JPH02304824A

JPH02304824A - 面状スイッチ

Info

Publication number: JPH02304824A
Application number: JP1124400A
Authority: JP
Inventors: Minoru Fukui; 福井　実; Sumi Iwatsuru; 岩鶴　寿美
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1990-12-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、面状スイッチに関する。より詳しくは、従来
公知の技術を用いては不可能であった、薄く、実用的な
感度を有し、耐久性が高く、かつ位置検出も可能な面状
スイッチに関する。

〔従来の技術〕

近年、人間工学の観点から、工業分野や医療分野を中心
に人間が操作しやす＜、°誤入力のない安全なスイッチ
として面状スイッチの要望が高まってきている。

従来、面状スイッチとして知られているものにポリエス
テルやポリカーボネートフィルムの月面に蒸着やコーテ
ィングなどの手段によって導電層を設けたフィルムを２
枚、導電層を内側にして、一定間隔に配置されたドツト
状の樹脂をスペーサとして貼り合せたものがある。しか
し、この面状スイッチは安価ではあるが、導電層の耐久
性が低く、また、ドツト状の樹脂のスペーサとしての信
顛性が低く、数万回の圧縮繰り返しで絶縁不良が発生し
たり大面積化すると、フィルムと導電層の熱膨張率の差
で面状スイッチが歪んだり、誤作動するなどの欠点があ
る。

上述の面状スイッチの欠点を改良する方法として、特開
昭６１−２３１６２６にあげられるような、経糸か緯糸
のいずれか一方が導電糸条を含んで構成され、他方が絶
縁性糸条によって構成されている二枚の織物で、加圧導
電性ゴムを挟持一体化した面状スイッチがあげられる。

ここでいう加圧導電性ゴムとはシリコンゴムやウレタン
ゴムなどの絶縁性エラストマー中に導電粒子としてカー
ボンブラックやニッケル、銀などの金属粒子を練り込み
分散させたものである。この加圧導電性ゴムでは、圧縮
応力を加える前には金属粒子は互いに離れているので電
気的にはほぼ絶縁状態であるが、圧縮応力がかかると互
いに接触し合い電気抵抗値が、減少する。

このタイプの面状スイッチは大面積化が容易であり、ま
た導電糸条を用いているため電極の耐久性が優れると共
に、導電糸条の端部の全部に線状の固定抵抗器を接続す
ると位置も検出できる。しかしながら、介在している加
圧導電性ゴムの表面が平面であるため、上述の織物中の
導電糸と接触するためには、大きい応力を加える必要が
あり、実用的な操作感度が得にくいこと、かかる理由で
、動作時には、加圧導電ゴムに織物がめり込む状態が繰
り返されるため、耐久性が低いという欠点を有する。さ
らには、加圧導電ゴムの厚みが最低でも５００趨と厚（
、例えば人体に接触した際に、違和感を感じるという欠
点を有する。

一方、本発明と同一の出願人によって、シート状物を構
成する糸の交絡部分および交絡部分間についての電気導
通性又は電気絶縁性を下記の条件を満たすように形成す
ることによって任意の方向に伸長、屈曲、圧縮等の変形
を加えた場合にその電気抵抗値が変化する変形導電性編
織物が提案されている（特開昭６１−１３８６５１号公
報参照）。

■　編織物の所定の面積中における全交絡部分の中で、
電気的に絶縁状態にある交絡部分の数をｌ＋とし、電気
的に導通状態にある交絡部分の数を！２とした場合にそ
の比ｐ＋／ｐｚの値が一平方インチ当たりの測定値で１
／９以上であること■　前記編織物を構成するそれぞれ
の糸の長手方向一定長での隣り合う複数の交絡部分間に
ついて、電気的に絶縁状態である交絡部分間の数をｍ。

とじ、電気的に導通状態である交絡部分間の数をｍ２と
した場合に、その比ｍ　１　／　ｍ　２の値が１インチ
当たりの測定値で１／９以上であること。

この変形導電性編織物は布であるので強度が大きいと共
に、加圧導電性ゴムよりも薄くできるという特徴を有す
る。そこで本発明者等はこの変形導電性編織物の少なく
とも両端に電極を設けたセンサ素子を提案している（特
開昭６１−２５９１０３号公報参照）。しかしこの方式
のセンサでは、２つの電極間の一部分を圧縮した場合に
は抵抗値変化を正しく検出できないので、大面積の面状
スイッチとして用いることができない。

そこで本発明者等は、上述の本発明者等の提案に係る変
形導電性編織物を用いて上述の問題点を解決すべく鋭意
検討を進め、本発明に到達した。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前述のような従来の技術の問題点を解決し、
薄く、実用的な感度を有し、耐久性が高く、かつ位置検
出も可能な面状スイッチを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、経糸又は緯糸の何れか一方の全部また
は一部が導電糸で、他が絶縁糸で構成される２枚の交織
布間の少なくとも一部の区域に、変形によって電気抵抗
値が減少する変形導電性編織物を配置して積層したこと
を特徴とする面状スイッチによって達成される。

先ず、初めに、図を用いて本発明の詳細な説明する。第
１図は、内部の構造がわかるように一部解体した本発明
の面状スイッチの一例である。図中１は変形導電性編織
物で、先の従来の技術において詳述した構成を有するも
のであり、以下、説明上、センサ布と略称する。図中２
は、経糸か緯糸の何れか一方の全部または一部が導電糸
で他が絶縁糸で構成される交織布で、以下、交織布と略
称する。尚、第１図では、見やすくするために、導電糸
のみを書いである。

センサ布１は、２枚の交織布２で表裏を全面積層される
。センサ布の大きさが、交織布よりもひと回り小さい場
合には、センサ布を配置した以外の部分は、両面テープ
や水ットメルト樹脂などの絶縁性の接着シートで２枚の
交織布を接着すれば良い。

第１図中、３が接着シートを表わす。尚、センサ布が、
交織布と同等かそれ以上の大きさの場合には、面状スイ
ッチの周囲及び端部を上から絶縁性の樹脂かテープ状物
で接着固定すればよい。

交織布は、面状スイッチの電極と電線を兼ねることがで
き、しかも薄く強度が強いという特徴を有する。交織布
の一端は斜めに切断され第１図に示すように導電性接着
剤４を塗布硬化させることにより大きな巾の交織布から
の電線として使用する巾を実用的な巾とすることができ
る。電線の端部は補強板５に接着され、導電性接着剤４
を塗布硬化し電極端子とし、フレキシブルプリント基板
用の差し込み型コネクタに接続することができる。

このような構造を有する面状スイッチは、加圧導電ゴム
を用いてはできない、薄く、実用的な感度と優れた耐久
性を有する面状スイッチである。即ち、従来の技術で詳
述したように加圧導電ゴムを交織布で挟んだ構造の面状
スイッチでは、加圧導電ゴムの平たい表面のために感度
が悪く、交織布の糸がゴム表面にめり込む為に耐久性が
劣るのに対し、編織物から構成されるセンサ布を用いる
と、糸自身及び糸の交絡部分がつくる微小な凹凸が交織
布の微小な凹凸に無理なく接触し、実用的な感度と耐久
性が得られるものと考えられる。第２図（Ａ）には、本
発明物中のセンサ布１が交織布２に無理なくコンパクト
に接触しているようすを示し、また第２図（Ｂ）には、
加圧導電ゴム９中に交織布の糸がめり込んでいる様子を
示す。第２図中６，７は交織布を構成する糸であり、８
は押し板である。

第３図に、後述の本発明の面状スイッチ実施例１．２と
、加圧導電性ゴムを用いた比較例の面状スイッチの押し
力に対する抵抗値変化を示す。第３図で明らかなように
本発明の面状スイッチは比較例に比べて、より小さい押
し力で抵抗値が減少し、高感度である。

次に、本発明の構成要件についてさらに詳述する。

前記交織布を構成する導電糸は通常は経糸又は緯糸の何
れか一方全部に配置される。しがし隣接する導電糸の接
触を確実に防ぐために導電糸１本置きに絶縁糸を配置す
る等、経糸又は緯糸の何れか一方を導電糸と絶縁糸との
組合せで構成してもよい。

本発明の交織布に用いる導電糸としては例えば銅、ステ
ンレス、アルミニウム、鉄等の金属繊維や炭素繊維の糸
又は、導電性高分子材料よりなる合成繊維糸さらには、
合成繊維糸の表面に金、銀、ニッケル等の導電性物質を
コーティングした糸などを用いることができる。

一方絶縁糸としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
アクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リビニルアルコール、ポリエーテル等あるいはこれらの
共重合物からなる合成繊維糸又は酢酸セルローズや変成
再生セルローズなどよりなる糸、さらにはガラス等から
なる無機質繊維、その他、動、植物からなる天然繊維等
から成る糸を用いることができる。

尚、これら導電糸や絶縁糸の太さについては特に制限は
なく用途に応じて、また、センサ布の糸使い、に合せて
適宜選定すればよい。断面形状についてもモノフィラメ
ント状、マルチフィラメント状、複数本撚り合わせ状の
ものいずれの形でもよく用途に応じて適正なものを選定
すればよい。

また本発明に使用される交織布は、前記導電糸と絶縁性
糸を交織した織物であって、その製造は従来公知の織機
を用いて任意に実施することができる。織物組織につい
ては平織、綾織、それらを基本とした変化組織いずれの
ものでもよい。ただ、織物の目ズレが発生せず、しかも
隣合う導電糸同志が接触導通させないで密度を高く製織
するためには平織が好ましい。

又、製織にあたっては導電糸を経糸にし絶縁糸を緯糸に
してもあるいはその逆であってもいずれでもよい。

なお、筬羽の経糸引き通し本数は１羽２本や３本の多数
本引き込みよりも１羽１本引き込みの方が経糸配列が均
一になり好ましい。

次に、センサ布を２枚の交織布で積層させる方法として
は、交織布巾の導電糸が互いに平行になるように積層し
てもよいし、第４図に示すように実質的に直角方向に配
置して積層してもよい。後者の場合には、電極端子の設
置数、設置位置に応じたＸ、Ｙの位置検出が可能となる
つ上下の交織布２は互いに直角方向に配置され端部は各
々プリント基板１０に導電性接着剤で３ケ所ずつ接続さ
れて、３×３のマトリックスを形成した面状スイッチと
なる。また、前者の場合において、第５図に示すように
、センサ布１を部分的に配置することによってＸＹの位
置検出を行うことができる。

このように、センサ布を２枚の交織布間に部分的に配置
して用いてもよい。

次に電気抵抗値の変化をとり出す電極端部は、導電糸の
種類や検出回路端子の種類によって異なるが、はんだづ
けでも異方導電シートでもあるいは、絶縁系が熱溶融性
の樹脂から作られている場合には、交織布自身を熱接着
性異方導電シートとして使用してもよい。また、導電性
接着剤やはとめなどで導電糸を挟持する方式など接触抵
抗が大きなものでなければその他いずれの方式を採用し
てもよい。

上記説明の本発明の面状スイッチの基本構成に加えて、
防水性や防汚性、耐環境性をあげる目的で、交織布の上
下や面状スイッチ全体にカバシートを積層したり被覆す
るなど、用途に応じて種々の工夫が可能なことは言うま
でもない。

以上述べたような、本発明の面状スイッチは薄（て、高
感度でかつ耐久性が高い大面積の面状スイッチになるの
で、人間工学的に操作しやすい人力スイッチや、生体計
測などで、人体と接触した時に違和感を与えないスイッ
チなどの用途に展開することができる。

例えば、電気カーペットで人が座った位置を人に違和感
を与えることなく検知してそこだけを暖める省エネ用ス
イッチや、車や飛行機の座席シートに組み込んで、着座
時に自動的に身体を保持する装置などに使用することが
できる。また、自由に曲面にそったスイッチが実現でき
るのでおもちゃ用途（例えば、人形やぬいぐるみのお腹
や手足などに組み込んだり、巻いて音や光を発するおも
ちゃ）やメディカル用途（呼吸検出センサ、リハビリ用
センサなど）やスポーツ用途（トレーニングエキササイ
ズ用センサ、万歩計など）に使用することができる。特
に、靴の中敷に面状スイッチを組み込むと、足のどの位
置が先に地面につき、どこが地面につかないかなど歩行
分析に利用することができ、リハビリテーションの診断
、治療、トレーニング用に活用することができる。

さらにセンサ布は、２次元に拡がった編織物から構成さ
れており、ｍＷの組織、糸使いを工夫することにより、
交織布の導電糸数に相当した薄く高解像度のＸＹデジタ
イザー、手書き人力用タブレットやハンコの文字や形状
の認識も可能となる入力装置が実現できる。

もちろん、これらの他に通常のスイッチが使用されてい
る用途にはすべて使用可能であることは言うまでもない
。

また、本発明の面状スイッチの用途が、これら前述の用
途に限られるものでないことは明らかである。゛〔実施例〕以下、実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明
による面状スイッチが、これら実施例や図面に示すもの
のみに限定されるものでないことは明らかである。

旭化成工業■製のポリエステル繊維糸状からなるタフタ
（経５０　ｄ　／２４　ｆ　、緯７５ｄ／３６ｆ）を水
酸化−１−１−ＩＪウム水溶液（８０ｇ／４２）、１０
０’Ｃテ’４量加工（液量率２０％）し、５ｎＣ４２ｚ
：塩酸が３＝１０の重量比の浴中で感受性化し、水洗脱
水後、ＰｄＣｆｚ：塩酸が重量比１：１５の浴中で活性
化し、水洗脱水後Ｎ５Ｃ１２・６ＨｚＯ，ＮａＨＰＯ２
、クエン酸ナトリウム、ＮＨ（／！　、アンモニア水が
１：１：３：２：２の重量比の浴中９０°ＣＸ２分処理
して、Ｎｉメッキエステルタフタを作製した。これを１
０ｃｍＸ１０ｃｍの大きさのサンプルになし、２重円筒
形の層流発生装置（内側の円筒が高速回転、外筒の内径
２５ｃｍ、内筒の外径１０ｃｍ）に水と一緒に入れ、内
筒回転速度２０Ｏｒｐｍで、１０００分処理してセンサ
布１を３枚作製した。

次に本発明の面状スイッチに用いる交織布は、経糸にス
テンレス細線３０ｔｒｍ中、緯糸に共重合ポリアミド、
モノフィラメント系線径３０Ｉ！ｍ中、を用いて下記条
件の平組織で製織した。

経糸密度　　　　ｌＯ本／■ 緯糸密度　　　　１０本／ｍｍ製織長　　　　　１０ｍ製織中　　　　１２０ｃｍこの交織布を交織布１と呼ぶこととする。

交織布１を導電系の長さ方向に２０ｃｍ長で巾１２ｃｍ
に２枚切り出し、第１図に示すように、はうき形状に切
断し、２ケ所に市販銀ペーストを塗布硬化させた。先の
センサ布１０ｃｍ角をこの交織布で積層し、上下の交織
布の周辺を両面接着テープで接着した。次に電極端部を
プラスチック補強板で補強しくフレキシブルプリント基
板用差し込み型コネクタに接続可能）、本発明の面状ス
イッチ１を作製した。また、１２１角の交織布２枚を互
いに導電糸が直角になるようにセンサ布を間において重
ね、それぞれ端部をプリント基板に導電性接着剤で３ケ
所ずつ接続し、第４図に示すような３×３のＸＹのマト
リックスを形成した本発明の面状スイッチ２を作製した
。また、１２ｃｍ角の２枚の交織布を導電糸が同一方向
になるように重ね合せ、第５図に示すように３ＣＩＴ１
角のセンサ布３枚を対角線上に配置して介在させ、上下
の交織布端部と同じ位置でプリント基板に導電性接着剤
で接続し、両面テープで周囲を接着し、３ケ所のＸＹの
位置検出が可能な本発明の面状スイッチ３を作製した。

また、比較例として、厚さ５００例の市販の加圧導電ゴ
ム（日本合成ゴム製ＰＣＲ３０５−０５）を面状スイッ
チ１と同様の手順で作製し、加圧導電ゴム使用の面状ス
イッチ比較例１を作製した。

本発明の面状スイッチ１．２．３及び比較例１の圧縮に
伴う抵抗値変化（感圧導電特性）は、東洋ボールドウィ
ン社製、圧縮試験装置を用いて素子の厚み方向に加重を
かけ（０〜１ｋｇ／ＣＴＩＴ）それに伴う電気抵抗値の
低下を、デジタルマルチナーバー（アトパンテスト社製
）で測定することにょって行った。

また、圧縮繰り返し耐久性は、電磁コイル方式の打鍵試
験機を用いて、５ｍｍφの断面形状の押し棒で０〜５０
０ｇ荷重を２七のスピードで負荷して行った。その結果
、本発明の面状スイッチ１．２゜３はいずれも、圧縮前
は１００ＭΩ以上の高い抵抗を示すが１００〜１５０ｇ
／ｃ＋ｆｌの範囲で抵抗値がスイッチ的急激にｌｋΩ以
下になり、その後は、荷重が増すと徐々に抵抗値が減少
するアナログ特性を示し、実用的な感度を有しているの
に対し、比較例は、８００　ｇ　／ｃ１１１〜１０００
　ｇ　／ｃｎｌで抵抗値が１ＯＫΩ以下に下がる特性を
示し、その変化の度合はなだらかでスイッチ的な特性は
示さなかった（１つの面状スイッチで測定箇所を５ケ所
変えて測定）。

また、上述の耐久性では、本発明の面状スイッチはいず
れも、１００万回の圧縮繰り返し後も初期の特性をほと
んど変らない特性を有しているのに対し、比較例は、ｌ
Ｏ万回の圧縮繰り返し後には全く抵抗値が下がらなくな
った。このように、本発明の面状スイッチは、感度・耐
久性共に優れた面状スイッチであることがわかる。尚、
本発明の面状スイッチ２，３は、ＸＹの位置を上述の１
００ｇ〜１５０ｇ／ａＭの感度バラツキの範囲で誤動作
なく検出できた。また、本発明の面状スイッチ１゜２．
３はいずれも平均厚み０．３　ｍｍと非常に薄いが、比
較例は０．７ｍｍと信置上の厚みとなった。前記厚み測
定は、ＪＩＳＬ−１０７９に準拠し、前出精機製作所製
圧縮弾性試験機を用い、初荷重５ｋｇ／ｃ＋ｆ１時の厚
さで示した。

また本発明の面状スイッチの応用例として、靴の中敷に
組み込んで歩行解析を行う歩行分析センサを作製した。

センサの概観模式図を第６図に、また、その検出回路図
を第７図に示す。

前述の面状スイッチ１と同様にして作製した４つの面状
スイッチ１１　（図中Ｒｓｌ　、Ｒｓ２　、Ｒｓ３　。

Ｒｓ４と表示）を中敷１２に第６図のように両面接着テ
ープで接着した。

Ｒｓｌはつま先、Ｒｓ２は親指のつけ根、Ｒｓ３は小指
のつけ根、Ｒｓ４はかかとの位置に対応する位置に配置
する。

各面状スイッチは、極めて薄く、交織布が直接電線の役
目をはだすので、センサ全体としても突起物がなく、歩
行時の違和感がなく、自然な歩行状態の解析が行える。

上述の４つの面状スイッチからの０Ｎ１０ＦＦ信号は、
第７図に示す検出回路で検出した。この回路の検出原理
は、４つの面状スイッチのそれぞれに並列に所定の大き
さの抵抗（図中Ｒｓｌに対してはＲａ　、　Ｒｓ　２に
対しては２Ｒａ、Ｒｓ３に対しては３Ｒａ。

Ｒｓ４に対しては８Ｒａ）を並列に接続し、並列回路全
体の電圧（図中ＡＢ間の電圧）を検出することによって
、どの面状スイッチがＯＮ状態にあり、どの面状スイッ
チがＯＦＦ状態にあるかを知ることができるので、歩行
解析が可能となるしくみである。実際に面状スイッチを
配置した中敷を運動靴に組み込んで第７図の検出回路に
センサから出た４つの端子を接続して歩行分析を行った
ところ歩行時における、かかとからつま先にかけての連
続的な接地順番が正確に電圧出力され、かつばき心地も
良い歩行分析センサとであることが確認された。

〔発明の効果〕

前述のような構成を有する本発明の面状スイッチは、薄
く、実用的な感度を有し、耐久性が高く、かつ位置検出
も可能な面状スイッチが可能となるので、従来にない新
しい面状スイッチとして多くの用途に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の面状スイッチの一実施例を一部解体し
て示す斜視図であり、第２図は面状スイッチの圧縮時に
おける構成要素間の接触状態を説明する断面図であって
、第２図（Ａ）は本発明の面状スイッチの場合、第２図
ＣＢ）は加圧導電ゴムを用いて面状スイッチの場合であ
り、第３図は本発明の面状スイッチと比較例の面状スイ
ッチの、　　感圧導電特性を示すグラフであり、第４図
は本発明の面状スイッチの他の実施例を一部解体して示
す斜視図であり、第５図は本発明の面状スイッチのさら
に他の実施例を一部解体して示す斜視図であり、第６図
は靴の中敷に本発明の面状スイッチを配設した歩行分析
センサの概観模式図を示し、第７図は、第６図の歩行分
析センサの検出回路図である。１・・・変形導電性編織物（センサ布）、２・・・交織
布、　　　　　　３・・・接着シート、４・・・導電性
接着剤、　　５・・・補強板、６・・・導電糸、　　　
　　　７・・・絶縁糸、８・・・押し板、　　　　　９
・・・加圧導電ゴム、１０・・・プリント基板、　　１
１・・・面状スイッチ、１２・・・中敷。（Ａ）（Ｂ）］Ｕ第４図８５図

Claims

【特許請求の範囲】

１、経糸又は緯糸の何れか一方の全部または一部が導電
糸で、他が絶縁糸で構成されている２枚の交織布間の少
なくとも一部の区域に、変形によって電気抵抗値が減少
する変形導電性編織物を配置して積層したことを特徴と
する面状スイッチ。