JP6829365B2 - Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats - Google Patents

Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats Download PDF

Info

Publication number
JP6829365B2
JP6829365B2 JP2017003582A JP2017003582A JP6829365B2 JP 6829365 B2 JP6829365 B2 JP 6829365B2 JP 2017003582 A JP2017003582 A JP 2017003582A JP 2017003582 A JP2017003582 A JP 2017003582A JP 6829365 B2 JP6829365 B2 JP 6829365B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure sensor
insulator
pressure
conductive
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017003582A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018112489A (en
Inventor
吉田 学
学 吉田
聖 植村
聖 植村
大樹 延島
大樹 延島
健太 大野
健太 大野
智一 立川
智一 立川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Paramount Bed Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Paramount Bed Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paramount Bed Co Ltd, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Paramount Bed Co Ltd
Priority to JP2017003582A priority Critical patent/JP6829365B2/en
Publication of JP2018112489A publication Critical patent/JP2018112489A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6829365B2 publication Critical patent/JP6829365B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

本発明は圧力センサ等に関する。 The present invention relates to a pressure sensor or the like.

従来から、静電容量の変化を利用することにより、圧力を検出する静電容量型の圧力センサが知られている。これは、荷重に応じて厚みが変わる絶縁体の上下を、導体である電極で挟み、導体間の静電容量の変化から、センサに係る荷重を算出している。 Conventionally, a capacitance type pressure sensor that detects pressure by utilizing a change in capacitance has been known. In this method, the upper and lower parts of an insulator whose thickness changes according to the load are sandwiched between electrodes which are conductors, and the load related to the sensor is calculated from the change in capacitance between the conductors.

これらの静電容量型の圧力センサは、種々の方法が知られている。例えば、測定可能な圧力の範囲を広くするために、例えば絶縁体に多孔質シートを用いる発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Various methods are known for these capacitance type pressure sensors. For example, in order to widen the range of measurable pressure, for example, an invention using a porous sheet as an insulator is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

また、導電糸同士が交差する部分を圧力センサの感圧部とする導電性織物であって、感圧部に加えられる圧力を検出回路にて電気信号に変換するため、感圧部に対応する導電糸を検出回路に接続するものにおいて、複数の感圧部に対応する導電糸を一括して検出回路に電気接続することにより、複数の感圧部に対応する導電糸を一つひとつ検出回路に接続する作業を不要として、複数の感圧部に対応する導電糸を検出回路に電気接続するための作業性を改善する発明が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, it is a conductive fabric in which the portion where the conductive threads intersect is used as the pressure-sensitive portion of the pressure sensor, and the pressure applied to the pressure-sensitive portion is converted into an electric signal by the detection circuit, so that the portion corresponds to the pressure-sensitive portion. In connecting conductive threads to a detection circuit, the conductive threads corresponding to a plurality of pressure-sensitive parts are collectively electrically connected to the detection circuit, so that the conductive threads corresponding to the plurality of pressure-sensitive parts are connected to the detection circuit one by one. An invention is disclosed that improves workability for electrically connecting conductive threads corresponding to a plurality of pressure-sensitive portions to a detection circuit without requiring the work to be performed (see, for example, Patent Document 2).

特開2002−318163号公報JP-A-2002-318163 特開2016−161555号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-161555

従来の圧力センサは、絶縁体に厚みを持たせていることから、荷重が付加されたときに圧縮された絶縁体の厚みが厚くなってしまい、電極の距離が十分に近くならない。したがって、静電容量の変化量を大きくすることができないという問題点があった。 In the conventional pressure sensor, since the insulator is thickened, the thickness of the compressed insulator becomes thick when a load is applied, and the distance between the electrodes is not sufficiently close. Therefore, there is a problem that the amount of change in capacitance cannot be increased.

また、特許文献1のように、絶縁体に多孔質シートを利用した場合には、多孔質シートの表面(表裏)に無電解めっきを施し、電極としている。すなわち、固体の金属薄膜を電極に用いていることになるため、引っ張り等による伸長によって容易にひび割れてしまい電気導通を維持することが難しく、シートの伸長に対応しづらいという問題が生じてしまった。 Further, when a porous sheet is used as an insulator as in Patent Document 1, electroless plating is applied to the surface (front and back) of the porous sheet to form an electrode. That is, since a solid metal thin film is used for the electrode, it is easily cracked by stretching due to tension or the like, and it is difficult to maintain electrical continuity, which causes a problem that it is difficult to cope with stretching of the sheet. ..

また、特許文献2のように、導電糸を絶縁体で覆ったものを交差させて織り込む方法では、糸の接触面積が小さく、また、導電糸の厚み方向の変化量が少ないため、静電容量を大きく確保出来ないという問題点があった。 Further, in the method of cross-weaving conductive yarns covered with an insulator as in Patent Document 2, the contact area of the yarns is small and the amount of change in the thickness direction of the conductive yarns is small, so that the capacitance is small. There was a problem that it was not possible to secure a large amount.

上述した課題に鑑み、本発明の目的は、圧力センサの厚みを厚くすること無く、より大きい静電容量の変化を得られることができる圧力センサ等を提供することである。 In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a pressure sensor or the like capable of obtaining a larger change in capacitance without increasing the thickness of the pressure sensor.

上述した課題を解決するために、第1の発明の圧力センサは、
絶縁体と、前記絶縁体を挟んで対向配置される導電性電極と、前記導電性電極間の静電容量の変化量に基づいて圧力を求める圧力センサにおいて、
前記導電性電極は、少なくとも前記絶縁体との間に空隙を有し、荷重を受ける方向に変形可能に構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the pressure sensor of the first invention
In a pressure sensor that obtains pressure based on the amount of change in capacitance between an insulator, conductive electrodes arranged opposite to each other with the insulator in between, and the conductive electrodes.
The conductive electrode has at least a gap between the conductive electrode and the insulator, and is configured to be deformable in a direction of receiving a load.

また、第2の圧力センサは、第1の圧力センサにおいて、更に、
前記導電性電極と、前記絶縁体との間の空隙により生じる距離を空隙距離とし、
前記荷重を受ける方向により、前記空隙距離が変化することを特徴とする。
Further, the second pressure sensor is further described in the first pressure sensor.
The distance generated by the gap between the conductive electrode and the insulator is defined as the gap distance.
It is characterized in that the gap distance changes depending on the direction in which the load is received.

また、第3の圧力センサは、第1の圧力センサにおいて、更に、
前記導電性電極は、基材に導電性の短繊維を設けて構成されていることを特徴とする。
Further, the third pressure sensor is further described in the first pressure sensor.
The conductive electrode is characterized in that the base material is provided with conductive short fibers.

また、前記第3の圧力センサを製造するための製造方法は、
前記基材に接着層を形成する接着層形成工程と、
前記接着層に、前記短繊維を接着する接着工程と、
を備えることを特徴とする。
Further, the manufacturing method for manufacturing the third pressure sensor is as follows.
An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer on the base material and
An adhesive step of adhering the short fibers to the adhesive layer,
It is characterized by having.

本発明の圧力センサによれば、絶縁体と、前記絶縁体を挟んで対向配置される導電性電極と、前記導電性電極間の静電容量の変化量に基づいて圧力を求める圧力センサであって、導電性電極は、少なくとも前記絶縁体との間に空隙を有し、荷重を受ける方向に変形可能に構成されることとなる。すなわち、導電性電極と、絶縁体の間に空隙があり、荷重を受ける方向に空隙が無くなるように変形することで、圧力センサを厚くすることなく、大きな静電容量の変化を得られることとなる。 According to the pressure sensor of the present invention, it is a pressure sensor that obtains pressure based on the amount of change in capacitance between an insulator, conductive electrodes arranged opposite to each other with the insulator in between, and the conductive electrodes. Therefore, the conductive electrode has at least a gap between the conductive electrode and the insulator, and is configured to be deformable in the direction of receiving a load. That is, there is a gap between the conductive electrode and the insulator, and by deforming so that there is no gap in the direction of receiving the load, a large change in capacitance can be obtained without thickening the pressure sensor. Become.

静電容量式の圧力センサの基本動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic operation of a capacitance type pressure sensor. 第1の圧力センサを説明するための垂直断面図である。It is a vertical sectional view for demonstrating the 1st pressure sensor. 第1の圧力センサの、圧力と静電容量との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between pressure and capacitance of the 1st pressure sensor. 第1の圧力センサの絶縁体の厚さ(材質)と、静電容量との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the thickness (material) of the insulator of the 1st pressure sensor, and the capacitance. 第1の圧力センサの伸び(伸長)に関する説明するための図である。It is a figure for demonstrating the elongation (extension) of the 1st pressure sensor. 第1の圧力センサの伸長時における圧力と、静電容量との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the pressure at the time of extension of the 1st pressure sensor, and the capacitance. 第2の圧力センサを説明するための垂直断面図である。It is a vertical sectional view for demonstrating the 2nd pressure sensor. 第2の圧力センサを説明するための垂直断面図である。It is a vertical sectional view for demonstrating the 2nd pressure sensor. 第3の圧力センサを説明するための垂直断面図である。It is a vertical sectional view for demonstrating the 3rd pressure sensor. 第4の圧力センサを説明するための垂直断面図である。It is a vertical sectional view for demonstrating the 4th pressure sensor. 第5の圧力センサを説明するための垂直断面図である。It is a vertical sectional view for demonstrating the 5th pressure sensor. 圧力センサを体圧センサに適用した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a pressure sensor is applied to a body pressure sensor. 圧力センサを体圧センサに適用した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a pressure sensor is applied to a body pressure sensor. 体圧センサをエアマットレスシステムに適用した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a body pressure sensor is applied to an air mattress system. 体圧センサをベッド装置において利用した場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where a body pressure sensor is used in a bed apparatus.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、下記の実施形態は発明を説明するための一例であり、材質や数値範囲等は、本実施形態の記載に限定されないことは勿論である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiment is an example for explaining the invention, and it goes without saying that the material, numerical range, and the like are not limited to the description of the present embodiment.

まず、従来の静電容量式の圧力センサについて、図1に基づいて説明する。図1(a)は、従来の圧力センサ9の垂直断面図である。板状に成形した絶縁体93の上下両面に、導電性の電極91が対向配置される。具体的には、電源に接続された電極91aと、接地された電極91bとが、対向配置された構造となっている。 First, a conventional capacitance type pressure sensor will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a vertical sectional view of a conventional pressure sensor 9. Conductive electrodes 91 are arranged to face each other on both the upper and lower surfaces of the plate-shaped insulator 93. Specifically, the electrode 91a connected to the power supply and the grounded electrode 91b are arranged so as to face each other.

ここで、この圧力センサ9の静電容量C(F)は、
C=ε×S/d(F):εは誘電率、Sは電極の面積、dは電極間の距離
で表される。
Here, the capacitance C (F) of the pressure sensor 9 is
C = ε × S / d (F): ε is the permittivity, S is the area of the electrodes, and d is the distance between the electrodes.

例えば、図1(b)に示すように、左側の状態において、上方向から荷重がかかることにより、右側の図で示すように、電極間距離がdaからdbに小さくなる。このように、電極間の距離dが小さくなることで、静電容量Cが大きくなる。この変化した静電容量に基づいて、荷重を検出したり、圧力を取得したりすることが可能となる。 For example, as shown in FIG. 1 (b), when a load is applied from above in the state on the left side, the distance between the electrodes is reduced from da to db as shown in the figure on the right side. In this way, as the distance d between the electrodes decreases, the capacitance C increases. Based on this changed capacitance, it becomes possible to detect the load and obtain the pressure.

なお、従来の静電容量式の圧力センサでは、静電容量の変化を十分確保するために、絶縁体は3mm、全体として5mm程度が一般的である。 In the conventional capacitance type pressure sensor, the insulator is generally about 3 mm, or about 5 mm as a whole, in order to sufficiently secure the change in capacitance.

(第1の圧力センサ)
図1は、本実施形態における圧力センサ1の垂直断面図である。図1(a)は、圧力センサ1に荷重がかかっていない状態の図であり、図1(b)は、上方向である方向P1からの圧力(荷重)がかかっている状態の図である。
(First pressure sensor)
FIG. 1 is a vertical sectional view of the pressure sensor 1 in the present embodiment. FIG. 1A is a diagram showing a state in which a load is not applied to the pressure sensor 1, and FIG. 1B is a diagram showing a state in which a pressure (load) is applied from the upward direction P1. ..

本実施形態の圧力センサ1は、板状に成形した絶縁体19の上下両面に2つの電極である導電性電極である導体11(導体11a、導体11b)が、対向配置された構造となっている。そして、導体11aが電源に接続され、導体11bが接地されることにより、全体としてコンデンサとして機能する。 The pressure sensor 1 of the present embodiment has a structure in which conductors 11 (conductors 11a and 11b), which are conductive electrodes, are arranged to face each other on both upper and lower surfaces of an insulator 19 formed in a plate shape. There is. Then, when the conductor 11a is connected to the power supply and the conductor 11b is grounded, it functions as a capacitor as a whole.

また、導体11は、基材13と、接着層15を介して接着された導電性の短繊維17とを備えて構成されている。 Further, the conductor 11 is configured to include a base material 13 and conductive short fibers 17 bonded via an adhesive layer 15.

基材13は、短繊維17を設けるために利用される基部であり、例えば、ポリウレタンにより構成されており、シリコーンを主成分とした粘着剤を利用した接着層15により、短繊維17が接着される。なお、基材13としては、金属(銅、銀、カーボン等)や、カーボン(ナノチューブ)を分散させたゴムや、銀の微粒子を分散させたウレタン系バインダー等により構成されてもよい。また、基材13としては、例えば100μm程度の厚さで構成されている。 The base material 13 is a base used for providing the short fibers 17. For example, the base material 13 is made of polyurethane, and the short fibers 17 are adhered by an adhesive layer 15 using an adhesive containing silicone as a main component. To. The base material 13 may be made of a metal (copper, silver, carbon, etc.), rubber in which carbon (nanotubes) is dispersed, a urethane-based binder in which fine silver particles are dispersed, or the like. Further, the base material 13 is configured to have a thickness of, for example, about 100 μm.

短繊維17は、導電性のある物質で構成されており、基材13に接着されている。短繊維17を基材13に接着する方法としては、例えば静電植毛を利用する。具体的な製造方法としては、基材13に接着剤を塗布することで接着層15を形成する。これに、高電圧(例えば、3万V〜8万V)をかけ、静電気の力を利用して短繊維17を植え付けることで、基材13に表面処理加工を行う。 The short fibers 17 are made of a conductive substance and are adhered to the base material 13. As a method of adhering the short fibers 17 to the base material 13, for example, electrostatic flocking is used. As a specific manufacturing method, the adhesive layer 15 is formed by applying an adhesive to the base material 13. A high voltage (for example, 30,000 V to 80,000 V) is applied to this, and short fibers 17 are planted using the force of static electricity to perform surface treatment on the base material 13.

なお、接着層15の素材となる接着剤は、導電性のものが用いられるものとする。また、短繊維17の長さは、好ましくは0.5mm〜3.0mmである。 As the adhesive used as the material of the adhesive layer 15, a conductive adhesive is used. The length of the short fibers 17 is preferably 0.5 mm to 3.0 mm.

また、短繊維17は、静電植毛以外でも、例えば単に接着剤(又は粘着剤)を利用し、接着剤(粘着剤)の上に短繊維17を接着(粘着)させても良い。 In addition to electrostatic flocking, the short fibers 17 may be adhered (adhesive) to the adhesive (adhesive), for example, simply by using an adhesive (or adhesive).

これらの短繊維17が基材13に設けられることにより、短繊維17の一部が絶縁体19と接することになる。すなわち、おおよそ短繊維17の長さに基づいて、基材13と、絶縁体19との距離が決定する。なお、これにより、基材13間の距離であるd1が決定される。 By providing these short fibers 17 on the base material 13, a part of the short fibers 17 comes into contact with the insulator 19. That is, the distance between the base material 13 and the insulator 19 is determined based on approximately the length of the short fibers 17. As a result, d1 which is the distance between the base materials 13 is determined.

ここで、静電植毛によって向きが異なる短繊維17が基材13に設けられることによって導体11が構成されていることになり、導体11には一定の空隙が設けられることとなる。すなわち、短繊維17(短繊維17のうち、絶縁体19に一番近い位置)と、絶縁体19との間の距離(空隙距離)が一定ではなくなり、不均一(不連続)に空隙が生まれる。この、短繊維17と、絶縁体19との間の空隙距離が、導体における空隙となり、絶縁体として機能することとなる。なお、このように、空隙が生まれるのは、短繊維17が不均一に基材13に設けられるからである。 Here, the conductor 11 is formed by providing the base material 13 with short fibers 17 having different orientations due to electrostatic flocking, and the conductor 11 is provided with a certain void. That is, the distance (void distance) between the short fibers 17 (the position closest to the insulator 19 among the short fibers 17) and the insulator 19 is not constant, and voids are created non-uniformly (discontinuously). .. The gap distance between the short fibers 17 and the insulator 19 becomes a gap in the conductor and functions as an insulator. The reason why the voids are created in this way is that the short fibers 17 are non-uniformly provided on the base material 13.

ここで、空隙とは、導体11の中に設けられる空隙のことをいうが、とくに、絶縁体と導体(本実施形態では短繊維17の一部)との間の空隙(空間)のことを言う。したがって、短繊維間や、短繊維と基材との間の空隙は含まない。また、空隙には通常空気が存在しており、その誘電率はおよそ1である。空気がある空隙があることにより、一般的には絶縁体19より小さな誘電率となり、絶縁の効果が高くなる。 Here, the void refers to a void provided in the conductor 11, and in particular, a void (space) between the insulator and the conductor (a part of the short fiber 17 in the present embodiment). To tell. Therefore, the voids between the short fibers and between the short fibers and the base material are not included. In addition, air is usually present in the voids, and its dielectric constant is about 1. Due to the presence of air gaps, the dielectric constant is generally smaller than that of the insulator 19, and the effect of insulation is enhanced.

言い換えると、本実施形態の圧力センサ1において上下の電極間には絶縁体19に加え、短繊維17によって生じた空隙が存在する。これをキャパシタCとして捉えると、Cは「誘電体に絶縁体19を持つC1」と「誘電体に空気を持つC2」が直列に繋がったものと規定できる。 In other words, in the pressure sensor 1 of the present embodiment, in addition to the insulator 19, there is a gap created by the short fibers 17 between the upper and lower electrodes. If this is regarded as a capacitor C, C can be defined as "C1 having an insulator 19 on a dielectric" and "C2 having air on a dielectric" connected in series.

空気の比誘電率が小さいこと、空隙が絶縁体19に比べて大きく空いていることが相まって、C2の初期の容量は非常に小さく、それに引っ張られる形で全体のCの容量も小さくなる。一方、圧力センサ1に圧力が加わると、空隙から圧縮されていくため、C2の容量が急激に大きくなり、結果として全体のCにも大きな容量変化が見られることとなる。また、このときの値はC1に引っ張られることになるため、C1の絶縁体19の比誘電率や厚みがスパンに大きく影響することとなる。 Combined with the small relative permittivity of air and the large voids compared to the insulator 19, the initial capacitance of C2 is very small, and the overall capacitance of C is also reduced by being pulled by it. On the other hand, when a pressure is applied to the pressure sensor 1, the pressure is compressed from the gap, so that the capacity of C2 suddenly increases, and as a result, a large capacity change is observed in the entire C as well. Further, since the value at this time is pulled by C1, the relative permittivity and thickness of the insulator 19 of C1 have a great influence on the span.

また、短繊維17と、絶縁体19との空隙距離は、短繊維17の向きによりばらばらではあるが、基材の面積において平均化すれば、所定の距離が確保されることになる。 Further, the gap distance between the short fiber 17 and the insulator 19 varies depending on the orientation of the short fiber 17, but if the area of the base material is averaged, a predetermined distance can be secured.

なお、本実施形態においては、短繊維17の長さは一定であるが、異なる長さの短繊維を用いても良い。 In the present embodiment, the length of the short fibers 17 is constant, but short fibers of different lengths may be used.

絶縁体19は、例えば、ウレタンエラストマー、シリコンゴム、ウレタンスポンジ、ブチルゴム等の絶縁体で構成されている。また、絶縁体19は、例えば10μm程度の厚さで構成されている。 The insulator 19 is composed of, for example, an insulator such as urethane elastomer, silicone rubber, urethane sponge, and butyl rubber. The insulator 19 has a thickness of, for example, about 10 μm.

このとき、上方向である方向P1から圧力がかかった状態を、図2(b)に示す。図2(b)に示すように、短繊維17が方向P1から押されることにより変形し、圧力センサ1の厚さが、d1より小さいd2となる。これにより、静電容量が変化し、圧力を検出することができる。 At this time, a state in which pressure is applied from the upward direction P1 is shown in FIG. 2 (b). As shown in FIG. 2B, the short fibers 17 are deformed by being pushed from the direction P1, and the thickness of the pressure sensor 1 becomes d2 smaller than d1. As a result, the capacitance changes and the pressure can be detected.

このとき、短繊維17は、基材13が絶縁体19に近づくにつれて、短繊維17が順次接触することになる。接触することにより、空隙がなくなり、空隙距離も短くなる。これにより、導体間の距離が近づくことになる。 At this time, the short fibers 17 come into contact with the short fibers 17 in sequence as the base material 13 approaches the insulator 19. By contacting, the gap disappears and the gap distance becomes short. As a result, the distance between the conductors becomes shorter.

なお、圧力と静電容量との変化を図3を用いて説明する。図3は、短繊維17の長さが0.5mm、1.0mm、2.0mm、3.0mmである場合の、短繊維の長さ毎の圧力に対する静電容量の変化を示すグラフである。なお、本図における絶縁体19の厚さは0.01mmである。 The change between the pressure and the capacitance will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the change in capacitance with respect to the pressure for each length of the short fibers when the lengths of the short fibers 17 are 0.5 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, and 3.0 mm. .. The thickness of the insulator 19 in this figure is 0.01 mm.

このグラフでは、横軸を加圧した圧力値(mmHg)とし、縦軸を静電容量値(pF)としている。 In this graph, the horizontal axis is the pressurized pressure value (mmHg), and the vertical axis is the capacitance value (pF).

例えば、0.5〜2.0mmの短繊維17の長さを比較すると、短いもので大きなスパンが得られることが解る。また、3.0mmの場合は、上記の長さの相違とは異なる静電容量値の変化を見ることができ、より大きなスパンを得ることができる。 For example, when comparing the lengths of the short fibers 17 of 0.5 to 2.0 mm, it can be seen that a large span can be obtained with a short fiber. Further, in the case of 3.0 mm, a change in the capacitance value different from the above difference in length can be seen, and a larger span can be obtained.

例えば、短繊維17の長さが3.0の場合、圧力が0mmHgの場合には、およそ14pFの静電容量である。そして、圧力を加えることにより、図3の一点鎖線のグラフのように変化し、150mmHg近傍では、80pF超の静電容量を得る事ができる。 For example, when the length of the short fiber 17 is 3.0 and the pressure is 0 mmHg, the capacitance is about 14 pF. Then, by applying pressure, it changes as shown in the graph of the alternate long and short dash line in FIG. 3, and a capacitance of more than 80 pF can be obtained in the vicinity of 150 mmHg.

このように、静電容量が短繊維17の長さによって変化する理由としては、電極の密度(繊維の密度)は、面積のばらつきとなり、これが電極層と中間層(絶縁体19)の空隙の開き具合のばらつき(空隙距離のばらつき)となるため、静電容量に影響すると考えられるからである。 As described above, the reason why the capacitance changes depending on the length of the short fibers 17 is that the density of the electrodes (density of the fibers) varies in area, which is the gap between the electrode layer and the intermediate layer (insulator 19). This is because it is considered that the capacitance is affected because the opening degree varies (the gap distance varies).

また、絶縁体の厚さによる静電容量の違いを示したのが、図4である。図4(a)は、絶縁体19に、100μm厚のポリウレタンを使用し、図4(b)は、25μm厚のPETを使用し、図4(c)は、10μm厚のポリウレタンを使用している。 Further, FIG. 4 shows the difference in capacitance depending on the thickness of the insulator. FIG. 4 (a) uses 100 μm thick polyurethane for the insulator 19, FIG. 4 (b) uses 25 μm thick PET, and FIG. 4 (c) uses 10 μm thick polyurethane. There is.

概ね、比誘電率は、PETが約3であり、ポリウレタンが約5である。したがって、絶縁体19の素材としては、ポリウレタンを使用した方が静電容量変化量は大きくなる。また、絶縁体19の素材としては、より薄い方が静電容量変化量は大きくなる。 Generally, the relative permittivity is about 3 for PET and about 5 for polyurethane. Therefore, when polyurethane is used as the material of the insulator 19, the amount of change in capacitance is larger. Further, as the material of the insulator 19, the thinner the material, the larger the amount of change in capacitance.

また、短繊維17を用いることにより、横方向の伸長にも強くなる。例えば、図5は、横方向の伸長を模式的に示す図である。(a)(b)は、従来の圧力センサを示す図である。上下の電極に挟まれるように絶縁体が構成されている。一般的な物質は、一方向に伸びると他方向へは縮んでしまう。従って、図5(a)で示した圧力センサの模式図の場合は、横方向P1の引っ張りに対して、厚みが減少する(図5(b))。したがって、静電容量が大きくなるような挙動を見せてしまう。 Further, by using the short fiber 17, it becomes strong against elongation in the lateral direction. For example, FIG. 5 is a diagram schematically showing lateral elongation. (A) and (b) are diagrams showing a conventional pressure sensor. The insulator is configured so as to be sandwiched between the upper and lower electrodes. A general substance shrinks in the other direction when it stretches in one direction. Therefore, in the case of the schematic view of the pressure sensor shown in FIG. 5 (a), the thickness decreases with respect to the pull in the lateral direction P1 (FIG. 5 (b)). Therefore, the behavior is such that the capacitance becomes large.

さらに言えば、x方向に伸ばせばy方向とz方向には縮むので、厚みだけでなく面積も変化する場合もある。ただし、この場合、一般にポアソン比の関係で伸びよりも縮みの比率が大きくなることはないので面積は初期値以下にならず、静電容量が小さくなる方向に振れることはない。 Furthermore, if it is stretched in the x direction, it shrinks in the y and z directions, so that not only the thickness but also the area may change. However, in this case, since the ratio of shrinkage is generally larger than that of elongation due to Poisson's ratio, the area does not fall below the initial value and does not swing in the direction of decreasing capacitance.

ここで、本実施形態の圧力センサ1の場合が図5(c)である。圧力センサ1は、短繊維と、中間層の絶縁体との空隙を生み出すために、(電極を配した部分では)上下基材及び短繊維は中間層である絶縁体と接着されていない。要するに上下基材と中間層の絶縁体が浮いている構造を持っている。 Here, the case of the pressure sensor 1 of the present embodiment is shown in FIG. 5 (c). In the pressure sensor 1, the upper and lower base materials and the short fibers are not adhered to the insulator which is the intermediate layer (in the portion where the electrodes are arranged) in order to create a gap between the short fibers and the insulator of the intermediate layer. In short, it has a structure in which the upper and lower base materials and the insulator of the intermediate layer are floating.

ここで、圧力センサ1について、横方向P2に引っ張ると、それぞれの基材自体・絶縁体は厚みが小さくなるものの、浮いている構造によって電極間距離は小さくならない。したがって、静電容量の増加が抑えられる。 Here, when the pressure sensor 1 is pulled in the lateral direction P2, the thickness of each base material itself and the insulator becomes smaller, but the distance between the electrodes does not become smaller due to the floating structure. Therefore, the increase in capacitance is suppressed.

例えば、図6は、短繊維により導体を構成した異なる圧力センサでのグラフである。上側のグラフは上下方向の加圧に対する静電容量の変化を示すグラフであり、下側のグラフは、左右方向の伸長に対する静電容量の変化を示すグラフである。 For example, FIG. 6 is a graph of different pressure sensors in which a conductor is composed of short fibers. The upper graph is a graph showing the change in capacitance with respect to pressurization in the vertical direction, and the lower graph is a graph showing the change in capacitance with respect to elongation in the left-right direction.

上下方向の加圧に対する静電容量の変化は、加圧に応じて静電容量が増加していることが解る。しかし、左右方向の伸長に対する静電容量の変化は、殆どおきておらず、圧力の検出には影響が少ないことが解る。 It can be seen that the change in capacitance with respect to pressurization in the vertical direction increases the capacitance in response to pressurization. However, it can be seen that there is almost no change in capacitance with respect to elongation in the left-right direction, and there is little effect on pressure detection.

このように、本実施形態の第1の圧力センサによれば、従来と同じ程度の厚さの圧力センサであっても、大きな静電容量を得られる圧力センサを実現することができる。また、上方向から加圧した場合に、絶縁体が薄く、導体には空隙が設けられていることから、より薄い状態まで変形することができる。 As described above, according to the first pressure sensor of the present embodiment, it is possible to realize a pressure sensor capable of obtaining a large capacitance even with a pressure sensor having the same thickness as the conventional one. Further, when pressure is applied from above, the insulator is thin and the conductor is provided with voids, so that the conductor can be deformed to a thinner state.

また、横方向に対する伸長も追従することが容易にでき、更に静電容量の変化に影響を及ぼすことなく変形することが可能となる。したがって、ベッド装置等に当該圧力センサを利用する場合、利用者による伸び等に追従することが可能となる。 In addition, it is possible to easily follow the elongation in the lateral direction, and further, it is possible to deform without affecting the change in capacitance. Therefore, when the pressure sensor is used for the bed device or the like, it is possible to follow the elongation or the like by the user.

このように、圧力に対して、柔軟に変形可能に構成され、圧力センサ全体が薄く構成されているため、使い勝手の良い圧力センサを提供することが可能となる。 As described above, since the pressure sensor is configured to be flexibly deformable with respect to the pressure and the entire pressure sensor is configured to be thin, it is possible to provide a pressure sensor that is easy to use.

(第2の圧力センサ)
つづいて、上述した第1の圧力センサとは別構成の圧力センサ2について説明する。圧力センサ2は、導電性電極自体に、空隙を持たせたものである。
(Second pressure sensor)
Next, a pressure sensor 2 having a configuration different from that of the first pressure sensor described above will be described. The pressure sensor 2 is a conductive electrode itself having a gap.

第2の圧力センサの垂直断面図の一例を図7に示す。図7(a)に示すように、板状に成形した絶縁体29の上下両面に2つの導電性電極である導体23(導体23a、導体23b)が、対向配置された構造となっている。 FIG. 7 shows an example of a vertical cross-sectional view of the second pressure sensor. As shown in FIG. 7A, conductors 23 (conductors 23a and 23b), which are two conductive electrodes, are arranged to face each other on both upper and lower surfaces of the plate-shaped insulator 29.

導体23は、例えば、導電性発泡体で構成されている。例えば、導電性のポリウレタン(PU)であったり、導電性の発泡ポリエチレン(PE)であったりする。 The conductor 23 is made of, for example, a conductive foam. For example, it may be conductive polyurethane (PU) or conductive foamed polyethylene (PE).

ここで、導体23a(導体23b)の厚さは、およそ0.25mmであり、絶縁体29の厚さは0.01mmである。したがって、圧力センサ2全体としては0.5mm程度の厚さで構成されている。 Here, the thickness of the conductor 23a (conductor 23b) is about 0.25 mm, and the thickness of the insulator 29 is 0.01 mm. Therefore, the pressure sensor 2 as a whole has a thickness of about 0.5 mm.

ここで、導体23は、空隙25が複数設けられている。例えば、導体23はスポンジ状に成形されていたり、複数の隙間・孔を設けるように成形されていたりしてもよい。この空隙25があることにより、部分的に導体23の接点が絶縁体29から遠い箇所ができる。この距離が空隙距離となり、導体23において不連続にばらばらの空隙距離となる。 Here, the conductor 23 is provided with a plurality of voids 25. For example, the conductor 23 may be formed in a sponge shape, or may be formed so as to provide a plurality of gaps / holes. Due to the presence of the gap 25, the contact point of the conductor 23 is partially formed at a position far from the insulator 29. This distance becomes the gap distance, and the gap distance becomes discontinuous and disjointed in the conductor 23.

すなわち、本実施形態における空隙とは、導体23に設けられた隙間・孔(導体空隙)をいい、特に空隙距離を構成する空隙をいう。導体23と、絶縁体29との間の空隙が確保できるなら、複数の隙間・孔が連続しても良い。 That is, the gap in the present embodiment means a gap / hole (conductor gap) provided in the conductor 23, and particularly refers to a gap constituting the gap distance. As long as a gap between the conductor 23 and the insulator 29 can be secured, a plurality of gaps / holes may be continuous.

空隙について具体的に説明する。圧力センサ2の一部を拡大した垂直断面図が、図7(b)である。空隙25が複数あることにより、絶縁体29から導体23までの空隙距離が確保出来る。これは、空隙25の配置によって、距離は変化する。例えば、距離t21のように、厚み方向のほぼ中央の位置まで距離が確保できたり、距離t23のように、絶縁体29から多くの距離が確保出来ない場合もある。また、距離t25のように、ほぼ圧力センサの厚み分の距離を確保出来る場合もある。 The voids will be specifically described. FIG. 7B is an enlarged vertical cross-sectional view of a part of the pressure sensor 2. Since there are a plurality of gaps 25, the gap distance from the insulator 29 to the conductor 23 can be secured. This is because the distance changes depending on the arrangement of the voids 25. For example, there are cases where a distance can be secured to a position substantially in the center in the thickness direction, such as a distance t21, or a large distance cannot be secured from the insulator 29, such as a distance t23. Further, in some cases, such as the distance t25, a distance substantially equal to the thickness of the pressure sensor can be secured.

なお、空隙の割合としては、例えば導体23のストローク(圧縮量)が、片側0.2〜0.5mm程度になる程度に設けられる。また、空隙には通常空気が入ることになる。 As the ratio of the voids, for example, the stroke (compression amount) of the conductor 23 is provided so as to be about 0.2 to 0.5 mm on one side. In addition, air usually enters the gap.

圧力センサ2に対して、方向P3から圧力を加えた状態を示したのが図8である。P3方向から圧力が加わることで、導体23にある空隙25がつぶれるように変形する。これにより、導体23が、厚み方向に変化し、静電容量の変化が生まれる。 FIG. 8 shows a state in which pressure is applied to the pressure sensor 2 from the direction P3. When pressure is applied from the P3 direction, the void 25 in the conductor 23 is deformed so as to be crushed. As a result, the conductor 23 changes in the thickness direction, resulting in a change in capacitance.

図7及び図8の圧力センサ2の場合には、図8では厚さ0.26mmまで変形する。これにより、静電容量としては、70pFと大きく確保できる。この場合、空隙が総てつぶれ、導体23は、空隙のない導電性電極となる。 In the case of the pressure sensor 2 of FIGS. 7 and 8, the pressure sensor 2 is deformed to a thickness of 0.26 mm in FIG. As a result, a large capacitance of 70 pF can be secured. In this case, all the voids are crushed, and the conductor 23 becomes a conductive electrode without voids.

また、第2の圧力センサは、空隙があることで、導体自体が伸びやすくなる。したがって、横方向に力が加わった場合であっても、導体の伸びに追従しやすくなるといった効果が期待できる。 Further, in the second pressure sensor, the conductor itself is easily stretched due to the presence of the gap. Therefore, even when a force is applied in the lateral direction, an effect of easily following the elongation of the conductor can be expected.

(第3の圧力センサ)
つづいて、第3の圧力センサについて説明する。第3の圧力センサ3は、図9(a)に示すように、空隙を持たせた導電性電極として、導電性の繊維の織物や、編み物利用する。
(Third pressure sensor)
Next, the third pressure sensor will be described. As shown in FIG. 9A, the third pressure sensor 3 uses a woven fabric of conductive fibers or knitting as a conductive electrode having a gap.

すなわち、絶縁体39の両側に、導電性繊維31を織物(編み物)とし、当該織物(編み物)を対向配置することで、一部空隙が構成される。 That is, by using conductive fibers 31 as woven fabrics (knitting) on both sides of the insulator 39 and arranging the woven fabrics (knitting) facing each other, some voids are formed.

また、この織物(編み物)の上に、保護層としてカバー部材35を敷いてもよい。これにより、薄く圧力センサを構成することが可能となる。この場合、導電性繊維31は、それぞれ接着しても良いし、それぞれ接着せず、端部で接着する構成としても良い。 Further, a cover member 35 may be laid on the woven fabric (knitting) as a protective layer. This makes it possible to configure the pressure sensor thinly. In this case, the conductive fibers 31 may be bonded to each other, or may not be bonded to each other, but may be bonded at the ends.

図9(b)は、第3の圧力センサの一部を拡大したものである。すなわち、導電性の繊維を縦横に編み込んだものである。具体的には、一方向(例えば、縦方向)である導電性繊維31aに直交するように他方向(例えば、横方向)である導電性繊維31bが編み込まれている。 FIG. 9B is an enlarged view of a part of the third pressure sensor. That is, conductive fibers are woven vertically and horizontally. Specifically, the conductive fibers 31b in the other direction (for example, the horizontal direction) are woven so as to be orthogonal to the conductive fibers 31a in one direction (for example, the vertical direction).

このとき、絶縁体39と、導電性繊維31a及び導電性繊維31bとの空隙ができる。この空隙により、空隙距離が確保できる。例えば、空隙距離t31や、空隙距離t33が確保されることにより、圧力が加わると静電容量の変化が生じる。 At this time, a gap is formed between the insulator 39 and the conductive fibers 31a and the conductive fibers 31b. With this gap, the gap distance can be secured. For example, by securing the gap distance t31 and the gap distance t33, the capacitance changes when pressure is applied.

なお、上述した導電繊維の編み込み方法としては、空隙が構成される(空隙距離が確保される)編み込み方法であれば良い。 As the method for weaving the conductive fibers described above, any method may be used as long as it is a weaving method in which voids are formed (the gap distance is secured).

(第4の圧力センサ)
つづいて、第4の圧力センサについて説明する。第4の圧力センサ4は、空隙を持たせた導電性電極として、中空の導電性糸や、導電性弾性体を利用する。
(Fourth pressure sensor)
Next, the fourth pressure sensor will be described. The fourth pressure sensor 4 uses a hollow conductive thread or a conductive elastic body as the conductive electrode having a gap.

図10は、圧力センサ4を示した図である。絶縁体49の両側に、半円状の導電性弾性体41を格子状に配置している。導電性弾性体41が半円状に構成されていることから、絶縁体49との間に空隙が構成されることとなる。そして、導電性弾性体41と、絶縁体49との間に空隙距離が確保される。 FIG. 10 is a diagram showing the pressure sensor 4. Semicircular conductive elastic bodies 41 are arranged in a grid pattern on both sides of the insulator 49. Since the conductive elastic body 41 is formed in a semicircular shape, a gap is formed between the conductive elastic body 41 and the insulator 49. Then, a gap distance is secured between the conductive elastic body 41 and the insulator 49.

(第5の圧力センサ)
つづいて、第5の圧力センサについて説明する。第5の圧力センサ5は、空隙を持たせた導電性電極として、カーボン等により構成された、マイクロコイルを利用する。
(Fifth pressure sensor)
Next, the fifth pressure sensor will be described. The fifth pressure sensor 5 uses a microcoil made of carbon or the like as a conductive electrode having a gap.

図11は、圧力センサ5を示した図である。絶縁体59の両側に、マイクロコイル51が対向配置されている。マイクロコイル51は、例えばカーボン等により構成されており、マイクロコイル51と、絶縁体59との間に空隙が構成されることとなる。そして、マイクロコイル51と、絶縁体59との間に空隙距離が確保される。 FIG. 11 is a diagram showing the pressure sensor 5. Microcoils 51 are arranged to face each other on both sides of the insulator 59. The microcoil 51 is made of, for example, carbon or the like, and a gap is formed between the microcoil 51 and the insulator 59. Then, a gap distance is secured between the microcoil 51 and the insulator 59.

(第6の圧力センサ)
つづいて、第6の圧力センサについて説明する。第6の圧力センサは、空隙を持たせた導電性電極として、不織布を利用する。すなわち、不織布を導電性の有する繊維により生成し、基材と絶縁体の間に配置する。不織布の空隙が、導電性電極の空隙として構成されることにより、空隙距離が確保される。
(6th pressure sensor)
Next, the sixth pressure sensor will be described. The sixth pressure sensor uses a non-woven fabric as a conductive electrode having a gap. That is, the non-woven fabric is formed of conductive fibers and placed between the base material and the insulator. The gap distance is secured by forming the gap of the non-woven fabric as the gap of the conductive electrode.

(体圧センサへの適用)
以下、上述した圧力センサを適用した体圧センサに適用した場合について説明する。図12は、体圧センサ100の構成について説明するための図である。上述したように、空隙を持たせた導電性電極101を図12(a)に示すように、格子状に配列し、直交するように絶縁体109を挟み込む。
(Application to body pressure sensor)
Hereinafter, a case where the above-mentioned pressure sensor is applied to a body pressure sensor will be described. FIG. 12 is a diagram for explaining the configuration of the body pressure sensor 100. As described above, the conductive electrodes 101 having voids are arranged in a grid pattern as shown in FIG. 12A, and the insulator 109 is sandwiched so as to be orthogonal to each other.

例えば、絶縁体109の上側に導電性電極101aを縦方向に、絶縁体109の下側に導電性電極101bを横方向に、直交するように絶縁体109を挟み込む。なお、導電性電極101は、等間隔であっても良いし、検出精度に合わせて間隔を変えても良い。また、導電性電極101a及び101bは、交われば良いため、直交せずに斜め方向で交差しても良い。 For example, the conductive electrode 101a is placed on the upper side of the insulator 109 in the vertical direction, and the conductive electrode 101b is placed on the lower side of the insulator 109 in the horizontal direction so as to be orthogonal to each other. The conductive electrodes 101 may be evenly spaced, or the intervals may be changed according to the detection accuracy. Further, since the conductive electrodes 101a and 101b may intersect with each other, they may intersect in an oblique direction without being orthogonal to each other.

そして、図12(b)に示すように、導電性電極101が交差する部分(例えば、交差点107)で静電容量の変化を測定する。これにより、圧力センサ全体の圧力を測定(検出)することが可能となり、体圧センサ100として構成されることとなる。 Then, as shown in FIG. 12B, the change in capacitance is measured at the portion where the conductive electrodes 101 intersect (for example, the intersection 107). As a result, it becomes possible to measure (detect) the pressure of the entire pressure sensor, and the body pressure sensor 100 is configured.

なお、図12(c)に示すように、体圧センサ100の上下から保護層111で包み込むことにより、電極を直接触ることにより静電容量変化の誤差を少なくすることができる。保護層111としては、防水機能を発揮できるシリコンラバーや、綿やナイロン等の生地により生成される。なお、静電容量は、湿度によっても変化するため、透湿性の低い材料でカバーすると、精度が向上し、好ましい。 As shown in FIG. 12 (c), by wrapping the body pressure sensor 100 from above and below with the protective layer 111, it is possible to reduce the error of the capacitance change by directly contacting the electrodes. The protective layer 111 is made of a silicone rubber capable of exhibiting a waterproof function or a fabric such as cotton or nylon. Since the capacitance changes depending on the humidity, it is preferable to cover it with a material having low moisture permeability because the accuracy is improved.

具体的に、体圧センサを単体で使う場合の構成を、図13に示す。図13に示すように、図12で説明した体圧センサ100を検出部110として構成する。また、検出部110に、測定部210と、演算部220とが接続される。また、測定した体圧(圧力)を表示する表示部500を備えている。 Specifically, FIG. 13 shows a configuration when the body pressure sensor is used alone. As shown in FIG. 13, the body pressure sensor 100 described in FIG. 12 is configured as the detection unit 110. Further, the measurement unit 210 and the calculation unit 220 are connected to the detection unit 110. It also includes a display unit 500 that displays the measured body pressure (pressure).

ここで、検出部110における体圧センサ100は、導電性電極の幅は5mm〜600mmの幅が好ましい。また、幅は場所によって変えても良く、測定したい密度に応じて変えても良い。 Here, in the body pressure sensor 100 in the detection unit 110, the width of the conductive electrode is preferably 5 mm to 600 mm. Further, the width may be changed depending on the place, or may be changed according to the density to be measured.

また、導電性電極と、隣の導電性電極の幅は、2mm〜500mm程度開けるのが好ましい。このとき、間隔は一定で無くても良く、測定したい密度に応じて変えても良い。 Further, the width of the conductive electrode and the adjacent conductive electrode is preferably about 2 mm to 500 mm. At this time, the interval does not have to be constant and may be changed according to the density to be measured.

また、導電性電極の交差部には、間に絶縁層を設けるが、空気層を設ける構成としても良い。 Further, although an insulating layer is provided between the intersections of the conductive electrodes, an air layer may be provided.

また、導電性電極と、測定部210とを接続するケーブルは、引っ張られたり、折られたりしても断線しないように、基材同様に伸びることが好ましい。例えば、銀糸を用いたニット等、短繊維を用いて製造しても良い。なお、FPCや、銅のエッチング等により接続されても良い。 Further, the cable connecting the conductive electrode and the measuring unit 210 is preferably stretched like the base material so as not to be broken even if it is pulled or broken. For example, it may be manufactured using short fibers such as a knit using silver thread. In addition, it may be connected by FPC, etching of copper, or the like.

また、ケーブルと、導電性電極への接続部は断線しやすいため、接着剤(例えば、エポキシ樹脂に銀のフィラーで構成されてもの)で接着したり、裁縫したりすると良い。これにより、強度が増し、断線を防ぐことが可能となる。このときの接着剤は、導電性であることが好ましい。 Further, since the cable and the connection portion to the conductive electrode are easily broken, it is preferable to bond or sew with an adhesive (for example, even if the epoxy resin is composed of a silver filler). As a result, the strength is increased and it is possible to prevent disconnection. The adhesive at this time is preferably conductive.

そして、測定部210において、導電性電極の交差した箇所から静電容量を計測する。そして、演算部220は、測定部210により計測された静電容量から、圧力を算出する。算出された圧力は、例えば、各種処理によって表示部500において表示される。例えば、測定された圧力分散の状態を表示しても良いし、利用者(被測定者)の状態を表示しても良いし、報知しても良い。 Then, in the measuring unit 210, the capacitance is measured from the intersection of the conductive electrodes. Then, the calculation unit 220 calculates the pressure from the capacitance measured by the measurement unit 210. The calculated pressure is displayed on the display unit 500 by, for example, various processes. For example, the measured pressure distribution state may be displayed, the state of the user (measured person) may be displayed, or the state may be notified.

更に、上述した体圧センサを、例えばエアマットレスシステムに適用した場合について説明する。図14は、上述した体圧センサを検出部110とするエアマットレスシステム1000である。 Further, a case where the above-mentioned body pressure sensor is applied to, for example, an air mattress system will be described. FIG. 14 is an air mattress system 1000 in which the body pressure sensor described above is used as the detection unit 110.

マットレス本体400は、複数のセルで構成されており、各セルはポンプユニット300に接続されている。ポンプユニット300は、各セルの給排気を制御するユニットであり、ポンプ310を有している。 The mattress body 400 is composed of a plurality of cells, and each cell is connected to the pump unit 300. The pump unit 300 is a unit that controls the supply and exhaust of each cell, and has a pump 310.

ポンプ310は、セルの系統毎に系統弁を介して接続しており、給排気することでエアセルの圧力を調整する。また、各セルの圧力は、圧力センサ320で検出することが可能である。 The pump 310 is connected to each cell system via a system valve, and adjusts the pressure of the air cell by supplying and exhausting air. Further, the pressure of each cell can be detected by the pressure sensor 320.

ここで、各セルの内圧を調整するために、制御部250が接続されている。制御部250には、内圧計算部230と、内圧調整部240とを少なくとも有している。内圧計算部230及び内圧調整部240は、マットレス本体400の圧力を測定し、当該圧力に応じて内圧を制御する。 Here, a control unit 250 is connected in order to adjust the internal pressure of each cell. The control unit 250 has at least an internal pressure calculation unit 230 and an internal pressure adjusting unit 240. The internal pressure calculation unit 230 and the internal pressure adjusting unit 240 measure the pressure of the mattress body 400 and control the internal pressure according to the pressure.

ここで、マットレス本体400の上又は下に載置された検出部110(体圧センサ)から、マットレス本体400における圧力を算出する。算出された圧力(体圧)から、エアマットレスの内圧を制御することで、適切なエアマットレスの圧力とすることができる。 Here, the pressure in the mattress body 400 is calculated from the detection unit 110 (body pressure sensor) placed above or below the mattress body 400. By controlling the internal pressure of the air mattress from the calculated pressure (body pressure), it is possible to obtain an appropriate pressure of the air mattress.

また、これらの体圧センサは、ベッド装置に適用してもよい。例えば、図15は、ベッド装置2000に適用した場合の模式図である。 In addition, these body pressure sensors may be applied to the bed device. For example, FIG. 15 is a schematic view when applied to the bed device 2000.

例えば、ベッドのボトム2300(背ボトム2300a、腰ボトム2300b、膝ボトム2300c、足ボトム2300d)の上にマット本体2200が載置されている。ここで、マット本体2200の上に載せて体圧センサ2100を載置する。 For example, the mat body 2200 is placed on the bottom 2300 of the bed (back bottom 2300a, waist bottom 2300b, knee bottom 2300c, foot bottom 2300d). Here, the body pressure sensor 2100 is placed on the mat body 2200.

体圧センサ2100により、利用者(患者)の圧力である体圧が検出・測定可能となる。検出された体圧から利用者である患者の在床/離床を検出したり、患者の位置を検出したりすることができる。また、他にも、患者の生体情報を取得することが可能となり、心拍や呼吸といった生体情報を取得することができる。 The body pressure sensor 2100 makes it possible to detect and measure the body pressure, which is the pressure of the user (patient). From the detected body pressure, it is possible to detect whether the patient is in bed or out of bed, or to detect the position of the patient. In addition, it is possible to acquire biological information of the patient, and it is possible to acquire biological information such as heartbeat and respiration.

本実施形態の体圧センサ2100は、薄く実現されていることから、利用者にとっても違和感が無い状態で提供することができる。このように、体圧センサ2100が違和感無く載置されていることから、患者の位置や、生体情報(呼吸や心拍)を容易に、かつ、自然に測定することができる。 Since the body pressure sensor 2100 of the present embodiment is thinly realized, it can be provided without any discomfort to the user. Since the body pressure sensor 2100 is mounted without any discomfort in this way, the patient's position and biological information (breathing and heartbeat) can be easily and naturally measured.

また、上述した実施形態では、ベッド装置に適用される場合について説明したが、例えば自動車用シート、椅子、医療用シート、歯科治療台といった表面に載置したり、内部に組み込んだりしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where it is applied to a bed device has been described, but it may be placed on a surface such as an automobile seat, a chair, a medical seat, or a dental treatment table, or incorporated inside. ..

例えば、自動車用シートを例に説明すると、自動車用シートにおいて、臀部が接する座面及び/又は背中が接する背面に、体圧センサ2100を設ける。体圧センサ2100により、利用者(例えば、運転者)の体圧を検出・測定することにより、姿勢、動き、呼吸・心拍といった生体情報を測定することができる。 For example, taking an automobile seat as an example, the body pressure sensor 2100 is provided on the seat surface in contact with the buttocks and / or the back surface in contact with the back in the automobile seat. By detecting and measuring the body pressure of the user (for example, the driver) by the body pressure sensor 2100, it is possible to measure biological information such as posture, movement, respiration and heartbeat.

このように、体圧センサ2100を自動車用シートに設けることにより、利用者の動き、生体情報(呼吸や心拍等)を測定することが可能となる。体圧センサにより得られた情報によって、例えば居眠り防止システムや、体調不良の検知システム等を実現することも可能となる。 By providing the body pressure sensor 2100 on the automobile seat in this way, it is possible to measure the movement and biological information (breathing, heartbeat, etc.) of the user. With the information obtained by the body pressure sensor, for example, a doze prevention system, a poor physical condition detection system, and the like can be realized.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the design and the like within a range not deviating from the gist of the present invention are also within the scope of claims. include.

1、2、3、4、5 圧力センサ
11、11a、11b 導体
13 基材
15 接着層
17 短繊維
19 絶縁体
23、23a、23b 導体
25 空隙
29 絶縁体
31 導電性繊維
39 絶縁体
41 導電性弾性体
49 絶縁体
51 マイクロコイル
59 絶縁体
100 体圧センサ
101、101a、101b 導電性電極
107 交差点
109 絶縁体
110 検出部
111 保護層
210 測定部
220 演算部
230 内圧計算部
240 内圧調整部
250 制御部
300 ポンプユニット
310 ポンプ
320 圧力センサ
400 マットレス本体
500 表示部
1, 2, 3, 4, 5 Pressure sensors 11, 11a, 11b Conductor 13 Base material 15 Adhesive layer 17 Short fiber 19 Insulator 23, 23a, 23b Conductor 25 Void 29 Insulator 31 Conductive fiber 39 Insulator 41 Conductive Elastic body 49 Insulator 51 Microcoil 59 Insulator 100 Body pressure sensors 101, 101a, 101b Conductive electrodes 107 Intersection 109 Insulator 110 Detection unit 111 Protective layer 210 Measuring unit 220 Calculation unit 230 Internal pressure calculation unit 240 Internal pressure adjustment unit 250 Control Part 300 Pump unit 310 Pump 320 Pressure sensor 400 Mattress body 500 Display

Claims (7)

絶縁体と、前記絶縁体を挟んで対向配置される導電性電極と、前記導電性電極間の静電容量の変化量に基づいて圧力を求める圧力センサにおいて、
前記導電性電極は、基材に導電性の0.5mmから3.0mmの長さである短繊維の一端を接着し、他端を当該基材の平面方向に対して前記絶縁体に向かう方向に長さ及び/又は方向が不均一になるように設け、
前記導電性電極は、少なくとも前記絶縁体との間に空隙を有し、荷重を受ける方向に変形可能に構成されていることを特徴とする圧力センサ。
In a pressure sensor that obtains pressure based on the amount of change in capacitance between an insulator, conductive electrodes arranged opposite to each other with the insulator in between, and the conductive electrodes.
In the conductive electrode, one end of a conductive short fiber having a length of 0.5 mm to 3.0 mm is adhered to a base material, and the other end is directed toward the insulator with respect to the plane direction of the base material. The length and / or direction of the fiber is non-uniform.
The pressure sensor is characterized in that the conductive electrode has at least a gap between the conductive electrode and the insulator and is deformable in a direction of receiving a load.
前記導電性電極と、前記絶縁体との間の空隙により生じる距離を空隙距離とし、
前記荷重を受ける方向により、前記空隙距離が変化することを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。
The distance generated by the gap between the conductive electrode and the insulator is defined as the gap distance.
The pressure sensor according to claim 1, wherein the gap distance changes depending on the direction in which the load is received.
前記導電性電極を、前記絶縁体を挟んで交差するように配列することを特徴とする請求項1又は2に記載の圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2 , wherein the conductive electrodes are arranged so as to intersect with each other of the insulator. 請求項1から3の何れか一項に記載した圧力センサを製造するための圧力センサの製造方法であって、
前記基材に接着層を形成する接着層形成工程と、
前記接着層に、前記短繊維の一端接着層に、他端を絶縁体の方向になるように接着する接着工程と、
を備えた圧力センサの製造方法。
A method for manufacturing a pressure sensor for manufacturing the pressure sensor according to any one of claims 1 to 3 .
An adhesive layer forming step of forming an adhesive layer on the base material and
An adhesive step of adhering one end of the short fiber to the adhesive layer and the other end in the direction of the insulator to the adhesive layer .
A method of manufacturing a pressure sensor equipped with.
前記接着工程は、前記接着層に、前記短繊維を静電植毛で接着することを特徴とする請求項に記載の圧力センサの製造方法。 The method for manufacturing a pressure sensor according to claim 4 , wherein the bonding step is to bond the short fibers to the bonding layer by electrostatic flocking. 圧力センサを設けることにより、利用者の体圧を検出することが可能なベッド装置において、
前記圧力センサは、請求項1からの何れか一項に記載の圧力センサを用いることを特徴とするベッド装置。
In a bed device capable of detecting the body pressure of a user by providing a pressure sensor,
The bed device, wherein the pressure sensor uses the pressure sensor according to any one of claims 1 to 5 .
圧力センサを設けることにより、利用者の体圧を検出することが可能な自動車用シートにおいて、
前記圧力センサは、請求項1からの何れか一項に記載の圧力センサを用いることを特徴とする自動車用シート。
In an automobile seat that can detect the body pressure of a user by providing a pressure sensor,
The pressure sensor is an automobile seat, wherein the pressure sensor according to any one of claims 1 to 5 is used.
JP2017003582A 2017-01-12 2017-01-12 Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats Active JP6829365B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017003582A JP6829365B2 (en) 2017-01-12 2017-01-12 Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017003582A JP6829365B2 (en) 2017-01-12 2017-01-12 Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018112489A JP2018112489A (en) 2018-07-19
JP6829365B2 true JP6829365B2 (en) 2021-02-10

Family

ID=62911080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017003582A Active JP6829365B2 (en) 2017-01-12 2017-01-12 Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6829365B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020079995A1 (en) * 2018-10-18 2020-04-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Pressure-sensitive element and electronic equipment
US20220125335A1 (en) * 2019-02-22 2022-04-28 Wellsense, Inc. Pressure sensing mat
KR102318554B1 (en) * 2019-09-03 2021-10-29 한국전자기술연구원 Pressure Sensor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3445372B2 (en) * 1994-07-25 2003-09-08 日本バイリーン株式会社 Charged filter
US6591685B2 (en) * 2000-03-10 2003-07-15 W.E.T. Automotive Systems Ag Pressure sensor
JP5815369B2 (en) * 2011-10-28 2015-11-17 住友理工株式会社 Capacitive sensor
JP2015190796A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 富士通株式会社 Load detection device, vehicle detection device, and parking system
JP6377147B2 (en) * 2014-05-16 2018-08-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Stretchable conductive circuit and manufacturing method thereof
JP2016031269A (en) * 2014-07-28 2016-03-07 住江織物株式会社 Body pressure distribution measurement device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018112489A (en) 2018-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8925393B2 (en) Device intended for measuring pressure from a flexible, foldable, and/or extendable object made of a textile material and comprising a measurement device
US9448127B2 (en) Device for measuring pressure from a flexible, pliable, and/or extensible object made from a textile material comprising a measurement device
CA2630523C (en) Pressure sensor
JP6829365B2 (en) Pressure sensors, pressure sensor manufacturing methods, bed devices and automotive seats
EP2593002B1 (en) Textile electrode
CN108135362B (en) Pressure sensing chair
CN112771358A (en) Pressure-sensitive element and electronic device
ES2908421T3 (en) deformable sensor
GB2397177A (en) Manually deformable input device
WO2015014950A1 (en) Textile pressure sensor and method for fabricating the same
KR20180117893A (en) Pressure sensor
KR20170069673A (en) Pressure sensor device
JP2016031269A (en) Body pressure distribution measurement device
JP2018169315A (en) Capacitance type pressure sensor
KR20180083220A (en) Pressure-measurable fabric and pressure detecting apparatus using the same
JP2020016554A (en) Pressure sensitive sensor
JP2010243240A (en) Body pressure distribution measuring device for solid knitting
FI128328B (en) A force and/or pressure sensor with at least two layers of electrodes
JP2005351781A (en) Vibration detector and human body detector, and bed system mounting them
JP6985586B2 (en) Vehicle seat
KR102420898B1 (en) Fabric Strain Sensor and Manufacturing Method thereof
KR102361875B1 (en) Pressure sensing sensor and pressure sensing apparatus comprising the same
KR20170040985A (en) Chair of sensing pressure
JP2020020605A (en) Pressure sensitive mat system
JP2020008439A (en) Pressure-sensitive sensor

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20170123

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170123

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200916

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201119

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201215

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201221

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6829365

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250