JPH1183644A

JPH1183644A - 感圧センサー

Info

Publication number: JPH1183644A
Application number: JP9260964A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukumura; 浩治福村; Yoshiaki Ito; 喜章伊藤
Original assignee: Toyopolymer Co Ltd
Current assignee: Toyopolymer Co Ltd
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】感圧センサーにおいて、変形量の程度によっ
て入力値が変化する感圧センサーを提供する。【解決手段】電極を有するベース体、該ベース体に複
数設けられた感圧部、該感圧部に対応する位置に設けら
れた電極からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感圧センサーに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】感圧センサーとは、その装置に加えられ
た作用力（圧力）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】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６３−１０３３
１３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】このような欠点を解消するため、本出願人
は導電性物質を混入した弾性多孔体を用いた変形量検知
装置を考案し特許出願もしている。これでは、その変形
量に応じた信号量が得られるため、上記したオン・オフ
しか入力できないそれ以前の装置と比較して大きな進歩
であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな変形量検知装置であっても、あくまでも単体のもの
であったため、人間の手の動き等の種々の細かい入力は
できなかった。

【００１０】

【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、電極を有するベー
ス体、該ベース体に複数設けられた感圧部、該感圧部に
対応する位置に設けられた電極からなる点にある。

【００１１】ここで、ベース体とは複数の感圧部に接続
されたものである。通常は平面状、又はその湾曲させた
ものである。材質としては、金属の箔等の薄板、網状
体、導電性プラスチック（発泡体も含む）等である。ま
たそれらを組み合わせたものでもよい。例えば、導電性
プラスチックに金属を内含させたもの等である。

【００１２】このベース体の抵抗値は、金属のようなも
のの場合には問題にはならないが、プラスチック等を使
用する場合には、感圧部と比較して小さくしておく必要
がある。これは、ベース体からは電極が１本であるた
め、電極の接続位置と押圧された感圧部との距離の相違
によって全体としての抵抗値が変わるためである。しか
し、感圧部と比較して非常に小さく（１／１００程度）
しておけば、ほとんど無視できることとなる。通常数百
Ω以下であり、好適には数十Ω以下である。

【００１３】感圧部とは、変形量に応じて抵抗値が変化
するもので、その構造自体は限定するものではない。後
述する導電性物質を混入した弾性多孔体が好適である
が、多孔体でなくゴム状体でもよい。また、コイルを円
錐状（螺旋）に巻き、底面側を一方の電極、頂点側に他
方の板状電極を設けても可能である。頂点側の板状電極
を押圧し、円錐を偏平させていくと、それにつれてコイ
ルとの接触面積が増大し、抵抗値が下がるためである。
この感圧部の抵抗値は、通常数ＫΩ〜数百ＫΩである。

【００１４】この感圧部の形状は円筒、円錐、直方体等
どのようなものでもよく、厳密でなくともよい。このよ
うに成型したものをベース体に固着（又は一体成型）す
るのである。

【００１５】また、ベース体も導電性プラスチックや導
電性物質を混入した弾性多孔体で構成してもよい。この
ようにすると、感圧部とベース体が同時に成型（２色成
型）でき製造工程が軽減される。ただし、ベース体は変
形しないものが好適である。柔軟な場合には、感圧部よ
りも先に変形すると抵抗値が正しく変形に対応しなくな
るためである。

【００１６】本発明は、１つのベース電極に、多数の可
変抵抗器が設けられ、その可変抵抗器の他端にそれぞれ
他の電極を設けたものである。それぞれの可変抵抗器が
変化すれば、それぞれの電極を流れる電流値が変化し、
それを別の装置が読むのである。この可変抵抗器が本発
明でいう感圧部である。

【００１７】感圧部に対応する位置に設けられた電極と
は、それぞれの感圧部のベース体に固着されていない側
に設けられた導電体であり、この電極とベース体との距
離の変化が抵抗値の変化となるのである。この電極は、
感圧部個々に取付けてもよいが、板状、棒状、筒状等の
基板に電気的に独立して、感圧部の位置に対応するよう
設けてもよい。

【００１８】次に、本発明の感圧部に好適に用いられる
導電性物質を混入した弾性多孔体について説明する。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。

【００１９】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。

【００２０】この感圧部の重要な特性の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５００ｇｆ
／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、１０
mm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。

【００２１】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。上記した通り、通常数ＫΩ〜数百ＫΩであるが、ベ
ース体がほとんど抵抗のないものであるならば、より小
さい値でもよい。また、弾性係数と抵抗値の変化率も、
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。

【００２２】感圧部は、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。

【００２３】例えば、コンピューターゲームのキャラク
ターを移動させる場合、押圧程度を上げると、それに伴
って感圧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、キャラクターの移動速度を順次増す
等である。

【００２４】本発明の場合、１つのベース体に感圧部が
複数設けられているのが特徴である。この数を多数にす
ると非常に細かい入力が可能となる。

【００２５】本発明は、上記したようなコンピューター
への入力装置として人間からの入力圧のセンサーとして
使用するだけでなく、種々の用途に使用できる。例え
ば、感圧部に個々に設ける電極側を板状にして、衝撃に
耐えるようにし、且つその板の大部分の衝撃荷重は別途
設けたバネ等で受けるようにすれば、その板状体に目掛
けて野球のボールを投げてピッチングの練習をすること
もできる。これならば、コースとスピードを自動記録す
ることも簡単である。また、ゴルフの打撃練習機とする
こともできる。

【００２６】また、それぞれの感圧部を楽器のキーボー
ドとして対応させて、強く押圧すると大きな音になるよ
うにさせることもできる。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施の形態に基づ
いてより詳細に説明する。図１は、本発明の感圧センサ
ー１の１例を示す分解斜視図である。ベース体２に多数
の感圧部３が固着されている。これは熱融着でも、導電
性接着剤による接着でも、一体成型でもよい。そして下
方から１本のリード線４が引出されている。また基板５
には多数の円板状電極６が同様に固着されている。電極
６には個々にリード線７が接続されている。この例で
は、ベース体２は導電ゴムであり、感圧部３は導電性物
質を混入した弾性多孔体で、電極６は銅板である。ま
た、基板５は単なるプラスチック板である。この図に示
す状態の左右を合わせれば感圧センサー１となる。

【００２８】図２は、貼り合わせた状態を示す。本発明
においては、ベース体と電極側のどちらを外部からの衝
撃（入力）受部としてもよいが、この例では基板側を受
部としている。この場合、基板５がある程度の柔軟性を
有する方がよい。なぜならば入力時に細かい入力ができ
るためである。例えば、感圧部ａのみを押圧すること
も、感圧体ｂのみを押圧することもでき、且つそれぞれ
の押圧程度によって入力値が変わるため、合計すると非
常に複雑な入力ができる。

【００２９】図３は、本発明感圧センサーの他の例の部
分断面図である。この例では、ベース体２が導電性物質
を混入した弾性多孔体であり、且つその中に金属の網状
体８が埋め込まれている。

【００３０】図４は、本発明感圧センサー１を筒状に構
成したもので、所謂コンピューター入力機のジョイステ
ィックのように操作できるものである。この例では、ベ
ース体２が比較的柔軟な材質で構成されている。この感
圧センサー１を外側から握って、全体を前後左右に傾斜
させる、個々の指で個々の部分を押圧する等種々の入力
操作が可能となる。これによって、例えば、コンピュー
ターゲームのキャラクターの全身（手、足、首等）の動
作を入力することもできる。

【００３１】

【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。本発明感圧センサーでは、複数のポイントで、且つ
個々に押圧量に応じた入力ができるため、非常に細かく
入力が可能である。装置自体非常に簡単でコンパクトにもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の感圧センサーの１例を示す分解斜視図
である。

【図２】図１の例を貼り合わせた状態を示す側面図であ
る。

【図３】本発明感圧センサーの他の例の部分断面図であ
る。

【図４】本発明感圧センサーを筒状に構成した例を示す
部分断面図である。

【符号の説明】

１本発明感圧センサー２ベース体３感圧部４リード線５基板６電極７リード線８網状体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極を有するベース体、該ベース体に複
数設けられた感圧部、該感圧部に対応する位置に設けら
れた電極からなることを特徴とする感圧センサー。
【請求項２】該感圧部は、導電性物質を混入した弾性
多孔体である請求項１記載の感圧センサー。