CN117940749A - 载荷传感器 - Google Patents

Abstract

载荷传感器具备：基座构件(11)；多个导电弹性体(13)，配置于基座构件(11)的上表面，以给定的间隙沿Y轴方向排列；线状的多个导电构件(14a)，沿X轴方向延伸，与多个导电弹性体(13)交叉；以及电介质(14b)，配置在导电弹性体(13)与导电构件(14a)之间。

Description

载荷传感器

技术领域

本发明涉及基于静电电容的变化来检测从外部施加的载荷的载荷传感器。

背景技术

载荷传感器在产业设备、机器人以及车辆等领域中被广泛利用。近年来，随着计算机的控制技术的发展以及设计性的提高，正在进行多样地使用人型的机器人以及汽车的内饰件等那样的自由曲面的电子设备的开发。相应地，要求在各自由曲面装配高性能的载荷传感器

在以下的专利文献1中，记载了具备由导电性的弹性体构成的多个第一电极、由线状的导电构件构成的多个第二电极、以及覆盖第二电极的表面的电介质的压敏元件(载荷传感器)。多个第一电极和多个第二电极被配置为在俯视时相互交叉。在多个第一电极之间配置有由绝缘性的弹性体构成的绝缘部。多个第一电极与多个绝缘部一体化而构成弹性体片。

在该结构中，当施加于第一电极与第二电极的各交叉位置的载荷增加时，在各交叉位置，第一电极与电介质之间的接触面积增加，与此相伴，第一电极与第二电极之间的静电电容增加。因此，通过针对每个交叉位置检测第一电极与第二电极之间的静电电容的值，能够检测施加于各交叉位置的载荷。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2020/079995号

发明内容

-发明所要解决的课题-

在上述结构中，通常，与载荷施加时的导电弹性体(第一电极)的弹性变形相比，载荷解除时的导电弹性体的弹性恢复的速度变得缓慢。由此，在载荷施加时和载荷解除时，载荷与静电电容的关系产生偏差。因此，在载荷施加时并且载荷解除时也检测载荷的情况下，难以顺畅且适当地检测载荷。

鉴于该课题，本发明的目的在于提供一种在载荷施加时和载荷解除时能够抑制载荷与静电电容的关系产生偏差的载荷传感器。

-用于解决课题的手段-

本发明的主要方式所涉及的载荷传感器具备：基座构件；多个导电弹性体，配置于所述基座构件的上表面，以给定的间隙沿第一方向排列；线状的多个导电构件，沿第二方向延伸，与所述多个导电弹性体交叉；以及电介质，配置在所述导电弹性体与所述导电构件之间。

根据本方式所涉及的载荷传感器，多个导电弹性体具有间隙地配置，因此能够抑制导电弹性体相对于基座构件的上表面的配置空间。因此，在载荷解除时，由基座构件和导电弹性体构成的构造体容易迅速地弹性恢复，其结果是，能够使载荷解除时的载荷与静电电容的关系接近载荷施加时的载荷与静电电容的关系。因此，能够抑制在载荷施加时和载荷解除时，载荷与静电电容的关系产生偏差。

-发明效果-

如上所述，根据本发明，能够提供一种在载荷施加时和载荷解除时能够抑制载荷与静电电容的关系产生偏差的载荷传感器。

本发明的效果或意义通过以下所示的实施方式的说明进一步明确。其中，以下所示的实施方式只不过是实施本发明时的一个例示，本发明不受以下的实施方式所记载的内容的任何限制。

附图说明

图1的(a)是示意性地表示实施方式所涉及的在下侧的基座构件以及下侧的基座构件的上表面设置的导电体的立体图。图1的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的在图1的(a)的构造体配置有导电弹性体的状态的立体图。

图2的(a)是示意性地表示实施方式所涉及的在图1的(b)的构造体配置有导体线的状态的立体图。图2的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的在图2的(a)的构造体设置有上侧的基座构件的状态的立体图。

图3的(a)、(b)分别是示意性地表示实施方式所涉及的传感器部的截面的图。

图4是示意性地表示实施方式所涉及的载荷传感器的内部的结构的俯视图。

图5是示意性地表示比较例所涉及的载荷传感器的内部的结构的俯视图。

图6是示意性地表示比较例的所涉及、载荷的施加时以及解除时的静电电容的时间变化的一例的图表。

图7的(a)是示意性地表示比较例所涉及的载荷与静电电容的关系的图表。图7的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的载荷与静电电容的关系的图表。

图8的(a)、(b)是对实施方式所涉及的导体线的Y轴方向的优选范围进行说明的图。

图9的(a)、(b)是对实施方式所涉及的导体线的Y轴方向的优选范围进行说明的图。

图10的(a)、(b)是对实施方式所涉及的导电弹性体以及导电体的X轴方向的宽度的优选关系进行说明的图。

图11是示意性地表示变更例所涉及的载荷传感器的内部的结构的俯视图。

图12的(a)、(b)分别是示意性地表示变更例所涉及的传感器部的截面的图。

其中，附图仅用于说明，并不限定本发明的范围。

具体实施方式

本发明所涉及的载荷传感器能够应用于根据所施加的载荷进行处理的管理系统、电子设备的载荷传感器。

作为管理系统，例如可举出库存管理系统、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。

在库存管理系统中，例如，通过设置于库存架的载荷传感器检测装载的库存的载荷，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，能够高效地管理库存，并且能够实现节省劳动力。此外，通过设置于冰箱内的载荷传感器，检测冰箱内的食品的载荷，检测冰箱内的食品的种类和食品的数目、数量。由此，能够自动地提出使用了冰箱内的食品的菜单。

在驾驶员监视系统中，例如通过设置于转向装置的载荷传感器来监视驾驶员对转向装置的载荷分布(例如，把持力、把持位置、踏力)。此外，通过设置于车载座椅的载荷传感器，监视就座状态下的驾驶员对车载座椅的载荷分布(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，例如通过设置于鞋的底部的载荷传感器来监测脚底的载荷分布。由此，能够向适当的步行状态、行驶状态矫正或者引导。

在安全管理系统中，例如，在人经过时，通过设置于地面的载荷传感器检测载荷分布，检测体重、步幅、经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，能够确定经过的人物。

在护理/育儿管理系统中，例如通过设置于寝具、马桶座的载荷传感器来监视人体对寝具以及马桶座的载荷分布。由此，在寝具、马桶座的位置，能够推定人想要采取怎样的行动，防止跌倒、滚落。

作为电子设备，例如可举出车载设备(汽车导航系统、音响设备等)、家电设备(电锅、IH烹调加热器等)、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、笔灯、发光的衣服、乐器等。在电子设备中，在受理来自用户的输入的输入部设置有载荷传感器。

以下的实施方式中的载荷传感器是在上述那样的管理系统、电子设备的载荷传感器中典型地设置的静电电容型载荷传感器。这样的载荷传感器有时也被称为“静电电容型压敏传感器元件”、“电容性压力检测传感器元件”、“压敏开关元件”等。此外，以下的实施方式中的载荷传感器与检测电路连接，由载荷传感器以及检测电路构成载荷检测装置。以下的实施方式是本发明的一个实施方式，本发明不受以下的实施方式的任何限制。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了方便，在各图中附记相互正交的X、Y、Z轴。Z轴方向是载荷传感器1的高度方向。

图1的(a)是示意性地表示基座构件11和设置于基座构件11的上表面11a(Z轴正侧的面)的导电弹性体12的立体图。

基座构件11是具有弹性的绝缘性的平板上的构件。基座构件11在俯视时具有矩形的形状。基座构件11的厚度恒定。在基座构件11的厚度小的情况下，基座构件11有时也被称为片构件或者膜构件。基座构件11由具有非导电性的树脂材料或者非导电性的橡胶材料构成。

用于基座构件11的树脂材料例如是从由苯乙烯系树脂、硅酮系树脂(例如聚二甲聚硅氧烷(PDMS)等)、丙烯酸系树脂、轮烷系树脂以及聚氨酯系树脂等构成的组中选择的至少一种树脂材料。用于基座构件11的橡胶材料例如是从由硅酮橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚异丁烯、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、聚氨酯橡胶和天然橡胶等构成的组中选择的至少1种橡胶材料。

导电体12配置于基座构件11的上表面11a。在此，3个导电体12以沿第一方向(Y轴方向)延伸地配置于基座构件11的上表面11a。导电体12由与后述的导电弹性体13相比电阻低的材料构成。在本实施方式中，导电体12是具有弹性的导电性的构件，导电体12的厚度小于后述的导电弹性体13的厚度。在各导电体12的Y轴负侧的端部设置有与导电体12电连接的电缆12a。

图1的(b)是示意性地表示在图1的(a)的构造体配置有导电弹性体13的状态的立体图。

导电弹性体13形成于基座构件11的上表面11a以使得覆盖导电体12。导电弹性体13形成于上表面11a以使得导电体12定位于第二方向(X轴方向)上的导电弹性体13的大致中间位置。导电弹性体13以给定的间隙在第一方向(Y轴方向)上排列形成。在此，6个导电弹性体13沿Y轴方向形成。此外，由在Y轴方向上排列的多个导电弹性体13构成的列以给定的间隙在X轴方向上排列形成。在此，由在Y轴方向上排列的多个导电弹性体13构成的3列在X轴方向上形成。

导电弹性体13是具有弹性的导电性的构件。导电体12和形成为覆盖该导电体12的在Y轴方向上排列的多个导电弹性体13的列是电连接的状态。

在此，导电体12以及导电弹性体13通过丝网印刷、凹版印刷、柔性版印刷、胶版印刷以及凹版胶印印刷等印刷方法而形成于基座构件11的上表面11a。如图1的(a)所示，在形成导电体12之后，如图1的(b)所示，导电弹性体13形成为与导电体12重叠。根据这些印刷方法，能够在基座构件11的上表面11a以0.001mm～0.5mm左右的厚度形成导电体12以及导电弹性体13。其中，导电体12以及导电弹性体13的形成方法不限于上述印刷方法。

此外，导电体12以及导电弹性体13由树脂材料和分散于其中的导电性填料、或者橡胶材料和分散于其中的导电性填料构成。

导电体12以及导电弹性体13中使用的树脂材料与上述的基底构件11中使用的树脂材料同样，例如是从由苯乙烯系树脂、硅酮系树脂(聚二甲聚硅氧烷(例如PDMS)等)、丙烯酸系树脂、轮烷系树脂以及聚氨酯系树脂等构成的组中选择的至少一种树脂材料。用于导电体12和导电弹性体13的橡胶材料与上述的基座构件11所使用的橡胶材料同样，例如是从由硅酮橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、聚异丁烯、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯、丙烯酸橡胶、氟橡胶、表氯醇橡胶、聚氨酯橡胶和天然橡胶等构成的组中选择的至少1种橡胶材料。

用于导电体12以及导电弹性体13的导电性填料例如是从由Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、C(碳)、ZnO(氧化锌)、In₂O₃(氧化铟(III))和SnO₂(氧化锡(IV))等金属材料、PEDOT：PSS(即，由聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)构成的复合物)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)等导电性纤维构成的组中选择的至少1种材料。

在实施方式中，导电体12所使用的导电性填料为Ag(银)。在这种情况下，导电体12的电阻率为9×10^-3[Ω·cm]以下。导电体12的X轴方向的宽度例如为10μm以上，以小于导电弹性体13的X轴方向的宽度的方式构成导电体12。此外，在实施方式中，构成导电弹性体13的导电性填料为C(碳)。在这种情况下，导电弹性体13的电阻率为1×10^-2[Ω·cm]以上。

图2的(a)是示意性地表示在图1的(b)的构造体配置有导体线14的状态的立体图。

导体线14具有线形状，并且在第二方向(X轴方向)上延伸。导体线14在基座构件11的X轴正侧的端部附近弯折。通过导体线14被弯折，在第一方向(Y轴方向)上相邻的2根导体线14成为一对导体线14。在此，3个一对导体线14被配置为沿X轴方向延伸。导体线14与3个导电弹性体13的上表面重叠地配置，以使得与在X轴方向上排列的3个导电弹性体13交叉。导体线14由线状的导电构件和形成为覆盖该导电构件的表面的电介质构成。关于导体线14的结构，随后参照图3的(a)、(b)进行说明。

在如图2的(a)那样配置有多个导体线14之后，各导体线14以能够沿长边方向(X轴方向)移动地相对于基座构件11通过丝线松散地缝合。这种情况下的丝线由化学纤维、天然纤维或它们的混合纤维等构成。

图2的(b)是示意性地表示在图2的(a)的构造体设置有基座构件21的状态的立体图。

基座构件21是与基座构件11相同的结构。基座构件21具有与基座构件11相同的大小和形状，由与基座构件11相同的材料构成。从图2的(a)所示的构造体的上方(Z轴正侧)配置基座构件21。之后，基座构件21的外周部分例如通过硅酮橡胶系粘接剂、丝线等与基座构件11的外周部分连接。由此，基座构件11和基座构件21被固定。这样，如图2的(b)所示，完成载荷传感器1。

载荷传感器1也可以在从图2的(b)的状态表背翻转的状态下使用。在这种情况下，基座构件21也可以不必由与基座构件11相同的材料构成，例如，也可以由难以弹性变形的硬质的材料构成。

在此，在载荷传感器1形成有俯视时排列成矩阵状的多个传感器部A1。在上述的载荷传感器1中，形成有沿第二方向(X轴方向)以及第一方向(Y轴方向)排列的共计9个传感器部A1。一个传感器部A1相当于包含在Y轴方向上相邻的两个导电弹性体13与分别配置于这两个导电弹性体13的上表面的两个导体线14的交点在内的区域。即，一个传感器部A1包含该交点附近的导电体12、导电弹性体13、导体线14以及基座构件11、基座构件21。若载荷传感器1设置于给定的设置面，对构成传感器部A1的基座构件21的上表面21a(Z轴正侧的面)施加载荷，则导电弹性体13与导体线14内的导电构件之间的静电电容变化，基于该静电电容来检测载荷。

图3的(a)、(b)是示意性地表示在传感器部A1的X轴方向的中央位置以与Y-Z平面平行的面切断时的传感器部A1的截面的图。图3的(a)表示未施加载荷的状态，图3的(b)表示施加了载荷的状态。

如图3的(a)、(b)所示，导体线14由导电构件14a和形成于导电构件14a的电介质14b构成。导电构件14a是具有导电性的线状的构件，电介质14b覆盖导电构件14a的表面。在图3的(a)、(b)中，基座构件11的Z轴负侧的面设置于设置面。

如图3的(a)所示，在未施加载荷的情况下，施加于导电弹性体13与导体线14之间的力、以及施加于基座构件21与导体线14之间的力大致为零。从该状态起，如图3的(b)所示，当对与传感器部A1对应的基座构件21的上表面21a向下方向施加载荷时，导电弹性体13、导电体12以及基座构件11、21通过导体线14而变形。

如图3的(b)所示，当施加载荷时，导体线14靠近导电弹性体13，导体线14与导电弹性体13之间的接触面积增加，以使得被导电弹性体13包围。由此，导电构件14a与导电弹性体13之间的静电电容变化。然后，通过检测与传感器部A1所包含的一对导体线14相关的静电电容的变化，来计算施加于传感器部A1的载荷。

图4是示意性地表示载荷传感器1的内部的结构的俯视图。

3个电缆12a与包含载荷检测电路的外部电路(未图示)连接。由此，3个导电体12与外部电路连接。此外，各个导体线14的一个端部，电介质14b的覆盖被除去，导电构件14a露出。各个导体线14的端部与外部电路连接。

外部电路一边切换检测对象的导电体12以及导体线14，一边按每个传感器部A1检测静电电容的值。具体而言，外部电路经由电阻对在检测对象的传感器部A1中交叉的导电弹性体13以及导体线14施加直流电压，测量该交叉位置的电压值。交叉位置的电压值根据由上述的电阻和交叉位置的静电电容(导电弹性体13与导电构件14a之间的电介质14b所形成的静电电容)规定的时间常数而上升。

在此，交叉位置的静电电容成为与对交叉位置赋予的载荷相应的大小。即，电介质14b相对于导电弹性体13的接触面积根据施加于交叉位置的载荷而变化。交叉位置的静电电容成为与该接触面积相应的值。外部电路在从直流电压的施加开始起经过了恒定期间的给定的定时，计测交叉位置的电压值，基于计测出的电压值，取得与该交叉位置对应的传感器部A1的载荷。这样，检测各传感器部A1中的载荷。

然而，载荷传感器1有时在载荷施加时和载荷解除时都使用以使得检测载荷。在载荷解除时，外部电路也与上述同样地，在开始施加直流电压之后的给定的定时，测量传感器部A1(交叉位置)的电压值，基于测量出的电压值，检测传感器部A1中的载荷。

例如，在鞋子的底部设置有载荷传感器1且对脚掌的载荷分布进行监测的使用方式中，根据载荷传感器1的检测结果来监测鞋在地面着地时的载荷和鞋从地面离开时的载荷。在这种情况下，上述的外部电路(载荷检测电路)按每个传感器部A1检测鞋在地面着地而载荷传感器1的上表面的载荷增加时(载荷施加时)的载荷和鞋从地面离开而载荷传感器1的上表面的载荷减少时(载荷解除时)的载荷，并将检测结果向监控系统发送。监控系统根据接收到的载荷的检测结果(脚掌的载荷分布)来监视步行状态、行驶状态是否适当。

在这样的使用方式中，优选在载荷施加时的载荷与静电电容的关系、和载荷解除时的载荷与静电电容的关系之间尽量不产生偏差。由此，通过外部电路(载荷检测电路)，能够顺畅且高精度地检测载荷施加时的载荷和载荷解除时的载荷。

在本实施方式中，如上所述，多个导电弹性体13配置于基座构件11的上表面，以使得具有给定的间隙地在第一方向(Y轴方向)上排列。由此，如以下说明的那样，能够抑制载荷施加时的传感器部A1的静电电容的变化与载荷解除时的传感器部A1的静电电容的变化之间的偏差，能够顺畅且高精度地检测载荷施加时的载荷和载荷解除时的载荷。

图5是示意性地表示比较例所涉及的载荷传感器2的内部的结构的俯视图。

在比较例中，导电弹性体13在Y轴方向上不间断地连续地形成于基座构件11的上表面。即，在比较例中，导电弹性体13在Y轴方向上没有间隙地被分割。在该结构中，外部电路(载荷检测电路)也能够通过与图4的情况相同的处理，计算对各传感器部A1赋予以及解除的载荷。

然而，在比较例中，由于导电弹性体13在Y轴方向上没有间隙地被分割，因此导电弹性体13相对于基座构件11的上表面11a的配置空间大。另一方面，导电弹性体13如上所述那样包含导电性填料，因此与基底构件11相比变硬。因此，若如比较例那样导电弹性体13相对于基座构件11的上表面11a的配置空间较大，则在载荷解除时，由基座构件11、导电体12以及导电弹性体13构成的构造体(以下称为“弹性构造体”)难以迅速地弹性恢复，其结果是，载荷解除时的载荷与静电电容的关系容易从载荷施加时的载荷与静电电容之间的关系偏离。

图6是示意性地表示比较例所涉及的、载荷的施加时以及解除时的静电电容的时间变化的一例的图表。

在图6所示的例子中，在图中的载荷施加的定时向传感器部A1施加恒定载荷，在图中的载荷解除的定时从传感器部A1解除该载荷。图中的细的振幅波形表示由噪声引起的静电电容的变动。

在载荷为零的状态下检测出的静电电容的值为约400pF，在载荷的施加稳定的状态下检测出的静电电容的值为约800pF。当在时间轴上的时刻为0.18s附近施加载荷时，静电电容的值随着经过时间而上升，直至时刻达到0.24s附近。然后，当在时刻为0.37s附近解除载荷时，随着经过时间，静电电容的值下降，直至经过时间达到0.46s附近。

如图6所示，在载荷施加后的给定期间，由于弹性构造体的弹性变形，电介质14b与导电弹性体13的接触面积增加，因此传感器部A1(交叉位置)的静电电容随着接触面积的增加而增加。此外，在载荷解除后的给定期间，由于弹性构造体的弹性恢复，电介质14b与导电弹性体13的接触面积减少，因此传感器部A1(交叉位置)的静电电容根据接触面积的减少而减少。

在这种情况下，刚解除载荷之后的静电电容的变化的斜率比使表示载荷施加时的静电电容的变化的直线L1左右翻转的直线L2缓慢。此外，载荷解除时的静电电容的变化的斜率在时间为0.4s以后变得更缓慢。即，在载荷解除时的后半段，静电电容的值返回到载荷0的电平(400pF附近)的速度进一步变慢。

这样，载荷施加时和载荷解除时的静电电容的变化不对称，载荷解除时的静电电容的变化与载荷施加时相比变得缓慢。即，在比较例的情况下，载荷解除时的导电弹性体13的弹性恢复慢，因此静电电容难以迅速地返回到载荷0的电平。

图7的(a)是示意性地表示比较例所涉及的载荷与静电电容的关系的图表。

图7的(a)的图表示意性地表示了在使施加于传感器部A1(交叉位置)的载荷从零以恒速增加到恒定值后，使载荷以同样的速度减少的情况下的传感器部A1(交叉位置)的静电电容的变化。图7的(a)的横轴是施加的载荷的大小，图7的(a)的纵轴是传感器部A1(交叉位置)的静电电容。

在比较例的情况下，如图5所示，导电弹性体13在Y轴方向上无间隙地连续地形成，以使得跨越所有的导体线14，因此如上所述，弹性构造体难以弹性恢复。因此，与载荷施加时的导体线14的交叉位置的导电弹性体13的弹性变形的速度相比，载荷解除时的该交叉位置的导电弹性体13的弹性恢复的速度变慢。

其结果，如图7的(a)所示，载荷解除时的载荷与静电电容的关系远离载荷施加时的载荷与静电电容的关系。因此，例如，相对于相同的载荷F1，在载荷的施加时和解除时，产生相互不同的静电电容C1、C2。此外，在载荷的施加时以及解除时，尽管取得了相同的静电电容C2，但成为检测出相互不同的载荷F1、F2的结果。

图7的(b)是示意性地表示实施方式所涉及的载荷与静电电容的关系的图表。

在实施方式的情况下，如图4所示，导电弹性体13按每个导体线14在Y轴方向上分离地形成，因此弹性构造体弹性恢复时的导电弹性体13的影响变小，与比较例相比，弹性构造体容易弹性恢复。因此，相对于载荷施加时的导体线14的交叉位置的导电弹性体13的弹性变形的速度，载荷解除时的该交叉位置的导电弹性体13的弹性恢复的速度接近。

其结果，如图7的(b)所示，能够使载荷解除时的载荷与静电电容的关系接近载荷施加时的载荷与静电电容的关系。由此，例如，相对于相同的载荷F1，在载荷的施加时和解除时分别取得的静电电容C1、C2的值与图7的(a)相比相互接近。此外，在载荷的施加时和载荷解除时，针对相同的静电电容C2取得的载荷F1、F2的值与图7的(a)相比相互接近。因此，根据实施方式的结构，能够抑制载荷施加时的检测载荷与载荷解除时的检测载荷之差，因此能够顺畅且高精度地检测载荷。

接下来，对导电弹性体13的Y轴方向的优选宽度的范围进行说明。

图8的(a)是示意性地表示在传感器部A1的X轴方向的中央位置以与Y-Z平面平行的平面切断时的导电弹性体13和导体线14的附近的截面的图。

在本实施方式中，导体线14的Y-Z平面的截面为圆形状。在这种情况下，在导体线14的圆形状的截面中，下半部分的外周的长度La成为在Y轴方向上导电弹性体13能够经由电介质14b与导电构件14a接触的上限接触宽度。导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb优选为上限接触宽度以下。即，长度La和宽度Lb优选由以下的式(1)规定。

La≥Lb…(1)

在图8(a)的情况下，若将导体线14的圆形状的截面的半径设为r，则长度La由πr表示。因此，上限接触宽度优选为πr，导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb优选设定为πr以下。

若这样设定宽度Lb，则能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间。即，在宽度Lb大于上限接触宽度的情况下，无论载荷提高多少，超过上限接触宽度的导电弹性体13的宽度的部分都无法与导电构件14a接触。因此，该宽度的部分无助于接触面积的增加，无助于静电电容的增加。因此，通过削减该宽度的部分，将导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb设定为上限接触宽度以下，能够适当地检测与接触面积的变化相应的静电电容的变化，并且能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间。

另外，导体线14的Y-Z平面的截面也可以是圆形以外的形状。例如，导体线14的截面也可以是图8的(b)～图9的(b)所示的形状。

图8的(b)是示意性地表示导体线14的Y-Z平面的截面为椭圆形状的变更例的图。

在这种情况下，在导体线14的椭圆形状的截面中，下半部分的外周的长度与式(1)的长度La对应，成为导电弹性体13能够经由电介质14b与导电构件14a接触的上限接触宽度。在该情况下，通过将导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb按照式(1)设定为上限接触宽度以下，也能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间。

图9的(a)是示意性地表示导体线14的Y-Z平面的截面为三角形形状的变更例的图。

在该变更例中，在导体线14的截面的三角形形状的顶点朝向下方以使得与导电弹性体13接触的状态下，导体线14配置于导电弹性体13与基座构件21之间。在这种情况下，将与导体线14的截面的三角形形状的顶点相连的两边的长度La1、La2相加而得到的长度(La1+La2)与式(1)的长度La对应，成为导电弹性体13能够经由电介质14b与导电构件14a接触的上限接触宽度。在该情况下，通过将导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb按照式(1)设定为上限接触宽度以下，也能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间。

图9的(b)是示意性地表示导体线14的Y-Z平面的截面为梯形形状的变更例的图。

在该变更例中，在导体线14的截面的梯形形状朝下的状态下，导体线14配置于导电弹性体13与基座构件21之间。在导体线14的截面的梯形形状中，若将与导电弹性体13相接的边的长度设为La1，将与长度La1的边相连的两边的长度设为La2、La3，则将长度La1、La2、La3相加而得到的长度(La1+La2+La3)与式(1)的长度La对应，成为导电弹性体13能够经由电介质14b与导电构件14a接触的上限接触宽度。在该情况下，通过将导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb按照式(1)设定为上限接触宽度以下，也能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间。

在导体线14的截面形状为图8的(a)～图9的(b)以外的形状的情况下，通过将导电弹性体13的Y轴方向的宽度Lb按照式(1)设定为上限接触宽度以下，能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间。

接下来，对导电弹性体13以及导电体12的X轴方向的宽度的优选关系进行说明。

图10的(a)是示意性地表示导电弹性体13以及导电体12重叠的位置附近的导电弹性体13以及导电体12的结构的俯视图。图10的(b)是示意性地表示在导电弹性体13以及导电体12重叠的位置附近以与X-Z平面平行的面切断时的基底构件11、导电体12以及导电弹性体13的截面的图。

如图10的(a)、(b)所示，若将导电弹性体13的X轴方向的宽度设为Wa，将导电体12的X轴方向的宽度设为Wb，则宽度Wa、Wb优选由以下的式(2)规定。

Wa＞Wb …(2)

当如上述式(2)那样规定宽度Wa、Wb时，在导体线14穿过的位置(导电弹性体13的Y轴方向的中央位置附近)，抑制导电体12向导电弹性体13的X轴方向的外侧突出。由此，能够防止导体线14与从导电弹性体13突出的导电体12接触。

<实施方式的效果>

根据实施方式，起到以下的效果。

导电弹性体13配置于基座构件11的上表面1 1a，以给定的间隙沿第一方向(Y轴方向)排列。线状的多个导电构件14a在第二方向(X轴方向)上延伸，与多个导电弹性体13交叉。电介质14b配置在导电弹性体13与导电构件14a之间。

根据该结构，多个导电弹性体13具有间隙地配置，因此能够抑制导电弹性体13相对于基座构件11的上表面11a的配置空间。因此，在载荷解除时，由基座构件11、导电体12以及导电弹性体13构成的弹性构造体容易迅速地弹性恢复，其结果，如图7的(b)所示，能够使载荷解除时的载荷与静电电容的关系接近载荷施加时的载荷与静电电容的关系。即，能够抑制在载荷施加时和载荷解除时载荷与静电电容的关系产生偏差。

此外，由于能够抑制导电弹性体13的配置空间，因此能够削减导电弹性体13的使用量，能够减轻载荷传感器1的重量。此外，在导电弹性体13被印刷在基座构件11的上表面11a的情况下，由于印刷工序变得简单，因此能够抑制油墨的使用量以及印刷不良。

如图8的(a)～图9的(b)所示，与第二方向(X轴方向)垂直的方向(Y轴方向)上的导电弹性体13的宽度Lb为导电弹性体13能够经由电介质14b与导电构件14a接触的上限接触宽度(La)以下。由此，能够将导电弹性体13的宽度限制在上限接触宽度的范围内，因此能够有效地抑制导电弹性体13的配置空间，在载荷解除时，能够使弹性构造体更迅速地弹性恢复。此外，由于导电弹性体13的宽度处于上限接触宽度的范围内，因此能够适当地检测导电弹性体13与导电构件14a的交叉位置处的载荷。

导电体12构成为与导电弹性体13相比电阻低。此外，导电体12被导电弹性体13覆盖而配置于基座构件11的上表面11a，并与外部电路连接。通过配置导电体12，能够降低导电弹性体13的上表面与外部电路之间的电阻值。由此，能够提高导体线14与导电弹性体13的各交叉位置处的检测灵敏度。

导电体12在第一方向(Y轴方向)上延伸，以使得横穿多个导电弹性体13。由此，能够利用一个导电体12将多个导电弹性体13与外部电路连接，能够简化结构。

导电体12具有弹性。由此，能够抑制导电体12对导电弹性体13的弹性造成影响。因此，能够更适当地进行导体线14与导电弹性体13的各交叉位置处的载荷的检测。

导电弹性体13包含碳粒子，导电体12包含金属粒子。由此，能够柔软地构成导电弹性体13，并且能够减小导电体12的电阻率。

如图10的(a)、(b)所示，与第一方向(Y轴方向)垂直的方向(X轴方向)上的导电弹性体13的宽度Wa大于与第一方向垂直的方向上的导电体12的宽度Wb。由此，能够防止导电构件14a与从导电弹性体13突出的导电体12接触。因此，能够在导电弹性体13与导电构件14a相交的每个位置精度良好地检测载荷。此外，在电介质14b形成于导电构件14a的外周的情况下，避免导电体12与电介质14b的接触，因此能够防止导电构件14a上的电介质14b剥落。进而，导电体12的宽度Wb比导电弹性体13的宽度Wa小，因此能够抑制导电体12对弹性构造体的弹性造成影响。

在一个导电弹性体13的上表面配置有一个导电构件14a。由此，能够使第一方向(Y轴方向)上的导电弹性体13的宽度最小。因此，能够最大限度地抑制载荷施加时和载荷解除时的载荷与静电电容的关系的差异。

由多个导电弹性体13构成的列在第二方向(X轴方向)上配置有多个。由此，能够将导电弹性体13与导电构件14a的交叉位置配置成矩阵状。因此，能够在更大的范围检测载荷。

导电构件14a构成为截面为圆形。由此，能够顺畅地产生相对于载荷的接触面积的变化。

电介质14b形成为覆盖导电构件14a的外周。由此，仅通过利用电介质14b覆盖导电构件14a的表面，就能够在导电弹性体13与导电构件14a之间配置电介质14b。

<变更例>

载荷传感器1的结构除了上述实施方式所示的结构以外，能够进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，在沿Y轴方向排列的多个导电弹性体13中的一个导电弹性体13的上表面配置有一个导体线14，但也可以在沿Y轴方向排列的多个导电弹性体13中的一个导电弹性体13的上表面配置有多个导体线14。例如，如图11所示，也可以在沿Y轴方向排列的多个导电弹性体13中的一个导电弹性体13的上表面配置两个导体线14。在这种情况下，Y轴方向上的导电弹性体13的分割数量设定为3个。此外，在一个传感器部A1配置有一个导电弹性体13，在各传感器部A1的导电弹性体13的上表面配置有两个导体线14。

在该情况下，由于导电弹性体13在Y轴方向上被分割，因此与图5所示的比较例相比，弹性构造体容易迅速地弹性恢复。此外，这样，若在一个导电弹性体13的上表面配置多个导电构件14a(导体线14)，则能够简化导电弹性体13的配置工序。此外，在Y轴方向上的传感器部A1的配置数量为偶数的情况下，也可以在Y轴方向上将导电弹性体13一分为二地配置。

在上述实施方式中，导电体12的延伸方向与导体线14的延伸方向所成的角为90°，但也可以是90°以外的角度。在所成的角为90°以外的角度的情况下，多个导电弹性体13也在导电体12的延伸方向上以给定的间隙排列配置。

在上述实施方式中，导电体12由具有弹性的材料和分散在该材料中的导电性的填料构成，但也可以由几乎不具有弹性的导电性的材料构成。在这种情况下，虽然能够进一步降低导电体12的电阻率，但由基座构件11、导电体12以及导电弹性体13构成的弹性构造体的弹性降低。因此，如上述实施方式那样，导电体12优选由弹性材料和导电性的填料构成。

在上述实施方式中，沿Y轴方向排列的多个导电弹性体13通过导电体12相互电连接，并与外部电路连接，但将导电弹性体13向外部电路连接的手段不限于上述。例如，从各导电弹性体13引出的导电体也可以与外部电路连接以使得不与导体线14接触。

在上述实施方式中，在Y轴方向上相邻的一对导体线14在X轴正侧的端部相连，但也可以在X轴正侧的端部分离。即，也可以在Y轴方向上排列配置不同的导体线14。在这种情况下，穿过一个传感器部A1的两个导体线14在后级的外部电路中相互连接。

在上述实施方式中，载荷传感器1具备3组一对导体线14，但只要具备1组以上的一对导体线14即可。例如，载荷传感器1所具备的一对导体线14也可以是1组。此外，载荷传感器1的传感器部A1包含沿Y轴方向排列的两个导体线14，但只要包含一个以上的导体线14即可。例如，传感器部A1所包含的导体线14也可以是一个。在载荷传感器1的传感器部A1包含沿Y轴方向排列的3个以上的导体线14的情况下，这些导体线14可以在X轴方向的端部相连，也可以在后级的外部电路相互连接。

在上述实施方式中，载荷传感器1具备3列由在Y轴方向上排列的6个导电弹性体13构成的列，但只要具备至少1列的导电弹性体13即可。例如，载荷传感器1所具备的导电弹性体13的列也可以是1列。

在上述实施方式中，导电构件14a由一根线材构成，但也可以由多根线材绞合而成的绞线构成。在该情况下，绞线的截面也优选为大致圆形，以使得接触面积根据载荷而顺畅地增加。另外，绞线的截面也可以是圆形以外的形状。

在上述实施方式中，传感器部A1仅在导体线14的下侧包含导电弹性体13，但不限于此，也可以在导体线14的上侧也包含导电弹性体。

图12的(a)是示意性地表示在导体线14的上侧配置导电体22以及导电弹性体23的情况下的变更例的结构的图。

在这种情况下，与形成于基座构件11的导电体12以及导电弹性体13同样地，在基座构件21的下表面形成导电体22以及导电弹性体23。导电体22的大小、厚度以及材料与导电体12同样地构成，导电弹性体23的大小、厚度以及材料与导电弹性体13同样地构成。从Z轴方向观察，导电体22配置在与导电体12相同的位置，导电弹性体23配置在与导电体13相同的位置。

在该结构例中，如图12的(a)所示，基座构件21(其他基座构件)与基座构件11的上表面11a对置配置。多个导电弹性体23(其他导电弹性体)配置于基座构件21的下表面，以给定的间隙沿第一方向(Y轴方向)排列。多个导电弹性体23例如被配置为与多个导电弹性体13分别对置。电介质14b配置在多个导电弹性体23与导电构件14a之间。

根据该结构，不仅导体线14与导电弹性体13的接触面积根据载荷发生变化，导体线14与导电弹性体23的接触面积也根据载荷发生变化，因此与图3的(a)、(b)的情况相比，载荷施加时的接触面积的变化较大。因此，能够提高载荷传感器1的载荷检测灵敏度。此外，上侧的导电弹性体23也与下侧的导电弹性体13同样地在Y轴方向上具有给定的间隙地配置，因此由基座构件21、导电体22以及导电弹性体23构成的弹性构造体容易迅速地弹性恢复。

另外，上侧的多个导电弹性体23和下侧的多个导电弹性体13也可以不必1对1地配置。例如，下侧的导电弹性体13也可以如图4所示那样在Y轴方向上配置6个，上侧的导电弹性体23与图11的导电弹性体13同样地在Y轴方向上配置3个。

在上述实施方式中，电介质14b被配置为覆盖导电构件14a，但也可以取而代之，电介质配置于导电弹性体13的对置面。

图12的(b)是示意性地表示电介质31配置于导电弹性体13的对置面(上表面)的变更例的结构的图。在这种情况下，若对传感器部A1施加载荷，则导电构件14a(导体线14)朝向导电弹性体13相对地移动，导电构件14a与电介质31的接触面积变化。由此，导电弹性体13与导电构件14a的静电电容发生变化，因此能够检测各传感器部A1的载荷。另外，在图12的(b)的结构中，也与图12的(a)同样地，也可以在基座构件21的下表面形成导电体22以及导电弹性体23，在导电弹性体23的对置面(下表面)配置电介质。

此外，本发明的实施方式能够在权利要求书所示的技术思想的范围内适当地进行各种变更。

-附图标记说明-

1 载荷传感器

11 基座构件

11a 上表面

12 导电体

13 导电弹性体

14a 导电构件

14b 电介质

21 基座构件(其他基座构件)

22 导电体

23 导电弹性体(其他导电弹性体)

31 电介质。

Claims (13)

1.一种载荷传感器，具备：

基座构件；

多个导电弹性体，配置于所述基座构件的上表面，以给定的间隙沿第一方向排列；

线状的多个导电构件，沿第二方向延伸，与所述多个导电弹性体交叉；以及

电介质，配置在所述导电弹性体与所述导电构件之间。

2.根据权利要求1所述的载荷传感器，其中，

所述导电弹性体在与所述第二方向垂直的方向上的宽度为所述导电弹性体能经由所述电介质与所述导电构件接触的上限接触宽度以下。

3.根据权利要求1或者2所述的载荷传感器，其中，

与所述导电弹性体相比电阻低的导电体被所述导电弹性体覆盖并配置于所述基座构件的上表面，

所述导电体与外部电路连接。

4.根据权利要求3所述的载荷传感器，其中，

所述导电体在所述第一方向上延伸以使得横穿所述多个导电弹性体。

5.根据权利要求3或者4所述的载荷传感器，其中，

所述导电体具有弹性。

6.根据权利要求5所述的载荷传感器，其中，

所述导电弹性体包含碳粒子，

所述导电体包含金属粒子。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的载荷传感器，其中，

所述导电弹性体在与所述第一方向垂直的方向上的宽度大于所述导电体在与所述第一方向垂直的方向上的宽度。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的载荷传感器，其中，

在所述一个导电弹性体的上表面配置有一个所述导电构件。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的载荷传感器，其中，

在所述一个导电弹性体的上表面配置有所述多个导电构件。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的载荷传感器，其中，

在所述第二方向上配置有多个由所述多个导电弹性体构成的列。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的载荷传感器，其中，

所述导电构件构成为截面为圆形。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的载荷传感器，其中，

所述电介质被形成为覆盖所述导电构件的外周。

13.根据权利要求1至12中的任一项所述的载荷传感器，其中，

所述载荷传感器具备：

与所述基座构件的所述上表面对置配置的其他基座构件；

多个其他的导电弹性体，配置于所述其他基座构件的下表面，以给定的间隙沿所述第一方向排列；以及

电介质，配置在所述多个其他导电弹性体与所述导电构件之间，

所述导电构件配置在所述导电性弹性体与所述其他导电弹性体之间。