WO2013122038A1 - 布状圧力センサ - Google Patents

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WO2013122038A1
WO2013122038A1 PCT/JP2013/053216 JP2013053216W WO2013122038A1 WO 2013122038 A1 WO2013122038 A1 WO 2013122038A1 JP 2013053216 W JP2013053216 W JP 2013053216W WO 2013122038 A1 WO2013122038 A1 WO 2013122038A1
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cloth
pressure sensor
fiber layer
conductive
fiber
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PCT/JP2013/053216
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三浦　宏明
寸田　剛司
康弘 福山
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日産自動車株式会社
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    • B60N2/0272—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation with logic circuits using sensors or detectors for detecting the position of seat parts

Definitions

  • the present invention relates to a cloth-like pressure sensor [sheet pressure sensor] capable of measuring pressures at a plurality of parts.
  • Patent Document 1 discloses a planar input device using a pressure-sensitive conductive rubber as a planar pressure sensor.
  • the planar input device has a three-layer structure in which a sheet-like pressure-sensitive conductive rubber is sandwiched between a pair of polyester sheets. When pressure is applied to one of the polyester sheets, the conductive rubber sheet is deformed and conductive. The electrical resistance of the rubber sheet is reduced. A change in pressure is measured based on the change in electrical resistance.
  • the pressure sensor plane input device
  • the surface layer position where the human body is touched or close to the human body
  • the conductive rubber sheet does not have air permeability, comfort is reduced due to stuffiness or the like.
  • the rigidity in the vicinity of the hole is lowered and is easily deformed by pressure. For this reason, the deformation amount at the time of pressure load is different between the vicinity of the hole and the other part, and the conductive rubber sheet is complicatedly deformed, making it difficult to measure the pressure change.
  • An object of the present invention is to provide a cloth-like pressure sensor that can detect pressure while having a breathability by giving a pressure detection function to a fiber layer.
  • a feature of the present invention is a cloth-like pressure sensor, which is a first fiber layer, a second fiber layer that is spaced from and opposed to the first fiber layer, the first fiber layer, and the second fiber layer.
  • a third fiber layer provided between the plurality of first conductive portions, wherein the first fiber layer electrically insulates the plurality of first conductive portions from each other.
  • One non-conductive portion, the second fiber layer has a conductive second conductive portion, and the third fiber layer is one of the plurality of first conductive portions and the second conductive portion.
  • the cloth pressure sensor Extending from the other to the other, and having a plurality of connecting yarns for electrically connecting the plurality of first fiber layers and the second fiber layer with a predetermined electrical resistivity, the cloth pressure sensor, A measuring instrument for measuring an electrical resistance between at least one of the plurality of first conductive portions and the second conductive portion; The at least one of the plurality of first conducting portions or the second conducting portion is deformed by a pressure load and is short-circuited with the at least one of the plurality of first conducting portions or the second conducting portion.
  • a cloth-like pressure sensor is provided.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a seat provided with a first or second embodiment of a cloth-like pressure sensor on a seating surface.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the structure of the cloth-like pressure sensor of the first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III shown in FIG. 2, wherein (a) shows a state before pressure loading, and (b) shows a state during pressure loading.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the electrical resistance value of the pressure sensor.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the structure of the cloth-like pressure sensor of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modified example of the connecting yarn, where (a) shows a first modified example and (b) shows a second modified example.
  • FIG. 7 is an enlarged perspective view of a conductive polymer fiber, wherein (a) shows the fiber made of a uniform material, and (b) shows the core-sleeve structure. And (c) the fiber having a side-by-side structure, and (d) the fiber having a sea-island structure (sea-island structure). (E) shows the fiber having a triangular cross-sectional shape, (f) shows the fiber having an astral cross-sectional shape, (g) Shows the fiber having a hollow structure.
  • FIG. 8 is a table showing specifications and evaluation results of the embodiment and the comparative example.
  • the cloth-like pressure sensor is used as a pressure sensor for an automobile seat and is provided on the seat surface of the seat.
  • the cloth-like pressure sensor 1 of the first embodiment includes an upper layer [upper layer] 2 (corresponding to a first fiber layer in a claim) and a lower layer 3 (in the claim). And a resistance variable layer 8 (corresponding to the third fiber layer in the claims).
  • the upper layer 2 includes an upper layer conductive portion [upper layer conductive portions] 4 (corresponding to the first conductive portion [first conductive portions] in claims) and an upper layer nonconductive portion [upper layer non-conductive portions] 5 (first claim in claims).
  • Non-conductive parts [first non-conductive portions]) are alternately arranged in parallel.
  • electrical_connection part 4 and the upper layer non-conduction part 5 are knitted continuously by switching the fiber which comprises each.
  • Each upper layer conductive portion 4 (4a, 4b, 4c...) Is formed of a silver coated fiber (Shaoxing ⁇ Yunjia Textile Product Co., Ltd.) (width 10 mm, long) 200 mm).
  • Each upper layer non-conductive portion 5 is formed of non-conductive polyester fiber (Central Fiber Materials Co., Ltd .: Gunze Polina) (width 2 mm, length 200 mm).
  • the lower layer 3 is formed of a lower layer conductive portion 6 (6a) in which a silver coating fiber (manufactured by Shaoxing Unjia Boshoku Co., Ltd.) is knitted into a sheet shape.
  • the resistance variable layer 8 is formed of connecting yarns 8 a reciprocated so as to electrically connect the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6.
  • the connecting yarn 8a is a conductive polymer fiber having a diameter of about 10 ⁇ m obtained by a wet spinning method. That is, the connecting yarn 8a (conductive polymer fiber) extends from one of the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 to the other.
  • the connecting yarn 8a uses acetone (Wako-Chemicals [WAKO-Chemicals]: 019-00353) as a solvent phase, and once filtered, an aqueous dispersion of conductive polymer PEDOT / PSS (manufactured by Heraeus GmbH). : Microsyringe (ITO MFG. Co., Ltd.) at a flow rate of 2 ⁇ l / min. [Ito Corporation]: MS-GLL100, inner diameter 260 ⁇ m). Measure the conductivity of this conductive polymer fiber according to JIS K 7194 (Testing method for conductive plastics with a four-point probe array) As a result, the electrical resistivity was about 10 ⁇ 1 ⁇ ⁇ cm.
  • the resistance variable layer 8 has a thickness of 10 mm and is parallel to the upper layer 2.
  • the gauge [gauge] and the number [number of feeder] are set such that the total cross-sectional area of the conductive polymer fiber occupies 50% within the unit area of the cut surface. ] Etc. were adjusted.
  • the upper layer electric wire 9a is electrically connected to the upper layer conductive portion 4a of the upper layer 2
  • the upper layer electric wire 9b is electrically connected to the upper layer conductive portion 4b
  • the upper layer electric wire 9c is electrically connected to the upper layer conductive portion 4c. It is connected.
  • a lower layer electric wire 10 a is electrically connected to the lower layer conductive portion 6 of the lower layer 3.
  • the upper-layer electric wires 9 (9a, 9b, 9c...) And the lower-layer electric wires 10 are connected to a resistance measuring device [resistance measurement] device] 15 (measuring instrument ”/ measurement means [measurement means] in claims). Yes.
  • the resistance measuring device measures a resistance value between the upper layer electric wire 9a and the lower layer electric wire 10, a resistance value between the upper layer electric wire 9b and the lower layer electric wire 10, a resistance value between the upper layer electric wire 9c and the lower layer electric wire 10, and the like. .
  • the length L of the connecting yarn 8a between the upper layer conductive portion 4a and the lower layer conductive portion 6a is expressed by the following equation (1) as a function of the pressure F applied to the cloth pressure sensor 1.
  • the coefficient ⁇ is a reciprocal value of the spring constant in the compression direction of the cloth pressure sensor 1.
  • L ⁇ F (1)
  • F pressure [Pa] applied to the cloth-like pressure sensor 1
  • ⁇ coefficient [mm / Pa]
  • the electrical resistance value R between the upper layer conductive portion 4a and the lower layer conductive portion 6a is expressed as follows using the electrical resistivity ⁇ , the length L of the connecting yarn 8a, and the cross-sectional area S of the connecting yarn 8a. 2) It is expressed by the formula.
  • R ⁇ L / S (2)
  • the connecting yarn 8a between the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 is independently maintained at a predetermined distance L as shown in FIG. To do.
  • pressure F is applied to the upper layer conductive portion 4
  • the upper layer conductive portion 4 is bent downward (toward the lower layer conductive portion 6) and connected to the upper layer conductive portion 4 as shown in FIG. 3B.
  • the connecting yarn 8a bends, and the connecting yarn 8a contacts the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 at the contact point B, respectively.
  • the connecting yarn 8a (conductive polymer fiber) is short-contacted with the upper layer conductive portion 4 and / or the lower layer conductive portion 6.
  • the energization path (indicated by a dotted line in FIG. 3B) between the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 has a length L ′.
  • This length L ' is shorter than the length L when the pressure F is not loaded.
  • the energization path has a length L ′′.
  • This length L ′′ is the length L ′ described above. Even shorter.
  • the electrical resistance value R between the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 is proportional to the (electrically effective) length L (L ′, L ′′) of the connecting yarn 8a, and the upper layer conductive portion 4
  • L the electrical resistance value
  • the cloth-like pressure sensor 1 has the air permeability and the upper layer. The pressure F applied to the conduction part 4 or the lower layer conduction part 6 can be measured.
  • the pressure F can be detected for each of the upper layer conductive portions 4a, 4b, 4c,..., But where the pressure F is loaded in the longitudinal direction of each of the upper layer conductive portions 4a, 4b, 4c. It cannot be detected.
  • the second embodiment to be described next it is possible to detect where the pressure F is applied in the longitudinal direction of each upper layer conducting portion 4a, 4b, 4c.
  • the cloth pressure sensor 1 of the second embodiment has a three-layer structure including an upper layer 2, a lower layer 3, and a resistance variable layer 8.
  • the structure of the lower layer 3 is different from the structure of the first embodiment described above, and therefore the structure of pressure detection is also different.
  • the same reference numerals are given to the same or equivalent components as those in the first embodiment, and the overlapping description thereof will be omitted.
  • the upper layer 2 is configured by alternately arranging upper layer conductive portions 4 and upper layer non-conductive portions 5 as in the first embodiment.
  • the lower layer 3 is also configured by alternately arranging lower layer conductive portions 6 and lower layer non-conductive portions 7.
  • the resistance variable layer 8 is formed of a connecting yarn 8a reciprocated so as to electrically connect the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6.
  • the configuration of the upper layer 2 (upper layer conductive portion 4 and upper layer non-conductive portion 5) is the same as the upper layer 2 of the first embodiment.
  • the lower layer 3 is formed of polyester fibers.
  • Each lower layer conductive portion 6 (6a, 6b, 6c...) Has the above-described polyester fiber and a conductive paste (made by Fujikura Kasei Co., Ltd .: Dotite (registered trademark)). It is formed by coating (width 200 mm, length 10 mm).
  • the lower layer non-conductive portion 7 is not coated with the conductive paste on the above-described polyester fiber (width 200 mm, length 2 mm).
  • the upper layer conducting portion 4 and the lower layer conducting portion 6 are arranged so as to intersect each other when viewed from above (a direction perpendicular to the cloth-like pressure sensor 1) (in the present embodiment, substantially orthogonal). Accordingly, each lower layer conductive portion 6 is electrically connected to all the upper layer conductive portions 4 by the connecting yarn 8a.
  • the lower layer electric wire 10a is electrically connected to the lower layer conductive portion 6a
  • the lower layer electric wire 10b is electrically connected to the lower layer conductive portion 6b
  • the lower layer electric wire 10c is electrically connected to the lower layer conductive portion 6c.
  • the upper layer electric wire 9 and the lower layer electric wire 10 are connected to a resistance measuring device 15.
  • the resistance measuring device measures a resistance value between the upper layer electric wire 9a and the lower layer electric wire 10a, a resistance value between the upper layer electric wire 9b and the lower layer electric wire 10a, a resistance value between the upper layer electric wire 9c and the lower layer electric wire 10a, and the like. .
  • the resistance measuring device includes a resistance value between the upper layer electric wire 9a and the lower layer electric wire 10b, a resistance value between the upper layer electric wire 9b and the lower layer electric wire 10b, a resistance value between the upper layer electric wire 9c and the lower layer electric wire 10b, and the like. Measure.
  • the connecting yarn 8a bends, and the connecting yarn 8a contacts the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 at the contact point B, respectively.
  • the energization path (indicated by a dotted line in FIG. 3B) between the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 has a length L ′.
  • This length L ' is shorter than the length L when the pressure F is not loaded.
  • the energization path has a length L ′′.
  • This length L ′′ is the length L ′ described above. Even shorter.
  • the electrical resistance value R between the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 is proportional to the (electrically effective) length L (L ′, L ′′) of the connecting yarn 8a, and the upper layer conductive portion 4
  • L the electrical resistance value
  • the electrical resistance value R similarly changes for the other lower conductive portions 6b, 6c,. Therefore, the electrical resistance value R can be detected in all combinations of the upper layer conductive portions 4a, 4b, 4c... And the lower layer conductive portions 6a, 6b, 6c.
  • the pressure F to be applied and the electric resistance value R between the upper layer conductive portion 4 and the lower layer conductive portion 6 show a continuous change as shown in FIG. Therefore, the pressure F can be calculated from the electrical resistance value R, and the resistance variable layer 8 has a pressure detection function.
  • the cloth-like pressure sensor 1 has the air permeability and the upper layer.
  • the pressure F applied to the conduction part 4 or the lower layer conduction part 6 can be measured. In this embodiment, based on the combination position of the upper layer conductive portions 4a, 4b, 4c... And the lower layer conductive portions 6a, 6b, 6c. Thus, it can be detected in a grid shape at which position on the cloth pressure sensor 1 the pressure F is applied.
  • a coating solution in which carbon black (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is dispersed in PVA at 20 wt% is applied to a polyester fiber so as to have a cross-sectional area ratio of 50:50.
  • the coated conductive polymer fiber was used as the connecting yarn 8a.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the electrical resistivity of the connecting yarn 8a was 100 ⁇ ⁇ cm, and the same effect as in the first embodiment was obtained.
  • silver-coated fibers (conductive polymer fibers) were used as the connecting yarns 8a.
  • This silver-coated fiber is formed by coating silver on the surface of a polyester fiber.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the electrical resistivity of the connecting yarn 8a was 0.01 ⁇ ⁇ cm, and the same effect as in the first embodiment was obtained.
  • a fiber was used as the connecting yarn 8a.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the electrical resistivity of the connecting yarn 8a was 10 ⁇ ⁇ cm, and the same effect as in the first embodiment was obtained.
  • a conductive polymer fiber obtained by coating a polyester fiber with a PEDOT / PSS aqueous dispersion so as to have a cross-sectional area ratio of 50:50 is used as the connecting yarn 8a. It was. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the electrical resistivity of the connecting yarn 8a was 1 ⁇ ⁇ cm, and the same effect as in the first embodiment was obtained.
  • a diameter of about 5 which is prepared by a wet prevention method using a 5% aqueous solution of a conductive polymer polypyrrole (manufactured by Sigma-Aldrich Co., LLC.).
  • a 10 ⁇ m conductive polymer fiber was used as the connecting yarn 8a.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the electrical resistivity of the connecting yarn 8a was 1 ⁇ ⁇ cm, and the same effect as in the first embodiment was obtained.
  • the evaluation results in the first to seventh embodiments are shown in the table shown in FIG.
  • a sheet-like conductive rubber is used instead of the resistance variable layer 8 having a fiber structure of the connecting yarns 8.
  • the configurations of the upper layer 2 and the lower layer 3 are the same as those in the first embodiment.
  • the resistance value of the embodiment has a range suitable for detection, but the comparative example has a narrow resistance value range (or measurement is impossible) and cannot be detected accurately. there is a possibility.
  • gas_flowing quantity the thing of a comparative example has little ventilation quantity (or measurement impossible: no ventilation), and its comfort is not good.
  • Conductive materials include metal wires such as gold, silver, copper, and nichrome, carbon-based materials such as carbon graphite, particulate materials made of semiconductors and metals such as metal oxides, acetylene-based and complex 5-membered rings Conductive polymer materials such as [complex 5-men circle system], phenylene, and aniline can be used.
  • Carbon-based materials include carbon fiber (Toray Industries, Inc .: Torayca (registered trademark), Osaka Gas Chemicals Co., Ltd .: Donacarbo ], Etc.), in addition to general commercial products, fibers spun by mixing carbon fiber or carbon powder can be used.
  • carbon-based powder such as carbon black (manufactured by Lion Corporation: Ketjenblack) or metal fine particles such as iron and aluminum can be used.
  • Semiconductive fine particles such as tin oxide (SnO 2 ) and zinc oxide (ZnO) can also be used as the particulate material.
  • the conductive polymer fiber here refers to a material excluding a metal among the conductive materials.
  • a material coated with can be used. From the viewpoint of easy availability in the market and specific gravity, it is desirable to use carbon fiber or carbon powder as the conductive material.
  • the conductive material may be formed from a single material or a plurality of materials.
  • the upper layer 2 is preferably formed of fibers for air permeability.
  • the upper layer conductive portion 4 can also be formed by applying a conductive paint on the upper layer 2 in a strip shape or uniformly over the entire surface.
  • a conductive coating material Dotite manufactured by Fujikura Kasei can be used.
  • the upper layer conductive portion 4 is formed of a metal wire or conductive fiber having substantially the same cross-sectional area as the fibers forming the upper layer 2, the lower layer 3, and the resistance variable layer 8. (For example, a twisted metal wire such as nickel) can also be used.
  • the upper layer non-conductive portion 5 and the lower layer non-conductive portion 7 are made of a fiber made of a general-purpose resin such as polyamide 6 such as nylon 6 or nylon 66, polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate containing a copolymer component, polybutylene terephthalate, polyacrylonitrile or the like. It is preferable to use a mixture from the viewpoint of cost and practicality.
  • the upper layer 2 and the lower layer 3 may have a breathable cloth shape.
  • a resistance measuring device As a resistance measuring device (measuring instrument / measuring means), a commonly used resistance meter or LCR meter can be used, and equipment / means using a method of measuring a voltage ratio with a reference resistance with a voltmeter can be used. . Moreover, the apparatus mentioned above can be used individually and / or in combination.
  • the fiber refers to a fiber obtained by melt spinning, wet spinning, electrospinning, a fiber obtained by cutting a film into a slit shape, or the like.
  • a fiber having a diameter or width of several ⁇ m to several hundred ⁇ m is preferable from the viewpoint of forming a woven fabric or a knitted fabric (weaving / knitting ease, softness as a woven / knitted fabric, ease of handling as a fabric, etc.). .
  • the fibers By bundling the tens of fibers to several tens of thousands of the fibers, the fibers can be easily handled. At this time, it may be twisted.
  • the electrical resistivity of the metal is particularly low. Therefore, in order to improve the detection capability by widening the change range (dynamic range) of the electrical resistance of the resistance variable layer, It is necessary to use fine metal fibers or increase the distance between the upper and lower layers. However, if a thin metal fiber is used, the variation range of the electrical resistivity in a narrow measurement target range cannot be widened. Moreover, even if there is a contact between the metal fiber and the surrounding fiber within the measurement target range, the resistance value does not substantially change, and the detection capability cannot be improved. Further, if the distance between the upper and lower layers is increased, the applied pressure cannot be supported due to the softness of the metal fibers. When other non-conductive fibers are mixed to support the pressure, an insulating portion is formed. Therefore, it is impossible to widen the variation range of the electric resistivity and improve the detection capability.
  • the conductive polymer fiber refers to a fiber in which the above-described conductive material is dispersed / coated on a polymer generally used for the fiber, a fiber formed of the conductive polymer material itself, or the like.
  • Conductive polymer fibers using semiconductors, conductive polymers, and carbon fibers as conductive materials are particularly suitable.
  • the blending amount of the conductive material in the conductive polymer fiber is preferably 0.5 to 30 vol%. If the blending amount is less than 0.5 vol%, the amount of the conductive material is insufficient, the performance is not improved as compared with the non-blending fiber, and it is not preferable because it involves an increase in cost.
  • the blending amount exceeds 30 vol%, the viscosity at the time of melting of the polymer resin (matrix resin) in which the conductive material is blended increases, so that the spinnability is greatly lowered, which is not preferable.
  • the matrix resin it is preferable to use a general-purpose resin such as polyamide such as nylon 6 or nylon 66, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacrylonitrile, or the like from the viewpoint of cost and practicality. It is also preferable that the conductive polymer fiber is coated with another polymer material.
  • the conductive material When the conductive material is coated on the polymer fiber, since the conductive material exists on the surface of the conductive polymer fiber, the above-described electrical contact (see contact point B in FIG. 3B) is easily realized.
  • the dynamic range described above can be widened.
  • the coating amount of the conductive material may be within a range that does not hinder the detection performance, but it is preferable that the conductive material occupies 10% to 80% of the total cross-sectional area (100%) of the conductive polymer fiber. It is particularly preferable to occupy 20% or more and 50% or less.
  • the conductive polymer fiber (the connecting yarn 8a) has various cross-sectional shapes and various shapes at the formation stage or the weaving / knitting stage after fiberization. Preferably a cross-sectional structure is provided.
  • the conductive polymer fiber (the connecting yarn 8 a) can have various cross sections formed from the conductive portion 13 and the nonconductive portion 14.
  • the connecting yarn 8a may be formed of a uniform conductive polymer material and have a general circular cross-sectional shape.
  • the connecting yarn 8a may have a core-sheath structure.
  • the connecting yarn 8a may have a side-by-side structure. As shown in FIG.
  • the connecting yarn 8a may have a sea-island (multi-core) structure. As shown in FIGS. 7E and 7F, the connecting yarn 8a may have a non-circular cross-sectional shape. As shown in FIG. 7G, the connecting yarn 8a may have a hollow structure. These structures change the static properties of the fiber. For example, depending on the combination of the above-described different materials (conductive portion 13 and non-conductive portion 14) and the type of cross-sectional shape, the fiber itself can be naturally kinked and change its texture. Moreover, when the surface area of a fiber becomes large, weight reduction and heat insulation can be improved.
  • the conductive polymer fiber (connecting yarn 8a) also has heat generation performance due to its electrical resistance.
  • the cloth-like pressure sensor 1 provided with the conductive polymer fiber (the connecting yarn 8a) is used for an automobile seat as in the above embodiment, the cloth-like pressure sensor 1 can also function as a seat heater. Therefore, the above-described pressure detection function can be realized while devising the structure and material of the fiber in order to improve not only the above-described static characteristics but also the heat generation performance.
  • the electrical resistivity of the conductive material is preferably 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or more and 10 2 ⁇ ⁇ cm or less. That is, the electrical resistivity of a single conductive polymer fiber (the connecting yarn 8a) is preferably 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm or more and 10 2 ⁇ ⁇ cm or less. This is because the conductive polymer fiber made into a woven / knitted fabric acts as a resistor, so that the resistance value of the conductive material is too small (less than 10 ⁇ 3 ⁇ ⁇ cm) and the conductive portion (of FIG. 3B) The pressure cannot be accurately detected due to the influence of the contact resistance at the contact point B).
  • the electrical resistivity of the conductive material is more preferably 10 ⁇ 2 ⁇ ⁇ cm or more and 10 1 ⁇ ⁇ cm or less. Can be realized efficiently.
  • the conductive polymer material (conductive material) having a preferable electrical resistivity described above includes at least one of polypyrrole, PEDTOT / PSS, polyaniline, and polyparaphenylene vinylene [PPV].
  • PEDOT / PSS manufactured by Heraeus: Clevios
  • PSS poly (4-styrenesulfonate)
  • PEDOT poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
  • P phenylene PPV
  • pyrrole polypyrrole and the like are preferable because they are easily obtained as fibers.
  • the conductive polymer material described above is preferable because it can be easily fiberized by wet spinning or electrospinning, and satisfies the electrical resistivity described above.
  • thiophene, pyrrole or aniline materials can be easily fiberized by wet spinning.
  • An aqueous dispersion of PEDOT / PSS manufactured by Heraeus: Clevios P
  • Clevios P can be easily obtained by extruding from a cylinder into acetone to obtain conductive polymer fibers.
  • the connecting yarn 8a is not necessarily connected to one at the connecting portion 11 (see FIGS. 3A and 3B), and is shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the cut end 12 of the connecting yarn 8a needs to be fixed to the upper layer 2 or the lower layer 3 by some method / structure.
  • the cloth-like pressure sensor can be applied not only to automobile seats but also to various uses such as cushion covers and hot carpets.

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Abstract

　布状圧力センサは、第一繊維層と、第二繊維層と、第一繊維層及び第二繊維層の間に設けられた第三繊維層とを備えている。第一繊維層は、導電性の複数の第一導通部と、第一導通部を互いに絶縁する複数の第一非導通部とを有している。第二繊維層は、導電性の第二導通部を有している。第三繊維層は、第一繊維層と第二繊維層とを所定の電気抵抗率で接続する連結糸を有している。布状圧力センサが、第一導通部の少なくとも一つと第二導通部との間の電気抵抗値を測定する測定器をさらに備えている。連結糸は、圧力の負荷による第一導通部の少なくとも一つ又は第二導通部の変形によってたわんで、第一導通部の少なくとも一つ又は第二導通部と短絡する。上記布状圧力センサによれば、繊維層に圧力検知機能を持たせて、通気性を有しつつ圧力を検知することができる。

Description

布状圧力センサ
　本発明は、複数の部位の圧力を測定できる布状圧力センサ[sheet pressure sensor]に関する。
　下記特許文献１は、面状の圧力センサとして、感圧導電ゴムを用いた面状入力装置を開示している。上記面状入力装置は、一対のポリエステルシート間にシート状感圧導電ゴムが挟まれた３層構造を備えており、一方のポリエステルシートに圧力が負荷されると導電ゴムシートが変形し、導電ゴムシートの電気抵抗が減少する。この電気抵抗の変化に基づいて圧力変化が測定される。
日本国特開平６－２７４２６５号公報（第１図）
　人体による圧力分布の測定やシートへの着座の判定のために上述した圧力センサ（面状入力装置）を自動車用シートや寝具等の表層（人体に触れる位置又は人体に近い位置）に使用すると、導電ゴムシートが通気性を有しないので蒸れ等によって快適性が低下する。また、導電ゴムシートに孔を開け通気性を持たせた場合、孔付近部分の剛性が低下して圧力によって変形しやすくなる。このため、孔付近部分とそれ以外の部位とで、圧力負荷時の変形量が異なり、導電ゴムシートが複雑に変形して圧力変化の測定が困難になる。
　本発明の目的は、繊維層に圧力検知機能を持たせて、通気性を有しつつ圧力を検知できる布状圧力センサを提供することにある。
　本発明の特徴は、布状圧力センサであって、第一繊維層と、前記第一繊維層と離間して対向配置された第二繊維層と、前記第一繊維層及び前記第二繊維層の間に設けられた第三繊維層とを備え、前記第一繊維層が、導電性を有する複数の第一導通部と、前記複数の第一導通部を互いに電気的に絶縁する複数の第一非導通部とを有し、前記第二繊維層が、導電性を有する第二導通部を有し、前記第三繊維層が、前記複数の第一導通部及び前記第二導通部の一方から他方へと延設されて、前記複数の第一繊維層と前記第二繊維層とを所定の電気抵抗率で電気的に接続する複数の連結糸を有し、前記布状圧力センサが、前記複数の第一導通部の少なくとも一つと前記第二導通部との間の電気抵抗を測定する測定器をさらに備え、前記複数の連結糸は、圧力の負荷による前記複数の第一導通部の前記少なくとも一つ又は前記第二導通部の変形によってたわんで、前記複数の第一導通部の前記少なくとも一つ又は前記第二導通部と短絡する、布状圧力センサを提供する。
図１は、布状圧力センサの第１又は第２実施形態を座面に備えたシートの全体斜視図である。 図２は、第１実施形態の布状圧力センサの構造を示す概略斜視図である。 図３は、図２に示されるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、（ａ）は圧力負荷前の状態を示し、（ｂ）は圧力負荷中の状態を示している。 図４は、圧力センサの電気抵抗値の変化を示すグラフである。 図５は、第２実施形態の布状圧力センサの構造を示す概略斜視図である。 図６は、連結糸の変形例を示す断面図であり、（ａ）は第１変形例を示し、（ｂ）は第２変形例を示している。 図７は、導電性高分子繊維の拡大斜視図であり、（ａ）は、均一な材料で作られた上記繊維を示し、（ｂ）は、芯鞘構造[core-sleeve structure]を有する前記繊維を示し、（ｃ）サイドバイサイド構造[side-by-side structure]を有する前記繊維を示し、（ｄ）は、海島（多芯）構造[sea-island (multi core) structure]を有する前記繊維を示し、（ｅ）は、三角形断面形状[triangle cross-sectional shape]を有する前記繊維を示し、（ｆ）は、星形断面形状[astral cross-sectional shape]を有する前記繊維を示し、（ｇ）は、中空構造[hollow structure]を有する前記繊維を示している。 図８は、実施形態及び比較例の仕様及び評価結果を示す表である。
　以下、布状圧力センサの実施形態を図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態では、布状圧力センサは、図１に示されるように、自動車用シートの圧力センサとして用いられており、シートの座面に設けられている。
　第１実施形態の布状圧力センサ１は、図２に示されるように、上層[upper layer]２（請求項における第一繊維層[first fiber layer]に相当）と、下層３（請求項における第二繊維層に相当）と、抵抗可変層[variable resistor layer]８（請求項における第三繊維層に相当）とからなる三層構造を有している。上層２は、上層導通部[upper layer conductive portions]４（請求項における第一導通部[first conductive portions]に相当）と上層非導通部[upper layer non-conductive portions]５（請求項における第一非導通部[first non-conductive portions]）とが交互に並設さられて構成されている。なお、上層導通部４と上層非導通部５とは、それぞれを構成する繊維が切り替えられて連続して編まれている。
　各上層導通部４（４ａ、４ｂ、４ｃ・・・）は、銀コーティング繊維（紹興運佳紡織有限公司[Shaoxing Yunjia Textile Product Co., Ltd.]製）で形成されている（幅１０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）。各上層非導通部５は、非導電性のポリエステル繊維（中央繊維資材株式会社[Central Fiber Materials Ltd.]製：グンゼポリーナ[Gunze Polina]）で形成されている（幅２ｍｍ、長さ２００ｍｍ）。下層３は、銀コーティング繊維（紹興運佳紡織品有限公司製）をシート状に編んだ下層導通部６（６ａ）で形成されている。
　抵抗可変層８は、図３（ａ）に示されるように、上層導通部４と下層導通部６とを電気的に接続するように往復された連結糸[connecting yarns]８ａで形成されている。連結糸８ａは、湿式紡糸法により得られた直径約１０μｍの導電性高分子繊維である。即ち、連結糸８ａ（導電性高分子繊維）は、上層導通部４及び下層導通部６の一方から他方へと延設されている。連結糸８ａは、溶媒相にアセトン（和光化学株式会社[WAKO-Chemicals]製：０１９－００３５３）を用い、一度濾過した導電性高分子ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液（ヘレウス社[Heraeus GmbH]製：Ｃｌｅｖｉｏｓ　Ｐ）とポリビニルアルコール［ＰＶＡ］（関東化学株式会社[Kanto Chemical Co,. Inc.]製）の７ｗｔ％水溶液とを混合した紡糸原液を２μｌ／ｍｉｎの流速でマイクロシリンジ（株式会社伊藤製作所[Ito Corporation]製：ＭＳ－ＧＬＬ１００、内径２６０μｍ）から押し出して生成させた。この導電性高分子繊維の導電率をＪＩＳ　Ｋ　７１９４（導電性プラスチックの４探針法による電気抵抗率試験方法[Testing method for resistivity of conductive plastics with a four-point probe array]）に準拠して測定した結果、電気抵抗率は、約１０－１Ω・ｃｍとなった。
　株式会社福原精機[Precision Fukuhara Works, Ltd.]製の丸編み機[circular knitting machine]を用いて連結糸８ａを編む際に、抵抗可変層８の厚さが１０ｍｍとなり、かつ、上層２に平行な面で抵抗可変層８を切断したときに、その切断面の単位面積内で導電性高分子繊維の総断面積が占める割合が５０％になるように、ゲージ[gauge]や口数[number of feeder]等が調整された。
　また、上層２の上層導通部４ａには上層電線９ａが電気的に接続され、上層導通部４ｂには上層電線９ｂが電気的に接続され、上層導通部４ｃには上層電線９ｃが電気的に接続されている。下層３の下層導通部６には下層電線１０ａが電気的に接続されている。上層電線９（９ａ、９ｂ、９ｃ・・・）及び下層電線１０は、抵抗測定装置[resistance measurement device]１５（請求項における測定器[measuring instrument]／測定手段[measurement means]）に接続されている。抵抗測定装置は、上層電線９ａと下層電線１０との間の抵抗値、上層電線９ｂと下層電線１０との間の抵抗値、上層電線９ｃと下層電線１０との間の抵抗値等を測定する。
　上層導通部４ａと下層導通部６ａとの間の連結糸８ａの長さＬは、布状圧力センサ１に負荷された圧力Ｆの関数として、下記（１）式によって表される。係数αは、布状圧力センサ１の圧縮方向のバネ定数の逆数の値である。
　　Ｌ＝αＦ・・・・・（１）
　Ｌ：連結糸８ａの上記長さ［ｍｍ］、Ｆ：布状圧力センサ１に負荷される上記圧力［Ｐａ］、α：上記係数［ｍｍ／Ｐａ］
　ここで、上層導通部４ａと下層導通部６ａとの間の電気抵抗値Ｒは、電気抵抗率ρと連結糸８ａの上記長さＬと連結糸８ａの断面積Ｓとを用いて、下記（２）式のよって表される。
　　Ｒ＝ρＬ／Ｓ・・・・・（２）
　Ｒ：抵抗値［ｋΩ］、ρ：抵抗率［Ω・ｍｍ］、Ｓ：断面積［ｍｍ２］
　上層導通部４（又は下層導通部６）に負荷された圧力の測定について説明する。上層導通部４に圧力が負荷されていないと、図３（ａ）に示されるように、上層導通部４と下層導通部６との間の連結糸８ａは、所定距離Ｌを自立的に維持する。上層導通部４に圧力Ｆが負荷されると、図３（ｂ）に示されるように、上層導通部４は下方に（下層導通部６側に）湾曲され、上層導通部４と連結された連結糸８ａがたわみ、連結糸８ａと上層導通部４及び下層導通部６とがそれぞれ接触点Ｂで接触する。即ち、連結糸８ａ（導電性高分子繊維）は、上層導通部４及び／又は下層導通部６と短絡[short-contact]する。このとき、上層導通部４と下層導通部６との間の通電経路（図３（ｂ）中に点線で示されている）は長さＬ’を有する。この長さＬ’は、圧力Ｆが負荷されていないときの長さＬより短くなる。上層導通部４ａに負荷される圧力Ｆがさらに高いと、上層導通部４はさらに下方に湾曲されて、通電経路は長さＬ”を有する。この長さＬ”は、上述した長さＬ’よりさらに短くなる。従って、上層導通部４と下層導通部６との間の電気抵抗値Ｒは、連結糸８ａの（電気的実効）長さＬ（Ｌ’、Ｌ”）と比例関係にあり、上層導通部４に負荷される圧力Ｆが高いほど小さくなる。
　このため、負荷する圧力Ｆと上層導通部４及び下層導通部６の間の電気抵抗値Ｒとは、図４に示されるように、連続的に変化する。従って、電気抵抗値Ｒから圧力Ｆを算出でき、抵抗可変層８は圧力検知機能を有する。このように、上層２、下層３及び抵抗可変層８が通気性を有し、かつ、抵抗可変層８が圧力検知機能を有するので、布状圧力センサ１は、通気性を有しつつ、上層導通部４又は下層導通部６に加えられた圧力Ｆを測定できる。ここで、本実施形態では、上層導通部４ａ、４ｂ、４ｃ・・・毎に圧力Ｆを検知できるが、その圧力Ｆが各上層導通部４ａ、４ｂ、４ｃの長手方向のどこに負荷されているのかは検知できない。次に説明する第２実施形態では、圧力Ｆが各上層導通部４ａ、４ｂ、４ｃの長手方向のどこに負荷されているのかも検知できる。
　第２実施形態の布状圧力センサ１は、図５に示されるように、上層２と、下層３と、抵抗可変層８とからなる三層構造を有している。しかし、本実施形態の布状圧力センサ１では、下層３の構造が上述した第１実施形態の構造とは異なり、そのため、圧力検知の構成も異なる。以下、第１実施形態と同一又は同等の構成部分には同一符号を付して、それらの重複する説明は省略する。
　上層２は、第１実施形態と同様に、上層導通部４と上層非導通部５とが交互に並設されて構成されている。本実施形態では、下層３も、下層導通部６と下層非導通部７とが交互に並設されて構成されている。抵抗可変層８は、第１実施形態と同様に、上層導通部４と下層導通部６とを電気的に接続するように往復された連結糸８ａで形成されている。
　上層２（上層導通部４及び上層非導通部５）の構成は第一実施形態の上層２と同じである。一方、下層３は、ポリエステル繊維で形成されている。各下層導通部６（６ａ、６ｂ、６ｃ・・・）は、上述したポリエステル繊維に導電ペースト（藤倉化成株式会社[Fujikura Kasei Co,. Ltd.]製：ドータイト[Dotite]（登録商標））が塗布されて形成されている（幅２００ｍｍ、長さ１０ｍｍ）。下層非導通部７には、上述したポリエステル繊維に導電ペーストが塗布されていない（幅２００ｍｍ、長さ２ｍｍ）。上層導通部４と下層導通部６とは、上方（布状圧力センサ１に対して垂直な方向）から見て互いに交差するように配置されている（本実施形態では、ほぼ直交する）。従って、各下層導通部６は全ての上層導通部４と連結糸８ａで電気的に接続される。
　下層導通部６ａには下層電線１０ａが電気的に接続され、下層導通部６ｂには下層電線１０ｂが電気的に接続され、下層導通部６ｃには下層電線１０ｃが電気的に接続されている。上層電線９及び下層電線１０は抵抗測定装置１５に接続されている。抵抗測定装置は、上層電線９ａと下層電線１０ａとの間の抵抗値、上層電線９ｂと下層電線１０ａとの間の抵抗値、上層電線９ｃと下層電線１０ａとの間の抵抗値等を測定する。同様に、抵抗測定装置は、上層電線９ａと下層電線１０ｂとの間の抵抗値、上層電線９ｂと下層電線１０ｂとの間の抵抗値、上層電線９ｃと下層電線１０ｂとの間の抵抗値等を測定する。以下、下層電線１０ｃ等についても同様である。
　上層導通部４ａ（又は下層導通部６ａ）に負荷された圧力の測定について説明する。上層導通部４ａに圧力が加わっていないと、図３（ａ）に示されるように、上層導通部４ａと下層導通部６ａ（下層導通部６ｂ又は６ｃ等でも同様）との間の連結糸８ａは、所定距離Ｌを自立的に維持する。上層導通部４に圧力Ｆが負荷されると、図３（ｂ）に示されるように、上層導通部４は下方に（下層導通部６側に）湾曲され、上層導通部４と連結された連結糸８ａがたわみ、連結糸８ａと上層導通部４及び下層導通部６とがそれぞれ接触点Ｂで接触する。このとき、上層導通部４と下層導通部６との間の通電経路（図３（ｂ）中に点線で示されている）は長さＬ’を有する。この長さＬ’は、圧力Ｆが負荷されていないときの長さＬより短くなる。上層導通部４ａに負荷される圧力Ｆがさらに高いと、上層導通部４はさらに下方に湾曲されて、通電経路は長さＬ”を有する。この長さＬ”は、上述した長さＬ’よりさらに短くなる。従って、上層導通部４と下層導通部６との間の電気抵抗値Ｒは、連結糸８ａの（電気的実効）長さＬ（Ｌ’、Ｌ”）と比例関係にあり、上層導通部４に負荷される圧力Ｆが高いほど小さくなる。
　以上、下層導通部６ａについて説明したが、他の下層導通部６ｂ、６ｃ・・・についてもそれぞれ同様に電気抵抗値Ｒが変化する。従って、上層導通部４ａ、４ｂ、４ｃ・・・・・と下層導通部６ａ、６ｂ、６ｃ・・・・との全ての組み合わせで、それぞれ電気抵抗値Ｒを検知できる。
　このため、負荷する圧力Ｆと上層導通部４及び下層導通部６の間の電気抵抗値Ｒとは、図４に示されるように、連続的変化を示する。従って、電気抵抗値Ｒから圧力Ｆを算出でき、抵抗可変層８は圧力検知機能を有する。このように、上層２、下層３及び抵抗可変層８が通気性を有し、かつ、抵抗可変層８が圧力検知機能を有するので、布状圧力センサ１は、通気性を有しつつ、上層導通部４又は下層導通部６に加えられた圧力Ｆを測定できる。ここで、本実施形態では、上層導通部４ａ、４ｂ、４ｃ・・・・・と下層導通部６ａ、６ｂ、６ｃ・・・・との組み合わせ位置とその位置での電気抵抗値Ｒとに基づいて、圧力Ｆが布状圧力センサ１上のどの位置に負荷されているかをグリッド状に検知できる。
　第３実施形態の布状圧力センサ１では、カーボンブラック（三菱化学[Mitsubishi Chemical Corporation]製）を２０ｗｔ％でＰＶＡに分散させた塗布溶液を、断面積比５０：５０となるようにポリエステル繊維にコーティングした導電性高分子繊維が、連結糸８ａとして用いられた。その他の構成は第１実施形態の構成と同じである。連結糸８ａの電気抵抗率は１００Ω・ｃｍであり、第１実施形態と同様の効果が得られた。
　第４の実施形態の布状圧力センサ１では、銀コーティング繊維（導電性高分子繊維）が、連結糸８ａとして用いられた。この銀コーティング繊維は、ポリエステル繊維の表面に銀をコーティングして構成されている。その他の構成は第１実施形態の構成と同じである。連結糸８ａの電気抵抗率は０．０１Ω・ｃｍであり、第１実施形態と同様の効果が得られた。
　第５の実施形態の布状圧力センサ１では、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２０ｗｔ％でＰＶＡに分散させた塗布溶液を、断面積比５０：５０となるようにポリエステル繊維にコーティングした導電性高分子繊維が、連結糸８ａとして用いられた。その他の構成は第１実施形態の構成と同じである。連結糸８ａの電気抵抗率は１０Ω・ｃｍであり、第１実施形態と同様の効果が得られた。
　第６の実施形態の布状圧力センサ１では、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液を、断面積比５０：５０となるようにポリエステル繊維にコーティングした導電性高分子繊維が、連結糸８ａとして用いられた。その他の構成は第１実施形態の構成と同じである。連結糸８ａの電気抵抗率は１Ω・ｃｍであり、第１実施形態と同様の効果が得られた。
　第７の実施形態の布状圧力センサ１では、導電性高分子ポリピロール[polypyrrol]の５％水溶液（シグマアルドリッチ社[Sigma-Aldrich Co. LLC.]製）を用いて湿式防止法作成した直径約１０μｍの導電性高分子繊維が連結糸８ａとして用いられた。その他の構成は第１実施形態の構成と同じである。連結糸８ａの電気抵抗率は１Ω・ｃｍであり、第１実施形態と同様の効果が得られた。
　第１～第７の実施形態における評価結果は図８に示される表に示す。表中の第１及び第２比較例では、連結糸８による繊維構造を有する抵抗可変層８の代わりに、シート状の導電性ゴムが用いられている。上層２及び下層３の構成は第１実施形態と同様である。表から分かるように、実施形態のものは抵抗値も検知に適した範囲を有しているが、比較例のものは抵抗値の範囲が狭く（又は、測定不能）、正確に検知を行えない可能性がある。また、実施形態のものは十分な通気量を確保できているが、比較例のものは通気量が少なく（又は、測定不能：通気無し）、快適性が良くない。
　導電性素材としては、金・銀・銅・ニクロム[Nichrome]等の金属線、カーボングラファイト等の炭素系材料、金属酸化物等の半導体や金属からなる粒子状材料、アセチレン系・複素５員環系[complex 5‐men circle system]・フェニレン系・アニリン系等の導電性高分子材料を採用できる。炭素系材料としては、炭素繊維（東レ株式会社[Toray Industries, Inc.]製：トレカ[Torayca]（登録商標）、大阪ガスケミカル株式会社[Osaka Gas Chemicals Co., Ltd.]製：ドナカーボ[Donacarbo]、等）のように一般市販品の他、炭素繊維や炭素粉末等を混入させて紡糸した繊維を用いることができる。粒子状材料としては、カーボンブラック（ライオン株式会社[Lion Corporation]製：ケッチェンブラック[Ketjenblack]）等の炭素系粉末や、鉄・アルミニウム等の金属微粒子を用いることができる。また、酸化錫（ＳｎＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の半導電性微粒子も粒子状材料として用いることができる。ここでの導電性高分子繊維とは、上記導電性素材のうち、金属を除いた素材を指す。
　上述した導電性素材単体で形成されている材料、蒸着や塗布によって表面に上述した導電性素材が被覆された材料、及び、上述した導電性素材が芯材として用いられ、その表面が別の材料で被覆されている材料を用いることができる。市場での入手容易性や比重等の観点から、導電性素材としては炭素繊維又は炭素粉末を使用することが望ましい。また、導電性素材は、単一素材から形成されても、複数素材から形成されても良い。
　上層２は通気性のために繊維で形成されるのが好ましい。なお、上層導通部４は、上層２上に帯状又は全面に均一に導電性塗料を塗布して形成することもできる。導電性塗料としては、藤倉化成製のドータイト等を用いることができる。部分的な硬さの違いによる快適性の低下を避けるために、上層導通部４は、上層２、下層３及び抵抗可変層８を形成する繊維とほぼ同じ断面積を有する金属線や導電性繊維（例えば、ニッケル等の金属の撚線）を用いることもできる。上述したことは、下層３（下層導通部６）についても同様である。
　上層非導通部５及び下層非導通部７には、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の汎用樹脂からなる繊維を単独あるいは混合したものを用いることが、コストや実用性の点から好ましい。また、上層２及び下層３は、通気性のある布形状を有していればよいが、保温性や抵抗可変層８の固定の観点からは、一般に用いられる繊維からなる織布、不織布又は編物によって形成されるのが好ましい。
　抵抗測定装置（測定器／測定手段）としては、一般に用いられる抵抗計やＬＣＲメーターを用いることができ、基準抵抗との電圧比を電圧計により計測する方法を用いる機器・手段を用いることができる。また、上述した機器を単独及び／又は組合せて用いることができる。
　ここでの繊維とは、溶融紡糸、湿式紡糸、エレクトロスピニング法による繊維、フィルムをスリット状に切り出した繊維等を指す。数μｍ～数百μｍ程度の径又は幅を有する繊維が、織物や編物を形成する観点（織り／編み易さ、織り布／編み布としての柔らかさ、生地としての扱い易さ等）から好ましい。上記繊維を数十本から数千本の束にする[bundling]ことで、繊維として扱い易くなる。このとき、撚られても良い。
　導電性高分子繊維ではなく金属繊維を用いる場合、金属の電気抵抗率が特に低いので、抵抗可変層の電気抵抗率の変化幅（ダイナミックレンジ）を広くして検知能力を向上させるには、極めて細い金属繊維を用いるか、上下層間の距離を大きくする必要がある。しかし、細い金属繊維を用いると、狭い測定対象範囲での電気抵抗率の変化幅を広くできない。また、測定対象範囲内で金属繊維と周囲の繊維との接触があっても、抵抗値ほぼ変化せず、検知能力を向上させることができない。また、上下層間の距離を大きくすると、金属繊維の柔らかさのために負荷された圧力を支えられない。圧力を支えるために他の非導電繊維を混ぜると絶縁部が形成されるので、電気抵抗率の変化幅を広くして検知能力を向上させることができない。
　ここでの導電性高分子繊維とは、繊維に一般に用いられる高分子に上述した導電性素材を分散／塗布した繊維、導電性高分子材料自体で形成された繊維等を指す。半導体・導電性高分子・炭素繊維を導電性素材として用いた導電性高分子繊維は特に好適である。導電性素材の導電性高分子繊維中の配合量は、０．５～３０ｖｏｌ％であることが望ましい。配合量が０．５ｖｏｌ％未満では、導電性素材の量が不十分であり、非配合繊維に比して性能向上がなく、コスト上昇を伴うだけで好ましくない。一方、配合量が３０ｖｏｌ％を超えると、導電性素材が配合された高分子樹脂（マトリクス樹脂）の溶融時の粘度が増加するため、紡糸性が大幅に低下するので好ましくない。
　マトリクス樹脂としては、コストや実用性の観点から、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等の汎用樹脂を単独又は混合して用いることが好ましい。導電性高分子繊維が他の高分子材料によってコーティングされていることも好ましい。
　導電性素材を高分子繊維にコーティングする場合、導電性高分子繊維の表面に導電性素材が存在するので、上述した電気的接触（図３（ｂ）の接触点Ｂを参照）が実現されやすく、上述したダイナミックレンジを広くできる。導電性素材のコーティング量は、検知性能を阻害しない範囲内であればよいが、導電性高分子繊維の総断面積（１００％）の１０％以上８０％以下を導電性素材が占めるのが好ましく、２０％以上５０％以下を占めるのが特に好ましい。
　図７（ａ）～図７（ｇ）に示されるように、導電性高分子繊維（連結糸８ａ）は、その形成段階、又は、繊維化後の織り／編み段階で、様々な断面形状や断面構造を与えられることが好ましい。導電性高分子繊維（連結糸８ａ）は、導電性部分１３及び非導電性部分１４とから形成される様々な断面を有することができる。図７（ａ）に示されるように、連結糸８ａが均一な導電性高分子材料で形成され、一般的な円形断面形状を有していても良い。図７（ｂ）に示されるように、連結糸８ａが芯鞘構造を有していても良い。図７（ｃ）に示されるように、連結糸８ａがサイドバイサイド構造を有していても良い。図７（ｄ）に示されるように、連結糸８ａが海島（多芯）構造を有していても良い。図７（ｅ）及び図７（ｆ）に示されるように、連結糸８ａが円形ではない断面形状を有していても良い。図７（ｇ）に示されるように、連結糸８ａが中空構造を有していても良い。これらの構造は、繊維の静的特性を変化させる。例えば、上述した異素材（導電性部分１３及び非導電性部分１４）の組み合わせや断面形状の種類によって、繊維自体が自然によじれて風合いに変化を生じさせることができる。また、繊維の表面積が大きくなると、軽量化や断熱性を向上させることができる。
　また、導電性高分子繊維（連結糸８ａ）は、その電気的抵抗によって発熱性能も有する。上記実施形態のように、導電性高分子繊維（連結糸８ａ）を備えた布状圧力センサ１が自動車用シートに用いられると、布状圧力センサ１はシートヒータとしても機能し得る。従って、上述した静的特性を変化のみならず、発熱性能の向上のために繊維の構造や材料を工夫しつつ、上述した圧力検知機能を実現できる。
　上述した圧力検知機能を実現するためには、導電性素材の電気抵抗率は、１０－３Ω・ｃｍ以上１０２Ω・ｃｍ以下が好ましい。即ち、導電性高分子繊維（連結糸８ａ）が単一のの電気抵抗率は、１０－３Ω・ｃｍ以上１０２Ω・ｃｍ以下が好ましい。これは、織物／編物にされた導電性高分子繊維は抵抗体として働くので、導電性素材の抵抗値が小さすぎる（１０－３Ω・ｃｍ未満）と、導通箇所（図３（ｂ）の接触点Ｂを参照）での接触抵抗の影響を受けて圧力を正確に検知できない。一方、導電性素材の電気抵抗率が大きすぎる（１０２Ω・ｃｍを超える）と、圧力検知のための電流が流れにくくなってしまい、十分な応答が得られない。また、導電性素材（導電性高分子繊維）の電気抵抗率は、１０－２Ω・ｃｍ以上１０１Ω・ｃｍ以下とされることがより好ましく、この範囲内であれば上述した発熱機能を効率的に実現できる。
　上述した好ましい電気抵抗率を有する導電性高分子材料（導電性素材）としては、ポリピロール、ＰＥＤＴＯＴ／ＰＳＳ、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン［ＰＰＶ］の少なくとも一つを含むことがより好ましい。さらに、上述した材料の中でも、チオフェン系導電性高分子のポリ３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）にポリ４－スチレンサルフォネート（ＰＳＳ）をドープしたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ヘレウス社製：Ｃｌｅｖｉｏｓ　Ｐ）、フェニレン系のＰＰＶ、ピロール系のポリピロール等が、繊維として得やすい材料であり好ましい。
　上述した導電性高分子材料は、湿式紡糸やエレクトロスピニング法で、容易に繊維化することが可能であり、かつ、上述した電気抵抗率を満たすので好ましい。例えば、チオフェン系、ピロール系又はアニリン系材料は、湿式紡糸によって容易に繊維化できる。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの水分散液（ヘレウス社製：Ｃｌｅｖｉｏｓ　Ｐ）はアセトン中にシリンダーから押し出すことで容易に導電性高分子繊維を得ることができる。
　上述した工程を採用することで、布状圧力センサを形成する導電性高分子繊維を容易に製造することができる。なお、連結糸８ａは、連結部１１（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）で必ずしも１本につながっている必要はなく、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、上層２又は下層３の何れか（又は両方）で切れていても良い。しかし、この場合、連結糸８ａの切断端部１２は、何らかの方法・構造によって上層２又は下層３に固定される必要がある。
　日本国特許出願第２０１２－２８１１８号（２０１２年２月１３日出願）の全ての内容は、ここに参照されることで本明細書に援用される。本発明の実施形態を参照することで上述のように本発明が説明されたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。
　例えば、上記布状圧力センサは、自動車用シートに対してだけでなく、クッションのカバーやホットカーペット等、様々な用途に適用できる。

Claims (10)

  1. 　布状圧力センサであって、
    　第一繊維層と、
    　前記第一繊維層と離間して対向配置された第二繊維層と、
    　前記第一繊維層及び前記第二繊維層の間に設けられた第三繊維層とを備え、
    　前記第一繊維層が、導電性を有する複数の第一導通部と、前記複数の第一導通部を互いに電気的に絶縁する複数の第一非導通部とを有し、
    　前記第二繊維層が、導電性を有する第二導通部を有し、
    　前記第三繊維層が、前記複数の第一導通部及び前記第二導通部の一方から他方へと延設されて、前記複数の第一繊維層と前記第二繊維層とを所定の電気抵抗率で電気的に接続する複数の連結糸を有し、
    　前記布状圧力センサが、前記複数の第一導通部の少なくとも一つと前記第二導通部との間の電気抵抗を測定する測定器をさらに備え、
    　前記複数の連結糸は、圧力の負荷による前記複数の第一導通部の前記少なくとも一つ又は前記第二導通部の変形によってたわんで、前記複数の第一導通部の前記少なくとも一つ又は前記第二導通部と短絡する、布状圧力センサ。
  2. 　請求項１に記載の布状圧力センサであって、
    　前記第二繊維層が、前記第二導通部を複数有すると共に、前記複数の第二導通部を互いに電気的に絶縁する複数の第二非導通部とを有しており、
    　前記複数の第二導通部が、前記複数の連結糸によって、前記第一導通部と電気的に接続されている、布状圧力センサ。
  3. 　請求項１に記載の布状圧力センサであって、
    　前記複数の連結糸が、導電性高分子繊維によって形成されている、布状圧力センサ。
  4. 　請求項３に記載の布状圧力センサであって、
    　前記導電性高分子繊維が、半導体を含んでいる、布状圧力センサ。
  5. 　請求項３に記載の布状圧力センサであって、
    　前記導電性高分子繊維が、導電性高分子を含んでいる、布状圧力センサ。
  6. 　請求項３に記載の布状圧力センサであって、
    　前記導電性高分子繊維が、炭素を含んでいる、布状圧力センサ。
  7. 　請求項３に記載の布状圧力センサであって、
    　前記導電性高分子繊維が、繊維の表面に導電性素材がコーティングされて構成されている、布状圧力センサ。
  8. 　請求項３に記載の布状圧力センサであって、
    　前記導電性高分子繊維の電気抵抗率が、１０－３Ω・ｃｍ以上１０２Ω・ｃｍ以下である、布状圧力センサ。
  9. 　布状圧力センサであって、
    　第一繊維層と、
    　前記第一繊維層と離間して対向配置された第二繊維層と、
    　前記第一繊維層及び前記第二繊維層の間に設けられた第三繊維層とを備え、
    　前記第一繊維層が、導電性を有する複数の第一導通部と、前記複数の第一導通部を互いに電気的に絶縁する複数の第一非導通部とを有し、
    　前記第二繊維層が、導電性を有する第二導通部を有し、
    　前記第三繊維層が、前記複数の第一導通部及び前記第二導通部の一方から他方へと延設されて、前記複数の第一繊維層と前記第二繊維層とを所定の電気抵抗率で電気的に接続する複数の連結糸を有し、
    　前記布状圧力センサが、前記複数の第一導通部の少なくとも一つと前記第二導通部との間の電気抵抗を測定する測定手段をさらに備え、
    　前記複数の連結糸は、圧力の負荷による前記複数の第一導通部の前記少なくとも一つ又は前記第二導通部の変形によってたわんで、前記複数の第一導通部の前記少なくとも一つ又は前記第二導通部と短絡する、布状圧力センサ。
  10. 　請求項９に記載の布状圧力センサであって、
    　前記測定手段が、前記短絡による前記電気抵抗の変化に基づいて、前記圧力を検知する、布状圧力センサ。
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