JP2018169315A - 静電容量型圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】より高精度に電極間の静電容量を計測することができる静電容量型圧力センサを提供する。【解決手段】マトリックス状に対向する複数の第一電極帯３２及び複数の第二電極帯７２と、圧力に応じて厚みが変化する誘電体シート６０と、複数の第一電極帯３２とは別体に形成され且つ異なる材料により形成される複数の第一導線４１と、複数の第二電極帯７２とは別体に形成され且つ異なる材料により形成される複数の第二導線８１と、第一電極ユニット３０の外面側に固定され、且つ、複数の第一導線４１を固定する第一布５０と、第二電極ユニット７０の外面側に固定され、且つ、複数の第二導線８１を固定する第二布９０とを備える。隣り合う第一導線４１の間隔、且つ、隣り合う第二導線８１の間隔は、誘電体シート６０の厚み以上に設定される。【選択図】図３

Description

本発明は、静電容量型圧力センサに関するものである。

特許文献１に記載された柔軟性を有する静電容量型圧力センサが知られている。当該センサは、圧力に応じた誘電層の厚みの変化に伴い電極間の静電容量が変化することにより、圧力を検出することができる。

当該センサは、センサ本体と、当該センサ本体を収容する伸縮布からなる袋部材とを備える。センサ本体は、複数の第一電極帯（表側電極）と、複数の第二電極帯（裏側電極）と、誘電層を備えており、複数の第一電極帯と複数の第二電極帯との対向位置がマトリックス状に位置する。

さらに、複数の第一電極帯のそれぞれには、第一導線（表側配線）が接続されており、複数の第二電極帯のそれぞれには、第二導線（裏側配線）が接続されている。ここで、第一電極帯及び第一導線は、第一基材（表側シート）に形成されており、第二電極帯及び第二導線は、第二基材（裏側シート）に形成されている。そして、第一電極帯、第二電極帯、第一導線及び第二導線は、同種の材料、例えば、アクリルゴム及び導電性カーボンブラックなどにより形成されている。そして、第一基材（表側シート）と第二基材（裏側シート）とは、誘電層の周囲を囲うようにスポット融着されている。

また、静電容量型とは異なるタイプのセンサが、特許文献２−４などに記載されている。特許文献２には、第一電極シートと、第二電極シートと、電極シート間に開口部を有し柔軟性を有するスペーサとを備え、圧力付与時に、第一電極シートと第二電極シートとがスペーサの開口部にて接触することで、圧力が付与されたことが検出される。第一電極シートは、第一保護シートに接着又は熱溶着により固定され、第二電極シートは、第二保護シートに接着又は熱溶着により固定されている。さらに、第一保護シートと第二保護シートとは、外周において接着又は熱溶着により固定されている。

特許文献３には、電気抵抗変化型センサが記載されている。当該センサは、一対の電極シートと、電極シート間に配置されるエラストマー系の導電性センサシートとを備える。圧力の付与により、導電性センサシートが変形することに伴って電気抵抗が変化することで、圧力の付与が検出される。ここで、電極シートには、ポリイミド繊維の表面に銀をメッキした導電性繊維とポリエステル繊維とを布状に織り込んで形成されている。また、センサシートが、不織布からなる保護シートに、熱溶着又は縫製により固定されている。

特許文献４には、電気抵抗変化型センサが記載されている。当該センサは、圧力によって電気抵抗が変化する感圧導電性素材と、当該導電性素材に縦方向に縫い付けられた線状の第一電極部材と、当該導電性素材に横方向に縫い付けられた線状の第二電極部材とを備える。電極部材の交点が、導電性素材を両面から挟むように構成されている。

特開２０１３−１７０９６３号公報 特開２０１０−８６９３０号公報 特開２００７−２６３８３３号公報 特許第２５６９４３３号公報

特許文献１に記載の静電容量型センサにおいて、面状の検出範囲を有するようにするため、複数の第一電極帯及び複数の第二電極帯を用いてマトリックス状の検出位置を形成することが有効である。この場合、複数の第一電極帯及び複数の第二電極帯の数に応じて、複数の導線が必要となる。

また、当該センサにおいて、電極及び導線が、同種の材料により形成され、基材の表面に、例えば、印刷などにより形成されている。電極及び導線を同種の材料とすることにより、両者を同時に成形することができる。しかし、当該材料は、面状の柔軟性電極を形成するために適した材料、すなわち、エラストマー及び導電性カーボンブラックなどにより形成されている。

そして、導線も同種の材料により形成されている。しかし、当該材料は、例えば銅線などに比べると、電気抵抗が高いため、電極間の静電容量の計測精度に影響を及ぼすおそれがある。そのため、電極と導線とは、別体に形成し、異なる材料により形成されることが望ましい。

さらに、静電容量型センサにおいては、導線自身の電気抵抗に加えて、隣り合う導線間の静電容量が電極間の静電容量の計測精度に影響を及ぼすおそれがある。そこで、導線間の静電容量が、電極間の静電容量の計測精度に影響を及ぼさないように、工夫をする必要がある。

本発明は、より高精度に電極間の静電容量を計測することができる静電容量型圧力センサを提供することを目的とする。

本発明に係る静電容量型圧力センサは、複数の第一電極帯を備えるシート状の柔軟な第一電極ユニットと、前記複数の第一電極帯に対してマトリックス状に対向する複数の第二電極帯を備えるシート状の柔軟な第二電極ユニットと、前記第一電極ユニットと前記第二電極ユニットの間に挟まれ、圧力に応じて厚みが変化する誘電体シートと、前記複数の第一電極帯とは別体に形成され且つ異なる材料により形成され、前記複数の第一電極帯のそれぞれに電気的に接続される複数の第一導線と、前記複数の第二電極帯とは別体に形成され且つ異なる材料により形成され、前記複数の第二電極帯のそれぞれに電気的に接続される複数の第二導線と、前記第一電極ユニットの外面側に固定され、且つ、前記複数の第一導線を固定する第一布と、前記第二電極ユニットの外面側に固定され、且つ、前記複数の第二導線を固定する第二布と、を備える。隣り合う前記第一導線の間隔、且つ、隣り合う前記第二導線の間隔は、前記誘電体シートの厚み以上に設定される。

静電容量型圧力センサは、柔軟な第一電極ユニット、柔軟な第二電極ユニット、及び、圧力に応じて厚みが変化する誘電体シートにより構成されることで、柔軟な圧力検出範囲を形成できる。さらに、複数の第一電極帯と複数の第二電極帯との対向位置をマトリックス状にすることで、面状の広い範囲の圧力検出範囲を実現できる。

一方、第一電極帯と第一導線とが、別体に形成され、且つ、異なる材料により形成される。また、第二電極帯と第二導線とが、別体に形成され、且つ、異なる材料により形成される。従って、第一導線及び第二導線が、第一電極帯及び第二電極帯よりも電気抵抗の低い材料を採用することができる。従って、第一導線及び第二導線が、電気抵抗の低い材料により形成することにより、電極間の静電容量の高精度な計測が可能となる。

さらに、静電容量型圧力センサは、複数の第一電極帯及び複数の第二電極帯を備える。そのため、複数の第一電極帯のそれぞれに電気的に接続される複数の第一導線、及び、複数の第二電極帯のそれぞれに電気的に接続される第二導線が必要となる。そして、複数の第一導線は、第一電極ユニットと共に、第一布に固定されている。また、複数の第二導線は、第二電極ユニットと共に、第二布に固定されている。ここで、複数の第一導線及び複数の第二導線は、複数の第一導線において隣り合う第一導線の間隔が、誘電体シートの厚み以上となるように、第一布に固定されている。さらに、複数の第二導線において隣り合う第二導線の間隔が、誘電体シートの厚み以上となるように、第二布に固定されている。従って、隣り合う第一導線の間の寄生容量、及び、隣り合う第二導線の間の寄生容量は、電極間の静電容量に比べて小さいため、電極間の静電容量の計測精度に与える影響を小さくできる。従って、電極間の静電容量の高精度な計測が可能となる。

シートの側面図であって、第一実施形態の静電容量型圧力センサを構成する座面部を部分的に断面とした図である。 第一実施形態のセンサ本体の平面図（上から見た図）である。 図２のセンサ本体のIII−III断面図であって、部材の厚み及び隙間を誇張して表した図である。 センサ本体を構成する第一ユニットの平面図である。 センサ本体を構成する第二ユニットの平面図である。 センサ本体を構成する部品の分離断面図であって、図２と同様に部材の厚み及び隙間を誇張して表した図である。なお、実際には、センサ本体の構成部材は、センサ本体の厚み方向において、ほぼ密着しており、センサ本体の厚み方向の隙間はほとんど存在しない。 第一ユニットを構成する第一布及び第二ユニットを構成する第二布の平面図である。 第一ユニットを構成する第一電極ユニット、第一導線及びコネクタの平面図である。 第一ユニットを構成する誘電体シート及び第一布に接着するための接着剤（破線）を示す平面図である。 第二ユニットを構成する第二電極ユニット及び第二導線の平面図である。 図８のXI部分の拡大図であって、第一布に第一導線が縫製により固定された状態を示す図である。 第二実施形態のセンサ本体の断面図であって、部材の厚み及び隙間を誇張して表した図である。

（１．第一実施形態）
（１−１．静電容量型圧力センサ１の概要）
静電容量型圧力センサ１（以下、「圧力センサ」と称する）の概要について図１を参照して説明する。圧力センサ１は、圧力を検出するための部位であれば、種々の部位に用いることができる。本実施形態においては、圧力センサ１は、シート２の座面部２ａに適用する場合を例にあげる。例えば、圧力センサ１は、シート２に人間が着座したことを検出するセンサ、又は、着座者の大腿部の血管動に伴う圧力変動を検出することで着座者の心拍又は脈拍を検出するセンサなどに用いられる。なお、圧力センサ１は、シート２の座面部２ａの他に、シート２の背部２ｂに用いることもできる。また、圧力センサ１は、シート２のパーツ２ａ，２ｂの他に、感圧型のタッチパネル（図示せず）などに用いることもできる。

圧力センサ１は、図１に示すように、センサ本体１１、クッション層１２及び表皮部材１３を備える。センサ本体１１は、柔軟なシート状、すなわち可撓性を有するシート状に形成されている。センサ本体１１は、複数の部位のそれぞれにおける圧力を静電容量として検出することができる。つまり、センサ本体１１は、実質的に、複数の静電容量センサセルを構成する。本実施形態においては、センサ本体１１は、マトリックス状（格子状に相当する）の複数の部位のそれぞれにおける静電容量を検出できる。さらに、センサ本体１１は、複数の部位のそれぞれにおける静電容量の大きさを検出することにより、圧力の大きさを検出することができる。

クッション層１２は、発泡樹脂や木綿など弾力性を有する材料により形成される。クッション層１２は、センサ本体１１に比べて、大きな厚みを有すると共に、小さな弾性係数を有する材料により形成される。クッション層１２は、センサ本体１１において圧力が付与される側とは反対側、すなわちセンサ本体１１の下面に積層される。

ここで、センサ本体１１は、柔軟ではあるが、やはりシート２の座り心地に悪影響を及ぼすおそれがある。しかし、クッション層１２が、センサ本体１１によって低下するおそれがある座り心地を向上させることができる。さらに、クッション層１２は、センサ本体１１にかかる荷重を分散化できるため、センサ本体１１の耐久性を向上する。また、センサ本体１１が特定周波数の圧力変動を検出する場合に、クッション層１２が特定周波数以外の周波数の圧力変動を除去するフィルターとして機能させることもできる。この場合、クッション層１２は、ノイズ除去機能として発揮するため、センサ本体１１が、所望の特定周波数の圧力変動を高精度に検出することができる。

表皮部材１３は、シート２の座面部２ａの表面に配置され、センサ本体１１及びクッション層１２を被覆する。表皮部材１３は、センサ本体１１において圧力が付与される側、すなわちセンサ本体１１の上面に積層される。つまり、表皮部材１３は、センサ本体１１を内包することにより、センサ本体１１の保護機能を有する。なお、センサ本体１１は、表皮部材１３の表面側に配置して用いることもできる。この場合、表皮部材１３は、センサ本体１１の保護機能を有しない。

（１−２．センサ本体１１の構成）
次に、センサ本体１１の詳細な構成について、図２−図１１を参照して説明する。センサ本体１１は、図２に示すように、ほぼ矩形のシート状に形成されている。センサ本体１１は、矩形状における中央付近に、マトリックス状の複数の検出部位を有する。

センサ本体１１は、下側（クッション層１２側）に位置する第一ユニット２１と、上側（表皮部材１３側）に位置する第二ユニット２２とを備える。つまり、第一ユニット２１は、クッション層１２側、すなわち圧力が付与される側とは反対側に位置し、第二ユニット２２は、表皮部材１３側、すなわち圧力が付与される側に位置する。

第一ユニット２１は、図３及び図４に示すように、第一電極ユニット３０、複数の第一ケーブル４０，４０，・・・、第一布５０、誘電体シート６０、及び、コネクタ１００を備える。第一電極ユニット３０は、図４及び図８に示すように、柔軟な材料により、シート状に形成されている。第一電極ユニット３０は、第一基材３１と、複数の第一電極帯３２，３２，・・・と、第一カバー３３と、複数の第一端子３４，３４，・・・とを備える。第一基材３１は、絶縁性を有し、矩形のシート状に形成されている。第一基材３１は、エラストマーにより形成されることにより、柔軟性を有する。

各第一電極帯３２は、長尺のシート状に形成されている。各第一電極帯３２は、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより、柔軟性を有すると共に、導電性を有する。複数の第一電極帯３２，３２，・・・は、第一基材３１の上面に、相互に平行に配列される。そして、複数の第一電極帯３２，３２，・・・は、第一基材３１の上面に接着されている。

第一カバー３３は、第一基材３１と同様に、絶縁性を有し、矩形のシート状に形成されている。第一カバー３３は、エラストマーにより形成されることにより、柔軟性を有する。第一カバー３３は、複数の第一電極帯３２，３２，・・・を被覆する。つまり、第一カバー３３と第一基材３１とにより、複数の第一電極帯３２，３２，・・・が挟まれている。そして、第一カバー３３は、第一電極帯３２又は第一基材３１に接着されている。

ただし、第一カバー３３は、各第一電極帯３２の一方端部を露出させた状態とする。つまり、各第一電極帯３２の一方端部は、第一カバー３３により被覆されていない。さらに、第一カバー３３は、各第一電極帯３２の他方端部に、各第一電極帯３２を僅かに露出させる開口部３３ａを有する。第一カバー３３の開口部３３ａは、各第一電極帯３２の長手方向の全長の電気抵抗を計測するために用いられる。例えば、電気抵抗の計測器の一方の端子を開口部３３ａを介して第一電極帯３２に接触させ、他方の端子を第一端子３４又は第一ケーブル４０の端部に接触させることで、第一電極帯３２の電気抵抗を計測できる。第一電極帯３２の電気抵抗は、静電容量の計測演算に用いるパラメータの設定に用いられる。

各第一端子３４は、各第一電極帯３２の一方端部、すなわち開口部３３ａが形成される端とは反対の端に設けられる。各第一端子３４は、各第一電極帯３２に電気的に接続される。ここで、各第一端子３４は、導電性の金属により形成されている。例えば、第一端子３４は、第一電極帯３２の一方端部の露出面に接触するワッシャと、当該ワッシャに接触する端子部材と、第一基材３１の外面に位置する接圧調整部材及びワッシャと、第一電極帯３２、第一基材３１、２つのワッシャ、端子部材、接圧調整部材を挟んで固定するハトメを備える。なお、第一端子３４は、上記構成に限られず、第一電極帯３２と後述する第一導線とを電気的に接続することができる部材であればよい。

各第一ケーブル４０は、第一電極ユニット３０の各第一電極帯３２とは別体に形成されている。第一ケーブル４０は、例えば、リード線により構成される。本実施形態においては、各第一ケーブル４０，４０，・・・は、独立したリード線である。

第一ケーブル４０は、第一導線４１と、第一導線４１が外周を全周被覆する第一絶縁材４２とを有する。各第一導線４１は、例えば、銅などの金属製である。つまり、第一導線４１は、上述した第一電極帯３２とは異なる材料により形成されている。特に、第一導線４１は、第一電極帯３２に比べて、電気抵抗が各段に小さい。

各第一ケーブル４０の一端は、第一電極ユニット３０の各第一端子３４に連結されている。そして、第一ケーブル４０の第一導線４１のそれぞれは、第一端子３４のそれぞれを介して、第一電極帯３２のそれぞれに電気的に接続されている。各第一ケーブル４０の他端は、コネクタ１００に接続されており、さらに切替器（図示せず）を介して交流電源（図示せず）に接続されている。つまり、交流電源により印加された交流電圧が、第一ケーブル４０の第一導線４１を介して、複数の第一電極帯３２に順次印加される。

なお、複数の第一ケーブル４０が独立したリード線としたが、複数の第一導線４１を一体に形成された１つの部材とすることもできる。例えば、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、リボンケーブル（複数のケーブルを平面状に束ねたもの）を用いることもできる。

第一布５０は、絶縁性の繊維により形成された布である。第一布５０は、不織布でも、織布でもよい。第一布５０は、第一電極ユニット３０よりも十分に大きな形状に形成される。第一布５０は、第一電極ユニット３０の外面側（下面側）に固定される。第一布５０と第一電極ユニット３０との固定方法は、縫製、接着剤などを適用できる。さらに、第一布５０に、第一電極ユニット３０の各構成部材を印刷により一体的に形成することもできる。本実施形態においては、第一電極ユニット３０は、第一布５０に縫製により固定される。

図４に示すように、第一布５０と第一電極ユニット３０とは、縫製糸５１，５２，５３による縫製により固定されている。縫製箇所は、第一電極ユニット３０の中央付近における隣り合う２つの第一電極帯３２の間に沿った位置（縫製糸５２に対応）、両端に配列された第一電極帯３２のさらに外側において第一電極帯３２に沿った位置（縫製糸５１，５３に対応）としている。なお、第一布５０と第一電極ユニット３０との縫製箇所は、全ての隣り合う２つの第一電極帯３２の間に沿った位置とすることもできる。また、第一布５０と第一電極ユニット３０との縫製箇所は、第一電極帯３２とは異なる位置とすることが好ましい。第一電極帯３２にて縫製すると、第一電極帯３２の導電性能、すなわち電気抵抗に影響を及ぼすおそれがあるためである。なお、図３に示すように、第一布５０と第一電極ユニット３０とは、上糸と下糸とを用いて縫製されている。

第一電極ユニット３０が第一布５０に縫製により固定される場合には、第一電極ユニット３０と第一布５０とは、相対的に移動の自由度が高い。そのため、着座者の着座によってセンサ本体１１が変形する際に、高い柔軟性を得ることができる。さらには、第一電極ユニット３０の耐久性の向上を図ることができる。

また、第一布５０は、第一電極ユニット３０に加えて、複数の第一ケーブル４０を固定する。第一布５０と第一ケーブル４０との固定方法は、縫製、接着剤などを適用できる。本実施形態においては、第一ケーブル４０は、第一布５０に縫製糸５４による縫製により固定される。

第一ケーブル４０がリード線である場合には、図１１に示すように、各第一ケーブル４０が第一布５０に縫製により固定される。詳細には、第一ケーブル４０の外径が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである場合に、縫製糸５４の縫製ピッチＰ、すなわち上糸と下糸が交差する位置の距離は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとするとよい。縫製ピッチＰを０．５ｍｍ以上にすることで、第一ケーブル４０の位置決め力を十分に発揮できる。また、縫製ピッチＰを２．０ｍｍ以下にすることで、生産性を許容できる範囲にすることができる。ただし、複数の第一ケーブル４０が、ＦＦＣ、ＦＰＣ又はリボンケーブルに置換される場合には、適宜、縫製ピッチＰを変更する。

また、図１１に示すように、隣り合う第一導線４１の間隔Ｄ１が、最も狭いところで、誘電体シート６０の厚み以上に設定されている。より好適には、隣り合う第一導線４１の間隔Ｄ１は、最も狭いところで、誘電体シート６０に最も大きな圧力が付与された状態における誘電体シート６０の厚み（最小厚み）以上に設定される。そこで、隣り合う第一導線４１の間隔Ｄ１は、誘電体シート６０の厚みの２倍以上に設定されるとよい。ここで、第一導線４１は、第一絶縁材４２により被覆されている。従って、隣り合う第一ケーブル４０の間隔Ｄ２は、隣り合う第一導線４１の間隔Ｄ１、及び、第一絶縁材４２の厚みを考慮して、決定されている。ここで、複数の第一ケーブル４０がＦＦＣ、ＦＰＣ又はリボンケーブルに置換される場合には、隣り合う第一導線４１の間隔が、Ｄ１となるように、予め形成されたものを用いる。

誘電体シート６０は、柔軟な材料により、シート状に形成される。例えば、誘電体シート６０は、エラストマー又は発泡樹脂などにより形成され、厚み方向に圧縮変形可能である。つまり、誘電体シート６０は、付与される圧力に応じて厚みが変化する。誘電体シート６０は、第一電極ユニット３０より大きな矩形状に形成されている。誘電体シート６０は、第一電極ユニット３０における第一布５０とは反対側の全面に対向するように配置される。特に、誘電体シート６０は、第一電極ユニット３０の全面に接触している。そして、誘電体シート６０の周縁において、接着剤（例えば、両面接着テープ）により第一布５０に固定される。誘電体シート６０と第一布５０とは、第一電極ユニット３０の外周にて固定される。このようにして、誘電体シート６０と第一布５０との間に、第一電極ユニット３０が挟まれる。なお、誘電体シート６０と第一布５０とは、接着剤の他に、誘電体シート６０の材料によっては、縫製により固定することもできる。

コネクタ１００には、図示しない交流電源及び電圧検出器に接続されたケーブルが取り付けられている。コネクタ１００は、第一布５０における第一電極ユニット３０及び第一ケーブル４０が配置される側の面に設けられている。コネクタ１００には、第一ケーブル４０が接続されている。

第二ユニット２２は、第二電極ユニット７０、第二ケーブル８０、及び、第二布９０を備える。第二電極ユニット７０は、図５及び図１０に示すように、柔軟な材料によりシート状に形成されている。第二電極ユニット７０は、第一電極ユニット３０とほぼ同様の構成からなる。第二電極ユニット７０は、第一電極ユニット３０に対して、誘電体シート６０を介在した状態で対向する。つまり、第一電極ユニット３０と第二電極ユニット７０との間に、誘電体シート６０が挟まれる状態となる。

第二電極ユニット７０は、第二基材７１と、複数の第二電極帯７２，７２，・・・と、第二カバー７３と、複数の第二端子７４，７４，・・・とを備える。第二基材７１は、絶縁性を有し、第一基材３１とほぼ同様の矩形のシート状に形成されている。第二基材７１は、エラストマーにより形成されることにより、柔軟性を有する。

各第二電極帯７２は、長尺のシート状に形成されている。各第二電極帯７２は、エラストマー中に導電性フィラーを配合させることにより、柔軟性を有すると共に、導電性を有する。複数の第二電極帯７２，７２，・・・は、第二基材７１の下面に、相互に平行に配列される。そして、複数の第二電極帯７２，７２，・・・は、第二基材７１の下面に接着されている。

複数の第二電極帯７２は、複数の第一電極帯３２に対して、誘電体シート６０を介在した状態で対向している。そして、複数の第二電極帯７２の配列方向は、複数の第一電極帯３２の配列方向に対して９０°の角度を有する方向とされている。つまり、複数の第二電極帯７２は、複数の第一電極帯３２に対してマトリックス状に対向する。従って、複数の第一電極帯３２と複数の第二電極帯７２とによる複数の対向位置は、格子状に位置する。

第二カバー７３は、第二基材７１と同様に、絶縁性を有し、矩形のシート状に形成されている。第二カバー７３は、エラストマーにより形成されることにより、柔軟性を有する。第二カバー７３は、複数の第二電極帯７２，７２，・・・を被覆する。つまり、第二カバー７３と第二基材７１とにより、複数の第二電極帯７２，７２，・・・が挟まれている。そして、第二カバー７３は、第二電極帯７２又は第二基材７１に接着されている。

ただし、第二カバー７３は、各第二電極帯７２の一方端部を露出させた状態とする。つまり、各第二電極帯７２の一方端部は、第二カバー７３により被覆されていない。ここで、図１０に示すように、半分の第二電極帯７２の当該露出位置と、残りの半分の第二電極帯７２の当該露出位置とが、第二電極帯７２の長手方向において反対側に位置する。このようにした理由は、第二ケーブル８０の良好な配置を確保するためである。ただし、全ての第二電極帯７２の当該露出位置が、第二電極帯７２の長手方向において同一方向に位置するようにしてもよい。

さらに、第二カバー７３は、各第二電極帯７２の他方端部に、各第二電極帯７２を僅かに露出させる開口部７３ａを有する。第二カバー７３の開口部７３ａは、各第二電極帯７２の長手方向の全長の電気抵抗を計測するために用いられる。

各第二端子７４は、各第二電極帯７２の一方端部、すなわち開口部７３ａが形成される端とは反対の端に設けられる。各第二端子７４は、各第二電極帯７２に電気的に接続される。ここで、各第二端子７４は、第一端子３４と同様に、導電性の金属により形成されている。

各第二ケーブル８０は、第二電極ユニット７０の各第二電極帯７２とは別体に形成されている。第二ケーブル８０は、例えば、リード線により構成される。本実施形態においては、各第二ケーブル８０，８０，・・・は、独立したリード線である。第二ケーブル８０は、第二導線８１と、第二導線８１が外周を全周被覆する第二絶縁材８２とを有する。第二導線８１及び第二絶縁材８２は、第一ケーブル４０の第一導線４１及び第一絶縁材４２と同様である。

各第二ケーブル８０の一端は、第二電極ユニット７０の各第二端子７４に連結されている。そして、第二ケーブル８０の第二導線８１のそれぞれは、第二端子７４のそれぞれを介して、第二電極帯７２のそれぞれに電気的に接続されている。各第二ケーブル８０の他端は、コネクタ１００に接続されており、さらに切替器（図示せず）を介して電圧検出器（図示せず）に接続されている。つまり、交流電源により第一電極帯３２に交流電圧が印加された場合に、誘電体シート６０の厚みに応じた電荷、すなわち電極間の静電容量に応じた電荷が、第二電極帯７２に帯電する。つまり、電圧検出器が、電極間の静電容量に応じた電圧を検出できる。

第二布９０は、絶縁性の繊維により形成された布である。第二布９０は、不織布でも、織布でもよい。第二布９０は、第二電極ユニット７０よりも十分に大きな形状に形成される。第二布９０は、第二電極ユニット７０の外面側（上面側）に固定される。第二布９０と第二電極ユニット７０との固定方法は、縫製、接着剤などを適用できる。さらに、第二布９０に、第二電極ユニット７０の各構成部材を印刷により一体的に形成することもできる。本実施形態においては、第二電極ユニット７０は、第二布９０に縫製により固定される。

図５に示すように、第二布９０と第二電極ユニット７０とは、縫製糸９１，９２，９３による縫製により固定されている。縫製箇所は、第二電極ユニット７０の中央付近における隣り合う２つの第二電極帯７２の間に沿った位置（縫製糸９２に対応）、両端に配列された第二電極帯７２のさらに外側において第二電極帯７２に沿った位置（縫製糸９１，９３に対応）としている。なお、第二布９０と第二電極ユニット７０との縫製箇所は、全ての隣り合う２つの第二電極帯７２の間に沿った位置とすることもできる。また、第二布９０と第二電極ユニット７０との縫製箇所は、第二電極帯７２とは異なる位置とすることが好ましい。第二電極帯７２にて縫製すると、第二電極帯７２の導電性能、すなわち電気抵抗に影響を及ぼすおそれがあるためである。なお、図３に示すように、第二布９０と第二電極ユニット７０とは、上糸と下糸とを用いて縫製されている。

また、第二布９０は、第二電極ユニット７０に加えて、複数の第二ケーブル８０を固定する。第二布９０と第二ケーブル８０との固定方法は、縫製、接着剤などを適用できる。本実施形態においては、第二ケーブル８０は、第二布９０に縫製糸９４による縫製により固定される。

ここで、第一ケーブル４０の第一導線４１と第二ケーブル８０の第二導線８１は、誘電体シート６０の厚み方向に対向しない位置に配置される。さらに、第一導線４１と第二導線８１との離間距離が、最も狭いところで、誘電体シート６０の厚み以上に設定されている。より好適には、第一導線４１と第二導線８１との離間距離が、最も狭いところで、誘電体シート６０に最も大きな圧力が付与された状態における誘電体シート６０の厚み（最小厚み）以上に設定される。

さらに、第二ケーブル８０がリード線である場合には、第一ケーブル４０と同様に、各第二ケーブル８０が第二布９０に縫製により固定される。詳細には、第二ケーブル８０の外径が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである場合に、縫製ピッチＰ、すなわち上糸と下糸が交差する位置の距離は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとするとよい。縫製ピッチＰを０．５ｍｍ以上にすることで、第一ケーブル４０の位置決め力を十分に発揮できる。また、縫製ピッチＰを２．０ｍｍ以下にすることで、生産性を許容できる範囲にすることができる。ただし、複数の第二ケーブル８０が、ＦＦＣ、ＦＰＣ又はリボンケーブルに置換される場合には、適宜、縫製ピッチＰを変更する。また、隣り合う第二導線８１の間隔Ｄ１についても、第一導線４１と同様である。

さらに、図２及び図３に示すように、第一布５０と第二布９０とは、周縁に沿って全周に亘って、縫製糸９５による縫製により固定される。このようにして、第一布５０と第二布９０との間に、第一電極ユニット３０、第二電極ユニット７０、誘電体シート６０、第一ケーブル４０、第二ケーブル８０、及び、コネクタ１００が収容されている。

（１−３．静電容量型圧力センサ１の動作）
人間の着座によって、シート２の座面部２ａに圧力が付与される。そうすると、クッション層１２が大きく変形する。センサ本体１１及び表皮部材１３が、クッション層１２の変形に追従するように変形する。さらに、センサ本体１１の誘電体シート６０が、圧縮変形する。詳細には、誘電体シート６０は、複数の第一電極帯３２と複数の第二電極帯７２が対向するそれぞれ位置（マトリックス状の各位置）において、異なる圧縮変形状態となる。誘電体シート６０の厚みが変化することにより、マトリックス状の第一電極帯３２と第二電極帯７２との間の静電容量（「電極間の静電容量」と称する）は、当該厚みに応じた値となる。誘電体シート６０の厚みが薄くなるほど、電極間の静電容量は大きくなっていく。そして、交流電源によってマトリックス状の各対向電極の位置に交流電圧が印加されることで、電圧検出器が該当する位置の静電容量に応じた電圧を検出する。

従って、圧力センサ１は、柔軟な第一電極ユニット３０、柔軟な第二電極ユニット７０、及び、圧力に応じて厚みが変化する誘電体シート６０により構成されることで、柔軟な圧力検出範囲を形成できる。さらに、複数の第一電極帯３２と複数の第二電極帯７２との対向位置をマトリックス状にすることで、面状の広い範囲の圧力検出範囲を実現できる。

一方、第一電極帯３２と第一導線４１とが、別体に形成され、且つ、異なる材料により形成される。また、第二電極帯７２と第二導線８１とが、別体に形成され、且つ、異なる材料により形成される。従って、第一導線４１及び第二導線８１が、第一電極帯３２及び第二電極帯７２よりも電気抵抗の低い材料を採用することができる。従って、第一導線４１及び第二導線８１が、電気抵抗の低い材料により形成することにより、電極間の静電容量の高精度な計測が可能となる。

さらに、圧力センサ１は、複数の第一電極帯３２及び複数の第二電極帯７２を備える。そのため、複数の第一電極帯３２のそれぞれに電気的に接続される複数の第一導線４１、及び、複数の第二電極帯７２のそれぞれに電気的に接続される第二導線８１が必要となる。そして、複数の第一導線４１は、第一電極ユニット３０と共に、第一布５０に固定されている。また、複数の第二導線８１は、第二電極ユニット７０と共に、第二布９０に固定されている。ここで、複数の第一導線４１及び複数の第二導線８１は、複数の第一導線４１において隣り合う第一導線４１の間隔Ｄ１が、誘電体シート６０の厚み以上となるように、第一布５０に固定されている。さらに、複数の第二導線８１において隣り合う第二導線８１の間隔が、誘電体シート６０の厚み以上となるように、第二布９０に固定されている。従って、隣り合う第一導線４１の間の寄生容量、及び、隣り合う第二導線８１の間の寄生容量は、電極間の静電容量に比べて小さいため、電極間の静電容量の計測精度に与える影響を小さくできる。従って、電極間の静電容量の高精度な計測が可能となる。

さらに、第一導線４１と第二導線８１との距離も、誘電体シート６０の厚み以上となるように、第一布５０及び第二布９０に固定されている。このことから、第一導線４１と第二導線８１との間の寄生容量が、電極間の静電容量に比べて小さいため、電極間の静電容量の計測精度に与える影響を小さくできる。

特に、隣り合う第一導線４１の間隔Ｄ１、隣り合う第二導線８１の間隔、及び、第一導線４１と第二導線８１との距離は、誘電体シート６０に最も大きな圧力が付与された状態における誘電体シート６０の厚み（最小厚み）以上に設定されている。誘電体シート６０に圧力が付与される全ての状態において、各寄生容量が電極間の静電容量に比べて小さくでき、結果として電極間の静電容量の高精度な計測が可能となる。

（２．第二実施形態）
図１２を参照して、第二実施形態の圧力センサ１１１について説明する。なお、第一実施形態の圧力センサ１と共通する構成については、同一符号を付して説明を省略する。第二実施形態の圧力センサ１１１は、第二電極ユニット１７０が、誘電体シート６０より大きく形成されている。詳細には、第二電極ユニット１７０のうち、第二基材１７１及び第二カバー１７３が、誘電体シート６０より大きな矩形状に形成されている。そして、第二電極ユニット１７０が、誘電体シート６０の上面の全てを被覆するように配置される。

ここで、誘電体シート６０は、例えば、発泡樹脂により形成される場合には、吸水性を有する。そこで、第二電極ユニット１７０の第二基材１７１及び第二カバー１７３が、誘電体シート６０に対して防水機能を発揮する。なお、上記においては、第二基材１７１及び第二カバー１７３が誘電体シート６０より大きな形状に形成されるようにしたが、この他に、第二基材１７１のみが誘電体シート６０より大きな形状に形成されるようにしてもよいし、第二カバー１７３のみが誘電体シート６０より大きな形状に形成されるようにしてもよい。

（３．その他）
上記実施形態においては、圧力センサ１は、クッション層１２を有することとしたが、クッション層１２を有しない構成としてもよい。ただし、圧力センサ１は、上述したように、クッション層１２を有することで、より良い効果を奏する。

１，１１１：静電容量型圧力センサ、 １１：センサ本体、 １２：クッション層、 １３：表皮部材、 ２１：第一ユニット、 ２２：第二ユニット、 ３０：第一電極ユニット、 ３１：第一基材、 ３２：第一電極帯、 ３３：第一カバー、 ３３ａ：開口部、 ３４：第一端子、 ４０：第一ケーブル、 ４１：第一導線、 ４２：第一絶縁材、 ５０：第一布、 ５１，５２，５３，５４：縫製糸、 ６０：誘電体シート、 ７０，１７０：第二電極ユニット、 ７１，１７１：第二基材、 ７２：第二電極帯、 ７３，１７３：第二カバー、 ７３ａ：開口部、 ７４：第二端子、 ８０：第二ケーブル、 ８１：第二導線、 ８２：第二絶縁材、 ９０：第二布、 ９１，９２，９３，９４，９５：縫製糸、 １００：コネクタ、 Ｄ１：隣り合う第一導線の間隔、 Ｄ２：隣り合う第一ケーブルの間隔、 Ｐ：縫製ピッチ

Claims (5)

1. 複数の第一電極帯を備えるシート状の柔軟な第一電極ユニットと、
   前記複数の第一電極帯に対してマトリックス状に対向する複数の第二電極帯を備えるシート状の柔軟な第二電極ユニットと、
   前記第一電極ユニットと前記第二電極ユニットの間に挟まれ、圧力に応じて厚みが変化する誘電体シートと、
   前記複数の第一電極帯とは別体に形成され且つ異なる材料により形成され、前記複数の第一電極帯のそれぞれに電気的に接続される複数の第一導線と、
   前記複数の第二電極帯とは別体に形成され且つ異なる材料により形成され、前記複数の第二電極帯のそれぞれに電気的に接続される複数の第二導線と、
   前記第一電極ユニットの外面側に固定され、且つ、前記複数の第一導線を固定する第一布と、
   前記第二電極ユニットの外面側に固定され、且つ、前記複数の第二導線を固定する第二布と、
   を備え、
   隣り合う前記第一導線の間隔、且つ、隣り合う前記第二導線の間隔は、前記誘電体シートの厚み以上に設定される、静電容量型圧力センサ。
2. 前記複数の第一導線と前記複数の第二導線とは、前記誘電体シートの厚み方向に対向しない位置に配置される、請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
3. 前記複数の第一導線は、前記第一布に縫製により固定される、請求項１又は２に記載の静電容量型圧力センサ。
4. 前記第一電極ユニットは、前記第一布に縫製により固定される、請求項３に記載の静電容量型圧力センサ。
5. 前記静電容量型圧力センサは、さらに、前記第一布と前記第二布のうち圧力が付与される側とは反対側に配置されるクッション層を備える、請求項１−４の何れか一項に記載の静電容量型圧力センサ。

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