JPWO2018016114A1 - Pressure detection device - Google Patents
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Abstract
【課題】せん断力の検出感度を増大できる圧力検出装置を提供する。【解決手段】圧力検出装置は、荷重が加わる表面5bに対向して略平行に設けられた裏面5aを有する本体部5と、本体部5内に先端部分3aが位置し、基部3bが裏面5aから外側に位置するように配置された圧電センサ3とを備えている。圧電センサ3は、本体部5の裏面5aに直交する共通の直交線CLに対して対称に配置され、先端部分3aが裏面5aに対して傾斜する角度が同等となるように4つ設けられている。共通の直交線CLに対して設けられた4つの圧電センサ3の組が複数設けられている。【選択図】図3An object of the present invention is to provide a pressure detection device capable of increasing the detection sensitivity of a shear force. A pressure detection device includes a main body portion (5) having a back surface (5a) substantially parallel to a surface (5b) to which a load is applied, a tip portion (3a) in the main body portion (5), and a base portion (3b) And a piezoelectric sensor 3 disposed so as to be positioned outward from The piezoelectric sensors 3 are disposed symmetrically with respect to a common orthogonal line CL orthogonal to the back surface 5 a of the main body 5, and four piezoelectric sensors 3 are provided such that the tip portions 3 a are inclined at the same angle with respect to the back surface 5 a There is. A plurality of sets of four piezoelectric sensors 3 provided for the common orthogonal line CL are provided. [Selected figure] Figure 3
Description
本発明は、圧電センサが設けられた圧力検出装置に関するものである。 The present invention relates to a pressure detection device provided with a piezoelectric sensor.
荷重が加わったときの圧力を検出するために圧電センサが用いられる(特許文献1)。 A piezoelectric sensor is used to detect a pressure when a load is applied (Patent Document 1).
しかし、該圧電センサにおいては、厚さ方向に加わる垂直荷重だけではなく、厚さ方向直交する水平方向に加わるせん断力を検出することは可能である。しかし、圧電センサは平坦であり、大きな検出感度を得ることができず、検出感度を上げることができないという問題がある。 However, in the piezoelectric sensor, it is possible to detect not only the vertical load applied in the thickness direction but also the shear force applied in the horizontal direction orthogonal to the thickness direction. However, the piezoelectric sensor is flat, and can not obtain a large detection sensitivity, and there is a problem that the detection sensitivity can not be increased.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、せん断力の検出感度を増大できる圧力検出装置を提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the pressure detection apparatus which can increase the detection sensitivity of a shear force.
上記課題を解決するために、本発明の圧力検出装置は以下の手段を採用する。
すなわち、圧力検出装置は、荷重が加わる荷重面に対向して略平行に設けられた対向面を有し可撓性を有する本体部と、前記対向面側に位置する基部と、該基部から前記加重面側に延びて形成されて前記本体部内の厚さの範囲内に位置する先端部分を有する圧電センサとを備えている。In order to solve the above-mentioned subject, the pressure detection device of the present invention adopts the following means.
That is, the pressure detection device has a flexible main body portion having an opposite surface provided substantially in parallel to the load surface to which a load is applied, a base located on the opposite surface side, and the base from the base And a piezoelectric sensor having a tip portion which is formed to extend toward the load side and is located within the range of the thickness in the body portion.
被圧力測定部材が本体部の加重面に接触しつつ、加重面方向に変位すると本体部に対してせん断力が加わる。せん断力が加わると、荷重面と、加重面に対して略平行に設けられた対向面とが互いにずれる方向に変形し、この変形に応じて、本体部内に位置する圧電センサの先端部分も変形する。一方、圧電センサの基部は本体部の対向面側に位置するように配置されているので、本体部の変形の影響を受けにくくなる。これにより、圧電センサの先端部分と基部との間に大きな変形を生じさせて圧電センサからの出力を大きくすることができるので、本体部に加わったせん断力の検出感度を増大させることができる。 When the pressure measuring member is in contact with the load surface of the main body and displaced in the direction of the load surface, shear force is applied to the main body. When a shear force is applied, the load surface and the opposing surface provided substantially parallel to the load surface are deformed in the direction in which they are mutually offset, and in response to this deformation, the tip portion of the piezoelectric sensor located in the main body is also deformed Do. On the other hand, since the base of the piezoelectric sensor is disposed on the opposite surface side of the main body, the base of the piezoelectric sensor is not easily affected by the deformation of the main body. As a result, a large deformation can be generated between the distal end portion and the base portion of the piezoelectric sensor, and the output from the piezoelectric sensor can be increased, so that the detection sensitivity of the shear force applied to the main body can be increased.
さらに、前記圧電センサは、前記本体部の前記対向面に直交する共通の直交線に対して対称に配置され、前記先端部分が前記対向面に対して傾斜する角度が同等となるように3つ以上設けられている。 Furthermore, the piezoelectric sensors are disposed symmetrically with respect to a common orthogonal line orthogonal to the facing surface of the main body portion, and three such that the tip end portions are inclined at the same angle with respect to the facing surface The above is provided.
本体部の対向面に直交する共通の直交線に対して対称に配置され、先端部分が対向面に対して傾斜する角度が同等となるように、圧電センサが3つ以上設けられている。これにより、対向面に垂直に向かう垂直荷重に対しては同等の出力がそれぞれの圧電センサから検出され、せん断力荷重に対してはせん断力の方向に応じて異なる出力がそれぞれの圧電センサから検出されるので、垂直荷重だけでなく、せん断力の大きさ及び方向を得ることができる。
例えば、直交線周りに4つの圧電センサを90°間隔で設ける。Three or more piezoelectric sensors are provided so as to be disposed symmetrically with respect to a common orthogonal line orthogonal to the facing surface of the main body portion and so that the tip end portions are inclined at the same angle with respect to the facing surface. Thereby, the same output is detected from each of the piezoelectric sensors for the vertical load directed perpendicularly to the facing surface, and for the shear load, different outputs are detected from the respective piezoelectric sensors in accordance with the direction of the shear force. Thus, not only the vertical load but also the magnitude and direction of the shear force can be obtained.
For example, four piezoelectric sensors are provided at 90 ° intervals around orthogonal lines.
さらに、共通の前記直交線に対して設けられた3つ以上の前記圧電センサの組が、複数設けられている。 Furthermore, a plurality of sets of three or more of the piezoelectric sensors provided for the common orthogonal line are provided.
共通の直交線に対して設けられた3つ以上の圧電センサの組を複数設けることにより、圧力検出装置の各位置におけるせん断力の大きさと方向を検出することができる。 By providing a plurality of sets of three or more piezoelectric sensors provided to a common orthogonal line, it is possible to detect the magnitude and direction of the shear force at each position of the pressure detection device.
さらに、前記圧電センサの前記基部は、前記本体部の外側に設けられ、前記圧電センサは、前記対向面との交線で折り曲げられた折曲部を有している。 Furthermore, the base portion of the piezoelectric sensor is provided on the outer side of the main body portion, and the piezoelectric sensor has a bending portion bent at an intersection line with the facing surface.
圧電センサは、本体部の対向面との交線で折り曲げられた折曲部を有しているので、この折曲部近傍が、せん断力が加わった際の回動の支点となり、大きな歪み速度を得ることができる。これにより、せん断力が加わったときの圧電センサの検出感度を大きくすることができる。 Since the piezoelectric sensor has a bent portion that is bent at an intersection line with the opposing surface of the main body portion, the vicinity of the bent portion serves as a fulcrum of rotation when a shearing force is applied, and a large strain rate You can get This makes it possible to increase the detection sensitivity of the piezoelectric sensor when a shear force is applied.
さらに、前記圧電センサは、円板形状とされており、該円板形状の直径位置に前記折曲部が設けられている。 Furthermore, the piezoelectric sensor has a disk shape, and the bent portion is provided at a diameter position of the disk shape.
円板形状とされた圧電センサの中心を通る直径位置に折曲部を設けることとしたので、折曲部を最も長くすることができる。これにより、歪み速度が大きくなる部分が増大し、圧電センサの検出感度を大きくすることができる。 Since the bent portion is provided at a diameter position passing through the center of the disc-shaped piezoelectric sensor, the bent portion can be longest. As a result, the portion where the strain rate increases is increased, and the detection sensitivity of the piezoelectric sensor can be increased.
圧力検出装置の本体部内に位置した圧電センサの先端部分と、本体部の外に位置した基部との間に大きな変形を生じさせることができ、圧力検出装置に加わったせん断力の検出感度を増大することができる。 A large deformation can be caused between the tip of the piezoelectric sensor located in the main body of the pressure detection device and the base located outside the main body, thereby increasing the detection sensitivity of the shear force applied to the pressure detection device can do.
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
図1には、複数の圧電センサ3が取り付けられた圧力検出装置1が示されている。圧力検出装置1は、例えば、椅子の座面に配置され、座った後の荷重分布の変化を得る際に使用される。圧力検出装置1は、エラストマー等の弾性材料で構成されたスペーサ部材(本体部)5が椅子の座面に対応した全体形状をなし、スペーサ部材5内に複数の圧電センサ3の一部が埋め込まれている。
圧電センサ3は、図1のように圧力検出装置1を平面視した場合に、円板形状とされ、4つで一組となって配置されており、圧力検出装置1の全体にわたって複数組が各所に設けられている。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described using the drawings.
FIG. 1 shows a pressure detection device 1 to which a plurality of
The
図2には、4つ一組で配置された圧電センサ3が示されている。各圧電センサ3からは上面電極及び下面電極のそれぞれに接続されたリード線4が取り出されている。各リード線4は、図示しない制御部に接続されている。また、各リード線4を図示しない無線通信部に接続し、圧力検出装置1とは別の位置に設けた制御部に対して無線通信によってデータの送受信を行っても良い。
4つの圧電センサ3は、それぞれ同じ形状とされており、共通の中心O1周りに90°間隔で対称に配置されている。The
Each of the four
図3に示すように、スペーサ部材5の裏面(対向面)5a側から圧電センサ3が取り付けられている。スペーサ部材5の裏面5aは、スペーサ部材5の表面(荷重面)5bに対向して設けられており、これら裏面5aと表面5bとは略平行となっている。表面5bは、座っている人の荷重を受ける荷重面となる。裏面5aは、座面の下方側に位置する面となる。
As shown in FIG. 3, the
圧電センサ3の先端部分3aがスペーサ部材5内の厚さの範囲内に位置し、基部3bはスペーサ部材5の外に位置して、基部3bが裏面5aから外側に位置している。
先端部分3aは、スペーサ部材5に形成した切り込みや溝に挿入することによって配置される。なお、先端部分3aがスペーサ部材5内に位置するようにインサート成形してもよい。基部3bは、裏面5aに沿って配置されている。
圧電センサ3は、中央部分で折り曲げられている。図2には、各圧電センサ3に設けた折曲部3cが示されている。折曲部3cは、中心O1と各圧電センサ3の中心とを通る直線に対して直交するように設けられている。折曲部3cは、円形とされた圧電センサ3の直径位置に設けられている。図3に示すように、折曲部3cは、圧電センサ3と裏面5aとが交差する位置に設けられている。The
The
The
図3に示すように、圧電センサ3は、中心O1(図2参照)を通りスペーサ部材5の裏面5aに直交する共通の直交線CLに対して対称に配置されている。そして、各圧電センサ3の先端部分3aが裏面5aに対して折曲部3cにて折り曲げられており、裏面5aに対して傾斜する角度θが同等とされている。角度θの値としては、せん断力が加わった際に屈曲部3c回りに曲げモーメントが生じる程度の角度であれば良く、0°よりも大きく90°未満、好ましくは5°以上45°以下とされる。
As shown in FIG. 3, the
図4には、スペーサ部材5に対して取り付けられた圧電センサ3の縦断面が示されている。なお、実際には、厚さの関係は誇張表示してあり、スペーサ部材5には溝が設けられている。
圧電センサ3は、基材10と、基材10上に配置された下面電極11と、下面電極11上に配置された圧電素子12と、圧電素子12上に配置された上面電極13とを備えている。なお、図示を省略しているが、下面電極11、圧電素子12及び上面電極13を覆うようにオーバコート層が設けられている。FIG. 4 shows a longitudinal cross section of the
The
基材10は、ポリエチレンテレフタレート(PET:Polyethylene terephthalate)等の熱可塑性樹脂からなるシート状のフィルム基材であり、可撓性を有している。
なお、可撓性の基材10に、他の熱可塑性の合成樹脂、例えば、ポリエチレン(PE、Polyethylene)、ポリエチレンナフタレート(PEN:Polyethylene naphthalate)、ポリフェニレンサルファイド(PPS:Poly Phenylene Sulfide)等のフィルム基材を用いても良い。また、熱変形が可能な基材10であれば良く、例えば、熱硬化性樹脂である、ポリイミド(PI:polyimide)、アラミド樹脂(芳香族ポリアミド:Aromatic polyamid)等のフィルム基材であっても良いし、前述した材質に無機フィラーを充填したフィラー入りのフィルム基材であっても良い。さらには、天然ゴムなど合成樹脂に限るものでもない。The
The
下面電極11は、例えばポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂からなる第1バインダ樹脂と、第1バインダ樹脂中のマトリックスに分散した、例えば導電性のカーボン粉等の第1導電性粒子とを有して構成されている。その際には、第1バインダ樹脂中の第1導電性粒子の含有率は、5〜70(vol%)になるように調整され、その厚みは、5〜20μm程度である。
The
圧電素子12は、例えばポリエステル樹脂やポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂からなる有機バインダと、有機バインダのマトリックス中に分散した圧電体粒子とを有して構成されている。そして、圧電素子12は、有機バインダに圧電体粒子が含有された層を形成しており、層厚方向に分極処理がされている。有機バインダとしては、250℃における溶融粘度が300Pa・s以上で、140℃における貯蔵弾性率が1MPa以上で、かつ損失弾性率が0.1MPa以上である特性を有した合成樹脂を用いている。
The
圧電体粒子として、ペロブスカイト構造の結晶構造であるニオブ酸カリウム(KNbO3)を好適に用いている。これにより、より感度特性が良い圧電素子12が得られ、出力性能がより優れたものとなる。なお、圧電体粒子として、圧電体粒子のキュリー温度が250℃以上、好ましくは375℃以上の温度の特性を有した圧電体(強誘電体)を用いるのが良い。例えば、375℃以上のキュリー温度を有した、435℃のニオブ酸カリウム、490℃のチタン酸鉛、570℃のメタニオブ酸鉛、573℃の水晶及び1210℃のニオブ酸リチウム等や、例えば、250℃以上のキュリー温度を有した、320℃のチタン酸ジルコン酸鉛(所謂PZT)及び365℃のニオブ酸ナトリウム、420℃のニオブ酸ナトリウムカリウム等が挙げられる。
As piezoelectric particles, potassium niobate (KNbO3) which is a crystal structure of a perovskite structure is suitably used. As a result, the
圧電素子12は、上記のように合成樹脂との複合材なので、可撓性を有している。特に、非晶性ポリエステル樹脂またはポリウレタン樹脂は、常温で、適度な柔軟性を有しているので、圧電素子12が変形しても、圧電素子12に発生するクラック等を抑えることができる。更に、非晶性ポリエステル樹脂及びポリウレタン樹脂は、一般に広く使用され、容易にしかも安価に入手することができるので、好適に使用することができる。
Since the
圧電素子12は、さらに厚さ方向に3層積層された3層構造としてもよい。3層構造のうちの中間層の圧電粒子の体積パーセント濃度を他の層よりも低くして、曲げ耐性を向上させることができる。
The
上面電極13は、下面電極11と同様に、例えばポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂からなる第2バインダ樹脂と、第2バインダ樹脂中のマトリックスに分散した、例えば導電性のカーボン粉等の第2導電性粒子とを有して構成されている。その際には、第2バインダ樹脂中の第2導電性粒子の含有率は、5〜70(vol%)になるように調整され、その厚みは、5〜20μm程度である。なお、第1バインダ樹脂及び第2バインダ樹脂として、熱可塑性樹脂を好適に用いたが、これに限るものではなく、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化樹脂を用いても良い。
Similar to the
図5及び図6には、4つ一組で配置された圧電センサ3の測定原理が示されている。
図5には、図2に示したように配置された4つの圧電センサ3が模式的に配置されている。4つの圧電センサ3をそれぞれ、A、B、C、Dとする。図6は圧力を示しているが、圧電センサ3は変位の変化分に応じた出力信号を出力する為、実際には圧電センサの出力を積分した値をプロットしている。5 and 6 show the measurement principle of the
In FIG. 5, four
座面に加わった荷重が垂直方向のみの場合には、図6(a)に示すように、4つのセンサA,B,C,Dからの出力は略同じ大きさの出力を示す。 When the load applied to the seat surface is only in the vertical direction, the outputs from the four sensors A, B, C, and D show outputs of substantially the same size, as shown in FIG. 6 (a).
次に、図5において左から右方向にせん断力が加わった場合は、図6(b)のような出力となる。右方向にせん断力が加わっておりスペーサ部材5に押される。センサDは下向きに変位し伸びるように変形するが、4つの圧電センサ3の中では変位量が最大となる為、センサDの出力が最も大きくなる。センサBは、変位がセンサDとは逆向きとなり圧縮される方向に変位して、マイナスの出力となる。センサA及びCの出力は、センサDと同様に、下向きに変位するがセンサDより出力は小さくなり、本実施形態においては、垂直荷重を受けた時の荷重(図6(a))と殆ど変わらない結果となった。このように、せん断力を加える方向に位置するセンサの出力が最も大きくなり、その180°反対側のセンサの出力が逆の出力となることから、剪断荷重の向きが分かる。また、せん断力が加わる方向の2つのセンサの出力差に基づいて、せん断力方向のせん断荷重を得ることができる。さらに、センサD,Bに対してセンサA,Cを直交配置しているので、それぞれの方向のせん断力の成分を計算することが可能であり、これを用いてせん断力が加わる方向と大きさを検知する事ができる。
Next, when a shearing force is applied from left to right in FIG. 5, the output is as shown in FIG. 6 (b). A shearing force is applied in the right direction, and the
したがって、図1に示したように、4つ一組の圧電センサ3を複数組用いれば、圧力検出装置1の各所において垂直荷重の変化分を測定でき積分によって垂直荷重を測定可能であり、また、せん断力の変化の大きさと方向を得ることができる。各所において得られた垂直荷重とせん断荷重のデータは、図示しない制御部に送られ、積分する事で圧力検出装置1を配置した座面に座った人の荷重分布を得る際に用いられる。
なお、図6(a)には本実施形態において荷重が垂直方向のみの場合を示しているが、従来例の平らな圧電センサに比べて、その出力は2倍程度となった。Therefore, as shown in FIG. 1, if a plurality of sets of four
Although FIG. 6A shows the case where the load is only in the vertical direction in this embodiment, its output is about twice that of the flat piezoelectric sensor of the conventional example.
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
スペーサ部材5にせん断力が加わると、スペーサ部材5の表面5bと裏面5aが互いにずれる方向に変形する。この変形に応じて、スペーサ部材5内に位置する圧電センサ3の先端部分3aも変形する。一方、圧電センサ3の基部3bはスペーサ部材5の裏面5aから外側に位置するように配置されているので、スペーサ部材5の変形の影響を大きく受けることがない。これにより、圧電センサ3の先端部分3aと基部3bとの間に大きな変形を生じさせて圧電センサ3からの出力を大きくすることができるので、スペーサ部材5に加わったせん断力の検出感度を増大することができる。According to the present embodiment, the following effects are achieved.
When a shearing force is applied to the
さらに、圧電センサ3は、スペーサ部材5の裏面5aとの交線で折り曲げられた折曲部3cを有しているので、この折曲部3c近傍が、せん断力が加わった際の回動の支点となり、大きな歪み速度を得ることができる。これにより、せん断力が加わったときの圧電センサの出力を大きくすることができる。
また、圧電センサ3は、平面視した場合に円形とされ、直径位置に折曲部3cを設けることとした(図2参照)ので、折曲部3cを最も長くすることができる。これにより、歪み速度が大きくなる部分が増大し、圧電センサ3の検出感度を大きくすることができる。
また、先端部分3aは、スペーサ部材5内に位置していて表面5bから突出させていないので、座っている人等のせん断力の測定に際して、直接人が圧電センサに接してスペーサ部材5の移動を妨げるといったことはない。よって、スペーサ部材5の変形に伴うせん断力の測定が可能であり、よって精度良くせん断力の測定が可能となる。また、先端部分3aは自由端であり、スペーサ部材の変形を妨げないので、この意味でもスペーサ部材5の変形に伴うせん断力の測定が可能であり、よって精度良くせん断力の測定が可能となる。Furthermore, since the
Further, since the
Further, since the
スペーサ部材5の裏面5aに直交する共通の直交線CLに対して対称に配置され、先端部分3aが裏面5aに対して傾斜する角度θが同等となるように、圧電センサ3を4つ設けることとした。これにより、裏面5aに垂直に向かう垂直荷重に対しては同等の出力がそれぞれの圧電センサ3から検出され、せん断力の方向に応じて異なる出力がそれぞれの圧電センサ3から検出されるので、垂直荷重だけでなく、せん断力の大きさ及び方向を得ることができる。
Providing four
なお、本実施形態は、以下のように変形することができる。
[変形例1]
図7に示すように、圧電センサ3を屈曲させずに平板状のままでスペーサ部材5に先端部分3aを位置させても良い。本変形例においても、基部3bがスペーサ部材5の裏面5aの外側に位置するようになるので、せん断力が加わった時に裏面5aとの交線を境にして圧電センサ3を屈曲させることができる。これにより、屈曲された部分における歪み速度を大きくして圧電センサ3からの出力を大きくすることができるので、スペーサ部材5に加わったせん断力の検出感度を増大することができる。The present embodiment can be modified as follows.
[Modification 1]
As shown in FIG. 7, the
[変形例2]
図8に示すように、図7に示した変形例1の基材10をスペーサ部材5の裏面5aに沿って延長させても良い。これにより、下面電極11、圧電素子12及び上面電極13を安定的に保持することができる。[Modification 2]
As shown in FIG. 8, the
[変形例3]
図9に示すように、圧電センサ3を所定の曲率を有するように曲げた曲面形状としても良い。このとき、曲面の曲率中心は、スペーサ部材5側に位置するようにする。曲面形状とすることで、せん断力が加わった際に曲率が変化することを利用することができ、圧電センサ3の出力を大きくすることができる。また、本変形例においても、基部3bがスペーサ部材5の裏面5aの外側に位置するようになるので、せん断力が加わった時に裏面5aとの交線を境にして圧電センサ3を屈曲させることができる。[Modification 3]
As shown in FIG. 9, the
[変形例4]
圧電センサ3の形状は、平面視した場合に、図1や図2に示したような円形に限定されるものではなく、図10に示すように、矩形状であっても良い。この場合、各圧電センサ3は、中心O1とする半径方向に長辺を有する矩形状となっている。[Modification 4]
The shape of the
[変形例5]
図1や図2で示したように圧電センサ3を4つ一組で設けることに限定されるものではなく、3つ以上の圧電センサを一組として設ければよい。例えば、図11に示したように、8つの圧電センサ3を中心O1周りに等間隔で設けても良い。この場合、各圧電センサ3は、平面視した場合に、中心O1とする半径方向に長辺を有する矩形状となっている。[Modification 5]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, it is not limited to providing the
なお、上述した実施形態及び各変形例では、圧力検出装置1を椅子の座面に設けることを一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、布団などの寝具に配置する事も可能である。また、せん断力の測定に限らず垂直荷重も一緒に測定する用途に広く用いることができる。 In the embodiment and the modifications described above, providing the pressure detection device 1 on the seat surface of the chair has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. Things are also possible. Moreover, it can be widely used for the application which measures not only the measurement of a shear force but a perpendicular load together.
[変形例6]
なお、上述した実施形態においては、先端部分3aは、スペーサ部材5に形成した切り込みや溝に挿入、或いは、先端部分3aがスペーサ部材5内に位置するようにインサート成形して形成したが、それには限定されない。スペーサ部材5が水平方向に変位した際に、圧電センサ3を変形させるように当接して変形する構造となっていれば良い。
例えば、図12に示すような変形例6が挙げられる。スペーサ部材5には、下面に向かって拡径するテーパー面60aを有する貫通穴60が形成されている。テーパー面60aに沿って圧電センサ3が配置されている。椅子には、貫通孔60の中央に挿入されるように上方に凸とされたが突起61が一体的に形成されている。これにより、スペーサ部材5の水平方向にせん断力が加わると、圧電センサ3が水平方向で突起61とスペーサ部材5に接しせん断力を検出することができる。[Modification 6]
In the embodiment described above, the
For example, there is a modification 6 as shown in FIG. The
1 圧力検出装置
3 圧電センサ
3a 先端部分
3b 基部
3c 折曲部
4 リード線
5 スペーサ部材(本体部)
5a 裏面(対向面)
5b 表面(荷重面)
10 基材
11 下面電極
12 圧電素子
13 上面電極
60 貫通孔
60a テーパー面
61 突起
O1 中心
CL 直交線DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5a back surface (facing surface)
5b surface (load side)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記対向面側に位置する基部と、該基部から前記加重面側に延びて形成されて前記本体部内の厚さの範囲内に位置する先端部分を有する圧電センサと、
を備えている圧力検出装置。A flexible main body having an opposite surface provided substantially parallel to the load surface to which a load is applied;
A piezoelectric sensor having a base located on the opposite surface side, and a tip portion formed extending from the base toward the load surface and located within a range of thickness in the main body;
A pressure detection device provided with.
前記圧電センサは、前記対向面との交線で折り曲げられた折曲部を有している請求項1から3のいずれかに記載の圧力検出装置。The base of the piezoelectric sensor is provided outside the main body,
The pressure detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric sensor has a bending portion bent at an intersection line with the opposing surface.
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1365221A1 (en) * | 2002-05-24 | 2003-11-26 | Société de Technologie Michelin | Three-axis sensor assembly for use in an elastomeric material |
JP2008049438A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Osaka Univ | Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor device and pressure sensor |
JP2009068988A (en) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Advanced Telecommunication Research Institute International | Tactile sensor unit and its manufacturing method |
WO2010095573A1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | Touch sensor unit, robot equipped with said touch sensor unit, and load calculation method |
JP2013036759A (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-21 | Seiko Epson Corp | Tactile sensor element, tactile sensor device, grasping apparatus, and electronic device |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1365221A1 (en) * | 2002-05-24 | 2003-11-26 | Société de Technologie Michelin | Three-axis sensor assembly for use in an elastomeric material |
JP2008049438A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Osaka Univ | Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor device and pressure sensor |
JP2009068988A (en) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Advanced Telecommunication Research Institute International | Tactile sensor unit and its manufacturing method |
WO2010095573A1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | Touch sensor unit, robot equipped with said touch sensor unit, and load calculation method |
JP2013036759A (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-21 | Seiko Epson Corp | Tactile sensor element, tactile sensor device, grasping apparatus, and electronic device |
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