JP2007218892A - 電磁結合を利用する圧力分布検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面だけでなく曲面等の任意の形状の面にフィットさせても圧力分布の検出感度や検出精度への悪影響が少なく、装置の設置環境に影響を受け難い圧力分布検出装置を提供する。
【解決手段】圧力分布検出装置は、基板上に設けられる複数の駆動コイル１と、複数の駆動コイルとそれぞれペアとなり電磁結合する複数の検出コイル２と、複数の駆動コイルと複数の検出コイルとのそれぞれの間の距離を一定に保つスペーサ手段４とからなる。そして、駆動コイルと検出コイルとの電磁結合の度合いを変化させるために、駆動コイル及び／又は検出コイルの近傍に、導電体又は磁性体からなる電磁結合可変手段３が移動可能に設けられる。この駆動コイルを駆動回路で駆動し、駆動コイルと検出コイルとの電磁結合の変化を検出回路で検出コイルから検出する。
【選択図】図１

Description

本発明はコイルによる電磁結合を利用する圧力分布検出装置に関し、特に、駆動コイルと検出コイル間の距離を一定に保ち、設置環境の影響を受け難い圧力分布検出装置に関する。

圧力分布検出装置は、自動車等の車両の座圧検出や、ベッド等の福祉機器、人間の歩行等の重量分布を測定する医療機器やスポーツ分野、ロボットの人工皮膚、コンピュータやゲーム機器等のマンマシンインタフェース等、様々な用途に幅広く使用されている。

圧力や変位量を測定するための装置としては、例えば特許文献１のような差動トランスを用いたものがある。これは、コアと差動コイルを用いてこれらの相対変化量を検出する方式であるが、コアや差動コイルにある程度の厚みがあるので、薄いシート状に構成することは難しかった。したがって、このような方式のものをシート状の圧力分布を測定する装置に応用することは難しかった。

また、薄いシート状に構成して圧力分布を測定可能なものとしては、例えば感圧ゴムを用いた特許文献２のものや、静電結合を用いた特許文献３のものが挙げられる。これらの圧力分布検出装置は、比較的インピーダンスが高いためノイズに弱く、検出装置の検出面を大型化することが難しかった。

コイルによる電磁結合を用いて圧力分布を測定できる装置としては、例えば本願出願人による特許文献４が挙げられる。これは、発振器が接続された駆動コイルと検出回路が接続された検出コイルとの間にクッション材を設け、駆動コイルと検出コイル間の距離の変化による電磁結合の変化を測定するものである。コイルによる電磁結合を用いた特許文献４の方式は、インピーダンスが低いのでノイズにも強く、シート状に構成可能なものであり、大型化も可能な圧力分布検出装置であった。

特開平０９−１１３２０３号公報 特開昭５７−１００３３１号公報 特開昭６２−２２６０３０号公報 特開２００５−１５６４７４号公報

しかしながら、特許文献４では、駆動コイルと検出コイルの２つの層をシート状に構成した場合、平面上に圧力分布検出装置を設置する場合には特に問題はないが、曲面や凹凸面に圧力分布検出装置を設置した場合、電磁結合するペアとなるコイル同士の軸を一致させることが難しかった。即ち、製造過程でコイル同士の軸を一致させて作成しておいても、平面上ではなく曲面上等に装置を置いた場合に、駆動コイルの設けられた層と検出コイルの設けられた層に大きなずれが生じ、圧力分布の検出感度や検出精度に悪影響を及ぼしていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、平面だけでなく曲面等の任意の形状の面にフィットさせても圧力分布の検出感度や検出精度への悪影響が少なく、装置の設置環境に影響を受け難い圧力分布検出装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による圧力分布検出装置は、基板上にループ状に配置される複数の駆動配線と、複数の駆動配線とそれぞれ電磁結合するためにループ状に配置される複数の検出配線と、駆動配線と検出配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、複数の駆動配線と複数の検出配線のそれぞれの間の距離を一定に保つスペーサ手段と、複数の電磁結合部の近傍に移動可能に設けられ、複数の電磁結合部のそれぞれの電磁結合の度合いを変化させる電磁結合可変手段と、複数の駆動配線に接続され、該複数の駆動配線を駆動する駆動手段と、複数の検出配線に接続され、電磁結合部の電磁結合の度合いの変化を該複数の検出配線から検出する検出手段と、を具備するものである。

ここで、駆動配線及び検出配線がそれぞれ直線状に形成されそれぞれ直交する方向に配置され、複数の電磁結合部は、駆動配線と検出配線が直交するそれぞれの位置の近傍に、駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される複数の導電性板が、それぞれ形成されることで提供されれば良い。

また、駆動配線及び検出配線がそれぞれ直線状に形成されそれぞれ直交する方向に配置され、複数の電磁結合部は、隣り合う駆動配線間の近傍で且つ隣り合う検出配線間の近傍に、駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される複数の導電性板が、それぞれ形成されることで提供されても良い。

また、駆動配線及び検出配線がそれぞれ直線状に形成されそれぞれ直交する方向に配置され、複数の電磁結合部は、検出配線の近傍で且つ隣り合う駆動配線間の近傍、及び駆動配線の近傍で且つ隣り合う検出配線間の近傍に、駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される複数の導電性板が、それぞれ形成されることで提供されても良い。

さらに、複数の電磁結合部は、駆動配線によりコイル状に形成される複数の駆動コイルと、複数の駆動コイルとそれぞれペアとなり電磁結合するように検出配線によりコイル状に形成される複数の検出コイルと、からなっていても良い。

また、複数の電磁結合部は、直線状に形成される駆動配線と、検出配線によりコイル状に形成される複数の検出コイルと、からなっていても良い。

逆に、複数の電磁結合部は、駆動配線によりコイル状に形成される複数の駆動コイルと、直線状に形成される検出配線と、からなっていても良い。

ここで、複数の駆動コイルは、複数の検出コイルと大きさが異なっていても良い。

また、複数の駆動コイルは所定方向に直列に接続され、複数の検出コイルは所定方向と直交する方向に直列に接続されても良い。

また、複数の駆動コイル及び検出コイルの部分が凸部を構成し、各コイルが直列に接続される部分が凹部を構成し、隣り合う直列接続される駆動コイルの列の間、及び／又は隣り合う直接接続される検出コイルの列の間は、凸部と凹部がそれぞれ互い違いの関係となるように構成されることを特徴とする圧力分布検出装置。

また、複数の駆動コイル及び／又は複数の検出コイルは、それぞれ略正方形であり、隣り合うコイルとは角部で直列に接続されても良い。

ここで、スペーサ手段は基板からなり、複数の駆動配線は基板の一方の面上に設けられ、複数の検出配線は基板の他方の面上に設けられても良い。

また、スペーサ手段は基板からなり、複数の駆動コイル及び複数の検出コイルは基板の同一面上に設けられても良い。

さらに、スペーサ手段は、電磁結合部が設けられる部分以外の部分に所定の切り欠き部を有していても良い。

また、スペーサ手段は、可撓性を有するものであっても良い。

また、電磁結合可変手段は、電磁結合部に第１クッション材を介して設けられれば良い。

また、電磁結合可変手段は、可撓性を有していても良い。

さらに、電磁結合部の、電磁結合可変手段が設けられる側とは反対側に、電磁シールド手段を有する構成であっても良い。

ここで、電磁シールド手段は、電磁結合部に第２クッション材を介して設けられれば良い。

なお、第１クッション材又は第２クッション材は、ポリプロピレン及び／又はポリエチレンとからなれば良い。

さらに、圧力分布検出装置を複数組み合わせて圧力分布を検出するようにしても良い。

さらに、複数の駆動コイルとそれぞれペアとなり電磁結合する複数のリファレンスコイルと、該複数のリファレンスコイルと複数の駆動コイル及び／又は複数の検出コイルとのそれぞれの間の距離を一定に保つ手段とを有し、検出手段は、複数の検出コイルと、それぞれ対応する複数のリファレンスコイルとの差分を検出する差動アンプを有するものであっても良い。

本発明の圧力分布検出装置には、検出面を大型化することが可能でノイズにも強く、検出面の形状、設置状態にあまり影響されることなく圧力分布を検出することが可能であるという利点がある。任意の形状の面にフィットさせることが可能であるため、圧力分布検出装置の応用範囲も広がる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の第１実施例の圧力分布検出装置を説明するための図であり、図１（ａ）はその一部透過平面概略図、図１（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）はそれを湾曲させたときの断面図である。図１（ａ）や図１（ｂ）に示す通り、本発明の圧力分布検出装置は、複数の駆動コイル１、複数の検出コイル２、コイルの近傍に設けられた電磁結合可変体３、駆動コイル１に接続された駆動回路、検出コイル２に接続された検出回路とから主に構成されるものである。

駆動コイル１は、複数の駆動コイル１が直列に接続され複数の駆動コイル列を構成し、これらが平行に並べられている。また、検出コイル２は、複数の検出コイル２が直列に接続され複数の検出コイル列を構成し、これらが駆動コイル列と直交する方向で平行に並べられ、複数の駆動コイル１とそれぞれペアとなり電磁結合するように構成されている。なお、図示例では駆動コイル及び／又は検出コイルは、略正方形のループ形状を有したコイルを示したが、本発明はこれに限定されず、円形のループ形状やスパイラル形状、ミアンダ形状等、コイルを構成可能な形状であれば如何なる形状であっても良い。さらに、矩形状のコイルを形成しても良い。略正方形のループ形状の場合、隣り合うコイルと角部で直列に接続されれば、隣り合うコイルの辺同士が直交するようになるため、隣り合うコイルとの干渉を減らすことが可能となる。

なお、駆動コイルと検出コイルはそれぞれコイル状である必要はなく、直線状に形成される駆動配線と、コイル状に形成される複数の検出コイルとから構成されていても電磁結合可能である。逆に、コイル状に形成される複数の駆動コイルと、直線状に形成される検出配線とから構成されていても良い。

また、図示例では駆動コイル１が検出コイル２よりも大きさが小さいものを示しているが、本発明はこれに限定されず、駆動コイル１と検出コイル２が同じ大きさのものであっても勿論構わない。逆に、駆動コイルが検出コイルよりも大きさが大きいものであっても良い。

そして、駆動コイル１と検出コイル２は基板上に設けられており、図示例ではこの基板が駆動コイル１と検出コイル２との間の距離を一定に保つためのスペーサ４として機能している。なお、必ずしも基板をスペーサとして用いる必要はなく、距離を一定に保つために別途スペーサを設けても勿論構わない。スペーサ４である基板は絶縁体であり、具体的にはフレキシブル基板やＰＥＴ部材等からなる可撓性部材である。但し、フレキシブルな圧力分布検出面とする必要がない場合には、ガラスエポキシ基板等の非可撓性部材であっても構わない。なお、図示例のようにスペーサ４を挟んで表裏面に駆動コイル１及び検出コイル２をそれぞれ設ける場合には、駆動コイル１及び検出コイル２は、両面基板等からなる基板上に貼付したり、蒸着やエッチング等によりパターンニングしたりすることで形成することが可能である。また、任意の形状の面に検出面をフィットさせやすくするために、スペーサ４の駆動コイルや検出コイルが設けられる部分以外を切り欠いて切り欠き部４０を形成し、よりフレキシブルな検出面とすることが可能である。

このようにコイル間の距離が一定に保たれた複数の駆動コイル１と検出コイル２の近傍に、駆動コイル１と検出コイル２の電磁結合の度合いに変化を与えるために、電磁結合可変体３が移動可能に設けられている。電磁結合可変体３は、電磁結合の度合いに変化を与えられる、例えばシート形状の導電体であり、ニッケルめっき等を施したアクリル繊維等からなる導電性布や導電ゴム等、可撓性を有するものを用いることが好ましい。可撓性を有する電磁結合可変体３として、例えばアルミ箔等を用いても良いし、後述のクッション材５上に導電体を蒸着等しても良い。但し、本発明はこれに限定されず、フレキシブルな圧力分布面とする必要がない場合には、非可撓性の導電体であっても構わない。電磁結合可変体がシート形状であれば、全面に導電体を形成するだけで良いので、製造も容易である。

また、駆動コイル１と検出コイル２の電磁結合の度合いに変化を与えられるものであれば、電磁結合可変体３は導電体である必要はなく、磁性体等であっても構わない。即ち、軟磁性体から構成される磁性体シート、具体的にはアモルファス磁性体やパーマロイ等を用いたシートを駆動コイル１と検出コイル２の近傍に設けるように構成しても構わない。

上記の電磁結合可変体３は、例えばクッション材５を介して駆動コイル１及び検出コイル上に設けられれば良い。クッション材５としては、シリコーンを用いて発砲体を構成したシリコーンスポンジや、ポリプロピレン及び／又はポリエチレンからなるもの等が挙げられる。使用するクッション材５は、シート形状に構成しやすく、腰があって耐久性を有するものであれば種々のものが利用可能である。また、クッション材５の硬さを種々変えることで、あらゆる圧力レンジに適用できる圧力分布検出装置を製造することが可能となる。

駆動コイルを高周波駆動し、電磁結合する２つのコイルに導電体からなる電磁結合可変体が近づくと、２つのコイル間の電磁結合の度合いが弱くなり、検出コイル２から測定される誘導電流又は誘導電圧が小さくなる。一方、磁性体からなる電磁結合可変体が近づいた場合には、コイル間の結合の度合いが強くなり、測定される誘導電流等が大きくなる。本発明の圧力分布検出装置ではこの現象を利用して、どの電磁結合するコイルのペアの部分に変化が現れたかを検出することで、圧力分布を検出するものである。

駆動コイル１には、これを駆動するための駆動回路が接続されている。駆動回路は、図示例では例えば発振器１０とドライバ回路１１とからなるものであり、例えばスイッチ回路等を用いて各駆動コイル列を順次駆動するように構成される。また、駆動コイル列毎に駆動する周波数を変化させてすべての駆動コイルを一度に駆動するように構成しても勿論良い。

また、検出コイル２には、これから駆動コイル１と検出コイル２との電磁結合の度合いの変化を検出するための検出回路が接続されている。検出回路は、図示例では例えばアンプ２０と同期検波部２１とＡ／Ｄ変換部２２とからなるものであり、例えばスイッチ回路等を用いて各検出コイル列からの誘導電流又は誘導電圧を順次検出するように構成される。同期検波部２１には、発振器１０からの出力も接続され、発振器からの出力と検出コイル２からの出力の積を取り、これを時間積分する。また、検出コイル列毎に別々に検出回路を設けてすべての検出コイルから一度に検出するように構成しても良い。

これらの駆動回路及び検出回路は、ＤＳＰ等からなるマイクロコンピュータ２３で制御され、必要な圧力分布出力を得るものである。

図示例では、駆動コイル１の列と検出コイル２の列を直交させて配置することで、マトリックス状に電磁結合するコイルペアを配置し、各駆動コイル列を駆動し、各検出コイル列から検出することで、どのコイルペアに誘導電流又は誘導電圧の変化があったかを検出できるようにしている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、コイルペア毎に駆動回路、検出回路をそれぞれ設け、それぞれのコイルペアから別々に誘導電流又は誘導電圧を検出するようにしても勿論構わない。

なお、必要により、電磁結合可変体３が設けられる側とは反対側に、クッション材６を介して電磁シールド体７を設けるように構成しても良い。電磁シールド体７としては、例えば導電体又は磁性体から構成されれば良い。電磁シールド体７を設けることで、外的ノイズに強くなり、設置場所等の影響を受け難くなる。クッション材６としては、クッション材５と同様に、シリコーンを用いて発砲体を構成したシリコーンスポンジや、ポリプロピレン及び／又はポリエチレンからなるもの等が挙げられる。

ここで、電磁シールド体７としては、電磁結合可変体３と同様に構成することで、表裏対称の検出面とすることも可能である。この場合には、クッション材６も、クッション材５と同様に構成すれば良い。このように構成することで、表裏対称の圧力分布検出装置を作成可能となる。例えば本発明の圧力分布検出装置をマンマシンインタフェース等に適用した場合等に、電磁結合可変体３や電磁シールド体７の外側部分にそれぞれ異なる図柄を施しておけば、使用目的等により表裏を裏返して使用することも可能となる。なお、電磁結合の度合いの可変幅は、電磁結合可変体に近い側のコイルを検出コイルとしたほうが大きくなることから、裏返して使用する場合には、必要により駆動回路と検出回路の接続も入れ替えれば良い。

図１に示したコイルパターンは、電磁結合部がマトリックス状に縦横に配置されていたが、電磁結合部をより密集させて高分解能な検出面とするためのコイルパターンを、図２を用いて説明する。図２は、本発明の圧力分布検出装置の第１実施例の他のコイルパターンを説明するための上面図であり、図２（ａ）が略正方形のコイルを用いたもの、図２（ｂ）が矩形状のコイルを用いたものである。図２（ａ）に示すように、直列接続される各コイルは、略正方形の複数の駆動コイル１及び検出コイル２の部分が凸部を構成し、各コイルが直列に接続される部分が凹部を構成している。そして、隣り合う直列接続される駆動コイル１の列の間は、凸部と凹部がそれぞれ互い違いの関係となるように構成されている。より具体的には、凸部が凹部に嵌るように配置されている。また、隣り合う直接接続される検出コイル２の列の間も、凸部と凹部がそれぞれ互い違いの関係となるように構成されている。検出コイル２は駆動コイル１よりも小さいコイルで構成されるため、図示例では、隣り合う検出コイル２の列は凸部が凹部に嵌るほどは近くはない。このようにコイルパターンを構成することで、コイルの大きさを小さくしなくても電磁結合部を増やすことができ、分解能を高くすることが可能となる。

また、図２（ｂ）に示すように、各コイルが矩形状に構成されている場合にも、複数の駆動コイル１の部分が凸部を構成し、各コイルが直列に接続される部分が凹部を構成し、隣り合うコイルの列が、凸部と凹部がそれぞれ互い違いの関係となるように構成されている。この場合にも高分解能な圧力分布検出装置が実現可能となる。なお、図示例では駆動配線を直線状に形成し、検出配線を矩形のコイル状に形成した例を示したが、本発明はこれに限定されず、駆動配線もコイル状に形成しても良いし、逆に、駆動配線をコイル状に形成して駆動コイルとし、検出配線を直線状に形成する構成であっても構わない。

また、本発明の圧力分布検出装置では、全体が可撓性を有するように構成可能であるため、エアバックの制御等のために車両の座席に設置されるような場合等であっても、良好に座席にフィットさせることが可能である。このように構成された本発明の第１実施例の圧力分布検出装置を曲面等に設置した場合、断面は図１（ｃ）のようになる。同図のように大きく撓ませたとしても、スペーサ４により駆動コイル１と検出コイル２との間の距離は一定に保たれるため、圧力分布の検出感度や検出精度に大きな変化は見られない。このように、本発明の圧力分布検出装置では、駆動コイル１と検出コイル２との間の距離の変化による電磁結合の度合いの変化を検出するものではないので、検出面の形状に関わらず安定した測定が行える。

次に、本発明の第２実施例の圧力分布検出装置を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２実施例の圧力分布検出装置を説明するための図であり、図３（ａ）がそのコイル部分のパターンを説明するための平面外略図、図３（ｂ）がそのｂ−ｂ断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、詳説は省略する。第１実施例では、駆動コイル１と検出コイル２は、スペーサ４として機能する基板の裏表面にそれぞれ設けられていたが、本第２実施例では、基板の同一面上に駆動コイル１及び検出コイル２が設けられている。同一面上に並べた場合には、各コイルを例えば長方形に構成し、駆動コイル１の１辺と検出コイル２の１辺が平行となるように配置される。このとき、駆動コイル１と検出コイル２との間の距離を一定に保つように、所定の間隔を置いて配置する。すなわち、第１実施例では基板の厚さ方向を利用して、距離を一定に保つスペーサとしていたが、本第２実施例では、基板の板面方向で所定の間隔を置いて配置することでスペーサとしている。

図示例では長方形の駆動コイル１がそれぞれ所定の方向に沿って設けられ、これに隣接するように略正方形の検出コイル２が配置されている。ここで、検出コイル２は、複数の検出コイル２からなる検出コイル列が、検出コイル列のコイル間に別の検出コイル列のコイルが配置されるように、互い違いに設けられている。また、駆動コイル１は、各検出コイル列の１つの検出コイル２とそれぞれ電磁結合するように、複数の検出コイル列の近傍にまたがるように配置される。このように構成されることで、圧力分布検出面のどの部分の電磁結合の度合いに変化が生じたかが検出可能となる。

なお、駆動コイル１及び検出コイル２は、基板であるスペーサ４の同一面上に貼付したり、蒸着やエッチング等によりパターンニングしたりすることで形成することが可能である。また、任意の形状の面に検出面をフィットさせやすくするために、必要により、スペーサ４の駆動コイルや検出コイルが設けられる部分以外を切り欠いて、よりフレキシブルな検出面とすることが可能である。

また、基板の同一面上に設けられる例の場合、コイルパターンは図３の例に限定されず、例えば図１で示したような隣り合うコイルと角部で直列に接続される略正方形のコイルであっても構わない。すなわち、基板の同一面上において、駆動コイル列と検出コイル列が直交するように、絶縁皮膜に覆われたエナメル線等でコイル列を構成しても良いし、駆動コイル列と検出コイル列が重なる部分を、スルーホール等を用いて裏面側で接続するようにしても良い。

図３に示した例では、表裏対称な構造としたが、第１実施例と同様に本発明はこれに限定されず、クッション材６に替えて堅い部材を用いて電磁シールド体７を固定しても良いし、クッション材６や電磁シールド体７を設けなくても勿論構わない。また、駆動コイルと検出コイルのパターンも図示例には限定されず、電磁結合してペアとなるように構成されれば如何なるものであっても良い。本発明の圧力分布検出装置では、駆動コイルと検出コイルとの間の距離を一定に保つことが重要である。

上記の第１実施例や第２実施例の圧力分布検出装置を複数組み合わせて用いる例を以下に説明する。図４は、本発明の第３実施例の圧力分布検出装置を説明するための図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。第３実施例では、上述した第１実施例や第２実施例のような圧力分布検出装置を１ユニット３０として複数重ね合わせて、１つの圧力分布検出装置を構成している。これにより、例えば各ユニット３０のクッション材５及び／又はクッション材６の硬さをそれぞれ異ならせる等して、微弱な圧力による変化から大きな圧力による変化まで、広帯域に正確な圧力分布検出が可能となる。

なお、図示例では、第１実施例の圧力分布検出装置をユニット３０として用いており、電磁シールド体は下のユニットの上層に設けられる電磁結合可変体３で代用した構成となっている。但し、本発明は図示例のような構成に限定されず、電磁シールド体を設けても良いし、逆にクッション材６を設けなくても良い。さらに、第１実施例の圧力分布検出装置ではなく、第２実施例の圧力分布検出装置を重ね合わせても良い。

次に、本発明の第４実施例の圧力分布検出装置を説明する。図５は、本発明の第４実施例の圧力分布検出装置を説明するための図であり、図５（ａ）がその一部透過平面概略図、図５（ｂ）がその裏面概略図である。本発明の第４実施例では、上述した第１実施例や第２実施例のような圧力分布検出装置を１ユニット３１として複数並べて敷き詰めたものである。これは、美術館や店舗等において人間がどういうルートで動き回ったか等を検出したり、スポーツ選手等の運動解析を行ったりする場合、さらには車両を走らせてタイヤの路面への接地状況を検査する場合等、大面積の圧力分布の検出を行いたい場合に適用可能な実施例である。ユニット３１毎に駆動回路及び検出回路を設け、ユニット３１毎に圧力分布検出が可能なように構成する。そして、これらのユニット３１からの出力をそれぞれＵＳＢ等のインタフェースを介してコンピュータ等に入力することで、広い面積の圧力分布検出が可能となる。なお、駆動回路や検出回路による電磁結合への影響を阻止するために、駆動回路や検出回路は電磁シールド体７の外側（下側）に設けることが好ましい。

通常、大面積の圧力分布を検出する場合、計測する圧力のセル数が多くなり、計測に時間がかかるようになってしまうため、処理能力の高い演算装置等、高価な装置が必要になってしまうことがあったが、本発明の第４実施例では、ユニット毎に処理可能なように構成しているため、高速に計測することが可能となる。なお、隣接するユニットとの干渉を防ぐために、ユニット毎に駆動周波数を変えたり駆動波形を変えたりすることも勿論可能である。なお、第３実施例においても、ユニット毎に駆動回路及び検出回路を設けることで、上記と同様の効果が得られる。

また、本発明の第４実施例のように構成された圧力分布検出装置では、装置を現場に設置するために搬送するときにはユニット毎に搬送でき、また、可撓性を有するように構成すれば各ユニットを例えばロールして搬送することも可能となる。

次に、本発明の第５実施例の圧力分布検出装置を説明する。本実施例は、駆動コイルと検出コイル以外に、リファレンスコイルをさらに設けることで、主に信号対ノイズ比を向上させたものである。図６は、本発明の第５実施例の圧力分布検出装置を説明するための図であり、図６（ａ）がその各層のコイルの接続形態が分かるように、各層を展開して示した概略説明図であり、図６（ｂ）がその断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図６に示したように、第５実施例は、駆動コイル１と検出コイル２以外に、さらに駆動コイル１と電磁結合するリファレンスコイル４１を設けたものである。各コイルは、例えばフレキシブル基板やＰＥＴ部材、又はガラスエポキシ等からなる多層基板等に設けられるものであり、駆動コイル１と検出コイル２の間の距離だけでなく、リファレンスコイル４１と駆動コイル１及び／又は検出コイル２の間の距離も、スペーサ４２で一定に保たれている。そして、リファレンスコイル４１は、検出コイル２と同じ方向に巻かれ、複数のリファレンスコイル４１が直列に接続され複数のリファレンスコイル列を構成している。

また、本第５実施例において電磁シールド体７を設ける場合には、第５実施例では検出コイル２とリファレンスコイル４１の差を検出しているため、リファレンスコイル４１における電磁結合の度合いの変化により差信号が弱まらないように、リファレンスコイル４１と電磁シールド体７との間も距離が一定となるように、スペーサ４３を設けても良い。スペーサ４２やスペーサ４３は、スペーサ４と同様に、絶縁体であり、フレキシブル基板やＰＥＴ部材等からなる可撓性部材、或いはガラスエポキシ基板等からなるもので構成すれば良い。

そして、検出コイル２とリファレンスコイル４１の出力信号の差分を検出するために、差動アンプ２５がこれらに接続されている。ここで、検出コイル２とリファレンスコイル４１は、上下で対応するコイル列を差動アンプ２５へ接続可能なように、連動スイッチ等にて差動アンプ２５に接続される。なお、リファレンスコイル４１に誘導される電圧・電流は、電磁結合可変体３の変動にはあまり影響を受けない。

このように本発明の第５実施例では、検出コイル２とリファレンスコイル４１の構造が略同じような構造となっているため、周囲のノイズがコイルの誘導電圧や誘導電流に乗ったとしても、同じように検出コイル２とリファレンスコイル４１に乗るため、差動アンプ２５でこれらはキャンセルされる。したがって、信号対ノイズ比が向上し、高感度測定も可能となる。

これまでの実施例では、駆動コイルと検出コイルによる電磁結合部が直接結合している例を説明したが、本発明の圧力分布検出装置は、電磁結合部が直接結合するものに限定されず、間接結合するものであっても構わない。以下、間接結合を用いた圧力分布検出装置について説明する。

図７に、本発明の圧力分布検出装置において、駆動配線と検出配線とがそれぞれ直線ループ状に形成され、これらが電磁結合するようにその近傍に導電性板を設けた例を示す。図７（ａ）はその検出面の一部上面図であり、図７（ｂ）がそのｂ−ｂ断面図である。図示の通り、両面基板等からなるスペーサ４の表裏面にそれぞれ駆動配線１００と検出配線２００とが直線状に形成され、これらが直交するそれぞれの位置の近傍に、駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される導電性板５０が形成されることで、電磁結合部が提供されている。直線状に直交する駆動配線１００と検出配線２００はそれだけでは電磁結合しないが、近傍に導電性板５０を設けることで、導電性板５０に生じる渦電流により間接的に電磁結合することになる。導電性板５０は、スペーサ４上に形成された検出配線２００上に所定の絶縁層５５を介して形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定されていれば、例えばスペーサ４内部に検出配線２００を埋め込み、スペーサ４の表面上に導電性板５０をパターンニング形成することも可能である。本発明の圧力分布検出装置においては、このように形成された電磁結合部の近傍に、それぞれの電磁結合の度合いを変化させるために、クッション材５を介して電磁結合可変体３が移動可能に設けられている。

なお、図示例では、導電性板５０を駆動配線１００と検出配線２００とが直交する部分の上部に設けているが、本発明はこれに限定されず、電磁結合が生ずるように構成されれば、導電性板は直交する部分の下部に設けられても勿論良い。また、導電性板５０は、駆動配線１００と検出配線２００とが直交する部分を覆うように設けられているが、本発明はこれに限定されず、上部から見て配線上にかからないように、直交する配線で提供される四辺形状の内側に設けられても勿論構わない。なお、この場合には、駆動配線や検出配線の上部ではなく、駆動配線又は検出配線と同じ面内に設けられても良い。

また、導電性板５０は、図示例では平板状のものを示したが、本発明はこれに限定されず、導電性板の中央部に開口を設けたものであっても構わない。

さらに、導電性板５０の配置は、駆動配線１００と検出配線２００とが直交する位置の近傍に設けられる以外に、以下で説明するようなパターンで設けても良い。図８は、本発明の圧力分布検出装置における導電性板の配置例のバリエーションを説明するための図である。なお、導電性板の配置例のバリエーションの説明図であるため、クッション材や電磁結合可変体の図示は省略する。図８（ａ）は、隣り合う駆動配線１００間の近傍で、且つ隣り合う検出配線２００間の近傍に、それぞれ導電性板５０を形成した例を示している。図８（ｂ）は、駆動配線１００と検出配線２００が直交する位置の近傍、及び隣り合う駆動配線１００間の近傍で且つ隣り合う検出配線２００間の近傍に、それぞれ導電性板５０を形成した例を示している。さらに、図８（ｃ）は、駆動配線１００の近傍で且つ隣り合う検出配線２００間の近傍、及び検出配線２００の近傍で且つ隣り合う駆動配線１００間の近傍に、それぞれ導電性板５０を形成した例を示している。このような種々のパターンで導電性板を設けることでも電磁結合部を構成することが可能である。なお、図示例の導電性板５０は、上部から見て配線上にかからないように、直交する配線で提供される四辺形状の内側に設けられているが、本発明はこれに限定されず、図７に示すように、配線上にかかるように導電性板５０を設けても構わない。

このように構成した間接結合する電磁結合部を、上述の第１実施例から第５実施例のいずれかにおいて、駆動コイルと検出コイルが直接結合する電磁結合部に代えて適用することが可能である。

なお、本発明の圧力分布検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、コイルペアのセル数も図示例にのみ限定されるものではなく、その数及び配置に特に制限はない。また、図示例では略正方形のループ形状のコイルを示したが、本発明はこれに限定されず、電磁結合が可能な形状であれば如何なるものであっても構わない。また、スペーサやクッション材、電磁結合可変体等の材質も、それぞれ距離を一定に保てるもの、クッション性があるもの、電磁結合に変化を与えられるものであれば、上述の具体的な実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１実施例の圧力分布検出装置を説明するための概略図である。 図２は、本発明の圧力分布検出装置のコイルパターンの他の例を説明するための概略図である。 図３は、本発明の第２実施例の圧力分布検出装置を説明するための概略図である。 図４は、本発明の第３実施例の圧力分布検出装置を説明するための概略図である。 図５は、本発明の第４実施例の圧力分布検出装置を説明するための概略図である。 図６は、本発明の第５実施例の圧力分布検出装置を説明するための概略図である。 図７は、本発明の圧力分布検出装置において間接結合する電磁結合部を適用した例を説明するための概略図である。 図８は、本発明の圧力分布検出装置において間接結合する電磁結合部の導電性板の配置例のバリエーションを説明するための概略図である。

符号の説明

１ 駆動コイル
２ 検出コイル
３ 電磁結合可変体
４ スペーサ
５ クッション材
６ クッション材
７ 電磁シールド体
１０ 発振器
１１ ドライバ回路
２０ アンプ
２１ 同期検波部
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ マイクロコンピュータ
２５ 差動アンプ
４１ リファレンスコイル
４２ スペーサ
４３ スペーサ
５０ 導電性板
５５ 絶縁層
１００ 駆動配線
２００ 検出配線

Claims (22)

1. 電磁結合を利用する圧力分布検出装置であって、該圧力分布検出装置は、
   基板上にループ状に配置される複数の駆動配線と、
   前記複数の駆動配線とそれぞれ電磁結合するためにループ状に配置される複数の検出配線と、
   前記駆動配線と検出配線が電磁結合するように構成される複数の電磁結合部と、
   前記複数の駆動配線と複数の検出配線のそれぞれの間の距離を一定に保つスペーサ手段と、
   前記複数の電磁結合部の近傍に移動可能に設けられ、前記複数の電磁結合部のそれぞれの電磁結合の度合いを変化させる電磁結合可変手段と、
   前記複数の駆動配線に接続され、該複数の駆動配線を駆動する駆動手段と、
   前記複数の検出配線に接続され、前記電磁結合部の電磁結合の度合いの変化を該複数の検出配線から検出する検出手段と、
   を具備することを特徴とする圧力分布検出装置。
2. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記駆動配線及び検出配線がそれぞれ直線状に形成されそれぞれ直交する方向に配置され、前記複数の電磁結合部は、前記駆動配線と検出配線が直交するそれぞれの位置の近傍に、前記駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される複数の導電性板が、それぞれ形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧力分布検出装置において、前記駆動配線及び検出配線がそれぞれ直線状に形成されそれぞれ直交する方向に配置され、前記複数の電磁結合部は、隣り合う前記駆動配線間の近傍で且つ隣り合う前記検出配線間の近傍に、前記駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される複数の導電性板が、それぞれ形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布検出装置。
4. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記駆動配線及び検出配線がそれぞれ直線状に形成されそれぞれ直交する方向に配置され、前記複数の電磁結合部は、検出配線の近傍で且つ隣り合う駆動配線間の近傍、及び駆動配線の近傍で且つ隣り合う検出配線間の近傍に、前記駆動配線及び検出配線までの距離が一定に固定される複数の導電性板が、それぞれ形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布検出装置。
5. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の電磁結合部は、前記駆動配線によりコイル状に形成される複数の駆動コイルと、前記複数の駆動コイルとそれぞれペアとなり電磁結合するように前記検出配線によりコイル状に形成される複数の検出コイルと、からなることを特徴とする圧力分布検出装置。
6. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の電磁結合部は、直線状に形成される前記駆動配線と、前記検出配線によりコイル状に形成される複数の検出コイルと、からなることを特徴とする圧力分布検出装置。
7. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の電磁結合部は、前記駆動配線によりコイル状に形成される複数の駆動コイルと、直線状に形成される前記検出配線と、からなることを特徴とする圧力分布検出装置。
8. 請求項５に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の駆動コイルは、前記複数の検出コイルと大きさが異なることを特徴とする圧力分布検出装置。
9. 請求項５又は請求項８に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の駆動コイルは所定方向に直列に接続され、前記複数の検出コイルは前記所定方向と直交する方向に直列に接続されることを特徴とする圧力分布検出装置。
10. 請求項９に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の駆動コイル及び検出コイルの部分が凸部を構成し、各コイルが直列に接続される部分が凹部を構成し、隣り合う直列接続される駆動コイルの列の間、及び／又は隣り合う直接接続される検出コイルの列の間は、前記凸部と凹部がそれぞれ互い違いの関係となるように構成されることを特徴とする圧力分布検出装置。
11. 請求項９又は１０に記載の圧力分布検出装置において、前記複数の駆動コイル及び／又は複数の検出コイルは、それぞれ略正方形であり、隣り合うコイルとは角部で直列に接続されることを特徴とする圧力分布検出装置。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記スペーサ手段は前記基板からなり、前記複数の駆動配線は前記基板の一方の面上に設けられ、前記複数の検出配線は前記基板の他方の面上に設けられることを特徴とする圧力分布検出装置。
13. 請求項５乃至請求項８の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記スペーサ手段は前記基板からなり、前記複数の駆動コイル及び複数の検出コイルは前記基板の同一面上に設けられることを特徴とする圧力分布検出装置。
14. 請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記スペーサ手段は、前記電磁結合部が設けられる部分以外の部分に所定の切り欠き部を有することを特徴とする圧力分布検出装置。
15. 請求項１乃至請求項１４の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記スペーサ手段は、可撓性を有することを特徴とする圧力分布検出装置。
16. 請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記電磁結合可変手段は、前記電磁結合部に第１クッション材を介して設けられることを特徴とする圧力分布検出装置。
17. 請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記電磁結合可変手段は、可撓性を有することを特徴とする圧力分布検出装置。
18. 請求項１乃至請求項１７の何れかに記載の圧力分布検出装置であって、さらに、前記電磁結合部の、前記電磁結合可変手段が設けられる側とは反対側に、電磁シールド手段を有することを特徴とする圧力分布検出装置。
19. 請求項１８に記載の圧力分布検出装置において、前記電磁シールド手段は、前記電磁結合部に第２クッション材を介して設けられることを特徴とする圧力分布検出装置。
20. 請求項１６又は請求項１９に記載の圧力分布検出装置において、前記第１クッション材又は第２クッション材は、ポリプロピレン及び／又はポリエチレンとからなることを特徴とする圧力分布検出装置。
21. 請求項１乃至請求項２０の何れかに記載の圧力分布検出装置において、該装置は、これを複数組み合わせて圧力分布を検出することを特徴とする圧力分布検出装置。
22. 請求項５に記載の圧力分布検出装置であって、さらに、前記複数の駆動コイルとそれぞれペアとなり電磁結合する複数のリファレンスコイルと、該複数のリファレンスコイルと前記複数の駆動コイル及び／又は複数の検出コイルとのそれぞれの間の距離を一定に保つ手段とを有し、前記検出手段は、前記複数の検出コイルと、それぞれ対応する複数のリファレンスコイルとの差分を検出する差動アンプを有することを特徴とする圧力分布検出装置。