JP6013602B2 - 静電容量型センサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、荷重センサやタッチセンサなどとして用いられる静電容量型センサに関する。

例えば、特許文献１に示すように、静電容量型センサは、複数の表側電極と、複数の裏側電極と、誘電層と、を備えている。複数の表側電極は、誘電層の表側に配置されている。複数の裏側電極は、誘電層の裏側に配置されている。表側または裏側から見て、複数の表側電極と、複数の裏側電極と、は互いに直交している。複数の表側電極と、複数の裏側電極と、が重複する部分には、複数の検出部が設定されている。検出部に表側から荷重が加わると、誘電層が表裏方向に圧縮される。このため、当該検出部を構成する表側電極と裏側電極との間の電極間距離が小さくなる。したがって、当該検出部の静電容量が大きくなる。

このように、静電容量型センサを用いると、電極間距離の変化に伴う静電容量の変化を基に、検出部に加わる荷重を検出することができる。また、複数の検出部において荷重を検出することにより、静電容量型センサの面方向の荷重分布を検出することができる。このため、静電容量型センサは、例えばベッド、布団などの寝具において、寝ている人の体圧分布を測定する際に用いられる。

特開２０１２−１７３１００号公報

しかしながら、静電容量型センサを寝具に配置する場合、周辺機器（例えば電気毛布など）からのノイズの影響により、静電容量型センサの検出精度が低下してしまう。この点、静電容量型センサにアース電極を配置すると、ノイズを抑制することができる。ところが、アース電極を配置すると、静電容量型センサの検出部から電流が、アース電極を介して、グランドに逃げてしまうおそれがある。すなわち、本来、静電容量の計測に用いられる検出部からの電流が、グランドに逃げてしまうおそれがある。このため、静電容量型センサの検出精度が低下してしまう。そこで、本発明は、周辺からのノイズを抑制可能であって、検出精度が低下しにくい静電容量型センサを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の静電容量型センサは、表側電極部と、該表側電極部の裏側に配置される裏側電極部と、該表側電極部と該裏側電極部との間に配置される誘電層と、を有するセンサ部と、該センサ部の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置される絶縁スペーサと、該絶縁スペーサの表裏方向外側に配置され、接地されるアース電極と、該センサ部に電気的に接続され、該センサ部に電圧を印加すると共に、該センサ部の静電容量に関する電気量が伝送される制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の静電容量型センサは、アース電極を備えている。このため、周辺機器からのノイズを抑制することができる。また、アース電極とセンサ部との間には、絶縁スペーサが介在している。このため、静電容量型センサの検出精度が低下しにくい。

（１−１）好ましくは、上記（１）の構成において、前記表側電極部は、互いに平行に並ぶ複数の表側電極からなり、前記裏側電極部は、互いに平行に並ぶ複数の裏側電極からなり、表側または裏側から見て、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とは、互いに交差する方向に延在しており、表側または裏側から見て、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とが重複する部分には、複数の検出部が設定されている構成とする方がよい。

本構成によると、複数の検出部において、荷重を検出することができる。このため、静電容量型センサの面方向（表裏方向に対して直交する方向）の荷重分布を検出することができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記絶縁スペーサは、表裏方向に積層された複数の絶縁フィルムからなる構成とする方がよい。本構成によると、絶縁フィルムの積層数を変更することにより、絶縁スペーサの表裏方向の厚さ（つまりアース電極とセンサ部との間の距離）を、簡単に調整することができる。

（３）好ましくは、上記（２）の構成において、複数の前記絶縁フィルムを、部分的に、互いに連結するフィルム連結部を備え、前記絶縁スペーサは、該フィルム連結部により複数の該絶縁フィルムが互いに拘束されている拘束部と、複数の該絶縁フィルムが互いに拘束されていない非拘束部と、を有している構成とする方がよい。

本構成の静電容量型センサの絶縁スペーサは、拘束部を備えている。このため、複数の絶縁フィルムが互いにずれるのを抑制することができる。また、本構成の静電容量型センサの絶縁スペーサは、非拘束部を備えている。このため、複数の絶縁フィルムの変形（例えば曲げ変形）が、互いに拘束されるのを抑制することができる。また、隣り合う任意の一つの絶縁フィルムの非拘束部同士が、互いに摺動するのを許容することができる。

また、絶縁フィルムを曲げ変形させる場合、曲率半径方向内側の面に対する曲率半径方向外側の面の伸張量は、絶縁フィルムの表裏方向厚さが小さいほど、小さくて済む。例えば、絶縁フィルムに表側から荷重を加える場合、絶縁フィルムの表面に対する裏面の伸張量は、絶縁フィルムの表裏方向厚さが小さいほど、小さくて済む。このように、絶縁フィルムの表裏方向厚さが小さいほど、絶縁フィルムは曲がりやすい。

この点、本構成によると、絶縁スペーサが、単一の絶縁フィルムではなく、複数の絶縁フィルムから構成されている。また、絶縁スペーサは、非拘束部を備えている。このため、単一の絶縁フィルム（当該絶縁フィルムの表裏方向厚さは、複数の絶縁フィルムの表裏方向厚さの総和）からなる絶縁スペーサと比較して、本構成の絶縁スペーサの複数の絶縁フィルムは、各々、曲がりやすい。したがって、本構成の絶縁スペーサは曲がりやすい。

このように、本構成によると、絶縁スペーサの表裏方向の厚さ（つまりアース電極とセンサ部との間の距離）を充分に確保しながら、絶縁スペーサの曲げ変形を容易にすることができる。

（４）好ましくは、上記（３）の構成において、前記フィルム連結部は、表側または裏側から見て前記絶縁スペーサの角部に配置される角部連結部と、表側または裏側から見て該角部連結部の内側に配置される中央連結部と、を有している構成とする方がよい。本構成によると、角部連結部および中央連結部により、絶縁スペーサに、局所的に拘束部を設定することができる。

（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記センサ部は、寝具の表面の裏側に配置されており、前記中央連結部は、該寝具における就寝状態の人の身長方向に沿って、延在している構成とする方がよい。

本構成によると、人が、臥位（寝ている状態）から座位（座っている状態）、または座位から臥位に移行する際に、複数の絶縁フィルムが互いにずれにくい。このため、人が違和感を感じにくい。

（６）好ましくは、上記（３）の構成において、前記フィルム連結部は、表側または裏側から見て縞状に配置される複数の帯状連結部を有している構成とする方がよい。本構成によると、帯状連結部により、絶縁スペーサに、縞状に拘束部を設定することができる。

（７）好ましくは、上記（６）の構成において、前記センサ部は、寝具の表面の裏側に配置されており、前記帯状連結部は、該寝具における就寝状態の人の身長方向に沿って、延在している構成とする方がよい。

本構成によると、人が、臥位（寝ている状態）から座位（座っている状態）、または座位から臥位に移行する際に、複数の絶縁フィルムが互いにずれにくい。このため、人が違和感を感じにくい。

（８）好ましくは、上記（２）ないし（７）のいずれかの構成において、前記絶縁フィルムは、ポリエチレン製である構成とする方がよい。ポリエチレンは、安価で、ヤング率が低く、誘電率が低い。このため、本構成の絶縁フィルムは、製造コストが低く、曲がりやすく、絶縁性が高い。

（９）好ましくは、上記（１）ないし（８）のいずれかの構成において、前記表側電極部および前記裏側電極部のうち、一方は前記制御装置から前記電圧が印加される入力側電極部であり、他方は該制御装置に前記電気量を伝送する出力側電極部であり、前記アース電極に対して、該出力側電極部は、該入力側電極部よりも、近接して配置されている構成とする方がよい。

本構成によると、センサ部の静電容量に関する電気量に、周辺機器からのノイズが混入するのを、抑制することができる。また、アース電極が、センサ部の静電容量に関する電気量に、影響を及ぼしにくい。

（１０）好ましくは、上記（１）ないし（９）のいずれかの構成において、前記センサ部、前記絶縁スペーサ、前記アース電極を表裏方向に貫通する位置決め孔と、該センサ部、該絶縁スペーサ、該アース電極を収容する袋状のカバーと、を備え、該カバーの表裏両層は、該位置決め孔の径方向内側において、接合されている構成とする方がよい。本構成によると、位置決め孔の径方向内側において、カバーの表裏両層を接合することにより、カバーに対する、カバー内部のセンサ部、絶縁スペーサ、アース電極の固定、位置決めを、簡単に行うことができる。

（１０−１）好ましくは、上記（１０）の構成において、前記カバーの表裏両層は、溶着されている構成とする方がよい。本構成によると、カバーの表裏両層を、簡単、強固に接合することができる。また、本構成によると、カバーを接合する際に、例えばクリップなどの別部材が不要である。このため、カバーの上面に人が乗った場合、乗り心地（例えば、座り心地、寝心地など）が良好である。

本発明によると、周辺からのノイズを抑制可能であって、検出精度が低下しにくい静電容量型センサを提供することができる。

図１は、第一実施形態の静電容量型センサの透過上面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図である。 図３は、同静電容量型センサの分解斜視図である。 図４は、同静電容量型センサのブロック図である。 図５は、第二実施形態の静電容量型センサの透過上面図である。 図６は、同静電容量型センサの分解斜視図である。 図７は、図５の枠ＶＩＩ内の拡大図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向断面図である。

以下、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明する。以下の図においては、上側が本発明の「表側」に、下側が本発明の「裏側」に、各々対応している。また、前後方向が本発明の「寝具における就寝状態の人の身長方向」に対応している。

＜＜第一実施形態＞＞
＜静電容量型センサの構成＞
まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の静電容量型センサの透過上面図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図を示す。図３に、同静電容量型センサの分解斜視図を示す。図４に、同静電容量型センサのブロック図を示す。

図１に示すように、静電容量型センサ１は、ベッドのシーツ９の下側に敷設されている。静電容量型センサ１は、寝ている人Ｍの体重により、後述する検出部ＣＦの電極間距離（表側電極部ＦＸと裏側電極部ＦＹとの間の距離）が変化することを基に、人Ｍの上半身の体圧分布を計測している。なお、シーツ９の下側には、静電容量型センサ１と同じ種類の静電容量型センサ（図略）が、もう一つ配置されている。当該静電容量型センサは、寝ている人Ｍの下半身の体圧分布を計測している。

図１〜図４に示すように、静電容量型センサ１は、センサ部Ｆと、コネクタ２０Ｆと、ハーネス２１Ｆと、制御装置２２Ｆと、カバー２３と、表側アース電極２４０と、裏側アース電極２４１と、表側絶縁スペーサ２５０と、裏側絶縁スペーサ２５１と、裏端基材２６２と、４つの角部連結部２９０と、３つの前側中央連結部２９１と、３つの後側中央連結部２９２と、４つの全体連結部２９３と、を備えている。

表側アース電極２４０、裏側アース電極２４１は、各々、本発明の「アース電極」の概念に含まれる。表側絶縁スペーサ２５０、裏側絶縁スペーサ２５１は、各々、本発明の「絶縁スペーサ」の概念に含まれる。前側中央連結部２９１、後側中央連結部２９２は、各々、本発明の「中央連結部」の概念に含まれる。

［カバー２３］
カバー２３は、柔軟な軟質ウレタンフォーム製であって、袋状を呈している。カバー２３は、絶縁性を有している。カバー２３の内部には、静電容量型センサ１を構成する各部材のうち、コネクタ２０Ｆ、ハーネス２１Ｆ、制御装置２２Ｆ以外の部材が、収容されている。

［センサ部Ｆ］
センサ部Ｆは、表側電極部ＦＸと、９本の表側配線Ｆｘと、裏側電極部ＦＹと、９本の裏側配線Ｆｙと、表側基材２６０と、裏側基材２６１と、表側カバーコート２７０と、裏側カバーコート２７１と、誘電層２８０と、補強層２８１と、検出部ＣＦと、を備えている。表側電極部ＦＸは、本発明の「入力側電極部」に対応する。裏側電極部ＦＹは、本発明の「出力側電極部」に対応する。

（誘電層２８０、補強層２８１）
誘電層２８０は、柔軟な軟質ウレタンフォーム（具体的には、ＰＯＲＯＮ（株式会社ロジャースイノアックの登録商標））製であって、四角形膜状を呈している。誘電層２８０は、絶縁性を有している。

補強層２８１は、誘電層２８０の下側に配置されている。補強層２８１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製であって、四角形膜状を呈している。補強層２８１は、誘電層２８０よりも、硬質である（ヤング率が高い）。補強層２８１は、絶縁性を有している。

（表側基材２６０、表側電極部ＦＸ、表側配線Ｆｘ、表側カバーコート２７０）
表側基材２６０は、誘電層２８０の上側に配置されている。表側基材２６０は、ＰＥＴ製であって、四角形膜状を呈している。表側基材２６０は、絶縁性を有している。

９本の表側配線Ｆｘは、表側基材２６０の下面に、スクリーン印刷されている。表側配線Ｆｘは、銀ペースト製であって、導電性を有している。表側配線Ｆｘは、後述する表側電極ＦＸａと、後述するコネクタ２０Ｆと、を電気的に接続している。

表側電極部ＦＸは、９本の表側電極ＦＸａを備えている。表側電極ＦＸａは、直線状であって、表側基材２６０の下面に、スクリーン印刷されている。表側電極ＦＸａは、前後方向（Ｙ方向）に延在している。９本の表側電極ＦＸａは、左右方向（Ｘ方向）に並んでいる。表側電極ＦＸａは、カーボンペースト製であって、導電性を有している。表側電極ＦＸａは、表側配線Ｆｘを、部分的に下側から覆っている。表側配線Ｆｘは、表側電極ＦＸａの長手方向全長に亘って、配置されている。

表側カバーコート２７０は、ポリエステル製であって、四角形膜状を呈している。表側カバーコート２７０は、絶縁性を有している。表側カバーコート２７０は、表側基材２６０の下面に、スクリーン印刷されている。表側カバーコート２７０は、９本の表側配線Ｆｘ、９本の表側電極ＦＸａを、下側から覆っている。

（裏側基材２６１、裏側電極部ＦＹ、裏側配線Ｆｙ、裏側カバーコート２７１）
裏側基材２６１は、補強層２８１の下側に配置されている。裏側基材２６１は、ＰＥＴ製であって、四角形膜状を呈している。裏側基材２６１は、絶縁性を有している。

９本の裏側配線Ｆｙは、裏側基材２６１の上面に、スクリーン印刷されている。裏側配線Ｆｙは、銀ペースト製であって、導電性を有している。裏側配線Ｆｙは、後述する裏側電極ＦＹａと、後述するコネクタ２０Ｆと、を電気的に接続している。

裏側電極部ＦＹは、９本の裏側電極ＦＹａを備えている。裏側電極ＦＹａは、直線状であって、裏側基材２６１の上面に、スクリーン印刷されている。裏側電極ＦＹａは、左右方向に延在している。９本の裏側電極ＦＹａは、前後方向に並んでいる。裏側電極ＦＹａは、カーボンペースト製であって、導電性を有している。裏側電極ＦＹａは、裏側配線Ｆｙを、部分的に上側から覆っている。裏側配線Ｆｙは、裏側電極ＦＹａの長手方向全長に亘って、配置されている。

裏側カバーコート２７１は、ポリエステル製であって、四角形膜状を呈している。裏側カバーコート２７１は、絶縁性を有している。裏側カバーコート２７１は、裏側基材２６１の上面に、スクリーン印刷されている。裏側カバーコート２７１は、９本の裏側配線Ｆｙ、９本の裏側電極ＦＹａを、上側から覆っている。

（検出部ＣＦ）
上側から見て、９本の表側電極ＦＸａと、９本の裏側電極ＦＹａと、は格子状に並んでいる。表側電極ＦＸａと、裏側電極ＦＹａと、が重複する部分には、検出部ＣＦが設定されている。検出部ＣＦは、合計８１個配置されている。

［表側絶縁スペーサ２５０、表側アース電極２４０］
表側絶縁スペーサ２５０は、表側基材２６０の上側に配置されている。表側絶縁スペーサ２５０は、ＰＥ（ポリエチレン）製であって、四角形膜状を呈している。表側絶縁スペーサ２５０は、絶縁性を有している。

表側絶縁スペーサ２５０の上面（表裏方向外側の面）には、銀ペースト製の表側アース配線（図略）が、全面的にスクリーン印刷されている。表側アース電極２４０は、カーボンペースト製であって、四角形膜状を呈している。表側アース電極２４０は、導電性を有している。表側アース電極２４０は、表側アース配線の上面に、全面的にスクリーン印刷されている。表側アース電極２４０は、表側アース配線を介して、電気的に接地されている。

［裏側絶縁スペーサ２５１、裏側アース電極２４１、裏端基材２６２］
裏側絶縁スペーサ２５１は、裏側基材２６１の下側に配置されている。図３に示すように、裏側絶縁スペーサ２５１は、５枚の絶縁フィルム２５１ａからなる。絶縁フィルム２５１ａは、ＰＥ製であって、四角形膜状を呈している。絶縁フィルム２５１ａは、絶縁性を有している。

裏端基材２６２は、裏側絶縁スペーサ２５１の下側に配置されている。裏端基材２６２は、ＰＥＴ製であって、四角形膜状を呈している。裏端基材２６２は、絶縁性を有している。

裏端基材２６２の上面には、銀ペースト製の裏側アース配線（図略）が、全面的にスクリーン印刷されている。裏側アース電極２４１は、カーボンペースト製であって、四角形膜状を呈している。裏側アース電極２４１は、導電性を有している。裏側アース電極２４１は、裏側アース配線の上面に、全面的にスクリーン印刷されている。裏側アース電極２４１は、裏側絶縁スペーサ２５１の下側（表裏方向外側）に配置されている。裏側アース電極２４１は、裏側アース配線を介して、電気的に接地されている。

［角部連結部２９０、前側中央連結部２９１、後側中央連結部２９２、全体連結部２９３］
図３にハッチングで示すように、４つの角部連結部２９０は、上側から見て、裏側絶縁スペーサ２５１の四隅に配置されている。角部連結部２９０は、裏側絶縁スペーサ２５１の対角線に対して、直交する方向に延在している。角部連結部２９０は、上下方向に隣り合う一対の絶縁フィルム２５１ａ同士を溶着することにより、形成されている。

図３にハッチングで示すように、３つの前側中央連結部２９１は、上側から見て、左前隅の角部連結部２９０と、右前隅の角部連結部２９０と、の間に配置されている。前側中央連結部２９１は、前後方向（図１に示す人Ｍの身長方向）に延在している。

図３にハッチングで示すように、３つの後側中央連結部２９２は、上側から見て、左後隅の角部連結部２９０と、右後隅の角部連結部２９０と、の間に配置されている。後側中央連結部２９２は、前後方向に延在している。

このように、５枚の絶縁フィルム２５１ａは、４つの角部連結部２９０、３つの前側中央連結部２９１、３つの後側中央連結部２９２により、互いに面方向（水平方向）にずれないように、一体化されている。

４つの全体連結部２９３は、上側から見て、表側アース電極２４０の四隅に配置されている。全体連結部２９３は、上下両端に抜け止め部を有する、樹脂製の結束具である。全体連結部２９３は、上側から下側に向かって、表側アース電極２４０、表側絶縁スペーサ２５０、センサ部Ｆ、裏側絶縁スペーサ２５１、裏側アース電極２４１、裏端基材２６２を貫通している。このように、これらの部材は、４つの全体連結部２９３により、互いに面方向にずれないように、一体化されている。

裏側絶縁スペーサ２５１において、４つの角部連結部２９０、３つの前側中央連結部２９１、３つの後側中央連結部２９２、４つの全体連結部２９３が配置されている部分が、拘束部２５１ｂである。拘束部２５１ｂにおいては、５枚の絶縁フィルム２５１ａが互いに拘束されている。このため、各絶縁フィルム２５１ａは、他の絶縁フィルム２５１ａに対して、面方向にずれることができない。

一方、裏側絶縁スペーサ２５１において、４つの角部連結部２９０、３つの前側中央連結部２９１、３つの後側中央連結部２９２、４つの全体連結部２９３が配置されていない部分が、非拘束部２５１ｃである。非拘束部２５１ｃにおいては、５枚の絶縁フィルム２５１ａが互いに拘束されていない。このため、各絶縁フィルム２５１ａは、他の絶縁フィルム２５１ａに対して、面方向にずれることができる。

［コネクタ２０Ｆ、ハーネス２１Ｆ、制御装置２２Ｆ］
コネクタ２０Ｆは、静電容量型センサ１の左前隅に配置されている。コネクタ２０Ｆには、９本の表側配線Ｆｘ、９本の裏側配線Ｆｙが、互いに絶縁を確保された状態で、電気的に接続されている。ハーネス２１Ｆは、コネクタ２０Ｆと、後述する制御装置２２Ｆと、を電気的に接続している。

制御装置２２Ｆは、電源２２０と、入力側切替回路２２１と、出力側切替回路２２２と、静電容量検出部２２３と、を備えている。電源２２０は、９本の表側配線Ｆｘを介して、９本の表側電極ＦＸａに、交流電圧（具体的には矩形波電圧）を印加する。

入力側切替回路２２１は、９個のスイッチ（図略）を備えている。入力側切替回路２２１の一端は、電源２２０に接続されている。入力側切替回路２２１の他端は、９本の表側配線Ｆｘに接続されている。入力側切替回路２２１は、電源２２０に対して、９本の表側配線Ｆｘを、順番に切り替えて接続する。

出力側切替回路２２２は、９個のスイッチ（図略）を備えている。出力側切替回路２２２の一端は、９本の裏側配線Ｆｙに接続されている。出力側切替回路２２２の他端は、静電容量検出部２２３に接続されている。出力側切替回路２２２は、静電容量検出部２２３に対して、９本の裏側配線Ｆｙを、順番に切り替えて接続する。

静電容量検出部２２３は、合計８１個の検出部ＣＦのうち、電圧が印加されている表側電極ＦＸａと、静電容量検出部２２３に接続されている裏側電極ＦＹａと、に関する検出部ＣＦの静電容量を計測する。具体的には、静電容量検出部２２３は、検出部ＣＦの充電電流を静電容量に変換している。そして、当該静電容量を計測している。充電電流は、本発明の「静電容量に関する電気量」の概念に含まれる。合計８１個の検出部ＣＦには、走査的に、順番に電圧が印加される。このため、寝ている人Ｍの上半身の体圧分布を計測することができる。

［静電容量型センサの作用効果］
次に、本実施形態の静電容量型センサの作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１によると、センサ部Ｆが面方向に合計８１個の検出部ＣＦを備えている。このため、人Ｍの上半身の体圧分布を検出することができる。

また、本実施形態の静電容量型センサ１は、表側絶縁スペーサ２５０、表側アース電極２４０を備えている。このため、人Ｍに掛けられている寝具（例えば電気毛布など）に起因する環境ノイズを抑制することができる。したがって、検出精度を高くすることができる。

また、本実施形態の静電容量型センサ１は、裏側絶縁スペーサ２５１、裏側アース電極２４１を備えている。このため、人Ｍが敷いている寝具やフロアに起因する環境ノイズを抑制することができる。したがって、検出精度を高くすることができる。

また、検出部ＣＦの静電容量Ｃａに対して、裏側電極ＦＹａと裏側アース電極２４１との電極間距離が、一定未満の場合は、静電容量Ｃａに起因する電流は、裏側アース電極２４１を介してグランドに逃げてしまう。この点、本実施形態の静電容量型センサ１は、裏側絶縁スペーサ２５１を備えている。このため、静電容量Ｃａに起因する電流を、裏側電極ＦＹａ、裏側配線Ｆｙを介して、制御装置２２Ｆの静電容量検出部２２３に流すことができる。

同様に、検出部ＣＦの静電容量Ｃａに対して、表側電極ＦＸａと表側アース電極２４０との間の電極間距離が、一定未満の場合は、静電容量Ｃａに起因する電流は、表側アース電極２４０を介してグランドに逃げてしまう。この点、本実施形態の静電容量型センサ１は、表側絶縁スペーサ２５０を備えている。このため、静電容量Ｃａに起因する電流を、裏側電極ＦＹａ、裏側配線Ｆｙを介して、制御装置２２Ｆの静電容量検出部２２３に流すことができる。

また、本実施形態の静電容量型センサ１によると、表側基材２６０の下面に、９本の表側配線Ｆｘ、９本の表側電極ＦＸａ、表側カバーコート２７０が、スクリーン印刷されている。このため、これらの部材の形状精度、位置精度が高くなる。

同様に、本実施形態の静電容量型センサ１によると、裏側基材２６１の上面に、９本の裏側配線Ｆｙ、９本の裏側電極ＦＹａ、裏側カバーコート２７１が、スクリーン印刷されている。このため、これらの部材の形状精度、位置精度が高くなる。

また、上記「表側基材２６０、９本の表側配線Ｆｘ、９本の表側電極ＦＸａ、表側カバーコート２７０」からなる表側積層体と、上記「裏側基材２６１、９本の裏側配線Ｆｙ、９本の裏側電極ＦＹａ、裏側カバーコート２７１」からなる裏側積層体と、は構成が同じである。すなわち、表側積層体を、上下反転させ、水平面内において適宜回転させると、裏側積層体になる。同様に、裏側積層体を、上下反転させ、水平面内において適宜回転させると、表側積層体になる。このため、同じ構成の積層体を、表側積層体、裏側積層体として、用いることができる。

また、本実施形態の静電容量型センサ１によると、誘電層２８０の下側に補強層２８１が配置されている。このため、誘電層２８０の耐久性が高くなる。また、誘電層２８０の上側に補強層２８１を配置する場合と比較して、誘電層２８０を、荷重が加わった部分だけ、局所的に圧縮させることができる。このため、体圧分布の検出精度を高くすることができる。

また、本実施形態の静電容量型センサ１によると、表側または裏側から見て、電極（表側電極ＦＸａ、裏側電極ＦＹａ、表側アース電極２４０、裏側アース電極２４１）の全体に亘って、配線（表側配線Ｆｘ、裏側配線Ｆｙ、表側アース配線、裏側アース配線）が配置されている。配線は、電極よりも、電気抵抗が小さい。このため、電極全体に配線を行き渡らせることにより、電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。また、電極全体の電気抵抗のばらつきを小さくすることができる。また、複数の検出部ＣＦ間（例えば、前端の検出部ＣＦと後端の検出部ＣＦとの間）における検出値のばらつきを小さくすることができる。したがって、体圧分布の検出精度を高くすることができる。

また、本実施形態の静電容量型センサ１によると、裏側絶縁スペーサ２５１は、上下方向に積層された５枚の絶縁フィルム２５１ａにより、構成されている。このため、絶縁フィルム２５１ａの積層数を変更することにより、裏側絶縁スペーサ２５１の上下方向の厚さ（つまり裏側アース電極２４１と裏側電極ＦＹａとの間の距離）を、簡単に調整することができる。

また、図３に示すように、本実施形態の静電容量型センサ１の裏側絶縁スペーサ２５１は、拘束部２５１ｂを備えている。このため、５枚の絶縁フィルム２５１ａが互いにずれるのを抑制することができる。また、裏側絶縁スペーサ２５１は、非拘束部２５１ｃを備えている。このため、５枚の絶縁フィルム２５１ａの変形（例えば曲げ変形）が、互いに拘束されるのを抑制することができる。また、隣り合う任意の一つの絶縁フィルム２５１ａの非拘束部２５１ｃ同士が、互いに摺動するのを許容することができる。

また、絶縁フィルム２５１ａを曲げ変形させる場合、曲率半径方向内側の面に対する曲率半径方向外側の面の伸張量は、絶縁フィルム２５１ａの上下方向厚さが小さいほど、小さくて済む。例えば、絶縁フィルム２５１ａに上側から荷重を加える場合、絶縁フィルム２５１ａの上面に対する下面の伸張量は、絶縁フィルム２５１ａの上下方向厚さが小さいほど、小さくて済む。このように、絶縁フィルム２５１ａの上下方向厚さが小さいほど、絶縁フィルム２５１ａは曲がりやすい。

この点、本実施形態の静電容量型センサ１によると、裏側絶縁スペーサ２５１が、単一の絶縁フィルムではなく、５枚の絶縁フィルム２５１ａから構成されている。また、裏側絶縁スペーサ２５１は、非拘束部２５１ｃを備えている。このため、単一の絶縁フィルム（当該絶縁フィルムの上下方向厚さは、５枚の絶縁フィルム２５１ａの上下方向厚さの総和）からなる裏側絶縁スペーサと比較して、本実施形態の裏側絶縁スペーサ２５１の５枚の絶縁フィルム２５１ａは、各々、曲がりやすい。したがって、本実施形態の裏側絶縁スペーサ２５１は曲がりやすい。よって、寝心地が良好である。

このように、本実施形態の静電容量型センサ１によると、裏側絶縁スペーサ２５１の上下方向の厚さ（つまり裏側アース電極２４１と裏側電極ＦＹａとの間の距離）を充分に確保しながら、裏側絶縁スペーサ２５１の曲げ変形を容易にすることができる。

また、図３に示すように、３つの前側中央連結部２９１、３つの後側中央連結部２９２は、就寝状態の人Ｍの身長方向（前後方向）に沿って、延在している。このため、人Ｍが、臥位（寝ている状態）から座位（座っている状態）、または座位から臥位に移行する際に、５枚の絶縁フィルム２５１ａが互いにずれにくい。したがって、人Ｍが違和感を感じにくい。

また、絶縁フィルム２５１ａは、ポリエチレン製である。ポリエチレンは、安価で、ヤング率が低く、誘電率が低い。このため、絶縁フィルム２５１ａは、製造コストが低く、曲がりやすく、絶縁性が高い。

＜＜第二実施形態＞＞
本実施形態の静電容量型センサと第一実施形態の静電容量型センサとの相違点は、カバーの表裏両層が溶着されることにより、全体連結部が形成されている点である。また、５枚の絶縁フィルムが縞状に溶着されることにより、絶縁スペーサが形成されている点である。ここでは、主に相違点について説明する。

図５に、本実施形態の静電容量型センサの透過上面図を示す。図６に、同静電容量型センサの分解斜視図を示す。図７に、図５の枠ＶＩＩ内の拡大図を示す。図８に、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向断面図を示す。

なお、図５において、図１と対応する部材については、同じ符号で示す。図６において、図３と対応する部材については、同じ符号で示す。図８において、図２と対応する部材については、同じ符号で示す。図５においては、図１に示すシーツ９、人Ｍを省略する。

図５〜図７に示すように、静電容量型センサ１のカバー２３には、４つのカバー孔２３０が穿設されている。図８に示すように、カバー孔２３０は、カバー２３の表裏両層を、上下方向（表裏方向）に貫通している。

図６、図８に示すように、カバー２３に収容されている部材（具体的には、センサ部Ｆ、裏側アース電極２４１、裏側絶縁スペーサ２５１）には、４つの位置決め孔８が穿設されている。図８に示すように、位置決め孔８は、カバー２３に収容されている部材を、上下方向（表裏方向）に貫通している。位置決め孔８の孔径（直径）Ｄ１は、カバー孔２３０の孔径（直径）Ｄ２よりも、大きい。位置決め孔８の径方向内側かつカバー孔２３０の径方向外側には、全体連結部２９３が配置されている。全体連結部２９３は、カバー２３の表裏両層が溶着されることにより、形成されている。図７にハッチングで示すように、上側から見て、全体連結部２９３は、カバー孔２３０を中心とする環状を呈している。全体連結部２９３は、カバー２３と、カバー２３に収容されている部材と、を位置決めしている。また、全体連結部２９３は、カバー２３に収容されている部材同士を、互いに位置決めしている。

図６にハッチングで示すように、複数の帯状連結部２９４は、上側から見て、縞状に配置されている。帯状連結部２９４は、前後方向（図１に示す人Ｍの身長方向）に延在している。複数の帯状連結部２９４は、互いに平行に配置されている。帯状連結部２９４は、上下方向に隣り合う一対の絶縁フィルム２５１ａ同士を溶着することにより、形成されている。このように、５枚の絶縁フィルム２５１ａは、複数の帯状連結部２９４により、互いに面方向（水平方向）にずれないように、一体化されている。

裏側絶縁スペーサ２５１において、帯状連結部２９４が配置されている部分が、拘束部２５１ｂである。拘束部２５１ｂにおいては、５枚の絶縁フィルム２５１ａが互いに拘束されている。このため、各絶縁フィルム２５１ａは、他の絶縁フィルム２５１ａに対して、面方向にずれることができない。

一方、裏側絶縁スペーサ２５１において、帯状連結部２９４が配置されていない部分が、非拘束部２５１ｃである。非拘束部２５１ｃにおいては、５枚の絶縁フィルム２５１ａが互いに拘束されていない。このため、各絶縁フィルム２５１ａは、他の絶縁フィルム２５１ａに対して、面方向にずれることができる。

なお、裏側絶縁スペーサ２５１は、まず絶縁フィルム２５１ａを切出し可能な大きさの原反を５枚積層させ、次に積層させた５枚の原反を縞状に溶着し、最後に溶着済みの５枚の原反を所定の大きさに裁断することにより、作製される。こうすると、簡単に裏側絶縁スペーサ２５１を作製することができる。

本実施形態の静電容量型センサは、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の静電容量型センサと、同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量型センサ１によると、図６に示すように、帯状連結部２９４により、裏側絶縁スペーサ２５１に、縞状に拘束部２５１ｂを設定することができる。

また、図６に示すように、帯状連結部２９４は、就寝状態の人Ｍの身長方向に沿って、延在している。このため、人Ｍが、臥位（寝ている状態）から座位（座っている状態）、または座位から臥位に移行する際に、複数の絶縁フィルム２５１ａが互いにずれにくい。このため、人Ｍが違和感を感じにくい。

また、図８に示すように、カバー２３の表裏両層は、位置決め孔８の径方向内側において、溶接されている。このため、カバー２３に対する、カバー２３内部のセンサ部Ｆ、裏側絶縁スペーサ２５１、裏側アース電極２４１の固定、位置決めを、簡単に行うことができる。また、カバー２３を接合する際に、例えばクリップなどの別部材が不要である。このため、カバー２３の上面に人Ｍが乗った場合、乗り心地（例えば、座り心地、寝心地など）が良好である。

また、図８に示すように、カバー２３の表裏両層は、カバー孔２３０の径方向外側において、溶接、封止されている。このため、カバー２３の内部に、異物（固体、液体など）が進入するのを抑制することができる。

また、カバー孔２３０は、カバー２３を上下方向に貫通している。このため、カバー孔２３０により、カバー２３上下方向の通気性や透湿性を確保することができる。したがって、例えば、カバー２３を敷設する際、カバー２３下側の空気を抜きやすい。このため、静電容量型センサ１の敷設が容易である。また、カバー２３の上側から下側に、湿気を逃がしやすい。このため、静電容量型センサ１上の人Ｍが不快になりにくい。

また、図５、図７に示すように、カバー孔２３０、位置決め孔８、全体連結部２９３は、表側電極ＦＸａ、裏側電極ＦＹａを避けて、配置されている。このため、静電容量型センサ１の検出精度が低下しにくい。

＜＜その他＞＞
以上、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

絶縁フィルム２５１ａの構成は特に限定しない。上面および下面のうち、少なくとも一方に、凹凸形状を付与してもよい。また、上面および下面のうち、少なくとも一方に、スリットを入れてもよい。また、凹凸形状を有するシボシートを、絶縁フィルム２５１ａとして用いてもよい。

上記実施形態においては、裏側絶縁スペーサ２５１を複数の絶縁フィルム２５１ａにより構成したが、表側絶縁スペーサ２５０を複数の絶縁フィルム２５１ａにより構成してもよい。

絶縁スペーサ２５０、２５１の配置数は特に限定しない。センサ部Ｆの表側だけ、または裏側だけに、絶縁スペーサ２５０、２５１を配置してもよい。すなわち、センサ部Ｆの表裏両側のうち少なくとも一方に、絶縁スペーサ２５０、２５１を配置すればよい。同様に、アース電極２４０、２４１の配置数は特に限定しない。センサ部Ｆの表側だけ、または裏側だけに、アース電極２４０、２４１を配置してもよい。すなわち、センサ部Ｆの表裏両側のうち少なくとも一方に、アース電極２４０、２４１を配置すればよい。

また、表側絶縁スペーサ２５０、裏側絶縁スペーサ２５１における絶縁フィルム２５１ａの積層数は特に限定しない。単一でも複数でもよい。複数の場合、各絶縁フィルム２５１ａの上下方向厚さは、一定であっても、一定でなくてもよい。

角部連結部２９０、前側中央連結部２９１、後側中央連結部２９２、全体連結部２９３の構成は特に限定しない。接着、面ファスナー、粘着テープ（例えば両面テープなど）、ステープラー、クリップなどにより、各部材を固定してもよい。フィルム連結部の配置数、形状、配置パターンは特に限定しない。例えば、絶縁フィルム２５１ａの四辺に沿って、四角形枠状にフィルム連結部を配置してもよい。

また、図８に示すカバー２３の表裏両層の接合方法は特に限定しない。例えば、接着、面ファスナー、粘着テープ（例えば両面テープなど）、ステープラー、クリップなどを用いて表裏両層を接合してもよい。また、図８に示すカバー孔２３０は、配置しなくてもよい。また、全体連結部２９３の位置、配置数は特に限定しない。

表側電極ＦＸａ、裏側電極ＦＹａの本数、形状、配置パターンは特に限定しない。少なくとも一つの検出部ＣＦを設定できればよい。複数の検出部ＣＦを配置する場合、検出部ＣＦの配置密度は、検出エリア（体圧分布を検出可能なエリア）全面に亘って、一定でなくてもよい。例えば、体圧が集中しやすい部分に密に、体圧が集中しにくい部分に疎に、検出部ＣＦを配置してもよい。また、表側電極ＦＸａ、裏側電極ＦＹａのうち、一方を、同心円状に配置してもよい。並びに、他方を、一方と同心の放射状に配置してもよい。

上記実施形態においては、表側基材２６０の下面に、９本の表側配線Ｆｘ、９本の表側電極ＦＸａ、表側カバーコート２７０を、スクリーン印刷した。並びに、裏側基材２６１の上面に、９本の裏側配線Ｆｙ、９本の裏側電極ＦＹａ、裏側カバーコート２７１を、スクリーン印刷した。しかしながら、インクジェット印刷方法、フレキソ印刷方法、グラビア印刷方法、パッド印刷方法、リソグラフィー、ディスペンサー印刷方法など、他の印刷方法により、上記各部材を印刷してもよい。また、接着、貼着、成形など、他の配置方法により、上記各部材を配置してもよい。

また、誘電層２８０の上面に、９本の表側配線Ｆｘ、９本の表側電極ＦＸａ、表側カバーコート２７０を、印刷してもよい。同様に、誘電層２８０の下面に、９本の裏側配線Ｆｙ、９本の裏側電極ＦＹａ、裏側カバーコート２７１を、印刷してもよい。こうすると、検出部ＣＦの位置精度が高くなる。

また、本発明の静電容量型センサの表裏方向は、上下方向でなくてもよい。例えば、表裏方向が前後方向、左右方向（例えば、静電容量型センサを壁面に配置する場合）であってもよい。また、本発明の静電容量型センサは、平面は勿論、曲面に配置してもよい。曲面に配置する場合、静電容量型センサは曲面の形状に沿って湾曲する。

また、上記実施形態においては、表側電極部ＦＸを入力側切替回路２２１に、裏側電極部ＦＹを出力側切替回路２２２に、各々接続したが、表側電極部ＦＸ、裏側電極部ＦＹの接続先は特に限定しない。例えば、表側電極部ＦＸを出力側切替回路２２２に、裏側電極部ＦＹを入力側切替回路２２１に、各々接続してもよい。

絶縁性を有する部材（例えば、カバー２３、表側絶縁スペーサ２５０、裏側絶縁スペーサ２５１、表側基材２６０、裏側基材２６１、裏端基材２６２、表側カバーコート２７０、裏側カバーコート２７１、誘電層２８０、補強層２８１など）の材質は特に限定しない。人Ｍの体重により湾曲する程度の柔軟性を有していればよい。例えば、樹脂、エラストマーを用いることができる。樹脂としては、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などを用いることができる。エラストマーとしては、シリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレン共重合体ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどを用いることができる。また、絶縁性を有する部材の材料として、樹脂、エラストマーのフォーム（例えば、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォームなど）を用いてもよい。また、絶縁性を有する部材の材料として、樹脂繊維（例えば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維など）の織布、不織布などを用いてもよい。

導電性を有する部材（例えば、表側電極ＦＸａ、裏側電極ＦＹａ、表側配線Ｆｘ、裏側配線Ｆｙ、表側アース電極２４０、裏側アース電極２４１など）の材質は特に限定しない。人Ｍの体重により湾曲する程度の柔軟性を有していればよい。例えば、母材であるエラストマーに導電性フィラーを含有させた電極材料を用いてもよい。この場合、エラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどを用いることができる。また、導電性フィラーとしては、炭素材料および金属から選ばれる一種以上からなるものを用いることができる。金属としては、導電性の高い銀、銅等が好適である。例えば、導電性フィラーとして、銀、銅等の微粒子、あるいは表面に銀等のめっきを施した微粒子を使用することができる。また、炭素材料は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、炭素材料製の導電性フィラーを用いると、静電容量型センサ１の製造コストを低減することができる。炭素材料としては、例えば、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維などを用いることができる。特に、導電性カーボンブラック、グラファイト、導電性炭素繊維は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、これらの材料を用いると、静電容量型センサ１の製造コストを削減することができる。また、導電性を有する部材の材料として、導電性繊維の織布、不織布などを用いてもよい。

本発明の静電容量型センサは、相互容量式のタッチセンサとして具現化してもよい。この場合、表側電極部ＦＸ、裏側電極部ＦＹのうち、一方を受信電極に、他方を送信電極に、設定すればよい。

１：静電容量型センサ。
２０Ｆ：コネクタ、２１Ｆ：ハーネス、２２Ｆ：制御装置、２３：カバー、２２０：電源、２２１：入力側切替回路、２２２：出力側切替回路、２２３：静電容量検出部、２３０：カバー孔、２４０：表側アース電極（アース電極）、２４１：裏側アース電極（アース電極）、２５０：表側絶縁スペーサ（絶縁スペーサ）、２５１：裏側絶縁スペーサ（絶縁スペーサ）、２５１ａ：絶縁フィルム、２５１ｂ：拘束部、２５１ｃ：非拘束部、２６０：表側基材、２６１：裏側基材、２６２：裏端基材、２７０：表側カバーコート、２７１：裏側カバーコート、２８０：誘電層、２８１：補強層、２９０：角部連結部、２９１：前側中央連結部（中央連結部）、２９２：後側中央連結部（中央連結部）、２９３：全体連結部、２９４：帯状連結部。
８：位置決め孔。
９：シーツ。
ＣＦ：検出部、Ｄ１：孔径、Ｄ２：孔径、Ｆ：センサ部、ＦＸ：表側電極部（入力側電極部）、ＦＸａ：表側電極、ＦＹ：裏側電極部（出力側電極部）、ＦＹａ：裏側電極、Ｆｘ：表側配線、Ｆｙ：裏側配線、Ｍ：人。

Claims (8)

1. 表側電極部と、該表側電極部の裏側に配置される裏側電極部と、該表側電極部と該裏側電極部との間に配置される誘電層と、を有するセンサ部と、
   該センサ部の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置され、表裏方向に積層された複数の絶縁フィルムからなる絶縁スペーサと、
   複数の該絶縁フィルムを、部分的に、互いに連結するフィルム連結部と、
   該絶縁スペーサの表裏方向外側に配置され、接地されるアース電極と、
   該センサ部に電気的に接続され、該センサ部に電圧を印加すると共に、該センサ部の静電容量に関する電気量が伝送される制御装置と、
   を備え、
   該絶縁スペーサは、該フィルム連結部により複数の該絶縁フィルムが互いに拘束されている拘束部と、複数の該絶縁フィルムが互いに拘束されていない非拘束部と、を有している静電容量型センサ。
2. 前記フィルム連結部は、表側または裏側から見て前記絶縁スペーサの角部に配置される角部連結部と、表側または裏側から見て該角部連結部の内側に配置される中央連結部と、を有している請求項１に記載の静電容量型センサ。
3. 前記センサ部は、寝具の表面の裏側に配置されており、
   前記中央連結部は、該寝具における就寝状態の人の身長方向に沿って、延在している請求項２に記載の静電容量型センサ。
4. 前記フィルム連結部は、表側または裏側から見て縞状に配置される複数の帯状連結部を有している請求項１に記載の静電容量型センサ。
5. 前記センサ部は、寝具の表面の裏側に配置されており、
   前記帯状連結部は、該寝具における就寝状態の人の身長方向に沿って、延在している請求項４に記載の静電容量型センサ。
6. 前記絶縁フィルムは、ポリエチレン製である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量型センサ。
7. 表側電極部と、該表側電極部の裏側に配置される裏側電極部と、該表側電極部と該裏側電極部との間に配置される誘電層と、を有するセンサ部と、
   該センサ部の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置される絶縁スペーサと、
   該絶縁スペーサの表裏方向外側に配置され、接地されるアース電極と、
   該センサ部に電気的に接続され、該センサ部に電圧を印加すると共に、該センサ部の静電容量に関する電気量が伝送される制御装置と、
   を備え、
   該表側電極部および該裏側電極部のうち、一方は該制御装置から該電圧が印加される入力側電極部であり、他方は該制御装置に該電気量を伝送する出力側電極部であり、
   該アース電極に対して、該出力側電極部は、該入力側電極部よりも、近接して配置されている静電容量型センサ。
8. 表側電極部と、該表側電極部の裏側に配置される裏側電極部と、該表側電極部と該裏側電極部との間に配置される誘電層と、を有するセンサ部と、
   該センサ部の表側および裏側のうち少なくとも一方に配置される絶縁スペーサと、
   該絶縁スペーサの表裏方向外側に配置され、接地されるアース電極と、
   該センサ部に電気的に接続され、該センサ部に電圧を印加すると共に、該センサ部の静電容量に関する電気量が伝送される制御装置と、
   を備え、
   該センサ部、該絶縁スペーサ、該アース電極を表裏方向に貫通する位置決め孔と、
   該センサ部、該絶縁スペーサ、該アース電極を収容する袋状のカバーと、
   を備え、
   該カバーの表裏両層は、該位置決め孔の径方向内側において、接合されている静電容量型センサ。

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