(57)【要約】【課題】簡易な構成で、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出可能なセンサシートを提供する。【解決手段】センサシートでは、感圧抵抗体でそれぞれ覆われた複数の第１電極１１と、感圧抵抗体でそれぞれ覆われた複数の第２電極２１とが、平面視において直交するように配置されている。また、硬質の材料で形成されたコア部材４０が、平面視において複数の第１電極１１と複数の第２電極２１とが重なる検知領域の４つに跨って配置されている。そして、１つのコア部材４０が跨るように配置された４つの検知領域に対応した接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値の変化に基づいて、センサシート１に外部から加えられた力ＦのＸ軸方向成分Ｆｘ、Ｙ軸方向成分Ｆｙ及びＺ軸方向成分Ｆｚがそれぞれ検出される。【選択図】図３
2008209384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第１電極と、
帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第１電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第１電極に近接する方向に変位可能である複数の第２電極と、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極との間の少なくとも平面視において前記第１電極と前記第２電極とが重なる検知領域に配置された複数の感圧抵抗体と、
前記複数の第２電極に対して前記複数の第１電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、
前記第１電極及び前記第２電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴とするセンサシート。
【請求項２】
帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第１電極と、
帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第１電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第１電極に近接する方向に変位可能である複数の第２電極と、
前記複数の第２電極に対して前記複数の第１電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記第１電極と前記第２電極とが重なる検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、
前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とは絶縁されており、
前記第１電極及び前記第２電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴とするセンサシート。
【請求項３】
前記複数の検知領域は平面視において直交する２つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された４つの検知領域であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサシート。
【請求項４】
前記コア部材の中心位置は平面視において前記４つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴とする請求項３に記載のセンサシート。
【請求項５】
前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記４つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサシート。
【請求項６】
前記コア部材は円柱部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサシート。
【請求項７】
前記複数の検知領域は平面視において直交する２つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された５つの検知領域であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサシート。
【請求項８】
前記コア部材の中心位置は平面視において前記５つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴とする請求項７に記載のセンサシート。
【請求項９】
前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記５つの検知領域のうちの外側の４つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴とする請求項７または８に記載のセンサシート。
【請求項１０】
前記コア部材は円柱部材であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のセンサシート。
【請求項１１】
前記複数の検知領域及び前記コア部材を含むユニットはマトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から加えられた力の分布を測定可能なセンサシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサシートとしては、感圧抵抗インクが縦方向に沿う帯状に印刷されたＰＥＴフィルムと、感圧抵抗インクが横方向（縦方向と直交する方向）に沿う帯状に印刷されたＰＥＴフィルムとが、それぞれに印刷された感圧抵抗インクが交差するように貼り合わされたものが知られている（特許文献１、２参照）。かかるセンサシートでは、外部から力が加えられた場合には、力が加えられた部分に対応する２枚のＰＥＴフィルム間の接触抵抗が変化する。従って、多数の感圧抵抗インクのラインに沿った接触抵抗の大きさの変化を検出することによって、外部から加えられた力（圧力）の分布を測定することができる。
【０００３】
しかしながら、上記のセンサシートでは、外部から加えられた力のうちのシートに垂直な方向に対応した成分の検出だけが可能であって、その他の方向に対応した成分を検出することはできない。つまり、センサシートに対して、斜め方向（垂直方向でない方向）の力が加えられた場合でも、その斜め方向の力の当該シートに垂直な方向成分の大きさの力が加えられた場合と同様の力の分布しか得られない。そのため、外部から加えられる力の分布の詳細な解析を行うことができない。
【０００４】
そこで、本願出願人は、外部から加えられる力の互いに異なる複数方向に対応した成分の検出が可能なセンサシートを提案した（特許文献３参照）。かかるセンサシートは、マトリックス状に配置された多数のセンサセルを有しており、各センサセルは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した複数の電極を有している。そして、外部から力が加えられた場合には、各方向に対応した電極間に配置された感圧抵抗インクの接触抵抗値が変化するので、この抵抗値の変化を検出することによって、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分を検出することができる。
【特許文献１】米国特許第４，７３４，０３４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８５６，９９３号明細書
【特許文献３】特開２００４−１１７０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のセンサシートでは、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分を検出することは可能となるが、以下のような種々の問題が発生する。まず、各センサセルが互いに異なる複数の方向に対応した多数の電極を有しているので、センサシートの小型化が難しいと共に、特に多数のセンサセルが近接するように配置した場合には、多数の電極の全てからリード線を引き出すことは非常に困難である。また、各センサセルの構成が複雑であり、センサセルの密度を高める場合の効率が非常に悪い。さらに、各センサセルで検出した圧力をその大きさに比例した電圧に変換する場合に、全ての接触抵抗に対して１：１の比率で抵抗を電圧に変換するＲ／Ｖ変換回路が必要となり、変換回路が大がかりなものとなる。
【０００６】
なお、このような問題は、電極間の感圧抵抗インクの接触抵抗値の変化に基づいて力が検出されるセンサシートだけでなく、電極間の容量素子の静電容量値の変化に基づいて力が検出されるセンサシートにおいても発生する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易な構成で、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出可能なセンサシートを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明のセンサシートは、帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第１電極と、帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第１電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第１電極に近接する方向に変位可能である複数の第２電極と、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極との間の少なくとも平面視において前記第１電極と前記第２電極とが重なる検知領域に配置された複数の感圧抵抗体と、前記複数の第２電極に対して前記複数の第１電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、前記第１電極及び前記第２電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の接触抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴としている。
【０００９】
本発明のセンサシートは、帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第１電極と、帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第１電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第１電極に近接する方向に変位可能である複数の第２電極と、前記複数の第２電極に対して前記複数の第１電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記第１電極と前記第２電極とが重なる検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とは絶縁されており、前記第１電極及び前記第２電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴としている。
【００１０】
この構成によると、比較的少ない数の第１電極及び第２電極を配置するだけで、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出できる。そのため、センサシートの構成を簡略化できると共に、各電極からのリード線の引き出しが容易になる。従って、煩雑な製造工程を経ることなく、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出可能なセンサシートを得ることができる。
【００１１】
本発明のセンサシートにおいては、前記複数の検知領域は平面視において直交する２つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された４つの検知領域であることを特徴としていてもよい。
【００１２】
この構成によると、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分が、４つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて検出されるので、各成分を検出するための演算が簡略化される。
【００１３】
本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の中心位置は平面視において前記４つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴としていてもよい。
【００１４】
この構成によると、平面視においてコア部材の中心位置と４つの検知領域の中心位置とが一致しているため、センサシートに外部から加えられた力を精度よく検出することが可能となる。
【００１５】
本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記４つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴としていてもよい。
【００１６】
この構成によると、第２電極がコア部材の下面において外部から加えられた力が集中するエッジ部により押圧されることで第１電極に近づく方向に移動するので、外部から加えられた力を検出する感度がよくなる。
【００１７】
本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材は円柱部材であることを特徴としていてもよい。
【００１８】
この構成によると、コア部材が外部からの力によってどの方向にも同様に移動または傾斜することができるので、力検出において方向性が生じるのを抑制することができる。
【００１９】
本発明のセンサシートにおいては、前記複数の検知領域は平面視において直交する２つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された５つの検知領域であることを特徴としていてもよい。
【００２０】
この構成によると、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分が、５つの検知領域に対応した接触抵抗値の変化に基づいて検出されるので、各成分を検出するための演算が簡略化される。
【００２１】
本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の中心位置は平面視において前記５つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴とする請求項６に記載のセンサシート。
【００２２】
この構成によると、平面視においてコア部材の中心位置と５つの検知領域の中心位置とが一致しているため、センサシートに外部から加えられた力を精度よく検出することが可能となる。
【００２３】
本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記５つの検知領域のうちの外側の４つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴としていてもよい。
【００２４】
この構成によると、第２電極がコア部材の下面において外部から加えられた力が集中するエッジ部により押圧されることで第１電極に近づく方向に移動するので、外部から加えられた力を検出する感度がよくなる。
【００２５】
本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材は円柱部材であることを特徴としていてもよい。
【００２６】
この構成によると、コア部材が外部からの力によってどの方向にも同様に移動または傾斜することができるので、力検出において方向性が生じるのを抑制することができる。
【００２７】
本発明のセンサシートにおいては、前記複数の検知領域及び前記コア部材を含むユニットはマトリックス状に配置されていることを特徴としていてもよい。
【００２８】
この構成によると、センサシート上には、複数の検知領域及びコア部材を含むユニットが均一に配置されるので、センサシートに外部から加えられた力の分布を検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサシートの部分的な外観斜視図である。図２は、図１のセンサシートの概略構成を示す模式図である。図３は、センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。図４は、外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。
【００３０】
センサシート１は、図１及び図２に示すように、複数の帯状の第１電極１１が配置された基板１０と、複数の帯状の第２電極２１が配置され且つ基板１０に貼り合わされた基板２０と、基板２０の上方に配置された支持部材３０及び複数の円柱形状のコア部材４０と、外部から加えられる力を受ける平坦な（凹凸のない）カバー層３１とを有している。そして、基板１０の上面に形成された複数の第１電極１１は感圧抵抗体１２でそれぞれ覆われており、基板２０の下面に形成された複数の第２電極２１は感圧抵抗体２２でそれぞれ覆われている。
【００３１】
ここで、複数の第１電極１１は、基板１０の上面において、互いに離隔し絶縁されるように配置されている。また同様に、複数の第２電極２１は、基板２０の下面において、互いに離隔し絶縁されるように配置されている。そして、基板１０と基板２０とは、第１電極１１と第２電極２１とが対向し、且つ、両者が平面視において直交するように貼り合わされている。
【００３２】
なお、基板１０及び基板２０としては、例えばＰＥＴやポリミイドなどの柔軟な材料で形成されている。第１電極及び第２電極としては、例えば銀、アルミ、銅、カーボンなどの導電性部材が用いられ、感圧抵抗体としては、例えば感圧導電性インク、感圧導電性ゴムが用いられる。また、支持部材３０及びカバー層３１としては、例えばシリコンゴム、ウレタンゴム、スポンジなどの柔軟性部材が用いられている。コア部材４０は、支持部材３０及びカバー層３１よりも硬い材質から形成されている。そして、感圧抵抗体１２、２２の成分や、支持部材３０及びカバー層３１の材質、硬度及び厚さなどを変更することによって、センサシート１の感度を調整することができる。また、支持部材３０とカバー層３１とは一体の部材であってもよい。
【００３３】
センサシート１では、平面視において第１電極１１と第２電極２１とが重なる部分が検知領域となる。そして、第１電極１１には、それぞれ１本のリード線が接続されており、そのリード線から共通の駆動電圧が加えられる。一方、第２電極２１には、それぞれ１本のリード線が接続されており、ＯＰアンプの入力端子に接続されている。従って、ある１つの第１電極１１上に配置された複数の検知領域は駆動電極側の共通電極となり、各検知領域に対応した第２電極２１はそれぞれ独立したＯＰアンプに接続されていることから、第１電極１１及び第２電極２１の複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の接触抵抗値が検出される。
【００３４】
ここで、センサシート１では、図３に示すように、４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４及びそれに対応したコア部材４０を含む構成が１つの基本ユニット２として機能する。なお、センサシート１では、複数の基本ユニット２がマトリックス状に配置されている。ここで、平面視において第１電極１１に沿う方向のＸ軸、第２電極２１に沿う方向のＹ軸、基板１０に垂直な方向のＺ軸を定義すると、４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、平面視において直交するＸ，Ｙ軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。
【００３５】
また、４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に対応したコア部材４０は、図３に示すように、４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に跨って配置されている。そして、コア部材４０の中心位置は、平面視において４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の中心位置と一致している。また、コア部材４０の端部の少なくとも一部は、平面視において４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の全ての内側に位置している。
【００３６】
従って、センサシート１に外部から力が加えられた場合には、各基本ユニット２に含まれる４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のそれぞれに対応した第１電極１１と第２電極２１間の接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値の変化に基づいて、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分が検出される。
【００３７】
以下、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分の検出方法について具体的に説明する。ここで、４つの検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のそれぞれに対応した接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値は、外部からの力の大きさに反比例した電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４に変換されるとする。
【００３８】
例えば、図４に示すように、Ｘ軸正方向の力ＦｘすなわちＸ軸正方向に偏った力Ｆｘがカバー層３１に作用すると、検知領域Ｄ２、Ｄ４に対応した部分に大きな力が加わるので、力Ｆｘの大きさに応じて、接触抵抗Ｒ２、Ｒ４の抵抗値は小さくなり、電圧Ｖ２、Ｖ４の値は大きくなる。このとき、検知領域Ｄ１、Ｄ３に対応した部分にほとんど力が加わらないので、接触抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値はほとんど変化せず、電圧Ｖ１、Ｖ３の値はほとんど変化しない。
【００３９】
また同様に、Ｙ軸正方向の力ＦｙすなわちＹ軸正方向に偏った力Ｆｙがカバー層３１に作用すると、検知領域Ｄ３、Ｄ４に対応した部分に大きな力が加わるので、力Ｆｙの大きさに応じて、接触抵抗Ｒ３、Ｒ４の抵抗値は小さくなり、電圧Ｖ３、Ｖ４の値は大きくなる。
【００４０】
また、Ｚ軸正方向の力Ｆｚがカバー層３１に作用すると、検知領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４に対応した部分に均一な力が加わるので、力Ｆｚの大きさに応じて、接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値はいずれも小さくなり、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の値はいずれも大きくなる。
【００４１】
以上の結果を、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４との関係を表にまとめると、以下のようになる。
【表１】
2008209384.tif 000003
ここで、上記の表において記号「＋」は、センサシート１に外部から力が作用していないときを基準として各電圧値が増加したことを示し、無記号は各電圧値がほとんど変化しないことを示している。
【００４２】
これらの特徴を利用すると、カバー層３１に作用した力ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を用いて、以下の式で表される。
Ｆｘ＝（Ｖ２＋Ｖ４）−（Ｖｌ＋Ｖ３）
Ｆｙ＝（Ｖ３＋Ｖ４）−（Ｖｌ＋Ｖ２）
Ｆｚ＝Ｖｌ＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４
【００４３】
以上説明したように、本実施の形態に係るセンサシート１においては、１つのコア部材４０が跨るように配置された４つの検知領域に対応した接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値に基づいて導出された電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を用いて、センサシート１に外部から加えられた力ＦのＸ軸方向成分Ｆｘ、Ｙ軸方向成分Ｆｙ及びＺ軸方向成分Ｆｚをそれぞれ検出することができる。
【００４４】
なお、力ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、接触抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の値を直接検出し、上記の式と同様の演算を行うことによっても導出することも可能である。また、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４の値をマイクロコンピュータなどのＡＤ変換器などを用いて、一旦、デジタル値に変換した後で、上記の式と同様の演算を行うことによっても導出することも可能である。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるセンサシート１０１について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。
【００４６】
本実施の形態のセンサシート１０１の構成が第１の実施の形態のセンサシート１の構成と大きく異なる点は、センサシート１では、平面視において第１電極１１に沿う方向のＸ軸、第２電極２１に沿う方向のＹ軸、基板１０に垂直な方向のＺ軸を定義したのに対し、センサシート１０１では、Ｘ軸及びＹ軸を第１電極１１及び第２電極２２と交差するように定義した点である。なお、センサシート１０１の他の構成はセンサシート１と同様であるので同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。
【００４７】
センサシート１０１では、平面視において第１電極１１に沿う方向から時計回りに４５度の方向のＸ軸、第２電極２１に沿う方向から時計回りに４５度の方向のＹ軸、基板１０に垂直な方向のＺ軸を定義すると、４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４は、平面視において直交するＸ，Ｙ軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。
【００４８】
また、４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４に対応したコア部材４０は、図５に示すように、４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４に跨って配置されている。そして、コア部材４０の中心位置は、平面視において４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４の中心位置と一致している。また、コア部材４０の端部の一部は、平面視において４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４の全ての内側に位置している。
【００４９】
従って、センサシート１０１に外部から力が加えられた場合には、４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４のそれぞれに対応した第１電極１１と第２電極２１間の接触抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３、R１０４の変化に基づいて、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分が検出される。
【００５０】
ここで、４つの検知領域Ｄ１０１、Ｄ１０２、Ｄ１０３、Ｄ１０４のそれぞれに対応した接触抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３、Ｒ１０４は、外部からの力の大きさに反比例した電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２、Ｖ１０３、Ｖ１０４に変換されるとすると、カバー層３１に作用した力ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２、Ｖ１０３、Ｖ１０４を用いて、以下の式で表される。
Ｆｘ＝Ｖｌ０１―Ｖ１０３
Ｆｙ＝Ｖ１０２―Ｖ１０４
Ｆｚ＝Ｖｌ０１＋Ｖ１０２＋Ｖ１０３＋Ｖ１０４
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態のセンサシート１０１では、第１の実施の形態と同様に、１つのコア部材４０が跨るように配置された４つの検知領域に対応した接触抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３、Ｒ１０４の抵抗値に基づいて導出された電圧Ｖ１０１、Ｖ１０２、Ｖ１０３、Ｖ１０４を用いて、センサシート１０１に外部から加えられた力ＦのＸ軸方向成分Ｆｘ、Ｙ軸方向成分Ｆｙ及びＺ軸方向成分Ｆｚをそれぞれ検出することができる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施の形態にかかるセンサシート２０１について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。
【００５３】
本実施の形態のセンサシート２０１の構成が第１の実施の形態のセンサシート１の構成と大きく異なる点は、センサシート１では、４つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分が検出されるのに対し、センサシート２０１では、５つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分が検出される点である。なお、センサシート２０１の他の構成はセンサシート１と同様であるので同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。
【００５４】
ここで、センサシート２０１では、５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５及びそれに対応したコア部材２４０を含む構成が１つの基本ユニットとして機能する。ここで、平面視において第１電極１１に沿う方向のＸ軸、第２電極２１に沿う方向のＹ軸、基板１０に垂直な方向のＺ軸を定義すると、５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５は、平面視において直交するＸ，Ｙ軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。なお、本実施の形態では、コア部材２４０は、５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５の他に、４つの検知領域Ｄ２００に跨るように配置されているが、４つの検知領域Ｄ２００に対応した接触抵抗の抵抗値の変化は力の検出には利用されない。
【００５５】
また、５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５に対応したコア部材１４０は、図６に示すように、５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５に跨って配置されている。そして、コア部材１４０の中心位置は、平面視において５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５の中心位置と一致している。また、コア部材１４０の端部の一部は、平面視において５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５のうちの外側の４つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４の全ての内側に位置している。
【００５６】
従って、センサシート２０１に外部から力が加えられた場合には、各基本ユニットに含まれる５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５のそれぞれに対応した第１電極１１と第２電極２１間の接触抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３、R２０４、Ｒ２０５の変化に基づいて、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分が検出される。
【００５７】
ここで、５つの検知領域Ｄ２０１、Ｄ２０２、Ｄ２０３、Ｄ２０４、Ｄ２０５のそれぞれに対応した接触抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３、Ｒ２０４、Ｒ２０５は、外部からの力の大きさに反比例した電圧Ｖ２０１、Ｖ２０２、Ｖ２０３、Ｖ２０４、Ｖ２０５に変換されるとすると、カバー層３１に作用した力ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、電圧Ｖ２０１、Ｖ２０２、Ｖ２０３、Ｖ２０４、Ｖ２０５を用いて、以下の式で表される。
Ｆｘ＝Ｖ２０１―Ｖ２０３
Ｆｙ＝Ｖ２０２―Ｖ２０４
Ｆｚ＝Ｖ２０５
（または、Ｆｚ＝Ｖ２０１＋Ｖ２０２＋Ｖ２０３＋Ｖ２０４）
（または、Ｆｚ＝Ｖ２０１＋Ｖ２０２＋Ｖ２０３＋Ｖ２０４＋Ｖ２０５）
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態のセンサシート２０１では、第１の実施の形態と同様に、１つのコア部材２４０が跨るように配置された５つの検知領域に対応した接触抵抗Ｒ２０１、Ｒ２０２、Ｒ２０３、Ｒ２０４、Ｒ２０５の抵抗値に基づいて導出された電圧Ｖ２０１、Ｖ２０２、Ｖ２０３、Ｖ２０４、Ｖ２０５を用いて、センサシート２０１に外部から加えられた力ＦのＸ軸方向成分Ｆｘ、Ｙ軸方向成分Ｆｙ及びＺ軸方向成分Ｆｚをそれぞれ検出することができる。
【００５９】
次に、本発明の第４の実施の形態にかかるセンサシート３０１について、図面を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施の形態に係るセンサシートの概略構成を示す模式図である。図８は、センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。図９は、外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。
【００６０】
本実施の形態のセンサシート３０１の構成が第１の実施の形態のセンサシート１の構成と大きく異なる点は、センサシート１では、検知領域に対応した電極間の感圧抵抗体の抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出されるのに対し、センサシート３０１では、検知領域に対応した電極間の容量素子の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出される点である。なお、センサシート３０１の他の構成はセンサシート１と同様であるので同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。
【００６１】
センサシート３０１は、図７に示すように、複数の帯状の第１電極１１が配置された基板１０と、複数の帯状の第２電極２１が配置され且つ基板１０に貼り合わされた基板２０と、基板２０の上方に配置された支持部材３０及び複数の円柱形状のコア部材４０と、外部から加えられる力を受ける平坦な（凹凸のない）カバー層３１とを有している。そして、基板１０の上面に形成された複数の第１電極１１と、基板２０の下面に形成された複数の第２電極２１との間には、全ての検知領域に関して、シリコンゴム、スポンジ、布、不織布などの柔らかい絶縁性の誘電体である絶縁部材３１２が配置されている。
【００６２】
センサシート３０１では、平面視において第１電極１１と第２電極２１とが重なる部分が検知領域となる。そして、第１電極１１には、それぞれ１本のリード線が接続されており、そのリード線から共通の駆動電圧が加えられる。一方、第２電極２１には、それぞれ１本のリード線が接続されており、図示しないＣＶ変換回路に接続されている。従って、ある１つの第１電極１１上に配置された複数の検知領域は駆動電極側の共通電極となり、各検知領域に対応した第２電極２１はそれぞれ独立したＣＶ変換回路に接続されていることから、第１電極１１及び第２電極２１の複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の静電容量値がＣＶ変換回路により電圧値として検出される。
【００６３】
ここで、センサシート３０１では、図８に示すように、４つの検知領域Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｄ３０３、Ｄ３０４及びそれに対応したコア部材４０を含む構成が１つの基本ユニット３０２として機能する。なお、センサシート３０１では、複数の基本ユニット３０２がマトリックス状に配置されている。ここで、平面視において第１電極１１に沿う方向のＸ軸、第２電極２１に沿う方向のＹ軸、基板１０に垂直な方向のＺ軸を定義すると、４つの検知領域Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｄ３０３、Ｄ３０４は、平面視において直交するＸ，Ｙ軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。
【００６４】
従って、センサシート３０１に外部から力が加えられた場合には、各基本ユニット３０２に含まれる４つの検知領域Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｄ３０３、Ｄ３０４のそれぞれに対応した第１電極１１と第２電極２１間の容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の静電容量値の変化に基づいて、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分が検出される。
【００６５】
以下、外部から加えられた力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分の検出方法について具体的に説明する。ここで、４つの検知領域Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｄ３０３、Ｄ３０４のそれぞれに対応した容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の静電容量値は、外部からの力の大きさに比例した電圧Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３０３、Ｖ３０４に変換されるとする。
【００６６】
例えば、図９に示すように、Ｘ軸正方向の力ＦｘすなわちＸ軸正方向に偏った力Ｆｘがカバー層３１に作用すると、検知領域Ｄ３０２、Ｄ３０４に対応した部分に大きな力が加わるので、力Ｆｘの大きさに応じて、容量素子Ｃ２、Ｃ４の静電容量値は大きくなり、電圧Ｖ３０２、Ｖ３０４の値は大きくなる。このとき、検知領域Ｄ３０１、Ｄ３０３に対応した部分にほとんど力が加わらないので、容量素子Ｃ１、Ｃ３の静電容量値はほとんど変化せず、電圧Ｖ３０１、Ｖ３０３の値はほとんど変化しない。
【００６７】
また同様に、Ｙ軸正方向の力ＦｙすなわちＹ軸正方向に偏った力Ｆｙがカバー層３１に作用すると、検知領域Ｄ３０３、Ｄ３０４に対応した部分に大きな力が加わるので、力Ｆｙの大きさに応じて、容量素子Ｃ３、Ｃ４の静電容量値は大きくなり、電圧Ｖ３０３、Ｖ３０４の値は大きくなる。
【００６８】
また、Ｚ軸正方向の力Ｆｚがカバー層３１に作用すると、検知領域Ｄ３０１、Ｄ３０２、Ｄ３０３、Ｄ３０４に対応した部分に均一な力が加わるので、力Ｆｚの大きさに応じて、容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の静電容量値はいずれも大きくなり、電圧Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３０３、Ｖ３０４の値はいずれも大きくなる。
【００６９】
以上の結果を、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと電圧Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３０３、Ｖ３０４との関係を表にまとめると、以下のようになる。
【表２】
2008209384.tif 000004
ここで、上記の表において記号「＋」は、センサシート１に外部から力が作用していないときを基準として各電圧値が増加したことを示し、無記号は各電圧値がほとんど変化しないことを示している。
【００７０】
これらの特徴を利用すると、カバー層３１に作用した力ＦのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対応した成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、電圧Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３０３、Ｖ３０４を用いて、以下の式で表される。
Ｆｘ＝（Ｖ３０２＋Ｖ３０４）−（Ｖ３０ｌ＋Ｖ３０３）
Ｆｙ＝（Ｖ３０３＋Ｖ３０４）−（Ｖ３０ｌ＋Ｖ３０２）
Ｆｚ＝Ｖ３０ｌ＋Ｖ３０２＋Ｖ３０３＋Ｖ３０４
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態に係るセンサシート３０１においては、１つのコア部材４０が跨るように配置された４つの検知領域に対応した容量素子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の静電容量値に基づいて導出された電圧Ｖ３０１、Ｖ３０２、Ｖ３０３、Ｖ３０４を用いて、センサシート３０１に外部から加えられた力ＦのＸ軸方向成分Ｆｘ、Ｙ軸方向成分Ｆｙ及びＺ軸方向成分Ｆｚをそれぞれ検出することができる。
【００７２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の第１及び第２の実施の形態では、４つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出され、第３の実施の形態では、５つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されているが、複数の検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されるものであればよい。従って、２、３または６以上の検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されるものでもよい。
【００７３】
また、上述の第４の実施の形態では、４つの検知領域が第１の実施の形態と同様に配置されているが、４つの検知領域が第２の実施の形態と同様に配置されていてもよいし、５つの検知領域が第３の実施の形態と同様に配置されていてもよい。つまり、検知領域に対応した電極間の容量素子の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出される場合も、検知領域に対応した電極間の感圧抵抗体の抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出される場合と同様に、複数の検知領域に対応した静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されるものであればよい。また、上述の第４の実施の形態では、基板１０と基板２０との間に配置される絶縁部材３１２は、全ての検知領域に対応した部分及び検知領域に対応しない部分の全領域にわたって配置されているが、基板１０と基板２０との間に配置される絶縁部材は、検知領域に対応しない部分だけにスペーサとして配置され、基板１０と基板２０との間の検知領域に対応した部分は空隙になっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセンサシートの部分的な外観斜視図である。
【図２】図１のセンサシートの概略構成を示す模式図である。
【図３】センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。
【図４】外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るセンサシートの概略構成を示す模式図である。
【図８】センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。
【図９】外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１、１０１、２０１、３０１  センサシート
２、３０２  基本ユニット
１０  基板
１１  第１電極
１２  感圧抵抗体
２０  基板
２１  第２電極
２２  感圧抵抗体
３０  支持部材
３１  カバー層
４０、２４０  コア部材
３１２  絶縁部材
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１０１〜Ｄ１０４、Ｄ２０１〜Ｄ２０５、Ｄ３０１〜Ｄ３０４  検知領域
【図１】
2008209384.tif 000005
【図２】
2008209384.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008209384.tif 000011
【図８】
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【図９】
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