JPS6334413B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電性繊維を用いた簡単な構造の新規
な感圧センサーに関するものである。

感圧センサーは外部からの荷重を検知するもの
であり、各種装置に組込まれて使用され、検知し
た荷重すなわち入力信号が装置内の変換器等によ
つて目的に応じた出力信号に変換されるシステム
の一端を担うものである。

本発明は受ける荷重に応じてその電気抵抗が連
続的に変化する簡単な構造で安価な感圧センサー
を提供するものである。

又、本発明は多数本の導電性繊維が単独又は他
の非導電性繊維と混合されて互に絡み合わされ、
その形状が保持されてなる弾力性を有する密度
0.1〜0.5ｇ／cm³の繊維製交絡体に１対の電極が接
触して設けられ、少くとも電極の外面に絶縁体が
設けられており、交絡体が荷重を受けることによ
り圧縮されて交絡体の密度が増加し、導電性繊維
どうしの接触部分も増加し、その結果電気抵抗が
変化することを原理とするものである。

以下、図面を参照しながら本発明について説明
する。

第１図は本発明の一実施態様を示す断面図であ
る。第１図において、１は繊維製交絡体、２，
２′は電極、３は絶縁性セル、４は絶縁性ケース、
５はコイルばね、６は導線である。

繊維製交絡体１は長さ0.3〜20mmとなされた多
数本の導電性繊維が単独又は導電性繊維とほぼ同
形状の他の非導電性繊維と均一に混合合されて互
に絡み合わされている。交絡体１は絶縁性セル３
内に充填されてその形状が保持され、密度0.1〜
0.5ｇ／cm³となされている。導電性繊維としては、
合成繊維または天然繊維にシアン基を介して硫酸
銅が含有されたものであつて、例えばシアン基を
最初から有するアクリル繊維またはアクリル系繊
維、シアン基を含有させたポリアミド系繊維、ポ
リエステル系繊維、レーヨン繊維、キユプラ繊
維、動物性繊維又は植物性繊維にそれぞれ硫化銅
が含有され、比抵抗が10^-3〜10⁰Ω・cmの繊維が
使用される。たとえばサンダーロンSS−Ｎ（日本
蚕毛染色社の登録商標）比抵抗10^-1Ω・cmのもの
が好適に使用される。非導電性繊維としては、適
宜合成繊維、天然繊維等が使用されればよい。

交絡体１を形成する上記繊維長さは、あまり短
かすぎると繊維が粉状となり絶縁性セル３内に密
に充填されすぎ、繊維のもつ弾力性がそこなわ
れ、交絡体１が受ける荷重に応じた電気抵抗を示
さなくなる。又、逆にあまり長すぎると導電性繊
維を均一に混合できなくなり、センサーとしての
精度低下をきたす。従つて繊維長さは0.3〜20mm
とするのが好ましい。

交絡体１の密度は、あまり小さすぎると交絡体
１が受ける荷重の変化に対して電気抵抗が急激に
変化することになり、センサーとしての精度低下
をきたす。又、逆にあまり大きすぎると交絡体１
が受ける荷重の変化に対して電気抵抗の変化が鈍
くなる。従つて、交絡体１が受ける荷重の変化に
対して漸次連続的に電気抵抗を変化させるには、
交絡体の密度を0.1〜0.5ｇ／cm³とするのが好まし
い。ここで密度とは見かけ比重をいう。

電極２，２′は交絡体１を挟着するようになさ
れ、一方の電極２は交絡体１が充填された絶縁性
セル３の底部に、他方の電極２′は絶縁性セル３
の上部開口部に設けられている。又、電極２′は
断面略Ｔ形となされて絶縁性セル３内に摺動可能
に挿入され、電極２′と絶縁性セル３間に設けら
れたコイルばね５によつて支持されている。電極
２′の外面には絶縁性ケース４が被せられている。
なお、電極２′の形状は断面略Ｔ形に限定するも
のではなく、交絡体１の上面に接触する適宜形状
のものであればよい。

導線６は電極２，２′に接続され、その端部は
電源、変換器等の装置に接続されるようになされ
ている。

この第１図の場合は絶縁ケース４に下方に向け
て荷重をかけると、交絡体１が電極２′により圧
縮され、その密度が増加し、電気抵抗が変化する
ものである。第２図はこの荷重と電気抵抗の関係
の一例を示すグラフであつて、荷重の変化に対し
て電気抵抗が漸次連続的に変化する特性を示して
いる。又、第２図は第１図における交絡体１を長
さ0.5mmの導電性繊維サンダーロンSS−Ｎ（日本蚕
毛染色社の登録商標）のみから形成し、その密度
0.28ｇ／cm³とし、絶縁性セル３の直径ａを２cmと
した場合を示す。

第３図は本発明の他の実施態様を示す断面図で
ある。第３図において、４′は絶縁性ケース、そ
の他の番号は第１図のものと同様なものを示す。

繊維製交絡体１は長さ20〜180mmとなされた多
数本の導電性繊維が他の非導電性繊維に３〜70％
混紡されて、厚み３〜20mmのフエルト状となされ
て形状保持されている。導電性繊維、非導電性繊
維としては第１図のものと同種のものが使用され
る。

交絡体１を形成する上記繊維長さは、あまり短
かすぎても、長すぎても弾力性を有するフエルト
状のものが得られず、センサーとしての精度低下
をきたすもので、20〜180mmとするのが好ましい。

導電性繊維の混紡率はあまり小さすぎると交絡
体１に導電性がなくなり使用不可能となり、あま
り大きすぎると交絡体１が受ける荷重に対して電
気抵抗が急激に変化することになり、センサーと
しての精度低下ときたすので、３〜70％とするの
が好ましい。

交絡体１の厚みはあまり薄すぎると交絡体１が
受ける荷重に対して電気抵抗が急激に変化し、セ
ンサーとしての精度低下をきたし、あまり厚すぎ
るとフエルト状にできなくなるので、３〜20mmと
するのが好ましい。

電極２，２′は交絡体１を挟着する板状となさ
れ、電極２，２′の外面に交絡体１を保護する如
く絶縁性ケース４，４′が設けられている。

又、絶縁性ケース４，４′間にコイルばねが設
けられてもよい。このコイルばねは上記ケース
４，４′の間隔を適宜に保持すること及び繊維製
交絡体１の弾性負担を調整し且つ補助手段として
使用されるものである。

この第３図の場合も第１図の場合と同様に絶縁
ケース４に下方に向けて荷重をかけると、交絡体
１が圧縮されてその密度が増加し、電気抵抗が変
化する。又、この荷重と電気抵抗の関係も第２図
とほぼ同様な傾向を示す。たとえば第４図の如き
傾向を示し、この場合、第３図における交絡体１
を導電性繊維サンダーロンSS−Ｎ（日本蚕毛染色
社の登録商標）を非導電性のアクリル繊維に５％
混紡してフエルト状とし、その密度0.19ｇ／cm³寸
法は縦４cm、横５cm、厚み５mmとした場合を示
す。

第５図は本発明のさらに他の実施態様を示す断
面図である。第５図において、７，７′は絶縁体、
その他の番号は第１図及び第３図のものと同様な
ものを示す。

この第５図の場合は、繊維製交絡体１が第３図
のものと同様にフエルト状となされ、絶縁体７，
７′間に適宜間隔をおいて複数個挟着されている。
各交絡体１，１…は第６図の如く端部において電
極２によつて連結されている。又、絶縁体７，
７′間にコイルばね５が設けられ、絶縁体７，
７′の外面に絶縁性ケース４，４′が設けられてい
る。

この第５図の場合も第１図及び第３図の場合と
同様に絶縁性ケース４に下方に向けて荷重をかけ
ると、各交絡体１，１…が圧縮され、それぞれの
密度が増加し、各交絡体１，１…を組合わせた電
気抵抗を示すものである。

又、本発明において、交絡体１、電極２，２′
は絶縁体により被覆されて耐水性等が付与されて
いることが好ましい。又、荷重と電気抵抗の特性
は目的に応じて、交絡体の密度、繊維長さ、導電
性繊維の混紡率、交絡体の厚み等を適宜選択組合
わせればよく、必ずしも第２図や第４図のグラフ
のものに限定されるものではなく、荷重の変化に
対して電気抵抗が漸次連続的に変化するようにな
されるものである。

以上詳述した如く、本発明は多数本の導電性繊
維が単独又は他の非導電性繊維と混合されて互に
絡み合わされ、弾力性を有する繊維製交絡体に１
対の電極が接触して設けられているので、構造が
きわめて簡単であり、薄くコンパクトにでき、安
価なものが得られる。又、構造が簡単でメカニズ
ムの要素がないので、故障がなくメンテナンスが
いらないと共に、震動、衝撃等の不必要な外力に
対して影響を受けない。

また繊維製交絡体を構成する導電性繊維として
シアン基を介して硫酸銅が含有され、比抵抗が
10^-3〜10⁰Ω・cmとなされた合成繊維または天然
繊維が使用されているので、導電性に優れ交絡体
が受ける荷重に応じてその電気抵抗が漸次連続的
に変化すると共に、荷重の変化が微量であつても
電気抵抗が敏感に増減し、各種装置に組み込んで
使用する場合、荷重に応じて電気抵抗の連続的変
化を変換器を介して他の出力信号の連続的変化に
変換できると共に感圧精度が向上し、このため感
圧センサーとして、重量計、圧力計、可変抵抗
器、その他のロボツト部品等に組み込んで使用す
ることができる。

さらに、繊維製交絡体の密度が0.1〜0.5ｇ／cm³
の範囲となされているので弾力性に富み、該交絡
体が受ける荷重の変化に対して常に所定の電気抵
抗を示し、長期にわたつて感圧精度が維持され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す断面図、第
２図は本発明における荷重と電気抵抗の関係の一
例を示すグラフ、第３図は本発明の他の実施態様
を示す断面図、第４図は本発明における荷重と電
気抵抗の関係の他の例を示すグラフ、第５図は本
発明のさらに他の実施例を示す断面図、第６図は
第５図−線における一部切欠断面図である。 １……繊維製交絡体、２，２′……電極、３…
…絶縁性セル、４，４′……絶縁性ケース、５…
…コイルばね、６……導線、７，７′……絶縁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 合成繊維または天然繊維にシアン基を介して
   硫化銅が含有され、比抵抗が10^-3〜10⁰Ω・cmの
   導電性繊維が単独または他の非導電性繊維と混合
   されて互いに絡み合わされ、その形状が保持され
   てなる弾力性を有する密度0.1〜0.5ｇ／cm³の繊維
   製交絡体に一対の電極が接触して設けられ、少な
   くとも電極の外面に絶縁体が設けられており、交
   絡体が受ける荷重に応じてその電気抵抗が漸次連
   続的に変化するようになされた感圧センサー。 ２ 繊維製交絡体を形成する導電性繊維、非導電
   性繊維の繊維長さが0.3〜20mmとなされ、該交絡
   体が、上部が開口された絶縁性セル内に充填され
   て形状保持され、上記セルの底部、開口部側に交
   絡体を挟着する電極が設けられ、セルの開口部側
   が受圧面となされた特許請求の範囲第１項記載の
   感圧センサー。 ３ 長さ20〜180mmとなされた多数本の導電性繊
   維が他の非導電性繊維に３〜70％混紡されて繊維
   製交絡体が形成され、該交絡体が厚み３〜20mmの
   フエルト状となされて形状保持された特許請求の
   範囲第１項記載の感圧センサー。