(57)【要約】【課題】曲面に対して作用する圧力を測定可能な感圧センサーを提供すること。【解決手段】感圧センサーは、外面の一部又は全部が曲面によって構成された基体と、互いに間隔を空けた状態で基体の外面に配設され、少なくとも一つが信号電極として利用され、少なくとも一つがグランド電極として利用される複数の電極と、導電性発泡エラストマー材料によって構成され、少なくとも一部が曲面に沿った位置に配置され、少なくとも一つの信号電極と少なくとも一つのグランド電極に接触する状態にあり、加圧された際には圧縮量が増大するほど信号電極とグランド電極との間における電気抵抗が低下する少なくとも一つの可変抵抗部とを備える。【選択図】図１
2018189438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面の一部又は全部が曲面によって構成された基体と、
互いに間隔を空けた状態で前記基体の外面に配設され、少なくとも一つが信号電極として利用され、少なくとも一つがグランド電極として利用される複数の電極と、
エラストマー材料中に導電性フィラーを分散させることによって導電性が付与された材料であり、かつ前記エラストマー材料を発泡させた材料である導電性発泡エラストマー材料によって構成され、少なくとも一部が前記曲面に沿った位置に配置され、少なくとも一つの前記信号電極と少なくとも一つの前記グランド電極に接触する状態にあり、加圧された際には弾性的に圧縮されて、その圧縮量が増大するほど前記信号電極と前記グランド電極との間における電気抵抗が低下するように構成された少なくとも一つの可変抵抗部と
を備える感圧センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の感圧センサーであって、
前記可変抵抗部は、前記導電性発泡エラストマー材料を面状に成形してなる面状体を含み、
前記曲面には、複数の領域が設けられていて、各領域に前記可変抵抗部が配置されている
感圧センサー。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の感圧センサーであって、
前記可変抵抗部は、非加圧状態においては、厚みが１ｍｍ〜１０ｍｍ、電気抵抗が１×１０3Ω以上となるように構成されており、加圧状態においては、厚みが前記非加圧状態における厚みの８０％以下に圧縮され、電気抵抗が前記非加圧状態における電気抵抗の１／５００〜１／１０となるように構成されている
感圧センサー。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の感圧センサーであって、
前記基体の外面は、一部が前記可変抵抗部に覆われる状態にあり、残りの一部が前記可変抵抗部によって覆われていない状態にある
感圧センサー。
【請求項５】
請求項４に記載の感圧センサーであって、
前記信号電極と前記グランド電極との間における電気抵抗値を取得して、当該電気抵抗値又は当該電気抵抗値から求められる圧力を示す情報を前記基体の外部にある通信装置へと伝送可能に構成された情報処理部が、前記基体の内部に設けられている
感圧センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、感圧センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の櫛形電極と、抵抗体層を積層した構造とされた感圧センサーが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような感圧センサーの場合、櫛形電極と抵抗体層との間には僅かな空隙が設けられ、櫛形電極と抵抗体層の積層方向に荷重がかかった際、その荷重が増大するほど、櫛形電極と抵抗体層との接触面積が増大するように構成されている。これにより、感圧センサーにかかる荷重が増大すると、櫛形電極と抵抗体層との接触面積が増大する分だけ、一方の櫛形電極と他方の櫛形電極との間で電気抵抗が低下する。したがって、この電気抵抗の変化を読み取ることにより、感圧センサーに作用した圧力を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３０６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のような感圧センサーは、平板状に構成された基体の一面に櫛形電極が形成されているため、曲面に対して作用する圧力を測定したくても、そのような用途で使用することは難しい場合があった。
【０００５】
本開示の一局面においては、曲面に対して作用する圧力を測定可能な感圧センサーを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、感圧センサーであって、外面の一部又は全部が曲面によって構成された基体と、互いに間隔を空けた状態で基体の外面に配設され、少なくとも一つが信号電極として利用され、少なくとも一つがグランド電極として利用される複数の電極と、エラストマー材料中に導電性フィラーを分散させることによって導電性が付与された材料であり、かつエラストマー材料を発泡させた材料である導電性発泡エラストマー材料によって構成され、少なくとも一部が曲面に沿った位置に配置され、少なくとも一つの信号電極と少なくとも一つのグランド電極に接触する状態にあり、加圧された際には弾性的に圧縮されて、その圧縮量が増大するほど信号電極とグランド電極との間における電気抵抗が低下するように構成された少なくとも一つの可変抵抗部とを備える。
【０００７】
このように構成された感圧センサーによれば、基体の外面は一部又は全部が曲面によって構成され、その曲面に沿った位置に上述のような可変抵抗部が配置されている。この可変抵抗部は、加圧された際に弾性的に圧縮されて、その圧縮量が増大するほど信号電極とグランド電極との間における電気抵抗が低下する。したがって、信号電極とグランド電極との間における電気抵抗の変化を検出することにより、曲面に対して作用する圧力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】感圧センサーの概略的な構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、上述の感圧センサーについて、例示的な実施形態を挙げて説明する。
［感圧センサーの構成］
図１に示す感圧センサー１は、基体３と、電極５Ａ〜５Ｆと、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃと、情報処理部９とを備える。基体３は、樹脂製（本実施形態の場合はポリプロピレン製。）の成形品である。基体３の外観は、軸方向に平行な面で二分割された円柱体の一方に相当する形状とされている。すなわち、基体３は、外面の一部が二分割された円柱体の側面に相当する曲面３Ａによって構成され、外面の残りの一部が二分割された円柱体の端面に相当する半月形の平面と二分割された円柱体の断面に相当する長方形の平面とで構成されている。
【００１０】
電極５Ａ〜５Ｆは、互いに間隔を空けた状態で基体３の外面に配設されている。電極５Ａ〜５Ｆは、少なくとも一つが信号電極として利用され、少なくとも一つがグランド電極として利用される。本実施形態の場合、図１に表れる六つの電極５Ａ〜５Ｆは、三つの電極５Ａ，５Ｃ，５Ｅが信号電極として利用され（以下、信号電極５Ａ，５Ｃ，５Ｅとも称する。）、三つの電極５Ｂ，５Ｄ，５Ｆがグランド電極として利用される（以下、グランド電極５Ｂ，５Ｄ，５Ｆとも称する。）。ただし、図１は感圧センサー１の一断面を例示して概略的な構成を示す図にすぎず、更に図１には表れないような位置に別の電極が設けられていてもよい。
【００１１】
可変抵抗部７Ａ〜７Ｃは、エラストマー材料中に導電性フィラーを分散させることによって導電性が付与された材料であり、かつエラストマー材料を発泡させた材料である導電性発泡エラストマー材料によって構成されている。
【００１２】
より詳しくは、本実施形態の場合、エラストマー材料としては、スチレン系エラストマー（スチレンエチレンエチレンプロピレンスチレンブロック共重合体（ＳＥＥＰＳ）、分子量：１０万、スチレン含有率：３０質量％、製品名：セプトン（登録商標）４０３３、株式会社クラレ製）に対し、軟化剤として炭化水素系プロセスオイル（パラフィン系プロセスオイル、４０℃での動粘度：３０．９ｍｍ2／ｓ、分子量：４００、ＳＰ値７．４）を配合してなるエラストマー材料（配合比：ＳＥＥＰＳ／炭化水素系プロセスオイル＝２２．８／７７．２（質量部））を使用している。導電性フィラーとしては、気相成長炭素繊維（品名：ＶＧＣＦ（登録商標）−Ｈ、平均繊維径０．１５μｍ、繊維長１０〜２０μｍ、アスペクト比６６．７〜１３３．３、昭和電工株式会社製）を使用している。また、エラストマー材料を発泡させるために、市販の発泡剤（品名：ダイフォームＨ８５０、大日精化工業株式会社製）を配合している。
【００１３】
本実施形態の場合、上述の原料は、エラストマー材料１００質量部に対して、気相成長炭素繊維３５質量部、及び発泡剤３質量部の配合比で混合される。その混合物を二軸押出機で押し出すことにより、無数の独立気泡を含む導電性発泡エラストマー材料の成形品を得ることができる。本実施形態の場合、導電性発泡エラストマー材料の発泡倍率は２．０１倍である。このような導電性発泡エラストマー材料で、面状の可変抵抗部７Ａ〜７Ｃが構成されている。可変抵抗部７Ａ〜７Ｃは、加圧された際には圧力に応じて圧縮されて、その圧縮量が増大するほど電気抵抗が低下する部材となる。
【００１４】
可変抵抗部７Ａ〜７Ｃは、少なくとも一部が曲面３Ａに沿った位置に配置される。基体３が有する曲面３Ａには複数の領域（図１では三つの領域を例示。）が設定され、各領域に可変抵抗部７Ａ〜７Ｃが配置されている。可変抵抗部７Ａは、信号電極５Ａとグランド電極５Ｂに接触する状態にある。可変抵抗部７Ｂは、信号電極５Ｃとグランド電極５Ｄに接触する状態にある。可変抵抗部７Ｃは、信号電極５Ｅとグランド電極５Ｆに接触する状態にある。可変抵抗部７Ａ〜７Ｃは、加圧された際には弾性的に圧縮されて、その圧縮量が増大するほど信号電極５Ａ，５Ｃ，５Ｅとグランド電極５Ｂ，５Ｄ，５Ｆとの間における電気抵抗が低下する。
【００１５】
本実施形態の場合、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃは、非加圧状態においては、厚みが１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内となるように成形され、電気抵抗が１×１０3Ω以上となるように構成されている。また、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃは、加圧状態においては、厚みが非加圧状態における厚みの８０％以下に圧縮され、電気抵抗が非加圧状態における電気抵抗の１／５００〜１／１０となるように構成されている。
【００１６】
また、本実施形態の場合、隣り合う位置にある可変抵抗部７Ａ，７Ｂないしは可変抵抗部７Ｂ，７Ｃは、互いの間に間隔を空けた状態で基体３の外面に配置されている。そのため、基体３の外面は、一部が可変抵抗部７Ａ〜７Ｃに覆われる状態にあり、残りの一部が可変抵抗部７Ａ〜７Ｃによって覆われていない状態にある。
【００１７】
情報処理部９は、基体３の内部に設けられ、信号電極５Ａ，５Ｃ，５Ｅとグランド電極５Ｂ，５Ｄ，５Ｆとの間における電気抵抗値を取得して、当該電気抵抗値又は当該電気抵抗値から求められる圧力を示す情報を基体３の外部にある通信装置へと伝送可能に構成されている。
【００１８】
［効果］
以上のように構成された感圧センサー１によれば、基体３の外面は一部が曲面３Ａによって構成され、その曲面３Ａに沿った位置に上述のような可変抵抗部７Ａ〜７Ｃが配置されている。そして、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃが加圧された際には、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃが弾性的に圧縮されて、その圧縮量が増大するほど信号電極５Ａ，５Ｃ，５Ｅとグランド電極５Ｂ，５Ｄ，５Ｆとの間における電気抵抗が低下する。したがって、信号電極５Ａ，５Ｃ，５Ｅとグランド電極５Ｂ，５Ｄ，５Ｆとの間における電気抵抗の変化を検出することにより、曲面３Ａに対して作用する圧力を測定することができる。
【００１９】
また、本実施形態の場合、複数の可変抵抗部７Ａ〜７Ｃを組み合わせて曲面３Ａに沿った形状を構成している。そのため、単一の可変抵抗部で曲面３Ａに沿った形状を構成する場合に比べ、個々の可変抵抗部７Ａ〜７Ｃの形状については簡素な形状にすることができる。よって、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃが上述のような面状体で構成される場合であっても、その面状体を曲面３Ａ全体に沿うような複雑な形状に湾曲させなくても済み、個々の可変抵抗部７Ａ〜７Ｃを容易に面状体で構成することができる。
【００２０】
また、本実施形態の場合、基体３の外面のうち、可変抵抗部７Ａ〜７Ｃによって覆われていない状態にある部分を利用することにより、基体３の内部にある情報処理部９と基体３の外部にある通信装置との間で無線通信を実施することができる。したがって、感圧センサー１によって検出した情報等を無線通信で通信装置へと伝送し、伝送された情報に基づく各種処理を感圧センサー１の外部にある機器において実施することができる。
【００２１】
［他の実施形態］
以上、感圧センサー１について、例示的な実施形態を挙げて説明したが、上述の実施形態は本開示の一態様として例示されるものにすぎない。すなわち、本開示は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。
【００２２】
例えば、上記実施形態では、二分割された円柱体に相当する形状の基体３を例示したが、基体は上述の例以外の形状とされていてもよい。例えば、基体は二分割されていない円柱体状であってもよいし、三分割以上の分割数で分割された円柱体状であってもよい。あるいは、基体は、円柱体に限らず、円錐体であってもよい。これら円柱体や円錐体は、底面に対して軸方向が直交する直円柱体や直円錐体であってもよいし、底面に対して軸方向が傾斜する斜円柱体や斜円錐体であってもよい。また、基体は、円錐体の一部が削られた形状（例えば、円錐台状）であってもよい。さらに、基体は、円柱体や円錐体以外の形状であってもよく、例えば、球体、楕円体、回転楕円体等であってもよい。あるいは、基体は、円環状（いわゆるドーナツ状。）に形成されていてもよい。
【００２３】
なお、上記各実施形態における一つの構成要素によって実現していた機能を、複数の構成要素によって実現するように構成してもよい。また、複数の構成要素によって実現していた機能を一つの構成要素によって実現するように構成してもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
【００２４】
［補足］
なお、以上説明した例示的な実施形態から明らかなように、本開示の感圧センサーは、更に以下に挙げるような構成を備えていてもよい。
【００２５】
まず、本開示の感圧センサーにおいて、可変抵抗部は、導電性発泡エラストマー材料を面状に成形してなる面状体を含み、曲面には、複数の領域が設けられていて、各領域に可変抵抗部が配置されていてもよい。
【００２６】
このように構成された感圧センサーによれば、上述のような面状体を含む可変抵抗部が上述のような各領域に配置されている。そのため、複数の可変抵抗部を組み合わせて曲面に沿った形状を構成することができ、単一の可変抵抗部で曲面に沿った形状を構成する場合に比べ、個々の可変抵抗部の形状については簡素な形状にすることができる。よって、可変抵抗部が上述のような面状体で構成される場合であっても、その面状体を曲面全体に沿うような複雑な形状に湾曲させなくても済み、個々の可変抵抗部を容易に面状体で構成することができる。
【００２７】
また、本開示の感圧センサーにおいて、可変抵抗部は、非加圧状態においては、厚みが１ｍｍ〜１０ｍｍ、電気抵抗が１×１０3Ω以上となるように構成されており、加圧状態においては、厚みが非加圧状態における厚みの８０％以下に圧縮され、電気抵抗が非加圧状態における電気抵抗の１／５００〜１／１０となるように構成されていてもよい。
【００２８】
また、本開示の感圧センサーにおいて、基体の外面は、一部が可変抵抗部に覆われる状態にあり、残りの一部が可変抵抗部によって覆われていない状態にあってもよい。
このように構成された感圧センサーによれば、基体の外面のうち、可変抵抗部によって覆われていない状態にある部分を利用することにより、可変抵抗部に覆われる状態にある部分のみでは実現できない機能を付加することができる。
【００２９】
一例を挙げれば、例えば、本開示の感圧センサーにおいて、信号電極とグランド電極との間における電気抵抗値を取得して、当該電気抵抗値又は当該電気抵抗値から求められる圧力を示す情報を基体の外部にある通信装置へと伝送可能に構成された情報処理部が、基体の内部に設けられていてもよい。
【００３０】
このように構成された感圧センサーによれば、可変抵抗部によって覆われていない状態にある部分を利用して、基体の内部にある情報処理部と基体の外部にある通信装置との間で無線通信を実施することができる。したがって、感圧センサーにおいて検出した情報等を無線通信で通信装置へと伝送し、伝送された情報に基づく各種処理を感圧センサーの外部にある機器において実施することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…感圧センサー、３…基体、３Ａ…曲面、５Ａ〜５Ｆ…電極、７Ａ〜７Ｃ…可変抵抗部、９…情報処理部。
【図１】
2018189438.tif 000003