WO2008007458A1

WO2008007458A1 - Capteur de distribution de pression utilisant un couplage électromagnétique

Info

Publication number: WO2008007458A1
Application number: PCT/JP2007/000725
Authority: WO
Inventors: Yasuji Ogawa
Original assignee: Newcom, Inc.
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2008-01-17
Also published as: KR20090027677A; CN101490519A; CN101490519B; KR101076247B1; JPWO2008007458A1; EP2042847B1; EP2042847A1; US7861605B2; JP5023256B2; EP2042847A4; US20100005908A1

Description

明細書

電磁結合を利用する圧力分布センサ

技術分野

[0001] 本発明は電磁結合を利用する圧力分布センサに関し、特に、電磁結合部の位置ずれ補償や検出面に対してすベリ方向の変位や力を測定可能な圧力分布センサに関する。

背景技術

[0002] 圧力分布センサには、例えば特許文献 1に開示の技術のように、 2つのコィル間の電磁結合が、コイル間の距離によって変化することを利用するものがある。これは、コイル間にクッション材を設けたセンサ部を複数マトリツクス状に配置し、センサ部にかかる圧力分布を、電磁結合の変化を基に検出するものである。また、本願の発明者と同一の発明者による特願 2 0 0 5— 0 9 6 5 8 0ゃ特願 2 0 0 6 - 0 1 1 7 4 8に開示の技術は、電磁結合する複数のコイルの近傍に導電体を設けて導電体とコイルとの距離によって電磁結合が変化することを利用して圧力分布を検出するものである。

[0003] 特許文献 1 ：特開 2 0 0 5 _ 1 5 6 4 7 4号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかしながら、従来の電磁結合を利用する圧力分布センサでは、電磁結合する 2つのコイルの位置合わせを正確に行う必要があった。このため、例えば大きな検出面を有する圧力分布センサを作成しょうとした場合には、すべてのコイル間において位置合わせを行うのが困難となる場合が多く、また、それぞれ複数のコイルを配置した 2枚のシートを重ね合わせて検出面とするようなことも難しかった。

[0005] また、従来の電磁結合を利用する圧力分布センサは、検出面に対して垂直方向に与えられる圧力のみを検出可能なものであったため、検出面に対して垂直方向以外のすベリ方向の変位や方向、さらにはその力を検出することは出来なかった。したがって、スポーツ分野や医療分野等において歩行分析等を行う場合には、蹴る方向や蹴る力といった 3次元べクトルの検出が出来ないため、十分な分析が行えなかった。

[0006] 本発明は、斯かる実情に鑑み、電磁結合するコイル間の位置合わせが不要で、さらにすベリ方向の力も検出可能な電磁結合を利用する圧力分布センサを提供しょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0007] 上述した本発明の目的を達成するために、検出面に電磁結合を利用する本発明による圧力分布センサは、同一面上に平行に配置される複数の第 1ループ配線と、複数の第 1ループ配線が配置される面とは異なる同一面上に平行に配置される複数の第 2ループ配線であって、複数の第 2ループ配線は複数の第 1ループ配線と直交する方向に配置される、複数の第 2ループ配線と、複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線とが交差するところで電磁結合し、該電磁結合が検出面への圧力によリ変化するように構成される複数の電磁結合部と、複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方に接続され、各ループ配線を駆動する駆動手段と、複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の他方に接続され、各ループ配線からの電磁結合部の電磁結合に基づく検出信号から圧力を検出する検出手段と、複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線が配置される面の一方と同一面上に平行に配置され、同一面上に配置される複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方とそれぞれ一部が重なリ合うように配置される複数の第 3ループ配線であって、同一面上に配置される複数の第 1ループ配線又は複数の第 2 ループ配線の一方と区別して駆動手段又は検出手段の一方に接続可能な、複数の第 3ループ配線とを具備するものである。

[0008] ここで、検出手段は、複数の第 1ループ配線又は第 2ループ配線の一方が駆動された場合の検出信号と複数の第 3ループ配線が駆動された場合の検出信号との差に基づき、又は、複数の第 1ループ配線又は第 2ループ配線の他方からの検出信号と複数の第 3ループ配線からの検出信号との差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすべリ方向の変位、方向及び Z又は力を検出するものであっても良い。

[0009] また、複数の第 3ループ配線は、複数の第 1ループ配線が配置される面と同一面上に形成され、さらに、複数の第 2ループ配線が配置される面と同一面上に平行に配置され、複数の第 2ループ配線とそれぞれ一部が重なり合うように配置される複数の第 4ループ配線であって、複数の第 2ループ配線と区別して駆動手段又は検出手段の他方に接続可能な、複数の第 4ループ配線を具備するものであっても良い。

[0010] また、複数の電磁結合部は、それぞれ複数の第 1ループ配線と複数の第 2 ループ配線が交差するところで、複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方がコイル状に形成され他方が直線状に形成されることで提供され、複数の第 3ループ配線は、直線状に形成される複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方と同一面上に配置されるものであっても良い

[0011 ] さらに、複数の電磁結合部は、それぞれ複数の第 1ループ配線と複数の第

2ループ配線が交差するところで、複数の第 1ループ配線及び複数の第 2ループ配線がそれぞれコイル状に形成されることで提供されるものであっても良い。

[0012] また、複数の第 1ループ配線及び複数の第 2ループ配線がそれぞれ直線状に形成され、複数の電磁結合部は、複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線が交差するところの近傍にそれぞれ導電体片が形成されることで提供されるものであっても良い。

[0013] さらに、複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線が交差するところの近傍と導電体片との間に、導電体片用弾性体を有するものであっても良い

[0014] さらにまた、導電体片が設けられる導電体片用シート部材を有するものであっても良い。

[0015] さらに、導電体片用弾性体が設けられる導電体片用弾性体シート部材を有するものであっても良い。

[0016] またさらに、複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線との間に、配線間用弾性体を有するものであっても良い。

[0017] さらに、配線間用弾性体が設けられる配線間用弾性体シート部材を有するものであっても良い。

[0018] さらに、複数の第 1ループ配線が設けられる第 1シート部材と、複数の第

2ループ配線が設けられる第 2シート部材とを有し、複数の第 3ループ配線は第 1シート部材又は第 2シート部材の一方に設けられるようにしても良い

[0019] ここで、第 1シート部材又は第 2シート部材の少なくとも何れか一方は、可撓性を有するものであれば良い。

[0020] さらに、第 1シート部材及び第 2シート部材の端部で、複数の第 1ループ配線、複数の第 2ループ配線及び複数の第 3ループ配線を配線するための配線手段を具備するものであっても良い。

[0021 ] ここで、配線手段は、ループ配線接続用にパターンニングされた基板を含むものであれば良い。

[0022] また、第 1シート部材及び第 2シート部材は合成樹脂からなり、複数の第

1ループ配線、複数の第 2ループ配線及び複数の第 3ループ配線はアルミ箔からなつていても良い。

[0023] さらに、複数の第 3ループ配線は、複数の第 1ループ配線又は複数の第 2 ループ配線の一方と同一形状を有し、複数の第 1ループ配線又は複数の第 2 ループ配線の一方に対して 1 Z 4ピッチずらしてそれぞれ配置されても良い発明の効果

[0024] 本発明の電磁結合を利用する圧力分布センサには、電磁結合するコイル間の位置合わせが不要であり検出面の組立、設置が容易であるという利点がある。さらに、本発明の圧力分布センサは、検出面に対して垂直方向だけでなくすベリ方向の力も検出可能であり、圧力の 3次元べクトルを検出可能であるという利点もある。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図 1 は、本発明の第 1実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。圧力分布センサは、複数の第 1ループ配線 1と複数の第 2ループ配線 2と複数の第 3ループ配線 3とから構成される検出面と、駆動部 1 0と、検出部 2 0とから主に構成されている。第 1ループ配線 1は、同一面上に平行に複数配置されており、駆動部 1 0が接続され駆動コイルとなるものである。第 2ループ配線 2は、第 1ループ配線 1が配置される面とは異なる同一面上に複数平行に配置され、さらに第 1ループ配線 1とは直交する方向に配置されるものである。そして、第 2ループ配線 2は、検出部 2 0が接続され検出コイルとなるものである。

[0026] 駆動部 1 0は、高周波発振器 1 1と駆動アンプ 1 2と駆動配線切替器 1 3 とから主になるものであり、複数の第 1ループ配線 1を順次駆動部 1 0に接続して各第 1ループ配線 1を駆動するものである。

[0027] また、検出部 2 0は、検出配線切替器 2 1と検出アンプ 2 2とから主になるものであり、複数の第 2ループ配線 2を順次検出部 2 0に接続して各第 2 ループ配線 2から誘導電流又は誘導電圧を順次検出するものである。

[0028] これらの駆動部 1 0及び検出部 2 0は、適宜マイクロコンピュータ等で制御され、所望な出力が得られるよう構成されている。例えば、まず 1つ目の第 1ループ配線に駆動部 1 0を接続し、検出部 2 0を第 2ループ配線に順次接続してそのときの出力信号をそれぞれ測定する。そして 2つ目の第 1ループ配線に駆動部 1 0を接続し、検出部 2 0を第 2ループ配線に順次接続してそのときの出力信号をそれぞれ測定する。これを繰り返すことで、検出面における第 1ループ配線と第 2ループ配線の交点を X Y座標とするすべての位置における出力信号を測定することができる。なお、駆動部 1 0及び検出部 2 0の構成は、上述の図示例に限定されるものではなく、第 1ループ配線を駆動でき、第 2ループ配線から誘導電流又は誘導電圧を検出できるものであれば如何なる構成であっても構わない。さらに、第 1ループ配線を検出コィルとし、第 2ループ配線を駆動コイルとしても勿論構わない。

[0029] 本発明の第 1実施例の圧力分布センサでは、図示の通り、第 1ループ配線

1は直線状のループ配線であり、第 2ループ配線 2は矩形状のコイル部を有するループ配線であり、これらのループ配線が交差するところで電磁結合するように電磁結合部が構成されている。そして、この電磁結合部は、検出面への圧力によりその結合係数が変化するように構成されている。より具体的には、第 1ループ配線と第 2ループ配線の間に弾性体が設けられ、この間の距離が圧力により変化するように構成されている。したがって、検出面に圧力が加えられると、その部分に位置する電磁結合部の電磁結合が変化するため、検出される誘導電流等を測定することで加えられた圧力及び位置が測定可能なものである。なお、図示例では第 2ループ配線は矩形状のコイル部を有するループ配線を示したが、本発明はこれに限定されず、アーチ状や三角形状等のコイル部を有するもので電磁結合可能な形状であれば如何なる形状であっても構わない。

[0030] そして、本発明の圧力分布センサには、本発明の最も特徴的な部分である複数の第 3ループ配線が設けられている。複数の第 3ループ配線 3は、複数の第 1ループ配線 1が配置される面と同一面上に平行に配置されており、それぞれ第 1ループ配線 1と一部が重なり合うように配置されている。さらに、第 3ループ配線 3は、第 1ループ配線 1と区別して駆動部 1 0に接続可能に構成されている。

[0031 ] 図 1に記載の圧力分布センサにおいては、図面上で縦方向に第 1ループ配線 1が直線状に配置されているため、第 1ループ配線 1と第 2ループ配線 2 との位置関係では、縦方向の位置ずれの影響を受けない。しかしながら、横方向の位置ずれに対しては、第 2ループ配線 2がコイル状に配置されておリ、第 1ループ配線 1と第 2ループ配線 2とが交差する部分に構成されるべき電磁結合部がずれてしまうため、電磁結合がゼロとなってしまう可能性がある。そこで、本発明の圧力分布センサでは、第 1ループ配線 1に平行に第 3 ループ配線 3を配置することにより、横方向の位置ずれがあつたとしても、第 1ループ配線 1か第 3ループ配線 3のどちらかのループ配線が第 2ループ配線 2と結合することになる。このため、本発明の圧力分布センサでは、第 1ループ配線 1と第 2ループ配線 2との位置ずれの影響によリ圧力分布検出が出来なくなるということがなくなる。即ち、第 1ループ配線 1と第 3ループ配線 3とを切り替えて駆動部 1 0に接続して駆動させることにより、各ループ配線の駆動時における結合係数の絶対値の和や自乗和の平方根の値等を用いることで、位置ずれの影響を受けずに圧力分布の検出が可能となる。ここで、第 1ループ配線と第 3ループ配線との切り替えは、連続的に切り替えるものであっても交互に切り替えるものであっても、さらには通常は第 1ル一プ配線のみを接続し、必要により第 3ループ配線に切リ替えるようなものであっても構わない。なお、第 1ループ配線と第 3ループ配線を区別して駆動できるものであれば、上述のように切替器を用いて物理的に切り替えて区別するものに限られず、例えば第 1ループ配線と第 3ループ配線の駆動周波数を変えて同時に駆動し検出側で周波数別に検出可能とするものであっても良い。

[0032] さらに、検出部 2 0では、第 3ループ配線 3に駆動部 1 0を接続したときと第 1ループ配線 1に駆動部 1 0を接続したときとの検出信号の差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすベリ方向、具体的には、第 1実施例においては縦方向の位置ずれは影響を受けないため、横方向の変位、方向及び Z又は力を検出することが可能となる。第 1ループ配線 1と第 3ループ配線 3とを切り替えることにより、同一の圧力分布であっても得られる信号が変わるため、この変化を用いれば第 1ループ配線と第 2ループ配線のすベリ方向の変位や方向及び Z又は力を検出することが可能となる。

[0033] なお、本発明の第 1実施例の圧力分布センサにおいては、第 1ループ配線を直線状に構成し、第 2ループ配線をコイル状に構成し、第 3ループ配線を第 1ループ配線に一部が重なり合うように配置したが、本発明はこれに限定されず、第 1ループ配線をコイル状に構成し、第 2ループ配線を直線状に構成し、第 3ループ配線を第 2ループ配線に一部が重なリ合うように配置する例であっても構わない。即ち、第 3ループ配線は、電磁結合部の位置ずれが生じ得る方向に位置をずらして重なリ合うように配置すれば良く、どちらのループ配線側に設けられていても構わない。

[0034] さらに、図 1には、複数の第 3ループ配線 3は複数の第 1ループ配線 1と同一形状を有し、複数の第 1ループ配線 1に対して、 1 Z 4ピッチずらしてそれぞれ配置されるものを示した。これは、ループ配線の幅とループ配線の間隔とを同一にした場合に、必要最小限のコイル数で最大の効果が得られるように 1 Z 4ピッチずらして第 3ループ配線を配置したものである。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、大きな位置ずれを補償したり位置ずれを細かく補償する場合には、第 3ループ配線をよリ細かいピツチで連続して第 1ループ配線に対して徐々に重なるようにずらして配置しても構わない。また、第 1ループ配線又は第 2ループ配線も、ループ配線の幅とループ配線の間隔を同一にする必要はなく、これらは検出面の分解能等に応じて種々変更可能なものである。

[0035] 上記のように本発明の圧力分布センサは、位置ずれを補償した構成であるため、第 1ループ配線と第 2ループ配線との位置合わせを厳密に行う必要がない。そのため、例えば第 1ループ配線が設けられるシートと第 2ループ配線が設けられるシートを別々に作成し、圧力分布センサを設置する現場でこれらを重ね合わせるだけでも容易に検出面を構成することが可能となる。図 2は、本発明の第 1実施例の圧力分布センサの検出面をシート部材で構成した例を説明するための概略図である。図示例の圧力分布センサの検出面は、複数の第 1ループ配線及び複数の第 3ループ配線が設けられる第 1シー卜部材 1 0 0と、複数の第 2ループ配線が設けられる第 2シート部材 2 0 0とを、間に弾性体シート 3 0 0を挟んで直交するように並べたものである。各シ一ト部材は精度良く位置合わせする必要がないため、例えば部屋の床一面へ設置する場合等でも設置現場において、シートを簡単に並べるだけで検出面を完成させることが可能となる。なお、図示例では第 1シート部材及び第 2 シート部材を長方形のシート部材とし、それぞれ並列に 2枚ずつ配置することで広い検出面を構成している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、 1枚ずつシート部材を配置するものであっても良いし、より多くのシート部材を組み合わせても良い。

[0036] ここで、シート部材については、例えばループ配線をアルミ箔等により構成し、 P E T素材等の合成樹脂でラミネートして連続した配線パターンが設けられたロール状のシート部材とすることが可能である。このロール状のシ一ト部材を、床の大きさに合わせて切り出し、設置現場で第 2シート部材 2 0 0を並べ、次に弾性体シー卜 3 0 0を乗せた上に第 1シート部材 1 0 0を並べる。本発明によれば、このとき厳密な位置合わせは不要であるため、極めて簡単に設置が可能となる。また、 P E T素材でシート部材を構成すれば、シート部材は可撓性を有するものとなるため、電磁結合の変化の近傍位置との分離性も高くなる。このように構成された検出面に、駆動部や検出部を含むコントローラ 4 0 0を接続して、圧力分布センサを構成する。

[0037] 次に、上記のロール状のシート部材とした場合ついて、より具体的に説明する。図 3は、複数の第 1ループ配線及び第 3ループ配線用の配線パターンが設けられた第 1シート部材 1 0 0の上平面図である。図示のように、第 1 シート部材 1 0 0は、直線状の配線パターンが設けられたロール状シートからなり、例えば 8本の直線状の配線パターン 1 1 0がパターンニングされている。なお、本発明におけるシート部材は図示例の本数には限定されず、必要によリょリ多く又はよリ少なく配線を配置するものであっても構わない。

[0038] また、図 4は、複数の第 2ループ配線用の配線パターンが設けられた第 2 シート部材 2 0 0の上平面図である。図示のように、第 2シート部材 2 0 0 は、コイル状の配線パターンが設けられたロール状シートからなり、例えば後に 2つのコイル状ループ配線を構成するための 4本の矩形状の配線パタ一ン 2 1 0がパターンニングされている。なお、本発明におけるシート部材は図示例の本数には限定されず、必要によリょリ多く又はよリ少なく配線を配置するものであっても構わない。 [0039] これらを図 1に示すような配線パターンとなるように構成する場合、リード線等を直接シート部材に接続しても勿論構わないが、以下に示すような接続基板を用いることが可能である。まず、第 1シート部材 1 0 0及び第 2シ一ト部材 2 0 0を所定の長さに切断し、それらの両端にそれぞれ配線用の接続孔 1 1 1、 1 1 2、 2 1 1、 2 1 2を設ける。これらの接続孔のピッチに合うように配線パターンが予め設けられたショ一卜用基板や切替用基板を用いて、シート部材の端部で配線を行う。

[0040] 図 5に、第 1シート部材 1 0 0のループ配線ショート用基板の上平面図を示す。ショート用基板は、同一面上に配置される複数の第 1ループ配線 1をそれぞれ所望に接続するためのショート配線が設けられているものであり、さらに、複数の第 3ループ配線 3を、第 1ループ配線 1と一部が重なり合うように接続するためのショート配線が設けられているものである。図示のようにショート用基板には接続孔 1 1 3が設けられており、これらの接続孔 1 1 3と第 1シート部材 1 0 0の接続孔 1 1 1との位置を合わせ、例えば菊ヮッシャ等を介してネジ止めすることにより、第 1ループ配線 1及び第 3ループ配線 3の一端が形成される。

[0041 ] また、第 1シート部材のショート用基板が設けられる端と対向する他端には、切替用基板を用いる。図 6に、第 1シート部材 1 0 0のループ配線切替用基板の上平面図を示す。切替用基板は、複数の第 1ループ配線 1の一端をグラウンドに、他端を切替器 1 3を介してコントローラ 4 0 0に接続可能に構成されたものであり、さらに、複数の第 3ループ配線 3の一端をグラウンドに、他端を切替器 1 3を介してコントローラ 4 0 0に接続可能に構成されたものである。これによリ図 1に示すような配線パターンが構成可能である。図示のように切替用基板には接続孔 1 1 4が設けられており、これらの接続孔 1 1 4と第 1シート部材 1 0 0の端部の接続孔 1 1 2との位置を合わせ、例えば菊ヮッシャ等を介してネジ止めすることにより、第 1ループ配線 1 及び第 3ループ配線 3の他端が形成される。なお、図示例では切替器 1 3を基板上に配置した例を示したが、本発明はこれに限定されず、コントローラ 4 0 0側に切替器 1 3を含めても勿論構わない。

[0042] 一方、第 2シート部材 2 0 0の端部には、図 7や図 8に示されるショート基板や切替用基板が設けられる。図 7は、第 2シート部材 2 0 0のループ配線ショート用基板の上平面図である。ショート用基板は、同一面上に配置される複数の第 2ループ配線 2をそれぞれ所望に接続するためのショ一卜配線が設けられているものである。また、図 8は、第 2シート部材 2 0 0のループ配線切替用基板の上平面図である。切替用基板は、複数の第 2ループ配線 2の一端をグラウンドに、他端を切替器 2 1を介してコントローラ 4 0 0に接続可能に構成されたものである。これによリ図 1に示すような配線パターンが構成可能である。図 7に示すように、ショート基板には接続孔 2 1 3が設けられており、これらの接続孔 2 1 3と第 2シート部材 2 0 0の接続孔 2 1 1との位置を合わせ、例えば菊ヮッシャ等を介してネジ止めすることによリ、第 2ループ配線 2の一端が形成される。そして、図 8に示すように、切替用基板には接続孔 2 1 4が設けられており、これらの接続孔 2 1 4と第 2 シート部材 2 0 0の接続孔 2 1 2との位置を合わせ、例えば菊ヮッシャ等を介してネジ止めすることにより、第 2ループ配線 2の他端が形成される。なお、切替器 1 3と同様、切替器 2 1も、図示例のように基板上に配置するものに限定されず、コントローラ 4 0 0側に切替器 2 1を含めても勿論構わない。

[0043] なお、図 5から図 8に示した基板は、図 3及び図 4に示したシート部材の配線パターンに合わせて 1対 1となる関係で構成したが、本発明はこれに限定されず、基板を 1枚に対してシート部材を 2枚以上用いるものや、シート部材 1枚に対して基板を 2枚以上用いるものであっても構わない。

[0044] 本発明の圧力分布センサにおいては、第 1ループ配線と第 2ループ配線の厳密な位置合わせが不要であるため、上述のようにシー卜状の配線を組み合わせて容易に配置することが可能となる。なお、実際の圧力分布を測定する前に、適宜キヤリブレーション等を行うことは勿論可能である。

[0045] 次に、本発明の第 2実施例の圧力分布センサについて、図 9を参照しながら説明する。図 9は、本発明の第 2実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。図中、図 1と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表しており、詳説は省略する。第 1実施例では、検出面を直線状の第 1ループ配線とコイル状の第 2ループ配線とで構成して直接的に電磁結合する電磁結合部としていたが、第 2実施例では、第 1ループ配線も第 2ループ配線も直線状に構成され、これらが交差するところの近傍にそれぞれ導電体片が形成されることで間接的に電磁結合する電磁結合部が構成されている。さらに、第 1実施例では横方向の変位も検出することができたが、第 2実施例では、横方向だけでなく縦方向、さらには 3次元方向の変位も検出可能に構成可能である。

[0046] 以下、図 9を参照してより具体的に説明する。第 2実施例の圧力分布センザの検出面は、直線状に構成された複数の第 1ループ配線 1に直交するように、直線状に構成された複数の第 2ループ配線 2がそれぞれ配置されている。そして、複数の第 1ループ配線 1と複数の第 2ループ配線 2とが交差するところの近傍に導電体片 5が形成されることにより、第 1ループ配線 1と第 2ループ配線 2とが間接的に電磁結合する電磁結合部が構成されている。

[0047] また、図示の通り、第 1ループ配線 1には、これと一部が重なり合うように複数の第 3ループ配線 3が配置されている。さらに、本第 2実施例においては、第 2ループ配線 2が配置される面と同一面上に、第 2ループ配線 2とそれぞれ一部が重なリ合うように配置される複数の第 4ループ配線 4が配置されている。第 4ループ配線 4は、第 2ループ配線 2と区別して検出部 2 0 に接続可能なように構成されている。

[0048] なお、第 1ループ配線と第 2ループ配線の交点の近傍に導電体片を設けているが、近傍とは交点の直上付近に限らず、図示例のように、第 1ループ配線と第 3ループ配線を合わせたものの中心線と、第 2ループ配線と第 4ループ配線を合わせたものの中心線とが交差するところの直上付近に導電体片を設けても構わない。

[0049] 本発明の第 2実施例の圧力分布センサでは、図示の通り、第 1ループ配線 1と第 2ループ配線 2との交点の近傍に導電体片 5を設けることで間接的に電磁結合するように電磁結合部が構成されている。そして、この電磁結合部が検出面への圧力によりその結合係数が変化するように構成されている。よリ具体的には、導電体片 5が弾性体 6を介して設けられており、導電体片 5 と第 1ループ配線及び第 2ループ配線との間の距離が、圧力により変化するように構成されている。したがって、検出面に圧力が加えられると、その部分に位置する電磁結合部の電磁結合が変化するため、検出される誘導電流等を測定することで加えられた圧力及び位置が測定可能なものである。

[0050] そして、本第 2実施例の圧力分布センサには、複数の第 3ループ配線 3と複数の第 4ループ配線 4が設けられている。第 3ループ配線 3は第 1ループ配線 1から切り替えて駆動部 1 0を接続可能に構成されており、第 4ループ配線 4は第 2ループ配線 2から切り替えて検出部 2 0を接続可能に構成されている。

[0051 ] 第 2実施例の圧力分布センサにおいては、導電体片 5が弾性体 6を介して検出面に対して垂直方向だけでなく例えばすベリ方向にも移動可能に構成されている。図 1 0は、第 2実施例における検出面の一部横断面図である。同図に示すように、弾性体 6が各導電体片 5にそれぞれ独立して設けられておリ、任意の方向に導電体片 5が独立して移動可能に構成されている。これにより、図 9の図面上で横方向の位置ずれに対しては、第 1ループ配線 1に平行に第 3ループ配線 3が配置されているため、第 1ループ配線 1か第 3ループ配線 3のどちらかのループ配線が第 2ループ配線 2と結合することになるので、横方向の位置ずれの影響により圧力分布検出が出来なくなるということがなくなる。また、縦方向の位置ずれに対しては、第 2ループ配線 2に平行に第 4ループ配線 4が配置されているため、第 2ループ配線 2か第 4ループ配線 4のどちらかのループ配線が第 1ループ配線 1と結合することになるので、縦方向の位置ずれの影響により圧力分布検出が出来なくなるということがなくなる。即ち、第 1ループ配線 1と第 3ループ配線 3とを切り替えて駆動部 1 0に接続して駆動させ、さらに第 2ループ配線 2と第 4ループ配線 4とを切リ替えて検出部 2 0に接続して検出することにより、各ループ配線の駆動時及び検出時における結合係数の絶対値の和や自乗和の平方根の値等を用いることで、位置ずれの影響を受けずに圧力分布の検出が可能となる。なお、第 2実施例でも、第 1ループ配線と第 3ループ配線を区別して駆動できるものであれば、上述のように切替器を用いて物理的に切り替えて区別するものに限られず、例えば第 1ループ配線と第 3ループ配線の駆動周波数を変えて同時に駆動し検出側で周波数別に検出可能とするものであっても良い。また、同様に第 2ループ配線と第 4ループ配線を区別して検出できるものであれば、上述のように切替器を用いて物理的に切り替えて区別するものに限られず、例えば複数の検出回路をそれぞれ接続し同時に別々に検出可能とするものであっても良い。

[0052] さらに、検出部 2 0では、第 3ループ配線 3に駆動部 1 0を接続したときと第 1ループ配線 1に駆動部 1 0を接続したときとの検出信号の差、及び第 4ループ配線 4に検出部 2 0を接続したときと第 2ループ配線 2に検出部 2 0を接続したときとの検出信号の差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすベリ方向の変位、方向及び Z又は力を検出することが可能となる。また、すベリ方向の変位は、 2次元べクトルだけではなく 3次元べクトルとしても検出可能である。

[0053] 以下、 3次元ベクトルを検出する手順について、具体的に説明する。なお、以下の説明で用いる符号 a i ， b i , c i ， d iは、図 9における第 4ループ配線 4、第 2ループ配線 2、第 1ループ配線 1、第 3ループ配線 3の各接続端子にそれぞれ対応するものであり、 iは"!〜 nの自然数であり i番目のループ配線を示す。また、各端子にそれぞれ駆動部又は検出部を接続したときの出力信号の振幅を、 A _{a c i}， A _{a d i}， A _{b c i}， A _{b d i}とする。

[0054] まず、切替器 1 3を用いて接続端子 c 1に駆動部 1 0を接続し、切替器 2

1を用いて接続端子 a 1に検出部 2 0を接続して出力信号 A _{a c Λ}を検出する。次に切替器 2 1を用いて接続端子 b 1に検出部 2 0を接続して出力信号 A _{b c 1} を検出する。そして、切替器 1 3を用いて接続端子 d 1に駆動部 1 0を接続し、切替器 2 1を用いて接続端子 a 1に検出部 2 0を接続して出力信号 A _{a d 1} を検出する。さらに切替器 2 1を用いて接続端子 b 1に検出部 2 0を接続して出力信号 A _{b d 1}を検出する。これを i = nまで繰り返し、すべてのループ配線に対応する出力信号を得る。

[0055] このようにして得られた出力信号を用いて、圧力 z iと X変位 Δ X iと y変位厶 y iは、それぞれ以下の式で表わされる。

圆

[数 2]

_、 ) ~

[数 3]

[0056] 上記数 1 _ 3により、各座標位置における圧力（z方向の変位）と X ■ y 方向の変位の検出が可能となるので、これらの 3つの値から 3次元べクトルが得られる。なお、出力信号を得る順番、即ち切替器による切り替えの順番は特に上述のものに限定されず、各出力信号がそれぞれ得られれば如何なる順序で切り替えても良い。また、すべてのループ配線に対応する出力信号をすべて取得してから上述の数式に当てはめるのではなく、各ループ配線ごと ( i ごと）に各出力を測定しても勿論良い。

[0057] なお、図 9に示した第 2実施例では、導電体片が独立して自由に移動可能に構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、導電体片を横方向にのみ移動可能に構成することも勿論可能である。この場合には、縦方向の変位を検出するための第 4ループ配線が不要となる。また、逆に縦方向のみに移動可能に構成した場合には、横方向の変位を検出するための第 3ループ配線が不要となる。本発明の圧力分布センサは、このように検出したい対象等に応じて適宜構成を変更可能である。

[0058] ここで、独立して自由に移動可能な導電体片 5を構成するには、検出面に対して垂直方向以外にも独立してすベリ方向に移動可能に構成されることが好ましい。しかしながら、弾性体をシート形状に構成した弾性体シート部材を用いても勿論構わない。さらに、導電体片 5は、シート形状に複数の導電体片 5が設けられる導電体片用シート部材で構成しても勿論構わない。

[0059] 第 2実施例の場合には、第 1ループ配線と第 2ループ配線の間の距離は固定され、その間に弾性体を設ける必要は特になく、導電体片とループ配線との間の距離の変化により電磁結合の変化を検出可能であるが、本発明はこれに限定されず、第 1ループ配線と第 2ループ配線の間に弾性体を設けても勿論良い。

[0060] さらに、第 1実施例では第 1ループ配線を直線状とし第 2ループ配線をコィル状とし、第 2実施例では第 1ループ配線及び第 2ループ配線をそれぞれ直線状とし導電体片を用いて間接的に電磁結合する電磁結合部を構成するようにしたが、本発明はこれに限定されず、第 1ループ配線も第 2ループ配線もコイル状とし、直接結合する電磁結合部を構成するようにしても良い。この場合、第 3ループ配線もコイル状として第 1ループ配線と一部が重なり合うように同一面上に配置され、第 4ループ配線もコイル状として第 2ループ配線と一部が重なリ合うように同一面上に配置されれば良い。

[0061 ] また、第 2実施例の圧力分布センサについても、図 2に示すようなシート部材を用いて構成することも勿論可能である。

[0062] なお、本発明の電磁結合を利用する圧力分布センサは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

図面の簡単な説明

[0063] [図 1 ]図 1は、本発明の第 1実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。

[図 2]図 2は、本発明の第 1実施例の圧力分布センサの検出面をシート部材で構成した例を説明するための概略図である。

[図 3]図 3は、複数の第 1ループ配線及び第 3ループ配線用の配線パターンが設けられた第 1シート部材の上平面図である。

[図 4]図 4は、複数の第 2ループ配線用の配線パターンが設けられた第 2シート部材の上平面図である。

[図 5]図 5は、第 1シート部材のループ配線ショート用基板の上平面図である

[図 6]図 6は、第 1シート部材のループ配線切替用基板の上平面図である。

[図 7]図 7は、第 2シート部材のループ配線ショ一卜用基板の上平面図である

[図 8]図 8は、第 2シート部材のループ配線切替用基板の上平面図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 2実施例の圧力分布センサを説明するための上平面概略図である。

[図 10]図 1 0は、第 2実施例における検出面の一部横断面図である。

符号の説明

1 第 1ループ配線

2 第 2ループ配線

3 第 3ループ配線

4 第 4ループ配線

5 導電体片

6 弾性体

1 0 駆動部

1 1 高周波発振器

1 2 駆動アンプ

1 3 駆動配線切替器

2 0 検出部

2 1 検出配線切替器

2 2 検出アンプ 0 第 1シート部材 0 配線パターン1 - 1 1 4 接続孔 0 第 2シート部材 0 配線パターン 1 -21 4 接続孔0 弾性体シー卜 0 コン卜ローラ

Claims

請求の範囲

[1] 検出面に電磁結合を利用する圧力分布センサであって、該圧力分布センサは、

同一面上に平行に配置される複数の第 1ループ配線と、

前記複数の第 1ループ配線が配置される面とは異なる同一面上に平行に配置される複数の第 2ループ配線であって、前記複数の第 2ループ配線は前記複数の第 1ループ配線と直交する方向に配置される、複数の第 2ループ配線前記複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線とが交差するところで電磁結合し、該電磁結合が検出面への圧力によリ変化するように構成される複数の電磁結合部と、

前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方に接続され、各ループ配線を駆動する駆動手段と、

前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の他方に接続され、各ループ配線からの前記電磁結合部の電磁結合に基づく検出信号から圧力を検出する検出手段と、

前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線が配置される面の一方と同一面上に平行に配置され、同一面上に配置される前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方とそれぞれ一部が重なリ合うように配置される複数の第 3ループ配線であって、同一面上に配置される前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方と区別して前記駆動手段又は検出手段の一方に接続可能な、複数の第 3ループ配線と、

を具備することを特徴とする圧力分布センサ。

[2] 請求項 1に記載の圧力分布センサにおいて、前記検出手段は、前記複数の第 1ループ配線又は第 2ループ配線の一方が駆動された場合の検出信号と前記複数の第 3ループ配線が駆動された場合の検出信号との差に基づき、又は、前記複数の第 1ループ配線又は第 2ループ配線の他方からの検出信号と前記複数の第 3ループ配線からの検出信号との差に基づき、検出面に垂直な方向以外のすベリ方向の変位、方向及び Z又は力を検出することを特徴とする圧力分布センサ。

[3] 請求項 1又は請求項 2に記載の圧力分布センサにおいて、

前記複数の第 3ループ配線は、前記複数の第 1ループ配線が配置される面と同一面上に形成され、

さらに、前記複数の第 2ループ配線が配置される面と同一面上に平行に配置され、前記複数の第 2ループ配線とそれぞれ一部が重なリ合うように配置される複数の第 4ループ配線であって、複数の第 2ループ配線と区別して前記駆動手段又は検出手段の他方に接続可能な、複数の第 4ループ配線を具備することを特徴とする圧力分布センサ。

[4] 請求項 1又は請求項 2に記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の電磁結合部は、それぞれ前記複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線が交差するところで、前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方がコイル状に形成され他方が直線状に形成されることで提供され、前記複数の第 3ループ配線は、直線状に形成される複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方と同一面上に配置されることを特徴とする圧力分布センサ。

[5] 請求項 3に記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の電磁結合部は、それぞれ前記複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線が交差するところで、前記複数の第 1ループ配線及び複数の第 2ループ配線がそれぞれコイル状に形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布センサ。

[6] 請求項 1乃至請求項 3の何れかに記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の第 1ループ配線及び複数の第 2ループ配線がそれぞれ直線状に形成され、前記複数の電磁結合部は、前記複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線が交差するところの近傍にそれぞれ導電体片が形成されることで提供されることを特徴とする圧力分布センサ。

[7] 請求項 6に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線が交差するところの近傍と前記導電体片との間に、導電体片用弾性体を有することを特徴とする圧力分布センサ。

[8] 請求項 6又は請求項 7に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記導電体片が設けられる導電体片用シート部材を有することを特徴とする圧力分布センサ。

[9] 請求項 7に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記導電体片用弾性体が設けられる導電体片用弾性体シート部材を有することを特徴とする圧力分布センサ。

[10] 請求項 1乃至請求項 9の何れかに記載の圧力分布センサであって、さらに

、前記複数の第 1ループ配線と複数の第 2ループ配線との間に、配線間用弾性体を有することを特徴とする圧力分布センサ。

[11] 請求項 1 0に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記配線間用弾性体が設けられる配線間用弾性体シート部材を有することを特徴とする圧力分布センサ。

[12] 請求項 1乃至請求項 1 1の何れかに記載の圧力分布センサであって、さらに、前記複数の第 1ループ配線が設けられる第 1シート部材と、前記複数の第 2ループ配線が設けられる第 2シート部材とを有し、前記複数の第 3ループ配線は前記第 1シート部材又は第 2シート部材の一方に設けられることを特徴とする圧力分布センサ。

[13] 請求項 1 2に記載の圧力分布センサにおいて、前記第 1シート部材又は第

2シート部材の少なくとも何れか一方は、可撓性を有することを特徴とする圧力分布センサ。

[14] 請求項 1 2又は請求項 1 3に記載の圧力分布センサであって、さらに、前記第 1シート部材及び第 2シート部材の端部で、前記複数の第 1ループ配線、複数の第 2ループ配線及び複数の第 3ループ配線を配線するための配線手段を具備することを特徴とする圧力分布センサ。

[15] 請求項 1 4に記載の圧力分布センサにおいて、前記配線手段は、ループ配線接続用に配線がパターンニングされた基板を含むことを特徴とする圧力分布センサ。

[16] 請求項 1 2乃至請求項 1 5の何れかに記載の圧力分布センサにおいて、前記第 1シート部材及び第 2シート部材は合成樹脂からなり、前記複数の第 1 ループ配線、複数の第 2ループ配線及び複数の第 3ループ配線はアルミ箔からなることを特徴とする圧力分布センサ。

[17] 請求項 1乃至請求項 1 6の何れかに記載の圧力分布センサにおいて、前記複数の第 3ループ配線は、前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方と同一形状を有し、前記複数の第 1ループ配線又は複数の第 2ループ配線の一方に対して 1 Z 4ピッチずらしてそれぞれ配置されることを特徴とする圧力分布センサ。