CN116670478A - 负荷传感器 - Google Patents

Abstract

负荷传感器(1)基于静电电容的变化来检测从外部对传感器部(A11～A13、A21～A23、A31～A33)赋予的负荷。负荷传感器(1)具备：2个基材，被配置为相互面对；2个导电弹性体(12、22)，分别配置于2个基材的对置面；和多个导体线(13)，被配置于2个导电弹性体(12、22)之间。根据如下条件来配置多个导体线(13)：在导体线(13)的直径为0.3mm以下的情况下，多个导体线(13)间的间隙为0.6mm以上；在导体线(13)的直径大于0.3mm的情况下，多个导体线(13)间的间隙为导体线(13)的直径的2倍以上。

Description

负荷传感器

技术领域

本发明涉及基于静电电容的变化来检测从外部赋予的负荷(Load)的负荷传感器。

背景技术

负荷传感器被广泛利用于工业设备、机器人以及车辆等的领域。近年来，与基于计算机的控制技术的发展以及外观性的提高一起，人型的机器人以及汽车的内饰品等多彩地使用自由曲面的电子设备的开发正在进行。相应地，需要在各自由曲面装配高性能的负荷传感器。

以下的专利文献1中，记载了一种感压元件，具备：包含片状的导电性橡胶的2个第1导电构件；被2个第1导电构件夹着的线状的第2导电构件；和形成为覆盖第2导电构件的电介质。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/096901号

发明内容

-发明要解决的问题-

在上述结构中，通常，能够假设通过增加被2个第1导电构件夹着的第2导电构件的数量，由此感压元件的动态范围扩大。但是，根据发明人的研究可知，仅单纯地增加第2导电构件(导体线)的配置数，不能适当地扩大动态范围。

鉴于该问题，本发明的目的在于，提供一种能够适当地扩大传感器部的动态范围的负荷传感器。

-解决问题的手段-

本发明的主要方式涉及基于静电电容的变化来检测从外部对传感器部赋予的负荷的负荷传感器。本方式所涉及的负荷传感器具备：2个基材，被配置为相互面对；2个导电弹性体，分别被配置于所述2个基材的对置面；和多个导体线，被配置于所述2个导电弹性体之间。根据如下条件来配置所述多个导体线：在所述导体线的直径为0.3mm以下的情况下，所述多个导体线间的间隙为0.6mm以上；在所述导体线的直径大于0.3mm的情况下，所述多个导体线间的间隙为所述导体线的直径的2倍以上。

根据本方式所涉及的负荷传感器，只要满足上述的条件，就能够随着增加配置于传感器部的导体线的数量，而扩大静电电容相对于负荷的变化幅度。因此，通过根据上述条件来增加配置于传感器部的导体线的数量，能够适当扩大传感器部的动态范围。

-发明效果-

如以上那样，根据本发明，能够提供能够适当地扩大传感器部的动态范围的负荷传感器。

本发明的效果乃至意义通过以下所示的实施方式的说明而更加明确。但是，以下所示的实施方式仅仅是将本发明实施化时的一个示例，本发明并不限制于以下的实施方式中记载的内容。

附图说明

图1的(a)是示意性地表示实施方式所涉及的下侧的基材以及在下侧的基材的对置面设置的导电弹性体的立体图。图1的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的在基材设置多个导体线的状态的立体图。

图2的(a)是示意性地表示实施方式所涉及的上侧的基材以及在上侧的基材的对置面设置的导电弹性体的立体图。图2的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的组装结束的负荷传感器的立体图。

图3的(a)、(b)是示意性地表示实施方式所涉及的在X轴负方向观察的情况下的导体线的周边的剖视图。

图4是示意性地表示实施方式所涉及的在Z轴负方向观察的情况下的负荷传感器的内部的俯视图。

图5的(a)是示意性地表示第1模拟所涉及的导体线的配置的剖视图。图5的(b)是表示第1模拟所涉及的使在Y轴方向并排的导体线的根数变化的情况下的负荷与静电电容的关系的图表。

图6的(a)是示意性地表示第2模拟所涉及的导体线的配置的剖视图。图6的(b)是表示第2模拟所涉及的条件1、2以及比较条件的情况下的负荷与静电电容的关系的图表。

图7的(a)是示意性地表示第3模拟所涉及的导体线的配置的剖视图。图7的(b)是表示第3模拟所涉及的硬度以及杨氏模量的关系的表。

图8是表示第3模拟所涉及的导电弹性体与基材的挠曲状态的变形图像。

图9是示意性地表示第3模拟所涉及的导电弹性体与基材的变形图像的图。

图10是表示第3模拟所涉及的导体线的直径与导电弹性体和基材为了适当地挠曲而最低限度需要的间隙的关系的图表。

图11是表示实施方式所涉及的在传感器部内配置最大数量的导体线的状态的示意图。

其中，附图用于说明，并不限定本发明的范围。

具体实施方式

本发明所涉及的负荷传感器能够应用于根据被赋予的负荷来进行处理的管理系统、电子设备的负荷传感器。

作为管理系统，例如举例库存管理系统、驾驶员监控系统、指导管理系统、安全管理系统、护理/育儿管理系统等。

库存管理系统中，例如，通过设置于库存架的负荷传感器，检测被装载的库存的负荷，检测存在于库存架的商品的种类和商品的数量。由此，在店铺、工厂、仓库等中，能够效率良好地管理库存并且能够实现省人化。此外，通过设置于冰箱内的负荷传感器，检测冰箱内的食品的负荷，检测冰箱内的食品的种类与食品的数、量。由此，能够自动提出使用了冰箱内的食品的菜单。

在驾驶员监控系统中，例如通过设置于转向装置的负荷传感器，监控驾驶员的针对转向装置的负荷分布(例如，握持力、握持位置、踏力)。此外，通过设置于车载座椅的负荷传感器，监控落座状态下的驾驶员针对车载座椅的负荷分布(例如，重心位置)。由此，能够反馈驾驶员的驾驶状态(睡意、心理状态等)。

在指导管理系统中，例如通过设置于鞋底的负荷传感器，监控脚底的负荷分布。由此，能够向适当的行走状态、奔跑状态矫正或者引导。

在安全管理系统中，例如通过设置于地板的负荷传感器，在人通过时，检测负荷分布，检测体重、步幅、通过速度以及鞋底图案等。由此，通过将这些检测信息与数据进行比较，能够确定通过的人物。

在护理/育儿管理系统中，例如，通过设置于寝具、坐便的负荷传感器，监控人体针对寝具以及坐便的负荷分布。由此，在寝具、坐便的位置，能够推断人想要采取何种行动，防止跌倒、滚落。

作为电子设备，例如举例：车载设备(汽车导航/系统、音响设备等)、家电设备(电壶、IH烹饪加热器等)、智能手机、电子纸、电子书阅读器、PC键盘、游戏控制器、智能手表、无线耳机、触摸面板、电子笔、笔形电筒、发光衣服、乐器等。在电子设备中，在接受来自用户的输入的输入部设置负荷传感器。

以下的实施方式中的负荷传感器是上述的管理系统、电子设备的负荷传感器中典型设置的静电电容型负荷传感器。上述那样的负荷传感器也可能被称为“静电电容型感压传感器元件”、“容性压力检测传感器元件”、“感压开关元件”等。以下的实施方式中的负荷传感器被用于基于静电电容的变化来检测从外部向传感器部赋予的负荷。以下的实施方式中的负荷传感器与检测电路连接，通过负荷传感器以及检测电路，构成负荷检测装置。以下的实施方式是本发明的一实施方式，本发明并不限制于以下的实施方式。

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。为了方便，各图中附记相互正交的X、Y、Z轴。Z轴方向是负荷传感器1的高度方向。

图1的(a)是示意性地表示基材11和设置于基材11的对置面11a(Z轴正侧的面)的3个导电弹性体12的立体图。

基材11是具有弹性的绝缘性的构件，具有与X—Y平面平行的平板形状。基材11由非导电性的树脂材料或者非导电性的橡胶材料构成。用于基材11的树脂材料例如是从包含苯乙烯系树脂、有机硅系树脂(例如，聚二甲基聚硅氧烷(PDMS)等)、丙烯酸系树脂、轮烷系树脂以及聚氨酯系树脂等的群中选择的至少1种树脂材料。用于基材11的橡胶材料例如是从包含硅酮橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、聚异丁烯、乙烯-丁二烯橡胶、氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、聚氨酯橡胶、以及天然橡胶等的群中选择的至少1种橡胶材料。

导电弹性体12形成于基材11的对置面11a(Z轴正侧的面)。在图1的(a)中，在基材11的对置面11a，形成3个导电弹性体12。导电弹性体12是具有弹性的导电性的构件。各导电弹性体12具有在Y轴方向较长的带状的形状，在X轴方向隔开规定的间隔而并排形成。在各导电弹性体12的Y轴负侧的端部，设置与导电弹性体12电连接的线缆12a。

导电弹性体12通过对基材11的对置面11a进行丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、胶版印刷以及凹版胶印印刷等的印刷方法而形成。通过这些印刷方法，能够在基材11的对置面11a以0.001mm～0.5mm左右的厚度形成导电弹性体12。但是，导电弹性体12的形成方法并不局限于印刷方法。

导电弹性体12由树脂材料和其中分散的导电性填料、或者橡胶材料和其中分散的导电性填料构成。

用于导电弹性体12的树脂材料与上述的用于基材11的树脂材料同样，例如是从包含苯乙烯系树脂、有机硅系树脂(聚二甲基聚硅氧烷(例如，PDMS)等)、丙烯酸系树脂、轮烷系树脂以及聚氨酯系树脂等的群中选择的至少1种树脂材料。用于导电弹性体12的橡胶材料与上述的用于基材11的橡胶材料同样，例如是从包含硅酮橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、聚异丁烯、乙烯-丁二烯橡胶、氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、聚氨酯橡胶以及天然橡胶等的群中选择的至少1种橡胶材料。

用于导电弹性体12的导电性填料例如是从包含Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、C(碳)、ZnO(氧化锌)、In₂O₃(氧化铟(III))、以及SnO₂(氧化锡(IV))等金属材料、PEDOT：PSS(即，包含聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)的复合物)等导电性高分子材料、金属涂层有机物纤维、金属线(纤维状态)等的导电性纤维的群中选择的至少1种材料。

图1的(b)是示意性地表示在基材11配置多个导体线13的状态的立体图。

多个导体线13与3个导电弹性体12的上表面重叠配置。多个导体线13在X轴方向延伸配置，以使得跨越3个导电弹性体12。这里，两根导体线13被相邻配置，相邻的两根导体线被配置3组。导体线13的各组被配置为与导电弹性体12交叉，沿着导电弹性体12的长边方向(Y轴方向)，隔开规定的间隔而并排配置。导体线13包含线状的导电构件和在该导电构件的表面形成的电介质。关于导体线13的结构，后面参照图3的(a)、(b)来进行说明。

如图1的(b)那样相邻的两根导体线13被配置3组后，导体线13的各组在导体线13的延伸方向(X轴方向)可移动地通过丝线14来设置于基材11。在图1的(b)所示的例子中，12个丝线14在导电弹性体12与导体线13重叠的位置以外的位置，将导体线13的各组与基材11连接。丝线14由化学纤维、天然纤维、或者它们的混合纤维等构成。一组中包含的相邻的两根导体线13在后段的布线或者电路相互连接。另外，相邻的两根导体线13也可以在X轴正侧的端部连结。此外，一组中包含的导体线13的数量并不局限于两根，也可以是3根以上。

图2的(a)是示意性地表示与基材11的上侧重叠配置的基材21、设置于基材21的对置面21a(Z轴负侧的面)的3个导电弹性体22的立体图。

基材21具有与基材11相同的大小以及形状，由与基材11相同的材料构成。导电弹性体22在基材21的对置面21a，形成于与导电弹性体12对置的位置，在X轴方向隔开规定的间隔而并排形成。导电弹性体22具有与导电弹性体12相同的大小以及形状，由与导电弹性体12相同的材料构成。导电弹性体22与导电弹性体12同样地，通过规定的印刷方法而形成于基材21的Z轴负侧的面。导电弹性体22的形成方法也并不局限于印刷方法。在各导电弹性体22的Y轴负侧的端部，设置与导电弹性体22电连接的线缆22a。

图2的(b)是示意性地表示在图1的(b)的构造体设置有图2的(a)的构造体的状态的立体图。

从图1的(b)所示的构造体的上方(Z轴正侧)，配置图2的(a)所示的构造体。此时，基材11与基材21的对置面11a与对置面21a被配置为相互面对，导电弹性体12与导电弹性体22被配置为重叠。并且，通过基材21的外周四边相对于基材11的外周四边，利用硅酮橡胶系粘结剂、丝线等连接，基材11与基材21被固定。由此，相邻的两根导体线13的组由上下配置的导电弹性体12和导电弹性体22夹着。这样，如图2的(b)所示，负荷传感器1完成。

图3的(a)、(b)是示意性地表示在X轴负方向观察的情况下的导体线13的周边的剖视图。图3的(a)表示未施加负荷的状态，图3的(b)表示施加负荷的状态。

如图3的(a)、(b)所示，导体线13由导电构件13a和形成于导电构件13a的电介质13b构成。导电构件13a是具有线状的形状的线材，电介质13b覆盖导电构件13a的表面。

导电构件13a例如由导电性的金属材料构成。此外，导电构件13a也可以由包含玻璃的芯线以及形成于其表面的导电层构成，也可以由包含树脂的芯线以及形成于其表面的导电层等构成。作为导电构件13a，例如使用铝(Al)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、锆(Zr)、铪(Hf)等的阀作用金属、钨(W)、钼(Mo)、铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、金(Au)等。电介质13b具有电绝缘性，例如由树脂材料、陶瓷材料、金属氧化物材料等构成。

如图3的(a)所示，在未施加负荷的情况下，在导电弹性体12与导体线13之间施加的力、以及在导电弹性体22与导体线13之间施加的力几乎为零。若从该状态起，如图3的(b)所示，对基材11的下表面向上方施加负荷，向对基材21的上表面向下方施加负荷，则由于导体线13而导电弹性体12、22以及基材11、21变形。

如图3的(b)所示，若施加负荷，则导体线13接近导电弹性体12、22以使得被导电弹性体12、22包围，导体线13与导电弹性体12、22之间的接触面积增加。由此，导电构件13a与导电弹性体12之间的静电电容以及导电构件13a与导电弹性体22之间的静电电容变化。并且，通过检测导体线13的区域的静电电容，计算施加于该区域的负荷。

图4是示意性地表示在Z轴负方向观察的情况的负荷传感器1的内部的俯视图。在图4中，为了方便，省略丝线14的图示。

在负荷传感器1的测量区域R，设定在X轴方向以及Y轴方向并排的9个传感器部。具体地说，将测量区域R在X轴方向3分割并在Y轴方向3分割的9个区域被分配至9个传感器部。各传感器部的边界相接于该传感器部与相邻的传感器部的边界。9个传感器部对应于导电弹性体12、22与相邻的两根导体线13的组相交的9个位置，在这9个位置，形成静电电容根据负荷而变化的9个传感器部A11、A12、A13、A21、A22、A23、A31、A32、A33。

各传感器部包含导电弹性体12、22和相邻的两根导体线13的组，成组的两根导体线13构成静电电容的一极(例如阳极)，导电弹性体12、22构成静电电容的另一极(例如阴极)。即，成组的两根导体线13内的导电构件13a(参照图3的(a)、(b))构成负荷传感器1(静电电容型负荷传感器)的一个电极，导电弹性体12、22构成负荷传感器1(静电电容型负荷传感器)的另一个电极，成组的两根导体线13内的电介质13b(参照图3的(a)、(b))对应于负荷传感器1(静电电容型负荷传感器)中规定静电电容的电介质。

若对各传感器部在Z轴方向施加负荷，则由于负荷，成组的两根导体线13被向导电弹性体12、22按压并陷入。由此，成组的两根导体线13与导电弹性体12、22之间的接触面积变化，该成组的两根导体线13与该导电弹性体12、22之间的静电电容变化。

导体线13的X轴负侧的端部、线缆12a的Y轴负侧的端部以及线缆22a的Y轴负侧的端部与对负荷传感器1设置的检测电路连接。

在图4中，从3组的导电弹性体12、22引出的线缆12a、22a被表示为线L11、L12、L13，3组导体线13内的导电构件13a被表示为线L21、L22、L23。连接于线L11的导电弹性体12、22与线L21、L22、L23相交的位置分别是传感器部A11、A12、A13，连接于线L12的导电弹性体12、22与线L21、L22、L23相交的位置分别是传感器部A21、A22、A23，连接于线L13的导电弹性体12、22与线L21、L22、L23相交的位置分别是传感器部A31、A32、A33。

若对传感器部A11施加负荷，则在传感器部A11中成组的两根导体线13与导电弹性体12、22的接触面积增加。因此，通过检测线L11与线L21之间的静电电容，能够计算传感器部A11中被施加的负荷。同样地，在其他传感器部中，也能够通过检测该其他传感器部中相交的2个线间的静电电容，来计算该其他传感器部中被施加的负荷。

此外，在上述的结构中，通过对一个传感器部配置两根导体线13，相比于配置1根导体线13的情况，一个传感器部中的导体线13与导电弹性体12、22之间的接触面积增加。因此，配置于一个传感器部的导体线13的数量越增加，越能够使负荷赋予时的传感器部的静电电容的变化量增加，由此，能够扩大传感器部的动态范围(可检测的负荷的范围)。

发明人通过第1模拟验证了通过进一步增加配置于传感器部的导体线13的数量，传感器部的动态范围是如何扩大。

图5的(a)是示意性地表示第1模拟所涉及的导体线13的配置的剖视图。

在第1模拟中，与图3的(a)、(b)所示的结构同样地，将导体线13由导电构件13a和覆盖导电构件13a的表面的电介质13b构成。此外，在导体线13的下侧，配置基材11以及导电弹性体12，在导体线13的上侧，配置基材21以及导电弹性体22。将导体线13的直径设为0.3mm。此外，将导体线13在Y轴方向隔开规定的间隙G而配置多个。将相邻的导体线13的间隙G设定为处于该相邻的导体线13之间的导电弹性体12、22和基材11、21能够充分挠曲的程度。

基于上述那样的条件，将导体线13的根数设定为2、4、6、8、10，对设定为各根数的情况下的负荷和静电电容的关系进行了验证。

图5的(b)是表示第1模拟所涉及的使在Y轴方向并排的导体线13的根数变化的情况下的负荷与静电电容的关系的图表。在图5的(b)的图表中，横轴是负荷(N)，纵轴是静电电容(F)。

各图表中虚线的圆圈是曲线的拐点。在负荷传感器中，通常，从0到拐点的范围的负荷为传感器部中可检测的负荷范围(动态范围)。因此，基于第1模拟的条件，如图5的(b)所示，能够确认随着导体线13的根数增加，动态范围变大。

接下来，发明人通过第2模拟验证了由于增加配置于一个传感器部的导体线13的数量而变化的导体线13间的间距P如何影响动态范围。即，在传感器部的宽度的范围内配置多个导体线的情况下，配置的导体线的数量越增加，相邻的导体线间的间距越小，此外，相邻的导体线间的间隙越窄。因此，发明人通过第2模拟验证了在增加配置于一个传感器部的导体线13的数量的情况下，相邻的导体线间的间距以及间隙如何影响传感器部的动态范围。

图6的(a)是示意性地表示第2模拟所涉及的导体线13的配置的剖视图。

在第2模拟中，也与图5的(a)的情况同样地，配置了多个导体线13、基材11、21、导电弹性体12、22。在第2模拟中，将以下情况设为条件1：将导体线13的直径设为0.06mm，将导体线13的根数设为16根，将间距P(中心间的距离)设为0.6mm。将以下情况设为条件2：将导体线13的直径设为0.06mm，将导体线13的根数设为22根，将间距P设为0.08mm。在条件1、2中，将包含全部导体线13的范围设为传感器部的范围。

基于上述那样的2个条件，对各条件下的负荷与静电电容的关系进行了验证。

图6的(b)是表示第2模拟所涉及的条件1、2的情况下的负荷与静电电容的关系的图表。在图6的(b)的图表中，横轴是施加于传感器部的负荷(N)，纵轴是静电电容(F)。

如图6的(b)所示，在条件1下，可得到与图5的(a)、(b)所示的第1模拟中、将直径0.3mm的导体线13并排6根的情况同等的动态范围。由此，能够确认通过将直径0.06mm的导体线13在传感器部配置16根，能够扩大传感器部的动态范围。但是，在条件2下，尽管传感器部中包含的导体线13的数量比条件1多，但是动态范围比条件1显著地变窄。

基于此，能够确认仅增加一个传感器部中包含的导体线13的数量，无法适当地扩大传感器部的动态范围。换句话说，能够确认即使增加配置的导体线13的数量，若相邻的导体线13间的间距P、间隙G变窄，则传感器部的动态范围反而变窄。

作为其理由，发明人认为，由于条件2的间距P以及间隙G比条件1窄几级，因此即使赋予传感器部的负荷增加，在相邻的2个导体线13之间导电弹性体12、22与基材11、21也难以挠曲，静电电容以及动态范围的上升被抑制。

因此，发明人通过第3模拟研讨了在2个导体线13的条件如何的情况下，导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲，动态范围扩大。

图7的(a)是示意性地表示第3模拟所涉及的导体线13的配置的剖视图。

在第3模拟中，在导电弹性体12的下侧配置基材11，在基材11的下侧配置金属板101。在导电弹性体22的上侧配置基材21，在基材21的上侧配置金属板102。金属板101、102设为即使在上下方向赋予负荷也不挠曲的材料。

配置各导体线13，以使得间距P从中心向外侧(Y轴正方向以及Y轴负方向)交替并且阶段地变大导体线13的直径D。即，将最接近于中心的2个导体线13的间距P设为2D，将相对于中心位于Y轴负侧的2个导体线13的间距P设为3D，将进一步相对于中心位于Y轴正侧的2个导体线13的间距P设为4D。这样，将9根导体线13在Y轴方向并排，以使得间距P从2D到9D在Y轴方向交替地增加D。

此外，对导电弹性体12、22与基材11、21的硬度为10°的情况和硬度为90°的情况，分别进行了验证。如图7的(b)所示，硬度10°相当于杨氏模量3MPa，硬度90°相当于杨氏模量170MPa。通常，由于适合于负荷传感器1的导电弹性体12、22和基材11、21的硬度是40°～60°，因此在第3模拟中，将硬度设定为10°以及90°以使得能够充分验证该范围，在各硬度进行了验证。

进一步地，将导体线13的直径D设为0.075mm、0.15mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.8mm，对各个情况进行了第3模拟。另外，若将导电弹性体12的厚度与基材11的厚度的和、以及导电弹性体22的厚度与基材21的厚度的和分别设为T，则在直径D为0.3mm以下的情况下，将T设为1mm，在直径D大于0.3mm的情况下，将T设为2mm。

图8是表示第3模拟所涉及的导电弹性体12、22与基材11、21的挠曲状态的图像(以下，称为“变形图像”)。

在第3模拟中，假定负荷赋予，将上侧的金属板102(参照图7的(a))向下方压入直径D，从而使导电弹性体12、22与基材11、21变形。在第3模拟中，在上述那样的变形图像中，如以下说明那样判断导电弹性体12、22和基材11、21是否适当变形。

图9的(a)、(b)是示意性地表示第3模拟所涉及的导电弹性体12、22和基材11、21的变形图像的图。

在第3模拟中，将上侧的金属板102(参照图7的(a))向下方压入直径D时，判断在间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22是否相互接触，该间距P(间隙G)是否适当。在上下的导电弹性体12、22相互接触的情况下，判断为在该间距P(间隙G)的范围，导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲，判断为该间距P(间隙G)适当。另一方面，在上下的导电弹性体12、22不相互接触的情况下，判断为在该间距P(间隙G)的范围，导电弹性体12、22与基材11、21未适当挠曲，判断为该间距P(间隙G)不适当。

以下，表示判断方法的一个例子。这里，着眼于形成判断对象的间距P(间隙G)的2个导体线13之中、相对于图8的中心为外侧的导体线13，判断导电弹性体12、22和基材11、21在判断对象的间距P(间隙G)是否适当挠曲。

在图9的(a)中，将从左侧(Y轴负侧)向右侧(Y轴正侧)相邻并排的2个导体线13分别称为“第1导体线”、“第2导体线”，在图9的(b)中，将从左侧(Y轴负侧)向右侧(Y轴正侧)相邻并排的2个导体线13分别称为“第3导体线”、“第4导体线”。这里，为了方便，第1～第4导体线设为从图8的中心位于左侧(Y轴负侧)。因此，第1、第2导体线位于比第3、第4导体线更靠外侧的位置。

此外，将第1导体线与导电弹性体12、22的接触范围所对应的第1导体线的中心角设为接触角θ1，将第2导体线与导电弹性体12、22的接触范围所对应的第2导体线的中心角设为接触角θ2，将第3导体线与导电弹性体12、22的接触范围所对应的第3导体线的中心角设为接触角θ3，将第4导体线与导电弹性体12、22的接触范围所对应的第4导体线的中心角设为接触角θ4。

在此，如图9的(a)所示，在第1导体线的外侧以及内侧位置，导电弹性体12、22接触，在第1导体线的接触角θ1所对应的外侧以及内侧的端点处于相同的高度的情况下，将把第1导体线的接触角θ1所对应的外侧以及内侧的端点连结的直线(虚线的直线)设定为基准线。

该情况下，在第1导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，导电弹性体12、22相互接触。因此，在第1导体线的接触角θ1的两端点均在上下方向处于基准线的位置的情况下，判断为在第1导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲，该间距P(间隙G)适当。

接下来，如图9的(a)所示，在第2导体线的接触角θ2所对应的外侧以及内侧的端点均在上下方向处于基准线的位置的情况下，判断为在第2导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲。

接下来，如图9的(b)所示，在第3导体线的接触角θ3所对应的内侧的端点相对于导体线13的中心处于基准线的外侧(在此为上侧)的情况下，判断为在第3导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22与基材11、21未适当挠曲。即，在图9的(b)的情况下，在接触角θ3所对应的内侧的端点附近，相对于导体线13的中心在基准线的外侧，形成有不与导电弹性体12、22接触的区域A。在上述那样的情况下，在第3导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22不相互接触。因此，上述那样的情况下，判断为在第3导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22与基材11、21未适当挠曲，该间距P(间隙G)不适当。

此外，如图9的(b)所示，在第3导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，在上下的导电弹性体12、22与基材11、21未适当挠曲的情况下，在第4导体线的接触角θ4所对应的外侧以及内侧的端点附近，也形成不与导电弹性体12、22接触的区域A。因此，判断为在第4导体线的内侧的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22与基材11、21也未适当挠曲。

同样地，关于位于中心的右侧的导体线13，也在使图9的(a)、(b)左右反转的状态下，判断间距P(间隙G)是否适当。该情况下，通过导体线13的接触角的内侧(Y轴负侧)的端点是否处于基准线的位置，判断该导体线13的内侧(Y轴负侧)的间距P(间隙G)是否适当。即，在导体线13的接触角的内侧(Y轴负侧)的端点处于基准线的位置的情况下，判断为在该导体线13的内侧(Y轴负侧)的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22与基材11、21适当地挠曲，该间距P(间隙G)适当。另一方面，在导体线13的接触角的内侧(Y轴负侧)的端点处于基准线的上侧的情况下，判断为在该导体线13的内侧(Y轴负侧)的间距P(间隙G)的范围，上下的导电弹性体12、22与基材11、21未适当地挠曲，该间距P(间隙G)不适当。

返回到图8，在中心的左侧以及右侧从外侧依次进行图9的(a)、(b)中说明的判断。由此，在图8的例子中，例如，在中心的左侧，判断为在间距P为9D的位置，导电弹性体12、22与基材11、21适当地挠曲，在间距P为7D的位置，导电弹性体12、22与基材11、21未适当地挠曲，在中心的右侧，在间距P为8D的位置，导电弹性体12、22与基材11、21适当地挠曲，在间距P为6D的位置，导电弹性体12、22与基材11、21未适当地挠曲。该情况下，判断出为了导电弹性体12、22与基材11、21适当地挠曲而最低限度需要的间距P为8D。

在导电弹性体12、22和基材11、21的2种硬度和导体线13的8种直径D下分别进行上述那样的判断，针对各情况，取得为了导电弹性体12、22和基材11、21适当挠曲而最低限度需要的间距P。

图10的(a)、(b)是表示第3模拟所涉及的导体线13的直径D、与为了导电弹性体12、22和基材11、21适当挠曲而最低限度需要的间隙G的关系的图表。

图10的(a)是导电弹性体12、22与基材11、21的硬度为10°(杨氏模量为3MPa)的情况下的图表，图10的(b)是导电弹性体12、22与基材11、21的硬度为90°(杨氏模量为170MPa)的情况下的图表。另外，在图10的(a)、(b)中，相邻的2个检测点分别通过直线连结。此外，各直径D所对应的间隙G是从图8～图9的(b)的步骤中得到的间距P减去直径D的值。

在图10的(a)、(b)的任一图表中，在直径D为0.3mm以下时，间隙G为恒定的值0.6mm，在直径D为0.3mm以上时，间隙G为直径D的2倍的值。此外，如上所述，由于图8～图9的(b)的步骤中得到的间隙G(间距P)是为了导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲的最低限度需要的间隙G(间距P)，因此可知为了导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲所需的间隙G的值是图10的(a)、(b)的直线以上的值即可。

因此可知，在将多个导体线13以间隙G排列的情况下，为了在间隙G，导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲，导体线13的直径D以及间隙G满足以下的式(1)、(2)即可。

D≤0.3mm的情况下，G≥0.6mm…(1)

D＞0.3mm的情况下，G≥2D…(2)

根据以上，例如，图4所示那样对一个传感器部配置多个导体线13的情况下，通过设定导体线13的直径D以及间隙G以使得满足上述式(1)、(2)，传感器部内的导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲。因此，关于图4所示的多个导体线13，也配置为满足上述式(1)、(2)。由此，能够扩大传感器部的动态范围。

此外，在传感器部内配置尽量多的导体线13、扩大该传感器部的动态范围的情况下，若配置最大数量的导体线13以使得满足上述式(1)、(2)，则能够最大地扩大传感器部的动态范围。

图11是表示以传感器部内的导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲为条件、在传感器部内配置了最大数量的导体线13的状态的示意图。

例如，若将导体线13的直径设为0.6mm，将传感器部的Y轴方向上的有效宽度设为10mm，则在一个传感器部内，如图11所示，能够配置6根导体线13。即，如图10的(a)、(b)所示，在导体线13的直径为0.6mm的情况下，若导体线13的间隙G是1.2mm，则导电弹性体12、22与基材11、21适当挠曲。因此，该情况下，若将6根导体线13以1.2mm的间隙G等间隔地配置，则最靠Y轴正侧的导体线13与最靠Y轴负侧的导体线13的中心间距离为9.0mm，在有效宽度10mm的一个传感器部内能够配置最大数量的导体线13。

另外，参照图7的(b)来说明那样，对于负荷传感器1适当的导电弹性体12、22与基材11、21的硬度是40°～60°左右(杨氏模量是8.9MPa～28.1MPa左右)，第3模拟中设定的硬度是10°以及90°。即，第3模拟中设定的硬度被设定为上述的40°～60°的外侧。此外，如图10的(a)、(b)所示，与硬度无关地，直径D与间隙G的关系是同样的。因此，可以说在负荷传感器1具备通常硬度的导电弹性体12、22和基材11、21的情况下，上述式(1)、(2)有效。

<实施方式的效果>

根据实施方式，起到以下的效果。

如上述式(1)、(2)所示，根据如下条件来配置多个导体线13：在导体线13的直径D为0.3mm以下的情况下，多个导体线13的间隙G为0.6mm以上；在导体线13的直径D大于0.3mm的情况下，多个导体线13的间隙G是导体线13的直径D的2倍以上。根据该结构，只要满足上述式(1)、(2)的条件，随着增加配置于传感器部的导体线13的数量，能够增大静电电容相对于负荷的变化幅度。因此，通过根据上述条件来使配置于传感器部的导体线13的数量增加，能够适当扩大传感器部的动态范围。

通过配置满足上述式(1)、(2)的条件的最大数量的导体线13，能够最大地扩大静电电容相对于负荷的变化幅度。因此，能够最大地扩大传感器部中的负荷检测的动态范围。

2个导电弹性体12、22在一个方向(Y轴方向)延伸配置，多个传感器部在2个导电弹性体12、22延伸的方向配置，在各传感器部配置满足上述式(1)、(2)的条件的多个导体线13。该情况下，也能够在多个传感器部，扩大各传感器部的动态范围。

2个导电弹性体12、22的组在一个方向(X轴方向)配置多个，满足上述式(1)、(2)的条件的多个导体线13沿着多个组而配置，在2个导电弹性体12、22的多个组与多个导体线13交差的位置，分别配置传感器部。该情况下，也能够在多个传感器部，扩大各传感器部的动态范围。

如图3的(a)、(b)所示，导体线13具备线状的导电构件13a和覆盖导电构件13a的电介质13b。通过该结构，仅能够由电介质13b覆盖导电构件13a的表面，就能够在导电弹性体12、22与导电构件13a之间设置电介质13b。

<其他变更例>

在上述实施方式中，通过线状的导电构件13a和覆盖导电构件13a的电介质13b，构成导体线13。但是，并不局限于此，也可以仅由线状的导电构件13a构成导体线13，在导电弹性体12与导电构件13a之间以及导电弹性体22与导电构件13a之间形成电介质。具体地说，在导电弹性体12、22与导电构件13a之间配置的电介质也可以形成于导电弹性体12、22的表面。

此外，在上述实施方式中，如图4所示，负荷传感器1具备3个包含相邻的多个导体线13的组，但具备至少一个包含相邻的多个导体线13的组即可。例如，负荷传感器1所具备的导体线13的组也可以是一个。

此外，在上述实施方式中，如图2的(b)所示，负荷传感器1具备上下对置的3组的导电弹性体12、22，但具备至少1组的导电弹性体12、22的组即可。例如，负荷传感器1中具备的导电弹性体12、22的组也可以是1组。

此外，在上述实施方式中，导体线13的形状在俯视下是直线形状，但也可以是波形状。此外，导体线13也可以由被电介质覆盖的多个导电构件绞合的绞线构成，也可以由多个导电构件绞合的绞线和覆盖该绞线的电介质构成。

此外，本发明的实施方式在权利要求书所述的技术思想的范围内能够适当地进行各种变更。

-符号说明-

1 负荷传感器

11、21 基材

11a、21a 对置面

12、22 导电弹性体

13导体线

13a导电构件

13b电介质

A11～A13、A21～A23、A31～A33传感器部。

Claims (6)

1.一种负荷传感器，基于静电电容的变化来检测从外部对传感器部赋予的负荷，

所述负荷传感器具备：

2个基材，被配置为相互面对；

2个导电弹性体，分别配置于所述2个基材的对置面；和

多个导体线，被配置于所述2个导电弹性体之间，

根据如下条件来配置所述多个导体线：在所述导体线的直径为0.3mm以下的情况下，所述多个导体线间的间隙为0.6mm以上；在所述导体线的直径大于0.3mm的情况下，所述多个导体线间的间隙为所述导体线的直径的2倍以上。

2.根据权利要求1所述的负荷传感器，其中，

配置满足所述条件的最大数量的所述导体线。

3.根据权利要求1或者2所述的负荷传感器，其中，

所述2个导电弹性体在一个方向延伸并配置，

多个所述传感器部被配置于所述2个导电弹性体延伸的方向，

在所述各传感器部，配置有满足所述条件的多个所述导体线。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的负荷传感器，其中，

所述2个导电弹性体的组在一个方向被配置多个，

满足所述条件的多个所述导体线沿着所述多个组而被配置，

在所述2个导电弹性体的多个组与所述多个导体线交叉的位置分别配置所述传感器部。

5.根据权利要求1至4的任一项所述的负荷传感器，其中，

所述导体线具备：线状的导电构件和覆盖所述导电构件的电介质。

6.根据权利要求5所述的负荷传感器，其中，

所述导电弹性体构成为硬度是10°～90°或者杨氏模量是3MPa～170MPa。