JPH04320937A - 方向圧力感知センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば筆記装置のペン
先等に加わる多方向の圧力を感知できる方向圧力感知セ
ンサーに関し、主として変位方向判定装置や筆跡測定装
置等に利用され、マウスや文字入力用タブレット等の代
替品として使用できるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加圧力に伴う圧縮変形に起因
して電気抵抗値が低下するという特性を有する感圧導電
性ゴムは、公知のものとなっている。この感圧導電性ゴ
ムは、ゴム若しくはエラストマー等の絶縁体の中に金属
若しくはカーボンブラック等の導電性粒子を混入分散さ
せたものである。そして、この感圧導電性ゴムは、無加
圧時においては個々の導電性粒子が互いに離反しており
従って電気的には絶縁状態にあるが、連続的に圧力を加
えて圧縮変形を生ぜしめた場合においては前記個々の導
電性粒子が互いに接触しあうことにより電気抵抗値が連
続的に低下していくというものである。

【０００３】上記の如き特性を有する感圧導電性ゴムは
、種々の分野においてセンサー類やスイッチ類等として
実用に供され或いは試用の途にある。その一例を述べる
と、平板状若しくは直方体状に成型した感圧導電性ゴム
の厚さ方向における両面に電極をなす導電材を貼着し、
この電極より圧縮変形に伴う電気抵抗変化を取り出すよ
うにしたセンサー（可変抵抗器）が存在する。また、こ
れに改良を加えたものとして、例えば特開昭６１−７８
１０１号公報によれば、肉厚均一（同公報に図示のもの
は断面矩形）に成型した感圧導電性ゴムの片面にー対の
電極を非接触状態で設けると共に、その他面に前記一対
の電極に跨るような電極を設け、厚さ方向に生じる圧縮
変形に伴う電気抵抗変化を前記ー対の電極より取り出す
ように構成したセンサー（可変抵抗器）が開示されてい
る。更に、実開昭５３−３２３６６号公報によれば、平
行に配置された支持体と加圧部材との間に断面矩形の感
圧導電性ゴム（同公報では感圧抵抗体）を介在させると
共に、該感圧導電性ゴムと前記支持体との間に互いに絶
縁された一対の電極板を介設し、加圧部材から感圧導電
性ゴムに加圧力を作用させた場合の圧縮変形に伴う電気
抵抗変化を前記ー対の電極より取り出すように構成した
感圧スイッチが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記挙
示した従来例はいずれも、断面矩形（平板状若しくは直
方体状）の感圧導電性ゴムに対し厚さ方向にのみ加圧力
を作用させて圧縮変形を生ぜしめた場合の電気抵抗変化
を電極より取り出すといった手段を採用しているため、
一方向の加圧力のみを感知できるに過ぎないという問題
を有していた。また、前記従来例の感圧導電性ゴムに対
し前記厚さ方向とは異なる方向から加圧力が作用する場
合には、当該感圧導電性ゴムの電気抵抗値は変化するも
のの、いかなる角度方向から加圧力が作用しているかを
判断できず、加圧力の方向性を感知するセンサーとして
は何ら利用に供し得ないという問題を有していた。更に
、前記従来例はいずれも、感圧導電性ゴムの全体的な圧
縮変形を感知するものであり、部分的に生じる圧縮変形
については正確に感知できないという問題をも有してい
た。更に又、前記従来例を用いて多方向からの加圧力の
大きさ及び加圧方向を判別するには、前記従来構造のセ
ンサー或いはスイッチを多数使用せねばならず、装置の
大型化を余儀無くされるという問題をも有していた。

【０００５】本発明は、上記諸事情に鑑みてなされたも
のであり、感圧導電性エラストマーに作用する多方向か
らの加圧力に対して、どのような角度方向からどの程度
の大きさの加圧力が作用しているかを正確に判別できる
方向圧力感知センサーを提供することにより、従来は利
用不可能であった変位方向判定装置や筆跡測定装置等に
対して現実に利用に供し得るようにし、もって当該感圧
導電性エラストマーの使用用途の大幅な拡大を図ること
を技術的課題とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る方向圧力感
知センサーは、上記技術的課題を達成すべく、以下に示
すような具体的手段を採用したものである。即ち、第１
の手段とするところは、芯棒と、該芯棒の周囲を取り囲
むカバー部材とを有する構成において、前記芯棒とカバ
ー部材との間に、該芯棒の周囲を覆うように感圧導電性
エラストマーを介設し、該感圧導電性エラストマーの周
方向における複数箇所に夫々、一箇所につき少なくとも
一対の電極を配設したものである。また、第２の手段と
するところは、上記と同様に、芯棒とカバー部材との間
に、該芯棒の周囲を覆うように感圧導電性エラストマー
を介設したことに加えて、該感圧導電性エラストマーの
周方向における複数箇所に夫々、一方の電極を配設し、
且つ、前記芯棒を他方の共通電極としたものである。

【０００７】

【作用】上記第１の手段によると、芯棒とカバー部材と
の間に該芯棒を覆うように感圧導電性エラストマーが介
設されているので、カバー部材に対して相対的に、芯棒
がその軸心方向と直交する方向に変位した場合には、該
芯棒の変位方向部分とこれに対向するカバー部材の一部
分との間において感圧導電性エラストマーが部分的に圧
縮される。そして、この感圧導電性エラストマーの周方
向における複数箇所には、それぞれの箇所に少なくとも
一対の電極が配設されているので、前記部分圧縮が生じ
た箇所の近傍に存する一対の電極により部分圧縮に伴う
電気抵抗変化が取り出される。従って、前記感圧導電性
エラストマーの周方向における複数箇所のうち、どの箇
所の一対の電極からどの程度の大きさの電気抵抗変化が
取り出されたかによって芯棒の変位方向を判別できるこ
ととなる。この場合、例えば前記複数箇所のうちの二箇
所に存する各一対の電極から電気抵抗変化が取り出され
た場合には、一方の一対の電極から取り出された電気抵
抗値の大きさと、他方の一対の電極から取り出された電
気抵抗値の大きさとの比率に基づいて、芯棒の変位方向
を正確に判別できることとなる。また、上記第２の手段
によると、感圧導電性エラストマーの周方向における複
数箇所に夫々配設された一方の電極と、他方の共通電極
である芯棒との間より、感圧導電性エラストマーの部分
的圧縮変形に伴う電気抵抗変化が取り出される。従って
、複数箇所のうちのどの箇所に存する一方の電極と、他
方の電極である芯棒との間から、どの程度の大きさの電
気抵抗変化が取り出されたかによって、芯棒の変位方向
を判別できることとなる。尚、上記双方の手段における
芯棒の横断面形状は、円形のみならず、三角形や四角形
或いはその他の多角形であっても差し支えない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。先ず、本発明に係る方向圧力感知センサーの第１
実施例を、図１乃至図６に従って説明する。図１に示す
ように、本発明の第１実施例は、カバー部材である筒体
２の内部中心に芯棒３を嵌挿保持してなる筆記装置等に
おいて、前記筒体２の先端部と芯棒３との間に、該芯棒
３を覆うように感圧導電性エラストマー成型体１を介設
したものである。尚、前記筒体２は、本体部２ａの先端
にキャップ２ｂを螺合せしめたものであり、図示のもの
はキャップ２ｂと芯棒３との間に感圧導電性エラストマ
ー成型体１を介設したものであるが、その介設位置や筒
体２の構造については上記のものに限定されるものでは
ない。例えば、筒体２については、上記のように本体部
２ａの先端にキャップ２ｂを螺合せしめる構成に代えて
、本体部２ａの先端にワンタッチでキャップ２ｂを着脱
可能に嵌合固定せしめるような構成であってもよい。

【０００９】前記感圧導電性エラストマー成型体１は、
図２に示すように、芯棒３の周囲を全周にわたって覆う
横断面が環状の一体成型体であり、ゴムやエラストマー
等の絶縁体の中に金属やカーボンブラック等の導電性粒
子を混入分散させたものである。そして、この感圧導電
性エラストマー成型体１の外周面１ａには、芯棒３をＺ
軸とすればＸ軸方向とＹ軸方向とに対応する位置に電極
を有する基板４…４が合計四個取り付けられている。こ
れらの各基板４は、図３に示すように、樹脂等でなる絶
縁材を円弧状にしたものであるが、その剛性が低く可撓
性を有する場合には平板状のものを円弧状に撓ませて使
用してもよく、またその剛性が高い場合には予め円弧状
に成型しておいて使用するようにしてもよい。そして、
各基板４の内周面４ａには、互いに非導通状態とされた
一対の櫛歯状の電極５、５が配設されている。

【００１０】尚、前記感圧導電性エラストマー成型体１
は、必ずしも一体成型体とする必要はなく、例えば電極
５、５の配設箇所毎に分割したものであってもよい。ま
た、電極５、５の配設箇所は、上記のように四箇所に限
定されるものではなく、三箇所や五箇所或いはそれ以上
の箇所であってもよい。更に、電極５、５は、上記のよ
うに櫛歯状のものに限定されるものではなく、他の公知
の電極であっても差し支えない。更に又、感圧導電性エ
ラストマー成型体１の外周面１ａに電極５、５を取り付
けることに代えて、該成型体１の内周面１ｂに電極５、
５を取り付けることも可能である。

【００１１】前記感圧導電性エラストマー成型体１に取
り付けられた各電極５、５…５、５は、例えば図４に示
すように、各信号線ａ，ａ〜ｄ，ｄを介してコントロー
ルユニット６に接続される。このコントロールユニット
６には、電源が内蔵されているばかりでなく、各信号線
ａ，ａ〜ｄ，ｄから送出されてくる信号に基づいて所定
の演算を実行する演算回路若しくはマイクロコンピュー
ター等が内蔵されている。この場合、コントロールユニ
ット６に送出される信号は、一対の電極５、５毎に独立
して取り出されるものであると共に、各信号線ａ，ａ〜
ｄ，ｄのうちの一方の信号線ａ〜ｄについては電気的に
共通なものとすることが可能である。

【００１２】そして、図４に示す状態の下においては、
芯棒３がＺ軸に合致し変位していないことから、感圧導
電性エラストマー成型体１には加圧力が作用しておらず
、従って該成型体１の中に混入分散されている導電性粒
子１ｘ…１ｘが互いに離反した状態にあり、これに起因
して該成形体１は電気的に絶縁状態にある。このため各
一対の電極５、５間は全て非導通状態となっており、コ
ントロールユニット６には信号が送出されない。

【００１３】一方、図５に示すように、芯棒３が右方に
変位し、これに伴って感圧導電性エラストマー成型体１
の変位方向部分Ｘに部分的圧縮変形が生じた場合には、
この変位方向部分Ｘを中心としてその周辺の導電性粒子
１ｘ…１ｘが互いに接触しあい、この部分Ｘの周辺の電
気抵抗値が低下する。従って、信号線ａ，ａに通じる電
極５、５間が電気抵抗値の低下に対応して導通状態とな
り、電気抵抗変化がこの電極５、５より取り出され、こ
の時の電気抵抗変化に対応する信号が信号線ａ，ａを介
してコントロールユニット６に送出される。そして、コ
ントロールユニット６は、この信号線ａ，ａからの信号
と、他の信号線ｂ，ｂ〜ｄ，ｄからの信号とを比較した
上で、芯棒３が右方向に変位したものと判断する。

【００１４】また、図６に示すように、芯棒３が右斜め
上方に変位した場合には、成型体１の変位方向部分Ｙに
部分的圧縮変形が生じ、この部分Ｙの周辺の電気抵抗値
が低下する。これに伴って、信号線ａ，ａに通じる電極
５，５間と、信号線ｂ，ｂに通じる電極５、５間とが所
定の比率をもって導通状態となり、この事を示す双方の
信号が信号線ａ，ａ及びｂ，ｂを介してコントロールユ
ニット６に送出される。従って、コントロールユニット
６は、信号線ａ，ａからの信号と信号線ｂ，ｂからの信
号との両者の比率に基づいて、芯棒３が右斜め上方のい
かなる角度方向に変位したかを判断する。このような動
作は、芯棒３が他のあらゆる角度方向にに変位した場合
にも、同様にして行われる。尚、上記のものは、感圧導
電性エラストマー成型体１の外周面にのみ配設された隣
接する一対の電極５、５間より一の信号を取り出すよう
にしたものであるが、これに代えて、感圧導電性エラス
トマー成型体１の内周面側と外周面側とに電極を配設し
て、この双方の径方向に存する一対の電極間より一の信
号を取り出すようにしてもよい。

【００１５】図７は、本発明の第２実施例を示すもので
、この第２実施例が上記第１実施例と異なるところは、
カバー部材である筒体２の先端外周面が円錐形状である
ことに対応させて、感圧導電性エラストマー成型体１の
外周面を円錐形状とした点にあり、これに伴って電極５
、５を有する基板４の形状も図８に示すように扇形状と
したものである。尚、図７及び図８において、上記第１
実施例と共通の構成要件については同一符号を付してそ
の説明を省略すると共に、この第２実施例における横断
面形状は既述の図２に示すものと実質的に同一であるの
でその図示及び説明を省略する。また、この第２実施例
から得られる作用効果も、上記第１実施例と同様である
のでその説明を省略する。

【００１６】図９は、本発明の第３実施例を示すもので
、この第３実施例は断面が矩形の芯棒３を有するものに
対して本発明を適用したものである。従って、図１０に
示すように、感圧導電性エラストマー成型体１の内周面
１ｂは矩形とされていると共に、この矩形内周面１ｂ側
に電極を有する基板４…４が配設されている。詳しくは
、図１１に示すように、芯棒３の矩形をなす周方向の四
箇所つまり芯棒３の各側面３ａ…３ａに、電極５、５を
有する平板状の基板４が夫々取り付けられているのであ
る。尚、図９に示すように、感圧導電性エラストマー成
型体１の介設箇所よりも先端側における芯棒３と筒体２
との間には、クッション材７が介設されている。また、
この第３実施例から得られる作用効果も、上記第１実施
例と同様であるのでその説明を省略する。

【００１７】図１２は、本発明の第４実施例を示すもの
で、この第４実施例は、感圧導電性エラストマー成型体
１の外周面１ａにおける複数箇所（図例では四箇所）に
夫々、一方の電極５…５を配設すると共に、芯棒３を他
方の電極（共通電極）としたものである。従って、芯棒
３は、その全体若しくは略全部が導電材であるか、或い
は共通電極として作用する箇所若しくはその周辺部のみ
が導電材であればよい。この場合、図示しないが、既述
と同様の一枚の基板４につき一個のみの一方の電極５が
配設される。そして、各一方の電極５…５及び芯棒３は
、信号線ａ〜ｅを介してコントロールユニット６に接続
されている。従って、信号線ａに通じる電極５と芯棒３
との間、信号線ｂに通じる電極５と芯棒３との間、信号
線ｃに通じる電極５と芯棒３との間、信号線ｄに通じる
電極５と芯棒３との間から夫々、感圧導電性エラストマ
ー成型体１の部分的圧縮変形に伴う電気抵抗変化が取り
出され、この結果に基づいてコントロールユニット６は
芯棒３がいかなる角度方向に変位したかを判断する。 尚、この場合においても、一方の電極５の配設箇所は四
箇所に限定されるものではなく、また芯棒３の横断面形
状も円形に限定されるものではないこと等は、既述の第
１実施例と同様である。

【００１８】以上の実施例に係る方向圧力感知センサー
は、筆記装置等のように芯棒３が移動していく型式のも
のに適用できるのみならず、芯棒３が移動しない型式の
もの例えば固定状態で変位可能な芯棒３の先端に対して
所定の摩擦係数をもって当接する紙等の被当接部材が移
動していく型式の変位方向判定装置等にも適応可能なも
のである。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る方向圧力感知センサーは、
上述の通り構成されているので、以下に示す効果を奏す
る。即ち、請求項１記載の方向圧力感知センサーによれ
ば、芯棒からその周囲の感圧導電性エラストマーに加圧
力が作用して部分的圧縮変形が生じた場合には、該感圧
導電性エラストマーの周方向における複数箇所に夫々配
設された各一対の電極より部分的圧縮に対応する電気抵
抗変化が取り出されることとなり、これにより芯棒から
感圧導電性エラストマーに作用する加圧力の方向つまり
芯棒の変位方向が判別できることとなる。従って、当該
方向圧力感知センサーを変位方向判定装置や筆跡測定装
置等に利用できると共に、マウスや文字入力用タブレッ
ト等の代替品として使用できることとなり、その用途の
拡大が図られることとなる。また、請求項２記載の方向
圧力感知センサーによれば、感圧導電性エラストマーに
部分的圧縮変形が生じた場合には、該感圧導電性エラス
トマーの周方向における複数箇所に夫々配設された一方
の電極と他方の共通電極である芯棒との間より部分的圧
縮変形に対応する電気抵抗変化が取り出され、芯棒の変
位方向が判別できることとなり、上記請求項１の場合と
同様の効果が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す要部縦断正面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例を示す図１のＡ−Ａ線断面
図である。

【図３】本発明の第１実施例の構成要素である基板の単
体斜視図である。

【図４】本発明の第１実施例の電気的接続状態を示す概
略図である。

【図５】本発明の第１実施例の作用を示す概略図である
。

【図６】本発明の第１実施例の作用を示す概略図である
。

【図７】本発明の第２実施例を示す要部縦断正面図であ
る。

【図８】本発明の第２実施例の構成要素である基板の単
体斜視図である。

【図９】本発明の第３実施例を示す要部縦断正面図であ
る。

【図１０】本発明の第３実施例を示す図９のＢ−Ｂ線断
面図である。

【図１１】本発明の第３実施例の構成要素である芯棒及
び基板の斜視図である。

【図１２】本発明の第４実施例を示す概略図である。

【符号の説明】

１　　感圧導電性エラストマー ２　　カバー部材（筒体） ３　　芯棒 ４　　基板 ５　　電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　芯棒と、該芯棒の周囲を取り囲むカバ
   ー部材とを有する構成において、前記芯棒とカバー部材
   との間に、該芯棒の周囲を覆うように感圧導電性エラス
   トマーを介設し、該感圧導電性エラストマーの周方向に
   おける複数箇所に夫々、一箇所につき少なくとも一対の
   電極を配設したことを特徴とする方向圧力感知センサー
   。
2. 【請求項２】　　芯棒と、該芯棒の周囲を取り囲むカバ
   ー部材とを有する構成において、前記芯棒とカバー部材
   との間に、該芯棒の周囲を覆うように感圧導電性エラス
   トマーを介設し、該感圧導電性エラストマーの周方向に
   おける複数箇所に夫々、一方の電極を配設すると共に、
   前記芯棒を他方の共通電極としたことを特徴とする方向
   圧力感知センサー。