JP2569433B1 - 分布型圧力センサ - Google Patents
分布型圧力センサInfo
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Abstract
【要約】
【目的】 柔軟性を高め、かつ繰返しの曲げ戻しに対し
ての耐久性を向上させることのできる分布型圧力センサ
を提供する。 【構成】 圧力によって電気低抗値が変化するシート状
の感圧導電性素材１に、線状の電極部材２をシート状の
感圧導電性素材の表面と裏面とに交互に電極面が現れる
ように縦（列）方向に配置すると共に、それと直交する
横（行）方向にも線状の電極部材を同様に配置し、前記
縦横方向に配置した電極部材２ｃ，２ｒの交点Ｘが前記
感圧導電性素材１を両面から挟むように構成した。
ての耐久性を向上させることのできる分布型圧力センサ
を提供する。 【構成】 圧力によって電気低抗値が変化するシート状
の感圧導電性素材１に、線状の電極部材２をシート状の
感圧導電性素材の表面と裏面とに交互に電極面が現れる
ように縦（列）方向に配置すると共に、それと直交する
横（行）方向にも線状の電極部材を同様に配置し、前記
縦横方向に配置した電極部材２ｃ，２ｒの交点Ｘが前記
感圧導電性素材１を両面から挟むように構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、分布型圧力センサ、特
に医療・福祉分野等において、例えば、体圧分布、足底
圧分布、把握力分布等の計測に用いられて好適な分布型
圧力センサに関する。
に医療・福祉分野等において、例えば、体圧分布、足底
圧分布、把握力分布等の計測に用いられて好適な分布型
圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、圧力によって電気抵抗値が変
化するシート状の感圧導電性素材と電極とを組合わせて
分布型圧力センサを構成することは知られている。感圧
導電性素材は圧力が加わると体積が縮小し感圧導電性素
材内部にほぼ均一に分散している炭素粒子などの導電性
素材の接触が増加し電気抵抗値が減少するものである。
この電気抵抗値の変化は、サブミリメートル程度の間隔
をもうけた電極を配置してその電極間の電気抵抗値から
測定することができる。この感圧導電性素材を用いて分
布型圧力センサを構成する手法は従来から提案されてお
り、次の２つの方法が利用されてる。
化するシート状の感圧導電性素材と電極とを組合わせて
分布型圧力センサを構成することは知られている。感圧
導電性素材は圧力が加わると体積が縮小し感圧導電性素
材内部にほぼ均一に分散している炭素粒子などの導電性
素材の接触が増加し電気抵抗値が減少するものである。
この電気抵抗値の変化は、サブミリメートル程度の間隔
をもうけた電極を配置してその電極間の電気抵抗値から
測定することができる。この感圧導電性素材を用いて分
布型圧力センサを構成する手法は従来から提案されてお
り、次の２つの方法が利用されてる。
【０００３】図２に示す例は、ストライプ状の電極を備
えた電極シートで、それらの電極が互いに直交するよう
感圧導電性素材を挟み込むことによって分布型圧力セン
サを構成する３層構造のものである。ストライプ状の電
極が直交する部分が圧力の検出部となる。
えた電極シートで、それらの電極が互いに直交するよう
感圧導電性素材を挟み込むことによって分布型圧力セン
サを構成する３層構造のものである。ストライプ状の電
極が直交する部分が圧力の検出部となる。
【０００４】図３に示す例は、フレキシブル基板上に図
に示すような互いにサブミリメートル程度の間隔を開け
た一対の電極構造を作り、その上に感圧導電性素材を配
した２層構造のものである。一対の電極構造からの配線
は、外側の電極からの配線をフレキシブル基板表面に作
り、内側の電極からの配線をフレキシブル基板の裏面に
作り、外側の配線によって選択される行と内側の配線に
よって選択される列の交点が感圧部として選択される。
に示すような互いにサブミリメートル程度の間隔を開け
た一対の電極構造を作り、その上に感圧導電性素材を配
した２層構造のものである。一対の電極構造からの配線
は、外側の電極からの配線をフレキシブル基板表面に作
り、内側の電極からの配線をフレキシブル基板の裏面に
作り、外側の配線によって選択される行と内側の配線に
よって選択される列の交点が感圧部として選択される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のものは、柔軟性の問題と繰返しの曲げ戻しに対す
る耐久性に対して問題があった。
従来のものは、柔軟性の問題と繰返しの曲げ戻しに対す
る耐久性に対して問題があった。
【０００６】一般に、医療・福祉分野等での、例えば、
体圧分布、足底圧分布、把握力分布など人間とモノとの
接触状態の計測は、椅子、ベッドなどの身体的接触をと
もなう製品の快適性の評価を行う場合などに必要とな
る。この場合、これらの接触状態を出来るだけ自然な状
態で計測すること、すなわち、計測することが外乱にな
らないこと、限られた空間に取付けられることなどが必
要となる。すなわち、センサ自体が柔軟性を持ち、薄型
で比較的大面積化が可能な圧力分布検出型センサの実現
が望まれている。また、ロボットの開発においてもその
皮膚感覚用のセンサとしてその実現が望まれている。
体圧分布、足底圧分布、把握力分布など人間とモノとの
接触状態の計測は、椅子、ベッドなどの身体的接触をと
もなう製品の快適性の評価を行う場合などに必要とな
る。この場合、これらの接触状態を出来るだけ自然な状
態で計測すること、すなわち、計測することが外乱にな
らないこと、限られた空間に取付けられることなどが必
要となる。すなわち、センサ自体が柔軟性を持ち、薄型
で比較的大面積化が可能な圧力分布検出型センサの実現
が望まれている。また、ロボットの開発においてもその
皮膚感覚用のセンサとしてその実現が望まれている。
【０００７】このような観点から従来技術を評価する
と、柔軟性に関しては、感圧導電性素材は一般的に多孔
質状に構成したシリコンゴムなどの中に炭素粒子など導
電性の粒子を分散した構造を持つため柔軟性に富むが、
しかし、電極を形成するために用いるフレキシブル基板
である電極シートはボリイミド等の高分子材料を用いて
いるため、上記のような感圧導電性素材と比較して小さ
な曲率の変形が不可能であり、両者を組合わせて２層、
３層の分布型圧力センサを構成した場合、センサの柔軟
性が十分ではなかった。このため、掌にセンサを装着し
把握力分布を計測する場合などフレキシブル基板の硬さ
のため装着した時の把握動作に支障を生じていた。例え
ば、従来の分布型圧力センサを手指に装着して把握力分
布を計測するとき、センサの柔軟性の欠如から装着した
ときの違和感、対象物を把握したときのフィット感の欠
如等があり、正確な把握動作の実現には限界があった。
この結果、正確な圧力分布の計測が不可能であった。
と、柔軟性に関しては、感圧導電性素材は一般的に多孔
質状に構成したシリコンゴムなどの中に炭素粒子など導
電性の粒子を分散した構造を持つため柔軟性に富むが、
しかし、電極を形成するために用いるフレキシブル基板
である電極シートはボリイミド等の高分子材料を用いて
いるため、上記のような感圧導電性素材と比較して小さ
な曲率の変形が不可能であり、両者を組合わせて２層、
３層の分布型圧力センサを構成した場合、センサの柔軟
性が十分ではなかった。このため、掌にセンサを装着し
把握力分布を計測する場合などフレキシブル基板の硬さ
のため装着した時の把握動作に支障を生じていた。例え
ば、従来の分布型圧力センサを手指に装着して把握力分
布を計測するとき、センサの柔軟性の欠如から装着した
ときの違和感、対象物を把握したときのフィット感の欠
如等があり、正確な把握動作の実現には限界があった。
この結果、正確な圧力分布の計測が不可能であった。
【０００８】また、曲げ戻しに対する耐久性に関して
は、センサの構造が３層構造および２層構造となるの
で、分布型圧力センサを曲げた場合、各層間に僅かなず
れが生じ、繰返し曲げ戻しを行うと各層にゆがみが生
じ、皺の発生など利用に耐えなくなること、また、接線
方向に大きな力が加わった場合にも各層間にずれが生じ
センサを破壊するなどの問題があった。
は、センサの構造が３層構造および２層構造となるの
で、分布型圧力センサを曲げた場合、各層間に僅かなず
れが生じ、繰返し曲げ戻しを行うと各層にゆがみが生
じ、皺の発生など利用に耐えなくなること、また、接線
方向に大きな力が加わった場合にも各層間にずれが生じ
センサを破壊するなどの問題があった。
【０００９】本発明の目的は、分布型圧力センサの構成
方法を工夫することによって、より柔軟性を高め、かつ
繰返しの曲げ戻しに対しての耐久性を向上させることの
できる分布型圧力センサを提供することにある。
方法を工夫することによって、より柔軟性を高め、かつ
繰返しの曲げ戻しに対しての耐久性を向上させることの
できる分布型圧力センサを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の分布型圧力センサは、圧力によって電気抵
抗値が変化するシート状の感圧導電性素材に、線状の電
極部材をシート状の感圧導電性素材の表面と裏面とに交
互に電極面が現れるように縦方向に配置すると共に、そ
れと直交する横方向にも線状の電極部材を同様に配置
し、前記縦横方向に配置した電極部材の交点が前記感圧
導電性素材を両面から挟むように構成したことを特徴と
する。
に、本発明の分布型圧力センサは、圧力によって電気抵
抗値が変化するシート状の感圧導電性素材に、線状の電
極部材をシート状の感圧導電性素材の表面と裏面とに交
互に電極面が現れるように縦方向に配置すると共に、そ
れと直交する横方向にも線状の電極部材を同様に配置
し、前記縦横方向に配置した電極部材の交点が前記感圧
導電性素材を両面から挟むように構成したことを特徴と
する。
【００１１】本発明の好ましい形態では、前記線状の電
極部材は、それぞれ前記感圧導電性素材に縫いつけられ
ていることを特徴とする。
極部材は、それぞれ前記感圧導電性素材に縫いつけられ
ていることを特徴とする。
【００１２】本発明の好ましい形態では、前記線状の電
極部材は、それぞれ複数本、等間隔のマトリックス状に
配置されていることを特徴とする。
極部材は、それぞれ複数本、等間隔のマトリックス状に
配置されていることを特徴とする。
【００１３】本発明のさらに好ましい形態では、前記シ
ート状の感圧導電性素材の表面と裏面とに交互に現れる
電極面が、前記シート状の感圧導電性素材に形成した切
れ目内に埋め込まれていることを特徴とする。
ート状の感圧導電性素材の表面と裏面とに交互に現れる
電極面が、前記シート状の感圧導電性素材に形成した切
れ目内に埋め込まれていることを特徴とする。
【００１４】
【作用】本発明によれば、分布型圧力センサは、圧力に
よって電気抵抗値が変化するシート状の感圧導電性素材
に、線状の電極部材をシート状の感圧導電性素材の表面
と裏面とに交互に電極面が現れるように縦方向に配置
し、それと直交する横方向にも線状の電極部材を同様に
配置し、縦横方向に配置した電極部材の交点が前記感圧
導電性素材を両面から挟むようにして構成される。従っ
て、縦横方向に配置した電極部材の交点の電気抵抗値を
測定することによって、その点の荷重、すなわち、圧力
を検出することができる。このように、電極部材をシー
ト状の感圧導電性素材に配置することにより、従来の多
層構造から一層の複合構造とし、フレキシブル基板等の
電極構成用のシート状素材を用いないことによって、柔
軟性と曲げ戻しに対する耐久性の向上をはかることがで
きる。
よって電気抵抗値が変化するシート状の感圧導電性素材
に、線状の電極部材をシート状の感圧導電性素材の表面
と裏面とに交互に電極面が現れるように縦方向に配置
し、それと直交する横方向にも線状の電極部材を同様に
配置し、縦横方向に配置した電極部材の交点が前記感圧
導電性素材を両面から挟むようにして構成される。従っ
て、縦横方向に配置した電極部材の交点の電気抵抗値を
測定することによって、その点の荷重、すなわち、圧力
を検出することができる。このように、電極部材をシー
ト状の感圧導電性素材に配置することにより、従来の多
層構造から一層の複合構造とし、フレキシブル基板等の
電極構成用のシート状素材を用いないことによって、柔
軟性と曲げ戻しに対する耐久性の向上をはかることがで
きる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１６】図１に本発明に係る分布型圧力センサの一
実施例を示す。図１（ａ）にはその斜視図を、同図
（ｂ）には（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断したときの断
面図をそれぞれ示す。
実施例を示す。図１（ａ）にはその斜視図を、同図
（ｂ）には（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断したときの断
面図をそれぞれ示す。
【００１７】図１において、１はシート状の感圧導電性
素材を表し、２は電極部材を表す。電極部材２として
は、微細な電線を編むことによって柔軟性を高めたもの
か、もしくは電線自体が柔軟性を有するような銅線に金
メッキ、または、錫メッキを施したものを用いることが
できる。しかして、かかる線状の電極部材２を、図１
（ｂ）に示すように、例えば、厚さ０．５ｍｍのシート
状感圧導電性素材１の表面と裏面とを交互に往復して縫
込むようにして、複数本の横方向の電極行２ｒ（２ｒ
１，２ｒ２，２ｒ３，…２ｒｎ）を構成し、次に、同様
に横方向と直交する縦方向にも電極列２ｃ（２ｃ１，２
ｃ２，２ｃ３，…２ｃｎ）を構成する。そして、それぞ
れ縦横方向に等間隔（例えば、５ｍｍ）に配置した電極
行２ｒおよび電極列２ｃのマトリックスの交点が、シー
ト状感圧導電性素材１を両面から挟むように構成する。
素材を表し、２は電極部材を表す。電極部材２として
は、微細な電線を編むことによって柔軟性を高めたもの
か、もしくは電線自体が柔軟性を有するような銅線に金
メッキ、または、錫メッキを施したものを用いることが
できる。しかして、かかる線状の電極部材２を、図１
（ｂ）に示すように、例えば、厚さ０．５ｍｍのシート
状感圧導電性素材１の表面と裏面とを交互に往復して縫
込むようにして、複数本の横方向の電極行２ｒ（２ｒ
１，２ｒ２，２ｒ３，…２ｒｎ）を構成し、次に、同様
に横方向と直交する縦方向にも電極列２ｃ（２ｃ１，２
ｃ２，２ｃ３，…２ｃｎ）を構成する。そして、それぞ
れ縦横方向に等間隔（例えば、５ｍｍ）に配置した電極
行２ｒおよび電極列２ｃのマトリックスの交点が、シー
ト状感圧導電性素材１を両面から挟むように構成する。
【００１８】なお、電極部材２をシート状感圧導電性素
材１にこのように縫込むためには、例えば、あらかじめ
シート状感圧導電性素材１の表裏面にカッター等で切れ
目を入れておき、その挿通を容易とすると共に、シート
状の感圧導電性素材１の表面と裏面とに交互に現れる電
極部材２の電極面が、その切れ目内に埋め込まれるよう
にしてもよい。このようにすると、センサの薄型化がさ
らに図れると共に、表面が平坦になるので使用上好まし
い。もしくは、感圧導電性素材は柔らかな材料であるの
で、電極部材２をシート状の感圧導電性素材１に切れ目
なしで差し込みつつ縫い込むような方法でも可能と思わ
れる。
材１にこのように縫込むためには、例えば、あらかじめ
シート状感圧導電性素材１の表裏面にカッター等で切れ
目を入れておき、その挿通を容易とすると共に、シート
状の感圧導電性素材１の表面と裏面とに交互に現れる電
極部材２の電極面が、その切れ目内に埋め込まれるよう
にしてもよい。このようにすると、センサの薄型化がさ
らに図れると共に、表面が平坦になるので使用上好まし
い。もしくは、感圧導電性素材は柔らかな材料であるの
で、電極部材２をシート状の感圧導電性素材１に切れ目
なしで差し込みつつ縫い込むような方法でも可能と思わ
れる。
【００１９】このようにして、電極行２ｒと電極列２ｃ
の交点において、圧力検出点が構成される。
の交点において、圧力検出点が構成される。
【００２０】この状態で、例えば、交点Ｘ（２ｒ３，２
ｃ３）に荷重が加わると、交点X の部分のシート状感圧
導電性素材１の体積の縮小が起りその部分の電気抵抗値
が低下する。この抵抗値の変化は２ｒ３行と２ｃ３列と
の電極部材２を選択し、その電気抵抗値の変化から、交
点Ｘの荷重を検出することが可能となる。もちろんこの
ような電極の構成方法では、電流の回り込み現象が発生
し、正確な抵抗値変化の値を求めることは容易ではない
が、特開昭５５−４２０２１号，特開昭６２−１０２１
２７号公報等に開示の方法を用いればこの問題は解決可
能である。
ｃ３）に荷重が加わると、交点X の部分のシート状感圧
導電性素材１の体積の縮小が起りその部分の電気抵抗値
が低下する。この抵抗値の変化は２ｒ３行と２ｃ３列と
の電極部材２を選択し、その電気抵抗値の変化から、交
点Ｘの荷重を検出することが可能となる。もちろんこの
ような電極の構成方法では、電流の回り込み現象が発生
し、正確な抵抗値変化の値を求めることは容易ではない
が、特開昭５５−４２０２１号，特開昭６２−１０２１
２７号公報等に開示の方法を用いればこの問題は解決可
能である。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来の多層構造から一層の複合構造とし、フ
レキシブル基板等の電極構成用のシート状素材を用いな
いことによって、柔軟性が高くなること、より薄型のセ
ンサが構成できること、繰返しの曲げ戻しに対する耐久
性が高くなること等の効果を奏することができる。本セ
ンサは、特に人体に装着して対象物との接触圧を検出す
る場合威力を発揮する。
によれば、従来の多層構造から一層の複合構造とし、フ
レキシブル基板等の電極構成用のシート状素材を用いな
いことによって、柔軟性が高くなること、より薄型のセ
ンサが構成できること、繰返しの曲げ戻しに対する耐久
性が高くなること等の効果を奏することができる。本セ
ンサは、特に人体に装着して対象物との接触圧を検出す
る場合威力を発揮する。
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を説明するための図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】一従来例を説明するための斜視図である。
【図３】他の従来例を説明するための斜視図である。
１ シート状感圧導電性素材 ２ 電極部材 ２ｃ 電極列 ２ｒ 電極行 Ｘ 交点（荷重点）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−304824（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−323929（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 圧力によって電気抵抗値が変化するシー
ト状の感圧導電性素材に、線状の電極部材をシート状の
感圧導電性素材の表面と裏面とに交互に電極面が現れる
ように縦方向に配置すると共に、それと直交する横方向
にも線状の電極部材を同様に配置し、前記縦横方向に配
置した電極部材の交点が前記感圧導電性素材を両面から
挟むように構成したことを特徴とする分布型圧力セン
サ。 - 【請求項２】 前記線状の電極部材は、それぞれ前記感
圧導電性素材に縫いつけられていることを特徴とする請
求項１に記載の分布型圧力センサ。 - 【請求項３】 前記線状の電極部材は、それぞれ複数
本、等間隔のマトリックス状に配置されていることを特
徴とする請求項１または２に記載の分布型圧力センサ。 - 【請求項４】 前記シート状の感圧導電性素材の表面と
裏面とに交互に現れる電極面が、前記シート状の感圧導
電性素材に形成した切れ目内に埋め込まれていることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分布型
圧力センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-114239A JP2569433B1 (ja) | 1995-05-12 | 分布型圧力センサ | |
| US08/622,151 US5799533A (en) | 1995-05-12 | 1996-03-27 | Distributed pressure sensor and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-114239A JP2569433B1 (ja) | 1995-05-12 | 分布型圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2569433B2 JP2569433B2 (ja) | 1997-01-08 |
| JP2569433B1 true JP2569433B1 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101707859B1 (ko) * | 2014-04-15 | 2017-02-22 | 서울대학교산학협력단 | 다공성 압력감지 고무 및 이를 포함하는 웨어러블 기기 제조 방법 |
| KR101720014B1 (ko) * | 2014-04-30 | 2017-04-04 | 서울대학교산학협력단 | 다공성 압력감지 고무 및 이를 포함하는 가공 제품 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101707859B1 (ko) * | 2014-04-15 | 2017-02-22 | 서울대학교산학협력단 | 다공성 압력감지 고무 및 이를 포함하는 웨어러블 기기 제조 방법 |
| KR101720014B1 (ko) * | 2014-04-30 | 2017-04-04 | 서울대학교산학협력단 | 다공성 압력감지 고무 및 이를 포함하는 가공 제품 |
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