(57)【要約】【課題】耐久性を向上した圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサが，第１の弾性基板と，前記第１の弾性基板の主面に設けられた複数の第１の突起部と，前記第１の弾性基板の前記主面側に配置され，複数の第１の電極と，複数の第１の穴部と，を有する第１のフレキシブル基板と，前記第１のフレキシブル基板と対向して配置され，複数の第２の電極と，複数の第２の穴部と，を有する第２のフレキシブル基板と，前記第２のフレキシブル基板の前記第１のフレキシブル基板と対向する面とは反対の面側に配置される第２の弾性基板と，を具備し，前記第１の突起部は，前記複数の第１の穴部をそれぞれ貫通し，前記第２のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有し，前記第２の突起部は，前記複数の第２の穴部をそれぞれ貫通し，前記第１のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の弾性基板と，
前記第１の弾性基板の主面に設けられた複数の第１の突起部と，
前記第１の弾性基板の前記主面側に配置され，複数の第１の電極と，複数の第１の穴部と，を有する第１のフレキシブル基板と，
前記第１のフレキシブル基板と対向して配置され，複数の第２の電極と，複数の第２の穴部と，を有する第２のフレキシブル基板と，
前記第２のフレキシブル基板の前記第１のフレキシブル基板と対向する面とは反対の面側に配置される第２の弾性基板と，を具備し，
前記第１の突起部は，前記複数の第１の穴部をそれぞれ貫通し，前記第２のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有し，
前記第２の突起部は，前記複数の第２の穴部をそれぞれ貫通し，前記第１のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有する，
ことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記第１，第２の突起部が，列をなして交互に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記第１の突起部が，第１の列をなして配置され，前記第２の突起部が，この第１の列と異なる第２の列をなして配置される，
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記第１，第２の突起部が，前記第１，第２の弾性基板と一体的に構成される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記第１，第２の突起部が，弾性材料から構成される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記第１，第２の電極間の容量を検出する容量検出部
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力の分布を測定できる圧力分布センサが用いられている。圧力分布センサは，自動車座席での着座圧力分布，寝たきり患者用ベッドでの体重分布，スポーツシューズの靴底圧力分布等の分布測定等の測定に利用される。また，ロボットハンドの手先での把持物保護やシャーシ外壁での衝突時保護などにも利用できる。
【０００３】
圧力分布センサには，感圧インク方式，感圧ゴム方式，静電容量方式がある。感圧インク方式，感圧ゴム方式は，静電容量方式よりも普及しているが，素材の価格等に課題がある。静電容量方式はこれらの課題に関しては優れているが，まだ一般的に普及してはいない。なお，複数の感圧素子等を用いる圧力分布センサに関する技術が公開されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２５０７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで，圧力が繰り返し印加されることで，圧力センサが劣化する可能性がある。
上記に鑑み，本発明は耐久性を向上した圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る圧力センサは，第１の弾性基板と，前記第１の弾性基板の主面に設けられた複数の第１の突起部と，前記第１の弾性基板の前記主面側に配置され，複数の第１の電極と，複数の第１の穴部と，を有する第１のフレキシブル基板と，前記第１のフレキシブル基板と対向して配置され，複数の第２の電極と，複数の第２の穴部と，を有する第２のフレキシブル基板と，前記第２のフレキシブル基板の前記第１のフレキシブル基板と対向する面とは反対の面側に配置される第２の弾性基板と，を具備し，前記第１の突起部は，前記複数の第１の穴部をそれぞれ貫通し，前記第２のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有し，前記第２の突起部は，前記複数の第２の穴部をそれぞれ貫通し，前記第１のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有する，ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば，耐久性を向上した圧力センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお，以下の説明及び図面は，後述するカバー１７０の圧力Ｐを受ける面側を仮に上と定義した前提で行う。本発明の実施の形態に係る圧力センサは，その使用される方向に伴って，上下左右の関係が変化することは明らかである。
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００を表す断面図である。
圧力センサ１００は，弾性体シート１１０，１２０，フレキシブル基板１３０，１４０，配線基板１５０，絶縁フィルム１６０，カバー１７０を有する。フレキシブル基板１３０，１４０がそれぞれ搭載された弾性体シート１１０，１２０が対向して配置される。弾性体シート１１０およびフレキシブル基板１３０，弾性体シート１２０およびフレキシブル基板１４０はそれぞれ，接着剤等によって接着される。
図２は，弾性体シート１１０を上面から見た状態を表す上面図である。この図には，後述の柱状突起１２２が配置される位置が表されている。
図３は，フレキシブル基板１３０，１４０，配線基板１５０を表す上面図である。
【０００９】
弾性体シート１１０には，シリコンゴム等を使用でき，シート本体１１１，複数の柱状突起１１２，土手１１３を有する。
弾性体シート１２０には，シリコンゴム等を使用でき，シート本体１２１，複数の柱状突起１２２を有する。
【００１０】
シート本体１１１，１２１にはそれぞれ，例えば，シリコンゴムを使用できる。またシリコンゴムの他，圧力印加時に変形する弾性体を用いる事ができる。シート本体１１１，１２１はそれぞれ，弾性基板として機能する。
柱状突起１１２，１２２はそれぞれ，シート本体１１１，１２１間の間隔（ギャップ）を保持するものであり，剛体でもよいが，弾性体であることが好ましい。
土手１１３は，弾性体シート１１０，１２０の周囲近傍で，シート本体１１１，１２１の間隔を保持するためのものであり，剛体でもよいが，弾性体であることが好ましい。
【００１１】
シート本体１１１，柱状突起１１２，土手１１３は，一体的に形成されることが取り扱いの便宜上好ましい。同様に，シート本体１２１，柱状突起１２２も，一体的に形成されることが取り扱いの便宜上好ましい。
【００１２】
フレキシブル基板１３０は，ベースフィルム１３１，走査電極１３２，スルーホール１３３を有する。
ベースフィルム１３１上に短冊（矩形）状の走査電極１３２が複数並行に配置される。ベースフィルム１３１の走査電極１３２の間に，スルーホール１３３が配置される。スルーホール１３３を柱状突起１１２が貫通する。
【００１３】
フレキシブル基板１４０は，ベースフィルム１４１，検出電極１４２，スルーホール１４３を有する。
ベースフィルム１４１上に短冊（矩形）状の検出電極１４２が複数並行に配置される。ベースフィルム１４１の検出電極１４２の間に，スルーホール１４３が配置される。スルーホール１４３を柱状突起１２２が貫通する。
【００１４】
走査電極１３２，検出電極１４２はそれぞれ，第１，第２の電極として機能し，金属等の導電膜を利用できる。即ち，ベースフィルム１３１，１４１上に，導電膜を形成し，走査電極１３２，検出電極１４２とすることができる。なお，導電膜に換えて，例えば，導電性繊維を走査電極１３２，検出電極１４２として利用することも可能である。
【００１５】
走査電極１３２と検出電極１４２が間隔を有して交差している。柱状突起１１２，１２２によって，この交差部の間隔（ギャップ）が保持されることで，コンデンサ（静電容量）が形成される。
【００１６】
配線基板１５０は，ベースフィルム１５１，引き出し配線１５２，シールド電極１５３，１５４を有し，走査電極１３２，検出電極１４２から配線を引き出す。
シールド電極１５３，１５４は，引き出し配線１５２をノイズから保護する。
【００１７】
フレキシブル基板１３０，１４０，配線基板１５０は，一体的に形成され，図３の一点鎖線（Ａ−Ａ）で折り曲げることで，フレキシブル基板１３０，１４０が対向される。このとき，シールド電極１５３，１５４も一点鎖線（Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ）で折り曲げられ，引き出し配線１５２の裏表に被される。
【００１８】
絶縁フィルム１６０は，走査電極１３２，検出電極１４２の電気的短絡を防ぐための膜であり，例えば，ポリエチレンを用いることができる。
カバー１７０は，例えば，厚さが１００μｍのシリコンゴム等シートを用いることが可能であり，弾性体シート１１０，１２０，フレキシブル基板１３０，１４０を覆う。
【００１９】
圧力センサ１００では，柱状突起１１２，１２２の先端が互いに対向するフレキシブル基板１３０，１４０を押さえ，弾性体シート１１０，１２０とフレキシブル基板１３０，１４０を固定する接着剤が経年変化で剥がれることを防止する。フレキシブル基板１３０と弾性体シート１１０間での接着力が弱まったとしても，外部圧力の印加時に柱状突起１１２，１２２がフレキシブル基板１３０，１４０を押し込むことで，弾性体シート１１０，１２０とフレキシブル基板１３０，１４０の剥がれを防止できる。その結果，静電容量の経年変化を低減できる。
【００２０】
本実施形態では，図２に示すように，柱状突起１１２，１２２が一直線の列をなすように交互に配置される。このようにすることにより，後述する第２の実施形態よりも柔軟な構造となる。
【００２１】
（比較例）
図４は，本発明の比較例に係る圧力センサ１００ｘを表す断面図である。
圧力センサ１００ｘは，弾性体シート１１０，１２０ｘ，フレキシブル基板１３０，１４０ｘ，配線基板１５０，絶縁フィルム１６０，カバー１７０を有する。弾性体シート１１０およびフレキシブル基板１３０，弾性体シート１２０ｘおよびフレキシブル基板１４０ｘはそれぞれ，接着剤等によって接着される。
【００２２】
図５は，圧力センサ１００ｘの弾性体シート１１０を上面から見た状態を表す上面図である。
図６は，圧力センサ１００ｘのフレキシブル基板１３０，１４０ｘ，配線基板１５０を表す上面図である。
【００２３】
弾性体シート１２０ｘは，第１の実施形態に係る弾性体シート１２０と異なり，柱状突起１２２を有しない。また，フレキシブル基板１４０ｘは，第１の実施形態に係るフレキシブル基板１４０と異なり，スルーホール１４３を有しない。
即ち，圧力センサ１００Ｘでは，フレキシブル基板１３０を押圧する柱状突起１２２に対応する構造体が存在しない。このため，圧力センサ１００ｘへの圧力印加の繰り返しにより，弾性体シート１１０とフレキシブル基板１３０間の接着が剥がれる可能性がある。
【００２４】
これに対して，圧力センサ１００では，フレキシブル基板１３０に柱状突起１２２の先端が近接または接触している。圧力センサ１００に圧力を印加すると，弾性体シート１１０およびフレキシブル基板１３０が柱状突起１２２によって押圧される。このため，弾性体シート１１０およびフレキシブル基板１３０間に圧力が印加され，これらの間の接着が剥がれることが防止される。
【００２５】
なお，柱状突起１２２は，フレキシブル基板１３０に必ずしも常時接触している必要はない。圧力センサ１００に圧力を印加していないときに，柱状突起１２２がフレキシブル基板１３０から離間し，圧力を印加したときに，柱状突起１２２がフレキシブル基板１３０に接触，押圧すれば足りる。柱状突起１１２とフレキシブル基板１４０においてもこの関係は成立する。
【００２６】
（圧力センサの製造）
圧力センサ１００の製造方法を説明する。
（１）弾性体シート１１０，１２０，フレキシブル基板１３０，１４０の作成
弾性体シート１１０，１２０をそれぞれ一体的に作成する。また，フレキシブル基板１３０，１４０をそれぞれ作成する。
【００２７】
（２）弾性体シート１１０とフレキシブル基板１３０，弾性体シート１２０とフレキシブル基板１４０の接着（図７〜図１０）
弾性体シート１１０に接着剤ＡＤを塗布し，フレキシブル基板１３０と接着する（図７，図８）。弾性体シート１２０に接着剤ＡＤを塗布し，フレキシブル基板１４０と接着する（図９，図１０）。
【００２８】
（３）弾性体シート１１０，１２０，絶縁フィルム１６０，カバー１７０の接続（図１１）
フレキシブル基板１３０，１４０がそれぞれ接着された弾性体シート１１０，１２０を対向させ，その間に絶縁フィルム１６０を挟み，カバー１７０を被せる。この結果，圧力センサ１００が形成される。
【００２９】
（圧力の検知）
図１２は，圧力Ｐが印加された圧力センサ１００を表す断面図である。
例えば人間の指で圧力センサ１００に圧力Ｐを印加する。圧力Ｐによって，弾性体シート１１０，１２０が撓み，弾性体シート１１０，１２０の間隔が部分的に変化する。即ち，走査電極１３２，検出電極１４２の交差部の間隔が狭まり，走査電極１３２，検出電極１４２によって構成されるコンデンサの静電容量を変化する。この静電容量Ｃの変化量を読み取ることで，圧力Ｐが検出される。
【００３０】
図１３は，圧力センサ１００の静電容量を検出するための回路構成を表す模式図である。
信号源Ｖで発生した交流電圧（例えば，１００Ｈｚの正弦波）が，選択用のアナログＳＷを通じて，走査電極１３２に順次に（一本ずつ）印加される。この交流電圧は，走査電極１３２と検出電極１４２間の交差部の静電容量Ｃを介して，検出電極１４２に伝わり，容量検出回路１８０に入力される。容量検出回路１８０は，静電容量Ｃをデジタル出力する回路である。容量検出回路１８０からの出力をデータ収集部１９０で収集することで，圧力Ｐの分布をデジタル量として計測することができる。
【００３１】
図１４は，容量検出回路１８０の内部構成の一例を表す回路図である。
容量検出回路１８０は，ＣＶ（容量−電圧）変換回路１８１，整流回路１８２，ＡＤ変換回路１８３を有する。
ＣＶ変換回路１８１は，容量を電圧に変換する（静電容量Ｃの変化によるインピーダンス変化を電圧変化に変換する）回路であり，オペアンプ１８４，コンデンサ１８５を有する積分回路を用いることができる。
ＣＶ変換回路１８１から出力される信号を整流回路１８２で整流し，ＡＤ変換回路１８３でデジタル値に変換することで，静電容量Ｃのデジタル値が出力される。
【００３２】
この例では，複数の検出電極１４２それぞれが，容量検出回路１８０と個別に接続されている。これに換えて，複数の検出電極１４２をアナログスイッチで切り替えて一個の容量検出回路１８０に接続しても良い。
このようにして，外部からの圧力による静電容量変化を検出することで，圧力分布を計測できる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図１５は本発明の第２実施形態に係る圧力センサ２００を表す断面図である。
圧力センサ２００は，弾性体シート２１０，２２０，フレキシブル基板２３０，２４０，配線基板１５０，絶縁フィルム２６０，カバー１７０を有する。
図１６は，弾性体シート２１０を上面から見た状態を表す上面図である。この図には，柱状突起２２２が配置される位置が表されている。
図１７は，フレキシブル基板２３０，２４０，配線基板１５０を表す上面図である。
【００３４】
弾性体シート２１０は，シリコンゴム等を使用でき，シート本体１１１，複数の柱状突起２１２，土手１１３を有する。
弾性体シート２２０は，シリコンゴム等を使用でき，シート本体１２１，複数の柱状突起２２２を有する。
フレキシブル基板２３０は，ベースフィルム１３１，走査電極２３２，スルーホール２３３を有する。
フレキシブル基板２４０は，ベースフィルム１４１，検出電極２４２，スルーホール２４３を有する。
【００３５】
圧力センサ２００の柱状突起２１２，２２２，スルーホール２３３，２４３の配置は，圧力センサ１００の柱状突起１１２，１２２，スルーホール１３３，１４３と異なる。走査電極２３２，検出電極２４２の配置も圧力センサ１００の走査電極１３２，検出電極１４２の配置と異なる。また，柱状突起２１２，２２２の配置の関係で，絶縁フィルム２６０の形状は絶縁フィルム１６０の形状と幾分異なる。
以上の点で圧力センサ２００は圧力センサ１００と相違する。他の点では圧力センサ２００，１００に特段の相違はないので，詳細な説明を省略する。
【００３６】
図１６に示すように，圧力センサ２００では，柱状突起２１２，２２２が千鳥状に配置される。即ち，柱状突起２１２，２２２が異なる列にずれて配置される。言い換えれば，柱状突起２１２，２２２の配置は，柱状突起１１２，１２２の配置よりも均一である。圧力センサ２００では，柱状突起２１２，２２２が均一に（ほぼ等間隔で）配置されることで，圧力センサ１００よりも硬くて丈夫になる。
【００３７】
これに対して，圧力センサ１００では，柱状突起１１２，１２２が一直線の列をなすように配置される。このため，柱状突起１１２，１２２間の間隔は，柱状突起２１２，２２２の間隔より狭い。この結果，圧力センサ１００での柱状突起１１２，１２２の分布は，圧力センサ２００での柱状突起２１２，２２２の分布に対して，不均一となる。この不均一性が圧力センサ１００を柔らかく高感度としている。即ち，柱状突起１２２が配置されない柱状突起１１２間において，弾性体シート１２０の変形が容易となる（低い圧力で弾性体シート１２０が大きく変形する）。
【００３８】
以上のように，圧力センサ１００，２００には，柔らかく高感度か，硬く丈夫かの相違がある。前者は，感度より耐久性を優先する場合，後者は，耐久性より感度を優先する場合に適する。
【００３９】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサを表す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る弾性体シートを上面から見た状態を表す上面図である。
【図３】第１実施形態に係るフレキシブル基板，配線基板を表す上面図である。
【図４】本発明の比較例に係る圧力センサを表す断面図である。
【図５】比較例に係る弾性体シートを上面から見た状態を表す上面図である。
【図６】比較例に係るフレキシブル基板，配線基板を表す上面図である。
【図７】製造中の圧力センサを表す断面図である。
【図８】製造中の圧力センサを表す断面図である。
【図９】製造中の圧力センサを表す断面図である。
【図１０】製造中の圧力センサを表す断面図である。
【図１１】製造中の圧力センサを表す断面図である。
【図１２】圧力が印加された圧力センサを表す断面図である。
【図１３】圧力センサの静電容量を検出するための回路構成を表す模式図である。
【図１４】容量検出回路の内部構成を表す回路図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る圧力センサを表す断面図である。
【図１６】第２実施形態に係る弾性体シートを上面から見た状態を表す上面図である。
【図１７】第２実施形態に係るフレキシブル基板，配線基板を表す上面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００…圧力センサ，１１０，１２０…弾性体シート，１１１，１２１…シート本体，１１２，１２２…柱状突起，１１３…土手，１３０，１４０…フレキシブル基板，１３１，１４１…ベースフィルム，１３２…走査電極，１４２…検出電極，１３３，１４３…スルーホール，１５０…配線基板，１５１…ベースフィルム，１５２…配線，１５３，１５４…シールド電極，１６０…絶縁フィルム，１７０…カバー，１８０…容量検出回路，１８１…変換回路，１８２…整流回路，１８３…ＡＤ変換回路，１８４…オペアンプ，１８５…コンデンサ，１９０…データ収集部
【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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【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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