JP7213921B2 - せん断力センサー及びせん断力センサー用の検出部 - Google Patents

Description

本発明は、せん断力センサー及びせん断力センサー用の検出部に関し、特に静電容量によりせん断力を検出するせん断力センサー及びせん断力センサー用の検出部に関する。

特許文献１（特許第６８２３１００号公報）には、せん断力分布を測定できる静電容量検出装置が開示されている。特許文献１の静電容量検出装置を用いてせん断力の分布を測定する場合には、電極間の局所的な距離の変動または面積の変動による静電容量の変化を検出することが要求される。

特許第６８２３１００号公報

特許文献1に記載されているように、電極間の局所的な距離の変動などからせん断力を検出するには、電極間に柔軟性の高い材料を使用する必要があるため、電極間に配置する材料として適用可能な材料が少なく、せん断力を検出する装置に高い耐久性を持たせることが難しい。
また、せん断力の分布を測定するために、特許文献1に記載の静電容量検出装置は異なる方向のせん断力を検出する検出電極を異なる層に形成しなければならず、異なる方向の検出感度に差が生じたり、積層方向の厚さが増したりするという問題が生じる。

本発明の課題は、複数方向のせん断力を検出するせん断力センサーの検出部を薄く丈夫なものとすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るせん断力センサーは、互いに対向する第１電極層及び第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに、第１電極層の第１面内方向に弾性変形可能な絶縁弾性体層と、第１電極層及び第２電極層に接続されている検出回路とを備えている。第１電極層には、第１分離溝で互いに絶縁されている第１駆動電極及び第２駆動電極が形成されている。第１電極層には、第２分離溝で互いに絶縁されている第３駆動電極及び第４駆動電極が形成されている。第１分離溝が第１面内方向の中で第１方向に延びる第１部分を有し、第２分離溝が第１面内方向の中で第２方向に延びる第２部分を有し、第１方向と第２方向が互いに交差する方向である。第２電極層には、第１面内方向と直交する第１法線方向に見て、第１駆動電極、第１分離溝の第１部分及び第２駆動電極と重なる第１検出電極が形成されている。第２電極層には、第１法線方向に見て、第３駆動電極、第２分離溝の第２部分及び第４駆動電極と重なる第２検出電極が形成されている。検出回路は、第１面内方向において第１方向と直交する第１せん断方向に掛かる第１せん断力を、第１駆動電極と第１検出電極の間に生じる第１容量の変化と第２駆動電極と第１検出電極の間に生じる第２容量の変化に基づいて検出し、第１面内方向において第２方向と直交する第２せん断方向に掛かる第２せん断力を、第３駆動電極と第２検出電極の間に生じる第３容量の変化と第４駆動電極と第２検出電極の間に生じる第４容量の変化に基づいて検出する。
このような構成を有するせん断力センサーは、絶縁弾性体層を挟む第１電極層と第２電極層の２つの電極層で第１せん断方向と第２せん断方向を検出する検出部を構成でき、せん断力センサーの検出部を薄くすることができる。また、第１電極層と第２電極層の２つの電極層の比較的広い領域で第１せん断方向と第２せん断方向の２つのせん断力を検出することができ、比較的伸縮性の小さい材料も絶縁層の材料として用いることができるので、絶縁弾性体の材料に比較的耐久性が高い材料を選択することが可能になり、丈夫なせん断力センサーを提供することができる。

上述のせん断力センサーは、第２駆動電極が、第３駆動電極を兼ねてもよい。このように構成されたせん断力センサーは、第２駆動電極が第３駆動電極を兼ねることで駆動電極の数を減らすことができる。
また、上述のせん断センサーは、第２駆動電極が第３駆動電極を兼ねるとともに、第１駆動電極が第４駆動電極を兼ねるように構成してもよい。このように構成されたせん断力センサーは、駆動電極を２つ減らすことができる。

上述のせん断力センサーは、第１分離溝の延びる方向を複数回変更することにより第１部分が複数箇所に設けられ、第１検出電極が、第１法線方向に見て、複数の第１部分と重なる形状を有しているように構成されてもよい。このように構成されたせん断力センサーは、第１分離溝が直線である場合に比べて第１部分の合計長さを増やし易くなり、せん断力センサーの感度を容易に向上させることができる。

上述のせん断力センサーは、第１駆動電極と第１分離溝と第２駆動電極と第１検出電極の組みが複数組み設けられてもよい。このように第１駆動電極と第１分離溝と第２駆動電極と第１検出電極が複数組み形成されるせん断力センサーは、一組だけ形成される場合に比べて、第１検出電極の合計の面積を増やし易くなり、せん断力センサーの感度を容易に向上させることができる。

上述のせん断力センサーは、絶縁弾性体層が、第１法線方向に弾性変形可能であり、検出回路が、第１容量、第２容量、第３容量及び第４容量の変化に基づき、第１法線方向の押圧力を検出するように構成されてもよい。このように構成されたせん断力センサーは、せん断力だけでなく、押圧力も検出することができる。

上述のせん断力センサーは、第１絶縁層、第１シールド層、第２絶縁層及び第２シールド層をさらに備え、第１法線方向において、第１シールド層、第１絶縁層、第１電極層、絶縁弾性体層、第２電極層、第２絶縁層、第２シールド層の順に配置され、第１シールド層及び第２シールド層は、第１法線方向に見て第１電極層及び第２電極層の全面とそれぞれ重なるシート状導電体からなり、第１絶縁層及び第２絶縁層は、それぞれ、第１電極層と第１シールド層との間を絶縁し、第２電極層と第２シールド層との間を絶縁するように構成されてもよい。このように構成されたせん断力センサーは、第１シールド層及び第２シールド層により、電界が第１電極層または第２電極層に与える影響を減少させて、ノイズによる影響を小さくすることができる。

上述のせん断力センサーは、第１法線方向において、第１電極層と重なるタッチセンサーを備え、検出回路は、タッチセンサーによる接触を検出できるように構成されてもよい。このように構成されたせん断力センサーは、せん断力を検出できない場合でもせん断力センサーに対する接触の認識を行うことができる。

上述のせん断力センサーは、検出回路と第１電極層及び第２電極層とを接続する配線部をさらに備え、配線部が、第１電極層及び第２電極層と絶縁弾性体層とを含む検出部よりも変形容易である柔軟部を有してもよい。このように構成されたせん断力センサーは、柔軟部の変形によってせん断力の検出に生じる誤差を小さくすることができる。

上述のせん断力センサーは、第１電極層、第２電極層及び絶縁弾性体層が曲がっており、絶縁弾性体層は、第１面内方向とは異なる第２面内方向にも弾性変形可能であり、第１電極層には、第２面内方向に延びる第３分離溝で互いに絶縁され且つ第２面内方向に広がっている第５駆動電極及び第６駆動電極が形成されており、第３分離溝が第２面内方向の中で第３方向に延びる第３部分を有し、第２電極層には、第２面内方向と直交する第２法線方向に見て、第５駆動電極、第３分離溝の第３部分及び第６駆動電極と重なる第３検出電極が形成されており、検出回路は、第２面内方向において第３方向と直交する第３せん断方向に掛かる第３せん断力を、第５駆動電極と第３検出電極の間に生じる第５容量の変化と第６駆動電極と第３検出電極の間に生じる第６容量の変化に基づいて検出する、ように構成されてもよい。このように構成されたせん断力センサーは、第１せん断力及び第２せん断力の生じている第１面内方向とは異なる第２面内方向の第３せん断力を検出することができる。

本発明の一見地に係るせん断力センサー用の検出部は、互いに対向する第１電極層及び第２電極層と、第１電極層と第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに、第１電極層の第１面内方向に弾性変形可能な絶縁弾性体層とを備える。第１電極層には、第１分離溝で互いに絶縁されている第１駆動電極及び第２駆動電極が形成されている。第１電極層には、第２分離溝で互いに絶縁されている第３駆動電極及び第４駆動電極が形成されている。第１分離溝が第１面内方向の中で第１方向に延びる第１部分を有し、第２分離溝が第１面内方向の中で第２方向に延びる第２部分を有し、第１方向と第２方向が互いに交差する方向である構成になっている。そして、当該せん断力センサー用の検出部においては、第２電極層には、第１面内方向と直交する第１法線方向に見て、第１駆動電極、第１分離溝の第１部分及び第２駆動電極と重なる第１検出電極が形成されている。第２電極層には、第１法線方向に見て、第３駆動電極、第２分離溝の第２部分及び第４駆動電極と重なる第２検出電極が形成されている。

本発明のせん断力センサーによれば、第１せん断力方向と第２せん断力方向の複数方向のせん断力を検出するための第１電極層、絶縁弾性体層及び第２電極層を含む検出部を薄く丈夫なものとすることができる。

第１実施形態に係るせん断力センサーの検出部でのせん断力の検出を説明するための斜視図である。 せん断力センサーの第１電極層と第２電極層のパターンの一例を示す模式的な平面図である。 図２のＩ－Ｉ線で切断した検出部の断面図である。 せん断力センサーの検出回路の動作を説明するためのフローチャートである。 検出部の静電容量を説明するための模式的な断面図である。 検出部のＸ単位セル及びＹ単位セルを説明するための模式的な平面図である。 第１電極層及び第２電極層の他のパターンの例を示す模式的な平面図である。 第１電極層及び第２電極層の他のパターンの例を示す模式的な平面図である。 第１電極層及び第２電極層の他のパターンの例を示す模式的な平面図である。 分離溝の幅の決定方法を説明するための模式的な断面図である。 配線部の平面形状を説明するための模式的な平面図である。 配線部の断面形状の一例を示す模式的な断面図である。 配線部の断面形状の他の例を示す模式的な断面図である。 第３実施形態に係る検出部を説明するための模式的な断面図である。 第４実施形態に係るせん断力センサーの第１シールド層と第１電極層と第２電極層のパターンの一例を示す模式的な平面図である。 曲面に沿ってせん断力センサーを固定する場合のパターン設計を説明するための模式図である。 第６実施形態に係るせん断力センサーの第１電極層と第２電極層のパターンの一例を示す模式的な平面図である。 第７実施形態に係るせん断力センサーの構成を説明するための模式図である。 第７実施形態に係るせん断力センサーの第１電極層と第２電極層のパターンの一例を示す模式的な平面図である。 第８実施形態に係る円柱に適用されたせん断力センサーを説明するための模式的な斜視図である。

＜第１実施形態＞
（１）せん断力センサーの構成の概要
図１には、せん断力センサー１の検出部２の表面２ａを、人の手指９０が擦っている状態が示されている。このせん断力センサー１は、支持台８０に固定されており、手指９０と表面２ａとの間で発生する摩擦力を検出する。ここでは、せん断力センサー１による簡単なせん断力の検出について説明している。このようなせん断力センサー１は、例えば、ロボットアームなどの機器の可動部分に加わる力を測定する力覚センサーに適用することができる。また、せん断力センサー１は、ユーザインタフェースの操作端末に適用することができる。ユーザインタフェースの操作端末には、例えば、マウス、タッチパッド、ジョイステックがある。図２には、せん断力センサー１の第１電極層２０と第２電極層３０の平面構造と、第１電極層２０と第２電極層３０に接続されている検出回路３が示されている。図３には、図２のＩ－Ｉ線でせん断力センサー１の検出部２を切断したときの検出部２の断面構造が示されている。
図３に示されているように、検出部２は、第１電極層２０及び第２電極層３０と絶縁弾性体層１０とを含んでいる。第１電極層２０と第２電極層３０とは、互いに対向している。絶縁弾性体層１０は、第１電極層２０と第２電極層３０との間に在って、第１電極層２０と第２電極層３０を電気的に絶縁している。絶縁弾性体層１０は、第１電極層２０の第１面内方向ＩＤ１に弾性変形可能に設けられている。第１面内方向ＩＤ１は、図３に矢印で示されている第１電極層２０の面に平行な方向である。例えば、図３に示されている第１電極層２０と絶縁弾性体層１０と第２電極層３０の断面に対して垂直な方向も、第１面内方向ＩＤ１に含まれる。この絶縁弾性体層１０は、電気的な絶縁性と、弾性とを備える絶縁弾性体からなる層である。

（２）第１電極層２０
第１電極層２０は、全面が第１絶縁層４１で覆われ、第２電極層３０は、全面が第２絶縁層４２で覆われている。第１絶縁層４１及び第２絶縁層４２は、例えば樹脂製のフィルム基材である。ここでは、第２絶縁層４２が支持台８０に固定されており、第１絶縁層４１に力が加わる場合について説明する。従って、この場合、図１の検出部２の表面２ａは、第１絶縁層４１の表面になる。
図２に示されているように、検出部２と検出回路３は、配線部４によって接続されている。
検出部２の第１電極層２０には、第１分離溝２０２で互いに絶縁されている第１駆動電極２０１と第２駆動電極２０３が形成されている。同様に、第１分離溝２０６で互いに絶縁されている第１駆動電極２０５と第２駆動電極２０７、第１分離溝２１０で互いに絶縁されている第１駆動電極２０９と第２駆動電極２１１、及び第１分離溝２１４で互いに絶縁されている第１駆動電極２１３と第２駆動電極２１５が形成されている。このように、第１電極層２０には、４本の第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４と、４つの第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３と、４つの第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５が形成されている。第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４は、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３と第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５を構成している導電膜を除去することにより形成される。

第１電極層２０には、３本の第２分離溝２０４，２０８，２１２が形成されている。第２分離溝２０４，２０８，２１２は、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３と第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５を構成している導電膜を除去することにより形成される。
第２分離溝２０４，２０８，２１２のそれぞれの両側には、第３駆動電極と第４駆動電極が形成されている。ここでは、第２駆動電極２０３，２０７，２１１が第３駆動電極を兼ねており、第１駆動電極２０５，２０９，２１３が第４駆動電極を兼ねている。第２分離溝２０４で互いに絶縁されている第３駆動電極（第２駆動電極２０３）と第４駆動電極（第１駆動電極２０５）が形成されている。同様に、第２分離溝２０８で互いに絶縁されている第３駆動電極（第２駆動電極２０７）と第４駆動電極（第１駆動電極２０９）、及び第２分離溝２１２で互いに絶縁されている第３駆動電極（第２駆動電極２１１）と第４駆動電極（第１駆動電極２１３）が形成されている。このように、第１電極層２０には、３本の第２分離溝２０４，２０８，２１２と、３つの第３駆動電極を兼ねている３つの第２駆動電極２０３，２０７，２１１と、３つの第４駆動電極を兼ねている３つの第１駆動電極２０５，２０９，２１３が形成されている。

ここでは、検出部２の面積を小さくするために第２駆動電極２０３，２０７，２１１が第３駆動電極を兼ねる場合について説明したが、第２駆動電極と第３駆動電極は別々に形成してもよい。また、検出部２の面積を小さくするために第１駆動電極２０５，２０９，２１３が第４駆動電極を兼ねる場合について説明したが、第１駆動電極と第４駆動電極は別々に形成してもよい。また、第２駆動電極が第３駆動電極を兼ねる場合及び第１駆動電極が第４駆動電極を兼ねる場合の少なくとも一方の場合には、検出部２の面積を小さくすることに加え、駆動処理すべき電極数を削減することができる。駆動処理すべき電極数を削減することで、引き回すべき配線を削減して、検出エリアの周囲及び配線部４の幅を狭くすることができ且つ端子数を削減できるためせん断力センサー１の設計及び検出回路３の制御が容易になる。

第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４は、それぞれ、第１面内方向ＩＤ１の中でＸ方向（第１方向）に延びる第１部分２５２，２５６，２６０，２６４を有している。第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４の延びる方向を複数回変更することにより第１部分２５２，２５６，２６０，２６４がそれぞれ複数箇所に設けられている。ここでは、第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４は、それぞれ延びる方向を複数回変更して蛇行している。そして、複数の第１部分２５２，２５６，２６０，２６４に配置された第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７がそれぞれ第１法線方向ＮＤ１に見て、複数の第１部分２５２，２５６，２６０，２６４と重なる形状を有している。言い換えると、複数の第１部分２５２，２５６，２６０，２６４と重なっている第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７の部分が数珠つなぎに接続されている。
第２分離溝２０４，２０８，２１２は、それぞれ、第１面内方向ＩＤ１の中でＹ方向（
第２方向）に延びる第２部分２５４，２５８，２６２を有している。第１方向であるＸ方向と第２方向であるＹ方向は、互いに交差する方向であり、この場合には、第１方向と第２方向が互いに直交する方向である。
従って、第１部分２５２，２５６，２６０，２６４は、Ｘ方向（第１方向）に直交するＹ方向（第１せん断方向）のせん断力を検出するために設けられている部分であり、第２部分２５４，２５８，２６２は、Ｙ方向（第２方向）に直交するＸ方向（第２せん断方向）のせん断力を検出するために設けられている部分である。
図６には、第１部分２５２と第１せん断方向（矢印Ａｒ１で示されている方向）との関係が示されている。第１部分２５２は、第１分離溝２０２のうちのＸ方向（第１方向）に延びている部分である。第１駆動電極２０１と第１部分２５２と第２駆動電極２０３がＹ方向に並んでいるので、第１部分２５２と重なっている第１検出電極３０１により、Ｙ方向（矢印Ａｒ１の方向）のせん断力を検出することができる。
また、図６には、第２部分２５４と第２せん断方向（矢印Ａｒ２で示されている方向）との関係が示されている。第２部分２５４は、第２分離溝２０４のうちのＹ方向（第２方向）に延びている部分である。第３駆動電極を兼ねる第２駆動電極２０３と第２部分２５４と第４駆動電極を兼ねる第１駆動電極２０５がＸ方向に並んでいるので、第２部分２５４と重なっている第２検出電極３０２により、Ｘ方向（矢印Ａｒ２の方向）のせん断力を検出することができる。
図６に示されているのは、１つの第１部分２５２を用いたＹ単位セルＵＹの例であり、１つの第２部分２５４を用いたＸ単位セルＵＸの例である。

（３）第２電極層３０
第２電極層３０には、第１法線方向ＮＤ１（図３参照）に見て、第１駆動電極２０１、第１分離溝２０２の第１部分２５２及び第２駆動電極２０３と重なる第１検出電極３０１が形成されている。同様に、第２電極層３０には、第１法線方向ＮＤ１に見て、第１駆動電極２０５、第１分離溝２０６の第１部分２５６及び第２駆動電極２０７と重なる第１検出電極３０３が形成され、第１駆動電極２０９、第１分離溝２１０の第１部分２６０及び第２駆動電極２１１と重なる第１検出電極３０５が形成され、並びに第１駆動電極２１３、第１分離溝２１４の第１部分２６４及び第２駆動電極２１５と重なる第１検出電極３０７が形成されている。

第２電極層３０には、第１法線方向ＮＤ１に見て、第３駆動電極（第２駆動電極２０３）、第２分離溝２０４の第２部分２５４及び第４駆動電極（第１駆動電極２０５）と重なる第２検出電極３０２が形成されている。同様に、第２電極層３０には、第１法線方向ＮＤ１に見て、第３駆動電極（第２駆動電極２０７）、第２分離溝２０８の第２部分２５８及び第４駆動電極（第１駆動電極２０９）と重なる第２検出電極３０４が形成され、第３駆動電極（第２駆動電極２１１）、第２分離溝２１２の第２部分２６２及び第４駆動電極（第１駆動電極２１３）と重なる第２検出電極３０６が形成されている。

図２に示されているせん断力センサー１には、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３と第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４と第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５と第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７の組みが４組み設けられている。ここでは、せん断力センサー１に第１駆動電極と第１分離溝と第２駆動電極と第１検出電極の組みが４組み設けられる場合について説明したが、せん断力を測定するためには、１組み以上設けられればよく、４組みより多くてもよく、また４組みよりも少なくてもよい。
図２に示されているせん断力センサー１には、第３駆動電極を兼ねる第２駆動電極２０３，２０７，２１１と第２分離溝２０４，２０８，２１２と第４駆動電極を兼ねる第１駆動電極２０５，２０９，２１３と第２検出電極３０２，３０４，３０６の組みが３組み設けられている。ここでは、せん断力センサー１に第３駆動電極と第２分離溝と第４駆動電極と第２検出電極の組みが３組み設けられる場合について説明したが、せん断力を測定するためには、１組み以上設けられればよく、３組みより多くてもよく、また３組みよりも少なくてもよい。

（４）検出回路３
図２に示されているように、検出回路３は、ドライブ回路３ａとセンス回路３ｂとを含んでいる。配線部４は、第１配線４ａ、第２配線４ｂ、第３配線４ｃ及び第４配線４ｄを含んでいる。
ドライブ回路３ａは、第１配線４ａにより、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３に接続されている。また、ドライブ回路３ａは、第２配線４ｂにより、第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５に接続されている。センス回路３ｂは、第３配線４ｃにより、第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７に接続されている。また、センス回路３ｂは、第４配線４ｄにより、第２検出電極３０２，３０４，３０６に接続されている。
ドライブ回路３ａとセンス回路３ｂによるせん断力の測定を説明するに際し、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３の全体を第１駆動電極Ｔｘ１と呼び、第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５の全体をＴｘ２と呼ぶ。また、第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７の全体を第１検出電極Ｒｙと呼び、第２検出電極３０２，３０４，３０６の全体を第２検出電極Ｒｘと呼ぶ。
ドライブ回路３ａは、せん断力を測定するときに、第１駆動電極Ｔｘ１と、第２駆動電極Ｔｘ２に異なるタイミングで、交流電圧を印加する。センス回路３ｂは、第１駆動電極Ｔｘ１に電圧が印加されているタイミング、及び第２駆動電極Ｔｘ２に電圧が印加されているタイミングで、それぞれ第１検出電極Ｒｙと第２検出電極Ｒｘにより検出される電荷に基づき、検出回路３が静電容量を測定する。
検出回路３によるせん断力の測定について、図４のフローチャートに沿って説明する。
検出回路３は、図５（ａ）に示されているように、せん断力が加わっていない状態で、キャリブレーションのための静電容量Ｃｘ１ｃ，Ｃｙ１ｃ，Ｃｘ２ｃ，Ｃｙ２ｃの測定を行う。

まず、検出回路３のドライブ回路３ａは、第１駆動電極Ｔｘ１を駆動する（ステップＳＴ１）。第１駆動電極Ｔｘ１の駆動によって第１検出電極Ｒｙと第１駆動電極Ｔｘ１の間に生じる電荷を、検出回路３のセンス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ２）。同時に、第１駆動電極Ｔｘ１の駆動によって第２検出電極Ｒｘと第１駆動電極Ｔｘ１の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ２）。
検出回路３は、測定した電荷に基づき、キャリブレーションに用いる静電容量Ｃｘ１ｃ，Ｃｙ１ｃを算出する（ステップＳＴ３）。
さらに、ドライブ回路３ａは、第２駆動電極Ｔｘ２を駆動する（ステップＳＴ４）。第２駆動電極Ｔｘ２の駆動によって第１検出電極Ｒｙと第２駆動電極Ｔｘ２の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ５）。同時に、第２駆動電極Ｔｘ２の駆動によって第２検出電極Ｒｘと第２駆動電極Ｔｘ２の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ５）。
検出回路３は、測定した電荷に基づき、キャリブレーションに用いる静電容量Ｃｘ２ｃ，Ｃｙ２ｃを算出する（ステップＳＴ６）。
検出回路３は、図５（ｂ）に示されているように、例えば手指９０によってせん断力が加わった状態で、静電容量Ｃｘ１，Ｃｙ１，Ｃｘ２，Ｃｙ２の測定を行う。
検出回路３のドライブ回路３ａは、第１駆動電極Ｔｘ１を駆動する（ステップＳＴ７）。第１駆動電極Ｔｘ１の駆動によって、変位した第１検出電極Ｒｙと第１駆動電極Ｔｘ１の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ８）。同時に、第１駆動電極Ｔｘ１の駆動によって、変位した第２検出電極Ｒｘと第１駆動電極Ｔｘ１の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ８）。
検出回路３は、測定した電荷に基づき、変化した静電容量Ｃｘ１，Ｃｙ１を算出する（ステップＳＴ９）。
さらに、ドライブ回路３ａは、第２駆動電極Ｔｘ２を駆動する（ステップＳＴ１０）。第２駆動電極Ｔｘ２の駆動によって、変位した第１検出電極Ｒｙと第２駆動電極Ｔｘ２の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ１１）。同時に、第２駆動電極Ｔｘ２の駆動によって、変位した第２検出電極Ｒｘと第２駆動電極Ｔｘ２の間に生じる電荷を、センス回路３ｂが測定する（ステップＳＴ１１）。
検出回路３は、測定した電荷に基づき、変化した静電容量Ｃｘ２，Ｃｙ２を算出する（ステップＳＴ１２）。

検出回路３は、測定した静電容量Ｃｘ１ｃ，Ｃｙ１ｃ，Ｃｘ２ｃ，Ｃｙ２ｃ，Ｃｘ１，Ｃｙ１，Ｃｘ２，Ｃｙ２からせん断力Ｆｘ，Ｆｙを算出する（ステップＳＴ１３）。
検出回路３は、次の式（１）によりＸ方向のせん断力Ｆｘを算出する。ただし、Ｋｘは、定数である。
Ｆｘ=Ｋｘ・｛Ｃｘ１／（Ｃｘ１＋Ｃｘ２）－Ｃｘ１ｃ／（Ｃｘ１ｃ＋Ｃｘ２ｃ）｝ ・・・（１）
検出回路３は、次の式（２）によりＹ方向のせん断力Ｆｙを算出する。ただし、Ｋｙは、定数である。
Ｆｙ＝Ｋｙ・｛Ｃｙ１／（Ｃｙ１＋Ｃｙ２）－Ｃｙ１ｃ／（Ｃｙ１ｃ＋Ｃｙ２ｃ）｝ ・・・（２）

（５）詳細構成
（５－１）絶縁弾性体層１０
絶縁弾性体層１０の材料には、例えば、エラストマー、樹脂、ゲル、粘性流体のうちの少なくとも一つを用いることができる。エラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ブタジエンゴムがある。樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂がある。ゲルとしては、例えば、シリコーンゲルがある。絶縁弾性体層１０の材質としては、耐熱性及び耐寒性に優れ、広い温度帯域で弾力を保ち且つ復元性に優れたシリコーンゲル、シリコーンエラストマーが好ましい。絶縁弾性体層１０の厚みは、例えば、２μｍ～５ｍｍの範囲から適宜選択される。
第１面内方向ＩＤ１のせん断力を検出し、押圧力を検出しない第１実施形態の絶縁弾性体層１０の材料は、圧縮変形が小さい材料が好ましい。圧縮による変形を小さくするには、ポアソン比の高い材料、例えばゲルを選択するのが好ましい。ゲルを選択する場合、例えば、圧縮に対し押圧方向に変形しにくいように感圧面を広くしたり、外周に押圧力で変形しない剛直な囲いを設けたりするとよい。なお、圧縮により第１駆動電極Ｔｘ１と第１検出電極Ｒｙの距離及び第２駆動電極Ｔｘ２と第１検出電極Ｒｙの距離が等しく縮まるのであれば、また第１駆動電極Ｔｘ１と第２検出電極Ｒｘの距離及び第２駆動電極Ｔｘ２と第２検出電極Ｒｘの距離が等しく縮まるのであれば、Ｘ方向、Ｙ方向のせん断力の測定値が押圧力による静電容量の値の変化から受ける影響を小さくすることができる。

（５－２）第１電極層２０及び第２電極層３０
第１電極層２０及び第２電極層３０の材料は、導電性を有するものである。第１電極層２０及び第２電極層３０の材料としては、例えば、金属膜、導電性セラミック膜、導電ペースト膜、導電性高分子膜が挙げられる。金属膜としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン、パラジウムの膜がある。導電性セラミック膜としては、例えば、酸化インジムスズ、酸化亜鉛の膜がある。導電ペースト膜としては、金属粒子を樹脂バインダーに分散させたものがある。導電性高分子膜としては、ポリへキシルチオフェン、ポリジオクチルフルオレン、ペンタセン、テトラベンゾポルフィリンの膜がある。第１電極層２０及び第２電極層３０に、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３、第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５、第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７、及び第２検出電極３０２，３０４，３０６を形成するには、例えば、導電膜を層全体に形成した後にエッチングによりパターニングする方法がある。導電膜を層全体に形成するには、例えば、圧延した導電膜の貼合、メッキ、スパッタリング、蒸着またはイオンプレーティングを用いることができる。また、導電ペースト膜の場合には、スクリーン、グラビア、オフセットなどの印刷法等で直接パターン形成する方法を用いることができる。第１電極層２０及び第２電極層３０の厚みは、例えば０．１μｍ～５ｍｍの範囲から適宜選択される。
第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３、第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５、第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７、及び第２検出電極３０２，３０４，３０６の形状は、例えば図７及び図８に示されているように、四角形を組み合わせた形状に限られるものではない。また、これらの形状は、同じパターンの繰り返しでなくてもよい。なお、図7及び図８に示されている検出部２の第１電極層２０の第１駆動電極と第２駆動電極及び第２電極層３０の第１検出電極と第２検出電極は、図２の検出部２の第１電極層２０及び第２電極層３０の一部のパターンに対応している。
また、第１検出電極Ｒｙ及び第２検出電極Ｒｘは、Ｘ方向及びＹ方向に延びるように配置されていなくてもよい。例えば、図９に示されているように、第１検出電極Ｒｙ及び第２検出電極Ｒｘが、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５度傾いて延びるように配置されてもよい。さらには、第１検出電極Ｒｙ及び第２検出電極Ｒｘが規則的に配置されていなくてもよく、例えばランダムに配置されていてもよい。
図１０に示されているように、せん断力の検出のためには、せん断力印加時に第１検出電極Ｒｙと第１駆動電極Ｔｘ１及び第２駆動電極間Ｔｘ２の静電容量の値が検出可能である必要がある。すなわち、力が加わる上部電極（第１検出電極Ｒｙまたは第１駆動電極Ｔｘ１及び第２駆動電極Ｔｘ２）の移動後も、第１検出電極Ｒｙと第１駆動電極Ｔｘ１及び第２駆動電極Ｔｘ２との間の重なり幅Ｗ３が負にならないことが必要である。なお、第２検出電極Ｒｘでも第１検出電極Ｒｙと同様に考えることができる。
第１検出電極Ｒｙの幅をＷ５、分離溝ＳＧの幅をＷ４、第１検出電極Ｒｙと第１駆動電極Ｔｘ１及び第２駆動電極Ｔｘ２の重なり幅をＷ３、最大移動量Δｗとしたとき、Ｗ３－Δｗ＞０の関係を満たす必要がある。前式を変形して示すと、（Ｗ５－Ｗ４）／２－Δｗ＞０の関係を満たす必要があるということである。
さらにΔｗは、絶縁弾性体層１０の厚さｔに依存する。Δｗ＞ｔとなると、絶縁弾性体層１０に大きなせん断応力がかかり、絶縁弾性体層１０が破壊、もしくは、絶縁弾性体層１０と第１絶縁層４１または第２絶縁層４２の間で剥離が生じるリスクが大きくなる。したがって、ｔ≧Δｗであることが好ましい。すなわち、分離溝ＳＧの幅Ｗ４は、（Ｗ５－Ｗ４）／２－ｔ＞０の関係を満たすことが好ましい。

（５－３）第１絶縁層４１及び第２絶縁層４２
第１絶縁層４１及び第２絶縁層４２の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂シート、熱硬化性樹脂シート、または紫外線硬化型樹脂シートがある。熱可塑性樹脂シート及び熱硬化性樹脂シートの材質としては、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、オレフィンがある。また、紫外線硬化型樹脂シートの材質としては、シアノアクリレートがある。

（５－４）配線部４
配線部４は、主に検出部２の第１駆動電極Ｔｘ１に接続されている第１配線４ａ、第２駆動電極Ｔｘ２に接続されている第２配線４ｂ、第１検出電極Ｒｙに接続されている第３配線４ｃ及び第２検出電極Ｒｘに接続されている第４配線４ｄが配置されている柔軟部５、並びに端子部６を含んでいる。せん断力センサー１は、絶縁弾性体層１０が応力によって変形することでせん断力を検出することが可能になる。従って、検出部２に加えられるせん断力は、柔軟部５を伝播して端子部６にまで及ぶ。検出部２にせん断力が加わるとき、端子部６と検出部２が大面積で接続されている場合、端子部６に過剰な応力が掛かり、端子部６が外れたり、断線したりするリスクが高くなる。また、固定された端子部６から延びた柔軟部５に束縛されて、絶縁弾性体層１０の変形、換言すると第１電極層２０または第２電極層３０の変位が制限されることになる。前述の不具合を緩和するため、柔軟部５は、第１電極層２０及び第２電極層３０と絶縁弾性体層１０とを含む検出部２よりも変形容易に構成されている。
図１１（ａ）～図１１（ｆ）には、6種類の異なる柔軟部５ａ～５ｆを有する配線部４の平面形状が示されている。配線部４は、図１１（ａ）～図１１（ｆ）のいずれかの形状に形成されることが好ましい。
図１１（ａ）に示されている柔軟部５ａは、検出部２の幅Ｗ１よりも細い幅Ｗ２で且つ楔形またはＣ字形にすることによって柔軟性を付与している。幅Ｗ２は、幅Ｗ１の5分の1以下であることが好ましく、以下の図１１（ｂ）～図１１（ｅ）の説明においても同じである。幅Ｗ２は、例えば、３ｍｍ以下であることが好ましい。
図１１（ｂ）に示されている柔軟部５ｂは、検出部２の幅Ｗ１よりも細い幅Ｗ２で且つＬ字形にすることによって柔軟性を付与している。
図１１（ｃ）に示されている柔軟部５ｃは、検出部２の幅Ｗ１よりも細い幅Ｗ２で且つＩ字形にすることによって柔軟性を付与している。
図１１（ｄ）に示されている柔軟部５ｄは、検出部２の幅Ｗ１よりも細い幅Ｗ２で且つＺ字形にすることによって柔軟性を付与している。
図１１（ｅ）に示されている柔軟部５ｅは、検出部２の幅Ｗ１よりも細い幅Ｗ２で且つ２本の楔形にすることによって柔軟性を付与している。図１１（ｅ）に示されているように、柔軟部５ｅは、複数本であってもよい。
また、図１１（ｆ）に示されている柔軟部５ｆは、検出部２の幅Ｗ１と同じ幅であるが、複数のスリット７を形成することによって柔軟性を付与している。言い換えると、柔軟部５ｆは、網状に形成されている。
なお、図１１（ａ）～図１１（ｆ）以外の形状、例えば、蛇腹構造、リング形状であってもよい。

また、柔軟部５は、図１２に示されているように、第１法線方向ＮＤ１に曲がった構造とすることが好ましい。図１２には、柔軟部５が断面視でアーチ状である場合が示されているが、柔軟部５を曲げた断面形状はアーチ状には限られない。柔軟部５を第１法線方向ＮＤ１に曲げた断面形状としては、例えば蛇腹状であってもよい。
第１面内方向ＩＤ１に沿って広がる柔軟部５の2つの表面は、同一の平面形状でなくてもよい。例えば、支持台８０などに固定される側の検出部２の表面に繋がっている柔軟部５の表面よりも、固定されない側の検出部２の表面（せん断応力により変位する側の表面）に繋がっている柔軟部５の表面を小さくしてもよい。また、柔軟部５の固定されない側の表面にのみ屈曲構造を適用したり、柔軟部５の２つの表面が互いに束縛されない構造にしたりしてもよい。
柔軟部５が第１法線方向ＮＤ１に折り曲げられて実装されると、第１電極層２０と第２電極層３０の間の絶縁弾性体層１０の厚み分だけ応力が掛かり、第１電極層２０と第２電極層３０において断線のリスクが大きくなる。このような断線のリスクを小さくするために、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されている断面構造を持つ柔軟部５を採用してもよい。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されている断面構造では、柔軟部５のうちの応力が集中する部分である折り曲げ部Ｐａ１は、絶縁弾性体層１０が取り除かれている。折り曲げ部Ｐａ１には、絶縁弾性体層１０が存在しないので、折り曲げ部Ｐａ１２の第１電極層２０と第２電極層３０に係る応力が低減される。絶縁弾性体層１０が取り除かれた折り曲げ部Ｐａ１には、発生する応力が絶縁弾性体よりも小さく且つ第１電極層２０と第２電極層３０の絶縁が可能な絶縁体を充填してもよい。

＜第２実施形態＞
（６）第２実施形態のせん断力センサー１の構成
第１実施形態のせん断力センサー１は、Ｘ方向とＹ方向のせん断力、言い換えると第１面内方向ＩＤ１のせん断力を測定するセンサーである。しかし、せん断力センサー１は、第１面内方向ＩＤ１以外に、第１法線方向ＮＤ１の押圧力を測定するように構成してもよい。
第２実施形態のせん断力センサー１の構成のうち検出回路３以外の構成は、第１実施形態のせん断力センサー１と同じに構成できる。第２実施形態のせん断力センサー１は、図４に示されているステップＳＴ１３において、測定した静電容量Ｃｘ１ｃ，Ｃｙ１ｃ，Ｃｘ２ｃ，Ｃｙ２ｃ，Ｃｘ１，Ｃｙ１，Ｃｘ２，Ｃｙ２から押圧力ＰＦｚを算出する。
検出回路３は、次の式（３）によりＺ方向の押圧力ＰＦｚを算出する。ただし、ＰＫｚは、定数である。
ＰＦｚ＝ＰＫｚ・｛（Ｃｘ1＋Ｃｘ２＋Ｃｙ１＋Ｃｙ２）／（Ｃｘ１ｃ＋Ｃｘ２ｃ＋Ｃｙ１ｃ＋Ｃｙ２ｃ）－１｝ ・・・（３）
第２実施形態のせん断力センサー１では、押圧力ＰＦｚを検出するために、絶縁弾性体層１０が、第１実施形態のせん断力センサー１の絶縁弾性体層１０と比べて、圧縮変形が大きい材料を用いることが好ましい。第２実施形態のせん断力センサー１の絶縁弾性体層１０に用いられる圧縮変形が大きい材料としては、例えば、発泡体、ゲルがある。発泡体としては、例えば、樹脂中にガスを細かく分散させ、発泡状または多孔質形状に成形されたものがある。発泡体の材質としては、例えば、シリコーン、ウレタン、ポリエチレン、ポリスチレンがある。第２実施形態の絶縁弾性体層１０の厚みは、例えば、２μｍ～５ｍｍの範囲から適宜選択される。
絶縁弾性体層１０には、絶縁性を維持できる範囲の割合で導電粒子を添加してもよい。導電粒子の材質としては、例えば、カーボンブラック、金、銀、ニッケルがある。押圧された際、含有されていた導電粒子間の距離が接近して第１電極層２０と第２電極層３０との間の静電容量値が急上昇するため、それにより感度が向上する効果がある。導電粒子の平均粒径は絶縁弾性体層１０の厚みの１０分の１以下が好ましい。

＜第３実施形態＞
（７）第３実施形態のせん断力センサー１の構成
第３実施形態の検出部２には、図１４に示されているように、第１シールド層４３及び第２シールド層４４が設けられている。第１シールド層４３及び第２シールド層４４は、例えばグランドＧＮＤに接続されている。これら第１シールド層４３及び第２シールド層４４により、第３実施形態のせん断力センサー１は、ノイズの低減が図られている。また、第３実施形態の検出部２には、第１シールド層４３を保護するための第３絶縁層４５と、及び第２シールド層４４を保護するための第４絶縁層４６が設けられている。第３実施形態の検出部２の第１シールド層４３、第３絶縁層４５、第２シールド層４４及び第４絶縁層４６以外の検出部２の構成は、第１実施形態または第２実施形態の検出部２と同様に構成できる。以下では、主に、第３絶縁層４５、第１シールド層４３、第２シールド層４４及び第４絶縁層４６について説明する。
第３実施形態の検出部２では、第１法線方向ＮＤ１において、第３絶縁層４５、第１シールド層４３、第１絶縁層４１、第１電極層２０、絶縁弾性体層１０、第２電極層３０、第２絶縁層４２、第２シールド層４４、第４絶縁層４６の順に配置されている。
第１シールド層４３及び第２シールド層４４は、第１法線方向ＮＤ１に見て第１電極層２０及び第２電極層３０の全面とそれぞれ重なるシート状導電体である。第１シールド層４３及び第２シールド層４４は、それぞれ、第１電極層２０及び第２電極層３０を覆うベタ電極である。第１絶縁層４１及び第２絶縁層４２は、それぞれ、第１電極層２０と第１シールド層４３との間を絶縁し、第２電極層３０と第２シールド層４４との間を絶縁している。

第１シールド層４３及び第２シールド層４４の形成方法としては、例えば後述する３つの方法がある。最初の方法では、基材の上に第１シールド層４３を形成し、絶縁インクを印刷して或いは絶縁フィルムを貼合して第１絶縁層４１を形成し、その上に第１電極層２０を形成する。同様に、第２シールド層４４を形成し、絶縁インクを印刷して或いは絶縁フィルムを貼合して第２絶縁層４２を形成し、その上に第２電極層３０を形成する。
２番目の方法では、絶縁基材（第１絶縁層４１）の両面に第１電極層２０と第１シールド層４３を形成して貼合する。同様に、絶縁基材（第２絶縁層４２）の両面に第２電極層３０と第２シールド層４４を形成して貼合する。
３番目の方法では、第３絶縁層４５に第１シールド層４３を印刷し、第１絶縁層４１に第１電極層２０を印刷し、第４絶縁層４６に第２シールド層４４を印刷し、第２絶縁層４２に第２電極層３０を印刷して貼合する。最初の方法では、第１シールド層４３への接続のための配線を例えばスルーホールを介して第１電極層２０に設けることができる。また、第２シールド層４４への接続のための配線を例えばスルーホールを介して第２電極層３０に設けることができる。さらに第１電極層２０と第２電極層３０への配線を、例えば導電性接着剤、ＡＣＰ（異方性導電ペースト）、ＡＣＦ（異方性導電膜）で接続することによって引き出しのための配線を1層に集約することができる。この場合、筐体中での設計の自由度の高いＺＩＦコネクタ形式で引き出すことが可能になる。配線の引き出し方法としては、スルーホールなどによって４層の層間の短絡点を作らずに、各層毎に金属ピンでかしめて直接引き出す方法もある。

＜第４実施形態＞
（８）第４実施形態のせん断力センサー１の構成
第４実施形態のせん断力センサー１は、図１５に示されている平面形状を有する。第４実施形態のせん断力センサー１は、タッチセンサーと組み合わさったものである。第４実施形態のせん断力センサー１の断面構造は、図１４に示されている第３実施形態のせん断力センサー１と同じである。
第４実施形態のせん断力センサー１は、第１シールド層４３を用いて静電容量式のタッチセンサーを構成している。センス回路３ｂは、タッチセンサーとして機能するときには、例えば人の手指９０によって第１シールド層４３に生じた電荷の変化を検出する。そのため、センス回路３ｂは、第１シールド層４３と第５配線４ｅによって接続されている。センス回路３ｂは、せん断力を測定するときには、第１シールド層４３をグランドＧＮＤに接続する。第１シールド層４３は、グランドＧＮＤに接続されることで、せん断力を測定するときにはシールドとしてノイズ除去の機能を発揮する。
タッチセンサーの機能を付与された第４実施形態のせん断力センサー１は、せん断を伴わない接触の検出を可能にする。例えば、押圧力ＰＦｚの有無の検出をタッチセンサーの機能で代替すると、Ｚ方向（第１法線方向ＮＤ１）の感度を考慮しないで良いため、絶縁弾性体層１０を構成するための絶縁弾性体の材質の選択肢を広げることができる。そして、絶縁弾性体の材質の選択によっては、せん断力センサー１の薄型化が可能になる。

＜第５実施形態＞
（９）第５実施形態のせん断力センサー１の構成
第５実施形態のせん断力センサー１は、曲面に沿ったせん断力を測定するセンサーである。例えば、図１６に示されている円柱８００の曲面（側面８０１）に貼り付けられている検出部２は、第２電極層３０と絶縁弾性体層１０と第１電極層２０とを有している。円柱８００の曲面（側面８０１）の第２電極層３０の長さがＬ１であるとする。円柱８００の中心軸Ｏに垂直な断面を見ると、第２電極層３０の表面は、円柱８００の中心軸Ｏを中心とする半径ｒ１の円弧を描く。せん断力センサー１の検出部２において、第２電極層３０と第１電極層２０の厚さに比べて、絶縁弾性体層１０の厚さｔが、十分に大きいとする。この場合、第２電極層３０の長さＬ１に対応する第１電極層２０の長さＬ２は、絶縁弾性体層１０の厚さｔのために、第２電極層３０の長さＬ１よりも長くしないと、両電極層の対応する電極の位置がずれることになる。そこで、半径ｒ１の曲面に沿った長さＬ１の第２電極層３０のパターンに対応させるため、第１電極層２０の長さＬ２のパターンを、（１＋ｔ／ｒ１）だけ拡大する。或いは、第１電極層２０の長さＬ２のパターンを基準として、第２電極層３０の長さＬ１のパターンを、（１－ｔ（ｒ１＋ｔ））だけ縮小してもよい。
なお、円柱８００の場合には、円柱８００の中心軸Ｏの延びる方向では、第２電極層３０のパターンに対する第１電極層２０のパターンの拡大は生じないので、中心軸Ｏが延びる方向では、第１電極層２０と第２電極層３０の拡大・縮小は行わない。

＜第６実施形態＞
（１０）第６実施形態のせん断力センサー１の構成
第６実施形態のせん断力センサー１は、Ｘ方向の面内分布を測定することができるように構成されている。例えば、図１７に記載されているせん断力センサー１は、Ｘ方向の面内分布を２カ所測定することができるように構成されている。センス回路３ｂは、２つの第２検出電極３０２，３０８を用いて、それぞれ別に、静電容量を測定する。
第６実施形態のせん断力センサー１は、第１実施形態のせん断力センサー１と同様に、Ｙ方向のせん断力の測定を、第１検出電極３０１と第１駆動電極２０１と第２駆動電極２０３と第１分離溝２０２により測定する。
第６実施形態のせん断力センサー１は、第３駆動電極を兼ねる第２駆動電極２０３と第４駆動電極２１７を絶縁して分離している第２分離溝２１６も蛇行している。同様に、第３駆動電極２１９と第４駆動電極を兼ねる第１駆動電極２０１を絶縁して分離している第２分離溝２１８も蛇行している。このように、第１分離溝２０２だけでなく、第２分離溝２１６，２１８を蛇行するように形成してもよい。このような第２分離溝２１６，２１８には、延びる方向を複数回変更することにより第２部分２６６，２６８がそれぞれ複数箇所に設けられている。第２検出電極３０２，３０８は、第１法線方向ＮＤ１に見て、複数の第２部分２６６，２６８と重なる形状を有している。言い換えると、複数の第２部分２６６，２６８と重なっている第２検出電極３０２，３０８の部分が数珠つなぎに接続されている。

＜第７実施形態＞
（１１）第７実施形態のせん断力センサー１の構成
第７実施形態のせん断力センサー１は、Ｘ方向と、Ｙ方向と、Ｚ方向のせん断力を測定することができる。Ｚ方向のせん断力も測定することができるように構成するため、第７実施形態のせん断力センサー１は、図６を用いて説明したＸ単位セルＵＸ及びＹ単位セルＵＹ以外に、Ｚ単位セルＵＺを備えている（図１８参照）。また図１９に示されている二点鎖線の箇所で、第１電極層２０、第２電極層３０及び絶縁弾性体層１０が折れ曲がっている。
絶縁弾性体層１０を折り曲げることにより、絶縁弾性体層１０は、第１面内方向ＩＤ１だけでなく、第１面内方向ＩＤ１とは異なる第２面内方向ＩＤ２にも弾性変形可能になる。
第７実施形態のせん断力センサー１には、Ｙ方向のせん断力Ｆｙを検出するために、第１分離溝２０２で互いに絶縁されている第１駆動電極２０１と第２駆動電極２０３と第１検出電極３０１が形成されている。また、Ｘ方向のせん断力Ｆｘを検出するために、第２分離溝２１６で互いに絶縁されている第３駆動電極を兼ねる第２駆動電極２０３と第４駆動電極２１７と第２検出電極３０２が形成されている。
さらに、Ｚ方向のせん断力Ｆｚを検出するために、第１電極層２０には、第２面内方向ＩＤ２（図１９においてはＸＺ平面に平行な方向）に延びる第３分離溝４０２で互いに絶縁され且つ前記第２面内方向ＩＤ２に広がる第５駆動電極４０１及び第６駆動電極４０３が形成されている。第３分離溝４０２は、第２面内方向ＩＤ２の中で第３方向（Ｘ方向）に延びる第３部分４５２を有している。第２電極層３０には、第２面内方向ＩＤ２と直交する第２法線方向ＮＤ２（図１９においてはＹ方向）に見て、第５駆動電極４０１、第３分離溝４０２の第３部分４５２及び第６駆動電極４０３と重なる第３検出電極５０１が形成されている。なお、図１９において、第１法線方向ＮＤ１は、Ｚ方向である。
検出回路３は、第２面内方向ＩＤ２において第３方向と直交する第３せん断方向（図１９ではＺ方向）に掛かる第３せん断力Ｆｚを、第５駆動電極４０１と第３検出電極５０１の間に生じる第５容量の変化（Ｃｚ１ｃからＣｚ１への変化）と第６駆動電極４０３と第３検出電極５０１の間に生じる第６容量の変化（Ｃｚ２ｃからＣｚ２への変化）に基づいて検出する。静電容量Ｃｚ１ｃ，Ｃｚ２ｃは、キャリブレーションによって得られる静電容量であり、静電容量Ｃｚ１，Ｃｚ２は、せん断力Ｆｚが掛かっているときに得られる静電容量である。なお、図１９においては、検出回路３によるＸ方向及びＹ方向の検出のための配線の記載を省略している。

検出回路３は、測定した静電容量Ｃｚ１ｃ，Ｃｚ２ｃ，Ｃｚ１，Ｃｚ２からせん断力Ｆｚを算出する。
検出回路３は、次の式（４）によりＺ方向のせん断力Ｆｚを算出する。ただし、Ｋｚは、定数である。
Ｆｚ=Ｋｚ・｛Ｃｚ１／（Ｃｚ１＋Ｃｚ２）－Ｃｚ１ｃ／（Ｃｚ１ｃ＋Ｃｚ２ｃ）｝ ・・・（４）
上述のように、３次元の構造体に対して、第１検出電極３０１、第２検出電極３０２及び第３検出電極５０１の３つの検出電極と、第１駆動電極２０１及び第２駆動電極２０３があれば、静電容量を検出して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸の方向のせん断力を検出することができる。その場合には、上述の第４駆動電極２１７と第５駆動電極４０１を第１駆動電極２０１が兼ね、第６駆動電極４０３を第２駆動電極２０３が兼ねる。
以上の第７実施形態の説明では、せん断力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを測定する場合について説明している。しかし、第７実施形態に示されている第１電極層２０と第２電極層３０のパターンを用いて、第１面内方向ＩＤ１に直交する第１法線方向ＮＤ１の押圧力ＰＦｚ及び、第２面内方向ＩＤ２に直交する第２法線方向ＮＤ２の押圧力ＰＦｙを測定することもできる。押圧力ＰＦｚについては第２実施形態で説明した式（３）により算出することができる。
また、検出回路３は、次の式（５）によりＹ方向の押圧力ＰＦｙを算出する。ただし、ＰＫｙは、定数である。
ＰＦｙ＝ＰＫｙ・｛（Ｃｚ1＋Ｃｚ２）／（Ｃｚ１ｃ＋Ｃｚ２ｃ）－１｝ ・・・（５）
さらには、第２面内方向ＩＤ２において、Ｘ方向も検出できるように構成することもできる。例えば、第１面内方向ＩＤ１に配置された一つのＸ単位セルＵＸとＹ単位セルＵＹでＸ方向とＹ方向のせん断力Ｆｘ１，Ｆｙと第１法線方向ＮＤ１の押圧力ＰＦｚを検出し、第２面内方向ＩＤ２に配置されたＺ単位セルＵＺと他のＸ単位セルＵＸでＺ方向とＸ方向のせん断力Ｆｘ２，Ｆｚを検出するように構成できる。また、これら４つの単位セルで、Ｚ方向の押圧力ＰＦｚとＹ方向の押圧力ＰＦｙを検出するように構成できる。

＜第８実施形態＞
（１２）第８実施形態のせん断力センサー１の構成
第７実施形態と同様に、面状の検出部２を持つせん断力センサー１を折り曲げて、図２０に示されている円柱８００に張り付けて固定する場合には、側面８０１及び底面８０２に単位セルが配置されるように設計することで、円柱８００の中心軸方向、回転方向、底面のＸ方向及びＹ方向の４つの方向（または各面の押圧力を含めると６つの方向）が測定できる。例えば、底面８０２にＸ単位セルＵＸとＹ単位セルＵＹを配置し、側面８０１にＺ単位セルＵＺとθ単位セルＵθを配置する。

（１３）特徴
（１３－１）
上述のせん断力センサー１は、絶縁弾性体層１０を挟む第１電極層２０と第２電極層３０の２つの電極層で第１せん断方向と第２せん断方向を検出する検出部２を構成できている。言い換えると、従来は複数組み必要であった絶縁弾性体層と駆動電極のための電極層と検出電極のための電極層を一組に集約することができている。その結果、せん断力センサーの検出部を薄くすることができる。また、第１電極層２０と第２電極層３０の２つの電極層の比較的広い領域で第１せん断方向と第２せん断方向の２つのせん断力を検出することができ、比較的伸縮性の小さい材料も絶縁弾性体層の材料として用いることができるので、絶縁弾性体の材料に比較的耐久性が高い材料を選択することが可能になり、丈夫なせん断力センサーを提供することができる。
また、第１検出電極Ｒｙと第２検出電極Ｒｘのいずれも同一層である絶縁弾性体層１０の弾性変形によってせん断力を検出できるので、異なる層の絶縁弾性体の弾性変形をそれぞれが用いる場合に比べてせん断力の測定誤差を小さくすることができる。
（１３－２）
図２に示されているせん断力センサー１では、第２駆動電極が、第３駆動電極を兼ねている。このように構成されたせん断力センサー１は、３つの第２駆動電極２０３，２０７，２１１が３つの第３駆動電極を兼ねることで駆動電極の数を減らしている。その結果、せん断力センサー１の検出部２の面積を減らしてせん断力センサー１を小型化することができる。また、第１駆動電極が、第４駆動電極を兼ねている。このように構成されたせん断力センサー１は、３つの第１駆動電極２０５，２０９，２１３が３つの第４駆動電極を兼ねることで駆動電極の数を減らしている。第２電極が第３駆動電極を兼ね、第１駆動電極が第４駆動電極を兼ねることで、駆動電極の制御を簡略化することができる。

（１３－３）
図２に示されているせん断力センサー１では、第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４を蛇行させて、第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４の延びる方向を複数回変更することにより第１部分２５２，２５６，２６０，２６４がそれぞれ複数箇所に設けられている。そして、第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７は、それぞれ複数の第１部分２５２，２５６，２６０，２６４と重なる形状を有している。言い換えると、複数の複数の第１部分２５２，２５６，２６０，２６４と重なっている第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７の部分が数珠つなぎに接続されている。その結果、第１分離溝が直線である場合に比べて第１部分２５２，２５６，２６０，２６４の合計長さを増やし易くなり、せん断力センサー１の感度を容易に向上させることができる。例えば、図２においては、検出部２の一片の長さよりも、第１部分２５２，２５６，２６０，２６４の合計長さの方が長くなっている。
（１３－４）
図２に示されているせん断力センサー１では、第１駆動電極２０１，２０５，２０９，２１３と第１分離溝２０２，２０６，２１０，２１４と第２駆動電極２０３，２０７，２１１，２１５と第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７の組みが４組み設けられている。このように第１駆動電極と第１分離溝と第２駆動電極と第１検出電極の組みが複数組み設けられている場合には、第１駆動電極と第１分離溝と第２駆動電極と第１検出電極が一組だけ形成される場合に比べて、第１検出電極３０１，３０３，３０５，３０７の合計の面積を増やし易くなり、せん断力センサー１の感度を容易に向上させることができる。

（１３－５）
第２実施形態のせん断力センサー１は、絶縁弾性体層１０が、第１法線方向ＮＤ１に弾性変形可能である。式（３）に示されているように、検出回路３が、第１容量、第２容量、第３容量及び第４容量の変化に基づき、第１法線方向ＮＤ１の押圧力ＰＦｚを検出するように構成され、せん断力Ｆｘ，Ｆｙだけでなく、押圧力ＰＦｚも検出することができる。
（１３－６）
第３実施形態のせん断力センサー１は、図１４に示されている第１シールド層４３及び第２シールド層４４により、電界が第１電極層２０または第２電極層３０に与える影響を減少させて、ノイズによる影響を小さくしている。

（１３－７）
第４実施形態のせん断力センサー１は、第１法線方向ＮＤ１において、第１電極層２０と重なるタッチセンサーとして機能する第１シールド層４３を備えている。検出回路３は、第１シールド層４３（タッチセンサー）による接触を検出できるように構成されているので、せん断力を検出できない場合でもせん断力センサー１に対する接触の認識を行うことができる。
（１３－８）
上述のせん断力センサー１は、図１１、図１２及び図１３に示されているように、検出回路３と検出部２の第１電極層２０及び第２電極層３０とを接続する配線部４を備えている。配線部４は、第１電極層２０及び第２電極層３０と絶縁弾性体層１０とを含む検出部２よりも変形容易である柔軟部５を有している。柔軟部５を有しているせん断力センサー１は、柔軟部５の変形によってせん断力の検出に生じる誤差を小さくすることができる。
（１３－９）
第７実施形態及び第８実施形態のせん断力センサー１は、第１せん断力Ｆｘ及び第２せん断力Ｆｙの生じている第１面内方向ＩＤ１とは異なる第２面内方向ＩＤ２の第３せん断力Ｆｚを検出することができる。
（１４）変形例
（１４－１）変形例Ａ
上述のせん断力センサー１において、タッチセンサー機能を付与しない場合、第１電極層２０と第２電極層３０どちらを操作面に配置してもよい。言い換えると、上述のせん断力センサー１において、タッチセンサー機能を付与しない場合、第１電極層２０と第２電極層３０のどちらをせん断力が印加される層とし、どちらを固定される層にするかは任意に選択することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。

１ せん断力センサー
２ 検出部
３ 検出回路
４ 配線部
５ 柔軟部
１０ 絶縁弾性体層
２０ 第１電極層
３０ 第２電極層
４３ 第１シールド層
４４ 第２シールド層
２０１，２０５，２０９，２１３ 第１駆動電極
２０２，２０６，２１０，２１４ 第１分離溝
２０３，２０７，２１１，２１５ 第２駆動電極
２０４，２０８，２１２，２１６ 第２分離溝
２５２，２５６，２６０，２６４ 第１部分
３０１，３０３，３０５，３０７ 第１検出電極
３０２，３０４，３０６，３０８ 第２検出電極

Claims (10)

1. 互いに対向する第１電極層及び第２電極層と、
   前記第１電極層と前記第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに、前記第１電極層の第１面内方向に弾性変形可能な絶縁弾性体層と、
   前記第１電極層及び前記第２電極層に接続されている検出回路とを備え、
   前記第１電極層には、第１分離溝で互いに絶縁されている第１駆動電極及び第２駆動電極が形成されており、
   前記第１電極層には、第２分離溝で互いに絶縁されている第３駆動電極及び第４駆動電極が形成されており、
   前記第１分離溝が前記第１面内方向の中で第１方向に延びる第１部分を有し、前記第２分離溝が前記第１面内方向の中で第２方向に延びる第２部分を有し、前記第１方向と前記第２方向が互いに交差する方向であり、
   前記第２電極層には、前記第１面内方向と直交する第１法線方向に見て、前記第１駆動電極、前記第１分離溝の前記第１部分及び前記第２駆動電極と重なる第１検出電極が形成されており、
   前記第２電極層には、前記第１法線方向に見て、前記第３駆動電極、前記第２分離溝の前記第２部分及び前記第４駆動電極と重なる第２検出電極が形成されており、
   前記検出回路は、
   前記第１面内方向において前記第１方向と直交する第１せん断方向に掛かる第１せん断力を、前記第１駆動電極と前記第１検出電極の間に生じる第１容量の変化と前記第２駆動電極と前記第１検出電極の間に生じる第２容量の変化に基づいて検出し、
   前記第１面内方向において前記第２方向と直交する第２せん断方向に掛かる第２せん断力を、前記第３駆動電極と前記第２検出電極の間に生じる第３容量の変化と前記第４駆動電極と前記第２検出電極の間に生じる第４容量の変化に基づいて検出し、
   前記第２駆動電極は、前記第３駆動電極を兼ねている、せん断力センサー。
2. 前記第１分離溝の延びる方向を複数回変更することにより前記第１部分が複数箇所に設けられ、
   前記第１検出電極は、前記第１法線方向に見て、複数の前記第１部分と重なる形状を有している、請求項１に記載のせん断力センサー。
3. 前記第１駆動電極と前記第１分離溝と前記第２駆動電極と前記第１検出電極の組みが複数組み設けられている、請求項１または２に記載のせん断力センサー。
4. 前記絶縁弾性体層は、前記第１法線方向に弾性変形可能であり、
   前記検出回路は、前記第１容量、前記第２容量、前記第３容量及び前記第４容量の変化に基づき、前記第１法線方向の押圧力を検出する、請求項１から３のいずれかに記載のせん断力センサー。
5. 第１絶縁層、第１シールド層、第２絶縁層及び第２シールド層をさらに備え、
   前記第１法線方向において、前記第１シールド層、前記第１絶縁層、前記第１電極層、前記絶縁弾性体層、前記第２電極層、前記第２絶縁層、前記第２シールド層の順に配置され、
   前記第１シールド層及び前記第２シールド層は、前記第１法線方向に見て前記第１電極層及び前記第２電極層の全面とそれぞれ重なるシート状導電体からなり、
   前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層は、それぞれ、前記第１電極層と前記第１シールド層との間を絶縁し、前記第２電極層と前記第２シールド層との間を絶縁する、請求項１から４のいずれかに記載のせん断力センサー。
6. 前記第１法線方向において、前記第１電極層と重なるタッチセンサーをさらに備え、
   前記検出回路は、前記タッチセンサーによる接触を検出できるように構成されている、請求項１から５のいずれかに記載のせん断力センサー。
7. 前記検出回路と前記第１電極層及び前記第２電極層とを接続する配線部をさらに備え、
   前記配線部が、前記第１電極層及び前記第２電極層と前記絶縁弾性体層とを含む検出部よりも変形容易である柔軟部を有する、請求項１から６のいずれかに記載のせん断力センサー。
8. 前記第１電極層、前記第２電極層及び前記絶縁弾性体層が曲がっており、
   前記絶縁弾性体層は、前記第１面内方向とは異なる第２面内方向にも弾性変形可能であり、
   前記第１電極層には、前記第２面内方向に延びる第３分離溝で互いに絶縁され且つ前記第２面内方向に広がっている第５駆動電極及び第６駆動電極が形成されており、
   前記第３分離溝が前記第２面内方向の中で第３方向に延びる第３部分を有し、
   前記第２電極層には、前記第２面内方向と直交する第２法線方向に見て、前記第５駆動電極、前記第３分離溝の前記第３部分及び前記第６駆動電極と重なる第３検出電極が形成されており、
   前記検出回路は、前記第２面内方向において前記第３方向と直交する第３せん断方向に掛かる第３せん断力を、前記第５駆動電極と前記第３検出電極の間に生じる第５容量の変化と前記第６駆動電極と前記第３検出電極の間に生じる第６容量の変化に基づいて検出する、請求項１から７のいずれかに記載のせん断力センサー。
9. 互いに対向する第１電極層及び第２電極層と、
   前記第１電極層と前記第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに、前記第１電極層の第１面内方向に弾性変形可能な絶縁弾性体層とを備え、
   前記第１電極層には、第１分離溝で互いに絶縁されている第１駆動電極及び第２駆動電極が形成されており、
   前記第１電極層には、第２分離溝で互いに絶縁されている第３駆動電極及び第４駆動電極が形成されており、
   前記第１分離溝が前記第１面内方向の中で第１方向に延びる第１部分を有し、前記第２分離溝が前記第１面内方向の中で第２方向に延びる第２部分を有し、前記第１方向と前記第２方向が互いに交差する方向であり、
   前記第２電極層には、前記第１面内方向と直交する第１法線方向に見て、前記第１駆動電極、前記第１分離溝の前記第１部分及び前記第２駆動電極と重なる第１検出電極が形成されており、
   前記第２電極層には、前記第１法線方向に見て、前記第３駆動電極、前記第２分離溝の前記第２部分及び前記第４駆動電極と重なる第２検出電極が形成されており、
   前記第２駆動電極は、前記第３駆動電極を兼ねている、せん断力センサー用の検出部。
10. 前記第１分離溝の延びる方向を複数回変更することにより前記第１部分が複数箇所に設けられ、
    前記第１検出電極は、前記第１法線方向に見て、複数の前記第１部分と重なる形状を有している、請求項９に記載のせん断力センサー用の検出部。

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