(57)【要約】  電磁結合するコイル間の位置合わせも容易で、さらにすべり方向の力も検出可能な電磁結合を利用する圧力分布センサを提供する。  電磁結合を利用する圧力分布センサは、その検出面が同一面上に平行に配置される複数の第１ループ配線１と、第１ループ配線と直交する方向で同一面上に平行に配置される複数の第２ループ配線２と、第１ループ配線と同一面上に平行に配置される複数の第３ループ配線３とからなる。第３ループ配線は、第１ループ配線と区別して駆動部１０に接続可能に構成される。そして、駆動部１０で第１ループ配線に接続され第１ループ配線を駆動し、検出部２０で第２ループ配線に接続され第２ループ配線から電磁結合部の電磁結合に基づく検出信号から圧力を検出する。
2008007458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面に電磁結合を利用する圧力分布センサであって、該圧力分布センサは、
同一面上に平行に配置される複数の第１ループ配線と、
前記複数の第１ループ配線が配置される面とは異なる同一面上に平行に配置される複数の第２ループ配線であって、前記複数の第２ループ配線は前記複数の第１ループ配線と直交する方向に配置される、複数の第２ループ配線と、
前記複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線とが交差するところで電磁結合し、該電磁結合が検出面への圧力により変化するように構成される複数の電磁結合部と、
前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方に接続され、各ループ配線を駆動する駆動手段と、
前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の他方に接続され、各ループ配線からの前記電磁結合部の電磁結合に基づく検出信号から圧力を検出する検出手段と、
前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線が配置される面の一方と同一面上に平行に配置され、同一面上に配置される前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方とそれぞれ一部が重なり合うように配置される複数の第３ループ配線であって、同一面上に配置される前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方と区別して前記駆動手段又は検出手段の一方に接続可能な、複数の第３ループ配線と、
を具備することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力分布センサにおいて、前記検出手段は、前記複数の第１ループ配線又は第２ループ配線の一方が駆動された場合の検出信号と前記複数の第３ループ配線が駆動された場合の検出信号との差に基づき、又は、前記複数の第１ループ配線又は第２ループ配線の他方からの検出信号と前記複数の第３ループ配線からの検出信号との差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすべり方向の変位、方向及び／又は力を検出することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧力分布センサにおいて、
前記複数の第３ループ配線は、前記複数の第１ループ配線が配置される面と同一面上に形成され、
さらに、前記複数の第２ループ配線が配置される面と同一面上に平行に配置され、前記複数の第２ループ配線とそれぞれ一部が重なり合うように配置される複数の第４ループ配線であって、複数の第２ループ配線と区別して前記駆動手段又は検出手段の他方に接続可能な、複数の第４ループ配線を具備することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の電磁結合部は、それぞれ前記複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところで、前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方がコイル状に形成され他方が直線状に形成されることで提供され、前記複数の第３ループ配線は、直線状に形成される複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方と同一面上に配置されることを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項５】
請求項３に記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の電磁結合部は、それぞれ前記複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところで、前記複数の第１ループ配線及び複数の第２ループ配線がそれぞれコイル状に形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の第１ループ配線及び複数の第２ループ配線がそれぞれ直線状に形成され、前記複数の電磁結合部は、前記複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところの近傍にそれぞれ導電体片が形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところの近傍と前記導電体片との間に、導電体片用弾性体を有することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記導電体片が設けられる導電体片用シート部材を有することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項９】
請求項７に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記導電体片用弾性体が設けられる導電体片用弾性体シート部材を有することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の圧力分布センサであって、さらに、前記複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線との間に、配線間用弾性体を有することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記配線間用弾性体が設けられる配線間用弾性体シート部材を有することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の圧力分布センサであって、さらに、前記複数の第１ループ配線が設けられる第１シート部材と、前記複数の第２ループ配線が設けられる第２シート部材とを有し、前記複数の第３ループ配線は前記第１シート部材又は第２シート部材の一方に設けられることを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の圧力分布センサにおいて、前記第１シート部材又は第２シート部材の少なくとも何れか一方は、可撓性を有することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記第１シート部材及び第２シート部材の端部で、前記複数の第１ループ配線、複数の第２ループ配線及び複数の第３ループ配線を配線するための配線手段を具備することを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の圧力分布センサにおいて、前記配線手段は、ループ配線接続用に配線がパターンニングされた基板を含むことを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５の何れかに記載の圧力分布センサにおいて、前記第１シート部材及び第２シート部材は合成樹脂からなり、前記複数の第１ループ配線、複数の第２ループ配線及び複数の第３ループ配線はアルミ箔からなることを特徴とする圧力分布センサ。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の第３ループ配線は、前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方と同一形状を有し、前記複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方に対して１／４ピッチずらしてそれぞれ配置されることを特徴とする圧力分布センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁結合を利用する圧力分布センサに関し、特に、電磁結合部の位置ずれ補償や検出面に対してすべり方向の変位や力を測定可能な圧力分布センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力分布センサには、例えば特許文献１に開示の技術のように、２つのコイル間の電磁結合が、コイル間の距離によって変化することを利用するものがある。これは、コイル間にクッション材を設けたセンサ部を複数マトリックス状に配置し、センサ部にかかる圧力分布を、電磁結合の変化を基に検出するものである。また、本願の発明者と同一の発明者による特願２００５−０９６５８０や特願２００６−０１１７４８に開示の技術は、電磁結合する複数のコイルの近傍に導電体を設けて導電体とコイルとの距離によって電磁結合が変化することを利用して圧力分布を検出するものである。【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５６４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電磁結合を利用する圧力分布センサでは、電磁結合する２つのコイルの位置合わせを正確に行う必要があった。このため、例えば大きな検出面を有する圧力分布センサを作成しようとした場合には、すべてのコイル間において位置合わせを行うのが困難となる場合が多く、また、それぞれ複数のコイルを配置した２枚のシートを重ね合わせて検出面とするようなことも難しかった。【０００５】
また、従来の電磁結合を利用する圧力分布センサは、検出面に対して垂直方向に与えられる圧力のみを検出可能なものであったため、検出面に対して垂直方向以外のすべり方向の変位や方向、さらにはその力を検出することは出来なかった。したがって、スポーツ分野や医療分野等において歩行分析等を行う場合には、蹴る方向や蹴る力といった３次元ベクトルの検出が出来ないため、十分な分析が行えなかった。【０００６】
本発明は、斯かる実情に鑑み、電磁結合するコイル間の位置合わせが不要で、さらにすべり方向の力も検出可能な電磁結合を利用する圧力分布センサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した本発明の目的を達成するために、検出面に電磁結合を利用する本発明による圧力分布センサは、同一面上に平行に配置される複数の第１ループ配線と、複数の第１ループ配線が配置される面とは異なる同一面上に平行に配置される複数の第２ループ配線であって、複数の第２ループ配線は複数の第１ループ配線と直交する方向に配置される、複数の第２ループ配線と、複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線とが交差するところで電磁結合し、該電磁結合が検出面への圧力により変化するように構成される複数の電磁結合部と、複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方に接続され、各ループ配線を駆動する駆動手段と、複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の他方に接続され、各ループ配線からの電磁結合部の電磁結合に基づく検出信号から圧力を検出する検出手段と、複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線が配置される面の一方と同一面上に平行に配置され、同一面上に配置される複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方とそれぞれ一部が重なり合うように配置される複数の第３ループ配線であって、同一面上に配置される複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方と区別して駆動手段又は検出手段の一方に接続可能な、複数の第３ループ配線とを具備するものである。【０００８】
ここで、検出手段は、複数の第１ループ配線又は第２ループ配線の一方が駆動された場合の検出信号と複数の第３ループ配線が駆動された場合の検出信号との差に基づき、又は、複数の第１ループ配線又は第２ループ配線の他方からの検出信号と複数の第３ループ配線からの検出信号との差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすべり方向の変位、方向及び／又は力を検出するものであっても良い。【０００９】
また、複数の第３ループ配線は、複数の第１ループ配線が配置される面と同一面上に形成され、さらに、複数の第２ループ配線が配置される面と同一面上に平行に配置され、複数の第２ループ配線とそれぞれ一部が重なり合うように配置される複数の第４ループ配線であって、複数の第２ループ配線と区別して駆動手段又は検出手段の他方に接続可能な、複数の第４ループ配線を具備するものであっても良い。【００１０】
また、複数の電磁結合部は、それぞれ複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところで、複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方がコイル状に形成され他方が直線状に形成されることで提供され、複数の第３ループ配線は、直線状に形成される複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方と同一面上に配置されるものであっても良い。【００１１】
さらに、複数の電磁結合部は、それぞれ複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところで、複数の第１ループ配線及び複数の第２ループ配線がそれぞれコイル状に形成されることで提供されるものであっても良い。【００１２】
また、複数の第１ループ配線及び複数の第２ループ配線がそれぞれ直線状に形成され、複数の電磁結合部は、複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところの近傍にそれぞれ導電体片が形成されることで提供されるものであっても良い。【００１３】
さらに、複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線が交差するところの近傍と導電体片との間に、導電体片用弾性体を有するものであっても良い。【００１４】
さらにまた、導電体片が設けられる導電体片用シート部材を有するものであっても良い。【００１５】
さらに、導電体片用弾性体が設けられる導電体片用弾性体シート部材を有するものであっても良い。【００１６】
またさらに、複数の第１ループ配線と複数の第２ループ配線との間に、配線間用弾性体を有するものであっても良い。【００１７】
さらに、配線間用弾性体が設けられる配線間用弾性体シート部材を有するものであっても良い。【００１８】
さらに、複数の第１ループ配線が設けられる第１シート部材と、複数の第２ループ配線が設けられる第２シート部材とを有し、複数の第３ループ配線は第１シート部材又は第２シート部材の一方に設けられるようにしても良い。【００１９】
ここで、第１シート部材又は第２シート部材の少なくとも何れか一方は、可撓性を有するものであれば良い。【００２０】
さらに、第１シート部材及び第２シート部材の端部で、複数の第１ループ配線、複数の第２ループ配線及び複数の第３ループ配線を配線するための配線手段を具備するものであっても良い。【００２１】
ここで、配線手段は、ループ配線接続用にパターンニングされた基板を含むものであれば良い。【００２２】
また、第１シート部材及び第２シート部材は合成樹脂からなり、複数の第１ループ配線、複数の第２ループ配線及び複数の第３ループ配線はアルミ箔からなっていても良い。【００２３】
さらに、複数の第３ループ配線は、複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方と同一形状を有し、複数の第１ループ配線又は複数の第２ループ配線の一方に対して１／４ピッチずらしてそれぞれ配置されても良い。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の電磁結合を利用する圧力分布センサには、電磁結合するコイル間の位置合わせが不要であり検出面の組立、設置が容易であるという利点がある。さらに、本発明の圧力分布センサは、検出面に対して垂直方向だけでなくすべり方向の力も検出可能であり、圧力の３次元ベクトルを検出可能であるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の第１実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。圧力分布センサは、複数の第１ループ配線１と複数の第２ループ配線２と複数の第３ループ配線３とから構成される検出面と、駆動部１０と、検出部２０とから主に構成されている。第１ループ配線１は、同一面上に平行に複数配置されており、駆動部１０が接続され駆動コイルとなるものである。第２ループ配線２は、第１ループ配線１が配置される面とは異なる同一面上に複数平行に配置され、さらに第１ループ配線１とは直交する方向に配置されるものである。そして、第２ループ配線２は、検出部２０が接続され検出コイルとなるものである。【００２６】
駆動部１０は、高周波発振器１１と駆動アンプ１２と駆動配線切替器１３とから主になるものであり、複数の第１ループ配線１を順次駆動部１０に接続して各第１ループ配線１を駆動するものである。【００２７】
また、検出部２０は、検出配線切替器２１と検出アンプ２２とから主になるものであり、複数の第２ループ配線２を順次検出部２０に接続して各第２ループ配線２から誘導電流又は誘導電圧を順次検出するものである。【００２８】
これらの駆動部１０及び検出部２０は、適宜マイクロコンピュータ等で制御され、所望な出力が得られるよう構成されている。例えば、まず１つ目の第１ループ配線に駆動部１０を接続し、検出部２０を第２ループ配線に順次接続してそのときの出力信号をそれぞれ測定する。そして２つ目の第１ループ配線に駆動部１０を接続し、検出部２０を第２ループ配線に順次接続してそのときの出力信号をそれぞれ測定する。これを繰り返すことで、検出面における第１ループ配線と第２ループ配線の交点をＸＹ座標とするすべての位置における出力信号を測定することができる。なお、駆動部１０及び検出部２０の構成は、上述の図示例に限定されるものではなく、第１ループ配線を駆動でき、第２ループ配線から誘導電流又は誘導電圧を検出できるものであれば如何なる構成であっても構わない。さらに、第１ループ配線を検出コイルとし、第２ループ配線を駆動コイルとしても勿論構わない。【００２９】
本発明の第１実施例の圧力分布センサでは、図示の通り、第１ループ配線１は直線状のループ配線であり、第２ループ配線２は矩形状のコイル部を有するループ配線であり、これらのループ配線が交差するところで電磁結合するように電磁結合部が構成されている。そして、この電磁結合部は、検出面への圧力によりその結合係数が変化するように構成されている。より具体的には、第１ループ配線と第２ループ配線の間に弾性体が設けられ、この間の距離が圧力により変化するように構成されている。したがって、検出面に圧力が加えられると、その部分に位置する電磁結合部の電磁結合が変化するため、検出される誘導電流等を測定することで加えられた圧力及び位置が測定可能なものである。なお、図示例では第２ループ配線は矩形状のコイル部を有するループ配線を示したが、本発明はこれに限定されず、アーチ状や三角形状等のコイル部を有するもので電磁結合可能な形状であれば如何なる形状であっても構わない。【００３０】
そして、本発明の圧力分布センサには、本発明の最も特徴的な部分である複数の第３ループ配線が設けられている。複数の第３ループ配線３は、複数の第１ループ配線１が配置される面と同一面上に平行に配置されており、それぞれ第１ループ配線１と一部が重なり合うように配置されている。さらに、第３ループ配線３は、第１ループ配線１と区別して駆動部１０に接続可能に構成されている。【００３１】
図１に記載の圧力分布センサにおいては、図面上で縦方向に第１ループ配線１が直線状に配置されているため、第１ループ配線１と第２ループ配線２との位置関係では、縦方向の位置ずれの影響を受けない。しかしながら、横方向の位置ずれに対しては、第２ループ配線２がコイル状に配置されており、第１ループ配線１と第２ループ配線２とが交差する部分に構成されるべき電磁結合部がずれてしまうため、電磁結合がゼロとなってしまう可能性がある。そこで、本発明の圧力分布センサでは、第１ループ配線１に平行に第３ループ配線３を配置することにより、横方向の位置ずれがあったとしても、第１ループ配線１か第３ループ配線３のどちらかのループ配線が第２ループ配線２と結合することになる。このため、本発明の圧力分布センサでは、第１ループ配線１と第２ループ配線２との位置ずれの影響により圧力分布検出が出来なくなるということがなくなる。即ち、第１ループ配線１と第３ループ配線３とを切り替えて駆動部１０に接続して駆動させることにより、各ループ配線の駆動時における結合係数の絶対値の和や自乗和の平方根の値等を用いることで、位置ずれの影響を受けずに圧力分布の検出が可能となる。ここで、第１ループ配線と第３ループ配線との切り替えは、連続的に切り替えるものであっても交互に切り替えるものであっても、さらには通常は第１ループ配線のみを接続し、必要により第３ループ配線に切り替えるようなものであっても構わない。なお、第１ループ配線と第３ループ配線を区別して駆動できるものであれば、上述のように切替器を用いて物理的に切り替えて区別するものに限られず、例えば第１ループ配線と第３ループ配線の駆動周波数を変えて同時に駆動し検出側で周波数別に検出可能とするものであっても良い。【００３２】
さらに、検出部２０では、第３ループ配線３に駆動部１０を接続したときと第１ループ配線１に駆動部１０を接続したときとの検出信号の差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすべり方向、具体的には、第１実施例においては縦方向の位置ずれは影響を受けないため、横方向の変位、方向及び／又は力を検出することが可能となる。第１ループ配線１と第３ループ配線３とを切り替えることにより、同一の圧力分布であっても得られる信号が変わるため、この変化を用いれば第１ループ配線と第２ループ配線のすべり方向の変位や方向及び／又は力を検出することが可能となる。【００３３】
なお、本発明の第１実施例の圧力分布センサにおいては、第１ループ配線を直線状に構成し、第２ループ配線をコイル状に構成し、第３ループ配線を第１ループ配線に一部が重なり合うように配置したが、本発明はこれに限定されず、第１ループ配線をコイル状に構成し、第２ループ配線を直線状に構成し、第３ループ配線を第２ループ配線に一部が重なり合うように配置する例であっても構わない。即ち、第３ループ配線は、電磁結合部の位置ずれが生じ得る方向に位置をずらして重なり合うように配置すれば良く、どちらのループ配線側に設けられていても構わない。【００３４】
さらに、図１には、複数の第３ループ配線３は複数の第１ループ配線１と同一形状を有し、複数の第１ループ配線１に対して、１／４ピッチずらしてそれぞれ配置されるものを示した。これは、ループ配線の幅とループ配線の間隔とを同一にした場合に、必要最小限のコイル数で最大の効果が得られるように１／４ピッチずらして第３ループ配線を配置したものである。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、大きな位置ずれを補償したり位置ずれを細かく補償する場合には、第３ループ配線をより細かいピッチで連続して第１ループ配線に対して徐々に重なるようにずらして配置しても構わない。また、第１ループ配線又は第２ループ配線も、ループ配線の幅とループ配線の間隔を同一にする必要はなく、これらは検出面の分解能等に応じて種々変更可能なものである。【００３５】
上記のように本発明の圧力分布センサは、位置ずれを補償した構成であるため、第１ループ配線と第２ループ配線との位置合わせを厳密に行う必要がない。そのため、例えば第１ループ配線が設けられるシートと第２ループ配線が設けられるシートを別々に作成し、圧力分布センサを設置する現場でこれらを重ね合わせるだけでも容易に検出面を構成することが可能となる。図２は、本発明の第１実施例の圧力分布センサの検出面をシート部材で構成した例を説明するための概略図である。図示例の圧力分布センサの検出面は、複数の第１ループ配線及び複数の第３ループ配線が設けられる第１シート部材１００と、複数の第２ループ配線が設けられる第２シート部材２００とを、間に弾性体シート３００を挟んで直交するように並べたものである。各シート部材は精度良く位置合わせする必要がないため、例えば部屋の床一面へ設置する場合等でも設置現場において、シートを簡単に並べるだけで検出面を完成させることが可能となる。なお、図示例では第１シート部材及び第２シート部材を長方形のシート部材とし、それぞれ並列に２枚ずつ配置することで広い検出面を構成している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、１枚ずつシート部材を配置するものであっても良いし、より多くのシート部材を組み合わせても良い。【００３６】
ここで、シート部材については、例えばループ配線をアルミ箔等により構成し、ＰＥＴ素材等の合成樹脂でラミネートして連続した配線パターンが設けられたロール状のシート部材とすることが可能である。このロール状のシート部材を、床の大きさに合わせて切り出し、設置現場で第２シート部材２００を並べ、次に弾性体シート３００を乗せた上に第１シート部材１００を並べる。本発明によれば、このとき厳密な位置合わせは不要であるため、極めて簡単に設置が可能となる。また、ＰＥＴ素材でシート部材を構成すれば、シート部材は可撓性を有するものとなるため、電磁結合の変化の近傍位置との分離性も高くなる。このように構成された検出面に、駆動部や検出部を含むコントローラ４００を接続して、圧力分布センサを構成する。【００３７】
次に、上記のロール状のシート部材とした場合ついて、より具体的に説明する。図３は、複数の第１ループ配線及び第３ループ配線用の配線パターンが設けられた第１シート部材１００の上平面図である。図示のように、第１シート部材１００は、直線状の配線パターンが設けられたロール状シートからなり、例えば８本の直線状の配線パターン１１０がパターンニングされている。なお、本発明におけるシート部材は図示例の本数には限定されず、必要によりより多く又はより少なく配線を配置するものであっても構わない。【００３８】
また、図４は、複数の第２ループ配線用の配線パターンが設けられた第２シート部材２００の上平面図である。図示のように、第２シート部材２００は、コイル状の配線パターンが設けられたロール状シートからなり、例えば後に２つのコイル状ループ配線を構成するための４本の矩形状の配線パターン２１０がパターンニングされている。なお、本発明におけるシート部材は図示例の本数には限定されず、必要によりより多く又はより少なく配線を配置するものであっても構わない。【００３９】
これらを図１に示すような配線パターンとなるように構成する場合、リード線等を直接シート部材に接続しても勿論構わないが、以下に示すような接続基板を用いることが可能である。まず、第１シート部材１００及び第２シート部材２００を所定の長さに切断し、それらの両端にそれぞれ配線用の接続孔１１１、１１２、２１１、２１２を設ける。これらの接続孔のピッチに合うように配線パターンが予め設けられたショート用基板や切替用基板を用いて、シート部材の端部で配線を行う。【００４０】
図５に、第１シート部材１００のループ配線ショート用基板の上平面図を示す。ショート用基板は、同一面上に配置される複数の第１ループ配線１をそれぞれ所望に接続するためのショート配線が設けられているものであり、さらに、複数の第３ループ配線３を、第１ループ配線１と一部が重なり合うように接続するためのショート配線が設けられているものである。図示のようにショート用基板には接続孔１１３が設けられており、これらの接続孔１１３と第１シート部材１００の接続孔１１１との位置を合わせ、例えば菊ワッシャ等を介してネジ止めすることにより、第１ループ配線１及び第３ループ配線３の一端が形成される。【００４１】
また、第１シート部材のショート用基板が設けられる端と対向する他端には、切替用基板を用いる。図６に、第１シート部材１００のループ配線切替用基板の上平面図を示す。切替用基板は、複数の第１ループ配線１の一端をグラウンドに、他端を切替器１３を介してコントローラ４００に接続可能に構成されたものであり、さらに、複数の第３ループ配線３の一端をグラウンドに、他端を切替器１３を介してコントローラ４００に接続可能に構成されたものである。これにより図１に示すような配線パターンが構成可能である。図示のように切替用基板には接続孔１１４が設けられており、これらの接続孔１１４と第１シート部材１００の端部の接続孔１１２との位置を合わせ、例えば菊ワッシャ等を介してネジ止めすることにより、第１ループ配線１及び第３ループ配線３の他端が形成される。なお、図示例では切替器１３を基板上に配置した例を示したが、本発明はこれに限定されず、コントローラ４００側に切替器１３を含めても勿論構わない。【００４２】
一方、第２シート部材２００の端部には、図７や図８に示されるショート基板や切替用基板が設けられる。図７は、第２シート部材２００のループ配線ショート用基板の上平面図である。ショート用基板は、同一面上に配置される複数の第２ループ配線２をそれぞれ所望に接続するためのショート配線が設けられているものである。また、図８は、第２シート部材２００のループ配線切替用基板の上平面図である。切替用基板は、複数の第２ループ配線２の一端をグラウンドに、他端を切替器２１を介してコントローラ４００に接続可能に構成されたものである。これにより図１に示すような配線パターンが構成可能である。図７に示すように、ショート基板には接続孔２１３が設けられており、これらの接続孔２１３と第２シート部材２００の接続孔２１１との位置を合わせ、例えば菊ワッシャ等を介してネジ止めすることにより、第２ループ配線２の一端が形成される。そして、図８に示すように、切替用基板には接続孔２１４が設けられており、これらの接続孔２１４と第２シート部材２００の接続孔２１２との位置を合わせ、例えば菊ワッシャ等を介してネジ止めすることにより、第２ループ配線２の他端が形成される。なお、切替器１３と同様、切替器２１も、図示例のように基板上に配置するものに限定されず、コントローラ４００側に切替器２１を含めても勿論構わない。【００４３】
なお、図５から図８に示した基板は、図３及び図４に示したシート部材の配線パターンに合わせて１対１となる関係で構成したが、本発明はこれに限定されず、基板を１枚に対してシート部材を２枚以上用いるものや、シート部材１枚に対して基板を２枚以上用いるものであっても構わない。【００４４】
本発明の圧力分布センサにおいては、第１ループ配線と第２ループ配線の厳密な位置合わせが不要であるため、上述のようにシート状の配線を組み合わせて容易に配置することが可能となる。なお、実際の圧力分布を測定する前に、適宜キャリブレーション等を行うことは勿論可能である。【００４５】
次に、本発明の第２実施例の圧力分布センサについて、図９を参照しながら説明する。図９は、本発明の第２実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表しており、詳説は省略する。第１実施例では、検出面を直線状の第１ループ配線とコイル状の第２ループ配線とで構成して直接的に電磁結合する電磁結合部としていたが、第２実施例では、第１ループ配線も第２ループ配線も直線状に構成され、これらが交差するところの近傍にそれぞれ導電体片が形成されることで間接的に電磁結合する電磁結合部が構成されている。さらに、第１実施例では横方向の変位も検出することができたが、第２実施例では、横方向だけでなく縦方向、さらには３次元方向の変位も検出可能に構成可能である。【００４６】
以下、図９を参照してより具体的に説明する。第２実施例の圧力分布センサの検出面は、直線状に構成された複数の第１ループ配線１に直交するように、直線状に構成された複数の第２ループ配線２がそれぞれ配置されている。そして、複数の第１ループ配線１と複数の第２ループ配線２とが交差するところの近傍に導電体片５が形成されることにより、第１ループ配線１と第２ループ配線２とが間接的に電磁結合する電磁結合部が構成されている。【００４７】
また、図示の通り、第１ループ配線１には、これと一部が重なり合うように複数の第３ループ配線３が配置されている。さらに、本第２実施例においては、第２ループ配線２が配置される面と同一面上に、第２ループ配線２とそれぞれ一部が重なり合うように配置される複数の第４ループ配線４が配置されている。第４ループ配線４は、第２ループ配線２と区別して検出部２０に接続可能なように構成されている。【００４８】
なお、第１ループ配線と第２ループ配線の交点の近傍に導電体片を設けているが、近傍とは交点の直上付近に限らず、図示例のように、第１ループ配線と第３ループ配線を合わせたものの中心線と、第２ループ配線と第４ループ配線を合わせたものの中心線とが交差するところの直上付近に導電体片を設けても構わない。【００４９】
本発明の第２実施例の圧力分布センサでは、図示の通り、第１ループ配線１と第２ループ配線２との交点の近傍に導電体片５を設けることで間接的に電磁結合するように電磁結合部が構成されている。そして、この電磁結合部が検出面への圧力によりその結合係数が変化するように構成されている。より具体的には、導電体片５が弾性体６を介して設けられており、導電体片５と第１ループ配線及び第２ループ配線との間の距離が、圧力により変化するように構成されている。したがって、検出面に圧力が加えられると、その部分に位置する電磁結合部の電磁結合が変化するため、検出される誘導電流等を測定することで加えられた圧力及び位置が測定可能なものである。【００５０】
そして、本第２実施例の圧力分布センサには、複数の第３ループ配線３と複数の第４ループ配線４が設けられている。第３ループ配線３は第１ループ配線１から切り替えて駆動部１０を接続可能に構成されており、第４ループ配線４は第２ループ配線２から切り替えて検出部２０を接続可能に構成されている。【００５１】
第２実施例の圧力分布センサにおいては、導電体片５が弾性体６を介して検出面に対して垂直方向だけでなく例えばすべり方向にも移動可能に構成されている。図１０は、第２実施例における検出面の一部横断面図である。同図に示すように、弾性体６が各導電体片５にそれぞれ独立して設けられており、任意の方向に導電体片５が独立して移動可能に構成されている。これにより、図９の図面上で横方向の位置ずれに対しては、第１ループ配線１に平行に第３ループ配線３が配置されているため、第１ループ配線１か第３ループ配線３のどちらかのループ配線が第２ループ配線２と結合することになるので、横方向の位置ずれの影響により圧力分布検出が出来なくなるということがなくなる。また、縦方向の位置ずれに対しては、第２ループ配線２に平行に第４ループ配線４が配置されているため、第２ループ配線２か第４ループ配線４のどちらかのループ配線が第１ループ配線１と結合することになるので、縦方向の位置ずれの影響により圧力分布検出が出来なくなるということがなくなる。即ち、第１ループ配線１と第３ループ配線３とを切り替えて駆動部１０に接続して駆動させ、さらに第２ループ配線２と第４ループ配線４とを切り替えて検出部２０に接続して検出することにより、各ループ配線の駆動時及び検出時における結合係数の絶対値の和や自乗和の平方根の値等を用いることで、位置ずれの影響を受けずに圧力分布の検出が可能となる。なお、第２実施例でも、第１ループ配線と第３ループ配線を区別して駆動できるものであれば、上述のように切替器を用いて物理的に切り替えて区別するものに限られず、例えば第１ループ配線と第３ループ配線の駆動周波数を変えて同時に駆動し検出側で周波数別に検出可能とするものであっても良い。また、同様に第２ループ配線と第４ループ配線を区別して検出できるものであれば、上述のように切替器を用いて物理的に切り替えて区別するものに限られず、例えば複数の検出回路をそれぞれ接続し同時に別々に検出可能とするものであっても良い。【００５２】
さらに、検出部２０では、第３ループ配線３に駆動部１０を接続したときと第１ループ配線１に駆動部１０を接続したときとの検出信号の差、及び第４ループ配線４に検出部２０を接続したときと第２ループ配線２に検出部２０を接続したときとの検出信号の差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすべり方向の変位、方向及び／又は力を検出することが可能となる。また、すべり方向の変位は、２次元ベクトルだけではなく３次元ベクトルとしても検出可能である。【００５３】
以下、３次元ベクトルを検出する手順について、具体的に説明する。なお、以下の説明で用いる符号ａｉ，ｂｉ，ｃｉ，ｄｉは、図９における第４ループ配線４、第２ループ配線２、第１ループ配線１、第３ループ配線３の各接続端子にそれぞれ対応するものであり、ｉは１〜ｎの自然数でありｉ番目のループ配線を示す。また、各端子にそれぞれ駆動部又は検出部を接続したときの出力信号の振幅を、Ａａｃｉ，Ａａｄｉ，Ａｂｃｉ，Ａｂｄｉとする。【００５４】
まず、切替器１３を用いて接続端子ｃ１に駆動部１０を接続し、切替器２１を用いて接続端子ａ１に検出部２０を接続して出力信号Ａａｃ１を検出する。次に切替器２１を用いて接続端子ｂ１に検出部２０を接続して出力信号Ａｂｃ１を検出する。そして、切替器１３を用いて接続端子ｄ１に駆動部１０を接続し、切替器２１を用いて接続端子ａ１に検出部２０を接続して出力信号Ａａｄ１を検出する。さらに切替器２１を用いて接続端子ｂ１に検出部２０を接続して出力信号Ａｂｄ１を検出する。これをｉ＝ｎまで繰り返し、すべてのループ配線に対応する出力信号を得る。【００５５】
このようにして得られた出力信号を用いて、圧力ｚｉとｘ変位Δｘｉとｙ変位Δｙｉは、それぞれ以下の式で表わされる。
【数１】
2008007458.tif 000003
【数２】
2008007458.tif 000004
【数３】
2008007458.tif 000005
【００５６】
上記数１−３により、各座標位置における圧力（ｚ方向の変位）とｘ・ｙ方向の変位の検出が可能となるので、これらの３つの値から３次元ベクトルが得られる。なお、出力信号を得る順番、即ち切替器による切り替えの順番は特に上述のものに限定されず、各出力信号がそれぞれ得られれば如何なる順序で切り替えても良い。また、すべてのループ配線に対応する出力信号をすべて取得してから上述の数式に当てはめるのではなく、各ループ配線ごと（ｉごと）に各出力を測定しても勿論良い。【００５７】
なお、図９に示した第２実施例では、導電体片が独立して自由に移動可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、導電体片を横方向にのみ移動可能に構成することも勿論可能である。この場合には、縦方向の変位を検出するための第４ループ配線が不要となる。また、逆に縦方向のみに移動可能に構成した場合には、横方向の変位を検出するための第３ループ配線が不要となる。本発明の圧力分布センサは、このように検出したい対象等に応じて適宜構成を変更可能である。【００５８】
ここで、独立して自由に移動可能な導電体片５を構成するには、検出面に対して垂直方向以外にも独立してすべり方向に移動可能に構成されることが好ましい。しかしながら、弾性体をシート形状に構成した弾性体シート部材を用いても勿論構わない。さらに、導電体片５は、シート形状に複数の導電体片５が設けられる導電体片用シート部材で構成しても勿論構わない。【００５９】
第２実施例の場合には、第１ループ配線と第２ループ配線の間の距離は固定され、その間に弾性体を設ける必要は特になく、導電体片とループ配線との間の距離の変化により電磁結合の変化を検出可能であるが、本発明はこれに限定されず、第１ループ配線と第２ループ配線の間に弾性体を設けても勿論良い。【００６０】
さらに、第１実施例では第１ループ配線を直線状とし第２ループ配線をコイル状とし、第２実施例では第１ループ配線及び第２ループ配線をそれぞれ直線状とし導電体片を用いて間接的に電磁結合する電磁結合部を構成するようにしたが、本発明はこれに限定されず、第１ループ配線も第２ループ配線もコイル状とし、直接結合する電磁結合部を構成するようにしても良い。この場合、第３ループ配線もコイル状として第１ループ配線と一部が重なり合うように同一面上に配置され、第４ループ配線もコイル状として第２ループ配線と一部が重なり合うように同一面上に配置されれば良い。【００６１】
また、第２実施例の圧力分布センサについても、図２に示すようなシート部材を用いて構成することも勿論可能である。【００６２】
なお、本発明の電磁結合を利用する圧力分布センサは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例の圧力分布センサの検出面をシート部材で構成した例を説明するための概略図である。
【図３】図３は、複数の第１ループ配線及び第３ループ配線用の配線パターンが設けられた第１シート部材の上平面図である。
【図４】図４は、複数の第２ループ配線用の配線パターンが設けられた第２シート部材の上平面図である。
【図５】図５は、第１シート部材のループ配線ショート用基板の上平面図である。
【図６】図６は、第１シート部材のループ配線切替用基板の上平面図である。
【図７】図７は、第２シート部材のループ配線ショート用基板の上平面図である。
【図８】図８は、第２シート部材のループ配線切替用基板の上平面図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。
【図１０】図１０は、第２実施例における検出面の一部横断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    第１ループ配線
２    第２ループ配線
３    第３ループ配線
４    第４ループ配線
５    導電体片
６    弾性体
１０    駆動部
１１    高周波発振器
１２    駆動アンプ
１３    駆動配線切替器
２０    検出部
２１    検出配線切替器
２２    検出アンプ
１００    第１シート部材
１１０    配線パターン
１１１−１１４    接続孔
２００    第２シート部材
２１０    配線パターン
２１１−２１４    接続孔
３００    弾性体シート
４００    コントローラ
【図１】
2008007458.tif 000006
【図２】
2008007458.tif 000007
【図３】
2008007458.tif 000008
【図４】
2008007458.tif 000009
【図５】
2008007458.tif 000010
【図６】
2008007458.tif 000011
【図７】
2008007458.tif 000012
【図８】
2008007458.tif 000013
【図９】
2008007458.tif 000014
【図１０】
2008007458.tif 000015
【国際調査報告】
2008007458.tif 000016
2008007458.tif 000017
2008007458.tif 000018
2008007458.tif 000019