壓力分布傳感器系統的製作方法

2023-05-28 09:34:41 1

專利名稱：壓力分布傳感器系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及壓力分布傳感器系統，利用該壓力分布傳感器系統， 可進行例如橡皮滾或滾筒的壓力分布測量評價、咬合時的壓力平衡的 評價、4爪住物體時的壓力分布測量評價、行走功能測量評價以及重心 搖擺測量評價。
背景技術：
在可進行如上所述的測量評價的壓力分布傳感器系統中使用所謂矩陣傳感器片9。如圖16所示，在薄膜基材90a上以銀骨90b、壓敏導電油墨90c 的順序進行塗敷，形成多個行電極(以及列電極)，使具有所述行電 極的薄膜基材90a與具有列電極的薄膜基材90a以交叉的狀態進行粘 貼，從而形成所述矩陣傳感器9。並且，如圖15或圖17所示，在該壓 力分布傳感器系統中，具有電路部K，內置有依次對所述多個行、 列電極通電用的多路復用器以及用於測量各壓敏電極的交叉點(壓敏 導電性元件)的電阻的多個放大器；計算機C，具有對所提取的信號 進行運算處理並且進行顯示記錄分析用的軟體。但是，所迷壓力分布傳感器系統存在以下問題(l)因為電路部 的部件數較多，所以，大型並且重量重，(2)壓力分布傳感器成為所 需以上的大型，(3)系統整體金額高。專利文獻1 特開平8-327474發明內容本發明的目的在於提供一種電路部小型輕量、壓力分布傳感器廉 價、並且系統整體金額低的壓力分布傳感器系統。對於本發明的壓力分布傳感器系統來說，具有壓力分布傳感器， 在薄膜基材內，在1條行電極與2~8條列電極的交叉點具有壓敏導電 性元件；處理電路，具有應分別測量所述壓敏導電性元件的電阻變化 的與各端子連接的放大器；進行從所述處理電路得到的信號的運算和測量結果的顯示、記錄、分析用的軟體，其中，使所述薄膜基材的俯 視圖形狀以及薄膜基材內的壓敏導電性元件的位置適合於用途。此外，對於本發明的壓力分布傳感器系統來說，具有壓力分布 傳感器，在薄膜基材內具有相互獨立的2~8個壓敏導電性元件以及分 別從其延伸的布線以及端子；處理電路，具有應分別測量所述壓敏導 電性元件的電阻變化的與各端子連接的放大器；進行從所述處理電路 得到的信號的運算和測量結果的顯示、記錄、分析用的軟體，其中，置適合於用途。並且，關於所述任意一個壓力分布傳感器系統，壓力分布傳感器 的壓敏導電性元件在俯視圖上排列成橫向一列，可進行橡皮滾或滾筒 的壓力分布測量評價。並且，關於所迷任意一個壓力分布傳感器系統，壓力分布傳感器 在俯視圖上是U字或V字的形狀，壓敏導電性元件配置在適於測量人 的牙齒咬合時的壓力平衡的位置上，可進行咬合時的壓力平衡的評價。並且，關於所迷任意一個壓力分布傳感器系統，在適於測量由人 或智慧機器人的手抓住物體時的手掌的壓力分布的位置上配置多個壓 敏導電性元件，可進行抓住物體時的壓力分布測量評價。並且，關於所迷的任意一個壓力分布傳感器系統，在適於測量人 或智慧機器人進行雙足行走時的腳掌的壓力分布或體重的重心移動的 位置上配置多個壓敏元件，可進行行走功能測量評價。並且，關於所述的任意一個壓力分布傳感器系統，在適於測量人 靜止站立時的搖擺程度的位置上配置多個壓敏元件，可進行重心搖擺 測量評價。


圖l是本發明的實施例1的壓力分布傳感器的平面圖。 圖2是與本發明的實施例1相對應的現有的壓力分布傳感器的平 面圖。圖3是本發明的實施例2的壓力分布傳感器的平面圖。 圖4是與本發明的實施例2相對應的現有的壓力分布傳感器的平 面圖。圖5是本發明的實施例3的壓力分布傳感器的平面圖。 圖6是與本發明的實施例3相對應的現有的壓力分布傳感器的平 面圖。圖7是本發明的實施例4的壓力分布傳感器的平面圖。 圖8是表示行走時的腳掌的接觸面的平面圖。 圖9是表示與實施例4相對應的壓力分布傳感器的路線位置與行 走時腳掌著地的狀態的表。圖IO是與本發明的實施例4相對應的現有的壓力分布傳感器的平 面圖。圖11是本發明的實施例5的壓力分布傳感器的平面圖。圖12是表示與實施例5相對應的壓力分布傳感器的路線位置與靜止站立時腳掌與地板表面之間產生的壓力的狀態的表。圖13是與本發明的實施例5相對應的現有的壓力分布傳感器的平面圖。圖14是用於利用分析處理裝置讀取來自本發明的系統所使用的壓 力分布傳感器的輸出的系統的圖。圖15是現有的壓力分布傳感器系統的立體圖。圖16是現有的壓力分布傳感器系統的立體圖。圖17是用於利用分析處理裝置讀取來自現有的系統所使用的壓力 分布傳感器的輸出的系統的電路圖。
具體實施方式
以下，詳細地對作為用於實施本發明的壓力分布傳感器系統的優 選方式的實施例進行i兌明。關於本發明的壓力分布傳感器系統的基本方式對於該壓力分布傳感器系統來說，具有壓力分布傳感器，在薄 膜基材內，在1條行電極與2~8條列電極的交叉點具有壓敏導電性元 件；處理電路，具有應分別測量所迷壓敏導電性元件的電阻變化的與 各端子連接的放大器；進行從所述處理電路得到的信號的運算和測量 結果的顯示、記錄、分析用的軟體，其中，使所述薄膜基材的俯視圖 形狀以及薄膜基材內的壓敏導電性元件的大小以及位置適合於用途。對於該壓力分布傳感器系統來說，具有壓力分布傳感器，在薄膜基材內具有相互獨立的2 ~ 8個壓敏導電性元件以及分別從其延伸的 布線以及端子；處理電路，具有應分別測量所述壓敏導電性元件的電 阻變化的與各端子連接的放大器；進行從所述處理電路得到的信號的 運算和測量結果的顯示、記錄、分析用的軟體，其中，使所述薄膜基 材的俯視圖形狀以及薄膜基材內的壓敏導電性元件的大小以及位置適 合於用途。此處，所述壓力分布傳感器的基本方式如下。 薄膜基材可以使用具有彎曲性的各種樹脂等，例如，可以採用聚酯樹脂、 聚醯亞胺樹脂等。而且，厚度是10 100mdi。 壓敏導電性元件對於壓敏導電性元件來說，使施加電極與接收電極對置，並且， 分別在所述施加電極與接收電極的對置側面設置壓敏油墨層。施加電極以及接收電極由導電性油墨構成。作為導電性油墨，有 在各種樹脂(例如聚酯樹脂)中混合有銀的粉末而成的銀油墨。而且， 所印刷形成的導電性油墨的厚度是10~20Mm。此外，壓敏油墨層印刷形成在施加電極以及接收電極上，由在樹 脂中含有半導體粒子與導體粒子的油墨構成。並且，厚度是10~50|u m。布線、端子施加側以及接收側布線和端子分別由導電性油墨構成。作為導電 性油墨，有在各種樹脂(例如聚酯樹脂)中混合銀的粉末而成的銀油 墨。並且，所印刷形成的導電性油墨的厚度是10~20Mm。其次，如圖14所示，應分別對所述的壓敏導電性元件的電阻變化 進行測量的與各端子連接的處理電路基本上由8個(可以在2個~ 8個 的範圍內)運算放大器以及A/D轉換器構成，進行執行從所述處理電 路得到的信號的運算和測量結果的顯示、記錄、分析用的軟體運算、 顯示、記錄等操作。本實施例1的壓力分布傳感器系統涉及橡皮滾壓力、滾筒壓力的 平衡測量系統。如圖1所示，對於該壓力分布傳感器S的結構來說，整體形成為L 字或T字形狀，在橫帶部分，以21mm間隔配置8個線狀的壓敏導電性元件4，並且，將有效的壓敏部寬度設定為適於一般的小型的絲網印 刷機的168mm。即，該壓力分布傳感器S在一條行電極與八條列電極 的交叉點具有壓敏導電性元件4。其次，對於該壓力分布傳感器S來說，在兩枚薄膜基材l、 l的對 置面側設置布線2 (—方為施加側布線2a,另一方為接收側布線2b) 以及端子3 (—方為施加側端子3a，另一方為接收側端子3b)，並且， 在所述布線2a、 2b側端部設置壓敏油墨層4a、 4b,在這些薄膜基材l、 l彼此間對置的布線2a、 2b以及端子3a、 3b以彼此電絕緣狀態的方式 粘貼形成。由此，對置的壓敏油墨層4a、 4b相互的重疊部為壓敏導電 性元件4,電阻值按照針對該壓敏導電性元件4的加壓力而改變。並且，因為壓力分布傳感器的橫向寬度即要測量的橡皮滾或滾筒 的橫向長度中除了 170mm以外有600mm至1000mm的長度，所以， 仍舊維持壓敏導電性元件數量為8個，擴大列電極的配置間隔，從而 使其與長相對應。此外，關於壓力分布傳感器~處理電路~計算機的關聯，與"關 於本發明的壓力分布傳感器系統的基本方式"的情況相同。因此，在使用該發明的壓力分布傳感器系統的情況下，電路部5 小型輕量，壓力分布傳感器也相當便宜，系統整體為低成本。現有的橡皮滾壓力、滾筒壓力平衡測量系統以往，顯示操作裝置中有LED電平計方式與PDA液晶顯示這兩 種，但電路部5都使用矩陣陣列狀的壓力分布系統用(電極數最大數 52 x 44)。壓力分布傳感器中具有2行x 33列=66個壓敏導電性元件，但是， 因為合計了橫向鄰接的三個壓敏導電性元件的輸出，因而輸出顯示實 際上顯示了ll列的輸出。即，對於平時測量所使用的1行x 11歹寸=11 個的壓敏導電性元件的栽荷測量，使用最大2288個用的硬體(參照圖此外，由於所述現有的傳感器應用於矩陣陣列狀的壓力分布系統， 因而電路部5中必須有多個多路復用器。因此，在現有的壓力分布傳感器系統中，壓力分布傳感器本身較 大，電路部5的部件數較多，在成本方面浪費較多。實施例2本實施例2的壓力分布傳感器系統涉及咬合力平衡系統。如圖3所示，該壓力分布傳感器的結構在平面圖上是U字或V字 的形狀，在適於測量人的牙齒咬合時的壓力平衡的位置(左右分別為4 個)上配置壓敏導電性元件4，評價咬合時的壓力平衡。此處，布線2 (一方為施加側布線2a，另一方為接收側布線2b)以及端子3(—方 為施加側端子3a，另一方為接收側端子3b)與實施例l相同。而且，壓力分布傳感器-處理電路 計算機的關聯與"關於本發 明的壓力分布傳感器系統的基本方式"中的情況相同。因此，在使用該發明的壓力分布傳感器系統的情況下，電路部5 小型輕量，壓力分布傳感器也相當廉價，系統整體為低成本。現有的咬合力平衡測量系統以往，在1.27mm的空間解析度下具有壓敏導電性元件數約1000 個，使用矩陣陣列狀壓力分布傳感器系統用硬體(電極數最大52 x44)。 這樣，具有利用較高的空間解析度可以實時測量在牙齒的哪個部分施 加較高的載荷或咬合不良的優點，但是，作為左右的栽荷平衡或最大 咬合力的測量等的基本的咬合能力的評價裝置超過規格，由於高額因 而不便利用。這是因為電路部的部件數較多，在成本方面浪費非常多。實施例3本實施例3的壓力分布傳感器系統涉及球狀壓力測量系統。如圖5所示，對於該實施例3的壓力分布傳感器的結構來說，涉 及在適於測量人或智慧機器人的手抓住物體時的手掌的壓力分布的位 置上配置多個壓敏導電性元件4並進行抓住物體時的壓力分布的測量 評價。在本實施例中，如圖5所示，在壓力分布傳感器中，具有8個 壓敏導電性元件4，其位置為五指尖的5點、手指(中指、無名指、小 指)根的3點。並且，所述壓敏導電性元件4的位置可以適當變更。在本系統中，直接或間接地(粘貼於布制的手套等上)將所述壓 力分布傳感器S安裝在被實驗者或機器人的手掌上。然後，使壓力分 布傳感器S的端子與具有運算放大器和A/D轉換功能的襯底連接，與 計算機連接。於是，可測量抓住物體時的栽荷分配。並且，壓力分布傳感器~處理電路~計算機的關聯與"關於本發 明的壓力分布傳感器系統的基本方式"的情況相同。此處，在該傳感器中，對於壓敏導電性元件4的尺寸來說，直徑定為3 6mm，將其外形尺寸控制為llmm,由此，可防止在現有的壓 力分布傳感器中產生的由於粘貼在手指周圍時的曲率所導致的褶皺或 彎曲而引起的輸出。此外，在使用該發明的壓力分布傳感器系統的情況下，電路部5 小型輕量，壓力分布傳感器也相當廉價，系統整體為低成本。現有的球狀壓力測量系統現有的壓力分布傳感器S的結構是20個4行x 4列的矩陣傳感器 為一體的結構，具有總數為320個的壓敏導電性元件。由該壓力分布 傳感器與矩陣陣列狀壓力分布傳感器系統用硬體(電極數最大52 x 44) 的組合來測量人或機器人的手抓住物體時的壓力分布。但是，在現有的壓力分布傳感器S的結構中，在手掌面上配置多 個壓敏導電點，由此，可進行高度的分析，另一方面，使傳感器沿著 具有曲率的手指或手掌，所以，在傳感器上產生折彎、彎曲、褶皺， 抓住壓力以外的輸出作為幹擾而出現，成為測量分析的障礙。此外，在現有的壓力分布傳感器系統中，壓力分布傳感器本身較 大，電路部5的部件數較多，成本方面浪費非常多。實施例4本實施例4的壓力分布傳感器系統涉及行走功能測量力平衡測量 系統。該實施例4的壓力分布傳感器S的結構如圖7所示，可知對於健 康者行走時的腳掌的接觸面壓力分布來說，根據足壓分布所運算得到 的載荷重心軌跡慢慢從腳跟向腳尖側移動，最後通過拇趾位置(參照 圖9)。而且，圖8所示的是人行走時的腳掌的接觸面圖的圖。若隨著帕金森病、腦神經疾病、膝關節症、年齡增大帶來行走功 能的障礙，根據該腳掌的壓力分布所運算出的重心軌跡脫離很大。此 外，可以看到在重心軌跡的移動速度上也較分散。因此，在該壓力分布傳感器S中，設計了在健康者的腳掌的重心 軌跡下配置有多個壓敏導電性元件4的薄膜狀壓力傳感器。將該壓力 分布傳感器與具有和壓敏導電性元件4的件數相同數量的運算放大器 的底座連接，在進行A/D轉換處理後與計算機連接，可通過預先安裝 在計算機中的軟體來測量、運算、記錄、顯示重心的軌跡。對於該壓力分布傳感器S的壓敏導電性元件4尺寸來說，直徑為2mm 20mm左右，其件數優選8件。壓敏導電性元件4的配置間隔從 算出的重心的移動速度來看優選是等間隔，但是，由於明確了預先配 置的配置距離，所以，若不明顯也可以不相同。此外，壓敏導電性元 件4的配置也可以是在理想的重心軌跡上排列成1條的形狀，或者為 了識別在異常位置施加的體重，也可以在脫離理想的重心軌跡的位置 分支地配置。在使用時，也可以將壓力分布傳感器S直接貼在腳掌上， 或者也可以固定在鞋底上。對於載荷在各壓敏導電性元件4上的體重來說，隨著重心的移動， 其輸出依次移動。根據配置了此時的多個壓敏導電性元件4的輸出的 最大值的顯現時間與消失時間的壓敏導電性元件4的距離，算出重心 的移動速度。與健康者比較運算各壓敏導電性元件4、 4間的重心移動 速度的分散趨勢，由此，可以進行各種疾病的發展程度、老齡度與行 走功能的評價。此外，在左右腳各安裝一臺該系統，可通過測量二者的腳掌載荷、 重心移動進行更高度的分析。例如，在左右腳獲取左右腳的同一位置 (腳跟)的最大輸出值以及輸出顯現、消失時間的平均值，取得差異， 由此，可以算出被檢者行走一步的時間。可根據利用先前補充的足壓分布算出的重心移動速度、其一步的 時間算出大致的行走速度，可通過將這些行走速度、重心移動速度、 一步時間的平均值與健康者進行比較運算，進行疾病的進展度、老齡化等行走功能的評價。而且，在使用了該發明的壓力分布傳感器系統的情況下，電路部5 小型輕量，壓力分布傳感器S也相當廉價，系統整體為低成本。現有的腳掌壓力平衡測量系統現有的腳掌壓力分布傳感器S的結構是具有最大約IOOO件的壓敏 導電性元件4的矩陣結構，安裝在鞋底上，測量行走時的動態的體重 載荷分布。將多個壓敏件配置在腳掌上，由此，可進行高度的分析，另一方 面，由於部件數較多、成為大型，所以，安裝在腳掌上時也成為動作 的障礙。此外，還存在由於價格高而很難普及的缺點。實施例5本實施例5的壓力分布傳感器系統涉及重心搖擺測量評價系統。如圖ll所示，對於該實施例5的壓力分布傳感器的結構來說，使 壓敏導電性元件4的尺寸與腳掌的大小匹配，在前後方向上將各元件 分為4組、左右方向將各元件分為2組，將一隻腳分為8份，由分別 進行通電來測量壓敏導電性元件4的電阻的運算放大器以及A/D轉換 裝置構成，與個人計算機連接，由此，利用預先安裝在微型計算機內 的專用軟體來評價被檢測者的重心搖動。對於各壓敏導電性元件4的輸出值來說，因為針對足底的載荷分 配不同，所以不固定。例如，腳心部分的輸出相對於腳跟或指根極低。 此外，也存在因被檢者不同而體重偏向於腳跟的情況。但是，若各壓敏導電性元件檢測到的載荷輸出值為靜止站立狀態， 則是固定的。即，可通過讀取各壓敏導電性元件4的輸出的比例的變 化，來測量被檢者的重心的搖擺度。在該系統中，對於重心的搖擺來說，由下式將各壓敏導電性元件4 的輸出的變化進行數值化，與預先在同一條件下測量的健康者的結果 進行比較運算，由此，可以評價被檢者的異常程度。此處，對於搖擺的數值化事例來說，是(1)波動幅度實測值- (固 定時間內的最大值-其最小值)、(2)波動幅度比例=(固定時間內 的輸出的最大值-其最小值)/其平均值><100%、 (3)波動係數-(固 定時間內的輸出的標準偏差)/平均輸出、(4 )波動速度-固定時間(幀 間)的輸出差最大值/時間(幀)、(5)所述(1) ~ (4)的按各壓敏 導電性元件對計算結杲進行平均後的值。與具有接近1000件的多個壓敏導電性元件4的現有的矩陣陣列狀 傳感器片或在具有剛性的板下設置3個到4個測力傳感器的重心搖擺 計相比，可減少部件件數，可進行輕量緊密、低成本下的重心搖擺測 量。圖12是關於利用壓敏導電性元件4 ( chl ~ ch8)檢測到的各chl ~ ch8的"搖擺"的數據。此外，因為可以在鞋墊等鞋內安裝並進行測量，因此不需要以測力傳感器式重心搖擺計的方式詳細地向被檢者指定站立位置。因為測 量時不需要赤腳，所以，可進行穿鞋狀態下的中心搖擺測量。在使用本發明的壓力分布傳感器系統的情況下，電路部5小型輕 量，壓力分布傳感器S也相當廉價，系統整體為低成本。 現有的重心搖擺測量系統在現有的重心搖擺測量系統中，壓力分布傳感器S為44行x52列 的矩陣陣列結構。在其中組合矩陣陣列狀壓力分布傳感器系統用硬體 (電極數最大52 x 44),可進行人靜止站立時的重心搖擺測量。對於該系統來說，在腳掌面配置多個壓敏點，由此，可得到對高 度的分析例如重心軌跡的長度或描畫重心軌跡的面積等重心搖擺的評 價有效的結果。但是，其另一方面，在僅簡單地觀察左右下肢載荷分布或前後的 重心搖擺等的情況下，壓力分布傳感器本身比較大，5個部件件數較多， 在成本方面浪費非常多。對於本發明的壓力分布傳感器系統來說，(1)電路部小型輕量， (2)壓力分布傳感器廉價，(3)系統整體低成本。
權利要求
1.一種壓力分布傳感器系統，其特徵在於，具有壓力分布傳感器，在薄膜基材內，在1條行電極與2～8條列電極的交叉點具有壓敏導電性元件；處理電路，具有應分別測量所述壓敏導電性元件的電阻變化的與各端子連接的放大器；進行從所述處理電路得到的信號的運算和測量結果的顯示、記錄、分析用的軟體，使所述薄膜基材的俯視圖形狀以及薄膜基材內的壓敏導電性元件的位置適合於用途。
2. —種壓力分布傳感器系統，其特徵在於，具有壓力分布傳感器，在薄膜基材內具有相互獨立的2 8個壓 敏導電性元件以及分別從其延伸的布線以及端子；處理電路，具有應 分別測量所述壓敏導電性元件的電阻變化的與各端子連接的放大器； 進行從所述處理電路得到的信號的運算和測量結果的顯示、記錄、分 析用的軟體，使所述薄膜基材的俯視圖形狀以及薄膜基材內的壓敏導電性元件 的位置適合於用途。
3. 如權利要求1或2的壓力分布傳感器系統，其特徵在於，壓力分布傳感器的壓敏導電性元件在俯視圖上排列成橫向一列， 可進行橡皮滾或滾筒的壓力分布測量評價。
4. 如權利要求1或2的壓力分布傳感器系統，其特徵在於， 壓力分布傳感器在俯視圖上是U字或V字的形狀，壓敏導電性元件配置在適於測量人的牙齒咬合時的壓力平衡的位置上，可進行咬合 時的壓力平衡的評價。
5. 如權利要求1或2的壓力分布傳感器系統，其特徵在於， 在適於測量由人或智慧機器人的手抓住物體時的手掌壓力分布的位置上配置多個壓敏導電性元件，可進行抓住物體時的壓力分布測量 評價。
6. 如權利要求1或2的壓力分布傳感器系統，其特徵在於， 在適於測量人或智慧機器人進行雙足行走時的腳掌壓力分布或體重的重心移動的位置上配置多個壓敏元件，可進行行走功能測量評價。
7. 如權利要求1或2的壓力分布傳感器系統，其特徵在於， 在適於測量人靜止站立時的搖擺程度的位置上配置多個壓敏元件，可進行重心搖擺測量評價,
全文摘要
提供一種電路部小型輕量、壓力分布傳感器廉價、系統整體價格低的壓力分布傳感器系統。本發明的壓力分布傳感器系統具有在薄膜基材(1)內具有相互獨立的2～8個壓敏導電性元件(4)以及分別從其延伸的布線(2)以及端子(3)的(在1條行電極與2～8條列電極的交叉點具有壓敏導電性元件的)壓力分布傳感器S；處理電路，具有應分別測量各所述壓敏導電性元件(4)的電阻變化的與各端子(3)連接的放大器；用於進行來自所述處理電路的信號的運算與測量結果的顯示、記錄、分析的軟體，其中，使所述薄膜基材(1)的俯視形狀以及薄膜基材(1)內的壓敏導電性元件(4)的位置適合於用途。
文檔編號G01M1/00GK101281066SQ20081008232
公開日2008年10月8日 申請日期2008年2月29日 優先權日2007年4月3日
發明者初田雅弘 申請人:新田株式會社