JP2003322570A - 機械的力を検出するための装置 - Google Patents
機械的力を検出するための装置Info
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- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
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Abstract
(57)【要約】
【課題】比較的大きな面に作用する力の種類とその作用
に関する情報を電気的手段によって得ることが可能な機
械的力を検出するための装置を提供する。 【解決手段】検出すべき力を記録するのに用いられる少
なくとも１つの検出プレート８と、検出プレートと電気
的に接続されている２つの電極１、２とを有する、機械
的力を検出する。検出プレートは、互いに少なくとも一
部、重なり合って配置されている少なくとも２つの測定
層３、４を呈しており、検出すべき力が検出プレートに
作用すると測定層のうちの少なくとも１つがその電気的
諸特性のうちの少なくとも１つを変化させる。
に関する情報を電気的手段によって得ることが可能な機
械的力を検出するための装置を提供する。 【解決手段】検出すべき力を記録するのに用いられる少
なくとも１つの検出プレート８と、検出プレートと電気
的に接続されている２つの電極１、２とを有する、機械
的力を検出する。検出プレートは、互いに少なくとも一
部、重なり合って配置されている少なくとも２つの測定
層３、４を呈しており、検出すべき力が検出プレートに
作用すると測定層のうちの少なくとも１つがその電気的
諸特性のうちの少なくとも１つを変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、検出すべき力を記
録するのに用いられる少なくとも１つの検出プレート
と、前記検出プレートと電気的に接続されている少なく
とも２つの電極とを有する機械的力を検出するための装
置に関するものである。
録するのに用いられる少なくとも１つの検出プレート
と、前記検出プレートと電気的に接続されている少なく
とも２つの電極とを有する機械的力を検出するための装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】力の作用を受けた場合に導電性プラスチ
ックの電気的特性の変化を検出するセンサが知られてい
る（例えば、特許文献１参照）。しかしながらそのよう
な検出器によって、比較的大きな面に作用する力の種類
とその作用に関する情報を得ることが困難である。
ックの電気的特性の変化を検出するセンサが知られてい
る（例えば、特許文献１参照）。しかしながらそのよう
な検出器によって、比較的大きな面に作用する力の種類
とその作用に関する情報を得ることが困難である。
【０００３】
【特許文献１】ＤＥ１９７５０６７１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、本発明は、
比較的大きな面に作用する力の種類とその作用に関する
情報を電気的手段によって得ることが可能な機械的力を
検出するための装置を提供することを目的とするもので
ある。
比較的大きな面に作用する力の種類とその作用に関する
情報を電気的手段によって得ることが可能な機械的力を
検出するための装置を提供することを目的とするもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１に記載された本発明によれば、前記検
出プレートが、少なくとも一部が互いに重なり合って配
置されている少なくとも２つの測定層を備えており、そ
して、検出すべき力が検出プレートに作用すると、測定
層のうちの少なくとも１つがその電気的諸特性のうちの
少なくとも１つを変化させることを特徴とする機械的力
を検出するための装置が提供される。かかる装置の構成
により、様々な種類の力を検出することが可能となる。
ために、請求項１に記載された本発明によれば、前記検
出プレートが、少なくとも一部が互いに重なり合って配
置されている少なくとも２つの測定層を備えており、そ
して、検出すべき力が検出プレートに作用すると、測定
層のうちの少なくとも１つがその電気的諸特性のうちの
少なくとも１つを変化させることを特徴とする機械的力
を検出するための装置が提供される。かかる装置の構成
により、様々な種類の力を検出することが可能となる。
【０００６】請求項２に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記両方の測定層が、少な
くとも１つの材料特性において異なっている。かかる構
成により、両方の測定層の間での計算による比較を可能
にする。
力を検出するための装置は、前記両方の測定層が、少な
くとも１つの材料特性において異なっている。かかる構
成により、両方の測定層の間での計算による比較を可能
にする。
【０００７】請求項３に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記両方の測定層の相違
は、力、あるいは熱が作用する場合に電導率、縦弾性係
数、曲げ剛性、比電導率の変化に見られることを特徴と
している。かかる構成により、装置を様々な課題提起に
最適に適合させることを可能にする。
力を検出するための装置は、前記両方の測定層の相違
は、力、あるいは熱が作用する場合に電導率、縦弾性係
数、曲げ剛性、比電導率の変化に見られることを特徴と
している。かかる構成により、装置を様々な課題提起に
最適に適合させることを可能にする。
【０００８】請求項４に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記測定層のうちの少なく
とも一方が、力が作用するとその電導率が変化すること
を特徴としている。かかる構成により、簡単な抵抗監視
による測定を可能にする。
力を検出するための装置は、前記測定層のうちの少なく
とも一方が、力が作用するとその電導率が変化すること
を特徴としている。かかる構成により、簡単な抵抗監視
による測定を可能にする。
【０００９】請求項５に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記測定層の間に中間層が
配置されていて、該中間層が、荷重が検出プレートに対
して垂直に指向された場合にその電導度を変化させるこ
とを特徴としている。かかる構成により、様々な作用力
の可識別性を改善する。
力を検出するための装置は、前記測定層の間に中間層が
配置されていて、該中間層が、荷重が検出プレートに対
して垂直に指向された場合にその電導度を変化させるこ
とを特徴としている。かかる構成により、様々な作用力
の可識別性を改善する。
【００１０】請求項６に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記中間層が、電導率が局
所的に異なること、および／または弾性が、局所的に異
なることを特徴としている。かかる構成により、監視す
べき面の特定の部分への力の作用を一義的に識別するこ
とを可能にする。
力を検出するための装置は、前記中間層が、電導率が局
所的に異なること、および／または弾性が、局所的に異
なることを特徴としている。かかる構成により、監視す
べき面の特定の部分への力の作用を一義的に識別するこ
とを可能にする。
【００１１】請求項７に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記中間層が、検出プレー
トの長手方向よりも垂直方向により電導性があることを
特徴としている。かかる構成により、圧縮力と曲げ力の
可識別性を支援する。
力を検出するための装置は、前記中間層が、検出プレー
トの長手方向よりも垂直方向により電導性があることを
特徴としている。かかる構成により、圧縮力と曲げ力の
可識別性を支援する。
【００１２】請求項８に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、少なくとも１つの電極が、
銅から製造されていて、少なくとも検出プレートに接し
ている箇所で平坦であり、そして導電性塗料によってコ
ーティングされていることを特徴としている。かかる構
成により、電極から検出プレートへの最適な電流移行を
可能にする。
力を検出するための装置は、少なくとも１つの電極が、
銅から製造されていて、少なくとも検出プレートに接し
ている箇所で平坦であり、そして導電性塗料によってコ
ーティングされていることを特徴としている。かかる構
成により、電極から検出プレートへの最適な電流移行を
可能にする。
【００１３】請求項９に記載された本発明による機械的
力を検出するための装置は、前記機械的力が、とりわけ
圧縮、および／あるいは曲げであることを特徴としてい
る。かかる構成により、とりわけ圧縮力と曲げ力とを同
時的に監視するのに適している。
力を検出するための装置は、前記機械的力が、とりわけ
圧縮、および／あるいは曲げであることを特徴としてい
る。かかる構成により、とりわけ圧縮力と曲げ力とを同
時的に監視するのに適している。
【００１４】請求項１０に記載された本発明による機械
的力を検出するための装置は、前記電極が、フラットケ
ーブルの導線によって形成されていること、そして検出
プレートが、フラットケーブルを取り囲んでいる絶縁層
の内部に配置されていることを特徴としている。かかる
構成により、技術的に簡単且つ容易に製造可能である。
的力を検出するための装置は、前記電極が、フラットケ
ーブルの導線によって形成されていること、そして検出
プレートが、フラットケーブルを取り囲んでいる絶縁層
の内部に配置されていることを特徴としている。かかる
構成により、技術的に簡単且つ容易に製造可能である。
【００１５】請求項１１による機械的力を検出するため
の装置は、前記電極のうちの少なくとも１つが、検出プ
レートに波形模様に配置されていることを特徴としてい
る。かかる構成により、センサの格別フレキシブルな構
造を可能にする。このことは、とりわけ軟質材料内に埋
め込まれたセンサに関して重要である。
の装置は、前記電極のうちの少なくとも１つが、検出プ
レートに波形模様に配置されていることを特徴としてい
る。かかる構成により、センサの格別フレキシブルな構
造を可能にする。このことは、とりわけ軟質材料内に埋
め込まれたセンサに関して重要である。
【００１６】請求項１２による機械的力を検出するため
の装置は、前記電極が、検出プレートによって形成され
る平面の同じ側に配置されており、そして電極に接する
測定層が、電極（１、２）に背を向けている測定層
（４）よりもより圧縮出来ることを特徴としている。か
かる構成により、圧縮力と曲げ力とを格別簡単に同時的
に測定することを可能にする。
の装置は、前記電極が、検出プレートによって形成され
る平面の同じ側に配置されており、そして電極に接する
測定層が、電極（１、２）に背を向けている測定層
（４）よりもより圧縮出来ることを特徴としている。か
かる構成により、圧縮力と曲げ力とを格別簡単に同時的
に測定することを可能にする。
【００１７】本発明による機械的力を検出するための装
置を添付図面を参照して１つの実施例によって以下に説
明する。
置を添付図面を参照して１つの実施例によって以下に説
明する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に基づく装置の第
１の実施形態を横断面図で示している。該装置は、検出
プレート８を呈している。該装置は、作用する力を検出
するのに用いられる。検出プレート８は、ここに示した
実施例において上下に配置された３つの材料層を呈して
いる。その際にこれらの材料層は、第１の測定層３、そ
の上に配置された第２の測定層４および該両方の材料層
の間で延伸している中間層９である。
１の実施形態を横断面図で示している。該装置は、検出
プレート８を呈している。該装置は、作用する力を検出
するのに用いられる。検出プレート８は、ここに示した
実施例において上下に配置された３つの材料層を呈して
いる。その際にこれらの材料層は、第１の測定層３、そ
の上に配置された第２の測定層４および該両方の材料層
の間で延伸している中間層９である。
【００１９】両方の測定層３、４は、有限な電気抵抗値
を呈している。両方の測定層３、４のうちの少なくとも
一方は、圧縮性がある。
を呈している。両方の測定層３、４のうちの少なくとも
一方は、圧縮性がある。
【００２０】中間層９は、両方の測定層３、４を離間さ
せている。中間層は、その電導率が中間層９の長手方向
においてよりも検出プレート８に対して垂直な方向にお
いて大きいように形成されているのが望ましい。
せている。中間層は、その電導率が中間層９の長手方向
においてよりも検出プレート８に対して垂直な方向にお
いて大きいように形成されているのが望ましい。
【００２１】検出プレート８は、２つの電極１、２と接
続されている。このためにこれらの電極は、特定の距離
を置いてほぼ平行に延伸している。電極は、平坦な長方
形状銅導体として製造されている。電極は、両方とも中
間層９に背を向けた、測定層３の表面に載っている。
続されている。このためにこれらの電極は、特定の距離
を置いてほぼ平行に延伸している。電極は、平坦な長方
形状銅導体として製造されている。電極は、両方とも中
間層９に背を向けた、測定層３の表面に載っている。
【００２２】検出プレート８は、電極２とともに絶縁層
１６によって包み込まれている。該絶縁層は、例えばポ
リウレタン、ポリエステル、あるいはその他のフレキシ
ブルな材料から成っている。
１６によって包み込まれている。該絶縁層は、例えばポ
リウレタン、ポリエステル、あるいはその他のフレキシ
ブルな材料から成っている。
【００２３】図１による装置１００は、例えば１０ｘ１
０ｃｍのサイズの検出プレート８を有している。そのよ
うな装置１００は、例えばシートのクッション材中に例
えばシートの表面近傍に取付けられていてよい。
０ｃｍのサイズの検出プレート８を有している。そのよ
うな装置１００は、例えばシートのクッション材中に例
えばシートの表面近傍に取付けられていてよい。
【００２４】このときユーザがそのようなシートの上に
座ると、面状に分配された力が検出プレート８に作用す
る。このことによって測定層３、４のうちの少なくとも
一方、および／あるいは中間層９が、その電気抵抗を変
化させることになる。抵抗の変化の大きさは、作用する
力の大きさに関する１つの尺度である。様々な層へと抵
抗の変化量を分配することによって、力の種類と分布と
に関する解明が得られる。
座ると、面状に分配された力が検出プレート８に作用す
る。このことによって測定層３、４のうちの少なくとも
一方、および／あるいは中間層９が、その電気抵抗を変
化させることになる。抵抗の変化の大きさは、作用する
力の大きさに関する１つの尺度である。様々な層へと抵
抗の変化量を分配することによって、力の種類と分布と
に関する解明が得られる。
【００２５】例えば着座している人によってそのような
シートに一様に荷重が及ぼされるのではなくて、例えば
膝などによって集中的に荷重が及ぼされると、このこと
によりセンサプレート８が圧縮されることになる。同時
にセンサプレート８は、不規則に作用する力によって曲
げられる。このことによって、一方の測定プレート３、
４が伸ばされ、そして同時にこれに対抗する測定プレー
ト３、４が圧縮される。材料の伸びによって横断面積が
減少し、そして材料の引張りが行われる。このことから
結果的に抵抗変化が生じる。これと逆に圧縮は、横断面
積の増加へと、そして該当する材料長さの短縮へとつな
がる。このことから引き伸ばされた材料層３、４におい
て電気抵抗が増加し、そして圧縮された測定層３、４に
おいて電気抵抗が減少する。このとき両方の測定層３、
４の電導率がもともと互いに著しく異なっているときに
は、結果として得られる抵抗変化を引張り力、圧縮力、
あるいは凸状曲げ、または凹状曲げへと一義的に割り当
てることが出来る。
シートに一様に荷重が及ぼされるのではなくて、例えば
膝などによって集中的に荷重が及ぼされると、このこと
によりセンサプレート８が圧縮されることになる。同時
にセンサプレート８は、不規則に作用する力によって曲
げられる。このことによって、一方の測定プレート３、
４が伸ばされ、そして同時にこれに対抗する測定プレー
ト３、４が圧縮される。材料の伸びによって横断面積が
減少し、そして材料の引張りが行われる。このことから
結果的に抵抗変化が生じる。これと逆に圧縮は、横断面
積の増加へと、そして該当する材料長さの短縮へとつな
がる。このことから引き伸ばされた材料層３、４におい
て電気抵抗が増加し、そして圧縮された測定層３、４に
おいて電気抵抗が減少する。このとき両方の測定層３、
４の電導率がもともと互いに著しく異なっているときに
は、結果として得られる抵抗変化を引張り力、圧縮力、
あるいは凸状曲げ、または凹状曲げへと一義的に割り当
てることが出来る。
【００２６】図２は、検出プレート８を示していて、該
検出プレート上には電極１２が波形模様状に取付けられ
ている。そのような実施形態は、非常に伸びやすい検出
装置の製造を可能にする。検出プレート８が、伸ばされ
るか、あるいは圧縮される場合、検出プレートは電極
１、２によって然るべき運動を妨げられることがない。
検出プレート８の長さ変化は、電極の波長、あるいは振
幅の変化となって、しかるべく現れる。このことは、ク
ッション材の表面近傍に配置されたセンサがユーザに差
し障りを感じさせないために重要である。
検出プレート上には電極１２が波形模様状に取付けられ
ている。そのような実施形態は、非常に伸びやすい検出
装置の製造を可能にする。検出プレート８が、伸ばされ
るか、あるいは圧縮される場合、検出プレートは電極
１、２によって然るべき運動を妨げられることがない。
検出プレート８の長さ変化は、電極の波長、あるいは振
幅の変化となって、しかるべく現れる。このことは、ク
ッション材の表面近傍に配置されたセンサがユーザに差
し障りを感じさせないために重要である。
【００２７】中間層の局所的電導率を変化させること
は、例えば切除部を設けることによって可能である。少
なくとも２つの電極を検出プレートの両方の各表面に配
置することも可能である。これによって各測定層の電気
的変化を互いに別個に決定でき、そして互いに比較する
ことが出来る。これにより例えば作用する曲げ力の作用
方向を求めることが出来るであろう。
は、例えば切除部を設けることによって可能である。少
なくとも２つの電極を検出プレートの両方の各表面に配
置することも可能である。これによって各測定層の電気
的変化を互いに別個に決定でき、そして互いに比較する
ことが出来る。これにより例えば作用する曲げ力の作用
方向を求めることが出来るであろう。
【００２８】検出プレートの互いに向かい合っている表
面に電極を配置することも可能である。これらの電極に
よって検出プレートに対して垂直に作用する力を曲げ力
と無関係に検出することが出来るであろう。
面に電極を配置することも可能である。これらの電極に
よって検出プレートに対して垂直に作用する力を曲げ力
と無関係に検出することが出来るであろう。
【００２９】曲げと圧縮を測定するために上述した最後
の２つの配置を組み合わせることも可能である。これに
よってコンパクトで多用途性のあるセンサを製造するこ
とが出来る。
の２つの配置を組み合わせることも可能である。これに
よってコンパクトで多用途性のあるセンサを製造するこ
とが出来る。
【００３０】中間層が測定にとって重要なその特性を、
検出プレートに対して力が垂直に作用する場合に主とし
て変化させ、そして検出プレートに沿った方向に力が作
用する場合にはそれほど変化させないことも可能であ
る。これによって中間層は、力の作用方向の可識別性を
支援する。
検出プレートに対して力が垂直に作用する場合に主とし
て変化させ、そして検出プレートに沿った方向に力が作
用する場合にはそれほど変化させないことも可能であ
る。これによって中間層は、力の作用方向の可識別性を
支援する。
【００３１】測定層が互いに一部重なり合わないこと、
そしてこれらの覆われていない範囲に追加的な電極が互
いに離間して配置されていることも可能である。これに
よって同じく異なる力を互いにより良く識別することが
できる。
そしてこれらの覆われていない範囲に追加的な電極が互
いに離間して配置されていることも可能である。これに
よって同じく異なる力を互いにより良く識別することが
できる。
【００３２】測定層のうちの少なくとも１つが弾性プラ
スチックから製造されていて、該弾性プラスチックが導
電性粒子を含んでいることも可能である。測定層を圧縮
すると、測定層は互いに接触し合い、そして電導率を増
加させる。
スチックから製造されていて、該弾性プラスチックが導
電性粒子を含んでいることも可能である。測定層を圧縮
すると、測定層は互いに接触し合い、そして電導率を増
加させる。
【００３３】導電性粒子が様々な種類の粒子に属してい
ることも可能である。第１の種類の、例えば繊維状粒子
は、ベース電導率を保証することが出来るであろう。第
２の種類の、例えば粒状粒子は、圧力を受ける場合に電
導率を増加させることが出来るであろう。
ることも可能である。第１の種類の、例えば繊維状粒子
は、ベース電導率を保証することが出来るであろう。第
２の種類の、例えば粒状粒子は、圧力を受ける場合に電
導率を増加させることが出来るであろう。
【００３４】２つ以上の種類の粒子、とりわけ繊維状粒
子、糸玉状粒子、粒状粒子、あるいは毛屑状粒子の混合
も可能である。プラスチックとしてとりわけアモルファ
ス構造、結晶構造、発泡構造が可能である。
子、糸玉状粒子、粒状粒子、あるいは毛屑状粒子の混合
も可能である。プラスチックとしてとりわけアモルファ
ス構造、結晶構造、発泡構造が可能である。
【図１】検出器装置の横断面図。
【図２】波形模様をした電極を有する実施形態の平面
図。
図。
１ 電極
２ 電極
３ 測定層
４ 測定層
８ 検出プレート
１０ 中間層
１２ 導線
１４ フラットケーブル
Claims (12)
- 【請求項１】 検出すべき力を記録するのに用いられる
少なくとも１つの検出プレート（８）と、前記検出プレ
ート（８）と電気的に接続されている少なくとも２つの
電極（１、２）とを有する、機械的力を検出するための
装置において、 前記検出プレート（８）が、少なくとも一部が互いに重
なり合って配置されている少なくとも２つの測定層
（３、４）を備えており、 そして、検出すべき力が検出プレート（８）に作用する
と測定層（３、４）のうちの少なくとも１つがその電気
的諸特性のうちの少なくとも１つを変化させることを特
徴とする装置。 - 【請求項２】 前記両方の測定層（３、４）が、少なく
とも１つの材料特性において異なっていることを特徴と
する、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記両方の測定層（３、４）の相違が、
力、あるいは熱が作用する場合に電導率、縦弾性係数、
曲げ剛性、比電導率の変化に見られることを特徴とす
る、請求項２記載の装置。 - 【請求項４】 前記測定層（３、４）のうちの少なくと
も一方が、力が作用するとその電導率が変化することを
特徴とする、請求項１〜３の内の何れか1項に記載の装
置。 - 【請求項５】 前記測定層（３、４）の間に中間層（１
０）が配置されていて、該中間層が、荷重が検出プレー
ト（８）に対して垂直に指向された場合にその電導度を
変化させることを特徴とする、請求項１〜４の内の何れ
か1項に記載の装置。 - 【請求項６】 前記中間層（１０）が、電導率が局所的
に異なること、および／または弾性が局所的に異なるこ
とを特徴とする、請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 前記中間層（１０）が、検出プレート
（８）の長手方向よりも垂直方向により電導性があるこ
とを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。 - 【請求項８】 少なくとも１つの電極（１、２）が、銅
から製造されていて、少なくとも検出プレート（８）に
接している箇所で平坦であり、そして導電性塗料によっ
てコーティングされていることを特徴とする、請求項１
〜７の内の何れか1項に記載の装置。 - 【請求項９】 前記機械的力が、圧縮、および／または
曲げであることを特徴とする、請求項１〜８の内の何れ
か1項に記載の装置。 - 【請求項１０】前記電極（１、２）が、フラットケーブ
ル（１４）の導線（１２）によって形成されているこ
と、そして検出プレート（８）が、フラットケーブル
（１４）を取り囲んでいる絶縁層（１６）の内部に配置
されていることを特徴とする、請求項１〜９の内の何れ
か1項に記載の装置。 - 【請求項１１】前記電極（１、２）のうちの少なくとも
１つが、検出プレート（８）に波形模様に配置されてい
ることを特徴とする、請求項１〜１０の内の何れか1項
に記載の装置。 - 【請求項１２】前記電極（１、２）が、検出プレート
（８）によって形成される平面の同じ側に配置されてい
ること、そして電極（１、２）に接する測定層（３）
が、電極（１、２）に背を向けている測定層（４）より
もより圧縮出来ることを特徴とする、請求項１〜１１の
内の何れか1項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10218613-8 | 2002-04-25 | ||
| DE10218613A DE10218613A1 (de) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | Vorrichtung zur Detektion mechanischer Kräfte |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322570A true JP2003322570A (ja) | 2003-11-14 |
Family
ID=29264845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003049410A Pending JP2003322570A (ja) | 2002-04-25 | 2003-02-26 | 機械的力を検出するための装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040016300A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003322570A (ja) |
| CN (1) | CN1453564A (ja) |
| DE (1) | DE10218613A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014020915A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Canon Chemicals Inc | 感圧センサ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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