(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッドベース上に固着された弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個のホール素子（または永久磁石）を対向配置し、上部側に位置する永久磁石（または複数個のホール素子）の上面側を荷重の作用面とし、複数個のホール素子の出力電圧を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、
前記弾性体として円板状になる弾性体を用い、該円板状になる弾性体をゴム製カップで囲み、このゴム製カップに入った円板状の弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を載せてゴム製カップに固着すると共に、該ゴム製カップをパッドベースの天面に固着したことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
【請求項２】
パッドベース上に固着された弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個のホール素子（または永久磁石）を対向配置し、上部側に位置する永久磁石（または複数個のホール素子）の上面側を荷重の作用面とし、複数個のホール素子の出力電圧を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、
前記弾性体として、円板状をした第１の弾性体の周囲をこれよりもヤング率の高い第２の弾性体でドーナツ状に囲んだ弾性体を用い、この内外二重構造になる弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、該内外二重構造になる弾性体をパッドベースの天面に固着したことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
【請求項３】
パッドベース上に固着された弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個のホール素子（または永久磁石）を対向配置し、上部側に位置する永久磁石（または複数個のホール素子）の上面側を荷重の作用面とし、複数個のホール素子の出力電圧を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、
前記弾性体として、パッドベースの天面部に形成された凹状皿部の深さと同一高さで、かつ、凹状皿部よりも幅の小さな円板状の弾性体を用い、該幅の小さな円板状の弾性体をパッドベース天面の凹状皿部内の中央部に固着するとともに、この凹状皿部の上面全体を所定のテンションをかけたゴム製シートで覆い、該テンションをかけたゴム製シートを前記円板状の弾性体の天面部と凹状皿部の周縁部に接着固定し、該接着固定したゴム製シートの上面中央部に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着したことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
【請求項４】
パッドベース上に固着された弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個の小電極（またはグランド電極）を対向配置し、上部側に位置するグランド電極（または複数個の小電極）の上面を荷重の作用面とし、各小電極の静電容量を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、
前記弾性体として円板状になる弾性体を用い、該円板状になる弾性体をゴム製カップで囲み、このゴム製カップに入った円板状の弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を載せてゴム製カップに固着すると共に、該ゴム製カップをパッドベースの天面に固着したことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
【請求項５】
パッドベース上に固着された弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個の小電極（またはグランド電極）を対向配置し、上部側に位置するグランド電極（または複数個の小電極）の上面を荷重の作用面とし、各小電極の静電容量を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、
前記弾性体として、円板状をした第１の弾性体の周囲をこれよりもヤング率の高い第２の弾性体でドーナツ状に囲んだ弾性体を用い、この内外二重構造になる弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、該内外二重構造になる弾性体をパッドベースの天面に固着したことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
【請求項６】
パッドベース上に固着された弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個の小電極（またはグランド電極）を対向配置し、上部側に位置するグランド電極（または複数個の小電極）の上面を荷重の作用面とし、各小電極の静電容量を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、
前記弾性体として、パッドベースの天面部に形成された凹状皿部の深さと同一高さで、かつ、凹状皿部よりも幅の小さな円板状の弾性体を用い、該幅の小さな円板状の弾性体をパッドベース天面の凹状皿部内の中央部に固着するとともに、この凹状皿部の上面全体を所定のテンションをかけたゴム製シートで覆い、該テンションをかけたゴム製シートを前記円板状の弾性体の天面部と凹状皿部の周縁部に接着固定し、該接着固定したゴム製シートの上面中央部にグランド電極（または複数個の小電極）を固着したことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
【請求項７】
前記弾性体としてゲルを用いたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三軸荷重計測センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばベッドに横たわった患者等の体に作用する荷重を作用面に垂直な圧力成分と作用面に平行なずれ力に分解して計測する三軸荷重計測センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
寝たきりの病人や介護老人等では、ベッドと長時間接触している部分を中心に褥創、いわゆる床ずれが発生することが知られている。この褥創を防ぐには、できるだけ体を動かして血行障害をなくし、同じ部分が長時間にわたって圧迫されることのないようにする必要がある。このため、一定時間毎に寝ている患者の体の向きを変えてやったり、ベッドの傾斜角度を変える等の介護策を講じていた。
【０００３】
また、近時においては、褥創の発生を防止するために、ベッド並びにベッド上に敷かれるエアマットの形状や構造の研究が進み、作用する荷重をできるだけ分散し、人体にかかる圧力を可能な限り小さくする工夫がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に褥創の発生は、人体に作用する圧力と作用する時間の積に比例すると言われており、褥創を予防するには、ベッドに寝たときに実際にどれ位の圧力が作用するかを知ることが重要である。従来、このような圧力を測定するため、種々の接触圧センサが開発され、使用されてきたが、いずれも人体に作用する荷重を人体表面に垂直な向きの圧力とみなして検出するものであった。
【０００５】
しかしながら、近時の研究によれば、褥創の発生には、人体表面に対して垂直の向きに作用するいわゆる接触圧の大小だけでなく、人体表面と平行な向きに作用するいわゆるずれ力も重要なファクターであるということが指摘されるようになってきた。そのため、従来の接触圧センサのように作用する荷重を人体表面に垂直な向きの圧力のみとみなして検出するだけでは十分でなく、作用する荷重を人体表面に垂直な向きの圧力と人体表面に平行な向きのずれ力とに分解して正確に計測する必要が生じてきた。
【０００６】
本発明は、上記要望に基づいてなされたものであって、作用する荷重を作用面に垂直な圧力成分と作用面に平行なずれ力に分解して計測する三軸荷重計測センサ、特に、作用する荷重の受容体である弾性体の形状を工夫し、荷重に対する追従性に優れ、ずれ力と圧力を正確に計測できるようにした三軸荷重計測センサを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような手段を採用した。
すなわち、請求項１に係る三軸荷重計測センサは、パッドベース上に固着された弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個のホール素子（または永久磁石）を対向配置し、上部側に位置する永久磁石（または複数個のホール素子）の上面側を荷重の作用面とし、複数個のホール素子の出力電圧を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、前記弾性体として円板状になる弾性体を用い、該円板状になる弾性体をゴム製カップで囲み、このゴム製カップに入った円板状の弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を載せてゴム製カップに固着すると共に、該ゴム製カップをパッドベースの天面に固着したものである。
【０００８】
また、請求項２に係る三軸荷重計測センサは、パッドベース上に固着された弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個のホール素子（または永久磁石）を対向配置し、上部側に位置する永久磁石（または複数個のホール素子）の上面側を荷重の作用面とし、複数個のホール素子の出力電圧を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、前記弾性体として、円板状をした第１の弾性体の周囲をこれよりもヤング率の高い第２の弾性体でドーナツ状に囲んだ弾性体を用い、この内外二重構造になる弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、該内外二重構造になる弾性体をパッドベースの天面に固着したものである。
【０００９】
また、請求項３に係る三軸荷重計測センサは、パッドベース上に固着された弾性体の上面に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個のホール素子（または永久磁石）を対向配置し、上部側に位置する永久磁石（または複数個のホール素子）の上面側を荷重の作用面とし、複数個のホール素子の出力電圧を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、前記弾性体として、パッドベースの天面部に形成された凹状皿部の深さと同一高さで、かつ、凹状皿部よりも幅の小さな円板状の弾性体を用い、該幅の小さな円板状の弾性体をパッドベース天面の凹状皿部内の中央部に固着するとともに、この凹状皿部の上面全体を所定のテンションをかけたゴム製シートで覆い、該テンションをかけたゴム製シートを前記円板状の弾性体の天面部と凹状皿部の周縁部に接着固定し、該接着固定したゴム製シートの上面中央部に永久磁石（または複数個のホール素子）を固着したものである。
【００１０】
また、請求項４に係る三軸荷重計測センサは、パッドベース上に固着された弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個の小電極（またはグランド電極）を対向配置し、上部側に位置するグランド電極（または複数個の小電極）の上面を荷重の作用面とし、各小電極の静電容量を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、前記弾性体として円板状になる弾性体を用い、該円板状になる弾性体をゴム製カップで囲み、このゴム製カップに入った円板状の弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を載せてゴム製カップに固着すると共に、該ゴム製カップをパッドベースの天面に固着したものである。
【００１１】
また、請求項５に係る三軸荷重計測センサは、パッドベース上に固着された弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個の小電極（またはグランド電極）を対向配置し、上部側に位置するグランド電極（または複数個の小電極）の上面を荷重の作用面とし、各小電極の静電容量を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、前記弾性体として、円板状をした第１の弾性体の周囲をこれよりもヤング率の高い第２の弾性体でドーナツ状に囲んだ弾性体を用い、この内外二重構造になる弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、該内外二重構造になる弾性体をパッドベースの天面に固着したものである。
【００１２】
また、請求項６に係る三軸荷重計測センサは、パッドベース上に固着された弾性体の上面にグランド電極（または複数個の小電極）を固着すると共に、パッドベースの下側には複数個の小電極（またはグランド電極）を対向配置し、上部側に位置するグランド電極（または複数個の小電極）の上面を荷重の作用面とし、各小電極の静電容量を用いて、作用する荷重を作用面に平行な方向のずれ力と作用面に垂直な方向の圧力に分解して計測する三軸荷重計測センサであって、前記弾性体として、パッドベースの天面部に形成された凹状皿部の深さと同一高さで、かつ、凹状皿部よりも幅の小さな円板状の弾性体を用い、該幅の小さな円板状の弾性体をパッドベース天面の凹状皿部内の中央部に固着するとともに、この凹状皿部の上面全体を所定のテンションをかけたゴム製シートで覆い、該テンションをかけたゴム製シートを前記円板状の弾性体の天面部と凹状皿部の周縁部に接着固定し、該接着固定したゴム製シートの上面中央部にグランド電極（または複数個の小電極）を固着したものである。
【００１３】
また、請求項７に係る三軸荷重計測センサは、前記請求項１〜６に係る三軸荷重計測センサにおいて、弾性体としてゲルを用いたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記のような構成の三軸荷重計測センサとした場合、荷重に対する弾性体の追従性が極めて優れたものとなり、作用する荷重をずれ力と圧力に正確に分解して算出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１〜図４に本発明に係る三軸荷重計測センサの第１の実施の形態を示す。
この第１の実施の形態は、磁気検知方式によって構成した場合の例を示すもので、図１は三軸荷重計測センサの全体形状を示す図、図２はプリント配線基板の形状を示す図、図３はパッドベースの形状を示す図、図４はパッドとマグネットの形状を示す図である。
【００１６】
図において、１は基台となるプリント配線基板であって、その平面形状をいわゆる前方後円墳状とされており、方形(四角形)部分の端縁には、プリント配線用の複数の電極２が形成されているとともに、円形部分には、磁気検知素子である４個のホール素子３１〜３４ が、Ｘ軸上、Ｙ軸上に位置して、それぞれ原点Ｏから等距離の位置に２個ずつ固設されている。
【００１７】
前記４個のホール素子３１〜３４の上側には、プリント配線基板１と略同形状になる硬質プラスチック製のパッドベース４が、ホール素子３１〜３４の全体を覆うように固定配置されている。そして、このパッドベース天面の凹状皿部５には、弾性変形自在なゲルから作られた円錐台形状のパッド６が嵌合固定されており、このゲル製パッド６の天面位置に、前記４個のホール素子３１〜３４の全体を覆う大きさからなる円板状の永久磁石７がホール素子３１〜３４と対向して固着配置されている。永久磁石７は板面に対して垂直の向きに磁化されており、円板状をした永久磁石７の上下面がＮ、Ｓの磁極面となるように構成されている。
【００１８】
なお、前記パッドベース４の裏面側には、４個のホール素子格納室８が十文字状に形成されており、この４個のホール素子格納室８に４個のホール素子３１〜３４のそれぞれを収納することにより、ホール素子３１〜３４と永久磁石７の距離を近づけるとともに、ホール素子３１〜３４を外力から保護している。
【００１９】
また、前記４個のホール素子格納室８の前後位置には、２つの小さな突起９が形成されており、この２つの突起９をプリント配線基板１の対応する位置に形成された位置合わせ用穴１０に嵌め合わせることにより、パッドベース４とプリント配線基板１の位置合わせを行っている。
【００２０】
一方、上記プリント配線基板１の電極２には、フラットケーブル１１等の電線が接続されており、このフラットケーブル１１を介して、プリント配線基板１へ電源を供給すると共に、各ホール素子３１〜３４の出力を取り出すように構成されている。
【００２１】
上記ホール素子３１〜３４、パッドベース４、ゲル製パッド６、永久磁石７及びフラットケーブル１１を一体に組み付けられたプリント配線基板１は、その全体を、例えば透明なビニルシート等からなるパッケージシート１２で包まれ、プリント配線基板１の裏面部と永久磁石７の上面部を熱融着もしくは接着剤等でパッケージシート１２に接着すると共に、パッケージシート１２の側縁１３を熱溶着等によってシールすることにより、人体皮膚等へのセンサの直接接触によるけが等を防止すると共に、防水・防湿を図っている。
【００２２】
次に、図５を参照して、上記三軸荷重計測センサを用いた荷重の計測方法について説明する。なお、図５（ａ）はホール素子３１〜３４と永久磁石７の配置関係を示す図、図５（ｂ）はずれ力のベクトル図であって、図中の各記号の意味は次の通りである。
【００２３】
ＸＰ：Ｘ軸上の＋側に配置したホール素子３１の出力値
ＸＮ：Ｘ軸上の−側に配置したホール素子３２の出力値
ＹＰ：Ｙ軸上の＋側に配置したホール素子３３の出力値
ＹＮ：Ｙ軸上の−側に配置したホール素子３４の出力値
Ｓ  ：ずれ力
θ  ：ずれ力Ｓの方向
ＸＳ：ずれ力ＳのＸ方向成分
ＹＳ：ずれ力ＳのＹ方向成分
Ｐ  ：Ｚ方向（垂直下向き）の圧力
【００２４】
計測に際しては、三軸荷重計測センサを、測定対象とする部位、例えばベッドに寝た患者の腰、背中、仙骨部などに、両面接着テープ等を用いて張り付ける。三軸荷重計測センサを張り付けた患者がベッドに寝ると、ベッドの傾き、エアマットや布団の状態、そのときの姿勢などに応じて、荷重の作用面たる永久磁石７の上面に荷重が作用する。荷重が作用すると、ゲル製パッド６がその荷重の大きさと向きに応じて変形し、４個のホール素子３１〜３４からその時の変形状態に応じた出力ＸＰ〜ＹＮがそれぞれ発生する。
【００２５】
この出力ＸＰ〜ＹＮは、電極２、フラットケーブル１１を通じて外部へ取り出され、コンピュータ等で構成された演算処理装置に送られ、次のような演算処理を行うことによって、Ｘ，Ｙ方向のずれ力ＸＳ，ＹＳ、ずれ力Ｓ、その方向θ、圧力Ｐが算出される。
【００２６】
先ず、同軸上で対応する一対のホール素子３１，３２、３３，３４の出力値ＸＰ，ＸＮ、ＹＰ，ＹＮ同士の減算を行い、下記(数１)式によってその差分値ΔＸ，ΔＹを求める。
【００２７】
【数１】
0003931104.tif 000002
【００２８】
上記ΔＸ，ΔＹを用いて、下記(数２)式からＸ，Ｙ方向のずれ力ＳＸ，ＳＹをそれぞれ算出する。
【００２９】
【数２】
0003931104.tif 000003
【００３０】
そして、上記(数２)式の結果を用いて、下記(数３)式からずれ力Ｓとその方向θを算出する。
【００３１】
【数３】
0003931104.tif 000004
【００３２】
さらに、下記(数４)式からＺ方向の圧力Ｐ、すなわち永久磁石７に対して垂直な向きに作用する圧力を算出する。
【００３３】
【数４】
0003931104.tif 000005
【００３４】
以上のようにして、ベッドに寝た患者に作用する荷重をＸ，Ｙ方向のずれ力ＸＳ，ＹＳ、ずれ力Ｓ、その方向θ、圧力Ｐに分解して求めることができる。
【００３５】
上記第１の実施の形態の場合、荷重の受容体であるゲル製パッド６として、円錐台形状のものを用いた。ゲル製パッド６をこのような円錐台形状に構成した場合、パッドベース４に対するゲル下面の接触面積が大きくなり、ずれ方向への負荷作用時にゲルの捲れが生じることがない。また、ゲルの下面が最初からパッドベース４に全面接触しているため、ゲル圧縮後の吸い付きが発生するようなこともなく、さらに、ずれ方向の変形量の設定が容易であると共に、荷重解放後の復帰性が極めて高い。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、パッド６としてゲルを用いたが、ゲルに限られるものではなく、例えばゴムなど、荷重に応じて変形自在な弾性体であれば使用可能である。
【００３７】
また、上記実施の形態では、ゲル製のパッド６を中に挟んで、４個のホール素子３１〜３４を下側に、永久磁石７を上側にして対向配置した場合の例を示したが、これとは逆に、４個のホール素子３１〜３４を上側に、永久磁石７を下側にして対向配置してもよいものである。要は、ホール素子３１〜３４と永久磁石７の相対的な位置関係が荷重に応じて変化すればよい。
【００３８】
さらに、ゲル製パッド６の形状も、上述した円錐台形状のものに限らず、下記図６〜図８に示すような形状のものも用いることができる。
【００３９】
図６にパッド６の第２の形状例を示す。
このパッド６は、円板状になるゲル１９をゴム製カップ１８で囲み、このゴム製カップ１８に入った円板状の弾性体１９の上面に永久磁石７を載せ、永久磁石７の周面をゴム製カップ１８に接着すると共に、該ゴム製カップ１８をパッドベース４の天面に固着したものである。
【００４０】
このような形状のパッド６を用いた場合、モノコック構造とすることができるので、パッド自体を小さくできると共に、その価格も抑えることができ、量産にも適したものとなる。また、Ｚ軸方向の荷重に対しても、外側へ向かって膨張するゲル１９がゴム製カップ１８を押してその円筒部を外側へ変形させるので、Ｚ方向の荷重に対しても変形可能である。また、ゴム製カップ１８の円筒部のモノコック効果を利用して、ゲル１９のずれ方向の変位量を効果的に抑えることができる。
【００４１】
図７にパッド６の第３の形状例を示す。
このパッド６は、円板状をした第１のゲル１９１の周囲をこれよりもヤング率の高い第２のゲル１９２でドーナツ状に囲み、この内外二重構造になるゲル１９１,１９２の上面に永久磁石７を接着固定したものである。
【００４２】
このような形状のパッド６を用いた場合、第１のゲル１９１の周囲をこれよりもヤング率の高い第２のゲル１９２でドーナツ状に囲んでいるため、内側に位置する第１のゲル１９１のずれ方向の変位量を外側の第２のゲル１９２よって効果的に抑制できる。また、Ｚ軸方向の荷重に対しては、圧縮により横方向に膨張した第１のゲル１９１がその外周に配置した第２のゲル１９２を外側に向かって膨らませるので、第１のゲル１９１が持つヤング率を維持することができる。この形状のパッド６の場合も、モノコック構造とすることができるので、パッド自体を小さくできると共に、その価格も抑えることができ、量産にも適したものとなる。
【００４３】
図８にパッド６の第４の形状例を示す。
このパッド６は、パッドベース４の凹状皿部５の深さを深くし、この凹状皿部５の中央位置に、該凹状皿部５よりも径が小さく、かつ、凹状皿部５の深さと同じ高さからなる円板状のゲル２０を接着固定し、このゲル２０の上面と凹状皿部５の全体を覆うように、ゴム製シート２１を所定のテンションをかけた状態で覆い、該ゴム製シート２１をゲル２０の天面と凹状皿部５の周縁部に接着固定し、このゴム製シート２１の上面中央部に永久磁石７を固着したものである。
【００４４】
このような形状のパッド６を用いた場合、Ｚ軸方向への圧縮時には、ゲル２０の持つヤング率をそのまま生かした弾性を発現させることができると共に、ずれ方向はゴム製シート２１の引っ張り応力により、同一荷重負荷時の変形量をずれ方向の全域において同じに維持することができる。このため、垂直方向、ずれ方向の荷重負担を明確に分けることができ、またずれ方向の変形量の設定が容易となる。この形状のパッド６の場合も、量産が比較的簡単である。
【００４５】
さらに、上述した第１の実施の形態では、４個のホール素子を用いてセンサを構成したが、ホール素子は４個に限られるものではなく、例えば図９に示すように、３個のホール素子３１〜３３を用い、この３個のホール素子３１〜３３を三角形状に配置してもよいし、あるいは図１０に示すように、５個のホール素子３１〜３５を用い、１個のホール素子３５を座標軸の原点に配置すると共に、４個のホール素子３１〜３４を四角形のコーナー部に配置した構成としてもよい。
【００４６】
図１１に本発明に係る三軸荷重計測センサの第２の実施の形態を示す。
この第２の実施の形態は、静電容量方式によって構成した場合の例を示すものである。なお、前記第１の実施の形態と同一もしくは同等の部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４７】
この第２の実施の形態は、図示するように、前記第１の実施の形態におけるホール素子３１〜３４と永久磁石７に代えて、４個の小電極１３１〜１３４と１個のグランド電極１７を用いたものである。
【００４８】
このようにグランド電極１７に対して小電極１３１〜１３４を対向配置した場合、各小電極とグランド電極間にそれぞれ静電容量が生じる。この静電容量Ｃは、次の式で表される。
Ｃ＝ε０・εｒ・Ｓ／ｄ
ただし、ε０：真空誘電率
εｒ：比誘電率
Ｓ ：グランド電極と小電極との重なり面積
ｄ ：グランド電極と小電極間の距離
【００４９】
上式から明らかなように、グランド電極１７と小電極１３１〜１３４間の距離ｄが小さくなれば、それに反比例して静電容量Ｃが大きくなり、また、グランド電極１７と小電極１３１〜１３４との重なり面積Ｓが大きくなれば、それに比例して静電容量Ｃが大きくなる。従って、この場合も、前記第１の実施の形態と同様にして、４個の小電極１３１〜１３４の静電容量の変化から、ずれ力Ｓ、ずれの方向θ、圧力Ｐを算出することができる。
【００５０】
なお、この第２の実施の形態の場合においても、図示とは逆に、４個の小電極１３１〜１３４を上側に、グランド電極１７を下側にして対向配置してもよいし、さらに、図示した円錐台形状のゲル製パッド６に代えて、前述した図６〜図８に示した形状のパッドを用いてもよいものである。
【００５１】
また、上記実施の形態では、４個の小電極１３１〜１３４を用いてセンサを構成したが、小電極は４個に限られるものではなく、例えば図１２に示すように、５個の小電極１３１〜１３５を用い、１個の小電極１３１を原点に配置すると共に、その周りに４個の小電極１３２〜１３５を四角形に配置した構成としてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、荷重受容体としてのパッドを最も効果的な形状となるように工夫したので、作用する荷重に対するパッドの追従性が極めて優れたものとなり、作用する荷重を作用面に垂直な圧力成分と平行なずれ力成分に正確に分解して計測することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態に係る三軸荷重計測センサを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】  プリント配線基板の形状を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】  パッドベースの形状を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は中央縦断面図ある。
【図４】  パッドとマグネットの形状を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のII−II線断面図である。
【図５】  荷重の計測方法の説明図であって、（ａ）はホール素子と永久磁石の配置関係図、（ｂ）はずれ力のベクトル図である。
【図６】  パッドの第２の形状例を示す図である。
【図７】  パッドの第３の形状例を示す図である。
【図８】  パッドの第４の形状例を示す図である。
【図９】  ホール素子の他の配置例を示す図である。
【図１０】  ホール素子のさらに他の配置例を示す図である。
【図１１】  第２の実施の形態に係る三軸荷重計測センサを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のIII−III線断面図である。
【図１２】  小電極の他の配置例を示す図である。
【符号の説明】
１  プリント配線基板
２  電極
３１〜３４    ホール素子
４  パッドベース
５  凹状皿部
６  ゲル製パッド
７  永久磁石
８  ホール素子格納室
９  突起
１０  位置合わせ用穴
１１  フラットケーブル
１２  パッケージシート
１３１〜１３４    小電極
１７  グランド電極
１８  ゴム製カップ
１９、１９１,１９２    ゲル
２０  ゲル
２１  ゴム製シート
【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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