(57)【要約】  表面に加えられるパラメータを測定するためのセンサ（５０、１８０）が提供される。このセンサは、少なくとも１層の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、この基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、この基板層上に配置された導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）とを含んでいる。この導電性トレースは、個別のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの少なくとも一部分の周囲をらせん状のように包み込む。さらに、センサエレメント間の材料のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）またはカットアウト（１４０）を使用することにより、センサエレメントは、隣接したセンサエレメントとは独立に移動することができ、それによってこのセンサは、不規則な形状の表面に、あるいは比較的大きな曲げを受けるときには別な方法で従うことができるようになる。このセンサを使用して、車椅子のシートクッションなどの座席表面の力分布を検出することができる。
2007517216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
前記基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、
前記基板層上に配置され、各導電性トレースが、少なくとも１つのセンサエレメントに電気的に結合され、各導電性トレースが、間隔があけられ、前記少なくとも１つのセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的にらせん状のパターンで延在する第１および第２の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）と
を備えるセンサ（５０、１８０）。
【請求項２】
基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
所望のパラメータを測定するための複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と
を備え、前記複数のセンサエレメントが、センサ平面を定義し、前記センサエレメントは、各センサエレメントが、前記センサ平面に対して垂直な方向に、前記センサ平面に垂直な方向に移動する隣接したセンサエレメントとは実質的に独立に移動することができるようにして、前記基板層に関して配列される、表面の形状に従うようになっているセンサ（５０、１８０）。
【請求項３】
少なくとも１層の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
センサ平面を定義する、前記基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、
各センサエレメントが、少なくとも１つの各導電性トレースと直接に電気的に接触している前記センサエレメントを接続する複数の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）と、
前記基板層中に形成された複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）と
を備え、前記スリットが隣接した各センサエレメントの間に配置され、前記スリットにより、センサエレメントが前記センサ平面に対して垂直に移動することができるようになっている、所望のパラメータを測定するためのセンサ（５０、１８０）アレイ。
【請求項４】
互いに面する関係で配置された、第１および第２の、薄い柔軟な基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
第１の導電性トレースと第２の導電性トレースとが互いに面している、前記第１の基板層上に形成された前記第１の複数の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）、および前記第２の基板層上に形成された前記第２の複数の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）と、
前記第１の基板層と前記第２の基板層との間に配置され、それぞれがらせん状パターンで前記センサエレメントから前記センサエレメントの周囲に延在する一部分を有する前記第１および第２の導電性トレースに電気的に接続された複数の個別の力センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、
前記第１および第２の基板層を介して形成された複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）と
を備え、前記スリットにより、前記センサエレメントが移動することができるようになり、それによってセンサエレメントが隣接したセンサエレメントに対して相対的に移動することができるようになっている、表面に加えられている力を測定するための力センサ（５０、１８０）。
【請求項５】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）は、センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が他のセンサエレメントに対して相対的に移動することができるように構成され配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項６】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中において、センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）を他のセンサエレメントに対して相対的に移動することができるようにする適切な位置に形成された複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）をさらに備える、請求項１または２のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項７】
前記複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）のうちの少なくとも一部分が、非直線経路（９４）に沿って形成される、請求項３、４または６のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項８】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中に形成される前記複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）のうちの少なくとも１つが、前記基板層中に形成される第２のスリットと交差し、それによって交差スリット（９６）を形成する、請求項３、４、６または７のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項９】
前記交差スリット（９６）が、複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の間に配置され、前記交差スリットの前記スリットのうちの１つが１つのセンサエレメントの少なくとも一部分のまわりに延在する、請求項８に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１０】
スリット（９０、１１４、２２３、２３３）が、第１および第２の端点を有し、少なくとも１つの端点が、前記端点における応力を緩和するホール（１１６）を伴って形成され、それによって前記端点において前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）の裂ける可能性を減少させる、請求項３、４または６から９のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１１】
スリット（９０、１１４、２２３、２３３）が、第１および第２の端点を有し、少なくとも１つの端点は、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）が１つの端点で比較的高い応力を受ける場合に、前記基板層が前記裂け目の端部が前記スリット中へと終端して裂ける可能性があるようにフック形状（１２６）で形成される、請求項３、４、または６から１０のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１２】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中において、センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）を他のセンサエレメントに対して相対的に移動することができるようにする適切な位置に形成された複数のカットアウト（１４０）をさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１３】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中に形成される少なくとも１つのカットアウト（１４０）が、複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の間に配置され、一般にダイアモンド形または西洋凧（１４２）である、請求項１２に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１４】
前記一般にダイアモンド形または西洋凧のカットアウト（１４２）が、１つのセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の少なくとも一部分のまわりに延在するテール部分（１４４）を含む、請求項１３に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１５】
少なくとも１つのセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、感圧層を備える、前記請求項のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１６】
前記感圧層が、導電性インクを備える、請求項１５に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１７】
前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）上に行（８６、２００、２０４、３２０、３２２）および列（８８、２０２、２０６、３４０、３４２）のアレイの形で配列される、前記請求項のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１８】
各センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、行（８６、２００、２０４、３２０、３２２）と列（８８、２０２、２０６、３４０、３４２）の交差する点に配置される、請求項１７に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１９】
少なくとも複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、車椅子シートまたはシートクッションのカスタムフィッティングのための装置と組み合わせて力を検出するように構成され、前記装置が、
前記センサが取り付けられるプラットフォームと、
前記センサが力を受けるとすぐに、前記センサからのデータを受け取り、個別のセンサエレメントの位置と一致する位置で力を計算するようになっている、前記センサと情報をやりとりするコントローラと
を備える、前記請求項のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２０】
前記第１の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）が、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）上に配置された複数の第１の導電性トレースを備え、前記導電性トレースのうちの第１の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）のうちの１つのセンサエレメントの周囲に第１のらせん状パターンで第１の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第１の導電性トレースのうちの第２の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメントのうちの他の１つのセンサエレメントの周囲に第２のらせん状パターンで第２の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第１の方向と第２の方向が互いに実質的に反対である、請求項１または４のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２１】
第１の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）をさらに備え、前記第１の導電性トレースが、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）上に配置された複数の第１の導電性トレースを備え、前記導電性トレースのうちの第１の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）のうちの１つのセンサエレメントの周囲に第１のらせん状パターンで第１の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第１の導電性トレースのうちの第２の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメントのうちの他の１つのセンサエレメントの周囲に第２のらせん状パターンで第２の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第１の方向と第２の方向が互いに実質的に反対である、請求項２または３のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２２】
前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、第１の行（８６、２００、２０４、３２０、３２２）に配列された第１の複数の個別のセンサエレメントと、第２の行に配列された第２の複数の個別のセンサエレメントとを備え、
前記第１の導電性トレースのうちの前記第１の１つの導電性トレースが、前記第１の行の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第１の行の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントの周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第１の行の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第１の行の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントの周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、
前記第１の導電性トレースのうちの前記第２の１つの導電性トレースが、前記第２の行の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第２の行の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントの周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第２の行の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第２の行の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントの周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在する、請求項２０または２１のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２３】
前記第２の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）が、前記少なくとも１層の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）上に配置された複数の第２の導電性トレースを備え、前記第２の導電性トレースのうちの第１の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）のうちの１つのセンサエレメントの周囲に第１のらせん状パターンで第１の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第２の導電性トレースのうちの第２の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメントのうちの他の１つのセンサエレメントの周囲に第２のらせん状パターンで第２の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第１の方向と第２の方向が互いに実質的に同じである、請求項１または４のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２４】
第２の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）をさらに備え、前記第２の導電性トレースが、前記少なくとも１層の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）上に配置された複数の第２の導電性トレースを備え、前記第２の導電性トレースのうちの第１の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）のうちの１つのセンサエレメントの周囲に第１のらせん状パターンで第１の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第２の導電性トレースのうちの第２の１つの導電性トレースが、前記複数の個別のセンサエレメントのうちの他の１つのセンサエレメントの周囲に第２のらせん状パターンで第２の方向に少なくとも部分的に延在し、前記第１の方向と第２の方向が互いに実質的に同じである、請求項２または３のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２５】
前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、第１の列（８８、２０２、２０６、３４０、３４２）に配列された第１の複数の個別のセンサエレメントと、第２の列に配列された第２の複数の個別のセンサエレメントとを備え、
前記第２の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）のうちの前記第１の１つの導電性トレースが、前記第１の列の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第１の列の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントの周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第１の列の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第１の列の前記第１の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントの周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、
前記第２の導電性トレースのうちの前記第２の１つの導電性トレースが、前記第２の列の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第２の列の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第１の１つのセンサエレメントの周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第２の列の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントに電気的に結合され、その周囲に反時計方向に少なくとも部分的に延在し、次いで前記第２の列の前記第２の複数の個別のセンサエレメントのうちの第２の１つのセンサエレメントの周囲に時計方向に少なくとも部分的に延在する、請求項２３または２４に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２６】
前記複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）のうちの少なくとも１つのスリットが、センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の周囲に延在する前記導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）のうちの一部分に隣接して形成される、請求項３、４または６から１１のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２７】
前記複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）のうちの少なくとも１つのスリットが、複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の間に配置される前記導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）のうちの少なくとも一部分と、センサエレメントの周囲に延在する前記導電性トレースの少なくとも一部分に隣接する、請求項３、４または６から１１のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２８】
センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の前記行とセンサエレメントの前記列とが、９０度未満である角度を形成する、請求項１７または１８のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項２９】
前記複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、センサ平面を定義し、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）は、センサエレメントが、前記センサ平面に垂直な方向に、また前記センサ平面に平行な方向に移動できるように構成され配列され、前記センサ平面に平行な前記方向への移動は、前記センサ平面に垂直な前記方向への前記移動よりも小さい、請求項１、３、４、２０または２３のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３０】
各導電性トレースが、前記センサエレメント上の複数の位置でセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）に結合され、各導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）が、各センサエレメントの周囲に部分的ならせん状パターンで延在する、請求項１、３、４、２０または２３に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３１】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）が、第１の基板層と第２の基板層とを備え、前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、前記第１の基板層と第２の基板層との間に配置され、前記第１の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）が、前記第１の基板層上に配置され、前記第２の導電性トレースが、前記第２の基板層上に配置される、請求項１から３、５、６、２１または２４に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３２】
前記第１の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と第２の基板層との間に配置された絶縁層（３０８）をさらに備える、請求項４または３１に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３３】
一緒になると砂時計の形状に似ている２つのスリット（９０、１１４、２２３、２３３）が、複数の隣接したセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の間で形成される、請求項３、４、６から１１、２６または２７に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３４】
前記複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、行（８６、２００、２０４、３２０、３２２）と列（８８、２０２、２０６、３４０、３４２）のアレイの形で配列され、センサエレメントの前記行と、センサエレメントの前記列とは、９０度未満である角度を形成し、一緒になると砂時計の形状に似ている２つのスリット（９０、１１４、２２３、２３３）が、複数のセンサエレメントの間で形成される、請求項３、４、６から１１、２６または２７のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３５】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）が、薄い柔軟な材料から形成される、請求項１から３、５、６、２１、２４または３１のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項３６】
各センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が、感圧性インクを備える、前記請求項のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にセンサに関し、より詳細には比較的薄い基板材料上に形成された複数のセンサエレメントを含むセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面の力または圧力を記録するセンサが、存在している。一例では、センサは、薄い平らな基板上に形成される。特に、アセンブルされた従来技術のセンサの図による表示である図１に示されるように、センサ１０は、比較的薄い基板４０の材料の第１の半分の部分上に形成された複数の行電極２０ａと、この比較的薄い基板の第２の半分の部分上に形成された複数の列電極２０ｂとを含んでいる。次いでこの基板の第１の半分の部分は、これらの行電極と列電極とが交差するようにこの第２の半分の部分上へと折り重ねられ、それともその上に配置される。センサエレメント３０は、行電極と列電極との交差する点でこれらの基板層間に配置される。このセンサエレメントを作製するには、この第１の基板を第２の基板上に配置するのに先立って、感圧性インク（pressure sensitive ink）が、行電極２０ａと列電極２０ｂとの交差する点に、行電極２０ａと列電極２０ｂとの間に堆積させられる。この導電性インクは、この行電極と列電極とに電気的に結合される。この交差する点において作用する力は、この感圧性インクの電気抵抗における対応する変化を引き起こし、この変化は、この行電極と列電極を経由してその後に制御回路によって検出される。図１中のこの結果としてもたらされる圧力センサは、個々のセンサエレメントが行４２および列４４に配列されたセンサアレイとして構成される。かかるセンサの一例については、ここにその全体が本明細書中に組み込まれている同一出願人に譲渡されている米国特許第４８５６９９３号中で説明されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態においては、センサが提供される。このセンサは、少なくとも１層の基板層と、この基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメントとを含んでいる。第１および第２の導電性トレースが、この基板層上に堆積させられる。各導電性トレースは、少なくとも１つのセンサエレメントに電気的に結合され、各導電性トレースは、この少なくとも１つのセンサエレメントから間隔があけられ、エレメントの周囲に、らせん状のパターンで少なくとも部分的に延在する。
【０００４】
別の実施形態においては、表面の形状に従うようになっているセンサが提供される。このセンサは、基板層と、所望のパラメータを測定するための複数の個別のセンサエレメントとを含んでいる。これらの複数のセンサエレメントは、１枚のセンサ平面を定義する。これらのセンサエレメントは、各センサエレメントが、このセンサ平面に垂直な方向に移動し、また隣接するセンサエレメントとは実質的に独立にこのセンサ平面に垂直な方向に移動することができるようにして、この基板層に関して配置される。
【０００５】
さらに他の実施形態においては、所望のパラメータを測定するためのセンサアレイが提供される。このセンサは、基板層と、センサ平面を定義する、この基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメントとを含んでいる。このセンサは、これらのセンサエレメントを接続する複数の導電性トレースを含んでもいる。各センサエレメントは、少なくとも１つの各導電性トレースと直接に電気的に接触している。複数のスリットがこの基板層に形成される。これらのスリットは、隣接する各センサエレメントの間に配列されている。これらのスリットにより、センサエレメントはこのセンサ平面に対して垂直に移動することができるようになる。
【０００６】
さらに他のもう１つの実施形態においては、表面に加えられる力を測定するための力センサが提供される。このセンサは、互いに対向する関係で配列された第１および第２の薄い柔軟な基板層と、第１の導電性トレースと第２の導電性トレースとが互いに対向している、この第１の基板層上に形成された第１の複数の導電性トレース、およびこの第２の基板層上に形成された第２の複数の導電性トレースとを含んでいる。このセンサは、この第１の基板層とこの第２の基板層との間に配置され、これらの第１の導電性トレースと第２の導電性トレースとに電気的に接続された複数の個別の力センサエレメントをさらに含んでいる。これらの第１の導電性トレースと第２の導電性トレースはそれぞれ、らせん状のパターンでこのセンサエレメントから延在し、このセンサエレメントを部分的に取り囲んで延在する一部分を有する。複数のスリットが、この第１および第２の基板層を介して形成される。これらのスリットにより、これらのセンサエレメントは移動することができるようになり、それによってあるセンサエレメントは、隣接したセンサエレメントに対して相対的に移動することができるようになる。
【０００７】
本発明の様々な実施形態は、ある種の利点を提供し、従来のセンサのある種の制限を克服している。本発明の実施形態は、これらの同じ利点を共有しないこともあり、共有しているこれらの実施形態が、必ずしもすべての状況下でこれらの利点を共有するとは限らないこともある。さらに、本発明は、この点だけに限定されるものではないので、本明細書中で説明される特定のセンサ実施形態の諸エレメントを、適切な任意の組合せで構成して、異なる実施形態を提供することもできる。
【０００８】
本発明の様々な実施形態については、次に実施例として添付図面を参照して説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の態様は、以上で図１を参照して説明された力センサなど、従来の力センサと同様にして、基板上にセンサエレメントのネットワーク（network）を配列しているセンサを対象としている。しかし、本発明の一態様によれば、個別のセンサエレメントに電気的に結合された導電性トレースの少なくとも一部分は、他から間隔があけられ、このセンサエレメントの周囲を少なくとも部分的に包み込んでいる（wrap）。
【００１０】
ある場合には、不規則な形状の（例えば、湾曲した、非平面的などの）表面上の、あるいは大きな変形を受けた表面上の、温度、圧力、力、振動など、所望のパラメータまたは測定値を記録することが望ましいこともある。従来のセンサは、比較的平面的な表面上で加えられた力を正確に測定するが、このようなセンサは、不規則な形状の表面に適用されるとき、あるいは大きな変形を受けるときに、しわが寄ることもあり、それによってこれらの加えられた力を正確には記録できないこともある。したがって、本発明の他の態様によれば、このセンサは、このセンサが曲げる力（deflecting force）を受けるときには、このセンサが、この工作物の表面の形状にもっと簡単に従い、それともこの工作物の表面の変形にもっと簡単に従うことができるように、隣接したセンサエレメントに対して相対的に移動することができる個別のセンサエレメントを含んでいる。このような相手の形状に従うセンサを利用して、表面に作用する力、圧力、温度、振動などの情報のもっと正確な記録を取得することができる。前述のセンサは、不規則な形状の表面、または大きな変形を受ける表面上でパラメータを測定するときに有利なこともあるが、このようなセンサを使用して、平面的な表面上で所望のパラメータを検出することもできるので、本発明は、この点だけに限定されるものではないことを理解されたい。
【００１１】
以下でもっと詳細に説明するように、この基板は、隣接したセンサエレメント間もしくはセンサエレメントのグループ間に配列されたスリット（slit）を含み、あるいはセンサエレメント間もしくはセンサエレメントのグループ間の材料が除去されたカットアウト（cutout）、またはスリットとカットアウトの組合せを使用して、個別のセンサエレメントもしくはセンサエレメントのグループをこれらの他のセンサエレメントから自由にし、その結果、これらの個別のセンサエレメントもしくはセンサエレメントのグループが、これらの他のセンサエレメントに対して相対的に移動するようにすることができる。
【００１２】
一部の実施形態においては、これらのセンサエレメントが格子状のパターンで配列されるのに対して、他の実施形態においては、これらのセンサエレメントは、この基板上にランダムなパターンで配列される。反復する非格子状パターンなど他の配列も使用することができるので、本発明は、この点だけに限定されるものではないことを理解されたい。
【００１３】
本明細書中で説明されるある種の実施形態は、力を測定することを対象にしているが、このセンサを使用して、圧力、温度、振動など他のパラメータ、あるいはこれらまたは他のパラメータのどのような組合せも検出することができるので、本発明は、この点だけに限定されるものではない。
【００１４】
次にこれらの図面を、とりわけ図２を参照すると、本発明の一態様によるアセンブル済みのセンサ５０の一部分が示されている。力センサ、圧力センサ、温度センサ、振動センサ、または他の任意のパラメータセンサとして構成することができるセンサ５０は、複数のセンサエレメント６０を含んでいる。このセンサは、（上側の導電性トレースとも呼ばれる）複数の上側の電極が形成される柔軟な材料から形成された上部基板層６１と、（下側の導電性トレースとも呼ばれる）複数の下側の電極が形成される柔軟な材料から形成された下部基板層（図示されず）とを含んでいる。各導電性トレースは、この導電性トレースの拡大された区域からなるセンサエレメントパッド（sensor element pad）を含んでおり、このセンサエレメントパッドは、このセンサエレメントが上側の導電性トレースと下側の導電性トレースとの間に配置され、これらの導電性トレースに電気的に結合されるように、センサエレメントに電気的に結合される。以下でもっと詳細に説明するように、このセンサエレメントが力センサとして形成されるときには、感圧層が、この上側の導電性トレースと下側の導電性トレースとの間に、また一実施形態においてはこのセンサエレメントパッド上に配置される。本発明は、この点だけに限定されるものではなく、センサエレメントパッドを使用する必要がないことを理解されたい。この点に関しては、このセンサエレメントは、この導電性トレースの主要部分上に配置することもできる。１層または複数層の絶縁層をこの上部基板層と下部基板層との間に配置して、この上側の導電性トレースと下側の導電性トレースとを互いに絶縁することもできる。各導電性トレース８０は、それを介してこの導電性トレースと、その後にこのセンサエレメントへの電気的接続が行われる各端子（図示せず）に接続される。
【００１５】
図２に関してこれまで説明してきたこのセンサ構成は、この同一出願人に譲渡された米国特許第４８５６９９３号に関して説明されるセンサを含めて、図１を参照して以上で説明されたセンサ構成と構造において類似している。しかし、図２の例示の実施例においては、この導電性トレースは、少なくとも１つのセンサエレメントに接続されており、この少なくとも１つのセンサエレメントから間隔があけられ、この少なくとも１つのセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に延在する一部分を有する。このようにして、少なくとも一部分８４は、このセンサエレメントの周囲をらせん様式で包み込んでいる。
【００１６】
この特定の実施形態においては、これらのセンサエレメントは、基板７０上のアレイの形で行８６および列８８中に配列されるが、以下で説明するように、本発明は、この点だけに限定されるものではない。
【００１７】
前述のように、ある場合には、センサが、不規則な形状の表面の、または力を加えるとすぐに比較的大きな曲げ（deflection）を受ける表面の形状に従うことができるようにすることが有利なこともある。一実施形態においては、複数のセンサエレメントのうちの１つのエレメントは、他のセンサエレメントとは独立に移動することができる。したがって、曲げる力が、２つの隣接したセンサエレメント６０に加えられる場合には、両方のセンサエレメントは、この曲げの結果として移動することができるが、単に隣接したセンサエレメントの移動に起因した、特定のセンサエレメントの移動は、制限される。センサエレメント６０のこの独立した移動は、このセンサが、もっと良好にこの表面の形状に従うようにする助けを行うはずである。
【００１８】
前述の実施形態においては、各センサエレメントの移動は、隣接したセンサエレメントの移動とは実質的に独立しているが、本発明は、この点だけに限定されるものではないことを理解されたい。例えば、２つ以上のセンサエレメントのグループが一緒に移動するように制約されることもあるが、特定のグループのセンサエレメントの移動は、隣接したセンサエレメントまたはセンサエレメントのグループの移動とは実質的に独立している。
【００１９】
一実施形態においては、このセンサは、このセンサエレメントが移動できるようにする複数のカットアウトを用いて形成される。特に、もう一度、図２を参照すると、センサ材料の一部分（例えば、基板、絶縁層など）は、適切な位置から除去されて、それによって各センサエレメントが他のセンサエレメントに対して相対的に移動できるようになっている。図に示される実施形態においては、カットアウトが、センサエレメント６０と導電性トレースとの間の位置に形成される。例えば、このカットアウトの形状が、これらの導電性トレース８０／センサエレメント６０の間の間隔の形状に実質的に対応するように、これらのカットアウトは、これらの導電性トレース８０とこれらのセンサエレメント６０との境界をなす位置に形成される。図２に示されるように一実施形態においては、センサ５０において形成される少なくとも１つのカットアウト１４０は、複数のセンサエレメント間に位置づけられ、一般にはダイアモンド形、または西洋凧をしている。この一般にダイアモンド形または西洋凧のカットアウト１４２は、テール部分１４４を含んでいてもよく、このテール部分は、この導電性トレースに隣接して続くように、１つのセンサエレメント６０の少なくとも一部分のまわりに延在する。このカットアウトは、この導電性トレースとセンサエレメントから間隔があけられていてもよい。
【００２０】
以上で考察したように、２つ以上のセンサエレメントのグループが、一緒に移動するように制約されてもよいが、特定のグループのセンサエレメントの移動は、隣接したセンサエレメントまたはセンサエレメントのグループの移動とは実質的に独立している。これは、前述の実施例においては、個別のセンサエレメントを物理的に一緒につなぐことにより、達成することができる（例えば、材料は、このグループのセンサエレメントの間では除去されない）。
【００２１】
カットアウトを形成するのではなく、一実施形態においては、このセンサが複数のスリットを用いて形成されて、それによってこのセンサエレメントまたはセンサエレメントのグループが移動することができるようになる。図３Ａにおいては、センサ５０の一部分が示されており、これは、基板層７０と任意の介在層（例えば、絶縁層）を介して形成される（破線で示された）複数のスリット９０を含んでいる。複数のスリット９０が適切な位置に配置されて、それによって少なくとも１つのセンサエレメントが、他のセンサエレメントに対して相対的に移動することができるようになる。図３Ａに示される実施形態においては、これらのスリット９０の一部分が、センサエレメントの周囲に延在する導電性トレースの一部分８４に隣接して形成されるのに対して、これらのスリット９０の他の部分は、複数のセンサエレメント６０の間に配置される。本発明は、この点だけに限定されるものではないので、これらのスリットは、適切な任意の形状（例えば、直線または非直線）にすることができる。例えば、図３Ａに示されるように、これらのスリットは、直線の経路をたどる部分９２と、非直線の経路をたどる部分９４とを含んでいる。本発明は、この点だけに限定されるものではないので、他の形状を使用することもできる。
【００２２】
このセンサエレメントのさらなる移動を実現するためには、図３Ａに示すように、追加のスリットを使用し、他のスリットを交差させて、交差スリット９６を形成することもできる。交差スリット９６は、図に示すように複数のセンサエレメントの間に配置することができる。
【００２３】
他の実施形態においては、１つまたは複数のスリットは、これらのカットアウトがこれらのトレースとセンサエレメントとによって境界が示された区域をたどるのとほとんど同様にして、この導電性トレースの少なくとも一部分の形状をたどる。
【００２４】
図３Ｂは、これらの個別のセンサエレメントが、これらの周囲のセンサに対して相対的に自由に移動する場合の、一般にはダイアモンド形または西洋凧のスリットを作製するようにこれらの導電性トレースおよびセンサエレメントに隣接して形成されるスリットを含むセンサ５０の一部分の斜視図である。この図から分かるように、センサエレメント６０は、それ故に基板７０の平面に対して垂直な方向に移動することができる。さらに、これらのセンサエレメントは、このセンサの平面内の方向に移動することもできる。さらに、これらのセンサエレメントは、斜め方向にも移動して、この基板の平面から外の方向にも、この平面に平行な方向にも延在することができる。このセンサエレメントの移動は、この移動がこのセンサの伸縮可能性（stretchability）および形状順応性（conformability）を高めるので、有利なこともある。
【００２５】
図２、３Ａおよび３Ｂに示されるように、このセンサ構成により、各センサエレメントは、このセンサ平面に垂直な方向（すなわち、ｚ−軸方向）および／またはこのセンサ平面に平行な方向（ｘ−軸およびｙ−軸方向）に移動することができるようになり、各導電性トレースは、その各センサエレメントのまわりにらせんパターンで延在している。この実施形態は、１つのセンサエレメントの移動が他のセンサエレメントの移動にあまり寄与することにならないように、隣接したセンサエレメントを分離する助けをすることもある。このｘ−軸、ｙ−軸、およびｚ−軸方向の各センサエレメントの移動は、この表面にまたがった感知されたパラメータの位置および大きさのより正確な指定をもたらすことができる。この追加のセンサエレメントの移動により、さらにこのセンサが不規則な形状の表面に順応することができるようになる可能性がある。
【００２６】
個別のセンサエレメントが直面する移動量は、いくつかのファクタに依存することもある。例えば、この導電性トレースの長さ、幅および材料が、このセンサエレメントの移動量を決定することもある。一般的には、この導電性トレースが長くなればなるほど（例えば、個別のセンサエレメントの周囲のらせんが長くなればなるほど）、移動についての可能性はさらに大きくなる。また、この導電性トレースが厚くなればなるほど、移動についての可能性は小さくなる。さらに一般的に、この導電性トレースの材料が、硬くなればなるほど、移動は少なくなる。一実施形態においては、このｚ−軸方向におけるこのセンサエレメントの移動は、約１ｃｍである。
【００２７】
このセンサは表面の形状に従い、または曲げる力を受けるときには工作物の曲げに従うので、応力が、この基板層中に形成されたスリットのエッジまたは端部に発生してしまうこともある。基板層７０および任意の介在層（例えば、絶縁層）の材料に応じて、この基板層が裂けてしまい、この電気接続の損傷をもたらしてしまう可能性がある。スリットが伝搬しないようにするために、一実施形態においては、このスリットの端部に配置された応力緩和ホール（stress relief hole）を含めることが有利なこともある。これらのホールは、この基板上の脆弱ポイントをなくすることにより、スリット伝搬の可能性を低下させる。一実施形態においては、図４に示すように、比較的小さな応力緩和ホール１１６がスリット１１４の両端に形成される。
【００２８】
他の実施形態においては、スリットの伝搬は、漸進的曲線（gradual curve）を用いてこのスリットの端部を設けることにより、最小にすることができる。またフック形状のパターンでこのスリットを終端することが、スリット伝搬を最小にする助けをすることもある。図５に示される実施形態においては、スリット１２４が、基板層１１２上に形成され、フック形状の曲線１２６が、このスリットの各端点に配置されている。基板層１１２が、比較的高い応力を受けるときには、この基板層上のスリットは、裂けてしまうこともあるが、この裂け目が伝搬するときに、この裂け目は、このスリットの中に戻るように終端することになる。これによってこの基板材料中に小さなホールがもたらされることもあるが、基板層１１２の周囲の区域にこの裂け目が伝搬することになる可能性は、最小限になる。さらに、この裂け目が、この基板材料中に小さなホールをもたらす場合には、このホールそれ自体は、応力緩和機構としての機能を果たすことになり、前述のようにこの基板層がさらに引き裂かれてしまうことを少なくするはずである。
【００２９】
他の実施形態においては、各センサエレメントは、このセンサエレメント上の複数の位置で導電性トレースに結合されてもよい。図６に示されるように、センサ１８０は、らせんパターンで各センサエレメント６０のまわりに延在する導電性トレース１９０、１９２を含んでいる。かかるセンサ１８０は、この基板中に形成された前述のスリットまたはカットアウトのうちのどちらかのうちの１つまたは複数のものをさらに含んで、それによって各センサエレメント６０は、隣接したセンサエレメント６２とは独立に移動できるようにすることができる。このようにして、このセンサエレメントは、このセンサエレメントのまわりの少なくとも２つの位置で支持されるが、必要に応じて移動することもできる。
【００３０】
前述の実施形態の多くは、互いに直角な直線的な行と列で配置されたこれらのセンサエレメントと導電性トレースを有するセンサを例示しているが、図７に示されるような他の例示の実施形態においては、センサエレメント６０の行２００および列２０２は、接続されたセンサエレメントの１行２０４と接続されたセンサエレメント６０の１列２０６とが、互いに直角ではないように、オフセット様式で配列される。センサエレメントの各行２０４と各列２０６の経路は、各導電性トレース層のパターンによって決定される。一実施形態においては、図７に示されるように、センサエレメントの行２０４は、センサエレメントの列２０６に対して相対的に９０度よりも小さな約６０度のある角度Ａで配置される。この特定の実施形態は、センサエレメント６０の隣接した列に関して、他のあらゆる列の線形オフセット（linear offset）２０８によって実現される。本発明は、この点だけに限定されるものではないこと、また３０度や４５度などの他の適切なオフセット角を使用することもできることを理解されたい。
【００３１】
行中および／または列中に位置する導電性トレースは、必ずしもまっすぐであるとは限らないことを理解されたい。もっと正確に言えば、これらのトレースは、連続しているが、所望の任意の経路に沿って形成され、行または列中に延在し、または位置しているものとして指定される。すなわち、所望の任意の経路に延在する１つの導電性トレースは、隣接した導電性トレースから行のように、または列のようにして分離される。
【００３２】
前述のように、センサ２２０が不規則な形状の表面、または大きな曲げを受けた表面の形状に従うことができるようにするために、スリット２１０が、基板中に（例えば、複数の導電性トレースおよび／または複数のセンサエレメントの間で）設けられてもよい。図７を参照して説明される実施形態においては、４つの隣接した任意のセンサエレメント（２２５、２２９、２３１、２３５）を見ると、２つのスリットが設けられている。図７に関連してさらに詳細に示されるように、（太い線で示される）スリット２２３は、導電性トレース２２５’、２２９’、および２３１’の一部分をたどる。同様な形状のスリット２３３は、センサエレメント２３１、２３５、および２２５の間に延在する。これら２つのスリットは、独立しているが、これら４つのセンサエレメントの間における砂時計形を示しており、テールが、この砂時計形の上側部分と下側部分から離れて延在している。
【００３３】
これらのスリット２３３、２２３の形状は、これらのセンサエレメントの個々の移動を助けることができる。このセンサエレメントおよびスリットの形状および／または配置は、これにより、これらのセンサエレメントが直線的な行と、互いに垂直な列のマトリックスの形に配列される場合の構成に比べて、矢印Ｂの斜め方向の、あるいはさらに矢印Ｂの方向のセンサエレメントの移動を可能にすることもある点で有利なこともある。センサエレメント間のオフセット２０８は、これらのスリットの形状を変化させる可能性があることを理解されたい。
【００３４】
図８〜１０を参照すると、例えば図６に示されるこのセンサの構成が、さらに詳細に説明されている。図８は、それぞれその各導電性トレース３０４、３０６を伴う、上側および下側の基板層３００、３０２を示している。一実施形態においては、これらの基板層３００、３０２は、マイラー（Mylar）などのポリエステル膜から形成される。デュポン（DuPont）が製造するカプトン（Kapton）など他の膜が使用されてもよい。もちろん、本発明は、他の適切な基板材料を使用することもできるので、この点だけに限定されるものではない。
【００３５】
導電性トレース３０４、３０６は、適切な任意の技法を使用して形成することができる。例えば、柔軟なプリント回路を作製するための技法が使用されてもよい。この点に関しては、上側導電性トレース３０４は、導電性インクを直接に印刷することにより、上部基板層３００に塗布される。他の方法を使用して、マイラーまたは他の適切な基板材料に対して積層された光エッチングする銅を含む導電性トレースを製造することもできる。スクリーン印刷が使用されてもよい。
【００３６】
次に、これらのセンサエレメントを定義する導電性トレース上の位置７４が、コーティング７２を用いてコートされる。圧力センサまたは力センサを形成するときには、コーティング７２は、感圧性インクを用いて形成され、この感圧性インクの例については、以下で説明することにする。感圧性インクは、そこを流れる電流を制限する役割を果たす薄いコーティングの形で印刷し、それとも塗布することができる材料である。温度など他のパラメータを検出するセンサを形成するときには、温度感受性コーティングなどの他のタイプの感受性コーティングを使用することもできる。
【００３７】
下部層３０２の構築は、上部層３００の構築に類似している。下側の導電性トレース３０６は、上部層３００に関連して以上で説明されたものと同様にして下部基板層３０２に対して塗布される。この上部層は、上側の導電性トレース３０４上でセンサエレメント６０を定義する位置７４に形成されたコーティング７２を含んでいるが、下側の導電性トレース３０６は、それに対して塗布されたコーティング７２も含むことができる。次いで、１層または複数層の絶縁層３０８（センサエレメントを介して取得された、図８のアセンブル済みのセンサを図示する断面図である図９を参照）を、少なくとも１つの導電性トレースに塗布して、上側のトレースと下側のトレースとを互いに電気的に絶縁することができるが、ただしコーティングではない。この１層または複数層の絶縁層３０８は、この基板層に対して接着剤で接着することもでき、また熱接着で接着することもできる。
【００３８】
このセンサを完成するために、導電性トレース、１層または複数層の絶縁層、およびセンサエレメントを有する上部基板層と下部基板層とが一緒に配置され、次いで接着剤で、または熱接着で一緒に接着することができる。
【００３９】
図８に示されるように、２層の基板層３００、３０２を有する一実施形態においては、これらの２層が一緒に配置されるときに、これらの導電性トレースに接続された電気リード線２３０、２３２がこのセンサから異なる方向へ延在するように、一方の導電性トレース層（例えば、下側の導電性トレース）のパターンが、他方の導電性トレース層（例えば、上側の導電性トレース）に関して回転されている点を除いて、各基板層上の導電性トレース３０４、３０６のパターンは、類似しており、また同じであってもよい。一実施形態においては、この下側の導電性トレースは、この上側の導電性トレースに対して、例えば列および行のようにして相対的に９０度だけ回転されている。しかし、他のパターンも考えられるので、本発明は、この点だけに限定されるものではないことを理解されたい。さらに、一実施形態においては、上側の導電性トレース３０４は、下側の導電性トレース３０６と同じパターンを有してはいない。しかし、製造上の理由のために、および／またはこれらの導電性トレースがこの基板層中のスリットおよび／またはカットアウトの配置を最小限しか妨害しないようにするために、あるいはこれらの両方のために、これらの２つの導電性トレース３０４、３０６が、同様なパターンを有することが望ましいこともある。さらに、絶縁層または誘電体層３０８は、これらの２層の基板層間の、少なくともこれらの導電性トレースが同様なパターンをたどる位置に配置することができる。
【００４０】
次に図１２および１３を参照して、次にこれらの上側の導電性トレースと下側の導電性トレースのパターンについて、説明することにする。図１２は、アセンブリに先立つ２層の基板層３００、３０２を並べて示している。これらの基板層は、独立した複数の部分であってもよく、あるいはその後に線４００に沿って切断され、または折り重ねられる１つの部分であってもよい。さらに伸縮可能な構造層（図示せず）が一方の側または両方の側の上のセンサに対して追加されて、このセンサの耐久性および形状順応性を助長することもできる。
【００４１】
上側の層３００上の導電性トレースパターンは、下側の層３０２上の導電性トレースパターンとは異なるが、これらの２層の基板層が一緒にアセンブリされるときに、図１３に示されるように、導電性トレース３０４、３０６は、これらの層が重ね合わされるときに一方の基板上の大部分の導電性トレース３０４が他の導電性トレース３０６とマッチングするように整列される。図１３に示されるように、複数のセンサエレメント６０を有するセンサ１８０は、これらの導電性トレース３０４、３０６が、センサエレメント６０を定義する位置に配置される感圧層の間にサンドイッチされるときに形成される。前述のように、これらの導電性トレースの構成は、これらの導電性トレースが、この基板層中のスリットおよび／またはカットアウトの配置を最小限にしか妨害しないので有利なこともある。さらに、これらのスリットの長さが、最大にされ、それによって最大のセンサエレメントの移動を実現することができるようになる。
【００４２】
図１２の実施形態に示されるように、上側の層３００上に、複数の導電性トレース３０４が配置され、各導電性トレース３０４は、拡大された区域（すなわち、センサエレメントパッド３０５）を含んでいる。この導電性トレースの主要部分（例えば、導電性ライン３０７）は、センサエレメントパッドの周囲にらせん状のパターンで少なくとも部分的に延在するように配置される。下側の層３０２上において、複数の導電性トレース３０６が配置され、各導電性トレース３０６はまた、拡大された区域（すなわち、センサエレメントパッド３０９）を含んでいる。この導電性トレースの主要部分（例えば、導電性ライン３１１）は、センサエレメントパッドの周囲にらせん状パターンで少なくとも部分的に延在するように配置される。
【００４３】
上側の層３００を参照すると、第１の導電性トレース３０４は、行３２０中に配置され、第１のらせん状パターンで、また第１の方向に延在する。第２の導電性トレースは、行３２２中に配置され、第２のらせん状パターンで、また第２の方向に延在する。これらの導電性トレース３０４は、これらの第１および第２の方向が、実質的に互いに反対になっている。例えば、この図１２の実施形態に示されるように、行３２０中の導電性トレースのパターンは、隣接した行３２２中の導電性トレースのパターンと比べて反対の方向に延在する。この図１２の実施形態中において、導電性トレース行３２０は、ミラーイメージ線３２４に関する行３２２のミラーイメージとして配置される。しかし、本発明はこの点だけに限定されるものではないので、この導電性トレースの他のパターンを使用することもできる。
【００４４】
このセンサエレメントがこの導電性トレース上で、例えばこのセンサエレメントパッド上で形成されるときには、行３２０中の導電性トレースは、センサエレメントパッド１．１に存在するはずの第１のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド１．１に存在するはずの第１のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在する。次いで行３２０中の導電性トレースは、センサエレメントパッド１．２に存在するはずの第２のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド１．２に存在するはずの第２のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在する。
【００４５】
逆に、行３２２中の導電性トレースは、この第１の行３２０中の導電性トレースとは逆の互い違いになっているパターンで延在する。行３２２中の導電性トレースは、センサエレメントパッド２．１に存在するはずの第１のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド２．１に存在するはずの第１のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在する。次いで行３２２中の導電性トレースは、センサエレメントパッド２．２に存在するはずの第２のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド２．２に存在するはずの第２のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在する。
【００４６】
図１２および１３に示される実施形態においては、この第２の（すなわち下側の）導電性トレース３０６のパターンは、この第１の（すなわち上側の）導電性トレース３０４のパターンとは異なっている。この下側の層に関しては、複数の導電性トレース３０６は、この基板層上に配置される。第１の導電性トレースは、列３４０中に配置され、第２の導電性トレースは、列３４２中に配置される。前述のように、各導電性トレースは、らせん状パターンで延在する。しかし、下側の導電性トレースと共に、各トレースのパターンは、実質的に同じである。すなわち、列３４０中の導電性トレースのパターンは、隣接した列３４２中の導電性トレースのパターンに比べて実質的に同じ方向に延在する。
【００４７】
センサエレメントが、この導電性トレース上で、例えばこのセンサエレメントパッド上で形成されるときに、列３４０中の導電性トレースは、センサエレメントパッド３．１に存在するはずの第１のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド３．１に存在するはずの第１のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在する。次いで列３４０中の導電性トレースの経路は、その経路の方向を互い違いにする鋭くとがったポイント３４４を形成し、センサエレメントパッド３．２に存在するはずの第２のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド３．２に存在するはずの第２のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在する。
【００４８】
同様にして、第２の列３４２中の導電性トレースは、第１の列３４０中の導電性トレースと実質的に同じパターンで延在する。列３４２中の導電性トレースは、センサエレメントパッド４．１に存在するはずの第１のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド４．１に存在するはずの第１のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在する。次いで第２の列３４２は、その経路の方向を互い違いにする鋭くとがったポイント３４４を形成し、センサエレメントパッド４．２に存在するはずの第２のセンサエレメントに電気的に結合され、このセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に反時計方向に延在し、次いでセンサエレメントパッド４．２に存在するはずの第２のセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的に時計方向に延在する。
【００４９】
この導電性トレースの他の互い違いのパターンを使用することもできるが、前述のパターンは、このセンサの形状順応性を伴って助けを行うことができる。この点では、複数のセンサエレメントの間の導電性トレース（および使用される場合にはこのスリット）の長さが最大にされ、それによって個別のセンサが、隣接したセンサとは実質的に独立に移動する助けが行われる。
【００５０】
他の実施形態においては、図１０の断面図に示されるように、導電性トレースが基板層３１０の各面上に配置された１つの基板層３１０しか存在してはいない。誘電体絶縁層がこのセンサ中に組み込まれて、これら２つの導電性トレースをさらに互いから分離することもできるが、この基板それ自体が、これらの導電性トレースを分離する機能を果たすこともできる。さらにこの実施形態においては、基板層３１０中のホールまたは開口部３１２により、コーティング７２を、この開口部に層状に積み重ねることができるようになり、またこれらの導電性トレースを接触させて、これらの２つの導電性トレースを電気的に接続することができるようにもなる。
【００５１】
このセンサが力センサとして構成されるときには、一実施形態において、アクリル結合剤中の二硫化炭素モリブデン（carbon-molybdenum disulfide）ベースのインクを含み、図１１に示される力対抵抗の特性を有する抵抗性インクを使用することができる。図１１において、この垂直軸は、このセンサエレメントにおける測定された抵抗を表している。この水平軸は、その抵抗が測定されているセンサエレメント上に直接に配置された３．１７５ｍｍ（１／８インチ）の直径の鋼球を用いてこのセンサエレメントに加えられた力をキログラムで表したものである。
【００５２】
抵抗性インクを調合し塗布する技術については、満足できるように開発されている。例えば１９８０年のＡｌｖｅｒｔ  Ｋａｓｏｌｏｆｆによるスクリーンプリンティング電子回路（Screen Printing Electronic Circuit）、および国立標準局（National Bureau of Standards）回報第５３０号（Circular No.530）、米国政府出版局（U.S. Government Printing Office）を参照されたい。図１１に示される特性を有する抵抗性インクは、市販の成分から調合することができる。例えば、以下の調合物は、ミシガン州ポートヒューロン（Port Huron）市のＡｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ  Ｃｏｍｐａｎｙからの製品、すなわち８０％の誘電体カタログ番号ＳＳ２４２１０、１０％のグラファイトカタログ番号４２３ＳＳ、１０％の二硫化モリブデンカタログ番号ＳＳ２４４７６を使用している。本発明と共に使用するのに適した他のインクは、マサチューセッツ州、ウォバーン市のＣｈｏｍｅｒｉｃｓ，Ｉｎｃ．の製品番号５５−０１−４４０２−００００と、カリフォルニア州、サンタバーバラ市のＩｎｔｅｒｌｉｎｋ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｍｐａｎｙの力センシング抵抗調合物とを含んでいる。本発明は、この点だけに限定されるものではないので、他の調合物を使用することもできることを理解されたい。この抵抗性インクは、できる限り薄い層として塗布することが有利であり、例えば１２．７μｍ（０．５ｍｉｌ）〜５０．８μｍ（２ｍｉｌ）の範囲が許容可能である。一実施形態においては、この感圧抵抗性インクは、このセンサエレメントの結果としての直径が約１ｃｍであるようにして塗布される。
【００５３】
一実施形態においては、このセンサは、回路内で動作し、各センサエレメントは、このセンサエレメントに加えられたパラメータの指示をもたらす、このコーティングの電気的変化を測定するために逐次的にスキャンされる。特定のセンサエレメントに加えられたパラメータが低い場合には、この抵抗は高い可能性があり、したがって電流はほとんど流れないことになる。しかし、このパラメータの値が増大するにつれて、このセンサエレメントを介しての抵抗は減少し、したがってこの電流フローは増大する。特定のセンサエレメントの物理位置に対するマッピングは、コンピュータまたは他の測定回路の使用を介して行われる。一実施形態においては、制御回路が提供され、この制御回路は、これらのセンサエレメントの感度を調整して、力、圧力、温度および／または振動などの異なる大きさのパラメータに対応するようにする。
【００５４】
一実施形態においては、このセンサは、表面にまたがったパラメータ分布を取得する必要があるどのような用途において使用されてもよい。とりわけ、このセンサは工作物の表面の形状に従うことが可能であるので、この表面の不規則性および／または曲げに関係なく、このパラメータの正確な分布を取得することができる。このセンサエレメントの（例えば、このセンサの平面に垂直に、またこのセンサの面内においても）移動することができる能力により、このセンサは、その形状および／または曲げの量に関係なしにこの工作物の形状にさらに良好に従うことができるようになる。
【００５５】
隣接したセンサエレメント間の間隔が狭くなればなるほど、このパラメータ分布を取得する際における分解能が、大きくなることを理解されたい。一実施形態においては、センサエレメント間の間隔は、約０．５ｍｍ程度にも小さくすることもできるが、適切な任意の間隔を使用することもできる。
【００５６】
各センサエレメントの位置で電流フローの変化を測定することにより、この加えられたパラメータ分布パターンを検出することができる。この測定されるパラメータ分布パターンは、データ取得解析システム（data acquisition and analysis system）に出力し、または例えばコンピュータ画面上に表示し、あるいはその両方を行って、これらの測定値を２−Ｄ表示または３−Ｄ表示で静的または動的に示すことができる。このパラメータ分布が感知された後に、これらの変化は、さらに記録し解析することができる。例えば、センサの前述の例示の実施形態のうちのどれでも、車椅子のためのシートクッション（seat cushion）のカスタムフィッティング（custom fitting）のための装置と組み合わせて使用することができる。この装置は、シートクッションをシミュレートして、このセンサを取り付けるプラットフォームと、このセンサと情報をやりとりし、このセンサからのデータを受け取るようになっているコントローラを含むことができる。
【００５７】
一実施形態において、このセンサは力センサとして構成され、このコントローラは、このセンサの個々のセンサエレメントの位置と一致する位置における力を計算する。この力データが決定された後に、このシートクッションは、これらの圧力ポイントの存在を最小限にするように設計することができ、それによってこの快適さを改善することができる。本発明は、この点だけに限定されるものではないので、このセンサを使用して、足、歯、手、機械構成要素、プレスのロール（rolls of a press）の接触力、合わせ部品の間などの接触力など、どのような表面の力データを検出することもできる。本発明のさらなる用途は、マットレス、シートバック、およびもっと一般的には任意のタイプの支持表面を含んでいる。
【００５８】
本発明の前述の説明は、単にそれについて例示することを意図しているにすぎないこと、ならびに本発明の他の実施形態、修正形態、および等価形態も本明細書に添付された特許請求の範囲に列挙された本発明の範囲内に含まれることを理解されたい。さらに、前述の各実施形態は、ある種の特徴を含んでいるが、本発明は、この点だけに限定されるものではない。したがって、本発明は特定の実施形態だけに限定されるものではないので、このセンサの１つまたは複数の前述の特徴または他の特徴、あるいは製造の方法は、単独で、または適切な任意の組合せの形で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来の力センサの一部分を示す図である。
【図２】本発明のセンサの一実施形態の一部分を示す図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態によるセンサの一部分を示す図である。
【図３Ｂ】周囲のセンサエレメントに対して相対的に自由に移動するセンサエレメントを示す斜視図である。
【図４】図３Ａのセンサの一代替実施形態を示す図である。
【図５】図３Ａのセンサの一代替実施形態を示す図である。
【図６】このセンサの他の実施形態の一部分を示す図である。
【図７】図６のセンサの一代替実施形態を示す図である。
【図８】アセンブリに先立つセンサを示す斜視図である。
【図９】本発明のセンサの一実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明のセンサの他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】抵抗性インク材料に加えられた圧力とその抵抗との関係を示すグラフである。
【図１２】アセンブリに先立つ導電性トレースの一部分を示す図である。
【図１３】センサを形成するためにアセンブルされる、図１２の導電性トレースを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年8月19日(2005.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
前記基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、
前記基板層上に配置され、各導電性トレースが、少なくとも１つのセンサエレメントに電気的に結合され、各導電性トレースが、間隔があけられ、前記少なくとも１つのセンサエレメントの周囲に少なくとも部分的にらせん状のパターンで延在する第１および第２の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）と
を備えるセンサ（５０、１８０）。
【請求項２】
基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
所望のパラメータを測定するための複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）であって、前記複数のセンサエレメントが、センサ平面を定義し、前記センサエレメントは、各センサエレメントが、前記センサ平面に対して垂直な方向に、前記センサ平面に垂直な方向に移動する隣接したセンサエレメントとは実質的に独立に移動するように、前記基板層に関して配列される、該複数の個別のセンサエレメントと、
を備える、表面の形状に従うようになっているセンサ（５０、１８０）。
【請求項３】
少なくとも１層の基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
センサ平面を定義する、前記基板層に関して動作可能に配列された複数の個別のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、
各センサエレメントが、少なくとも１つの各導電性トレースと直接に電気的に接触している前記センサエレメントを結合する複数の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）と、
前記基板層中に形成された複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）であって、前記スリットが隣接した各センサエレメントの間に配置され、前記スリットにより、センサエレメントが前記センサ平面に対して垂直に移動することができるようになっている該複数のスリットと、
を備える、所望のパラメータを測定するためのセンサ（５０、１８０）アレイ。
【請求項４】
互いに面する関係で配置された、第１および第２の、薄い柔軟な基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）と、
第１の導電性トレースと第２の導電性トレースとが互いに面している、前記第１の基板層上に形成された前記第１の複数の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）、および前記第２の基板層上に形成された前記第２の複数の導電性トレース（１９０、１９２、２２５’、２２９’、２３１’、３０４、３０６）と、
前記第１の基板層と前記第２の基板層との間に配置され、それぞれがらせん状パターンで前記センサエレメントから前記センサエレメントの周囲に延在する一部分を有する前記第１および第２の導電性トレースに電気的に接続された複数の個別の力センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）と、
前記第１および第２の基板層を介して形成された複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）であって、前記スリットにより、前記センサエレメントが移動することができるようになり、それによってセンサエレメントが隣接したセンサエレメントに対して相対的に移動することができるようになっている該複数のスリットと、
を備える、表面に加えられている力を測定するための力センサ（５０、１８０）。
【請求項５】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）は、センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が他のセンサエレメントに対して相対的に移動するように構成され配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項６】
センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が他のセンサエレメントに対して相対的に移動するように、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中に形成された複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）をさらに備える、請求項１または２のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項７】
前記複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）のうちの少なくとも一部分が、非直線経路（９４）に沿って形成される、請求項３、４または６のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項８】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中に形成される前記複数のスリット（９０、１１４、２２３、２３３）のうちの少なくとも１つが、前記基板層中に形成される第２のスリットと交差し、それによって交差スリット（９６）を形成する、請求項３、４、６または７のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項９】
前記交差スリット（９６）が、複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の間に配置され、前記交差スリットの前記スリットのうちの１つが１つのセンサエレメントの少なくとも一部分のまわりに延在する、請求項８に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１０】
スリット（９０、１１４、２２３、２３３）が、第１および第２の端点を有し、少なくとも１つの端点が、前記端点における応力を緩和するホール（１１６）を伴って形成され、それによって前記端点において前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）の裂ける可能性を減少させる、請求項３、４または６から９のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１１】
スリット（９０、１１４、２２３、２３３）が、第１および第２の端点を有し、少なくとも１つの端点は、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）が１つの端点で比較的高い応力を受ける場合に、前記基板層が前記裂け目の端部が前記スリット中へと終端して裂ける可能性があるようにフック形状（１２６）で形成される、請求項３、４、または６から１０のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１２】
センサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）が他のセンサエレメントに対して相対的に移動するように、前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中に形成された複数のカットアウト（１４０）をさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１３】
前記基板層（６１、７０、１１２、３００、３０２、３１０）中に形成される少なくとも１つのカットアウト（１４０）が、複数のセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の間に配置され、一般にダイアモンド形または西洋凧形（１４２）である、請求項１２に記載のセンサ（５０、１８０）。
【請求項１４】
前記一般にダイアモンド形または西洋凧形のカットアウト（１４２）が、１つのセンサエレメント（６０、６２、２３１、２３５、２２５）の少なくとも一部分のまわりに延在するテール部分（１４４）を含む、請求項１３に記載のセンサ（５０、１８０）。
【国際調査報告】
2007517216.tif 000017
2007517216.tif 000018