(57)【要約】  より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易な感圧素子を提供する。本開示に係る感圧素子は、基材と、複数の導体線と、複数の誘電体と、糸状部材とを備える。基材は、弾性及び導電性を有する弾性導電部を備える。また、基材は、シート状である。複数の導体線は、平面視において、弾性導電部に対してそれぞれ交差するように並列に配置される。また、複数の導体線は、それぞれ複数の変曲部を有する。複数の誘電体は、複数の導体線と弾性導電部との間に配置されている。糸状部材は、平面視において、複数の導体線に対して交差するように延在する。また、糸状部材は、複数の導体線を基材に縫い付ける。基材と導体線との間に加えられる押圧力に応じて導体線のそれぞれと弾性導電部との間の静電容量が変化する。
2020153029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性及び導電性を有する弾性導電部を備えるシート状の基材と、
平面視において、前記弾性導電部に対して交差するように並列に配置され、それぞれ複数の変曲部を有する複数の導体線と、
前記複数の導体線と前記弾性導電部との間にそれぞれ配置された複数の誘電体と、
平面視において、前記複数の導体線に対して交差するように延在し、前記複数の導体線を前記基材に縫い付ける糸状部材と、
を備え、
前記基材と前記導体線との間に加えられる押圧力に応じて前記導体線のぞれぞれと前記弾性導電部との間の静電容量が変化するように構成された、感圧素子。
【請求項２】
前記弾性導電部は、平面視において、前記複数の導体線に対してそれぞれ交差するように並列に配置された複数の導電部を有し、
前記基材は、互いに隣りあう前記導電部の間に絶縁部を備え、
前記糸状部材は、前記複数の導体線を前記絶縁部に縫い付けている、請求項１に記載の感圧素子。
【請求項３】
各々の前記導体線は前記絶縁部と対向する位置に変曲部を有し、当該変曲部を跨ぐように前記糸状部材が前記複数の導体線を前記絶縁部に縫い付けている、請求項２に記載の感圧素子。
【請求項４】
前記糸状部材は、更に、平面視において、各々の前記導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように前記複数の導体線を前記基材に縫い付けている、請求項３に記載の感圧素子。
【請求項５】
前記糸状部材は、更に、平面視において、各々の前記導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように前記複数の導体線を前記絶縁部に縫い付けている、請求項３に記載の感圧素子。
【請求項６】
前記糸状部材は、平面視において、前記変曲部を多重に跨ぐように前記複数の導体線を前記基材に縫い付けている、請求項３〜５のいずれか１つに記載の感圧素子。
【請求項７】
前記糸状部材は、平面視において、前記導体線の前記変曲部の近傍部分を３回以上跨ぐように前記複数の導体線を前記基材に縫い付けている、請求項３〜５のいずれか１つに記載の感圧素子。
【請求項８】
前記導体線を挟んで前記基材と対向するように配置されたシート状部材をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１つに記載の感圧素子。
【請求項９】
前記糸状部材は、伸縮性を有する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の感圧素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、感圧素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
感圧素子は、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、人が触れる部分に、押圧力（接触圧）を検出する感圧センサとして装着されることにより、幅広く利用されている。近年、コンピュータによる制御技術の発展および意匠性の向上とともに、人型のロボット及び自動車の内装品等のような自由曲面を多彩に使用した電子機器の開発が進んでいる。それに合わせて、各自由曲面に高性能な感圧素子を装着することが求められている。例えば、特許文献１〜３はこれらの背景技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０２４５７号
【特許文献２】特許第５５１９０６８号
【特許文献３】特開２０１４−１９０７１２号公報
【発明の概要】
【０００４】
本願発明者らは、鋭意検討の末、静電容量式の感圧センサとして用いられる感圧素子は、感圧素子全体の伸縮性、押圧力の測定範囲（ダイナミックレンジ）及び構造の簡易化の点で改善点があることを、今回、見い出した。
【０００５】
例えば、特許文献１のタッチセンサは、少なくとも２枚の導電布が面合わせに重ね合わされて構成されるため、センサ全体としての伸縮性が十分ではない。また、特許文献１のタッチセンサにおいては、導電糸間の距離の変化に基づく静電容量の変化を利用して、押圧力を検出するため、押圧力の測定範囲が比較的狭い。
【０００６】
また、例えば、特許文献２の触覚センサにおいては、クランク状の屈曲構造を有する接続部により検出素子間を接続するため、センサ全体としての伸縮性が十分ではない。また、特許文献２の触覚センサにおいては、クランク状の屈曲構造を有する接続部により検出素子間を接続する必要があるため、感圧素子の構造が複雑である。
【０００７】
また、例えば、特許文献３のセンサにおいては、荷重センサ部が、エラストマー製の基材の表側及び裏側のそれぞれに配置される表側電極及び裏側電極を備え、押圧による電極間距離の変化に基づいて押圧力を検出するため、押圧力の測定範囲が比較的狭い。
【０００８】
本開示は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本開示の目的は、より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易な感圧素子を提供することにある。
【０００９】
本開示の一態様に係る感圧素子は、複数の導体線と、複数の誘電体と、糸状部材と、を備える。基材は、シート状であり、かつ弾性導電部を備える。弾性導電部は、弾性及び導電性を有する。複数の導体線は、平面視において、弾性導電部に対してそれぞれ交差するように並列に配置される。複数の導体線のそれぞれは、複数の変曲部を有する。複数の誘電体は、複数の導体線と弾性導電部との間に配置される。糸状部材は、平面視において、複数の導体線に対して交差するように延在する。また、糸状部材は、複数の導体線を基材に縫い付ける。基材と導体線との間に加えられる押圧力に応じて弾性導電部と導体線との間の静電容量が変化する。
【００１０】
本開示に従えば、より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易な感圧素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の感圧素子が採用する基本的な圧力の測定メカニズムを説明するための感圧素子の基本的構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の感圧素子に押圧力が付与された状態を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る感圧素子の全体構造を示す平面図である。
【図４】糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける様子を模式的に示す平面図である。
【図５】図４の拡大平面図である。
【図６】導体線と糸状部材とが交差する箇所で切った拡大断面図である。
【図７】糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第１変形例を示す拡大平面図である。
【図８】糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第２変形例を示す拡大平面図である。
【図９】糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第３変形例を示す平面図である。
【図１０】図９の一部拡大平面図である。
【図１１】糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第４変形例を示す平面図である。
【図１２】図１１の一部拡大平面図である。
【図１３】糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第５変形例を示す平面図である。
【図１４】図１３の一部拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の目的を達成するために、本開示にかかる発明（以下、本発明という）は以下のように構成する。
【００１３】
本発明の第１態様によれば、感圧素子は、基材と、複数の導体線と、複数の誘電体と、糸状部材と、を備える。基材は、シート状であり、かつ弾性導電部を備える。弾性導電部は、弾性及び導電性を有する。複数の導体線は、平面視において、弾性導電部に対して交差するように並列に配置される。また、複数の導体線は、それぞれ複数の変曲部を有する。複数の誘電体は、複数の導体線と弾性導電部との間にそれぞれ配置される。糸状部材は、平面視において、複数の導体線に対して交差するように延在する。また、糸状部材は、複数の導体線を基材に縫い付ける。基材と導体線との間に加えられる押圧力に応じて導体線のそれぞれと弾性導電部との間の静電容量が変化する。
【００１４】
本発明の第２態様の感圧素子は、第１態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、弾性導電部は、複数の導電部を有する。複数の導電部は、平面視において、複数の導体線に対してそれぞれ交差するように並列に配置されている。基材は、互いに隣りあう導電部の間に絶縁部を備える。糸状部材は、絶縁部に縫い付けられている。
【００１５】
本発明の第３態様の感圧素子は、第２態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、各々の導体線は絶縁部と対向する位置に変曲部を有し、当該変曲部を跨ぐように糸状部材が複数の導体線を絶縁部に縫い付けている。
【００１６】
本発明の第４態様の感圧素子は、第３態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、更に、平面視において、各々の導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように複数の導体線を基材に縫い付けている。
【００１７】
本発明の第５態様の感圧素子は、第３態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、更に、平面視において、各々の導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように複数の導体線を絶縁部に縫い付けている。
【００１８】
本発明の第６態様の感圧素子は、第３〜５態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、平面視において、変曲部を多重に跨ぐように複数の導体線を基材に縫い付けている。
【００１９】
本発明の第７態様の感圧素子は、第３〜５態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、平面視において、導体線の変曲部の近傍部分を３回以上跨ぐように複数の導体線を基材に縫い付けている。
【００２０】
本発明の第８態様の感圧素子は、第１〜７態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、導体線を挟んで基材と対向するように配置されたシート状部材をさらに備える。
【００２１】
本発明の第９態様の感圧素子は、第１〜８態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、さらに以下の特徴を備える。すなわち、糸状部材は、伸縮性を有する。
【００２２】
［本実施形態］
本実施形態に係る感圧素子は、容量（キャパシタンス）を有する素子であって、コンデンサ機能又はキャパシタ機能を有している。本実施形態に係る感圧素子では、押圧力の印加によって容量変化がもたらされ、その容量変化から押圧力が検出される。従って、本実施形態に係る感圧素子は、「静電容量型感圧センサ素子」、「容量性圧力検出センサ素子」、又は「感圧スイッチ素子」などとも称される。本実施形態に係る感圧素子は、「感圧装置」と称されてもよい。
【００２３】
以下、本実施形態に係る感圧素子について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比及び外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。また、特記しない限り、同じ符号又は記号は、同じ部材又は同じ意味内容を示すものとする。
【００２４】
（基本的な測定メカニズム）
図１は、本実施形態に係る感圧素子が採用する基本的な圧力の測定メカニズムを説明するための感圧素子の基本的構造の一例を模式的に示す断面図である。図２は、図１の感圧素子に押圧力が付与された状態を模式的に示す断面図である。
【００２５】
本実施形態に係る感圧素子は、図１に示すように、押圧力を付与される感圧部１と、押圧力を検出する検出部２とを備えている。
【００２６】
感圧部１は、弾性及び導電性を有する弾性導電部１１と、導体線１２と、導体線１２の表面を被覆する絶縁被膜である誘電体１３と、導体線１２及び誘電体１３を介して弾性導電部１１と対向するシート状部材１４を有している。
【００２７】
検出部２は、弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量の変化に基づいて、押圧力を検出する回路である。検出部２は、端子Ｔ１１が弾性導電部１１に電気的に接続されるとともに、端子Ｔ１２が導体線１２に電気的に接続されている。検出部２は、例えば、制御回路、集積回路等である。なお、ノイズの影響の低減による押圧力検出の安定化の観点から、弾性導電部１１は、グランドに接続されていることが好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る感圧素子においては、図２に示すように、感圧部１に押圧力が付与されると、弾性導電部１１と誘電体１３との接触領域の面積（以下、単に「接触領域の面積」ともいう）が、弾性導電部１１が有する弾性に基づいて拡大する。その結果、弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量Ｃ〔ｐＦ〕が変化する。静電容量Ｃ〔ｐＦ〕及び感圧部１に付与される押圧力Ｆ〔Ｎ〕は、それぞれ以下の式で表される。
【００２９】
【数１】
2020153029.tif 000003
【００３０】
【数２】
2020153029.tif 000004
【００３１】
なお、前記式中において、ε〔ｐＦ／ｍ〕は誘電体１３の誘電率、Ｓ〔ｍ２〕は弾性導電部１１と誘電体１３との接触面積、ｄ〔ｍ〕は誘電体１３の厚さ、Ｅ〔Ｐａ〕は弾性導電部１１のヤング率、ｅは弾性導電部１１のひずみである。
【００３２】
従来の感圧素子においては、電極間距離の変化でもって静電容量Ｃの変化をとらえ、押圧力Ｆを検出する。一方、本実施形態に係る感圧素子においては、接触領域の面積の変化に基づいて静電容量Ｃの変化をとらえ、押圧力Ｆを検出する。静電容量Ｃの変化において、接触領域の面積の変化による寄与は、電極間距離の変化による寄与よりも大きい。特に、押圧力Ｆの大きさが小さい場合、押圧力Ｆの印加により電極間距離がほとんど変化しないので電極間距離の変化に基づく静電容量Ｃの変化は非常に小さい。一方、押圧力Ｆの大きさが小さくても、押圧力Ｆの印加により接触領域の面積は変化する。静電容量Ｃは、接触領域の面積には比例するが、電極間距離には反比例する（Ｃ∝Ｓ、Ｃ∝１／ｄ）。このため、接触領域の面積の変化に基づく静電容量Ｃの変化は大きい。従って、本実施態様の感圧素子は、従来の感圧素子と比べ、押圧力Ｆの測定範囲が広くなる。
【００３３】
本実施形態に係る感圧素子においては、接触領域の面積の変化に基づく端子Ｔ１１と端子Ｔ１２との間の静電容量の変化を検出することで、押圧力を測定する。接触領域の面積の変化は、従来の感圧素子における電極間距離の変化よりも比較的大きい。このため、本実施形態に係る感圧素子によれば、比較的簡易な構造で、比較的広い範囲の押圧力を測定することができる。
【００３４】
なお、前記では、誘電体１３は、導体線１２の表面を被覆するように構成されるものとしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、誘電体１３は、弾性導電部１１と導体線１２との間に配置されていればよい。
【００３５】
また、前記では、弾性導電部１１とシート状部材１４との間に１本の導体線１２を配置したが、本開示の感圧素子の構成は、これに限定されない。例えば、弾性導電部１１とシート状部材１４との間に複数の導体線１２を撚って構成した撚り線を用いてもよい。この構成によれば、押圧力の測定範囲を一層拡大するとともに、感圧測定の精度を向上させることができる。感圧測定の精度が向上することで、例えば、従来では検出し難い微小な押圧力でも検出することができる。なお、誘電体１３は、撚り線の周囲を被覆するように設けられてもよい。また、誘電体１３は、撚り線を構成する複数本の導体線１２のそれぞれの周囲を被覆するように設けられてもよい。
【００３６】
また、シート状部材１４は、弾性導電部１１とは異なる部材であってもよいし、弾性導電部１１と同一の部材であってもよい。シート状部材１４を弾性導電部１１と同一の部材で構成することで、例えば、シート状部材１４と導体線１２との接触領域の面積の変化に基づいて、シート状部材１４と導体線１２との間の静電容量の変化を計測することも可能になる。これにより、感圧測定の精度を向上させることができる。また、押圧力による変形を弾性導電部１１とシート状部材１４の両方に分散することができ、押圧力の測定レンジを広げることができる。また、弾性導電部１１の変形の程度を軽減でき、弾性導電部１１を長寿命化することができる。
【００３７】
（感圧素子の構造）
図３は、本実施形態に係る感圧素子の全体構造を示す平面図である。
【００３８】
図３に示すように、本実施形態に係る感圧素子は、弾性導電部１１を有するシート状の基材１５と、誘電体１３でそれぞれ被覆された複数の導体線１２とを備えている。
【００３９】
本実施形態において、弾性導電部１１は、図３に示すように、基材１５の厚さ方向から見た平面視において、複数の導体線１２に対してそれぞれ交差するように並列に配置された複数の導電部１１Ａを有している。複数の導電部１１Ａは、それぞれ直線帯状に形成され、互いに間隔を空けて並列に配置されている。導電部１１Ａは、外力によって局所的に変形し、除力すると元の形状に戻る弾性を有している。導電部１１Ａが弾性を有することにより、導電部１１Ａの延在方向及びその直交方向に基材１５に外力が加えられても、導電部１１Ａは伸縮することができる。また、導電部１１Ａは、押圧時に誘電体１３よりも変形するように、誘電体１３よりも低い弾性率を有している。導電部１１Ａは、例えば、ゴム材料中に導電性粒子が分散された導電性ゴムで構成されている。導電部１１Ａは、例えば、シリコンゴムにカーボンが分散された導電性シリコンゴムで構成されている。なお、導電部１１Ａは、押圧力の測定時におけるノイズ防止の観点から、検出部２のグランド（０Ｖ）に接続されることが好ましい。
【００４０】
基材１５は、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａの間に絶縁部１６を備えている。また、本実施形態において、基材１５は、平面視において、複数の導電部１１Ａを介して互いに対向する位置に絶縁部１６を備えている。すなわち、基材１５は、各々の導電部１１Ａをそれぞれ挟むように複数の絶縁部１６を備えている。この構成により、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａが接触して短絡することを抑えて、測定精度を向上させることができる。本実施形態において、基材１５は、互いに間隔を空けて並列に設けられた複数の溝部を有する絶縁部１６と、当該複数の溝部にそれぞれ挿入された複数の導電部１１Ａとで構成されている。
【００４１】
絶縁部１６は、弾性及び絶縁性を有している。絶縁部１６は、外力によって局所的に変形し、除力すると元の形状に戻る弾性を有している。絶縁部１６が弾性を有することにより、絶縁部１６の延在方向及びその直交方向に基材１５に外力が加えられても、絶縁部１６は伸縮することができる。また、絶縁部１６は、押圧時に誘電体１３よりも変形するように、誘電体１３よりも低い弾性率を有している。絶縁部１６は、例えば、ゴム材料で構成されている。絶縁部１６は、例えば、非導電性シリコンゴムで構成されている。なお、導電部１１Ａは、押圧力の測定時におけるノイズ防止の観点から、検出部２のグランド（０Ｖ）に接続されることが好ましい。
【００４２】
複数の導体線１２は、平面視において、弾性導電部１１に対してそれぞれ交差するように並列に配置されている。本実施形態において、導体線１２は、導電性を有する金属ワイヤ（例えば、銅線）である。また、導体線１２は、複数の変曲部１２ａを有している。本実施形態において、導体線１２は、波形状に形成されている。すなわち、導体線１２において、振幅の頂点が変曲部１２ａになっている。変曲部１２ａは、直線的に曲がる箇所（屈曲部）であってもよいし、曲線的に曲がる箇所（湾曲部）であってもよい。導体線１２が波形状に形成されることにより、導電部１１Ａの延在方向に対して直交する方向に基材１５に外力が加えられても、導体線１２は伸縮することができる。導体線１２は、例えば、正弦波形状、矩形波形状、三角波形状、のこぎり波形状、それらの複合形状に形成されている。なお、導体線１２の断面形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、矩形、三角形、台形等であってもよい。また、導体線１２の波形状は、周期的（規則的）であってもよいし、非周期的（非規則的）であってもよい。
【００４３】
また、複数の導体線１２は、平面視において、導電部１１Ａの延在方向に対してそれぞれ斜めに交差するように配置されている。この構成によれば、複数の導体線１２が平面視において導電部１１Ａの延在方向に対して直交するように配置されるよりも、導電部１１Ａと導体線１２との接触面積を大きくすることができる。その結果、感圧測定の精度を向上させることができる。
【００４４】
本実施形態において、導体線１２は、表面を誘電体１３で被覆されている。誘電体１３は、押圧時に弾性導電部１１及び導体線１２よりも変形しないように、弾性導電部１１及び導体線１２よりも高い弾性率又は剛性を有している。導体線１２が誘電体１３で被覆された線材として、例えば、エナメル線、エレメント線などの絶縁コート金属線がある。当該絶縁コート金属線を用いることで、弾性導電部１１と導体線１２との間に誘電体１３を配置する工程を別途行う必要を無くし、感圧素子の構造をより一層簡易化するとともに、製造コストも抑えることができる。複数の導体線１２は、糸状部材１７によって基材１５に縫い付けられている。
【００４５】
図４は、糸状部材１７によって複数の導体線１２を基材１５に縫い付ける様子を模式的に示す平面図である。図５は、図４の拡大平面図である。図６は、導体線１２と糸状部材１７とが交差する箇所で切った拡大断面図である。
【００４６】
糸状部材１７は、図３及び図４に示すように、平面視において、複数の導体線１２に対して交差するように延在している。すなわち、糸状部材１７は、複数の導体線１２に跨がって配置され、複数の導体線１２を同時に基材１５に縫い付けている。これにより、例えば、感圧素子を曲面に装着する場合であっても、複数の導電部１１Ａと複数の導体線１２と交差する位置を一定範囲に拘束することができ、感圧位置の再現性を確保することができる。すなわち、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。また、糸状部材１７によって、誘電体１３が導体線１２から剥離することを抑えることもできる。なお、平面視において、基材１５の端部近傍には、貫通穴１５ａが設けられている。
【００４７】
本実施形態において、糸状部材１７は、図３〜図５に示すように、絶縁部１６に縫い付けられている。この構成によれば、糸状部材１７が導電部１１Ａを貫通しないので、導電部１１Ａに亀裂が発生するなどして導電部１１Ａの導電性にバラツキが生じることを抑えることができる。その結果、感圧測定の精度が低下することを抑えることができる。
【００４８】
また、各々の導体線１２は、図３〜図５に示すように、絶縁部１６と対向する位置に変曲部１２ａを有している。糸状部材１７は、各々の導体線１２の変曲部１２ａを跨ぐように絶縁部１６に縫い付けられている。これにより、例えば、基材１５を繰り返し伸縮させた場合であっても、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。
【００４９】
また、本実施形態において、糸状部材１７は、ニット用の糸などに用いられる伸縮性を有する糸で構成されている。糸状部材１７が伸縮性を有することにより、糸状部材１７によって基材１５の伸縮性が低下することを抑えることができる。その結果、感圧素子全体の伸縮性の低下を抑えることができる。
【００５０】
また、本実施形態において、糸状部材１７は、図５及び図６に示すように、上糸１７Ａと下糸１７Ｂとを備えている。下糸１７Ｂが絶縁部１６を貫通して上糸１７Ａに係合することにより、各々の導体線１２が糸状部材１７によって基材１５に縫い付けられる。
【００５１】
各々の導体線１２は、図３に示すように、コネクタ２１に電気的に接続されている。各々の導電部１１Ａは、コネクタ２２に電気的に接続されている。コネクタ２１及びコネクタ２２は、検出部２が備えるものである。本実施形態に係る感圧素子は、前述した測定メカニズムの説明から明らかなように、基材１５と導体線１２との間に加えられた押圧力に応じて、弾性導電部１１と導体線１２とが交差する箇所の静電容量が変化する。検出部２は、コネクタ２１及びコネクタ２２を通じて弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量の変化を検出し、当該静電容量の変化に基づいて、押圧力を検出する。また、検出部２は、静電容量が変化した箇所を特定することにより、押圧位置を検出する。
【００５２】
本実施形態に係る感圧素子によれば、弾性導電部１１が弾性を有しているので、押圧力が付与されると、弾性導電部１１と導体線１２との接触領域の面積が弾性導電部１１の弾性に応じて変化し、弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量が変化する。本実施形態に係る感圧素子は、この静電容量の変化に基づいて押圧力を検出する。接触領域の面積の変化は、従来の感圧素子における電極間距離の変化よりも比較的大きい。従って、本実施形態に係る感圧素子によれば、比較的簡易な構造で、比較的広い範囲の押圧力を測定することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係る感圧素子によれば、複数の導体線１２に対して交差するように延在し、複数の導体線１２を基材１５に縫い付ける糸状部材１７を備えている。この構成により、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る感圧素子によれば、弾性導電部１１が複数の導体線１２に対してそれぞれ交差するように並列に配置された複数の導電部１１Ａを有している。すなわち、複数の導電部１１Ａと複数の導体線１２とが、平面視において、マトリクス状に交差するように配置されている。この構成によれば、押圧位置の検出精度を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る感圧素子によれば、基材１５は、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａの間に絶縁部１６を備えている。この構成により、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａが接触して短絡することを抑えて、測定精度を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施形態に係る感圧素子によれば、糸状部材１７は、絶縁部１６に縫い付けられている。この構成により、導電部１１Ａに亀裂が発生するなどして感圧測定の精度が低下することを抑えることができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る感圧素子によれば、各々の導体線１２は絶縁部１６と対向する位置に変曲部１２ａを有し、これらの変曲部１２ａを跨ぐように糸状部材１７が絶縁部１６に縫い付けられている。この構成により、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る感圧素子によれば、糸状部材１７が伸縮性を有しているので、糸状部材１７によって基材１５の伸縮性が低下することを抑えて、感圧素子全体の伸縮性の低下を抑えることができる。
【００５９】
なお、前記では、各々の導体線１２の変曲部１２ａを跨ぐように糸状部材１７を絶縁部１６に縫い付けるように構成したが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、糸状部材１７は、更に、平面視において、各々の導体線１２における互いに隣りあう変曲部１２ａ，１２ａの間を跨ぐように基材１５に縫い付けられてもよい。この構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、導体線１２に代えて、複数の導体線１２を撚って構成した撚り線を用いた場合には、糸状部材１７によって、当該撚り線がばらけることを抑えることができる。なお、糸状部材１７は、図７に示すように、基材１５の導電部１１Ａに縫い付けられてもよい。
【００６０】
また、例えば、図８に示すように、糸状部材１７は、更に、平面視において、各々の導体線１２における互いに隣りあう変曲部１２ａ，１２ａの間を跨ぐように絶縁部１６に縫い付けられてもよい。すなわち、複数の糸状部材１７を絶縁部１６に縫い付けてもよい。この構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、導電部１１Ａに亀裂が発生するなどして感圧測定の精度が低下することを抑えることができる。また、導体線１２に代えて、複数の導体線１２を撚って構成した撚り線を用いた場合には、糸状部材１７によって、当該撚り線がばらけることを抑えることができる。
【００６１】
なお、図７及び図８に示す構成において、変曲部１２ａを跨ぐ糸状部材１７と、変曲部１２ａから最も離れた位置を跨ぐ糸状部材１７との間隔ｄ１７は、導電部１１Ａの延在方向に直交する方向における変曲部１２ａ，１２ａ間の距離Ｄ１２の１０％以上であることが好ましい。また、当該間隔ｄ１７は、当該距離Ｄ１２の２５％以上であることがより好ましい。これにより、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレをより一層抑えて、所定位置での押圧力をより一層確実に検出することができる。
【００６２】
また、前記では、糸状部材１７が上糸１７Ａと下糸１７Ｂとを備えるものとしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、糸状部材１７は、一方の糸のみを備え、当該糸を基材１５に対してなみ縫いすることで、複数の導体線１２を基材１５に縫い付けるようにしてもよい。
【００６３】
また、前記では、糸状部材１７が絶縁部１６の延在方向に沿って直線状に縫い付けられるものとしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、糸状部材１７は、平面視において、変曲部１２ａを多重に跨ぐように基材１５に縫い付けられてもよい。例えば、図９及び図１０に示すように、糸状部材１７は、絶縁部１６の延在方向に沿って往復するとともに、往路方向に縫い付けられる糸状部材と復路方向に縫い付けられる糸状部材とが変曲部１２ａでＸ字状に交差するように縫い付けられてもよい。このような縫い付け方を、ここでは「Ｘ縫いＡ」という。また、例えば、図１１及び図１２に示すように、糸状部材１７は、絶縁部１６の延在方向に波状に進行して往復するとともに、往路方向に縫い付けられる糸状部材と復路方向に縫い付けられる糸状部材とが変曲部１２ａでＸ字状に交差するように縫い付けられてもよい。このような縫い付け方を、ここでは「Ｘ縫いＢ」という。これらの構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、糸状部材１７が波形状であることにより伸縮性を有するので、糸状部材１７によって基材１５の伸縮性が低下することを抑えて、感圧素子全体の伸縮性の低下を抑えることができる。
【００６４】
なお、図９〜図１２に示す変形例では、１本の糸状部材１７を絶縁部１６の延在方向に沿って往復させるようにしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、往路方向に縫い付ける糸状部材１７と、復路方向に縫い付ける糸状部材１７とを別個の部材としてもよい。なお、基材１５の端部近傍には、貫通穴１５ａが設けられている。
【００６５】
また、糸状部材１７は、平面視において、導体線１２の変曲部１２ａの近傍部分を３回以上跨ぐように基材１５に縫い付けられてもよい。例えば、図１３及び図１４に示すように、糸状部材１７は、絶縁部１６の延在方向に沿って進行するとともに、平面視において変曲部１２ａの近傍でＮ字状に曲がって変曲部１２ａを通過するように縫い付けられてもよい。すなわち、糸状部材１７は、導体線１２を進行方向に通過した後、進行方向とは斜め逆方向に折り返して変曲部１２ａを通過し、再び進行方向に進んで導体線１２を通過するように縫い付けられてもよい。このような縫い付け方を、ここでは「Ｎ縫い」という。この構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、Ｘ縫いＡ及びＸ縫いＢに比べて、Ｎ縫いは、縫い付けをより高速で行うことができる。
【００６６】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本開示の感圧素子は、より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易であるので、例えば、自動車の内装品のような自由曲面を多彩に使用した電子機器に装着する感圧素子として有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１    感圧部
２    検出部
１１    弾性導電部
１１Ａ  導電部
１２    導体線
１２ａ  変曲部
１３    誘電体
１４    シート状部材
１５    基材
１５ａ  貫通穴
１６    絶縁部
１７    糸状部材
１７Ａ  上糸
１７Ｂ  下糸
２１，２２  コネクタ
Ｔ１１，Ｔ１２  端子
【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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【国際調査報告】
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