JP2003294553A - 三軸荷重計測センサ及びこれを用いた荷重計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作用する荷重を作用面に直な向きの圧力と、
作用面に平行な向きのずれ力とに分解して計測すること
ができる三軸荷重計測センサと、このセンサを用いた荷
重計測方法を提供する。 【解決手段】 プリント配線基板１上に位置して、Ｘ軸
方向に沿ってホール素子３_１ ，３_２ を２個配置する
と共に、Ｙ軸方向に沿ってホール素子３_３ ，３ _４ を
２個配置し、これら４個のホール素子全体を覆う面積か
らなる永久磁石７を、所定厚さからなるゲル製パッド６
を介して４個のホール素子と対向配置し、永久磁石７の
上面を荷重の作用面とした。そして、Ｘ軸方向に配置さ
れた２個のホール素子の出力同士の減算を行ってその差
分値ΔＸを求めるとともに、Ｙ軸方向に配置された２個
のホール素子の出力同士の減算を行ってその差分値ΔＹ
を求め、これらＸ軸、Ｙ軸方向の差分値を用いて、ずれ
力とその方向及び圧力を求めるようにした。

Description

【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計測するための三
軸荷重計測センサとこれを用いた荷重の計測方法に関す
るもので、特に、作用する荷重を作用面に垂直なＺ軸方
向の圧力成分と、作用面に平行なＸ，Ｙ軸方向のずれ力
に分解して計測することのできる三軸荷重計測センサと
計測方法に関する。

【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向きの圧力
と、作用面に平行な向きのずれ力とに分解して計測する
ことができる三軸荷重計測センサと、このセンサを用い
た荷重計測方法を提供することを目的とするものであ
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記載の三軸荷重計測センサは、同一平面上に位置
して、Ｘ軸方向に沿ってホール素子を２個配置すると共
に、Ｙ軸方向に沿ってホール素子を２個配置し、これら
４個のホール素子全体を覆う面積からなる永久磁石を、
所定厚さからなる弾性体を介して４個のホール素子と対
向配置し、前記４個のホール素子または永久磁石のいず
れか一方の側を荷重の作用面としたものである。

【０００８】また、請求項２載の三軸荷重計測センサ
は、同一平面上に位置して、Ｘ軸方向に沿って小電極を
２個配置すると共に、Ｙ軸方向に沿って小電極を２個配
置し、これら４個の小電極全体を覆う面積からなるグラ
ンド電極を、所定厚さからなる弾性体を介して４個の小
電極と対向配置し、前記４個の小電極またはグランド電
極のいずれか一方の側を荷重の作用面としたものであ
る。

【０００９】なお、前記弾性体としては、請求項３に記
載するように、ゲルを用いることが好ましい。

【００１０】請求項４記載の荷重計測方法は、前記請求
項１〜３のいずれかに記載の三軸荷重計測センサを用い
た荷重の計測方法であって、Ｘ軸方向に配置された２個
のホール素子(または小電極)の出力同士の減算を行って
その差分値を求めるとともに、Ｙ軸方向に配置された２
個のホール素子(または小電極)の出力同士の減算を行っ
てその差分値を求め、これらＸ軸、Ｙ軸方向のホール素
子(または小電極)同士の差分値を用いて、作用面に作用
する荷重の作用面と平行なＸ−Ｙ平面方向のずれ力とそ
の方向及び作用面と垂直なＺ軸方向の圧力を求めるよう
にしたものである。

【００１１】なお、具体的には、請求項５に記載するよ
うに、Ｘ軸方向に配置された２個のホール素子(または
小電極)の出力同士の差分値をΔＸ、Ｙ軸方向に配置さ
れた２個のホール素子(または小電極)の出力同士の差分
値をΔＹとするとき、Ｘ方向のずれ力ＸＳ、Ｙ方向のず
れ力ＹＳ、ずれ力Ｓ、ずれ力Ｓの方向θ、及びＺ軸方向
の圧力Ｐを下式に従って求めることが好ましい。

【００１２】

【数２】

【００１３】上記構成の三軸荷重計測センサ及び荷重計
測方法によれば、４個のホール素子または４個の小電極
を用い、Ｘ軸、Ｙ軸に沿って設けた一対のホール素子同
士または一対の小電極同士の出力の減算を行い、得られ
た差分値に基づいてずれ量と圧力を求めるようにしてい
るので、作用する荷重のＺ方向成分である圧力Ｐによる
Ｘ軸、Ｙ軸方向のずれ力ＸＳ、ＹＳへの誤差が自動的に
補正され、常に正確なずれ力Ｓと圧力Ｐを得ることがで
きる。

【００１４】

【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。

【００１５】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３_１ 〜
３_４ 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。

【００１６】前記４個のホール素子３_１ 〜３_４ 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３_１ 〜３
_４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３_１ 〜３_４ 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３_１ 〜３ _４ 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。

【００１７】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
３_１〜３_４ のそれぞれを収納することにより、ホール
素子３_１ 〜３_４ と永久磁石７の距離を近づけるとと
もに、ホール素子３_１ 〜３_４ を外力から保護してい
る。

【００１８】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。

【００１９】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３_１ 〜３
_４ の出力を取り出すように構成されている。

【００２０】上記ホール素子３_１ 〜３_４ 、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。

【００２１】次に、上記三軸荷重計測センサを用いた本
発明の荷重計測方法について説明する。

【００２２】前記したホール素子３_１ 〜３_４ は、素
子に作用する磁気の強さ、すなわち磁束密度に比例し
て、その出力電圧が変化する磁気検知素子であって、一
般にその入出力特性は、 Ｖ_Ｈ＝Ｋ_Ｈ・Ｉ_Ｃ・Ｂ Ｖ_Ｈ ：出力電圧 Ｋ_Ｈ ：感度係数 Ｉ_Ｃ ：制御電流（一定） Ｂ ：磁束密度 で表される。

【００２３】このようなホール素子３_１ 〜３_４ を、
図示するようにＸ軸上とＹ軸上にそれぞれ２個ずつ直交
配置した場合、永久磁石７の上面に荷重Ｗが作用する
と、その荷重Ｗの向きと大きさに応じて各ホール素子３
_１ 〜３_４ の出力電圧Ｖ_Ｈが変化する。この変化の状
態は次のようになる。

【００２４】（１）荷重ＷがＺ方向（永久磁石面に垂直
下向き）に作用した場合 作用する荷重Ｗによってゲル製パッド６が上下方向に圧
縮され、永久磁石７とホール素子３_１ 〜３_４ の距離
が近づくため、その分だけ作用する磁束密度Ｂが大きく
なる。この結果、すべてのホール素子３_１ 〜３_４ の
出力電圧Ｖ_Ｈがその圧縮された距離に比例して大きくな
る（図５参照）。

【００２５】（２）荷重がＸ軸の＋方向に作用した場合 作用する荷重によってゲル製パッド６がＸ軸の＋方向に
押されて変形する。この結果、Ｘ軸上に配置された２個
のホール素子３_１ ，３_２ のうち、＋側に配置された
ホール素子３_１ は、永久磁石７の中心に近づくので、
その分だけ磁束密度Ｂが大きくなり、出力電圧Ｖ_Ｈ
が大きくなる。一方、−側に配置されたホール素子３
_２ は、永久磁石７の中心から離れるので、磁束密度Ｂ
がその分だけ小さくなり、出力電圧Ｖ_Ｈ が小さくな
る（図６参照）。

【００２６】（３）荷重がＸ軸の−方向に作用した場合 荷重がＸ軸の−方向に作用した場合には上記（２）と逆
になり、＋側のホール素子３_１ の出力電圧Ｖ_Ｈ が小
さくなり、−側のホール素子３_２ の出力電圧Ｖ_Ｈ が
大きくなる。

【００２７】（４）荷重がＹ軸の＋方向に作用した場合 作用する荷重によってゲル製パッド６がＹ軸の＋方向に
押されて変形する。この結果、Ｙ軸上に配置された２個
のホール素子３_３ ，３_４ のうち、＋側に配置された
ホール素子３_３ は、永久磁石７の中心に近づくので、
その分だけ磁束密度Ｂが大きくなり、出力電圧Ｖ_Ｈ が
大きくなる。一方、−側に配置されたホール素子３
_４は、永久磁石７の中心から離れるので、その分だけ磁
束密度Ｂが小さくなり、出力電圧Ｖ_Ｈ が小さくな
る。

【００２８】（５）荷重がＹ軸の−方向に作用した場合 荷重がＹ軸の−方向に作用した場合には上記（４）と逆
になり、＋側のホール素子３_３ の出力電圧Ｖ_Ｈ が小
さくなり、−側のホール素子３_４ の出力電圧Ｖ_Ｈ が
大きくなる。

【００２９】上記の入出力特性を利用すれば、４個のホ
ール素子３_１ 〜３_４ の出力電圧Ｖ_Ｈ を用いて、
永久磁石７の上面に作用する荷重をＸ，Ｙ方向のずれ力
Ｓ_{Ｘ ，}Ｓ_Ｙ 、Ｚ方向の圧力Ｐに分解して測定すること
ができる。

【００３０】一般に、本発明のような三軸荷重計測セン
サにおいては、雑多な要素が複雑に絡み合うため、最終
目的とするずれ力Ｓや圧力Ｐを、作用する荷重の関数と
して単純な理論式で記述することは極めて困難である。
また、たとえ精緻な理論式を演繹的に導き出すことがで
きたとしても、一般的に複雑な式となり、実際の計測に
そのまま用いることは難しい。

【００３１】そこで、本発明者等は、入出力特性の実測
データ、すなわち図１の構造になる三軸荷重計測センサ
の入出力特性を実測し、この実際に測定した実測データ
に基づいて、作用する荷重Ｗと、最終目的とするずれ力
Ｓや圧力Ｐとの関係を与えるいわゆる近似式を導き出
し、この近似式に基づいて、センサに作用する加重Ｗを
ずれ力Ｓと圧力Ｐに分解して計測するようにしたもので
ある。

【００３２】ところで、本発明者等の実験によれば、実
測データから上記近似式を導き出す場合、次のような問
題が生じることが分かった。すなわち、ホール素子は、
磁束密度Ｂに変化が生じさえすれば、変化の生じた原因
に関係なくその出力が変化する。従って、図１のような
構造の三軸荷重計測センサにおいて、荷重Ｗが永久磁石
７の上面に対して垂直方向及び平行方向に同時に作用し
た場合、荷重の垂直方向成分たる圧力Ｐによってゲル製
パッド６が圧縮されて縮み、その圧縮分だけホール素子
の出力電圧が変化し、Ｘ−Ｙ方向に作用するずれ力Ｓを
正確に計測することができなくなる。

【００３３】本発明者等は、この問題を解決すべく鋭意
研究の結果、作用する荷重Ｗの垂直方向成分たる圧力Ｐ
による影響を受けることなしにＸ−Ｙ方向のずれ力Ｓを
正確に計測するには、図示するように、４個のホール素
子をＸ軸上とＹ軸上にそれぞれ２個ずつ直交配置し、そ
れぞれの軸上に配置した一対のホール素子同士の出力の
差分値ΔＸ，ΔＹを用いて近似式を記述すればよいとい
う結論に達した。

【００３４】すなわち、図示するように、４個のホール
素子３_１ 〜３_４ をＸ軸上とＹ軸上にそれぞれ２個ず
つ直交配置すると、斜め方向に作用する荷重Ｗの垂直方
向成分たる圧力Ｐによってホール素子３_１ 〜３_４ の
出力電圧が変化したとしても、この圧力Ｐによる各ホー
ル素子３_１ 〜３_４ の出力電圧の変化は、前述したよ
うに、すべてその出力値が大きくなる方向になるため、
同じ軸上で対応する２つのホール素子同士の出力値の減
算を行えば、荷重Ｗの垂直方向成分たる圧力Ｐによる影
響をうち消すことができる。

【００３５】そこで、本発明においては、４個のホール
素子の出力値を用いて近似式を記述することをせず、ま
ず対応するホール素子同士の差分値ΔＸ，ΔＹを求め、
この差分値ΔＸ，ΔＹを用いて、ずれ力Ｓと圧力Ｐを与
える近似式を記述し、これに基づいてずれ力Ｓと圧力Ｐ
を計測するようにしたものである。

【００３６】以下、図７を参照して、本発明の計測方法
をより詳細に説明する。図７（ａ）はホール素子３_１
〜３_４ と永久磁石７の配置関係を示す図、図７（ｂ）
はずれ力のベクトル図である。なお、図７中の各記号の
意味は次の通りである。

【００３７】 ＸＰ：Ｘ軸上の＋側に配置したホール素子３_１ の出力
値 ＸＮ：Ｘ軸上の−側に配置したホール素子３_２ の出力
値 ＹＰ：Ｙ軸上の＋側に配置したホール素子３_３ の出力
値 ＹＮ：Ｙ軸上の−側に配置したホール素子３_４ 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

【００３８】先ず、近似式を求めるための手順を示す。
同軸上で対応する一対のホール素子３_{１ ，}３_２ 、
３_{３ ，}３_４ の出力値ＸＰ，ＸＮ、ＹＰ，ＹＮ同士の
減算を行い、その差分値ΔＸ，ΔＹを求める。

【００３９】

【数３】

【００４０】上記ΔＸ，ΔＹを用いてＸ，Ｙ方向のずれ
力ＸＳ，ＹＳの近似式を２次多項式で記述するものとす
ると、次式となる。

【００４１】

【数４】

【００４２】よって、式から、Ｘ，Ｙ方向のずれ力Ｘ
Ｓ，ＹＳは、下式で与えられる。

【００４３】

【数５】

【００４４】ずれ力Ｓとその方向θは、式のＳＸ，Ｓ
Ｙを用いて、

【００４５】

【数６】

【００４６】さらに、Ｚ方向の圧力Ｐ、すなわち永久磁
石７に対して垂直下向きに作用する圧力は、

【００４７】

【数７】

【００４８】以上のようにして得られた式〜を用い
て、差分値ΔＸ，ΔＹからＸ，Ｙ方向のずれ力ＸＳ，Ｙ
Ｓ、ずれ力Ｓ、その方向θ、圧力Ｐを求めることが可能
となる。

【００４９】実際の計測に際しては、上記近似式中の係
数Ａ〜Ｆの値を具体的に決定しておく必要がある。そこ
で、図示した三軸荷重計測センサについてその入出力関
係の実測データを収集した。その実測データを図８に示
す（ただし、図示はＹ軸方向のデータのみ）。この図８
のような実測データを用いて上記近似式中の係数Ａ〜Ｆ
を具体的に決定した。これによって得られた具体的な式
’〜’を以下に示す。

【００５０】

【数８】

【００５１】

【数９】

【００５２】

【数１０】

【００５３】

【数１１】

【００５４】実施の形態に係る三軸荷重計測センサを用
い、上記近似式’〜’に基づいて実際に三軸荷重の
測定を行ったところ、極めて正確な三次元荷重の測定を
行うことができた。実際の測定に際しては、三軸荷重計
測センサは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
て張り付けて使用する。

【００５５】なお、上記実施の形態では、パッド６の素
材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、変形自在な弾性体であれば使用可
能である。

【００５６】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３_１ 〜３_４ 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３_１ 〜
３_４ 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３_１ 〜３_４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。

【００５７】図９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。

【００５８】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３_１ 〜
３_４ と永久磁石７に代えて、４個の小電極１３_１ 〜
１３_４ と１個のグランド電極１７を用いたものである。

【００５９】このようにグランド電極１７に対して小電
極１３_１ 〜１３_４ 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＝ε_０・ε_ｒ・Ｓ／ｄ ただし、ε_０：真空誘電率 ε_ｒ：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

【００６０】上式から明らかなように、グランド電極１
７と小電極１３_１ 〜１３_４ 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１３_１ 〜１３_４ 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、Ｘ軸、Ｙ軸上で対応する小電極同士の
静電容量の差分値ΔＸ，ΔＹを求め、この差分値ΔＸ，
ΔＹを用いてずれ力Ｓと圧力Ｐを与える近似式を記述
し、これに基づいてずれ力Ｓ、ずれの方向θ、圧力Ｐを
計測することができる。

【００６１】なお、この第２の実施の形態の場合におい
ても、図示の配置とは逆に、４個の小電極１３_１ 〜１
３_４ を上側に、グランド電極１７を下側にして対向配
置してもよいものである。

【００６２】以上説明した実施の形態は、差分値ΔＸ,
ΔＹと、Ｘ,Ｙ方向のずれ力ＸＳ,ＹＳとの関係を２次多
項式で近似したが、一般に純数学的には、ある曲線を近
似するための近似式は、任意次数の高次多項式で近似す
ることが可能である。次数の高い高次多項式で表現すれ
ばするほど真値との誤差が小さくなり、より正確な荷重
計測が可能となる。

【００６３】しかしながら、高次の多項式になればなる
ほどその係数を求めるための手間は幾何級数的に膨大な
ものとなる。従って、これらの手間と、要求されている
許容誤差とを比較検討し、採用する近似式の次数を決定
すればよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、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成分に分解
して計測することができる。従って、入院患者や介護老
人等に利用すれば、ベッドに寝たきりの患者に作用する
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計測することが可能となり、
この計測結果を利用することによって、寝たきり患者の
状況に応じた最適な介護を行うことができると共に、ベ
ッドやエアマットの最適な形状と配置等を選定すること
ができ、従来大きな問題となっていた褥創等の発生を可
能な限り防止することができる。

【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III−II線断面図
である。

【図５】荷重がＺ軸方向に作用したときのホール素子の
出力図である。

【図６】荷重がＸ−Ｙ面にと平行に作用したときのホー
ル素子の出力図である。

【図７】本発明の計測方法の（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８】Ｙ軸方向の実測データを示す図である。

【図９】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。

【符号の説明】

１ プリント配線基板 ２ 電極 ３_１ 〜３_４ 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 １３_１ 〜１３_４ 小電極 １７ グランド電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中新 英之 神奈川県横須賀市平成町２−７ 株式会社 ケープ内 (72)発明者 高橋 誠 北海道札幌市北区北十三条西８丁目（番地 なし） 北海道大学内 (72)発明者 小林 信弘 東京都文京区本郷２−16−13 日本パルス モータ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F051 AA17 AB05 AB06 AC01 BA07 BA08 DA03 4C040 AA01 AA17 GG15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一平面上に位置して、Ｘ軸方向に沿っ
   てホール素子を２個配置すると共に、Ｙ軸方向に沿って
   ホール素子を２個配置し、これら４個のホール素子全体
   を覆う面積からなる永久磁石を、所定厚さからなる弾性
   体を介して４個のホール素子と対向配置し、前記４個の
   ホール素子または永久磁石のいずれか一方の側を荷重の
   作用面としたことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
2. 【請求項２】 同一平面上に位置して、Ｘ軸方向に沿っ
   て小電極を２個配置すると共に、Ｙ軸方向に沿って小電
   極を２個配置し、これら４個の小電極全体を覆う面積か
   らなるグランド電極を、所定厚さからなる弾性体を介し
   て４個の小電極と対向配置し、前記４個の小電極または
   グランド電極のいずれか一方の側を荷重の作用面とした
   ことを特徴とする三軸荷重計測センサ。
3. 【請求項３】 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または２記載の三軸荷重計測センサ。
4. 【請求項４】 前記請求項１〜３のいずれかに記載の三
   軸荷重計測センサを用いた荷重の計測方法であって、Ｘ
   軸方向に配置された２個のホール素子(または小電極)の
   出力同士の減算を行ってその差分値を求めるとともに、
   Ｙ軸方向に配置された２個のホール素子(または小電極)
   の出力同士の減算を行ってその差分値を求め、これらＸ
   軸、Ｙ軸方向のホール素子(または小電極)同士の差分値
   を用いて、作用面に作用する荷重を作用面と平行なＸ−
   Ｙ平面方向のずれ力とその方向及び作用面と垂直なＺ軸
   方向の圧力を求めることを特徴とする荷重計測方法。
5. 【請求項５】 Ｘ軸方向に配置された２個のホール素子
   (または小電極)の出力同士の差分値をΔＸ、Ｙ軸方向に
   配置された２個のホール素子(または小電極)の出力同士
   の差分値をΔＹとするとき、Ｘ方向のずれ力ＸＳ 、Ｙ
   方向のずれ力ＹＳ 、ずれ力Ｓ、ずれ力Ｓの方向θ、及
   びＺ軸方向の圧力Ｐを下式に従って求めることを特徴と
   する請求項４記載の荷重計測方法。 【数１】