(57)【要約】【課題】ヒューマンインタフェースとして用いるのに好適で、感度設定が容易な感圧素子を提供する。【解決手段】本発明の感圧素子１は、  互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂと、この一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄと、両一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの交差箇所に配設された作用子３と、両一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを包囲する弾性体４とを具備する。【選択図】図１
2007240478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体と、該一対の円柱状感圧体の延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体と、両一対の円柱状感圧体の交差箇所に配設された作用子と、前記両一対の円柱状感圧体と前記作用子とを包囲する弾性体とからなる感圧素子。
【請求項２】
前記作用子が硬質の球形ボール体からなることを特徴とする請求項１に記載の感圧素子。
【請求項３】
前記円柱状感圧体は感圧繊維体であり、前記電気的特性が導電抵抗であることを特徴とする請求項２に記載の感圧素子。
【請求項４】
前記一対の円柱状感圧体の設置間隔と前記球形ボール体の直径と前記感圧繊維体の直径とが変更可能な請求項３に記載の感圧素子。
【請求項５】
互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と、該一対の感圧繊維体の延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と、両一対の感圧繊維体の交差箇所に配設された作用子と、前記両一対の円柱状感圧体と前記作用子とを包囲する弾性体とからなる感圧素子と、
一方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出すると共に、他方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に基づき一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該一方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行うと共に、前記他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該他方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行う演算回路とを備え、前記交差箇所に加わる力の作用方向の三軸方向の成分を検出することを特徴とする圧力ベクトル検出装置。
【請求項６】
互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と該一対の感圧繊維体の延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と両一対の感圧繊維体の交差箇所に配設された作用子と前記両一対の円柱状感圧体を包囲する弾性体とからなる感圧素子が整列配列された車両用シートと、
一方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出すると共に、他方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に基づき一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該一方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行うと共に、前記他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該他方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行う演算回路とを備え、
各感圧繊維毎に前記各交差箇所に加わる力の作用方向の三軸方向の成分を検出することによりシートに加わる圧力分布をベクトル的に検出することを特徴とする圧力分布検出装置。
【請求項７】
互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体に対してボール体を介して力の作用に基づき導電抵抗が変化する互いに平行な一対の感圧繊維体を前記一対の感圧繊維体の延びる方向に交差するようにして配設し、一方の一対の感圧繊維体により該一方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での交差箇所を中心部とする力の成分を求めると共に、他方の一対の感圧繊維体により該他方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での交差箇所を中心部とする力の成分を求めることにより、前記交差箇所に加わる力の作用方向の三軸方向の成分を検出することを特徴とする圧力ベクトル検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧素子及び圧力ベクトル検出装置及び圧力分布検出装置及び圧力ベクトル検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、感圧素子（圧力検出装置）には、押圧面が形成された面形成体とこの面形成体に突設された接触用凸部とにより接触子を構成し、この接触子の押圧面から感圧導電性エラストマー部材に圧力が作用するように接触子を弾性支持し、接触子の接触用凸部を感圧導電性エラストマー部材の表面により外方に突出させ、その感圧導電性エラストマー部材の変形に伴う電気抵抗変化を取り出す電極とを具備した構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−８１９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、その従来の感圧素子は、接触子の接触用凸部が感圧導電性エラストマー部材の表面から外部に向かって突出する構造であるので、この感圧素子を例えばシートの座部に加わる圧力検出に用いようとすると、接触子の接触用凸部が身体に当たるためにシートの座り心地が悪くなる等、この従来の感圧素子をヒューマンインターフェースに用いようとすると、感触が良くないという不都合がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、ヒューマンインタフェースとして用いるのに好適で、感度設定が容易な感圧素子、この感圧素子を備えて圧力ベクトルを正確に検出できる圧力ベクトル検出装置、シートに加わる圧力ベクトルの分布を検出する圧力分布検出装置、及びこの感圧素子を用いた圧力ベクトル検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係わる感圧素子は、互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体と、該一対の円柱状感圧体の延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体と、両一対の円柱状感圧体の交差箇所に配設された作用子と、前記両一対の円柱状感圧体を包囲する弾性体とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係わる感圧素子は、力の方向と大きさとを検出する円柱状感圧体と作用子とを弾性体により包囲しているので、ヒューマンインタフェースとして用いるのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明に係わる感圧素子及び圧力ベクトル検出装置及び圧力分布検出装置及び圧力ベクトル検出方法の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【０００８】
図１〜図４は本発明に係わる感圧素子１の概略構成図である。この感圧素子１は互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体１A、１Bと、この一対の円柱状感圧体１A、１Bの延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき電気特性が変化する一対の円柱状感圧体１C、１Dとを有する。その両一対の円柱状感圧体（１A、１B）、（１C、１D）の交差箇所２には、図４に示すように作用子３が配設される空間が形成されている。その作用子３とその両一対の円柱状感圧体（１A、１B）、（１C、１D）とは弾性体４によって包囲される。
【０００９】
ここでは、一方の一対の円柱状感圧体１A、１Bと他方の一対の円柱状感圧体１C、１Dとの交差角度は９０度である。その一方の一対の円柱状感圧体（１A、１B）と他方の一対の円柱状感圧体（１C、１D）とは、図４に示すようにその作用子３を間に挟んで間隔Hが開けられ、後述する加圧力の検出精度に支障が生じないようにされている。
【００１０】
その作用子３には、この実施例では、硬質の球形ボール体が用いられている。その円柱状感圧体（１A、１B）、（１C、１D）には導電性高分子からなる感圧繊維１E〜１Hが用いられる。各感圧繊維１E〜１Hは、圧力が加わると変形し、この変形により導電率（導電抵抗）が変化するという電気的特性がある。その導電率は、例えば、０．５S／ｃｍ〜５００ｓ／ｃｍ（ジーメンスパーセンチメートル）である。その感圧繊維には、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、PEDTOT/PSS、PPVを含む材料を用いる。
【００１１】
一方の一対の感圧繊維１E、１Fは絶縁性の樹脂材料からなるコーティング膜５A、５Aにより一体化され、他方の一対の感圧繊維１G、１Hは樹脂材料からなるコーティング膜５B、５Bにより一体化されている。その樹脂材料には、例えば、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等を用いる。これらの配合比を適宜変更することによりその硬さの調節が可能である。
【００１２】
そのコーティング膜５Aは一対の感圧繊維１E、１Fを連結部５Ｃを介して互いに連結し、作用子３と反対側の面は平坦面５A’とされている。そのコーティング膜５Bは一対の感圧繊維１G、１Hを連結部５Ｄを介して互いに連結し、作用子３と反対側の面は平坦面５B’とされている。
【００１３】
このコーティング膜５A、５Bには、作用子３よりも柔らかい軟質のものを用いるのが望ましいが、後述する力の作用によって、作用子３が図４に示す一対のコーティング膜５A、５A（５Ｂ、５Ｂ）間の溝部Ga（Gb）に割り込んで、一対の感圧繊維１E、１F（１G、１H）が大きく分離するのを妨げる程度の硬さとされている。
【００１４】
この実施例では、弾性体４は立方体形状とされ、円柱状感圧体（１A、１B）、（１C、１D）と作用子３とはその弾性体４に埋設されている。その弾性体４の材料には、ゴムやウレタン等が用いられるが、作用子３よりも軟質のものを用いる。
【００１５】
この発明の実施例によれば、接触子の接触用凸部に加圧力が斜めに加わって、この加圧力が連続的に変化するような場合でも、この圧力ベクトルを正確に検出できる。
【００１６】
また、一対の円柱状感圧体の設置間隔と球形ボール体の直径と感圧繊維体の直径とを適宜変更することにより、感圧繊維に加わる力を調節できるので、感度調整が容易である。
【００１７】
図５は図１〜図４に示す感圧素子１を用いた圧力ベクトル検出装置のブロック回路図を示し、感圧繊維１E〜１Hの一端部１e〜１hは導電性接着剤を介して共通線６に接続され、その共通線６はアースされている。
【００１８】
感圧繊維１E〜１Hの他端部１e’〜１ｈ’は、導電性接着剤を介して出力線７e〜７ｈに接続されている。その出力線７e〜７ｈは検出部８に接続されている。各検出部８は選択スイッチ部９と基準抵抗Rｒとバッファ回路１０とアナログデジタル変換回路１１とからなっている。
【００１９】
選択スイッチ部９はスイッチ９e〜スイッチ９ｈを有する。選択スイッチ部９には後述する演算回路１２から選択指令信号S１、S２が入力される。選択指令信号S１はスイッチ９e（９ｇ）がオンのときスイッチ９ｆ（９ｈ）がオフとなり、スイッチ９ｆ（９ｈ）がオンのときスイッチ９e（９ｇ）が必ずオフとなるように両スイッチ９e（９ｇ）、９ｆ（９ｈ）をオン・オフ制御する。
【００２０】
選択指令信号S ２は、スイッチ９e、９fの系統とスイッチ９g、９hの系統とのいずれか一方を選択する機能を有する。各スイッチ９e〜９fはバッファ回路１０に接続されている。基準抵抗Rrには電源電圧Vが印加されている。バッファ回路１０は、感圧繊維１E〜１Hの両端１e−１e’、１f−１f’、１g−１g’、１h−１h’間に生じた電圧Vｆを検出する。その電圧Vfはアナログ・デジタル変換回路１１に入力されてデジタル信号に変換された後、演算回路（演算手段）１２に入力される。
【００２１】
その感圧繊維１E〜１Hの抵抗値Rは、感圧繊維１E−１Hの導電率の逆数と両端１e−１e’、１f−１f’、１g−１g’、１h−１h’間の長さL（図４参照）とで求まり、抵抗値Rは、電圧Vfと基準抵抗Rrの基準抵抗値Riとから下記の関係式を用いて求めることができる。
【００２２】
Vf＝V×R／（Rr＋R）
よって、電圧Vfを計測することにより、抵抗値Rが求まる。感圧繊維１E〜１Hの物理的特性は同じであると仮定して、各感圧繊維１E 〜１Hに圧力が加わると導電率が変化するので、抵抗値Rを検出することにより、各感圧繊維１E〜１Hに加わった加圧力Pの大きさが原理的には求められる。
【００２３】
ここで、図６（Ａ）に示すように、一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂについては、円柱状感圧体１Aの中心Ｏ１と円柱状感圧体１Bの中心Ｏ２とを結ぶ直線を角度基準線Ｋ１とし、作用子３の中心をＯ３として、中心Ｏ１と中心Ｏ３を通る直線に直交しかつ作用子３の表面に接する接線Ｑ１が基準線Ｋ１に対して為す角度をθmin、中心Ｏ２と中心Ｏ３とを通る直線に直交しかつ作用子３の表面に接する接線Ｑ２が基準線Ｋ１に対して為す角度をθmaxとするとき、測定被対象物Ｍからの加圧力Ｐ１が全体としてθmin以下の角度方向から加わると、円柱状感圧体１Ｂのみが作用子３の反作用の影響を受けて大きく変形し、これに対して円柱状感圧体１Ａは作用子３の反作用の影響をほとんど受けないのでほとんど変化せず、加圧力Ｐ１の向きを検出するのが困難である。同様に、測定被対象物Ｍからの加圧力Ｐ１’が全体としてθmax以上の角度方向から加わると、円柱状感圧体１Ａのみが作用子３の反作用の影響を受けて大きく変形し、これに対して、円柱状感圧体１Ｂは作用子３の反作用の影響をほとんど受けないのでほとんど変化せず、加圧力Ｐ１’の向きを検出するのが困難である。
【００２４】
一方、図６（Ｂ）に示すように、一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄについては、円柱状感圧体１Ｃの中心Ｏ１’と円柱状感圧体１Ｄの中心Ｏ２’とを結ぶ直線を角度基準線Ｋ１’として、中心Ｏ２’と中心Ｏ３とを通る直線に直交しかつ作用子３の表面に接する接線Ｑ１’が基準線Ｋ１’に対して為す角度をθ’min、中心Ｏ１’と中心Ｏ３とを通る直線に直交しかつ作用子３の表面に接する接線Ｑ２’が基準線Ｋ１’に対して為す角度をθ’maxとするとき、測定被対象物Ｍからの加圧力Ｐ１が全体としてθ’min以下の角度方向から加わると、円柱状感圧体１Ｃのみが大きく変形し、これに対して円柱状感圧体１Ｄは作用子３の力の影響をほとんど受けないのでほとんど変化せず、加圧力Ｐ１の向きを検出するのが困難である。同様に、測定被対象物Ｍからの加圧力Ｐ１’が全体としてθ’max以上の角度方向から加わると、円柱状感圧体１Ｄのみが大きく変形し、これに対して、円柱状感圧体１Ｃは作用子３の力の影響をほとんど受けないのでほとんど変化せず、加圧力Ｐ１’の向きを検出するのが困難である。
【００２５】
これらに対して、角度θmin（θ’min）〜角度θmax（θ’max）の範囲内の加圧力Ｐについては、一対の円柱状感圧体１Ｃ〜１Ｄが作用子３の作用、反作用の影響を受けて検出ができる程度にそれぞれ変形する。すなわち、角度θmin（θ’min）〜角度θmax（θ’max）の範囲内では、加圧力Ｐにより、交差箇所２を中心部として一対の円柱状感圧体１Ａ（１Ｃ）、１Ｂ（１Ｄ）が作用子３の作用、反作用の影響を受けて検出ができる程度にそれぞれ変形するので、加圧力Ｐの大きさと向きとを検出できることが概念的に理解できるであろう。
【００２６】
一般的には、感圧繊維１Ｅ〜１Ｈは、その抵抗値が、図７に示すように、加圧力Ｐの大きさによって変化する。その抵抗値Ｒはその加圧力Ｐが大きくなるに伴って反比例関数的に減少し、加圧力Ｐが所定値Ｆmax以上でほぼ一定となる。図７では、その加圧力Ｐが所定値Ｆmax以上のときの抵抗値を測定下限値Ｒmin、初期の抵抗値を測定上限値Ｒmaxで表す。
【００２７】
また、上記の説明から明らかなように、円柱状感圧体１Ａの感圧繊維１Ｅ、円柱状感圧体１Ｂの感圧繊維１Ｆには測定不明領域があるので、かつ、角度θminでは感圧繊維１Ｆのみに加圧力が加わり、感圧繊維１Ｅにはほとんど加圧力が加わらないので、角度θmin以下では感圧繊維１Ｅの抵抗値は初期値Ｒmaxのままであり、これに対して、感圧繊維１Ｆの値は、加圧力の大きさに応じたある抵抗値Ｒ’である。その一方、角度θmax以上では感圧繊維１Ｅのみに加圧力が加わり、感圧繊維１Ｆにはほとんど加圧力が加わらないので、角度θmax以上では感圧繊維１Ｆの抵抗値は初期値Ｒmaxのままであり、これに対して、感圧繊維１Ｅの値は、加圧力の大きさに応じたある抵抗値Ｒ’である。また、角度θminと角度θmaxとの中間の角度、すなわち、基準線Ｋ１に対して、９０度方向から加圧力が円柱状感圧体１Ａ、１Ｂに加わったときには、感圧繊維１Ｅ、１Ｆは同程度の変形を受けるので、その抵抗値は等しいと考えられる。よって、円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの抵抗値の変化は図８（Ａ）に示すように互いに反対方向の抵抗値曲線Ｑ１、Ｑ２を描くことになる。
【００２８】
円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄについても同様であり、円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄも同様な抵抗値曲線を描くことになる。
【００２９】
加圧力の大きさと向きとによって上記のように各感圧繊維１Ｅ〜１Ｈの抵抗値が変化するので、抵抗値が求まれば、逆に加圧力の大きさと向きとが求められる。図８（Ｂ）はその感圧繊維１Ｅの抵抗値と感圧繊維１Ｆの抵抗値との比の角度変化曲線Ｑ３を示している。ここで、「１」は抵抗値の比が「１」であることを意味している。
【００３０】
以下に、加圧力Ｐの向きとその大きさとを求める原理を図９を参照しつつ説明する。
【００３１】
ここでは、説明の便宜のため、加圧力Ｐの作用線Ｋ２が作用子３の中心Ｏ３を通るものとして説明する。
【００３２】
図９に示すように、例えば、加圧力Ｐが角度θｆ方向から作用子３を介して一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄに作用すると、加圧力Ｐは円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄと球体それぞれの中心を結ぶ２方向に分力される。一対の円柱状感圧体１Ｃは作用子３の作用により矢印Ａ１方向に大きく変形し、これに対して円柱状感圧体１Ｄは矢印Ａ２方向に小さく変形する。その円柱状感圧体１Ｃによって検出された加圧力の大きさをＰｃ、その円柱状感圧体１Ｄによって検出された加圧力の大きさをＰｄとすると、加圧力の比Ｐｃ／Ｐｄにより、一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄの延びる方向に直交する平面内での加圧方向θｆが求められる。
【００３３】
加圧力Ｐの大きさは、θmax、θmin、θfと円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄのいずれか一方の加圧力の大きさにより求めることができる。
【００３４】
上記したように、円柱状感圧体１ＣにＰｃの力が加わっているとすれば、図９に示すように、加圧力Ｐと力Ｐcを２辺にもつ三角形の関係から、加圧力Ｐは次式で算出することができる。
【００３５】
Ｐ＝sin（θmax−θmin）・Ｐc／cos（θf−θmin）
従って、一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄのいずれか一方の加圧力の大きさと、両一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄの加圧力の大きさの比とによって、一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄの延びる方向に直交する平面内での加圧方向θｆとその大きさ、すなわち、一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄの延びる方向に直交する平面内での加圧方向とその力の成分とが求められる。
【００３６】
同様の原理により、一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの一方の加圧力の大きさとその加圧方向とから、基準線Ｋ１に対する元の加圧力Ｐ１の大きさが求まる。すなわち、一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの延びる方向に直交する平面内での加圧方向とその力のその成分とが求められる。
【００３７】
従って、予め、加圧方向と加圧力の大きさとを感圧素子に加え、そのときの抵抗値を特性表として変換テーブルに記憶させておき、演算回路１２により抵抗値の比を求め、変換テーブルに記憶された設定値とその大きさとから、演算により加圧力のベクトル成分を演算できる。
【００３８】
ところで、図６に戻って、角度θmin（θ’min）から角度θmax（θ’max）を検出可能角度範囲とし、円柱状感圧体１Ｅ、１Ｆの各中心から作用子３に接するまでの各半径を一般的に異なるものとしてＲ1、Ｒ2、円柱状感圧体１Ｅ、１Ｆの中心間距離をＤ、作用子３の半径をＲｓとすると、下記の式が成り立つ。
【００３９】
cos（90−θmin）＝
＝（（Ｒ2＋Ｒｓ）2＋Ｄ2−（Ｒ1＋Ｒｓ）2）／（２・（Ｒ2＋Ｒｓ）・Ｄ）
cos（θmax−９０）＝
＝（（Ｒ1＋Ｒｓ）2＋Ｄ2−（Ｒ2＋Ｒｓ）2）／（２・（Ｒ1＋Ｒｓ）・Ｄ）
Ｄ＜Ｒ1＋Ｒ2＋２Ｒｓ
ここで、円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの各中心Ｏ１、Ｏ２の間隔Ｄを大きくすると、接線Ｑ１、Ｑ２の為す角度が小さくなるので、検出可能角度範囲が小さくなるが、同じ加圧力を加えた場合の各感圧繊維１Ｅ、１Ｆの変形が大きくなるので、各円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの検出感度が増大する。
【００４０】
また、作用子３の直径を大きくすると、同じ加圧力に対して各感圧繊維１Ｅ、１Ｆが作用子３から受ける力が大きくなるので、同様に、各円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの検出感度が増大する。
【００４１】
更に、感圧繊維１Ｅ、１Ｆの直径を大きくすると、同じ加圧力に対して各感圧繊維１Ｅ、１Ｆが作用子３から受ける力が大きくなるので、各円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの検出感度が増大すると共に、感圧繊維の圧縮可能量（変形可能量）が大きくなるために、加圧力の大きさそのものの検出可能範囲が広がることになる。感圧繊維１Ｅ、１Ｆの長さについては、作用子３の接する部分以外は外乱要素となるので、作用子３の直径程度とするのが望ましい。円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄについてもその中心間の間隔、感圧繊維１Ｇ、１Ｈの直径、作用子３の直径を適宜変更することにより、その感度を調整できる。
【００４２】
次に、演算回路１２の一例について図１０を参照しつつ説明する。
【００４３】
その図１０において、符号１３は一対の円柱状感圧体１Ａ、１Ｂの感圧繊維１Ｅ、１Ｆの電気抵抗値に対応するデジタル値に基づき、円柱状感圧体１Ａ、１Ｂに加わる力の向きと大きさとを求める測定回路、符号１３’は一対の円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄの感圧繊維１Ｇ、１Ｈの電気抵抗値に対応するデジタル値に基づき、円柱状感圧体１Ｃ、１Ｄに加わる力の向きと大きさとを求める測定回路である。
【００４４】
測定回路１３は、感圧繊維１Ｅにより得られた抵抗値と測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxとが入力されてこの測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxとの間に抵抗値があるか否かを判定する判定回路１４と、感圧繊維１Ｅにより得られた抵抗値と感圧繊維１Ｆにより得られた抵抗値とが入力されてその比を演算する比演算回路１５と、この比演算回路１５からの演算出力が入力されて予め記憶されている比と角度との関係から基準ラインＫ１に対応する角度信号を出力する角度換算用記憶手段としての角度変換テーブル１６と、感圧繊維１Ｆにより得られた抵抗値と測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxとが入力されてこの測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxとの間に抵抗値があるか否かを判定する判定回路１７と、感圧繊維１Ｆにより得られた抵抗値が入力されてその感圧繊維１Ｆにより得られた抵抗値と予め記憶されている感圧繊維１Ｆの抵抗値との関係から感圧繊維１Ｆに加わる加圧力の大きさ信号を出力する加圧力大きさ換算用記憶手段としての加圧力大きさ変換テーブル１８とを有する。その角度信号と加圧力大きさ信号とは、ＸＺ平面内での加圧力の大きさＦｘｚとその方向θｘｚとを表している。
【００４５】
測定回路１３’は、感圧繊維１Ｇにより得られた抵抗値と測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxとが入力されてこの測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxと間に抵抗値があるか否かを判定する判定回路１４’と、感圧繊維１Ｇにより得られた抵抗値と感圧繊維１Ｈにより得られた抵抗値とが入力されてその比を演算する比演算回路１５’と、この比演算回路１５’からの演算出力が入力されて予め記憶されている比と角度との関係から基準ラインＫ１’に対応する角度信号を出力する角度換算用記憶手段としての角度変換テーブル１６’と、感圧繊維１Ｈにより得られた抵抗値と測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxとが入力されてこの測定下限値Ｒminと測定上限値Ｒmaxと間に抵抗値があるか否かを判定する判定回路１７’と、感圧繊維１Ｈにより得られた抵抗値が入力されてその感圧繊維１Ｈにより得られた抵抗値と予め記憶されている感圧繊維１Ｈの抵抗値との関係から感圧繊維１Ｈに加わる加圧力の大きさ信号を出力する加圧力大きさ換算用記憶手段としての加圧力大きさ変換テーブル１８’とを有する。その角度信号と加圧力大きさ信号とは、ＹＺ平面内での加圧力の大きさＦｙｚとその方向θｙｚとを表している。
【００４６】
これらの各面内での加圧力の大きさＦｘｚ、Ｆｙｚと各面内での加圧力の方向θｘｚ、θｙｚとは互いに直交する三軸方向の面内での加圧力の大きさＦｘ、Ｆｙ、Ｆｚを演算する三成分演算回路２０に入力される。
【００４７】
その三軸方向の面内での加圧力の大きさは、例えば、下記の式によって求められる。
Ｆｘ＝Ｆｘｚ・cos  θｘｚ
Ｆｙ＝Ｆｙｚ・cos  θｙｚ
Ｆｚ＝Ｆｙｚ・cos  θｙｚ
なお、厳密には、一対の感圧繊維１Ｅ、１Ｆについてはこれらの自重、一対の感圧繊維１Ｇ、１Ｈについては、作用子３の自重に基づく変形量に対応する抵抗値を考慮に入れて、上限値Ｒmaxを決めるのが望ましい。
【００４８】
以下に、本発明に係わる圧力ベクトル検出装置の作用を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４９】
電源を投入すると、演算回路１２が作動を開始し、選択指令信号Ｓ１、Ｓ２が選択スイッチ部９に順次入力されて、スイッチ９e〜スイッチ９ｈが逐次オンされる。
【００５０】
これにより、各感圧繊維１Ｅ〜１Ｈの各抵抗値に対応する信号がそれぞれ対応する判定回路１４、１４’、比演算回路１５、１５’、判定回路１７、１７’、加圧力大きさ変換テーブル１８、１８’に入力される（Ｓ．１）。各比演算回路１５、１５’は各感圧繊維１Ｅ〜１Ｈの比をそれぞれ演算する（Ｓ．２）。
【００５１】
各一対の円柱状感圧体毎に感圧繊維の抵抗値（加圧力の大きさ）が測定上限値Ｒmaxと測定下限値Ｒminとの範囲内にあるか否かを判定回路１４、１４’、１７、１７’により判定する（Ｓ．３）。加圧力の大きさが検出範囲外のとき演算を中止し、Ｓ４．に移行して検出範囲外コードを出力回路２０’を通して出力した後、Ｓ．９へ移行する。
【００５２】
なお、測定上限値Ｒmaxは既述したように自重を考慮して定めるのが望ましい。
【００５３】
加圧力の大きさが検出範囲内のときには、角度変換テーブル１６、１６’を参照してＸＺ平面、ＹＺ平面内での加圧方向θｘｚ、θｙｚを求める（Ｓ．５）。ついで、加圧力大きさ変換テーブル１８、１８’を参照して、ＸＺ平面、ＹＺ平面内での加圧力の大きさＦxz、Ｆyzを求める（Ｓ．６）。
【００５４】
ついで、三成分演算回路２０によりＸＺ平面、ＹＺ平面内での加圧力の大きさＦxz、Ｆyzとその加圧方向θｘｚ、θｙｚとから加圧ベクトル（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を求める（Ｓ．７）。
【００５５】
ついで、その加圧ベクトル算出結果を出力回路２０’を通して出力する（Ｓ．８）。そして、一定時間が経過するまで待機し（Ｓ．９）、一定時間が経過すると、Ｓ．１へ戻り、同じ処理を繰り返す。
【００５６】
この処理は、各感圧素子１毎に行われ、図１２に示すように、各感圧素子１を車両用のシートクッション２１に整列配置して、被検出対象としての乗員の体重を測定することにすれば、シートクッション２１の各部位に加わる乗員の体重による圧力分布を測定できる。
【００５７】
また、図１３に示すように、パーソナルコンピュータの構成部品であるキーボード２２の一部分に感圧素子１を３×３のマトリックス状に配置し、各感圧素子１の配置位置をカーソルの移動方向に対応させ、押圧による感圧素子１の抵抗値の変化を検出する構成とすれば、カーソルの移動方向および移動速度を感圧素子１により制御することができる。
【００５８】
以上説明したように、本発明の実施例に係わる圧力ベクトル検出装置は、互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と、該一対の感圧繊維体の延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と、両一対の感圧繊維体の交差箇所に配設された作用子と、前記両一対の円柱状感圧体を包囲する弾性体とからなる感圧素子と、
一方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出すると共に、他方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に基づき一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該一方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行うと共に、前記他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該他方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行う演算回路とを備え、前記交差箇所に加わる力の作用方向の三軸方向の成分を検出するので、軽量かつコンパクトな感圧素子を用いて圧力ベクトルを正確に検出できる。
【００５９】
また、本発明の実施例に係わる圧力分布検出装置は、互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と該一対の感圧繊維体の延びる方向に交差するようにして互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体と両一対の感圧繊維体の交差箇所に配設された作用子と前記両一対の円柱状感圧体を包囲する弾性体とからなる感圧素子が整列配列された車両用シートと、
一方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出すると共に、他方の一対の感圧繊維体の各導電抵抗値を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に基づき一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該一方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該一方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行うと共に、前記他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値に基づき力の大きさの演算と該他方の一対の感圧繊維体の導電抵抗値の比に基づき該他方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での前記交差箇所を中心部とする角度の演算とを行う演算回路とを備え、
各感圧繊維毎に前記各交差箇所に加わる力の作用方向の三軸方向の成分を検出することによりシートに加わる圧力分布をベクトル的に検出するので、車両用シートの圧力分布を正確に検出できる。
【００６０】
更に、本発明の実施例に係わる圧力ベクトル検出方法は、互いに平行に配置されかつ力の作用に基づき導電抵抗が変化する一対の感圧繊維体に対してボール体を介して力の作用に基づき導電抵抗が変化する互いに平行な一対の感圧繊維体を前記一対の感圧繊維体の延びる方向に交差するようにして配設し、一方の一対の感圧繊維体により該一方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での交差箇所を中心部とする力の成分を求めると共に、他方の一対の感圧繊維体により該他方の一対の感圧繊維体の延びる方向に直交する平面内での交差箇所を中心部とする力の成分を求めることにより、前記交差箇所に加わる力の作用方向の三軸方向の成分を検出するので、力の方向と大きさとをベクトル的に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係わる感圧素子の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す一対の円柱状感圧体の配置関係を示す斜視図である。
【図３】図２に示す一対の円柱状感圧体と作用子との配置関係を示す分解図である。
【図４】図２に示す一対の円柱状感圧体をその延びる方向と直交する平面で断面した図を示し、（Ａ）は下方の円柱状感圧体をその延びる方向と直交する平面内で断面した状態を示し、（Ｂ）は上方の円柱状感圧体をその延びる方向と直交する平面内で断面した状態を示す。
【図５】図１に示す一対の円柱状感圧体を用いた圧力ベクトル検出回路のブロック回路図である。
【図６】図１に示す感圧素子を用いて加圧力の大きさとその方向との検出原理の予備的説明図であって、（Ａ）は上方の一対の円柱状感圧体による加圧力の大きさとその方向とを求めるための説明図であり、（Ｂ）は下方の一対の円柱状感圧体による加圧力の大きさとその方向とを求めるための説明図である。
【図７】本発明に係わる感圧繊維の加圧力と抵抗との関係を示す変化曲線図である。
【図８】本発明に係わる一対の円柱状感圧体により検出される抵抗値の大きさとその角度との関係を説明するための説明図であって、（Ａ）は抵抗値と角度との関係を示す抵抗値変化曲線図、（Ｂ）は角度に対する抵抗比の変化を示す抵抗比変化曲線図である。
【図９】本発明に係わる一対の円柱状感圧体を用いての加圧力の向きとその大きさとの関係を詳細に説明するための図である。
【図１０】図５に示す演算回路の詳細な構成を示すブロック回路図である。
【図１１】本発明に係わる圧力ベクトル検出装置の動作の一例を説明するためのフローチャート図である。
【図１２】本発明に係わる圧力ベクトル検出装置を車両用のシートクッションに適用した一例を示す概略図である。
【図１３】本発明に係わる感圧素子をパーソナルコンピュータの構成部品であるキーボードに適用してカーソルの移動方向検出に適用した例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…感圧素子
１Ａ、１Ｂ…一対の円柱状感圧体
１Ｃ、１Ｄ…一対の円柱状感圧体
３…作用子
４…弾性体
【図１】
2007240478.tif 000003
【図２】
2007240478.tif 000004
【図３】
2007240478.tif 000005
【図４】
2007240478.tif 000006
【図５】
2007240478.tif 000007
【図６】
2007240478.tif 000008
【図７】
2007240478.tif 000009
【図８】
2007240478.tif 000010
【図９】
2007240478.tif 000011
【図１０】
2007240478.tif 000012
【図１１】
2007240478.tif 000013
【図１２】
2007240478.tif 000014
【図１３】
2007240478.tif 000015