JPS6110734A - センサ−配列 - Google Patents

センサ−配列

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JPS6110734A
JPS6110734A JP60095339A JP9533985A JPS6110734A JP S6110734 A JPS6110734 A JP S6110734A JP 60095339 A JP60095339 A JP 60095339A JP 9533985 A JP9533985 A JP 9533985A JP S6110734 A JPS6110734 A JP S6110734A
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JP
Japan
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conductor
sensor
electrical
array
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JP60095339A
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English (en)
Inventor
ジヨン・ハロルド・ダンバー
エドワード・ブロウエル・アトキンソン
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Raychem Ltd
Original Assignee
Raychem Ltd
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Publication date
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    • H01H13/78—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard characterised by the contacts or the contact sites
    • H01H13/785—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard characterised by the contacts or the contact sites characterised by the material of the contacts, e.g. conductive polymers
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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］ この発明はセンサーとセンサー配列に関し、そして特に
圧力センサー配列に関し、語“配列”はここではパラメ
ータが感知されうる１つ或いはより多くの変換器を意味
するために用いられていて、ある順序或いは空間的な関
係で並べられている（マトリックスを含む）。
［発明の背景１ 圧力センサー、表面に加えられる力をこれにより感知す
る装置として定義される圧力センサーは、数多くの工業
上の利用、例えば、ドア開閉装置用の圧力感知マット或
いは防犯警報、或いは触覚センサーとして重要である。
工業上の機械的な把握装置、例えばロボットにおいて個
々の部材をつかみ上げそして所望の方位の所定位置に移
動させるために用いられる装置等の使用増加は、把握さ
れ得るように個々の部材の位置と方位を指示し、そして
、把握装置が所定に位置にきたとき、所定量の力がこの
装置に加えられるような信頼できる触覚感知装置の要求
増加を生み出した。この明細書の残りでは、この発明の
センサー配列は主として圧力センサーに関連して記述さ
れているが、この発明により構成される少なくともいく
つかの装置は、他の特性、例えば接触させて本体の温度
を測定するためのセンサーとして使用されうる。
［従来技術とその問題点］ 公知のセンサーの一つの型は、電気的導体或いは電極の
格子を含むセンサーマトリックスであり、格子の“行”
は離隔して配置される平行導体の第１の組みを含み、離
隔して配置される平行導体の第２の組みを含む“列”は
、一般に直角に、第１の組みを横切って、マトリックス
の重なり点を形成している。行と列とが横切っているこ
の導体配列をここでは格子として、そして、重なり点の
配列をマトリックスとして記述されている。この行の組
みと列の組みとは、圧力のようなある独立した可変量に
より、電気的性質、通常は電気抵抗を変える１個の本体
或いは複数の本体により分離される。
例えば、触覚センサーにおいては、導体の−組は固定し
た支持物に取付けられそして他の導体の−組みは可動に
なっていて、一般にはフレキシブルな支持物に取付けら
れる。この本体或いは複数の本体は弾力性があり、電気
抵抗を有する材料であり、可動導体の組みに圧力を加え
ることにより生じた変形は電極と接触する材料の面積を
変え、”一般には増加させ、一方、材料の行路長と、そ
して又、接触抵抗そして／又は固有の材料の体積抵抗率
をも変えることができ、一般には減少させ、これにより
、影響を受ける導体の重なり部での抵抗を変え、一般に
は減少させる。
ある提案されたセンサーにおいては、分離した本体は連
続したマットの形態である。他の種類のセンサーにおい
ては、Ｊ、Ａ、パーブリック論文（ｉｎ　Ｐｒｏｃ、　
　１ｓｔ　ＲｏＶｉＳｅＣ，、５ｔｒａｔｆｏｒｄ　ｏ
ｎＡｖｏｎｙ　Ｅｎｇｌａｎｄ、　ＡＤｒｉｌ　１ｓｔ
−３ｒｄ、１９８１、ｐｐ　　７３　　ｔｏ　　８Ｌ）
に“導電性シリコンゴムを用いた力の変換器”とじと題
され、導電性シリコンゴムの細長い片が格子にならべら
れそして、電気感知ワイヤがゴム片に沿った間隔で挿入
されるように或いは、このゴム片にその後この目的のた
めに刻まれた縦のスリット内に並べられるようになって
いる。
重なり点は、（１個の重なり点の正確な電気的測定を可
能にするために）適宜な保護用の手段により、或いはグ
゛イオードやＦＥＴのように絶縁可能にする部品を付加
することにより、隣接した重なり点のマトリックスにお
ける装置と絶縁されるようになっている。
離れ離れの導体を使用するかわりに、少な、くとも−組
みは、交互に絶縁性エレメントにより分離された平行導
体のエレメントを有するシート或いは箔の形態であって
もよい（例えばプリント基板におけるように）。
先に提案されたセンサー配列は数多くの不便さに直面し
ていた。
パーブリック論文で例えば、粘りさとクリープ現象とに
より、シリコンゴムを使用した場合の問題点が述べられ
ている。これらの問題点は、弱い力の測定に対して要求
されるところの感度で不安定となることにより、この装
置の使用を限定する。
クリープに関連した長い安定時間により原因となるヒス
テリシスも又問題である。マットタイプの変換器内にお
ける電流の洩れにより生じる不可避のクロストークは又
、先の提案された装置の性能を低下させる。
［発明の目的］ この発明は上述した問題点をなくすために成されたもの
であり、広範囲の測定で安定した性能が得られ、又、ク
ロストークの恐れのないセンサー配列を提供することを
目的とする。
［発明の構成と実施例］ この発明は改良されたセンサー配列に関する。
従ってこの発明によるマトリックスセンサーは、第１と
第２の導体の岨みな備えていて、第１の組みは第２の組
みを横切って１つ或いは多くのマトリックスの重なり点
を形成し、そして、電気変換器の材料によって少なくと
も１つの重なり点で第２の組みと分離されていて、第１
の組みと第２の組みとは１個の織物或いは各々分離した
織物に組み立てられ、この織物は便利なように、扁まれ
た１個の織物或いは複数個の織物である。有利なように
、導体は、ｍまれだ材料の縦糸又は横糸に含まれるよう
にして組み立てられ、この導体が織物の表面から突き出
るようにする。この発明の態様によれば、このように組
み立てられた導体は少なくとも他の組みの導体ｉご面す
る側、好ましくは全部電気変換材料により覆われるのが
よい。より好ましい具体化として、双方の導体の組み、
行と列は、織物の表面に圧力が加えられるまで、実質的
ないかなる接触力もないときは−組みの変換材料の露出
した表面がこれらの他の変換材料の重なり点で接触する
ように、このような織物内に組み立てられる。
好ましくは第１の導体の組みは第２の組みと配列上の全
ての重なり点で分離されるようにし℃、各々の重なり点
が変換器、好ましくは圧力変換器となるようにする。
織物がｍまれる以外に導体がｉまれたり、或いは編まれ
た織物に挿入されることもでき、このいずれかの場合で
各々の重なり点が有利なように圧力変換器を形成しても
よい。交互に導体が織物上に結合されたり、或いは縫わ
れてもよい。
この態様ではこの発明のいずれかの付加的な態様と同様
に、センサーマトリックスは１個或いはより多くの重な
り点のいずれかの配列を含み、そして一般には実質的に
二次元の配列となる。便利なように第１と第２の導体の
組みは格子の形態をなし、第１の組みは行の組みの導体
であり、第２の組みは列の組みの導体である。格子は二
次元或いは三次元になりうるが、しかし一般には実質的
に二次元である。格子の各々の行と列は直線や曲線、例
えば円形やらせん、或いはどんな規則、不規則な形であ
ってもよく、そして各々の行間、各々の列間、各々の行
と列間を均一にする必要はない。しかしながら、好まし
くは、センサーは、実質上圧に直交し、実質上直線の行
と列の格子から形成される規則マトリックスであるが、
しかし、他の格子配列、′くもの巣”のようなものも含
まれる。
上述した適用に加えて、この発明のセンサーは以下に記
述する多数の新規な適用に用いられてもよい。
この発明の更により好ましい態様では、センサーは第１
と第２の導体の組みを含み、第１の組みは第２の組みを
横切り、一つ或いはより多くのマトリックスの重なり点
を形成していて、少なくとも導体のいくつか、好ましく
は導体の組みの−っは、少なくとも部分的に、そして有
利なようにその部分にらせん状に、変換器の繊維の層に
より囲まれていて、センサーにより感知される状態に反
応して電気的特性の検知し得る変化を生み出すことがで
きるようになっている。
好ましくはこれらの繊維は、カーボン、部分的にカーボ
ン化されたポリアクリロニトリル、シリコンカーバイト
、チクスタイル繊維であり、カーボン粒子や部分（ｐａ
ｒｔｉａｌｌｙ）抵抗を有する重合材料が添加されてい
る（例、最適にドープされたポリピロール）。
この繊維が部分抵抗を有する材料で添加されるのは導体
の周囲を包む前或いは後でもよい。
繊維を用いて導体を覆うために、他の適したいかなる方
法が用いられてもよい０例、編組線。
この発明の形態によれば、配列のいたるところの箇所で
電気抵抗のすぐれた規則性と、配列の各々の重なり点の
繊維により提供される多数の電気的接触部によるより大
きい抵抗変化とを提供する。
繊維は、１本又はより多くの連続した単繊維（例えば連
続した麻）或いは多数の短い繊維（紡績用原料線ａ）を
含んでもよい。好ましくは紡績用原料繊維は繊維層の長
さに沿う電気的通路を最小にするために用いられる。同
時に、導体を２つ或いはより多くの繊維の層で囲むのが
より好ましい。
この層は、この層が適用される導体の長さに沿って連続
していてもよく、又、不連続であってもよい。適したい
ずれの媒体が層の個々の繊維を囲んでいてもよい。これ
は一般には空気であるが、又、例えば、グリース、オイ
ル、疎水性のゲルであってもよく、そして繊維の寿命を
延ばすために酸化防止剤が含まれてもよい。
導体を囲んでいる電気変換材料の層は、電気的に部分抵
抗を有する材料の薄い保護層、例えば熱収縮或いは押し
出しによる抵抗体の重合層により囲まれてもよい。この
層も又、この層が適用される導体の長さに沿って連続で
あっても不連続であってもよい。
この発明の別の態様においても、与えられた装置はただ
一つの態様を具体化していて、或いは、別に示されてい
なければこの発明の２つ或いはより多くの態様のいずれ
をも具体化していることが理解されるであろう、センサ
ーは、間隔を隔てた電気的導体の配列を含み、この導体
は実質的に規則正しくかつ電気変換材料の層によって個
々に囲。
まれでいて、この電気変換材料は、連続している粒子化
された或いは繊維状で、センサーにより検知される状態
に反応して電気的特性を検知し得る変化を与えるように
作用することができる。
センサー配列、一般にはマトリックス配列、の実質的に
規則正しく囲まれた導体は、有利なように１つの織物或
いは複数の織物に組み立てられ、上述したように、受は
入れられる均一のセンサーを作り出している。
この場合、この発明の他のすべての態様における場合と
同様に、導体の−組みは固定した或いはフレキシブルな
支持材の上に位置してもよい。他の組みのものは支持さ
れなくてもよく、或いはフレキシブルな材料により支持
或いは覆われてもよい。
適した支持材料は、例えば固い、或いはフレキシブルな
重合材料で、寸断されたグラス繊維を満たしたポリフェ
ニールエン　サルファイド（ＲＹＴＯＮ−フィリップス
　ベトローレムにより利用可能）又はグラス繊維を満た
したエポキシ樹脂の回路ボード、ボリア０−カーボン又
はポリアミドシート又はテープ又は織物のような電気的
に絶縁物であってもよい。センサーは、導体の一つ或い
は双方の組みが織物に組み立てられるときに、自己支持
としてもよい。交互に或いは付加して、配列全体を機械
的及び周囲の保護のために圧力を伝達する層で覆われて
もよい。適した材料は、ケブラー（Ｋｅｖｌｅｒ）繊、
グラス繊維織、ポリピロールドエン　クロライドシート
、又はプラスチックスト　ポリビニール　クロライドを
含み、テリレーン（ｔｅｒｙｌｅｎｅ）繊維（例えば消
火ホースの材料）で強化されてもよい。
別の態様において、この発明は、第１と第２の導体の組
みを含み、第１の組みは、１つ或いはより多くのマトリ
ックスの重なり点を形成するために第２の組みを横切り
、第１の組みは第２の組みから架橋重合体の電気変換材
料、便利なように、電気的導電材料で充填された架橋結
合の弾性体により分離されているセンサーマトリックス
を提供している。
架橋重合体を電気変換材料に用いることにより、耐久性
を有する組みになることが見い出されている。
この発明の別の態様において、ｔＪ＆１と第２の導体の
組みを含み、第１の組みは、１個或いはより多くのマト
リックスの重なり点を形成するために第２の組みを横切
り、第１の組みは第２の組みから、固い弾性体の電気変
換材料により分離されたセンサーマトリックスが提供さ
れている。この材料は繊維、粒子又は連結した層であっ
てもよい。
“固い弾性体”の材料はここでは、ＡＳＴＭ　　Ｄ７８
５に従って測定したロックウェル固さがＲ１００よりも
大きく、そして、弾性係数が（２×１０５ボンド／平方
インチ）１３７９　ＭｅｇａＰａｓｃａｌｓよりストい
材料を意味するものとして解釈される。
固い弾性体の変換材料は多数の方法のうちのいずれか一
つにより導体に適用され、この材料は適用の方法を決定
している。この材料は、例えば、カーバイド、酸化物、
シリコンのような成分のほう素化物や窒化物、例えばシ
リコンカーバイド又は成分のシリコン又はカーボンを適
した物理的形態になしたもの、例えば７モル７７ス　シ
リコン又はアモルファス　カーボンであってもよい。適
するように固い有機材料、例えば、部分的にカーボン化
されたポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はポリピロー
ルが用いられてもよい。この材料に要求される性質は、
例えば抵抗の場合、もし必要ならば、シリコンを添加す
ることにより又はＰＡＮのカーボン化の程度を制御する
ことにより調節されてもよい。この固い弾性体の材料は
、例えば電気的に部分抵抗を有する変換材料とすること
によリ、このまま変換材料としてもよい。選択的に、こ
の固い弾性体の材料は、例えば、電気的に部分抵抗を有
する材料によりテキスタル繊維をしみ込ませたり被覆す
ることにより、変換器となるようにしてもよい。
固い弾性体の材料は、例えば先の提案された弾性体の材
料と比較して組みの圧縮力は軽減されるので、配列がこ
うむる固有抵抗のドリフＦはより少なくなるという点で
有利となる。固い弾性体の材料による厚さは弾性体の材
料の厚さと比較して小さくなるので、特に細い導体が選
ばれたとき、高い空間性を可能にすることがでトる。材
料が耐火性或いは融点の高い有機繊維のとき、高温での
運転が可能である。
好ましくは、この発明の態様のいずれかによる変換材料
は電気的に部分抵抗を有する材料であるが、例えば静電
容量のような電気的に可変のもので、もし適しているな
らば用いてもよい。
この発明のすべての態様において、電気的に部分抵抗を
有する材料とは、この材料に結合される導体の抵抗率よ
りも、有利なように少なくとも１０倍以上、好ましくは
１０００倍以上の大きい抵抗率を有していて、そして、
もし材料が２本或いはより多くの異なる抵抗率の導体と
結合されたとぎ、材料の抵抗率は、より高い或いは最も
高い抵抗率の導体の抵抗率よりも大きくなるべきである
ことを意味している。有利なように、この発明の装置に
おける電気的に部分抵抗を有する材料は、大きくても１
０１０オーム・ｅｌｆｌ、好ましくは１０コないし１０
１０オーム・ｅｌｌｌとの間であり、より好ましくは１
０１と１０６オーム・Ｃｌ１１との間、そして特に正確
には１０３オーム・ｅｍである。
この発明のすべての態様によるところのより好ましいセ
ンサー配列は、少なくとも−組みの個々の導体は個々に
部分的に抵抗を有する材料により覆われるようにして、
−組みの全体が他の組みとから連続したシーＦやマット
により分離するよりも、むしろ、導体の行の組みの各々
の行間でそして／又は列の組みの各々の列間で絶縁ギャ
ップが設けられるようにする。有利なように、各々の導
体は、例えば一般の絶縁された電線と同様に、実質上丸
い円柱状に包囲さ°れるが、ただし通常の高抵抗の絶縁
ではなく、部分的に抵抗を有する材料により包囲される
。導体の組みの１つのみが電気変換材料により包囲され
たとぎ、他の組みの導体は金属の細長い片又はワイヤ又
は他のいずれかの適した導電性金属を含んでもよい。連
続した部分的に抵抗を有する重合体の被覆が用いられる
ときは、前もって被覆された（好ましくは溶融押出によ
る被覆）導体が用らいられてもよい。
導体は１本の或いは多数のより線そしてステンレス鋼、
スズをかぶせた銅そしてカーボン繊維を含む、適した材
料を含んでもよい。この材料及び導体の直径はセンサー
の用途に依存している。例えば、導体がｗ！、維状の変
換材料により囲まれている圧力センサーに対しては、セ
ンサー配列の重なり点における導体に０．２Ｎから５Ｎ
の間の力が加えられる箇所では直径０．１鰭のステンレ
ス鋼の導体が選ばれるのｌこ対し、５Ｎから１００Ｎの
開の力が加えられる箇所では直径ｌｌｌｌ１１１のステ
ンレス鋼の導体が選ばれる。マトリックス導体の各々の
行又は列は、電気変換材料により囲まれた１本の導体で
あってもよく、多数の導体で、この各導体が電気変換材
料により囲まれていてもよい。
連続した或いは繊維状の電気変換材料、一般には電気的
に部分抵抗を有する材料に加えて、微粒子を用いてもよ
い。微粒子化の層は次に示すことを除けば一般に鉱物の
絶縁ケーブルにおける鉱物の層と類似している。即ち、
絶縁用粒子は、この発明に上るセンサーを提供するため
にグラ７アイトパウダーのように、部分的に抵抗を有す
る粒子に取り替わることができ、そして、好ましくは粒
子は、フレキシブルな導体材料、例えば重合層を用いた
外装により囲まれているのがよい。
配列が織物の形態である、より好ましい具体例として、
サイズ上の限界のみが、總り（！み）８！のサイズと、
数千の重なり部を調べるための支持用電子装置の能力と
によりセットされる。なぜならばセンサー配列は織物で
あるため、７レキシプルであり、そして、例えばそれ自
体が固い或いはフレキシブルである適した形をなす裏面
に接合されることにより、いかなる所望の形にも形成す
ることができる。
上述した態様のすべてにおいて、配列が圧力センサーの
とき、重なり点での圧力は、配列のこの重なり部で交わ
る行と列の導体間の電流通路における測定しうる抵抗変
化を生じ、このように各々の重なり点に加えられる圧力
を確めることができる。適切な回路を使用することによ
り、例えばパーブリック論文に記述されたようなりロス
トークによるエラーを最少限にすることができる。
特により好ましい具体例では、この発明は、間隔を隔て
た導体の行と間隔を隔てた導体の列とによる格子を含む
センサーマトリックスを提供していて、行の個々の導体
、列、又は行と列は固い弾性体、電気的に部分抵抗を有
する繊維により囲まれ、有利なようにその部分にらせん
状に巻かれ、そして、ｗＬａによって囲まれた行と列は
互いに同一の或いは異なった織物に編まれている。
導体に適した重合体による被覆を用い、これは部分的に
抵抗を有する重合体の被覆或いは繊維状や微粒子の部分
的に抵抗を有する材料上の被覆であってもよく、重なり
点は、溶剤又は熱や圧力により或いは導電性粘着テープ
により、互いに結合され、物理的により安定した構造に
され、この結合は実質上被覆の残りの部分と互いに架橋
による結合となる。
配列を構成する選択的な方法は、導体の配列を要求され
るように並びかえることであり、それから適した構造の
配列を浸したり、塗ったり或いはスプレーすることによ
り、変換材料の被覆を適用する。表面張力の影響は個々
の導体間における構成を引きっけ、結合された重なり点
を形成する。
圧力に加えて、他のパラメータ、例えば温度も又この発
明によるセンサーにより、感知され得る。
温度センサーに対しては、有利なように重要である負の
抵抗温度係数（ＮＴＣ）又は正の抵抗温度係数（ＰＴＣ
）を有する変換材料により導体の周囲は囲まれる。
適したＮＴＣ材料は例えばカーボナイズド　ポリアクリ
ロニトリル又はアモルファス　シリコンを添加したよう
な半導電の被覆材料を含み、ＰＴＣ材料は例えば公知の
カーボンブラックと有機重合材料を混合したものを含み
、これはレイケムコーポレーションから広く市販されて
いる自己抑制の加熱用ケーブル“オートレース”（商標
）であり、この種の材料は公開された多数の特許明細書
に記述されている。
導体の格子における重なり点は上述したように相互に結
合されてもよい。これは、温度の変化に起因する抵抗変
化のみを実質的に測定されるように、重なり点の幾何学
的な動きを限定することが望ましい温度センサーにおい
ては特に重要である。
この発明によるセンサー配列、特に圧力センサー配列は
、広い応用を有する。圧力センサーの配列は、表面上の
人間や荷物のように対象物に対応して大小面積の発生圧
力図に用いられてもよい。
ある場合にほこの情報はＶＤＵのようなモニター上で実
時間で連続して表示されることが必要となることがあり
、他面、特定の時間帯をカバーした情報が、後のデータ
と調べるために貯えられてもよく、ＶＤＵ上或いは他の
いくつかの様式におけるデータのいずれが一方は例えば
プリントアウトされた数値であってもよい。
配列からの情報は便利なようにマイクロコンピュータに
入力されるので、データはその後、個々の応用の要求に
応じた種々の方法で処理される。例えば、配列の特定の
面積（又は全体の面積）に加えられた力は、面積と個々
の重なり点での圧力がわかっているので計算することが
できる。
多数のうちの中心のような他の量が測定されてもよい。
他の応用として、覆われた面積にのみ関心がある場合に
は、例えば、あるしきい値を超える面積の合計の比率に
より計算されうる。他の応用においては、目的或いは特
性の確認が要求されてもよい。圧力データは多分同様に
カメラからの可視情報に数値化され、よく知られたよう
に、コンピュータ内のアルゴリズムにより形又は特性が
確認される。例えば、このような可視装置は、組立ロボ
ットを制御するために情報をフイードバッりさすために
用いられる。
この発明による圧力センサーは機械的把握装置を改善す
るために使用されることがで外、特に部品の方位の検知
用、そしてロボットにおけるすべり検知、そして同様に
生物医学の分野において、例えば合成皮膚として使用さ
れる。他の医学応用は、痛みを避けるためにベッドや単
いすに使用される圧力感知シート、足どりを分析するた
みに、足跡の圧力配分を測定するシート又はパッドを含
む。
この発明の圧力センサーは又、輸送産業に対して重要で
ある。圧力感知マット又はパッドを具体化した大型台ば
かり装置は、測定されるときの”車の荷物の合計を大型
台ばかりに流れる電流により測定することより、むしろ
、各車輪における荷物を測定することにより、阜の荷物
の配分を測定することができる。可搬式大型台ばかりで
例えば丸めることのできる圧力センサーを含むものは、
この発明を用いることによＩ）可能になる。細長い圧力
センサーを道路を横切って置くことにより、例えば、タ
イヤ幅、車輪間隔、車間の間隔、速度や交通密度を測定
する交通調査が実行されうる。このセンサー又は、車の
安全テストに対する衝撃圧力の配分を測定するため替え
玉の頭に具体化することかで外る。
他の応用はリフト又はエレベータ装置においてである。
負荷の合計又は配分そして／又はリフト又はエレベータ
の床の面積範囲を決定するためにリフトやエレベータの
床上に圧力センサーが置かれうる。それゆえ、このリフ
トは、別の乗客に対する余地がもはやない場合に必要な
停止装置の設置を不要とする。
さらに別の応用は、大面積の荷物配分又は面積範囲であ
る。手荷物や他の積荷の重量が等しく配分されなければ
ならない。飛行機や船舶における積荷面積は特に重要で
ある。
この発明によるセンサーの他の応用は、防犯警報マット
又はカーペット、土木工学や振動パターンの地図作成の
ような安全装置を含む。
この発明によって構成される種々のセンサーを、例とし
て、添付した図面にのみ関連して、以下に記述する。
第１図と第１Ａ図に関し、格子の行１０各々は個々に部
分抵抗の材料１４により丸い円柱形態に囲まれている導
体１２を含む。材料１４は架橋結合の弾性体の連続した
材料であるが図示のごとく、有利なようにらせん状に巻
かれたａ維である。好ましくはこの繊維は細く絞り出し
た人造ｉ維である。そこに直角に位置している列１６は
、同様に材料１４により囲まれた導体１２を含み、この
行と列はマトリックスの重なり点１５を形成している。
一つの列の導体と一つの行の導体との重なり点に圧力が
加えられたとき、２本の導体１２間に位置している材料
１４は圧縮される。これにより、双方の行における材料
と列における材料との接触面積が増加し、導体間の距離
が短かくなり、そして、繊維状に被覆されているととは
、同時に繊維の層において、電気的接触点の数が増加す
る（各々は抵抗を減少させるように働く）。
第２図しこ関し、材料１４により円柱状形態に囲まれた
導体１２の列１６は織物１８の中に編まれ或いは織物１
８に縫われていて、材料１４の外側表面のほとんどが布
の平面に位置するようにする。
このことが同様な織物の材料（図示せず）と接触をもつ
ことを可能にしている。
装置の抵抗は多数の方法のいずれかの−っによって測定
されてもよく、例えば、電位測定装置である。これは、
標準印加電圧に対して直列の標準測定用抵抗の電圧を測
定する方法であり、又、例えば、標準の印加電流に対し
、装置の電圧を測定する方法、又、例えば、標準印加電
圧に対して電流を測定する方法である。各々の場合にお
いて、装置は好ましくは、行／列の電位と電流を制御す
ることにより選択されそして絶Ｉ＆され、この制御と測
定は好ましくはコンピュータ制御される。このことが各
々の装置の迅速な検索を容易にしていて、第３図は、１
６Ｘ１６センサ一配列に対する適した検索回路の概要を
示している。
導体のただ１個の行と列の重なり点の抵抗が測定されう
る。選択的に、導体の組みの各々のうち、導体の多数は
グループをなすために相互に接続されることができ、そ
してこの全体としてのグループと、他の組みに関連した
１本の導体又は複°数の導体との間の重なり点の抵抗が
測定されうる。一つのグループに導体が相互に接続され
ると、測定される抵抗は各々の重なり点での抵抗の並列
加算であり、測定された合計の抵抗は、加えられた力に
対して結果として、より一致するという利点を有する。
同時により大きい合計の力が１本の導体よりも導体のグ
ループに対して加えられうる。
典型的な圧力センサーの配列における重なり点のように
、典型的な圧力変換器の抵抗に対して加えられる力は第
４図のグラフで示されている。変換器は、部分熱分解さ
れたボ４Ｊアクリロニトリルの繊維による６個のらせん
の包みにより囲まれた直径１ｍｍの多数のステンレス鋼
のより線の導体を含み、そして、すすがかぶせられた直
径ＩＩＩＩＩａの鋼の細長い導体が銅導体と直角に位置
している。
第５図に関し、番号４０として編まれたマトリックス配
列が示されていて、部分抵抗体４４により囲まれた行の
導体４２と列の導体４６を含んでいる。行と列の導体間
のいずれかの重なり点に加えられた圧力は、走査される
導体間での抵抗変化を生じさせる。列の導体４６は行の
導体４２のかわりに材料４４で囲まれてもよい。
第６図は、別のＩ！まれたマトリックス配列の形態を示
していて、電気的部分抵抗体材料４４により囲まれてい
る行の導体４２は織物の横糸を形成し、そして、列の導
体４６は縦糸を形成している。
充填用繊維４８、これはグラス、ケブラー又はレーヨン
のような不活性の材料により作られていて、同様に配列
内に編まれている。
第７図において、編まれたマトリックス配列は列の導体
４６を含み、各々は部分抵抗体の材料４４により囲まれ
ている。配列における各々の列は３本の列の導体から成
っている。行の導体４２は金属の細長い片の形態をなし
ている。多数の繊維によるグラス繊維５０も又、配列の
中に編まれている。第７図のａすれた配列の線Ａ−Ａに
沿った縦断面図は第８図に示されている。
この発明の一つの形態において、センサー配列における
重なり点の少なくともいくつかは、センサーにおける近
接した点から機械的に独立するように形成されていて、
使用状態でいずれかの点の一つで圧力が加えられること
による移動量により近接した点に移動してしまうといっ
た重大な動きを生じさせないようにしている。このよう
な機械的な独立の長所は、行と列とが比較的固い電気的
導体を含むセンサーマトリックスと比較することにより
理解されるであろう。このようなマトリックスにおいて
、ただ一つの重なり点に加えられる圧力は重大な動きを
生じさせ、そして、一つ或いはより多くの近接した点で
、これにより誤った信号を生じさせる。
好ましい機械的な独立は単に重なり点間の導体に十分な
ゆるみを有することにより達成されうる。
その場合には、配列を支持材上に設けそして支持材の裏
に導体の“超過”した部分を導き、配列面上の導体がた
るんだ状態になるのを避けることが一般に好ましい。重
なり点はこのようにして支持材から突き出した導体のル
ープにより形成される。
各々の重なり点の一つ域いは双方の導体に対して、ただ
一つの連続したフレキシブルな導体による部分とするよ
りはむしろ物理的に分離したフレキシブルな導体による
ループとするのがより好ましい。
これらの離れ離れの導体のループは、もし必要ならば、
互いに電気的に分離して、各々の導体が個々に活気づけ
られ感覚をもつようにしてもよい。
この支持物は連続した固体や織物のような不連続の本体
にしてもよくそして以下のように実現さ゛れる。即ち、
このようなループされた配列の少なくともいくつかの形
態は全て織ることによって作り出されてもよく、或いは
適切な層を設けた電気的導電より線と電気的絶縁より線
との組合わせを用いた同様な技術により、作り出されて
もよい。
しかし、各々の重なり点での２本の導体の１本は変換材
料を支える必要があり、この場合、他の導体は裸の導体
であり、双方の導体が同様に導体材料を支えてもよい。
ループされたセンサー配列の−っの可能な形態が第９図
及び第１０図に示されていて、固い回路板６０は、（ａ
）らせん状に巻きれた繊維状°の変換材料１４を有する
連続した直線の行の導体１２、そして（ｂ）物理的に離
れ離れの裸の導体による列のループ２０とを含む。ルー
プは回路板を通り抜けそして板の裏側で導電路２１に接
続される。各々のループの他端は板のいずれかの絶縁部
に適切に固定（図示しない）され、しかし、示されたよ
うにボードを通り抜けるときはそのようにする必要はな
い。
図示されたセンサーマトリックスは、ループ上の圧力に
より発生した信号を強める作用をなす所定長の繊維状の
変換材料３０の形態に任意の特長を与えていて、そして
、ある目的のためにはセンサーの物理的性能と感度とを
高めている。
次の例はこの発明の実例である。
凱 導体の被覆に部分抵抗体の繊維を使用 肛 部分抵抗体の綿繊維 所定長の２組みの綿は、鉄りロライＶ溶液に浸したあと
メチレンクロライドのピロール溶液に浸すことによって
電気的部分抵抗体にされる。吸収されたピロールは酸化
されそして塩素カウンターイオンにより電気的部分抵抗
体のポリピロールに形成される。
この綿は乾燥されそしてその後２層の綿に形成するため
に標準ワイヤデージ２２のすずをかぶせた銅より線にら
せん状に巻かれる。
これらの被覆された長さ５ｃＬ１１のワイヤーの組みは
適した絶縁板上に互いに２■の間隔でもって平行に配置
される。
このワイヤーは絶縁用のひも糸に織り込むことによって
互いに固定されそしてワイヤーの２組みは、このように
形成されたマ）　リックスの各々の点の抵抗を測定する
ための適した複数の電子装置に接続される。
抵抗の値は、コンピュータのソフトウェアにより自動的
に進行される測定手順を用いて、力或いは圧力値に変換
される。各々の点における力の値は例えばスクリーン上
にも多数の値又は色区分の地図として表示される。
鮭 ポリアクリロニトリル繊維 直径１０μｍの酸化ポリアクリロニトリル繊維からなる
所定長の原料繊維は相互によられ正確に９００デシテツ
クスの紡いだ繊維に形成される。
この紡いだ繊維は、編むことによって標準ワイヤーゲー
ジ２２のステンレス鋼のワイヤーを覆うために用いられ
る。この被覆されたワイヤーはその後相互に纒まれ、マ
トリックスの重なり点を形成する。他の適した繊維は強
化或いは電気的に絶縁するために随意にこのような縫物
に具体化される。
このように形成された″織物”は７００℃の窒素の中で
高温加熱される。繊維は部分的にカーボン化されそして
結果、電気的部分抵抗体となる。
例１におけるように、配列は、各々の重なり点を検索し
、各々の点における圧力が計算され表示されるだめの適
した電子装置に接続されてもよい。
鮭 例２は、酸化ポリアクリロニトリル繊維が直径ｌｌ６Ｉ
ｏのステンレス鋼のワイヤーの囲りにらせん状に巻が・
れる以外はくり返しである。ワイヤーの囲りに６層の繊
維が巻かれ、そして被覆されたワイヤーは、直径１ｍｌ
１１のすずをかぶせた銅の細い片を用いて織物に織るに
先立ち、高温に加熱される。
ト ポリアクリロニトリルの繊維で囲まれた導体は、例３で
記述したと同様に作られる。電気的導電重合材料の薄く
寸法の短い熱収縮スリーブは、導体を囲んでいる繊維の
上に、この導体の長さに沿って規則正しい間隔でもって
熱収縮される。この被覆された導体はその後所定長の金
属導体を用いて共に織物に纒まれ、横糸としてのポリア
クリロニトリル繊維と縦糸として金属導体とによるマト
リックス配列に形成される。
例５ 例４は、短い長さの熱収縮重合スリーブが薄い押出しの
導電性弾性材料の層に置き替えられる以外は、くり返し
である。
部分抵抗の弾性体の使用 性炙 重量１２％で導電ブラックを含むカルシウム（Ｋｅｔｊ
ｅｎ−商標）とＥ　Ｐ　Ｄ　Ｍ（Ｖ　１ｓｔａｌｏｎ−
商標）と適した酸化防止剤（そして架橋作用物）との混
合物が普通のプラスチックスの混合装置を用いて混ぜ合
わされる。
複合物はそれから小粒子化されそしてクロスヘッドの押
圧機により細いワイヤーに押し出される。
被覆されたワイヤーはそれから高いエネルギー電子を用
いてｃａ、　　１０　　Ｎｒａｃｌに照射される。これ
により重合体を架橋結合にし、これにより、力を受ける
圧縮装置に向くようにしむけられる。
この所定長の被覆されたワイヤーは支持用織物の中に縫
われ、重なり点でマトリックスが形成される。
先の例におけるように、各型なり点における圧力は決め
られてもよく又、表示されてもよい。
部分抵抗体の粒子の使用 り 普通の重合材料から作られそして部分抵抗を持たせるた
めにカーボンブラックの粉末が装填された薄い壁のチュ
ーブは押し出しにより作られる。
ワイヤー導体は、チューブの壁と接触しないことを確実
とする適切なワイヤーを用いてチューブに挿入される。
空気の流れを用いて、チューブは、例えばグラ７アイト
パウダー、ボロンカーバイド、シリコンカーバイド、酸
化ニッケル、酸化鉄、金属コーティングのグラス球等が
ら選択した部分抵抗体の粒子で満たされる。
これら多数の充填されたチューブはその後編まれ、マト
リックスの重なり点が形成される。
薄い壁のチューブを押し出した後、ただし粒子が満たさ
れる前に、チューブは例えば照射により架橋構造にされ
てもよく、そして熱収縮性となるように膨張される。こ
のチューブはその後部分抵抗体の粒子の上に収縮され、
ある場合には、便利なように共に粒子を圧縮させる。
温度センサー 鮭 ＰＴＣ重合材料はクロスへラド押出器によりワイヤー導
体上に押し出される。この被覆されたワイヤーはその後
共に１７Ａ＊れてマトリックスの重なり点が形成される
。このように、形成された織物は他の支持材又はグラス
７アイパーのように強化繊維に具体化される。重なり点
は、熱又は圧力を用いて相互に接続される。被覆はその
後イオン照射により架橋結合にされる。
重なり点での抵抗は、正の係数を有する温度に依存して
いて、変化の起こる温度範囲は材料の重合体成分の結晶
融点に依存している。
［発明の効果］ この発明によれば配列のいたるところの随所で電気抵抗
のすぐれた規則性と、配列の各々の重なり点の繊維によ
り提供される多数の電気的接触部による大きい抵抗変化
とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、導体が個々にらせん状に巻かれた繊維によっ
て囲まれているセンサー配列と斜視図、第１Ａ図は＄１
図のらせん巻き部の拡大図、第２図は、導体の組みが織
物に編まれた配列の部分斜視図、第３図は、配列検索手
段のブロック図、第４図は、圧力変換器の力に対する抵
抗を示すグラフ、第５，６図及び７図は行と列が編まれ
た配列の遠近画法図、第８図は、第７図の線Ａ−Ａに沿
った縦断面図、そして第９図及第１０図はループ導体を
用いたマトリックスの選択的形態の側面図と正面図であ
る。 １０・・・行、１２・・・導体、１４・・・部分抵抗の
材料、１５・・・マトリックスの重なり点、１６・・・
列。 特許出願人　レイケム・リミテッド 化　理　人　弁理士　青白　葆　外２名図面の浄書（内
容に変更なし） Ｆｉｇ、９、 手続補正書（自発） 昭和６０年８月１日 昭和６０年特許願第　０９５３３９　　　　　号２発明
の名称 センサー配列 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 ヒルデインダス　７番、ロールヌ・ハウス名称　レイケ
ム・リミテッド ４、代理人

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）センサーマトリックスは、第１と第２の導体の組
    みを含み、第１の組みは第２の組みを横切り、１つ或い
    はより多くのマトリックスの重なり点を形成していて、
    そして電気変換材料により少なくとも１つの重なり点で
    第２の組みと分離されていて、第１の組みと第２の組み
    とは１個の織物或いは個々に分離した織物に組まれる。
  2. （２）第１の組みの各々の導体そして／又は第２の組み
    の各々の導体は個々に電気変換材料により囲まれている
    特許請求の範囲第１項に記載のセンサー。
  3. （３）織物は編まれた織物である特許請求の範囲第１項
    ないし第２項に記載のセンサー。
  4. （４）導体は織物の表面から突き出している特許請求の
    範囲第１項ないし第３項に記載のセンサー。
  5. （５）センサーマトリックスは第１と第２の導体を含み
    、第１の組みは第２の組みを横切り、少なくとも導体の
    いくつかは、少なくとも部分的に繊維の変換層により囲
    まれていて、センサーにより感知される状態に反応して
    検知しうる電気的特性の変化を生み出すように作用する
    ことができる。
  6. （６）第１の組みの各々の導体そして／又は第２の組み
    の各々の導体は個々に一層又はより多くの層の繊維によ
    り囲まれていて、この繊維は好ましくは各々の導体の周
    囲にらせん状に巻かれている特許請求の範囲第５項に記
    載のセンサー。
  7. （７）センサーは間隔を隔てた導体の配列を含み、この
    導体は実質的に規則正しくかつ電気変換材料の層によっ
    て個々に囲まれていて、この電気変換材料は、センサー
    により検知される状態に反応して電気的特性の検知しう
    る変化を与えるように作用することができる。
  8. （８）電気変換材料は連続していて、粒子化された或い
    は繊維状の層である特許請求の範囲第７項に記載のセン
    サー。
  9. （９）電気変換材料は連続した層であり、そして導体の
    少なくともいくつかはセンサーに組む前に連続した層で
    あらかじめ被覆されている特許請求の範囲第８項に記載
    のセンサー。
  10. （１０）第１の導体の組み、第２の導体の組み或いは第
    １と第２の組みの双方が第１項によるところの１個の織
    物或いは個々に分離した織物に組まれる特許請求の範囲
    第５項ないし第９項に記載のセンサー。
  11. （１１）センサーは第１と第２の導体の組みを含み、第
    １の組みは１個或いは、より多くのマトリックスの重な
    り点を形成するために、第２の組みを横切り、第１の組
    みは第２の組みから固い弾性体の電気変換材料により分
    離されている。
  12. （１２）センサーは第１と第２の導体の組みを含み、第
    １の組みは１個或いは、より多くのマトリックスの重な
    り点を形成するために第２の組みを横切り、第１の組み
    は第２の組みから架橋結合の重合体の電気変換材料によ
    り分離されている。
  13. （１３）重合体は弾性体である特許請求の範囲第１２項
    に記載のセンサー。
  14. （１４）変換材料の層は電気的部分抵抗体の材料である
    特許請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれかの項に
    記載のセンサー。
  15. （１５）電気的に部分抵抗体の材料は、この材料に結合
    される導体の抵抗率よりも少なくとも１０００倍以上大
    きい抵抗率を有し、そして、もし材料が２本或いはより
    多くの異なる抵抗率の導体と結合されたとき、材料の抵
    抗率は、より高い或いは最も高い抵抗率の導体の抵抗率
    よりも少なくとも１０００倍以上大きく、そして好まし
    くは部分抵的抗体の材料は大きくても１０＾１＾０オー
    ム・ｃｍの抵抗率を有する特許請求の範囲第１４項に記
    載のセンサー。
  16. （１６）第１と第２の導体の組みは格子の形態をなし、
    第１の組みは行の導体の組みであり、第２の組みは列の
    導体の組みである特許請求の範囲第１項ないし第１５項
    のいずれかの項に記載のセンサー。
  17. （１７）電気的変換の層に加えて、導体は連続した或い
    は不連続の電気的部分抵抗体又は導電材料により囲まれ
    ている特許請求の範囲第１項ないし第１６項のいずれか
    の項に記載のセンサー。
  18. （１８）感知される状態が重なり点の一つ或いはより多
    くの点で生じたとき、配列における導体の１つ又はより
    多くの重なり点での個々の読取可能な電気的変化を提供
    するように配列された特許請求の範囲第１項ないし第１
    ７項記載のいずれかの項に記載のセンサー。
  19. （１９）圧力変換器は、少なくとも２本の電極を含み、
    導体の少なくとも１つは繊維の層により囲まれていて、
    導体が互いの方向に押されたときの電気的特性の感知し
    うる変化を生み出すことができる。
  20. （２０）上記電気的導体は織物に編まれる特許請求の範
    囲第１項ないし第１９項のいずれかの項に記載のセンサ
    ーの製造方法。
JP60095339A 1984-05-04 1985-05-02 センサ−配列 Pending JPS6110734A (ja)

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