JP3200682B2

JP3200682B2 - 変形量検知装置

Info

Publication number: JP3200682B2
Application number: JP34654195A
Authority: JP
Inventors: 浩治福村
Original assignee: Toyopolymer Co Ltd
Current assignee: Toyopolymer Co Ltd
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2015-12-11
Also published as: JPH09159402A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変形量検知装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】変形量検知装置とは、その装置に加えら
れた作用力を変形の量としてとらえ、電気信号に変換し
検知するものである。

【０００３】従来のスイッチでは、オン・オフの切り換
えと言う二元処理しかできなかった。しかし、単なるオ
ン・オフではなく、押圧力の程度によって入力値に差を
持たせたい場合もある。即ち、強く押圧すれば入力値が
大きくなるというものである。そのようなものとして、
これまで弾性体とその弾性体の変移を検知するセンサー
を組み合わせたもの、及び感圧抵抗体を用いて構成され
たものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者は構造が
複雑で小型化に不適当であり簡単な入力装置には使用で
きなかった。また、後者は感圧抵抗体として感圧導電性
ゴムを用いている（特公昭６２−２７４４１４号、特公
昭６３−１０３３１３号）。感圧導電性ゴムは、弾性は
あるものの、あくまでも無発泡の固体（以下ソリッドと
いう）であるため、直接の押圧を加えた場合、それによ
る変化量が小さくなんらかの増幅装置が必要であり、且
つゴム自体の変形量が小さいため、微妙な制御はほとん
ど不可能であった。例えば、変形量検知装置をキーボー
ドのような形状で用いる場合、指によるキーの押圧力
（約５００ｇ付近）では、充分な変形量が得られないた
め、感圧導電性ゴム単独での使用は単に指のキーボード
に対する感触（クッション性）をソフトにするのみで、
結果的には、オン・オフ（良くても強弱程度）の二元処
理しかできなかった。また、その対策として感圧導電性
ゴムと非導電スポンジを重ねた多層構造にする等のこと
も考えられるが、複雑な構造の割にはあまり効果が得ら
れない。

【０００５】押圧力の程度を検知する例としては、例え
ば、ブザーを鳴らす場合、大きく（深く）押せば大きな
音を発する等である。このようにすると、玄関において
も、単にわずかに押して通じる場合には、それ以上の大
きな音は不要であり、その音で通じない場合には、徐々
に深く押圧すれば順次音が大きくなる等非常に便利であ
る。従来では、すぐ聞こえる場所に居たとしても、一定
の不要な大きな音がなり、また、もう少し大きな音にし
たいと思っても、押圧している者にはできないのであ
る。

【０００６】また、現行のコンピュータの押圧ボタンや
カーソル移動キー等では、従来は当然ながら、オン・オ
フのみである。通常、長く押し続けると、カーソルは動
き続けるが、そのスピードまでは変わらない。よって、
深く押すとスピードが増すようにするという要望もあ
る。これは、コンピュータゲームの場合、特に有益であ
る。

【０００７】更に、コンピュータの本体への直接入力や
カーソル移動キー及び感圧タブレット等では、素材、機
構上の制限から、処理する押圧力の範囲が非常に狭いた
め、これに対応できる簡単な構造の装置が必要である。
また、インターフェースという用途から、人間の感性が
自然に作用する装置が必要ともなる。勿論、軽量化とコ
ストダウンも図らなければならない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような現状に鑑
み、本発明者は鋭意研究の結果本発明装置を完成したも
のであり、その特徴とするところは、導電性物質を混入
した弾性多孔体製の変形量感知部を有する点にある。

【０００９】ここで、導電性物質とは、繊維状や粉状の
ファーネスブラック系、アセチレンブラック系、サーマ
ルブラック系、チャンネルブラック系等の導電性カーボ
ンブラック、金属繊維、金属粉末、導電性金属酸化物の
繊維や粉末等及びこれらの複合体であり、ゴム内に混入
できるものを言う。この導電性物質の添加量によって電
気伝導度が変化し、適当な量に調整すればよい。また、
場合によっては、非導電弾性多孔体表面に導電性物質を
バインダーにより塗布したものでもよい。

【００１０】弾性多孔体とは、スポンジのように連続発
泡体であり、内部の空隙が外部と連通しているものであ
る。材質は、天然ゴム、及びスチレンブタジエンゴム、
アクリロニトリルブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イ
ソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポ
リエチレン、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シ
リコーンゴム、多硫化ゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴ
ム、アクリルゴム、ポリイソブチレン等、スポンジがで
きるものであればよい。また、これらの素材性能とし
て、圧縮永久歪みが５０％以下、望ましくは１０％以下
であることが必要である。

【００１１】この変形量感知部の重要な特性の１つであ
る弾性係数（厳密にはフックの法則に従わない場合があ
るため、収縮率程度の意味）は、人間の指で通常押圧で
きる５００ｇｆ／cm²程度で、２〜５０mm収縮するもの
が好適である。これは、その検知装置（スイッチや入力
装置等）が、押圧力の少ない軟らかいスイッチから、比
較的大きな力が必要な固いスイッチまで考えられ、それ
ぞれ２〜１０mm程度のストロークがとれるようにするた
めである。例えば、固いスイッチで最大押圧力が５００
ｇｆ／cm²で２mm程度の場合は上記の２mmに該当し、軟
らかいスイッチで、最大押圧力が１００ｇｆ／cm²で、
１０mmの場合は上記の５０mmに該当するのである。これ
以上剛性が大きいとコントロールし難く、これ以上合成
が小さいと軟らかすぎてコントロールが難しくなる。

【００１２】また、抵抗値の変化も上記同様で、５ｇｆ
／cm²から５００ｇｆ／cm²の間で、５０〜９９％減少
するものが好適である。これは、測定の容易性からであ
る。抵抗値自体の絶対値の大きさはあまり問題ではな
い。単位がΩでもＫΩでもそれは測定器の問題であり、
変化率が大きいと測定が容易になり、コントロールが容
易になる。

【００１３】勿論、この弾性係数と抵抗値の変化率は、
上記の数値に限定するものではなく特殊な用途には、こ
の範囲外でも使用は可能である。

【００１４】変形量感知部とは、変形の度合を感知する
部分をいい、上記の導電性弾性多孔体である。これは、
体積圧縮に伴って、電気伝導度が増すため、その電気伝
導度を測定すれば、どの程度体積収縮があったかを測定
できるものである。換言すると、人間が大きく押圧し
て、体積を大きく収縮させると、それに伴って電気伝導
度が増し、種々の装置にその増加程度を出力するのであ
る。即ち、その電気伝導度の変化を種々の装置で感知で
きるということである。

【００１５】例えば、前記したブザーの場合、指による
押圧を上げると、それに伴って変形量感知部の抵抗値が
変化し、それを他の装置（回路）によって検知してブザ
ーの発音体に、より大きく鳴るように信号を出すのであ
る。

【００１６】本発明の変形量検知装置は、単なるプッシ
ュボタン、スティック状、円柱状、球状等様々な形状の
入力装置等として使用できる。単なるプッシュボタンの
場合には、変形量感知部の抵抗値を検出できるように接
続するだけでよい。勿論、その抵抗値の変化に従って新
たな信号を出力できる回路が必要であることは当然であ
る。しかし、このようなものは周知のものであり、本発
明の要旨ではない。また、抵抗値を検知せず、そこに電
圧を掛けて、その電圧の変化によっても同じことであ
る。要するに、抵抗値（電気伝導度）の変化によるもの
であるためである。

【００１７】スティック状の入力装置の場合には、前後
左右のベクトルを表す四つの接点として変形量感知部を
置き、隣接する１〜２接点の変形量データの総和として
３６０度のあらゆる方向への移動スピードを定めること
ができる。また、四つの接点に更に上昇、下降を表す二
接点を加えることにより、隣接する１〜３接点における
ベクトルの総和として三次元空間においても同じく出来
る。

【００１８】また、入力装置やスイッチばかりでなく、
衝撃による変形量を測定する装置としても使用できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、変形量と抵抗値（電気伝導
度）との相関関係について説明する。本発明は、基本的
に、導電性の弾性多孔体であれば変形量感知部として市
販品を用いることが可能である。ポイントは、押圧によ
りソリッド弾性体に比べて大きな変形と大きな抵抗値変
化を利用するものである。従って、以下に、変形量感知
部材の１例として市販品を列挙し、それらの押圧による
抵抗値の変化及び変形量を調べた。

【００２０】実施例として、次の市販されている素材を
用いた。実施例１商品名：ＥＰシートＣＥＲ−２製造社：タイガースポリマー株式会社素材名：クロロプレン実施例２商品名：ハイラックＥ０２製造社：トーヨーポリマー株式会社素材名：ポリウレタン実施例３商品名：ローレン５００１製造社：トーヨーポリマー株式会社素材名：シリコーン

【００２１】表１は、本発明に使用する変形量感知部の
押圧力とそれによる抵抗値の変化を示すものである。実
験は、スポンジで断面１×１cm²、長さ１cmの立方体を
用い、その端部に電極をセットし、６Ｖの電圧をかけて
抵抗値を測定した。押圧力としては、通常指で軽く押圧
できる５００ｇ／cm²までとした。また、表２は、同じ
実施例の押圧力と変形量との関係を示すものである。

【表１】

【表２】

【００２２】表１から、抵抗値の絶対値は種々異なる
が、押圧力と抵抗値はすべて相関関係があり、押圧力に
従って抵抗値が変化することが分かる。また、表２から
は、押圧力と変形量もはっきりと相関関係があることが
わかる。

【００２３】次に、実際に操作する場合に問題となる、
変形量と抵抗値との関係について述べる。上記の実施例
の中の実施例２について、変形量と抵抗値との関係を図
１のグラフに示す。この例は上記のものと同様であるた
め、断面積は１cm²である。通常スイッチとして押圧移
動する５mmまでをグラフにしたが、非常に綺麗な相関関
係があり、押圧深さによって充分入力値を制御できるこ
とがわかった。収縮すると伝導度が増加する理由は、内
部の導電性物質の接触が多くなること、又はその距離が
近くなることによるものである。勿論、他の実施例にお
いても、導電性物質の混入量、発泡倍率、発泡孔のサイ
ズ等によりどのようにでも調整できるものである。

【００２４】従来例のスイッチであるソリッドゴムを使
用したもので、表２と同様の実験を行なったが、測定で
きる程度の変形が起こらなかった。しかし、押圧力の変
化によって抵抗値はある程度変化した。本体の変形が起
こらないにもかかわらず、抵抗値が変化する理由は、電
極とゴムとの実際の接触面積の増加によるものと考えら
れる。実際に、電極とゴムとの間に導電性物質で充填す
ると抵抗値はほとんど変化しなかった。

【００２５】このことからも、従来のソリッドゴムを用
いたスイッチでは、オン・オフだけではないが、コント
ロールはできなかったことが分かる。

【００２６】図２は、本発明変形量検知装置１の１例を
示す斜視図である。これは押しボタンとして利用した例
であり、指で押圧するカバー部２、その下方で押圧され
るべき変形量感知部３、及び２本の電極４から構成され
ている。これを、台上に置き上部から押圧すると、変形
量感知部３が収縮して電気伝導度が変化するのである。

【００２７】図３は、図２の例の断面図である。これ
は、円柱状の変形量感知部に円筒状の絶縁体５（同様の
弾性を有する）をはめ込んだものである。上方からの押
圧によって電気の通路が短くなり、抵抗値が連続的に小
さくなる。このように構成することによって、比較的小
さなスイッチにも応用できる。

【００２８】実際に図２に示すスイッチを、ラジオのボ
リュームに接続して実験したところ押圧する前にはスイ
ッチが入っておらず、押圧を始めるとスイッチが入り、
深く押圧する程度によって、音声が大きくなった。勿
論、ラジオの旺盛のように手を離しても保持する必要の
あるものには単独では使用できないが、これで効果は充
分理解できる。即ち、玄関のブザーには充分使用できる
ことが分かった。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明では、次のよ
うな大きな効果がある。本発明変形量検知装置では、本体がスポンジである
ため、大きな変形量を確保でき、連続的で、ソリッドゴ
ムに比較して明らかに大きな抵抗値の変化が得られる。種々のスイッチや入力装置等に簡単に応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スポンジゴムの押圧と変形量の関係を示すグラ
フである。

【図２】本発明変形量検知装置の１例を示す斜視図であ
る。

【図３】図２に示す例の断面図である。

【符号の説明】

１変形量検知装置２カバー部３変形量感知部４電極５絶縁体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性物質を混入したもので、体積圧縮
に伴って電気伝導度が増加し、且つその収縮程度が、５
００ｇｆ／cm ² で２〜５０mmのものである弾性多孔体製
の変形量感知部を有することを特徴とする変形量感知装
置。
【請求項２】該弾性多孔体は、その抵抗値が、５ｇｆ
／cm²から５００ｇｆ／cm²の間で、５０〜９９％減少す
るものである請求項１記載の変形量感知装置。