JP2016109652A - センサ、位置検出システムおよびセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でありながら、圧力が加わった加圧位置を精度よく検出する。【解決手段】センサ１は、導電体１２と、感圧体１３と、抵抗体１４とを備える。感圧体１３は、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる。抵抗体１４は、導電体１２よりも抵抗値が大きい。感圧体１３は、導電体１２と抵抗体１４との間に設けられている。位置検出システムにおいて、時間計測部は、センサ１に圧力が加わると、抵抗体１４における所定位置と導電体１２との間に発生する電圧変化の基準時からの遅延時間を計測する。位置検出部は、時間計測部で計測された遅延時間を用いて、センサ１における圧力が加わった加圧位置を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般にセンサ、位置検出システムおよびセンサの製造方法に関し、より詳細には、圧力が加わった加圧位置を検出するために用いられるセンサ、このセンサを用いて加圧位置を検出する位置検出システム、および、このセンサの製造方法に関する。

従来、物体などの接触を感知するためのセンサが種々知られている。従来のセンサに用いられている方式としては、ばねなどの機械的構造の変位もしくは変形を用いた方式、または、静電容量の変化を用いた方式などがある。

静電容量の変化を用いた方式を用いた従来のセンサとしては、投影型静電容量方式のタッチパネルがある（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載されたタッチパネルは、平面上の一の方向に平行に配置された一群の導電体からなる一の電極と、上記一の方向に平行に配置された一群の他の導電体からなる他の電極とを備える。そして、特許文献１に記載されたタッチパネルは、容量変化を用いて接触位置を検出する。

特開２０１４−１８６７１１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のセンサは、一の電極と他の電極との各々において複数の導電体を備える必要があるため、センサの構造が複雑であるという問題があった。また、このような従来のセンサは、容量成分を有しない物体の位置を精度よく検出することができないという問題もあった。

本発明は上記の点に鑑みて為された発明であり、本発明の目的は、簡単な構造でありながら、圧力が加わった加圧位置を精度よく検出することができるセンサ、位置検出システムおよびセンサの製造方法を提供することにある。

本発明のセンサは、導電体と、感圧体と、抵抗体とを備える。前記感圧体は、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる。前記抵抗体は、前記導電体よりも抵抗値が大きい。前記感圧体は、前記導電体と前記抵抗体との間に設けられている。

このセンサにおいて、前記感圧体は、圧電体および感圧樹脂のうちの少なくとも１つであることが好ましい。

このセンサにおいて、前記センサは、第１の電極と、第２の電極とをさらに備えることが好ましい。前記第１の電極は、前記抵抗体における所定位置に設けられている。前記第２の電極は、前記導電体に設けられている。

このセンサにおいて、前記センサは、保護体をさらに備えることが好ましい。前記保護体は、前記導電体、前記感圧体、前記抵抗体、前記第１の電極および前記第２の電極を覆う。

このセンサにおいて、前記保護体は、可撓性を有する樹脂材、ゴムまたは繊維から形成されていることが好ましい。

このセンサにおいて、前記導電体、前記感圧体および前記抵抗体は、可撓性を有することが好ましい。

本発明の位置検出システムは、前記センサと、時間計測部と、位置検出部とを備える。前記時間計測部は、前記センサに圧力が加わると、前記抵抗体における少なくとも１つの所定位置と前記導電体との間に発生する少なくとも１つの電圧変化の基準時からの遅延時間を計測する。前記位置検出部は、前記時間計測部で計測された前記遅延時間を用いて、前記センサにおける前記圧力が加わった加圧位置を検出する。

この位置検出システムにおいて、前記位置検出システムは、圧力検出部をさらに備えることが好ましい。前記圧力検出部は、前記少なくとも１つの電圧変化の大きさに応じて前記圧力の大きさを計測する。

この位置検出システムにおいて、前記位置検出部は、前記遅延時間に基づいて前記加圧位置を検出する第１の機能と、前記少なくとも１つの電圧変化の大きさに基づいて前記加圧位置を検出する第２の機能とを有することが好ましい。

この位置検出システムにおいて、第１の機能と第２の機能とを選択する場合、前記位置検出システムは、選択部をさらに備えることが好ましい。前記選択部は、前記第１の機能と前記第２の機能とを選択する。前記位置検出部は、前記第１の機能および前記第２の機能のうち、前記選択部で選択された機能を実行することが好ましい。

この位置検出システムにおいて、前記所定位置は、前記抵抗体に複数設けられていることが好ましい。前記時間計測部は、前記センサに圧力が加わると、前記抵抗体における前記複数の所定位置と前記導電体との間にそれぞれ発生する複数の電圧変化の各々における基準時からの遅延時間を計測することが好ましい。

本発明のセンサの製造方法は、導電体と、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる感圧体と、前記導電体よりも抵抗値が大きい抵抗体とを備えるセンサの製造方法である。前記センサの製造方法は、第１のステップと、第２のステップとを有する。前記第１のステップにおいて、前記導電体および前記抵抗体のうちの一方の上に前記感圧体を設ける。前記第２のステップにおいて、前記感圧体の上に前記導電体および前記抵抗体のうちの他方を設ける。

このセンサの製造方法において、前記第１のステップにおいて、スプレー法、蒸着法、ディッピング法、スピンコート法、フローコート法およびスピンドル法のうちのいずれかを用いて、前記導電体の上に前記感圧体を設けることが好ましい。

このセンサの製造方法において、前記第１のステップにおいて、導電性接着剤を用いて前記導電体および前記抵抗体のうちの一方の上に前記感圧体を設けることが好ましい。

このセンサの製造方法において、前記導電体、前記感圧体および前記抵抗体を保護体で被覆し、または、前記導電体、前記感圧体および前記抵抗体の上に保護体を、接着剤を用いて設けるステップを有することが好ましい。

本発明によれば、簡単な構造でありながら、圧力が加わった加圧位置を精度よく検出することができる。

実施形態に係るセンサにおける図２の切断線Ａ１−Ａ１線の断面図である。 実施形態に係るセンサの正面図である。 実施形態に係るセンサの特性の説明図である。 実施形態に係るセンサの特性を計測するための概略図である。 実施形態に係るセンサの変形例の断面図である。 実施形態に係るセンサの他の変形例の断面図である。 実施形態に係る位置検出システムの構成を示す概略図である。

以下、実施形態に係るセンサについて図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係るセンサ１は、図１，２に示すように、基材１１と、導電体１２と、感圧体１３と、抵抗体１４と、複数（図２では４つ）の第１の電極１５と、第２の電極１６とを備えている。

基材１１は、例えば板状に形成された部材である。基材１１は、例えば樹脂で形成されている。

導電体１２は、例えば鉄もしくは銅などの金属、または、導電性樹脂などで形成されている。また、導電体１２の材料は、上記に限らず、抵抗体１４よりも抵抗値が小さい材料であればよく、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明導電膜であってもよい。例えば、絶縁膜上に設けたＩＴＯを導電体１２とし、それを基材１１の上に設けてもよい。すなわち、基材１１と導電体１２との間に絶縁体その他の物質が含まれていてもよい。導電体１２の抵抗値は、１００Ω以下である。導電体１２は、例えばスプレーなどによって基材１１に形成（塗布）された導電膜である。

感圧体１３は、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させるように構成されている。感圧体１３は、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる機能を有していればよい。感圧体１３は、好ましくは、圧電体および感圧樹脂のうちの少なくとも１つである。上記圧電体は、圧電効果を有していればよく、例えば圧電効果を有する圧電物質と圧電効果を有しない樹脂との混合物でもよいし、圧電体と圧電効果を有しない樹脂との積層体であってもよい。圧電体としては、例えばスプレーコーティング工法によって形成された圧電膜がある。感圧樹脂は、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる樹脂である。感圧体１３は、導電体１２と抵抗体１４との間に設けられている。なお、感圧体１３は、圧電体および感圧樹脂の積層体であってもよい。

抵抗体１４は、導電体１２よりも抵抗値が大きくなるように構成されている。抵抗体１４の抵抗値は、１ｋΩ以上１００ＭΩ以下である。例えば長さが２０ｍｍである場合、抵抗体１４の線抵抗率は、５０Ω／ｍｍ以上５ＭΩ／ｍｍ以下である。抵抗体１４は、例えばスプレーなどによって形成された抵抗膜であり、例えば、樹脂抵抗膜、導電ゴムなどを用いることができる。

複数の第１の電極１５は、抵抗体１４における互いに異なる複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４にそれぞれ設けられている。具体的に、図２では、複数の第１の電極１５は、抵抗体１４の４隅に設けられている。ただし、複数の第１の電極１５が設置される場所は、上記に限らず、センサの形状、使用場所、条件などに応じて設定することができる。各第１の電極１５は、銅、銀、金などの金属で形成されている。ただし、各第１の電極１５の材料は、上記に限定されず、一般的に電極として用いられるいずれの材料であってもよい。

第２の電極１６は、導電体１２に設けられている。具体的には、第２の電極１６は、導電体１２のうち感圧体１３が設けられていない部分に設けられている。図２に示すように、第２の電極１６は、導電体１２において、感圧体１３が設けられている面上のうち、感圧体１３が設けられていない部分に設けてもよいし、感圧体１３が設けられていない面上に設けてもよい。第２の電極１６は、感圧体１３が設けられていない部分であれば、感圧体１３が設けられている面と垂直な面を含め、導電体１２のいずれの場所にでも設けることができる。第２の電極１６は、銅、銀、金などの金属で形成されている。ただし、第２の電極１６の材料は、上記に限定されず、一般的に電極として用いられるいずれの材料であってもよい。

本実施形態では、導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４は、可撓性を有している。ただし、導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４は、本実施形態のように可撓性を有していることには限定されず、可撓性を有していなくてもよい。

次に、本実施形態に係るセンサ１の特性について説明する。

センサ１に圧力が加わると、感圧体１３の変形により電圧変化が発生し、抵抗体１４を通って抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間に複数の電圧変化が発生する。例えば、感圧体１３として圧電体を用いる場合、上記圧電体の変形によって発生する電圧を上記電圧変化として検出してもよいし、予め第１の電極１５に外部から電圧を印加しておき、上記圧電体の変形による電圧変化を検出してもよい。例えば、感圧体１３として感圧樹脂を用いる場合、予め第１の電極１５に外部から電圧を印加しておき、上記感圧樹脂の変形によって抵抗率が変化し、その結果として生じる電圧変化を検出する。ここで、複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と加圧位置Ｐ０との間の距離Ｌ１〜Ｌ４によって、図３に示すように、複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ発生する複数の電圧変化の間には時間遅延が存在する。図３では、最も早くにピークが発生する電圧（図３の例では電圧Ｖ１）の上記ピークが発生するタイミングｔ１を基準時とした場合の時間差Ｔ１（タイミングｔ２−タイミングｔ１）および時間差Ｔ２（タイミングｔ３−タイミングｔ１）を遅延時間として示している。

続いて、このような時間遅延と加圧位置Ｐ０との関係について説明する。図４に示すように、第１の電極１５に負荷抵抗５１が接続された状態で、第１の電極１５１〜１５４と負荷抵抗５１との間の点Ｃ１〜Ｃ４における複数の電圧変化（複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４）の時間遅延のパターンと加圧位置ｑ１〜ｑ９との関係を検証した。ここでは、感圧体１３として圧電体を用いている。また、抵抗体１４の所定位置Ｐ１〜Ｐ４間の抵抗値（第１の電極１５１〜１５４間の抵抗値）は約２ＭΩであり、各負荷抵抗５１の抵抗値は１ＭΩである。隣り合う所定位置Ｐ１〜Ｐ４間の長さは２０ｍｍである。したがって、第１の電極１５１〜１５４間の線抵抗率は７０ｋΩ／ｍｍ〜１００ｋΩ／ｍｍである。所定位置Ｐ１〜Ｐ４間の抵抗値とは、例えば、隣り合う所定位置間（所定位置Ｐ１，Ｐ２間など）の抵抗値、対角線上の所定位置間（所定位置Ｐ１，Ｐ３間など）の抵抗値をいう。なお、第１の電極１５１〜１５４間の抵抗値は１００ｋΩ以上であることが好ましい。すなわち、第１の電極１５１〜１５４間の線抵抗率は３．５ｋΩ／ｍｍ以上であることが好ましい。アルミニウム製の棒をセンサ１に落下させることによってセンサ１に圧力を加え、それによって圧電体の変形によって発生する電圧を電圧Ｖ１〜Ｖ４とした。上記棒の重さは６．５ｇである。上記棒を落下させる高さは、センサ１の上面から２５ｍｍである。

表１には、センサ１の加圧位置ｑ１〜ｑ９の各々について、複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ発生する複数の電圧変化の遅延時間を示している。表１では、遅延時間として、複数の電圧変化のうち、最も早い電圧変化の発生時を基準時としたときの複数の電圧変化の発生時と最も早い電圧変化の発生時との時間差を示している。表１における遅延時間（時間差）の単位はマイクロ秒（μｓ）である。ここで、電圧変化の発生時とは、例えばピーク電圧時を示す。なお、最も早い電圧変化の遅延時間は０マイクロ秒である。

表１に示すように、加圧位置ｑ１〜ｑ９によって、複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ発生する複数の電圧変化の時間遅延のパターンが異なっている。このことから、加圧位置ｑ１〜ｑ９と上記パターンとの関係を用いることによって、実際に加圧された加圧位置Ｐ０（図２参照）を検出することができる。なお、上記複数の電圧変化の時間遅延は、センサ１のＣＲ遅延（センサ１におけるコンデンサ成分と抵抗成分とによる遅延）に起因して発生するのではないかと考えられる。加圧位置からの距離が長いほど、ＣＲ遅延による遅延時間が長くなると考えられる。

本実施形態に係るセンサ１の変形例として、図５に示すように、センサ１は、保護体１７をさらに備えてもよい。

保護体１７は、導電体１２、感圧体１３、抵抗体１４、複数の第１の電極１５および第２の電極１６を覆うように形成されている。保護体１７は、可撓性を有する柔軟な樹脂材、ゴムまたは繊維から形成されている。

また、本実施形態に係るセンサ１の他の変形例として、図６に示すように、センサ１は、基材１１の上に抵抗体１４が設けられ、抵抗体１４の上に感圧体１３が設けられ、感圧体１３の上に導電体１２が設けられていてもよい。

センサ１は、センサ１に圧力が加わった場合に、抵抗体１４における少なくとも１つの所定位置と導電体１２との間に発生する少なくとも１つの電圧変化の基準時からの遅延時間を用いて、圧力が加わった加圧位置を検出するために用いられる。

なお、本実施形態では、樹脂製の基材１１を用いた構成について説明しているが、基材１１は、樹脂製に限らず、基材としての機能を有していれば何でも用いることができる。例えば、導電性の基材を用いてもよい。この場合、基材に導電体を兼用させることができるので、センサの構成を簡単にすることができる。また、図６に示すセンサ１の場合、抵抗体と基材とを兼用することができる。例えば、自立性を有する抵抗膜を用いることによって、抵抗体と基材とを兼用することができる。

本実施形態では、センサ１は、複数の第１の電極１５を備えているが、センサ１は、１つの第１の電極のみを備えてもよい。この場合、センサ１は、所定の直線上の位置を検出するための１次元センサとして用いられる。このような１次元センサを用いる場合、センサ１に圧力が加えられた圧力印加時を基準時として遅延時間を検出する。

なお、図１，２は、導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４が可撓性を有し、かつ、基材１１の感圧体１３などが設けられた面に加えられた圧力Ｆ１を検出する場合を示している。この場合、基材１１に撓む材料を用いることにより、基材１１の感圧体１３などが設けられていない面に加えられた圧力Ｆ２を検出することもできる。

また、図１，２のセンサ１では、基材１１の片面に、可撓性を有する導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４が設けられているが、基材１１の両面に、可撓性を有する導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４が設けられていてもよい。これにより、基材１１の種類によらず、基材１１の両面において、加えられた圧力を検出することができる。また、基材１１に撓む材料を用いることにより、基材１１の片面で圧力の位置（加圧位置）を検出し、基材１１面のもう片面で圧力の大きさを検出することができる。すなわち、加圧位置の検出と圧力の大きさの検出とを別々に行うことができる。

次に、本実施形態に係る位置検出システム３について図７を参照しながら説明する。

位置検出システム３は、センサ１と、計測装置２とを備えている。

計測装置２は、記憶部２１と、取得部２２と、時間計測部２３と、位置検出部２４とを備えている。

記憶部２１は、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間の複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ発生する複数の電圧変化における基準時からの遅延時間と加圧位置との関係を記憶している。例えば、複数の電圧変化のうちの最も早い電圧変化の発生時を基準時とし、残りの電圧変化の発生時と最も早い電圧変化の発生時との時間差を遅延時間とする。なお、最も早い電圧変化の発生時に代えて、センサ１に圧力が加えられた圧力印加時を基準時としてもよい。

また、記憶部２１は、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間の複数の電圧変化の大きさ（電圧値）と加圧位置Ｐ０に加えられた圧力Ｆ１の大きさとの関係を記憶している。

取得部２２は、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間にそれぞれ発生する複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４（複数の電圧変化）をセンサ１から取得する。例えば、取得部２２は、複数の第１の電線４１および第２の電線４２（図２参照）が接続される端子部を備えており、上記端子部に接続された複数の第１の電線４１および第２の電線４２を介して複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４（複数の電圧変化）を取得する。

時間計測部２３は、センサ１に圧力Ｆ１が加わると、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間にそれぞれ発生する複数の電圧変化の基準時からの遅延時間を計測するように構成されている。すなわち、時間計測部２３は、取得部２２で取得された複数の電圧変化の基準時からの遅延時間を計測するように構成されている。例えば、複数の電圧Ｖ１〜Ｖ４に発生する複数の電圧変化のうちの最も早い電圧変化の発生時を基準時とし、残りの電圧変化の発生時と最も早い電圧変化の発生時との時間差を遅延時間とする。なお、最も早い電圧変化の発生時に代えて、センサ１に圧力が加えられた圧力印加時を基準時としてもよい。この場合、時間計測部２３が圧力印加時に関する情報を取得すればよい。

位置検出部２４は、時間計測部２３で計測された遅延時間を用いて、センサ１における圧力Ｆ１が加わった加圧位置Ｐ０を検出するように構成されている。具体的には、位置検出部２４は、時間計測部２３で計測された遅延時間を、記憶部２１に記憶されている遅延時間と加圧位置との関係に照合することによって、加圧位置Ｐ０を検出する。

計測装置２は、電圧計測部２５と、圧力検出部２６とをさらに備えている。

電圧計測部２５は、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間の複数の電圧変化の大きさ（電圧値）を計測するように構成されている。具体的には、電圧計測部２５は、取得部２２で取得された複数の電圧変化の大きさ（電圧値）を計測する。

圧力検出部２６は、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間の複数の電圧変化の大きさに応じて圧力Ｆ１の大きさを計測するように構成されている。具体的には、圧力検出部２６は、電圧計測部２５で計測された電圧変化の大きさ（電圧値）を、記憶部２１に記憶されている電圧値と圧力の大きさとの関係に照合することによって、圧力Ｆ１の大きさを計測する。

次に、本実施形態に係る位置検出システム３の動作について図７を参照しながら説明する。

まず、センサ１に圧力が加わると、感圧体１３の変形により電圧変化が発生し、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間に複数の電圧変化が発生する。計測装置２側では、取得部２２が、複数の電圧変化をセンサ１から取得する。時間計測部２３は、複数の電圧変化の基準時からの遅延時間（時間差）を計測する。その後、位置検出部２４は、時間計測部２３で計測された遅延時間を用いて、センサ１における圧力Ｆ１が加わった加圧位置Ｐ０を検出する。また、電圧計測部２５は、複数の電圧変化の大きさ（電圧値）を計測する。その後、圧力検出部２６は、電圧計測部２５で計測された複数の電圧変化の大きさに応じて、加圧位置Ｐ０に加えられた圧力Ｆ１の大きさを計測する。

なお、本実施形態に係る位置検出システム３の変形例として、位置検出部２４は、複数の電圧変化の大きさから加圧位置Ｐ０を検出する機能を有していてもよい。

すなわち、位置検出部２４は、第１の機能と、第２の機能とを有している。第１の機能では、位置検出部２４は、複数の電圧変化における遅延時間に基づいて、センサ１における加圧位置Ｐ０を検出する。第２の機能では、位置検出部２４は、複数の電圧変化の大きさに基づいて、加圧位置Ｐ０を検出する。位置検出部２４は、第１の機能および第２の機能のいずれか一方を選択的に実行してもよいし、第１の機能および第２の機能の両方を実行してもよい。

この場合、計測装置２は、位置検出部２４の第１の機能と前記第２の機能とを選択する選択部（図示せず）をさらに備えている。選択部は、例えばユーザの操作入力などに従って、第１の機能と第２の機能とを選択するように構成されている。

位置検出部２４は、第１の機能および第２の機能のうち、選択部で選択された一の機能もしくは両方の機能を実行するように構成されている。例えば、第１の機能が選択部で選択された場合、位置検出部２４は第１の機能を実行する。第２の機能が選択部で選択された場合、位置検出部２４は第２の機能を実行する。さらに、第１の機能および第２の機能の両方が選択部で選択された場合、位置検出部２４は第１の機能および第２の機能の両方を実行する。位置検出部２４は、第１の機能および第２の機能のいずれもが選択部で選択されなかった場合であっても、第１の機能および第２の機能の少なくとも一方を実行するように構成されていてもよい。

次に、本実施形態に係るセンサ１の製造方法について図１，２を参照しながら説明する。センサ１は、上述したように、基材１１と、導電体１２と、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる感圧体１３と、導電体１２よりも抵抗値が大きい抵抗体１４と、複数の第１の電極１５と、第２の電極１６とを備えている。

まず、基材１１の上に導電体１２を設ける。具体的には、スプレーによって、基材１１の上に導電体１２として導電膜を設ける。

続いて、導電体１２の上に感圧体１３を設ける（第１のステップ）。具体的には、スプレーによって導電体１２としての導電膜の上に、感圧体１３として圧電膜を設ける。好ましくは、第１のステップにおいて、スプレー法、蒸着法、ディッピング法、スピンコート法、フローコート法およびスピンドル法のうちのいずれかを用いて、導電体１２の上に感圧体１３を設ける。なお、第１のステップにおいて、導電性接着剤を用いて導電体１２の上に感圧体１３を設けてもよい。

その後、感圧体１３の上に抵抗体１４を設ける（第２のステップ）。具体的には、スプレーによって、感圧体１３としての圧電膜の上に抵抗体１４としての抵抗膜を設ける。

その後、導電接着剤または半田を用いて、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４に複数の第１の電極１５をそれぞれ設ける。具体的には、抵抗体１４の上における互いに異なる複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４に複数の第１の電極１５をそれぞれ設ける。なお、金属端子をかしめることによって、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４に複数の第１の電極１５をそれぞれ設けてもよい。あるいは、複数の第１の電極１５が印刷されたフレキシブル基板を用いて、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４に複数の第１の電極１５を設けてもよい。

また、導電接着剤または半田を用いて、導電体１２に第２の電極１６を設ける。具体的には、導電体１２の上における感圧体１３が形成されていない位置に第２の電極１６を設ける。なお、金属端子をかしめることによって、導電体１２に第２の電極１６を設けてもよい。あるいは、第２の電極１６が印刷されたフレキシブル基板を用いて、導電体１２に第２の電極１６を設けてもよい。

その後、図５に示すように、導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４、複数の第１の電極１５および第２の電極１６の上に保護体１７を、被覆または接着剤を用いて設けてもよい。

なお、図６に示すようなセンサ１の場合、まず、基材１１の上に抵抗体１４を設け、抵抗体１４の上に感圧体１３を設け、その後、感圧体１３の上に導電体１２を設ければよい。

本実施形態に係るセンサ１および位置検出システム３は、例えばセンサ１がロボットの車輪に取り付けられて用いられる。この場合、車輪を基材として、車輪の上に導電体または抵抗体を設け、その上に感圧体などを設ける構成にしてもよいし、車輪が導電体または抵抗体と基材とを兼ねる構成として、車輪の上に圧電体を設ける構成にしてもよい。

また、本実施形態に係るセンサ１および位置検出システム３の他の使用例としては、例えばセンサ１がロボットハンドに取り付けられて用いられる。ロボットの車輪の場合と同様に、ロボットハンドの上に導電体または抵抗体を設け、その上に圧電体を設ける構成にしてもよいし、ロボットハンドが導電体または抵抗体を兼ねる構成として、ロボットハンドの上に圧電体を設ける構成にしてもよい。

以上説明した本実施形態に係るセンサ１では、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる感圧体１３が、導電体１２と導電体１２よりも抵抗値が高い抵抗体１４との間に設けられている。これにより、センサ１に圧力が加わると、センサ１は、抵抗体１４における少なくとも１つの所定位置（Ｐ１〜Ｐ４）と導電体１２との間に発生する少なくとも１つの電圧変化を、センサ１における圧力Ｆ１が加わった加圧位置Ｐ０によって異なる時間遅延のパターンで出力することができる。その結果、センサ１から出力される少なくとも１つの電圧変化の基準時からの遅延時間を用いて、センサ１における加圧位置Ｐ０を検出することができる。これにより、本実施形態に係るセンサ１によれば、簡単な構造でありながら、センサ１における加圧位置Ｐ０を精度よく検出することができる。

特に、本実施形態のように複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４が抵抗体１４に設けられている場合、センサ１に圧力Ｆ１が加わると、センサ１は、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間にそれぞれ発生する複数の電圧変化を、加圧位置Ｐ０によって異なる時間遅延のパターンで出力することができる。その結果、加圧位置Ｐ０が検出される対象エリアが２次元平面であっても、センサ１から出力される複数の電圧変化の基準時からの遅延時間を用いて、センサ１における加圧位置Ｐ０を検出することができる。また、各電圧変化の大きさ、ピークの形状、各電圧の正負および各電圧の変化、ならびに、加圧の速さ、加圧時間などには相関があり、これらの計測結果を用いて、精密な加圧情報を検出することができる。これにより、本実施形態に係るセンサ１によれば、対象エリアが２次元平面であっても、簡単な構造でありながら、加圧位置Ｐ０を精度よく検出することができるとともに、圧力の大きさなども検出することができる。

本実施形態に係るセンサ１では、抵抗体１４における所定位置（Ｐ１〜Ｐ４）に第１の電極１５が設けられ、導電体１２に第２の電極１６が設けられている。これにより、本実施形態に係るセンサ１では、抵抗体１４における所定位置（Ｐ１〜Ｐ４）と導電体１２との間に発生する電圧変化であって加圧位置Ｐ０によって時間遅延のパターンが異なる電圧変化をセンサ１から簡単に取り出すことができる。

本実施形態に係るセンサ１では、導電体１２、感圧体１３、抵抗体１４、第１の電極１５および第２の電極１６を保護体１７が覆う。これにより、本実施形態に係るセンサ１では、導電体１２、感圧体１３、抵抗体１４、第１の電極１５および第２の電極１６を外部から保護することができる。

本実施形態に係るセンサ１では、導電体１２、感圧体１３および抵抗体１４が可撓性を有する。これにより、本実施形態に係るセンサ１では、センサ１をさまざまな形状に変形させることができる。その結果、本実施形態に係るセンサ１を例えば物体の曲面に沿って取り付けることができる。

本実施形態に係る位置検出システム３では、センサ１において、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる感圧体１３が、導電体１２と導電体１２よりも抵抗値が高い抵抗体１４との間に設けられている。これにより、本実施形態に係る位置検出システム３では、センサ１に圧力が加わると、抵抗体１４における少なくとも１つの所定位置（Ｐ１〜Ｐ４）と導電体１２との間に発生する少なくとも１つの電圧変化を、センサ１における圧力Ｆ１が加わった加圧位置Ｐ０によって異なる時間遅延のパターンで出力することができる。さらに、本実施形態に係る位置検出システム３は、センサ１から出力される少なくとも１つの電圧変化の基準時からの遅延時間を用いて、センサ１における加圧位置を検出する。これにより、本実施形態に係る位置検出システム３では、簡単な構造でありながら、センサ１における加圧位置Ｐ０を精度よく検出することができる。

本実施形態に係る位置検出システム３では、抵抗体１４における少なくとも１つの所定位置（Ｐ１〜Ｐ４）と導電体１２との間に発生する少なくとも１つの電圧変化の大きさに応じて圧力Ｆ１の大きさを計測する。これにより、本実施形態に係る位置検出システム３では、加圧位置Ｐ０を検出するだけではなく、加圧位置Ｐ０に加わった圧力Ｆ１の大きさも検出することができる。

本実施形態に係る位置検出システム３は、遅延時間に基づいて加圧位置Ｐ０を検出する第１の機能と、少なくとも１つの電圧変化の大きさに基づいて加圧位置Ｐ０を検出する第２の機能とを有している。これにより、本実施形態に係る位置検出システム３では、用途などに応じて、加圧位置Ｐ０を検出する手法を変えることができる。

本実施形態に係る位置検出システム３は、第１の機能と第２の機能とを選択する選択部を備える。これにより、本実施形態に係る位置検出システム３では、加圧位置Ｐ０を検出する手法をユーザが選択することができる。

本実施形態に係る位置検出システム３では、抵抗体１４に複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４が設けられている。これにより、本実施形態に係る位置検出システム３は、センサ１に圧力Ｆ１が加わると、抵抗体１４における複数の所定位置Ｐ１〜Ｐ４と導電体１２との間にそれぞれ発生する複数の電圧変化を、加圧位置Ｐ０によって異なる時間遅延のパターンで出力することができる。その結果、本実施形態に係る位置検出システム３では、加圧位置Ｐ０が検出される対象エリアが２次元平面であっても、センサ１から出力される複数の電圧変化の各々における遅延時間を用いて、センサ１における加圧位置Ｐ０を検出することができる。

本実施形態に係るセンサ１の製造方法では、導電体１２および抵抗体１４のうちの一方の上に感圧体１３を設け、その後、感圧体１３の上に導電体１２および抵抗体１４のうちの他方を設ける。これにより、本実施形態に係るセンサ１の製造方法では、感圧体１３が導電体１２と抵抗体１４との間に設けられているセンサ１を製造することができる。その結果、このように製造されたセンサ１に圧力が加わると、センサ１は、抵抗体１４における少なくとも１つの所定位置（Ｐ１〜Ｐ４）と導電体１２との間に発生する少なくとも１つの電圧変化を、センサ１における圧力Ｆ１が加わった加圧位置Ｐ０によって異なる時間遅延のパターンで出力することができる。そして、センサ１から出力される少なくとも１つの電圧変化の基準時からの遅延時間を用いて、センサ１における加圧位置Ｐ０を検出することができる。これにより、本実施形態に係るセンサ１の製造方法によれば、簡単な構造でありながら、センサ１における加圧位置Ｐ０を精度よく検出するためのセンサ１を提供することができる。

本実施形態に係るセンサ１の製造方法では、スプレー法、蒸着法、ディッピング法、スピンコート法、フローコート法およびスピンドル法のうちのいずれかを用いて、導電体１２の上に感圧体１３を設ける。これにより、本実施形態に係るセンサ１の製造方法では、可撓性を有する感圧体１３を簡単に設けることができる。

１ センサ
１２ 導電体
１３ 感圧体
１４ 抵抗体
１５ 第１の電極
１６ 第２の電極
１７ 保護体
２３ 時間計測部
２４ 位置検出部
２６ 圧力検出部
３ 位置検出システム
Ｆ１ 圧力
Ｐ０ 加圧位置
Ｐ１〜Ｐ４ 所定位置
Ｖ１〜Ｖ４ 電圧

Claims (15)

1. 導電体と、
   外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる感圧体と、
   前記導電体よりも抵抗値が大きい抵抗体とを備え、
   前記感圧体は、前記導電体と前記抵抗体との間に設けられている
   ことを特徴とするセンサ。
2. 前記感圧体は、圧電体および感圧樹脂のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
3. 前記抵抗体における所定位置に設けられた第１の電極と、
   前記導電体に設けられた第２の電極と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載のセンサ。
4. 前記導電体、前記感圧体、前記抵抗体、前記第１の電極および前記第２の電極を覆う保護体をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のセンサ。
5. 前記保護体は、可撓性を有する樹脂材、ゴムまたは繊維から形成されていることを特徴とする請求項４記載のセンサ。
6. 前記導電体、前記感圧体および前記抵抗体は、可撓性を有す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。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサと、
   前記センサに圧力が加わると、前記抵抗体における少なくとも１つの所定位置と前記導電体との間に発生する少なくとも１つの電圧変化の基準時からの遅延時間を計測する時間計測部と、
   前記時間計測部で計測された前記遅延時間を用いて、前記センサにおける前記圧力が加わった加圧位置を検出する位置検出部と
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
8. 前記少なくとも１つの電圧変化の大きさに応じて前記圧力の大きさを計測する圧力検出部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の位置検出システム。
9. 前記位置検出部は、
   前記遅延時間に基づいて前記加圧位置を検出する第１の機能と、
   前記少なくとも１つの電圧変化の大きさに基づいて前記加圧位置を検出する第２の機能とを有する
   ことを特徴とする請求項７または８記載の位置検出システム。
10. 前記第１の機能と前記第２の機能とを選択する選択部をさらに備え、
    前記位置検出部は、前記第１の機能および前記第２の機能のうち、前記選択部で選択された機能を実行する
    ことを特徴とする請求項９記載の位置検出システム。
11. 前記所定位置は、前記抵抗体に複数設けられ、
    前記時間計測部は、前記センサに前記圧力が加わると、前記抵抗体における前記複数の所定位置と前記導電体との間にそれぞれ発生する複数の電圧変化の各々における基準時からの前記遅延時間を計測する
    ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の位置検出システム。
12. 導電体と、外部から圧力が加わると電圧変化を発生させる感圧体と、前記導電体よりも抵抗値が大きい抵抗体とを備えるセンサの製造方法であって、
    前記導電体および前記抵抗体のうちの一方の上に前記感圧体を設ける第１のステップと、
    前記感圧体の上に前記導電体および前記抵抗体のうちの他方を設ける第２のステップと
    を有することを特徴とするセンサの製造方法。
13. 前記第１のステップにおいて、スプレー法、蒸着法、ディッピング法、スピンコート法、フローコート法およびスピンドル法のうちのいずれかを用いて、前記導電体の上に前記感圧体を設けることを特徴とする請求項１２記載のセンサの製造方法。
14. 前記第１のステップにおいて、導電性接着剤を用いて前記導電体および前記抵抗体のうちの一方の上に前記感圧体を設けることを特徴とする請求項１２記載のセンサの製造方法。
15. 前記導電体、前記感圧体および前記抵抗体を保護体で被覆し、または、前記導電体、前記感圧体および前記抵抗体の上に保護体を、接着剤を用いて設けるステップを有することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のセンサの製造方法。

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