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JP2010101827A - Pressure detector - Google Patents

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JP2010101827A
JP2010101827A JP2008275431A JP2008275431A JP2010101827A JP 2010101827 A JP2010101827 A JP 2010101827A JP 2008275431 A JP2008275431 A JP 2008275431A JP 2008275431 A JP2008275431 A JP 2008275431A JP 2010101827 A JP2010101827 A JP 2010101827A
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JP
Japan
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pressure
conductive
pressure detection
planar
spacer
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Pending
Application number
JP2008275431A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunichiro Watabe
俊一郎 渡部
Kiyoshi Takizawa
清 滝沢
Ryokei Endo
了慶 遠藤
Shigetoshi Amiya
繁俊 網屋
Hideya Takahashi
秀也 高橋
Eiji Shimizu
英二 志水
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Kuraray Co Ltd
Osaka University NUC
Osaka Metropolitan University
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
Osaka University NUC
Osaka City University PUC
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Publication date
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Abstract

【課題】柔軟性や通気性に優れ、かつ、外部から付加される圧力の有無のみならず、圧力の大きさを段階的に検出することのできる圧力検知装置を提供する。
【解決手段】導電性繊維から形成された互いに対向する一対の面状の導電性部材およびこれら導電性部材の間に介在するフレキシブルな面状のスペーサを有する単数または複数の圧力検知素子からなる布状圧力センサと、前記圧力検知素子のスペーサの変形度合いに応じて、前記一対の導電性部材の対向方向の圧力の大きさを複数の段階で検出する検出回路とにより、圧力検知装置を構成する。
【選択図】図1
There is provided a pressure detection device which is excellent in flexibility and air permeability and can detect not only the presence or absence of pressure applied from the outside but also the magnitude of pressure in a stepwise manner.
A cloth comprising one or a plurality of pressure sensing elements having a pair of opposed planar conductive members formed of conductive fibers and flexible planar spacers interposed between the conductive members. A pressure detection device is configured by a pressure sensor and a detection circuit that detects the magnitude of pressure in the opposing direction of the pair of conductive members in a plurality of stages according to the degree of deformation of the spacer of the pressure detection element. .
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、柔軟性と信頼性とを兼ね備え、かつ圧力の大きさを段階的に検出することのできる圧力検知装置に関する。   The present invention relates to a pressure detection device that has both flexibility and reliability and can detect the magnitude of pressure in a stepwise manner.

近年、ユビキタス情報化社会の進歩に伴い、カーペットや壁紙、シートカバー、衣服等の、布を利用するさまざまな用途に埋め込んで使用するための、フレキシブルな電子システムが開発されてきている。特に、薄型のセンサや入力装置などは、ウェアラブルコンピュータや包装材などへの応用が期待されており、柔軟性、可撓性、通気性、人体への快適性などが求められている。   In recent years, with the progress of the ubiquitous information society, flexible electronic systems have been developed for use in various uses using cloth, such as carpets, wallpaper, seat covers, and clothes. In particular, thin sensors and input devices are expected to be applied to wearable computers and packaging materials, and are required to have flexibility, flexibility, breathability, comfort to the human body, and the like.

従来、薄型の圧力センサとして、例えば、鉄や真鍮など導電体で形成された電極間に、ウレタンやゴムなどで形成した誘電体を介在させてコンデンサを構成し、圧力が印加された際の電極極板間距離の変化による電気容量変化を、電極部分の電圧変化として検出することで、圧力が印加されたことを検出する感圧センサが提案されている(例えば、特許文献1)。   Conventionally, as a thin pressure sensor, for example, a capacitor is formed by interposing a dielectric formed of urethane or rubber between electrodes formed of a conductor such as iron or brass, and an electrode when pressure is applied There has been proposed a pressure-sensitive sensor that detects that a pressure is applied by detecting a change in electric capacitance due to a change in the distance between electrode plates as a voltage change in an electrode portion (for example, Patent Document 1).

しかしながら、上記のような感圧センサでは、一定値以上の圧力が付加されているか否かのオン/オフ状態を認識および検出することができるのみであり、圧力の大きさを検出することができないので、用途が限られる。さらには、コンデンサの極板が金属板で形成されているので、ウェアラブルコンピュータや包装材などに適用するには、柔軟性、可撓性、通気性、人体への快適性などの点でも不十分であるという課題があった。   However, the pressure-sensitive sensor as described above can only recognize and detect an on / off state whether or not a pressure exceeding a certain value is applied, and cannot detect the magnitude of the pressure. Therefore, the use is limited. Furthermore, since the capacitor electrode plate is formed of a metal plate, it is not sufficient in terms of flexibility, flexibility, breathability, and comfort to the human body to be applied to wearable computers and packaging materials. There was a problem of being.

特開2004−212183号公報JP 2004-212183 A

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、柔軟性や通気性に優れ、かつ、外部から付加される圧力の有無のみならず、圧力の大きさを段階的に検出することのできる圧力検知装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is excellent in flexibility and air permeability, and not only the presence or absence of pressure applied from the outside, but also the level of pressure. An object of the present invention is to provide a pressure detection device that can detect automatically.

前記した目的を達成するために、本発明に係る圧力検知装置は、導電性繊維から形成された互いに対向する一対の面状の導電性部材およびこれら導電性部材の間に介在するフレキシブルな面状のスペーサからなる単数または複数の圧力検知素子を有する布状圧力センサと、前記圧力検知素子のスペーサの変形度合いに応じて、前記一対の導電性部材の対向方向の圧力の大きさを複数の段階で検出する検出回路とを備えている。   In order to achieve the above-described object, a pressure detection device according to the present invention includes a pair of planar conductive members facing each other formed of conductive fibers and a flexible planar shape interposed between the conductive members. The cloth-like pressure sensor having one or a plurality of pressure sensing elements made of a plurality of spacers, and the magnitude of the pressure in the opposing direction of the pair of conductive members according to the degree of deformation of the spacers of the pressure sensing elements in a plurality of stages And a detection circuit for detecting at the same time.

この構成によれば、導電性繊維のようなフレキシブルな素材を用いることで柔軟性や通気性などに優れる構造を有しながら、外部から付加される圧力の有無のみならず、圧力の大きさを複数の段階に分けて検出することが可能となる。   According to this configuration, while using a flexible material such as conductive fiber, it has a structure excellent in flexibility and breathability, etc. Detection can be performed in a plurality of stages.

本発明に係る上記布状センサにおいて、前記導電性繊維として、導電性微粒子を含有する導電性ポリビニルアルコール系繊維を使用することが好ましい。このように構成することにより、屈曲や洗濯においても導電層の破壊や剥離が起こることを効果的に防止することができ、衣服のような布を利用する用途に使用した場合でも、高い信頼性を発揮することが可能となる。   In the cloth sensor according to the present invention, it is preferable to use conductive polyvinyl alcohol-based fibers containing conductive fine particles as the conductive fibers. By configuring in this way, it is possible to effectively prevent the conductive layer from being broken or peeled off even during bending and washing, and even when used for applications that use cloth such as clothes, it is highly reliable. Can be achieved.

上記の圧力検知装置において、前記布状圧力センサを、それぞれ検知感度の異なる複数の前記圧力検知素子から構成することができる。このように構成すれば、いずれの検知感度を有する圧力検知素子が圧力を検知したのかを検出することにより、圧力の大きさを、複数の段階に分けて検出することができる。また、このような構成の布状圧力センサを採用した場合には、圧力検知素子として、従来のオン/オフのみを検出する圧力スイッチを利用た簡単な構造の圧力検知装置とすることができる。   In the above-described pressure detection device, the cloth-shaped pressure sensor can be composed of a plurality of pressure detection elements each having a different detection sensitivity. If comprised in this way, the magnitude | size of a pressure can be detected in a several step | paragraph by detecting which pressure detection element which has which detection sensitivity detected the pressure. Further, when the cloth-like pressure sensor having such a configuration is employed, a pressure detection device having a simple structure using a conventional pressure switch for detecting only on / off can be used as the pressure detection element.

上記のように、本発明に係る圧力検知装置の前記布状圧力センサを検知感度の異なる複数の前記圧力検知素子から構成する場合、この布状圧力センサを、前記複数の圧力検知素子を前記導電部材の対向方向に積層してなるものとしてもよい。このように構成することにより、圧力が付加される方向に直交する方向の所定の面積について、圧力の大きさを確実に複数の段階に分けて検出することができる。   As described above, when the cloth pressure sensor of the pressure detection device according to the present invention is configured from the plurality of pressure detection elements having different detection sensitivities, the cloth pressure sensor is connected to the plurality of pressure detection elements. It is good also as what is laminated | stacked on the opposing direction of a member. By configuring in this way, the magnitude of the pressure can be reliably detected in a plurality of stages for a predetermined area in a direction orthogonal to the direction in which the pressure is applied.

また、上記のように、本発明に係る圧力検知装置の前記布状圧力センサを検知感度の異なる複数の前記圧力検知素子から構成する場合、前記圧力検知素子として、前記スペーサに形成された、前記一対の面状導電性部材の対向方向に貫通する複数の貫通孔を介して前記一対の面状導電性部材が互いに接触することにより圧力を検知する接触抵抗型面状スイッチを使用することができる。このように構成することで、面状スイッチの2つの導電性部材の接触による抵抗の変化を検出する、簡単な構造の検出回路を使用して圧力の大きさを段階的に検出することが可能となる。   Further, as described above, when the cloth-like pressure sensor of the pressure detection device according to the present invention is configured from a plurality of the pressure detection elements having different detection sensitivities, the pressure detection elements are formed on the spacer, A contact resistance type planar switch that detects pressure when the pair of planar conductive members come into contact with each other through a plurality of through holes penetrating in the opposing direction of the pair of planar conductive members can be used. . With this configuration, it is possible to detect the magnitude of pressure step by step using a simple detection circuit that detects changes in resistance due to contact between two conductive members of a planar switch. It becomes.

本発明に使用される圧力検知素子として、前記接触面状型スイッチを使用する場合には、前記複数の面状スイッチが、それぞれ異なる材質からなるスペーサを備えることにより、各面状スイッチの圧力検知感度がそれぞれ異なる値に設定されていてもよく、あるいは、複数の面状スイッチの各スペーサに異なる構造の貫通孔を形成することにより、各面状スイッチの圧力検知感度がそれぞれ異なる値に設定されていてもよい。このように、スペーサの材質または貫通孔の構造を選択、調整することで、各圧力検知素子の圧力検知感度を設定することにより、圧力検知装置の検出可能圧力値の設定を幅広い範囲について容易に行うことができる。   When the contact surface type switch is used as the pressure detection element used in the present invention, the plurality of surface switches are provided with spacers made of different materials, so that the pressure detection of each surface switch. The sensitivity may be set to different values, or the pressure detection sensitivity of each planar switch is set to a different value by forming through holes with different structures in the spacers of the plurality of planar switches. It may be. In this way, setting the pressure detection sensitivity of each pressure detection element by selecting and adjusting the spacer material or the structure of the through hole makes it easy to set the detectable pressure value of the pressure detection device over a wide range. It can be carried out.

上記のように、本発明に係る圧力検知装置の前記布状圧力センサを検知感度の異なる複数の前記圧力検知素子から構成する場合、前記圧力検知素子として、前記スペーサが誘電性素材で形成されたコンデンサ型面状スイッチを使用することもできる。コンデンサ型面状スイッチは、圧力が付加された際の、2つの導電性部材間距離の変化によるコンデンサの電気容量変化を検出することにより、圧力の付加を検出する素子であるので、圧力の大きさをより高い信頼性で段階的に検出することが可能となる。   As described above, when the cloth-like pressure sensor of the pressure detection device according to the present invention is configured from a plurality of the pressure detection elements having different detection sensitivities, the spacer is formed of a dielectric material as the pressure detection element. Capacitor type planar switches can also be used. A capacitor-type planar switch is an element that detects the addition of pressure by detecting a change in the capacitance of a capacitor due to a change in the distance between two conductive members when a pressure is applied. It becomes possible to detect the thickness step by step with higher reliability.

本発明に使用される圧力検知素子として、前記接触面状型スイッチを使用する場合には、前記複数の面状スイッチが、それぞれ異なる材質からなるスペーサを備えることにより、各面状スイッチの圧力検知感度がそれぞれ異なる値に設定されていてもよい。   When the contact surface type switch is used as the pressure detection element used in the present invention, the plurality of surface switches are provided with spacers made of different materials, so that the pressure detection of each surface switch. The sensitivity may be set to a different value.

本発明に係る圧力検知装置の、前記布状圧力センサは、前記スペーサが誘電性素材で形成されている1つのコンデンサ型圧力検知素子で構成し、前記スペーサの変形によるコンデンサの電気容量変化によって圧力の大きさを検知するものとしてもよい。このように構成することにより、スペーサの変形、すなわち一対の面状導電性部材間の距離の変化に応じて変化するコンデンサの電気容量を検知して、付加される圧力の大きさを、段階的にのみならず、連続的に検出することが可能となる。   The cloth-like pressure sensor of the pressure detection device according to the present invention is configured by a single capacitor-type pressure detection element in which the spacer is formed of a dielectric material, and the pressure is determined by a change in the capacitance of the capacitor due to deformation of the spacer. It is good also as what detects the magnitude | size of. By configuring in this way, the magnitude of the applied pressure is determined in steps by detecting the capacitance of the capacitor that changes in accordance with the deformation of the spacer, that is, the change in the distance between the pair of planar conductive members. In addition to the above, continuous detection is possible.

このように、本発明に係る圧力検知装置によれば、柔軟性や通気性などに優れ、衣服や包装材等の布を利用する用途への適用が可能であり、かつ、外部から付加される圧力の有無のみならず、圧力の大きさを段階的に検出することができる。   Thus, according to the pressure detection device of the present invention, it is excellent in flexibility and breathability, can be applied to uses such as clothes and packaging materials, and is added from the outside. In addition to the presence or absence of pressure, the magnitude of pressure can be detected in stages.

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.

図1は、本発明の第1実施形態に係る圧力検知装置1の概略構成を示す分解斜視図である。この圧力検知装置1は、複数(この実施形態では3つ)の圧力検知素子3である接触抵抗型面状スイッチ3A〜3Aで構成される布状圧力センサ5と、布状圧力センサ5で検知した圧力の大きさを複数(この実施形態では3つ)の段階で検出する検出回路7とを主要な構成要素としている。 FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a pressure detection device 1 according to the first embodiment of the present invention. The pressure sensing device 1, a plurality a cloth-like pressure sensor 5 consists of a contact resistance type planar switch 3A 1 to 3 A 3 is a pressure sensing element 3 (three in the embodiment), cloth-like pressure sensor 5 The main component is the detection circuit 7 that detects the magnitude of the pressure detected in step S in a plurality of stages (three in this embodiment).

布状圧力センサ5を構成する接触抵抗型面状スイッチ3A〜3Aのそれぞれは、図2の分解斜視図に示すように、互いに対向する一対の面状の導電性部材、すなわち第1導電性部材11および第2導電性部材13と、これら導電性部材11,13間に介在する面状のスペーサ15A〜15Aとを有している。第1および第2導電性部材11,13には、それぞれ、導電性素材からなる検出ライン16を介して検出回路7内の検知部17〜17に電気的に接続されている。図1に示すように、本実施形態において、布状圧力センサ5は、面状スイッチ3A〜3Aを、第1および第2導電性部材11,13の対向方向Xにこの順に積層して構成されている。 As shown in the exploded perspective view of FIG. 2, each of the contact resistance type planar switches 3 </ b> A 1 to 3 </ b> A 3 constituting the cloth pressure sensor 5 is a pair of planar conductive members facing each other, i.e., first conductive. The conductive member 11 and the second conductive member 13, and the planar spacers 15 </ b> A 1 to 15 </ b> A 3 interposed between the conductive members 11 and 13. The first and second conductive members 11 and 13 are electrically connected to detection units 17 1 to 17 3 in the detection circuit 7 via detection lines 16 made of a conductive material, respectively. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the cloth-like pressure sensor 5 includes planar switches 3 </ b> A 1 to 3 </ b> A 3 stacked in this order in the facing direction X of the first and second conductive members 11 and 13. It is configured.

第1および第2導電性部材11,13は、導電性の繊維、具体的には導電性微粒子を含有する導電性ポリビニルアルコール系繊維(以下、導電性PVA系繊維と称する場合がある)によって形成されているが、後述するように、他の導電性繊維によって形成してもよい。   The first and second conductive members 11 and 13 are formed of conductive fibers, specifically, conductive polyvinyl alcohol fibers containing conductive fine particles (hereinafter sometimes referred to as conductive PVA fibers). However, as will be described later, other conductive fibers may be used.

図2の面状スペーサ15A〜15Aは、本実施形態においては、対向方向Xに貫通する多数の貫通孔19を有する電気絶縁性の素材によって形成されている。面状スイッチ3A〜3Aに対して、面状スイッチ3A〜3Aの面方向に直交する対向方向Xに圧力が加えられると、面状スペーサ15A〜15Aによって隔離されていた第1および第2導電性部材11,13は、フレキシブルな面状スペーサ15が変形することによって、面状スペーサの貫通孔19を介して互いに接触する。この接触により、第1および第2導電性部材11,13間に導通が生じ、この導通に起因する電気抵抗の変化を、検出回路7内の検知部17〜17が検知する。 In this embodiment, the planar spacers 15A 1 to 15A 3 in FIG. 2 are formed of an electrically insulating material having a large number of through holes 19 penetrating in the facing direction X. Against the planar switch 3A 1 to 3 A 3, when pressure is applied to the opposing direction X perpendicular to the surface direction of the planar switch 3A 1 to 3 A 3, first it was separated by planar spacer 15A 1 to 15A 3 The first and second conductive members 11 and 13 come into contact with each other through the through hole 19 of the planar spacer when the flexible planar spacer 15 is deformed. This contact occurs conduction between the first and second conductive members 11 and 13, the change in electrical resistance due to the conduction, the detection unit 17 1 to 17 3 in the detection circuit 7 detects.

面状スペーサ15A〜15Aは、それぞれが柔軟性の異なる材質で形成されているので、面状スペーサ15A〜15Aの圧力検知感度、すなわち、第1および第2導電性部材11,13をスペーサの貫通孔19を介して互いに接触させるために要する圧力が、それぞれ異なる値に設定されている。本実施形態においては、各面状スイッチ3A〜3Aの圧力検知感度を25g重/cm、75g重/cm、240g重/cmに設定している。 Since each of the planar spacers 15A 1 to 15A 3 is formed of a material having different flexibility, the pressure detection sensitivity of the planar spacers 15A 1 to 15A 3 , that is, the first and second conductive members 11 and 13 is determined. The pressures required to bring the two into contact with each other through the spacer through-holes 19 are set to different values. In the present embodiment, the pressure detection sensitivity of each of the planar switches 3A 1 to 3A 3 is set to 25 g weight / cm 2 , 75 g weight / cm 2 , and 240 g weight / cm 2 .

なお、本実施形態のように、布状圧力センサ5を複数の接触抵抗型面状スイッチ3Aによって構成する場合、各面状スイッチ3の圧力検知感度を異なる値に設定するために、上記のように各スペーサ15Aに異なる材質を用いる代わりに、またはこれに加えて、複数のスペーサ15Aに異なる構造の貫通孔19を形成してもよい。すなわち、複数のスペーサ15Aに、例えば、貫通孔19の孔径、形状、スペーサ15Aにおける面積当たりの孔の数などが異なる貫通孔19を形成してもよい。   In addition, when the cloth-like pressure sensor 5 is configured by a plurality of contact resistance type planar switches 3A as in this embodiment, in order to set the pressure detection sensitivity of each planar switch 3 to a different value, as described above. Instead of using a different material for each spacer 15A, or in addition to this, through holes 19 having different structures may be formed in the plurality of spacers 15A. That is, for example, the through holes 19 having different diameters and shapes of the through holes 19 and the number of holes per area in the spacer 15A may be formed in the plurality of spacers 15A.

次に、本実施形態に係る圧力検知装置1の動作について説明する。   Next, operation | movement of the pressure detection apparatus 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.

図1に示す圧力検知装置1に、対向方向Xの圧力Pが付加されると、対向方向Xに積層された各面状スイッチ3A〜3Aの、導電性繊維で形成された導電性部材11,13の変形を介して、面状のスペーサ15A〜15Aが変形する。スペーサ15A〜15Aの変形により、その両面に配置されている第1導電性部材11と第2導電性部材13とが、スペーサに形成された貫通孔19を介して互いに接触する。 When the pressure P in the facing direction X is applied to the pressure detection device 1 shown in FIG. 1, the conductive members formed of conductive fibers of the planar switches 3A 1 to 3A 3 stacked in the facing direction X. The planar spacers 15 </ b> A 1 to 15 </ b> A 3 are deformed through the deformation of 11 and 13. Due to the deformation of the spacers 15A 1 to 15A 3 , the first conductive member 11 and the second conductive member 13 arranged on both surfaces thereof come into contact with each other through a through hole 19 formed in the spacer.

スペーサ15A1〜15A3を、それぞれ互いに柔軟性の異なる材質で形成することにより、各面状スイッチ3A〜3Aの圧力検知感度を、25g重/cm、75g重/cm、240g重/cm、と段階的に異なる値に設定しているので、圧力Pの値を段階的に分けて検出することができる。すなわち、第1および第2導電性部材11,13が互いに接触して導通が生じると、導通が生じた面状スイッvチ3A〜3Aに対応する検知部17〜17が電気抵抗の変化を検知する。検出回路7内の検出部は、いずれの検知部17〜17が電気抵抗変化を検知しているかを判定することにより、対応する圧力Pの値を検出することができる。 By forming the spacers 15A1 to 15A3 with materials having different flexibility, the pressure detection sensitivity of each of the planar switches 3A 1 to 3A 3 is 25 g weight / cm 2 , 75 g weight / cm 2 , 240 g weight / cm. 2 , the value of the pressure P can be detected separately in stages. That is, when the first and second conductive members 11 and 13 are brought into contact with each other to cause conduction, the detection units 17 1 to 17 3 corresponding to the planar switches 3A 1 to 3A 3 in which conduction has occurred cause electrical resistance. Detect changes in The detection unit in the detection circuit 7 can detect the value of the corresponding pressure P by determining which of the detection units 17 1 to 17 3 detects a change in electrical resistance.

このように、本実施形態に係る圧力検知装置1によれば、圧力検知素子3として、スペーサに形成された複数の貫通孔を介して一対の面状導電性部材11,13が互いに接触することにより圧力を検知する接触抵抗型面状スイッチ3Aを使用し、面状スイッチの2つの導電性部材の接触による抵抗の変化を検出するので、簡単な構造の面状スイッチおよび検出回路を使用して、圧力の大きさを段階的に検出することが可能となる。   Thus, according to the pressure detection device 1 according to the present embodiment, as the pressure detection element 3, the pair of planar conductive members 11 and 13 come into contact with each other through the plurality of through holes formed in the spacer. Since the contact resistance type planar switch 3A for detecting pressure is used to detect a change in resistance due to the contact of two conductive members of the planar switch, a planar switch and a detection circuit having a simple structure are used. It becomes possible to detect the magnitude of the pressure stepwise.

さらには、面状導電性部材11,13として、導電性繊維、特には導電性微粒子を含有する導電性ポリビニルアルコール系繊維を使用しているので、屈曲や洗濯においても導電層の破壊や剥離が起こることを効果的に防止することができ、衣服のような布を利用する用途に使用した場合でも、高い信頼性を発揮することが可能となる。   Furthermore, since the conductive fibers, particularly conductive polyvinyl alcohol fibers containing conductive fine particles are used as the planar conductive members 11 and 13, the conductive layer can be broken or peeled even during bending or washing. Occurrence can be effectively prevented, and high reliability can be exhibited even when used in applications that utilize cloth such as clothes.

なお、布状圧力センサ5を構成する面状スイッチ3Aの数は、必要とされる圧力検出の仕様に応じて適宜設定してよい。また、本実施形態では、圧力検知装置1の布状圧力センサ5を、複数の接触抵抗型面状スイッチ3Aを対向方向Xに積層して構成しているが、図3に示すように、これら複数の面状スイッチ3Aを、面状スイッチ3Aの面方向に並べて配置してもよい。各面状スイッチ3Aの面方向の面積を、圧力Pが付加される際の、想定される外部との接触面積よりも十分に小さく設定すれば、このように配置しても、圧力Pの大きさを複数の段階に分けて検出することができる。   The number of planar switches 3A constituting the cloth-like pressure sensor 5 may be set as appropriate according to the required pressure detection specifications. In this embodiment, the cloth-like pressure sensor 5 of the pressure detection device 1 is configured by laminating a plurality of contact resistance type planar switches 3A in the facing direction X. As shown in FIG. A plurality of planar switches 3A may be arranged side by side in the surface direction of the planar switch 3A. If the area in the surface direction of each planar switch 3A is set to be sufficiently smaller than the assumed contact area with the outside when the pressure P is applied, the pressure P is large even if arranged in this way. This can be detected in a plurality of stages.

また、第1実施形態の変形例として、図4に示すように、接触抵抗型面状スイッチ3Aに代えて、互いに対向する面状の第1導電性部材11と第2導電性部材13との間に誘電性素材で形成されたスペーサ15Bを介在させて構成したコンデンサ型の面状スイッチ3B(3B〜3B)を、圧力検知素子3として使用することもできる。 As a modification of the first embodiment, as shown in FIG. 4, instead of the contact resistance type planar switch 3 </ b> A, a planar first conductive member 11 and a second conductive member 13 facing each other are provided. Capacitor-type planar switches 3B (3B 1 to 3B 3 ) configured by interposing spacers 15B formed of a dielectric material between them can also be used as the pressure detection element 3.

この変形例においては、対向方向Xに圧力Pが付加された際に、面状スイッチ3Bのスペーサ15Bが変形することにより、コンデンサの極板として機能する第1導電性部材11と第2導電性部材13との間の距離Dが変化する。この極板間距離Dの変化にともなって、面状スイッチ3Bのコンデンサとしての電気容量が変化するので、電気容量が所定の値に達したときに、所定の圧力が付加されたことを検知する。   In this modification, when the pressure P is applied in the facing direction X, the spacer 15B of the planar switch 3B is deformed, whereby the first conductive member 11 and the second conductive member functioning as a capacitor plate. The distance D between the members 13 changes. As the distance between the electrode plates D changes, the capacitance of the planar switch 3B as a capacitor changes. Therefore, when the capacitance reaches a predetermined value, it is detected that a predetermined pressure is applied. .

図5にブロック図で示すように、本変形例における布状圧力センサ5は、コンデンサ型面状スイッチ3Bを含む発振回路21として構成されており、面状スイッチ3Bの電気容量の変化は、この発振回路21の発振周期の変化として検出回路7によって検出される。   As shown in the block diagram of FIG. 5, the cloth-like pressure sensor 5 in this modification is configured as an oscillation circuit 21 including a capacitor-type planar switch 3B, and the change in the capacitance of the planar switch 3B is as follows. This is detected by the detection circuit 7 as a change in the oscillation period of the oscillation circuit 21.

圧力検知素子3としてコンデンサ型の面状スイッチ3Bを使用する場合の発振回路21としては、極板間距離Dが変化することによる面状スイッチ3Bの容量変化を検出してスイッチング可能である限り特に限定されないが、構成が簡単で低い発振周波数を実現しやすい観点から、弛張型発振回路が好ましい。   The oscillation circuit 21 when the capacitor-type planar switch 3B is used as the pressure sensing element 3 is particularly capable of switching by detecting the capacitance change of the planar switch 3B due to the change in the distance D between the electrode plates. Although not limited, a relaxation type oscillation circuit is preferable from the viewpoint of simple configuration and easy realization of a low oscillation frequency.

図5に示すように、弛張型の発振回路21は、面状スイッチ3Bと抵抗Rによる時定数回路23と、コンパレータ25および充放電用スイッチ27とを備える。図5において、面状スイッチ3Bに取り付けられた一方の端子は接地され、もう一方の端子は、抵抗Rを介して電源Wへと接続されている。   As shown in FIG. 5, the relaxation oscillation circuit 21 includes a planar switch 3 </ b> B, a time constant circuit 23 using a resistor R, a comparator 25, and a charge / discharge switch 27. In FIG. 5, one terminal attached to the planar switch 3 </ b> B is grounded, and the other terminal is connected to the power source W through a resistor R.

電源Wからの電流は、抵抗Rを通してコンデンサである面状スイッチ3Bに充電され、時定数回路23とコンパレータ25との間のS点の電圧が上昇する。そしてS点の電圧がコンパレータ25の参照電圧Vref(V)に達すると、コンパレータ25によって、充放電用スイッチ27がONとされる。これにより、面状スイッチ3Bにおいて充電されていた電流が一気に放電され、S点の電圧は参照電圧Vref以下となる。このとき、コンパレータ25によって、充放電用スイッチ27はOFFとなり、再びコンデンサの充電が始まる。   The current from the power source W is charged to the planar switch 3B as a capacitor through the resistor R, and the voltage at the point S between the time constant circuit 23 and the comparator 25 increases. When the voltage at point S reaches the reference voltage Vref (V) of the comparator 25, the comparator 25 turns on the charge / discharge switch 27. As a result, the current charged in the planar switch 3B is discharged all at once, and the voltage at the S point becomes equal to or lower than the reference voltage Vref. At this time, the charge / discharge switch 27 is turned off by the comparator 25, and charging of the capacitor starts again.

弛張型発振回路では、このようにコンデンサの充放電を繰り返すことによって、発振状態が継続される。そして、コンデンサの容量が増加すると、Vref(V)に到達するまでの時間が増加して発振周期が長くなり、逆に容量が減少すると発振周期が短くなる。したがって、この発振周期を、検出回路7で計測することにより、コンデンサの静電容量の変化を検出することができ、その結果、検出回路のスイッチング動作を行うことができる。   In the relaxation oscillation circuit, the oscillation state is continued by repeatedly charging and discharging the capacitor in this manner. When the capacitance of the capacitor increases, the time until it reaches Vref (V) increases and the oscillation cycle becomes longer. Conversely, when the capacitance decreases, the oscillation cycle becomes shorter. Therefore, by measuring this oscillation cycle by the detection circuit 7, it is possible to detect a change in the capacitance of the capacitor, and as a result, it is possible to perform the switching operation of the detection circuit.

例えば、図1における導電性部材12,13に対向方向Xの圧力が加わると、圧力によってスペーサが変形して極板間距離Dが短くなり、コンデンサの容量が変化する。そして、このコンデンサの容量変化が発振周期の長さに反映され、その発振周期の変化が検出回路7で計測される。検出回路7で計測された周期が、予め設定された閾値を超えると、最終的に検出回路7から検出回路をONにする出力がなされる。なお、検出回路7は、求められる性能に応じて、マイクロコンピュータを利用してもよいし、汎用のICを利用してもよい。   For example, when the pressure in the facing direction X is applied to the conductive members 12 and 13 in FIG. 1, the spacer is deformed by the pressure, the distance D between the electrode plates is shortened, and the capacitance of the capacitor is changed. The capacitance change of the capacitor is reflected in the length of the oscillation cycle, and the change in the oscillation cycle is measured by the detection circuit 7. When the period measured by the detection circuit 7 exceeds a preset threshold, the detection circuit 7 finally outputs an output for turning on the detection circuit. The detection circuit 7 may use a microcomputer or a general-purpose IC depending on the required performance.

複数(この変形例では3つ)の面状スイッチ3B1〜3B3間の圧力検知感度は、例えば、誘電体である各スペーサ15B〜15Bを異なる材質で形成することによって、異なる値に設定することができる。 Pressure detection sensitivity between the planar switch 3B1~3B3 plurality (three in this modification), for example, by forming the spacer 15B 1 ~15B 3 is a dielectric material different, set to different values be able to.

図6は、本発明の第2実施形態に係る圧力検知装置1の構成を示す概略図である。第2実施形態は、図1の第1実施形態に係る圧力検知装置1において、布状圧力センサ5を複数の圧力検知素子3で構成する代わりに、1つのコンデンサ型圧力検知素子3Cで構成している。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the pressure detection device 1 according to the second embodiment of the present invention. In the pressure sensing device 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1, the second embodiment is configured by a single capacitor-type pressure sensing element 3 </ b> C instead of the cloth pressure sensor 5 being composed of a plurality of pressure sensing elements 3. ing.

図6のコンデンサ型圧力検知素子3Cは、図4に示す第1実施形態の変形例に用いるコンデンサ型の面状スイッチ3Bと同様の構造を有する。また、本実施形態においても、図4の変形例と同様に、コンデンサである圧力検知素子3Cを含む発振回路21を構成して布状圧力センサ5とし、この発振回路21の発振周期の変化を検出回路7で検出する。   The capacitor-type pressure sensing element 3C in FIG. 6 has the same structure as the capacitor-type planar switch 3B used in the modification of the first embodiment shown in FIG. Also in this embodiment, similarly to the modification of FIG. 4, the oscillation circuit 21 including the pressure detection element 3 </ b> C that is a capacitor is configured as the cloth pressure sensor 5, and the change in the oscillation cycle of the oscillation circuit 21 is changed. Detection is performed by the detection circuit 7.

ただし、図4のコンデンサ型面状スイッチ3Bが、所定の極板間距離Dに対応する所定の電気容量値に達したか否かを検知するスイッチとして機能するのに対し、本実施形態における圧力検知素子3Cは、圧力が付加された際のスペーサ15Cの変形に伴う極板間距離Dの変化に応じた電気容量の変化を、検出回路7で直接、複数の段階で、または連続的に検知することにより、圧力Pの値を複数の段階に分けて、または連続的に検出する。   However, the capacitor-type planar switch 3B in FIG. 4 functions as a switch for detecting whether or not a predetermined electric capacity value corresponding to a predetermined electrode plate distance D has been reached. The detection element 3C directly detects a change in capacitance according to a change in the distance D between the electrodes due to the deformation of the spacer 15C when pressure is applied, directly at a plurality of stages or continuously by the detection circuit 7. By doing so, the value of the pressure P is detected in a plurality of stages or continuously.

すなわち、予め、測定などによって、特定の構成のコンデンサについて、付加した圧力と発振周期との相関特性を検出回路7内に用意しておき、検出回路7において、実際に検知した発振回路21の発振周期をこの相関特性と比較することにより、圧力値を検出することができる。   That is, a correlation characteristic between the applied pressure and the oscillation period is prepared in advance in the detection circuit 7 for a capacitor having a specific configuration by measurement or the like, and the oscillation of the oscillation circuit 21 actually detected in the detection circuit 7 is prepared. By comparing the period with this correlation characteristic, the pressure value can be detected.

本実施形態に係る圧力検知装置1によれば、スペーサの変形、すなわち一対の面状導電性部材間の距離の変化に応じて変化するコンデンサの電気容量を検知して、付加される圧力の大きさを、段階的にのみならず、連続的に検出することが可能となる。さらには、本実施形態においても、面状導電性部材11,13として、導電性繊維、特には導電性微粒子を含有する導電性ポリビニルアルコール系繊維を使用しているので、屈曲や洗濯においても導電層の破壊や剥離が起こることを効果的に防止することができ、衣服のような布を利用する用途に使用した場合でも、高い信頼性を発揮することが可能となる。   According to the pressure detection device 1 according to the present embodiment, the magnitude of the pressure applied by detecting the capacitance of the capacitor that changes according to the deformation of the spacer, that is, the change in the distance between the pair of planar conductive members. Thus, it is possible to detect not only stepwise but also continuously. Furthermore, also in this embodiment, conductive fibers, in particular, conductive polyvinyl alcohol-based fibers containing conductive fine particles are used as the planar conductive members 11 and 13, so that they are conductive even in bending and washing. It is possible to effectively prevent the layer from being broken or peeled off, and high reliability can be exhibited even when it is used for an application using a cloth such as clothes.

以下に、上記第1および第2実施形態係る圧力検知装置1の各構成要素に用いることのできる素材について詳しく説明する。   Below, the raw material which can be used for each component of the pressure detection apparatus 1 which concerns on the said 1st and 2nd embodiment is demonstrated in detail.

(導電性部材)
導電性部材は、例えば、導電性微粒子を含有する導電性ポリビニルアルコール系繊維(以下、導電性PVA系繊維と称する場合がある)を少なくとも含む。導電性部材は、導電性PVA系繊維のみから形成されてもよいし、導電性PVA系繊維と導電性PVA系繊維以外の繊維(絶縁性繊維)とから形成されてもよい。絶縁性繊維は、有機繊維(例えば、天然繊維、化学繊維など)であってもよいし、無機繊維(例えば、ロックファイバー、ガラス繊維など)であってもよい。
(Conductive member)
The conductive member includes, for example, at least conductive polyvinyl alcohol-based fibers (hereinafter sometimes referred to as conductive PVA-based fibers) containing conductive fine particles. The conductive member may be formed only from conductive PVA-based fibers, or may be formed from conductive PVA-based fibers and fibers other than conductive PVA-based fibers (insulating fibers). The insulating fiber may be an organic fiber (eg, natural fiber, chemical fiber, etc.), or may be an inorganic fiber (eg, lock fiber, glass fiber, etc.).

天然繊維としては、例えば、動物繊維(例えば、絹、バイサス、羊毛、モヘヤ、アンゴラ、牛毛など)、植物繊維[例えば、綿類(例えば、綿花、リンターなど)、麻類(たとえば、大麻、亜麻、黄麻、マニラ麻、サイザル麻など)、カポック、竹、ケナフ、ココヤシなど]などが挙げられる。   Examples of natural fibers include animal fibers (for example, silk, visas, wool, mohair, angora, cow hair, etc.), plant fibers [for example, cotton (for example, cotton, linter, etc.), hemp (for example, cannabis, flax) , Jute, manila hemp, sisal, etc.), kapok, bamboo, kenaf, coconut, etc.].

化学繊維としては、例えば、合成繊維[例えば、ポリビニルアルコール系繊維(例えば、ポリビニルアルコール繊維、エチレン−ビニルアルコール繊維、ポリビニルアセタール繊維など)、ポリエステル系繊維(例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維など)、ポリアミド系繊維(例えば、脂肪族ナイロン繊維、芳香族ナイロン繊維など)、アクリル繊維(例えば、ポリアクリロニトリル繊維、アクリロニトリル−アクリル酸エステル繊維、アクリロニトリル−メタクリル酸エステル繊維、アクリロニトリル−酢酸ビニル繊維など)、ポリオレフィン系繊維(例えば、ポリプロピレン系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維など)、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維など]、再生繊維(例えば、レーヨン、キュプラ、モダル、リヨセルなどのセルロース誘導体繊維;キチン、コラーゲン、アルギン酸など)、半合成繊維(例えば、セルロースアセテート、セルローストリアセテートなど)などが挙げられる。   Examples of chemical fibers include synthetic fibers [eg, polyvinyl alcohol fibers (eg, polyvinyl alcohol fibers, ethylene-vinyl alcohol fibers, polyvinyl acetal fibers, etc.), polyester fibers (eg, polyethylene terephthalate fibers, polytrimethylene terephthalate fibers). , Polybutylene terephthalate fiber, etc.), polyamide fiber (eg, aliphatic nylon fiber, aromatic nylon fiber, etc.), acrylic fiber (eg, polyacrylonitrile fiber, acrylonitrile-acrylate fiber, acrylonitrile-methacrylate fiber, acrylonitrile) -Vinyl acetate fibers, etc.), polyolefin fibers (eg, polypropylene fibers, polyethylene fibers, polytetrafluoroethylene fibers, etc.), poly salts Vinyl fibers, polyvinylidene chloride fibers, polyurethane fibers, etc.], regenerated fibers (eg, cellulose derivative fibers such as rayon, cupra, modal, lyocell; chitin, collagen, alginic acid, etc.), semi-synthetic fibers (eg, cellulose acetate, cellulose triacetate) Etc.).

これらの繊維は、単独でまたは組み合わせて使用できる。これらの絶縁性繊維のうち、屈曲性と柔軟性の観点から、有機繊維が好ましく、例えば、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維などが好ましい。   These fibers can be used alone or in combination. Among these insulating fibers, organic fibers are preferable from the viewpoint of flexibility and flexibility, and for example, polyester fibers, polyamide fibers, polyacrylonitrile fibers, and the like are preferable.

導電性PVA系繊維と絶縁性繊維との割合は、繊維構造体が導電性を呈する限り特に限定されないが、例えば、導電性PVA系繊維/絶縁性繊維(重量部)として、50/50〜100/0程度、好ましくは60/40〜95/5程度、さらに好ましくは70/30〜90/10程度である。   The ratio of the conductive PVA fiber and the insulating fiber is not particularly limited as long as the fiber structure exhibits conductivity. For example, as the conductive PVA fiber / insulating fiber (part by weight), 50/50 to 100 / 0, preferably about 60/40 to 95/5, and more preferably about 70/30 to 90/10.

本発明で、導電性PVA系繊維および絶縁性繊維の繊度は特に限定されず、例えば、繊度は、0.1〜100,000dtex程度、好ましくは0.3〜50,000dtex程度、より好ましくは、1〜10,000dtex程度であってもよい。   In the present invention, the fineness of the conductive PVA fiber and the insulating fiber is not particularly limited. For example, the fineness is about 0.1 to 100,000 dtex, preferably about 0.3 to 50,000 dtex, more preferably, It may be about 1 to 10,000 dtex.

導電性部材の形状は、コンデンサ用スペーサへの固定形状に応じて自由に設定することができ、1次元構造体、2次元構造体および3次元構造体のいずれであってもよい。これらの形状のうち、柔軟性や耐屈曲性の観点から、1次元構造体や2次元構造体が好ましい。これらの導電性部材は、公知または慣用の方法により、所定の形状に作製できる。   The shape of the conductive member can be freely set according to the shape fixed to the capacitor spacer, and may be any one of a one-dimensional structure, a two-dimensional structure, and a three-dimensional structure. Of these shapes, a one-dimensional structure and a two-dimensional structure are preferable from the viewpoints of flexibility and bending resistance. These conductive members can be produced in a predetermined shape by a known or conventional method.

例えば、導電性部材が1次元構造体である場合、1次元構造体としては、糸状物(例えば、単糸、双糸、引きそろえ糸、フィラメント糸、三子糸、紡績糸など)、紐状物(例えば、組み紐、より紐、まき紐、編み紐、ロープなど)などが挙げられる。なお、これらの1次元構造体がコンデンサ用スペーサに固定される場合、1次元構造体の形状は一直線である必要はなく、曲線部分を有していてもよいし、枝分かれ部分を有していてもよい。   For example, when the conductive member is a one-dimensional structure, the one-dimensional structure includes, for example, a filamentous material (for example, single yarn, double yarn, alignment yarn, filament yarn, triplet yarn, spun yarn, etc.), string shape For example, a braided string, a twisted string, a braided string, a braided string, a rope, etc. When these one-dimensional structures are fixed to the capacitor spacer, the shape of the one-dimensional structure does not have to be a straight line, and may have a curved portion or a branched portion. Also good.

例えば、導電性部材が1次元構造体であり、同じ方向に向かって突出した複数の櫛歯部と、この櫛歯部同士をつなぐ基部から形成される櫛型形状である場合、基部から突出する櫛歯部の数は、1〜10列程度であってもよく、好ましくは2〜8列程度であってもよい。   For example, when the conductive member is a one-dimensional structure and has a comb shape formed from a plurality of comb teeth protruding in the same direction and a base connecting the comb teeth, the conductive member protrudes from the base. The number of comb teeth may be about 1 to 10 rows, preferably about 2 to 8 rows.

導電性部材が1次元構造体である場合、例えば、導電性部材の直径は、使用目的によって0.01mm〜10mm程度の広い範囲から適宜選択することができ、例えば、衣服としての着心地のよさと導電性能とを両立する観点から、導電性部材の直径は、0.03mm〜5mm程度、好ましくは0.1mm〜3mm程度、さらに好ましくは0.5mm〜2mm程度であってもよい。   When the conductive member is a one-dimensional structure, for example, the diameter of the conductive member can be appropriately selected from a wide range of about 0.01 mm to 10 mm depending on the purpose of use. For example, comfort as clothing is good. From the viewpoint of satisfying both the electrical conductivity and the conductive performance, the diameter of the conductive member may be about 0.03 mm to 5 mm, preferably about 0.1 mm to 3 mm, and more preferably about 0.5 mm to 2 mm.

また、導電性部材が2次元構造体である場合、2次元構造体としては、布帛[例えば、織物(例えば、平織物、綾織物または朱子織物など)、編物(例えば、緯編物、経編物、平編物、天竺編物、レース編物など)、不織布(例えば、乾式不織布、湿式不織布など)など]、帯状物などが挙げられる。   When the conductive member is a two-dimensional structure, the two-dimensional structure may be a fabric [for example, a woven fabric (for example, a plain woven fabric, a twill woven fabric, a satin woven fabric, etc.), a knitted fabric (for example, a weft knitted fabric, a warp knitted fabric, Flat knitted fabrics, tengu knitted fabrics, lace knitted fabrics, etc.], non-woven fabrics (for example, dry non-woven fabrics, wet non-woven fabrics, etc.)], strips, and the like.

導電性部材が2次元構造体である場合、例えば、導電性部材の厚さは、使用目的によって0.01mm〜1cm程度の広い範囲から適宜選択することができるが、本発明では、特定の導電性PVA系繊維を用いるため、導電性部材の厚さが、例えば、0.03mm〜5mm程度(好ましくは0.1mm〜3mm程度、さらに好ましくは0.3mm〜2mm程度)であっても、耐屈曲性および導通性を両立できる。   When the conductive member is a two-dimensional structure, for example, the thickness of the conductive member can be appropriately selected from a wide range of about 0.01 mm to 1 cm depending on the purpose of use. Since the conductive PVA fiber is used, even if the thickness of the conductive member is, for example, about 0.03 mm to 5 mm (preferably about 0.1 mm to 3 mm, more preferably about 0.3 mm to 2 mm). Both flexibility and electrical conductivity can be achieved.

また、導電性部材が、帯状である導電帯である場合、各導電帯の幅は、例えば、1mm〜10cm程度、好ましくは5mm〜7cm程度、さらに好ましくは1cm〜5cm程度であってもよい。   When the conductive member is a strip-shaped conductive band, the width of each conductive band may be, for example, about 1 mm to 10 cm, preferably about 5 mm to 7 cm, and more preferably about 1 cm to 5 cm.

(導電性ポリビニルアルコール系繊維)
導電性PVA系繊維は、導電性微粒子を含有する。導電性微粒子としては、例えば、各種金属類(金属単体、金属酸化物、金属硫化物など)、グラファイト類などが挙げられる。これらの導電性微粒子のうち、ポリビニルアルコール系繊維との結合性の観点から、金属硫化物、特に硫化銅(例えば、一価の硫化銅や二価の硫化銅)が好ましい。
(Conductive polyvinyl alcohol fiber)
The conductive PVA-based fiber contains conductive fine particles. Examples of the conductive fine particles include various metals (metal simple substance, metal oxide, metal sulfide, etc.), graphite and the like. Among these conductive fine particles, a metal sulfide, particularly copper sulfide (for example, monovalent copper sulfide or divalent copper sulfide) is preferable from the viewpoint of bonding with polyvinyl alcohol fibers.

導電性微粒子の平均粒子径は、繊維内部へ微分散する観点から、500nm以下であるのが好ましい。例えば、導電性微粒子の平均粒子径は、400nm以下(例えば、1nm〜400nm程度)、好ましくは300nm以下(例えば、5nm〜200nm程度)、さらに好ましくは100nm以下(例えば、7nm〜50nm程度)であってもよい。なお、導電性PVA系繊維中の硫化銅微粒子は、透過型顕微鏡(TEM)にて確認できる。   The average particle diameter of the conductive fine particles is preferably 500 nm or less from the viewpoint of fine dispersion inside the fiber. For example, the average particle size of the conductive fine particles is 400 nm or less (for example, about 1 nm to 400 nm), preferably 300 nm or less (for example, about 5 nm to 200 nm), more preferably 100 nm or less (for example, about 7 nm to 50 nm). May be. The copper sulfide fine particles in the conductive PVA fiber can be confirmed with a transmission microscope (TEM).

このような微粒子であることにより、繊維中での粒子間距離の著しい減少が可能となり、少ない量にて高い導電性を発現することができる。例えば、同じ重量%の含有量において、粒子径が百分の一になると、粒子間距離は一万分の一にまで小さくなることが知られている。また、このような場合、粒子間相互作用が非常に強く働き、その間に挟まれたポリマー分子は、あたかも導電性粒子と同じような機能を示すこと(サイズ効果)も知られている[例えば、ナノコンポジットの世界、p22(工業調査会)参照]。従って、このサイズ効果により、繊維内部にて電流が流れやすくなり、少ない量でも、優れた導電性を付与することができ、それ故、このような繊維を用いたコンデンサは優れたセンシング特性を発現する。   By using such fine particles, the distance between particles in the fiber can be remarkably reduced, and high conductivity can be expressed with a small amount. For example, it is known that when the particle diameter becomes 1/100 at the same content by weight, the inter-particle distance becomes as small as 1 / 10,000. In such a case, it is also known that the interaction between particles works very strongly, and the polymer molecules sandwiched between them show functions similar to those of conductive particles (size effect) [for example, See the world of nanocomposites, p22 (Industry Research Committee)]. Therefore, this size effect makes it easier for current to flow inside the fiber, and even a small amount can give excellent conductivity, and therefore a capacitor using such a fiber exhibits excellent sensing characteristics. To do.

さらに、このような微粒子は、通常、繊維の表層だけでなく繊維内部にも微分散するので、繊維内部で強固な導通パスを形成できる。このような導通パスの形成により、導電性PVA系繊維は、繊維であるにも関わらず、高い導電性を達成できる。すなわち、導電性PVA系繊維は、金属メッキ繊維や金属繊維などと異なり、繊維自体の柔軟性と導電性とを両立できる。なお、本発明で、繊維の表層とは、繊維表面から1μm程度の深さ範囲のことを示し、繊維の内部とは、繊維の表面から繊維の中心までの範囲を示す。   Furthermore, since such fine particles are normally finely dispersed not only in the surface layer of the fiber but also in the fiber, a strong conduction path can be formed inside the fiber. By forming such a conduction path, the conductive PVA fiber can achieve high conductivity even though it is a fiber. That is, the conductive PVA fiber can be compatible with the flexibility and conductivity of the fiber itself, unlike the metal plated fiber or the metal fiber. In the present invention, the surface layer of the fiber means a depth range of about 1 μm from the fiber surface, and the inside of the fiber means a range from the surface of the fiber to the center of the fiber.

それに加え、導電性PVA系繊維では、繊維本体と導電性微粒子との一体性が高いため、繰り返し圧縮力を与えても繊維の体積固有抵抗値が変化しにくい。さらに屈曲や洗濯などの負荷をかけても導通パスが破壊されないので、本発明のコンデンサに、耐屈曲性や耐洗濯性を付与することができる。   In addition, in the conductive PVA-based fiber, since the integrity of the fiber body and the conductive fine particles is high, the volume specific resistance value of the fiber hardly changes even when a compressive force is repeatedly applied. Furthermore, since the conduction path is not broken even when a load such as bending or washing is applied, the capacitor of the present invention can be provided with bending resistance and washing resistance.

すなわち、本発明で用いられる導電性PVA系繊維では、屈曲や洗濯における導電層の破壊や剥離が起こらず、繰り返しの使用に対して安定的な性能を保持することが出来る。さらに、金属メッキ繊維や金属繊維に比べて、通気性や柔軟性、風合いに優れている。   That is, the conductive PVA fiber used in the present invention does not cause breakage or peeling of the conductive layer during bending or washing, and can maintain stable performance with repeated use. Furthermore, compared with metal plating fiber and metal fiber, it is excellent in air permeability, a softness | flexibility, and a texture.

本発明で使用する導電性PVA系繊維は、短繊維(例えば、ステープルファイバー、ショートカットファイバーなど)、長繊維(例えば、モノフィラメント、マルチフィラメントなどのフィラメントヤーン)などのあらゆる形態で用いることができる。このような繊維は、公知または慣用の方法により、糸や布帛などの所定形状に加工でき、優れた導電性と耐屈曲性を付与できる。   The conductive PVA fibers used in the present invention can be used in any form such as short fibers (for example, staple fibers and shortcut fibers) and long fibers (for example, filament yarns such as monofilaments and multifilaments). Such a fiber can be processed into a predetermined shape such as a thread or a fabric by a known or conventional method, and can impart excellent conductivity and bending resistance.

導電性PVA系繊維の体積固有抵抗値は、例えば、1×10〜1×10−2Ω・cm程度、好ましくは5×10〜5×10−2Ω・cm程度、さらに好ましくは1×10〜1×10−1Ω・cm程度であってもよい。なお、体積固有抵抗値は後述の方法により測定される。体積固有抵抗値が大きすぎると、導電性が足りず、誤動作を起こしたりするなど良好なセンシング特性が得られない場合がある。また、体積固有抵抗値が小さすぎると、過電流によってショートする虞がある。 The volume specific resistance value of the conductive PVA fiber is, for example, about 1 × 10 3 to 1 × 10 −2 Ω · cm, preferably about 5 × 10 2 to 5 × 10 −2 Ω · cm, and more preferably 1 It may be about × 10 2 to 1 × 10 −1 Ω · cm. The volume specific resistance value is measured by the method described later. If the volume specific resistance value is too large, there are cases where good sensing characteristics cannot be obtained, such as insufficient conductivity and malfunction. Further, if the volume specific resistance value is too small, there is a risk of short circuit due to overcurrent.

また、導電性PVA系繊維では、JIS P 8115に準拠した耐屈曲性試験(荷重1.5kgf;1000回)を行う前後の体積固有抵抗値の変動率が、例えば、50%程度以内、好ましくは40%程度以内、さらに好ましくは30%程度以内であってもよい。体積固有抵抗値の変動率が高すぎると、センサーの誤動作を誘発するだけでなく、繰り返し使用による安定したセンシング特性を発現することができず、信頼性に欠ける。   Further, in the conductive PVA-based fiber, the variation rate of the volume resistivity value before and after performing the bending resistance test (load 1.5 kgf; 1000 times) based on JIS P 8115 is, for example, within about 50%, preferably It may be within about 40%, more preferably within about 30%. If the variation rate of the volume resistivity value is too high, not only will the sensor malfunction, but it will not be possible to develop stable sensing characteristics due to repeated use, resulting in poor reliability.

(PVA系ポリマー)
本発明のコンデンサに用いる導電性PVA系繊維を形成するPVA系ポリマーは、ビニルアルコールユニットを主成分とするものであれば特に限定されず、本発明の効果を損なわない限り、所望により他の構成単位(変性ユニット)を有していてもかまわない。このような構造単位としては、例えば、オレフィン類(例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン等)、アクリル酸類(例えば、アクリル酸およびその塩、アクリル酸メチルなどのアクリル酸エステルなど)、メタクリル酸類(例えば、メタクリル酸およびその塩、メタクリル酸メチル等のメタクリル酸エステル類など)、アクリルアミド類(例えば、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド等)、メタクリルアミド類(例えば、メタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等)、N−ビニルラクタム類(例えば、N−ビニルピロリドンなど)、N−ビニルアミド類(例えば、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド等)、ビニルエーテル類(例えば、ポリアルキレンオキシドを側鎖に有するアリルエーテル類、メチルビニルエーテル等)、ニトリル類(例えば、アクリロニトリル等)、ハロゲン化ビニル化合物(塩化ビニル等)、不飽和ジカルボン酸類(例えば、マレイン酸およびその塩またはその無水物やそのエステル等)などが挙げられる。これらの変性ユニットは、単独でまたは組み合わせて使用できる。このような変性ユニットの導入法は共重合による方法でも、後反応による方法でもよい。
(PVA polymer)
The PVA polymer that forms the conductive PVA fiber used in the capacitor of the present invention is not particularly limited as long as it has a vinyl alcohol unit as a main component. You may have a unit (denaturation unit). Examples of such a structural unit include olefins (for example, ethylene, propylene, butylene, etc.), acrylic acids (for example, acrylic acid and salts thereof, acrylic esters such as methyl acrylate, etc.), methacrylic acids (for example, Methacrylic acid and salts thereof, methacrylic acid esters such as methyl methacrylate), acrylamides (for example, acrylamide, N-methylacrylamide, etc.), methacrylamides (for example, methacrylamide, N-methylol methacrylamide, etc.), N -Vinyl lactams (for example, N-vinyl pyrrolidone, etc.), N-vinyl amides (for example, N-vinyl formamide, N-vinyl acetamide, etc.), vinyl ethers (for example, allyl ethers having a polyalkylene oxide in the side chain, Mechi Vinyl ether), nitriles (e.g., acrylonitrile, etc.), halogenated vinyl compound (vinyl chloride), unsaturated dicarboxylic acids (e.g., maleic acid and salts or anhydrides or esters thereof) and the like. These denaturing units can be used alone or in combination. Such a modified unit may be introduced by copolymerization or post-reaction.

ビニルアルコールユニットに対する変性ユニットの割合(モル比)は、(ビニルアルコールユニット)/(変性ユニット)=85/15〜100/0程度、好ましくは88/12〜99/1程度、さらに好ましくは90/10〜98/2程度である。もちろん本発明の効果を損なわない範囲であれば、目的に応じてポリマー中に、難燃剤、酸化防止剤、凍結防止剤、pH調整剤、隠蔽剤、着色剤、油剤、特殊機能剤などの添加剤が含まれていてもよい。なお、これらの添加剤は、単独でまたは組み合わせて含まれていてもよい。   The ratio (molar ratio) of the modified unit to the vinyl alcohol unit is (vinyl alcohol unit) / (modified unit) = about 85/15 to 100/0, preferably about 88/12 to 99/1, and more preferably 90 / It is about 10 to 98/2. Of course, as long as the effect of the present invention is not impaired, addition of a flame retardant, an antioxidant, an antifreezing agent, a pH adjusting agent, a concealing agent, a coloring agent, an oil agent, a special functional agent, etc. in the polymer depending on the purpose. An agent may be included. These additives may be included alone or in combination.

導電性PVA系繊維を構成するPVA系ポリマーの重合度は、目的に応じて適宜選択でき特に限定されるものではないが、得られる繊維の機械的特性や寸法安定性等を考慮すると30℃水溶液の粘度から求めた平均重合度が1200〜20000程度(好ましくは1500〜15000程度、さらに好ましくは2000〜10000程度)のものが望ましい。高重合度のものを用いると、強度、耐湿熱性等の点で優れるので好ましいが、ポリマー製造コストや繊維化コストなどの観点から、平均重合度が1500〜5000である場合が多い。   The degree of polymerization of the PVA polymer constituting the conductive PVA fiber can be appropriately selected according to the purpose and is not particularly limited. However, considering the mechanical properties and dimensional stability of the obtained fiber, a 30 ° C. aqueous solution The average degree of polymerization obtained from the viscosity of about 1200 to 20000 (preferably about 1500 to 15000, more preferably about 2000 to 10,000) is desirable. The use of a polymer having a high degree of polymerization is preferable because it is excellent in terms of strength, heat and humidity resistance, and the like, but in many cases, the average degree of polymerization is 1500 to 5000 from the viewpoint of polymer production cost and fiberization cost.

また、PVA系ポリマーのケン化度も、目的に応じて適宜選択でき特に限定されるものではないが、得られる繊維の力学物性の点から、例えば、88モル%以上、好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上であってもよい。PVA系ポリマーのケン化度が低すぎると、得られる繊維の機械的特性や工程通過性、製造コストなどの面で好ましくない場合が多い。   Further, the degree of saponification of the PVA polymer can be appropriately selected according to the purpose and is not particularly limited. However, from the viewpoint of the mechanical properties of the obtained fiber, for example, 88 mol% or more, preferably 90 mol% or more. More preferably, it may be 95 mol% or more. If the degree of saponification of the PVA polymer is too low, it is often not preferable in terms of mechanical properties, process passability, production cost, and the like of the obtained fiber.

本発明の導電性PVA系繊維は、公知または慣用の方法により得ることができるが、例えば、硫化銅が内部に微分散した導電性PVA系繊維は、通常のPVA系繊維の製造工程中において、銅イオンを含む化合物を繊維中に含侵させ、その後の工程で銅を硫化処理することにより得ることができる。   The conductive PVA fiber of the present invention can be obtained by a known or conventional method. For example, the conductive PVA fiber in which copper sulfide is finely dispersed is used in a normal PVA fiber manufacturing process. It can be obtained by impregnating a compound containing copper ions in the fiber and subjecting copper to sulfuration treatment in the subsequent step.

導電性PVA系繊維を得るためには、まず、PVA系ポリマーを溶媒に溶解した紡糸原液を調製する。
紡糸原液の溶媒としては、各種極性溶媒を用いることができ、例えば、水、有機溶媒[ジメチルスルホキシド(以下、DMSOと称す)などのスルホキシド類;ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどの窒素含有極性溶媒;グリセリン、エチレングリコールなどの多価アルコール類など]、これらとロダン塩、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化亜鉛などの膨潤性金属塩の混合物などが挙げられる。これらの溶媒は、単独でまたは組み合わせて用いることができる。これらのうち、水やDMSOがコスト、回収性等の工程通過性の点で好適である。
In order to obtain conductive PVA fibers, first, a spinning stock solution in which a PVA polymer is dissolved in a solvent is prepared.
As the solvent for the spinning dope, various polar solvents can be used. For example, water, organic solvents [sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (hereinafter referred to as DMSO); nitrogen such as dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, etc. Containing polar solvents; polyhydric alcohols such as glycerin and ethylene glycol], and mixtures thereof with swellable metal salts such as rhodan salts, lithium chloride, calcium chloride, and zinc chloride. These solvents can be used alone or in combination. Among these, water and DMSO are preferable in terms of process passability such as cost and recoverability.

紡糸原液中のポリマー濃度は組成、重合度、溶媒によって異なるが、例えば、8〜60重量%程度(好ましくは10〜50重量%程度)であるのが好ましい。紡糸原液の吐出時の液温は、紡糸原液が分解、着色しない範囲であることが好ましく、具体的には50〜200℃とすることが好ましい。   The polymer concentration in the spinning dope varies depending on the composition, polymerization degree, and solvent, but is preferably about 8 to 60% by weight (preferably about 10 to 50% by weight), for example. The liquid temperature at the time of discharging the spinning dope is preferably in a range in which the spinning dope is not decomposed or colored, and specifically 50 to 200 ° C. is preferable.

得られた紡糸原液は、通常、ノズルからPVA系ポリマーに対して固化能を有する固化液あるいは、気体中に吐出される。紡糸形式としては、湿式紡糸、乾湿式紡糸あるいは乾式紡糸などが挙げられる。なお、湿式紡糸とは、紡糸ノズルから直接固化浴に紡糸原液を吐出する方法のことであり、乾湿式紡糸とは、紡糸ノズルから一旦任意の距離の空気中あるいは不活性ガス中に紡糸原液を吐出し、その後に固化浴に導入する方法のことである。また、乾式紡糸とは、空気中あるいは不活性ガス中に紡糸原液を吐出する方法のことである。   The obtained spinning dope is usually discharged from a nozzle into a solidified liquid having a solidifying ability with respect to the PVA polymer or a gas. Examples of the spinning method include wet spinning, dry wet spinning, and dry spinning. Wet spinning is a method in which a spinning stock solution is discharged directly from a spinning nozzle into a solidification bath, and dry and wet spinning is a method in which a spinning stock solution is temporarily placed in air or inert gas at an arbitrary distance from the spinning nozzle. It is a method of discharging and then introducing into the solidification bath. Dry spinning is a method of discharging a spinning solution into air or an inert gas.

本発明において、湿式紡糸または乾湿式紡糸の際に用いる固化浴は、原液溶媒が有機溶媒の場合と水(または水溶液)の場合では異なる。有機溶媒を用いた原液の場合には、得られる繊維強度等の点から固化浴溶媒と原液溶媒からなる混合液であることが好ましく、固化溶媒としては特に制限はないが、例えばメタノール、エタノール、プロパノ−ル、ブタノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類等のPVA系ポリマーに対して固化能を有する有機溶媒を用いることができる。これらの中でも低腐食性及び溶剤回収の点でメタノールとDMSOとの組合せが好ましい。一方、紡糸原液が水溶液の場合、固化浴を構成する固化溶媒としては、PVA系ポリマーに対して固化能を有する限り特に限定されず、例えば、硫酸ナトリウム(芒硝)、硫酸アンモニウム、炭酸ナトリウム等の無機塩類の水溶液;水酸化ナトリウム水溶液などを用いることができる。また、PVA系ポリマーと共にホウ酸などを加えた水溶液を、アルカリ性固化浴中にゲル化紡糸することも出来る。   In the present invention, the solidification bath used in wet spinning or dry wet spinning differs depending on whether the stock solvent is an organic solvent or water (or an aqueous solution). In the case of a stock solution using an organic solvent, it is preferably a mixed solution composed of a solidification bath solvent and a stock solution solvent from the viewpoint of fiber strength and the like obtained, and the solidification solvent is not particularly limited, but for example, methanol, ethanol, An organic solvent capable of solidifying PVA-based polymers such as alcohols such as propanol and butanol, and ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone can be used. Among these, a combination of methanol and DMSO is preferable in terms of low corrosivity and solvent recovery. On the other hand, when the spinning dope is an aqueous solution, the solidification solvent constituting the solidification bath is not particularly limited as long as it has a solidification ability with respect to the PVA polymer, and examples thereof include inorganic substances such as sodium sulfate (sodium sulfate), ammonium sulfate, and sodium carbonate. An aqueous salt solution; an aqueous sodium hydroxide solution or the like can be used. Further, an aqueous solution in which boric acid or the like is added together with a PVA polymer can be gel-spun in an alkaline solidification bath.

次に固化された原糸から紡糸原液の溶媒を抽出除去するために、抽出浴を通過させる。この際、抽出と同時に原糸を湿延伸すると、乾燥時の繊維間の膠着を抑制でき、繊維の機械的特性を向上させる観点から好ましい。その際の湿延伸倍率としては、2〜10倍であることが工程性、生産性の点で好ましい。なお、抽出溶媒としては固化溶媒単独あるいは原液溶媒と固化溶媒の混合液を用いることができる。また、湿延伸された糸は、乾燥後、更に乾熱延伸および熱処理を施してもよい。延伸すると、繊維の結晶化度と配向度があがり、繊維の機械特性が著しく向上できるので好ましい。   Next, in order to extract and remove the solvent of the spinning dope from the solidified yarn, it is passed through an extraction bath. At this time, when the raw yarn is wet-drawn simultaneously with the extraction, it is preferable from the viewpoint of suppressing the sticking between the fibers during drying and improving the mechanical properties of the fibers. In this case, the wet draw ratio is preferably 2 to 10 times in terms of processability and productivity. As the extraction solvent, a solidified solvent alone or a mixed solution of a stock solvent and a solidified solvent can be used. The wet-drawn yarn may be further subjected to dry heat drawing and heat treatment after drying. Drawing is preferred because the degree of crystallinity and orientation of the fiber is increased, and the mechanical properties of the fiber can be significantly improved.

延伸は、公知または慣用の手段により行うことができ、例えば100℃以上(好ましくは150℃〜260℃程度)で行うことができる。温度が低すぎると、繊維の白化が生じ、そのため機械的物性の低下をもたらす。また温度が高すぎると、繊維の部分的な融解が生じ、この場合においても機械的物性の低下をもたらす。また、延伸倍率としては、3倍以上(好ましくは5〜25倍程度)の全延伸倍率であってもよい。なお、ここでいう全延伸倍率とは、先述した乾燥前の固化浴中での湿延伸と乾燥後の延伸倍率の積である。例えば、湿延伸を3倍とし、その後の乾熱延伸を2倍とした場合の全延伸倍率は6倍となる。   Stretching can be performed by known or conventional means, for example, at 100 ° C. or higher (preferably about 150 ° C. to 260 ° C.). If the temperature is too low, whitening of the fiber will occur, which will result in a decrease in mechanical properties. On the other hand, if the temperature is too high, partial melting of the fiber occurs, and in this case, mechanical properties are deteriorated. Further, the stretching ratio may be a total stretching ratio of 3 times or more (preferably about 5 to 25 times). In addition, the total draw ratio here is a product of the wet draw in the solidification bath before drying described above and the draw ratio after drying. For example, when the wet stretching is 3 times and the subsequent dry heat stretching is 2 times, the total stretching ratio is 6 times.

導電性PVA系繊維では、上記の湿延伸後の膨潤状態の糸篠、若しくは乾燥または延伸後の糸篠を、銅イオンを含む化合物を溶解した浴を通過させて該化合物を繊維中に含浸させる。この場合、繊維内部への銅イオンを含む化合物を均一に浸透させ、銅イオンとPVA系ポリマーの水酸基とを配位結合させるためには、繊維は浴溶媒により膨潤していることが必要である。そのため、浴に用いる溶媒はメタノール等のアルコール類、水、塩類などの水溶液、あるいはこれらの混合物であることが好ましい。   In the conductive PVA-based fibers, the swollen yarns after wet drawing or the yarns after drying or drawing are passed through a bath in which a compound containing copper ions is dissolved to impregnate the compound into the fibers. . In this case, in order to uniformly penetrate the compound containing copper ions into the fiber and coordinate bond the copper ion and the hydroxyl group of the PVA polymer, the fiber needs to be swollen by a bath solvent. . Therefore, the solvent used in the bath is preferably an alcohol such as methanol, water, an aqueous solution such as a salt, or a mixture thereof.

浴溶媒による繊維の膨潤率は20質量%以上(好ましくは30質量%〜300質量%程度、さらに好ましくは50質量%〜250質量%程度)であるのが好ましい。なお、膨潤率調整のため、糸篠を先ず所定の浴に浸漬し、その後、銅イオンを放出する化合物が溶解された浴に浸漬する事が望ましい場合もある。膨潤率が小さすぎると、銅イオンがPVA系ポリマーの水酸基と十分な配位結合を形成できず、従って繊維内部まで硫化銅ナノ微粒子を生成させることができない。一方で、膨潤率が大きくなりすぎた場合、浴へのPVA系ポリマーの溶出などが起こり、工程通過性の面で好ましくない。   The swelling ratio of the fibers by the bath solvent is preferably 20% by mass or more (preferably about 30% to 300% by mass, more preferably about 50% to 250% by mass). In order to adjust the swelling rate, it may be desirable to first immerse Yinshino in a predetermined bath and then immerse in a bath in which a compound that releases copper ions is dissolved. If the swelling ratio is too small, copper ions cannot form a sufficient coordination bond with the hydroxyl group of the PVA polymer, and therefore copper sulfide nanoparticles cannot be formed inside the fiber. On the other hand, when the swelling rate becomes too large, elution of the PVA polymer into the bath occurs, which is not preferable in terms of process passability.

次にPVA系繊維中で配位結合している銅イオンを硫化還元処理する目的で、硫化物イオンを含む化合物を溶解した浴を通過させる。その場合、硫化物イオンを含む化合物の浴への添加量は、銅イオンの導入量によって必要に応じて適宜設定すればよいが、例えば、1〜100g/L程度(好ましくは10〜90g/L程度、さらに好ましくは20〜80g/L程度)の範囲であってもよい。添加量が少なすぎると、繊維内部の銅イオンまで還元処理が進まない可能性があるので好ましくない。また添加量が多すぎると、PVA系繊維内に含まれる銅イオンを還元処理するに十分な量ではあるが、回収系や臭気問題など工程性の面であまり好ましくない。   Next, for the purpose of subjecting the copper ions coordinated in the PVA fibers to a sulfidation reduction treatment, the copper ions are passed through a bath in which a compound containing sulfide ions is dissolved. In that case, the amount of the compound containing sulfide ions added to the bath may be appropriately set depending on the amount of copper ions introduced, and is, for example, about 1 to 100 g / L (preferably 10 to 90 g / L). Or about 20 to 80 g / L). If the amount added is too small, the reduction treatment may not proceed to the copper ions inside the fiber, which is not preferable. Moreover, when there is too much addition amount, although it is an amount sufficient for carrying out the reduction process of the copper ion contained in a PVA-type fiber, it is not much preferable in terms of process property, such as a collection system and an odor problem.

繊維に含浸された銅イオンを硫化する反応は、特に硫化還元能の大きい化合物を用いた場合は瞬時に起こることから、この場合の滞留時間には特に制限はないが、繊維内部にまで十分硫化還元処理を施すことを目的に、滞留時間は0.1秒以上であることが望ましい。また、先述した銅イオンを含浸させる工程、ここでいう銅イオンを繊維中で硫化析出させる工程にて、特定の周波数の超音波を照射することが、得られる導電性や品質確保において、有利になることもある。   The reaction to sulfidize the copper ions impregnated in the fiber occurs instantaneously, especially when a compound having a high sulfidation-reducing ability is used. For the purpose of performing a reduction treatment, the residence time is desirably 0.1 seconds or longer. In addition, in the step of impregnating the copper ions described above, the step of sulfiding the copper ions in the fiber here, irradiating ultrasonic waves of a specific frequency is advantageous in securing the obtained conductivity and quality. Sometimes.

さらに、このようにして得られた、繊維中に硫化銅ナノ微粒子を導入された原糸若しくは延伸糸に対し、熱処理を施すことにより、繊維物性を向上できる。熱処理条件は、一般的には100℃以上の温度、好ましくは150℃〜260℃程度の温度で行うのがよい。温度が低すぎると、繊維物性の向上効果が不十分であり、一方、温度が高すぎると繊維の部分的な融解が生じ、この場合においても機械的物性の低下をもたらす。   Further, the physical properties of the fiber can be improved by heat-treating the raw yarn or drawn yarn in which the copper sulfide nanoparticle is introduced into the fiber thus obtained. The heat treatment is generally performed at a temperature of 100 ° C. or higher, preferably about 150 ° C. to 260 ° C. If the temperature is too low, the effect of improving the physical properties of the fiber is insufficient. On the other hand, if the temperature is too high, partial melting of the fiber occurs, and even in this case, the mechanical properties are lowered.

[接触抵抗型面状スイッチ用スペーサ]
面状のフレキシブルなスペーサは、絶縁性であるとともに貫通孔を有し、スペーサの両側にそれぞれ配設された第1および第2の導電性部材が非接触状態では、これらの導電性部材間で導通するのを妨げる。そして、センサーが圧縮力を受けると、スペーサの貫通孔を通して第1および第2の導電性部材が接触し、これらの導電性部材が導通する。本発明では、導電性部材に特定の導電性PVA系繊維を用いるため、スペーサとして変形導電性織編物などを用いる必要がない。すなわち、スペーサ内部に導電物体が存在しなくても、導電性部材間の導通が可能となる。
[Contact resistance type planar switch spacer]
The planar flexible spacer is insulative and has a through-hole. When the first and second conductive members respectively disposed on both sides of the spacer are in a non-contact state, the conductive flexible spacers Prevents conduction. When the sensor receives a compressive force, the first and second conductive members come into contact through the through holes of the spacer, and these conductive members are conducted. In the present invention, since a specific conductive PVA fiber is used for the conductive member, it is not necessary to use a deformed conductive woven or knitted fabric or the like as the spacer. That is, even if there is no conductive object inside the spacer, conduction between the conductive members is possible.

このような軟質スペーサとしては、公知または慣用の方法により貫通孔を設けることができれば特に限定されず、例えば、布帛(例えば、前記導電性部材の項で例示した絶縁性繊維で形成された織物または編物)、ゴム、軟質発泡体(例えば、軟質ウレタンフォームなど)などが挙げられる。   Such a soft spacer is not particularly limited as long as a through-hole can be provided by a known or conventional method. For example, a fabric (for example, a fabric formed of insulating fibers exemplified in the section of the conductive member or Knitted fabric), rubber, soft foam (for example, soft urethane foam) and the like.

スペーサを形成するゴムとしては、天然ゴム、合成ゴム(例えば、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム、スチレン/ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン/プロピレンゴム、シリコーンゴムなど)、熱可塑性エラストマー(TPE)(例えば、スチレン系TPE、オレフィン系TPE、塩化ビニル系TPE、ウレタン系TPE、ポリエステル系TPE、ポリアミド系TPEなど)などが例示できる。これらの軟質スペーサは、圧縮力による導電性部材の接触を妨げないだけでなく、耐屈曲性にも優れる。これらの軟質スペーサのうち、耐洗濯性を有する観点から、布帛が好ましい。   The rubber forming the spacer includes natural rubber, synthetic rubber (for example, isoprene rubber (IR), butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, butyl rubber, ethylene / propylene rubber, silicone rubber), thermoplasticity. Examples include elastomers (TPE) (for example, styrene-based TPE, olefin-based TPE, vinyl chloride-based TPE, urethane-based TPE, polyester-based TPE, and polyamide-based TPE). These soft spacers not only do not hinder the contact of the conductive member due to compressive force, but also have excellent bending resistance. Of these soft spacers, a fabric is preferable from the viewpoint of having washing resistance.

上述したように、布帛は、前記導電性部材の項で例示した各種絶縁性繊維を用いて形成でき、例えば、絶縁性の観点から、合成繊維(例えば、ポリエステル系繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン系繊維など)が好ましい。   As described above, the fabric can be formed using various insulating fibers exemplified in the section of the conductive member. For example, from the viewpoint of insulation, synthetic fibers (for example, polyester fibers, acrylic fibers, polyolefin fibers) Etc.) is preferable.

導電性部材間の絶縁状態、およびこれらの布帛の接触による導通状態の双方を担保するため、スペーサの貫通孔の大きさ(孔径)は、スペーサ本体の厚みに応じて適宜選択できる。例えば、スペーサの孔径は、0.1mm〜3cm程度、好ましくは0.5mm〜2cm程度、さらに好ましくは1mm〜1cm程度である。スペーサは、通常、複数の貫通孔を有する場合が多い。なお、スペーサが布帛である場合、孔径に代えて、目開きが0.1mm〜1cm程度、好ましくは0.5mm〜5mm程度、さらに好ましくは1mm〜3mm程度の粗目の織編物であってもよい。   In order to secure both the insulating state between the conductive members and the conductive state due to the contact of these fabrics, the size (hole diameter) of the through hole of the spacer can be appropriately selected according to the thickness of the spacer body. For example, the hole diameter of the spacer is about 0.1 mm to 3 cm, preferably about 0.5 mm to 2 cm, and more preferably about 1 mm to 1 cm. In many cases, the spacer usually has a plurality of through holes. When the spacer is a fabric, it may be a coarse woven or knitted fabric having an opening of about 0.1 mm to 1 cm, preferably about 0.5 mm to 5 mm, more preferably about 1 mm to 3 mm, instead of the hole diameter. .

スペーサの厚みは、導電性部材間の絶縁状態、およびこれらの繊維構造体の接触による導通状態の双方を担保できる限り特に限定されないが、例えば、0.1mm〜1cm程度、好ましくは0.2mm〜5mm程度、さらに好ましくは0.3mm〜3mm程度であってもよい。   The thickness of the spacer is not particularly limited as long as both the insulation state between the conductive members and the conduction state due to the contact of these fiber structures can be secured, but for example, about 0.1 mm to 1 cm, preferably 0.2 mm to It may be about 5 mm, more preferably about 0.3 mm to 3 mm.

さらに、スペーサは、特定の厚みや孔径を有するだけでなく、特定の目付け(単位面積当たりの重さ)を有していてもよく、例えば、布帛の場合、目付けは5〜200g/m程度、好ましくは10〜150g/m程度、さらに好ましくは15〜100g/m程度であってもよく、ゴムの場合、目付けは10〜300g/m程度、好ましくは30〜200g/m程度、さらに好ましくは50〜100g/m程度、軟質発泡体の場合、目付けは5〜200g/m程度、好ましくは10〜150g/m程度、さらに好ましくは30〜100g/m程度であってもよい。 Furthermore, the spacer may have not only a specific thickness and a hole diameter but also a specific basis weight (weight per unit area). For example, in the case of a fabric, the basis weight is about 5 to 200 g / m 2. The weight may be about 10 to 150 g / m 2 , more preferably about 15 to 100 g / m 2. In the case of rubber, the basis weight is about 10 to 300 g / m 2 , preferably about 30 to 200 g / m 2. More preferably, it is about 50 to 100 g / m 2. In the case of a soft foam, the basis weight is about 5 to 200 g / m 2 , preferably about 10 to 150 g / m 2 , more preferably about 30 to 100 g / m 2. May be.

(コンデンサ用スペーサ)
本発明のコンデンサ型圧力検知素子(コンデンサ型面状スイッチ)に用いられるスペーサは誘電体から形成され、スペーサの所定の位置に、導電性部材は互いに接触することなく縫い付けや接着などにより固定されている。
(Capacitor spacer)
The spacer used in the capacitor-type pressure sensing element (capacitor-type planar switch) of the present invention is formed of a dielectric, and the conductive members are fixed to predetermined positions of the spacer by sewing or bonding without contacting each other. ing.

コンデンサ用スペーサの比誘電率は導電性部材がコンデンサを形成できる限り特に限定されないが、例えば比誘電率としては、1〜100程度であってもよく、好ましくは2〜50程度であってもよい。   The relative dielectric constant of the capacitor spacer is not particularly limited as long as the conductive member can form a capacitor. For example, the relative dielectric constant may be about 1 to 100, and preferably about 2 to 50. .

コンデンサ用スペーサの形状は、導電性部材の形状に応じて適宜変化させることができ、特に限定されないが、通常、面状である場合が多い。また、導電性部材が、コンデンサ用スペーサを挟んでその両側に配設される場合、スペーサは、対になった導電性部材を接触させるための貫通孔を有しない。   The shape of the capacitor spacer can be appropriately changed according to the shape of the conductive member, and is not particularly limited. Further, when the conductive member is disposed on both sides of the capacitor spacer, the spacer does not have a through hole for contacting the paired conductive members.

例えば、コンデンサ用スペーサとしては、誘電性布帛またはシートが挙げられる。また、一体成形性に優れる観点から、コンデンサ用スペーサは、スペーサを挟んで両側に存在する導電性部材同士を接着する接着層であってもよい。なお、本発明では、コンデンサにおいて接着層がシート状に導電性部材の間に存在している場合、接着層を誘電性シートの範疇に含めるものとする。   For example, as the capacitor spacer, a dielectric fabric or a sheet can be used. In addition, from the viewpoint of excellent integral moldability, the capacitor spacer may be an adhesive layer that bonds the conductive members existing on both sides of the spacer. In the present invention, when the adhesive layer is present between the conductive members in a sheet form in the capacitor, the adhesive layer is included in the category of the dielectric sheet.

例えば、コンデンサ用スペーサとして用いられる誘電性布帛としては、導電性部材の項で述べた各種天然繊維(例えば、動物繊維、植物繊維)、化学繊維(例えば、合成繊維、半合成繊維)などを用いて、公知または慣用の方法により形成された織編布や不織布などが挙げられる。   For example, as a dielectric fabric used as a capacitor spacer, various natural fibers (for example, animal fibers and plant fibers), chemical fibers (for example, synthetic fibers and semi-synthetic fibers) described in the section of the conductive member are used. Examples thereof include woven and knitted fabrics and nonwoven fabrics formed by known or conventional methods.

また、コンデンサ用スペーサとして用いられる誘電性シートとしては、各種樹脂(好ましくは軟質樹脂)やゴムから、公知または慣用の方法により形成されたシートなどが挙げられる。
軟質樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、エチレン酢酸ビニル共重合体など)、アイオノマー樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂(例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体など)、ポリエステル系樹脂(例えば、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など)、スチレン系樹脂(例えば、ポリスチレンなど)、塩素系樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなど)、ポリアミド系樹脂(例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610など)、セルロース誘導体(例えば、セロファン、セルロースアセテート、セルロースアセテートプチレートなど)、アクリル系樹脂(例えば、ポリ(メタ)アクリレート、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリアクリルニトリル、エチレン−メタクリル酸共重合体など)、ポリイミド系樹脂(ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドなど)、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが挙げられる。
In addition, examples of the dielectric sheet used as the capacitor spacer include sheets formed from various resins (preferably soft resins) and rubber by a known or conventional method.
Examples of the soft resin include polyolefin resins (eg, polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, ethylene vinyl acetate copolymer, etc.), ionomer resins, polyvinyl alcohol resins (eg, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer). Etc.), polyester resins (eg, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, etc.), styrene resins (eg, polystyrene, etc.), chlorine resins (eg, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, etc.), polyamide resins (eg, Polyamide 6, polyamide 66, polyamide 610, etc.), cellulose derivatives (eg, cellophane, cellulose acetate, cellulose acetate petitate, etc.), acrylic resins (eg, poly (meta Acrylate, polymethyl (meth) acrylate, polyacrylonitrile, ethylene - methacrylic acid copolymer), polyimide resin (polyimide, polyamideimide, polyetherimide, etc.), polycarbonate resins, polystyrene resins.

また、ゴムとしては、天然ゴム、合成ゴム(例えば、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム、スチレン/ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン/プロピレンゴム、シリコーンゴムなど)、熱可塑性エラストマー(TPE)(例えば、スチレン系TPE、オレフィン系TPE、塩化ビニル系TPE、ウレタン系TPE、ポリエステル系TPE、ポリアミド系TPEなど)などが挙げられる。   Examples of rubber include natural rubber, synthetic rubber (eg, isoprene rubber (IR), butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, butyl rubber, ethylene / propylene rubber, silicone rubber, etc.), thermoplastic elastomer ( TPE) (for example, styrene TPE, olefin TPE, vinyl chloride TPE, urethane TPE, polyester TPE, polyamide TPE, etc.).

コンデンサ用スペーサの厚みは、導電性部材の配設様式に応じて適宜設定することができ、導電性部材を良好に絶縁して、コンデンサとしての機能を発揮させることができる限り特に限定されないが、例えば、0.1mm〜1cm程度、好ましくは0.2mm〜5mm程度、さらに好ましくは0.3mm〜3mm程度であってもよい。   The thickness of the capacitor spacer is not particularly limited as long as it can be appropriately set according to the arrangement mode of the conductive member and can sufficiently insulate the conductive member and exhibit the function as a capacitor. For example, it may be about 0.1 mm to 1 cm, preferably about 0.2 mm to 5 mm, more preferably about 0.3 mm to 3 mm.

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, modifications, or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.

本発明の第1実施形態に係る圧力検知装置の概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of the pressure detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1の圧力検知装置に用いられる面状スイッチを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the planar switch used for the pressure detection apparatus of FIG. 本発明の第1実施形態に係る圧力検知装置において、面状スイッチを面方向に並べて配置した例を示す概略図である。In the pressure sensing device concerning a 1st embodiment of the present invention, it is a schematic diagram showing the example which arranged the field switch along the field direction. 本発明の第1実施形態の変形例に用いられる面状スイッチの概略構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows schematic structure of the planar switch used for the modification of 1st Embodiment of this invention. 図4の変形例に係る圧力検知装置の回路構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structural example of the pressure detection apparatus which concerns on the modification of FIG. 本発明の第2実施形態に係る圧力検知装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the pressure detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧力検知装置
3 圧力検知素子
5 布状圧力センサ
7 検出回路
11 第1導電性部材
13 第2導電性部材
15 スペーサ
X 導電性部材の対向方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure detection apparatus 3 Pressure detection element 5 Cloth-like pressure sensor 7 Detection circuit 11 1st electroconductive member 13 2nd electroconductive member 15 Spacer X Opposite direction of electroconductive member

Claims (10)

導電性繊維から形成された互いに対向する一対の面状の導電性部材およびこれら導電性部材の間に介在するフレキシブルな面状のスペーサからなる単数または複数の圧力検知素子を有する布状圧力センサと、
前記圧力検知素子のスペーサの変形度合いに応じて、前記一対の導電性部材の対向方向の圧力の大きさを複数の段階で検出する検出回路と、
を備える圧力検知装置。
A cloth-like pressure sensor having one or a plurality of pressure sensing elements, each comprising a pair of opposed planar conductive members formed of conductive fibers and a flexible planar spacer interposed between the conductive members; ,
A detection circuit that detects the magnitude of pressure in the opposing direction of the pair of conductive members in a plurality of stages according to the degree of deformation of the spacer of the pressure detection element;
A pressure sensing device comprising:
請求項1の圧力検知装置において、前記導電性繊維が、導電性微粒子を含有する導電性ポリビニルアルコール系繊維である圧力検知装置。   2. The pressure detection device according to claim 1, wherein the conductive fiber is a conductive polyvinyl alcohol fiber containing conductive fine particles. 請求項1または2の圧力検知装置において、前記布状圧力センサが、それぞれ検知感度の異なる複数の前記圧力検知素子を有する圧力検知装置。   The pressure detection apparatus according to claim 1 or 2, wherein the cloth-shaped pressure sensor includes a plurality of the pressure detection elements having different detection sensitivities. 請求項3の圧力検知装置において、前記布状圧力センサが、前記複数の圧力検知素子を前記導電部材の対向方向に積層してなる圧力検知装置。   The pressure detection device according to claim 3, wherein the cloth-like pressure sensor is formed by laminating the plurality of pressure detection elements in a direction opposite to the conductive member. 請求項3または4の圧力検知装置において、前記圧力検知素子が、前記スペーサに形成された、前記一対の面状導電性部材の対向方向に貫通する複数の貫通孔を介して前記一対の面状導電性部材が互いに接触することにより圧力を検知する接触抵抗型面状スイッチである圧力検知装置。   5. The pressure detection device according to claim 3, wherein the pressure detection element is formed in the spacer through a plurality of through holes penetrating in a facing direction of the pair of planar conductive members. A pressure detection device that is a contact resistance type planar switch that detects pressure when conductive members are in contact with each other. 請求項5の圧力検知装置において、前記複数の面状スイッチが、それぞれ異なる材質からなるスペーサを備えることにより、各面状スイッチの圧力検知感度がそれぞれ異なる値に設定されている圧力検知装置。   6. The pressure detection device according to claim 5, wherein the plurality of planar switches are provided with spacers made of different materials, so that the pressure detection sensitivity of each planar switch is set to a different value. 請求項5または6の圧力検知装置において、前記複数の面状スイッチの各スペーサに異なる構造の貫通孔を形成することにより、各面状スイッチの圧力検知感度がそれぞれ異なる値に設定されている圧力検知装置。   The pressure detection device according to claim 5 or 6, wherein the pressure detection sensitivity of each planar switch is set to a different value by forming a through hole having a different structure in each spacer of the plurality of planar switches. Detection device. 請求項3または4の圧力検知装置において、前記圧力検知素子は、前記スペーサが誘電性素材で形成されたコンデンサ型面状スイッチである圧力検知装置。   5. The pressure detection device according to claim 3, wherein the pressure detection element is a capacitor-type planar switch in which the spacer is formed of a dielectric material. 請求項8の圧力検知装置において、前記複数の面状スイッチが、それぞれ異なる材質からなるスペーサを備えることにより、各面状スイッチの圧力検知感度がそれぞれ異なる値に設定されている圧力検知装置。   9. The pressure detection device according to claim 8, wherein the plurality of planar switches are provided with spacers made of different materials, so that the pressure detection sensitivity of each planar switch is set to a different value. 請求項1または2の圧力検知装置において、前記布状圧力センサは、前記スペーサが誘電性素材で形成されている1つのコンデンサ型圧力検知素子からなり、前記スペーサの変形によるコンデンサの電気容量変化によって圧力の大きさを検知する圧力検知装置。   3. The pressure detecting device according to claim 1, wherein the cloth-like pressure sensor includes one capacitor type pressure detecting element in which the spacer is formed of a dielectric material, and the capacitance of the capacitor is changed by deformation of the spacer. A pressure detector that detects the magnitude of pressure.
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