JP2008298718A - 圧力検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】感圧型可変抵抗体のセンサの抵抗値に大きな固体差があっても基準抵抗の抵抗値や電圧検出手段の判定オフセット値の調整を必要としない圧力検出システムを提供する。
【解決手段】圧力を検出する感圧型可変抵抗体のセンサ１と、感圧型可変抵抗体からなりセンサ１と同じ工程で製造され、圧力が加わらないように構成した基準抵抗２とを接続する。電源端子３の電圧を分圧したセンサ１と基準抵抗２との接続点（Ａ点）の電圧を電圧検出手段５で検出する構成により、感圧型可変抵抗体の抵抗値ばらつきによる基準抵抗２の抵抗値や電圧検出手段５の判定オフセット値を調整することなく、圧力検出精度の低下を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型携帯機器などの入力装置として使用される圧力検出システムに係り、特にセンサに加えられた圧力を感圧型可変抵抗体の抵抗値の変化により検出する圧力検出システムに関するものである。

小型携帯機器などの入力装置として、さまざまな圧力検出システムが使用されるが、感圧型可変抵抗体のセンサを使用した圧力検出システムとしては、プルアップ抵抗をセンサに直列に接続する方法が代表的である。従来の圧力検出システムとして、特許文献１に開示されているようなものがあり、その構成を一般化したものを図４に示す。以下、図４を参照しながら従来の圧力検出システムについて説明する。

図４に示すように、感圧型可変抵抗体のセンサ１とプルアップ抵抗（固定抵抗）の基準抵抗６とにより電源端子３と接地端子４の間の電圧を分割した検出端子１２（Ａ点）の電圧を電圧検出手段５の入力としている。圧力検出システムでは、例えば圧力が加えられたことを検出するためセンサ１部分の下に設置したタクトスイッチが導通した後、感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値を測定することによって、センサ１に加えられた圧力を測定する。したがって、圧力検出システムのダイナミックレンジは、センサ１に加える圧力を徐々に増したときセンサ１下に配置されたタクトスイッチが導通する瞬間の抵抗値と、機械的に可能な最大圧力をセンサ１に加えたときの抵抗値で決定される。

感圧型可変抵抗体のセンサ１に加えられた圧力が小さい場合は、センサ１の抵抗値が高く、センサ１と基準抵抗６との接続点（Ａ点）の電圧は高くなっている。入力電圧と固定電圧との電圧比較を行う比較器などで構成された電圧検出手段５は、入力電圧が高いためセンサ１に加えられた圧力が小さいと判定する。そして、センサ１に加えられた圧力が大きい場合、センサ１の抵抗値は低下するが基準抵抗６の抵抗値は変化がないため、センサ１と基準抵抗６との接続点（Ａ点）の電圧が低くなる。そのとき電圧検出手段５は入力電圧が低いためセンサ１に加えられた圧力が大きいと判定する。
特開２００１−０１３０１６号公報

しかしながら、このような従来の構成では、感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値ばらつきと基準抵抗６の抵抗値ばらつきが互いに独立であるため、センサ１と基準抵抗６の接続点（Ａ点）の電圧値のばらつきは非常に大きくなる。例えば、圧力検出システムが動作する最低圧力を加えたときのセンサ１の抵抗値が３００ｋΩ、最大圧力を加えたときのセンサ１の抵抗値が３ｋΩの場合、基準抵抗６の抵抗値を３０ｋΩとすると電源端子３の電圧が３Ｖのとき接続点（Ａ点）の電圧は約２．７３Ｖ〜約０．２７Ｖの範囲となる。

ところが固体差により感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値が５０％低い場合には、最低圧力を加えたときのセンサ１の抵抗値が１５０ｋΩ、最大圧力を加えたときのセンサ１の抵抗値が１．５ｋΩとなるが、基準抵抗６の抵抗値は３０ｋΩのままのため、電源端子３の電圧が３Ｖのときの接続点（Ａ点）の電圧は約２．５０Ｖ〜約０．１４Ｖとなる。

逆に固体差により感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値が５０％高い場合には、最低圧力を加えたときのセンサ１の抵抗値が４５０ｋΩ、最大圧力を加えたときのセンサ１の抵抗値が４．５ｋΩとなるが、基準抵抗６の抵抗値は３０ｋΩのままのため、電源端子３の電圧が３Ｖのときの接続点（Ａ点）の電圧は約２．８１Ｖ〜約０．３９Ｖとなり、固体差による感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値ばらつきによる同じ圧力を加えたときの接続点（Ａ点）の電圧ずれは最大約０．３１Ｖとなり、圧力検出精度が大幅に低下する。

上述の状況で圧力検出精度を確保するためには感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値にあわせて固体毎に基準抵抗６の値を調整するか、電圧検出手段５の検出オフセット値を調整する必要がある。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値に大きな固体差がある場合でも基準抵抗６の抵抗値の調整や電圧検出手段５の判定オフセット値の調整を必要としない優れた圧力検出システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した圧力検出システムは、第１の電源端子と第２の電源端子の間に直列接続された複数の感圧型可変抵抗体と、複数の感圧型可変抵抗体が直列接続された少なくとも１つの接続点の電位を検出する少なくとも１つの電圧検出手段とを備え、複数の感圧型可変抵抗体のいずれかが加圧され、少なくとも１つは加圧されない構成としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載した圧力検出システムは、第１の電源端子に一端が接続された第１の感圧型可変抵抗体と、第１の感圧型可変抵抗体の他端と第２の電源端子の間に接続された第２の感圧型可変抵抗体と、第１および第２の感圧型可変抵抗体の接続点の電位を検出する電圧検出手段とを備え、第１の感圧型可変抵抗体は加圧され、第２の感圧型可変抵抗体は加圧されない構成としたことを特徴とする。

また、請求項３に記載した圧力検出システムは、請求項１，２の圧力検出システムにおいて、第１の電源端子と第２の電源端子の間に直列接続された複数の感圧型可変抵抗体を一体成形により製造したことを特徴とする。

前記構成によれば、感圧型可変抵抗体のセンサの抵抗値に大きな固体差があっても、基準抵抗の抵抗値や電圧検出手段の判定オフセット値の調整をすることなく検出精度の高い圧力検出システムを実現できる。

本発明によれば、感圧型可変抵抗体のセンサの抵抗値に大きな固体差がある場合でも、個別に基準抵抗の抵抗値の調整や電圧検出手段の判定オフセット値の調整を必要としない検出精度の高い圧力検出システムを実現できるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態における圧力検出システムの構成を示す図である。ここで、前記従来例を示す図４において説明した構成部材に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。

図１に示すように、本実施形態の圧力検出システムは、検出すべき圧力が加えられる感圧型可変抵抗体のセンサ１と、感圧型可変抵抗体で構成され圧力が加わらない基準抵抗２と、電圧検出手段５により構成されている。感圧型可変抵抗体のセンサ１の他端は接地端子（第２の電源端子）４と接続され、感圧型可変抵抗体による基準抵抗２の一端は電源端子（第１の電源端子）３と接続されている。そして、センサ１の接地端子４と接続されていない側の一端は、感圧型可変抵抗体による基準抵抗２の電源端子３と接続されていない側の他端と共通接続され、さらに、電圧検出手段５と接続される検出端子１２とも共通接続されている。

また、図２は、圧力検出素子として一体成形された感圧型可変抵抗体のセンサ１と基準抵抗２、加圧されたことを検出するためのタクトスイッチ１５の構造を示し、図１の圧力検出システムにおいて、センサ端子１０は接地端子４と、基準抵抗端子１１は電源端子３と、検出端子１２は電圧検出手段５と接続されており、図３にそれらの等価回路図を示す。

このような構成の圧力検出システムの動作を図１〜図３を参照しながら説明する。圧力検出システムでは、圧力が加えられたことを検出するため感圧型可変抵抗体のセンサ１の下に設置したタクトスイッチ１５が導通した後に動作を開始し、感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値を測定することによりセンサ１に加えられた圧力を測定する。したがって、圧力検出システムのダイナミックレンジは、センサ１に加える圧力を徐々に増したときタクトスイッチ１５が導通する瞬間の抵抗値と、機械的に可能な最大圧力を加えたときの抵抗値で決定される。

まず、センサ１に圧力が加えられるとセンサ１の特性が変化し抵抗値が低下する。なお、加えられた圧力が小さい場合はセンサ１の抵抗値の低下度合いが小さく約３００ｋΩとなる。一方、センサ１に圧力が加えられたときでも圧力が加わらないように配置された感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の抵抗値は変化せず約３０ｋΩとなっている。このとき電源端子３の電圧を３Ｖとすると、センサ１と基準抵抗２の接続点（Ａ点）の電圧は約２．７３Ｖとなり、この電圧を電圧検出手段５で検出することによりセンサ１に加えられた圧力を測定することができる。

さらに、センサ１に加えられた圧力が最大の場合は、センサ１の抵抗値の低下度合いが大きく約３ｋΩとなる。一方、センサ１に圧力が加えられたときでも圧力が加わらないように配置された感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の抵抗値は変化せず約３０ｋΩのままとなっている。そのため電源端子３の電圧を３Ｖとすると、センサ１と基準抵抗２の接続点（Ａ点）の電圧は約０．２７３Ｖとなり、この電圧を電圧検出手段５で検出することによりセンサ１に加えられた圧力を測定することができる。

感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値が固体差により低下した場合、センサ１と同一工程の中で一体成形された感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の抵抗値もほぼ同等の比率で低下することになる。したがって、加えられた圧力が小さい場合のセンサ１の抵抗値が約１５０ｋΩと固体差によって低い抵抗値となったとき、センサ１に圧力が加えられたときでも圧力が加わらないように配置された感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の抵抗値も同等の比率で低下し約１５ｋΩとなっている。このとき電源端子３の電圧を３Ｖとするとセンサ１と感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の接続点（Ａ点）の電圧は約２．７３Ｖとなり、センサ１の抵抗値が約３００ｋΩとなる場合と同じ電圧となる。この電圧を電圧検出手段５で検出することによりセンサ１に加えられた圧力を高精度に測定することができる。

同様に加えられた圧力が最大の場合、感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値が約１．５ｋΩと低い抵抗値となったとき、センサ１に圧力が加えられたときでも圧力が加わらないように配置された感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の抵抗値は約１５ｋΩとなっている。このとき電源端子３の電圧を３Ｖとするとセンサ１と基準抵抗２の接続点（Ａ点）の電圧は約０．２７３Ｖとなりセンサ１の抵抗値が約３ｋΩとなる場合と同じ電圧となる。この電圧を電圧検出手段５で検出することによりセンサ１に加えられた圧力を高精度に測定することができる。

感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値が固体差により上昇した場合でも、センサ１と同一工程の中で一体成形された感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２の抵抗値もほぼ同等の比率で上昇するため、上述の場合と同様にセンサ１に加えられた圧力を高精度に測定することができる。

以上のように、本実施形態の圧力検出システムによれば、感圧型可変抵抗体のセンサ１の抵抗値に大きな固体差がある場合でも、個別に基準抵抗２の抵抗値の調整や電圧検出手段５の判定オフセット値の調整を必要としない検出精度の高い圧力検出システムを実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、感圧型可変抵抗体のセンサ１を接地端子４と接続し、感圧型可変抵抗体で構成された基準抵抗２を電源端子３に接続する圧力検出システムを説明してきたが、本発明の圧力検出システムはこの構成に限定されるものではない。図１に示した本実施形態のセンサ１を電源端子３と接続し、基準抵抗２を接地端子４に接続することで同様の圧力検出システムを構成することは容易にできる。

また、本実施形態では、２つの感圧型可変抵抗体をそれぞれセンサ１と基準抵抗２として説明してきたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、センサ１に相当して加圧される感圧型可変抵抗体は複数であってもよい。この場合、各感圧型可変抵抗体の最低圧力時の抵抗値を変えることにより、検出電圧によって複数の圧力検出が可能となる。あるいは、同じ抵抗値の感圧型可変抵抗体の各接続点に複数の電圧検出手段を設けることによっても複数の圧力検出が可能となる。

本発明に係る圧力検出システムは、感圧型可変抵抗体のセンサの抵抗値に大きな固体差がある場合でも、個別に基準抵抗の抵抗値の調整や電圧検出手段の判定オフセット値の調整を必要としない検出精度の高い圧力検出システムを実現でき、小型携帯機器などの入力装置全般に利用することが可能である。

本発明の実施形態における圧力検出システムの構成を示す図 本実施形態における圧力検出素子の構造を示す断面図 本実施形態における圧力検出素子を示す等価回路図 従来の圧力検出システムの構成を示す図

符号の説明

１ センサ（感圧型可変抵抗体）
２ 基準抵抗（感圧型可変抵抗体）
３ 電源端子
４ 接地端子
５ 電圧検出手段
６ 基準抵抗（固定抵抗）
７ 電極
８ 支持構造物
９ 絶縁物
１０ センサ端子
１１ 基準抵抗端子
１２ 検出端子
１３ タクトスイッチ第１端子
１４ タクトスイッチ第２端子
１５ タクトスイッチ

Claims (3)

1. 第１の電源端子と第２の電源端子の間に直列接続された複数の感圧型可変抵抗体と、前記複数の感圧型可変抵抗体が直列接続された少なくとも１つの接続点の電位を検出する少なくとも１つの電圧検出手段とを備え、
   前記複数の感圧型可変抵抗体のいずれかが加圧され、少なくとも１つは加圧されない構成としたことを特徴とする圧力検出システム。
2. 第１の電源端子に一端が接続された第１の感圧型可変抵抗体と、前記第１の感圧型可変抵抗体の他端と第２の電源端子の間に接続された第２の感圧型可変抵抗体と、前記第１および第２の感圧型可変抵抗体の接続点の電位を検出する電圧検出手段とを備え、
   前記第１の感圧型可変抵抗体は加圧され、前記第２の感圧型可変抵抗体は加圧されない構成としたことを特徴とする圧力検出システム。
3. 第１の電源端子と第２の電源端子の間に直列接続された複数の感圧型可変抵抗体を一体成形により製造したことを特徴とする請求項１または２記載の圧力検出システム。

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