JPS6276504A - 伸長導電素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は任意の方向に伸長を加えた場合に、その電気抵
抗値が１桁以上変化する伸長導電素子に関する。より詳
しくは伸長導電性シートに取着されるリード線接続用端
子として電気導通性を有するホックが用いられている伸
長導電素子に関する。

〔従来の技術〕

従来伸長変形によって電気抵抗値が減少する素材は広く
知られておらず、したがって伸長変形によって生ずる電
気抵抗値の減少をとらえることによって被測定物の伸長
のを無、伸長の量、伸長圧縮の頻度を検出することので
きる素子も開発されていなかった。

一方、伸長変形によって電気抵抗値が増大する性質を利
用した素子としてストレーンゲージが知られている。す
なわち、例えばコンスタンクン、アドバンス、ニクロー
ム等の細い金属線を引張ると電気抵抗値が増大する。し
かし、この種の金属線の伸長率は極めて小さい（１％以
下）ため、前記ストレーンゲージは測定対象物の微小変
形にしか対応できず、例えば人体の肘、膝等の屈曲部分
のような大きな伸長変形の検出には不向きである。

また圧電素子や感圧導電性ゴムを用いた素子がある。圧
電素子は、機械的な歪変形と電圧変化としてとらえるも
のであるが、ストレーンゲージと同様に微小変形の用途
にしか適さない。一方、後者の感圧導電性ゴムは圧縮変
形に対して電気抵抗値が減少するものであり、伸長変形
に対しては電気抵抗値の低下は生じない。

上述の如〈従来公知の素子は、微小な伸長変形にしか用
いることができないか、あるいは圧縮素形にしか用いる
ことができない。したがって伸長変形、特に相当量の伸
長変形をする対象物の伸長挙動、すなわち伸長の有無、
伸長の量、伸長を伴う圧縮の頻度等を検出することので
きる素子があれば、広範囲の応用分野があることが期待
されながら現在はそれを満足するものが出現していない
のが現状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来公知の素子を用いては行うことができない
伸長変形、特に相当量の伸長挙動を電気的に検出するこ
とのできる伸長導電素子を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、伸長導電性シートと該シートに間隔を
あけて取着されたリード線接続用端子とを含んで成る伸
長導電素子であって、前記接続用端子が電気導通性を有
するホックであることを特徴とする伸長導電素子によっ
て達成される。

ここでいう伸長導電性シートとは、伸長変形作用を加え
ると、もしくは伸長変形を伴う屈曲、圧縮などの変形作
用を加えると、その変形方向のシートの電気抵抗値が１
桁以上減少するシートを意味する。例えば、絶縁性の高
分子エラストマーに、薄片状の形状をした導電性フィラ
ーを入れることにより、フィラーの面に平行な方向で伸
長した際に、伸長方向の導電性が向上するシートであっ
て、本発明と同一出願人によって昭和５９年９月２７日
に特願昭５９−２００５７号として出願された「変形導
電性高分子エラストマー」中に含まれるシートである。

また、伸長導電性シートとして本発明と同一出願人によ
って昭和６０年３月４日に特願昭６０−４１０２４とし
て出願された「変形導電性編織物」かは電気絶縁性が下
記の条件を満たし、それによって任意の方向に伸長又は
圧縮を加えた場合にその電気抵抗値が変化する編織物で
ある。

■　該編織物の所定の面積中における全交絡部分の中で
、電気的に絶縁状態にある交絡部分の数を１１とし、電
気的に導通状態にある交絡部分の数を１２とした場合に
その比！！＋／ＩｔＯ値が一平方インチ当りの測定値で
１／９以上であること。

た場合に、その比ｆｆｌ　１　／　ｍ　２の値が１吋長
当りの測定値で１／９以上であること。

ここにいう織物の組織としては、平織、綾織、繻子織の
いずれでも良いが、特に平織は組織が密で繰り返し耐久
性に優れ、また微小の変形に対して高感度に抵抗値が変
化するのでより好ましい。

また、編物の組織としては、経編、緯編のどちらでも良
いし、トリコット編、天竺編、ゴム編、パール編等のい
ずれでも良いが、特にパール編の場合には、編組織のど
の方向にもほぼ均一な変形導電性が得られるのでより好
ましい。尚、微小変形、大変形に対する変形導電性は、
それぞれ織物、編物！ｆＪｉ織を適切に選定することに
より得られる。編織物の形状としては、シート状９円筒
状など１１５　ｍ物の組織を使ったすべての形状を含む
。また該編織物を構成する糸としては、通常の溶融、湿
式紡糸機によって紡糸されたモノフィラメントやマルチ
フィラメント、短繊維からなる紡績糸やそれらの糸の撚
糸、フィルムやシートを細長くスリットした、細長い形
状物もしくはその収束物を用いることができる゛。その
素材としては、ナイロン、エステルなどのすべての電気
絶縁性合成高分子、セルロース等の再生セルロース繊維
などの化繊、天然ゴムなどの電気絶縁性天然高分子、ガ
ラスなどの電気絶縁性無機繊維等を用い、これら糸の特
定の部分のみ電気的絶縁状態におかれており、その他の
部分は、銅、ニッケル、鉄、カーポ゛／などの導電性物
質がメッキ、コーティング、溶射などの導電化手段によ
１ｆＪ導電性イ、′−付与されている。尚、特にマルチ
フィラメントや紡績糸の場合には、微小の応力で各フィ
ラメントや短繊維が接触するので高感度変形導電性編織
物を形成するためにはより好ましい。尚、ここでいう電
気的に絶縁状態とは、本発明と同一の出願人による特願
昭６０−４１０２４号に記載した電気抵抗値の測定法に
よって、２つの針状端子間の電気抵抗値が１０６Ω以上
である状態を意味し、また、電気的導通状態とは、同様
に２つの針状端子間の電気抵抗値が１０６Ω未満である
状態を意味する。

ここでいう交絡部分とは、幹糸が交差している。

部分を示しており、必ずしも接触している必要はない。

織物の場合は経糸と緯糸の交差部分であり、編物の場合
は、ループの交差部分を意味する。

ここでいう電気的に絶縁状態である交絡部分または電気
的に導通状態である交絡部分とは、交絡している２本の
糸が交絡部分を介してそれぞれ電気的に絶縁状態である
部分、あるいは電気的に導通状態である部分を意ｑ−，
３−る。

また、隣り合う交絡分間とは、より正値に（ま交絡部分
中心間部分であって、−木の糸で隣り合う交絡部分の中
心間を意味する。

また、電気的に′４ｆＡ縁状態である交絡部分間、また
は電気的に導通状態である交絡部分間とは、上で述べた
隣り合う交絡部分間が電気的に絶縁状態であるか、導通
状態であるかを意味する。

尚、伸長導電性シートは、耐久性等が向上するので、伸
長導電性編織物の少なくとも片面にエラストマーを積層
してなる伸長導電性構造体であってもよい。

本発明者らは、上記伸長導電性シートのリード線接続用
端子の取りつけ方法について、■リード綿との接続が容
易で、■接触抵抗が低く、■伸長応力を付加できる、の
条件を満たすことを目的に鋭意検討を行なった結果、本
発明に至った。

即ち、本発明でいう電気導通性のあるホックとは、通常
の衣料用ホックと同様にオス側の凸側部分とメス側の凹
側部分とからなり、それらの凸部と四部がかみ合って電
気的導通が得られるようになっている。ここでいう電気
的導通とは、凸側部分と凹側部分をかみ合せた時の接続
部の接触抵抗が１０Ω以下である状態を意味し、従って
、ホックの材質としては、銅、真鍮、鉄、アルミニウム
などの低抵抗物質（アクリル系樹脂などによる防錆処理
をされたもの及び金属メッキしたものも含む）である必
要がある。

以下、本発明による伸長導電素子の一実施例を示す添付
図面を参照して本発明を詳述する。

本発明による伸長導電素子のフックの凸側部分３ａは第
２図（Ａ）に示すように、ゲンコ１ａ（ゲンコの凸部の
中は空洞である）とホゾ２ａと呼ばれる２つの構成成分
から構成される。ゲンコ１ａとホゾ２ａの間に伸長導電
性シートもしくはリード線の裸線部を挟んで両者を押し
付けることにより、ゲンコ１ａとホゾ】ｂは強固にかみ
合って一体となる（第２図（Ｂ））。

一方同様にフックの凹側部分６ａは第３図（Ａ＞に示す
ように、Ｈ５ａとハネ４ａと呼ばれる２つの構成成分か
ら構成される。頭５ａとバネ４ａの間にリード線の裸線
部もしくは伸長導電性シートを挟んで両者を押付けるこ
とにより、１ｉ５ａとハネ４ａは強固にかみ合って一体
となる（第３図（Ｂ））。

第１図には導電性シー）９ｂに間隔をあけてホックの凸
側部分のゲンコ１ｂとホゾ２ｂをかみ合せることによっ
て凸側部分を取着し、一方コネクタ８ｂに接続するリー
ド線７ｂの裸線部をフックの凹側部分６ｂに挾持させた
実施例を示す。凸側部分のゲンコ１ｂは図示の如く突起
部分を有し、一方間側部分は中央に孔を有するので（第
３図（Ａ）参照）、凸側部分と凹側部分とをかみ合せる
ことにより、リード線７ｂを導電性シート９ｂに接続す
ることができる。

第４図には導電性シート９Ｃに間隔をあけてホックの凹
側部分の頭５Ｃとバネ４Ｃをかみ合せることにより凹側
部分を取着し、一方コネクタ８ｃに接続するリード線７
Ｃの裸線部をれツクの凸側部分３Ｃに挾持させた実施例
を示す。このように、伸長導電性シートのリード線接続
用端子にホックを用いることにより、■リード線との接
続が容易で■接触抵抗が低く、■伸長応力がホックで挟
持された面積全体にかかり、応力の局所集中を防ぐので
良好な耐伸長繰返し性が得られる。

伸長導電素子を用いる場合に、伸長導電素子に伸長を加
えるための伸長くり返し駆動部を前記リード線接続用端
子に連結しておく場合がある。こ　−の場合において、
前記伸長くり返し駆動部をリード線を挾持した側のフッ
クの凸側部分又は凹側部分に一体化しておくと、それぞ
れ反対側の凹側部分又は凸側部分に挾持された伸長導電
性シートをワンタンチでリード線側に装着又は脱着して
取換えが可能であり、又装置がコンパクトになりより好
ましい。前記駆動部をリード線を挾持したフックの凸側
部分もしくは凹側部分に一体化させる方法としては、例
えば駆動部もリード線と合せてホックの凸側部分もしく
は凹側部分で挟持させる方法が挙げられる。

また、伸長導電性シートをホックの凸側部分で挾持する
と、凸側部分を電極端子としてワニロクリップ等で容易
にリード線との接続が得られるのでより好ましい。尚、
伸長導電素子の取り換えを考えない場合には、駆動部に
リード線と共にあるいは伸長導電性シートのみをホック
の凸側部分もしくは凹側部分で挾持して一体化すること
ももちろん可能である。第５図には、駆動部１０に、リ
ード線７ｄと共に伸巣導電性シート９ｄをホ・ツクの凸
側部分１ｄ、２ｄで挾持した収チを示す。さらに、接続
用端子部の接触抵抗を下げ、力学的強度を増す目的で、
ホックの凹側部分もしくは凸側部分を伸長導電性シート
との間に、導電性の電極板と導電性樹脂層を介在して取
着してもよい。尚、ここでいう導電性樹脂層とは、通常
よく用いられるエポキシ系、アクリル系、エステル系な
どのプラスチック系接着剤をはじめ、ウレタン系、ラテ
ックス系などの接着剤、または熱溶融型のポリマー、例
えばポリエステル系、ポリアミド系樹脂などを基材とし
、それに通常５〜５０体積％の範囲内で適当量の導電性
フィラーを混入した導電性樹脂からなる層である。ここ
でいう導電性フィラーとは、ニッケル、銅、鉄、アルミ
ニウム、金、銀などの金属もしくはそれらの合金もしく
は導電性カーボンなどからなり、形状としては粉末もし
くは短繊維状である。

また、導電性樹脂層の厚みとしては、１μｍ以上の厚み
が必要であり、伸長導電素子の用途にもよるが、通常は
２μｍ以上５０μｍ以下の厚みが、伸長導電性シートと
電極板との接着力、接触抵抗およびコストの面で好まし
いがこれに限られるものではない。導電性樹脂層の厚み
が１μｍ未満であると、接着力が劣る。尚、導電性樹脂
が熱溶融型のポリマーを基材としている場合には、シー
１状、もしくはフィルム状で使用できるので操作性の面
で優れ、より好ましい。

次に、本発明でいう電極板とは、銅、アルミ、真鍮、ス
テンレスなどの通常電極として用いられる金属板をはじ
め、布帛やエラストマーシートに金属メッキやコーティ
ング、溶射、導電性フィラーの混入などの手段により導
電性を付与した導電性布帛や導電性エラストマーシート
があげられる。

尚、金属板の表面が凹凸にエンボス加工されていると、
導電性樹脂層との接着力が高くかつ電気的な絶縁破壊が
起りやすくなるので、導電性フィラーの混入量を下げる
ことができ、コスト面及び導電性樹脂層の接着力低下も
抑えられるのでより好脂層と電極板を接合したものをホ
ックの凸側部分で挟持した本発明の伸長導電素子の構造
概略図を示す。

以下、本発明の伸長導電素子について実施例を挙げてさ
らに詳しく説明するが、本発明の伸長導型素子は、これ
ら実施例や先の模式図に示すもののみに限定されるもの
ではない。

〔実施例〕

大庭置土 ポリウレタンに薄片状のＮｉメッキマイカ（面内径と厚
みの比が１０対１）を１５容量％混入されている厚み２
２０μｍのシートを作る。なおここでいう面内径の面と
は、Ｎｉメッキマイカの最大面積を有する面のことであ
り、また面内径はその最大面積を有する面の、面内長径
の最大値（面内最長径）ｘＯ，９で定義される。さらに
厚みとは、Ｎｉメッキマイカの面を、平行な２枚の平板
ではさんだ際の平行平板間の間隔である。このシートを
１ｃｍ巾Ｘ５ｃｍ長に截断して得た試料を長さ方向に１
５％伸長することによる電気抵抗値が、４Ｘ１０６Ωか
ら４０Ωに減少した。このシートの両端を、市販の真鍮
にＮｉメッキした衣料用の金属製ホックのゲンコ（外径
１ｃｍ）とホソ（外径０．９ｃｍ）との間に入れ、市販
のかしめ機で挟持し、第１図の下方に示すホックの凸状
部分のみを有する伸長導電素子を作製した。また、リー
ド線の裸線部をリング形状にして、市販の真鍮にＮｉメ
ッキした衣料用の金属製ホックの頭とバネとの間に入れ
、市販のかしめ機で挟持し、第１図下方に示すリード線
付きホック凹状部分を作製した。先の伸長導電素子にこ
のリード線付ホック凹状部分をとりつけて、本発明物の
試料Ｎｏ、１を作製した。

害旌五主 旭化成工業（株）製のエステルタフタ（経５０ｄ／２４
　ｆ、緯７ｓｄ／３６ｆ）を水酸化ナトリウム水溶液（
８０ｇ／　ｊ’）　、１００℃で減量加工（減量率２０
％）し、５ｎ（１２２：塩酸が３：１０の重量比の浴中
で感受性化し、水洗脱水後、ＰｄＣｊ！ｚ：塩酸が重量
比１；１５の浴中で活性化し、水洗脱水後Ｎ１Ｃｊ！・
６　）＋２０　、　Ｈ，１ＨＰＯｚ・Ｈ２Ｏ，クエン酸
ナトリウム、ＮＨ４Ｃｌ、アンモニア水が１：１：３；
２：２の重量比の浴中９０℃×２分処理して、Ｎｉメッ
キエステルタフタを作製した。これを１０ｃｍｘｌＯｃ
ｍの大きさのサンプルに切り、二重円筒形の層流発生装
置（内側の円筒が高速回転、外筒の内径２５ｃｍ、内筒
の外径１０ｃｍ）に水と一緒にいれ、内筒回転速度２０
Ｏｒｐｍで、２００分処理して伸長導電性シートを得た
。このシートを１ｃｍ巾Ｘ５ｃｍ長にバイアス方向に截
断し、１５％伸長することにより、抵抗値が４．５Ｘ１
０６Ωから３Ｘ１０”Ωに低下した。このシートの両端
を実施例１と同様にしてオス型のスナップボタンをとり
つけ、第１図の下方に示すホックの凸状部分のみを有す
る伸長導電素子を作製した。また同様にして第１図上方
に示すリード線付きホック凹状部分を作製して、伸長導
電素子にとりつけ、本発明物である試料Ｎｏ、２を作製
した。また、伸長導電性シートをホックの凹側部分の頭
とハネの間に、リード線を凸側部分のゲンコとボヅの間
にそれぞれ挟持して、本発明物の第４図に示す試料積％
混入したポリアミド系熱融着樹脂シート（厚さ２０μｍ
）を介して銅板（４（ｌｕｍ）を１３０’Ｃ。

３気圧の条件下で熱融着し、この両端の銅板をはさむ形
で、試料Ｎｏ、２と同様の方式で、凸側部分のホックを
とりつけ、第６図に示す本発明物の試料Ｎｏ、４を作製
した。

次に、試料Ｎｏ、Ｌ〜４の本発明物の伸長導電特性、す
なわち後述する伸長くり返しを１０万回行った後の伸長
導電特性及び電極端子部の疲労度合（破れや、はがれな
ど）を調べ、表１にその結果を示した。尚、表１に比較
例として、ホックをとりつけていない実施例２で用いた
伸長導電性シートである試料Ｎｏ、５の測定結果も示す
。耐伸長くり返し性は、伸長くり返し試験機（大栄科学
製デマッチャー）を使用し、１００回／分の速度で４ｃ
ｍの試料を０から２０％の伸長で１０万回（り返した後
、０，１０．２０％伸長時の抵抗値を測定し、くり返し
試験前のそれと比較した。

尚、試料の伸長導電性は、１辺３ｃｍの正方形の銅板２
枚で両端から１ｃｍはさみ電極とし、それを引張り試験
機にとりつけ、バイアス方向の伸長による電気抵抗値を
測定した。

表１から、本発明物の試料Ｎｏ、１〜４は、１０万回の
伸長くり返し後でも伸長導電性の低下がなく、電極端子
部の疲労も全くないのに対し、比較例の試料Ｎｏ、５は
、デマフチャーのチャック部分から彼れが生じ、伸長導
電特性も若干低下している。のがわかる。

以下余白 〔発明の効果〕 前述のような構成を有する本発明による伸１１電素子は
、■リード線との接続が容易で、■接触抵抗が低く、■
伸長応力がホックで挾持された面積全体にかかり、応力
の局所集中を防ぐので良好な耐伸長くり返し性が得られ
るため、従来公知のセンサー・素子を用いては行うこと
のできない伸長変形、特に相当量の伸長変形をする対象
物の伸長挙動を検出するセンサー素子として用いること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による伸長導電素子の実施例をホックの
凸側部分と凹側部分が離れた状態且つリード線が接続さ
れた状態で示す略示一部断面正面図である。第２図はホ
ックの凸側部分の構成を示す略示説明図であり、（Ａ）
はゲンコとホゾが分離されている状態、（Ｂ）はゲンコ
とホゾがかみ合って一体となっている状態を示す。第３
図はホックの凹側部分の構成を示す略示説明図であり、
（Ａ）は頭とバネが分離されている状態、（Ｂ）は頭と
バネがかみ合って一体となっている状態を示す。第４図
は本発明＆Ｓ二Ｊ、る伸長Ｗ屯素子の他の実施例を示す
第１図と同様の略示一部断面正面図である。第５図はホ
ックの凸側部分で駆動Ｅ’＋’ｌ”にリード線と共に伸
長導電性・〕・−トを挾持させているさらに他の実施例
を示ず略小一部断面正面ｌ′Ｙ１である。第６図は本発
明による伸長導電素子のさらに他の実施例を示す第１図
と同様の略示−・部断面正面図である。 ｌａ、ｌｂ、ｌｄ、１ｓ・＝ゲンコー、２ａ、２ｂ。 ２ｄ、２ｅ−ホゾ、３ａ、３ｃｍ＝凸側部分、４ａ。 ４Ｃ・・・バネ、５ａ、５ｃ・・・頭、６ａ、６ｂ・・
・凹側部分、７ｂ、７ｃ、７ｄ・・・リード線、８ｂ、
８ｃ・・・コネクタ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ・・・伸
長導電性シート、１０・・・駆動部、１１・・・電極板
、１２・・・導電性樹脂層。 ０Ｃ１ （、）−Ｏ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、伸長導電性シートと該シートに間隔をあけて取着さ
   れたリード線接続用端子とを含んで成る伸長導電素子で
   あって、前記接続用端子が電気導通性を有するホックで
   あることを特徴とする伸長導電素子。 ２、前記ホックが凸側部分と凹側部分から成り、前記凸
   側部分に伸長導電性シートが取着され、一方リード線が
   取着可能に前記凹側部分が構成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の伸長導電素子。 ３、前記伸長導電性シートが電気導通性のある電極板と
   導電性樹脂を介在して前記ホックに取着されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   伸長導電素子。