JP2023046591A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる新規の構造を有するセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置１における第一締結部材１４は、導電性を有し、シールド端子ホール２５ａおよび第一スルーホール３６に挿通された第一軸部７１を有し、かつ、第一軸部７１を挿通した状態で電極シート１１を多層基板１２に締結するように構成される。第一締結部材１４が締結した状態において、第一電極用シールド層２３とシールド配線３４とが、第一締結部材１４および第一スルーホール３６を介して電気的に接続される。【選択図】図７

Description

本発明は、センサ装置に関する。

特許文献１には、表面が誘電部材によって覆われた固定電極と、外部からの圧力を受けることにより表面が誘電部材の表面に部分的に接し、その圧力の大きさに応じた静電容量を固定電極との間に生じる可動電極とを備える感圧センサが記載されている。特許文献２には、フレキシブル基板の表面に形成された電極層と、フレキシブル基板の裏面に形成された導電層と、電極層と導電層とを電気的に接続する複数のスルーホールとを備えるトモグラフィ計測センサが記載されている。

特許文献３には、２つの基板の間に孔を有する誘電体が挟まれ、誘電体の孔に圧縮導体が差し込まれ、一方の基板に形成された導体と他方の基板に形成された導体とが、誘電体の孔に差し込まれた圧縮導体を介して電気的に接続されることが記載されている。特許文献４には、センサが、シートフレームとシートクッションとの間に挟んで配置されることが記載されている。特許文献５には、圧電センサが、シートクッションの中に配置されることが記載されている。

特開２００７－３１５８７５号公報 特開２０２０－１６４４５号公報 特許第３７０８７８９号公報 特許第６４０９４６６号公報 特許第５８８７８７５号公報

本発明は、小型化を図ることができる新規の構造を有するセンサ装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、圧力を検出するセンサ本体を備えるセンサ装置であって、
前記センサ本体は、
可撓性を有する電極シートと、
多層基板と、
前記電極シートの裏面と前記多層基板の表面との間に挟まれて配置される絶縁シートと、
前記電極シートを前記多層基板に締結するための第一締結部材と、
を備え、
前記電極シートは、
シート裏面に配置される第一電極層と、
前記第一電極層の表面側に積層される第一電極用絶縁層と、
前記第一電極用絶縁層の表面側に積層され、前記第一電極用絶縁層を挟んで前記第一電極層に対向して配置される第一電極用シールド層と、
前記第一電極用シールド層に電気的に接続され、前記第一電極用シールド層から層方向に延在し、積層方向の投影において前記第一電極層と重ならない領域に形成され、かつ、シールド端子ホールが貫通形成されたシールド端子と、
を備え、
前記多層基板は、
基板表面に配置され、かつ、前記絶縁シートを挟んで前記第一電極層に対向して配置される第二電極層と、
前記第一電極用シールド層のためのシールド電位を有するシールド配線と、
前記第一電極層に電圧を印加するための印加配線と、
前記多層基板の積層方向に貫通形成され、前記シールド配線に電気的に接続され、積層方向の投影において前記シールド端子ホールと重なる位置に形成された第一スルーホールと、
を備え、
前記第一締結部材は、導電性を有し、前記シールド端子ホールおよび前記第一スルーホールに挿通された第一軸部を有し、かつ、前記第一軸部を挿通した状態で前記電極シートを前記多層基板に締結するように構成され、
前記第一締結部材が締結した状態において、前記第一電極用シールド層と前記シールド配線とが、前記第一締結部材および前記第一スルーホールを介して電気的に接続される、センサ装置にある。

上記態様によれば、第一締結部材が、電極シートと多層基板とを締結する。詳細には、第一締結部材の第一軸部が、電極シートのシールド端子ホールと多層基板の第一スルーホールとに挿通されて、第一締結部材が、電極シートと多層基板とを締結する。ここで、第一締結部材は、導電性を有する。そして、第一締結部材が締結した状態において、電極シートの第一電極用シールド層と多層基板のシールド配線とが、第一締結部材および第一スルーホールを介して電気的に接続される。つまり、第一締結部材が、第一スルーホールと共に、電気的な導通経路の一部を構成する。

従って、第一締結部材は、電極シートと多層基板とを締結するための機能を有すると共に、電極シートの第一電極用シールド層と多層基板のシールド配線とを導通するための機能を有する。このように、第一締結部材が、締結機能および導通機能を兼用することにより、センサ装置の小型化を図ることができる。

センサ装置の断面図である。 センサ装置のうちクッション材を除く複数の部材についての分解斜視図である。 電極シートの斜視図である。 （ａ）は、図３に示す電極シートのＡ－Ａ断面図であり、（ｂ）は、図３に示す電極シートのＢ－Ｂ断面図であり、（ｃ）は、図３に示す電極シートのＣ－Ｃ断面図である。 多層基板の斜視図である。 図１におけるセンサ装置の一部分を示す部分断面図であり、特に、多層基板の電極領域の部分を示す部分断面図であって、多層基板を厚み方向に誇張して表現した図である。 センサ本体の断面図であって、第一締結部材に関連する部分のみを抽出した図である。 センサ本体の断面図であって、第二締結部材に関連する部分のみを抽出した図である。 センサ装置をシートに適用した場合の説明図である。 センサ装置をシートベルトに適用した場合の説明図である。

１．センサ装置１の構成
センサ装置１の構成について、図１および図２を参照して説明する。センサ装置１は、検出対象としての圧力を検出するセンサユニットである。センサ装置１は、例えば、座位姿勢または臥位姿勢における人の姿勢の変化、人の生体情報（呼吸、脈動、心拍）などを検出対象とすることができる。センサ装置１は、シート、座布団、寝具などに設けることにより、対象者の姿勢の変化、対象者の生体情報などを検出することができる。また、センサ装置１は、上記のシートなどの他に、対象者に接触できる部材に設けることにより、対象者の生体情報などを検出することができる。

図１および図２に示すように、センサ装置１は、センサ本体２、筐体３、および、クッション材４を備える。

センサ本体２は、扁平状に形成されており、扁平の一方面に付与された検出対象としての圧力を検出する。センサ本体２は、静電センサまたは圧電センサにより構成される。センサ本体２が静電センサを構成する場合には、センサ本体２は、圧力を受けた場合に圧力の大きさに対応して変化する静電容量を検出し、静電容量に対応する物理量を出力する。センサ本体２が圧電センサを構成する場合には、センサ本体２が、圧力を受けた場合に圧力の大きさに対応する電圧を出力する。

また、センサ本体２は、演算処理回路を備えるように構成しても良いし、演算処理回路を備えないように構成しても良い。センサ本体２が演算処理回路を備える場合には、センサ本体２は、検出した物理量を用いて所望の出力データを生成することができる。センサ本体２が演算処理回路を備えない場合には、検出した物理量そのものを出力する。

センサ本体２は、図１に示すように、扁平状（シート状や板状とも称する）に形成されている。センサ本体２は、扁平状における一方の面、すなわち図１における上面が検出面を構成する。センサ本体２は、扁平状における他方の面、すなわち図１における下面が、筐体３の底面に載置される面を構成する。

センサ本体２は、電極シート１１、多層基板１２、絶縁シート１３、第一締結部材１４、第二締結部材１５、および、複数の基板締結部材１６を備える。ここで、センサ本体２を構成する多層基板１２、絶縁シート１３、および、電極シート１１は、記載順に積層されている。以下において、積層方向とは、特に断らない限り、センサ本体２を構成する電極シート１１、絶縁シート１３および多層基板１２の積層方向として用いる。

電極シート１１は、可撓性を有しており、シート状（膜状）に形成されている。電極シート１１は、センサ本体２の表面（図１の上面）を構成する。電極シート１１は、少なくとも、シート裏面に配置された第一電極層２１を備える。第一電極層２１は、静電センサまたは圧電センサにおける一対の電極の一方を構成する。本形態においては、第一電極層２１は、１枚の電極により構成されている。

多層基板１２は、電極シート１１とは別体に構成されており、電極シート１１の裏面に対向して配置される。多層基板１２は、基板の中間層となる部分にプリントパターンが形成されている。さらに、本形態においては、多層基板１２は、スルーホールを備える。スルーホールは、多層基板１２の表裏に貫通され、導電性を有する内壁を有するように構成される。多層基板１２は、スルーホールに加えて、適宜、導電性を有しないノンスルーホールを有するようにしても良い。また、多層基板１２は、基板表面および基板裏面にコーティングを施すようにしても良い。

多層基板１２は、少なくとも、基板表面（図１の上面）に配置された第二電極層３１を備える。第二電極層３１は、電極シート１１を構成する第一電極層２１に対して距離を隔てて対向して配置される。つまり、第一電極層２１と第二電極層３１とは、積層方向の投影において、重なるように配置されている。第二電極層３１は、静電センサまたは圧電センサにおける一対の電極の他方を構成する。

また、本形態においては、第二電極層３１は、複数の電極群により構成されており、複数の電極群を構成する各電極が、電極シート１１を構成する１枚の第一電極層２１に対向するように層方向に配列される。本形態においては、図２に示すように、例えば、第二電極層３１は、４行×４列に配列された１６個の第二電極により構成される。ただし、第二電極層３１を構成する第二電極群の数は、任意に設定できる。また、多層基板１２は、第二電極層３１の他に、プリントパターンを備える。

絶縁シート１３は、電極シート１１の裏面に積層され、かつ、多層基板１２の表面に積層される。つまり、絶縁シート１３は、電極シート１１の裏面と多層基板１２の表面との間に挟まれて配置される。また、絶縁シート１３は、電極シート１１および多層基板１２とは別体に構成されている。

センサ本体２が静電センサを構成する場合には、絶縁シート１３は、弾性変形可能な誘電材料により形成される。センサ本体２に構成部材１１，１２，１３の積層方向への圧縮力が付与された場合に、絶縁シート１３が圧縮変形することにより、電極シート１１と多層基板１２との離間距離が短くなる。つまり、絶縁シート１３が圧縮変形することにより、電極シート１１を構成する第一電極層２１と多層基板１２を構成する第二電極層３１との離間距離が短くなり、第一電極層２１と第二電極層３１との間の静電容量を変化させる。

センサ本体２が圧電センサを構成する場合には、絶縁シート１３は、圧電材料により構成される。センサ本体２に構成部材１１，１２，１３の積層方向への圧縮力が付与された場合に、圧電材料により構成される絶縁シート１３が、圧縮力に応じた電圧を発生する。

第一締結部材１４および第二締結部材１５は、電極シート１１と多層基板１２との間に絶縁シート１３を挟んだ状態で、電極シート１１を多層基板１２に締結するための部材である。ただし、第一締結部材１４および第二締結部材１５により締結される部位には、絶縁シート１３は、電極シート１１と多層基板１２との間に挟まれていない。つまり、第一締結部材１４および第二締結部材１５は、電極シート１１と多層基板１２とを直接接触させるようにして締結する。

第一締結部材１４および第二締結部材１５は、ボルトおよびナットや、リベットなどにより構成される。第一締結部材１４および第二締結部材１５は、適宜、ワッシャなどを含むようにしても良い。第一締結部材１４は、導電性を有しており、電極シート１１と多層基板１２との間を電気的に接続する機能を有する。

複数の基板締結部材１６は、多層基板１２を筐体３に締結するための部材である。基板締結部材１６は、例えば、ボルト、ねじなどにより構成される。図２に示すように、例えば、４個の基板締結部材１６により、多層基板１２の四隅を筐体３に締結する。

筐体３は、センサ装置１の外側のケース部分を構成する。筐体３は、センサ本体２を収容する。本形態においては、筐体３は、第一筐体部材４１と、第二筐体部材４２と、複数の筐体締結部材４３とを備える。第一筐体部材４１は、容器形状に形成されており、第二筐体部材４２は、蓋形状に形成されている。ただし、第一筐体部材４１と第二筐体部材４２との境界位置は、任意に設定できる。また、第一筐体部材４１と第二筐体部材４２とを一体とする形状に形成しても良い。

本形態においては、第一筐体部材４１は、上述したように、容器形状に形成される。第一筐体部材４１は、底部５１、周壁部５２、台座５３、および、複数の基板締結座５４を備える。底部５１は、例えば、矩形の平板状に形成されている場合を例に挙げるが、任意の形状とすることができる。周壁部５２は、底部５１の周縁から立設されており、底部５１の周縁全周に亘って設けられている。本形態においては、周壁部５２は、直方体の隣接する四面を構成する。第一筐体部材４１の底部５１および周壁部５２により形成される内部領域に、センサ本体２が収容される。

台座５３は、第一筐体部材４１の底面、すなわち底部５１の内側面（図１の上面）から上方に向かって突出して設けられている。台座５３の座面上には、多層基板１２が載置される。特に、台座５３は、多層基板１２の中央部分を下方から支持する。

そして、台座５３の座面上には、多層基板１２、絶縁シート１３、および、電極シート１１が、記載順で積層されている。つまり、台座５３の座面は、積層方向の投影において、絶縁シート１３に重なる領域設けられており、さらには、第一電極層２１と第二電極層３１とが対向する領域に重なる領域に設けられている。

複数の基板締結座５４は、第一筐体部材４１の底面、すなわち底部５１の内側面から上方に向かって突出して設けられ、台座５３の周囲に設けられている。複数の基板締結座５４の上面には、多層基板１２が載置される。特に、複数の基板締結座５４は、多層基板１２の裏面のうち周縁部分を下方から支持する。多層基板１２を挟んだ状態で複数の基板締結部材１６が複数の基板締結座５４に締結されることで、多層基板１２が第一筐体部材４１に位置決めされる。

第二筐体部材４２は、上述したように、蓋形状に形成される。第二筐体部材４２は、第一筐体部材４１の開口の一部を閉塞する。つまり、第二筐体部材４２の外周縁が、第一筐体部材４１の周壁部５２の頂面に接合する。さらに、第二筐体部材４２は、中央付近に、窓開口部４２ａを有する。つまり、第二筐体部材４２は、窓開口部４２ａを形成するための窓枠４２ｂを構成する。本形態においては、窓開口部４２ａは、矩形の開口であって、窓枠４２ｂは、矩形枠である。

窓開口部４２ａは、第一筐体部材４１の台座５３に対向して設けられている。つまり、積層方向の投影において、窓開口部４２ａの外形は、台座５３の外形に近似する形状となる。第二筐体部材４２は、窓開口部４２ａにおいて、センサ本体２を構成する電極シート１１の表面の一部を露出させる。

そして、第一電極層２１と第二電極層３１との対向領域は、積層方向の投影において、台座５３および窓開口部４２ａに重なる領域に設けられている。さらには、絶縁シート１３は、積層方向の投影において、台座５３および窓開口部４２ａに重なる領域に設けられている。従って、第二筐体部材４２の窓開口部４２ａは、電極シート１１の表面のうち、第一電極層２１と第二電極層３１とが対向する領域であって、絶縁シート１３が位置する領域を露出させる。

そして、第二筐体部材４２を構成する窓枠４２ｂの内周縁が、センサ本体２を積層方向に僅かに押し付けた状態で、センサ本体２の表面に接触する。つまり、センサ本体２を構成する電極シート１１、多層基板１２、および、絶縁シート１３は、第一筐体部材４１を構成する台座５３と第二筐体部材４２を構成する窓枠４２ｂの内周縁との間に挟まれる。このようにして、センサ本体２が、積層方向において、筐体３に位置決めされる。

複数の筐体締結部材４３は、第一筐体部材４１と第二筐体部材４２とを締結する。例えば、図２に示すように、複数の筐体締結部材４３は、ボルトやねじなどにより構成されており、第一筐体部材４１の四隅と第二筐体部材４２の四隅とをそれぞれ締結する。

クッション材４は、発泡樹脂などの弾性材料により形成される。クッション材４は、センサ本体２の露出面、および、筐体３の表面（図１の上面）に配置される。クッション材４において、筐体３およびセンサ本体２とは反対側の面が、圧力を受ける受圧面９１である。クッション材４の受圧面９１が、圧力を付与する対象物と接触する部位となる。

クッション材４は、受圧面９１の裏側に、基準座面９２、押圧凸部９３、および、凹溝９４を有する。基準座面９２は、平面状の面を形成し、クッション材４の受圧面９１の裏側面の外周部分を構成する。基準座面９２は、第二筐体部材４２を構成する窓枠４２ｂの表面に接触する。クッション材４が対象物から圧力が付与されていない初期状態において、基準座面９２は、圧縮されていない。ただし、基準座面９２は、当該初期状態において、僅かに予圧縮された状態としても良い。

押圧凸部９３は、クッション材４の受圧面９１の裏面側の中央部分を構成する。押圧凸部９３は、基準座面９２よりも、受圧面９１とは反対側に向かって突出する。押圧凸部９３は、単一のばね定数を有する弾性層により構成されるようにしても良いし、異なるばね定数を有する複数の弾性層により構成されるようにしても良い。

押圧凸部９３の先端面は、筐体３の窓開口部４２ａに挿入されて、センサ本体２の露出面に接触する。つまり、押圧凸部９３は、窓開口部４２ａを介して、圧力を付与する対象物（図示せず）とセンサ本体２の電極シート１１の表面との間に配置される。

さらに、クッション材４が対象物から圧力が付与されていない初期状態において、押圧凸部９３は、センサ本体２の電極シート１１の露出面に対して予圧縮されている。特に、押圧凸部９３による電極シート１１の露出面に対する予圧縮量は、基準座面９２による窓枠４２ｂ（電極シート１１の露出面の周囲に相当）に対する予圧縮量よりも十分に大きく設定されている。

凹溝９４は、基準座面９２と押圧凸部９３との境界に全周に亘って形成されている。凹溝９４は、センサ本体２および筐体３に非接触状態で配置される。従って、基準座面９２の予圧縮量と押圧凸部９３の予圧縮量とが異なるとしても、凹溝９４によって予圧縮量の差を吸収することができる。つまり、基準座面９２による予圧縮量と押圧凸部９３による予圧縮量との差を確実につけることができる。

なお、クッション材４は、本形態においては、筐体３に取り付けられている専用部品としての例にあげたが、これに限られるものではない。例えば、クッション材４は、シートの座面や背面におけるクッション材、寝具におけるクッション材、座布団におけるクッション材などを用いることもできる。

２．静電センサとしてのセンサ本体２の基本動作
センサ本体２が静電センサを構成する場合に、第一電極層２１、および、第二電極層３１を構成する複数の第二電極群の基本動作について説明する。

センサ本体２が静電センサを構成する場合において、第一電極層２１は、印加電圧が印加される電極として用いられる。センサ本体２が静電センサを構成する場合において、第二電極層３１は、電圧計測用の電極として用いられる。

例えば、第二電極層３１を構成する複数の第二電極群のうち、１つの第二電極のみを電圧計測用とし、他の第二電極をグランド電位に接続した状態で、第一電極層２１に印加電圧が印加する。このときに、電圧計測用の１つの第二電極の電圧を計測する。計測された第二電極の電圧は、当該第二電極と第一電極層２１との対向領域に付与されている圧力に応じた大きさとなる。電圧計測用の第二電極を順次変更していくことで、全ての第二電極と第一電極層２１との対向領域に付与されている圧力を検出することができる。

３．クッション材４の作用
クッション材４の作用について説明する。初期状態において、クッション材４における押圧凸部９３には、他の部位に比べて大きな応力が生じている。押圧凸部９３は、センサ本体２の電極シート１１の露出面の法線方向に予圧縮されている。従って、クッション材４においては、押圧凸部９３において最も大きな応力が生じており、押圧凸部９３からクッション材４の受圧面９１までの範囲において他の部位に比べて大きな応力が生じている。そのため、センサ本体２の電極シート１１には、初期状態において、既に押圧凸部９３から圧力を受けていることになる。

そして、対象物により、クッション材４の受圧面９１に圧力が付与されたとする。そうすると、クッション材４が対象物から付与される圧力に応じて変形する。初期状態に比べて、クッション材４に生じる応力の大きさは変化する。ただし、対象物から圧力が付与された状態においても、クッション材４においては、押圧凸部９３において最も大きな応力が生じており、押圧凸部９３からクッション材４の受圧面９１までの範囲において他の部位に比べて大きな応力が生じている。

センサ本体２の電極シート１１の露出面が、クッション材４の押圧凸部９３から圧力を受けることにより、センサ装置１が、対象物から付与される圧力を検出する。しかし、クッション材４は、対象物から付与される圧力を吸収する。そのため、対象物からクッション材４の受圧面９１に圧力が付与されたとしても、クッション材４が全てを吸収してしまうと、センサ装置１が対象物から付与される圧力を検出することができない。

しかし、上述したように、センサ本体２の電極シート１１の露出面には、初期状態において、クッション材４の押圧凸部９３による予圧縮が付与されている。そして、クッション材４は、初期状態において、センサ本体２の電極シート１１の露出面に対する予圧縮量が、電極シート１１の露出面の周囲に対する予圧縮量よりも大きく設定されている。

このように、センサ本体２の電極シート１１の露出面に対する予圧縮量が周囲よりも大きく設定されることで、対象物からクッション材４に付与される圧力が極めて小さいとしても、当該圧力が、センサ本体２の電極シート１１の露出面に伝達される。従って、センサ本体２の電極シート１１の露出面は、クッション材４に付与される微小な圧力の変化を検出できる。

つまり、対象物から付与される圧力の変化が僅かであったとしても、センサ本体２の電極シート１１の露出面は、伝達される微小な圧力変化を検出することができる。従って、高精度に、対象物から付与される圧力を検出することができる。

特に、上述したように、初期状態において、クッション材４においては、押圧凸部９３において最も大きな応力が生じており、押圧凸部９３からクッション材４の受圧面９１までの範囲において他の部位に比べて大きな応力が生じている。そのため、初期状態において応力が生じている領域は、他の領域に比べて、力の伝達感度が高くなる。

従って、クッション材４の受圧面９１に付与される力が微小であったとしても、微小な力が、クッション材４の受圧面９１から押圧凸部９３を介してセンサ本体２の電極シート１１の露出面に至る範囲を、高感度に伝達される。その結果、高精度に、対象物から付与される圧力を検出することができる。

４．電極シート１１の詳細構成
電極シート１１の詳細構成について図３および図４を参照して説明する。電極シート１１は、第一電極層２１、第一電極用絶縁層２２、第一電極用シールド層２３、第一電極端子２４、および、シールド端子２５を備える。

第一電極層２１は、電極シート１１の裏面（シート裏面）に配置される。第一電極層２１は、例えば、矩形状に形成される。第一電極用絶縁層２２は、第一電極層２１の表面側に積層される。第一電極用絶縁層２２は、第一電極層２１よりも大きな形状を有する。本形態においては、第一電極用絶縁層２２は、第一電極層２１よりも一回り大きな矩形状の部分２２ａと、当該矩形状の一辺から２箇所延在する耳部２２ｂ，２２ｃとを備える。２か所の耳部２２ｂ，２２ｃには、貫通孔が形成されている。

第一電極用シールド層２３は、第一電極用絶縁層２２の表面側に積層される。第一電極用シールド層２３は、第一電極用絶縁層２２を挟んで第一電極層２１に対向して配置される。第一電極用シールド層２３は、第一電極層２１と同様に、例えば矩形状に形成される。そして、第一電極用シールド層２３は、第一電極層２１よりも一回り大きく形成される。

第一電極端子２４は、第一電極層２１に電気的に接続され、第一電極層２１から層方向に延在される。つまり、第一電極端子２４は、第一電極用絶縁層２２の裏面に積層されている。第一電極端子２４は、第一電極用絶縁層２２の一方の耳部２２ｂの裏面に積層されている。さらに、第一電極端子２４は、積層方向の投影において、第一電極用シールド層２３と重ならない領域に形成されている。第一電極端子２４は、耳部２２ｂの貫通孔に連続して貫通形成された第一電極端子ホール２４ａを有する。

シールド端子２５は、第一電極用シールド層２３に電気的に接続され、第一電極用シールド層２３から層方向に延在される。シールド端子２５は、第一電極用絶縁層２２の表面に積層されている。シールド端子２５は、第一電極用絶縁層２２の他方の耳部２２ｃの表面に積層されている。さらに、シールド端子２５は、積層方向の投影において、第一電極層２１と重ならない領域に形成されている。シールド端子２５は、耳部２２ｃの貫通孔に連続して貫通形成されたシールド端子ホール２５ａを有する。

５．多層基板１２の詳細構成
多層基板１２の詳細構成について図５および図６を参照して説明する。図５に示すように、多層基板１２は、電極領域Ａｒ１と、回路領域Ａｒ２とを備える。多層基板１２における電極領域Ａｒ１は、第二電極層３１が形成される領域である。つまり、電極領域Ａｒ１は、電極シート１１の第一電極層２１に対向する領域であって、積層方向の投影において、筐体３の台座５３および窓開口部４２ａに重なる領域である。

多層基板１２の表面には、図５に示すように、電極領域Ａｒ１に、第二電極層３１を構成する複数の第二電極群が形成されている。本形態においては、４行×４列の第二電極により構成されているが、任意の数の第二電極とすることができる。

多層基板１２における回路領域Ａｒ２は、電気回路が構成される領域である。多層基板１２の回路領域Ａｒ２には、電源回路、スイッチ回路、計測回路などが形成されている。多層基板１２の回路領域Ａｒ２の表面には、例えば、スイッチ回路を構成する素子３２が実装されている。

多層基板１２における回路領域Ａｒ２には、印加電圧回路に接続される印加配線３３が形成されている。印加配線３３における印加電圧は、圧力計測のために、電極シート１１を構成する第一電極層２１に印加される電圧である。つまり、印加配線３３は、第一電極層２１に圧力計測のために、電圧を印加するための配線である。本形態においては、印加配線３３は、多層基板１２の中間層となる部分に形成されている場合を例にあげるが、多層基板１２の表面または裏面に形成されるようにしても良い。

また、多層基板１２における回路領域Ａｒ２には、各回路においてグランド電位に接続されるグランド配線３４が形成されている。本形態においては、グランド配線３４は、多層基板１２の中間層となる部分に形成されている場合を例にあげるが、多層基板１２の表面または裏面に形成されるようにしても良い。

また、多層基板１２の表面には、第二電極層３１を構成する複数の第二電極群のそれぞれと、回路領域Ａｒ２における回路とを接続する計測配線３５が形成されている。さらに、多層基板１２は、表裏に貫通された第一スルーホール３６および第二スルーホール３７を備える。第一スルーホール３６および第二スルーホール３７は、導電性を有する内壁を有するように構成される。特に、第一スルーホール３６および第二スルーホール３７における両端部分は、多層基板１２の表面および裏面における導電パターンに電気的に接続されている。

第一スルーホール３６は、多層基板１２の中間層部分において、グランド配線３４に接続されている。また、第二スルーホール３７は、多層基板１２の中間層部分において、印加配線３３に接続されている。

さらに、多層基板１２の四隅には、複数の取付用孔３８が形成されている。取付用孔３８には、多層基板１２を筐体３に締結するための基板締結部材１６が挿通される。

図６に示すように、多層基板１２は、電極領域Ａｒ１において、表面から、第二電極層３１および計測配線３５（図５に示す）、第一基板６１、アクティブガード層６２、第二基板６３、静電シールド層６４、第三基板６５、グランド層６６、第四基板６７が積層されて構成される。

本形態においては、多層基板１２は、第二電極用シールド層として、アクティブガード層６２および静電シールド層６４を備える場合を例にあげる。つまり、第二電極用シールド層として、アクティブガード層６２および静電シールド層６４は、第二電極層３１の裏面側に配置され、第二電極層に対向して配置される。ただし、第二電極用シールド層として、アクティブガード層６２のみを備えるようにしても良いし、静電シールド層６４のみを備えるようにしても良い。

第二電極層３１および計測配線３５は、第一基板６１の表面に配置される。第二電極層３１を構成する複数の第二電極群は、絶縁シート１３を挟んで電極シート１１の第一電極層２１に対向して配置される。

アクティブガード層６２は、第一基板６１の裏面と第二基板６３の表面との間に形成される。アクティブガード層６２は、多層基板１２の回路領域Ａｒ２における印加配線３３に接続される。つまり、アクティブガード層６２には、第一電極層２１に印加される電圧と同電圧が印加される。従って、アクティブガード層６２は、第二電極用シールド層として機能することになる。なお、アクティブガード層６２は、印加配線３３と同一層に形成されると良い。

静電シールド層６４は、第二基板６３の裏面と第三基板６５の表面との間に形成される。静電シールド層６４は、グランド電位（シールド電位）に接続される。従って、静電シールド層６４は、多層基板１２の回路領域Ａｒ２におけるグランド配線３４に接続される。従って、静電シールド層６４は、アクティブガード層６２と共に、第二電極用シールド層として機能することになる。

グランド層６６は、第三基板６５の裏面と第四基板６７の表面との間に形成される。グランド層６６は、例えば、多層基板１２に形成されたスルーホール（図示せず）を介して、筐体３に電気的に接続することにより、グランド電位を確保している。グランド層６６は、多層基板１２の回路領域Ａｒ２におけるグランド配線３４に接続されている。

６．第一締結部材１４による締結構造
第一締結部材１４による締結構造について図７を参照して説明する。第一締結部材１４は、電極シート１１を多層基板１２に締結する機能を有する。さらに、第一締結部材１４は、電極シート１１を構成する第一電極用シールド層２３と多層基板１２のグランド配線３４とを電気的に接続する機能を有する。

図７に示すように、第一締結部材１４は、ボルトナット構造の場合を例にあげる。ただし、第一締結部材１４は、リベットなどを適用することもできる。第一締結部材１４は、ボルトを構成する第一軸部７１および第一表端部７２、ナットを構成する第一裏端部７３、第一表ワッシャ７４、第一裏ワッシャ７５を備える。第一締結部材１４を構成する各部は、全て導電性を有する。ここで、第一表端部７２および第一表ワッシャ７４が、第一軸部７１の一方端に配置される第一表座部を構成する。また、第一裏端部７３および第一裏ワッシャ７５が、第一軸部７１の他方端に配置される第一裏座部を構成する。

第一軸部７１は、シールド端子ホール２５ａおよび第一スルーホール３６に挿通される。第一表端部７２は、第一軸部７１と一体成形部材である。ナットである第一裏端部７３は、第一軸部７１に螺合される。第一表ワッシャ７４は、第一表端部７２と電極シート１１の表面との間に介在される。第一裏ワッシャ７５は、第一裏端部７３と多層基板１２の裏面との間に介在される。

従って、第一軸部７１がシールド端子ホール２５ａおよび第一スルーホール３６に挿通された状態において、第一締結部材１４は、電極シート１１および多層基板１２を挟むことにより、電極シート１１を多層基板１２に締結する。

さらに、シールド端子２５の表面が、第一表ワッシャ７４に接触することにより、第一表ワッシャ７４に電気的に接続される。第一表ワッシャ７４は、第一表端部７２に接触することにより、第一表端部７２に電気的に接続される。第一表端部７２は、第一軸部７１と一体部材であるため、第一軸部７１に電気的に接続される。第一軸部７１は、第一裏端部７３に接触することにより、第一裏端部７３に電気的に接続される。第一裏端部７３は、第一裏ワッシャ７５に接触することにより、第一裏ワッシャ７５に電気的に接続される。第一裏ワッシャ７５は、第一スルーホール３６の裏端に接触することにより、第一スルーホール３６に電気的に接続される。第一スルーホール３６は、多層基板１２において、グランド配線３４に接続される。

つまり、図７の矢印にて示す経路にて、シールド端子２５とグランド配線３４とが電気的に接続されている。シールド端子２５は、第一電極用シールド層２３に電気的に接続されている。従って、第一締結部材１４が電極シート１１を多層基板１２に締結した状態において、第一電極用シールド層２３とグランド配線３４（シールド配線）とが、第一締結部材１４および第一スルーホール３６を介して電気的に接続される。

７．第二締結部材による締結構造
第二締結部材１５による締結構造について図８を参照して説明する。第二締結部材１５は、電極シート１１を多層基板１２に締結する機能を有する。さらに、第二締結部材１５は、電極シート１１を構成する第一電極層２１と多層基板１２の印加配線３３とを電気的に接続する機能を有する。

図８に示すように、第二締結部材１５は、ボルトナット構造の場合を例にあげる。ただし、第二締結部材１５は、リベットなどを適用することもできる。第二締結部材１５は、ボルトを構成する第二軸部８１および第二表端部８２、ナットを構成する第二裏端部８３、第二表ワッシャ８４、第二裏ワッシャ８５を備える。第二締結部材１５を構成する各部は、全て導電性を有する。ここで、第二表端部８２および第二表ワッシャ８４が、第二軸部８１の一方端に配置される第二表座部を構成する。また、第二裏端部８３および第二裏ワッシャ８５が、第二軸部８１の他方端に配置される第二裏座部を構成する。

第二軸部８１は、第一電極端子ホール２４ａおよび第二スルーホール３７に挿通される。第二表端部８２は、第二軸部８１と一体成形部材である。ナットである第二裏端部８３は、第二軸部８１に螺合される。第二表ワッシャ８４は、第二表端部８２と電極シート１１の表面との間に介在される。第二裏ワッシャ８５は、第二裏端部８３と多層基板１２の裏面との間に介在される。

従って、第二軸部８１が第一電極端子ホール２４ａおよび第二スルーホール３７に挿通された状態において、第二締結部材１５は、電極シート１１および多層基板１２を挟むことにより、電極シート１１を多層基板１２に締結する。

さらに、印加配線３３は、多層基板１２において、第二スルーホール３７に電気的に接続されている。第二スルーホール３７の表端が、第一電極端子２４の裏面に接触することにより、第一電極端子２４に電気的に接続される。第一電極端子２４は、第一電極層２１に電気的に接続されている。つまり、図８の矢印にて示す経路にて、印加配線３３と第一電極層２１とが電気的に接続されている。従って、第二締結部材１５が電極シート１１を多層基板１２に締結した状態において、第一電極層２１と印加配線３３とが、第二スルーホール３７を介して電気的に接続される。

８．センサ本体２の構成による作用
本形態のセンサ本体２によれば、第一締結部材１４が、電極シート１１と多層基板１２とを締結する。詳細には、第一締結部材１４の第一軸部７１が、電極シート１１のシールド端子ホール２５ａと多層基板１２の第一スルーホール３６とに挿通されて、第一締結部材１４が、電極シート１１と多層基板１２とを締結する。

ここで、第一締結部材１４は、導電性を有する。そして、第一締結部材１４が締結した状態において、電極シート１１の第一電極用シールド層２３と多層基板１２のグランド配線３４（シールド配線）とが、第一締結部材１４および第一スルーホール３６を介して電気的に接続される。つまり、第一締結部材１４が、第一スルーホール３６と共に、電気的な導通経路の一部を構成する。

従って、第一締結部材１４は、電極シート１１と多層基板１２とを締結するための機能を有すると共に、電極シート１１の第一電極用シールド層２３と多層基板１２のグランド配線３４とを導通するための機能を有する。このように、第一締結部材１４が、締結機能および導通機能を兼用することにより、センサ装置１の小型化を図ることができる。

特に、第一締結部材１４により締結された状態において、第一電極用シールド層２３とグランド配線３４とが、第一軸部７１、第一表端部７２、第一裏端部７３、第一表ワッシャ７４、第一裏ワッシャ７５、および、第一スルーホール３６を介して電気的に接続される。このような構成により、確実に、電気的に接続する経路を確保することができる。

さらに、本形態のセンサ本体２によれば、第一締結部材１４に加えて、第二締結部材１５が、電極シート１１と多層基板１２とを締結する。詳細には、第二締結部材１５の第二軸部８１が、電極シート１１の第一電極端子ホール２４ａと多層基板１２の第二スルーホール３７とに挿通されて、第二締結部材１５が、電極シート１１と多層基板１２とを締結する。そして、第二締結部材１５が締結した状態において、第一電極層２１と印加配線３３とが、第二スルーホール３７を介して電気的に接続される。

従って、第二締結部材１５は、電極シート１１と多層基板１２とを締結するための機能を有すると共に、第一電極層２１と第二スルーホール３７とを接触させて電気的に接続させる機能を有する。このように、第二締結部材１５が、締結機能、および、第一電極層２１と第二スルーホール３７とを導通させる機能を兼用することにより、センサ装置１の小型化を図ることができる。

９．用途
９－１．シート
センサ装置１の用途として、シート１００について、図９を参照して説明する。シート１００は、シート座面部１０１、シート背面部１０２、ヘッドレスト１０３を備える。ただし、シート１００は、シート座面部１０１のみにより構成されるようにしても良いし、シート座面部１０１およびシート背面部１０２のみにより構成されるようにしても良い。

シート座面部１０１は、座面シートフレーム１１１、座面シートクッション１１２、および、座面表皮部材１１３を備える。座面シートフレーム１１１は、例えば、金属や硬質樹脂などの硬質材料により形成されており、設置面に取り付けられる。座面シートフレーム１１１は、板状、棒状などに形成される。

座面シートクッション１１２は、上述したセンサ装置１を構成するクッション材４として機能する。座面シートクッション１１２は、発泡樹脂などの弾性材料により形成される。座面シートクッション１１２は、座面シートフレーム１１１の上面に積層して取り付けられる。座面シートクッション１１２の上面が、着座者の臀部により圧力を受ける面（受圧面）１１２ａとなる。つまり、座面シートクッション１１２の下面、すなわち受圧面１１２ａの裏側の面である反受圧面１１２ｂが、座面シートフレーム１１１に対向する。座面表皮部材１１３は、座面シートクッション１１２を被覆する。座面表皮部材１１３は、座面シートクッション１１２の少なくとも受圧面１１２ａを被覆する。座面表皮部材１１３は、布、革などの材料により形成されている。

シート背面部１０２は、背面シートフレーム１２１、背面シートクッション１２２、および、背面表皮部材１２３を備える。背面シートフレーム１２１は、例えば、金属や硬質樹脂などの硬質材料により形成されている。背面シートフレーム１２１は、板状、棒状などに形成される。例えば、シート１００にリクライニング機能を設ける場合には、背面シートフレーム１２１は、座面シートフレーム１１１に揺動可能に支持される。もちろん、背面シートフレーム１２１は、座面シートフレーム１１１に一体的に固定されるようにしても良い。

背面シートクッション１２２は、発泡樹脂などの弾性材料により形成される。背面シートクッション１２２は、背面シートフレーム１２１の前方面に積層して取り付けられる。背面シートクッション１２２の前方面が、着座者の背部により圧力を受ける面（受圧面）となる。つまり、背面シートクッション１２２の後方面である反受圧面が、背面シートフレーム１２１に対向する。背面表皮部材１２３は、背面シートクッション１２２を被覆する。背面表皮部材１２３は、背面シートクッション１２２の少なくとも受圧面を被覆する。背面表皮部材１２３は、布、革などの材料により形成されている。

ヘッドレスト１０３は、シート背面部１０２の上端に配置される。ヘッドレスト１０３は、クッション１３１および表皮部材１３２を備える。ここで、図９においては、シート座面部１０１とシート背面部１０２とを別体としたが、一体としても良い。また、シート背面部１０２とヘッドレスト１０３とを別体としたが、一体としても良い。

センサ装置１を構成するセンサ本体２および筐体３は、座面シートフレーム１１１と座面シートクッション１１２の反受圧面１１２ｂとの間に配置される。ここで、着座者がシート１００に着座することにより、着座者の臀部から座面シートクッション１１２の受圧面１１２ａに圧力が付与され、当該圧力が座面シートクッション１１２を介して座面シートクッション１１２の反受圧面１１２ｂに伝達される。そして、座面シートクッション１１２の反受圧面１１２ｂからセンサ本体２が圧力を受ける。つまり、センサ本体２は、着座者による着座状態において、座面シートクッション１１２の受圧面１１２ａから座面シートクッション１１２を介して伝達される圧力を検出する。そして、センサ本体２は、検出した圧力に基づいて、着座者の着座状態または着座者の生体情報を検出する。

ここで、センサ本体２および筐体３は、シート座面部１０１に配置したが、シート背面部１０２に配置しても良い。この場合、センサ本体２および筐体３は、背面シートフレーム１２１と背面シートクッション１２２との間に配置される。そして、センサ本体２および筐体３は、着座者による着座状態において、背面シートクッション１２２の受圧面１１２ａから背面シートクッション１２２を介して伝達される圧力を検出する。そして、センサ本体２および筐体３は、検出した圧力に基づいて、着座者の着座状態または着座者の生体情報を検出することができる。

９－２．シートベルト
センサ装置１の用途として、シートベルト２００について、図１０を参照して説明する。センサ装置１は、シートベルト２００のうち着座者の側の面に取り付けられる。特に、センサ装置１は、ショルダーベルトに取り付けられる。センサ本体２は、着座者による着座状態においてクッション材４を介して伝達される圧力を検出することにより、着座者の着座状態または着座者の生体情報を検出する。

９－３．その他
センサ装置１の用途として、シート１００、シートベルト２００の他に、座布団やベッドなどとすることができる。

１ センサ装置
２ センサ本体
３ 筐体
１１ 電極シート
１２ 多層基板
１３ 絶縁シート
１４ 第一締結部材
２１ 第一電極層
２２ 第一電極用絶縁層
２３ 第一電極用シールド層
２５ シールド端子
２５ａ シールド端子ホール
３１ 第二電極層
３３ 印加配線
３４ グランド配線（シールド配線）
３６ 第一スルーホール
７１ 第一軸部

Claims (12)

1. 圧力を検出するセンサ本体を備えるセンサ装置であって、
   前記センサ本体は、
   可撓性を有する電極シートと、
   多層基板と、
   前記電極シートの裏面と前記多層基板の表面との間に挟まれて配置される絶縁シートと、
   前記電極シートを前記多層基板に締結するための第一締結部材と、
   を備え、
   前記電極シートは、
   シート裏面に配置される第一電極層と、
   前記第一電極層の表面側に積層される第一電極用絶縁層と、
   前記第一電極用絶縁層の表面側に積層され、前記第一電極用絶縁層を挟んで前記第一電極層に対向して配置される第一電極用シールド層と、
   前記第一電極用シールド層に電気的に接続され、前記第一電極用シールド層から層方向に延在し、積層方向の投影において前記第一電極層と重ならない領域に形成され、かつ、シールド端子ホールが貫通形成されたシールド端子と、
   を備え、
   前記多層基板は、
   基板表面に配置され、かつ、前記絶縁シートを挟んで前記第一電極層に対向して配置される第二電極層と、
   前記第一電極用シールド層のためのシールド電位を有するシールド配線と、
   前記第一電極層に電圧を印加するための印加配線と、
   前記多層基板の積層方向に貫通形成され、前記シールド配線に電気的に接続され、積層方向の投影において前記シールド端子ホールと重なる位置に形成された第一スルーホールと、
   を備え、
   前記第一締結部材は、導電性を有し、前記シールド端子ホールおよび前記第一スルーホールに挿通された第一軸部を有し、かつ、前記第一軸部を挿通した状態で前記電極シートを前記多層基板に締結するように構成され、
   前記第一締結部材が締結した状態において、前記第一電極用シールド層と前記シールド配線とが、前記第一締結部材および前記第一スルーホールを介して電気的に接続される、センサ装置。
2. 前記センサ本体は、さらに、前記電極シートを前記多層基板に締結するための第二締結部材、を備え、
   前記電極シートは、さらに、前記第一電極層に電気的に接続され、前記第一電極層から層方向に延在し、積層方向の投影において前記第一電極用シールド層と重ならない領域に形成され、かつ、第一電極端子ホールが貫通形成された第一電極端子、を備え、
   前記多層基板は、さらに、前記多層基板の積層方向に貫通形成され、前記印加配線に電気的に接続され、積層方向の投影において前記第一電極端子ホールと重なる位置に形成された第二スルーホール、を備え、
   前記第二締結部材は、前記第一電極端子ホールおよび前記第二スルーホールに挿通された第二軸部を有し、かつ、前記第二軸部を挿通した状態で前記電極シートを前記多層基板に締結するように構成され、
   前記第二締結部材が締結した状態において、前記第一電極層と前記印加配線とが、前記第二スルーホールを介して電気的に接続される、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記第一締結部材は、
   前記第一軸部と、
   前記第一軸部の一方端に配置され、前記第一電極用シールド層の表面に接触する第一表座部と、
   前記第一軸部の他方端に配置され、前記第一スルーホールの端に接触する第一裏座部と、
   を備え、
   前記第一締結部材により締結された状態において、前記第一電極用シールド層と前記シールド配線とが、前記第一表座部、前記第一軸部、前記第一裏座部、および、前記第一スルーホールを介して電気的に接続される、請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記第一電極端子は、積層方向の投影において前記絶縁シートと重ならない領域に形成され、
   前記第二締結部材により締結された状態において、前記第一電極層と前記第二スルーホールの端とが接触することにより、前記第一電極層と前記印加配線とが前記第二スルーホールを介して電気的に接続される、請求項２に記載のセンサ装置。
5. 前記シールド電位は、グランド電位である、請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
6. 前記多層基板は、さらに、前記第二電極層の裏面側に配置され、前記第二電極層に対向して配置される第二電極用シールド層、を備える、請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
7. 前記第二電極用シールド層は、前記第一電極層に印加される電圧と同電圧が印加されるアクティブガード層、および、グランド電位に接続される静電シールド層の少なくとも一方を備える、請求項６に記載のセンサ装置。
8. さらに、前記センサ本体を収容する筐体を備え、
   前記筐体は、
   前記電極シートの表面を露出させる窓開口部と、
   底面に設けられ、前記窓開口部に対向して設けられ、前記多層基板が載置される台座と、
   を備え、
   前記第一電極層および前記第二電極層の対向領域は、積層方向の投影において、前記窓開口部および前記台座に重なる領域に設けられる、請求項１～７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
9. 前記第二電極層は、層方向に配列された複数の電極群により構成される、請求項８に記載のセンサ装置。
10. さらに、前記窓開口部を介して、前記圧力を付与する対象物と前記電極シートの表面との間に配置されるクッション材を備え、
    前記クッション材は、前記クッション材が前記対象物から圧力を付与されていない初期状態において、前記電極シートの露出面に対する予圧縮量が、前記露出面の周囲に対する予圧縮量よりも大きく設定されている、請求項８または９に記載のセンサ装置。
11. 前記筐体および前記センサ本体は、前記クッション材であるシートクッションにおいて着座者から圧力を受ける受圧面の裏側に位置する反受圧面の側に設けられ、
    前記センサ本体は、前記着座者による着座状態において前記シートクッションの前記受圧面から前記シートクッションを介して伝達される圧力を検出することにより、前記着座者の着座状態または前記着座者の生体情報を検出し、
    前記シートクッションは、前記着座者が着座していない初期状態において、前記電極シートの露出面に対する予圧縮量が、前記露出面の周囲に対する予圧縮量よりも大きく設定されている、請求項１０に記載のセンサ装置。
12. 前記センサ装置は、シートベルトのうち着座者の側の面に取り付けられ、
    前記センサ本体は、前記着座者による着座状態において前記クッション材を介して伝達される圧力を検出することにより、前記着座者の着座状態または前記着座者の生体情報を検出し、
    前記クッション材は、前記着座者が着座していない初期状態において、前記電極シートの露出面に対する予圧縮量が、前記露出面の周囲に対する予圧縮量よりも大きく設定されている、請求項１０に記載のセンサ装置。

Images