JP2004213341A - コード状感圧センサ入力装置および面状入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗することのない、また壊れ易い硬質ピエゾ圧電素子を使用しない、しかもＸ，Ｙ，Ｚ方向の入力ができる操作性のよい入力装置を提供する。
【解決手段】軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極と、該外側電極を被覆する外周被覆部とから成るコード状感圧センサを複数本纏めて被覆して把持部を形成し、該把持部の下方から露出する複数本のコード状感圧センサをそれぞれ互いに間隔をあけてセンサ据付器に取り付け、該コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線をセンサ据付器に取り付けた。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾ素子材料を用いたコード状のセンサで実現される入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ピエゾ素子材料とは振動が印加されると電圧を発生する材料で、圧電性セラミックや高分子ピエゾ素子材料がよく知られており、前者としてはチタン酸ジルコン酸鉛などから成るセラミックがあり、後者としては一軸延伸ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などがある。この特性を利用したものとしてコード状感圧センサが知られている。コード状感圧センサは太さ２．５ｍｍ程度の柔らかく細長い紐状をしており、事故防止のため自動車のパワーウインドウの周囲や工場・倉庫・病院内を走る無人搬送車の外周に敷設したり、侵入検知のため敷地境界の塀の上に敷設して用いられるもので、この細長い紐状のどの部位が曲げられても、また、どの部位に異物が軽く接触したりしても、その部位の圧力変化を電気信号として出力することのできる便利なセンサである。ところがこれを入力装置として実現したものはこれまで皆無であった。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
一方、制御機器等への信号を与える従来の入力装置、例えばジョイスティックなどは１対の電極間に空隙を設け、押圧による電極同士の接触により入力を行うといった機械的接触による入力装置であり、これは摩耗するという欠点があった。
また、上記のような電極同士の接触によらない非接触式入力装置として、例えばＴｒａｃｋＰｏｉｎｔ（非特許文献１参照）があった。
【０００４】
【非特許文献１】
「アスキー ＰＣ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ」アスキー社出版、２００２年７月号
【０００５】
これはオン、オフで入力される２値スイッチでしかなく、しかも硬質のピエゾ圧電素子を使用するものであり、長く使用すると、割れる等の破損が生じた。
これに対して、コード状感圧センサ入力装置はピエゾセラミックのピエゾ素子材料粉体をバインダーとしての軟質樹脂の中に多量に封じ込めたものであり、したがって柔軟性があり、長く使用しても割れる等の破損が生じない。また、曲げ方向と曲げ加速度とを変えることにより大きさと向きが変わる３６０度全方位のアナログ式入力が可能となる。
そこで、本発明の課題は、機械的接触によらないため摩耗することのない、しかもＴｒａｃｋＰｏｉｎｔのような硬質のピエゾ圧電素子を使用しないため破損することのないしかも操作の簡単な入力装置であって、３６０度全方位方向とともに上下方向の動きのアナログ式入力が可能となる入力装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のコード状感圧センサ入力装置の発明は、軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極とから成るコード状感圧センサを複数本纏めて被覆して把持部を形成し、該把持部の下方から露出する複数本のコード状感圧センサをそれぞれ互いに間隔をあけてセンサ据付器に取り付け、該コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線をセンサ据付器に取り付けたことを特徴とする。
このような構成によって、従来の入力装置と違って機械的接触によるものでなく、また同じ非接触式入力装置であってもＴｒａｃｋＰｏｉｎｔ（非特許文献１）のような破損しやすい硬質ピエゾ圧電素子を使用するものでもなく、ピエゾ圧電素子をＸ−Ｙ方向に面状に敷設する大型化となるものでもなく、しかもオン・オフで入力される２値スイッチと異なって、コード状感圧センサ入力装置はピエゾセラミックのピエゾ素子材料粉体をバインダーとしての樹脂の中に多量に封じ込めたものであり、したがって小型で、柔軟性があり、長く使用しても割れる等の破損が生じず、また曲げ方向と曲げ加速度とを変えることにより大きさと向きが変わる前後左右を含む３６０度全方位のアナログ式入力が可能となる他、上下方向・捻りに対しても有効となる。
請求項２記載の面状入力装置の発明は、軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極とから成るコード状感圧センサを多数束ねて直立に据え付けて上面を一平面に揃えかつ該各コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線を備えたセンサ据え付け器とから成ることを特徴とする。
また、請求項３記載の面状入力装置の発明は、軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周方向に配置されかつそれぞれ軸方向に平行に延設される複数のストライプ状電極とから成る多極コード状感圧センサを多数束ねて直立に据え付けて上面を一平面に揃えかつ該各コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線を備えたセンサ据え付け器とから成ることを特徴とする。
このようにすることにより、各コード状感圧センサの先端を指先でなぞることによって、なぞられたコード状感圧センサでその方向が一致するセンサはその大きさと方向を検出し、なぞられないコード状感圧センサは検出値ゼロとなるので、これを中央のＣＰＵに送ることにより、指先の動いた方向と荷重を求めることにより、指先により入力された文字とその筆圧（タッチ）が得られることとなる。
このように、従来の文字入力装置にあっては、文字の形状は入力できてもその筆圧は入力することができなかったが、この入力装置によれば筆圧までもそのまま入力できることとなる。
【０００７】
すなわち、コード状感圧センサは従来より接触検出センサとして夙に利用されてきたことは、自動車のパワーウインドウや無人搬送車外周、敷地境界塀など前述の通りであるが、コード状感圧センサの伸びと縮みで閾値を２値採りうることを利用した入力装置としての可能性の提案はこれまでなされていなかったし、ましてその具体的な入力装置は皆無であった。
ところが上記のような構成とすることにより、フレキシブル性を有する樹脂と圧電性セラミックから構成され、またフレキシブル電極を用いて構成しているため、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有することとなり、したがって機械的接触によらないため摩耗することのない、また硬質のピエゾ圧電素子を使用しないため破損することのない、しかも操作の簡単な入力装置を得ることができるようになる。
しかもこの入力装置は把持部が上下するようになっているので、把持部の上下移動によってコード状感圧センサの伸びと縮みが生じるため、上下移動時に発生する信号を入力信号として利用することもできるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明が用いるコード状感圧センサ（ピエゾケーブルセンサ）の構成を図１に示す。同図において、１０がコード状感圧センサで、これは軸方向中心に芯線（中心電極）１１と、この中心電極１１の周囲にピエゾ素子材料１２を被覆し、さらにピエゾ素子材料１２の周囲に外側電極１３を配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）１４で被覆して成るものである。
コード状感圧センサ１０は、使用温度が１２０℃まで可能な出願人独自開発の耐熱性を有する樹脂系材料をピエゾ素子材料に用いており、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料（一軸延伸ポリ弗化ビニリデン）やピエゾ素子材料（クロロプレンと圧電セラッミック粉末のピエゾ素子材料）の最高使用温度である９０℃より高い温度域（１２０℃以下）で使用できる。そして、ピエゾ素子材料がフレキシブル性を有する樹脂と圧電性セラミックから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィルム状外側電極から成るフレキシブル電極を用いて構成しており、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有している。
【０００９】
さらに、コード状感圧センサ４０は高分子ピエゾ素子材料並みの高感度であり、人体の挟み込みを検知するような低周波数領域（１０Ｈｚ以下）では、高分子ピエゾ素子材料並みの高感度を有している。それは本ピエゾ素子材料の比誘電率（約５５）が高分子ピエゾ素子材料（約１０）よりも大きいので、低周波数領域（１０Ｈｚ以下）でも感度の低下が小さいからである。
【００１０】
高耐熱性ピエゾ素子材料（異なる二つの材料から構成されるピエゾ素子材料）は、樹脂系材料と１０μｍ以下の圧電性セラミック粉末の複合体から構成され、振動検知特性はセラミックにより、またフレキシブル性は樹脂によりそれぞれ実現している。本ピエゾ素子材料は、樹脂系材料として非結晶性ポリエチレン系樹脂（分子量約３００，０００）と非結晶性ポリエチレン系樹脂（分子量約１００，０００）を複合化することにより、高耐熱性（１２０℃）と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋する必要のない簡素な製造工程を可能とするものである。
【００１１】
このようにして得られたコード状感圧センサ１０はピエゾ素子材料を成形したままでは、圧電性能を有しないので、ピエゾ素子材料に数ｋＶ／ｍｍの直流高電圧を印加することにより、ピエゾ素子材料に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行うことが必要である。この分極処理はピエゾ素子材料に中心電極１１と外側電極１３を形成した後、両電極に直流高電圧を印加することにより行われる。ピエゾ素子材料にクラックなどの微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなるが、本発明では一定長さのピエゾ素子材料に密着できる補助電極を用いた独自の分極工程を確立することにより、欠陥を検出・回避して分極を安定化でき、これにより数１０ｍ以上の長尺化も可能になる。
【００１２】
また、コード状センサにおいては、中心電極１１にコイル状金属中心電極を、外側電極１３にフィルム状電極（アルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムの三層ラミネートフィルム）を用い、これによりピエゾ素子材料と電極の密着性を確保すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなコード状実装構成が可能になる。
中心電極１１は銅−銀合金コイル、外側電極１３はアルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムから成る三層ラミネートフィルム、ピエゾ素子材料はポリエチレン系樹脂＋圧電性セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチック、これにより、比誘電率は５５、電荷発生量は１０−１３Ｃ（クーロン）／ｇｆ、最高使用温度は１２０℃となる。
【００１３】
図２はこのコード状感圧センサ１０に加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。出願人がコード状感圧センサ１０の荷重とセンサ出力の関係を実験した結果、コード状感圧センサ１０に（ａ）のような曲げ荷重を加えたとき、センサ出力が（ｂ）のような現象になることを突きとめた。
（１）すなわち、時刻ｔ０ではコード状感圧センサ１０に荷重が加わっていないときは、センサ出力は２（Ｖ）を示している。
（２）時刻ｔ１でコード状感圧センサ１０に一定方向に曲げ荷重を加えると、加わった瞬間からセンサ出力は４（Ｖ）に増加したあと直ぐに反転して０（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
（３）そのあと、曲げたままにしていてもセンサ出力は２（Ｖ）を示したままである。
（４）時刻ｔ３でコード状感圧センサ１０を元の状態に戻すと、その瞬間からセンサ出力は０．８（Ｖ）に減少したあと、直ぐに反転して２．２（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻る。
【００１４】
また、同じ条件下で、上記（２）の実験のとき、曲げ方向を（２）の実験のときの曲げ方向に対して１８０度逆方向に曲げたら、センサ出力は０（Ｖ）に減少したあと直ぐに反転して４（Ｖ）になり、その後再び２（Ｖ）に戻った。
【００１５】
さらに、同じ条件下で、上記（２）の実験のとき、速く曲げたら、（２）の実験のときと比べてセンサ出力が大きくなり、ゆっくり曲げたらセンサ出力は小さくなった。
【００１６】
この曲げ方向に対して１８０度逆方向に曲げても同じ結果が生じた。すなわち、速く曲げたら大きく振れ、ゆっくり曲げたら少ししか振れなかった。
この結果、１本のコード状感圧センサで前後の曲げ方向と曲げ加速度が分かるので、コード状感圧センサを用いることによりとアナログ入力装置が得られることとなる。
【００１７】
図３〜図６は図１のコード状感圧センサを４本束ねて構成した束センサに加わる荷重の方向とその時の各コード状感圧センサの出力特性を示す線図である。
図において上下左右の４本の各コード状感圧センサに図のように真上のセンサを１、そこから反時計方向に左のセンサを２、真下のセンサを３、右のセンサを４とすると、
１）図３では束センサ２０のうちセンサ１→センサ３方向に荷重Ｆを加えた（すなわち、上から下に束センサ２０を曲げた）場合（ａ）の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性（ｂ）を示す線図であり、
２）図４では束センサ２０のうちセンサ２→センサ４方向に荷重Ｆを加えた（すなわち、左から右に束センサ２０を曲げた）場合（ａ）の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性（ｂ）を示す線図であり、
３）図５では束センサ２０のうちセンサ１と２の間→センサ３と４の間の方向に荷重Ｆを加えた（すなわち、左上から右下に束センサ２０を曲げた）場合（ａ）の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性（ｂ）を示す線図であり、
４）図６では束センサ２０全体を時計方向に荷重Ｆを加えた（すなわち、時計方向に捻った）場合（ａ）の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性（ｂ）を示す線図である。
【００１８】
図３では、曲げ始めのｔ１でセンサ１が伸びるとき瞬間的に出力「＋Ａ」を出し、センサ３は縮むとき瞬間的に出力「−Ａ」を出し、その後時刻ｔ２〜ｔ３間は出力０が続く。そして曲げから戻すｔ３でセンサ１が戻るときの縮みで瞬間的に出力「−Ｂ」を出し、センサ３は戻るときの伸びで瞬間的に出力「＋Ｂ」を出し、その後出力０となる。
出力Ａと出力Ｂの大きさが異なっているのは、一般に荷重の加速度が異なるためである。
一方、センサ２と４は終始出力０である。これはセンサに極性があり、センサ２と４は極性方向に荷重が加えられなかったからであると推察される。
【００１９】
図４では、曲げ始めのｔ１でセンサ２が伸びるとき瞬間的に出力「＋Ａ」を出し、センサ４は縮むとき瞬間的に出力「−Ａ」を出し、その後時刻ｔ２〜ｔ３間は出力０が続く。そして曲げから戻すｔ３でセンサ２が戻るときの縮みで瞬間的に出力「−Ｂ」を出し、センサ４は戻るときの伸びで瞬間的に出力「＋Ｂ」を出し、その後出力０となる。
出力Ａと出力Ｂの大きさが異なっているのは、一般に荷重の加速度が異なるためである。
一方、センサ１と３は終始出力０である。これはセンサに極性があり、センサ１と３は極性方向に荷重が加えられなかったからであると推察される。
【００２０】
図５では、曲げ始めのｔ１でセンサ１と２が伸びるとき瞬間的に出力「＋Ｃ」を出し、センサ３と４は縮むとき瞬間的に出力「−Ｃ」を出し、その後時刻ｔ２〜ｔ３間は出力０が続く。そして曲げから戻すｔ３でセンサ１と２が戻るときの縮みで瞬間的に出力「−Ｄ」を出し、センサ３と４は戻るときの伸びで瞬間的に出力「＋Ｄ」を出し、その後出力０となる。
出力Ｃと出力Ｄの大きさが異なっているのは、一般に荷重の加速度が異なるためである。
【００２１】
図６では、捻り始めのｔ１で全センサ１〜４が瞬間的に出力「＋Ｅ」を出し、その後時刻ｔ２〜ｔ３間は出力０が続く。そして曲げから戻すｔ３で全センサ１〜４が戻るとき瞬間的に出力「−Ｆ」を出す。
出力Ｅと出力Ｆの大きさが異なっているのは、一般に荷重の加速度が異なるためである。
【００２２】
以上の図３〜図６の束センサ２０の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性から判ることは、束センサ２０を３６０度の全方位へ傾倒させてもそれに対応した方向への入力を行うことができることである。そしてそればかりか束センサ２０を捻っても、捻れを入力できることである。
【００２３】
図７は３６０度の全方位方向の傾倒、捻り、および上下移動を入力できる本発明に係るコード状感圧センサ入力装置を示している。
図において、２０はコード状感圧センサ入力装置で、このコード状感圧センサ入力装置２０は４本のコード状感圧センサ２１〜２４の束と、この束を被覆する最外周被覆部２５と、該束センサ２０を直立に据え付けかつ該コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線を備えたセンサ据付器２６とから構成されている。
各コード状感圧センサ２１〜２４のそれぞれの構成は図１で説明した。
最外周被覆部２５は４本のコード状感圧センサ２１〜２４の束を緩く固定する固定機能と操作者が手で握る把持機能とを有しているもので、弾性ゴムや軟質合成樹脂等が用いられる
センサ据付器２６は、４本のコード状感圧センサ２１〜２４を束からばらばらにして各々の下端部を互いに間隔をあけて固定する固定機能と、各コード状感圧センサ２１〜２４からの各出力信号を外部に取り出す信号線２１０、２２０、２３０、２４０とを備えている。
【００２４】
次に、このコード状感圧センサ入力装置２０の使い方を説明する。
操作者は最外周被覆部２５を握り、例えば図３（ａ）のＦ方向に入力装置２０を傾倒した後、元に戻すと、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０にはそれぞれ図３（ｂ）の１、２、３、４のような信号が現れる。
同様にして、図４（ａ）のＦ方向に入力装置２０を傾倒した後、元に戻すと、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０にはそれぞれ図４（ｂ）の１、２、３、４のような信号が現れる。
同様にして、図５（ａ）のＦ方向に入力装置２０を傾倒した後、元に戻すと、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０にはそれぞれ図５（ｂ）の１、２、３、４のような信号が現れる。
【００２５】
さらに、図３と図５の中間モードであれば、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０にはそれぞれ図３（ｂ）と図５（ｂ）との中間の信号が現れる。すなわち、信号線２１０には図３（ｂ）１の信号より小さく、図５（ｂ）１の信号より大きい信号が現れる。信号線２２０には図３（ｂ）２の信号より大きく、図５（ｂ）２の信号より小さい信号が現れる。信号線２３０には図３（ｂ）３の信号より小さく、図５（ｂ）３の信号より大きい信号が現れる。信号線２４０には図３（ｂ）４の信号より大きく、図５（ｂ）４の信号より小さい信号が現れる。
【００２６】
以上のように、傾倒方向との成す角度が０度に近いほどコード状感圧センサには大きな信号が出、傾倒方向との成す角度が９０度にづくとコード状感圧センサには０に近づく。そこで、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０に現れる信号の大きさの比を採ると、コード状感圧センサ入力装置２０の傾倒された方向を正確に知ることができる。
また、ある信号線２１０、２２０、２３０、２４０に大きな信号が出ると、その対応するコード状感圧センサ２１、２２、２３、２４が大きな加速度で傾倒されたことが判る。
【００２７】
次に、操作者は最外周被覆部２５を握り、図６（ａ）のＦ方向に捻った後、元に戻すと、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０にはそれぞれ図６（ｂ）の１、２、３、４のような信号が現れる。すなわち、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０には同じ方向に信号Ｅが出る。逆方向に捻ると、信号の出方がこれと逆向きになる。
このことから、すべての信号線２１０、２２０、２３０、２４０に同一方向の信号が出たときはある方向に捻られたことが判る。
【００２８】
以上は、図７のＸ−Ｙ平面内での変位についてであったが、この他に図７のＺ方向での変位についても信号として入力できる点が本発明の特徴である。
把持部を持って、上へ持ち上げれば全コード状感圧センサ２１、２２、２３、２４が伸張するため、全コード状感圧センサ２１、２２、２３、２４が大きなプラス信号を発することとなる。
逆に、把持部を持って、下へ押し下げれば全コード状感圧センサ２１、２２、２３、２４が収縮するため、全コード状感圧センサ２１、２２、２３、２４が前記とは逆方向の大きな信号を発することとなる。
そこで、各信号線２１０、２２０、２３０、２４０に現れる信号の出方でＺ方向での変位についてもその方向と大きさを知ることができる。
【００２９】
以上のように、本発明に係るコード状感圧センサ入力装置によれば、
（１）信号線２１０、２２０、２３０、２４０に現れる信号の現れ方から、コード状感圧センサ入力装置が傾倒されたか、捻られたか、上下移動かが判り、
（２）信号線２１０、２２０、２３０、２４０に現れる信号の大きさの比により、傾倒方向が正確に判り、
（３）信号の大きさから加速度が判ることとなる。
【００３０】
図７のＣＰＵは以上のシーケンスに従ってセンサの傾倒・捻り方向とその大きさを演算するもので、ＣＰＵには、このシステムを動かすプログラムが格納されているＲＯＭと、このシステムに用いられるデータ等が書き込まれるＲＡＭと、各種指令およびデータを入力する入力装置、表示器、このコード状感圧センサによって制御される制御対象用の制御回路が接続されている。
入力装置格納され信号線２１０、２２０、２３０、２４０に現れた各信号がＡ／Ｄ変換されて入力される。ＣＰＵは取り込んだ各信号から、上記のシーケンスに従って信号処理をし、捻れか傾倒かの判断をし、捻れの場合その方向と捻り加速度を、傾倒の場合その方向と傾倒加速度を算出する。
【００３１】
算出した結果は、表示器で表示して操作者に知らせ、制御回路に送られる。制御回路は送られたデータに基づいて次の制御指令を発する。
例えば、ラジコンヘリコプターの操縦装置としてこの入力装置を用いれば、コード状感圧センサ入力装置２０の傾倒によって、その進むべき方向と速さが与えられ、上下によって上昇・降下することとなり、極めて操作の簡単な入力装置となる。
このように、本発明に係るコード状感圧センサ入力装置２０は、従来の入力装置と違って機械的接触によるものでなく、また同じ非接触式入力装置であってもＴｒａｃｋＰｏｉｎｔ（非特許文献１）のような破損しやすい硬質ピエゾ圧電素子を使用するものでもなく、ピエゾ圧電素子をＸ−Ｙ方向に面状に敷設する大型化となるものでもなく、しかもオン・オフで入力される２値スイッチと異なって、コード状感圧センサ入力装置はピエゾセラミックのピエゾ素子材料粉体をバインダーとしての軟質樹脂の中に多量に封じ込めたものであり、したがって小型で、柔軟性があり、長く使用しても割れる等の破損が生じない。また、曲げ方向と曲げ加速度とを変えることにより大きさと向きが変わる前後左右を含む３６０度全方位のアナログ式入力が可能となる他、上下方向・捻りに対しても有効である。
【００３２】
図８および図９は図７の変形例を示している。
図８および図９は、各コード状感圧センサ２１〜２４の自立状態を補助する自立補助手段２７をセンサ据え付け器２６に設けた点で共通している。
そこでまず、図８について説明する。
図８はこの自立補助手段２７を弾性ゴム、スポンジ、弾性合成物質等からなる手段２７ａで実現して成るもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は自立補助手段２７を通る横断面図、（イ）は断面矩形２７ａ、（ロ）は断面「＋」型２７ａ’を示している。
（イ）は断面矩形の自立補助手段２７ａの各頂部にそれぞれコード状感圧センサ２１〜２４を配設し、（ロ）は断面「＋」型の自立補助手段２７ａ’の各交差部にそれぞれコード状感圧センサ２１〜２４を配設している。
このような自立補助手段２７ａ又は２７ａ’を設けることによって、各コード状感圧センサ２１〜２４自体が相応の弾性を備えていなくても全体として弾性に富む感圧センサ入力装置２０が得られるので、下へ押し下げたあとの強い復元力が得られ、操作性に富むものとなる。さらに、経時変化にも強いものとなる。
また、上から押したときの感触をよくするために、支持手段２７ａ又は２７ａ’の中を空洞にしたり、スリットを設けるなどの工夫を施すとよい。
【００３３】
また、自立補助手段２７ａ又は２７ａ’の中に圧力センサを埋設しておき、上から押したとき信号を発するようにしておくと、上から押したときと捻ったときの信号をこの信号を用いて明確に識別することができる。
さらに、捻り方向の圧力を検知するように第２の圧力センサを埋設しておくと、さらにこの区別を明確に識別することができる。
【００３４】
図９はその自立補助手段２７をコイルスプリング２７ｂで実現して成るもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は自立補助手段２７ｂを通る横断面図を示している。
自立補助手段２７ｂを設けることによって、各コード状感圧センサ２１〜２４自体が相応の弾性を備えていなくてもコイルスプリング２７ｂの有する強い弾性力で、下へ押し下げたあとの強い復元力が得られ、操作性に富み、また図８のものと比べて取付が著しく簡単となる。さらに、経時変化にも強いものとなる。
また、コイルスプリング２７ｂの取付ベースに圧力センサを埋設しておき、上から押したとき信号を発するようにしておくと、上から押したときと捻ったときの信号をこの信号を用いて明確に識別することができる。
【００３５】
以上、コード状感圧センサの４本による束センサについての入力装置を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、１本のコード状感圧センサを改良することによって束センサと同じ効果を有するセンサを得ることができる。
図１０および図１１は図１のコード状感圧センサ入力装置の変形例を示すもので、図１０は断面が円形状で、図１１はそれ以外の形状をそれぞれ示している。
また、図１０の（ａ）は４電極タイプ、（ｂ）は多電極タイプをそれぞれ示している。
（ａ）において、３０がコード状感圧センサで、これは軸方向中心に芯線（中心電極）７１と、中心電極７１の周囲にピエゾ素子材料７２を被覆し、さらにピエゾ素子材料７２の周方向に９０度の等間隔でかつそれぞれ軸方向に平行に４本のストライプ状電極７３ａ〜７３ｄをそれぞれ軸方向に平行に延設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）７４で被覆して成るものである。
この４電極コード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各４電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、図７の４本束センサよりも大きさを小型化できしかも全方位に亘ってセンシング作用をすることができる。
【００３６】
図１０（ｂ）は（ａ）が４電極タイプであるのに対して、多電極タイプにしたものである。すなわち、４０がコード状感圧センサで、これは軸方向中心に芯線（中心電極）７１と、中心電極７１の周囲にピエゾ素子材料７２を被覆し、さらにピエゾ素子材料７２の周方向に所定の等間隔でかつそれぞれ軸方向に平行に多数の（図では８本の）ストライプ状電極７３ａ〜７３ｈをそれぞれ軸方向に平行に延設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）７４で被覆して成るものである。
この多電極コード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各多電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、図１０（ａ）の４電極タイプよりも検出精度の向上する入力装置とすることができる。
【００３７】
図１１は断面が非円形タイプのコード状感圧センサ入力装置で、（ａ）は矩形タイプ、（ｂ）は三角形タイプをそれぞれ示している。
（ａ）において、５０がコード状感圧センサで、これは軸方向中心に芯線（中心電極）８１と、中心電極８１の周囲に断面矩形状のピエゾ素子材料８２を被覆し、矩形のピエゾ素子材料８２の各辺にそれぞれストライプ状電極８３ａ〜８３ｄをそれぞれ長さ方向に延設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）８４で被覆して成るものである。。
この４電極コード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各４電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、図７の４本束センサよりも大きさを小型化でき、かつ上下左右方向の変位を感度よく捉えることができる。
【００３８】
図１１（ｂ）は（ａ）が断面矩形タイプであるのに対して、断面三角形にしたものである。すなわち、６０がコード状感圧センサで、これは軸方向中心に芯線（中心電極）８１と、中心電極８１の周囲にピエゾ素子材料８２を断面三角形に被覆し、三角形のピエゾ素子材料８２の各辺にそれぞれストライプ状電極８３ａ〜８３ｃをそれぞれ長さ方向に延設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）８４で被覆して成るものである。
この３電極コード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各４電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、図７の４本束センサよりも大きさを小型化でき、かつ斜め方向の変位を感度よく捉えることができる。
【００３９】
図１２は図３の束センサの変形例でスペーサを用いることによって、機械的強度を高めることができるようにしたものである。（ａ）は「＋」型スペーサを介するタイプ、（ｂ）は「円形」スぺーサを介するタイプ、（ｃ）はコード状感圧センサ自身を１本加えて、これをスペーサとして、かつ共通の信号取り出し電極として用いた例である。
（ａ）におけるコード状感圧センサは、断面で「＋」（プラス）状をしたスペーサ１６を軸方向中心に配置し、その図で上下左右の各スペースに図１のコード状感圧センサ１０をそれぞれ配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）１４で被覆して成るものである。
このコード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各４電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、各コード状感圧センサは図３のそれよりも安定的に固定され、長年の使用に対してもズレなどが生じ難くなるので、いつまでも正確な入力が可能となる。
【００４０】
（ｂ）におけるコード状感圧センサは、断面で円形をしたスペーサ１６を軸方向中心にその上下左右の位置に図１のコード状感圧センサ１０をそれぞれ配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）１４で被覆して成るものである。
このコード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各４電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、各コード状感圧センサは図３のそれよりも安定的に固定され、長年の使用に対してもズレなどが生じ難くなるので、いつまでも正確な入力が可能となる。
【００４１】
（ｃ）におけるコード状感圧センサは、（ｂ）における円形スペーサ１６を図１のコード状感圧センサ１０で置き換えたものであり、その他は同じ構成となっている。すなわち、軸方向中心にその上下左右の位置に図１のコード状感圧センサ１０をそれぞれ配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）１４で被覆して成るものである。
このコード状感圧センサを直立にセンサ据付器に据え付け、各４電極からの各信号を取り出す信号線を備えれば入力装置が得られる。
このような構成とすることにより、各コード状感圧センサは図３のそれよりも安定的に固定され、長年の使用に対してもズレなどが生じ難くなるので、いつまでも正確な入力が可能となる。
また、周辺の配設した４本の各コード状感圧センサの出力と中心に配設したコード状感圧センサの出力の差分を取ることも可能となり、より正確な入力が可能となる。
【００４２】
以上の図１２（ａ）〜（ｃ）においては、それぞれ図１のコード状感圧センサを用いた例を示したが、この図１のコード状感圧センサに代えて図１０および図１１に示したセンサを用いると精度がよりいっそう向上する。
【００４３】
なお、コード状感圧センサは図２に示した如く、これ１本で接触の有無とその大きさを検出できるので、コード状感圧センサを多数本（例えば１００本以上）を矩形平面状に配置して面状入力装置を構成することができる。そして、各コード状感圧センサの先端を指先でなぞることによって、なぞられたコード状感圧センサはその接触の有無と大きさを検出し、なぞられないコード状感圧センサは検出値ゼロとなるので、これを中央のＣＰＵに送ることにより、指先によって描かれた文字を求めることができ、指先による文字入力装置が得られることとなる。
図１３はこれを実現した面状入力装置である。（ａ）は一部平面図、（ｂ）は一部斜視図である。ここに使用するコード状感圧センサは図１に示すコード状感圧センサ１０を配設している。
これを斜視図で見ると図（ｂ）のようになり、各コード状感圧センサ１０の下方をすべて固定して上部だけ３６０度の自由度を持たせている。
このようにすることにより、各コード状感圧センサ１０の先端を指先でなぞることによって、なぞられたコード状感圧センサ１０はその押圧力を加速度で検出し、なぞられないコード状感圧センサ１０は検出値ゼロとなるので、これを中央のＣＰＵに送ることにより、指先による押圧力の加速度を求めて指先により入力された文字の形状だけでなくその筆圧（タッチ）が得られることとなる。
このように、従来の文字入力装置にあっては、文字の形状は入力できてもその筆圧は入力することができなかったが、この入力装置によれば筆圧までもそのまま入力できることとなる。
【００４４】
図１４は図１３の変形例を示す面状入力装置で、図１のセンサに代えて図１０（ａ）のセンサを使用して成るものである。（ａ）は一部平面図、（ｂ）は一部斜視図である。ここに使用するコード状感圧センサは図１０（ａ）に示すものであるので上下左右の方向性を備えているため、図１３のような方向性を少しずつずらしながら配設する必要はなくなる。
これを斜視図で見ると図（ｂ）のようになり、各センサの下方をすべて固定して上部だけ３６０度の自由度を持たせている。
このようにすることにより、各コード状感圧センサの先端を指先でなぞることによって、なぞられたコード状感圧センサでその方向が一致するセンサはその大きさと方向を検出し、なぞられないコード状感圧センサは検出値ゼロとなるので、これを中央のＣＰＵに送ることにより、指先の動いた方向と荷重を求めることにより、指先により入力された文字とその筆圧（タッチ）が得られることとなる。
このように、従来の文字入力装置にあっては、文字の形状は入力できてもその筆圧は入力することができなかったが、この入力装置によれば筆圧までもそのまま入力できることとなる。
ここでは使用するコード状感圧センサは図１０（ａ）のものを用いたが、これに代えて図１１（ａ）のセンサを用いると占積率を上げることができる。
また、より斜め方向の感度を上げたければ、図１１（ｂ）の三角形状センサを交互配設すれば、斜め方向の動きを正確に入力できるようになる。
さらに、これらに代えて図１０（ｂ）のセンサを用いれば、交互配置の必要もなくなる。
【発明の効果】
以上のように、本発明のコード状感圧センサ入力装置によれば、軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極とから成るコード状感圧センサを複数本纏めて被覆して把持部を形成し、該把持部の下方から露出する複数本のコード状感圧センサをそれぞれ互いに間隔をあけてセンサ据付器に取り付け、該コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線をセンサ据付器に取り付けたので、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有することとなり、したがって機械的接触によらないため摩耗することのない、また硬質のピエゾ圧電素子を使用しないため破損することのない、しかも操作の簡単な入力装置を得ることができ、把持部が上下するようになっているので、把持部の上下移動によってコード状感圧センサの伸びと縮みが生じるため、上下移動時に発生する信号を入力信号として利用することもでき、従来のジョイスティックに代わる高性能の入力装置となる。
【００４５】
さらに、図１に記載のコード状感圧センサを多数束ねて直立に据え付けて上面を一平面に揃えかつ該各コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線を備えたセンサ据え付け器とから成るようにしたので、各コード状感圧センサの先端を指先でなぞることによって、なぞられたコード状感圧センサでその方向と大きさを検出できるため、従来の文字入力装置にはできなかった筆圧までも入力できることとなり、携帯電話やカーナビの高性能な入力装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が用いるコード状感圧センサの構成を示す図である。
【図２】コード状感圧センサに加わる荷重とセンサ出力特性を示す線図である。
【図３】束センサのセンサ１→センサ３方向に加わる荷重時の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性を示す線図である。
【図４】束センサのセンサ２→センサ４方向に加わる荷重時の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性を示す線図である。
【図５】束センサのセンサ１と２の間→センサ３と４の間の方向に加わる荷重時の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性を示す線図である。
【図６】束センサ全体を時計方向に荷重Ｆを加えた時の各コード状感圧センサ１〜４の出力特性を示す線図である。
【図７】本発明に係るコード状感圧センサ入力装置を示している。
【図８】弾性ゴム等からなる自立補助手段手段を備えたコード状感圧センサ入力装置を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は自立補助手段２７を通る横断面図、（イ）は断面矩形、（ロ）は断面「＋」型をそれぞれ示している。
【図９】コイルスプリングからなる自立補助手段手段を備えたコード状感圧センサ入力装置を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は自立補助手段を通る横断面図をそれぞれ示している。
【図１０】コード状感圧センサ入力装置の変形例を示すもので、（ａ）は４電極タイプ、（ｂ）は多電極タイプをそれぞれ示している。
【図１１】断面が非円形タイプのコード状感圧センサ入力装置で、（ａ）は矩形タイプ、（ｂ）は三角形タイプをそれぞれ示している。
【図１２】図３の束センサにスペーサを用いた例で、（ａ）は「＋」型スペーサを介するタイプ、（ｂ）は「円形」スぺーサを介するタイプ、（ｃ）はコード状感圧センサ自身を１本加えた例である。
【図１３】本発明に係る面状入力装置で、（ａ）は一部平面図、（ｂ）は一部斜視図である。
【図１４】図１３の変形例を示す面状入力装置である。
【符号の説明】
１０ コード状感圧センサ
１１、７１、８１ 中心電極
１２、７２、８２ ピエゾ素子材料
１３ 外側電極
７３ａ〜７３ｈ，８３ａ〜８３ｄ ストライプ電極
１４、７４、８４ 最外周被覆部
２０ 第１実施の形態に係るコード状感圧センサ入力装置
３０ 第１実施の形態の変形例１に係るコード状感圧センサ入力装置
４０ 第１実施の形態の変形例２に係るコード状感圧センサ入力装置
５０ 第１実施の形態の変形例３に係るコード状感圧センサ入力装置
６０ 第１実施の形態の変形例４に係るコード状感圧センサ入力装置

Claims (4)

1. 軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極とから成るコード状感圧センサを複数本纏めて被覆して把持部を形成し、該把持部の下方から露出する複数本のコード状感圧センサをそれぞれ互いに間隔をあけてセンサ据付器に取り付け、該コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線をセンサ据付器に取り付けたことを特徴とするコード状感圧センサ入力装置。
2. 軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周囲に配設された外側電極とから成るコード状感圧センサを多数束ねて直立に据え付けて上面を一平面に揃えかつ該各コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線を備えたセンサ据え付け器とから成ることを特徴とする面状入力装置。
3. 軸方向の中心電極と、該中心電極の周囲に被覆されたピエゾ素子材料と、該ピエゾ素子材料の周方向に配置されかつそれぞれ軸方向に平行に延設される複数のストライプ状電極とから成る多極コード状感圧センサを多数束ねて直立に据え付けて上面を一平面に揃えかつ該各コード状感圧センサからの各信号を取り出す信号線を備えたセンサ据え付け器とから成ることを特徴とする面状入力装置。
4. 前記各コード状感圧センサの自立状態を補助する自立補助手段を前記センサ据え付け器に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の面状入力装置。

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