JP2012112685A - フレキシブルセンサ及びセンサの評価用コントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】製造容易且つ原材料を減らしてコストダウンを図ると共に、曲面などにも容易に用いることができるフレキブルセンサを提供する。
【解決手段】第１のベース材２２と第２のベース材２４との間に、複数の線状の金属箔２６が配列された第１のシート部２０と、第３のベース材５２と第４のベース材５４との間に、複数の線状の金属箔５６が配列され、感圧部１２を構成する部位では、第１のシート部２０における金属箔２６の配列とは直交する方向に金属箔５６が配列されている第２のシート部５０とを具備し、感圧部１２においては複数の線状の金属箔２６と、複数の線状の金属箔５６とが、導電性フィルム６２を挟んで、電気的に接続されるように対向して配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力分布測定用のセンサ及びセンサを評価する際に用いられるコントローラに関する。

圧力分布測定用のセンサとして、従来より様々な構造のものが知られている。
例えば、特許文献１に示すようなセンサは、フィルム基材の上に短冊状の銀インク層を設け、短冊状の銀インク層が直交するように感圧インク層を介して貼り合わせて一方の感圧部を構成し、さらに同様の構成の他方の感圧部を電気的に非接触の状態で貼り合わせるようにして構成されている。

特開２０１０−３８６７０号公報

上記の特許文献１に記載されたセンサは、短冊状の銀インク層が４枚重ね合わせられて構成されており、銀インク層の１層目と２層目の間に感圧インク層が介在し、２層目と３層目の間にフィルム基材が介在し、３層目と４層目の間に感圧インク層が介在している。
このように、従来の圧力分布測定用のセンサは、層が多いので製造に手間がかかると共に、多くの原材料が必要となり、コスト高になっているという課題がある。また、感圧部分が厚くなってしまうので、センサを曲面などに用いる場合などにおいて、曲げの自由度が大きく無いため使用範囲が限られてしまうという課題もある。

また、特許文献１に記載されているように、圧力分布測定用のセンサは、パソコンに接続されてセンサからの電気信号をパソコン内で演算処理し、モニタに結果を表示できるようにすることが行われている。
ただ、実際の利用形態としてはこのようにパソコンのモニタに結果を出力できれば良いが、出荷前の試験や評価においては実際に圧力を測定する箇所に設置して試験を行うことは困難である。そこで、圧力分布測定用のセンサを評価する装置が要望されているという課題がある。

そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、製造容易且つ原材料を減らしてコストダウンを図ると共に、曲面などにも容易に用いることができるフレキブルセンサを提供することにある。

また、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、圧力分布測定用のセンサを評価する評価用コントローラを提供することにある。

本発明にかかるフレキシブルセンサによれば、フレキシブルな第１のベース材とフレキシブルな第２のベース材との間に、複数の線状の金属箔が配列され、複数の線状の金属箔の一方の端部が圧力分布を検知する第１の感圧部として形成され、複数の線状の金属箔の他方の端部が外部機器と接続される第１のコネクタ部として形成された第１のシート部と、フレキシブルな第３のベース材とフレキシブルな第４のベース材との間に、複数の線状の金属箔が配列され、複数の線状の金属箔の一方の端部が、前記第１の感圧部の金属箔の配列とは直交する方向に配列されて圧力分布を検知する第２の感圧部として形成され、複数の線状の金属箔の他方の端部が外部機器と接続される第２のコネクタ部として形成された第２のシート部とを具備し、前記第１のシート部における前記第１の感圧部が形成されている箇所において、第１のベース材又は第２のベース材の何れかが、複数の線状の金属箔が露出するように開口して形成され、前記第２のシート部における前記第２の感圧部が形成されている箇所において、第３のベース材又は第４のベース材の何れかが、複数の線状の金属箔が露出するように開口して形成され、前記第１の感圧部における露出した複数の線状の金属箔と、前記第２の感圧部における露出した複数の線状の金属箔とが、導電性フィルムを挟んで、電気的に接続されるように対向して配置された感圧部として形成され、該感圧部において受けた圧力に基づく抵抗値の変化が読み取られることにより、感圧部における圧力分布を測定可能であることを特徴としている。
この構成を採用することによって、製造が容易となり、また感圧部がフレキシブルであるから曲面等にも容易に配置させることができる。

本発明にかかるセンサの評価用コントローラによれば、圧力分布を測定するセンサの評価用コントローラであって、センサが配置される配置部と、配置部に配置されるセンサの前記感圧部に当接するように配置され、感圧部への当接面が球状に形成された当接部と、作業者が操作する際に把持する部材である第１の軸部と、該第１の軸部と前記当接部とを連結する第２の軸部と、前記第１の軸部を、前記配置部に配置されるセンサから離間する方向に付勢する付勢手段とを具備し、前記第１の軸部と前記第２の軸部とは、軸線方向周りに傾斜動可能となるように設けられていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、作業者は配置部にセンサを配置し、第１の軸部を持って、付勢手段の付勢力に抗して当接部をセンサに当接させることにより、センサに実際に圧力をかけてその評価をすることができる。また、第１の軸部を傾斜動させることによって、当接部のセンサへの当接位置を変化させてその圧力分布を測定し、評価することができる。

また、前記第１の軸部における第２の軸部側端部は、先端が球状に形成され、前記第２の軸部における第１の軸部側端部は、前記球状に形成された第１の軸部の端部を収納する半球状の凹部が形成され、前記第２の軸部における半球状の凹部が形成された側と反対側の端部と、前記当接部との間は、可撓性部材によって連結されていることを特徴としてもよい。
この構成を採用することにより、第１の軸部と第２の軸部との間における連結部分においては、第１の軸部の傾斜方向に対して、第２の軸部が第１の軸部とは逆方向に傾斜する。さらに当接部は可撓性部材を介して傾斜するので、作業者が第１の軸部を傾斜させて当接部の位置をセンサ上で変更する場合において、当接部と作業者が操作する部位までの間で直線状に形成されている場合と比較してスムーズに当接部をセンサ上で移動させることができる。

本発明のフレキシブルセンサによれば、製造が容易であり、且つ原材料を減らしてコストダウンを図ることができる。

本発明のフレキシブルセンサの評価用コントローラによれば、フレキシブルセンサへの圧力分布を測定する際に、センサに圧力をかけることを良好に実施できる。

本発明に係るフレキシブルセンサの平面図である。 フレキシブルセンサの斜視図である。 第１のシート部の分解図である。 第２のシート部の分解図である。 感圧部の断面図である。 本発明に係る評価用コントローラの側面図である。

本発明に係るフレキシブルセンサの好適な実施の形態を以下に説明する。
図１はフレキシブルセンサの全体構成を示す平面図、図２はフレキシブルセンサの全体構成を示す斜視図、図３はフレキシブルセンサを構成する第１のシート部の分解（平面）図、図４はフレキシブルセンサを構成する第２のシート部の分解（平面）図を示している。
フレキシブルセンサ１０は、その外周の大部分がフレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits：FPC）によって構成されている。そして、本実施形態のフレキシブルセンサ１０は、長手方向に対して一端部側に圧力を検知する感圧部１２が設けられ、他端部側にコンピュータ等の外部機器と接続するための２つのコネクタ部１４ａ，１４ｂが設けられている（図１では重なっているため１つのコネクタ部しか見えない状態である）。

また、フレキシブルセンサ１０は、２つのコネクタ部１４ａ，１４ｂが形成された他端部側は２枚のＦＰＣが完全に分離した状態で構成されており、感圧部１２が形成された一端部側は２枚のＦＰＣが重ね合わされた状態で一体に構成されている。
２枚のＦＰＣのうち、何れか１枚が特許請求の範囲でいう第１のシート部に該当し、何れか他の１枚が特許請求の範囲でいう第２のシート部に該当する。

以下、各シート部の構成について説明する。
第１のシート部２０は、ポリイミド等の素材で形成されている第１のベース材２２と、第１のベース材２２の材質と同様のポリイミド等の素材で形成されている第２のベース材２４との間に、複数の線状の金属箔２６，２６・・が配列されている。金属箔としては、銅箔を用いることが考えられている。また、複数の線状の金属箔２６，２６・・は、接着剤を介して各ベース材２２，２４に固定される。
第１のシート部２０は、複数の金属箔２６，２６・・が長手方向に沿って直線に形成されている中央部２０ａと、中央部よりも幅広の四角形状に形成された一端側に第１の感圧部２８が形成されている。また、中央部２０ａを挟んで他端側は、第１のコネクタ部１４ａが形成されている。

第１のシート部２０の 第１の感圧部２８は、複数の線状の金属箔２６，２６・・が、いずれか一方のベース材２２，２４から露出して形成されている。露出している箇所の金属箔２６，２６・・は金メッキが施されている。また、第１の感圧部２８は平面視するとほぼ正方形状であるので、何れか一方のベース材２２，２４（図３ではベース材２４）は、第１の感圧部２８を形成する箇所でほぼ正方形状に切り抜かれて形成されている。
第１の感圧部２８における、複数の線状の金属箔２６，２６・・は、中央部２０ａにおいて形成されている箇所から水平方向に直角に曲がって形成されている。

第１のシート部２０の第１のコネクタ部１４ａは、複数の線状の金属箔２６，２６・・が単に露出しているものであってもよいし、所定の規格に沿ったコネクタを接続して構成してもよい。

次に第２のシート部５０について説明する。
第２のシート部５０は、ポリイミド等の素材で形成されている第３のベース材５２と、第３のベース材５２の材質と同様のポリイミド等の素材で形成されている第４のベース材５４との間に、複数の線状の金属箔５６，５６・・が配列されている。金属箔としては、銅箔を用いることが考えられている。また、複数の線状の金属箔５６，５６・・は、接着剤を介して各ベース材５２，５４に固定される。
第２のシート部５０は、複数の金属箔５６，５６・・が長手方向に沿って直線に形成されている中央部５０ａと、中央部よりも幅広の四角形状に形成された一端側に第２の感圧部５８が形成されている。また、中央部５０ａを挟んで他端側は、第２のコネクタ部１４ｂが形成されている。

第２のシート部５０の 第２の感圧部５８は、複数の線状の金属箔５６，５６・・が、いずれか一方のベース材５２，５４から露出して形成されている。露出している箇所の金属箔５６，５６・・は金メッキが施されている。また、第２の感圧部５８は平面視するとほぼ正方形状であるので、何れか一方のベース材５２，５４（図４ではベース材５４）は、第２の感圧部５８を形成する箇所でほぼ正方形状に切り抜かれて形成されている。

第２の感圧部５８における、複数の線状の金属箔５６，５６・・は、第１の感圧部２８で形成されている複数の線状の金属箔２６，２６・・の向きに対して直交する方向に配列されている。
すなわち、第２の感圧部５８では、複数の金属箔５６，５６・・は、中央部５０ａにおいて形成されている箇所から水平方向に直角に曲がって幅広の四角形状の端部に移行したのち、さらに水平方向に直角に曲がっている。すなわち、第２の感圧部５８における複数の金属箔５６，５６・・は、中央部５０ａにおける金属箔５６，５６・・の向きと平行な向きとなっている。

なお、第２のシート部５０の第２のコネクタ部１４ｂは、第１のコネクタ部１４ａと同様に複数の線状の金属箔５６，５６・・が単に露出しているものであってもよいし、所定の規格に沿ったコネクタを接続して構成してもよい。

図５に感圧部１２の断面図を示す。
フレキシブルセンサ１０の感圧部１２は、第１の感圧部２８において露出した金属箔２６，２６・・と、第２の感圧部５８において露出した金属箔５６，５６・・とを電気的に接続するようにして構成されている。ただし、第１の感圧部２８の金属箔２６，２６・・と、第２の感圧部５８の金属箔５６，５６との間には導電性フィルム６２を挟み込んでいる。

つまり、導電性フィルム６２を挟んで第１の感圧部２８と第２の感圧部５８とを電気的に接続し、各金属箔が直交するように配置されて、第１のシート部２０と第２のシート部５０との電気的な交点がマトリクス状に形成された部位が感圧部１２として構成される。
導電性フィルム６２を挟み込んだ後に、第１のシート部２０の一端側と第２のシート部５０の一端側の外周をテープ等で固定することにより、フレキシブルセンサ１０が完成する。なお、フレキシブルセンサ１０としては、各シート部２０，５０の中央部２０ａ，５０ａもテープ等で固定してもよい。
なお、図５において、ベース材２２の上方に形成されている層３０は、金属箔２６，５６を各ベース材２２，５２に接着させるための接着剤からなる接着層３０である。ただし、接着層３０は、ベース材５２の下方に形成してもよい。

導電性フィルム６２は、カーボンが練り込まれたポリエチレンフィルム等を用いることができる。
このように、カーボンが練り込まれたポリエチレンフィルムを採用することで圧力に応じて導電性フィルム６２の導電性が変わってくる。つまり、大きな圧力が加わった箇所には、カーボンが密集し導電性が良くなるので、この部位の第１の感圧部２８と第２の感圧部５８との間の電気抵抗が小さくなる。このため、第１のシート部２０と第２のシート部５０との間における抵抗値を測定することで圧力分布の測定が可能になるのである。
なお、導電性フィルム６２の材質としては、ポリカーボネートにカーボンを練り込んだものや、シリコンゴムにカーボンを練り込んだものを採用してもよい。

なお、上述したような構成では、第１の感圧部２８及び第２の感圧部５８における各金属箔２６，５６の線幅を、それぞれの中央部２０ａ，５０ａにおける線幅よりも幅広としたものであった。
しかしながら、第１の感圧部２８及び第２の感圧部５８における各金属箔２６，５６の線幅を、それぞれの中央部２０ａ，５０ａにおける線幅と同一としたものであってもよい。
また、第１の感圧部２８及び第２の感圧部５８における各金属箔２６，５６の各線間の間隔を狭くすることにより、電気的に接続される交点の密度が高くなるため、より分解能が高いセンサを提供することができる。

続いて、上述してきたような圧力分測定用のセンサの評価を行う際に使用できる評価用コントローラについて説明する。
評価用コントローラ７０は、フィルム状の圧力分布測定用のフレキシブルセンサ（以下、単にセンサと称する）１０を配置する配置部７１において、センサ１０の感圧部表面に圧力を生じさせる当接部７２を備えている。
当接部７２は、ウレタン系の樹脂材料で形成されており、センサ１０の表面に対して傷などを付けないように考慮されている。また、当接部７２は半球状であって、センサ１０の表面に対しては球面が当接するように設けられている。

また、評価用コントローラ７０は、作業者が操作する際に把持する部材である第１の軸部７５と、第１の軸部７５に接続される第２の軸部７６とを有している。第１の軸部７５の上端部は、作業者が把持する部位である球状の把持部７９が設けられており、第１の軸部７５の下端部は、下方に向けて凸となる球状部８０が設けられている。
第２の軸部７６の上端部は、第１の軸部７５の下端部の球状部８０を収納して連結するための半球状の凹部８２が形成されている。

また、第１の軸部７５の中途部には、周囲を囲んでいる固定板８３が取り付けられている。固定板８３は、評価用コントローラ７０の筐体８４に対して傾斜動可能（鉛直方向に対して傾斜する方向）に保持されている。固定板８３は、筐体８４から上方には突出しないようにロックされるが、筐体８４の下方には移動できるように設けられている。
この固定板８３の下面と球状部８０との間には、付勢手段としてのスプリング８６が配置されている。スプリング８６は、第１の軸部７５の周囲に配置されており、球状部８０に対して固定板８３を上方に押しつける方向に付勢している。

また、第２の軸部７６と当接部７２との間は、ゴム等の可撓性部材７７によって連結されている。可撓性部材７７は、具体的にはゴム製の筒状のチューブであって、上下方向に貫通する貫通穴８９が形成されている。
第２の軸部７６の下端部には、可撓性部材７７の貫通穴８９の上端側に挿入される突起部７６ａが形成されている。また、当接部７２の上端部には、可撓性部材７７の貫通穴８９の下端側に挿入される突起部７２ａが形成されている。このように、筒状の可撓性部材７７に対して第２の軸部７６と当接部７２とを連結させているので、第２の軸部７６又は当接部７２のいずれかに力が加わると、可撓性部材７７が曲げられる。

上述してきた構成の評価用コントローラ７０の操作及び評価用コントローラ７０の動作を説明する。
作業者は、まず配置部７１へ圧力分布測定用のセンサ１０を配置する。センサ１０の厚さによっても異なるが、当接部７２がセンサ１０の表面に当接しない程度の位置に高さ方向を予め調節しておくとよい。このようにすることで、センサ１０に余計な圧力が加わり続けることを防止できる。

センサ１０を配置部７１に配置した後、作業者は第１の軸部７５の上端部を操作し、第１の軸部７５を好きな方向に傾斜させる。また、同時に第１の軸部７５をスプリング８６の付勢力に抗して下方（センサ１０方向）に押し込む。
このとき、第１の軸部７５に連結されている第２の軸部７６の凹状の上端部は、第１の軸部の球状の下端部に斜め下方に押圧されることにより、第２の軸部７６は第１の軸部７５とは逆方向に傾斜する。

第２の軸部７６は、第１の軸部７５とは逆方向に傾斜することによって作業者が思った方向に圧力を加えることができる。
例えば、第１の軸部７５の先端部を作業者から見て左に傾斜させた場合、作業者としては左方向に圧力をかけたいという認識がある。ところが、第１の軸部７５がそのまま当接部７２まで延びているとすると、第１の軸部７５の先端部を左に傾斜させると、第１の軸部７５の下端部（当接部７２）は、右方向に傾斜し、作業者から見て右方向の部位に圧力がかかる。
このため、本実施形態のように、第１の軸部７５と第２の軸部７６とを備え、第１の軸部７５が傾斜することに対して第２の軸部７６が逆方向に傾斜するように連結していることにより、作業者が思った方向に圧力をかけるようにすることができる。

また、第２の軸部７６と当接部７２とは可撓性部材７７によって連結されているので、第２の軸部７６が当接部７２をセンサ１０上で移動させる際に、当接部７２に無理な力が加わろうとした場合に可撓性部材７７が撓むことができる。このため、当接部７２がセンサ１０の表面に無理な力を及ぼしてしまうことを防止できる。

なお、本実施形態の評価用コントローラ７０で評価しているセンサ１０にはパソコン等の外部機器を接続し、圧力分布をモニタに表示しつつ第１の軸部７５を操作することで、視覚的な評価を良好に行うことができる。

また、評価用コントローラ７０で評価する対象となるセンサは、フレキシブルセンサに限定するものではなく、圧力分布測定用のセンサであって平板状、フィルム状などの薄型のものであれば良い。

１０ フレキシブルセンサ
１２ 感圧部
１４ａ，１４ｂ コネクタ部
２０ 第１のシート部
２２ 第１のベース材
２４ 第２のベース材
２６ 金属箔
２８ 第１の感圧部
３０ 接着層
５０ 第２のシート部
５２ 第３のベース材
５４ 第４のベース材
５６ 金属箔
５８ 第２の感圧部
６２ 導電性フィルム
７０ 評価用コントローラ
７１ 配置部
７２ 当接部
７５ 第１の軸部
７６ 第２の軸部
７７ 可撓性部材
７９ 把持部
８０ 球状部
８２ 凹部
８３ 固定板
８４ 筐体
８６ スプリング
８９ 貫通穴

Claims (3)

1. フレキシブルな第１のベース材とフレキシブルな第２のベース材との間に、複数の線状の金属箔が配列され、複数の線状の金属箔の一方の端部が圧力分布を検知する第１の感圧部として形成され、複数の線状の金属箔の他方の端部が外部機器と接続される第１のコネクタ部として形成された第１のシート部と、
   フレキシブルな第３のベース材とフレキシブルな第４のベース材との間に、複数の線状の金属箔が配列され、複数の線状の金属箔の一方の端部が、前記第１の感圧部の金属箔の配列とは直交する方向に配列されて圧力分布を検知する第２の感圧部として形成され、複数の線状の金属箔の他方の端部が外部機器と接続される第２のコネクタ部として形成された第２のシート部とを具備し、
   前記第１のシート部における前記第１の感圧部が形成されている箇所において、第１のベース材又は第２のベース材の何れかが、複数の線状の金属箔が露出するように開口して形成され、
   前記第２のシート部における前記第２の感圧部が形成されている箇所において、第３のベース材又は第４のベース材の何れかが、複数の線状の金属箔が露出するように開口して形成され、
   前記第１の感圧部における露出した複数の線状の金属箔と、前記第２の感圧部における露出した複数の線状の金属箔との間に導電性フィルムが介在されて、第１の感圧部と第２の感圧部とが積層され、
   第１の感圧部と第２の感圧部が積層されて構成された感圧部において、受けた圧力に基づく抵抗値の変化が読み取られることにより、感圧部における圧力分布を測定可能であることを特徴とするフレキシブルセンサ。
2. 圧力分布を測定するセンサの評価用コントローラであって、
   センサが配置される配置部と、
   配置部に配置されるセンサの前記感圧部に当接するように配置され、感圧部への当接面が球状に形成された当接部と、
   作業者が操作する際に把持する部材である第１の軸部と、
   該第１の軸部と前記当接部とを連結する第２の軸部と、
   前記第１の軸部を、前記配置部に配置されるセンサから離間する方向に付勢する付勢手段とを具備し、
   前記第１の軸部と前記第２の軸部とは、軸線方向周りに傾斜動可能となるように設けられていることを特徴とするセンサの評価用コントローラ。
3. 前記第１の軸部における第２の軸部側端部は、先端が球状に形成され、
   前記第２の軸部における第１の軸部側端部は、前記球状に形成された第１の軸部の端部を収納する半球状の凹部が形成され、
   前記第２の軸部における半球状の凹部が形成された側と反対側の端部と、前記当接部との間は、可撓性部材によって連結されていることを特徴とする請求項２記載のセンサの評価用コントローラ。

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