JP2008209384A - Sensor sheet - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor sheet having a simple configuration and capable of detecting the components in a plurality of different directions of an externally applied force. <P>SOLUTION: In a sensor sheet, a plurality of first electrodes 11 each covered with pressure sensitive resistive members 11 and a plurality of second electrodes 21 each covered with pressure sensitive resistive members are arranged orthogonally to each other in plan view. A core member 40 formed of a hard material is disposed to extend onto the four detection regions in which the plurality of the first electrodes 11 and the plurality of the second electrodes 21 overlap each other in plan view. The X-axial component Fx, the Y-axial component Fy, and the Z-axial component Fz are detected, based on changes in resistance value of contact resistances R1, R2, R3, and R4 corresponding to the detection regions having one core member 40 disposed to extend onto them. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、外部から加えられた力の分布を測定可能なセンサシートに関する。   The present invention relates to a sensor sheet that can measure the distribution of externally applied force.

センサシートとしては、感圧抵抗インクが縦方向に沿う帯状に印刷されたPETフィルムと、感圧抵抗インクが横方向(縦方向と直交する方向)に沿う帯状に印刷されたPETフィルムとが、それぞれに印刷された感圧抵抗インクが交差するように貼り合わされたものが知られている(特許文献1、2参照)。かかるセンサシートでは、外部から力が加えられた場合には、力が加えられた部分に対応する2枚のPETフィルム間の接触抵抗が変化する。従って、多数の感圧抵抗インクのラインに沿った接触抵抗の大きさの変化を検出することによって、外部から加えられた力(圧力)の分布を測定することができる。   As the sensor sheet, a PET film in which the pressure-sensitive resistance ink is printed in a strip shape along the vertical direction, and a PET film in which the pressure-sensitive resistance ink is printed in a strip shape along the horizontal direction (a direction perpendicular to the vertical direction), There is known one in which pressure-sensitive resistance inks printed on each of them are bonded so as to intersect (see Patent Documents 1 and 2). In such a sensor sheet, when a force is applied from the outside, the contact resistance between the two PET films corresponding to the applied portion changes. Accordingly, the distribution of the force (pressure) applied from the outside can be measured by detecting the change in the magnitude of the contact resistance along the lines of a large number of pressure-sensitive resistance inks.

しかしながら、上記のセンサシートでは、外部から加えられた力のうちのシートに垂直な方向に対応した成分の検出だけが可能であって、その他の方向に対応した成分を検出することはできない。つまり、センサシートに対して、斜め方向(垂直方向でない方向)の力が加えられた場合でも、その斜め方向の力の当該シートに垂直な方向成分の大きさの力が加えられた場合と同様の力の分布しか得られない。そのため、外部から加えられる力の分布の詳細な解析を行うことができない。   However, the sensor sheet described above can only detect a component corresponding to a direction perpendicular to the sheet, out of a force applied from the outside, and cannot detect a component corresponding to the other direction. That is, even when a force in an oblique direction (a direction other than the vertical direction) is applied to the sensor sheet, it is the same as when a force having a magnitude of a direction component perpendicular to the sheet of the force in the oblique direction is applied. Only the distribution of force can be obtained. Therefore, detailed analysis of the distribution of force applied from the outside cannot be performed.

そこで、本願出願人は、外部から加えられる力の互いに異なる複数方向に対応した成分の検出が可能なセンサシートを提案した(特許文献3参照)。かかるセンサシートは、マトリックス状に配置された多数のセンサセルを有しており、各センサセルは、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した複数の電極を有している。そして、外部から力が加えられた場合には、各方向に対応した電極間に配置された感圧抵抗インクの接触抵抗値が変化するので、この抵抗値の変化を検出することによって、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分を検出することができる。
米国特許第4,734,034号明細書 米国特許第4,856,993号明細書 特開2004−117042号公報
Therefore, the applicant of the present application has proposed a sensor sheet that can detect components corresponding to a plurality of directions different from each other in force applied from the outside (see Patent Document 3). Such a sensor sheet has a large number of sensor cells arranged in a matrix, and each sensor cell has a plurality of electrodes corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. When a force is applied from the outside, the contact resistance value of the pressure-sensitive resistance ink arranged between the electrodes corresponding to each direction changes, so by detecting this change in resistance value, Components of the applied force corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction can be detected.
U.S. Pat. No. 4,734,034 US Pat. No. 4,856,993 JP 2004-117042 A

しかしながら、上記のセンサシートでは、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分を検出することは可能となるが、以下のような種々の問題が発生する。まず、各センサセルが互いに異なる複数の方向に対応した多数の電極を有しているので、センサシートの小型化が難しいと共に、特に多数のセンサセルが近接するように配置した場合には、多数の電極の全てからリード線を引き出すことは非常に困難である。また、各センサセルの構成が複雑であり、センサセルの密度を高める場合の効率が非常に悪い。さらに、各センサセルで検出した圧力をその大きさに比例した電圧に変換する場合に、全ての接触抵抗に対して1:1の比率で抵抗を電圧に変換するR/V変換回路が必要となり、変換回路が大がかりなものとなる。   However, although the sensor sheet can detect components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside, the following various problems occur. . First, since each sensor cell has a large number of electrodes corresponding to a plurality of different directions, it is difficult to reduce the size of the sensor sheet, and in particular, when a large number of sensor cells are arranged close to each other, a large number of electrodes It is very difficult to pull out the lead wire from all of the above. Further, the configuration of each sensor cell is complicated, and the efficiency in increasing the density of sensor cells is very poor. Furthermore, when converting the pressure detected by each sensor cell into a voltage proportional to the magnitude, an R / V conversion circuit that converts the resistance to voltage at a ratio of 1: 1 with respect to all the contact resistances is required. The conversion circuit becomes large.

なお、このような問題は、電極間の感圧抵抗インクの接触抵抗値の変化に基づいて力が検出されるセンサシートだけでなく、電極間の容量素子の静電容量値の変化に基づいて力が検出されるセンサシートにおいても発生する。   Such a problem is based not only on the sensor sheet in which the force is detected based on the change in the contact resistance value of the pressure-sensitive resistance ink between the electrodes, but also on the change in the capacitance value of the capacitive element between the electrodes. It also occurs in sensor sheets where force is detected.

そこで、本発明の目的は、簡易な構成で、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出可能なセンサシートを提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor sheet that can detect components corresponding to a plurality of different directions of forces applied from the outside with a simple configuration.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明のセンサシートは、帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第1電極と、帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第1電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第1電極に近接する方向に変位可能である複数の第2電極と、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極との間の少なくとも平面視において前記第1電極と前記第2電極とが重なる検知領域に配置された複数の感圧抵抗体と、前記複数の第2電極に対して前記複数の第1電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、前記第1電極及び前記第2電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の接触抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴としている。   The sensor sheet of the present invention has a plurality of first electrodes that are band-shaped and spaced apart from each other, and are band-shaped and spaced from each other and are disposed so as to intersect with the plurality of first electrodes in plan view. A plurality of second electrodes that are displaceable in a direction approaching the first electrode in accordance with a force applied from outside, and at least a plane between the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes. And a plurality of pressure-sensitive resistors disposed in a detection region where the first electrode and the second electrode overlap each other, and disposed on a side opposite to the plurality of first electrodes with respect to the plurality of second electrodes. And a core member formed of a hard material disposed across a plurality of the detection regions in plan view, and corresponding to each of the plurality of detection regions of the first electrode and the second electrode Contact resistance value between Is characterized by recognizing the component corresponding to a plurality of directions different from each other externally applied force based on the change.

本発明のセンサシートは、帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第1電極と、帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第1電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第1電極に近接する方向に変位可能である複数の第2電極と、前記複数の第2電極に対して前記複数の第1電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記第1電極と前記第2電極とが重なる検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とは絶縁されており、前記第1電極及び前記第2電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴としている。   The sensor sheet of the present invention has a plurality of first electrodes that are band-shaped and spaced apart from each other, and are band-shaped and spaced from each other and are disposed so as to intersect with the plurality of first electrodes in plan view. A plurality of second electrodes that are displaceable in a direction approaching the first electrode in accordance with a force applied from the outside, and on the opposite side of the plurality of first electrodes with respect to the plurality of second electrodes. And a core member formed of a hard material disposed across a plurality of detection regions in which the first electrode and the second electrode overlap in plan view, and the plurality of first electrodes, The plurality of second electrodes are insulated from each other and applied from the outside based on a change in capacitance value between portions corresponding to each of the plurality of detection regions of the first electrode and the second electrode. Different force It is characterized by recognizing the corresponding components.

この構成によると、比較的少ない数の第1電極及び第2電極を配置するだけで、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出できる。そのため、センサシートの構成を簡略化できると共に、各電極からのリード線の引き出しが容易になる。従って、煩雑な製造工程を経ることなく、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を検出可能なセンサシートを得ることができる。   According to this configuration, it is possible to detect components corresponding to a plurality of different directions of force applied from the outside only by arranging a relatively small number of first electrodes and second electrodes. Therefore, the configuration of the sensor sheet can be simplified, and the lead wire from each electrode can be easily pulled out. Therefore, it is possible to obtain a sensor sheet that can detect components corresponding to a plurality of different directions of the force applied from the outside without going through a complicated manufacturing process.

本発明のセンサシートにおいては、前記複数の検知領域は平面視において直交する2つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された4つの検知領域であることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, the plurality of detection regions may be four detection regions arranged symmetrically with respect to each of two straight lines orthogonal in a plan view.

この構成によると、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分が、4つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて検出されるので、各成分を検出するための演算が簡略化される。   According to this configuration, components corresponding to a plurality of different directions of the force applied from the outside are detected based on changes in resistance values corresponding to the four detection regions, so that an operation for detecting each component is performed. Simplified.

本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の中心位置は平面視において前記4つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, the center position of the core member may coincide with the center positions of the four detection regions in plan view.

この構成によると、平面視においてコア部材の中心位置と4つの検知領域の中心位置とが一致しているため、センサシートに外部から加えられた力を精度よく検出することが可能となる。   According to this configuration, since the center position of the core member and the center positions of the four detection areas coincide in plan view, it is possible to accurately detect the force applied to the sensor sheet from the outside.

本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記4つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, at least a part of the end portion of the core member may be located inside all of the four detection regions in a plan view.

この構成によると、第2電極がコア部材の下面において外部から加えられた力が集中するエッジ部により押圧されることで第1電極に近づく方向に移動するので、外部から加えられた力を検出する感度がよくなる。   According to this configuration, the second electrode moves in a direction approaching the first electrode by being pressed by the edge portion where the force applied from the outside concentrates on the lower surface of the core member, so that the force applied from the outside is detected. Sensitivity to improve.

本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材は円柱部材であることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, the core member may be a cylindrical member.

この構成によると、コア部材が外部からの力によってどの方向にも同様に移動または傾斜することができるので、力検出において方向性が生じるのを抑制することができる。   According to this configuration, the core member can be similarly moved or inclined in any direction by an external force, so that it is possible to suppress the occurrence of directionality in force detection.

本発明のセンサシートにおいては、前記複数の検知領域は平面視において直交する2つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された5つの検知領域であることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, the plurality of detection areas may be five detection areas arranged in line symmetry with respect to each of two straight lines orthogonal in a plan view.

この構成によると、外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分が、5つの検知領域に対応した接触抵抗値の変化に基づいて検出されるので、各成分を検出するための演算が簡略化される。   According to this configuration, components corresponding to a plurality of different directions of the force applied from the outside are detected based on changes in the contact resistance values corresponding to the five detection regions, so that an operation for detecting each component is performed. Is simplified.

本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の中心位置は平面視において前記5つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴とする請求項6に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to claim 6, wherein a center position of the core member coincides with a center position of the five detection regions in plan view.

この構成によると、平面視においてコア部材の中心位置と5つの検知領域の中心位置とが一致しているため、センサシートに外部から加えられた力を精度よく検出することが可能となる。   According to this configuration, since the center position of the core member coincides with the center positions of the five detection regions in plan view, it is possible to accurately detect the force applied to the sensor sheet from the outside.

本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記5つの検知領域のうちの外側の4つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, at least a part of the end portion of the core member is located inside all of the four detection areas outside the five detection areas in plan view. Also good.

この構成によると、第2電極がコア部材の下面において外部から加えられた力が集中するエッジ部により押圧されることで第1電極に近づく方向に移動するので、外部から加えられた力を検出する感度がよくなる。   According to this configuration, the second electrode moves in a direction approaching the first electrode by being pressed by the edge portion where the force applied from the outside concentrates on the lower surface of the core member, so that the force applied from the outside is detected. Sensitivity to improve.

本発明のセンサシートにおいては、前記コア部材は円柱部材であることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, the core member may be a cylindrical member.

この構成によると、コア部材が外部からの力によってどの方向にも同様に移動または傾斜することができるので、力検出において方向性が生じるのを抑制することができる。   According to this configuration, the core member can be similarly moved or inclined in any direction by an external force, so that it is possible to suppress the occurrence of directionality in force detection.

本発明のセンサシートにおいては、前記複数の検知領域及び前記コア部材を含むユニットはマトリックス状に配置されていることを特徴としていてもよい。   In the sensor sheet of the present invention, the units including the plurality of detection regions and the core member may be arranged in a matrix.

この構成によると、センサシート上には、複数の検知領域及びコア部材を含むユニットが均一に配置されるので、センサシートに外部から加えられた力の分布を検出することが可能となる。   According to this configuration, since the units including the plurality of detection regions and the core member are uniformly arranged on the sensor sheet, it is possible to detect the distribution of the force applied from the outside to the sensor sheet.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係るセンサシートの部分的な外観斜視図である。図2は、図1のセンサシートの概略構成を示す模式図である。図3は、センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。図4は、外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial external perspective view of a sensor sheet according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the sensor sheet of FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of detection regions in the sensor sheet. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the sensor sheet when a force is applied from the outside.

センサシート1は、図1及び図2に示すように、複数の帯状の第1電極11が配置された基板10と、複数の帯状の第2電極21が配置され且つ基板10に貼り合わされた基板20と、基板20の上方に配置された支持部材30及び複数の円柱形状のコア部材40と、外部から加えられる力を受ける平坦な(凹凸のない)カバー層31とを有している。そして、基板10の上面に形成された複数の第1電極11は感圧抵抗体12でそれぞれ覆われており、基板20の下面に形成された複数の第2電極21は感圧抵抗体22でそれぞれ覆われている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor sheet 1 includes a substrate 10 on which a plurality of strip-shaped first electrodes 11 are disposed, and a substrate on which a plurality of strip-shaped second electrodes 21 are disposed and bonded to the substrate 10. 20, a support member 30 and a plurality of columnar core members 40 disposed above the substrate 20, and a flat (uneven) cover layer 31 that receives a force applied from the outside. The plurality of first electrodes 11 formed on the upper surface of the substrate 10 are respectively covered with the pressure-sensitive resistor 12, and the plurality of second electrodes 21 formed on the lower surface of the substrate 20 are the pressure-sensitive resistors 22. Each is covered.

ここで、複数の第1電極11は、基板10の上面において、互いに離隔し絶縁されるように配置されている。また同様に、複数の第2電極21は、基板20の下面において、互いに離隔し絶縁されるように配置されている。そして、基板10と基板20とは、第1電極11と第2電極21とが対向し、且つ、両者が平面視において直交するように貼り合わされている。   Here, the plurality of first electrodes 11 are arranged on the upper surface of the substrate 10 so as to be separated from each other and insulated. Similarly, the plurality of second electrodes 21 are disposed on the lower surface of the substrate 20 so as to be separated from each other and insulated. And the board | substrate 10 and the board | substrate 20 are bonded together so that the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 21 may oppose, and both may cross | intersect in planar view.

なお、基板10及び基板20としては、例えばPETやポリミイドなどの柔軟な材料で形成されている。第1電極及び第2電極としては、例えば銀、アルミ、銅、カーボンなどの導電性部材が用いられ、感圧抵抗体としては、例えば感圧導電性インク、感圧導電性ゴムが用いられる。また、支持部材30及びカバー層31としては、例えばシリコンゴム、ウレタンゴム、スポンジなどの柔軟性部材が用いられている。コア部材40は、支持部材30及びカバー層31よりも硬い材質から形成されている。そして、感圧抵抗体12、22の成分や、支持部材30及びカバー層31の材質、硬度及び厚さなどを変更することによって、センサシート1の感度を調整することができる。また、支持部材30とカバー層31とは一体の部材であってもよい。   In addition, as the board | substrate 10 and the board | substrate 20, it is formed with flexible materials, such as PET and a polyimide, for example. As the first electrode and the second electrode, for example, a conductive member such as silver, aluminum, copper, or carbon is used. As the pressure-sensitive resistor, for example, pressure-sensitive conductive ink or pressure-sensitive conductive rubber is used. In addition, as the support member 30 and the cover layer 31, for example, a flexible member such as silicon rubber, urethane rubber, or sponge is used. The core member 40 is formed of a material harder than the support member 30 and the cover layer 31. And the sensitivity of the sensor sheet | seat 1 can be adjusted by changing the component of the pressure sensitive resistors 12 and 22, the material of the support member 30 and the cover layer 31, hardness, thickness, etc. FIG. Further, the support member 30 and the cover layer 31 may be an integral member.

センサシート1では、平面視において第1電極11と第2電極21とが重なる部分が検知領域となる。そして、第1電極11には、それぞれ1本のリード線が接続されており、そのリード線から共通の駆動電圧が加えられる。一方、第2電極21には、それぞれ1本のリード線が接続されており、OPアンプの入力端子に接続されている。従って、ある1つの第1電極11上に配置された複数の検知領域は駆動電極側の共通電極となり、各検知領域に対応した第2電極21はそれぞれ独立したOPアンプに接続されていることから、第1電極11及び第2電極21の複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の接触抵抗値が検出される。   In the sensor sheet 1, a portion where the first electrode 11 and the second electrode 21 overlap in a plan view is a detection region. The first electrode 11 is connected to one lead wire, and a common drive voltage is applied from the lead wire. On the other hand, one lead wire is connected to each of the second electrodes 21 and is connected to the input terminal of the OP amplifier. Therefore, a plurality of detection regions arranged on one first electrode 11 are common electrodes on the drive electrode side, and the second electrodes 21 corresponding to the detection regions are connected to independent OP amplifiers. A contact resistance value between portions corresponding to each of the plurality of detection regions of the first electrode 11 and the second electrode 21 is detected.

ここで、センサシート1では、図3に示すように、4つの検知領域D1、D2、D3、D4及びそれに対応したコア部材40を含む構成が1つの基本ユニット2として機能する。なお、センサシート1では、複数の基本ユニット2がマトリックス状に配置されている。ここで、平面視において第1電極11に沿う方向のX軸、第2電極21に沿う方向のY軸、基板10に垂直な方向のZ軸を定義すると、4つの検知領域D1、D2、D3、D4は、平面視において直交するX,Y軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。   Here, in the sensor sheet 1, as shown in FIG. 3, the configuration including the four detection regions D 1, D 2, D 3, D 4 and the corresponding core member 40 functions as one basic unit 2. In the sensor sheet 1, a plurality of basic units 2 are arranged in a matrix. Here, when the X axis in the direction along the first electrode 11, the Y axis in the direction along the second electrode 21, and the Z axis in the direction perpendicular to the substrate 10 are defined in plan view, four detection regions D 1, D 2, D 3 are defined. , D4 are arranged symmetrically with respect to the X and Y axes orthogonal to each other in plan view.

また、4つの検知領域D1、D2、D3、D4に対応したコア部材40は、図3に示すように、4つの検知領域D1、D2、D3、D4に跨って配置されている。そして、コア部材40の中心位置は、平面視において4つの検知領域D1、D2、D3、D4の中心位置と一致している。また、コア部材40の端部の少なくとも一部は、平面視において4つの検知領域D1、D2、D3、D4の全ての内側に位置している。   Further, the core member 40 corresponding to the four detection areas D1, D2, D3, and D4 is disposed across the four detection areas D1, D2, D3, and D4 as shown in FIG. And the center position of the core member 40 corresponds with the center position of four detection area | regions D1, D2, D3, D4 in planar view. Further, at least a part of the end portion of the core member 40 is located inside all of the four detection regions D1, D2, D3, and D4 in a plan view.

従って、センサシート1に外部から力が加えられた場合には、各基本ユニット2に含まれる4つの検知領域D1、D2、D3、D4のそれぞれに対応した第1電極11と第2電極21間の接触抵抗R1、R2、R3、R4の抵抗値の変化に基づいて、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分が検出される。   Therefore, when a force is applied to the sensor sheet 1 from the outside, the distance between the first electrode 11 and the second electrode 21 corresponding to each of the four detection areas D1, D2, D3, and D4 included in each basic unit 2 Based on changes in the resistance values of the contact resistances R1, R2, R3, and R4, components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside are detected.

以下、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分の検出方法について具体的に説明する。ここで、4つの検知領域D1、D2、D3、D4のそれぞれに対応した接触抵抗R1、R2、R3、R4の抵抗値は、外部からの力の大きさに反比例した電圧V1、V2、V3、V4に変換されるとする。   Hereinafter, a method for detecting components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside will be specifically described. Here, the resistance values of the contact resistances R1, R2, R3, and R4 corresponding to the four detection regions D1, D2, D3, and D4 are voltages V1, V2, V3, which are inversely proportional to the magnitude of external force, Suppose that it is converted to V4.

例えば、図4に示すように、X軸正方向の力FxすなわちX軸正方向に偏った力Fxがカバー層31に作用すると、検知領域D2、D4に対応した部分に大きな力が加わるので、力Fxの大きさに応じて、接触抵抗R2、R4の抵抗値は小さくなり、電圧V2、V4の値は大きくなる。このとき、検知領域D1、D3に対応した部分にほとんど力が加わらないので、接触抵抗R1、R3の抵抗値はほとんど変化せず、電圧V1、V3の値はほとんど変化しない。   For example, as shown in FIG. 4, when a force Fx in the X-axis positive direction, that is, a force Fx biased in the X-axis positive direction acts on the cover layer 31, a large force is applied to the portions corresponding to the detection regions D2 and D4. Depending on the magnitude of the force Fx, the resistance values of the contact resistances R2 and R4 are reduced, and the values of the voltages V2 and V4 are increased. At this time, since almost no force is applied to the portions corresponding to the detection regions D1 and D3, the resistance values of the contact resistances R1 and R3 hardly change, and the values of the voltages V1 and V3 hardly change.

また同様に、Y軸正方向の力FyすなわちY軸正方向に偏った力Fyがカバー層31に作用すると、検知領域D3、D4に対応した部分に大きな力が加わるので、力Fyの大きさに応じて、接触抵抗R3、R4の抵抗値は小さくなり、電圧V3、V4の値は大きくなる。   Similarly, when a force Fy in the Y-axis positive direction, that is, a force Fy biased in the Y-axis positive direction acts on the cover layer 31, a large force is applied to the portions corresponding to the detection regions D3 and D4. Accordingly, the resistance values of the contact resistances R3 and R4 are decreased, and the values of the voltages V3 and V4 are increased.

また、Z軸正方向の力Fzがカバー層31に作用すると、検知領域D1、D2、D3、D4に対応した部分に均一な力が加わるので、力Fzの大きさに応じて、接触抵抗R1、R2、R3、R4の抵抗値はいずれも小さくなり、電圧V1、V2、V3、V4の値はいずれも大きくなる。   Further, when the force Fz in the positive direction of the Z axis acts on the cover layer 31, a uniform force is applied to the portions corresponding to the detection regions D1, D2, D3, and D4, so that the contact resistance R1 depends on the magnitude of the force Fz. , R2, R3, and R4 all have small resistance values, and the voltages V1, V2, V3, and V4 all have large values.

以上の結果を、X、Y、Z軸方向の力Fx、Fy、Fzと電圧V1、V2、V3、V4との関係を表にまとめると、以下のようになる。

Figure 2008209384
ここで、上記の表において記号「+」は、センサシート1に外部から力が作用していないときを基準として各電圧値が増加したことを示し、無記号は各電圧値がほとんど変化しないことを示している。 The above results are summarized as follows in relation to the X-, Y-, and Z-axis direction forces Fx, Fy, Fz and the voltages V1, V2, V3, V4.
Figure 2008209384
Here, in the above table, the symbol “+” indicates that each voltage value has increased with reference to when no force is applied to the sensor sheet 1 from the outside, and no symbol indicates that each voltage value hardly changes. Is shown.

これらの特徴を利用すると、カバー層31に作用した力FのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分Fx、Fy、Fzは、電圧V1、V2、V3、V4を用いて、以下の式で表される。
Fx=(V2+V4)−(Vl+V3)
Fy=(V3+V4)−(Vl+V2)
Fz=Vl+V2+V3+V4
Using these characteristics, the components Fx, Fy, and Fz corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force F acting on the cover layer 31 use the voltages V1, V2, V3, and V4. It is expressed by the following formula.
Fx = (V2 + V4) − (Vl + V3)
Fy = (V3 + V4) − (Vl + V2)
Fz = Vl + V2 + V3 + V4

以上説明したように、本実施の形態に係るセンサシート1においては、1つのコア部材40が跨るように配置された4つの検知領域に対応した接触抵抗R1、R2、R3、R4の抵抗値に基づいて導出された電圧V1、V2、V3、V4を用いて、センサシート1に外部から加えられた力FのX軸方向成分Fx、Y軸方向成分Fy及びZ軸方向成分Fzをそれぞれ検出することができる。   As described above, in the sensor sheet 1 according to the present embodiment, the resistance values of the contact resistances R1, R2, R3, and R4 corresponding to the four detection regions arranged so that one core member 40 is straddled. Using the voltages V1, V2, V3, and V4 derived based on this, the X-axis direction component Fx, the Y-axis direction component Fy, and the Z-axis direction component Fz of the force F applied from the outside to the sensor sheet 1 are detected. be able to.

なお、力FのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分Fx、Fy、Fzは、接触抵抗R1、R2、R3、R4の値を直接検出し、上記の式と同様の演算を行うことによっても導出することも可能である。また、電圧V1、V2、V3、V4の値をマイクロコンピュータなどのAD変換器などを用いて、一旦、デジタル値に変換した後で、上記の式と同様の演算を行うことによっても導出することも可能である。   The components Fx, Fy, and Fz corresponding to the force F in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction directly detect the values of the contact resistances R1, R2, R3, and R4, and calculate the same as the above formula. It is also possible to derive by performing. In addition, the values of the voltages V1, V2, V3, and V4 are once converted into digital values using an AD converter such as a microcomputer, and then derived by performing the same calculation as the above formula. Is also possible.

次に、本発明の第2の実施の形態にかかるセンサシート101について、図面を参照して説明する。図5は、本発明の第2の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。   Next, a sensor sheet 101 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of a plurality of detection regions in the sensor sheet according to the second embodiment of the present invention.

本実施の形態のセンサシート101の構成が第1の実施の形態のセンサシート1の構成と大きく異なる点は、センサシート1では、平面視において第1電極11に沿う方向のX軸、第2電極21に沿う方向のY軸、基板10に垂直な方向のZ軸を定義したのに対し、センサシート101では、X軸及びY軸を第1電極11及び第2電極22と交差するように定義した点である。なお、センサシート101の他の構成はセンサシート1と同様であるので同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。   The configuration of the sensor sheet 101 of the present embodiment is greatly different from the configuration of the sensor sheet 1 of the first embodiment. The sensor sheet 1 has the X axis in the direction along the first electrode 11 in the plan view, the second While the Y axis in the direction along the electrode 21 and the Z axis in the direction perpendicular to the substrate 10 are defined, in the sensor sheet 101, the X axis and the Y axis intersect the first electrode 11 and the second electrode 22. It is a defined point. Since the other configuration of the sensor sheet 101 is the same as that of the sensor sheet 1, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

センサシート101では、平面視において第1電極11に沿う方向から時計回りに45度の方向のX軸、第2電極21に沿う方向から時計回りに45度の方向のY軸、基板10に垂直な方向のZ軸を定義すると、4つの検知領域D101、D102、D103、D104は、平面視において直交するX,Y軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。   In the sensor sheet 101, the X axis in the direction of 45 degrees clockwise from the direction along the first electrode 11 in the plan view, the Y axis in the direction of 45 degrees clockwise from the direction along the second electrode 21, and perpendicular to the substrate 10. If the Z axis in a certain direction is defined, the four detection regions D101, D102, D103, and D104 are arranged in line symmetry with respect to the X and Y axes that are orthogonal in a plan view.

また、4つの検知領域D101、D102、D103、D104に対応したコア部材40は、図5に示すように、4つの検知領域D101、D102、D103、D104に跨って配置されている。そして、コア部材40の中心位置は、平面視において4つの検知領域D101、D102、D103、D104の中心位置と一致している。また、コア部材40の端部の一部は、平面視において4つの検知領域D101、D102、D103、D104の全ての内側に位置している。   Moreover, the core member 40 corresponding to the four detection areas D101, D102, D103, and D104 is disposed across the four detection areas D101, D102, D103, and D104 as shown in FIG. And the center position of the core member 40 corresponds with the center position of four detection area | regions D101, D102, D103, D104 in planar view. Moreover, a part of edge part of the core member 40 is located inside all four detection area | regions D101, D102, D103, D104 in planar view.

従って、センサシート101に外部から力が加えられた場合には、4つの検知領域D101、D102、D103、D104のそれぞれに対応した第1電極11と第2電極21間の接触抵抗R101、R102、R103、R104の変化に基づいて、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分が検出される。   Therefore, when a force is applied to the sensor sheet 101 from the outside, the contact resistances R101, R102, between the first electrode 11 and the second electrode 21 corresponding to the four detection regions D101, D102, D103, D104, respectively. Based on changes in R103 and R104, components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside are detected.

ここで、4つの検知領域D101、D102、D103、D104のそれぞれに対応した接触抵抗R101、R102、R103、R104は、外部からの力の大きさに反比例した電圧V101、V102、V103、V104に変換されるとすると、カバー層31に作用した力FのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分Fx、Fy、Fzは、電圧V101、V102、V103、V104を用いて、以下の式で表される。
Fx=Vl01―V103
Fy=V102―V104
Fz=Vl01+V102+V103+V104
Here, the contact resistances R101, R102, R103, and R104 corresponding to the four detection regions D101, D102, D103, and D104 are converted into voltages V101, V102, V103, and V104 that are inversely proportional to the magnitude of the external force. Assuming that the components Fx, Fy, Fz corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force F acting on the cover layer 31 are as follows using the voltages V101, V102, V103, V104. It is expressed by a formula.
Fx = V101-V103
Fy = V102−V104
Fz = V101 + V102 + V103 + V104

以上説明したように、本実施の形態のセンサシート101では、第1の実施の形態と同様に、1つのコア部材40が跨るように配置された4つの検知領域に対応した接触抵抗R101、R102、R103、R104の抵抗値に基づいて導出された電圧V101、V102、V103、V104を用いて、センサシート101に外部から加えられた力FのX軸方向成分Fx、Y軸方向成分Fy及びZ軸方向成分Fzをそれぞれ検出することができる。   As described above, in the sensor sheet 101 of the present embodiment, as in the first embodiment, the contact resistances R101 and R102 corresponding to the four detection regions arranged so that one core member 40 is straddled. , R103, R104, and the voltage V101, V102, V103, V104 derived from the resistance value, the X-axis direction component Fx, the Y-axis direction component Fy, and Z of the force F applied to the sensor sheet 101 from the outside. Each of the axial components Fz can be detected.

次に、本発明の第3の実施の形態にかかるセンサシート201について、図面を参照して説明する。図6は、本発明の第3の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。   Next, a sensor sheet 201 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of a plurality of detection areas in the sensor sheet according to the third embodiment of the present invention.

本実施の形態のセンサシート201の構成が第1の実施の形態のセンサシート1の構成と大きく異なる点は、センサシート1では、4つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分が検出されるのに対し、センサシート201では、5つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分が検出される点である。なお、センサシート201の他の構成はセンサシート1と同様であるので同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。   The configuration of the sensor sheet 201 of the present embodiment differs greatly from the configuration of the sensor sheet 1 of the first embodiment in that the sensor sheet 1 is externally based on changes in resistance values corresponding to the four detection areas. While the component corresponding to the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction of the applied force is detected, the sensor sheet 201 adds from the outside based on the resistance value changes corresponding to the five detection areas. The component corresponding to the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction of the applied force is detected. Since the other configuration of the sensor sheet 201 is the same as that of the sensor sheet 1, the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

ここで、センサシート201では、5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205及びそれに対応したコア部材240を含む構成が1つの基本ユニットとして機能する。ここで、平面視において第1電極11に沿う方向のX軸、第2電極21に沿う方向のY軸、基板10に垂直な方向のZ軸を定義すると、5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205は、平面視において直交するX,Y軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。なお、本実施の形態では、コア部材240は、5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205の他に、4つの検知領域D200に跨るように配置されているが、4つの検知領域D200に対応した接触抵抗の抵抗値の変化は力の検出には利用されない。   Here, in the sensor sheet 201, a configuration including the five detection areas D201, D202, D203, D204, D205 and the corresponding core member 240 functions as one basic unit. Here, when the X axis in the direction along the first electrode 11, the Y axis in the direction along the second electrode 21, and the Z axis in the direction perpendicular to the substrate 10 are defined in plan view, the five detection regions D201, D202, and D203 are defined. , D204, D205 are arranged symmetrically with respect to the X and Y axes orthogonal to each other in plan view. In the present embodiment, the core member 240 is arranged so as to straddle the four detection areas D200 in addition to the five detection areas D201, D202, D203, D204, and D205. The change in the resistance value of the contact resistance corresponding to is not used for force detection.

また、5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205に対応したコア部材140は、図6に示すように、5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205に跨って配置されている。そして、コア部材140の中心位置は、平面視において5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205の中心位置と一致している。また、コア部材140の端部の一部は、平面視において5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205のうちの外側の4つの検知領域D201、D202、D203、D204の全ての内側に位置している。   Further, the core member 140 corresponding to the five detection areas D201, D202, D203, D204, and D205 is disposed across the five detection areas D201, D202, D203, D204, and D205 as shown in FIG. . The center position of the core member 140 coincides with the center positions of the five detection areas D201, D202, D203, D204, and D205 in plan view. In addition, a part of the end of the core member 140 is located inside all four detection areas D201, D202, D203, and D204 outside the five detection areas D201, D202, D203, D204, and D205 in plan view. positioned.

従って、センサシート201に外部から力が加えられた場合には、各基本ユニットに含まれる5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205のそれぞれに対応した第1電極11と第2電極21間の接触抵抗R201、R202、R203、R204、R205の変化に基づいて、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分が検出される。   Therefore, when a force is applied to the sensor sheet 201 from the outside, the first electrode 11 and the second electrode 21 corresponding to each of the five detection areas D201, D202, D203, D204, and D205 included in each basic unit. Based on changes in the contact resistances R201, R202, R203, R204, and R205, components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside are detected.

ここで、5つの検知領域D201、D202、D203、D204、D205のそれぞれに対応した接触抵抗R201、R202、R203、R204、R205は、外部からの力の大きさに反比例した電圧V201、V202、V203、V204、V205に変換されるとすると、カバー層31に作用した力FのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分Fx、Fy、Fzは、電圧V201、V202、V203、V204、V205を用いて、以下の式で表される。
Fx=V201―V203
Fy=V202―V204
Fz=V205
(または、Fz=V201+V202+V203+V204)
(または、Fz=V201+V202+V203+V204+V205)
Here, the contact resistances R201, R202, R203, R204, and R205 corresponding to the five detection regions D201, D202, D203, D204, and D205 are voltages V201, V202, and V203 that are inversely proportional to the magnitude of the external force. , V204, and V205, the components Fx, Fy, and Fz corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force F acting on the cover layer 31 are voltages V201, V202, V203, and V204. , V205, and is expressed by the following equation.
Fx = V201−V203
Fy = V202−V204
Fz = V205
(Or Fz = V201 + V202 + V203 + V204)
(Or Fz = V201 + V202 + V203 + V204 + V205)

以上説明したように、本実施の形態のセンサシート201では、第1の実施の形態と同様に、1つのコア部材240が跨るように配置された5つの検知領域に対応した接触抵抗R201、R202、R203、R204、R205の抵抗値に基づいて導出された電圧V201、V202、V203、V204、V205を用いて、センサシート201に外部から加えられた力FのX軸方向成分Fx、Y軸方向成分Fy及びZ軸方向成分Fzをそれぞれ検出することができる。   As described above, in the sensor sheet 201 of the present embodiment, as in the first embodiment, the contact resistances R201 and R202 corresponding to the five detection regions arranged so that one core member 240 is straddled. , R 203, R 204, R 205, the voltage V 201, V 202, V 203, V 204, V 205 derived from the resistance value, the force F applied to the sensor sheet 201 from the outside in the X axis direction component Fx, Y axis direction The component Fy and the Z-axis direction component Fz can be detected.

次に、本発明の第4の実施の形態にかかるセンサシート301について、図面を参照して説明する。図7は、本発明の第3の実施の形態に係るセンサシートの概略構成を示す模式図である。図8は、センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。図9は、外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。   Next, a sensor sheet 301 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a sensor sheet according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of detection regions in the sensor sheet. FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a sensor sheet when a force is applied from the outside.

本実施の形態のセンサシート301の構成が第1の実施の形態のセンサシート1の構成と大きく異なる点は、センサシート1では、検知領域に対応した電極間の感圧抵抗体の抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出されるのに対し、センサシート301では、検知領域に対応した電極間の容量素子の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出される点である。なお、センサシート301の他の構成はセンサシート1と同様であるので同じ符号を付けて詳細な説明は省略する。   The configuration of the sensor sheet 301 of the present embodiment is greatly different from the configuration of the sensor sheet 1 of the first embodiment. In the sensor sheet 1, the resistance value of the pressure-sensitive resistor between the electrodes corresponding to the detection region is different. While the force applied from the outside based on the change is detected, the sensor sheet 301 detects the force applied from the outside based on the change in the capacitance value of the capacitive element between the electrodes corresponding to the detection region. It is a detected point. Since other configurations of the sensor sheet 301 are the same as those of the sensor sheet 1, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.

センサシート301は、図7に示すように、複数の帯状の第1電極11が配置された基板10と、複数の帯状の第2電極21が配置され且つ基板10に貼り合わされた基板20と、基板20の上方に配置された支持部材30及び複数の円柱形状のコア部材40と、外部から加えられる力を受ける平坦な(凹凸のない)カバー層31とを有している。そして、基板10の上面に形成された複数の第1電極11と、基板20の下面に形成された複数の第2電極21との間には、全ての検知領域に関して、シリコンゴム、スポンジ、布、不織布などの柔らかい絶縁性の誘電体である絶縁部材312が配置されている。   As shown in FIG. 7, the sensor sheet 301 includes a substrate 10 on which a plurality of strip-shaped first electrodes 11 are disposed, a substrate 20 on which a plurality of strip-shaped second electrodes 21 are disposed and bonded to the substrate 10, It has a support member 30 and a plurality of cylindrical core members 40 disposed above the substrate 20 and a flat (uneven) cover layer 31 that receives a force applied from the outside. Between the plurality of first electrodes 11 formed on the upper surface of the substrate 10 and the plurality of second electrodes 21 formed on the lower surface of the substrate 20, silicon rubber, sponge, cloth are provided for all detection regions. An insulating member 312 that is a soft insulating dielectric such as a nonwoven fabric is disposed.

センサシート301では、平面視において第1電極11と第2電極21とが重なる部分が検知領域となる。そして、第1電極11には、それぞれ1本のリード線が接続されており、そのリード線から共通の駆動電圧が加えられる。一方、第2電極21には、それぞれ1本のリード線が接続されており、図示しないCV変換回路に接続されている。従って、ある1つの第1電極11上に配置された複数の検知領域は駆動電極側の共通電極となり、各検知領域に対応した第2電極21はそれぞれ独立したCV変換回路に接続されていることから、第1電極11及び第2電極21の複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の静電容量値がCV変換回路により電圧値として検出される。   In the sensor sheet 301, a portion where the first electrode 11 and the second electrode 21 overlap in plan view is a detection region. The first electrode 11 is connected to one lead wire, and a common drive voltage is applied from the lead wire. On the other hand, one lead wire is connected to each of the second electrodes 21 and is connected to a CV conversion circuit (not shown). Therefore, a plurality of detection regions arranged on one first electrode 11 become common electrodes on the drive electrode side, and the second electrodes 21 corresponding to the detection regions are connected to independent CV conversion circuits. Therefore, the capacitance value between the portions corresponding to each of the plurality of detection regions of the first electrode 11 and the second electrode 21 is detected as a voltage value by the CV conversion circuit.

ここで、センサシート301では、図8に示すように、4つの検知領域D301、D302、D303、D304及びそれに対応したコア部材40を含む構成が1つの基本ユニット302として機能する。なお、センサシート301では、複数の基本ユニット302がマトリックス状に配置されている。ここで、平面視において第1電極11に沿う方向のX軸、第2電極21に沿う方向のY軸、基板10に垂直な方向のZ軸を定義すると、4つの検知領域D301、D302、D303、D304は、平面視において直交するX,Y軸のそれぞれに対して線対称に配置されている。   Here, in the sensor sheet 301, as shown in FIG. 8, a configuration including four detection regions D301, D302, D303, D304 and the corresponding core member 40 functions as one basic unit 302. In the sensor sheet 301, a plurality of basic units 302 are arranged in a matrix. Here, when the X axis in the direction along the first electrode 11 in the plan view, the Y axis in the direction along the second electrode 21 and the Z axis in the direction perpendicular to the substrate 10 are defined, four detection regions D301, D302, D303 are defined. , D304 are arranged symmetrically with respect to the X and Y axes orthogonal to each other in plan view.

従って、センサシート301に外部から力が加えられた場合には、各基本ユニット302に含まれる4つの検知領域D301、D302、D303、D304のそれぞれに対応した第1電極11と第2電極21間の容量素子C1、C2、C3、C4の静電容量値の変化に基づいて、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分が検出される。   Therefore, when a force is applied to the sensor sheet 301 from the outside, the distance between the first electrode 11 and the second electrode 21 corresponding to each of the four detection areas D301, D302, D303, and D304 included in each basic unit 302. The components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside are detected based on the changes in the capacitance values of the capacitive elements C1, C2, C3, and C4.

以下、外部から加えられた力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分の検出方法について具体的に説明する。ここで、4つの検知領域D301、D302、D303、D304のそれぞれに対応した容量素子C1、C2、C3、C4の静電容量値は、外部からの力の大きさに比例した電圧V301、V302、V303、V304に変換されるとする。   Hereinafter, a method for detecting components corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force applied from the outside will be specifically described. Here, the capacitance values of the capacitive elements C1, C2, C3, and C4 corresponding to the four detection regions D301, D302, D303, and D304 are voltages V301, V302 proportional to the magnitude of the external force, It is assumed that the data is converted to V303 and V304.

例えば、図9に示すように、X軸正方向の力FxすなわちX軸正方向に偏った力Fxがカバー層31に作用すると、検知領域D302、D304に対応した部分に大きな力が加わるので、力Fxの大きさに応じて、容量素子C2、C4の静電容量値は大きくなり、電圧V302、V304の値は大きくなる。このとき、検知領域D301、D303に対応した部分にほとんど力が加わらないので、容量素子C1、C3の静電容量値はほとんど変化せず、電圧V301、V303の値はほとんど変化しない。   For example, as shown in FIG. 9, when a force Fx in the X-axis positive direction, that is, a force Fx biased in the X-axis positive direction acts on the cover layer 31, a large force is applied to the portions corresponding to the detection regions D302 and D304. In accordance with the magnitude of the force Fx, the capacitance values of the capacitive elements C2 and C4 increase, and the values of the voltages V302 and V304 increase. At this time, since almost no force is applied to the portions corresponding to the detection regions D301 and D303, the capacitance values of the capacitive elements C1 and C3 hardly change, and the values of the voltages V301 and V303 hardly change.

また同様に、Y軸正方向の力FyすなわちY軸正方向に偏った力Fyがカバー層31に作用すると、検知領域D303、D304に対応した部分に大きな力が加わるので、力Fyの大きさに応じて、容量素子C3、C4の静電容量値は大きくなり、電圧V303、V304の値は大きくなる。   Similarly, when a force Fy in the positive Y-axis direction, that is, a force Fy biased in the positive Y-axis direction, acts on the cover layer 31, a large force is applied to the portions corresponding to the detection regions D303 and D304. Accordingly, the capacitance values of the capacitive elements C3 and C4 increase, and the values of the voltages V303 and V304 increase.

また、Z軸正方向の力Fzがカバー層31に作用すると、検知領域D301、D302、D303、D304に対応した部分に均一な力が加わるので、力Fzの大きさに応じて、容量素子C1、C2、C3、C4の静電容量値はいずれも大きくなり、電圧V301、V302、V303、V304の値はいずれも大きくなる。   Further, when the force Fz in the positive direction of the Z axis acts on the cover layer 31, a uniform force is applied to the portions corresponding to the detection regions D301, D302, D303, and D304, and therefore the capacitive element C1 according to the magnitude of the force Fz. , C2, C3, and C4 all increase in capacitance value, and voltages V301, V302, V303, and V304 all increase.

以上の結果を、X、Y、Z軸方向の力Fx、Fy、Fzと電圧V301、V302、V303、V304との関係を表にまとめると、以下のようになる。

Figure 2008209384
ここで、上記の表において記号「+」は、センサシート1に外部から力が作用していないときを基準として各電圧値が増加したことを示し、無記号は各電圧値がほとんど変化しないことを示している。 The relationship between the forces Fx, Fy, and Fz in the X, Y, and Z axis directions and the voltages V301, V302, V303, and V304 is summarized in the table as follows.
Figure 2008209384
Here, in the above table, the symbol “+” indicates that each voltage value has increased with reference to when no force is applied to the sensor sheet 1 from the outside, and no symbol indicates that each voltage value hardly changes. Is shown.

これらの特徴を利用すると、カバー層31に作用した力FのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に対応した成分Fx、Fy、Fzは、電圧V301、V302、V303、V304を用いて、以下の式で表される。
Fx=(V302+V304)−(V30l+V303)
Fy=(V303+V304)−(V30l+V302)
Fz=V30l+V302+V303+V304
Using these characteristics, the components Fx, Fy, and Fz corresponding to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the force F acting on the cover layer 31 use the voltages V301, V302, V303, and V304, It is expressed by the following formula.
Fx = (V302 + V304) − (V30l + V303)
Fy = (V303 + V304) − (V30l + V302)
Fz = V30l + V302 + V303 + V304

以上説明したように、本実施の形態に係るセンサシート301においては、1つのコア部材40が跨るように配置された4つの検知領域に対応した容量素子C1、C2、C3、C4の静電容量値に基づいて導出された電圧V301、V302、V303、V304を用いて、センサシート301に外部から加えられた力FのX軸方向成分Fx、Y軸方向成分Fy及びZ軸方向成分Fzをそれぞれ検出することができる。   As described above, in the sensor sheet 301 according to the present embodiment, the capacitances of the capacitive elements C1, C2, C3, and C4 corresponding to the four detection regions arranged so that one core member 40 is straddled. Using the voltages V301, V302, V303, and V304 derived based on the values, the X-axis direction component Fx, the Y-axis direction component Fy, and the Z-axis direction component Fz of the force F applied to the sensor sheet 301 from the outside are respectively obtained. Can be detected.

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の第1及び第2の実施の形態では、4つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出され、第3の実施の形態では、5つの検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されているが、複数の検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されるものであればよい。従って、2、3または6以上の検知領域に対応した抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されるものでもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims. For example, in the above-described first and second embodiments, the multi-directional component of the force applied from the outside is detected based on the change in the resistance value corresponding to the four detection regions, and in the third embodiment, Multiple direction components of the force applied from the outside based on the change in resistance value corresponding to the five detection areas are detected, but are applied from the outside based on the change in resistance value corresponding to the plurality of detection areas. What is necessary is just to be able to detect the multi-directional component of the applied force. Therefore, a multi-directional component of force applied from the outside may be detected based on a change in resistance value corresponding to two, three, or six or more detection regions.

また、上述の第4の実施の形態では、4つの検知領域が第1の実施の形態と同様に配置されているが、4つの検知領域が第2の実施の形態と同様に配置されていてもよいし、5つの検知領域が第3の実施の形態と同様に配置されていてもよい。つまり、検知領域に対応した電極間の容量素子の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出される場合も、検知領域に対応した電極間の感圧抵抗体の抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力が検出される場合と同様に、複数の検知領域に対応した静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力の複数方向成分が検出されるものであればよい。また、上述の第4の実施の形態では、基板10と基板20との間に配置される絶縁部材312は、全ての検知領域に対応した部分及び検知領域に対応しない部分の全領域にわたって配置されているが、基板10と基板20との間に配置される絶縁部材は、検知領域に対応しない部分だけにスペーサとして配置され、基板10と基板20との間の検知領域に対応した部分は空隙になっていてもよい。   In the fourth embodiment described above, four detection areas are arranged in the same manner as in the first embodiment, but four detection areas are arranged in the same manner as in the second embodiment. Alternatively, five detection areas may be arranged in the same manner as in the third embodiment. That is, the resistance value of the pressure-sensitive resistor between the electrodes corresponding to the detection region is detected even when an externally applied force is detected based on the change in the capacitance value of the capacitive element between the electrodes corresponding to the detection region. As in the case where the externally applied force is detected based on the change in the number of components, the multidirectional component of the externally applied force is detected based on the change in the capacitance value corresponding to the plurality of detection regions. Anything is acceptable. Further, in the above-described fourth embodiment, the insulating member 312 disposed between the substrate 10 and the substrate 20 is disposed over the entire region of the portion corresponding to all the detection regions and the portion not corresponding to the detection regions. However, the insulating member disposed between the substrate 10 and the substrate 20 is disposed as a spacer only in a portion not corresponding to the detection region, and a portion corresponding to the detection region between the substrate 10 and the substrate 20 is a gap. It may be.

本発明の第1の実施の形態に係るセンサシートの部分的な外観斜視図である。It is a partial appearance perspective view of a sensor sheet concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1のセンサシートの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the sensor sheet | seat of FIG. センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。It is a figure showing arrangement of a plurality of detection fields in a sensor sheet. 外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the sensor sheet | seat when force is applied from the outside. 本発明の第2の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the several detection area | region in the sensor sheet which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るセンサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。It is a figure showing arrangement of a plurality of detection fields in a sensor sheet concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態に係るセンサシートの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the sensor sheet which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. センサシートにおける複数の検知領域の配置を示す図である。It is a figure showing arrangement of a plurality of detection fields in a sensor sheet. 外部から力が加えられた場合のセンサシートの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the sensor sheet | seat when force is applied from the outside.

符号の説明Explanation of symbols

1、101、201、301 センサシート
2、302 基本ユニット
10 基板
11 第1電極
12 感圧抵抗体
20 基板
21 第2電極
22 感圧抵抗体
30 支持部材
31 カバー層
40、240 コア部材
312 絶縁部材
D1〜D4、D101〜D104、D201〜D205、D301〜D304 検知領域
1, 101, 201, 301 Sensor sheet 2, 302 Basic unit 10 Substrate 11 First electrode 12 Pressure sensitive resistor 20 Substrate 21 Second electrode 22 Pressure sensitive resistor 30 Support member 31 Cover layer 40, 240 Core member 312 Insulating member D1-D4, D101-D104, D201-D205, D301-D304 Detection area

Claims (11)

帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第1電極と、
帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第1電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第1電極に近接する方向に変位可能である複数の第2電極と、
前記複数の第1電極と前記複数の第2電極との間の少なくとも平面視において前記第1電極と前記第2電極とが重なる検知領域に配置された複数の感圧抵抗体と、
前記複数の第2電極に対して前記複数の第1電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、
前記第1電極及び前記第2電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の抵抗値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴とするセンサシート。
A plurality of first electrodes that are strip-shaped and spaced apart from each other;
A plurality of strips that are spaced apart from each other and arranged so as to intersect with the plurality of first electrodes in plan view, and are displaceable in a direction close to the first electrodes in accordance with a force applied from the outside. A second electrode;
A plurality of pressure sensitive resistors arranged in a detection region where the first electrode and the second electrode overlap each other in at least a plan view between the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes;
A core member formed of a hard material disposed on a side opposite to the plurality of first electrodes with respect to the plurality of second electrodes and disposed across a plurality of the detection regions in a plan view. ,
Recognizing components corresponding to a plurality of different directions of force applied from the outside based on a change in resistance value between portions corresponding to each of the plurality of detection regions of the first electrode and the second electrode. A featured sensor sheet.
帯状であり且つ互いに離隔するように配置された複数の第1電極と、
帯状であり且つ互いに離隔すると共に平面視において前記複数の第1電極と交差するように配置されており、外部から加えられる力に伴って前記第1電極に近接する方向に変位可能である複数の第2電極と、
前記複数の第2電極に対して前記複数の第1電極と反対側に配置されると共に、平面視において前記第1電極と前記第2電極とが重なる検知領域の複数に跨って配置された硬質の材料で形成されたコア部材とを備え、
前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とは絶縁されており、
前記第1電極及び前記第2電極の前記複数の検知領域のそれぞれに対応した部分間の静電容量値の変化に基づいて外部から加えられた力の互いに異なる複数方向に対応した成分を認識することを特徴とするセンサシート。
A plurality of first electrodes that are band-shaped and spaced apart from each other;
A plurality of strips that are spaced apart from each other and arranged so as to intersect with the plurality of first electrodes in plan view, and are displaceable in a direction close to the first electrodes in accordance with a force applied from the outside. A second electrode;
Rigidly disposed on the opposite side of the plurality of first electrodes with respect to the plurality of second electrodes, and disposed across a plurality of detection regions in which the first electrode and the second electrode overlap in a plan view. A core member formed of a material of
The plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes are insulated,
Recognizing components corresponding to a plurality of different directions of force applied from the outside based on a change in capacitance value between portions corresponding to each of the plurality of detection regions of the first electrode and the second electrode. A sensor sheet characterized by that.
前記複数の検知領域は平面視において直交する2つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された4つの検知領域であることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサシート。   3. The sensor sheet according to claim 1, wherein the plurality of detection areas are four detection areas arranged in line symmetry with respect to each of two straight lines orthogonal in a plan view. 前記コア部材の中心位置は平面視において前記4つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴とする請求項3に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to claim 3, wherein a center position of the core member coincides with a center position of the four detection regions in a plan view. 前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記4つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴とする請求項3または4に記載のセンサシート。   5. The sensor sheet according to claim 3, wherein at least a part of the end portion of the core member is located inside all of the four detection regions in a plan view. 前記コア部材は円柱部材であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to claim 1, wherein the core member is a cylindrical member. 前記複数の検知領域は平面視において直交する2つの直線のそれぞれに対して線対称に配置された5つの検知領域であることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to claim 1 or 2, wherein the plurality of detection regions are five detection regions arranged symmetrically with respect to each of two straight lines orthogonal to each other in plan view. 前記コア部材の中心位置は平面視において前記5つの検知領域の中心位置と一致していることを特徴とする請求項7に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to claim 7, wherein a center position of the core member coincides with a center position of the five detection regions in a plan view. 前記コア部材の端部の少なくとも一部は平面視において前記5つの検知領域のうちの外側の4つの検知領域の全ての内側に位置していることを特徴とする請求項7または8に記載のセンサシート。   The at least part of the edge part of the said core member is located inside all four detection area | regions outside the said 5 detection area | region in planar view, The Claim 7 or 8 characterized by the above-mentioned. Sensor sheet. 前記コア部材は円柱部材であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to claim 7, wherein the core member is a cylindrical member. 前記複数の検知領域及び前記コア部材を含むユニットはマトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のセンサシート。   The sensor sheet according to any one of claims 1 to 10, wherein the units including the plurality of detection regions and the core member are arranged in a matrix.
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