JP7377011B2 - Force sensing elements and sensors - Google Patents

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本発明は、力覚素子、及び、力覚センサに関する発明である。 The present invention relates to a force element and a force sensor.

近年、軽量かつ薄型のフレキシブルな圧力センサが広く用いられるようになっている。例えば、自動車分野では、座席に圧力センサが組み込まれ、搭乗者が車両に乗り込み座席に着座した際に一定以上の荷重(体重)が圧力センサに加わることで人の存在を検知し、シートベルトの着用を促すような制御を取ることが可能になっている。また、ベッドのマットレスに圧力センサを内在させて、ベッドに横たわる者の体重の掛かり具合を検知し、長時間同じ姿勢で横たわっていることを検知して、床ずれの防止を行う試みも行われている。さらに、心臓の拍動による荷重変化を検知し、心拍を計測する試みもなされている。 In recent years, lightweight, thin and flexible pressure sensors have become widely used. For example, in the automobile field, pressure sensors are built into seats, and when a passenger gets into the vehicle and sits on the seat, the presence of a person is detected by applying a load (weight) above a certain level to the pressure sensor, and the seatbelt is activated. It is now possible to take controls to encourage people to wear them. In addition, attempts have been made to prevent pressure sores by incorporating pressure sensors into bed mattresses to detect the weight of the person lying on the bed and detect when the person is lying in the same position for a long time. There is. Furthermore, attempts have been made to measure heartbeats by detecting load changes due to heartbeats.

特許第3190314号公報Patent No. 3190314 特開2016-23389号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-23389 特公昭37-16853号公報Special Publication No. 37-16853 特公昭47-14043号公報Special Publication No. 47-14043 特開平9-119033号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-119033 WO2013/073673号 国際公開パンフレットWO2013/073673 International Publication Pamphlet 特開2014-108134号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-108134 WO2016/148249号 国際公開パンフレットWO2016/148249 International Publication Pamphlet WO2016/031872号 国際公開パンフレットWO2016/031872 International Publication Pamphlet

「やさしい産業上繊維の基礎知識」(加藤哲也、向山泰司著、日刊工業新聞社:2011.1.28発行)、第11頁“Easy Basic Knowledge of Industrial Textiles” (written by Tetsuya Kato and Yasushi Mukaiyama, published by Nikkan Kogyo Shimbun: January 28, 2011), p. 11

このような中、物理的な動きの検知手段のさらなる多様化と深化が求められており、本発明の課題もこの新たな動きの検知手段の提供である。 Under these circumstances, there is a demand for further diversification and deepening of physical movement detection means, and an object of the present invention is to provide this new movement detection means.

本発明者は、導電性高分子が付着している繊維若しくは糸の動きに伴う電気抵抗値等の電気特性値の変動により、当該動きを起こした外力を検知する仕組みとして、上撚りされた糸又は仮撚糸に導電性高分子を付着させ、これを力覚センサ素子として用いることにより、物理的な動きを外力として的確に捉えることが可能であることを見出し、本発明を完成した。 The present inventor developed a system that uses ply-twisted yarn as a mechanism for detecting the external force that causes the movement of fibers or yarns to which conductive polymers are attached, based on changes in electrical property values such as electrical resistance caused by the movement of the fibers or yarns to which the conductive polymer is attached. Alternatively, the inventors have discovered that by attaching a conductive polymer to false twisted yarn and using it as a force sensor element, it is possible to accurately capture physical movement as an external force, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、(1)外力により電気特性値が変動する力覚素子であって、導電性高分子が付着している1本以上の上撚りされた糸(以下、上撚糸ともいう)又は仮撚糸を含む、力覚素子(以下、本発明の素子ともいう)を提供し、さらに、(2)本発明の素子と、当該素子と電気的に接続された検知部を備え、当該検知部が、導電性高分子が付着している上撚糸又は仮撚糸における電気特性値の変動を検知する、力覚センサ(以下、本発明のセンサともいう)を提供する。 That is, the present invention provides (1) a force sensing element whose electrical characteristic values change due to an external force, which comprises one or more ply-twisted yarns to which a conductive polymer is attached (hereinafter also referred to as ply-twisted yarns); or a force sensing element (hereinafter also referred to as the element of the present invention) containing a false twisted yarn; Provided is a force sensor (hereinafter also referred to as the sensor of the present invention) that detects fluctuations in electrical property values in ply-twisted yarn or false-twisted yarn to which a conductive polymer is attached.

「力覚素子」とは、感圧素子の上位概念の素子であり、素子にかかった外力の大きさと変動を、電気特性値として検知する素子である。 A "force sensing element" is an element that is a general concept of a pressure sensing element, and is an element that detects the magnitude and fluctuation of an external force applied to the element as an electrical characteristic value.

「外力」は、押圧力又は引っ張り力であることが典型的である。「電気特性値」は、電圧値、電流値(直流、交流のいずれも含む)、電気抵抗値(インピーダンス値を含む)、あるいは静電容量値であり、本発明では電気抵抗値又は静電容量値を用いることが好適である。 The "external force" is typically a pushing force or a pulling force. "Electrical characteristic value" is a voltage value, current value (including both direct current and alternating current), electrical resistance value (including impedance value), or capacitance value, and in the present invention, electrical resistance value or capacitance value Preferably, a value is used.

「上撚り」とは、撚糸における「下撚り」(単糸にかかっている撚り)に対応する概念であり、2本以上の単糸を撚り合わせて1本の糸にする場合の撚りのことをいう。本発明の上撚りの対象となる単糸の本数は特に限定されない。2本(双糸)、3本(三子糸)、4本(四子糸)、さらにそれ以上の本数の単糸を用いることができる。単糸における下撚りの有無は、特に限定されず、仮撚糸、押し込み加工糸、特許文献5の絹加工単糸等の加工糸を単糸として用いることも可能であり、「加撚-熱固定-解撚法による加工糸」や、特許文献4の絹加工糸も上撚糸である。また、上撚糸として、片撚糸、諸撚糸、駒撚糸、壁撚糸等を選択可能であり、特に限定されない。また、上撚りの撚り数は、撚り数10以上500T/m未満の甘撚であっても、500以上1000T/m未満の中撚であっても、1000以上2500T/m未満の強撚であっても、2500T/m以上の極強撚であってもよい。これらの上撚糸に関する条件を組み合わせて、例えば、伸縮性と弾性回復性(併せてストレッチ性ともいう)が付与された上撚糸とすることが、伝統的な技術を用いることで可能である。例えば、単糸2-3本を極強撚の下撚りを行って作成したチリメン糸に対して、Z撚りとS撚りの糸を2本から数本引き揃えて、これらを甘撚ないし中撚で上撚りをかけて、ストレッチ性の糸を作成することができる。 "Pure twist" is a concept that corresponds to "pre-twist" (twist applied to single yarns) in twisted yarn, and refers to twisting when two or more single yarns are twisted together to make one yarn. means. The number of single yarns to be twisted in the present invention is not particularly limited. Two (double yarn), three (triple yarn), four (quadruple yarn), or even more single yarns can be used. The presence or absence of ply twist in the single yarn is not particularly limited, and it is also possible to use a processed yarn such as a false twisted yarn, pressed yarn, or silk processed single yarn of Patent Document 5 as a single yarn. - Processed yarn by untwisting method'' and the processed silk yarn of Patent Document 4 are also ply-twisted yarns. Further, as the ply-twisted yarn, single-twisted yarn, double-twisted yarn, piece-twisted yarn, wall-twisted yarn, etc. can be selected, and the yarn is not particularly limited. In addition, the number of twists in the ply twist may be a light twist with a twist number of 10 or more and less than 500T/m, a medium twist with a twist of 500 or more and less than 1000T/m, or a hard twist with a twist of 1000 or more and less than 2500T/m. However, it may be a very strong twist of 2500 T/m or more. By combining these conditions regarding the ply-twisted yarn, for example, it is possible to create a ply-twisted yarn imparted with stretchability and elastic recovery (also referred to as stretchability) by using traditional techniques. For example, for chilimen yarn created by subjecting 2 to 3 single yarns to extremely strong first twist, two to several yarns of Z twist and S twist are pulled together, and these are lightly twisted or medium twisted. Can be twisted to create stretchy yarn.

このようなストレッチ性が付与された糸を用いることにより、本発明の素子における外力をかけることによる単糸同士の接触面積の変動をより起こしやすくすることが可能であることのみならず、計測値のヒステリシスを小さくすることが可能である。 By using a yarn with such stretchability, it is possible not only to make it easier to cause fluctuations in the contact area between single yarns by applying an external force in the element of the present invention, but also to make the measured value It is possible to reduce the hysteresis of

本発明においては、ポリウレタン等のフィラメント糸を芯糸として、他の単糸を一重又は二重以上に巻き付ける「カバーリング」を上撚りとして含め、これが行われたカバーリング糸も「上撚糸」として含める。例えば、特許文献1の絹加工糸は、「絹糸のらせん状の複数層重ね巻きにより中空状に形成され、重ね合わせた各巻層の巻回方向が交互に逆方向に形成されている絹加工糸」(特許文献1:請求項1)であり、「重ね巻き(カバーリング)の外側の巻き」を上撚りの一態様である。当該絹加工糸は、ストレッチ性が付与されており、本発明の素子において用いられる好適な上撚糸の一つである。 In the present invention, "covering" in which a filament yarn such as polyurethane is used as a core yarn and other single yarns are wrapped in a single or double layer or more is included as ply-twisted yarn, and the covering yarn in which this is done is also referred to as "ply-twisted yarn". include. For example, the processed silk yarn of Patent Document 1 is described as "a processed silk yarn that is formed into a hollow shape by winding multiple layers of silk yarn in a spiral shape, and the winding directions of the overlapping layers are alternately opposite to each other. ” (Patent Document 1: Claim 1), and “the outer winding of the overlapping winding (covering)” is one mode of ply twisting. The processed silk yarn has stretchability and is one of the preferable ply-twisted yarns used in the element of the present invention.

仮撚糸は、仮撚加工糸、仮撚り、嵩高加工糸とも呼ばれるもので、一旦撚りをかけて、これを固定処理し、最後に撚りを解いて作成される加工糸で、糸に二次元的、三次元的な捲縮ひずみが生じているものをいう。絹の仮撚糸の態様として、例えば、特許文献2、3の絹加工糸が挙げられる。化学繊維の仮撚糸については、例えば、非特許文献1に一般的な技術として開示されている。 False twisted yarn is also called false twisted processed yarn, false twist, and bulky processed yarn.It is a processed yarn that is created by first twisting it, fixing it, and finally untwisting it. , which has three-dimensional crimp strain. Examples of embodiments of the false twisted silk yarn include processed silk yarns disclosed in Patent Documents 2 and 3. False twisted yarns of chemical fibers are disclosed as a general technique in, for example, Non-Patent Document 1.

上記のように、仮撚糸は、単糸であってもよく、当該単糸を構成単糸の全部又は一部とする上撚糸であってもよい。 As described above, the false twisted yarn may be a single yarn, or may be a ply-twisted yarn in which the single yarn constitutes all or a part of the constituent single yarns.

「糸」の表面に露出している素材は、導電性高分子を付着させることが可能であることが必要である。「表面に露出している」とは、例えば、糸の横断面内部を構成して糸の表面には露出しない部分、典型的には芯糸を除外する糸である。芯糸には導電性高分子が付着される必要は無い。当該素材としては、絹繊維、ポリアミド(ナイロン)繊維、ポリエステル繊維、紙繊維等が例示できる。これらの繊維が単独で糸表面を構成してもよいし、複数種類の繊維が組み合わさって糸表面を構成してもよい。「導電性高分子」としては、PEDOT-pTS、PEDOT-PSS、PEDOT-PVS、PEDOT/heparin、ポリピロール等が挙げられ、導電性能を考慮すると、PEDOT-pTS又はPEDOT-PSSが好ましいが、敢えて、高い導電性性能を指向しないのであれば、他の導電性高分子であっても良い。 The material exposed on the surface of the "thread" must be capable of attaching a conductive polymer. "Exposed to the surface" refers to, for example, a yarn that constitutes the inside of the cross section of the yarn and excludes a portion that is not exposed to the surface of the yarn, typically excluding the core yarn. There is no need for conductive polymer to be attached to the core yarn. Examples of such materials include silk fibers, polyamide (nylon) fibers, polyester fibers, and paper fibers. These fibers may constitute the yarn surface alone, or a plurality of types of fibers may be combined to constitute the yarn surface. Examples of the "conductive polymer" include PEDOT-pTS, PEDOT-PSS, PEDOT-PVS, PEDOT/heparin, polypyrrole, etc. Considering conductive performance, PEDOT-pTS or PEDOT-PSS is preferable, but dare to Other conductive polymers may be used as long as high conductivity performance is not desired.

「導電性高分子が付着している1本以上の上撚糸又は仮撚糸を含む」の「含む」とは、力覚素子の実質部分においては、(a)1本の上撚糸又は仮撚糸である場合と、(b)上撚糸又は仮撚糸を全部又は一部用いた布地、好ましくは、編物又は織物である場合、の2通りの態様が認められる。 "Contains" in "contains one or more ply-twisted yarns or false-twisted yarns to which a conductive polymer is attached" means that in the substantial part of the force sensing element: (a) one ply-twisted yarn or false-twisted yarn; (b) A fabric, preferably a knitted fabric or a woven fabric, using all or part of ply-twisted yarn or false-twisted yarn.

第1に、電気特性値が電気抵抗値(インピーダンスを含む)である場合について説明する。当該電気抵抗値に代えて、電圧値、電流値として検知することもできる。 First, a case where the electrical characteristic value is an electrical resistance value (including impedance) will be explained. Instead of the electrical resistance value, it can also be detected as a voltage value or a current value.

(a)の態様では、例えば、導電性高分子が付着している前記糸の両端に引っ張り力がかかり、糸が長さ方向に引きつることにより、当該糸が上撚糸の場合には、単糸の側面同士が接触して、当該上撚糸における実質的な断面積が増大する。ただし、上撚糸が、特許文献1の絹加工糸の場合には、上記引っ張り力により、糸の内部の繊維同士が接触して実質的な断面積が増大する。この(a)の態様の作用効果は、主に上撚糸にストレッチ性が付与されていることにより発揮される。このストレッチ性の目安となる糸の伸縮率(引張荷重をかけて、糸が切れたときの糸の伸びを、元の糸の長さで除して百分率で示した値)は、-5-100℃の温度、0-100%の湿度で1%以上であることが好ましく、5%以上であることがより好ましく、10%以上であることがさらに好ましい。 In the embodiment (a), for example, when the yarn is a ply-twisted yarn, a tensile force is applied to both ends of the yarn to which the conductive polymer is attached, and the yarn is pulled in the length direction. The sides of the yarn come into contact, increasing the substantial cross-sectional area of the ply-twisted yarn. However, when the ply-twisted yarn is the processed silk yarn of Patent Document 1, the tensile force causes the fibers inside the yarn to come into contact with each other, thereby increasing the substantial cross-sectional area. The effect of the embodiment (a) is mainly achieved by imparting stretchability to the ply-twisted yarn. The expansion/contraction rate of the yarn (the elongation of the yarn when it breaks under a tensile load divided by the original length of the yarn, expressed as a percentage) is -5- At a temperature of 100° C. and a humidity of 0-100%, it is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, and even more preferably 10% or more.

当該糸が単糸の仮撚糸の場合には、当該仮撚糸の内部の繊維同士が接触して実質的な断面積が増大する。仮撚糸が上撚糸の構成単糸の場合には、上記の単糸の側面同士の接触と当該仮撚糸の内部の繊維同士の双方が起こって、当該上撚糸の実質的な断面積が増大する。 When the yarn is a single-filament false-twisted yarn, the fibers inside the false-twisted yarn come into contact with each other, increasing the substantial cross-sectional area. When the false twisted yarn is a single yarn constituting the ply-twisted yarn, both the sides of the single yarn mentioned above come into contact with each other and the fibers inside the false-twisted yarn contact each other, and the substantial cross-sectional area of the ply-twisted yarn increases. .

これらの上撚糸又は仮撚糸における通電時の電気抵抗値の減少を本発明のセンサとして検知することにより、引っ張り力の大きさと変化を測定することが可能である。 By detecting the decrease in the electrical resistance value of these ply-twisted yarns or false-twisted yarns when electricity is applied using the sensor of the present invention, it is possible to measure the magnitude and change of the tensile force.

(b)の態様では、例えば、布地垂直面(厚さ方向)への押圧力や平面における引っ張り力がかかることにより、第1に布地の押圧部分を構成する導電性高分子が付着した上撚糸又は仮撚糸自体が上記(a)に記載したこれらの糸の実質的な断面積の増大が起こる場合がある。また、導電性高分子が付着した糸同士が、当該押圧力又は引っ張り力により合わさることによる見かけ上の断面積の増大が起こる。この場合の断面積増大を構成する糸は、布地レベルで上記の仕組みによる動きの変化の検知を行うことができる限り、全てが上撚糸又は仮撚糸である必要はない。布地としては、編物、織物、組物、ネット等が挙げられるが、編物又は織物が好適である。 In the embodiment (b), for example, by applying a pressing force in the vertical plane (thickness direction) of the fabric or a tensile force in the plane, the ply-twisted yarn to which the conductive polymer, which constitutes the pressed part of the fabric is attached, is first applied. Alternatively, the substantial cross-sectional area of the false twisted yarns themselves may increase as described in (a) above. Furthermore, the apparent cross-sectional area increases as the threads to which the conductive polymer is attached are brought together by the pressing or pulling force. In this case, all of the yarns constituting the increased cross-sectional area do not need to be ply-twisted yarns or false-twisted yarns, as long as changes in movement can be detected at the fabric level by the above mechanism. Examples of the fabric include knitted fabrics, woven fabrics, plaited fabrics, nets, etc., and knitted fabrics or woven fabrics are preferred.

第2に電気特性値が静電容量値である場合について説明する。例えば、布地の厚さ方向への押圧力や平面における引っ張り力がかかることにより、当該負荷部分における導電性高分子が付着した上撚糸又は仮撚糸同士により形成された空間容積が変動することに応じて、静電容量値も変動し、当該静電容量値の変動を基に、上記押圧力や引っ張り力の強度や方向性を測定することが可能である。この場合の空間容積の変動をもたらす糸は、布地レベルで上記の仕組みによる動きの変化の検知を行うことができる限り、全てが上撚糸又は仮撚糸である必要はなく、布地としては、編物、織物、組物、ネット等が挙げられるが、編物又は織物が好適であることは、上記の電気抵抗値等を用いる場合と同様である。 Second, a case where the electrical characteristic value is a capacitance value will be explained. For example, when a pressing force in the thickness direction of the fabric or a tensile force in the plane is applied, the spatial volume formed by the ply-twisted yarns or false-twisted yarns to which the conductive polymer is attached changes in the load area. Therefore, the capacitance value also varies, and it is possible to measure the strength and directionality of the pressing force and tensile force based on the variation in the capacitance value. In this case, the yarns that cause the change in spatial volume do not need to be all ply-twisted yarns or false-twisted yarns, as long as the change in movement can be detected by the above mechanism at the fabric level, and the fabrics include knitted fabrics, Examples include woven fabrics, braided fabrics, nets, etc., but knitted fabrics or woven fabrics are suitable, as in the case of using the above-mentioned electrical resistance value.

また、力覚素子の非実質部分、例えば、導電材、絶縁材、導電コネクタ、力覚素子を覆うためのカバー材、力覚素子を別の対象に付着させるための接着材、力覚素子を保護するためのクッション材や充填材等も、本発明の力覚素子に含まれる。 In addition, non-substantial parts of the force sense element, such as conductive materials, insulating materials, conductive connectors, covering materials for covering the force sense element, adhesives for attaching the force sense element to another object, and force sense elements, may also be used. Cushioning materials, fillers, and the like for protection are also included in the haptic element of the present invention.

本発明により、かけられた外力の大きさと変化を、電気抵抗値、静電容量値等の電気特性値として導出可能な力覚素子と、これを用いて当該電気特性値の変化を、かけられた外力に応じて検出可能な力覚センサが提供される。力覚素子にかけられた力とその変化を、力覚センサにより把握することが可能である。本発明の素子は、糸又は布地の形態を取っており、その使用形態に応じた大きさや形態を容易に企画することが可能である。 The present invention provides a force sensing element that can derive the magnitude and change of an applied external force as electrical characteristic values such as electrical resistance and capacitance, and a force sensing element that can be used to derive changes in the electrical characteristic value. A force sensor is provided that is capable of detecting an external force. It is possible to grasp the force applied to the force sensor and the change thereof using the force sensor. The element of the present invention is in the form of thread or cloth, and the size and shape can be easily designed depending on its usage.

実施例1の試験系を示した図面であり、(1)はX方向荷重の測定系を示し、(2)と(3)はZ方向荷重の測定系を示している。1 is a drawing showing a test system of Example 1, in which (1) shows a measurement system for an X-direction load, and (2) and (3) show a measurement system for a Z-direction load. 実施例1の計測結果を示した図面であり、(1)-(3)はX方向荷重の計測結果を示し、(4)-(6)はZ方向荷重の計測結果を示している。3 is a diagram showing the measurement results of Example 1, in which (1) to (3) show the measurement results of the load in the X direction, and (4) to (6) show the measurement results of the load in the Z direction. 実施例2の試験系を示した図面であり、(1)は実写ベース、(2)は模式図である。2 is a drawing showing a test system of Example 2, in which (1) is a photographic base, and (2) is a schematic diagram. 荷重による編み目の伸縮を模式化して示した図面である。It is a drawing schematically showing expansion and contraction of stitches due to load. 実施例2(II)の試験結果を用いた、加重(対数スケール)と電気抵抗値の低減割合の関係を示した図面である。It is a drawing showing the relationship between weight (logarithmic scale) and reduction rate of electrical resistance value using the test results of Example 2 (II). 実施例3の体重移動試験で用いた、4チャンネルの力覚素子の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a four-channel force sensing element used in the weight shift test of Example 3. 実施例3の体重移動試験のあらましを示した図面であり、(1)は椅子の上に置いた力覚素子の存在を示し、(2)は様々なパネルの椅子の上での動きを模式化して示している。2 is a diagram showing an overview of the weight transfer test of Example 3, in which (1) shows the presence of a force sensing element placed on a chair, and (2) schematically shows the movement of various panels on a chair. It is shown in the form of 実施例3の体重移動試験の結果を示す図面である。3 is a drawing showing the results of a weight transfer test in Example 3. 実施例4の胸部体動に関する測定試験における、素子の装着の様子を示した図面である。7 is a drawing showing how the device is attached in a measurement test regarding chest body movement in Example 4. FIG. 実施例4の胸部体動に関する測定試験における呼吸波形の抽出を行ったことを示した図面であり、(1)は、体動のノイズを含んだ波形であり、(2)は、当該体動ノイズを除去して抽出した呼吸波形であり、(3)は、当該呼吸波形の機器における検出画面を示している。3 is a drawing showing extraction of a respiratory waveform in a measurement test related to chest body movement in Example 4, in which (1) is a waveform containing body movement noise, and (2) is a waveform containing body movement noise. This is a respiratory waveform extracted with noise removed, and (3) shows the detection screen of the respiratory waveform on the device. 参考例の離隔動作識別素子に関する手指を用いた試験系の略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a test system using hands and fingers regarding a separation motion identification element of a reference example. FIG.

<力覚素子>
本発明の素子には、その全部若しくは一部が編物又は織物であって、導電性高分子が付着している上撚糸又は仮撚糸が、当該編物又は織物の全部若しくは一部を構成する糸として用いられている、態様がある。
<Force sensing element>
The element of the present invention has a knitted fabric or a woven fabric in whole or in part, and a ply-twisted yarn or a false-twisted yarn to which a conductive polymer is attached is used as a yarn constituting all or a part of the knitted fabric or woven fabric. There are ways in which it is used.

上撚糸又は仮撚糸の形態は、これらの撚糸に導電性高分子が付着可能である限り特に限定されない。上述のように、上撚糸としては、例えば、片撚糸、諸撚糸、駒撚糸、壁撚糸等を選択可能であるが、片撚糸、諸撚糸、又は、駒撚糸が好ましい。片撚糸は、本発明では2本以上の単糸を引き揃えて右撚か左撚をかけてなる上撚糸である。諸撚糸は、片撚りのかかった単糸を2本以上引き揃えて、さらに片撚りと反対方向の撚りをかけてなる上撚糸である。駒撚糸は、片撚りのかかった単糸を2本以上引き揃えて、さらに片撚りと反対方向の撚りをかけてなる上撚糸である。これらの3種類の上撚糸は、互いの構成単糸同士が、引っ張り力により側面が接近して、所望する見かけ上の糸断面積を増大させることができる。本発明における上撚糸の一態様である特許文献4の技術は、絹上撚加工糸の製造方法であり、「生糸を数本合糸し、精練加工でセリシン90%前後除去した後、加撚し、次いで熱水中で加熱膨張後冷却し、高温高圧によって形体を与え自然乾燥後、解撚し、飽和蒸気で加熱する方法。」であり、本発明における上撚糸として用いることができる。 The form of the ply-twisted yarn or false-twisted yarn is not particularly limited as long as the conductive polymer can be attached to these twisted yarns. As described above, the ply-twisted yarn can be selected from, for example, single-twisted yarn, plied yarn, piece-twisted yarn, wall-twisted yarn, etc., but single-twisted yarn, plied yarn, or piece-twisted yarn is preferable. In the present invention, the single-twisted yarn is a ply-twisted yarn made by aligning two or more single yarns and twisting them right-handedly or left-handedly. Ply-twisted yarn is a ply-twisted yarn made by aligning two or more single-twisted single yarns and further twisting them in the opposite direction to the single-twisting. Koma-twisted yarn is a ply-twisted yarn made by aligning two or more single-twisted single yarns and then twisting them in the opposite direction to the single-twisting. In these three types of ply-twisted yarns, the side surfaces of the constituent single yarns approach each other due to the tensile force, thereby increasing the desired apparent yarn cross-sectional area. The technology of Patent Document 4, which is an aspect of the twisted yarn in the present invention, is a method for producing twisted silk yarn, which involves ``combining several pieces of raw silk, removing approximately 90% of the sericin through scouring, and then twisting. Then, the yarn is heated and expanded in hot water, cooled, given a shape by high temperature and high pressure, dried naturally, untwisted, and heated with saturated steam.'' This method can be used as the ply-twisted yarn in the present invention.

上記した特許文献5の技術は絹加工単糸に関するものであり、「生糸原糸に対し、含有セリシン残存率が40%以上に維持されるよう規制して柔軟処理を施し、100℃未満の温水に浸漬、または通常の精練、染色工程によって捲縮構造が発現されると共に、伸縮性のあるバルキ-糸となるまでの気乾状態においては集束性が維持されようにした潜在捲縮性生糸。」であり、本発明における上撚糸を構成する単糸として用いることができる。 The technology of Patent Document 5 mentioned above is related to processed silk single yarn, and is based on the technique of "softening raw silk fibers in a controlled manner so that the remaining percentage of sericin contained in them is maintained at 40% or more, and soaking them in hot water of less than 100 degrees Celsius". A latent crimpable raw silk that develops a crimp structure by dipping in water or by ordinary scouring and dyeing processes, and maintains its cohesiveness in an air-drying state until it becomes a stretchable bulky yarn. '', and can be used as a single yarn constituting the ply-twisted yarn in the present invention.

本発明における上撚糸の一つである、上記した特許文献1の絹加工糸においては、当該糸の中に形成された中空部分が、引っ張り力により潰れることにより、見かけ上の糸断面積を増大させることができる。 In the processed silk yarn of Patent Document 1, which is one of the ply-twisted yarns of the present invention, the hollow portion formed in the yarn collapses due to tensile force, thereby increasing the apparent yarn cross-sectional area. can be done.

仮撚糸の製造方法の一つとして開示されている特許文献2の技術は、「生糸に、絹繊維のセリシンを不溶化させる改質剤を含浸させた後、加撚加工を行い、次いで撚りを固定する熱処理を温度120-140℃で10-30分行なった後、加撚と逆方向へ撚る解撚を行ない、次いで0.6-3.0g/lのタンパク質分解酵素に浸漬して精練し、絹糸に含まれるセリシンを取り除くことを特徴とする捲縮性を有する絹糸の製造方法。」であり、本発明における仮撚糸の製造方法として用いることができる。 The technique disclosed in Patent Document 2, which is disclosed as one of the methods for producing false twisted yarn, is that ``raw silk is impregnated with a modifier that insolubilizes sericin in silk fibers, then twisted, and then the twist is fixed. After heat treatment at a temperature of 120-140°C for 10-30 minutes, untwisting is performed in the opposite direction to the twisting, and then scouring is performed by immersing in 0.6-3.0 g/l proteolytic enzyme. , a method for producing a silk thread having crimpability, which is characterized by removing sericin contained in the silk thread, and can be used as a method for producing a false twisted thread in the present invention.

また、特許文献3の技術も仮撚糸の製造方法であり、「生糸を本練して、セリシン80-90%除去後、樹脂加工を施し、 糸をS方向もしくはZ方向に弱撚後、さらに同方向に加撚してから、 圧蒸して、これを反対方向に撚戻して、無撚の状態よりさらに加撚し、糸を綛状にして不規則なストレッチ性を付与した後、飽和蒸気で加熱してセットしてから、 綛状の糸を前加工程における撚方向と反対方向に撚戻して、再度綛状とし、飽和蒸気で蒸熱処理をする方法。」であり、本発明における仮撚糸の製造方法として用いることができる。 In addition, the technology of Patent Document 3 is also a method for producing false twisted yarn, which involves ``kneading raw silk, removing 80-90% of sericin, applying resin processing, lightly twisting the yarn in the S direction or Z direction, and then further After twisting in the same direction, pressure steaming, twisting it back in the opposite direction, twisting it further than the untwisted state, making the yarn into a comb shape to give it irregular stretch properties, and then steaming it with saturated steam. This is a method in which the yarn is heated and set, and then the tangled yarn is twisted back in the opposite direction to the twisting direction in the previous processing step to form the tangled yarn again, and then steamed with saturated steam.'' It can be used as a method for producing twisted yarn.

さらに上述したように、仮撚糸を単糸の一つとした上撚糸を、本発明において用いることが可能であり、芯糸を用いた壁撚糸様形態やカバーリング糸も、本発明における上撚糸として用いることが可能である。 Furthermore, as mentioned above, ply-twisted yarn in which the false twisted yarn is one of the single yarns can be used in the present invention, and wall-twisted yarn-like forms using core yarns and covering yarns can also be used as the ply-twisted yarn in the present invention. It is possible to use

「編物又は織物の一部を構成する糸として用いられている」とは、導電性高分子が付着していない糸、あるいは、上撚糸又は仮撚糸以外の導電性高分子が付着している糸が当該編物又は織物の他部において用いられている場合である。 "Used as a yarn constituting a part of a knitted or woven fabric" refers to a yarn to which no conductive polymer is attached, or a yarn to which a conductive polymer other than ply-twisted yarn or false-twisted yarn is attached. is used in other parts of the knitted or woven fabric.

本発明の素子における編物又は織物の態様では、上記の上撚糸又は仮撚糸単位のみかけの断面積の形状弾性回復性を伴う変動の他に、当該素子に所定方向の外力が加えられることにより、外力の大きさに応じて編物又は織物の形状が変化し、その中の導電性高分子が付着している糸同士が新たに接触し、かつ、力を加えることを止めると、外力によって変化した場の形状が元に戻る形状弾性回復性を有することが、電気抵抗値等を指標にする場合にも、静電容量値を指標にする場合にも好ましい。さらに具体的には、編物又は織物の厚さ方向に対する押圧力がかかることにより、当該平面が略厚さ方向へと引っ張られて、その際に編物又は織物を構成する糸における互いに新たな接触状態が作出され、押圧力が解除されると当該接触状態は解除されて元の状態に戻る態様の形状弾性回復性を伴うことが好ましい。また、編物又は織物の縁に対して引っ張り力が働くと、その力により、当該平面が横方向に引っ張られて、その際に編物又は織物を構成する糸において互いに新たな接触状態が作出され、引っ張り力が解除されると当該接触状態は解除されて元の状態に戻る形状弾性回復性を有することが好ましい。編物又は織物が形状弾性回復性に優れていれば、本発明の素子におけるヒステリシスを小さくすることが可能であり、好適である。 In the aspect of the knitted fabric or woven fabric in the element of the present invention, in addition to the variation accompanied by shape elastic recovery of the apparent cross-sectional area of the above-mentioned ply-twisted yarn or false-twisted yarn unit, by applying an external force in a predetermined direction to the element, The shape of the knitted or woven fabric changes depending on the magnitude of the external force, and the threads to which conductive polymers are attached come into contact with each other, and when the force is stopped, the shape changes due to the external force. It is preferable to have shape elastic recovery property in which the shape of the field returns to its original state, both when using an electrical resistance value as an index and when using a capacitance value as an index. More specifically, when a pressing force is applied in the thickness direction of the knitted fabric or woven fabric, the plane is pulled approximately in the thickness direction, and at this time, the yarns constituting the knitted fabric or woven fabric are in a new contact state with each other. It is preferable that shape elastic recovery is performed in such a manner that when the contact state is released and the pressing force is released, the contact state is released and returns to the original state. Further, when a tensile force is applied to the edge of a knitted fabric or woven fabric, the plane is pulled in the lateral direction by the force, and at this time, a new state of contact is created between the yarns that make up the knitted fabric or woven fabric, It is preferable that the contact state has shape elastic recovery properties such that when the tensile force is released, the contact state is released and the contact state returns to the original state. If the knitted fabric or woven fabric has excellent shape elastic recovery properties, it is possible to reduce the hysteresis in the element of the present invention, which is preferable.

編物又は織物は、単層であっても、複層であってもよい。単層であっても、編み方や織り方により、厚さ方向における糸同士の重なり合いを設けることが可能であり、この厚さ方向の重なり合いに対して外力をかけることにより、当該糸同士における見かけ上の断面積を増加させ、又は、当該糸同士の間における空間容積を変動させることができる。 The knitted fabric or woven fabric may be a single layer or a multilayer. Even in a single layer, it is possible to create overlapping threads in the thickness direction depending on the knitting or weaving method, and by applying an external force to this overlap in the thickness direction, it is possible to change the appearance of the threads. The cross-sectional area above can be increased or the volume of space between the threads can be varied.

編物(ニット)は、基本的には一本の糸からなる布地であり、糸のループに、糸を次々と引っかけて、連続して形成された糸のループ(編み目)からなる布地である。織物のように、縦糸と横糸は用いない。一般的に、編物は織物よりも、上撚糸又は仮撚糸における「糸の内部における見かけ上の断面積の増加」と糸同士における「糸同士の側面の重なり合いによる見かけ上の断面積の増加」、あるいは、「糸同士の間の空間容積の変動」を、同一の外力に対して容易に起こすことが可能である。 A knitted fabric is basically a fabric made of a single thread, and is made up of continuous thread loops (knits) formed by hooking threads one after another onto a thread loop. Unlike textiles, warp and weft threads are not used. In general, in knitted fabrics, there is an "increase in the apparent cross-sectional area inside the yarn" in ply-twisted or false-twisted yarn, and an "increase in the apparent cross-sectional area due to the overlapping of the side surfaces of the yarns" between the yarns. Alternatively, it is possible to easily cause "a change in the spatial volume between the threads" in response to the same external force.

本発明において用いられる編物は、特に限定されず、機械編み(横編機、経編機、丸編機、トリコット編機、ラッシェル編機、ミラニーズ編機、ゴム編機、インタロック編機等による)、棒針編み、鉤針編み、アフガン編み等のいずれの編み方で作成されたものであってもよい。編みの組織も限定されず、例えば、平編、鹿の子編、ゴム編、パール編、タック編、移し編、方あぜ編、両あぜ編、両面編、振り編、ペレリン編、浮き編、パイル編、添え糸編、縄編、インターシア、ラップ編、ノンラン組織、鎖編、シングルトリコット編、シングルコード編、シングルアトラス編、二目編、シングルサテン編、シングルベルベット編、プレーントリコット編、ダブルアトラス編、ダブルコード編、ハーフトリコット編、逆ハーフ、クインズコード編、サテントリコット編、ダブルトリコット編、ベルベット編、シェル編、ノップ編、つづれ編、たて糸挿入編、マーキーゼット、落下板組織、ネット編、ミラニーズ編、たてよこ糸挿入編、よこ糸挿入編等が挙げられる。 The knitted fabric used in the present invention is not particularly limited, and can be machine knitted (flat knitting machine, warp knitting machine, circular knitting machine, tricot knitting machine, Raschel knitting machine, Milanese knitting machine, rubber knitting machine, interlock knitting machine, etc.) ), needle knitting, crochet knitting, afghan knitting, or any other knitting method. The structure of the knitting is also not limited, and includes, for example, plain knitting, pique knitting, rubber knitting, purl knitting, tuck knitting, transfer knitting, square furrow knitting, double furrow knitting, double-sided knitting, swing knitting, pererin knitting, floating knitting, and pile knitting. , platinum stitch, rope stitch, intarsia, wrap stitch, non-run stitch, chain stitch, single tricot stitch, single cord stitch, single atlas stitch, double stitch stitch, single satin stitch, single velvet stitch, plain tricot stitch, double atlas stitch knitting, double cord knitting, half tricot knitting, reverse half knitting, queen's cord knitting, satin tricot knitting, double tricot knitting, velvet knitting, shell knitting, knop knitting, tapering knitting, warp insertion knitting, marquisette, falling plate structure, net knitting , Milanese knitting, warp/weft insertion knitting, weft thread insertion knitting, etc.

織物は、縦糸に横糸を組み合わせて作られる布地である。本発明において用いられる織物の組織は特に限定されない。例えば、平織り、綾織り、朱子織り、の三原組織として用いることができる。さらに、三原組織を変化させ、又は、組み合わせた変化組織であってもよく、一重特別組織や紋織り組織であってもよい。さらに、経二重織物、緯二重織物、経緯二重織物、パイル織物、タオル織物、搦み織物等の多重の織物であってもよい。上記のように多重の織物は、厚さ方向における糸同士の重なり合いを設けることが可能であり、この厚さ方向の重なり合いに対して外力をかけることにより、当該糸同士における見かけ上の断面積を増加させ、又は、当該糸同士の間における空間容積を変動させることができる。 Woven fabrics are fabrics made by combining warp and weft threads. The texture of the fabric used in the present invention is not particularly limited. For example, it can be used as a three-dimensional weave such as plain weave, twill weave, and satin weave. Furthermore, it may be a modified structure in which the Mihara structure is changed or combined, or it may be a single layer special structure or a patterned structure. Furthermore, multiple fabrics such as warp double fabric, weft double fabric, weft and warp double fabric, pile fabric, towel fabric, and rolled fabric may be used. As mentioned above, in a multi-layered fabric, it is possible to create overlapping yarns in the thickness direction, and by applying an external force to this overlapping in the thickness direction, the apparent cross-sectional area of the yarns can be reduced. The volume of space between the threads can be increased or varied.

一般的に織物は、編物と比べると縦糸と横糸同士が引っ掛かり、糸同士が引っ張り合って布としての平面バランスをとっており、元々糸同士の接点が多い。従って、外力がかかることによる糸同士の新たな接触が、ほぼ織物自体の変形に依るものであり、構成糸の変形により新たな接触が生じる編物に比べると抑制される傾向があり、その分、外力によるみかけの糸断面積の増大や糸同士の間の空間容積の変動が、編物よりも抑制される傾向がある。 In general, in woven fabrics, compared to knitted fabrics, the warp and weft threads are caught on each other, and the threads are pulled together to maintain the plane balance of the cloth, and there are originally many points of contact between the threads. Therefore, new contact between the yarns due to the application of external force is mostly due to deformation of the fabric itself, and tends to be suppressed compared to knitted fabrics where new contact occurs due to deformation of the constituent yarns. The increase in the apparent yarn cross-sectional area and the fluctuation in the space volume between yarns due to external forces tend to be suppressed more than in knitted fabrics.

編み目ないし織り目は、力覚素子として用いる部分は、均等であることが、外力に対して全面等しい感受性を得るために好ましいが、例えば、糸のほつれを防ぐために、必要に応じて閉じ編み(耳)を編物ないし織物において、外縁等に設けることも可能である。また、編み目ないし織り目は、外力に対して適切な感受性を得るために、頻度ないし大きさを調節することができる。編みや織りの隙間である編み目ないし織り目を大きくすると、構成糸同士の重なり合いによる見かけ上の断面積の単位面積当たりの増加や、糸同士の空間容積の変動は抑制される傾向となるが、力覚素子として出力する単位面積当たりの電気特性値についての情報量を減ずることが可能であり、データ圧縮につなげることができる。逆に編み目を小さくすると、構成糸同士の重なり合いによる見かけ上の断面積の増加や、糸同士の空間容積の変動が促進される傾向になり、鋭敏性は得られるが電気特性値についての情報量が過多になり、多くのノイズが取り込まれてしまう可能性も生ずる。 It is preferable that the stitches or textures are uniform in the part used as the force sensing element in order to obtain equal sensitivity to external forces on the entire surface. ) can also be provided on the outer edge of knitted or woven fabrics. Also, the frequency and size of the stitches can be adjusted to obtain appropriate sensitivity to external forces. Increasing the size of the stitches or weaves, which are the gaps between knitting or weaving, tends to suppress the increase in the apparent cross-sectional area per unit area due to the overlapping of constituent yarns and the fluctuation in the spatial volume between the yarns, but the force It is possible to reduce the amount of information regarding electrical characteristic values per unit area output as a sensory element, which can lead to data compression. On the other hand, if the stitches are made smaller, the apparent cross-sectional area increases due to the overlapping of the constituent yarns, and the spatial volume between the yarns tends to fluctuate, which increases the sensitivity but reduces the amount of information about the electrical property values. There is also the possibility that there will be too much noise and a lot of noise will be taken in.

編み目の大きさは、特に限定されないが、通常は、10cm幅で100-5目、100-5段(編み目の大きさで1mm2-4cm2)程度である。 The size of the stitches is not particularly limited, but is usually about 100-5 stitches and 100-5 rows (knit size: 1 mm 2 -4 cm 2 ) with a width of 10 cm.

織り目の大きさは、特に限定されないが、通常は、10cm幅で100-15目(織り目の大きさで1mm2-2.25cm2)程度である。 The size of the weave is not particularly limited, but it is usually about 100-15 stitches in a width of 10 cm (the size of the weave is 1 mm 2 -2.25 cm 2 ).

「導電性高分子が付着している上撚糸又は仮撚糸」自体も、本発明の素子の本質部分となり得ることは、上述した通りである。 As described above, the "ply-twisted yarn or false-twisted yarn to which a conductive polymer is attached" itself can also be an essential part of the element of the present invention.

上撚糸又は仮撚糸に付着させる導電性高分子は、公知のものも、将来提供されるものも含めて用いることができる。公知の導電性高分子としては、例えば、PEDOT-pTS、PEDOT-PSS、PEDOT-PVS、PEDOT/heparin、ポリピロール等が例示される。これらの導電性高分子のうち、導電性能を考慮すると、PEDOT-pTS又はPEDOT-PSSが好ましいことは、上述した通りである。 The conductive polymer to be attached to the ply-twisted yarn or false-twisted yarn may be either known or will be provided in the future. Examples of known conductive polymers include PEDOT-pTS, PEDOT-PSS, PEDOT-PVS, PEDOT/heparin, and polypyrrole. As mentioned above, among these conductive polymers, PEDOT-pTS or PEDOT-PSS is preferable in consideration of conductive performance.

[PEDOT-pTS]
PEDOT-pTS(poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-p-toluenesulfonate)は、pTS(p-toluenesulfonate)とEDOT(3,4-ethylenedioxythiophene)を重合反応させて形成される導電性高分子であり、例えば、第1の付着方法として、酸化成分とpTSを含有する有機溶媒性溶液と、EDOTの混合液の基材への接触による付着を浸漬又は印刷等にて行い、その後に重合促進処理を当該接触箇所に施すことにより、PEDOT-pTSの付着を行うことができる(特許文献8に開示された方法又はその変法)。第2の付着方法として、(a)酸化成分とpTSとを含むpTS溶液を、基材に付着させる付着工程、(b)付着工程(a)において酸化成分とpTSを付着させた前記基材に、さらにEDOTを付着させて、これらにおいてPEDOT-pTSを生成する重合反応を進行させることにより、PEDOT-pTSの付着を行うことができる(第2の付着方法:特許文献9に開示された方法)。
[PEDOT-pTS]
PEDOT-pTS (poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-p-toluenesulfonate) is a conductive polymer formed by polymerizing pTS (p-toluenesulfonate) and EDOT (3,4-ethylenedioxythiophene). For example, as a first attachment method, a mixture of an organic solvent solution containing an oxidizing component and pTS and EDOT is attached by contact with the substrate by dipping or printing, and then a polymerization acceleration treatment is performed. PEDOT-pTS can be attached by applying it to the contact location (the method disclosed in Patent Document 8 or a modified method thereof). The second attachment method includes (a) an attachment step in which a pTS solution containing an oxidizing component and pTS is attached to a substrate; (b) an attachment step on the substrate to which the oxidizing component and pTS have been attached in (a); , PEDOT-pTS can be attached by further attaching EDOT and allowing the polymerization reaction to produce PEDOT-pTS to proceed (second attachment method: method disclosed in Patent Document 9) .

<PEDOT-pTSの第1の付着方法>
第1の付着方法において、pTS溶液とEDOTを混合することにより、EDOTの重合反応がpTS-EDOT混合液中において進行し、高分子ポリマーであるPEDOT-pTSが形成される。この重合反応は、下記式に従い、温度上昇に従って重合速度は大きくなり、冷蔵庫レベルの低温で保存すれば重合速度を低下させて、付着工程の時間確保に資することができる。酸化成分としてFe3+が例示されているが、これに限定されるものではない。
<First attachment method of PEDOT-pTS>
In the first attachment method, by mixing the pTS solution and EDOT, a polymerization reaction of EDOT proceeds in the pTS-EDOT mixture, and PEDOT-pTS, which is a high molecular weight polymer, is formed. In this polymerization reaction, according to the following formula, the polymerization rate increases as the temperature rises, and if stored at a low temperature at the refrigerator level, the polymerization rate can be reduced and the time for the adhesion process can be secured. Although Fe 3+ is exemplified as an oxidizing component, it is not limited thereto.

Figure 0007377011000001
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第1の付着方法において「その後に」とは、pTS-EDOT混合液が基材に接触するタイミングに関連させた「同時以後」のタイミングで重合促進処理を行うことを意味する。具体的には、両タイミングは事実上同時であっても良く、pTS-EDOT混合液が基材に接触するタイミングからタイムラグを設けて、重合促進処理を行っても良い。また、例えば基材表面上において重合促進処理を行う状態を継続的に保ちつつ、その上にpTS-EDOT混合液の接触を行い、当該タイムラグを実質的に設けない態様も、第1の付着方法における「その後」に含まれる。第1の付着方法におけるpTS溶液とEDOTの混合比は、容積比でpTS溶液:EDOT=10:1-100:1、好適には20:1-40:1である。 In the first attachment method, "later" means that the polymerization promotion treatment is performed at a timing "simultaneously or after" relative to the timing at which the pTS-EDOT mixture contacts the substrate. Specifically, both timings may be virtually simultaneous, or a time lag may be provided from the timing at which the pTS-EDOT mixture contacts the base material to perform the polymerization promotion treatment. Furthermore, for example, the first adhesion method also includes a mode in which the pTS-EDOT mixture is brought into contact with the substrate surface while continuously maintaining a state in which the polymerization promotion treatment is performed, and the time lag is not substantially provided. included in "after". The mixing ratio of pTS solution and EDOT in the first attachment method is pTS solution:EDOT=10:1-100:1, preferably 20:1-40:1.

pTSは、パラトルエンスルホン酸化合物(パラトルエンスルホン酸(トシル酸)との塩やエステル)として知られており、市販もなされている。pTS溶液の溶媒となり得る有機溶媒は、pTSと酸化成分等を溶解することが可能であり、かつ、好適には水性溶媒との相溶性が良好であるものである。具体的には、炭素原子数が1-6の1価の低級アルコール、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ペンタノール、又は、ヘキサノールが挙げられる。これらの1価の低級アルコールを構成する炭素原子の骨格は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、1種のみならず2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、適宜水で希釈して用いてもよい。これらの中で、炭素原子数が1-4の1価の低級アルコール、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、又は、ブタノール、がpTS溶液の有機溶媒として好適である。 pTS is known as a para-toluenesulfonic acid compound (salt or ester with para-toluenesulfonic acid (tosylic acid)), and is also commercially available. The organic solvent that can serve as a solvent for the pTS solution is one that can dissolve pTS, oxidized components, etc., and preferably has good compatibility with the aqueous solvent. Specifically, monovalent lower alcohols having 1 to 6 carbon atoms, such as methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, butanol, pentanol, or hexanol, can be mentioned. The carbon atom skeleton constituting these monovalent lower alcohols may be linear, branched, or cyclic, and may be used not only alone but also in combination of two or more. Further, it may be used after being diluted with water as appropriate. Among these, monovalent lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, specifically methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, or butanol, are suitable as the organic solvent for the pTS solution.

pTS溶液中に含有させる酸化成分は、pTS-EDOT混合液におけるPEDOT-pTSへの重合反応を活性化することが可能である限り特に限定されず、遷移元素、ハロゲン等が例示される。 The oxidizing component contained in the pTS solution is not particularly limited as long as it is capable of activating the polymerization reaction of the pTS-EDOT mixture into PEDOT-pTS, and examples thereof include transition elements, halogens, and the like.

遷移元素としては、鉄、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛等の第一遷移元素;モリブデン、銀、ジルコニウム、カドミウム等の第二遷移元素;セリウム、白金、金等の第三遷移元素が例示される。これらの遷移元素は、金属単体としても、金属塩として用いてもよい。これらの中でも、鉄、亜鉛等の第一遷移元素を用いることが好適である。 Examples of transition elements include first transition elements such as iron, titanium, chromium, manganese, cobalt, nickel, and zinc; second transition elements such as molybdenum, silver, zirconium, and cadmium; and third transition elements such as cerium, platinum, and gold. is exemplified. These transition elements may be used as simple metals or as metal salts. Among these, it is preferable to use first transition elements such as iron and zinc.

pTS溶液中の酸化成分の含有量は、用いる酸化成分の種類によっても異なり、上記の重合反応を活性化できる量であれば特に限定されない。例えば、第二鉄イオン(Fe3+)であれば、塩化第二鉄として、当該溶液に対して1-10質量%であることが好適であり、特に好適には3-7質量%である。この含有量が多すぎると重合反応の進行は速いが、後工程での鉄の除去が困難になり、少ないと重合反応の進行が遅くなる。 The content of the oxidizing component in the pTS solution varies depending on the type of oxidizing component used, and is not particularly limited as long as it can activate the above polymerization reaction. For example, in the case of ferric ion (Fe 3+ ), it is preferably 1-10% by mass, particularly preferably 3-7% by mass, based on the solution as ferric chloride. . If this content is too large, the polymerization reaction will proceed quickly, but it will be difficult to remove iron in the subsequent process, and if the content is too low, the polymerization reaction will proceed slowly.

pTS溶液中のドーパントとして働くpTSの含有量は、当該溶液に対して0.1-10質量%が好適であり、さらに好適には0.15-7質量%、特に好適には1-6質量%、最も好適には2-5質量%である。 The content of pTS acting as a dopant in the pTS solution is preferably 0.1-10% by mass, more preferably 0.15-7% by mass, particularly preferably 1-6% by mass. %, most preferably 2-5% by weight.

EDOTは、3,4-エチレンジオキシチオフェンとして公知であり、市販もなされている。EDOTは、常温で液体で、かつ、水溶性であり、適宜水等の水性溶媒に希釈して用いることも可能である。 EDOT is known as 3,4-ethylenedioxythiophene and is also commercially available. EDOT is liquid at room temperature and water-soluble, and can be appropriately diluted with an aqueous solvent such as water.

pTS溶液に、pTS-EDOT混合液の基材への付着性と、出来上がった導電性材における導電性能を実質的に損なわない等、本発明の効果を量的又は質的に損なわない限り、他の成分を必要に応じて配合することができる。 Other additives may be added to the pTS solution as long as they do not impair the effects of the present invention quantitatively or qualitatively, such as not substantially impairing the adhesion of the pTS-EDOT mixture to the substrate and the conductive performance of the finished conductive material. Components can be blended as necessary.

当該他の成分としては、例えば、グリセロール、ポリエチレングリコール-ポリプレングリコールポリマー、エチレングリコール、ソルビトール、スフィンゴシン、及び、フォスファチジルコリン、好ましくはグリセロール、ポリエチレングリコール-ポリプレングリコールポリマー、及び、ソルビトール、からなる1種又は2種以上が挙げられる。 The other components include, for example, glycerol, polyethylene glycol-polyprene glycol polymer, ethylene glycol, sorbitol, sphingosine, and phosphatidylcholine, preferably glycerol, polyethylene glycol-polyprene glycol polymer, and sorbitol. One or more types may be mentioned.

その他、第4級アルキルアンモニウム塩、ハロゲン化アルキルピリジニウム等のカチオン性界面活性剤;アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、脂肪酸塩等のアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等の非イオン性界面活性剤;キトサン、キチン、グルコース、アミノグリカン等の天然多糖類;糖アルコール、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。 In addition, cationic surfactants such as quaternary alkylammonium salts and alkylpyridinium halides; anionic surfactants such as alkyl sulfates, alkylbenzene sulfonates, alkyl sulfosuccinates, and fatty acid salts; polyoxyethylene, Examples include nonionic surfactants such as oxyethylene alkyl ether; natural polysaccharides such as chitosan, chitin, glucose, and aminoglycan; sugar alcohols, dimethyl sulfoxide, and the like.

室温において、pTS-EDOT混合液では上記重合反応による液のゲル化が進行する。そのために、基材に付着した余分なゲル化ポリマーを除去する工程を、当該混合液との接触後に行うことが好ましい。例えば、当該混合液から分離した基材を、振動、送風、ローラーとの接触等の物理的な手段により除くことができる。重合反応を行った後に、この余分なゲル化ポリマーの除去工程を行わない場合は、当該混合液の調製後、基材と混合液との接触を短時間で行うこと、及び、混合液の調製後短時間で当該接触を行うべきとの制約が生じる。具体的には、pTS-EDOT混合液の調製後5分以内、さらに好ましくは1分以内に上記接触による付着を完了すべきである。上記の余分なゲル化ポリマーの除去工程を行う場合には、室温下であってもこの接触による付着工程の時間的な制約は事実上認められず、pTS-EDOT混合液の調製後、好適には10分以上、さらに好適には15分以上の付着工程時間を取って、基材に対するPEDOT-pTSの付着を十分なものとすることが可能である。また、上述したように、pTS-EDOT混合液を冷蔵庫レベル(0-10℃、好適には0-5℃程度)で、予め冷却することにより、ゲル化ポリマーの生成速度を抑制することができる。なお、40分以上の付着工程の時間を取っても、ゲル化の進行により、長時間の工程に見合った付着促進効果は認められない。 At room temperature, gelation of the pTS-EDOT mixture proceeds due to the polymerization reaction described above. For this reason, it is preferable to perform a step of removing excess gelatinized polymer adhering to the substrate after contact with the mixed liquid. For example, the base material separated from the liquid mixture can be removed by physical means such as vibration, blowing air, and contact with a roller. If this extra gelled polymer removal step is not performed after the polymerization reaction, the mixture should be brought into contact with the base material for a short time after the preparation of the mixed liquid, and the mixed liquid must be prepared. A constraint arises that the contact must be made within a short period of time. Specifically, the attachment by contact should be completed within 5 minutes, more preferably within 1 minute, after the preparation of the pTS-EDOT mixture. When performing the above-mentioned step of removing excess gelled polymer, there is virtually no time restriction on the adhesion step due to contact even at room temperature, and it can be carried out suitably after the preparation of the pTS-EDOT mixture. It is possible to ensure sufficient adhesion of PEDOT-pTS to the substrate by taking an adhesion process time of 10 minutes or more, more preferably 15 minutes or more. Furthermore, as mentioned above, by cooling the pTS-EDOT mixture in advance at refrigerator level (0-10°C, preferably around 0-5°C), the rate of gelation polymer formation can be suppressed. . Note that even if the adhesion process takes 40 minutes or more, the adhesion promoting effect commensurate with the long process is not observed due to the progress of gelation.

第1の付着方法における接触による付着は、滴下、噴霧、浸漬、転写、又は、塗布により行われることが好適である。 The contact attachment in the first attachment method is preferably performed by dropping, spraying, dipping, transferring, or coating.

第1の付着方法における重合促進処理としては加熱処理が挙げられる。当該加熱処理としては、(α)重合促進部分における50-90℃の放熱体との接触、(β)重合促進部分が50-90℃になるように設定された熱風との接触、(γ)恒温槽等における50-90℃の加熱雰囲気との接触等が挙げられる。 The polymerization promotion treatment in the first attachment method includes heat treatment. The heat treatment includes (α) contact with a heat sink at 50-90°C in the polymerization promoting part, (β) contact with hot air set so that the temperature in the polymerization promoting part is 50-90°C, (γ) Examples include contact with a heated atmosphere at 50-90°C in a constant temperature bath or the like.

上記(α)の50-90℃の放熱体の接触は、3-10分間の加熱時間が好適であり、特に好適には3-6分間であり、最も好適には4-6分間である。 For the above (α) contact with a heat sink at 50-90° C., the heating time is preferably 3-10 minutes, particularly preferably 3-6 minutes, and most preferably 4-6 minutes.

上記(β)の重合促進部分が50-90℃になるように設定された熱風との接触である場合は、3-10分が好適であり、特に好適には4-6分である。 When the polymerization promoting portion (β) mentioned above is contact with hot air set at a temperature of 50-90°C, the time is preferably 3-10 minutes, and particularly preferably 4-6 minutes.

上記(γ)の50-90℃になるように設定された加熱雰囲気である場合は、3-10分が好適であり、特に好適には4-6分である。 When the heating atmosphere is set to 50-90°C as described in (γ) above, the heating time is preferably 3-10 minutes, and particularly preferably 4-6 minutes.

上記加熱処理の後、溶液から基材を取り出し、好ましくは水、さらに好適には蒸留水または脱イオン水で洗浄した後、恒温槽、熱風若しくは温風、天日等により乾燥させる。 After the above heat treatment, the substrate is taken out of the solution, washed preferably with water, more preferably distilled water or deionized water, and then dried in a thermostatic bath, hot or warm air, sunlight, etc.

<PEDOT-pTSの第2の付着方法>
第2の付着方法では、まず、有機溶媒性溶液に、酸化成分と、ドーパントとしてのpTSとを溶かし、その有機溶媒性溶液(pTS溶液)に対象となる基材である、「上撚糸又は仮撚糸を全部又は一部に含む基材」を浸漬させる。
<Second attachment method of PEDOT-pTS>
In the second attachment method, first, an oxidizing component and pTS as a dopant are dissolved in an organic solvent solution, and the organic solvent solution (pTS solution) is added to the target substrate, "ply twisted yarn or temporary A base material containing all or part of the twisted yarn is immersed.

pTSの溶媒となり得る有機溶媒と、これに含有させる酸化成分は、上述した「第1の付着方法のpTS溶液の有機溶媒と酸化成分」と同一である。また、当該pTS溶液に含有させることができる「他の成分」も、上述した「第1の付着方法のpTS溶液における他の成分」と同一である。 The organic solvent that can serve as a solvent for pTS and the oxidizing component contained therein are the same as "the organic solvent and oxidizing component of the pTS solution in the first attachment method" described above. Further, "other components" that can be contained in the pTS solution are also the same as "other components in the pTS solution of the first attachment method" described above.

pTS溶液中の酸化成分の含有量は、用いる酸化成分の種類によっても異なり、上記の重合反応を活性化できる量であれば、特に限定されない。例えば、第二鉄イオン(Fe3+)であれば、塩化第二鉄として、pTS溶液に対して1-10質量%が好適であり、さらに好適には3-7質量%である。この含有量が多すぎると重合反応の進行は速いが、後工程での鉄の除去が困難になり、少なすぎると重合反応の進行が遅くなる。 The content of the oxidizing component in the pTS solution varies depending on the type of oxidizing component used, and is not particularly limited as long as it is an amount that can activate the above polymerization reaction. For example, in the case of ferric ions (Fe 3+ ), the amount of ferric chloride is preferably 1-10% by mass based on the pTS solution, and more preferably 3-7% by mass. If this content is too high, the polymerization reaction will proceed quickly, but it will be difficult to remove iron in the subsequent process, and if this content is too low, the polymerization reaction will proceed slowly.

pTS溶液中のドーパントとして働くpTSの含有量は、当該溶液に対して0.1-10質量%が好適であり、さらに好適には0.15-7質量%、特に好適には1-6質量%、最も好適には2-5質量%である。 The content of pTS acting as a dopant in the pTS solution is preferably 0.1-10% by mass, more preferably 0.15-7% by mass, particularly preferably 1-6% by mass. %, most preferably 2-5% by weight.

第2の付着方法では、次に、上記の基材が浸漬されているPTS溶液に、モノマーのEDOTを添加した後、50-100℃で、好ましくは10分-60分間、さらに好ましくは50-80℃、10-40分間、極めて好ましくは60-80℃、10-30分間の加熱を行う。加熱後、溶液から基材を取り出し、好ましくは水、さらに好適には蒸留水または脱イオン水で洗浄した後、恒温槽、熱風若しくは温風、天日等により乾燥させる。 In the second attachment method, the monomer EDOT is then added to the PTS solution in which the above-described substrate is immersed, and then at 50-100°C, preferably for 10-60 minutes, more preferably for 50-60 minutes. Heating is carried out at 80° C. for 10-40 minutes, most preferably at 60-80° C. for 10-30 minutes. After heating, the substrate is taken out from the solution, washed preferably with water, more preferably distilled water or deionized water, and then dried in a constant temperature bath, hot or hot air, the sun, or the like.

この工程におけるpTS溶液とEDOTの使用量比は、容積比でpTS溶液:EDOT=10:1-100:1、好適には20:1-40:1である。 The ratio of pTS solution to EDOT used in this step is pTS solution:EDOT=10:1-100:1, preferably 20:1-40:1.

[PEDOT-PSS]
PEDOT-PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-polystyrenesulfonate)は、PEDOT-PSSを含む導電性の溶液に、上撚糸又は仮撚糸を含む基材を浸漬し、当該基材を導電性の溶液から垂直に引き上げながら電極間で走行させて通電することにより、当該基材に付着したPEDOT-PSSを電気化学的に重合固定する、いわゆる電解重合法により付着させることができる(特許文献6)。また、PEDOT-PSSとバインダー樹脂とを混合した樹脂組成物をストレッチ性が付与された糸に付着させ、乾燥、加温、加熱等により固化又は重合させることにより付着させることができる(特許文献7)。あるいは、微粒子化(平均粒径は10ミクロン程度)したPEDOT-PSSを溶液/溶媒中に分散させた水溶性/溶媒分散液を基材に吸着させることで、当該基材を導電性化することが可能である(実施例4の手法)。
[PEDOT-PSS]
PEDOT-PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-polystyrenesulfonate) is produced by immersing a base material containing ply-twisted yarn or false-twisted yarn in a conductive solution containing PEDOT-PSS, and removing the base material from the conductive solution. PEDOT-PSS adhered to the base material can be electrochemically polymerized and fixed by electrochemically polymerizing and fixing the PEDOT-PSS by running it between electrodes and applying electricity while vertically pulling it up (Patent Document 6). Further, it is possible to attach a resin composition in which PEDOT-PSS and a binder resin are mixed to a thread that has been given stretchability, and to solidify or polymerize it by drying, warming, heating, etc. (Patent Document 7) ). Alternatively, by adsorbing a water-soluble/solvent dispersion in which finely divided PEDOT-PSS (average particle size is about 10 microns) in a solution/solvent to the base material, the base material can be made conductive. is possible (method of Example 4).

[糸の素材]
さらに、導電性高分子の付着の対象となる上撚糸又は仮撚糸は、選択された導電性高分子が適切に付着する素材である必要がある。
[Thread material]
Furthermore, the ply-twisted yarn or false-twisted yarn to which the conductive polymer is attached needs to be a material to which the selected conductive polymer can be appropriately attached.

例えば、導電性高分子としてPEDOT-pTSを選択した場合における上撚糸又は仮撚糸の表面の素材としては、絹、PET(ポリエチレンテレフタレート)繊維等のポリエステル繊維、ポリアミド(ナイロン)繊維、ポリウレタン繊維、紙繊維等が挙げられる。また、絹の構成成分であるセリシンが被覆されたもの(特開2003-171874号公報)であってもよい。 For example, when PEDOT-pTS is selected as the conductive polymer, the surface materials of the ply-twisted yarn or false-twisted yarn include silk, polyester fibers such as PET (polyethylene terephthalate) fibers, polyamide (nylon) fibers, polyurethane fibers, and paper. Examples include fibers. Furthermore, it may be coated with sericin, which is a component of silk (Japanese Patent Application Laid-open No. 2003-171874).

絹は、生糸であってもよいし、セリシンをはじめ、その他の不純物を除く工程である「精練」が行われたものであってもよい。精練には、セッケン精練、アルカリ精練、セッケン・アルカリ精練、酵素精練、高温・高圧精練、酸精練等が挙げられ、いずれの精練方法も用いることができる。さらに、絹と他の繊維との混紡撚糸、例えば、絹-アセテート混紡撚糸、絹-ナイロン混紡撚糸、絹-ポリエステル混紡撚糸、絹-ポリウレタン混紡繊維を用いることも可能であり、混紡の組合せはこれらに限定されない。また、絹は、通常の家蚕糸や野蚕糸、蜘蛛や蜂由来の天然絹の他、遺伝子組み換え技術を用いて得られる絹、例えば、蛍光タンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ蚕から得られる「光る絹」等を用いることも可能である。 The silk may be raw silk or may be one that has been subjected to "scouring", which is a process to remove sericin and other impurities. Examples of scouring include soap scouring, alkali scouring, soap/alkali scouring, enzyme scouring, high temperature/high pressure scouring, acid scouring, and any scouring method can be used. Furthermore, it is also possible to use blended yarns of silk and other fibers, such as silk-acetate blended yarns, silk-nylon blended yarns, silk-polyester blended yarns, and silk-polyurethane blended fibers, and the combination of these but not limited to. In addition to regular domestic silk thread, wild silk thread, natural silk derived from spiders and bees, silk obtained using genetic recombination technology, such as silk produced from silkworms with a gene encoding a fluorescent protein inserted. It is also possible to use "silk" or the like.

セリシン被覆糸のセリシンを被覆する対象となる素材としては、ナイロン等のポリアミド繊維、PET等のポリエステル繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ポリウレタン繊維、炭素繊維等の合成繊維;綿、麻、ジュート等の植物性繊維;上記の絹の他、羊毛、コラーゲン繊維等の動物性繊維;或いは、これらの混合繊維を用いることが可能である。 Materials that can be coated with sericin for sericin-coated yarn include polyamide fibers such as nylon, polyester fibers such as PET, synthetic fibers such as acrylic fibers, aramid fibers, polyurethane fibers, and carbon fibers; cotton, linen, jute, etc. Vegetable fibers; animal fibers such as wool and collagen fibers in addition to the above-mentioned silk; or mixed fibers thereof can be used.

ポリエステル繊維は、PET(ポリエチレンテレフタレート)繊維の他、PEN(ポリエチレンナフタレート)繊維、PTT(ポリトリメチレンテレフタレート)繊維、PBT(ポリブチレンテレフタレート)繊維等も用いることができる。ストレッチ性が付与されたポリエステル糸の形態は、フィラメント糸(長繊維)であっても、紡績工程を経た糸であってもよい。上述のように他の繊維と組み合わせた混紡糸として用いることもできる。ポリアミド繊維は、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン11、ナイロン12等を用いてストレッチ性が付与された糸とすることが可能であり、上述のように他の繊維と組み合わせた混紡糸として用いることもできる。 As the polyester fiber, in addition to PET (polyethylene terephthalate) fiber, PEN (polyethylene naphthalate) fiber, PTT (polytrimethylene terephthalate) fiber, PBT (polybutylene terephthalate) fiber, etc. can also be used. The form of the stretchable polyester yarn may be a filament yarn (long fiber) or a yarn that has undergone a spinning process. As mentioned above, it can also be used as a blended yarn in combination with other fibers. Polyamide fibers can be made into yarns with stretch properties using nylon 6, nylon 6,6, nylon 11, nylon 12, etc., and can be used as blended yarns in combination with other fibers as described above. You can also do that.

PEDOT-PSSを選択した場合における繊維又は糸の素材は、高分子(ポリマー)からなるものであれば特に制限されず、例えば、合成繊維、植物性の繊維、動物性の繊維等が用いられる。単一の材料からなってもよいが、混合物であっても良い。 When PEDOT-PSS is selected, the material of the fiber or thread is not particularly limited as long as it is made of a polymer, and for example, synthetic fibers, vegetable fibers, animal fibers, etc. are used. It may be made of a single material, or it may be a mixture.

当該合成繊維としては、例えばナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ポリウレタン繊維、炭素繊維等が挙げられる。当該植物性の繊維としては、例えば綿、麻、ジュート、紙繊維等が挙げられる。当該動物性の繊維としては、例えば絹、羊毛、コラーゲン、動物組織を構成する弾性繊維等が挙げられる。 Examples of the synthetic fibers include nylon fibers, polyester fibers, acrylic fibers, aramid fibers, polyurethane fibers, and carbon fibers. Examples of the vegetable fiber include cotton, hemp, jute, paper fiber, and the like. Examples of the animal fibers include silk, wool, collagen, and elastic fibers constituting animal tissue.

上撚糸又は仮撚糸の太さ、さらに織物や編物を構成する他の種類の糸の太さは特に限定されず、通常は1μm-3mm程度の範囲で必要に応じて選択することができるが、通常は10μm-1mm程度である。 The thickness of the ply-twisted yarn or false-twisted yarn, as well as the thickness of other types of yarn constituting the woven or knitted fabric, is not particularly limited, and can be selected as necessary from a range of usually about 1 μm to 3 mm. Usually it is about 10 μm-1 mm.

本発明の素子の実質部分、すなわち、外力を検知する部分である編物又は織物の平面サイズは、狭すぎるとノイズとの区別が付きにくくなるので、外力の全方向を検知する素子の場合は1cm2以上であることが好ましい。外力の所定方向のみを検知する素子の場合は、所定方向の長さが1cm以上あれば、他の方向の長さはそれよりも狭くてもよい。この所定方向限定型の素子の最も極端な態様として、「上撚糸又は仮撚糸のみ」の態様がある。逆に、極端に広くすると、局所的な動きの変化が小さい場合には、ノイズでマスキングされてしまい検知が困難になる。ただし、個々の素子の大きさを小さくしつつ、これらを対象物の動きを検知する範囲の全面に分布配置する「素子の多チャンネル化」を行い、個々の素子から得られる動きの変化を、時間軸上に当て嵌めてプロットすることにより、対象物全体の動きの経時的変化を検知することが可能である。この場合の個々の素子の大きさ(平面サイズ)は、上述と同じく1cm2以上であることが好ましい。多チャンネルとした場合の素子の数は、特に限定されず、対象の大きさ等に応じて選択することができる。 If the planar size of the substantial part of the element of the present invention, that is, the part that detects external force, is the knitted or woven fabric, if it is too narrow, it will be difficult to distinguish it from noise. It is preferably 2 or more. In the case of an element that detects external force only in a predetermined direction, as long as the length in the predetermined direction is 1 cm or more, the length in other directions may be narrower. The most extreme form of this predetermined direction limited type element is the form of "only ply-twisted yarn or false-twisted yarn". On the other hand, if it is made extremely wide, if the local movement change is small, it will be masked by noise and detection will become difficult. However, by reducing the size of the individual elements and distributing them over the entire area in which the movement of the target object is detected, ``multi-channel elements'' can be used to detect changes in the movement obtained from the individual elements. By fitting and plotting on the time axis, it is possible to detect changes in the movement of the entire object over time. In this case, the size (planar size) of each element is preferably 1 cm 2 or more, as described above. The number of elements in the case of multiple channels is not particularly limited, and can be selected depending on the size of the object and the like.

このように本発明の素子は、後述する力覚センサの検知部に対して1個の素子が電気的に接続する1チャンネルタイプであっても、2個以上の素子が電気的に接続する多チャンネルタイプであってもよい。本発明の素子においては、従来、過度の多チャンネル化が必要であった広い面積の重量変動等に対しても、例えば布地の面積をある程度まで大きくすることで、単チャンネルとする、又は、チャンネル数を少なくすることが容易になった。 In this way, the device of the present invention can be a one-channel type in which one device is electrically connected to the detection section of a force sensor described later, or a multiple channel type in which two or more devices are electrically connected. It may be a channel type. In the device of the present invention, even for weight fluctuations over a wide area, which conventionally required an excessive number of channels, for example, by increasing the area of the fabric to a certain extent, it is possible to make a single channel or It has become easier to reduce the number.

<力覚センサ>
本発明のセンサは、前述の本発明の素子と、当該素子と電気的に接続された検知部を備え、当該検知部が、導電性高分子が付着している繊維又は糸を含む場の電気特性値の変動を検知することを特徴とする力覚センサである。
<Force sensor>
The sensor of the present invention comprises the above-mentioned element of the present invention and a detection section electrically connected to the element, and the detection section is configured to detect an electric field containing a fiber or thread to which a conductive polymer is attached. This is a force sensor characterized by detecting fluctuations in characteristic values.

本発明のセンサは、電気特性値(電気抵抗値、電流値、電圧値、あるいは、静電容量値)の変動を検知するものであるため、電圧印加部を備えるか、接続可能になっていることが通常である。電圧印加部は、電池等の直流電源や、商用電源や家庭用電源等の交流電源等である。また、必要に応じて、整流器、コイル、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗端子等の電気回路、電子回路、デジタル回路等に通常用いられる設備が設けられていても良い。 Since the sensor of the present invention detects changes in electrical characteristic values (electrical resistance value, current value, voltage value, or capacitance value), it is equipped with a voltage applying section or is connectable. This is normal. The voltage applying section is a DC power source such as a battery, or an AC power source such as a commercial power source or a household power source. Furthermore, if necessary, equipment commonly used in electric circuits, electronic circuits, digital circuits, etc., such as rectifiers, coils, transistors, diodes, capacitors, and resistance terminals, may be provided.

本発明の素子における電気特性値、好ましくは電気抵抗値又は静電容量値の変動は、上記のように素子に加えられる力に相関して生ずるものであり、上記検知部は、この本発明の素子における電気抵抗値、静電容量値等の変動を定量的に検知することで、外部から本発明の素子に対して与えられた力を定量化することができる。検知部には、この定量値を算出処理するための算出処理部が適宜含まれていてもよい。また、さらに学習部を設けて機械学習を行うことにより、当該検出対象の動きと電気抵抗値や静電容量等の変動についての学習済みデータを作出して、新たな検出対象の動きを、当該学習済みデータを基に割り出すことが可能である。さらに、この学習済みデータを適宜更新してもよい。 Fluctuations in the electrical property value, preferably the electrical resistance value or the capacitance value, in the element of the present invention occur in correlation with the force applied to the element as described above. By quantitatively detecting changes in the electrical resistance value, capacitance value, etc. in the element, it is possible to quantify the force applied from the outside to the element of the present invention. The detection unit may appropriately include a calculation processing unit for calculating this quantitative value. In addition, by further providing a learning section and performing machine learning, learned data about the movement of the detection target and fluctuations in electrical resistance and capacitance, etc. is created, and new movement of the detection target is generated. It is possible to determine based on learned data. Furthermore, this learned data may be updated as appropriate.

本発明の力覚素子と上記検知部、学習部は、有線又は無線により電気的に接続されている。 The force sensing element of the present invention, the detection section, and the learning section are electrically connected by wire or wirelessly.

なお、ヒステリシスは、計測毎にリセットをかける、すなわち、ゼロ点補正を計測毎にかけることで、その分を補正することができる。 Note that the hysteresis can be corrected by resetting every measurement, that is, by applying zero point correction every measurement.

以下、本発明の実施例を記載する。 Examples of the present invention will be described below.

[材料]
本発明の導電性材の基材として、左右各々2800T/mで撚った21デニールの絹糸2本を一組とするちりめん糸2組に対し、外側にカバーリング糸を巻き付けることで作製した絹糸(温度22℃・湿度50%で伸縮率50%以上)を、平編(10cm幅で100目、100段、糸の太さは0.5mm程度)した布地(60cm×60cm)を株式会社東北撚糸より入手した(材料布1)。
[material]
As a base material for the conductive material of the present invention, a silk thread was prepared by winding a covering thread around two sets of crepe threads each consisting of two sets of 21 denier silk threads twisted at 2800 T/m each on the left and right sides. Tohoku Co., Ltd. produced a plain-knitted fabric (60cm x 60cm) (100 stitches, 100 rows, 10cm width, thread thickness about 0.5mm) (stretch rate of 50% or more at temperature 22℃ and humidity 50%). Obtained from twisted yarn (material cloth 1).

他方、太さ240デニール(22番手)の和紙糸(上撚りが甘撚の双糸:温度22℃・湿度50%で伸縮率16%)を用いて鹿の子編み(10cm幅で50目、50段)にした伸縮性を有する市販の布地(30cm×30cm)を入手した(材料布2)。 On the other hand, a pique knit (50 stitches in 10 cm width, 50 rows) was made using Japanese paper yarn (240 denier (22nd count)) (double yarn with a slightly twisted twist: 16% expansion and contraction at a temperature of 22°C and 50% humidity). ) A commercially available stretchable fabric (30 cm x 30 cm) was obtained (Material Fabric 2).

上記材料布1、2に対し、pTS溶液としては、遷移金属の鉄(III)イオンとpTSとを含むブタノール溶液(Heraeus社製CLEVIOS C-B 40 V2:p-トルエンスルホン酸鉄(III)として、約4質量%である:「CLEVIOS」は登録商標)を用いた。EDOTとしては、EDOTの水溶液(Heraeus社製CLEVIOS MV2、EDOT約98.5質量%である:「CLEVIOS」は登録商標)を用いた。 For the above-mentioned material cloths 1 and 2, the pTS solution was a butanol solution containing transition metal iron (III) ions and pTS (CLEVIOS C-B 40 V2 manufactured by Heraeus: p-toluenesulfonate iron (III), approximately 4% by mass ("CLEVIOS" is a registered trademark) was used. As EDOT, an aqueous solution of EDOT (CLEVIOS MV2 manufactured by Heraeus, approximately 98.5% by mass of EDOT; "CLEVIOS" is a registered trademark) was used.

上記のpTS溶液にEDOTを混合した混合液を調製して4℃程度に冷やし、上記基材を当該混合液に室温下で20分間浸漬した。その後、浸漬基材を当該混合液から取り出し、その一辺の2点をクリップで挟んで懸垂し、扇風機の風(強風)に5-10分間晒して基材を風で振動させつつ、乾燥を行い、さらにローラーでこすって、これらの工程により基材に付着した余分なゲル化ポリマーを除去した。 A mixture of the pTS solution and EDOT was prepared and cooled to about 4° C., and the substrate was immersed in the mixture at room temperature for 20 minutes. After that, the immersed substrate was taken out of the mixed solution, suspended by clipping two points on one side, and exposed to the wind of a fan (strong wind) for 5 to 10 minutes to vibrate the substrate and dry it. , and further rubbing with a roller to remove excess gelled polymer that adhered to the substrate from these steps.

次に、70℃の恒温槽に、このゲル化ポリマーの除去を行った基材を入れて、5分間加熱を行い、PEDOT-pTSへの重合を行なった。次いで、当該重合基材に対して2回水洗いを繰り返し、次いで90℃で乾燥を行い、2種類の「PEDOT-pTSが付着した編物」(この実施例で、材料布1に対し付着基材1、材料布2に対し付着基材2ともいう)を得た。 Next, the base material from which the gelled polymer had been removed was placed in a constant temperature bath at 70° C., and heated for 5 minutes to polymerize into PEDOT-pTS. Next, the polymerized base material was repeatedly washed with water twice, and then dried at 90°C to produce two types of "knitted fabrics with PEDOT-pTS attached" (in this example, 1 piece of material cloth had 1 coat of attached base material). , a material cloth 2 (also referred to as an adhesion substrate 2) was obtained.

[実施例1] 付着基材1の力覚素子を用いた平面方向加重に対する電気抵抗値変化の検討
7cm×7cmに裁断した上記付着基材1を水平方向に設置した後、クリップにて生地の両端を挟んだ。クリップは片側が固定されており、固定されていない側のクリップに対し、0-30gの範囲内で分銅おもりを負荷することで水平方向(X方向)の変位をノギスで測定し、さらに両端クリップ間(下記実施例2(I)の「A-B間」)の抵抗値を計測した(図1(1))。また、Z方向(鉛直方向)については、クリップ両端を固定し、生地を水平方向(X-Y方向)へ張った状態でその中央(下記実施例2(I)の「Y」の位置)に0-20gの範囲内で分銅おもりを負荷することで垂直方向の変位をノギスで測定し、さらに電気抵抗値を計測した(図1(2)(3))。
[Example 1] Examination of changes in electrical resistance value due to loading in the planar direction using a force sensing element of the adhesive base material 1 After the above-mentioned adhesive base material 1 cut to 7 cm x 7 cm was placed in the horizontal direction, the fabric was fixed with a clip. Both ends were pinched. One side of the clip is fixed, and the displacement in the horizontal direction (X direction) is measured with a caliper by applying a weight within the range of 0-30g to the unfixed side of the clip, and then The resistance value between the two electrodes (“A-B” in Example 2 (I) below) was measured (FIG. 1 (1)). In addition, regarding the Z direction (vertical direction), fix both ends of the clip, and with the fabric stretched in the horizontal direction (X-Y direction), place it in the center (position "Y" in Example 2 (I) below). By applying a weight within the range of 0 to 20 g, displacement in the vertical direction was measured using a caliper, and the electrical resistance value was also measured (Fig. 1 (2) (3)).

図2((1)-(6))に示したように、荷重に対し伸縮することにより付着基材1の電気抵抗値が静止時に比べ、荷重の大きさ、伸縮程度の大きさに比例して低減変化した。 As shown in Figure 2 ((1)-(6)), as it expands and contracts in response to the load, the electrical resistance value of the adhesion base material 1 increases in proportion to the magnitude of the load and the degree of expansion and contraction compared to when it is at rest. There was a reduction change.

[実施例2] 付着基材2を力覚素子として用いた荷重試験
(I)上記付着基材2を、力覚素子として用いて、下記の荷重試験を行った。
[Example 2] Load test using the adhesive base material 2 as a force sensing element (I) The following load test was conducted using the above adhesive base material 2 as a force sensing element.

荷重300gの円筒形プラスティック(直径3cm)を、図3(図3(1)は、試験系の写真、(2)は、その略図)に示すように、付着基材平面上に3ヶ所(X,Y,Z)のいずれか1カ所に置いた。また、A-Hは、端子を設置する場所を示している。本実施例で使用した布地の編み目には方向性が有り、図3(1)(2)の横方向(図3(2)中、左右の矢印)の方が、上下方向(図3(2)中、上下の矢印)よりも、伸展性が大きい。荷重を置かない状態での、伸展性の大きな左右方向(左端から右端)の電気抵抗値は11kΩ程度であり、伸展性の小さな上下方向(上端から下端)の電気抵抗値は8kΩであった。電気抵抗値を計測するための端子間の距離が同じであっても、編み目の方向性によって電気抵抗値が異なることが分かった。編み目は、伸展の方向により変形する(図4)。図4では、図3の付着基材が置かれた方向に合わせた編み目の拡大略図であり、図4の下は、図3(2)の左右の矢印方向に伸展させた場合の編み目の変形を示している。 A cylindrical plastic (diameter 3 cm) with a load of 300 g was placed at three locations (X , Y, Z). Furthermore, AH indicates the locations where the terminals are installed. The stitches of the fabric used in this example have directionality, and the horizontal direction (left and right arrows in Figure 3 (2)) in Figure 3 (1) and (2) is better than the vertical direction (Figure 3 (2)). ) has greater extensibility than the middle, upper and lower arrows). When no load is applied, the electrical resistance value in the horizontal direction (from the left end to the right end), which has high extensibility, is about 11 kΩ, and the electrical resistance value in the vertical direction (from the upper end to the lower end), which has low extensibility, is 8 kΩ. It was found that even if the distance between the terminals for measuring the electrical resistance value was the same, the electrical resistance value differed depending on the directionality of the stitches. The stitch deforms depending on the direction of extension (Figure 4). FIG. 4 is an enlarged schematic view of the stitches aligned with the direction in which the adhesion base material in FIG. 3 is placed, and the lower part of FIG. It shows.

表1は、A-B、E-G、A-C、F-H、A-Dの組で、端子を設置し、X、Y、Zのいずれかに上記加重を置いた場合における抵抗値測定の結果を示す。 Table 1 shows the resistance values for the sets A-B, E-G, A-C, F-H, and A-D when the terminals are installed and the above weight is placed on either X, Y, or Z. The results of the measurements are shown.

表1の結果により、計測する電極の位置の組合せと、加重の位置の組合せによって、電気抵抗値の変化率(減少率)がいくつかの傾向を示すことが分かった。例えば、A-B間の抵抗値の変化率の違いから、加重が、X、Y、Zのどの位置にあるかを検知することが可能であることが明らかになった。 From the results shown in Table 1, it was found that the rate of change (rate of decrease) in the electrical resistance value showed some trends depending on the combination of the positions of the electrodes to be measured and the positions of the weights. For example, it has become clear that it is possible to detect where the weight is placed in X, Y, or Z from the difference in the rate of change in resistance value between AB.

Figure 0007377011000002
Figure 0007377011000002

(II)上記付着基材2を、力覚素子として、鉛直方向(Z方向)荷重の変化に対する電気抵抗値の減少変化量を検討した。 (II) Using the adhesion base material 2 as a force sensing element, the amount of decrease in electrical resistance value with respect to changes in vertical direction (Z direction) load was investigated.

この試験は、上記実施例1において、付着基材1を付着基材2に代えた試験系で行った。 This test was conducted using a test system in which the adhesion base material 1 was replaced with the adhesion base material 2 in Example 1 above.

すなわち、7cm×7cmに裁断した付着基材2を水平方向に設置した後、クリップにて生地の両端を挟んだ。生地を水平方向(X-Y方向)へ張った状態で、その中央(上記(I)の「Y」の位置)に、10g、20g、50gの分銅おもりを、それぞれ負荷することで、鉛直方向(Z方向)の変位を与える分銅による荷重負荷量に対する両端クリップ間(上記(I)の「A-B間」)の抵抗値を、0g負荷の場合を含め計測した。その結果、0g荷重は32.7kΩ、10g荷重は20.0kΩ、20g荷重は18.5kΩ、30g加重は16.1kΩであった。 That is, after installing the adhesion base material 2 cut into 7 cm x 7 cm in the horizontal direction, both ends of the fabric were pinched with clips. With the fabric stretched in the horizontal direction (X-Y direction), by loading weights of 10 g, 20 g, and 50 g in the center (position "Y" in (I) above), the fabric can be stretched in the vertical direction (X-Y direction). The resistance value between the clips at both ends ("A-B" in (I) above) with respect to the amount of load applied by a weight that gives a displacement in the (Z direction) was measured, including the case of a 0g load. As a result, the 0g load was 32.7kΩ, the 10g load was 20.0kΩ, the 20g load was 18.5kΩ, and the 30g load was 16.1kΩ.

これら4点の電気抵抗値において、0g加重の電気抵抗値である「32.7kΩ」から、それぞれの加重の電気抵抗値を減じた差分の絶対値を、前記「32.7kΩ」で除して電気抵抗値の低減割合を百分率(%)とした値(縦軸)と、加重負荷量の対数値(log10)(横軸)の関係を示したグラフが図5である。 In the electrical resistance values of these four points, the absolute value of the difference obtained by subtracting the electrical resistance value of each weight from "32.7 kΩ", which is the electrical resistance value of 0g weight, is divided by the above "32.7 kΩ". FIG. 5 is a graph showing the relationship between the percentage (%) reduction rate of the electrical resistance value (vertical axis) and the logarithm (log10) of the weighted load (horizontal axis).

図5により、両者の値は正の相関の関係にあることが明らかになった。 FIG. 5 reveals that both values have a positive correlation.

[実施例3] 加重の移動のリアルタイム計測
実施例2で示した荷重と変異に関する相関性を利用することで、4つの力覚素子(付着基材を10cm×10cm、に裁断したもの)が配置された、厚さ方向の荷重の相違を個別に計測し、その変化をリアルタイムで計測することが可能な力覚センサを作製した(図6の濃い四角形の部分がチャンネル(素子)で、各々の素子から派生する2本の線は、素子と同じ素材の導電線である。)。これにより、各チャンネル(素子)にかかる荷重計測値から、荷重分布およびその荷重変化を計測することが可能である。
[Example 3] Real-time measurement of load movement By using the correlation between load and variation shown in Example 2, four force sensing elements (adhered base material cut into 10 cm x 10 cm) were arranged. We created a force sensor that can individually measure the difference in the load in the thickness direction and measure the change in real time (the dark square part in Figure 6 is the channel (element), and each The two wires derived from the element are conductive wires made of the same material as the element.) Thereby, it is possible to measure the load distribution and its load changes from the load measurement values applied to each channel (element).

これらの4つの素子は、絹又は和紙繊維等にPEDOT-pTSを付着させた、リボン状の導電性繊維電極で、電気抵抗値の計測器まで配線されている。当該計測器は、電気抵抗値の経時的な変化を波形として表し、これを記録することが可能である。 These four elements are ribbon-shaped conductive fiber electrodes made of PEDOT-pTS attached to silk or Japanese paper fibers, and are wired to an electrical resistance measuring device. The measuring instrument is capable of expressing and recording the change in electrical resistance value over time as a waveform.

4つの電極は、絹又は、和紙繊維などの導電性繊維電極で計測器まで配線されている。 The four electrodes are wired to the meter with conductive fiber electrodes such as silk or Japanese paper fibers.

図7(1)に示すように、座布団を敷いた椅子の上に、上記力覚センサを置いて、その上にパネルに座ってもらって、図7(2)に示すように、様々姿勢を取ってもらった。 As shown in Figure 7 (1), place the force sensor on top of a chair with a cushion on it, have the panel sit on top of it, and take various postures as shown in Figure 7 (2). I received it.

図8に、その際の体重移動に伴う電気抵抗値の経時的な変動を示した。図8の縦軸の上方が、加重が小さいことを示している。大きな体重移動を伴う時点を矢印で示したが、その直後に大きな加重がかかっていることが分かる。 FIG. 8 shows the change over time in the electrical resistance value as the weight shifts. The upper part of the vertical axis in FIG. 8 indicates that the weight is small. The arrow indicates the point at which a large weight shift occurs, and it can be seen that a large weight is applied immediately after that point.

[実施例4] 力覚素子を用いた胸部体動測定からの呼吸波形の検出
この実施例では、呼吸検出を試みている。胸部を巻くことが可能なゴム帯の上に、上記の付着基材2を固定配置し、2カ所の端子を介して電気抵抗値の変化を波形として提示・保存可能な機器で、胸部体動による電気抵抗値の変化を計測した(図9)。その結果、図10(1)に示すように、体動等によるノイズが認められるものの、楕円で囲った部分には、装着者の呼吸の動きと認められる波形が顕れていた(図10(2)(3))。フィルタリング等で、ノイズを除去することにより、クリアな呼吸波形を得ることも可能である。
[Example 4] Detection of respiration waveform from chest body movement measurement using force sensing element In this example, respiration detection is attempted. The above-mentioned adhesive base material 2 is fixedly placed on a rubber band that can be wrapped around the chest, and the device is capable of presenting and storing changes in electrical resistance as a waveform through two terminals. The change in electrical resistance value was measured (Fig. 9). As a result, as shown in Figure 10 (1), although noise due to body movements etc. was observed, waveforms recognized as the wearer's breathing movements appeared in the area surrounded by an oval (Figure 10 (2) )(3)). It is also possible to obtain a clear respiratory waveform by removing noise through filtering or the like.

[実施例5] PEDOT-PSSにおける検討
上記の材料布2(大きさ10cm×10cm)に、50mlのPEDOT-PSSの水溶性分散液[セプルジーダ(登録商標:信越ポリマー株式会社)の低抵抗性塗料であるOCシリーズ]をおよそ2時間含浸させ、自然乾燥させた後、このPEDOT-PSS付着基材(下記表2、3において「PSS」として示した)における抵抗値および伸縮度合いに対する抵抗値変化を計測した。比較として、実施例3で用いたPEDOT-pTSを付着させた付着基材(大きさ10×10cm)を用いた(下記表2、3において「pTS」として示した)。基材の伸展は、実施例1の図1に示した方法で、実施例3のA-Bに相当する位置において抵抗値の計測を行った。
[Example 5] Study on PEDOT-PSS 50 ml of PEDOT-PSS water-soluble dispersion [low resistance paint of Sepulgida (registered trademark: Shin-Etsu Polymer Co., Ltd.)] was applied to the above material cloth 2 (size 10 cm x 10 cm). OC series] was impregnated for about 2 hours and air-dried, the resistance value and resistance value change with respect to the degree of expansion and contraction of this PEDOT-PSS adhesion base material (indicated as "PSS" in Tables 2 and 3 below) were measured. I measured it. For comparison, the adhesion base material (size 10 x 10 cm) to which PEDOT-pTS used in Example 3 was attached was used (shown as "pTS" in Tables 2 and 3 below). The base material was stretched by the method shown in FIG. 1 in Example 1, and the resistance value was measured at a position corresponding to AB in Example 3.

抵抗値については表2に、及び、抵抗変化率については表3に示す。 The resistance values are shown in Table 2, and the resistance change rates are shown in Table 3.

Figure 0007377011000003
Figure 0007377011000003

Figure 0007377011000004
Figure 0007377011000004

この結果により、PEDOT-PSSも、PEDOT-pTSと同様に、力覚素子として用いることができることが明らかになった。 This result revealed that PEDOT-PSS can also be used as a force sensing element like PEDOT-pTS.

[参考例] 離隔動作識別素子
「離隔動作識別素子」とは、非接触状態の動きを当該素子における電気特性値の変動により識別する素子である。電気特性値としては、電気抵抗値又は静電容量値が好適であり、静電容量値が最も好適である。
[Reference Example] Separation Movement Identification Element A “separation movement identification element” is an element that identifies movement in a non-contact state based on fluctuations in electrical characteristic values of the element. As the electrical characteristic value, an electrical resistance value or a capacitance value is suitable, and a capacitance value is most suitable.

「非接触状態」とは、素子と動きの主体の間に何らかの隔たりがある、という意味である。本発明に係わる他の素子は、素子を生体に接触させて、その生体反応や動きを、電気特性値を媒介にして検出するものであるのに対して、離隔動作識別素子は、逆に、動きの主体(対象物)から離れたところに、素子1個を置いて、例えば、隔たりが空間の場合には対象物の接近により、素子と当該対象物の間に新たな電界が生じ、これが対象物の動きに応じて変化することにより、素子の静電容量値が変動する。また、隔たりがヒトの皮膚と筋肉の場合(例えば、皮膚上に当該素子を載置して、血流の変化を検出対象とする場合)には、当該素子と皮膚との間に絶縁体を介在させることにより、血流の拍動による変化に応じた、当該素子における静電容量の変化を検出することにより、血流の変化を把握することが可能である。 "Non-contact state" means that there is some distance between the element and the subject of movement. While other devices according to the present invention are designed to bring the device into contact with a living body and detect its biological reactions and movements using electrical characteristic values, the remote motion identification device, on the contrary, For example, if a single element is placed far away from the subject of movement (object), and the distance is space, a new electric field will be generated between the element and the object as the object approaches. The capacitance value of the element fluctuates due to the change in response to the movement of the object. In addition, if the separation is between human skin and muscle (for example, when the device is placed on the skin and changes in blood flow are to be detected), an insulator should be placed between the device and the skin. By intervening, it is possible to understand changes in blood flow by detecting changes in capacitance in the element in response to changes in blood flow due to pulsation.

離隔動作識別素子として、本発明の導電性材は、上記力覚素子と同様に素材が布地(編物又は織物)であることが好適であり、さらに、単層よりも多層の布地であることが好適である。また、素材は、代表的には紙を含有する素材を用いることができるが、それ以外にも、絹繊維、ポリアミド(ナイロン)繊維、ポリエステル繊維等、特に絹繊維を用いることも可能であるが、より静電容量が大きい、紙を含有する素材の方が離隔動作識別素子としては適している場合が多い。 As the separation motion identification element, the conductive material of the present invention is preferably made of fabric (knitted fabric or woven fabric) similarly to the above-mentioned force sensing element, and furthermore, it is preferable that the material is fabric with multiple layers rather than a single layer. suitable. In addition, as for the material, a material containing paper can be typically used, but other than that, silk fibers, polyamide (nylon) fibers, polyester fibers, etc., especially silk fibers can also be used. In many cases, a material containing paper, which has a larger capacitance, is more suitable as a remote motion identification element.

離隔動作識別素子の非実質部分、例えば、導電材、絶縁材、導電コネクタ、素子を覆うためのカバー材、素子を別の対象に付着させるための接着材、素子を保護するためのクッション材や充填材等も、本発明の電気的素子に含まれる。 Non-substantial parts of the remote motion identification element, such as conductive materials, insulating materials, conductive connectors, covering materials for covering the element, adhesives for attaching the element to another object, cushioning materials for protecting the element, etc. Fillers and the like are also included in the electrical element of the present invention.

離隔動作識別センサは、電気特性値、好ましくは電気抵抗値又は静電容量値、さらに好ましくは静電容量値の変動を検知するものであるため、電圧印加部を備えるか、これに接続可能になっている。電圧印加部は、電池等の直流電源や、商用電源や家庭用電源等の交流電源等である。また、必要に応じて、整流器、コンデンサ、抵抗端子、コイル、トランジスタ、ダイオード等の電気回路、電子回路、デジタル回路等に通常用いられる設備が設けられていても良い。 Since the remote motion identification sensor detects an electrical characteristic value, preferably an electrical resistance value or a capacitance value, and more preferably a change in the capacitance value, it is equipped with a voltage applying section or is connectable thereto. It has become. The voltage applying section is a DC power source such as a battery, or an AC power source such as a commercial power source or a household power source. Furthermore, if necessary, equipment commonly used in electric circuits, electronic circuits, digital circuits, etc., such as rectifiers, capacitors, resistance terminals, coils, transistors, and diodes, may be provided.

上記の離隔動作識別素子における電気抵抗値や静電容量値等の変動は、対象物の動きに相関して生ずるものであり、上記検知部は、これらの離隔動作識別素子における電気抵抗値や静電容量値等の変動を定量的に検知することで、外部における対象物の動きを、定量化することができる。検知部には、この定量値を算出処理するための算出処理部が適宜含まれていてもよい。また、さらに学習部を設けて機械学習を行うことにより、当該検出対象の動きと電気抵抗値や静電容量等の変動についての学習済みデータを作出して、新たな検出対象の動きを、当該学習済みデータを基に割り出すことが可能である。さらに、この学習済みデータを適宜更新してもよい。 The above-mentioned fluctuations in the electrical resistance value, capacitance value, etc. in the remote motion identification element occur in correlation with the movement of the object, and the above-mentioned detection unit is configured to By quantitatively detecting changes in capacitance, etc., it is possible to quantify the movement of an external object. The detection unit may appropriately include a calculation processing unit for calculating this quantitative value. In addition, by further providing a learning section and performing machine learning, learned data about the movement of the detection target and changes in electrical resistance and capacitance, etc. is created, and new movement of the detection target is generated. It is possible to determine based on learned data. Furthermore, this learned data may be updated as appropriate.

本発明の力覚素子と上記検知部、学習部は、有線又は無線により電気的に接続されている。 The force sensing element of the present invention, the detection section, and the learning section are electrically connected by wire or wirelessly.

なお、ヒステリシスは、計測毎にリセットをかける、すなわち、ゼロ点補正を計測毎にかけることで、その分を補正することができる。 Note that the hysteresis can be corrected by resetting every measurement, that is, by applying zero point correction every measurement.

上記の離隔動作識別手段は、例えば、下記のように規定される。
(1) 基材の表面に、PEDOT-pTS(poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-p-toluenesulfonate)が付着している導電性材が備えられている、非接触状態の動きを当該素子における電気特性値の変動により識別する、離隔動作識別素子。
(2) 離隔動作識別素子の全部若しくは一部が編物又は織物であって、PEDOT-pTS(poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-p-toluenesulfonate)が付着している上撚りされた糸又は仮撚糸が、当該編物又は織物の全部若しくは一部を構成する糸として用いられている、前記(1)に記載の離隔動作識別素子。
(3) 前記電気特性値は、電気容量値又は電気抵抗値である、前記(1)又は(2)に記載の離隔動作識別素子。
(4) 前記(1)-(3)のいずれか1つに記載の離隔動作識別素子と、当該素子と電気的に接続された検知部を備え、当該検知部が、当該素子における電気特性値を検知する、離隔動作識別センサ。
The separation motion identification means described above is defined as follows, for example.
(1) The element is equipped with a conductive material to which PEDOT-pTS (poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-p-toluenesulfonate) is attached on the surface of the base material, and the element is moved in a non-contact state. A remote motion identification element that identifies based on fluctuations in electrical characteristic values.
(2) All or part of the separation motion identification element is made of knitted or woven fabric, and is made of ply-twisted yarn or woven fabric to which PEDOT-pTS (poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-p-toluenesulfonate) is attached. The separation motion identification element according to (1) above, wherein the false twisted yarn is used as the yarn constituting all or a part of the knitted fabric or woven fabric.
(3) The separation motion identification element according to (1) or (2), wherein the electrical characteristic value is a capacitance value or an electrical resistance value.
(4) The separation motion identification element according to any one of (1) to (3) above, and a detection section electrically connected to the element, wherein the detection section detects the electrical characteristic value of the element. A remote motion identification sensor that detects.

ここに参考例を示す。上記のPEDOT-pTSを付着させた付着基材2(30cm×30cm)を四つ折りにして、これにLED(20mAの場合に6000ミリカンデラ(mcd))を、端子と導電線を介して、電気的に接続した。このような状態で、手指を当該付着基材2に接近させたところ、15cm程度の距離でLEDが点灯し、近づくにつれて光が強くなり、系の静電容量も増加した。この結果は、当該付着基材が、離隔動作識別素子として用いることができることを示している。この試験系の略図を図11に示す。本例では、好適な態様として、和紙糸からなる鹿の子編み布を基材として用いているが、他の素材、例えば、絹を用いた付着基材1を用いることも可能である。当該付着基材1を、上記付着基材2に代えて用いた場合、手指を四つ折りにした付着基材1に最接近(5cm程度)させた時点から徐々に明るさを増し、触れた時点においてLEDの点灯が認められた。 Here is a reference example. Fold the adhesion base material 2 (30cm x 30cm) in four, on which the above PEDOT-pTS has been adhered, and connect an LED (6000 millicandela (mcd) in the case of 20mA) to it via the terminal and conductive wire. connected. In this state, when a finger was brought close to the adhesion base material 2, the LED turned on at a distance of about 15 cm, and as the finger got closer, the light became stronger and the capacitance of the system also increased. This result shows that the attached substrate can be used as a separation motion identification element. A schematic diagram of this test system is shown in FIG. In this example, as a preferred embodiment, pique knitted cloth made of Japanese paper yarn is used as the base material, but it is also possible to use the attachment base material 1 made of other materials, for example, silk. When the adhesion base material 1 is used in place of the adhesion base material 2 described above, the brightness gradually increases from the time when the hand and fingers are brought closest (approximately 5 cm) to the adhesion base material 1 folded in four, and the brightness increases until the point at which the hand and fingers are touched. It was observed that the LED was lit.

Claims (5)

外力により電気特性値が変動する力覚素子であって、導電性高分子が付着している1本以上の上撚りされた糸を含む、力覚素子であって、上撚りされた糸は、絹糸のらせん状の複数層重ね巻きにより中空状に形成され、重ね合わせた各巻層の巻回方向が交互に逆方向に形成されている絹加工糸である、力覚素子A haptic element whose electrical property values change due to an external force, the haptic element comprising one or more ply-twisted threads to which a conductive polymer is attached; A haptic element that is a processed silk thread formed into a hollow shape by winding multiple layers of silk thread in a spiral shape, and in which the winding directions of the stacked winding layers are alternately opposite to each other. 力覚素子の全部若しくは一部が編物又は織物であって、導電性高分子が付着している上撚りされた糸が、当該編物又は織物の全部若しくは一部を構成する糸として用いられている、請求項1に記載の力覚素子。 All or part of the force sensing element is a knitted fabric or woven fabric, and ply-twisted yarn to which a conductive polymer is attached is used as the yarn constituting all or part of the knitted fabric or woven fabric. , The haptic element according to claim 1. 導電性高分子はPEDOT-pTS、又は、PEDOT-PSSである、請求項1又は2に記載の力覚素子。 The force sensing element according to claim 1 or 2 , wherein the conductive polymer is PEDOT-pTS or PEDOT-PSS. 電気特性値は、電気抵抗値又は静電容量値である、請求項1-のいずれか1項に記載の力覚素子。 The force sensing element according to claim 1 , wherein the electrical characteristic value is an electrical resistance value or a capacitance value. 請求項1-のいずれか1項に記載の力覚素子と、当該力覚素子と電気的に接続された検知部を備え、当該検知部が、導電性高分子が付着している上撚りされた糸における電気特性値の変動を検知する、力覚センサ。 The device comprises the force sensing element according to any one of claims 1 to 4 , and a sensing portion electrically connected to the sensing portion, wherein the sensing portion is made of a ply-stranded material to which a conductive polymer is attached. A force sensor that detects changes in the electrical property values of yarn .
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