(57)【要約】【課題】力検知の精度の高いセンサシートを提供する。【解決手段】センサシート１は、第１シート部材と、その下面に貼り合わされた第２シート部材１１とを有している。第１シート部材と第２シート部材１１との間において、各感圧点に対応した位置には、発光用ファイバ１３の端部１３ａと、受光用ファイバ１４の一端部１４ａと、スペーサ１５ａ、１５ｂとが配置されている。そして、第１シート部材と第２シート部材１１との間であって、発光用ファイバ１３の端部１３ａ及び受光用ファイバ１４の一端部１４ａの周囲には、空洞１６が形成される。空洞１６の形状は、外部からの力が作用しない場合には、スペーサ１５ａ、１５ｂによってほぼ所定形状に維持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの力が作用する感圧点を有する第１シート部材と、
前記第１シート部材に貼り合わされた第２シート部材と、
前記第１シート部材と前記第２シート部材との間において前記感圧点に対応した位置に配置され且つ光源からの光を出射する端部を有する発光用ファイバと、
前記発光用ファイバの端部に近接した位置に配置され且つ前記発光用ファイバの端部から出射された光を受光する一端部を有する受光用ファイバと、
前記第１シート部材と前記第２シート部材との間において前記発光用ファイバの
端部及び前記受光用ファイバの一端部の周囲に配置されたスペーサと、
前記受光用ファイバの他端部での輝度変化に基づいて前記感圧点に加えられた力を検知する力検知手段とを備えていることを特徴とするセンサシート。
【請求項２】
前記発光用ファイバ及び前記受光用ファイバは、隣接した状態で互いに平行に配置されており、
前記スペーサは、前記発光用ファイバ及び前記受光用ファイバの長手方向に沿った線の両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサシート。
【請求項３】
前記スペーサは、前記発光用ファイバ及び前記受光用ファイバの長手方向に沿った線に対して線対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２に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、光ファイバを用いたセンサシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサシートには、連続気泡体を有するウレタンフォーム材などの発泡体の内部に配置された光ファイバを備えたものがある。このセンサシートでは、発泡体の内部に出射された光の連続気泡体における錯乱状態が変化することを利用して、外部から作用した力の検知が行われる。従って、このセンサシートでは、光の錯乱領域の役割は発泡体の内部の連続気泡体が担っている。そして、発泡体の内部の連続気泡体が光の錯乱領域としての機能を果たすためには、発泡体はある程度の厚さ（例えば１ｍｍ以上）が必要であり、薄型のセンサシートを提供することは困難である。
【０００３】
また、光の錯乱領域の役割は、発泡体の内部の連続気泡体の他に、発泡体の外部に形成されたスペースが担い得ることも知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００２―５０７２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、上記のスペースを利用することを考慮すると、図５に示すように、通気性のない２枚の薄い第１シート部材２０と第２シート部材２１とを貼り合わせ、その間に発光用ファイバ２３及び受光用ファイバ２４を配置したセンサシートが考えられる。このセンサシートでは、第１シート部材２０と第２シート部材２１との間において、発光用ファイバ２３の端部及び受光用ファイバ２４の端部の周囲に形成された空洞２６が光の錯乱領域の役割を担うことになる。このように、第１シート部材２０と第２シート部材２１との間に空洞２６を形成することで、光ファイバを用いた薄型のセンサシートを提供することが可能となる。
【０００５】
上記のセンサシートでは、外部からの力が作用した場合には、その力によって押しつぶされることで、空洞２６の体積は小さくなる。その後、外部からの力が作用しなくなると、空洞２６はすぐに元の状態に戻るのが好ましい。しかしながら、外部からの力が作用しなくなった後も、空洞２６が押しつぶされた状態に維持され、空洞２６が元の状態に戻らず、残存クリープやヒステリシスの影響が大きくなることで、力検知の精度が低下するという問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、力検知の精度の高い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】
【０００７】
本発明のセンサシートは、外部からの力が作用する感圧点を有する第１シート部材と、前記第１シート部材に貼り合わされた第２シート部材と、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間において前記感圧点に対応した位置に配置され且つ光源からの光を出射する端部を有する発光用ファイバと、前記発光用ファイバの端部に近接した位置に配置され且つ前記発光用ファイバの端部から出射された光を受光する一端部を有する受光用ファイバと、前記第１シート部材と前記第２シート部材との間において前記発光用ファイバの端部及び前記受光用ファイバの一端部の周囲に配置されたスペーサと、前記受光用ファイバの他端部での輝度変化に基づいて前記感圧点に加えられた力を検知する力検知手段とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
この構成によると、２枚のシート部材の間において発光用ファイバの端部及び受光用ファイバの一端部の周囲にスペーサを配置することによって、２枚のシート部材の間に空洞が形成される。そして、本発明のセンサシートでは、２枚のシート部材の間に形成される空洞はスペーサによってほぼ所定形状に維持される。そのため、外部からの力が作用した場合には空洞の体積は小さくなり、その後、外部からの力が作用しなくなると、空洞はすぐに元の状態に戻る。従って、力検知の精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明のセンサシートにおいては、前記発光用ファイバ及び前記受光用ファイバは隣接した状態で互いに平行に配置されており、前記スペーサは前記発光用ファイバ及び前記受光用ファイバの長手方向に沿った線の両側に配置されてもよい。
【００１０】
この構成によると、スペーサが発光用ファイバ及び受光用ファイバの長手方向に沿った線の両側に配置されているので、スペーサが片側に配置されている場合に比べて、外部からの力が作用しなくなった場合に、空洞が元の状態に戻り易い。従って、力検知の精度をより向上させることができる。
【００１１】
本発明のセンサシートにおいては、前記スペーサは前記発光用ファイバ及び前記受光用ファイバの長手方向に沿った線に対して線対称に配置されてもよい。
【００１２】
この構成によると、外部からの力が作用しない状態において、２枚のシート部材の間に形成される空洞をほぼ所定形状に維持し易いので、力検知の精度をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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のセンサシートの構成を示す上面図である。図３は、図１のセンサシートの構成を示す断面図である。図４は、図１のセンサシートに外部からの力が作用した状態を示す図である。なお、図２では、第１シート部材１０の図示は省略する。
【００１４】
センサシート１は、図１に示すように、第１シート部材１０と、第１シート部材の下面に貼り合わされた第２シート部材１１とを有し、第１シート部材１０の表面上には複数の感圧点１２となる部分を有している。そして、第１シート部材１０と第２シート部材１１との間には、各感圧点１２ごとに、図２に示すように、発光用ファイバ１３と、受光用ファイバ１４と、発光用ファイバ１３の一端部１３ａ及び受光用ファイバ１４の一端部１４ａの周囲に配置された２つのスペーサ１５ａ、１５ｂとを有している。そして、発光用ファイバ１３の他端部１３ｂと受光用ファイバ１４の他端部１４ｂとは、制御ユニット２に接続されている。
【００１５】
なお、第１シート部材１０及び第２シート部材１１は、薄くて丈夫な弾性材料であって通気性のない材料、例えばラテックスシートなどが用いられる。また、色は、光を反射するもの、例えば白色、銀色、黄色などが好ましい。
【００１６】
発光用ファイバ１３の端部１３ａは、各感圧点１２ごとに対応した位置に配置されている。また、受光用ファイバ１４の一端部１４ａは、発光用ファイバの端部１３ａに近接した位置に配置されている。そして、発光用ファイバ１３の端部１３ａは、光源１７からの光を出射し、一方、受光用ファイバ１４の一端部１４ａは、発光用ファイバ１３の端部１３ａから出射された光を受光する。また、発光用ファイバ１３と受光用ファイバ１４は、隣接した状態で互いに平行に配置されている。
【００１７】
そして、２つのスペーサ１５ａ、１５ｂは、発光用ファイバ１３の端部１３ａ及び受光用ファイバ１４の一端部１４ａの周囲において、それらの長手方向に沿った線に対して線対称に配置されている。本実施の形態では、スペーサ１５ａ、１５ｂは、略直方体形状を有しているが、これに限らず、それらの形状は変更できる。また、スペーサ１５ａ、１５ｂの厚さは、発光用ファイバ１３及び受光用ファイバ１４の直径とほぼ同じであることが好ましい。さらに、スペーサ１５ａ、１５ｂの材質は、ある程度の硬度性を有するものが好ましく、例えばプラスチックなどが挙げられる。また、色は、透明または光を反射するようなもの、例えば白色、銀色、黄色などが好ましい。以上の条件を考慮し、スペーサ１５ａ、１５ｂとして、例えば発光用ファイバ１３または受光用ファイバ１４と同様のファイバを短く切ったものなどを用いることができる。
【００１８】
また、上述したように、スペーサ１５ａ、１５ｂが配置されることで、第１シート部材１０と第２シート部材１１との間であって、発光用ファイバ１３の一端部１３ａ及び受光用ファイバ１４の一端部１４ａの周囲には、空洞１６が形成される。空洞１６は、外部からの力が作用していない状態では略直方体形状を有している。そして、空洞１６は、第１シート部材の感圧点１２に対応した位置に配置されており、外部からの力によって空洞１６の形状が変化する。なお、空洞１６の形状は、略直方体形状に限らず、その形状は変更できる。
【００１９】
制御ユニット２は、光源１７と、力検知部１８とを有している。光源１７は、発光用ファイバ１３の他端部１３ｂに光線を出射する。力検知部１８は、受光用ファイバ１４の他端部１４ｂでの輝度変化に基づいて、感圧点１２に外部から作用した力を検知する。
【００２０】
つまり、センサシート１では、光源１７からの光が発光用ファイバ１３の端部１３ａから空洞１６に出射され、その光が錯乱領域である空洞１６内で錯乱する。このとき、外部から力が作用することで空洞１６の形状が変化すると、空洞１６での錯乱状態が変化する。そして、空洞１６での錯乱光が受光用ファイバ１４の一端部１４ａから受光され、その他端部１４ｂでの輝度変化が検出される。従って、受光用ファイバ１４の他端部１４ｂでの輝度変化に基づいて、第１シート部材１０上の感圧点１２に外部から作用した力が検知される。
【００２１】
つまり、外部からの力が作用していない場合には、図３に示すように、空洞１６は、略直方体形状を有しており、力検知部１８では、受光用ファイバ１４の他端部１４ｂにおいて、所定の輝度を検出する。
【００２２】
そして、外部からの力が作用している場合には、図４に示すように、空洞１６は押しつぶされることで、その形状は変化する。このとき、力検知部１８では、受光用ファイバ１４の他端部１４ｂにおいて、外部からの力により形状が変化した空洞１６に対応した輝度を検出する。従って、力検知部１８は、外部からの力が作用していない場合の輝度と、外部からの力が作用している場合の輝度との輝度変化に基づいて、外部から作用する力を検知する。
【００２３】
そして、外部から力が作用しなくなると、スペーサ１５ａ、１５ｂによって、空洞１６は、図３に示すように、外部からの力が作用していないときの元の形状にすぐに戻るので、力検知部１８では、受光用ファイバ１４の他端部１４ｂにおいて、再度、所定の輝度を検出するようになる。
【００２４】
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、発光用ファイバ１３の端部１３ａ及び受光用ファイバ１４の一端部１４ａの周囲に形成された空洞１６は、スペーサ１５ａ、１５ｂによって、外部から力が作用しなくなると、外部からの力が作用していないときの元の形状にすぐに戻る。従って、残存クリープ、ヒステリシスの影響が低減され、力検知の精度を向上させることができる。
【００２５】
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、上述の実施の形態では、スペーサ１５ａ、１５ｂは、発光用ファイバ１３及び受光用ファイバ１４の長手方向に沿った線に対して線対称に配置されているが、スペーサの数、形状及び配置は変更できる。従って、スペーサは１または３以上であってもよいし、スペーサは発光用ファイバ１３及び受光用ファイバ１４の長手方向に沿った線の片側だけに配置されてもよい。
【００２６】
なお、第１シート部材１０及び第２シート部材１１の材料を変更することで、力検知の感度を変更できる。つまり、第１シート部材１０及び第２シート部材１１として、外部から作用する力が小さい場合でも空洞１６の形状が大きく変化する材料、例えばウレタンシートなどの軟らかい材料を用いることで、力検知の感度を向上させることができる。一方、第１シート部材１０及び第２シート部材１１として、外部から作用する力が大きい場合でも空洞１６の形状がほとんど変化しない材料、例えば薄いアルミ板などを用いることで、力検知の感度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明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のセンサシートの構成を説明する上面図である。
【図３】図１のセンサシートの構成を説明する断面図である。
【図４】図１のセンサシートに外部からの力が作用した状態を示す図である。
【図５】従来技術の方法を考慮した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】
【００２８】
１  センサシート
２  制御ユニット
１０  第１シート部材
１１  第２シート部材
１２  感圧点
１３  発光用ファイバ
１４  受光用ファイバ
１５ａ、１５ｂ  スペーサ
１６  空洞
１７  光源
１８  力検知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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