JP5815369B2 - Capacitive sensor - Google Patents
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Description
本発明は、静電容量の変化から面圧分布を検出可能な静電容量型センサに関する。 The present invention relates to a capacitance type sensor capable of detecting a surface pressure distribution from a change in capacitance.
例えば、特許文献1、2に開示されているように、一対の表側シートおよび裏側シートの間にエラストマー製の誘電層を挟んで、静電容量型センサを構成することができる。表側シートの裏面には、表側電極および表側配線が形成される。裏側シートの表面には、裏側電極および裏側配線が形成される。表側電極は、誘電層の表面に接触する。裏側電極は、誘電層の裏面に接触する。静電容量型センサに荷重が加わると、その部分に対応する誘電層の厚さが小さくなる。これにより、表側電極と裏側電極との間の静電容量が大きくなる。静電容量型センサは、当該静電容量の変化に基づいて、面圧分布を検出する。
For example, as disclosed in
表側シートおよび裏側シートとしては、誘電層の弾性変形を規制しにくいように、伸縮性を有するゴムフィルムが用いられる。また、表側電極、裏側電極(以下、適宜「電極」と称す)は、各々、エラストマー分のポリマーとカーボンブラックとを含む導電塗料から形成される。表側配線、裏側配線(以下、適宜「配線」と称す)は、電極よりも電気抵抗を小さくするため、各々、エラストマー分のポリマーと銀粉末とを含む導電塗料から形成される。よって、電極および配線も、加わった荷重に応じて、伸縮可能である。 As the front side sheet and the back side sheet, a rubber film having elasticity is used so that elastic deformation of the dielectric layer is hardly restricted. Further, the front side electrode and the back side electrode (hereinafter referred to as “electrode” as appropriate) are each formed of a conductive paint containing a polymer for elastomer and carbon black. Front-side wiring and back-side wiring (hereinafter referred to as “wiring” as appropriate) are each formed from a conductive paint containing a polymer for elastomer and silver powder in order to make the electric resistance smaller than that of the electrode. Therefore, the electrode and the wiring can also be expanded and contracted according to the applied load.
ゴムフィルムは、柔らかく伸縮性に優れる。したがって、表側シートおよび裏側シートにゴムフィルムを用いた上記静電容量型センサを、例えばベッド用の体圧分布センサとして用いた場合、就寝者は違和感を感じにくい。しかしながら、ゴムフィルムが伸縮すると、そこに形成された電極、配線も伸縮する。これにより、電極、配線の電気抵抗が変化して、使用条件によっては、荷重に対する静電容量の変化を、正確に出力できなくなるおそれがある。 The rubber film is soft and excellent in elasticity. Therefore, when the capacitance type sensor using rubber films on the front side sheet and the back side sheet is used as, for example, a body pressure distribution sensor for a bed, a sleeping person does not feel uncomfortable. However, when the rubber film expands and contracts, the electrodes and wirings formed there also expand and contract. As a result, the electrical resistance of the electrode and wiring changes, and depending on the use conditions, there is a possibility that the change in capacitance with respect to the load cannot be output accurately.
例えば、検出されるインピーダンスから静電容量を算出する場合、インピーダンスには、電極および配線の抵抗成分が含まれる。この場合、静電容量の変化を、誘電層の厚さの変化による分と、電極や配線自身の抵抗変化による分と、に区別することはできない。このため、伸張されて電極や配線の電気抵抗が変化すると、静電容量が本来の値と異なる値として出力されるおそれがある。また、荷重により電極が伸張されて、検出部における電極面積が大きくなると、静電容量は大きくなる。この場合も、静電容量の変化を、誘電層の厚さの変化による分と、電極面積の変化による分と、に区別することはできない。このように、伸縮性の高いゴムフィルムを用いた場合、使用感は良好だが、検出部に加わる圧力を正確に検出できないおそれがある。すなわち、静電容量型センサにおいて、面圧分布の測定精度が低下するおそれがある。 For example, when the capacitance is calculated from the detected impedance, the impedance includes resistance components of the electrode and the wiring. In this case, the change in capacitance cannot be distinguished from the change due to the change in the thickness of the dielectric layer and the change due to the change in resistance of the electrode or the wiring itself. For this reason, if the electrical resistance of the electrode or wiring changes due to expansion, the capacitance may be output as a value different from the original value. Further, when the electrode is expanded by the load and the electrode area in the detection unit is increased, the capacitance is increased. In this case as well, the change in capacitance cannot be distinguished from the change due to the change in the thickness of the dielectric layer and the change due to the change in the electrode area. Thus, when a highly stretchable rubber film is used, the feeling of use is good, but the pressure applied to the detection unit may not be detected accurately. That is, in the capacitive sensor, the measurement accuracy of the surface pressure distribution may be reduced.
また、電極や配線の伸び方は、一定ではなく、センサにおける位置や荷重の加わり方等により異なる。例えば、病院や介護施設のベッドには、様々な体格の就寝者が、様々な姿勢で就寝する。このため、ベッドに静電容量型センサを配置した場合、ゴムフィルムの伸びが大きい部位とそうでない部位とが生じやすい。これにより、電極や配線の伸びによる出力への影響が、大きくなるおそれがある。 In addition, the way in which the electrodes and wirings are stretched is not constant, and varies depending on the position of the sensor, how the load is applied, and the like. For example, sleepers of various physiques go to bed in various postures on beds in hospitals and care facilities. For this reason, when the capacitance type sensor is arranged on the bed, a portion where the elongation of the rubber film is large and a portion where the elongation is not so tend to occur. As a result, the influence on the output due to the extension of the electrodes and wiring may be increased.
特に、導電材としてカーボンブラックを含む電極においては、銀粉末を含む配線と比較して、電気抵抗が大きい。よって、カーボンブラックを用いて電極を形成した場合には、伸張による抵抗変化が大きくなり、出力への影響が大きくなる。 In particular, an electrode including carbon black as a conductive material has a higher electric resistance than a wiring including silver powder. Therefore, when an electrode is formed using carbon black, the resistance change due to expansion increases, and the influence on the output increases.
一方、ゴムフィルムに代えて、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の伸縮性に乏しい樹脂フィルムを用いることもできる。しかし、PETフィルムは、硬くごわつき感がある。このため、就寝者が静電容量型センサの上に横になった場合に、違和感を感じてしまう。したがって、ベッドのマットレス、車のシート等、体に接触する場所に配置するセンサには、適用することが難しい。 On the other hand, in place of the rubber film, a resin film having poor stretchability such as a polyethylene terephthalate (PET) film may be used. However, the PET film is hard and stiff. For this reason, when a sleeping person lies on the capacitive sensor, the user feels uncomfortable. Therefore, it is difficult to apply to sensors that are placed in contact with the body, such as bed mattresses and car seats.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、柔らかで使用時の違和感が少なく、面圧分布の測定精度が高い静電容量型センサを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a capacitive sensor that is soft, has a little uncomfortable feeling during use, and has high measurement accuracy of surface pressure distribution.
(1)上記課題を解決するため、本発明の静電容量型センサは、ポリマー製の誘電層と、該誘電層を挟んで配置される一対の表側シートおよび裏側シートと、該表側シートの該誘電層に接触する裏面に形成される表側電極と、該裏側シートの該誘電層に接触する表面に形成される裏側電極と、表裏方向に対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成される検出部と、を備え、該検出部の静電容量の変化から該検出部に加わる圧力を検出可能な静電容量型センサであって、該表側シートおよび該裏側シートのうち、少なくとも荷重が入力される側のシートは、布層とポリマー層とを有し、一方向に5%伸長した時の応力が0.2N/mm以上15.0N/mm以下である積層体からなり、該積層体において該ポリマー層は該誘電層側に配置されることを特徴とする。 (1) In order to solve the above-described problem, a capacitive sensor of the present invention includes a polymer dielectric layer, a pair of front and back sheets disposed with the dielectric layer interposed therebetween, and the front sheet. Formed between the front electrode formed on the back surface in contact with the dielectric layer, the back electrode formed on the surface in contact with the dielectric layer of the back sheet, and the front electrode and the back electrode facing in the front-back direction A capacitance type sensor capable of detecting pressure applied to the detection unit from a change in capacitance of the detection unit, wherein at least a load is applied to the front side sheet and the back side sheet. The sheet on the side to which is input has a fabric layer and a polymer layer, and is composed of a laminate having a stress of 0.2 N / mm or more and 15.0 N / mm or less when stretched 5% in one direction, In the laminate, the polymer layer is disposed on the dielectric layer side. And wherein the Rukoto.
本発明の静電容量型センサにおいて、少なくとも荷重が入力される側のシートは、一方向に5%伸長した時の応力(以下、適宜「5%伸長時応力」と称す)が0.2N/mm以上15.0N/mm以下の積層体からなる。積層体の5%伸長時応力としては、JIS K7127(1999)に準じた引張試験において測定された値を採用する。引張試験は、幅10mm、長さ150mm、標線間距離50mmの試験片タイプ2を用い、チャック間の初期距離100mm、試験速度500mm/分で行う。そして、試験片が5%伸長した時の荷重を測定し、測定荷重を試験片の幅で除した値を、5%伸長時応力とする。
In the capacitance type sensor of the present invention, at least the load input sheet has a stress when stretched 5% in one direction (hereinafter referred to as “5% stretch stress” as appropriate) of 0.2 N / It consists of a laminated body of mm or more and 15.0 N / mm or less. As the stress at 5% elongation of the laminate, a value measured in a tensile test according to JIS K7127 (1999) is adopted. The tensile test is performed using
当該積層体は、ゴムフィルムと比較して伸縮性に乏しい。このため、積層体に形成された電極は、伸びにくい。よって、電極の伸張による電気抵抗の変化が小さい。また、電極面積の変化も小さい。したがって、電極の伸張による出力への影響が小さい。このため、本発明の静電容量型センサにおいては、検出部に加わる圧力を正確に検出することができる。したがって、面圧分布の測定精度が高い。 The laminate is poor in stretchability compared to a rubber film. For this reason, the electrode formed in the laminate is difficult to stretch. Therefore, the change in electrical resistance due to the extension of the electrode is small. Also, the change in the electrode area is small. Therefore, the influence on the output due to the extension of the electrode is small. For this reason, in the electrostatic capacitance type sensor of this invention, the pressure added to a detection part can be detected correctly. Therefore, the measurement accuracy of the surface pressure distribution is high.
また、積層体は、布層を有する。このため、当該積層体からなるシートは、柔らかな感触を有する。したがって、本発明の静電容量型センサによると、シート材料としてゴムフィルムを用いた場合と同程度の柔らかな感触を、実現することができる。すなわち、少なくとも荷重が入力される側のシートは、当該積層体からなる。よって、例えば、本発明の静電容量型センサをベッド用の体圧分布センサとして用いた場合、積層体が最上面に配置される。このため、就寝者が硬さ、ごわつき等の違和感を感じにくい。したがって、本発明の静電容量型センサは、ベッドのマットレスに配置する体圧分布センサ、車のシートに配置する着座センサ等に好適である。 Moreover, a laminated body has a cloth layer. For this reason, the sheet | seat which consists of the said laminated body has a soft touch. Therefore, according to the capacitance type sensor of the present invention, it is possible to realize a soft touch similar to that when a rubber film is used as a sheet material. That is, at least the sheet on the load input side is made of the laminate. Therefore, for example, when the capacitive sensor of the present invention is used as a body pressure distribution sensor for a bed, the laminate is disposed on the uppermost surface. For this reason, it is difficult for a sleeping person to feel uncomfortable feelings such as hardness and stiffness. Therefore, the capacitive sensor of the present invention is suitable for a body pressure distribution sensor disposed on a bed mattress, a seating sensor disposed on a vehicle seat, and the like.
さらに、布層にはポリマー層が積層されている。このため、仮に布層に伸縮性があっても、伸縮性に乏しいポリマー層を積層させることにより、積層体としての伸張を規制することができる。また、ポリマー層は誘電層側に配置される。よって、例えば表側シートが積層体からなる場合、表側電極は、表側シートの裏面、すなわちポリマー層の裏面に、形成される。布層と比較して、ポリマー層の表面粗さは小さい。このため、導電塗料を用いて電極を形成する場合に、電極を形成しやすい。また、凹凸が小さい分、形成された電極と誘電層との接触状態も、良好である。 Furthermore, a polymer layer is laminated on the fabric layer. For this reason, even if the cloth layer has stretchability, it is possible to regulate stretching as a laminate by laminating a polymer layer having poor stretchability. The polymer layer is disposed on the dielectric layer side. Therefore, for example, when the front sheet is made of a laminate, the front electrode is formed on the back surface of the front sheet, that is, the back surface of the polymer layer. Compared to the fabric layer, the surface roughness of the polymer layer is small. For this reason, when forming an electrode using a conductive paint, it is easy to form an electrode. Further, since the unevenness is small, the contact state between the formed electrode and the dielectric layer is also good.
(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記布層は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリウレタン繊維、ポリイミド繊維から選ばれる一種以上の繊維から形成される構成とする方がよい。 (2) Preferably, in the configuration of (1), the cloth layer is formed of one or more fibers selected from polyester fibers, polyamide fibers, acrylic fibers, polyolefin fibers, polyurethane fibers, and polyimide fibers. Better.
積層体の5%伸長時応力が、0.2N/mm以上15.0N/mm以下であれば、布層としては、織布、編み布、不織布のいずれを用いてもよい。本構成によると、吸湿性が低く、耐久性に優れる積層体を構成することができる。また、ポリマー層との接着が容易である。 As long as the 5% elongation stress of the laminate is 0.2 N / mm or more and 15.0 N / mm or less, any of woven fabric, knitted fabric, and nonwoven fabric may be used as the fabric layer. According to this structure, the laminated body with low hygroscopicity and excellent durability can be comprised. Moreover, adhesion with the polymer layer is easy.
(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記布層の目付は、15g/m2以上300g/m2以下である構成とする方がよい。 (3) Preferably, in the configuration of (1) or (2), the fabric layer has a basis weight of 15 g / m 2 or more and 300 g / m 2 or less.
布層の目付が15g/m2未満の場合、布層の厚さが小さ過ぎるため、積層体の柔らかさが発現しにくい。また、耐久性が低下する。より好適な目付は、50g/m2以上である。一方、目付が300g/m2を超えると、布層の厚さが大きくなり過ぎて、積層体が重くなると共に、積層体の柔らかな感触が損なわれる。また、積層体の厚さが大きくなると、厚さのばらつきが大きくなる。このため、電極を印刷法により形成する場合に、塗膜厚さが均一にならず、電気抵抗値がばらつくおそれがある。好適な目付は、200g/m2以下である。 When the fabric weight is less than 15 g / m 2 , the thickness of the fabric layer is too small, so that the softness of the laminate is difficult to develop. Further, the durability is lowered. A more suitable basis weight is 50 g / m 2 or more. On the other hand, if the basis weight exceeds 300 g / m 2 , the thickness of the fabric layer becomes too large, the laminate becomes heavy, and the soft feel of the laminate is impaired. Further, as the thickness of the laminate increases, the thickness variation increases. For this reason, when the electrode is formed by a printing method, the coating thickness is not uniform, and the electric resistance value may vary. A suitable basis weight is 200 g / m 2 or less.
(4)好ましくは、上記(1)ないし(3)のいずれかの構成において、前記ポリマー層には、エラストマーおよび導電材を含む導電塗料から、前記表側電極および前記裏側電極を形成することができる構成とする方がよい。 (4) Preferably, in any one of the configurations (1) to (3), the front electrode and the back electrode can be formed on the polymer layer from a conductive paint containing an elastomer and a conductive material. It is better to have a configuration.
表側シートおよび裏側シートのうち、積層体からなるシートにおいて、電極は、ポリマー層に形成される。本構成によると、エラストマーおよび導電材を含む導電塗料を、塗布、乾燥することにより、薄膜状の表側電極および裏側電極を、容易に形成することができる。 Of the front side sheet and the back side sheet, in the sheet made of a laminate, the electrode is formed on the polymer layer. According to this structure, the thin film-like front side electrode and back side electrode can be easily formed by apply | coating and drying the electrically conductive coating material containing an elastomer and a electrically conductive material.
導電塗料は、エラストマーおよび導電材の他、必要に応じて分散剤、補強剤、可塑剤、老化防止剤、着色剤等の添加剤を含んでいてもよい。導電塗料は、エラストマー成分のポリマー(エラストマーが架橋ゴムの場合には、架橋前のポリマー)を、所定の添加剤と共に溶剤に溶解した溶液に、導電材を分散させて調製すればよい。導電材としては、導電性炭素粉末や、銀、銅等の金属粉末を用いればよい。 The conductive coating material may contain additives such as a dispersant, a reinforcing agent, a plasticizer, an anti-aging agent, and a colorant as required in addition to the elastomer and the conductive material. The conductive coating material may be prepared by dispersing a conductive material in a solution obtained by dissolving a polymer of an elastomer component (a polymer before crosslinking when the elastomer is a crosslinked rubber) together with a predetermined additive in a solvent. As the conductive material, conductive carbon powder or metal powder such as silver or copper may be used.
導電塗料の塗布方法としては、既に公知の種々の方法を採用することができる。例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、リソグラフィー等の印刷法の他、ディップ法、スプレー法、バーコート法等が挙げられる。例えば、印刷法を採用すると、塗布する部分と塗布しない部分との塗り分けを、容易に行うことができる。また、大きな面積、細線、複雑な形状の印刷も容易である。印刷法の中でも、高粘度の塗料が使用でき、塗膜厚さの調整が容易であるという理由から、スクリーン印刷法が好適である。 As a method for applying the conductive paint, various known methods can be employed. For example, in addition to printing methods such as screen printing, inkjet printing, flexographic printing, gravure printing, pad printing, and lithography, dipping, spraying, bar coating, and the like can be given. For example, when a printing method is employed, it is possible to easily separate the applied part and the non-applied part. Also, printing of large areas, thin lines, and complicated shapes is easy. Among the printing methods, a screen printing method is preferable because a highly viscous paint can be used and the coating thickness can be easily adjusted.
(5)好ましくは、上記(1)ないし(4)のいずれかの構成において、前記表側電極および前記裏側電極は、エラストマーおよび導電性炭素粉末を含む構成とする方がよい。 (5) Preferably, in any one of the constitutions (1) to (4), the front electrode and the back electrode include an elastomer and conductive carbon powder.
表側電極および裏側電極は、エラストマーを母材とする。エラストマー中には、導電性炭素粉末による導電パスが形成されている。このため、表側電極および裏側電極は、柔軟で高い導電性を有する。また、伸縮や屈曲しても、クラックが発生しにくく、導電性の変化が小さい。また、導電性炭素粉末は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、導電性炭素粉末を用いると、静電容量型センサの製造コストを低減することができる。本構成において、表側電極および裏側電極は、導電性炭素粉末を含む。しかし、積層体に形成される場合には、電極の伸張による出力への影響は小さい。 The front side electrode and the back side electrode have an elastomer as a base material. A conductive path made of conductive carbon powder is formed in the elastomer. For this reason, a front side electrode and a back side electrode are flexible and have high electroconductivity. Moreover, even if it expands and contracts or bends, cracks hardly occur and the change in conductivity is small. Conductive carbon powder has good conductivity and is relatively inexpensive. For this reason, if conductive carbon powder is used, the manufacturing cost of a capacitive sensor can be reduced. In this configuration, the front side electrode and the back side electrode contain conductive carbon powder. However, when it is formed in a laminated body, the influence on the output due to the extension of the electrode is small.
(6)好ましくは、上記(1)ないし(5)のいずれかの構成において、前記ポリマー層は、ポリウレタンフィルムからなり、該ポリウレタンフィルムと前記布層とは接着剤により接着される構成とする方がよい。 (6) Preferably, in any one of the constitutions (1) to (5), the polymer layer is made of a polyurethane film, and the polyurethane film and the fabric layer are bonded with an adhesive. Is good.
ポリウレタンフィルムの強度は大きい。また、ポリウレタンフィルムは、導電塗料との接着性も良好である。このため、ポリウレタンフィルムには、導電塗料から容易に電極を形成することができる。本構成によると、接着剤を用いて、布とポリウレタンフィルムとが積層した積層体を、容易に製造することができる。 The strength of the polyurethane film is large. In addition, the polyurethane film has good adhesion to the conductive paint. For this reason, an electrode can be easily formed in a polyurethane film from a conductive paint. According to this structure, the laminated body which the cloth and the polyurethane film laminated | stacked using the adhesive agent can be manufactured easily.
積層体の製造方法は、特に限定されない。例えば、本構成のように、布とポリマー製のフィルムとを接着剤により接着したり、加熱して融着すればよい(ラミネート法)。あるいは、布にポリマー溶液を刷毛塗りやスプレー塗布したり(コーティング法)、布をポリマー溶液に浸漬してもよい(ディッピング法)。なかでも、コーティング法やディッピング法によると、ポリマーの一部が布の繊維間に浸入する。これにより、布の伸縮性を著しく低下させることができる。 The manufacturing method of a laminated body is not specifically limited. For example, as in this configuration, a cloth and a polymer film may be bonded with an adhesive, or heated and fused (lamination method). Alternatively, the polymer solution may be brushed or sprayed on the cloth (coating method), or the cloth may be immersed in the polymer solution (dipping method). Especially, according to the coating method or dipping method, a part of the polymer penetrates between the fibers of the cloth. Thereby, the stretchability of cloth can be reduced remarkably.
(7)好ましくは、上記(1)ないし(6)のいずれかの構成において、前記表側シートの裏面には、前記表側電極に接続される表側配線が形成され、前記裏側シートの表面には、前記裏側電極に接続される裏側配線が形成される構成とする方がよい。 (7) Preferably, in any configuration of the above (1) to (6), a front side wiring connected to the front side electrode is formed on the back surface of the front side sheet, and on the surface of the back side sheet, It is better to have a configuration in which a backside wiring connected to the backside electrode is formed.
例えば、表側シートが積層体からなる場合、表側配線は、積層体の裏面に形成される。このため、表側配線の伸張は、抑制される。よって、表側配線の伸張による電気抵抗の変化が、小さくなる。すなわち、本構成によると、表側電極に加えて、表側配線の伸張による出力への影響も、小さくすることができる。これにより、面圧分布の測定精度をより向上させることができる。 For example, when the front side sheet is made of a laminate, the front side wiring is formed on the back surface of the laminate. For this reason, extension of the front side wiring is suppressed. Therefore, the change in electrical resistance due to the extension of the front wiring is reduced. That is, according to this configuration, in addition to the front side electrode, the influence on the output due to the extension of the front side wiring can be reduced. Thereby, the measurement accuracy of the surface pressure distribution can be further improved.
表側配線、裏側配線は、エラストマーおよび導電材を含んで構成されることが望ましい。導電材としては、導電性炭素粉末や、銀、銅等の金属粉末を用いればよい。 It is desirable that the front side wiring and the back side wiring include an elastomer and a conductive material. As the conductive material, conductive carbon powder or metal powder such as silver or copper may be used.
(8)好ましくは、上記(1)ないし(7)のいずれかの構成において、前記表側シートおよび前記裏側シートは、どちらも前記積層体からなる構成とするとよい。 (8) Preferably, in any one of the constitutions (1) to (7), the front side sheet and the back side sheet are both composed of the laminate.
本構成においては、表裏両方のシートが積層体からなる。このため、表側電極、裏側電極の両方の伸張が、抑制される。よって、表裏両電極において、伸張による電気抵抗の変化が小さくなる。また、電極面積の変化も小さくなる。したがって、電極の伸張による出力への影響を、より小さくすることができる。よって、本構成によると、面圧分布の測定精度をより向上することができる。また、荷重が入力される側だけでなく、誘電層の両側に、柔らかな積層体からなるシートが配置される。このため、使用感が向上する。 In this configuration, both the front and back sheets are made of a laminate. For this reason, expansion of both the front side electrode and the back side electrode is suppressed. Therefore, in both the front and back electrodes, the change in electrical resistance due to expansion becomes small. Further, the change in the electrode area is also reduced. Therefore, the influence on the output due to the extension of the electrode can be further reduced. Therefore, according to this configuration, the measurement accuracy of the surface pressure distribution can be further improved. In addition, sheets made of a soft laminate are disposed not only on the load input side but also on both sides of the dielectric layer. For this reason, usability is improved.
本発明によると、柔らかで使用時の違和感が少なく、面圧分布の測定精度が高い静電容量型センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a capacitance type sensor that is soft, has a little uncomfortable feeling during use, and has high surface pressure distribution measurement accuracy.
以下、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の静電容量型センサを、ベッド用の体圧分布センサとして具現化したものである。 Hereinafter, embodiments of the capacitive sensor of the present invention will be described. In the embodiment described below, the capacitance type sensor of the present invention is embodied as a body pressure distribution sensor for a bed.
[ベッドの構成]
まず、本実施形態の体圧分布センサが配置されたベッドの構成について簡単に説明する。図1に、本実施形態の体圧分布センサが配置されたベッドの斜視図を示す。図2に、図1のII−II断面図を示す。なお、図1においては、体圧分布センサを透過して示す。
[Composition of bed]
First, the configuration of the bed in which the body pressure distribution sensor of this embodiment is arranged will be briefly described. FIG. 1 shows a perspective view of a bed on which the body pressure distribution sensor of the present embodiment is arranged. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. In FIG. 1, it is shown through the body pressure distribution sensor.
図1、図2に示すように、ベッド9の床板90の上側には、マットレス91が配置されている。マットレス91の上面には、体圧分布センサ1が配置されている。体圧分布センサ1は、マットレス91上面の略全面に亘って配置されている。体圧分布センサ1およびマットレス91は、シーツ92により被覆されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
[体圧分布センサの構成]
次に、本実施形態の体圧分布センサの構成について説明する。図3に、本実施形態の体圧分布センサの分解斜視図を示す。図4に、同体圧分布センサの上面透過図を示す。図5に、図4のV−V断面図を示す。なお、図3においては、表側コネクタ11、裏側コネクタ12、および制御部4を省略して示す。図4においては、融着部13および検出部A0101〜A0808に、ハッチングを施して示す。
[Configuration of body pressure distribution sensor]
Next, the configuration of the body pressure distribution sensor of this embodiment will be described. FIG. 3 is an exploded perspective view of the body pressure distribution sensor of the present embodiment. FIG. 4 shows a top view of the body pressure distribution sensor. FIG. 5 shows a VV cross-sectional view of FIG. In FIG. 3, the
図3〜図5に示すように、本実施形態の体圧分布センサ1は、誘電層10と、表側シート2と、裏側シート3と、表側電極01X〜08Xと、裏側電極01Y〜08Yと、検出部A0101〜A0808と、表側配線01x〜08xと、裏側配線01y〜08yと、表側コネクタ11と、裏側コネクタ12と、制御部4と、を備えている。なお、検出部の符合「A○○△△」中、上二桁の「○○」は、表側電極01X〜08Xに対応している。下二桁の「△△」は、裏側電極01Y〜08Yに対応している。
As shown in FIGS. 3 to 5, the body
誘電層10は、ウレタンフォーム製であって、長方形のシート状を呈している。誘電層10の厚さは、300μmである。誘電層10は、XY方向(左右および前後方向)に延在している。ウレタンフォームは、本発明の「ポリマー」に含まれる。
The
表側シート2は、誘電層10の上側に配置されている。表側シート2は、厚さ138μmの長方形状を呈している。表側シート2の面積は、誘電層10の面積より大きい。表側シート2の5%伸長時応力は、0.23N/mmである。表側シート2は、表側布層20と、表側ポリマー層21と、を備えている。表側布層20は、目付55g/m2のポリエステル織物からなる。表側ポリマー層21は、ポリウレタンフィルム(日本マタイ(株)製「エスマー(登録商標)URL」)からなる。表側布層20と表側ポリマー層21とは、厚さ方向(上下方向)に積層されている。表側ポリマー層21は、表側布層20の下面に、ポリウレタン系接着剤(DIC(株)製「クリスボン(登録商標)4070FT」)により接着されている。表側ポリマー層21は、誘電層10側に配置されている。表側シート2の上面、すなわち表側布層20の上面は、シーツ92で被覆されている。表側シート2は、本発明の「荷重が入力される側のシート」に含まれる。また、表側シート2は、本発明の「積層体」に含まれる。
The
表側電極01X〜08Xは、表側シート2の下面(裏面)、すなわち表側ポリマー層21の下面に、合計8本形成されている。表側電極01X〜08Xは、各々、アクリルゴムおよび導電性カーボンブラックを含んでいる。表側電極01X〜08Xは、各々、帯状を呈している。表側電極01X〜08Xは、各々、Y方向(前後方向)に延在している。表側電極01X〜08Xは、X方向(左右方向)に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。表側電極01X〜08Xは、各々、誘電層10の上面に接触するように配置されている。
A total of eight
表側配線01x〜08xは、表側シート2の下面に、合計8本形成されている。表側配線01x〜08xは、各々、アクリルゴムおよび導電性カーボンブラックを含んでいる。表側コネクタ11は、表側シート2の左前隅に配置されている。表側コネクタ11には、制御部4が、電気的に接続されている。表側配線01x〜08xは、各々、表側電極01X〜08Xの前端部と、表側コネクタ11と、を接続している。
A total of eight
裏側シート3は、誘電層10の下側に配置されている。裏側シート3の大きさ、形状、構成、および5%伸長時応力は、表側シート2のそれと同じである。すなわち、裏側シート3は、裏側布層30と、裏側ポリマー層31と、を備えている。裏側布層30は、表側布層20と同じポリエステル織物からなる。裏側ポリマー層31は、ポリウレタンフィルム(同上)からなる。裏側布層30と裏側ポリマー層31とは、厚さ方向(上下方向)に積層されている。裏側ポリマー層31は、裏側布層30の上面に、ポリウレタン系接着剤(同上)により接着されている。裏側ポリマー層31は、誘電層10側に配置されている。裏側シート3は、本発明の「積層体」に含まれる。
The
裏側電極01Y〜08Yは、裏側シート3の上面(表面)、すなわち裏側ポリマー層31の上面に、合計8本形成されている。裏側電極01Y〜08Yは、各々、アクリルゴムおよび導電性カーボンブラックを含んでいる。裏側電極01Y〜08Yは、各々、帯状を呈している。裏側電極01Y〜08Yは、各々、X方向(左右方向)に延在している。裏側電極01Y〜08Yは、Y方向(前後方向)に、所定間隔ごとに離間して、互いに略平行になるように、配置されている。裏側電極01Y〜08Yは、各々、誘電層10の下面に接触するように配置されている。
A total of eight back-
裏側配線01y〜08yは、裏側シート3の上面に、合計8本形成されている。裏側配線01y〜08yは、各々、アクリルゴムおよび導電性カーボンブラックを含んでいる。裏側コネクタ12は、裏側シート3の左前隅に配置されている。裏側コネクタ12には、制御部4が、電気的に接続されている。裏側配線01y〜08yは、各々、裏側電極01Y〜08Yの左端部と、裏側コネクタ12と、を接続している。
A total of eight back-
表側シート2と裏側シート3とは、誘電層10を挟んで対向している。表側シート2および裏側シート3の周縁部には、図4にハッチングで示すように、複数の融着部13が配置されている。複数の融着部13は、誘電層10の周囲を囲うように、点線状に配置されている。表側シート2と裏側シート3は、融着部13において、接合されている。
The
検出部A0101〜A0808は、図4にハッチングで示すように、表側電極01X〜08Xと、裏側電極01Y〜08Yと、が上下方向から見て交差する部分(重複する部分)に配置されている。検出部A0101〜A0808は、各々、表側電極01X〜08Xの一部と、裏側電極01Y〜08Yの一部と、誘電層10の一部と、を備えている。検出部A0101〜A0808は、合計64個(=8個×8個)配置されている。検出部A0101〜A0808は、誘電層10の略全面に亘って、略等間隔に配置されている。
As shown by hatching in FIG. 4, the detectors A0101 to A0808 are arranged at portions (overlapping portions) where the front-
制御部4は、電源回路41と、CPU(Central Processing Unit)42と、RAM(Random Access Memory)43と、EEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)44と、駆動回路45と、を備えている。制御部4は、表側コネクタ11、裏側コネクタ12に、電気的に接続されている。
The
電源回路41は、検出部A0101〜A0808に、正弦波状の交流電圧を印加する。交流電圧は、検出部A0101〜A0808に、走査的に順番に印加される。EEP−ROM44には、予め、検出部A0101〜A0808における静電容量と荷重(体圧)との対応を示すマップ等が、格納されている。RAM43には、表側コネクタ11、裏側コネクタ12から入力されるインピーダンス、位相等が、一時的に格納される。CPU42は、RAM43に格納されたインピーダンス、位相を基に、検出部A0101〜A0808の静電容量を算出する。そして、静電容量から、体圧分布センサ1における体圧分布(面圧分布)を算出する。駆動回路45は、CPU42が算出した体圧分布に応じて、駆動回路45に接続されている部材(図略)を駆動する。
The power supply circuit 41 applies a sinusoidal AC voltage to the detection units A0101 to A0808. The AC voltage is sequentially applied to the detection units A0101 to A0808 in a scanning manner. In the EEP-ROM 44, a map indicating the correspondence between the capacitance and the load (body pressure) in the detection units A0101 to A0808 is stored in advance. The
[体圧分布センサの製造方法]
次に、本実施形態の体圧分布センサ1の製造方法について説明する。本実施形態の体圧分布センサ1の製造方法は、シート作製工程と、印刷工程と、積層工程と、シート融着工程と、を有している。
[Manufacturing method of body pressure distribution sensor]
Next, the manufacturing method of the body
シート作製工程においては、表側シート2および裏側シート3を作製する。まず、40メッシュのグラビアロールを用いて、ポリウレタンフィルム(同上)にポリウレタン系接着剤(同上)を、6g/m2(固形分換算)の塗布量で網目状に塗布する。その後、100℃下で、塗布した接着剤を乾燥させる。次に、ポリウレタンフィルムの接着剤の塗布面に、ポリエステル織物を積層させる。そして、硬度80度のニップロールを用いて、線圧100kg/cmの圧力で、ポリエステル織物とポリウレタンフィルムとを圧着する。このようにして、ポリエステル織物からなる布層と、ポリウレタンフィルムからなるポリマー層と、を有する積層体を得る。得られた積層体を所定の大きさに切断して、表側シート2および裏側シート3を作製する。
In the sheet preparation process, the
印刷工程においては、作製した表側シート2に、表側電極01X〜08Xおよび表側配線01x〜08xを形成する。同様に、裏側シート3に、裏側電極01Y〜08Yおよび裏側配線01y〜08yを形成する。
In the printing process, the
まず、導電塗料を、以下の手順で調製する。アクリルゴムポリマー100質量部、加硫助剤のステアリン酸1質量部、加硫促進剤のジメチルジチオカルバミン酸亜鉛2.5質量部、およびジメチルジチオカルバミン酸第二鉄0.5質量部を、ロール練り機にて混合し、エラストマー組成物を調製する。調製したエラストマー組成物を、メチルエチルケトン(MEK)1500質量部に溶解させる。この溶液に、導電性カーボンブラック(ケッチェンブラック、ライオン(株)製「EC600JD」)22.86質量部を添加して、ロールで混練りして、固形分濃度約7.8質量%のMEK溶液を得る。得られたMEK溶液に、印刷用溶剤のジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート686.7質量部を添加する。そして、印刷用溶剤を添加したMEK溶液を、大気と接しやすい広口容器に入れ、時々攪拌しながら室温にて一日静置する。こうすることで、低沸点のMEKを蒸発させる。このようにして、導電塗料を調製する。なお、印刷用溶剤の沸点は200℃以上である。このため、印刷用溶剤の揮発は無視できる。 First, a conductive paint is prepared by the following procedure. A roll kneader containing 100 parts by mass of an acrylic rubber polymer, 1 part by mass of stearic acid as a vulcanization aid, 2.5 parts by mass of zinc dimethyldithiocarbamate as a vulcanization accelerator, and 0.5 parts by mass of ferric dimethyldithiocarbamate. To prepare an elastomer composition. The prepared elastomer composition is dissolved in 1500 parts by mass of methyl ethyl ketone (MEK). To this solution, 22.86 parts by mass of conductive carbon black (Ketjen Black, “EC600JD” manufactured by Lion Corporation) was added and kneaded with a roll, and MEK having a solid content concentration of about 7.8% by mass. Obtain a solution. To the obtained MEK solution, 686.7 parts by mass of diethylene glycol monobutyl ether acetate as a printing solvent is added. Then, the MEK solution to which the printing solvent has been added is placed in a wide-mouthed container that easily comes into contact with the atmosphere, and is allowed to stand at room temperature for one day while stirring occasionally. In this way, low boiling point MEK is evaporated. In this way, a conductive paint is prepared. The boiling point of the printing solvent is 200 ° C. or higher. For this reason, the volatilization of the printing solvent is negligible.
次に、表側シート2の表側ポリマー層21の下面(図3における下面。印刷時には上向きに配置する。)に、スクリーン印刷機を用いて、調製した導電塗料を印刷する。その後、加熱により塗膜を乾燥すると共に、アクリルゴムポリマーを架橋させて、表側電極01X〜08Xおよび表側配線01x〜08xを形成する。同様にして、裏側シート3の裏側ポリマー層31の上面に、導電塗料を印刷して、裏側電極01Y〜08Yおよび裏側配線01y〜08yを形成する。
Next, the prepared conductive paint is printed on the lower surface of the
積層工程においては、図3に示すように、下から順に、裏側シート3、誘電層10、および表側シート2を積層する。すなわち、裏側シート3に形成した裏側電極01Y〜08Yと、表側シート2に形成した表側電極01X〜08Xと、の間に誘電層10が介装されるように、裏側シート3、誘電層10、および表側シート2を積層する。
In the laminating step, as shown in FIG. 3, the
シート融着工程においては、積層された表側シート2および裏側シート3の周縁部を、所定の間隔でスポット融着する。このようにして、本実施形態の体圧分布センサ1は、製造される。
In the sheet fusion process, the peripheral portions of the
[体圧分布センサの動き]
次に、本実施形態の体圧分布センサ1の動きについて説明する。まず、就寝者Mがマットレス91の上に横になる前(初期状態)に、検出部A0101〜A0808ごとに、静電容量Cを算出する。すなわち、検出部A0101から検出部A0808までを、あたかも走査するように、静電容量Cを算出する。算出された静電容量Cは、検出部A0101〜A0808ごとに、RAM43に格納される。次に、就寝者Mがマットレス91の上に仰向けに寝た後、検出部A0101〜A0808ごとに、静電容量Cを算出する。算出された静電容量Cは、検出部A0101〜A0808ごとに、RAM43に格納される。就寝者Mの体重が加わった部分の検出部においては、表側電極と裏側電極との距離が小さくなる。これにより、当該検出部の静電容量Cは、大きくなる。CPU42は、静電容量の変化量ΔCから、検出部A0101〜A0808ごとの体圧を算出する。このようにして、マットレス91上の体圧分布が測定される。
[Motion of body pressure distribution sensor]
Next, the movement of the body
[作用効果]
次に、本実施形態の体圧分布センサ1の作用効果について説明する。本実施形態の体圧分布センサ1によると、表側シート2、裏側シート3の両方が、5%伸長時応力0.23N/mmの伸縮性に乏しい積層体からなる。このため、表側シート2に形成された表側電極01X〜08Xおよび表側配線01x〜08x、裏側シート3に形成された裏側電極01Y〜08Yおよび裏側配線01y〜08y(以下適宜、まとめて「電極および配線」と称す)は、就寝者Mの体重が加わっても、伸びにくい。よって、電極および配線における電気抵抗の変化が小さい。また、検出部A0101〜A0808において、電極面積の変化も小さい。したがって、電極および配線の伸張による、出力への影響が小さい。このため、体圧分布センサ1においては、検出部A0101〜A0808に加わる圧力を正確に検出することができる。すなわち、体圧分布センサ1においては、体圧分布(面圧分布)の測定精度が高い。
[Function and effect]
Next, the effect of the body
表側シート2は、表側布層20を有している。同様に、裏側シート3は、裏側布層30を有している。表側布層20および裏側布層30を構成するポリエステル織物の目付は、55g/m2である。このため、表側シート2および裏側シート3は、柔らかい。すなわち、体圧分布センサ1は、シート材料としてゴムフィルムを用いた場合と同程度の柔らかな感触を有している。したがって、就寝者Mが硬さ、ごわつき等の違和感を感じにくい。また、体圧分布センサ1においては、荷重が入力される側の表側シート2だけでなく、裏側シート3も積層体からなる。したがって、より良好な使用感を得ることができる。また、表側布層20および裏側布層30は、ポリエステル織物からなる。このため、表側シート2、裏側シート3は、吸湿しにくく、耐久性に優れる。
The
表側シート2の誘電層10側には、ポリウレタンフィルムからなる表側ポリマー層21が配置されている。同様に、裏側シート3の誘電層10側には、ポリウレタンフィルムからなる裏側ポリマー層31が配置されている。ポリウレタンフィルムの強度は大きい。また、ポリウレタンフィルムは、導電塗料との接着性も良好である。このため、表側シート2の裏面、および裏側シート3の上面に、電極および配線を、導電塗料から容易に形成することができる。また、表側布層20および裏側布層30と比較して、表側ポリマー層21および裏側ポリマー層31の表面粗さは小さい。したがって、表側ポリマー層21に形成された表側電極01X〜08X、および裏側ポリマー層31に形成された裏側電極01Y〜08Yと、誘電層10と、の接触状態は、共に良好である。
A
表側シート2、裏側シート3を構成する積層体は、ポリウレタンフィルムとポリエステル織物とを、接着させて製造される。このため、表側シート2、裏側シート3を、容易に製造することができる。
The laminate constituting the
体圧分布センサ1において、電極および配線は、アクリルゴムおよび導電性カーボンブラックを含んで形成されている。このため、電極および配線は、柔軟で高い導電性を有する。加えて、伸縮や屈曲しても、クラックが発生しにくく、導電性の変化が小さい。また、電極および配線は、スクリーン印刷法により形成されている。このため、薄膜状の電極および配線を、様々な形状に形成しやすい。
In the body
表側シート2と裏側シート3とは、周縁部をスポット融着することにより接合されている。このため、融着されていない部分を通して、誘電層10が介装される内部と外部との間で、空気の移動が可能である。したがって、誘電層10として、ウレタンフォーム等の発泡体を用いた場合でも、セルの圧縮、回復に伴う空気の出入が阻害されない。
The
帯状の表側電極01X〜08Xは、誘電層10の全面に亘って、X方向およびY方向に、略等間隔に配置されている。同様に、裏側電極01Y〜08Yは、誘電層10の全面に亘って、X方向およびY方向に、略等間隔に配置されている。そして、検出部A0101〜A0808は、表側電極01X〜08Xと裏側電極01Y〜08Yとの交差部分を利用して配置されている。このため、検出部A0101〜A0808を、誘電層10の全面に分散させやすい。また、広い領域における面圧分布を測定する場合でも、荷重を検出したい部位ごとに、電極を配置する必要はない。
The strip-shaped front-
<その他>
以上、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiment of the capacitive sensor of the present invention has been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
例えば、積層体を構成する布層、ポリマー層の材質は、5%伸長時応力が0.2N/mm以上15.0N/mm以下の積層体を構成できれば、特に限定されない。布層は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル繊維、ナイロン(登録商標)6、ナイロン6,6等のポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン繊維、ポリウレタン繊維、ポリイミド繊維から選ばれる一種以上の繊維から形成することができる。また、ポリマー層は、樹脂や熱可塑性エラストマーから形成すればよい。例えば、ポリウレタン系、アクリル系、シリコーン系、ポリビニルアルコール系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、フッ素系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系、メラミン系等の樹脂、あるいは熱可塑性エラストマーから選ばれる一種以上を用いればよい。 For example, the material of the fabric layer and polymer layer constituting the laminate is not particularly limited as long as a laminate having a stress at 5% elongation of 0.2 N / mm or more and 15.0 N / mm or less can be constituted. Examples of the cloth layer include polyester fibers such as polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, and polybutylene terephthalate, polyamide fibers such as nylon (registered trademark) 6 and nylon 6,6, polyolefin fibers such as acrylic fiber, polypropylene, and polyethylene, and polyurethane. It can form from 1 or more types of fibers chosen from a fiber and a polyimide fiber. The polymer layer may be formed from a resin or a thermoplastic elastomer. For example, polyurethane, acrylic, silicone, polyvinyl alcohol, polyamide, polyester, polycarbonate, fluorine, polyolefin, polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene, melamine resin, etc. One or more selected from plastic elastomers may be used.
積層体は、上記実施形態のように、布層およびポリマー層の二層構造でもよいが、例えば、布層がポリマー層で挟持された三層構造でもよい。さらに、布層やポリマー層を重ねて四層以上の構造にしてもよい。 The laminated body may have a two-layer structure of a cloth layer and a polymer layer as in the above embodiment, but may have a three-layer structure in which the cloth layer is sandwiched between polymer layers. Furthermore, a structure of four or more layers may be formed by overlapping fabric layers or polymer layers.
積層体には、柔らかさが必要であると同時に、所定の範囲の荷重に対して伸びにくいことが必要である。表1に、上記実施形態の積層体(実施例1)と、それ以外のフィルム部材(比較例1、参考例1−5)における、5%伸長時応力および柔軟性の評価結果を示す。表1中、比較例1の伸縮布としては、東レ(株)製の「トリンティ(登録商標)」を使用した。また、5%伸長時応力が大きいほど、伸びにくいことを示す。また、柔軟性については、手で触れた時の感触で判断し、柔らかいと感じたものを○印、硬いと感じたものを×印で示す。
比較例1のフィルム部材は、実施例1の積層体(本発明における積層体)と同様に、布層とポリマー層との二層構造を有する。しかし、5%伸長時応力が0.2N/mm未満であり、伸縮性が高い。このため、本発明の静電容量型センサのシートには適さない。また、参考までに単層構造のフィルム部材を評価したところ、参考例2のフィルム部材においては、5%伸長時応力が0.2N/mm未満であり、伸縮性が高かった。一方、参考例1、3−5のフィルム部材においては、5%伸長時応力は0.2N/mm以上15.0N/mm以下であったが、いずれも柔軟性に乏しかった。 The film member of Comparative Example 1 has a two-layer structure of a cloth layer and a polymer layer, similarly to the laminated body of Example 1 (laminated body in the present invention). However, the stress at 5% elongation is less than 0.2 N / mm, and the stretchability is high. For this reason, it is not suitable for the sheet of the capacitive sensor of the present invention. Moreover, when the film member of the single layer structure was evaluated for reference, in the film member of Reference Example 2, the stress at 5% elongation was less than 0.2 N / mm, and the stretchability was high. On the other hand, in the film members of Reference Examples 1 and 3-5, the stress at 5% elongation was 0.2 N / mm or more and 15.0 N / mm or less, but all were poor in flexibility.
上記実施形態においては、ポリエステル織物とポリウレタンフィルムとを接着するラミネート法により、積層体を製造した。しかし、積層体の製造方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、布にポリマー溶液を塗布するコーティング法や、布をポリマー溶液に浸漬するディッピング法により、製造してもよい。なお、布層とポリマー層とを接着する接着剤も、特に限定されない。例えば、上記ポリウレタン系接着剤の他、ポリアミド系接着剤、ポリエステル系接着剤等が挙げられる。 In the said embodiment, the laminated body was manufactured by the laminating method which adhere | attaches a polyester fabric and a polyurethane film. However, the manufacturing method of a laminated body is not limited to the said embodiment. For example, you may manufacture by the coating method which apply | coats a polymer solution to cloth, and the dipping method which immerses cloth in a polymer solution. In addition, the adhesive agent which adhere | attaches a cloth layer and a polymer layer is not specifically limited, either. For example, in addition to the polyurethane adhesive, a polyamide adhesive, a polyester adhesive, and the like can be given.
上記実施形態においては、表側シートおよび裏側シートの両方に、積層体を用いた。しかし、表側シート(荷重が入力される側のシート)にのみ、積層体を用いてもよい。この場合、裏側シートとしては、PETフィルム等を用いることができる。PETフィルム等の透明なフィルムを用いると、表側シート、誘電層、裏側シートを積層して一体化する際の、位置合わせが容易になる。 In the said embodiment, the laminated body was used for both the front side sheet | seat and the back side sheet | seat. However, the laminate may be used only for the front side sheet (the sheet on the side where the load is input). In this case, a PET film or the like can be used as the back side sheet. When a transparent film such as a PET film is used, alignment is facilitated when the front side sheet, the dielectric layer, and the back side sheet are laminated and integrated.
誘電層のポリマーの種類は、特に限定されない。樹脂、エラストマー(架橋ゴムおよび熱可塑性エラストマー)の中から、適宜選択すればよい。伸縮の繰り返しに対する耐久性、および静電容量を大きくするという観点から、伸び、強度、および比誘電率が大きいエラストマーが好適である。例えば、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、およびこれらの発泡体が挙げられる。誘電層は、ポリマー製のシートの他、ポリマー繊維から形成される布でもよい。誘電層のヤング率を調整することにより、用途に応じて検出感度や検出レンジを調整することができる。例えば、ウレタンフォーム等のヤング率の小さな発泡体を採用すると、小さな荷重を検出しやすい。 The type of polymer for the dielectric layer is not particularly limited. What is necessary is just to select suitably from resin and an elastomer (crosslinked rubber and thermoplastic elastomer). From the viewpoint of durability against repeated expansion and contraction and an increase in capacitance, an elastomer having a large elongation, strength, and relative dielectric constant is preferred. Examples thereof include silicone rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, urethane rubber, natural rubber, isoprene rubber, and foams thereof. The dielectric layer may be a cloth made of polymer fibers in addition to a polymer sheet. By adjusting the Young's modulus of the dielectric layer, the detection sensitivity and detection range can be adjusted according to the application. For example, when a foam having a small Young's modulus such as urethane foam is employed, a small load is easily detected.
表側電極、裏側電極、表側配線、および裏側配線は、伸縮や屈曲しても、クラックが発生しにくく、導電性の変化が小さいという観点から、上記実施形態のように、エラストマーおよび導電材を含む構成が望ましい。エラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム等が挙げられる。導電材としては、カーボンブラックやグラファイト粉末等の導電性炭素粉末や、銀、銅等の金属粉末を用いることができる。また、電極および配線は、スクリーン印刷の他、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、リソグラフィー等により形成してもよい。あるいは、ディップ法、スプレー法、バーコート法等により形成してもよい。 The front side electrode, the back side electrode, the front side wiring, and the back side wiring include an elastomer and a conductive material, as in the above embodiment, from the viewpoint that cracks are less likely to occur even when stretched or bent, and the change in conductivity is small. Configuration is desirable. Elastomers include silicone rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, natural rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene, urethane rubber. Etc. As the conductive material, conductive carbon powder such as carbon black or graphite powder, or metal powder such as silver or copper can be used. In addition to screen printing, the electrodes and wiring may be formed by inkjet printing, flexographic printing, gravure printing, pad printing, lithography, or the like. Or you may form by the dip method, the spray method, the bar coat method, etc.
表側電極、裏側電極の形状、配置数、電極間の間隔等は、特に限定されない。例えば、表側電極、裏側電極の幅を、延在方向(前後方向または左右方向)において変化させてもよい。また、表側電極、裏側電極を等間隔に形成するのではなく、場所により間隔を変えて形成してもよい。また、表側電極、裏側電極は、直線状でも、曲線状でもよい。 The shape of the front side electrode and the back side electrode, the number of arrangement, the interval between the electrodes, etc. are not particularly limited. For example, you may change the width | variety of a front side electrode and a back side electrode in the extending direction (front-back direction or the left-right direction). Further, the front electrode and the back electrode may not be formed at equal intervals, but may be formed at different intervals depending on the location. Further, the front side electrode and the back side electrode may be linear or curved.
本発明の静電容量型センサを、さらに他の部材を備えて構成してもよい。例えば、表側シート(荷重が入力される側のシート)の上面に、カバーシートを配置してもよい。あるいは、センサ全体(制御部は除いても可)を、カバー袋の中に収容してもよい。これにより、意匠性が向上すると共に、静電容量型センサの汚れを防止することができる。 You may comprise the electrostatic capacitance type sensor of this invention further provided with another member. For example, a cover sheet may be arranged on the upper surface of the front sheet (the sheet on the load input side). Or you may accommodate the whole sensor (a control part is also OK) in a cover bag. Thereby, the designability is improved, and contamination of the capacitive sensor can be prevented.
本発明の静電容量型センサは、車のシートや車椅子用の着座センサ、ベッドやカーペット用の面圧分布センサ、人工皮膚等のソフトな面圧センサ、人の動きを検出するモーションキャプチャ、キーボード等の情報入力デバイス、車両の衝突検知センサ等、様々な用途に用いることができる。 The capacitive sensor of the present invention includes a seat sensor for car seats and wheelchairs, a surface pressure distribution sensor for beds and carpets, a soft surface pressure sensor such as artificial skin, a motion capture for detecting human movement, and a keyboard. It can be used for various applications such as information input devices such as vehicle collision detection sensors.
1:体圧分布センサ(静電容量型センサ)、2:表側シート、3:裏側シート、4:制御部、9:ベッド、10:誘電層、11:表側コネクタ、12:裏側コネクタ、13:融着部、20:表側布層、21:表側ポリマー層、30:裏側布層、31:裏側ポリマー層、41:電源回路、42:CPU、43:RAM、44:EEP−ROM、45:駆動回路、90:床板、91:マットレス、92:シーツ、01X〜08X:表側電極、01Y〜08Y:裏側電極、01x〜08x:表側配線、01y〜08y:裏側配線、A0101〜A0808:検出部、M:就寝者。 1: body pressure distribution sensor (capacitance type sensor), 2: front side sheet, 3: back side sheet, 4: control unit, 9: bed, 10: dielectric layer, 11: front side connector, 12: back side connector, 13: Fusion part, 20: Front side fabric layer, 21: Front side polymer layer, 30: Back side fabric layer, 31: Back side polymer layer, 41: Power supply circuit, 42: CPU, 43: RAM, 44: EEP-ROM, 45: Drive Circuit: 90: Floor board, 91: Mattress, 92: Sheet, 01X to 08X: Front side electrode, 01Y to 08Y: Back side electrode, 01x to 08x: Front side wiring, 01y to 08y: Back side wiring, A0101 to A0808: Detection unit, M : Sleeper.
Claims (7)
該誘電層を挟んで配置される一対の表側シートおよび裏側シートと、
該表側シートの該誘電層に接触する裏面に形成される表側電極と、
該裏側シートの該誘電層に接触する表面に形成される裏側電極と、
表裏方向に対向する該表側電極と該裏側電極との間に形成される検出部と、
を備え、該検出部の静電容量の変化から該検出部に加わる圧力を検出可能な静電容量型センサであって、
該表側シートおよび該裏側シートのうち、少なくとも荷重が入力される側のシートは、布層とポリマー層とを有し、一方向に5%伸長した時の応力が0.2N/mm以上15.0N/mm以下である積層体からなり、
該布層は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリウレタン繊維、ポリイミド繊維から選ばれる一種以上の繊維から形成されており、
該ポリマー層は、ポリウレタンフィルムからなり、
該積層体において該ポリマー層は該誘電層側に配置されることを特徴とする静電容量型センサ。 A polymer dielectric layer;
A pair of front and back sheets disposed across the dielectric layer; and
A front electrode formed on the back surface of the front sheet that contacts the dielectric layer;
A backside electrode formed on a surface of the backside sheet that contacts the dielectric layer;
A detection portion formed between the front electrode and the back electrode facing in the front-back direction;
A capacitance type sensor capable of detecting pressure applied to the detection unit from a change in capacitance of the detection unit,
Of the front side sheet and the back side sheet, at least a sheet on which a load is input has a fabric layer and a polymer layer, and the stress when stretched 5% in one direction is 0.2 N / mm or more and 15. It consists of a laminate that is 0 N / mm or less,
The fabric layer is formed of one or more kinds of fibers selected from polyester fibers, polyamide fibers, acrylic fibers, polyolefin fibers, polyurethane fibers, polyimide fibers,
The polymer layer is made of a polyurethane film,
The electrostatic capacity sensor, wherein the polymer layer is disposed on the dielectric layer side in the laminate.
前記裏側シートの表面には、前記裏側電極に接続される裏側配線が形成される請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の静電容量型センサ。 A front side wiring connected to the front side electrode is formed on the back surface of the front side sheet,
The capacitive sensor according to any one of claims 1 to 5 , wherein a back side wiring connected to the back side electrode is formed on a surface of the back side sheet.
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