(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向させて配置される一対の板状の検知体（１３）と、検知体（１３）の対向面（１３ａ）間に介在する弾力性を有するスペーサ（６）と、一対の検知体（１３）における対向面（１３ａ）間の変位量を検出する検出手段とを備え、該検出手段が、上記変位量とスペーサ（６）の弾性力との相関関係から、検知体（１３）に掛かる圧力を検出する圧力検出装置において、前記スペーサ（６）を、板状の検知体（１３）に沿って接触する断面視略円形又は楕円形をなす円柱状に成形することにより、該スペーサ（６）における検知体（１３）の対向面（１３ａ）との接触部分が断面視円弧状の凸状曲面をなすように成形され、該円柱状のスペーサ（６）は、中心側を応答性の低い素材（６ａ）とし、その外側を応答性の高い素材（６ｂ）とした圧力検出装置。
【請求項２】
複数のスペーサ（６）を検知体（１３）の積層方向に重ねるように設けてなる請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
複数のスペーサ（６）内、加圧時の変位量が小さいスペーサ（６）を上下に配置し、その間に加圧時の変位量が大きいスペーサ（６）を配置した請求項２に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、弾力性を有するスペーサを一対の検知体間に設け、一対の板状検知体間の変位量を検出することにより検知体に掛かる圧力を検出する圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対向配置される一対の板状の検知体と、検知体の対向面間に介在する弾力性を有するスペーサと、一対の検知体における対向面間の変位量（対向面間の距離の変化量）を検出する検出手段とを備え、該検出手段が上記変位量を検出することにより、スペーサの弾力性との相関関係から検知体に掛かる圧力を検出する特許文献１，２に示す圧力検出装置が公知になっている。
【特許文献１】特許第３５９３１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記文献の圧力検出装置は、スペーサにおける検知体の対向面との接触部分が対向面と略平行な水平面をなすように成形され、検知体の対向面とスペーサとが面状に接触しており、スペーサ全体を変形させるような大きさの圧力を検知体に掛けることにより検知体間（検知体の対向面間）の距離が大きく変化するため、小さな圧力を検出する精度が低いという課題がある。
本発明は、上記課題を解決し、弾力性を有するスペーサを一対の検知体間に設け、一対の板状検知体間の変位量を検出することにより検知体に掛かる圧力を検出する圧力検出装置において、小さな圧力を検出する精度を向上させた圧力検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため本発明の圧力検出装置は、第１に、対向させて配置される一対の板状の検知体１３と、検知体１３の対向面１３ａ間に介在する弾力性を有するスペーサ６と、一対の検知体１３における対向面１３ａ間の変位量を検出する検出手段とを備え、該検出手段が、上記変位量とスペーサ６の弾性力との相関関係から、検知体１３に掛かる圧力を検出する圧力検出装置において、前記スペーサ６を、板状の検知体１３に沿って接触する断面視略円形又は楕円形をなす円柱状に成形することにより、該スペーサ６における検知体１３の対向面１３ａとの接触部分が断面視円弧状の凸状曲面をなすように成形され、該球状又は円柱状のスペーサ６は、中心側を応答性の低い素材６ａとし、その外側を応答性の高い素材６ｂとしたことを特徴としている。
【０００５】
第２に、複数のスペーサ６を検知体１３の積層方向に重ねるように設けてなることを特徴としている。
【０００６】
第３に、複数のスペーサ６内、加圧時の変位量が小さいスペーサ６を上下に配置し、その間に加圧時の変位量が大きいスペーサ６を配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように構成される本発明の圧力検出装置によれば、検知体の対向面とスペーサとが点状又は帯状に接触するため、検知体に掛かる圧力が小さい場合でも、スペーサにおける対向面との接触部分及びその付近の形状が変形して一対の検知体間の距離が変化する。このことにより、小さな圧力を検出する精度が向上するという効果がある。
【０００８】
また、断面視略円形又は楕円形になるように中心部分から外側に向かって異なる材質の部材を重ね合わせることにより、球状又は円柱状のスペーサを成形すれば、スペーサに所望の特性を持たせることが可能になるという効果がある。
【０００９】
複数のスペーサ内、一部のスペーサを他のスペーサと異なる材質から構成することにより、検知体に掛ける圧力の大きさに対する検知体間の変位量を目的に合わせて容易に変更することができるという効果がある。
【００１０】
一対の検知体を平面的に複数並列配置することにより、圧力分布を検出することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１及び２に基づき、本発明の実施形態につき、説明する。
図１は、本発明を適用した圧力検出装置の構成を示す分解斜視図であり、図２は、本圧力検出装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１２】
圧力検出装置１は、積層配置される３枚の方形状ベースプレート（下層プレート２，中層プレート３，上層プレート４）と、ベースプレート２，３，４間に設けられてベースプレート２，３，４の間隔を所定距離に保つスペーサ６（クッション材）と、３枚のベースプレート２，３，４における所定部分間の変位量（距離の変化量）を検出する変位量検出手段（検出手段）とを備えている。なお、上層プレート４の下面（対向面７）は中層プレート３の上面（対向面８）と略平行に対向し、中層プレート３の下面（対向面９）は下層プレート２の上面（対向面１１）と略平行に対向している。
【００１３】
上記各ベースプレート２，３，４は、加圧時にその圧力をスペーサ６に伝えるように、所定量弾性的に撓み変形可能な部材により構成されており、各ベースプレート２，３，４の上面には帯状の複数（図示する例では５枚）の電極板１２（電極，電極体）が互いに平行となるように設けられている。
【００１４】
電極板１２も、加圧時にその圧力をスペーサ６に伝えるように、所定量弾性的に撓み変形可能な部材により構成されている。中層プレート３に配置される電極板１２は、上層プレート４及び下層プレート２に配置される電極板１２に対して平面視交差方向（図示する例では直交方向）に配列されている。以上により積層方向に重ねられた電極１２の平面視で重複する部分（交差部）がマトリックス状に並列配置形成された状態になり、この交差部分及びベースプレート２，３，４における交差部分との当接部分（キャパシタ構成部分）がそれぞれキャパシタを構成している。なお上層プレート４上の電極１２及び中層プレート３上の電極１２による交差部と、中層プレート３上の電極１２及び下層プレート２上の電極１２による交差部とが、平面視で略同一位置に配置形成されるように、各電極１２が構成されている。すなわち、上記キャパシタは、上層プレート４、中層プレート３及び下層プレート２により、３層構造をなしている。
【００１５】
上記スペーサ６は、弾力性を有する絶縁体（誘電体）物質で構成されており、断面視で略円形又は略楕円形の円柱状に成形されている。複数のスペーサ６が互いに平行になるようにベースプレート２，３，４形成方向に並列に配置されている。
【００１６】
上記変位量検出手段は、加圧時、前述した電極間１２における静電容量の変化量を検知することにより、ベースプレート２，３，４間における上記キャパシタ構成部分の距離の変化量を検出（測定）し、上記部分間の変化量とスペーサ６の弾性力との相関から、その部分に掛かる圧力を検出するものである。すなわち、前述した電極の交差部と、ベースプレート２，３，４のキャパシタ構成部分とにより、圧力を検知する板状の検知体１３（検知部）を構成しており、３枚のベースプレート２，３，４の前述した各対向面７，８，９，１１側に検知体１３同士が対向する面（対向面１３ａ）が複数形成される。
【００１７】
ちなみに、図示する例では、上層プレート４及び中層プレート３のそれぞれに電極１２が５列に配置され、上層プレート４の電極１２と中層プレート３の電極１２が平面視直交しているため、図２に示すように、一対の検知体１３が５×５で２５組構成される。このように、一対の検知体１３が複数組設けられ、平面的に並列配置された状態になるため、上昇プレート４上面１４（検知面）に掛かる圧力の分布等を検出することも可能になる。
【００１８】
以上のようにキャパシタの静電容量の変化量を検出するため、この変位量検出手段は、上層プレート４及び下層プレート２の電極１２に交流電圧を入力信号として印加する発振器１６と、静電容量を検出する可変量検出手段１７とを備えている。
【００１９】
この可変量検出手段１７には上記入力信号が入力されるとともに入力電圧に基づく中層プレート３の電圧変化が出力信号として入力されるため、入力信号と出力信号との比較することによりインピーダンスとしてキャパシタの静電容量を検出（測定）することが可能になり、この静電容量検出を所定時間経過毎に行うことにより静電容量の変化量が検出される。
【００２０】
さらに、変位量検出手段は、発振器１６からの入力信号を上層プレート４上における複数の電極１２の何れに入力するかを切替える上層側入力切替手段１８（入力切替手段，切替手段）と、発振器１６からの入力信号を下層プレート２上における複数の電極１２の何れに入力するかを切替える下層側入力切替手段１９（入力切替手段，切替手段）と、発振器１６から入力信号を反転させて下層プレート２上の電極１２に入力する反転アンプ２１と、中層プレート３上における複数の電極１２の何れを可変量検出手段１７に出力するかを切替える出力切替手段２２（切替手段）と、中層プレート３上の電極１２からの出力信号を増幅させて可変量検出手段１７に入力するアンプ２３とを備えている。
【００２１】
上記２つの入力切替手段１８，１９は同期しており、同一列の電極１２に入力電圧を入力するように構成されている。例えば図示する例では、上層プレート４及び下層プレート２ともに、図１における前側から２列面の電極１２に発信器１６からの信号を入力される状態になっている。これによって検出対象のキャパシタが前述したように３層構造になり、空気中の電荷の影響を受けにくくなり、選択した中層プレート３上の電極１２からの出力信号に含まれるノイズ量が減少する。くわえて、入力信号を反転アンプ２１により反転させて下層プレート２の電極１２に入力することによっても、出力信号に含まれるノイズ量を減少させることができる。
【００２２】
なお、下層プレート２及び下層プレート２と中層プレート３の間のスペーサ６を省略して、検出対象のキャパシタを通常の２層構造としてもよい。この場合には、ノイズの低減は図れないが、構造を簡略化することが可能になる。
【００２３】
また、上記３つの切替手段１８，１９，２２の切替作用によって、通常、一対の検知体１３，１３毎に設ける必要がある変位量検出手段を、本圧力検出装置毎に１つ設ければよくなり、その構成を簡略化することが可能になる。例えば、図示する例では、上層プレート４及び下層プレート２の図１における前側から２列（行）面の電極１２に入力信号を入力し、中層プレート３の図１における左側から２列面の電極１２の出力信号を可変量検出手段１７に出力しているため、図２における左側から２番目且つ下側から２番目のキャパシタの静電容量を検出している。
【００２４】
さらに、発振器１６からの入力信号が入力されない状態の上層プレート４及び下層プレート２の電極１２は、上記２つの入力切替手段１８，１９によってアースされ、余計なノイズが出力信号に含まれないようになっている。
【００２５】
次に、一対の検知体１３とスペーサ６の構成について詳述する。
図３は、一対の検知体１３の間にスペーサ６を介在させた状態の模式図である。一対の検知体１３の対向面１３ａ間に一又は複数のスペーサ６を設ける。複数のスペーサ６を設ける場合、同一ピッチ、同一姿勢で検知体１３間にスペーサ６を設けることが望ましい。このことにより、加圧位置を変えることによる圧力検出の誤差を最小限に抑制できる。
【００２６】
各スペーサ６は、前述したように断面視円状又は楕円状に成形されているため、検知体１３の対向面１３ａとの接触部分が断面視円弧状の凸状曲面をなしている。このことにより、スペーサ６は検知体１３の対向面１３ａに対して帯状に接触した状態になる。この際、隣接するスペーサ６同士及びスペーサ６とベースプレート２，３，４側は、接着剤等によって固着されており、これによって、スペーサ６が一対の検知体１３，１３間に保持される。
【００２７】
以上のように、検知体１３とスペーサ６が帯状に部分接触し、検知体１３に加える圧力が小さい場合でも、スペーサ６がすぐに変形するように構成されているため、小さな圧力の検出精度が向上するとともに、加圧時の変形量が少ない耐久性の高い素材によりスペーサ６を構成することが可能になる。具体的には、短時間で元の形状に復元する収縮及び膨張の応答性が良い連続発泡部材によりスペーサを構成している。
【００２８】
次に、スペーサの６変形例について、上記実施形態と異なる構成について説明する。
図４は、スペーサ６の他の例を示す斜視図である。断面形状が略円形又は楕円形の球状のスペーサが複数平面状に密接状態で配置されている。このようにスペーサ６を略球状に形成することで、スペーサ６とベースプレート２，３，４側が点状に接触するため、ベースプレート２，３，４に掛かる圧力が小さい場合でも、スペーサ６を変形させることができる。
【００２９】
図５は、スペーサ６の他の例を示す斜視図である。断面形状が略円形又は楕円形をなす円柱状又は球状のスペーサ６を、中心部分から外側に向かって異なる材質の部材を重ね合わせることにより二層構造にしてもよい。この例では内部を応答性の低い（変位量が小さい）素材６ａにし、外周部を応答性の高い（変位量が大きい）素材６ｂにして、スペーサ６に検出対象物に応じた所望の特性を持たせることができる。なお二層構造に限らず多層構造にしても良い。
【００３０】
図６は、スペーサ６の他の例を示す斜視図である。円柱状のスペーサ６を積層方向に重ね合わせてもよい。この例ではスペーサ６をそれぞれ３層ずつ重ね合わせ、真中のスペーサ６とその上下に積層されたスペーサ６とが互いに交差するように配置されている。このようにスペーサ６を積層方向に重ね合わせることによって、加圧時の変形量がより小さい部材をスペーサ６として用いることが可能になる。
【００３１】
図７は、スペーサ６の他の例を示す斜視図である。複数のスペーサ６の内、一部のスペーサ６を他のスペーサ６とは異なる部材により構成し、これを積層配置してもよい。この例ではベースプレート２，３，４間において、加圧時の変位量が小さい球状のスペーサ６を上下に配置し、その間に加圧時の変位量が大きいスペーサ６を配置している。但しこの場合のスペーサ６は円柱状であっても略球状であっても構わない。くわえて、この場合にベースプレート２，３，４間で、スペーサ６を積層化させなくてもよい。
【００３２】
図８は、電極板とスペーサの他の固着方法を示す斜視図である。ベースプレート２，３，４を介さずにスペーサ６に直接電極１２を接着剤等により固着してもよい。この場合には、電極１２の前述した交差部のみによって検知体１３が構成されるとともに、一の電極１２の交差部における他の電極１２の交差部との対向面側に検知体１３の対向面１３ａが形成される。
【００３３】
次に、図９及び１０に基づき、他の実施形態について上記実施形態と異なる構成について説明する。
図９は、本発明の他の実施形態を示す概略図であり、図１０は図９のＡ−Ａ断面図である。圧力検出装置１は、積層配置される２枚の方形状ベースプレート２４，２６と、一対のベースプレート２４，２６を所定間隔に保持する前述したスペーサ６と備えている。
【００３４】
一方のベースプレート２４（加圧プレート）は、導体や磁性体（強磁性体，常磁性体，反磁性体）等で構成されており、圧力が加えられる検知面１４が上面側に形成される。他方のベースプレート２６（検出プレート）はＰＥＴ部材等の可撓性を有する絶縁体から構成されている。検出プレート２６の下面側に発振器１６からの交流電圧（入力信号）がアンプ３３により増幅されて印加される一次コイル３１（印加コイル）が、上面側にこの一次コイル３１からの磁界変化により起電する二次コイル３２（検出コイル）がそれぞれ設けられている。
【００３５】
そして、加圧時、検出プレート２４が検出プレート２６側に撓むことにより、一次コイル３１からの磁界が変化し、上記一次コイル３１と二次コイル３２の相互インダクタンスに変化が生じる。この相互インダクタンスの変化量を検出することにより、変位量検出手段がベースプレート２４，２６間の距離の変化量を検出（測定）し、上記部分間の変化量とスペーサ６の弾性力との相関から、その部分に掛かる圧力を検出するものである。具体的には、変位量検出手段を構成する可変量検出手段１７に、発振器１６からの入力信号と、二次コイル３２の起電力による交流電圧（出力信号）とを入力し、この２つの信号を比較することにより、相互インダクタンスを検出する。なお、上記出力信号は前述のアンプ２３で増幅されて可変量検出手段１７に入力される。
【００３６】
以上により、検出プレート２４と検出プレート２６とが前述した一対の検知体１３，１３を構成している。ちなみに、前述の実施例と同様に、一対の検知体１３、１３を同一平面に面状配置して、圧力分布を検出できるように本圧力検出装置１を構成してもよい。
【００３７】
なお、以上の説明では圧力検出装置１の検知面１４を上方に向ける例につき説明したが、検知面１４がそれ以外の方向を向くように圧力検出装置１の姿勢を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した圧力検出装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本圧力検出装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】スペーサを介在させた一対の検知体の模式図である。
【図４】スペーサの他の例を示す斜視図である。
【図５】スペーサの他の例を示す断面図である。
【図６】スペーサの他の例を示す斜視図である。
【図７】スペーサの他の例を示す側面図である。
【図８】電極板とスペーサの他の固着方法を示す斜視図である。
【図９】本発明の圧力検出装置の他の実施形態を示す概略図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
６    スペーサ（クッション材）
１３  検知体
１３ａ  対向面
【図１】
0005626744.tif 000002
【図２】
0005626744.tif 000003
【図３】
0005626744.tif 000004
【図４】
0005626744.tif 000005
【図５】
0005626744.tif 000006
【図６】
0005626744.tif 000007
【図７】
0005626744.tif 000008
【図８】
0005626744.tif 000009
【図９】
0005626744.tif 000010
【図１０】
0005626744.tif 000011