(57)【要約】【課題】計測分解能が高く、計測感度が良い力検出器、これを備えた圧力検出装置、電子機器及びロボットを提供する事。【解決手段】力検出器２は、第１電極配線２１１と、第２電極配線２１２と、形状支持体２１４と、複数個の検出部としての圧力センサー１２とを備える。圧力センサー１２は第１電極配線２１１と第２電極配線２１２との交点に設けられ、第２電極配線２１２は第１電極配線２１１よりも検出面側に配置される。第２電極配線２１２は圧力センサー１２の外の領域で、形状支持体２１４に沿って屈曲する突出部２１２ａを有している。一つの圧力センサー１２に加えられた力が突出部２１２ａによって分散され、第２電極配線２１２を経由して隣の圧力センサー１２に伝播する事を抑制でき、検出面に加えられた力Ｐを正確に測定する事ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
可撓性を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に配置された感圧材料と、を備え、
前記第１基板は、前記感圧材料に面する側において互いに間隔を置いて設けられた複数の第１電極配線を含み、
前記第２基板は、前記感圧材料に面する側に設けられ、前記複数の第１電極配線と交差する第２電極配線を含み、
前記第１電極配線と前記第２電極配線とが交差する領域が検出部であり、
前記第２電極配線は、隣り合う前記検出部間において前記感圧材料側に屈曲または湾曲する突出部を有することを特徴とする力検出器。
【請求項２】
前記第２基板は、隣り合う前記検出部間において前記第２電極配線を支持すると共に前記感圧材料側に屈曲または湾曲させる形状支持体を有することを特徴とする請求項１に記載の力検出器。
【請求項３】
前記第２電極配線は、互いに間隔を置いて複数設けられ、
前記形状支持体は、隣り合う前記第２電極配線間において互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項２に記載の力検出器。
【請求項４】
前記第２電極配線は、互いに間隔を置いて複数設けられ、
前記形状支持体は、前記第２基板よりも弾性係数が大きく、隣り合う前記第１電極配線間において複数の前記第２電極配線に亘って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の力検出器。
【請求項５】
前記形状支持体は、前記第２基板に一体成形されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の力検出器。
【請求項６】
前記第２電極配線と前記感圧材料との間に設けられ、少なくとも前記第２電極配線の前記突出部を覆う絶縁層を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の力検出器。
【請求項７】
前記感圧材料が感圧導電性弾性体であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の力検出器。
【請求項８】
前記感圧材料が弾性を有する誘電体物質であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の力検出器。
【請求項９】
前記感圧材料が感圧スイッチであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の力検出器。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の力検出器と、
一方の面側に弾性体突起を有する第３基板と、を備え、
前記第３基板は、前記弾性体突起の先端部が前記第２基板の前記感圧材料に面する側に対して反対側の表面に接するように前記力検出器に対向配置されていることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１１】
前記力検出器において、前記第１電極配線と前記第２電極配線とが交差する領域が検出部であり、
前記第１基板には基準点が定められると共に、前記検出部は前記基準点の周りに複数個設けられ、
前記第３基板は、前記弾性体突起の重心が前記基準点と重なると共に、前記弾性体突起の先端部が前記基準点に接するように前記力検出器に対向配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧力検出装置。
【請求項１２】
外力によって前記弾性体突起が弾性変形することにより複数の前記検出部で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた前記検出部でそれぞれ検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向と外力の大きさを演算する演算装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載の圧力検出装置。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の圧力検出装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の圧力検出装置を備えたことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力検出器、力検出器を備えた圧力検出装置、電子機器及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記検出装置として、変位可能な接触子と、この接触子を表面に設け、接触子の変位を検出ポイントで検出して出力する感圧素子を備える触覚センサーが知られている（特許文献１）。接触子は感圧素子の表面に三つ以上設けられ、感圧素子の検出ポイントは１つの接触子につき三つ以上設けられている。これにより、接触子に作用する物理量としての荷重を検出可能であると共に、感圧素子の表面において荷重がどの方向に加わっているかというモーメントを検出可能であるとしている。
図１７（ａ）〜（ｃ）は特許文献１に示された感圧素子の構成を示す模式図である。上記特許文献１には、図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、感圧導電シート４１４と、感圧導電シート４１４の一方の面側に設けた複数の第１電極４１１と、感圧導電シート４１４の他方の面側に第１電極４１１と交差するように設けられた第２電極４１２とを有し、第１電極４１１と第２電極４１２とが交差する領域が検出ポイント４１３として機能する感圧素子４００の例が示されている。つまり、感圧素子４００は、感圧導電シート４１４を介して第１電極４１１と第２電極４１２間の電気抵抗を検出するものである。したがって、触覚センサーは、感圧素子４００によって検出された電気抵抗の変化に基づいて荷重を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６４５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、図１７（ｂ）に示すように、第２電極４１２の延在方向（Ｃ−Ｃ’方向）に交差する方向（Ｒ−Ｒ’方向）では、例えば隣り合う検出ポイント４１３の間に荷重Ｆが加えられたとしても、隣り合う検出ポイント４１３のさらに外側に延在する第２電極４１２には荷重Ｆが伝わり難いので、第２電極４１２の延在方向に交差する方向における荷重Ｆの計測分解能は確保できる。しかしながら、図１７（ｃ）に示すように、第２電極４１２の延在方向（Ｃ−Ｃ’方向）では、加えられた荷重Ｆが第２電極４１２の延在方向に伝播して分散する。それゆえに、第２電極４１２の延在方向に交差する方向に比べて延在方向おける計測分解能や計測感度が低下して、接触子に加えられた荷重や荷重のモーメントを正確に測定できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る力検出器は、第１基板と、可撓性を有する第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置された感圧材料とを備え、第１基板は、感圧材料に面する側において互いに間隔を置いて設けられた複数の第１電極配線を含み、第２基板は、感圧材料に面する側に設けられ複数の第１電極配線と交差する第２電極配線を含み、第１電極配線と第２電極配線とが交差する領域が検出部であり、第２電極配線は、隣り合う検出部間において感圧材料側に屈曲または湾曲する突出部を有することを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、一つの検出部に加えられた力が突出部によって分散されるので、加えられた力が第２電極配線を経由して隣の検出部に伝搬することを抑制できる。従って第２電極配線に沿った方向での計測分解能と検出感度との低下を抑制できる。即ち、検出面に加えられた力を正確に測定する事ができる。換言すると、計測分解能が高く、計測感度も良い力検出器を提供する事ができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係わる力検出器において、第２基板は、隣り合う検出部間において第２電極配線を支持すると共に感圧材料側に屈曲または湾曲させる形状支持体を有することを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、形状支持体に沿って第２電極配線を形成でき、第２電極配線の突出部を所望の形状に形成することが可能となる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係わる力検出器において、第２電極配線は、互いに間隔を置いて複数設けられ、形状支持体は、隣り合う第２電極配線間において互いに離間して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、形状支持体すなわち突出部が互いに離間して配置されているため、一つの検出部に加えられた力が複数の突出部により分散されるので、加えられた力が第２電極配線を経由して隣の検出部に伝搬することをより抑制できる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係わる力検出器において、第２電極配線は、互いに間隔を置いて複数設けられ、形状支持体は、第２基板よりも弾性係数が大きく、隣り合う第１電極配線間において複数の第２電極配線に亘って配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、形状支持体の弾性係数が第２基板の弾性係数よりも大きいため、一つの検出部に加えられた力が形状支持体すなわち突出部を経由して隣の検出部に伝搬することを抑制できる。従って第２電極配線に沿った方向での計測分解能と検出感度との低下をより抑制できる。また形状支持体を、隣り合う第１電極配線間において複数の第２電極配線に亘って配置するため、形状支持体の形成を容易にする事ができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係わる力検出器において、形状支持体は、第２基板に一体成形されていることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、形状支持体が第２基板に一体形成されているために、形状支持体の強度および耐久性を向上させることができる。また、高い生産効率を得ることができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に係わる力検出器において、第２電極配線と感圧材料との間に設けられ、少なくとも第２電極配線の突出部を覆う絶縁層を備えることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、第２電極配線の突出部が絶縁層で覆われているため、第２電極配線の突出部と第１電極配線間での力検出を防止することができる。すなわち、第１電極配線と第２電極配線とが交差する領域のみを検出部とすることができ、より正確な力検出が可能となる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に係わる力検出器において、感圧材料が感圧導電性弾性体であることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、一つの検出部に加えられた力が第２電極配線を経由して隣の検出部に伝搬することを抑制できる。従って、ある検出部に作用した外力が、当該検出部の隣の検出部に配置された、感圧導電性弾性体からなる抵抗方式の圧力センサーによって誤検出されることを抑制できる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に係わる力検出器において、感圧材料が弾性を有する誘電体物質であることを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、一つの検出部に加えられた力が第２電極配線を経由して隣の検出部に伝搬することを抑制できる。従って、ある検出部に作用した外力が、当該検出部の隣の検出部に配置された、誘電体物質からなる誘電方式の圧力センサーによって誤検出されることを抑制できる。
【００２２】
［適用例９］上記適用例に係わる力検出器において、感圧材料が感圧スイッチであることを特徴とする。
【００２３】
本適用例によれば、一つの検出部に加えられた力が第２電極配線を経由して隣の検出部に伝搬することを抑制できる。従って、ある検出部に作用した外力が、当該検出部の隣の検出部に配置された、圧力スイッチからなる圧力センサーによって誤検出されることを抑制できる。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係わる圧力検出装置は、外力の大きさと方向とを検出する圧力検出装置であって、上記適用例に記載の力検出器と、一方の面側に弾性体突起を有する第３基板とを備え、第３基板は弾性体突起の先端部が第２基板の感圧材料に面する側に対して反対側の表面に接するように力検出器に対向配置されていることを特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、弾性体突起の先端部が第２基板に当接した状態で滑り方向（圧力検出装置に平行な方向）に変形する事が可能であるので、特許文献１の触覚センサーに比べて、外力の大きさと方向との検出精度を高める事ができる。第３基板の表面に外力が付加されると、弾性体突起は先端部が第２基板に当接した状態で圧縮変形する。この時、面内の所定の方向の滑り力成分がある場合、弾性体突起の変形には偏りが生じる。即ち、弾性体突起の重心は所定方向（滑り方向）に移動する。すると、力検出器における複数の圧力センサーのうち弾性体突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出される事となる。よって、演算装置により、各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向と大きさを求める事ができる。又、力検出器の感度と分解能とが優れているので、外力の大きさと方向とを高い精度で検出する圧力検出装置を提供する事ができる。
【００２６】
［適用例１１］上記適用例に係わる圧力検出装置において、第１電極配線と第２電極配線とが交差する領域が検出部であり、第１基板には基準点が定められると共に、検出部は基準点の周りに複数個設けられ、第３基板は、弾性体突起の重心が基準点と重なると共に、弾性体突起の先端部が基準点に接するように力検出器に対向配置されていることを特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、第３基板の表面に外力が付加されると、弾性体突起は先端部が第２基板に当接した状態で圧縮変形する。この時、面内の所定の方向の滑り力成分がある場合、弾性体突起の変形には偏りが生じる。即ち、弾性体突起の重心は基準点からずれて所定方向（滑り方向）に移動する。すると、基準点の周りに設けられた複数の検出部すなわち複数の圧力センサーのうち弾性体突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出される事となる。よって、演算装置により、各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向と大きさを求める事ができる。又、力検出器の感度と分解能とが優れているので、外力の大きさと方向とを高い精度で検出する圧力検出装置を提供する事ができる。
【００２８】
［適用例１２］上記適用例に係わる圧力検出装置において、外力によって弾性体突起が弾性変形することにより複数の検出部で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた検出部でそれぞれ検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向と外力の大きさを演算する演算装置を備えてもよい。
【００２９】
［適用例１３］本適用例に係わる電子機器は、上記適用例に係わる圧力検出装置を備えることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、上述した圧力検出装置を備えているので、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事が可能な電子機器を提供する事ができる。
【００３１】
［適用例１４］本適用例に係わるロボットは、上記適用例に係わる圧力検出装置を備えることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、上述した圧力検出装置を備えているので、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事が可能なロボットを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）および（ｂ）は実施形態１に係る力検出器の概略構成を示す図。
【図２】実施形態１に係る圧力検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は実施形態１に係る圧力センサーによる断面形状の変化を示す断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は実施形態１に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す平面図。
【図５】実施形態１に係るセンシング領域の座標系を示す図。
【図６】実施形態１に係る圧力センサーによる垂直方向の圧力分布を示す図。
【図７】実施形態１に係る圧力センサーによる滑り方向の計算例を示す図。
【図８】実施形態２に係る圧力検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は実施形態２に係る圧力センサーによる断面形状の変化を示す断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は実施形態２に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す平面図。
【図１１】実施形態２に係るセンシング領域の座標系を示す図。
【図１２】変形例１における形状支持体の平面形状を示す図。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は変形例２における形状支持体の断面形状を示す図。
【図１４】変形例３における力検出器の断面形状を説明した図。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は電子機器の一例携帯情報端末の概略構成を示す模式図。
【図１６】（ａ）および（ｂ）はロボットの一例ロボットハンドの概略構成を示す模式図。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は特許文献１に示された感圧素子の構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。尚、以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が第１基板１０に対して平行な方向に設定され、ＸＹ平面（ｚ＝０）を検出面（図１（ｂ）の第２基板２０の表面側）と称す。又、Ｚ軸が第１基板１０に対して直交する方向（検出面の法線方向）に設定されている。
【００３５】
なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。
【００３６】
（実施形態１）
＜力検出器＞
本実施形態の力検出器について、図１を参照して説明する。
図１は、実施形態１に係る力検出器の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
本実施形態の力検出器２は図１（ｂ）に示される様に、第１基板１０と第２基板２０と感圧材料１５とを備える。本実施形態で、感圧材料１５は感圧導電性弾性体である。感圧材料１５は第１基板１０の表面と第２基板２０の裏面とで挟持され、第２基板２０の表面側が検出面である。力検出器２はこの検出面に加えられた力を検出する。尚、第１基板１０も第２基板２０も一方の面を表面と称し、その反対の他方の面を裏面と称している。本明細書では、Ｚ軸の正の方向（図１（ｂ）の上向き）に面する方を表面と称し、Ｚ軸の負の方向（図１（ｂ）の下向き）に面する方を裏面と称する。
【００３７】
力検出器２は更に第１電極配線２１１と第２電極配線２１２とを備え、第１電極配線２１１は第１基板１０の表面に形成され、第２電極配線２１２は第２基板２０の裏面に形成されている。従って、第１電極配線２１１と第２電極配線２１２との間に感圧材料１５としての感圧導電性弾性体が備えられている。力検出器２の検出面が第２基板２０の表面側なので、断面視にて、第２電極配線２１２は第１電極配線２１１よりも検出面側に配置されている事になる。一方、平面視においては、図１（ａ）に示される様に、第１電極配線２１１と第２電極配線２１２とは、互いに交差される様に配置され、第１電極配線２１１と第２電極配線２１２とが交差する領域が検出部であって、検出部には圧力センサー１２が設けられる。即ち、力検出器２は感圧抵抗方式の複数の圧力センサー１２を具備して構成されている。
【００３８】
さらに、第２基板２０の裏面には感圧材料１５側に突出する形状支持体２１４を有しており、第２電極配線２１２は形状支持体２１４の形状に沿って形成される。即ち、第２電極配線２１２に沿って隣り合う圧力センサー１２の間で、第２電極配線２１２は感圧材料１５側に屈曲する突出部２１２ａを有している。断面の形状が三角形の形状支持体２１４は、隣り合う第２電極配線２１２間において互いに離間して配置されている。
【００３９】
第１基板１０は、例えばガラスや石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形板であり、第１基板１０の大きさ（平面視のサイズ）は、例えば縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ程度になっている。又、第２基板２０は可撓性を有する例えばポリイミドフィルムやポリエステルフィルムなどのプラスチックフィルムを用いて構成されている。尚、感圧材料１５は、誘電体物質でも構わず、第１電極配線２１１と第２電極配線２１２との間に誘電体物質を備えた静電容量方式の圧力センサー１２を以て力検出器２を構成してもよい。また、感圧材料１５は、加えられた圧力によって、電気的なスイッチングが生ずる感圧スイッチでもよい。
【００４０】
形状支持体２１４は、第２基板２０の弾性係数よりも大きい弾性係数を有する絶縁性の部材で構成することが好ましいが、上述した第２基板２０を構成する部材と同じ部材を用いてもよい。これによれば、第２基板２０と形状支持体２１４とを一体成形することもできる。
【００４１】
＜圧力検出装置＞
次に、上述の力検出器２を用いた圧力検出装置について図２を参照して説明する。図２は、実施形態１に係る圧力検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図２において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された複数の圧力センサー１２が検出する単位検出領域を示している。尚、図１（ａ）には、図２に対応させて、単位検出領域Ｓと基準点Ｐとを描いてある。
【００４２】
本実施形態の圧力検出装置１は、基準点Ｐに加えられた外力の方向と大きさを検出する圧力センサー方式のタッチパッドであり、例えばノートパソコン等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられるものである。あるいは、ロボットハンドの指に取り付けられ、触覚センサーとして用いられるものである。尚、「基準点」とは、滑り力が作用していない場合に弾性体突起３２の中心が位置するポイントである。
【００４３】
図２に示す様に、圧力検出装置１は、基準点Ｐの周りに複数配置された圧力センサー１２、を有する力検出器２と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置すると共に外力によって先端部が力検出器２に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２が形成された第３基板３０と、を備えている。
【００４４】
圧力検出装置１は、外力によって弾性体突起３２が弾性変形する事により複数の圧力センサー１２で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１２で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向と大きさを演算する演算装置（図示略）を備えている。
【００４５】
複数の圧力センサー１２は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の圧力センサー１２は、互いに直交する二方向（Ｘ方向及びＹ方向）に行列状に配置されている。これにより、基準点Ｐと各圧力センサー１２との間の距離が互いに等しくなるので、弾性体突起３２の変形と各圧力センサー１２で検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各圧力センサー１２の圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１２で検出された圧力値の差分を演算する事が容易となる。尚、圧力値の差分の演算方法については後述する。
【００４６】
複数の圧力センサー１２は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。４つの圧力センサー１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。例えば、単位検出領域Ｓの大きさ（平面視のサイズ）は、縦４ｍｍ×横４ｍｍ程度になっている。また、４つの圧力センサー１２の各面積がほぼ等しくなっている。圧力センサー１２は、接触面に外力が作用した時に加わる圧力を抵抗の変化として検出して電気信号に変換する。但し、圧力センサー１２の方式については特に限定される事なく、この他に例えば、前述した静電容量方式などを用いる事ができる。
【００４７】
第３基板３０は、矩形板状の第３基板本体３１と、第３基板本体３１に配置された複数の弾性体突起３２と、を具備して構成されている。第３基板本体３１は、外力を受ける部分である。第３基板本体３１は、例えばガラス、石英及びプラスチックなどの材料で構成する事もできるし、発泡ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料で構成する事もできる。本実施形態では、第３基板本体３１及び弾性体突起３２の形成材料として樹脂材料を用い、第３基板本体３１及び弾性体突起３２を金型で一体形成している。
【００４８】
複数の弾性体突起３２は、第３基板本体３１上においてＸ方向及びＹ方向に行列状に配置されている。弾性体突起３２の先端部は、球面の錘状となっており、力検出器２に当接している。弾性体突起３２の重心は、初期的に基準点Ｐと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起３２は、互いに離間して配置されている。この為、弾性体突起３２が弾性変形した時の第３基板本体３１の面内に平行な方向の変形量を許容する事ができる。
【００４９】
弾性体突起３２のサイズは任意に設定する事ができる。ここでは、弾性体突起３２の基部の径（弾性体突起３２が第３基板本体３１に接する部分の直径）は５ｍｍ程度になっている。弾性体突起３２の高さ（弾性体突起３２のＺ方向の距離）は５ｍｍ程度になっている。隣り合う弾性体突起３２の離間間隔は２．５ｍｍ程度になっている。弾性体突起３２のデュロメーター硬さ（タイプＡ、ＩＳＯ７６１９準拠のデュロメーターによる硬さ測定値）は３０程度になっている。
【００５０】
次に、基準点Ｐに作用する外力の方向と大きさを検出する方法について、図３及び図４を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１に係る圧力検出装置の構造変化を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）〜（ｃ）に対応した、実施形態１に係る圧力検出装置の圧力値の変化を示す平面図である。尚、図３（ａ）及び図４（ａ）は第３基板３０の表面に外力が付加される前の状態（外力の作用がないとき）を示している。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は第３基板３０の表面に垂直方向（滑り力がない状態）の外力が付加された状態を示している。図３（ｃ）及び図４（ｃ）は第３基板３０の表面に斜め方向（滑り力がある状態）の外力が付加された状態を示している。また、図４（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起３２の重心（圧力中心）を示している。
【００５１】
図３（ａ）及び図４（ａ）に示す様に、圧力検出装置１の表面に外力が付加される前においては、弾性体突起３２は変形しない。これにより、力検出器２と第３基板３０との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。この時の各圧力センサー１２の圧力値は例えばメモリー（図示省略）に記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー１２の圧力値を基準として外力の作用する方向や大きさが求められる。
【００５２】
図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示す様に、圧力検出装置１の表面に垂直方向の外力が付加された時には、弾性体突起３２は先端部が力検出器２に配置された複数の圧力センサー１２に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、力検出器２と第３基板３０との間の距離が外力の作用がない時に比べて小さくなる。この時の圧力センサー１２の圧力値は、外力の作用がない時に比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１２とも略同じ値となる。
【００５３】
図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示す様に、圧力検出装置１の表面に斜め方向の外力が付加された時には、弾性体突起３２は先端部が力検出器２に配置された複数の圧力センサー１２に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板２０が−Ｚ方向に撓み、力検出器２と第３基板３０との間の距離が外力の作用がない時に比べて小さくなる。この時、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起３２の先端部と４つの圧力センサー１２とがそれぞれ重なる面積が変化する。具体的には、弾性体突起３２の先端部と、４つの圧力センサー１２のうち−Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された圧力センサー１２と重なる面積よりも＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された圧力センサー１２と重なる面積のほうが大きくなる。
【００５４】
弾性体突起３２は、斜め方向の外力により変形に偏りが生じる。即ち、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐからずれて滑り方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動する。すると、各圧力センサー１２で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起３２の重心Ｇと重なる位置の圧力センサー１２では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起３２の重心Ｇと重ならない位置の圧力センサー１２では相対的に小さい圧力値が検出される事となる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて外力が加えられた方向と大きさが求められる。
【００５５】
図５は、実施形態１に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図６は、実施形態１に係る圧力センサーによる垂直方向の圧力分布を示す図である。図７は、実施形態１に係る圧力センサーによる滑り方向の計算例を示す図である。
【００５６】
図５に示す様に、複数の圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）は、単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。ここで、各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰS1、ＰS2、ＰS3、ＰS4とし、各圧力センサー１２の面積をＡとすると、外力のＸ方向成分Ｆｘ（外力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力）は以下の式（１）で表される。
【００５７】
【数１】
2013152129.tif 000003
【００５８】
また、外力のＹ方向成分Ｆｙ（外力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力）は以下の式（２）で表される。
【００５９】
【数２】
2013152129.tif 000004
【００６０】
尚、式（１）及び式（２）のｆは圧力検出装置１に固有な比例定数で力の単位を有する。また、外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分）は以下の式（３）で表される。
【００６１】
【数３】
2013152129.tif 000005
【００６２】
本実施形態では、外力の成分を検出する際に法線成分Ｆｚに関しては式（３）を用い、滑り力に関しては式（１）及び式（２）を用いる。滑り力に関しては、次の手順を踏む。
まず、検出面上で第１軸（例えばＸ軸）と第２軸（例えばＹ軸）とを定める。第１軸に沿った滑り力の成分を検出するには、基準点Ｐより第１軸の正の方向に位置する圧力センサー１２（例えば圧力センサーＳ２（１２）と圧力センサーＳ４（１２））で検出された圧力値の和から、第１軸の負の方向に位置する圧力センサー１２（例えば圧力センサーＳ１（１２）と圧力センサーＳ３（１２））で検出された圧力値の和を差し引き（１軸差分と称する）、この数値（１軸差分）を用いて所定の演算を行って求める。同様に、第２軸に沿った滑り力の成分を検出するには、基準点Ｐより第２軸の正の方向に位置する圧力センサー１２（例えば圧力センサーＳ１（１２）と圧力センサーＳ２（１２））で検出された圧力値の和から、第２軸の負の方向に位置する圧力センサー１２（例えば圧力センサーＳ３（１２）と圧力センサーＳ４（１２））で検出された圧力値の和を差し引き（２軸差分と称する）、この数値（２軸差分）を用いて所定の演算を行って求める。所定の演算の一例としては、先の数値（１軸差分や２軸差分）を、総ての圧力センサー１２（例えば圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２））で検出された圧力値の総和にて除し、圧力検出装置１に固有な比例定数ｆを乗ずる。
【００６３】
式（１）に示す様に、外力のＸ方向成分Ｆｘにおいては、４つの圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で検出された圧力値のうち＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ２（１２）及び圧力センサーＳ４（１２）で検出された値が組み合わされると共に、−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ１（１２）及び圧力センサーＳ３（１２）で検出された値が組み合わされる。この様に、＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ２（１２）及び圧力センサーＳ４（１２）の組み合わせによる圧力値と−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ１（１２）及び圧力センサーＳ３（１２）の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のＸ方向成分が求められる。
【００６４】
式（２）に示す様に、外力のＹ方向成分Ｆｙにおいては、４つの圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で検出された圧力値のうち＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ１（１２）及び圧力センサーＳ２（１２）で検出された値が組み合わされると共に、−Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ３（１２）及び圧力センサーＳ４（１２）で検出された値が組み合わされる。この様に、＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ１（１２）及び圧力センサーＳ２（１２）の組み合わせによる圧力値と−Ｙ方向に配置された圧力センサーＳ３（１２）及び圧力センサーＳ４（１２）の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のＹ方向成分が求められる。
【００６５】
式（３）に示す様に、外力のＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）の圧力値を足し合わせた合力で求められる。但し、外力のＺ方向成分Ｆｚは、外力のＸ方向成分Ｆｘ及び外力のＹ方向成分Ｆｙ（分力）に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起３２の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外力のＺ方向成分Ｆｚの検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起３２の材質として硬いものを用いると弾性体突起３２が変形しにくくなり外力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起３２の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触った時のタッチ感に強い感度（違和感）を与える場合がある。この為、外力のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、外力のＸ方向成分Ｆｘの検出値及び外力のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起３２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【００６６】
図６は、圧力検出装置１を１５行１５列の行列状（合計２２５個）に並べて、タッチバッドとした例で、各圧力検出装置１は、単位検出領域Ｓに圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）を縦２行横２列の合計４個配置している。図６では、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押している。この時、外力の垂直方向（Ｚ方向）の圧力は、外力が作用した部分の中心部が最も大きくなっている（圧力センサー１２の出力電圧が９０ｍＶ〜１２０ｍＶ程度）。また、外力の垂直方向（Ｚ方向）の圧力は、中心部に次いでその周辺部（圧力センサー１２の出力電圧が６０ｍＶ〜９０ｍＶ程度）、最外周部（圧力センサー１２の出力電圧が３０ｍＶ〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなっている。また、指で押されていない領域は、圧力センサー１２の出力電圧が０ｍＶ〜３０ｍＶ程度となっている。
【００６７】
図６に示すタッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合に外力の面内方向成分（滑り方向）の算出方法を考える。図７は、外力を算出する一例を示している。図７の例では、指の押圧力（外力）は、縦１５行×横１５列に配置された圧力検出装置１の内の縦３行×横３列に配置された部分に作用している。外力の垂直方向の圧力は、図６と同様に、外力が作用した３行３列の中心部がもっとも大きくなっている（１１０ｍＶ）。各圧力検出装置１は、それぞれ４つの圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）を有しており、４つの圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）からの出力の和が外力の法線成分となる（上述の式（３））。例えば、先の中央部の圧力検出装置１では各圧力センサー１２からの出力の和は５４ｍＶ＋２８ｍＶ＋１８ｍＶ＋１０ｍＶ＝１１０ｍＶとなっている。
【００６８】
一方、各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向（滑り力の方向）が演算される。つまり、各圧力検出装置１にて、上述した式（１）及び式（２）に基づいて外力のＸ方向成分Ｆｘ及び外力のＹ方向成分Ｆｙが算出される。例えば、中心部の圧力検出装置１ではＦｘ＝（２８＋１０−５４−１８）／１１０ｆ＝−０．３１ｆ、Ｆｙ＝（５４＋２８−１８−１０）／１１０ｆ＝０．４９ｆとなっている。従ってｔａｎθ＝−０．４９／０．３１＝−１．５８となり、滑り力の方向はθ＝１２２°である。この様に９個の圧力検出装置１にて検出された滑り力の方向の平均を取ると、＋Ｘ方向を基準として反時計回りに約１２３°の方向に外力が作用している事が分かる。尚、外力の作用する方向の算出にあっては、ここで行われた様に複数の圧力検出装置１から算出された結果の平均値で求める方法の他に、例えば、複数の圧力検出装置１から算出された結果の最大値を採用する方法や、所定の閾値よりも大きい検出値を採用する方法等を用いる事ができる。
【００６９】
本実施形態の力検出器２によれば、隣り合う圧力センサー１２間の第２電極配線２１２に突出部２１２ａが設けられているので、一つの圧力センサー１２に加えられた力が第２電極配線２１２を経由して隣の圧力センサー１２に伝播する事を抑制できる。従って、第２電極配線２１２に沿った方向での計測分解能と検出感度との低下を抑制できる。即ち、検出面に加えられた力を正確に測定する事ができる。換言すると、計測分解能が高く、計測感度も良い力検出器２を提供する事ができる。又、第１電極配線２１１が真っ直ぐな帯状となるので、製造が容易で有る上に、複数個の圧力センサー１２を行列状に配置できる。
【００７０】
本実施形態の圧力検出装置１によれば、弾性体突起３２の先端部が力検出器２（複数の圧力センサー１２）に当接した状態で滑り方向（圧力センサー１２表面に平行な方向）に変形する事が可能であるので、特許文献１の触覚センサーに比べて、外力の方向と大きさの検出精度を高める事ができる。圧力検出装置１の表面に外力が付加されると、弾性体突起３２は先端部が力検出器２に配置された複数の圧力センサー１２に当接した状態で圧縮変形する。この時、面内の所定の方向の滑り力成分がある場合、弾性体突起３２の変形には偏りが生じる。即ち、弾性体突起３２の重心は基準点Ｐからずれて所定方向（滑り方向）に移動する。すると、複数の圧力センサー１２のうち弾性体突起３２の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起３２の重心と重なる位置の圧力センサー１２では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起３２の重心と重ならない位置の圧力センサー１２では相対的に小さい圧力値が検出される事となる。よって、演算装置により、各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が加えられた方向と大きさを求める事ができる。従って、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事が可能な圧力検出装置１を提供する事ができる。
【００７１】
本実施形態によれば、複数の圧力センサー１２が基準点Ｐに対して点対称に配置されているので、基準点Ｐと各圧力センサー１２との間の距離が互いに等しくなる。この為、弾性体突起３２の変形量と各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で検出される圧力値の関係が互いに等しくなる。例えば、複数の圧力センサー１２が基準点Ｐから互いに異なる距離に配置される場合、弾性体突起３２の変形量が同じであっても、各圧力センサー１２で検出された圧力値は互いに異なる事となる。この為、検出値の差分を演算する際に各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）の配置位置に応じた補正係数が必要となる。しかしながら、本実施形態によれば、弾性体突起３２の変形量と各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）が検出する圧力値との関係が互いに等しくなるので、前記補正係数は不要となる。従って、各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）の圧力値の差分から外力の方向と大きさを演算する事が容易となり、外力を効率よく検出する事ができる。
【００７２】
本実施形態によれば、複数の圧力センサー１２が互いに直交する二方向に行列状に配置されているので、各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１２で検出された圧力値の差分から外力の方向と大きさを演算する事が容易となる。例えば、面内方向成分のうちＸ方向成分を演算する場合、複数の圧力センサー１２が複数の方向にランダムに配置されている場合に比べて、相対的に＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ２（１２）及び圧力センサーＳ４（１２）の組み合わせと相対的に−Ｘ方向に配置された圧力センサーＳ１（１２）及び圧力センサーＳ３（１２）の組み合わせとを区分けして選出しやすくなる。従って、外力を効率よく検出する事ができる。
【００７３】
本実施形態によれば、第３基板本体３１には、複数の弾性体突起３２が互いに離間して配置されているので、弾性体突起３２が弾性変形した時の第３基板本体３１の面内に平行な方向の変形量を許容する事ができる。例えば、一方の弾性体突起３２が変形した時に他方の弾性体突起３２に変形の影響を及ぼす事を抑制する事ができる。この為、複数の弾性体突起３２が互いに接触して配置されている場合に比べて、外力を正確に各圧力センサーＳ１（１２）〜Ｓ４（１２）に伝達する事ができる。従って、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事ができる。
【００７４】
尚、本実施形態においては、圧力センサー１２が単位検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。圧力センサー１２は、単位検出領域Ｓ当たり３つ以上配置されていればよい。
【００７５】
（実施形態２）
＜他の圧力検出装置＞
次に、実施形態２の圧力検出装置について図８〜図１１を参照して説明する。
図８は、図２に対応した、本発明の実施形態２に係る圧力検出装置の概略構成を示す分解斜視図である。図８において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起３２に対応して配置された複数の圧力センサー１１２が検出する単位検出領域を示している。本実施形態の圧力検出装置４は、複数の圧力センサー１１２が互いに直交する二方向に少なくとも縦４行横４列に配置されている点で、上述の実施形態１で説明した圧力検出装置１と異なる。図８において、図２と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。尚、図８においては、便宜上、複数の圧力センサー１１２が単位検出領域Ｓ当たり縦４行横４列に配置されているが、実際には図１０及び図１１に示す様に複数の圧力センサー１１２が単位検出領域Ｓ当たり縦４行横４列以上に配置されていても良い。
【００７６】
図８に示す様に、圧力検出装置４は、基準点Ｐの周りに複数配置された圧力センサー１１２、を有する力検出器３と、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置すると共に外力によって先端部が力検出器３に当接した状態で弾性変形する弾性体突起３２、が形成された第３基板３０と、を備えている。
【００７７】
複数の圧力センサー１１２は、互いに直交する二方向（Ｘ方向及びＹ方向）に少なくとも縦４行横４列に計１６個配置されている。具体的には、複数の圧力センサー１１２は、単位検出領域Ｓ当たり少なくとも縦４行横４列に計１６個配置されている。これら１６個の圧力センサー１１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。
【００７８】
図９（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）〜（ｃ）に対応した、実施形態２に係る圧力検出装置４の構造の変化を示す断面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、図９（ａ）〜（ｃ）に対応した、実施形態２に係る圧力検出装置４の圧力値の変化を示す平面図である。尚、図９（ａ）及び図１０（ａ）は圧力検出装置４の表面に外力が付加される前の状態（外力の作用がないとき）を示している。図９（ｂ）及び図１０（ｂ）は圧力検出装置４の表面に垂直方向の外力が付加された状態を示している。図９（ｃ）及び図１０（ｃ）は圧力検出装置４の表面に斜め方向の外力が付加された状態を示している。また、図１０（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起３２の重心を示している。図９及び図１０において、図３及び図４と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７９】
図９（ａ）及び図１０（ａ）に示す様に、圧力検出装置４の表面に外力が付加される前においては、弾性体突起３２は変形しない。これにより、力検出器３と第３基板３０との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。この時の各圧力センサー１１２の圧力値は例えばメモリー（図示省略）に記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー１１２の圧力値を基準として外力の作用する方向や大きさが求められる。
尚、力検出器３は、第１電極配線３１１を有する第１基板１１０と、第１電極配線３１１に対して交差する方向に配置された第２電極配線３１２を有する第２基板１２０と、両基板に挟持された感圧材料１５とにより構成されている。第１基板１１０や第２基板１２０の材料構成は、実施形態１と同様である。
【００８０】
図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示す様に、圧力検出装置４の表面に垂直方向の外力が付加された時には、弾性体突起３２は先端部が力検出器３の表面に配置された複数の圧力センサー１１２に当接した状態でＺ方向に圧縮変形する。これにより、第２基板１２０が−Ｚ方向に撓み、力検出器３と第３基板３０との間の距離が外力の作用がない時に比べて小さくなる。この時の圧力センサー１１２で検出された圧力値は、外力の作用がない時に比べて大きくなる。
【００８１】
図９（ｃ）及び図１０（ｃ）に示す様に、圧力検出装置４の表面に斜め方向の外力が付加された時には、弾性体突起３２は先端部が力検出器３の表面に配置された複数の圧力センサー１１２に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第２基板１２０が−Ｚ方向に撓み、力検出器３と第３基板３０との間の距離が外力の作用がない時に比べて小さくなる。また、第２基板１２０の撓み量は−Ｘ方向成分よりも＋Ｘ方向成分の方が大きくなる。この時、弾性体突起３２の重心Ｇは基準点Ｐから＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起３２の先端部と複数の圧力センサー１１２との重なる面積の割合は、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積のほうが重なる面積の割合が大きくなる。
【００８２】
図１１は、図５に対応した、実施形態２に係るセンシング領域の座標系を示す図である。尚、図１１において、複数の圧力センサーＳｉ（１１２）（１００個）が行列状に配置されており、このうちの２５の圧力センサーＳｉ（１１２）がそれぞれ−Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び＋Ｙ方向に区画された領域、−Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域、＋Ｘ方向及び−Ｙ方向に区画された領域に配置されている。また、図１１においては、便宜上、１００個の圧力センサーＳｉ（１１２）を図示しているが、圧力センサーＳｉ（１１２）の配置数はこれに限らず任意に変更する事ができる。
【００８３】
図１１に示す様に、複数の圧力センサーＳｉ（１１２）は、単位検出領域Ｓ当たり縦１０行横１０列に計１００個配置されている。ここで、各圧力センサーＳｉ（１１２）が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰｉ（ｉ＝１〜１００）、基準点Ｐと各圧力センサーＳｉ（１１２）との間の距離の面内方向成分をｒｉ（ｉ＝１〜１００）とする。また、面内方向成分のうちＸ方向成分をｒｘｉ（ｉ＝１〜１００）、面内方向成分のうちＹ方向成分をｒｙｉ（ｉ＝１〜１００）とすると、外力のＸ方向成分Ｆｘ（外力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力）は以下の式（４）で表される。
【００８４】
【数４】
2013152129.tif 000006
【００８５】
また、外力のＹ方向成分Ｆｙ（外力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力）は以下の式（５）で表される。
【００８６】
【数５】
2013152129.tif 000007
【００８７】
尚、式（４）及び式（５）のｇは圧力検出装置４に固有な比例定数で力／長さの単位を有する。また、外力のＺ方向成分Ｆｚ（外力の垂直方向成分）は以下の式（６）で表される。式（６）のＡは、一つの圧力センサー１１２の面積である。
【００８８】
【数６】
2013152129.tif 000008
【００８９】
本実施形態では、外力の成分を検出する際に法線成分Ｆｚに関しては式（６）を用い、滑り力に関しては式（４）及び式（５）を用いる。滑り力の検出に関しては、次の手順を踏む。まず、検出面上で第１軸（例えばＸ軸）と第２軸（例えばＹ軸）とを定める。第１軸に沿った滑り力の成分を検出するには、各圧力センサー１１２で検出された圧力値を距離の第１軸成分で重み付けし、これら重み付けされた圧力値（第１モーメントと称する）の総和を用いて所定の演算を行って求める。同様に、第２軸に沿った滑り力の成分を検出するには、各圧力センサー１１２で検出された圧力値を距離の第２軸成分で重み付けし、これら重み付けされた圧力値（第２モーメントと称する）の総和を用いて所定の演算を行って求める。所定の演算の一例としては、重み付けされた圧力値の総和を、総ての圧力センサー１１２で検出された圧力値の総和にて除し、圧力検出装置４に固有な比例定数ｇを乗ずる。
【００９０】
式（４）に示す様に、第１軸をＸ軸とし、外力のＸ方向成分Ｆｘを求めるには、１００個の圧力センサーＳｉ（１１２）で検出された圧力値を用いて１００個の第１モーメントを求め、これを総ての圧力センサー１１２で検出された圧力値の総和にて除し、圧力検出装置４に固有な比例定数ｇを乗ずる。
【００９１】
同様に、式（５）に示す様に、第２軸をＹ軸とし、外力のＹ方向成分Ｆｙを求めるには、１００個の圧力センサーＳｉ（１１２）の圧力値を用いて１００個の第２モーメントを求め、これを総ての圧力センサー１１２で検出された圧力値の総和にて除し、圧力検出装置４に固有な比例定数ｇを乗ずる。
【００９２】
式（６）に示す様に、外力のＺ方向成分Ｆｚを求めるには、１００個の圧力センサーＳｉ（１１２）で検出された圧力値を足し合わせ、これに一つの圧力センサー１１２の面積Ａを乗ずる。但し、外力のＺ方向成分Ｆｚは、外力のＸ方向成分Ｆｘ及び外力のＹ方向成分Ｆｙに比べて検出値が大きく検出される傾向がある。この為、外力のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、外力のＸ方向成分Ｆｘの検出値及び外力のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起３２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【００９３】
本実施形態の圧力検出装置４によれば、複数の圧力センサー１１２が互いに直交する二方向に少なくとも縦４行横４列に配置されているので、実施形態１に比べて配置される圧力センサー１１２の数が多くなる。この為、多数の圧力センサー１１２で検出された圧力値に基づいて、外力の作用する方向と大きさとをより正確に求める事ができる。
【００９４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加える事が可能である。変形例を以下に述べる。
【００９５】
（変形例１）
図１２は変形例１における形状支持体の平面形状を説明した図である。以下、図１２を用いて変形例１を説明する。実施形態１では形状支持体２１４は、隣り合う第２電極配線２１２間において互いに離間して配置されていたが、形状支持体２１４は、第２基板２０よりも弾性係数が大きく、隣り合う第１電極配線２１１間において複数の第２電極配線２１２に亘って配置されていてもよい。
【００９６】
本変形例に示す様に、形状支持体２１４の弾性係数が第２基板２０の弾性係数よりも大きいため、一つの圧力センサー１２に加えられた力が形状支持体２１４を経由して隣の圧力センサー１２に伝搬することを抑制できる。従って第２電極配線２１２に沿った方向での計測分解能と検出感度との低下を抑制できる。即ち、検出面に加えられた力を正確に測定する事ができる。換言すると、計測分解能が高く、計測感度も良い力検出器を提供する事ができる。また形状支持体２１４を、隣り合う第１電極配線２１１間において複数の第２電極配線２１２に亘って配置するため、形状支持体２１４の形成を容易にする事ができる。
【００９７】
（変形例２）
図１３は変形例２における形状支持体の断面形状を説明した図である。以下、図１３を用いて変形例２を説明する。実施形態１では、形状支持体２１４の断面形状は三角形であって第２電極配線２１２に沿って設けられた突出部２１２ａは３か所の屈曲点を有していたが、屈曲点の個数はこれに限られず、１つ以上有ればよく、あるいは湾曲していても良い。図１３（ａ）に示すように第２電極配線２１２は断面形状が長方形の形状支持体２１４に沿うように設けられた突出部２１２ｂを有している。図１３（b）に示すように第２電極配線２１２は断面形状が台形の形状支持体２１４に沿うように設けられた突出部２１２ｃを有している。したがって図１３（ａ）および（ｂ）では４か所の屈曲点を有している。図１３（ｃ）に示すように第２電極配線２１２は断面形状が三角形の複数（２つ）の形状支持体２１４に沿うように設けられた複数（２つ）の突出部２１２ａを有している。したがって、図１３（ｃ）では６か所の屈曲点を有している。図１３（ｄ）に示すように第２電極配線２１２は断面形状が半円形の形状支持体２１４に沿うように設けられた突出部２１２ｄを有している。図１３（ｄ）では突出部２１２ｄが湾曲している。即ち、第２電極配線２１２に設けられる突出部は複数の屈曲点あるいは湾曲点を有した断面形状を採用することができる。
【００９８】
特に図１３（ｃ）に示す様に、第２電極配線２１２が圧力センサー１２の外の領域に屈曲点を有する突出部２１２ａを複数個有すると、屈曲する箇所が多くなるので、一つの圧力センサー１２に加えられた力が第２電極配線２１２を経由して隣の圧力センサー１２に伝播する事をより確実に抑制できる。即ち、第２電極配線２１２に沿った方向での計測分解能と検出感度との低下をより確実に抑制できる。
【００９９】
（変形例３）
図１４は変形例３における力検出器の断面形状を説明した図である。以下、図１４を用いて変形例３を説明する。実施形態１では形状支持体２１４に沿って感圧材料１５側に屈曲又は湾曲した突出部２１２ａが感圧材料１５に直接接する構造であったのに対し、変形例３では形状支持体２１４に沿って感圧材料１５側へ突出した第２電極配線２１２の突出部２１２ａに絶縁層２１５を設け、該突出部２１２ａにおいては第２電極配線２１２と感圧材料１５とが絶縁される点が異なる。絶縁層２１５は第１電極配線２１１と第２電極配線２１２が交差する領域に被らないよう設けられていれば良い。
【０１００】
本変形例に示す様に、突出部２１２ａにおいて第２電極配線２１２と感圧材料１５とが絶縁されると、感圧材料１５側へ突出した第２電極配線２１２と第１電極配線２１１間での力検出を防止することができる。すなわち、第１電極配線２１１と第２電極配線２１２とが交差する領域のみを検出部とすることができ、より正確な力検出が可能となる。
【０１０１】
＜電子機器＞
図１５（ａ）は、上記実施形態に係る圧力検出装置１，４又は、上記変形例に係わる力検出器を用いた圧力検出装置１，４を適用した電子機器としての携帯電話機１０００の概略構成を示す模式図である。携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３及びスクロールボタン１００２、並びに表示部としての上記圧力検出装置を適用した液晶パネル１００１を備えている。スクロールボタン１００２を操作する事によって、液晶パネル１００１に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル１００１にはメニューボタン（図示略）が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、携帯電話機１０００の電話番号が表示されたりする。
【０１０２】
図１５（ｂ）は、上記実施形態に係る圧力検出装置１，４又は、上記変形例に係わる力検出器を用いた圧力検出装置１，４を適用した電子機器としての携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）２０００の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２及び電源スイッチ２００３、並びに表示部としての上記圧力検出装置を適用した液晶パネル２００１を備えている。電源スイッチ２００３を操作すると、液晶パネル２００１にはメニューボタン（図示省略）が表示される。例えば、メニューボタン（図示省略）を指で触れると住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
【０１０３】
このような電子機器によれば、上述した圧力検出装置を備えているので、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事が可能な電子機器を提供する事ができる。
【０１０４】
尚、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、デジタルスチルカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、本発明に係る圧力検出装置を適用させる事ができる。
【０１０５】
＜ロボット＞
図１６は、上記実施形態に係る圧力検出装置１，４又は、上記変形例に係わる力検出器を用いた圧力検出装置１，４を適用したロボットハンド３０００の概略構成を示す模式図である。図１６（ａ）に示す様に、ロボットハンド３０００は、本体部３００３及び一対のアーム部３００２、並びに上記圧力検出装置を適用した把持部３００１を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部３００２に駆動信号を送信すると、一対のアーム部３００２が開閉動作する。
【０１０６】
図１６（ｂ）に示す様に、ロボットハンド３０００でコップ等の対象物３０１０を把持する場合を考える。この時、対象物３０１０に作用する力は把持部３００１で圧力として検出される。ロボットハンド３０００は、把持部３００１として上述した圧力検出装置を備えているので、対象物３０１０の表面（接触面）に垂直な方向の力と併せて重力Ｍｇですべる方向の力（滑り力の成分）を検出する事が可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたり滑りやすい物体を落としたりしないよう、対象物３０１０の質感に応じて力を加減しながら持つ事ができる。
【０１０７】
このロボットハンド３０００によれば、上述した圧力検出装置を備えているので、外力の方向と大きさを高い精度で検出する事が可能なロボットハンド３０００を提供する事ができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…圧力検出装置、２…力検出器、３…力検出器、４…圧力検出装置、１０…第１基板、１２…圧力センサー、１５…感圧材料、２０…第２基板、３０…第３基板、３１…第３基板本体、３２…弾性体突起、１１０…第１基板、１１２…圧力センサー、１２０…第２基板、２１１…第１電極配線、２１２…第２電極配線、２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ…突出部、２１４…形状支持体、３１１…第１電極配線、３１２…第２電極配線、１０００…携帯電話機、２０００…携帯情報端末、３０００…ロボットハンド、３００１…把持部、３０１０…対象物。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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