでは、第2方向(ウェールに平行)に延び、したがって第1方向に直交して延びている。この場合、フィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cは、編目に形成されることなく、成型編地1aの第1層10に挿入される。これらのフィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cは、たとえばレーザー光によって部分的に剥ぎ取られ、それぞれ、導電性接続部200a,200b,200c,210a,210b,210cを介して、成型編地1aの第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの1つと接続され、それによって、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの個別の電気的接触が可能となる。導電性接続部200a,200b,200c,210a,210b,210cは、たとえば、導電性縫い糸で縫うことによって、導電性接着剤で接着することによって、または圧着によって得ることができる。
図4は、本発明の第2実施例に従って実施される成型編地1bを示す。この場合、成型編地1bは、導電性領域および非導電性領域または構造体12を備えた第1層10を有するインターシャ編地として構成されている。成型編地1bは、複数の、ここでは、少なくとも部分的に第2方向(垂直方向)に延びる、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cを有し、これらは線状、または面状、特に帯状に形成され、導電性糸から編まれている。図4において、連続的または断続的に示された、図3の第1方向に直交して延びる第2(垂直)方向に、少なくとも部分的に方向づけられている、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、それぞれ、連続した線状または帯状配列を形成し、この場合、隣接する導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、互いに電気的に絶縁されている。線状または平面形状に形成された、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、たとえば、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cが、本実施例においては部分的に、延びている第2(垂直)方向における、線状または帯状の領域を監視するためのセンサ用途における成型編地1aの使用を可能にする。導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、評価回路50の電圧供給装置の正極および負極と交互に接触する。したがって、導電性構造体10a,10b,10cは、評価回路50の電圧供給装置の正極に接続される第1グループを形成する。それに対して、導電性構造体11a,11b,11cは、評価回路50の電圧供給装置の負極に接続される第2グループを形成する。個々の電気的接触(交互に正極と負極)は、成型編地1bに編みこまれた導電性糸であって、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cが形成される導電性糸を介して直接行われる。
図5を参照して、本発明の第3実施例に従って実施された単層成型編地1cを、以下に、より詳細に説明する。成型編地1cは、垂直に挿入されたフィラー糸を有する成型編地として形成され、導電性領域および非導電性領域または構造体12を備えた第1層10を有する。成型編地1cは、ここでは、少なくとも部分的に、第2(垂直)方向に延びる複数の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cを有し、これらは、線状または面状、特に帯状に形成され、導電性糸から成る。図5に連続的または断続的に示された、少なくとも部分的に、第2(垂直)方向に方向づけられた、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cはそれぞれ、連続する線状配列または帯状配列を形成し、その場合、隣接する導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、編まれた非導電性構造体12によって、互いに電気的に絶縁されている。線状または平面形状の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、たとえば、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cが延びている第2(垂直)方向における、線状または帯状の領域を監視するためのセンサ用途における成型編地1aの使用を可能にする。導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、評価回路50の電圧供給装置の正極および負極と交互に個別に接触する。したがって、導電性構造体10a,10b,10cは、再び、正極に接続される第1グループを形成する。それに対して、導電性構造体11a,11b,11cは、負極に接続される第2グループを形成する。
導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの個々の電気的接触(交互に正極と負極)は、第1実施形態におけるように、絶縁マイクロケーブルまたは絶縁導電糸または被覆糸によって行われ、これらは、フィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cとして形成され、ここでは、垂直な第2方向(ウェールに平行)に延びている。この場合、フィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cは、編目に形成されることなく、成型編地1aの第1層10に挿入される。これらのフィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cは、たとえばレーザー光によって部分的に剥ぎ取られ、それぞれ、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの1つとの導電性接続部200a,200b,200c,210a,210b,210cと接続され、それによって電気的に接触される。導電性接続部200a,200b,200c,210a,210b,210cは、たとえば、導電性縫い糸で縫うことによって、導電性接着剤で接着することによって、または圧着によって得ることができる。
図6を参照して、本発明の第4実施例に従って構成された単層成型編地1dを、より詳細に説明する。これは、図5に示される実施例のさらなる発展形態を表す。第1層10における導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの配置、および電気接点に関する成型編地1dの基本構造は、図5に示された実施例の基本構造に対応する。第2方向(垂直方向)に延びる導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの部分は、この実施例においては、1つまたはそれ以上の編目の幅を有するインターシャ表面として形成される。
上述の単層成型編地1a,1b,1c,1dのそれぞれは、特にセンサ用途に使用することができる。この目的のために、単層成型編地1a,1b,1c,1dは、評価回路50の電圧供給装置に適切な方法で接続されてセンサ配置を形成し、したがって、成型編地1a,1b,1c,1dの個々の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは個別に電気的に接続されることが可能である。言い換えれば、単層成型編地1a,1b,1c,1dは、個別に電気的に接触されると、これらに印加される電圧によって互いに電場を形成することができ、したがって物体および人または身体の部分の接近を検出することができる部分的電極面を有する。
導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cに接続された評価回路50の対応する評価ユニットによって、たとえば、近づいたときに電界の変化を検出することができる。したがって、上述の単層成型編地1a,1b,1c,1dのそれぞれは、特に、技術的設備を監視するための保護装置の容量性近接センサとして使用することができる。
ここに明示的に示されていない、成型編地1a,1b,1c,1dの機能を拡張できるさらなる有利な実施形態においては、上記の成型編地1a,1b,1c,1dは、第1層10が接続されている少なくとも第2層を有することが可能である。第2層は、たとえば、第1層10に、編み技術で接続された層であってもよい。これによって、成型編地1a,1b,1c,1dの2つの層を単一の編み工程、特に横編み装置で製造することができるので、かなりの製造上の利点がもたらされる。あるいは、第2層も第1層10に縫い付けることができる。第2層は、完全に編地のみから、または、一部のみが編地から構成されてもよい。
別の実施形態においては、第2層は、織地および/または編地および/またはスクリムおよび/または不織布材料および/または発泡材料および/またはフィルムを含む、または完全にそれらからなってもよい。このようにして実施される第2層は、たとえば、繊維接続方法によって、特に、縫い付けによって、または材料結合によって、特に接着剤結合によって、第1層に接続することができる。
第2層は、たとえば、非導電性に形成され、技術的機能の観点から、第1層10の接触保護、および/または第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの絶縁を形成する。第2層が弾性変形可能な材料で作られている場合、これはさらに、成型成型編地1a,1b,1c,1dの機械的衝撃抑制層または接触減衰層も形成し得る。
図7を参照して、成型編地1eの第5の実施例を以下に、より詳細に説明する。この成型編地1eは3層で構成されており、図7に概略的に示されている、第1層10、第2層20および第3層30を有する。図8は、第1層10の可能な構造を示している。第3層30の可能な構造は、図9に示されている。図12は、評価回路50に接続した後の成型編地1eを示す。これは、可能であるということであり、成型編地1eを評価回路50に接続する唯一の方法ではない。電気的接続は、特に成型編地1eの使用のタイプに依存する。
ここでは、成型編地1eの第1層10は、縞模様の編地としての形態であり、導電性領域および非導電性領域または構造体12を有する。導電性領域は、既に上で説明したタイプの導電性糸から作られる。成型編地1eの第1層10は、ここでは、第1方向(水平方向)に延びる複数の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cを有し、これらは面状、特に帯状に形成され、導電性糸から編まれるてなる。ここでは、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、絡み合った面として形成されている。導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、図8において、連続的または断続的に示された、第1(水平)方向に方向づけられた導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、連続した、第1方向における帯状配置を形成し、この場合、隣接する導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、編まれた非導電性の領域または構造体12によって互いに電気的に絶縁されている。個別に電気的に接触可能である導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、たとえば、評価回路50の電圧供給装置の正極と負極に交互に接触することができる。したがって、導電性構造体10a,10b,10cは、電圧供給装置の正極に接続される第1グループを形成する。それに対して、導電性構造体11a,11b,11cは、電圧供給装置の負極に接続される第2グループを形成する。
この場合、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの、個々の電気的接触(交互に正極と負極)は、第2方向、ここでは垂直方向(ウェールに平行)に延びるフィラー糸20a,20b,20cとして形成される、絶縁マイクロケーブルまたは絶縁導電性糸または被覆糸によって行われる。この場合、フィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cは、編目に形成されることなく、成型編地1eの第1層10に挿入される。これらのフィラー糸20a,20b,20c,21a,21b,21cは、たとえばレーザー光によって、部分的に剥ぎ取られ、それぞれ、導電性接続部200a,200b,200c,210a,210b,210cを介して、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの1つと接続され、それによって電気的に接触される。導電性接続部200a,200b,200c,210a,210b,210cは、たとえば、導電性縫い糸で縫うことによって、導電性接着剤で接着することによって、または圧着によって得ることができる。
図9を参照して、3層成型編地1eの第3層30の可能な構成を以下に、より詳細に説明する。第3層30は、導電性領域および非導電性領域12を有するインターシャ編地として形成される。第3層30は、少なくとも断続的に第2方向(垂直方向)に延びる複数の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cを有し、これらは、この実施例では、面状、特に帯状に形成され、導電糸から編まれている。好ましいことに、導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cは、1つ、またはそれ以上の編目の幅を有するインターシャ表面として形成される。
図9に連続的または断続的に示された、少なくとも部分的に垂直方向に方向づけられた、第3層30の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cは、それぞれ、連続した帯状配置を形成し、その場合、隣接する導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cは、編まれた非導電性領域12によって互いに電気的に絶縁されている。個々に電気的に接触可能な、導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cは、評価回路50の電圧供給装置の正極および負極と交互に接触する。したがって、導電性構造体30a,30b,30cは、正極に接続される第1グループを形成する。それに対して、導電性構造体31a,31b,31cは、負極に接続される第2グループを形成する。
第3層30の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cとの電気的接触(交互に正極および負極)は、ここでは、第1実施例と同様に、第2方向、ここでは垂直方向(ウェールに平行)に延びるフィラー糸40a,40b,40cとして形成される、絶縁マイクロケーブルまたは絶縁導電性糸または被覆糸によって行われる。この場合、フィラー糸40a,40b,40c,41a,41b,41cは、編目に形成されることなく、成型編地1eの第3層30に挿入される。これらのフィラー糸40a,40b,40c,41a,41b,41cは、たとえばレーザー光によって、部分的に剥ぎ取られ、それぞれ、導電性接続部400a,400b,400c,410a,410b,410cを介して、導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cの1つと接続され、それによって電気的に接触される。導電性接続部400a,400b,400c,410a,410b,410cは、たとえば、導電性縫い糸で縫うことによって、導電性接着剤で接着することによって、または圧着によって得ることができる。
前述の説明から、3層成型編地1eの第1層10の帯状の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cは、第1方向に互いに平行に延び、それに対して、第3層30の帯状の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cは、第1方向とは異なる第2方向に互いに平行に延びる。第1方向および第2方向は、互いに直交する2つの空間方向であり、ここでは、成型編地1eの垂直および水平方向を形成する。これによって、第1層10の導電性の個別に接触可能な構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cおよび第3層30の導電性の個別に接触可能な構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cのマトリックス状構造が生じ、その結果、第1方向および第2方向に空間分解能を有するセンサ配置が得られる。別の方法として、このマトリックスタイプの構造を、斜めに、または自由形状に構成することも可能である。
成型編地1eの第2層20の第3層30への接続は、たとえばテキスタイル接合方法、特に編みまたは縫製、または材料接着、特に接着剤結合によって実現することができる。3層10、20、30のすべてが、編みによって製造される場合、成型編地1eの3層10,20,30のすべてが、単一の編み工程、特に横編み装置で製造できるので、製造上特に利点がある。
成型編地1eの第2(中間)層20は、特に、既存の、しかし低い電気伝導率を有する糸から編むことができる。たとえば、第2層20は、圧力に応じてその電気抵抗などの電気特性を変化させる炭素充填糸で作ることができる。第2層20が編まれる糸は、たとえば、導電性材料(特にカーボンブラックまたは金属)で充填されたポリマーまたは本質的に導電性のポリマーからなるポリマーから作られてもよい。これは、圧力に依存してその接触抵抗も変化する。さらなる別の実施形態においては、第2層20が編まれる糸が、感圧性の導電性被覆を有するか、感圧性材料から作製することも可能である。
したがって、第3実施例に従った3層成型編地1eは、層10,20,30に作用する外力の結果として変化する電気的特性を少なくとも有するセンサ配置に使用することができる。第2(中間)層20の構成に応じて、センサ配置は、特に静電容量センサ配置および/または圧電センサ配置および/または抵抗性またはピエゾ抵抗性センサ配置として構成することができる。好ましいことに、成型編地1eに外部から作用する力の存在だけでなく、この力の大きさ(または結果として生じる圧力)も検出できる。
静電容量センサ配置として、この多層成型体1eは、第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cによって、および第3層30の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cによって形成される2つの外部電極が、第2層20によって形成される介在誘電体と共に、外力が作用する場合、空間形状の変化によって静電容量が変化するコンデンサを形成する。電界のこの変化は、評価回路50の、成型編地1eに接続された評価ユニットによって検出され、空間分解能で評価することができる。
第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cによって、および第3層の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cによって形成される2つの外部電極間の成型編地1eの内部電気抵抗が、外部から加えられた力に応じて変化する場合、3層成型編地1eを備えたセンサ配置は、抵抗性またはピエゾ抵抗性として機能する。
逆に、力の作用があった場合に、この多層成型体1eは、第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cによって、および第3層30の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cによって形成される2つの外部電極間に電気抵抗が形成され、評価回路50の適切な評価ユニットによって測定されるとき、成型編地1eは、圧電センサ配置として利用可能である。
これらの異なる測定方法は、組み合わせて使用してもよく、または、連続して使用することも可能である。
3層成型編地1eが、上述のように、抵抗性センサ配置として構成される場合、好ましいことに、第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11c、および第3層30の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cは、好ましいことに、線状または帯状に編むことができる狭い非導電性構造体12によって互いに電気的に絶縁される面状、特に帯状の構造体として編まれることが可能である。第2(中間)層20は、圧力依存性の導電性材料から編まれる。3つの層10,20,30が互いに重なり合って編まれると、空間解像的に圧力依存性の信号を送達するマトリックス構造が生成される。
別のセンサ的変形は、第1層10および第3層30に接続された第2層20が導電性ではないことである。圧力負荷または接近によって、成型編地1eの2つの外部層である第1層10と第3層30それぞれの、電気構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cと導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cとの間の電界が変動する。したがって、第2層20が非導電性糸で作られている場合、静電容量センサ配置がもたらされる。その場合、第2非導電性層20は誘電体を形成し、その結果、3層成型編地1eは、平板コンデンサのタイプに従った静電容量センサ配置を形成する。
好ましいことに、第1層10の導電性帯状構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cの幅、および/または第3層30の導電性帯状構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cの幅は、各層10,30の隣接する非導電性帯状構造体12であって、2つの層10,30において、導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11c、30a,30b,30c,31a,31b,31cを、互いに電気的に絶縁させている非導電性帯状構造体12の幅よりも大きい。好ましいことに、この解決手段によって、第1層10および/または第3層30の非導電性帯状構造体12の幅が最小化され、それによって、成型編地1eのセンサ的に活性な表面部分を最大化することができる。
成型編地1eの3つの層10,20,30は、好ましいことに、第1層10が第1(水平)方向に導電性帯状構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cを含み、第3層30は、第2(垂直)方向に導電性帯状構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cを含み、圧力依存性の導電性第2層20が、それらの間の絶縁層として配置されるように、編み工程で一緒に編むことができる。第1層10の導電性構造体10a,10b,10c,11a,11b,11cと第3層30の導電性構造体30a,30b,30c,31a,31b,31cの経時的電気制御を交互に行うことによって、水平および垂直座標の決定を介して、近接および/または接触の空間解像検出を行うことができる。センサ的に活性な面構造体で得られる空間解像度は、特に、編み技術的に面を導電性または非導電性の面に分割することに依存する。この場合、最初は、各コース列のところで形成されるか、またはコース列方向における浮き糸のところで形成される、そうでなければ、各ウェールのところで、またはウェール方向におけるフィラー糸のところで形成される、2つの電極面における面の重畳が決定的である。
さらに、3つの層10,20,30は、特定の距離または接触が、たとえばスペーサ編地として設定できるように、製造中に編み技術的に定義された方法で一緒に結合することができる。また、特殊な表面形状は、2次元および3次元のドレープ可能な編み技術によって製造可能である。
3層の成型編地1eの個々の層10,20,30を最初に編み技術により個別に製造し、次にそれらを製造技術によって、特に縫い付けまたは接着によって、互いに結合することも可能である。
第2層20が(面状の)中間層として形成されず、第1層10および第3層30に対する複数の点状のスペーサ201を含む場合、別のタイプのタッチセンサが可能である。このような成型編地1fは、図10に分解図で示されている。第1層10の導電性構造体と第3層30の導電性構造体は、評価回路50の電圧供給装置への接続後に異なる電位を有する。圧力が加えられると、スペーサ201を形成する(特に編まれた)糸の機械的抵抗が克服され、第1層10と第3層30とが互いに接触するようになる。これによって、評価回路50の評価ユニットによって、空間分解能で再び検出できる電気信号が作成される。
このような多層成型編地1fの製造は、特に、二層右−右横編機で実行でき、この場合、たとえば、前針床上で第1層10が(前糸ガイドレール上で)インターシャプロセスで編まれ、後針床上で、中間糸ガイドで、第2層20が偶数針で編まれ、奇数針では第3層30が、縞模様の構造体として導電性糸と非導電性糸の2つの糸ガイド(たとえば、最後の2つの糸ガイドレール上)で編まれる。
3つの層10,20,30の相互の機械的接続は、電極側で導電性でない領域でのみ行われることが好ましい。接続は、たとえば、第1および第3層10,30の非導電性構造体12に、第2(中間)層の編目を挟み込むかまたはぶら下げることによって行う、または第1および第3層の非導電性構造体12から、第2(中間)層内に、編目を挟み込むかまたはぶら下げることによって行うことができる。
以下、再び図10を参照して、3層成型編地1fの製造について詳細を説明する。
第1層10は、たとえば奇数針のような第2針によって、前針床で編まれる。第3層30も、奇数針のような他のすべての針によって後針床で編まれる。必要に応じて、2番目(中央)の層20を、前針床または後針床の残りの(偶数)針で編む。
3つの層10,20,30は、別の糸で保持されており、それぞれの層にタックループとして挿入され、結合される。これは、図10の直線化された領域を持つ糸である。
第1および第2層10,20を製造するために、第2層20が後方に移される。次に、タック編みとして、それぞれ2列のコンビネーション列で、第1層10が4回編成され、第2層20が2回編成される。その後、第2層20が前方に吊り下げられ、それに応じて第2および第3層20,30が形成される。この目的のために、タック編みとして、新たに2列のコンビネーション列で、第3層30が4回編成され、第2層20が再び2回編成される。その後、プロセスが再び開始される。成型編地1fの層10,20,30の間隔は、針床の互いに対する相対的な変位、接続糸の種類または長さ、および統合頻度によって調整することができる。

Claims (15)

  1. 少なくとも第1層(10)を含む成型編地(1a〜1f)であって、第1層内に、複数の線状または面状、特に帯状の導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)が、導電性糸から、および線状または面状、特に帯状の非導電性構造体(12)が、非導電性糸から編まれ、導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)が互いに電気的に絶縁され、各導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)は、個別に電気的に接触可能であり、評価回路(50)に接続可能であるように編まれることを特徴とする成型編地(1a〜1f)。
  2. 第1層(10)の導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)および/または非導電性構造体(12)は、インターシャパターンとして、または絡み合った面として形成されることを特徴とする、請求項1に記載の成型編地(1a〜1f)。
  3. 導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)が、接触部で部分的に絶縁材が除去された、絶縁されたマイクロケーブルまたは絶縁された導電性糸または被覆糸と、電気的に接触するために、電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の成型編地(1a〜1f)。
  4. 絶縁されたマイクロケーブルまたは絶縁された導電性糸または被覆糸が、編地(1a〜1f)のウェールに平行に延びるフィラー糸(20a,20b,20c,21a,21b,21c)として形成されていることを特徴とする、請求項3に記載の成型編地(1a〜1f)。
  5. 成型編地(1a〜1f)が、第1層(10)に接続された第2層(20)を少なくとも有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)。
  6. 第2層(20)が、少なくとも部分的に、特に第1層(10)に編み技術で接続されているか、または第1層(10)に縫い付けられている編地層であることを特徴とする、請求項5に記載の成型編地(1a〜1f)。
  7. 第2層(20)が、少なくとも部分的に、織地および/または編地および/またはスクリムおよび/または不織布材料および/または発泡材料および/またはフィルムを含むことを特徴とする、請求項5または6に記載の成型編地(1a〜1f)。
  8. 第2層(20)が、少なくとも部分的に非導電性材料から作製されていることを特徴とする、請求項5〜7のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)。
  9. 第2層(20)が、少なくとも部分的に弾性変形可能な材料から作製されていることを特徴とする、請求項5〜8のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)。
  10. 第3層(30)を含み、第3層内に、導電性糸からなる、複数の線状または面状、特に帯状の導電性構造体(30a,30b,30c,31a,31b,31c)が、好ましいことにインターシャパターンとして、または絡み合った面として編みこまれ、および、非導電性糸からなる、線状または面状、特に帯状の非導電性構造体(12)が、インターシャパターンとして、または絡み合った面として編みこまれ、これらの構造体は、導電性構造体(30a,30b,30c,31a,31b,31c)が互いに電気的に絶縁され、導電性構造体(30a,30b,30c,31a,31b,31c)のそれぞれが個別に電気的に接触可能であり、評価回路(50)に接続して接続可能であるように、編みこまれることを特徴とする、請求項5〜9のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)。
  11. 第1層(10)の、線状または面状、特に帯状の各導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)が第1方向に互いに平行に延び、第3層(30)の線状または面状、特に帯状の各導電性構造体(30a,30b,30c,31a,31b,31c)が第1方向とは異なる第2方向に互いに平行に延びることを特徴とする、請求項10に記載の成型編地(1a〜1f)。
  12. 第1層(10)の導電性構造体(10a,10b,10c,11a,11b,11c)の幅および/または第3層(30)の導電性構造体(30a,30b,30c,31a,31b,31c)の幅は、それぞれの層(10,30)の隣接する非導電性構造体(12)の幅よりも大きいことを特徴とする、請求項10または11に記載の成型編地(1a〜1f)。
  13. 第2層(20)が、第1層(10)および/または第3層(30)に対する、複数の点状のスペーサ(201)を含むことを特徴とする、請求項10〜12のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)。
  14. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)と、それに配置されたセンサ配置としての評価回路(50)との使用。
  15. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の成型編地(1a〜1f)の、スイッチング装置および/または入力装置としての使用。
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