JP2021113787A - 荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の消費電力を抑制することが可能な荷重検出装置を提供する。【解決手段】荷重検出装置３は、計測領域に複数のセンサ部がマトリクス状に配置された荷重センサ１と、荷重センサ１を制御して荷重を計測する制御部２１と、を備える。制御部２１は、所定数のセンサ部ごとに荷重を計測する第１モード（たとえば、個別モード）と、第１モードよりも多い数のセンサ部ごとに荷重を計測する第２モード（たとえば、全体モード）と、を選択的に実行する。【選択図】図５

Description

本発明は、外部から付与される荷重を複数のセンサにより検出する荷重検出装置に関する。

荷重センサは、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、幅広く利用されている。近年、コンピュータによる制御技術の発展および意匠性の向上とともに、人型のロボットおよび自動車の内装品等のような自由曲面を多彩に使用した電子機器の開発が進んでいる。それに合わせて、各自由曲面に高性能な荷重センサを装着することが求められている。

以下の特許文献１には、誘電層の上下に、それぞれ、複数の第１電極と複数の第２電極とが互いに交差するように配置された静電容量型センサ装置が記載されている。第１電極の上面に外力が付与されると、誘電層が圧縮されて、第１電極と第２電極との距離が縮まる。これにより、第１電極と第２電極との交差部分の静電容量が変化する。

測定動作時には、複数の第１電極に対し、順番に、電圧印加素子から矩形波電圧が印加される。矩形波電圧が印加される第１電極が、入力側切替回路により切り替えられる。また、複数の第２電極が、順番に、電圧計測器に接続される。電圧計測器に対する接続の切り替えは、出力側切替回路によって行われる。電圧計測部は、入力側切替回路と出力側切替回路とによって切り替えがなされた状態で、第１電極と第２電極との間の静電容量に応じた電圧を計測する。この電圧値は、これら第１電極と第２電極との交差部分の静電容量に対応する。この電圧値に基づいて、当該交差部分に付与された外力の大きさが測定される。

国際公開第２０１１／１２５７２５号

上記のような構成では、計測領域全体の荷重を検出する際に、入力側切替回路と出力側切替回路とが頻繁に切り替えられるため、装置の消費電力が大きくなってしまう。

かかる課題に鑑み、本発明は、装置の消費電力を抑制することが可能な荷重検出装置を提供することを目的とする。

本発明の主たる態様は、荷重検出装置に関する。本態様に係る荷重検出装置は、計測領域に複数のセンサ部がマトリクス状に配置された荷重センサと、前記荷重センサを制御して荷重を計測する制御部と、を備える。前記制御部は、所定数の前記センサ部ごとに荷重を計測する第１モードと、前記第１モードよりも多い数の前記センサ部ごとに荷重を計測する第２モードと、を選択的に実行する。

本態様に係る荷重検出装置によれば、第２モードでは、より多い数ごとに計測処理が行われるため、計測領域全体の荷重を検出するための頻度および処理負荷を軽減でき、消費電力を抑制できる。よって、荷重の検出において第２モードを選択的に実行することにより、装置の消費電力を抑制できる。

以上のとおり、本発明によれば、装置の消費電力を抑制することが可能な荷重検出装置を提供できる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）は、実施形態１に係る、基材および導電弾性体を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、実施形態１に係る、被覆付き銅線を模式的に示す斜視図である。 図２（ａ）は、実施形態１に係る、糸を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、実施形態１に係る、基材が設置されたことにより組み立てが完了した荷重センサを模式的に示す斜視図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る、Ｘ軸負方向に見た場合の被覆付き銅線の周辺を模式的に示す断面図である。 図４は、実施形態１に係る、Ｚ軸負方向に見た場合の荷重センサを模式的に示す平面図である。 図５は、実施形態１に係る、荷重検出装置の回路構成を示す図である。 図６は、実施形態１に係る、個別モードにおいて矩形電圧の印加が開始された後の状態を模式的に示す回路図である。 図７は、実施形態１に係る、放電が行われる状態を模式的に示す回路図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係る、個別モードおよび全体モードの概要を説明するための概念図である。 図９は、実施形態１に係る、全体モードにおいて矩形電圧の印加が開始された後の状態を模式的に示す回路図である。 図１０は、実施形態１に係る、制御部による動作モードの切替処理を示すフローチャートである。 図１１（ａ）〜（ｄ）は、実施形態２に係る、ブロックモードの概要を説明するための概念図である。 図１２は、実施形態２に係る、ブロックモードにおいて矩形電圧の印加が開始された後の状態を模式的に示す回路図である。 図１３（ａ）は、実施形態２に係る、ブロックモードおよび個別モードの何れを有効にするかを設定するための設定画面の構成を示す模式図である。図１３（ｂ）は、実施形態２に係る、制御部によるモードの受付処理を示すフローチャートである。 図１４は、実施形態２に係る、制御部による動作モードの切替処理を示すフローチャートである。 図１５は、実施形態３に係る、自動モード、全体モード、ブロックモードおよび個別モードの何れを有効にするかを設定するための設定画面の構成を示す模式図である。 図１６は、実施形態３に係る、制御部による動作モードの切替処理を示すフローチャートである。 図１７（ａ）〜（ｄ）は、変更例に係る、ブロックモードの概要を説明するための概念図である。

本発明に係る荷重センサは、付与された荷重に応じて処理を行う管理システムや電子機器の荷重センサに適用可能である。

管理システムとしては、たとえば、在庫管理システム、ドライバーモニタリングシステム、コーチング管理システム、セキュリティー管理システム、介護・育児管理システムなどが挙げられる。

在庫管理システムでは、たとえば、在庫棚に設けられた荷重センサにより、積載された在庫の荷重が検出され、在庫棚に存在する商品の種類と商品の数とが検出される。これにより、店舗、工場、倉庫などにおいて、効率よく在庫を管理できるとともに省人化を実現できる。また、冷蔵庫内に設けられた荷重センサにより、冷蔵庫内の食品の荷重が検出され、冷蔵庫内の食品の種類と食品の数や量とが検出される。これにより、冷蔵庫内の食品を用いた献立を自動的に提案できる。

ドライバーモニタリングシステムでは、たとえば、操舵装置に設けられた荷重センサにより、ドライバーの操舵装置に対する荷重分布（たとえば、把持力、把持位置、踏力）がモニタリングされる。また、車載シートに設けられた荷重センサにより、着座状態におけるドライバーの車載シートに対する荷重分布（たとえば、重心位置）がモニタリングされる。これにより、ドライバーの運転状態（眠気や心理状態など）をフィードバックすることができる。

コーチング管理システムでは、たとえば、シューズの底に設けられた荷重センサにより、足裏の荷重分布がモニタリングされる。これにより、適正な歩行状態や走行状態へ矯正または誘導することができる。

セキュリティー管理システムでは、たとえば、床に設けられた荷重センサにより、人が通過する際に、荷重分布が検出され、体重、歩幅、通過速度および靴底パターンなどが検出される。これにより、これらの検出情報をデータと照合することにより、通過した人物を特定することが可能となる。

介護・育児管理システムでは、たとえば、寝具や便座に設けられた荷重センサにより、人体の寝具および便座に対する荷重分布がモニタリングされる。これにより、寝具や便座の位置において、人がどのような行動を取ろうとしているかを推定し、転倒や転落を防止することができる。

電子機器としては、たとえば、車載機器（カーナビゲーション・システム、音響機器など）、家電機器（電気ポット、ＩＨクッキングヒーターなど）、スマートフォン、電子ペーパー、電子ブックリーダー、ＰＣキーボード、ゲームコントローラー、スマートウォッチ、ワイヤレスイヤホン、タッチパネル、電子ペン、ペンライト、光る衣服、楽器などが挙げられる。電子機器では、ユーザからの入力を受け付ける入力部に荷重センサが設けられる。

以下の実施形態における荷重センサは、上記のような管理システムや電子機器の荷重センサにおいて典型的に設けられる静電容量型荷重センサである。このような荷重センサは、「静電容量型感圧センサ素子」、「容量性圧力検出センサ素子」、「感圧スイッチ素子」などと称される場合もある。また、以下の実施形態における荷重検出装置は、上記のような荷重センサを備える荷重検出装置である。以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、荷重センサ１の高さ方向である。

＜実施形態１＞
図１（ａ）〜図４を参照して、荷重センサ１について説明する。

図１（ａ）は、基材１１と、基材１１の上面に設置された４つの導電弾性体１２とを模式的に示す斜視図である。

基材１１は、弾性を有する絶縁性の部材であり、Ｘ−Ｙ平面に平行な平板形状を有する。基材１１は、非導電性を有する樹脂材料または非導電性を有するゴム材料から構成される。基材１１に用いられる樹脂材料は、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（たとえば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。基材１１に用いられるゴム材料は、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。

導電弾性体１２は、基材１１の上面（Ｚ軸正側の面）に接着剤等により設置される。図１（ａ）では、基材１１の上面に、４つの導電弾性体１２が設置されている。導電弾性体１２は、弾性を有する導電性の部材である。各導電弾性体１２は、基材１１の上面においてＹ軸方向に長い帯状の形状を有しており、Ｘ軸方向に互いに離間した状態で並んで設置されている。各導電弾性体１２のＹ軸負側の端部に、導電弾性体１２と電気的に接続されたケーブル１２ａが設置される。導電弾性体１２は、樹脂材料とその中に分散した導電性フィラー、またはゴム材料とその中に分散した導電性フィラーから構成される。

導電弾性体１２に用いられる樹脂材料は、上述した基材１１に用いられる樹脂材料と同様、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（ポリジメチルポリシロキサン（たとえば、ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。導電弾性体１２に用いられるゴム材料は、上述した基材１１に用いられるゴム材料と同様、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。

導電弾性体１２に用いられる導電性フィラーは、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ_２Ｏ_３（酸化インジウム（III））、およびＳｎＯ_２（酸化スズ（IV））等の金属材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（すなわち、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）からなる複合物）等の導電性高分子材料や、金属コート有機物繊維、金属線（繊維状態）等の導電性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の材料である。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の構造体に載置された４つの被覆付き銅線１３を模式的に示す斜視図である。

被覆付き銅線１３は、図１（ａ）に示した４つの導電弾性体１２の上面に重ねて配置される。ここでは、４つの被覆付き銅線１３が３つの導電弾性体１２の上面に重ねて配置されている。各被覆付き銅線１３は、導電性の線材と、当該線材の表面を被覆する誘電体とからなる。４つの被覆付き銅線１３は、導電弾性体１２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って、導電弾性体１２に交差するように並んで配置されている。各被覆付き銅線１３は、４つの導電弾性体１２に跨がるよう、Ｘ軸方向に延びて配置される。被覆付き銅線１３の構成については、追って図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図２（ａ）は、図１（ｂ）の構造体に設置された糸１４を模式的に示す斜視図である。

図１（ｂ）のように４つの被覆付き銅線１３が配置された後、各被覆付き銅線１３は、被覆付き銅線１３の長手方向（Ｘ軸方向）に移動可能に、糸１４で基材１１に接続される。図２（ａ）に示す例では、２０個の糸１４が、導電弾性体１２と被覆付き銅線１３とが重なる位置以外の位置において、被覆付き銅線１３を基材１１に接続している。糸１４は、導電性を有する材料により構成され、たとえば、繊維とその中に分散した導電性の金属材料から構成される。糸１４に用いられる導電性の金属材料は、たとえば銀である。

図２（ｂ）は、図１（ｂ）の構造体に設置された基材１５を模式的に示す斜視図である。

図２（ａ）に示した構造体の上方から、図２（ｂ）に示すように、基材１５が設置される。基材１５は、絶縁性の部材である。基材１５は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、およびポリイミド等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。基材１５は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平板形状を有し、Ｘ−Ｙ平面における基材１５の大きさは、基材１１と同様である。基材１５の四隅の頂点が基材１１の四隅の頂点に対して、シリコーンゴム系接着剤や糸などで接続されることにより、基材１５が基材１１に対して固定される。こうして、図２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。

図３（ａ）、（ｂ）は、Ｘ軸負方向に見た場合の被覆付き銅線１３の周辺を模式的に示す断面図である。図３（ａ）は、荷重が加えられていない状態を示し、図３（ｂ）は、荷重が加えられている状態を示している。

図３（ａ）に示すように、被覆付き銅線１３は、銅線１３ａと、銅線１３ａを被覆する誘電体１３ｂと、により構成される。銅線１３ａは、銅により構成されており、銅線１３ａの直径は、たとえば、約６０μｍである。誘電体１３ｂは、電気絶縁性を有し、たとえば、樹脂材料、セラミック材料、金属酸化物材料などにより構成される。誘電体１３ｂは、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂（たとえば、ポリエチレンテレフテレート樹脂）、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などからなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料でもよく、Ａｌ_２Ｏ_３およびＴａ_２Ｏ_５などからなる群から選択される少なくとも１種の金属酸化物材料でもよい。

図３（ａ）に示す領域に荷重が加えられていない場合、導電弾性体１２と被覆付き銅線１３との間にかかる力、および、基材１５と被覆付き銅線１３との間にかかる力は、ほぼゼロである。この状態から、図３（ｂ）に示すように、基材１１の下面に対して上方向に荷重が加えられ、基材１５の上面に対して下方向に荷重が加えられると、被覆付き銅線１３によって導電弾性体１２が変形する。なお、基材１１の下面または基材１５の上面が静止物体に載置されて、他方の基材に対してのみ荷重が加えられた場合も、反作用により静止物体側から同様に荷重を受けることになる。

図３（ｂ）に示すように、荷重が加えられると、被覆付き銅線１３は、導電弾性体１２に包まれるように導電弾性体１２に近付けられ、被覆付き銅線１３と導電弾性体１２との間の接触面積が増加する。これにより、被覆付き銅線１３内の銅線１３ａと導電弾性体１２との間の静電容量が変化し、この領域の静電容量が検出され、この領域にかかる荷重が算出される。

図４は、Ｚ軸負方向に見た場合の荷重センサ１を模式的に示す平面図である。図４では、便宜上、糸１４および基材１５の図示が省略されている。

図４に示すように、荷重センサ１の計測領域Ｒ１０には、４つの導電弾性体１２と４つの被覆付き銅線１３とが交わる位置に、マトリクス状に複数のセンサ部Ａ１１〜Ａ１４、Ａ２１〜Ａ２４、Ａ３１〜Ａ３４、Ａ４１〜Ａ４４が配置されている。各センサ部は、導電弾性体１２と被覆付き銅線１３を含み、被覆付き銅線１３は、静電容量の一方の極（たとえば陽極）を構成し、導電弾性体１２は、静電容量の他方の極（たとえば陰極）を構成する。すなわち、被覆付き銅線１３の銅線１３ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）は、荷重センサ１の一方の電極を構成し、導電弾性体１２は、荷重センサ１の他方の電極を構成し、被覆付き銅線１３の誘電体１３ｂ（図３（ａ）、（ｂ）参照）は、荷重センサ１において静電容量を規定する誘電体に対応する。

各センサ部に対してＺ軸方向に荷重が加わると、荷重により被覆付き銅線１３が導電弾性体１２に包み込まれる。これにより、被覆付き銅線１３と導電弾性体１２との間の接触面積が変化し、当該被覆付き銅線１３と当該導電弾性体１２との間の静電容量が変化する。被覆付き銅線１３のＸ軸負側の端部およびケーブル１２ａのＹ軸負側の端部は、図５を参照して後述する検出回路２に接続されている。

図４に示すように、４つの導電弾性体１２から引き出されたケーブル１２ａをラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４と称し、４つの被覆付き銅線１３をラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４と称する。ラインＬ１１に接続された導電弾性体１２が、ラインＬ２１〜Ｌ２４の被覆付き銅線１３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ１１〜Ａ１４であり、ラインＬ１２に接続された導電弾性体１２が、ラインＬ２１〜Ｌ２４の被覆付き銅線１３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ２１〜Ａ２４であり、ラインＬ１３に接続された導電弾性体１２が、ラインＬ２１〜Ｌ２４の被覆付き銅線１３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ３１〜Ａ３４であり、ラインＬ１４に接続された導電弾性体１２が、ラインＬ２１〜Ｌ２４の被覆付き銅線１３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ４１〜Ａ４４である。

センサ部Ａ１１に対して荷重が加えられると、センサ部Ａ１１において導電弾性体１２と被覆付き銅線１３との接触面積が増加する。したがって、ラインＬ１１とラインＬ２１との間の静電容量を検出することにより、センサ部Ａ１１において加えられた荷重を算出することができる。同様に、他のセンサ部においても、当該他のセンサ部において交わる２つのライン間の静電容量を検出することにより、当該他のセンサ部において加えられた荷重を算出することができる。

次に、荷重検出装置３の構成について説明する。

図５は、荷重検出装置３の回路構成を示す図である。荷重検出装置３は、上記のような荷重センサ１と、荷重センサ１に電気的に接続された検出回路２と、を備える。図５において、便宜上、荷重センサ１については、被覆付き銅線１３と導電弾性体１２のみが図示されており、導電弾性体１２は、線状に図示されている。

検出回路２は、制御部２１と、抵抗２２と、第１切替部２３と、等電位生成部２４と、第２切替部２５と、電圧計測部２６と、スイッチ２７と、抵抗２８と、を備える。検出回路２は、荷重センサ１における静電容量の変化を検出するための検出回路である。

制御部２１は、演算処理回路とメモリを備え、たとえばＦＰＧＡやＭＰＵにより構成される。制御部２１は、信号線を介して、抵抗２２と、第１切替部２３と、第２切替部２５と、電圧計測部２６とに接続されている。制御部２１は、抵抗２２を介して矩形の電圧信号（以下、「矩形電圧」と称する）を第１供給ラインＬ１に出力する。第１供給ラインＬ１は、抵抗２２の下流側端子に接続されており、被覆付き銅線１３の銅線１３ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）に矩形電圧を供給する。制御部２１により回路に出力された矩形電圧は、抵抗２２と荷重センサ１のセンサ部とにより形成されるＲＣ回路に印加される。第１供給ラインＬ１には、第１切替部２３と、等電位生成部２４と、電圧計測部２６と、スイッチ２７とが接続されている。

第１切替部２３は、制御部２１の制御により、第１供給ラインＬ１を、被覆付き銅線１３の銅線１３ａに対して、接続および非接続の何れかに選択的に切り替える。具体的には、第１切替部２３は、４個のマルチプレクサ２３ａを備えている。４個のマルチプレクサ２３ａは、それぞれ、４個の被覆付き銅線１３（銅線１３ａ）に対応して設けられている。各マルチプレクサ２３ａの出力側端子に、被覆付き銅線１３の銅線１３ａが接続されている。各マルチプレクサ２３ａの入力側端子は２つ設けられている。一方の入力側端子に第１供給ラインＬ１が接続されており、この入力側端子に、第１供給ラインＬ１および抵抗２２を介して、制御部２１から矩形電圧が印加される。マルチプレクサ２３ａの他方の入力側端子には何も接続されていない。

等電位生成部２４は、オペアンプであり、第１供給ラインＬ１の電位と等電位の電圧を第２供給ラインＬ２に出力する。

第２切替部２５は、制御部２１の制御により、導電弾性体１２を、第２供給ラインＬ２とグランドの何れかに選択的に切り替える。具体的には、第２切替部２５は、４個のマルチプレクサ２５ａを備えている。４個のマルチプレクサ２５ａは、それぞれ、４個の導電弾性体１２に対応して設けられている。各マルチプレクサ２５ａの出力側端子に、ケーブル１２ａを介して導電弾性体１２が接続されている。各マルチプレクサ２５ａの入力側端子は２つ設けられている。一方の入力側端子に第２供給ラインＬ２が接続されており、この入力側端子に、第２供給ラインＬ２を介して、等電位生成部２４から第１供給ラインＬ１の電位と等電位の電圧が印加される。マルチプレクサ２５ａの他方の入力側端子にはグランドが接続されている。

電圧計測部２６は、第１供給ラインＬ１の電位、すなわち、第１供給ラインＬ１とグランドとの電位差を測定し、測定した電位差を制御部２１に出力する。

スイッチ２７および抵抗２８は、第１供給ラインＬ１とグランドとの間に設置されている。スイッチ２７は、制御部２１の制御により、第１供給ラインＬ１を、抵抗２８を介してグランドに対して接続および非接続の何れかに選択的に切り替える。

制御部２１は、抵抗２２に対して印加する矩形電圧の電圧値および印加タイミングと、第１切替部２３の切り替えタイミングと、第２切替部２５の切り替えタイミングと、スイッチ２７の切り替えタイミングと、を制御する。制御部２１は、電圧計測部２６により測定された第１供給ラインＬ１の電位に基づいて、対象となるセンサ部にかかる荷重を算出する。

次に、荷重検出時の制御部２１の制御について説明する。

荷重検出装置３が起動すると、制御部２１は、たとえば以下に示すように、被覆付き銅線１３と導電弾性体１２との交差位置におけるセンサ部の静電容量を順に測定し、各センサ部にかかる荷重を算出する。

たとえば、図５において最も左の導電弾性体１２と最も上の被覆付き銅線１３とが交わる位置のセンサ部Ａ１１について荷重の測定を行う場合について説明する。

制御部２１は、センサ部Ａ１１について測定を開始すると、計測対象のセンサ部Ａ１１の電極を構成する被覆付き銅線１３の銅線１３ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）に接続されたマルチプレクサ２３ａが第１供給ラインＬ１に接続されるよう、このマルチプレクサ２３ａの切り替えを行う。また、制御部２１は、他の３個のマルチプレクサ２３ａが第１供給ラインＬ１に対して非接続となるよう、他の３個のマルチプレクサ２３ａの切り替えを行う。

また、制御部２１は、計測対象のセンサ部Ａ１１の電極を構成する導電弾性体１２に接続されたマルチプレクサ２５ａがグランドに接続されるよう、このマルチプレクサ２５ａの切り替えを行う。また、制御部２１は、他の３個のマルチプレクサ２５ａが第２供給ラインＬ２に接続されるよう、他の３個のマルチプレクサ２５ａの切り替えを行う。

続いて、制御部２１は、スイッチ２７を非接続状態に設定する。そして、制御部２１は、抵抗２２を介して矩形電圧を出力させる。

図６は、センサ部Ａ１１が計測対象となっている場合に、矩形電圧の印加が開始された後の状態を模式的に示す回路図である。図６において、太線は、第１供給ラインＬ１の電位と等電位の部分を示している。

図６に示すように、矩形電圧の印加が開始されると、計測対象のセンサ部Ａ１１に、抵抗２２を介して矩形電圧が印加され、計測対象のセンサ部Ａ１１に電荷がチャージされる。これに伴い、抵抗２２の抵抗値Ｒと、荷重に応じたセンサ部Ａ１１の容量とで規定される時定数により、センサ部Ａ１１の電位が上昇する。この電位は、第１供給ラインＬ１の電位に反映される。そして、この電位は、電圧計測部２６により測定されて、制御部２１に出力される。

制御部２１は、矩形電圧の印加期間の所定のタイミングにおいて、電圧計測部２６の測定電圧を参照し、この測定電圧と上記時定数および矩形電圧の電圧値とに基づいて、測定対象のセンサ部Ａ１１の静電容量Ｃを算出する。そして、制御部２１は、静電容量Ｃに基づいて、センサ部Ａ１１にかかる荷重を算出する。

このとき、測定対象のセンサ部Ａ１１と同じ行（同じ被覆付き銅線１３）の他のセンサ部Ａ２１、Ａ３１、Ａ４１には、陰極側に第２供給ラインＬ２を介して第１供給ラインＬ１と等電位の電圧が印加されるため、陽極の電位と陰極の電位とがほぼ等しくなる。これにより、他のセンサ部Ａ２１、Ａ３１、Ａ４１に電荷が貯まることが抑制されるため、測定対象のセンサ部Ａ１１に適切に電荷が貯まり、センサ部Ａ１１の電圧を精度良く計測できる。

なお、測定対象のセンサ部Ａ１１と同じ行（同じ被覆付き銅線１３）にはない他の１２個のセンサ部は、陽極が第１供給ラインＬ１から切り離されているため、これら他のセンサ部に貯まった電荷が、電圧計測部２６におけるセンサ部Ａ１１の電位の測定に影響を及ぼすことはない。

制御部２１は、測定対象のセンサ部Ａ１１に対して荷重を算出すると、矩形電圧の印加を停止する。こうして１つのセンサ部における荷重の測定が終了する。その後、制御部２１は、全ての導電弾性体１２をグランドに接続させ、スイッチ２７を接続状態に設定する。これにより、各センサ部に貯まった電荷が放電される。

図７は、放電が行われる状態を模式的に示す回路図である。

図６の状態から、制御部２１は、矩形電圧の印加を停止し、導電弾性体１２がグランドに接続されるよう、各マルチプレクサ２５ａの切り替えを行う。これにより、全てのセンサ部に貯まった電荷が放電される。また、制御部２１は、スイッチ２７を接続状態に設定することにより、計測対象とされたセンサ部Ａ１１が位置する被覆付き銅線１３の銅線１３ａを、第１供給ラインＬ１、スイッチ２７、および抵抗２８を介してグランドに接続する。これにより、導電弾性体１２の放電に加えて、被覆付き銅線１３の放電も行われるため、さらに短時間で電荷を放電することができる。

その後、制御部２１は、次のセンサ部の荷重を測定するために、スイッチ２７を非接続状態に設定し、次の計測対象のセンサ部の位置に応じて、マルチプレクサ２３ａ、２５ａの接続状態を設定する。そして、制御部２１は、矩形電圧の印加を開始する。こうして、制御部２１は、各センサ部の静電容量を順に測定し、各センサ部にかかる荷重を算出する。

ここで、上記のようにセンサ部ごとに荷重が計測される場合、計測領域Ｒ１０（図４参照）全体の荷重を検出するために、頻繁にマルチプレクサ２３ａ、２５ａおよびスイッチ２７の切り替えを行う必要がある。このように頻繁な切り替えが行われると、制御部２１の処理負荷が増大するため、荷重検出装置３の消費電力が大きくなってしまう。そこで、発明者らは、個別モードと全体モードを設け、これら２つのモードを切替可能に設定した。

図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、個別モードおよび全体モードの概要を説明するための概念図である。

図８（ａ）に示すように、個別モードは、図５、６を参照して説明したように、計測領域Ｒ１０内においてセンサ部ごとに順に荷重を計測するモードである。個別モードでは、個別のセンサ部に対応する計測対象範囲Ｒ１１が計測領域Ｒ１０において移動され、計測対象範囲Ｒ１１のセンサ部の荷重が順に計測される。これに対し、図８（ｂ）に示すように、全体モードは、全てのセンサ部を１つのセンサ部と見なして計測領域Ｒ１０における荷重を１回で計測するモードである。全体モードでは、全てのセンサ部に対応する計測対象範囲Ｒ１２が計測領域Ｒ１０に対して設定され、計測対象範囲Ｒ１２の全てのセンサ部の荷重が１回で計測される。

実施形態１では、計測領域Ｒ１０に物体が載置されている場合には、動作モードが個別モードに設定され、計測領域Ｒ１０に物体が載置されていない場合には、動作モードが全体モードに設定される。これにより、計測領域Ｒ１０に物体が載置されていない場合には、全体モードにより計測領域Ｒ１０全体の荷重を検出するための頻度および処理負荷が軽減されるため、荷重検出装置３の消費電力を抑制できる。

以下、図９を参照して全体モードの場合の荷重の計測を説明し、図１０を参照して個別モードと全体モードの切替処理を説明する。

図９は、全体モードにおいて全てのセンサ部が計測対象となっている場合に、矩形電圧の印加が開始された後の状態を模式的に示す回路図である。図９において、太線は、第１供給ラインＬ１の電位と等電位の部分を示している。

図９に示すように、全体モードの場合、制御部２１は、全ての被覆付き銅線１３（銅線１３ａ）が第１供給ラインＬ１に接続されるよう各マルチプレクサ２３ａの接続状態を設定し、全ての導電弾性体１２がグランドに接続されるよう各マルチプレクサ２５ａの接続状態を設定する。そして、制御部２１は、スイッチ２７を非接続状態に設定し、矩形電圧の印加を開始する。

矩形電圧の印加が開始されると、全てのセンサ部に抵抗２２を介して矩形電圧が印加され、全てのセンサ部に電荷がチャージされる。これに伴い、抵抗２２の抵抗値Ｒと、計測領域Ｒ１０（図８（ｂ）参照）全体にかかる荷重に応じた全てのセンサ部の静電容量を統合した合成静電容量とで規定される時定数により、第１供給ラインＬ１の電位が上昇する。この電位は、電圧計測部２６により測定されて、制御部２１に出力される。

制御部２１は、上述した個別のセンサ部にかかる荷重を算出する場合（個別モード）と同様に、矩形電圧の印加期間の所定のタイミングにおいて、電圧計測部２６の測定電圧を参照し、この測定電圧と上記時定数および矩形電圧の電圧値とに基づいて、全てのセンサ部を１つのセンサ部として見なした場合の静電容量Ｃを算出する。そして、制御部２１は、静電容量Ｃに基づいて、全てのセンサ部にかかる荷重を算出する。

制御部２１は、全てのセンサ部にかかる荷重を算出すると、矩形電圧の印加を停止する。こうして、全てのセンサ部における荷重の測定が終了し、計測領域Ｒ１０における荷重が１回で計測される。その後、制御部２１は、スイッチ２７を接続状態に設定し、全てのセンサ部に貯まった電荷を放電させる。

なお、全体モードの場合に算出される全てのセンサ部にかかる荷重は、個別モードの場合に各センサ部にかかる荷重を合計して算出した全てのセンサ部にかかる荷重と異なる場合がある。このような場合、全体モードで算出される全てのセンサ部にかかる荷重が、個別モードで算出される各センサ部にかかる荷重の合計に対応するように、制御部２１は、計算式や対応テーブルを用いて、全体モードで算出される全てのセンサ部にかかる荷重を補正すればよい。

図１０は、制御部２１による動作モードの切替処理を示すフローチャートである。

荷重検出装置３が起動すると、制御部２１は、初期設定として、動作モードを全体モードに設定する（Ｓ１１）。続いて、制御部２１は、動作モードが全体モードであるか否かを判定する（Ｓ１２）。動作モードが全体モードである場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、制御部２１は、全センサ結合計測を行う（Ｓ１３）。すなわち、図８（ｂ）に示したように、全てのセンサ部に対応する計測対象範囲Ｒ１２が計測領域Ｒ１０に対して設定され、図９を参照して説明したように、全てのセンサ部の荷重が１回で計測され、計測領域Ｒ１０に対する荷重が取得される。

ステップＳ１３の計測では、個別モードにおいてセンサ部ごとに要する計測時間よりも長い時間間隔（周期）で１回の計測が行われる。たとえば、ステップＳ１３の計測では、個別モードにおいて１つのセンサ部に対する計測が行われる時間Ｔの１６倍の時間（１６Ｔ）の周期で１回の計測が行われる。すなわち、全体モードでは、直前の計測が開始された後、時間１６Ｔが経過したタイミングでステップＳ１３の全センサ結合計測が１回だけ行われる。なお、全センサ結合計測が行われる周期は、１６Ｔに限られるものではなく、１６Ｔよりも短くても長くてもよい。

続いて、制御部２１は、ステップＳ１３で算出された計測値が閾値Ｗｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。閾値Ｗｔｈは、計測領域Ｒ１０に物体が載置されているか否かを判定可能な値であり、使用状況に応じて可変設定が可能である。閾値Ｗｔｈは、たとえば、ノイズレベルよりも所定の比率または所定の値だけ大きい値である。

計測値が閾値Ｗｔｈ未満である場合（Ｓ１４：ＮＯ）、すなわち計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重が検出されていない場合、制御部２１は、処理をステップＳ１３に戻し、全体モードにおける計測を継続させる。この場合、制御部２１は、前回の計測から上記周期が経過したタイミングで計測を行う。計測値が閾値Ｗｔｈ以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、すなわち計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重が検出された場合、制御部２１は、動作モードを個別モードに設定し（Ｓ１５）、処理をステップＳ１２に戻す。

動作モードが個別モードに設定され処理が戻されると、ステップＳ１２の判定は、ＮＯとなる。これにより、制御部２１は、センサ個別計測を行う（Ｓ１６）。すなわち、図８（ａ）に示したように、計測対象範囲Ｒ１１に対応する１つのセンサ部の荷重が計測され、当該計測対象範囲Ｒ１１に対する荷重が取得される。

なお、ステップＳ１６の計測では、計測対象範囲Ｒ１１に対する計測が、時間Ｔの周期で行われる。すなわち、個別モードでは、直前の計測が開始された後、時間Ｔが経過したタイミングでステップＳ１６のセンサ個別計測が１回だけ行われる。

続いて、制御部２１は、全てのセンサ部の計測が終了したか否かを判定する（Ｓ１７）。全てのセンサ部の計測が終了していない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、制御部２１は、計測領域Ｒ１０内で計測対象範囲Ｒ１１を移動させて、処理をステップＳ１６に戻し、センサ個別計測を継続させる。この場合、制御部２１は、前回の計測から周期Ｔが経過したタイミングで計測を行う。なお、計測対象範囲Ｒ１１は、たとえば、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３、Ａ３４、Ａ４１、Ａ４２、Ａ４３、Ａ４４の順に移動される。

全てのセンサ部の計測が終了した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、制御部２１は、全てのセンサ部に対してステップＳ１６の処理が行われたことにより算出された計測値の合計が、閾値Ｗｔｈ未満であるか否かを判定する（Ｓ１８）。計測値の合計が閾値Ｗｔｈ以上であると（Ｓ１８：ＮＯ）、制御部２１は、処理をステップＳ１６に戻し、個別モードを継続させる。計測値の合計が閾値Ｗｔｈ未満であると（Ｓ１８：ＹＥＳ）、制御部２１は、動作モードを全体モードに設定し（Ｓ１９）、処理をステップＳ１２に戻す。

動作モードが全体モードに設定され処理が戻されると、ステップＳ１２の判定は、ＹＥＳとなる。これにより、制御部２１は、処理をステップＳ１３に進めて、上記と同様の処理を実行する。

＜実施形態１の効果＞
以上、実施形態１によれば、以下の効果が奏される。

制御部２１は、動作モードとして、１つのセンサ部ごとに荷重を計測する個別モード（第１モード）と、全体のセンサ部を１つのセンサ部と見なして荷重を計測する全体モード（第２モード）とを選択的に実行する。このように、全体モードでは、個別モードよりも多い数ごとに計測処理が行われるため、計測領域Ｒ１０全体の荷重を検出するための頻度および処理負荷を軽減でき、消費電力を抑制できる。よって、荷重の検出において全体モードが選択的に実行されることにより、荷重検出装置３の消費電力を抑制できる。

制御部２１は、全体モードの実行時に、計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重を検出したことに基づいて、動作モードを個別モードに切り替え、個別モードの実行時に、計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重を検出していないことに基づいて、動作モードを全体モードに切り替える。これにより、物体が載置されていない状態において、個別モードにより冗長な検出処理が繰り返されることを抑制できるため、消費電力を抑制できる。また、物体が載置されると、より精緻な領域ごとに荷重を検出可能な個別モードに切り替えられるため、物体の荷重の分布をより精緻に検出できる。したがって、この構成によれば、消費電力を抑制しつつ、物体の荷重分布を精度良く検出できる。

制御部２１は、全体モードにおける検出周期（１６Ｔ）を、個別モードにおける検出周期（Ｔ）よりも長く設定する。全体モードでは全てのセンサ部にかかる荷重を一度に検出するため、個別モードで荷重を検出する場合に比べて、迅速に計測領域Ｒ１０全体の荷重を検出できる。よって、全体モードにおける検出周期を個別モードより長くしても、計測領域Ｒ１０全体の荷重を同程度の周期で検出できる。また、このように全体モードにおける検出周期を個別モードより長くすることにより、全体モード実行時の処理負荷を軽減でき、結果、消費電力を抑制できる。

全体モードは、全てのセンサ部により同時に荷重を検出するモードである。したがって、全体モードが実行されることにより、荷重の検出頻度を顕著に抑制できる。これにより、消費電力を顕著に抑制できる。

個別モードは、センサ部ごとに荷重を検出するモードである。したがって、個別モードが実行されることにより、荷重の検出単位を最も細かくできる。これにより、荷重の分布を最も微細に検出できる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、全体モードとの間で切り替えが行われるモードが個別モードであったが、実施形態２では、さらにブロックモードが設けられ、全体モードとの間で切り替えが行われるモード（第１モード）が、個別モードとブロックモードの何れかに設定される。

図１１（ａ）〜（ｄ）は、ブロックモードの概要を説明するための概念図である。

図１１（ａ）に示すように、ブロックモードは、計測領域Ｒ１０内において、全体の個数よりも少ない複数のセンサ部ごとに順に荷重を計測するモードである。ブロックモードでは、複数のセンサ部に対応する計測対象範囲Ｒ１３が計測領域Ｒ１０に設定され、計測対象範囲Ｒ１３ごとに荷重が計測される。計測対象範囲Ｒ１３は、個別モードよりも多く全体モードより少ない数のセンサ部を含む範囲である。ここでは、４つのセンサ部を含む正方形の範囲が、計測対象範囲Ｒ１３に設定されている。そして、図１１（ａ）〜（ｄ）に示す順で、計測対象範囲Ｒ１３が計測領域Ｒ１０内で移動され、計測対象範囲Ｒ１３のセンサ部の荷重が順に計測される。

図１１（ａ）に示すように計測対象範囲Ｒ１３が設定された場合、図１２に示すように、上２つの被覆付き銅線１３が第１供給ラインＬ１に接続され、左２つの導電弾性体１２がグランドに接続され、右２つの導電弾性体１２が第２供給ラインＬ２に接続される。図１１（ｂ）〜（ｄ）の場合も同様に、計測対象範囲Ｒ１３に含まれるセンサ部が位置する被覆付き銅線１３および導電弾性体１２が、それぞれ、第１供給ラインＬ１およびグランドに接続され、計測対象範囲Ｒ１３に含まれないセンサ部が位置する導電弾性体１２が第２供給ラインＬ２に接続される。

これにより、計測対象範囲Ｒ１３に含まれる４つのセンサ部に対してかかる荷重が、一度の計測により算出される。そして、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように４つの計測対象範囲Ｒ１３においてそれぞれ算出された荷重が合計されることにより、全てのセンサ部にかかる荷重が算出される。

なお、ブロックモードの場合に算出される全てのセンサ部にかかる荷重は、個別モードの場合に各センサ部にかかる荷重を合計して算出した全てのセンサ部にかかる荷重と異なる場合がある。このような場合、ブロックモードで算出される全てのセンサ部にかかる荷重が、個別モードで算出される各センサ部にかかる荷重の合計に対応するように、制御部２１は、計算式や対応テーブルを用いて、ブロックモードで算出される全てのセンサ部にかかる荷重を補正すればよい。

図１３（ａ）は、表示入力部３０に表示される、ブロックモードと個別モードの何れを有効にするかを設定するための設定画面３１の構成を示す模式図である。

荷重検出装置３は、図５に示す構成に加えて、表示入力部３０を備える。表示入力部３０は、たとえばタッチパネル式のディスプレイである。表示入力部３０は、制御部２１と通信可能に接続されている。表示入力部３０は、制御部２１から送信された信号に基づいて画像を表示するとともに、表示入力部３０を介してユーザにより入力された情報を制御部２１に送信する。表示入力部３０は、荷重検出装置３に対して着脱可能であってもよい。この場合、ユーザは、モード設定を行う場合に、本体側のコネクタに表示入力部３０を接続して設定操作を行い、モード設定が完了すると、表示入力部３０を本体側のコネクタから取り外す。

設定画面３１は、ブロックモードに対応するラジオボタン３２ａと、個別モードに対応するラジオボタン３２ｂと、モードを決定するためのＯＫボタン３３と、を備える。初期設定として、ブロックモードと個別モードの何れかが有効に設定されている。たとえば、個別モードが初期設定されている。ユーザは、有効なモードを変更する場合、２つのラジオボタン３２ａ、３２ｂの何れかを選択して、ＯＫボタン３３を操作する。これにより、ユーザにより選択されたモードが有効となる。

図１３（ｂ）は、制御部２１によるモードの受付処理を示すフローチャートである。

制御部２１は、設定画面３１（図１３（ａ）参照）の呼び出しを受け付けたか否かを判定する（Ｓ２１）。設定画面３１の呼び出しは、たとえば、ユーザにより表示入力部３０（図１３（ａ）参照）に表示されたメニュー等を介して行われる。

設定画面３１の呼び出しを受け付けると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、制御部２１は、設定画面３１を表示入力部３０に表示する（Ｓ２２）。そして、ユーザによりＯＫボタン３３が押されると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、制御部２１は、２つのラジオボタン３２ａ、３２ｂの選択状態に応じて、ブロックモードと個別モードの何れかを有効にし、有効にされたモードを記憶する（Ｓ２４）。

図１４は、制御部２１による動作モードの切替処理を示すフローチャートである。図１４の処理は、図１０の処理と比較して、ステップＳ１５に代えてステップＳ３１が追加され、ステップＳ１２のＮＯ側の後段にステップＳ３２が追加され、ステップＳ３２のＹＥＳ側の後段にステップＳ３３が追加され、ステップＳ３２のＮＯ側の後段にステップＳ１６が追加されている。以下、図１０の処理と異なる点について説明する。

ステップＳ１３で算出された計測値が閾値Ｗｔｈ以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、すなわち計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重が検出された場合、制御部２１は、全体モードを解除する（Ｓ３１）。これにより、制御部２１は、実行する動作モードを、全体モードから、図１３（ｂ）のステップＳ２４で記憶したブロックモードおよび個別モードの何れかに設定する。そして、制御部２１は、処理をステップＳ１２に戻す。

全体モードが解除され処理が戻されると、ステップＳ１２の判定は、ＮＯとなる。制御部２１は、ブロックモードと個別モードの何れが設定されているかを判定し（Ｓ３２）、動作モードに応じて計測を行う。ブロックモードが設定されている場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、制御部２１は、ブロック結合計測を行う（Ｓ３３）。すなわち、計測対象範囲Ｒ１３に対応する４つのセンサ部の荷重が１回で計測され、当該計測対象範囲Ｒ１３に対する荷重が取得される。他方、個別モードが設定されている場合（Ｓ３２：ＮＯ）、制御部２１はセンサ個別計測を行う（Ｓ１６）。

ステップＳ３３の計測では、１つの計測対象範囲Ｒ１３に対する計測が、センサ個別計測の周期よりも長く、全センサ結合計測の周期よりも短い周期で行われる。たとえば、１つの計測対象範囲Ｒ１３に対する計測が時間４Ｔの周期で行われる。すなわち、ブロックモードでは、直前の計測が開始された後、時間４Ｔが経過するタイミングでステップＳ３３のブロック結合計測が１回だけ行われる。なお、ブロック結合計測の周期は、４Ｔより長くても短くてもよい。

続いて、制御部２１は、全てのセンサ部の計測が終了したか否かを判定する（Ｓ１７）。全てのセンサ部の計測が終了していない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、制御部２１は、ブロックモードの場合、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように計測領域Ｒ１０内で計測対象範囲Ｒ１３を移動させて、処理をステップＳ３２に戻し、ブロック結合計測を継続させる。

全てのセンサ部の計測が終了した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、制御部２１は、全てのセンサ部に対してステップＳ３３またはステップＳ１６の処理が行われたことにより算出された計測値の合計が、閾値Ｗｔｈ未満であるか否かを判定する（Ｓ１８）。計測値の合計が閾値Ｗｔｈ以上であると（Ｓ１８：ＮＯ）、制御部２１は、処理をステップＳ３２に戻し、ブロックモードまたは個別モードを継続させる。計測値の合計が閾値Ｗｔｈ未満である場合（Ｓ１８：ＮＯ）、制御部２１は、上記実施形態１と同様、動作モードを全体モードに設定し（Ｓ１９）、処理をステップＳ１２に戻す。これにより、動作モードが全体モードに切り替えられる。

＜実施形態２の効果＞
以上、実施形態２によれば、以下の効果が奏される。

図１３（ａ）、（ｂ）に示したように、設定画面３１を介してブロックモードが設定された場合、制御部２１は、動作モードとして、ブロックモード（第１モード）と、全体モード（第２モード）とを選択的に実行する。この場合も、実施形態１と同様、荷重の検出において全体モードが選択的に実行されることにより、荷重検出装置３の消費電力を抑制できる。また、個別モードに代えてブロックモードが設定されることにより、ブロックモードと全体モードとが選択的に実行されることになる。これにより、個別モードと全体モードとが選択的に実行される場合と比較して、荷重検出装置３の消費電力を抑制できる。

制御部２１は、全体モードの実行時に、計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重を検出したことに基づいて、全体モードを解除して動作モードをブロックモードまたは個別モードに切り替え（図１４のステップＳ３１）、ブロックモードまたは個別モードの実行時に、計測領域Ｒ１０に物体が載置されていることを示す荷重を検出していないことに基づいて、動作モードを全体モードに切り替える（図１４のステップＳ１９）。よって、実施形態１と同様、物体が載置されていない状態において、個別モードにより冗長な検出処理が繰り返されることを抑制できるため、消費電力を抑制できる。

制御部２１は、全体モードとの間で切り替えが行われる動作モード（第１モード）として、ブロックモードおよび個別モードの何れかを設定するための指示を、表示入力部３０に表示された設定画面３１を介して受け付ける。これにより、第１モードにおいて荷重検出の細かさを適宜選択できる。よって、ユーザは、消費電力を抑制しつつ、適宜、計測対象の物体に適する細かさで荷重を検出できる。

＜実施形態３＞
実施形態２では、全体モードとの間で切り替えが行われるモードとして、ブロックモードおよび個別モードの何れかがユーザにより設定され、全体モードと、ブロックモードまたは個別モードとの何れかが選択的に実行された。これに対し、実施形態３では、実行する動作モードとして、自動モード、全体モード、ブロックモードおよび個別モードの何れかがユーザにより設定される。自動モードは、実施形態１と同様、全体モードと個別モードの何れかを実行するモードである。

図１５は、表示入力部３０に表示される、自動モード、全体モード、ブロックモードおよび個別モードの何れを有効にするかを設定するための設定画面３１の構成を示す模式図である。

実施形態３の設定画面３１は、図１３（ａ）と比較して、自動モードに対応するラジオボタン３４ａと、全体モードに対応するラジオボタン３４ｂと、ブロックモードに対応するラジオボタン３４ｃと、個別モードに対応するラジオボタン３４ｄと、を備える。初期設定として、４つのモードの何れかが有効に設定されている。たとえば、自動モードが初期設定される。ユーザは、有効なモードを変更する場合、４つのラジオボタン３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの何れかを選択して、ＯＫボタン３３を操作する。これにより、ユーザにより選択されたモードが有効となる。この場合も、図１３（ｂ）と同様、制御部２１は、モードの受付処理を行う。

図１６は、制御部２１による動作モードの切替処理を示すフローチャートである。

荷重検出装置３が起動すると、制御部２１は、自動モードの初期設定を全体モードに設定する（Ｓ４１）。続いて、制御部２１は、図１５の設定画面３１を介して設定されたモードが自動モードであるか否かを判定する（Ｓ４２）。設定されたモードが自動モードである場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、制御部２１は、自動計測処理を行う（Ｓ４３）。すなわち、制御部２１は、図１０のステップＳ１２〜Ｓ１９の処理をステップＳ１２から開始し、図１０のステップＳ１５またはステップＳ１９の処理が終わると、処理をステップＳ４２に戻す。

設定されたモードが自動モードでない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、制御部２１は、設定された動作モードが、全体モード、ブロックモードおよび個別モードの何れであるかを判定し、設定された動作モードに応じて計測を行う。

動作モードが全体モードの場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、制御部２１は、図１４のステップＳ１３と同様、全センサ結合計測を行い（Ｓ４５）、処理をステップＳ４２に戻す。動作モードがブロックモードの場合（Ｓ４４：ＮＯ、Ｓ４６：ＹＥＳ）、制御部２１は、図１４のステップＳ３３と同様、ブロック結合計測を行う（Ｓ４７）。動作モードが個別モードの場合（Ｓ４４：ＮＯ、Ｓ４６：ＮＯ）、制御部２１は、図１４のステップＳ１６と同様、センサ個別計測を行う（Ｓ４８）。そして、制御部２１は、図１４のステップＳ１７と同様、全てのセンサ部の計測が終了したか否かを判定する（Ｓ４９）。全てのセンサ部の計測が終了していない場合（Ｓ４９：ＮＯ）、制御部２１は、処理をステップＳ４６に戻し、全てのセンサ部の計測が終了した場合（Ｓ４９：ＹＥＳ）、制御部２１は、処理をステップＳ４２に戻す。

＜実施形態３の効果＞
制御部２１は、少なくとも全体モード（第２モード）と個別モード（第１モード）とから、荷重の検出に用いる動作モードを選択する指示を、図１５の設定画面３１を介して受け付ける。このように、ユーザがマニュアルで全体モードと全体モード以外のモードとを選択できると、ユーザは、適宜、計測対象の物体に適する細かさで荷重を検出できる。

制御部２１は、個別モード（第１モード）よりも多く全体モード（第２モード）より少ない数のセンサ部ごとに荷重を計測するブロックモード（第３モード）を備え、個別モード、全体モードおよびブロックモードから、荷重の検出に用いる動作モードを選択する指示を、図１５の設定画面３１を介して受け付ける。これにより、ユーザは、計測対象の物体に適する細かさで荷重を検出できる。

＜変更例＞
以上、本発明の実施形態１〜３について説明したが、本発明は、上記実施形態１〜３に何ら制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、上記実施形態１〜３以外に種々の変更が可能である。

たとえば、荷重センサ１、検出回路２および荷重検出装置３の構成、ならびに制御部２１の処理は、上記実施形態に示した構成および処理以外に、種々の変更が可能である。

また、上記実施形態２、３において、ブロックモードの計測対象範囲Ｒ１３は、２×２のセンサ部を含む正方形に設定されたが、他の形状に設定されてもよい。たとえば、図１７（ａ）に示すように、ブロックモードの計測対象範囲Ｒ１３が、行方向に並ぶ２つのセンサ部から構成されてもよく、あるいは、図１７（ｂ）に示すように、１行分のセンサ部から構成されてもよい。また、図１７（ｃ）に示すように、ブロックモードの計測対象範囲Ｒ１３が、列方向に並ぶ２つのセンサ部から構成されてもよく、あるいは、図１７（ｄ）に示すように、１列分のセンサ部から構成されてもよい。

また、行方向（導電弾性体１２の延びる方向）のセンサ部の個数をＮ１とし、列方向（被覆付き銅線１３の延びる方向）のセンサ部の個数をＮ２としたときの計測対象範囲Ｒ１３の形状をＮ１×Ｎ２と表すと、計測対象範囲Ｒ１３が１×１と４×４となる場合を除いて、Ｎ１およびＮ２の値は、１〜４の値から適宜組み合わせられてもよい。ただし、全てのセンサ部にかかる荷重（計測領域Ｒ１０にかかる荷重）を簡易かつ円滑に算出するためには、計測対象範囲Ｒ１３を計測領域Ｒ１０内で移動させたときに、各タイミングの計測対象範囲Ｒ１３が互いに重ならないことが好ましい。

また、上記実施形態２、３において、図１１（ａ）〜（ｄ）に示したように、ブロックモードにおいて、一定の形状（２×２）の計測対象範囲Ｒ１３が計測領域Ｒ１０内で移動されたが、計測対象範囲Ｒ１３は、各タイミングにおいて互いに異なる形状であってもよい。たとえば、計測対象範囲Ｒ１３は、図１１（ａ）において、センサ部Ａ１１を含む３×３の形状であり、図１１（ｂ）において、センサ部Ａ１４を含む１×３の形状であり、図１１（ｃ）において、センサ部Ａ４１を含む３×１の形状であり、図１１（ｄ）において、センサ部Ａ４４を含む１×１の形状であってもよい。

また、ブロックモードにおいて、計測対象範囲Ｒ１３は、周期Ｔの間に、計測領域Ｒ１０の中心から段階的に大きくなるように変化してもよい。たとえば、計測対象範囲Ｒ１３は、第１のタイミングにおいてセンサ部Ａ２２、Ａ２３、Ａ３２、Ａ３３を含む２×２の形状であり、第２のタイミングにおいて全てのセンサ部を含む４×４の形状であってもよい。

また、上記実施形態２、３において、ブロックモードの計測対象範囲Ｒ１３は、２×２の形状に固定されていたが、これに限らず、計測対象範囲Ｒ１３の大きさおよび形状は、ユーザにより表示入力部３０（図１３（ａ）と図１５参照）を介して指定されてもよい。

また、上記実施形態３において、自動モードで切り替え対象となるモードは、全体モードと個別モードであったが、これに限らず、全体モードとブロックモードであってもよい。また、自動モードで切り替え対象となるモードは、ユーザにより表示入力部３０を介して指定されてもよい。

また、上記実施形態２において、制御部２１は、全体モードとの間で切り替えを行うモードとして、２つのモード（ブロックモードと個別モード）の何れかを設定するための指示を、設定画面３１を介して受け付けた。しかしながら、これに限らず、制御部２１は、全体モードとの間で切り替えを行うモードとして、互いに異なる数のセンサ部ごとに荷重を計測する３以上のモードの何れかを設定するための指示を受け付けてもよい。

また、上記実施形態３において、制御部２１は、個別モードと全体モードに加えて、１つのブロックモード（第３モード）を備えたが、複数のブロックモード（第３モード）を備えてもよい。この場合も、制御部２１は、個別モード、全体モード、および複数のブロックモードから、荷重の検出に用いるモードを選択する指示を、設定画面３１を介して受け付ける。

また、上記実施形態１の図１０のステップＳ１１において、動作モードの初期設定は、全体モードに設定されたが、個別モードに設定されてもよい。また、上記実施形態２の図１４のステップＳ１１において、動作モードの初期設定は、図１３（ａ）の設定画面３１を介して設定されたブロックモードおよび個別モードの何れかに設定されてもよい。また、上記実施形態３の図１６のステップＳ４１において、自動モードの初期設定は、全体モードに設定されたが、個別モードおよびブロックモードの何れかに設定されてもよい。

また、上記実施形態において、荷重センサ１は、４つの被覆付き銅線１３と４つの導電弾性体１２を備えることにより、１６個のセンサ部を備えた。しかしながら、これに限らず、荷重センサ１が少なくとも２つ以上のセンサ部を備えればよく、被覆付き銅線１３の数と導電弾性体１２の数は他の個数でもよい。すなわち、計測領域Ｒ１０の形状や大きさ、および計測領域Ｒ１０に含まれるセンサ部の数も、上記実施形態１〜３に示したものに限定されるものではなく、適宜、変更可能である。この場合、ブロックモードの計測対象範囲Ｒ１３の形状および計測対象範囲Ｒ１３に含まれるセンサ部の数も、計測領域Ｒ１０の変更に応じて変更され得る。

また、上記実施形態において、被覆付き銅線１３に代えて、銅以外の物質からなる線状の導電部材と、当該導電部材を被覆する誘電体と、により構成された電極が用いられてもよい。この場合の電極の導電部材は、たとえば、金属体、ガラス体およびその表面に形成された導電層、樹脂体およびその表面に形成された導電層などにより構成される。

また、上記実施形態において、荷重センサ１の構成は、必ずしも、被覆付き銅線１３と導電弾性体１２とを組み合わせた構成でなくてもよく、たとえば、上下の電極の間に伸縮性の誘電体が挟まれた構成であってもよい。

また、上記実施形態において、被覆付き銅線１３の銅線１３ａは、第１切替部２３（４個のマルチプレクサ２３ａ）によって、第１供給ラインＬ１に対して接続および非接続の何れかに選択的に切り替えられた。また、導電弾性体１２は、第２切替部２５（４個のマルチプレクサ２５ａ）によって、第２供給ラインＬ２およびグランドの何れかに選択的に切り替えられた。しかしながら、第１切替部２３および第２切替部２５はマルチプレクサによって構成されなくてもよく、マルチプレクサ以外の切替回路により構成されてもよい。この場合の切替回路も、制御部２１によって切り替えが行われる。

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ 荷重センサ
３ 荷重検出装置
２１ 制御部
Ａ１１〜Ａ１４、Ａ２１〜Ａ２４、Ａ３１〜Ａ３４、Ａ４１〜Ａ４４ センサ部
Ｒ１０ 計測領域

Claims (8)

1. 計測領域に複数のセンサ部がマトリクス状に配置された荷重センサと、
   前記荷重センサを制御して荷重を計測する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   所定数の前記センサ部ごとに荷重を計測する第１モードと、
   前記第１モードよりも多い数の前記センサ部ごとに荷重を計測する第２モードと、を選択的に実行する、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
2. 請求項１に記載の荷重検出装置において、
   前記制御部は、
   前記第２モードの実行時に前記計測領域に物体が載置されていることを示す荷重を検出したことに基づいて、動作モードを前記第１モードに切り替え、
   前記第１モードの実行時に前記計測領域に物体が載置されていることを示す荷重を検出していないことに基づいて、動作モードを前記第２モードに切り替える、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
3. 請求項１または２に記載の荷重検出装置において、
   前記制御部は、前記第１モードとして、互いに異なる数の前記センサ部ごとに荷重を計測する複数のモードの何れかを設定するための指示を受け付ける、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の荷重検出装置において、
   前記制御部は、前記第２モードにおける検出周期を前記第１モードにおける検出周期よりも長く設定する、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
5. 請求項１に記載の荷重検出装置において、
   前記制御部は、少なくとも前記第１モードと前記第２モードから、荷重の検出に用いるモードを選択する指示を受け付ける、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
6. 請求項５に記載の荷重検出装置において、
   前記制御部は、前記第１モードよりも多く前記第２モードより少ない数の前記センサ部ごとに荷重を計測する第３モードをさらに備え、
   前記制御部は、前記第１モード、前記第２モードおよび前記第３モードから、荷重の検出に用いるモードを選択する指示を受け付ける、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
7. 請求項１ないし６の何れか一項に記載の荷重検出装置において、
   前記第２モードは、全ての前記センサ部により同時に荷重を検出するモードである、
   ことを特徴とする荷重検出装置。
8. 請求項１ないし７の何れか一項に記載の荷重検出装置において、
   前記第１モードは、前記センサ部ごとに荷重を検出するモードである、
   ことを特徴とする荷重検出装置。

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