JP2009063526A - 電磁結合を利用する圧力分布検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂板に導電性膜を貼付することで断線や位置ずれを防止し、耐久性を向上させた圧力分布検出装置を提供する。
【解決手段】検出面への圧力による電磁結合の度合いの変化を利用する圧力分布検出装置は、複数の駆動側ループ状配線２０と、複数の駆動側ループ状配線とそれぞれ直交する方向に配置される、複数の検出側ループ状配線３０とからなる。また、検出面を構成する可撓性を有する樹脂板６０と、樹脂板の検出面の裏面上に貼付される導電性膜５０とを有する。そして、導電性膜５０と検出側ループ状配線３０との間に、クッション材４０が配置される。ループ状配線は電磁結合するように構成され、駆動部７０により駆動し、検出部８０により検出側ループ状配線から電磁結合部３５の電磁結合の変化を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁結合を利用する圧力分布検出装置に関し、特に、検出面の耐久性を向上させた圧力分布検出装置に関する。

電磁結合を利用する圧力分布検出装置としては、本願発明者と同一の発明者による特許文献１や特願２００６−０１１７４８、特願２００６−１９４８９５、特願２００６−２３１２２５等が存在する。これらは、いずれも基本構成としては複数の駆動側ループ状配線と検出側ループ状配線を用いており、これらがそれぞれ電磁結合するようにコイル状の電磁結合部や導電体片による電磁結合部が構成され、これらの電磁結合部の電磁結合の変化の度合いを検出部で検出することで、圧力分布を検出できるものである。

これらの従来の圧力分布検出装置では、検出領域において、駆動側と検出側のループ状配線間の距離を変化させるためにループ状配線をリード線等で構成してクッション材上に配置したり、両面基板上に直線状のループ状配線をそれぞれ配置し、クッション材を介在して導電体片をクッション材上に配置したりしていた。

特開２００５−１５６４７４号公報

例えば、電磁結合を利用する圧力分布検出装置は、検出面を広く取れることから、ゲーム機等のコントローラとして利用可能な足操作による入力装置や、走者の足の圧力移動解析等に利用できるものである。このような用途において、従来の圧力分布検出装置では、検出面の耐久性に問題が生ずるおそれがあった。すなわち、クッション材上にループ状配線や導電体片が配置されていたため、運動靴やスパイク等の履物を履いて検出面に載ると、配線や導電体片が破損したり配置位置がずれてしまったりする場合があった。また、保護シートを最上面に設けることも考えられるが、これはコスト増の問題を引き起こすだけでなく、感度悪化を招く場合もあった。

さらに、リード線を用いてループ状配線を構成した場合、配線を這わすための製造コストが高くなる場合があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、樹脂板に導電性膜を貼付することで断線や位置ずれを防止し、耐久性を向上させた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、第１ループ状配線が同一平面上に複数平行に配置される、複数の第１ループ状配線と、第２ループ状配線が同一平面上に複数平行に配置される、複数の第２ループ状配線であって、該第２ループ状配線が配置される平面は第１ループ状配線が配置される平面と平行であり、第２ループ状配線は第１ループ状配線とそれぞれ直交する方向に配置される、複数の第２ループ状配線と、検出面を構成する可撓性を有する樹脂板と、樹脂板の検出面の裏面上に貼付される導電性膜と、導電性膜と、第１ループ状配線又は第２ループ状配線との間に配置されるクッション手段と、第１ループ状配線と第２ループ状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、第１ループ状配線又は第２ループ状配線の一方に接続され、該ループ状配線を駆動する駆動手段と、第１ループ状配線又は第２ループ状配線の他方に接続され、該ループ状配線から電磁結合部の電磁結合の変化を検出する検出手段と、を具備するものである。

ここで、導電性膜は、樹脂板の検出面の裏面上の全面に貼付されるものであれば良い。

また、導電性膜は、樹脂板の検出面の裏面上にスリットを設けて貼付されるものであっても良い。

また、複数の電磁結合部は、第１ループ状配線と第２ループ状配線が直交するそれぞれの位置において、第１ループ状配線及び第２ループ状配線にそれぞれコイル状パターンが形成されることで提供されるものであれば良い。

また、第１ループ状配線及び第２ループ状配線は、それぞれ直線状に形成され、複数の電磁結合部は、導電性膜が第１ループ状配線と第２ループ状配線が直交するそれぞれの位置の近傍に配置されることで提供されるものであっても良い。

さらに、第１ループ状配線又は第２ループ状配線の一方は、導電性膜からなり、複数の電磁結合部は、第１ループ状配線と第２ループ状配線が直交するそれぞれの位置において、第１ループ状配線及び第２ループ状配線にそれぞれコイル状パターンが形成されることで提供され、クッション手段は、第１ループ状配線と第２ループ状配線との間に配置されるものであっても良い。

また、クッション手段は、一様な弾性体からなるものであれば良い。

さらに、クッション手段は、複数の電磁結合部に対応する位置にそれぞれ設けられる複数の凹部を有する板状部材からなるものであっても良い。

本発明の圧力分布検出装置には、樹脂板に導電性膜を貼付することで断線や位置ずれを防止でき、耐久性が向上するという利点がある。また、製造も容易で安価に量産可能であるという利点もある。さらに、検出面の反発力や復元力に優れるという利点もある。

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）はその上面概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ断面図である。図示の通り、本発明の圧力分布検出装置は、両面基板１０の表裏にそれぞれ配置される、複数の駆動側ループ状配線２０と検出側ループ状配線３０と、その上に設けられるクッション材４０と、導電性膜５０と、樹脂板６０と、ループ状配線に接続される駆動部７０と検出部８０とから主に構成されるものである。なお、駆動部７０と検出部８０にはコンピュータ等が接続され、各種処理が行われれば良い。

複数の駆動側ループ状配線２０は、同一平面状に平行に配置されているものである。また、複数の検出側ループ状配線３０も同様に、同一平面状に平行に配置されているものである。なお、検出側ループ状配線３０が配置される平面は、駆動側ループ状配線２０が配置される平面と平行であり、さらに、検出側ループ状配線３０は駆動側ループ状配線２０とそれぞれ直交する方向に配置されている。図示例では、これらの複数の駆動側ループ状配線２０及び検出側ループ状配線３０が、両面基板１０の表裏にそれぞれ配置されている。なお、図示例では駆動側ループ状配線２０を基板１０の裏面に、検出側ループ状配線３０を表面に配置する例を示したが、本発明はこれに限定されず、逆に配置されていても良い。また、本発明は両面基板を用いるものに限定されるものではなく、片面基板を２枚用いたものや、多層基板等、種々の基材を用いることが可能である。さらに、基板を用いずに空中配線等によりループ状配線を配置しても良い。

そして、両面基板１０の表裏にそれぞれ配置された複数の駆動側ループ状配線２０と複数の検出側ループ状配線３０には、これらがそれぞれ電磁結合するように構成された複数の電磁結合部３５が設けられている。電磁結合部３５は、図示例では各ループ状配線の直交する位置に合わせて、駆動側ループ状配線２０及び検出側ループ状配線３０にそれぞれコイル状パターンが形成されることで、交差する領域で電磁結合するよう構成されている。なお、電磁結合部は図示例の構成に限定されず、従来の種々の構成を適用可能である。例えば図示例ではコイル状パターンは菱形形状のものを示したが、円形状のコイル状パターンであっても構わない。また、駆動側ループ状配線と検出側ループ状配線のコイル状パターンの大きさも異なるように示したが、同一の大きさであっても構わない。

次に、樹脂板６０は、圧力分布検出装置の検出面を構成するものであり、可撓性を有する素材である。樹脂板６０は、直接履物等により踏まれたりする場合もあるため、ある程度耐久性があり、なおかつ圧力によって撓むものであり、さらに圧力がなくなった場合には元の状態にすぐに戻る復元力がある材料が好ましい。より具体的には、樹脂板６０としては、アクリル板やポリカーボネート板やＰＥＴ板等が利用可能である。なお、樹脂板６０の厚さは、その軟性にもよるため特に限定はされないが、１ｍｍ−５ｍｍ程度、好ましくは２ｍｍ前後程度の厚みを有するものであれば良い。

導電性膜５０は、導電性素材からなるものであり、例えばアルミ箔や銅箔等からなるものである。この導電性膜５０が、樹脂板６０の検出面の裏面上に貼付されている。図示した第１実施例では、導電性膜５０は、樹脂板６０の検出面の裏面上の全面に貼付されている。導電性膜５０の貼付は、接着剤や両面テープ等により行われれば良い。具体的には、例えば圧延銅箔からなる導電性膜５０を、周知のプリント基板を製造する場合等と同様の工程で樹脂板６０に接着すれば良い。また、ポリエステルフィルム等の基材上にアルミ箔が蒸着され、その裏面側が粘着層になっているような構造の導電性膜５０を、樹脂板６０に貼り付けても良い。さらに、適当な膜厚の導電性膜が形成できれば、周知の蒸着技術等を用いて樹脂板６０に直接導電性膜５０を堆積しても良い。さらにまた、導電性膜５０は、金属箔に限定されるものではなく、導電性素材、例えば導電性繊維や導電性粉末等を接着剤等に添加し、これを樹脂板６０に塗布するものであっても構わない。なお、樹脂板自体に導電性素材を添加し、可撓性を有する導電性板とすることで、導電性膜と樹脂板との２つの機能を持たせたものであっても良い。

そして、本発明の圧力分布検出装置では、駆動側ループ状配線２０又は検出側ループ状配線３０の一方と導電性膜５０との間に、クッション材４０が配置されている。なお、図示例の第１実施例では、検出側ループ状配線３０が基板１０の表面側に設けられているため、クッション材４０は検出側ループ状配線３０と導電性膜５０との間に設けられているが、本発明はこれに限定されず、駆動側ループ状配線２０が基板１０の表面に設けられている場合には、駆動側ループ状配線２０と導電性膜５０との間にクッション材４０が配置されることになる。ここで、クッション材４０は、クッション性のある素材であり、図示例では一様な弾性体からなるもので、電磁結合に影響を及ぼさない絶縁性材料であることが好ましい。クッション材４０としては、例えば、ウレタンフォーム等が利用可能である。また、クッション材４０は、基板１０側や樹脂板６０側に接着剤等で固定されていれば良い。

また、複数の駆動側ループ状配線２０は、交流電流により高周波駆動されるように、発振器等からなる駆動部７０に接続される。そして、複数の検出側ループ状配線３０は、電磁結合部の電磁結合の度合いの変化を検出するための検出アンプ等からなる検出部８０に接続される。

駆動部７０には、配線切替器が設けられており、複数の駆動側ループ状配線２０を発振器に順次接続してループ状配線を駆動させるものである。また、検出部８０にも配線切替器があり、複数の検出側ループ状配線３０を検出アンプに順次接続する。なお、これらの駆動部７０や検出部８０は、図示例の構成に限定されず、従来の種々の構成を適用可能である。

このように構成された本発明の圧力分布検出装置において、駆動側ループ状配線２０を駆動すると、電磁結合部３５では、電磁結合現象により、検出側ループ状配線３０にも交流起電力が誘起される。この起電力の大きさは、電磁結合の度合いによって変化する。そして、電磁結合の度合いは、電磁結合部３５と導電性膜５０との距離によって変化する。すなわち、導電性膜５０が電磁結合部３５の電磁結合の度合いを変化させる電磁結合可変体として作用することになる。このため、圧力により導電性膜５０が電磁結合部３５に近づくと、電磁結合の度合いが変化するため、検出側ループ状配線３０から検出される電流が変化することになる。したがって、各ループ状配線を順次接続していけば、どこの電磁結合部で電磁結合の度合いが変化したかが検出できる。なお、本発明の圧力分布検出装置では、駆動方式や検出方式についても図示例に限定されず、従来技術で説明した特許文献１や先行出願に開示された種々の構成により実現可能である。

このように、本発明によれば、電磁結合部の電磁結合の度合いを変化させる電磁結合可変体である導電性膜５０が、検出面を構成する樹脂板６０に貼付されているため、足操作による入力等、厳しい使用条件の下でも導電性膜５０は樹脂板６０と一体となって撓むため、破損したり位置ずれを起こしたりすることを防止可能である。また、樹脂板６０と導電性膜５０は一体となっているため、検出感度が悪くなるようなこともない。さらに、導電性膜５０を樹脂板６０に貼付するだけで電磁結合可変体が構成可能となるため、製造コストを抑えることも可能である。

次に、本発明の第２実施例の圧力分布検出装置を、図２を用いて説明する。図２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２（ａ）はその上面概略図、図２（ｂ）は図２（ａ）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概ね同一物を表わしており、詳説は省略する。また、駆動部や検出部も第１実施例と同様のため、図示も省略する。第１実施例では、導電性膜を検出面の裏面上の全面に貼付した例を説明したが、第２実施例では、導電性膜にスリットを設けた例を説明する。

図示の通り、第２実施例の圧力分布検出装置は、導電性膜５０にスリット５１が設けられている。他の構成については基本的に第１実施例と同様である。なお、スリット５１は、図２（ａ）では図面上横方向に複数のスリットが設けられているが、本発明はこれに限定されず、縦方向に設けられるものであっても構わない。また、一方向のみに設けられるだけではなく、複数方向に設けられても良い。スリット５１は、エッチング等の一般的な技術を用いてパターンニング形成されれば良い。なお、導電性膜５０は、電磁結合部３５の電磁結合の度合いを変化させるものであるため、電磁結合部３５近傍以外の部分にスリット５１が設けられることが好ましい。

導電性膜５０にスリット５１が設けられることで、導電性膜５０の硬性等の影響を減らすことが可能となるため、検出面を構成する樹脂板６０がよりしなやかに撓むようになる。また、導電性膜５０のひび割れや剥離を防止する効果もある。

次に、本発明の第３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３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）はその上面概略図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ断面図である。図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしており、詳説は省略する。また、駆動部や検出部も第１実施例と同様のため、図示も省略する。第２実施例では、導電性膜にスリットを設けた例を説明したが、第３実施例では、スリットにより導電性膜を複数の導電体片となるように形成した例を説明する。

図示の通り、第３実施例の圧力分布検出装置は、駆動側ループ状配線２１及び検出側ループ状配線３１が、それぞれ直線状に形成されている。そして、導電性膜５０の縦横にスリットが設けられており、これにより導電性膜５０からなる導電体片５２が形成されている。また、導電体片５２は、駆動側ループ状配線２１及び検出側ループ状配線３１の直交するそれぞれの位置の近傍に配置されるように形成されている。したがって、本実施例においては、直線状のループ状配線２１，３１の交点において、導電体片５２により間接的に電磁結合現象を生じさせる構成である。なお、導電体片５２は、全面に貼付された導電性膜をエッチング等によりパターンニングすることで形成されても良いし、予め導電体片の形状とした導電性膜を所定の位置に貼付するようにしても良い。

このような構成であっても、検出面に加えられた圧力により、樹脂板６０が撓み、樹脂板６０に貼付される導電性膜５０とループ状配線２１，３１までの距離の変化するため、この変化により出力が変化するので、圧力分布検出が可能である。

本実施例のような構成によれば、ループ状配線の交差する領域の近傍に配置される導電体片５２の横方向（水平方向）の位置が固定されるため、ループ状配線の交点と導電体片５２との位置関係のずれを防止することが可能となる。なお、クッション材４０と樹脂板６０又は基板１０は、接着剤等で接着されているが、クッション材４０や樹脂板６０、基板１０の側部を固定することでより横ずれを防止することも可能である。

次に、本発明の第４実施例の圧力分布検出装置を、図４を用いて説明する。図４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４（ａ）はその上面概略図、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ断面図である。図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしており、詳説は省略する。また、駆動部や検出部も第１実施例と同様のため、図示も省略する。第１実施例−第３実施例では、クッション材の下側（検出面とは反対側）に２種類のループ状配線を設けた例を説明したが、第４実施例では、ループ状配線の間にクッション材を配置した例を説明する。

図示の通り、第４実施例の圧力分布検出装置は、導電性膜５０により検出側ループ状配線３３が構成されている。すなわち、導電性膜５０を用いて検出側ループ状配線３３を形成している。検出側ループ状配線３３の配線パターンは、全面に貼付された導電性膜５０をエッチング等によりパターンニングすることで形成されても良いし、予めループ状配線の形状とした導電性膜５０を貼付するようにしても良い。一方、駆動側ループ状配線２０は、基板１０上に配置されている。なお、図示例では基板１０の表面側に駆動側ループ状配線２０が配置されているが、本発明はこれに限定されず、図１等に示されるように、基板１０の裏面側に配置されていても良い。

そして、クッション材４０は、検出側ループ状配線３３と駆動側ループ状配線２０との間に配置される。なお、図示例では、駆動側ループ状配線２０及び検出側ループ状配線３３に、それぞれコイル状パターンを形成することで電磁結合部３５が構成されている。

このような構成であっても、駆動側ループ状配線２０と検出側ループ状配線３３との間の距離が、検出面を構成する樹脂板６０に加えられる圧力により変化するため、この変化により出力が変化するので、圧力分布検出が可能である。

本実施例のような構成によれば、電磁結合部３５の位置ずれを防止することが可能となり、さらに、ループ状配線の配置ずれ等も防止可能である。また、ループ状配線をエッチング等により形成可能なため、製造も容易である。

次に、本発明の第５実施例の圧力分布検出装置を、図５を用いて説明する。図５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５（ａ）はその上面概略図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ断面図、図５（ｃ）は第５実施例におけるクッション部を説明するための斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしており、詳説は省略する。また、駆動部や検出部も第１実施例と同様のため、図示も省略する。第１実施例では、クッション材４０として一様な弾性体を用いたものを説明したが、第４実施例では、複数の凹部を有する板状部材を用いた例を説明する。

図示の通り、第５実施例の圧力分布検出装置は、第１実施例で用いたクッション材４０の代わりに、硬質の板状部材４５を用いている。板状部材４５には、複数の凹部４６が設けられている。凹部４６は、駆動側ループ状配線２０と検出側ループ状配線３０との交点、すなわち電磁結合部に対応する位置に設けられている。ここで、凹部４６は、図示例では四角形状のものが示されているが、本発明はこれに限定されず、丸形状等であっても構わない。また、凹部４６は、板状部材４５を貫通する孔であっても構わないし、貫通しない溝形状のものであっても構わない。

本実施例では、クッション材として用いられていた弾性体の代わりとして板状部材４５に凹部４６を設けており、この凹部４６がクッションとして作用する。すなわち、検出面を構成する樹脂板６０に圧力が加えられると、凹部４６が設けられた位置に対応する樹脂板６０の一部分が撓むようになる。したがって、このような構成であっても、駆動側ループ状配線２０と検出側ループ状配線３０との間の距離が圧力により変化するため、この変化により出力が変化するので、圧力分布検出が可能である。

なお、第５実施例では、第１実施例と同様の電磁結合部及び導電性膜の構成を用いたが、本発明はこれに限定されず、第２実施例−第４実施例のような他の構成のものを適宜組み合わせて適用することも勿論可能である。

本実施例のような構成によれば、クッション材としてウレタンフォーム等を用いた場合に比べて、クッション性の劣化を防止することが可能となる。また、樹脂板１０の可撓性を利用したクッション作用であるため、反発力や復元力に優れるという効果もある。

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。

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３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４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５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。

符号の説明

１０ 基板
２０，２１ 駆動側ループ状配線
３０，３１，３３ 検出側ループ状配線
３５ 電磁結合部
４０ クッション材
４５ 板状部材
４６ 凹部
５０ 導電性膜
５１ スリット
５２ 導電体片
６０ 樹脂板
７０ 駆動部
８０ 検出部

Claims (8)

1. 検出面への圧力による電磁結合の度合いの変化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、
   第１ループ状配線が同一平面上に複数平行に配置される、複数の第１ループ状配線と、
   第２ループ状配線が同一平面上に複数平行に配置される、複数の第２ループ状配線であって、該第２ループ状配線が配置される平面は第１ループ状配線が配置される平面と平行であり、前記第２ループ状配線は第１ループ状配線とそれぞれ直交する方向に配置される、複数の第２ループ状配線と、
   検出面を構成する可撓性を有する樹脂板と、
   前記樹脂板の検出面の裏面上に貼付される導電性膜と、
   前記導電性膜と、前記第１ループ状配線又は前記第２ループ状配線との間に配置されるクッション手段と、
   前記第１ループ状配線と第２ループ状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、
   前記第１ループ状配線又は第２ループ状配線の一方に接続され、該ループ状配線を駆動する駆動手段と、
   前記第１ループ状配線又は第２ループ状配線の他方に接続され、該ループ状配線から前記電磁結合部の電磁結合の変化を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、前記導電性膜は、前記樹脂板の検出面の裏面上の全面に貼付されることを特徴とする圧力分布検出装置。
3. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記導電性膜は、前記樹脂板の検出面の裏面上にスリットを設けて貼付されることを特徴とする圧力分布検出装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか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、前記第１ループ状配線と第２ループ状配線が直交するそれぞれの位置において、第１ループ状配線及び第２ループ状配線にそれぞれコイル状パターンが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又は請求項３に記載の圧力分布検出装置において、前記第１ループ状配線及び第２ループ状配線は、それぞれ直線状に形成され、
   前記複数の電磁結合部は、前記導電性膜が前記第１ループ状配線と第２ループ状配線が直交するそれぞれの位置の近傍に配置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。
6. 請求項１に記載の圧力分布検出装置において、前記第１ループ状配線又は前記第２ループ状配線の一方は、前記導電性膜からなり、
   前記複数の電磁結合部は、前記第１ループ状配線と第２ループ状配線が直交するそれぞれの位置において、第１ループ状配線及び第２ループ状配線にそれぞれコイル状パターンが形成されることで提供され、
   前記クッション手段は、前記第１ループ状配線と前記第２ループ状配線との間に配置される、
   ことを特徴とする圧力分布検出装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記クッション手段は、一様な弾性体からなることを特徴とする圧力分布検出装置。
8. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の圧力分布検出装置において、前記クッション手段は、前記複数の電磁結合部に対応する位置にそれぞれ設けられる複数の凹部を有する板状部材からなることを特徴とする圧力分布検出装置。