(57)【要約】【課題】従来の可撓性感圧素子は、外部からの圧力に起因する可撓性感圧体１１の歪が小さく発生電圧が低いため、圧力の検出感度が低くなるという課題を有していた。【解決手段】保護層１３、芯電極１４、外側電極１２、可撓性感圧体１１に加えて、静荷重供与部１６を設ける構成とすることにより、静荷重供与部１６から、静荷重Ｐｓが、保護層１３、外側電極１２を介して可撓性感圧体１１に加えられる。その結果、可撓性感圧体１１が静荷重Ｐｓの方向に初期的な歪を生じる。さらに、これに外部からの圧力Ｐｏが加えられると、圧電効果により可撓性感圧体１１に電圧が発生する。この初期的な歪のために可撓性感圧体１１に発生する電圧が高くなり、可撓性感圧素子としての感度が高くなる。【選択図】図１
2006284263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極され自発分極を有する可撓性感圧体と、
前記可撓性感圧体に設けた電極を有する可撓性圧電素子であって、
前記可撓性感圧体は、
少なくともその一部の形状が歪むように静荷重を供与する静荷重供与部を備えたことを特徴とする可撓性感圧素子。
【請求項２】
静荷重供与部は、
可撓性感圧体の自発分極の向きと少なくとも異なる方向に静荷重を供与するように設けたことを特徴とする請求項１記載の可撓性感圧素子。
【請求項３】
静荷重供与部は、独立に静荷重を供与する複数の部位に分かれていることを特徴とする請求項１または２記載の可撓性感圧素子。
【請求項４】
静荷重供与部は、可逆的な静荷重印加機構を有する請求項１から３のいずれか１項記載の可撓性感圧素子。
【請求項５】
静荷重供与部は、可撓性圧電体の固定治具と兼用することを特徴とした請求項１から４のいずれか１項記載の可撓性感圧素子。
【請求項６】
静荷重供与部は、可撓性圧電素子を覆うように構成され、その一部に減圧部を設けることで静荷重を供与することを特徴とする請求項１または２記載の可撓性感圧素子。
【請求項７】
静荷重供与部は、少なくともその一部に外部からの圧力を受ける外部圧力伝達部を備えた請求項１から５のいずれか１項記載の可撓性感圧素子。
【請求項８】
静荷重供与部は、可撓性圧電素子の保護層を兼ねる構成とした請求項１から６のいずれか１項記載の可撓性感圧素子。
【請求項９】
芯電極と、
その周囲に設けた分極され自発分極を有する可撓性感圧体と、
前記可撓性感圧体の外周に設けた外側電極とからなるケーブル状可撓性感圧素子である請求項１から８のいずれか１項記載の可撓性感圧素子。
【請求項１０】
静荷重供与部は、ケーブル状可撓性圧電素子の断面形状が略楕円形状となるように静荷重を供与する請求項９記載の可撓性感圧素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
可撓性を有する感圧体を用い外部からの圧力を検出する可撓性感圧素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の可撓性感圧素子には図１２に示すようなものがある。図１２に断面図を示すように、可撓性感圧体１の上下に電極２が形成され、表面を保護層３が覆うシート状の積層構造を有している。図１２では、可撓性感圧体１内の自発分極の方向は示していないが、通常、電極２の間に高電圧を印加して自発分極を形成するために、電極２の面の垂直方向に自発分極が形成されている。
【０００３】
上記の可撓性感圧体１として、合成ゴムや合成樹脂の中にチタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミック圧電体粉末を添加した複合体が用いられる。電極２は、可撓性感圧体１に、銅、アルミニウム、金等の金属箔が接着剤等により接着されるか、上記の金属が蒸着されて構成される。
【０００４】
上記の可撓性感圧素子に外部から圧力が加えられると、圧電効果により可撓性感圧体１が歪み電圧が発生する、この電圧を二つの電極２を介して測定することで圧力が検出される。
【０００５】
また、従来知られている可撓性感圧素子として図１３（例えば、特許文献１参照）に示すようなケーブル状のものもある。図１３のうち（ａ）はケーブルの長手方向の断面を、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線位置での断面を示している。具体的には、中心には芯電極４、その周りに可撓性感圧体１、さらにその外側に、順に外側電極５、保護層３が形成されている。図１３では、可撓性感圧体１内の自発分極方向は示していないが、通常、芯電極４と外側電極５の間に高電圧を印加して自発分極を形成するために、芯電極２から外側電極５へ放射状に自発分極が形成される。
【０００６】
図１３の可撓性感圧体１には、シート状の可撓性感圧素子と同様の複合体が用いられる。芯電極４は、金属等の導電体を線状とした線状導電材が用いられる。また、外側電極５は可撓性感圧体１の表面に銀系ゴム塗料などの導電塗料を塗着したものが用いられている。圧力の検知は、シート状の可撓性感圧素子と同様に、圧力の印加による歪に起因して発生する電圧を測定することにより行われる。
【特許文献１】特開昭６２−２３００７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の感圧素子は、圧力センサや振動センサとして用いる場合、圧電材料や形状にもよるが、圧力印加により可撓性感圧体が発生する電圧を検出して、信号処理してデータとして使用する場合、その出力が十分に大きいとはいえず、導出後の信号処理の際、回路で増幅して使用する必要があった。また、導出過程のケーブル上で、または回路上でノイズが混入することも考えられ、そのための処理も必要となり、より信号処理が複雑化するおそれがあり、より微小な圧力や振動を検出するのには不利であった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、発生電圧が高く感度に優れた可撓性感圧素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の可撓性感圧素子は、分極され自発分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体に設けた電極を有する可撓性圧電素子であって、前記可撓性感圧体は、少なくともその一部の形状が歪むように静荷重を供与する静荷重供与部を備えた構成を有するものである。
【００１０】
これによって、可撓性感圧素子中の可撓性感圧体に初期的に静的な歪が生じることで、外部からの圧力が加わった際に可撓性感圧体に発生する電圧が高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の可撓性感圧素子は、外部からの圧力検出に関して、優れた感度を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、分極され自発分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体に設けた電極を有する可撓性圧電素子であって、前記可撓性感圧体は、少なくともその一部の形状が歪むように静荷重を供与する静荷重供与部を備えた構成をとる。検出する外部からの圧力以外に、静荷重をかけておくために、可撓性感圧体に初期的な歪が生じることで、外部からの圧力が加わった際に可撓性感圧体に発生する電圧を高くし、優れた感度を実現できる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明において、静荷重供与部は、可撓性感圧体の自発分極の向きと少なくとも異なる方向に静荷重を供与するように設けた構成を有する。自発分極の方向と静荷重の向きとが異なるために、可撓性感圧体に生じる初期的な歪がさらに拡大され、外部からの圧力が加わった際に可撓性感圧体に発生する電圧を高くし、優れた感度を実現できる。
【００１４】
第３の発明は、特に第１あるいは第２の発明において、静荷重供与部は、独立に静荷重を供与する複数の部位に分かれている構成を有するものである。圧力の検出を行いたい部分にのみ静荷重を加えることで、任意の場所の圧力を選択的に検出することが可能となる。
【００１５】
第４の発明は、特に第１から第３のいずれかの発明において、静荷重供与部は、可逆的な静荷重印加機構を有する構成を持つ。このことにより、可撓性感圧体の配設場所の変更なしに、外部からの圧力を検知する場所を変更することが可能となる。
【００１６】
第５の発明は、特に第１から第４のいずれかの発明において、静荷重供与部は、可撓性圧電体の固定治具と兼用する構成を有する。静荷重供与部が位置を固定する作用も有するため、部品点数が減少し、組み立てが容易となる。
【００１７】
第６の発明は、特に第１あるいは第２の発明において、静荷重供与部は、可撓性圧電素子を覆うように構成され、その一部に減圧部を設けることで静荷重を供与する構成を有するものである。静荷重供与部で覆われた減圧部と外部との圧力差を用いることで、大きな静荷重を加えることが可能となるとともに、特別な治具や接着剤を使わずに固定が可能となる。
【００１８】
第８の発明は、特に第１から第６の発明のいずれかにおいて、静荷重供与部が可撓性圧電素子の保護層を兼ねる構成を有する。このため、保護が必要な場合でも、保護層を別に形成する必要がなく製造工程が簡略化することが可能となる。
【００１９】
第７の発明は、特に第１から第５のいずれか発明において、静加重供与部に外部からの圧力を伝える外部圧力伝達部を有する構成を有する。外部圧力伝達部を有するために、静荷重を加えることで感度が高くなっている可撓性感圧体の部分に、静荷重供与部を通して選択的に外部からの圧力を加えることが可能となる。このため、可撓性感圧体に発生する電圧をさらに高くし、優れた感度を実現できる。
【００２０】
第９の発明は、特に第１から第８の発明において、芯電極と、その周囲に設けた分極され自発分極を有する可撓性感圧体と、前記可撓性感圧体の外周に設けた外側電極とからなるケーブル状可撓性感圧素子である構成を有するものである。ケーブル状となっていることで、静荷重をかける際の面積が小さくなるため、単位面積当たりの静荷重を大きくすることが容易となる。このため、可撓性感圧体に生じる初期的な歪がさらに拡大され、外部から圧力が加わった際に可撓性感圧体に発生する電圧を高くし、優れた感度を実現できる。
【００２１】
第１０の発明は、特に第９の発明において、静荷重供与部が、ケーブル状可撓性感圧素子の断面形状を略楕円形状となるように静荷重を供与する構成を有する。円形から、略楕円形状とすることで、自発分極の方向とは異方的な歪を容易に生じさせることが可能となる。この結果、状可撓性感圧体に発生する電圧を高くし、優れた感度を実現できる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における可撓性感圧素子の断面図である。図１のうち（ａ）は、ケーブル状に構成された素子の長手方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線位置での断面図である。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、可撓性感圧素子は、芯電極１４の周りに、可撓性感圧体１１が設けられ、その外側に、外側電極１２が設けられてケーブル状に構成され、さらに、下部に上記全体を支えて固定する支持固定部１５と、最上部に、静荷重を加える荷重供与部１６が設けられることで、全体が感圧素子として構成されている。また図中のＰｏは、外部からの圧力、Ｐｓは静荷重を示す。また、Ｐｐは、可撓性感圧体１１中に形成された自発分極の向きを表している。
【００２５】
可撓性感圧体１１は、合成ゴムや合成樹脂の中にセラミック圧電体粉末が分散されて構成される。合成ゴムや合成樹脂としては、塩化ビニル等の熱可塑性樹脂、塩素化ポリエチレン等の熱可塑性エラストマー、ＥＰＤＭ等の加硫ゴム等が用いられる。また、セラミック圧電体としては、チタン酸鉛、ジルコン鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス・ナトリウム、ニオブ酸アルカリ等のペロブスカイト構造を有する化合物、ビスマス層状構造を有する化合物、タングステンブロンズ構造を有する化合物等圧電性を発現するセラミック材料が用いられる。
【００２６】
静荷重供与部１６は、最も単純には、その重力を静荷重として用いる。そのため、必要な静荷重を加えることができる重量を有するものであれば用いることが可能である。体積を小さく抑えるためには、高密度の材料の方が好ましい。この場合、静荷重供与部１６は、可撓性感圧体１１の上部に設けられる。もちろん、静荷重供与部１６に静荷重が加えられる限りにおいて、さらに静荷重供与部１６が、例えば支持固定部１５等に、支持あるいは固定されていても差し支えない。
【００２７】
保護層１３は、可撓性感圧体１１に用いられる合成ゴムや合成樹脂が用いられ、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、加硫ゴムの少なくとも一種が用いられるが、磨耗や電荷の漏れが低減されていれば特に必要ではない。
【００２８】
外側電極１２としては、Ｃ，Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ステンレス等の線材あるいは線材を圧延して平たいテープ状にしたもの等が用いられる。あるいは前記テープ状の高分子フィルムに前記金属線材あるいは線材をテープ状にしたものをラミネートしたものを用いれば、より可撓性の高い外側電極が得られる。
【００２９】
芯電極１４としては、外側電極１２で用いられる単数、複数の金属細線、複数のポリエステル等の繊維に前記金属線を巻いたもの等が用いられる。
【００３０】
また、可撓性感圧体１１、保護層１３、外側電極１２に関しては、以下の実施の形態でも同様のものが適用可能である。
【００３１】
次に、上記のケーブル状の可撓性感圧素子の製造方法に関して説明する。
【００３２】
まず、セラミック圧電体粉末と、合成ゴムや合成樹脂子としての熱可塑性エラストマーとを、混練して複合体とする。次に、押し出し機を用いて、この複合体を芯電極と共に押し出すことにより、芯電極１４を中心にして、周囲に上記の複合体よりなる可撓性感圧体１が形成されたケーブルを得る。さらにケーブルの周囲を覆う分極用電極を用意し、この外部電極とケーブル中の芯電極１４との間に電圧を印加することにより、芯電極から放射状に電極が形成され、対応する向きにセラミック圧電体中の自発分極が形成される。さらに、分極用電極を取り外した後、上記ケーブルの周りにテープ状の金属線材、テープ状金属、あるいはテープ状金属とテープ状高分子とがラミネートされたテープを巻き付けることにより、外側電極１２を形成する。次に、この外側電極１２が形成されたケーブルを中心にして、押し出し機により、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、加硫ゴム等を押し出し、ケーブルの保護層１３を形成する。最後に、静荷重供与部１６を形成し、支持固定部１５に固定することで可撓性感圧素子が得られる。
【００３３】
分極は、外側電極１２が形成された後に、外側電極１２と芯電極１４との間に電圧を印加することでも可能である。
【００３４】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００３５】
まず図１を用いて説明する。静荷重供与部１６から、静荷重Ｐｓが、保護層１３、外側電極１２を介して可撓性感圧体１１に加えられる。その結果、可撓性感圧体１１が静荷重Ｐｓの方向に初期的な歪を生じ、さらに外部からの圧力Ｐｏが加えられると、圧電効果により可撓性感圧体１１に電圧が発生する。このとき発生する電圧は、後述するように静荷重Ｐｓが大きいと増加する。発生電圧増加の機構は必ずしも明らかではないが、静荷重Ｐｓによる初期的な歪と、それに伴う、自発分極Ｐｐと誘電率の向きと大きさの変化によると考えられる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、静荷重供与部１６を設けて、可撓性感圧体１１に静荷重Ｐｓを作用させて、初期的な歪を大きくすることで、優れた感度を実現できる。
【００３７】
次に、図２を用いて可撓性感圧体１１に発生する電圧の静荷重Ｐｓ依存性を説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態における可撓性感圧素子により一定の圧力を検出した際の出力電圧を示した図であり、図１の可撓性感圧素子に外部からの一定の圧力Ｐｏを加えた際に、静荷重Ｐｓを変えながら、可撓性感圧体１１に発生する電圧を芯電極１４と外側電極１２間の電圧として測定した場合の検出電圧を定性的に示したものである。
【００３８】
図２の静荷重ＰｓがＰイより小さい領域では、出力電圧は０ではない一定Ｖイの値に近い値をとる。これは、可撓性感圧体１１の外側にある外側電極１２、保護層１３が静荷重Ｐｓを分散させるために、静荷重Ｐｓが小さい間は、静荷重Ｐｓのうち可撓性感圧体１１に作用する割合が小さくなるためではないかと考えられる。
【００３９】
印加される静荷重Ｐｓにほぼ比例して、対応する出力電圧は、ＶイからＶロに増加する。さらに静荷重Ｐｓが、Ｐロよりも増加すると出力電圧の増加傾向は飽和傾向を示すようになる。これは、静荷重Ｐｓと可撓性感圧体１１に生じる初期的な歪との線型性が失われてくるためだと考えられる。
【００４０】
上記の結果から、加えられる静荷重Ｐｓの大きさとしては、静荷重Ｐｓ印加の効果が大きくなる図２のイでの静荷重よりも大きいことが好ましい。特に、イからロつまり、Ｐイ＜Ｐｓ＜Ｐロとなる領域では、検出電圧が大きくなるのに加えて、静荷重Ｐｓを調整することにより、検出電圧すなわち感度を調整することが可能となる効果が得られる。このことにより、後述する実施の形態で述べるように、一つの可撓性感圧体の中で、静荷重分布により検出感度を調整し、場所に対して重みを付けた圧力、振動、加速度の検出が可能となる。言い換えれば、不要なノイズを減らして、特定の場所から選択的に圧力、振動、加速度を検出することが可能となる効果が得られる。もちろんＰｓ＜Ｐイ、Ｐｓ＞Ｐロを満たす静荷重を、組み合わせて用いることによっても類似の効果を得ることができる。
【００４１】
一方、出力電圧が静荷重Ｐｓに対して飽和し始めるロよりも大きい静荷重Ｐｓも、好適に用いられる。これは、出力感度が大きく、静荷重のばらついた場合でも、出力電圧への影響が小さく、高感度で精度の高い検出が可能になるからである。
【００４２】
図１では、可撓性感圧体１１、芯電極１４、外側電極１２、保護層１３としてケーブル状の構成を示したが、このケーブル状の構成は、図１（ｂ）に示すように、長手方向に垂直な断面は略楕円となり、静荷重Ｐｓが加えられる際の面積が小さくなるため、面積当たりの静荷重を大きくすることが容易となる。このため、可撓性感圧体１１に生じる初期的な歪がさらに拡大される。従って、外部からの圧力が加わった際に可撓性感圧体１１に発生する電圧を高くし、優れた感度を実現できるため好ましい。
【００４３】
また、ケーブル状の構成以外でも、静荷重Ｐｓが加えられる面積が小さくとれる形状であれば同様の効果が得られる。
【００４４】
また、ケーブル状の構成は、押し出し機等により容易に大量生産が可能なため好ましい。
【００４５】
また、可撓性感圧体１１、芯電極１４、外側電極１２、保護層１３としてケーブル状の構成をとる場合、初期的な分極は通常、芯電極１４と外側電極１２との間に高電圧を印加して行われるため、その方向は芯電極１４から放射状となる。放射状の自発分極に対して、静荷重は通常、鉛直方向に加えられ、これらの方向は一致していないため、自発分極の向きの変化も大きくなる。この結果、外部からの圧力が加わった際に可撓性感圧体に発生する電圧を高くなり、優れた感度を実現できるため好ましい。
【００４６】
また、ケーブル状の構成を用いなくとも、初期的に形成される自発分極の方向が、静荷重Ｐｓの方向と異なる場合は、同様の効果が得られる。
【００４７】
また、静荷重供与部１６は、静荷重Ｐｓの大きさが同じであれば、保護層１３に接する面積が小さい方が、可撓性感圧体１１の初期的な歪が大きくなるため、高い感度が得られ好ましい。
【００４８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるケーブル状の可撓性感圧素子の長手方向に垂直な断面図である。
【００４９】
図３において、実施の形態１と異なるのは、静荷重Ｐｓの方向の厚みｄが、上限厚み設定治具１７により設定されている点である。
【００５０】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、静荷重供与部１６が、上限厚み設定治具１７により、支持固定部１５に固定されることで、静荷重供与部１６の重量が大きくなくても、可撓性感圧体１１に静荷重Ｐｓを作用させることが可能となる。また、上限厚み設定治具１７は、厚みｄを固定するものではなく、厚みｄの上限を固定するものであるため、外部からの圧力が印加された際には、ｄが減少して、可撓性感圧体１１を歪ませることができる。
【００５２】
以上のように、静荷重供与部１６が、静荷重Ｐｓを印加することに加え、可撓性感圧１１、芯電極１４、外側電極１２、保護層１３の位置を固定する作用も有するため、固定のための部品の点数が減少し、組み立てが容易となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、上限厚み設定治具１７で、上限の厚みを設定するだけでなく、接着によりｄを一定値に固定することも可能である。この場合、静荷重供与部を静荷重により撓むような柔軟性を有する材料で構成すれば、ｄが一定値に固定されていても、外部からの圧力Ｐｏが印加された際に、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３の全体の厚みを減少させることが可能である。また、静荷重供与部１６を構成する材料として柔軟性が低くても、薄くすることで撓るものであれば適用可能であり、一般的な金属材料、高分子材料等が用いられる。
【００５４】
また、本発明の支持固定部は、壁や家具、電気器具、車等に固定されても良いし、壁や家具、電気器具や車の一部が支持固定部を兼ねる場合もある。
【００５５】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態におけるケーブル状の可撓性感圧素子の長手方向に垂直な断面図である。図４において、実施の形態１と異なるのは、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３を、静荷重供与部１６によって密閉し、密閉された空間が減圧部１８を形成していることである。
【００５６】
静荷重供与部１６によって密閉された減圧部１８を形成することは、減圧下で、静荷重供与部１６を封止することにより可能である。封止は、接着剤あるいは、熱可塑性高分子の溶着により行われる。静荷重供与部１６は、ある程度の柔軟性と気体が透過し難い性質を有することが必要であり、金属箔と高分子シートとをラミネートしたシート、あるいは金属が蒸着された高分子シート、好ましくは、前記シートが熱可塑性高分子シートを含むか、前記シートを熱可塑性高分子シートとラミネートしたもの等が用いられる。
【００５７】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００５８】
まず、本実施の形態では、静荷重供与部１６と支持固定部１５によって密閉され気圧が大気圧より低くなった減圧部１８を形成することで、大気圧と減圧部との圧力差が、静荷重となって、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３に印加され、可撓性感圧体１１の初期的な歪が生じる。
【００５９】
以上のように、大気圧を利用して静荷重Ｐｓをかけることで、静荷重供与部１６の重量を大きくする必要なしに大気圧に匹敵する大きな静荷重Ｐｓの印加が可能で、また、上限厚み設定治具１７や、固定のための部品も必要なくなり、製造が容易で、コンパクトな可撓性感圧素子を実現することができる。
【００６０】
（実施の形態４）
図５は、本発明の第４の実施の形態における可撓性感圧素子の断面図であり、（ａ）は、ケーブル状の長手方向の断面、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線位置の断面図である。図５において、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３は、支持固定部１５に保持されており、支持固定部の１５の上部から静荷重供与部１６により静荷重Ｐｓを加えられている。
【００６１】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００６２】
本実施の形態が、実施の形態１〜３と異なるのは、可撓性感圧体１１に作用する静荷重Ｐｓが均一に加えられていないことである。具体的には、静荷重Ｐｓは、図５（ａ）からわかるように、保護層１３の一部のみに直接加えられ、可撓性感圧体１１の一部の限られた領域に作用し、その領域が選択的に歪んでいる。ここで、可撓性感圧素子に外部からの圧力Ｐｏを加えると、静荷重Ｐｓが印加された部分にＰｏが加わった時は、可撓性感圧体１１に発生する電圧は高く、その他の部分へＰｏが加わった場合は、前記電圧は低くなる。
【００６３】
以上のように、可撓性感圧体１１の一部のみに、静荷重Ｐｓを作用させることで、静荷重Ｐｓを作用させた部分の感度が高くなるため、静荷重Ｐｓを印加する場所を選択することで、任意の部分の圧力検出が可能となる。
【００６４】
（実施の形態５）
図６は、本発明の第５の実施の形態における可撓性感圧素子の各部を分解し上方からみた図である。（ａ）は、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３が支持固定部１５上に配設、固定されていることを示す図である。（ｂ）、（ｃ）は順に、（ａ）で示した芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３の上に重ねられる静荷重供給シートＡ２１および静荷重供給シートＢ２２である。（ａ）の中には、圧力検出部Ａ１９、圧力検出部Ｂ２０がある。また、（ｂ）、（ｃ）には、静荷重Ｐｓを実際に可撓性感圧体１１に作用させる静荷重供与部１６が設けられている。
【００６５】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００６６】
まず、（ａ）の支持固定部１５上に固定された、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３の上に、（ｂ）の静荷重供与シートＡ２１を、静荷重供与部１６と圧力検出部Ａ１９とが重なるよう設置する。こうすることで、圧力検出部Ａ１９に選択的に静荷重が印加される。さらに、静荷重供与シートＡ２１上より、外部からの圧力を印加すると、圧力検出部Ａ１９への外部からの圧力が選択的に検知される。同様に静荷重供与シートＢ２２を重ねて設置すると、圧力検出部Ｂ２０への外部からの圧力が選択的に検知される。
【００６７】
このように、静荷重供与シートＡ２１および静荷重供与シートＢ２２等が含む静荷重供与部１６を交換することで、可逆的な静荷重の印加が可能となり、配設、固定された芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３の配設位置を変えなくても、任意の部分の圧力検出が可能となる。
【００６８】
（実施の形態６）
図７は、本発明の第６の実施の形態におけるケーブル状の可撓性感圧素子の断面図である。（ａ）は長手方向の断面図であり、（ｂ）、（ｃ）は共に（ａ）のＤ−Ｄ線位置での断面図である。（ｂ）では、固定の際に大きな静荷重Ｐｓをかけることで断面が歪んでおり、（ｃ）では固定の際の静荷重Ｐｓが殆どかかっておらず、歪も実質的に生じていない。なお、（ａ）では、静荷重Ｐｓを省略してある。また、静荷重供与部１６は、例えば金属、樹脂等のフィルムからなる帯状の部材からなり、その締め付けの度合いが調整できる。
【００６９】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００７０】
（ｂ）のように静荷重供与部１６での締め付けをきつくすると、対応する部分の可撓性感圧体１１の初期的な歪が大きくなり、静荷重供与部１６に外部からの圧力が加わった際の感度は高くなる。また、（ｃ）のように静荷重供与部１６での締め付けを緩めると、対応する部分の可撓性感圧体１１の初期的な歪が実質的になくなり、静荷重供与部１６に外部からの圧力が加わった際の感度は低い。このような静荷重供与部１６は、任意の場所に複数個設けることができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態においては、静荷重供与部１６の締め付け具合の調整により可逆的な静荷重の印加が可能となり、配設、固定された芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３の位置を変えなくても、複数個の静荷重供与部１６のうち任意の部分で締め付けを強めることで、対応する任意の部分の圧力検出が可能となる。
【００７２】
本実施の形態では、静荷重Ｐｓの可逆的な印加機構として、帯状の部材による締め付けの度合いの調整を示したが、静荷重の可逆的に印加可能な機構であれば同様の効果が得られる。
【００７３】
（実施の形態７）
図８は、本発明の第７の実施の形態におけるケーブル状の可撓性感圧素子の長手方向の断面図と、可撓性感圧素子に外部から圧力を与える物体２３との断面図である。芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３が支持固定部１５に配設、固定され、その上部に、静荷重供与部１６がＷ１の間隔で設けられている。このとき、外部から圧力を与える物体１８の幅Ｗ２はＷ１よりも大きい。
【００７４】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００７５】
外部から圧力を与える物体２３の幅Ｗ２が、静荷重供与部１６同士の間隔Ｗ１よりも大きいために、外部からの圧力を加える物体２３は、実質的に静荷重供与部１６に直接圧力を加えることになる。これは、外部からの圧力Ｐｏに対する感度が高い静荷重供与部１６に対応する可撓性感圧体１１の部分に、外部からの圧力Ｐｓを集中して作用させ、初期的な歪を大きくすることを意味する。このため、可撓性感圧体１１に発生する電圧は大きくなり、感圧素子として優れた感度が実現できる。
【００７６】
以上のように、静荷重供与部１６間の距離Ｗ１を、外部から圧力を与える物体１８の幅Ｗ２よりも小さくすることで、静荷重Ｐｓが印加される部分に効率よく、外部からの圧力が印加され可撓性感圧体１１の初期的な歪が大きくなることで、感圧素子としての感度を高くすることが可能となる。
【００７７】
（実施の形態８）
図９、図１０は、共に本発明の第８の実施の形態におけるケーブル状の可撓性感圧素子の長手方向の断面図と感圧素子に外部から圧力を与える物体２３との断面図である。芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２、保護層１３が支持固定部１５に配設、固定され、その上部に、静荷重供与部１６がＷ１の間隔で設けられている。さらに静荷重供与体１６の上部に外部圧力伝達部２４が設けられている。また、外部から圧力を与える物体２３の幅Ｗ２はＷ１よりも小さい。
【００７８】
図１０の外部圧力伝達部２４は平坦であり、図１１の外部圧力伝達部２４は、静荷重供与部１６の位置に対応して下に凸構造２５を有し、凸構造２５が静荷重供与部１６に接している。
【００７９】
以上のように構成された可撓性感圧素子について、以下その動作、作用を説明する。
【００８０】
まず図１０を用いて説明する。外部から圧力を与える物体２３の幅Ｗ２は、静荷重供与部１６間の間隔Ｗ１よりも小さいため、外部圧力伝達部２４がなければ、静荷重供与部１６ではない部分へ外部からの圧力Ｐｏが加わるが、外部圧力伝達部２４の存在のために、静荷重供与部１６に、効率的に外部からの圧力Ｐｏが伝えられる。このため、感度が高くなる。
【００８１】
以上のように、外部圧力伝達部２４を設けることにより、静荷重供与部１６に、効率的に外部からの圧力Ｐｏが伝えられる。この結果、可撓性感圧体１１に発生する電圧がより高くなり、優れた感度を実現できる。
【００８２】
次に図１１を用いて、本実施の形態の別の形態に関して説明する。今、静荷重供与部１６の厚みが薄い場合を考えると、図１０に示した平坦な外部圧力伝達部２４では、効率的に、静荷重供与部１６に外部からの圧力Ｐｏを伝えることができないが、図１１の外部圧力伝達部２４を用いれば、凸構造を有しているため、効率的に外部からの圧力を静荷重供与部１６に伝えることができる。
【００８３】
このように、図１１のような構造を有する外部圧力伝達部２４を設けることにより、静荷重供与部１６に、効率的に外部からの圧力Ｐｏが伝えられ、対応する可撓性感圧体１１に大きな初期的歪が発生する。この結果、可撓性感圧体１１に発生する電圧がより高くなり、優れた感度を実現される。
【００８４】
また、本発明の実施の形態では、外部圧力伝達部２４が連続的な１個の部材となっているが、いくつかの部材に分かれて静荷重供与部１６をカバーしていても良い。その場合、折り曲げが容易で、配設も容易となるため好ましい。また、同じ理由で外部圧力伝達部２４は、柔軟性を有した材質で構成することが好ましい。また、外部圧力伝達部２４を静荷重供与部１６に接着すれば、柔軟な材質を用いる場合でも、効率的に外部からの圧力Ｐｏが、静荷重供与部に伝えられるため好ましい。例えば、柔軟性を有するゴムや無機、有機高分子の発泡体あるいは多孔体が用いられる。
【００８５】
（実施の形態９）
図１１は、本発明の第９の実施の形態におけるケーブル状の可撓性感圧素子の長手方向に垂直な断面図である。図１１の可撓性感圧素子は第３の実施の形態と類似しているが、第３の実施の形態に対応する図４と異なるのは、保護層１３がないことと、静荷重供与部１６の内側の空間が減圧部１８でなく空気で満たされた大気圧部２６となっていることである。
【００８６】
以上のように構成された可撓性感圧素子は、静荷重供与部１６が、図４の保護層１３が有していた磨耗や電荷の漏れを低減する作用も有している点で、第３の実施の形態と異なる。また、静荷重供与部１６は、第３の実施の形態では、減圧部１８の存在により、静荷重Ｐｓを加えていたが、図１１では静荷重供与部１６が、芯電極１４、可撓性感圧体１１、外側電極１２を締め付けて、支持固定部１５に固定することで、静荷重Ｐｓを加えている。
【００８７】
このように保護層を無くして、その作用を静荷重供与部１６で代用することで、構成が単純になり、製造工程が短縮される効果が得られる。
【００８８】
また、保護層を介さずに静荷重Ｐｓが印加されるために外部からの圧力Ｐｏに対する応答が速くなり、より短時間に圧力を検出可能となる効果が得られる。これは、保護層が変形しながら外部からの圧力Ｐｏを伝えるために、力の伝達に遅れが生じていたためである。
【００８９】
一報、静荷重供与部１６は、配設自由度を高めるために可撓性を維持する観点から、柔軟性のあるものが好ましく、保護層に用いられる熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、加硫ゴム等の材料が適用される。
【００９０】
また、図１１では、静荷重供与部１６の内側の空間が空気で満たされた大気圧部２６としたが、もちろん減圧にして、静荷重Ｐｓを加えることも可能である。この場合、実施の形態３で用いた材料が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明にかかる可撓性感圧素子は、外部から加えられる圧力を検出する感度が高くできるとともに、選択的に任意の部分の圧力検出が可能となるため、自動車のドアやウィンドウの挟み込み防止や介護ベッドの在床検知などの目的で、圧力の他にも振動、加速度、変位などの検出装置として、幅広い用途に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における可撓性感圧素子の長手方向の断面図（ｂ）同可撓性感圧素子Ｂ−Ｂ線位置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における可撓性感圧素子における出力電圧の静荷重依存性を定性的に表したグラフ
【図３】本発明の実施の形態２における可撓性感圧素子の断面図
【図４】本発明の実施の形態３における可撓性感圧素子の断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態４における可撓性感圧素子の長手方向の断面図（ｂ）同可撓性感圧素子Ｃ−Ｃ線位置の断面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態５における可撓性感圧素子において、支持固定部に配設、固定された芯電極、外側電極、保護層を上からみた図（ｂ）同可撓性感圧素子の静荷重供与部が設けられた静荷重供与シートを上から見た図（ｃ）同可撓性感圧素子の静荷重供与部が設けられた別の静荷重供与シートを上から見た図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態６における可撓性感圧素子の長手方向の断面図（ｂ）同可撓性感圧素子で静荷重供与部の締め付けの程度が大きい場合のＢ−Ｂ線位置の断面図（ｃ）同可撓性感圧素子で静荷重供与部の締め付けの程度が小さい場合のＢ−Ｂ線位置の断面図
【図８】本発明の実施の形態７における可撓性感圧素子の長手方向の断面図
【図９】本発明の実施の形態８における可撓性感圧素子の長手方向の断面図
【図１０】本発明の実施の形態８における可撓性感圧素子の長手方向の断面図
【図１１】本発明の実施の形態９における可撓性感圧素子の長手方向の断面図
【図１２】従来のシート状の可撓性感圧素子における長手方向の断面図
【図１３】（ａ）従来のケーブル状の可撓性感圧素子における長手方向の断面図（ｂ）同可撓性感圧素子Ａ−Ａ線位置の断面図
【符号の説明】
【００９３】
１１  可撓性感圧体
１２  外側電極
１３  保護層
１４  芯電極
１５  支持固定部
１６  静荷重供与部
１７  上限厚み設定治具
１８  減圧部
１９  圧力検出部Ａ
２０  圧力検出部Ｂ
２１  静荷重供与シートＡ
２２  静荷重供与シートＢ
２３  外部から圧力を与える物体
２４  外部圧力伝達部
２５  凸構造
２６  大気圧部
【図１】
2006284263.tif 000003
【図２】
2006284263.tif 000004
【図３】
2006284263.tif 000005
【図４】
2006284263.tif 000006
【図５】
2006284263.tif 000007
【図６】
2006284263.tif 000008
【図７】
2006284263.tif 000009
【図８】
2006284263.tif 000010
【図９】
2006284263.tif 000011
【図１０】
2006284263.tif 000012
【図１１】
2006284263.tif 000013
【図１２】
2006284263.tif 000014
【図１３】
2006284263.tif 000015