JP4488338B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、楽器等の操作に用いることができる、押圧対象エリア内において押圧した押圧圧力を検出する圧力検出装置に関する。

楽器の分野においては、操作性の良い操作部を実現するために、押圧対象エリアに対して押圧した位置やその押圧圧力を得るための装置の提案がなされており、例えば、位置検出層と圧力検出層とを積層して入力パネルを構成し、このパネルに対する押圧が行われた場合の押圧位置による抵抗値に応じて押圧位置情報や押圧圧力情報を得る装置、より具体的には、押圧方向には押圧圧力に応じて抵抗値が変化する圧力センサとして機能すると共に水平方向には絶縁されたシートで構成された装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。また、公知の技術ではないが、簡単な構成で圧力を検出可能な圧力検出装置の提案例を図６に示す。この装置は、ベース１１０の下面に抵抗膜１２０を形成し、この抵抗膜１２０の両端に設けた電極２００、電極２０１に例えば一方が最低電位、他方が最高電位になるように電圧供給を行う。ここで、図中の符号ＰＳ１で示すように、例えば指等で１箇所のみベース１１０を押圧すると、押圧位置に対応する抵抗膜１２０上の部分（符号Ｓ１）が、ベース１１１の上面に形成された導電体１５０に接触する。そして、この接触面積は押圧圧力の大きさに応じて変化し、接触面積の変化によって電極２００、電極２０１間の抵抗値が変化する（接触面積が大きな程、電極２００、２０１間の抵抗値が小さくなる）のでこの変化を押圧圧力信号として得るものであった。

特開平６−５９７９５号公報（第２−３頁、第２図）

しかしながら、上述した圧力検出装置によれば、以下のような課題があった。先ず、公知のものは、抵抗値の変化を発生させるために異方性のある特殊な感圧インク層を設ける必要があり、このような特殊なインク層を設けるためにコスト高となっていたし製造工程も複雑になるおそれがあった。そして、図６にて説明した、公知ではないが、簡単な構成で実現可能な圧力検出装置によれば、押圧個所が１箇所ＰＳ１だけならよいが、押圧個所が図６に示すようにＰＳ１、ＰＳ２の２箇所になると、押圧個所に対応する抵抗膜１２０の位置Ｓ１から位置Ｓ２までの間の部分（符号Ｗで図示）も導電体１５０に接触してしまい、圧力の大きさに応じた抵抗値の変化とはならず正確な圧力信号を得ることはできなかった。

そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で押圧位置が複数箇所あっても正確に押圧圧力を検出する圧力検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、押圧対象エリア内において押圧したその圧力を検出する圧力検出装置において、片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に、複数の導電性片の夫々が互いに接触しないような所定配置パターンで各導電性片を配置形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記複数の導電性片とが対向するように配置すると共に両ベース間に弾力性のある中間部材を設け、更に前記複数の導電性片の内のいくつかに半球状のスペーサーを設け、
前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して両端の電極対からみた抵抗膜の抵抗値を検出するように構成し、更に、
前記抵抗膜の両端の電極対から得られる両端の電極対からみた抵抗膜の抵抗値に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備え、
前記圧力信号出力回路は、
自身の出力を負帰還抵抗（Ｒ４）で負帰還させた演算増幅器（１０）を備え、この演算増幅器（１０）の反転端子には、２つの調整用抵抗（Ｒ１１、Ｒ１２）が直列に接続された第１の抵抗（Ｒ１）と、第２の抵抗（Ｒ３）との接続点が接続され、
更に、前記演算増幅器（１０）の非反転端子には、前記電極対の低電圧側の電極と第３の抵抗（Ｒ２）の一端との接続点が接続され、この第３の抵抗（Ｒ２）の他端は接地されていると共に前記第２の抵抗（Ｒ３）の他端も接地され、
前記第１の抵抗（Ｒ１）の一端と前記電極対の高電圧側の電極とには定電圧が供給されていることを特徴とするようにした。

そして、この装置において、前記複数の導電性片の夫々は多角形をしたもので、夫々の多角形の導電性片は前記第２のベースの上面において縦および横方向に配置形成されていることを特徴とするものも提案される。

本発明によれば、簡易な構成で押圧位置が複数箇所あっても正確に押圧圧力を検出する圧力検出装置を実現することが可能になるという効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ説明する。

（構成）
図１は圧力検出装置１の構成図、図２はこの圧力検出装置１に用いられるセンサ部１００の模式的側面図である。図２に示すように、センサ部１００は、平面視長方形状で、その片面（下面）にカーボン等でできた抵抗膜１２０を形成した可撓性のあるベース１１０と、同じく、平面視長方形状で、その片面（上面）に銅等でできた複数個の小さな導電性片１２５を所定の配置パターンで配置形成したベース１１１とを備え、抵抗膜１２０とベース１１１に形成された導電性片１２５とが対向するように、ベース１１０とベース１１１とが配置されている。そして、導電性片１２５上には適宜のパターンで例えば極小径の半球状のスペーサー１３０（例えばＰＥＴ等の材料を用いる）が形成されていて、非押圧時には抵抗膜１２０と導電性片１２５とが接触しないように構成されている。また、抵抗膜１２０とベース１１１の両端近傍には、押圧（符号ＰＳで図示）時にのみ、ベース１１０の可撓性によって、対応する位置（符号Ｓで図示）の抵抗膜１２０の部分が導電性片１２５に接触する一方、押圧を止めると抵抗膜１２０と導電性片１２５との位置関係が元に戻るようにするための弾性力がある部材である中間部材１４０、１４０が設けられている。

また、平面視長方形の抵抗膜１２０の両端には夫々、電極２００、電極２０１が形成されて電極対を成し、電極２００、電極２０１間に電源（図１では１０（Ｖ）電圧）を供給することによって、抵抗膜１２０の長手方向（図２の左右方向）には「０（Ｖ）：電極２００」から「１０（Ｖ）：電極２０１」まで、直線的に電圧が変化するように構成されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）は図２のセンサ部１００をＹ１方向に見たベース１１１側の模式的平面図である。なお、この図３においてはスペーサ１３０、中間部材１４０を図示省略している。図６（ａ）では、ベース１１１の上面に小面積の正方形の導電性片１２５（その一つに符号１２５を付して図示）が縦方向に５個、横方向に９個、マトリクス状に配置されている。そして、各導電性片１２５は互いに他の導電性片１２５と接触しないように形成されており、例えば、導電性片１２５ａは、その周りを囲む８個の総ての導電性片１２５と接触しないように分離されていることが分かる。なお、各導電性片１２５の面積は、例えば押圧する指先よりもずっと小さく設定されている。

一方、図６（ｂ）では、ベース１１１の上面に小面積の六角形の導電性片１２５（その一つに符号１２５を付して図示）が縦方向に４個、横方向に８個、マトリクス状に配置されている。そして、各導電性片１２５は互いに他の導電性片１２５と接触しないように形成されており、例えば、導電性片１２５ｂは、その周りを囲む６個の総ての導電性片１２５と接触しないように分離されていることが分かる。なお、この各導電性片１２５の面積も、例えば押圧する指先よりもずっと小さく設定されている。この六角形状の導電性片１２５を形成すると、円形形状等に比べてベース１１１の面積を有効に利用できる、換言すれば、同面積であってもより多数の導電性片１２５を配置形成することが可能になる。なお、本実施の形態では正方形や六角形の導電性片１２５を形成する場合を想定したが、導電性片１２５の形状はこれらに限られるものでは無い。

次に、図１に戻って装置全体の構成を説明する。先ず、自身の出力を抵抗Ｒ４で負帰還させた演算増幅器１０が設けられており、この演算増幅器１０の反転端子には、調整用抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とが接続された抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ３との接続点が接続されている。さらに、演算増幅器１０の非反転端子には、電極２００と抵抗Ｒ２の一端との接続点が接続され、この抵抗Ｒ２の他端はｇｎｄ電圧に接続、即ち、接地されている。なお、抵抗Ｒ１の一端と電極２０１とには、１０（Ｖ）の電圧が供給されている。

かくして、センサ部１００の抵抗値を「Ｒｘ」とすると、図４に示すように、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒｘとでブリッジ回路が構成され、後に説明するように、演算増幅器１０の出力は押圧圧力信号に対応する。

（作用）
図２の符号ＰＳで示すように、ベース１１０の押圧操作を行うと、押圧圧力の大きさに応じて、抵抗膜１２０が接触する導電性片１２５との接触面積が大きくなり（導電体片１２５の隣接する間隔が十分に小さければ抵抗体の抵抗は無視できる程度に小さくなるため、抵抗膜１２０が複数の導電体片１２５に接触した場合も一つの押圧領域について見ると、連続した全面導電体と同じような特性が得られる。）、この結果、センサ部１００の抵抗Ｒｘが小さくなる。逆に、両者の接触面積が小さくなると、センサ部１００の抵抗Ｒｘが大きくなる。このＲｘの変化に応じて電極２００から信号が出力され、これが演算増幅器１０によって「（Ｒ１とＲ３の合成抵抗＋Ｒ４）／（Ｒ１とＲ３の合成抵抗）」倍だけ増幅されて出力され、かくして、抵抗膜１２０の押圧圧力の大きさに応じた大きさの圧力信号が演算増幅器１０から出力される。なお、何ら抵抗膜１２０を押圧していない場合の圧力信号が零となるように、調整抵抗Ｒ１を用いて調整することができる。

さて、以上は指先等でベース１１０の１箇所を押圧した場合であるが、図５を参照して、複数箇所の一例として２箇所押圧した場合を想定する。図５（ａ）の場合には指ＦＡと指ＦＢで一度に２箇所の押圧操作を行っている（これを符号ＰＳ１、ＰＳ２で示す）。しかし、図５（ｂ）に示すように、この２個所の押圧によって、点線枠ＳＡ内において「斜め斜線」で示された８個の導電性片１２５と、点線枠ＳＢ内において「斜め斜線」で示された８個の導電性片１２５とは電気的に分離しているため、従来のように、２個所の押圧点の間の抵抗膜１２０の部分が総て導電体と接触して正確な圧力を検出できない事態は発生しない。

即ち、導電性片同士を夫々非接触としているため、押圧圧力の大きさに応じて、抵抗膜１２０が接触する導電性片１２５の個数、即ち、両者の接触面積が大きくなり、この結果、Ｒｘの変化に応じて電極２００から信号が正確に出力され、これが演算増幅器１０によって増幅されて正確な押圧圧力信号が得られることになる。

したがって、本装置構成例によれば、下面に抵抗膜１２０を形成した可撓性のあるベース１１０（第１のベース）と、上面に、複数の導電性片１２５の夫々が互いに接触しないような所定配置パターンで各導電性片１２５を配置形成したベース１１１（第２のベース）とを備え、抵抗膜１２０と複数の導電性片１２５とが対向するように配置すると共に両ベース間に中間部材１４０を設け、抵抗膜１２０の両端の電極対２００、２０１に電源を供給して両端の電極対２００、２０１からみた抵抗膜１２０の抵抗値を検出するように構成し、更に、抵抗膜１２０の両端の電極対２００、２０１からみた抵抗膜１２０の抵抗値に基づいて圧力信号を出力する回路とを備えたので、簡易な構成で押圧位置が複数箇所あっても正確に押圧圧力を検出する圧力検出装置１を実現することが可能になる。

なお、以上の説明では抵抗膜を平面視長方形のもので説明してきたが、抵抗膜の形状を円形状にしたりすることも可能である。また、本装置は、例えば、検出した押圧圧力の大きさに、或るエフェクトの効果付加量の大きさを対応させる楽器の操作部等に応用することができるが、その応用例は楽器の操作部には限られないことは言うまでもない。

以上説明してきたように、本発明は、簡易な構成で押圧位置が複数箇所あっても正確に押圧圧力を検出する圧力検出装置を提供することができる。

圧力検出装置１の構成図である。 センサ部１００の構成図である。 センサ部１００の構成図である。 圧力信号を得る動作の説明図である。 装置動作の説明図である。 圧力検出装置の説明図である。

符号の説明

１ 圧力検出装置
１０ 演算増幅器
１１ 演算増幅器
１００ センサ部
１１０ ベース
１１１ ベース
１２０ 抵抗膜
１２５ 導電性片
１３０ スペーサー
２００ 電極Ａ
２０１ 電極Ｂ
２０２ 電極Ｃ

Claims (1)

1. 押圧対象エリア内において押圧したその圧力を検出する圧力検出装置において、
   片面に抵抗膜を形成した可撓性のある第１のベースと、片面に、複数の導電性片の夫々が互いに接触しないような所定配置パターンで各導電性片を配置形成した第２のベースとを備え、前記抵抗膜と前記複数の導電性片とが対向するように配置すると共に両ベース間に弾力性のある中間部材を設け、更に前記複数の導電性片の内のいくつかに半球状のスペーサーを設け、
   前記抵抗膜の両端の電極対に電源を供給して両端の電極対からみた抵抗膜の抵抗値を検出するように構成し、更に、
   前記抵抗膜の両端の電極対から得られる両端の電極対からみた抵抗膜の抵抗値に基づいて圧力信号を出力する圧力信号出力回路と、を備え、
   前記圧力信号出力回路は、
   自身の出力を負帰還抵抗（Ｒ４）で負帰還させた演算増幅器（１０）を備え、この演算増幅器（１０）の反転端子には、２つの調整用抵抗（Ｒ１１、Ｒ１２）が直列に接続された第１の抵抗（Ｒ１）と、第２の抵抗（Ｒ３）との接続点が接続され、
   更に、前記演算増幅器（１０）の非反転端子には、前記電極対の低電圧側の電極と第３の抵抗（Ｒ２）の一端との接続点が接続され、この第３の抵抗（Ｒ２）の他端は接地されていると共に前記第２の抵抗（Ｒ３）の他端も接地され、
   前記第１の抵抗（Ｒ１）の一端と前記電極対の高電圧側の電極とには定電圧が供給されていることを特徴とする圧力検出装置。

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