WO2020153029A1 - 感圧素子 - Google Patents

感圧素子 Download PDF

Info

Publication number
WO2020153029A1
WO2020153029A1 PCT/JP2019/048582 JP2019048582W WO2020153029A1 WO 2020153029 A1 WO2020153029 A1 WO 2020153029A1 JP 2019048582 W JP2019048582 W JP 2019048582W WO 2020153029 A1 WO2020153029 A1 WO 2020153029A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
sensitive element
conductor
thread
base material
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/048582
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
進 浦上
古屋　博之
祐太 森浦
玄 松本
博伸 浮津
忍 増田
光正 松本
唯 沢田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2020567414A priority Critical patent/JPWO2020153029A1/ja
Priority to CN201980089625.0A priority patent/CN113348347B/zh
Publication of WO2020153029A1 publication Critical patent/WO2020153029A1/ja
Priority to US17/354,907 priority patent/US11740141B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/144—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors with associated circuitry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays

Definitions

  • the present disclosure relates to a pressure sensitive element.
  • Pressure sensors are widely used in fields such as industrial equipment, robots, and vehicles by being mounted as pressure sensors that detect pressing force (contact pressure) at the parts touched by people.
  • contact pressure pressing force
  • a pressure-sensitive element used as a capacitance-type pressure-sensitive sensor has a stretchability of the entire pressure-sensitive element, a measurement range (dynamic range) of pressing force, and a simplified structure. This time, we have found that there are improvements in terms.
  • the touch sensor of Patent Document 1 is configured by stacking at least two conductive cloths face-to-face, the elasticity of the sensor as a whole is not sufficient. Further, in the touch sensor of Patent Document 1, since the pressing force is detected by utilizing the change in the capacitance based on the change in the distance between the conductive yarns, the measuring range of the pressing force is relatively narrow.
  • the tactile sensor of Patent Document 2 since the detection elements are connected by the connecting portion having the crank-shaped bending structure, the elasticity of the sensor as a whole is not sufficient. Further, in the tactile sensor of Patent Document 2, since it is necessary to connect between the detection elements by the connecting portion having the crank-shaped bending structure, the structure of the pressure sensitive element is complicated.
  • the load sensor unit includes front and back electrodes arranged on the front side and the back side of the elastomer base material, respectively, and based on a change in inter-electrode distance due to pressing. Since the pressing force is detected, the measuring range of the pressing force is relatively narrow.
  • an object of the present disclosure is to provide a pressure-sensitive element having a relatively wide measuring range of pressing force and a relatively simple structure, while having more sufficient elasticity.
  • a pressure-sensitive element includes a plurality of conductor wires, a plurality of dielectrics, and a thread member.
  • the base material has a sheet shape and includes an elastic conductive portion.
  • the elastic conductive portion has elasticity and conductivity.
  • the plurality of conductor lines are arranged in parallel so as to respectively intersect the elastic conductive portion in a plan view.
  • Each of the plurality of conductor lines has a plurality of inflection parts.
  • the plurality of dielectrics are arranged between the plurality of conductor lines and the elastic conductive portion.
  • the filamentous member extends so as to intersect the plurality of conductor lines in a plan view.
  • the thread-like member is sewn on the base material with a plurality of conductor wires. The electrostatic capacitance between the elastic conductive portion and the conductor wire changes according to the pressing force applied between the base material and the conductor wire.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state where pressing force is applied to the pressure sensitive element of FIG. 1. It is a top view showing the whole pressure sensing element structure concerning this embodiment. It is a top view which shows typically a mode that a some conductor wire is sewn to a base material with a thread-shaped member.
  • FIG. 5 is an enlarged plan view of FIG. 4. It is an expanded sectional view cut in a portion where a conductor wire and a filamentous member intersect.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view showing a first modified example in which a plurality of conductor wires are sewn to a base material by a thread member.
  • FIG. 9 is an enlarged plan view showing a second modification example in which a plurality of conductor wires are sewn to a base material by a thread member. It is a top view showing the 3rd modification which sews a plurality of conductor wires to a substrate by a thread member.
  • FIG. 10 is a partially enlarged plan view of FIG. 9. It is a top view showing the 4th modification which sews a plurality of conductor lines to a substrate by a thread member.
  • FIG. 12 is a partially enlarged plan view of FIG. 11. It is a top view showing the 5th modification which sews a plurality of conductor wires to a substrate by a thread member.
  • FIG. 14 is a partially enlarged plan view of FIG. 13.
  • the invention according to the present disclosure (hereinafter referred to as the present invention) is configured as follows.
  • the pressure-sensitive element includes a base material, a plurality of conductor wires, a plurality of dielectrics, and a thread member.
  • the base material has a sheet shape and includes an elastic conductive portion.
  • the elastic conductive portion has elasticity and conductivity.
  • the plurality of conductor lines are arranged in parallel so as to intersect the elastic conductive portion in a plan view.
  • each of the plurality of conductor lines has a plurality of inflection portions.
  • the plurality of dielectrics are respectively arranged between the plurality of conductor lines and the elastic conductive portion.
  • the filamentous member extends so as to intersect the plurality of conductor lines in a plan view.
  • the thread-like member is sewn on the base material with a plurality of conductor wires. The capacitance between each of the conductor wires and the elastic conductive portion changes according to the pressing force applied between the base material and the conductor wire.
  • the pressure-sensitive element of the second aspect of the present invention has the following configuration in addition to the pressure-sensitive element of the first aspect. That is, the elastic conductive portion has a plurality of conductive portions. The plurality of conductive portions are arranged in parallel so as to respectively intersect the plurality of conductor lines in a plan view.
  • the base material includes an insulating portion between the conductive portions adjacent to each other. The thread member is sewn to the insulating portion.
  • the pressure-sensitive element of the third aspect of the present invention has the following configuration in addition to the pressure-sensitive element of the second aspect. That is, each conductor wire has an inflection portion at a position facing the insulation portion, and a plurality of conductor wires are sewn to the insulation portion by a thread member so as to straddle the inflection portion.
  • the pressure-sensitive element of the fourth aspect of the present invention has the following configuration in addition to the pressure-sensitive element of the third aspect. That is, the thread-shaped member further has a plurality of conductor wires sewn to the base material so as to straddle the inflection portions of the respective conductor wires adjacent to each other in plan view.
  • the pressure-sensitive element of the fifth aspect of the present invention has the following configuration in addition to the pressure-sensitive element of the third aspect. That is, the thread-like member further has a plurality of conductor wires sewn to the insulating portion so as to straddle the inflection portions of the conductor wires adjacent to each other in plan view.
  • the pressure-sensitive element according to the sixth aspect of the present invention further has the following configuration with respect to the pressure-sensitive element according to any one of the third to fifth aspects. That is, the thread-like member is sewn on the base material with a plurality of conductor wires so as to straddle the inflection portion in a plan view.
  • the pressure-sensitive element of the seventh aspect of the present invention further comprises the following configuration with respect to any one of the pressure-sensitive elements of the third to fifth aspects. That is, in the plan view, the plurality of conductor wires are sewn to the base material so as to straddle the vicinity of the inflection portion of the conductor wire three or more times in a plan view.
  • the pressure-sensitive element according to the eighth aspect of the present invention further includes a sheet-shaped member that is arranged to face the base material with a conductor wire interposed between the pressure-sensitive element according to any one of the first to seventh aspects. ..
  • the pressure-sensitive element of the ninth aspect of the present invention further has the following features with respect to any one of the pressure-sensitive elements of the first to eighth aspects. That is, the thread member has elasticity.
  • the pressure-sensitive element according to this embodiment is an element having a capacitance and has a capacitor function or a capacitor function.
  • the capacitance is changed by applying the pressing force, and the pressing force is detected from the capacitance change. Therefore, the pressure sensitive element according to the present embodiment is also referred to as an “electrostatic capacitance type pressure sensitive sensor element”, a “capacitive pressure detection sensor element”, a “pressure sensitive switch element”, or the like.
  • the pressure sensitive element according to this embodiment may be referred to as a “pressure sensitive device”.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a basic structure of a pressure-sensitive element for explaining a basic pressure measuring mechanism adopted by the pressure-sensitive element according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view schematically showing a state in which a pressing force is applied to the pressure sensitive element of FIG.
  • the pressure-sensitive element includes a pressure-sensitive section 1 to which a pressing force is applied and a detection section 2 that detects the pressing force.
  • the pressure-sensitive portion 1 includes an elastic conductive portion 11 having elasticity and conductivity, a conductor wire 12, a dielectric 13 that is an insulating coating that covers the surface of the conductor wire 12, and the conductor wire 12 and the dielectric material 13. It has a sheet-like member 14 facing the elastic conductive portion 11.
  • the detection unit 2 is a circuit that detects a pressing force based on a change in electrostatic capacitance between the elastic conductive unit 11 and the conductor wire 12.
  • the terminal T11 is electrically connected to the elastic conductive unit 11, and the terminal T12 is electrically connected to the conductor wire 12.
  • the detection unit 2 is, for example, a control circuit, an integrated circuit, or the like. From the viewpoint of stabilizing the pressing force detection by reducing the influence of noise, the elastic conductive portion 11 is preferably connected to the ground.
  • the pressure-sensitive element As shown in FIG. 2, when a pressing force is applied to the pressure-sensitive portion 1, the area of the contact region between the elastic conductive portion 11 and the dielectric 13 (hereinafter simply referred to as “ The area of the contact area” also expands based on the elasticity of the elastic conductive portion 11. As a result, the electrostatic capacitance C [pF] between the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 changes.
  • the electrostatic capacity C [pF] and the pressing force F [N] applied to the pressure sensitive portion 1 are represented by the following equations, respectively.
  • ⁇ [pF/m] is the dielectric constant of the dielectric 13
  • S [m 2 ] is the contact area between the elastic conductive portion 11 and the dielectric 13
  • d [m] is the thickness of the dielectric 13.
  • E [Pa] is the Young's modulus of the elastic conductive portion 11
  • e is the strain of the elastic conductive portion 11.
  • the change in the capacitance C is detected by the change in the distance between the electrodes, and the pressing force F is detected.
  • the pressing force F is detected by capturing the change in the capacitance C based on the change in the area of the contact region.
  • the contribution due to the change of the area of the contact region is larger than the contribution due to the change of the distance between the electrodes.
  • the pressing force F is small, the distance between the electrodes hardly changes due to the application of the pressing force F, and therefore the change in the capacitance C due to the change in the distance between the electrodes is very small.
  • the pressure-sensitive element of this embodiment has a wider measurement range of the pressing force F than the conventional pressure-sensitive element.
  • the pressing force is measured by detecting the change in capacitance between the terminals T11 and T12 based on the change in the area of the contact area.
  • the change in the area of the contact region is relatively larger than the change in the inter-electrode distance in the conventional pressure sensitive element. Therefore, according to the pressure-sensitive element of the present embodiment, it is possible to measure the pressing force in a relatively wide range with a relatively simple structure.
  • the dielectric 13 is configured to cover the surface of the conductor wire 12, but the configuration of the pressure sensitive element of the present disclosure is not limited to this.
  • the dielectric 13 should just be arrange
  • one conductor wire 12 is arranged between the elastic conductive portion 11 and the sheet-shaped member 14, but the configuration of the pressure-sensitive element of the present disclosure is not limited to this.
  • a twisted wire formed by twisting a plurality of conductor wires 12 between the elastic conductive portion 11 and the sheet-shaped member 14 may be used.
  • the dielectric 13 may be provided so as to cover the periphery of the stranded wire. Further, the dielectric 13 may be provided so as to cover the periphery of each of the plurality of conductor wires 12 forming the stranded wire.
  • the sheet-shaped member 14 may be a member different from the elastic conductive portion 11 or the same member as the elastic conductive portion 11.
  • the sheet-shaped member 14 and the conductor wire 12 are connected to each other based on the change in the area of the contact region between the sheet-shaped member 14 and the conductor wire 12. It also becomes possible to measure the change in capacitance between the two. As a result, the accuracy of pressure-sensitive measurement can be improved. Further, the deformation due to the pressing force can be dispersed to both the elastic conductive portion 11 and the sheet-like member 14, and the measuring range of the pressing force can be widened. In addition, the degree of deformation of the elastic conductive portion 11 can be reduced, and the elastic conductive portion 11 can have a long life.
  • FIG. 3 is a plan view showing the overall structure of the pressure sensitive element according to the present embodiment.
  • the pressure-sensitive element includes a sheet-shaped base material 15 having an elastic conductive portion 11, and a plurality of conductor wires 12 each covered with a dielectric 13.
  • the elastic conductive portions 11 are arranged in parallel so as to respectively intersect the plurality of conductor lines 12 in a plan view seen from the thickness direction of the base material 15. It has a plurality of conductive parts 11A.
  • Each of the plurality of conductive portions 11A is formed in a linear band shape, and is arranged in parallel with a space therebetween.
  • the conductive portion 11A has elasticity that is locally deformed by an external force and returns to its original shape when the force is removed. Since the conductive portion 11A has elasticity, the conductive portion 11A can expand and contract even when an external force is applied to the base material 15 in the extending direction of the conductive portion 11A and the direction orthogonal thereto.
  • the conductive portion 11A has a lower elastic modulus than the dielectric 13 so that the conductive portion 11A deforms more than the dielectric 13 when pressed.
  • the conductive portion 11A is made of, for example, conductive rubber in which conductive particles are dispersed in a rubber material.
  • the conductive portion 11A is made of, for example, conductive silicon rubber in which carbon is dispersed in silicon rubber. Note that the conductive portion 11A is preferably connected to the ground (0 V) of the detection unit 2 from the viewpoint of noise prevention when measuring the pressing force.
  • the base material 15 includes an insulating portion 16 between the conductive portions 11A and 11A adjacent to each other.
  • the base material 15 includes the insulating portions 16 at positions facing each other with the plurality of conductive portions 11A in plan view. That is, the base material 15 includes a plurality of insulating portions 16 so as to sandwich the respective conductive portions 11A. With this configuration, it is possible to prevent the conductive portions 11A and 11A that are adjacent to each other from coming into contact with each other and short-circuiting, and improve the measurement accuracy.
  • the base material 15 is composed of an insulating portion 16 having a plurality of groove portions that are provided in parallel with each other at intervals, and a plurality of conductive portions 11A that are respectively inserted into the plurality of groove portions. ..
  • the insulating portion 16 has elasticity and insulating properties.
  • the insulating portion 16 has elasticity that is locally deformed by an external force and returns to its original shape when the force is removed. Since the insulating portion 16 has elasticity, the insulating portion 16 can expand and contract even when an external force is applied to the base material 15 in the extending direction of the insulating portion 16 and the direction orthogonal thereto. Further, the insulating portion 16 has a lower elastic modulus than the dielectric 13 so that the insulating portion 16 deforms more than the dielectric 13 when pressed.
  • the insulating portion 16 is made of, for example, a rubber material.
  • the insulating portion 16 is made of, for example, non-conductive silicone rubber. Note that the conductive portion 11A is preferably connected to the ground (0 V) of the detection unit 2 from the viewpoint of noise prevention when measuring the pressing force.
  • the plurality of conductor wires 12 are arranged in parallel so as to intersect the elastic conductive portion 11 in a plan view.
  • the conductor wire 12 is a conductive metal wire (for example, a copper wire).
  • the conductor wire 12 has a plurality of inflection portions 12a.
  • the conductor wire 12 is formed in a wavy shape. That is, in the conductor wire 12, the peak of the amplitude is the inflection portion 12a.
  • the inflection portion 12a may be a linearly curved portion (bent portion) or a curved portion (curved portion).
  • the conductor wire 12 By forming the conductor wire 12 in a wavy shape, the conductor wire 12 can expand and contract even when an external force is applied to the base material 15 in a direction orthogonal to the extending direction of the conductive portion 11A.
  • the conductor wire 12 is formed in, for example, a sine wave shape, a rectangular wave shape, a triangular wave shape, a sawtooth wave shape, or a composite shape thereof.
  • the sectional shape of the conductor wire 12 is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a triangle, a trapezoid, or the like.
  • the corrugated shape of the conductor wire 12 may be periodic (regular) or non-periodic (non-regular).
  • the plurality of conductor wires 12 are arranged so as to intersect each other obliquely with respect to the extending direction of the conductive portion 11A in a plan view. According to this configuration, the contact area between the conductive portion 11A and the conductor wire 12 is made larger than when the plurality of conductor wires 12 are arranged so as to be orthogonal to the extending direction of the conductive portion 11A in a plan view. You can As a result, the accuracy of pressure sensitive measurement can be improved.
  • the surface of the conductor wire 12 is covered with the dielectric 13.
  • the dielectric 13 has a higher elastic modulus or rigidity than the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 so as not to be deformed more than the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 when pressed.
  • the plurality of conductor wires 12 are sewn to the base material 15 by the thread members 17.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing how the plurality of conductor wires 12 are sewn to the base material 15 by the thread members 17.
  • FIG. 5 is an enlarged plan view of FIG.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view taken at a location where the conductor wire 12 and the thread member 17 intersect.
  • the filamentous member 17 extends so as to intersect the plurality of conductor wires 12 in a plan view. That is, the thread-shaped member 17 is arranged so as to straddle the plurality of conductor wires 12, and the plurality of conductor wires 12 are sewn to the base material 15 at the same time. Accordingly, for example, even when the pressure sensitive element is mounted on a curved surface, the position where the plurality of conductive portions 11A and the plurality of conductor lines 12 intersect can be restricted within a certain range, and the reproducibility of the pressure sensitive position can be improved. Can be secured.
  • a through hole 15a is provided near the end of the base material 15 in plan view.
  • the thread member 17 is sewn to the insulating portion 16 as shown in FIGS. 3 to 5. According to this configuration, since the filamentous member 17 does not penetrate the conductive portion 11A, it is possible to prevent the conductivity of the conductive portion 11A from fluctuating due to cracks occurring in the conductive portion 11A. As a result, it is possible to prevent the accuracy of pressure-sensitive measurement from decreasing.
  • each conductor wire 12 has an inflection portion 12a at a position facing the insulating portion 16, as shown in FIGS. 3 to 5.
  • the thread member 17 is sewn to the insulating portion 16 so as to straddle the inflection portion 12a of each conductor wire 12.
  • the thread member 17 is made of a stretchable thread used for a knitting thread or the like. Since the thread member 17 has elasticity, it is possible to prevent the elasticity of the base material 15 from being reduced by the thread member 17. As a result, it is possible to suppress a decrease in elasticity of the entire pressure sensitive element.
  • the thread member 17 includes an upper thread 17A and a lower thread 17B, as shown in FIGS. 5 and 6.
  • the thread member 17 When the lower thread 17B penetrates the insulating portion 16 and engages with the upper thread 17A, each conductor wire 12 is sewn to the base material 15 by the thread member 17.
  • Each conductor wire 12 is electrically connected to the connector 21, as shown in FIG.
  • Each conductive portion 11A is electrically connected to the connector 22.
  • the connector 21 and the connector 22 are included in the detection unit 2.
  • the pressure-sensitive element according to the present embodiment has the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 depending on the pressing force applied between the base material 15 and the conductor wire 12. The capacitance at the intersection of and changes.
  • the detection unit 2 detects a change in capacitance between the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 through the connector 21 and the connector 22, and detects a pressing force based on the change in capacitance. Further, the detection unit 2 detects the pressed position by identifying the location where the electrostatic capacitance has changed.
  • the pressure-sensitive element of the present embodiment since the elastic conductive portion 11 has elasticity, when the pressing force is applied, the area of the contact region between the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 is elastic conductive. The capacitance between the elastic conductive portion 11 and the conductor wire 12 changes depending on the elasticity of the portion 11.
  • the pressure sensitive element according to the present embodiment detects the pressing force based on this change in capacitance.
  • the change in the area of the contact region is relatively larger than the change in the inter-electrode distance in the conventional pressure sensitive element. Therefore, according to the pressure-sensitive element of the present embodiment, it is possible to measure the pressing force in a relatively wide range with a relatively simple structure.
  • the thread-like member 17 extending so as to intersect the plurality of conductor wires 12 and sewing the plurality of conductor wires 12 to the base material 15 is provided.
  • the elastic conductive portion 11 has the plurality of conductive portions 11A arranged in parallel so as to intersect the plurality of conductor lines 12, respectively. That is, the plurality of conductive portions 11A and the plurality of conductor lines 12 are arranged so as to intersect in a matrix in a plan view. With this configuration, it is possible to improve the detection accuracy of the pressed position.
  • the base material 15 includes the insulating portion 16 between the conductive portions 11A and 11A that are adjacent to each other.
  • the thread member 17 is sewn to the insulating portion 16.
  • each conductor wire 12 has the inflection portion 12a at a position facing the insulating portion 16, and the filamentous member 17 is provided so as to straddle these inflection portions 12a. It is sewn to the insulating portion 16.
  • the filamentous member 17 since the filamentous member 17 has elasticity, it is possible to prevent the elasticity of the base material 15 from being reduced by the filamentous member 17 and to reduce the entire pressure-sensitive element. It is possible to suppress a decrease in stretchability.
  • the thread member 17 is sewn to the insulating portion 16 so as to straddle the inflection portion 12a of each conductor wire 12, but the configuration of the pressure-sensitive element of the present disclosure is not limited to this.
  • the thread member 17 may be sewn to the base material 15 so as to straddle the inflection portions 12a, 12a of the respective conductor wires 12 adjacent to each other in a plan view. Good. According to this configuration, it is possible to further suppress the positional deviation of the plurality of conductor wires 12 with respect to the elastic conductive portion 11, and to more reliably detect the pressing force at the predetermined position.
  • the thread-shaped member 17 can prevent the twisted wire from being scattered.
  • the thread member 17 may be sewn to the conductive portion 11A of the base material 15, as shown in FIG. 7.
  • the thread member 17 is further sewn to the insulating portion 16 so as to straddle between the inflection portions 12a, 12a adjacent to each other in each conductor wire 12 in a plan view. May be. That is, the plurality of thread members 17 may be sewn to the insulating portion 16. According to this configuration, it is possible to further suppress the positional deviation of the plurality of conductor wires 12 with respect to the elastic conductive portion 11, and to more reliably detect the pressing force at the predetermined position. Further, it is possible to prevent the accuracy of the pressure-sensitive measurement from being deteriorated due to the occurrence of cracks in the conductive portion 11A. Further, when a twisted wire formed by twisting a plurality of conductor wires 12 is used instead of the conductor wire 12, the thread-shaped member 17 can prevent the twisted wire from being scattered.
  • the distance d17 between the thread-shaped member 17 straddling the inflection portion 12a and the thread-shaped member 17 straddling the position farthest from the inflection portion 12a is the extension direction of the conductive portion 11A. It is preferably 10% or more of the distance D12 between the inflection portions 12a, 12a in the direction orthogonal to. It is more preferable that the distance d17 is 25% or more of the distance D12.
  • the thread member 17 includes the upper thread 17A and the lower thread 17B, but the configuration of the pressure-sensitive element of the present disclosure is not limited to this.
  • the thread member 17 may include only one thread, and the plurality of conductor wires 12 may be sewn to the base material 15 by stitching the thread to the base material 15.
  • the thread member 17 is sewn in a straight line along the extending direction of the insulating portion 16, but the configuration of the pressure-sensitive element of the present disclosure is not limited to this.
  • the thread member 17 may be sewn to the base material 15 so as to straddle the inflection portion 12a in a multiple manner in a plan view.
  • the thread-like member 17 reciprocates along the extending direction of the insulating portion 16, and a thread-like member that is sewn in the forward direction and a thread-like member that is sewn in the return direction are provided. It may be sewn so as to intersect with the inflection portion 12a in an X shape.
  • This sewing method is referred to as "X sewing A” here.
  • the thread-like member 17 reciprocates while advancing in a wavy manner in the extending direction of the insulating portion 16, and is sewn in the backward direction with the thread-like member sewn in the outward direction.
  • the thread-like member to be sewn may be sewn so as to intersect with the inflection portion 12a in an X shape.
  • This sewing method is referred to as "X stitch B" here.
  • the filamentous member 17 has a corrugated shape and thus has elasticity, it is possible to prevent the elasticity of the base material 15 from being reduced by the filamentous member 17 and to suppress the deterioration of the elasticity of the entire pressure-sensitive element. ..
  • one filamentous member 17 is made to reciprocate along the extending direction of the insulating portion 16, but the configuration of the pressure-sensitive element of the present disclosure is not limited to this. ..
  • the thread-like member 17 to be sewn in the forward direction and the thread-like member 17 to be sewn in the backward direction may be separate members.
  • a through hole 15a is provided near the end of the base material 15.
  • the thread member 17 may be sewn to the base material 15 so as to straddle the vicinity of the inflection portion 12a of the conductor wire 12 three or more times in a plan view.
  • the filamentous member 17 advances along the extending direction of the insulating portion 16 and bends in an N-shape near the inflectional portion 12a in a plan view to form an inflectional portion. It may be sewn so as to pass through 12a. That is, the thread member 17 passes through the conductor wire 12 in the traveling direction, then folds back in an opposite direction to the traveling direction, passes through the inflection portion 12a, and advances in the traveling direction again to pass through the conductor wire 12. It may be sewn on.
  • N sewing This sewing method is referred to as “N sewing” here. According to this configuration, it is possible to further suppress the positional deviation of the plurality of conductor wires 12 with respect to the elastic conductive portion 11, and to more reliably detect the pressing force at the predetermined position. Further, compared with the X stitch A and the X stitch B, the N stitch can perform sewing at a higher speed.
  • the pressure-sensitive element of the present disclosure has more sufficient stretchability, the pressing force measurement range is relatively wide, and the structure is relatively simple, and therefore, for example, a free-form surface such as an automobile interior part It is useful as a pressure-sensitive element to be mounted on electronic devices that have variously used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易な感圧素子を提供する。本開示に係る感圧素子は、基材と、複数の導体線と、複数の誘電体と、糸状部材とを備える。基材は、弾性及び導電性を有する弾性導電部を備える。また、基材は、シート状である。複数の導体線は、平面視において、弾性導電部に対してそれぞれ交差するように並列に配置される。また、複数の導体線は、それぞれ複数の変曲部を有する。複数の誘電体は、複数の導体線と弾性導電部との間に配置されている。糸状部材は、平面視において、複数の導体線に対して交差するように延在する。また、糸状部材は、複数の導体線を基材に縫い付ける。基材と導体線との間に加えられる押圧力に応じて導体線のそれぞれと弾性導電部との間の静電容量が変化する。

Description

感圧素子
　本開示は、感圧素子に関する。
　感圧素子は、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、人が触れる部分に、押圧力（接触圧）を検出する感圧センサとして装着されることにより、幅広く利用されている。近年、コンピュータによる制御技術の発展および意匠性の向上とともに、人型のロボット及び自動車の内装品等のような自由曲面を多彩に使用した電子機器の開発が進んでいる。それに合わせて、各自由曲面に高性能な感圧素子を装着することが求められている。例えば、特許文献１～３はこれらの背景技術を開示している。
特開２０１１－１０２４５７号 特許第５５１９０６８号 特開２０１４－１９０７１２号公報
　本願発明者らは、鋭意検討の末、静電容量式の感圧センサとして用いられる感圧素子は、感圧素子全体の伸縮性、押圧力の測定範囲（ダイナミックレンジ）及び構造の簡易化の点で改善点があることを、今回、見い出した。
　例えば、特許文献１のタッチセンサは、少なくとも２枚の導電布が面合わせに重ね合わされて構成されるため、センサ全体としての伸縮性が十分ではない。また、特許文献１のタッチセンサにおいては、導電糸間の距離の変化に基づく静電容量の変化を利用して、押圧力を検出するため、押圧力の測定範囲が比較的狭い。
　また、例えば、特許文献２の触覚センサにおいては、クランク状の屈曲構造を有する接続部により検出素子間を接続するため、センサ全体としての伸縮性が十分ではない。また、特許文献２の触覚センサにおいては、クランク状の屈曲構造を有する接続部により検出素子間を接続する必要があるため、感圧素子の構造が複雑である。
　また、例えば、特許文献３のセンサにおいては、荷重センサ部が、エラストマー製の基材の表側及び裏側のそれぞれに配置される表側電極及び裏側電極を備え、押圧による電極間距離の変化に基づいて押圧力を検出するため、押圧力の測定範囲が比較的狭い。
　本開示は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本開示の目的は、より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易な感圧素子を提供することにある。
　本開示の一態様に係る感圧素子は、複数の導体線と、複数の誘電体と、糸状部材と、を備える。基材は、シート状であり、かつ弾性導電部を備える。弾性導電部は、弾性及び導電性を有する。複数の導体線は、平面視において、弾性導電部に対してそれぞれ交差するように並列に配置される。複数の導体線のそれぞれは、複数の変曲部を有する。複数の誘電体は、複数の導体線と弾性導電部との間に配置される。糸状部材は、平面視において、複数の導体線に対して交差するように延在する。また、糸状部材は、複数の導体線を基材に縫い付ける。基材と導体線との間に加えられる押圧力に応じて弾性導電部と導体線との間の静電容量が変化する。
　本開示に従えば、より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易な感圧素子が得られる。
本実施形態の感圧素子が採用する基本的な圧力の測定メカニズムを説明するための感圧素子の基本的構造の一例を模式的に示す断面図である。 図１の感圧素子に押圧力が付与された状態を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る感圧素子の全体構造を示す平面図である。 糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける様子を模式的に示す平面図である。 図４の拡大平面図である。 導体線と糸状部材とが交差する箇所で切った拡大断面図である。 糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第１変形例を示す拡大平面図である。 糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第２変形例を示す拡大平面図である。 糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第３変形例を示す平面図である。 図９の一部拡大平面図である。 糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第４変形例を示す平面図である。 図１１の一部拡大平面図である。 糸状部材によって複数の導体線を基材に縫い付ける第５変形例を示す平面図である。 図１３の一部拡大平面図である。
　本開示の目的を達成するために、本開示にかかる発明（以下、本発明という）は以下のように構成する。
　本発明の第１態様によれば、感圧素子は、基材と、複数の導体線と、複数の誘電体と、糸状部材と、を備える。基材は、シート状であり、かつ弾性導電部を備える。弾性導電部は、弾性及び導電性を有する。複数の導体線は、平面視において、弾性導電部に対して交差するように並列に配置される。また、複数の導体線は、それぞれ複数の変曲部を有する。複数の誘電体は、複数の導体線と弾性導電部との間にそれぞれ配置される。糸状部材は、平面視において、複数の導体線に対して交差するように延在する。また、糸状部材は、複数の導体線を基材に縫い付ける。基材と導体線との間に加えられる押圧力に応じて導体線のそれぞれと弾性導電部との間の静電容量が変化する。
　本発明の第２態様の感圧素子は、第１態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、弾性導電部は、複数の導電部を有する。複数の導電部は、平面視において、複数の導体線に対してそれぞれ交差するように並列に配置されている。基材は、互いに隣りあう導電部の間に絶縁部を備える。糸状部材は、絶縁部に縫い付けられている。
　本発明の第３態様の感圧素子は、第２態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、各々の導体線は絶縁部と対向する位置に変曲部を有し、当該変曲部を跨ぐように糸状部材が複数の導体線を絶縁部に縫い付けている。
　本発明の第４態様の感圧素子は、第３態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、更に、平面視において、各々の導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように複数の導体線を基材に縫い付けている。
　本発明の第５態様の感圧素子は、第３態様の感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、更に、平面視において、各々の導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように複数の導体線を絶縁部に縫い付けている。
　本発明の第６態様の感圧素子は、第３～５態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、平面視において、変曲部を多重に跨ぐように複数の導体線を基材に縫い付けている。
　本発明の第７態様の感圧素子は、第３～５態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、さらに以下の構成を備える。すなわち、糸状部材は、平面視において、導体線の変曲部の近傍部分を３回以上跨ぐように複数の導体線を基材に縫い付けている。
　本発明の第８態様の感圧素子は、第１～７態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、導体線を挟んで基材と対向するように配置されたシート状部材をさらに備える。
　本発明の第９態様の感圧素子は、第１～８態様のうちいずれか１つの感圧素子に対し、さらに以下の特徴を備える。すなわち、糸状部材は、伸縮性を有する。
　［本実施形態］
　本実施形態に係る感圧素子は、容量（キャパシタンス）を有する素子であって、コンデンサ機能又はキャパシタ機能を有している。本実施形態に係る感圧素子では、押圧力の印加によって容量変化がもたらされ、その容量変化から押圧力が検出される。従って、本実施形態に係る感圧素子は、「静電容量型感圧センサ素子」、「容量性圧力検出センサ素子」、又は「感圧スイッチ素子」などとも称される。本実施形態に係る感圧素子は、「感圧装置」と称されてもよい。
　以下、本実施形態に係る感圧素子について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比及び外観などは実物と異なり得ることに留意されたい。また、特記しない限り、同じ符号又は記号は、同じ部材又は同じ意味内容を示すものとする。
　（基本的な測定メカニズム）
　図１は、本実施形態に係る感圧素子が採用する基本的な圧力の測定メカニズムを説明するための感圧素子の基本的構造の一例を模式的に示す断面図である。図２は、図１の感圧素子に押圧力が付与された状態を模式的に示す断面図である。
　本実施形態に係る感圧素子は、図１に示すように、押圧力を付与される感圧部１と、押圧力を検出する検出部２とを備えている。
　感圧部１は、弾性及び導電性を有する弾性導電部１１と、導体線１２と、導体線１２の表面を被覆する絶縁被膜である誘電体１３と、導体線１２及び誘電体１３を介して弾性導電部１１と対向するシート状部材１４を有している。
　検出部２は、弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量の変化に基づいて、押圧力を検出する回路である。検出部２は、端子Ｔ１１が弾性導電部１１に電気的に接続されるとともに、端子Ｔ１２が導体線１２に電気的に接続されている。検出部２は、例えば、制御回路、集積回路等である。なお、ノイズの影響の低減による押圧力検出の安定化の観点から、弾性導電部１１は、グランドに接続されていることが好ましい。
　本実施形態に係る感圧素子においては、図２に示すように、感圧部１に押圧力が付与されると、弾性導電部１１と誘電体１３との接触領域の面積（以下、単に「接触領域の面積」ともいう）が、弾性導電部１１が有する弾性に基づいて拡大する。その結果、弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量Ｃ〔ｐＦ〕が変化する。静電容量Ｃ〔ｐＦ〕及び感圧部１に付与される押圧力Ｆ〔Ｎ〕は、それぞれ以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、前記式中において、ε〔ｐＦ／ｍ〕は誘電体１３の誘電率、Ｓ〔ｍ２〕は弾性導電部１１と誘電体１３との接触面積、ｄ〔ｍ〕は誘電体１３の厚さ、Ｅ〔Ｐａ〕は弾性導電部１１のヤング率、ｅは弾性導電部１１のひずみである。
　従来の感圧素子においては、電極間距離の変化でもって静電容量Ｃの変化をとらえ、押圧力Ｆを検出する。一方、本実施形態に係る感圧素子においては、接触領域の面積の変化に基づいて静電容量Ｃの変化をとらえ、押圧力Ｆを検出する。静電容量Ｃの変化において、接触領域の面積の変化による寄与は、電極間距離の変化による寄与よりも大きい。特に、押圧力Ｆの大きさが小さい場合、押圧力Ｆの印加により電極間距離がほとんど変化しないので電極間距離の変化に基づく静電容量Ｃの変化は非常に小さい。一方、押圧力Ｆの大きさが小さくても、押圧力Ｆの印加により接触領域の面積は変化する。静電容量Ｃは、接触領域の面積には比例するが、電極間距離には反比例する（Ｃ∝Ｓ、Ｃ∝１／ｄ）。このため、接触領域の面積の変化に基づく静電容量Ｃの変化は大きい。従って、本実施態様の感圧素子は、従来の感圧素子と比べ、押圧力Ｆの測定範囲が広くなる。
　本実施形態に係る感圧素子においては、接触領域の面積の変化に基づく端子Ｔ１１と端子Ｔ１２との間の静電容量の変化を検出することで、押圧力を測定する。接触領域の面積の変化は、従来の感圧素子における電極間距離の変化よりも比較的大きい。このため、本実施形態に係る感圧素子によれば、比較的簡易な構造で、比較的広い範囲の押圧力を測定することができる。
　なお、前記では、誘電体１３は、導体線１２の表面を被覆するように構成されるものとしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、誘電体１３は、弾性導電部１１と導体線１２との間に配置されていればよい。
　また、前記では、弾性導電部１１とシート状部材１４との間に１本の導体線１２を配置したが、本開示の感圧素子の構成は、これに限定されない。例えば、弾性導電部１１とシート状部材１４との間に複数の導体線１２を撚って構成した撚り線を用いてもよい。この構成によれば、押圧力の測定範囲を一層拡大するとともに、感圧測定の精度を向上させることができる。感圧測定の精度が向上することで、例えば、従来では検出し難い微小な押圧力でも検出することができる。なお、誘電体１３は、撚り線の周囲を被覆するように設けられてもよい。また、誘電体１３は、撚り線を構成する複数本の導体線１２のそれぞれの周囲を被覆するように設けられてもよい。
　また、シート状部材１４は、弾性導電部１１とは異なる部材であってもよいし、弾性導電部１１と同一の部材であってもよい。シート状部材１４を弾性導電部１１と同一の部材で構成することで、例えば、シート状部材１４と導体線１２との接触領域の面積の変化に基づいて、シート状部材１４と導体線１２との間の静電容量の変化を計測することも可能になる。これにより、感圧測定の精度を向上させることができる。また、押圧力による変形を弾性導電部１１とシート状部材１４の両方に分散することができ、押圧力の測定レンジを広げることができる。また、弾性導電部１１の変形の程度を軽減でき、弾性導電部１１を長寿命化することができる。
　（感圧素子の構造）
　図３は、本実施形態に係る感圧素子の全体構造を示す平面図である。
　図３に示すように、本実施形態に係る感圧素子は、弾性導電部１１を有するシート状の基材１５と、誘電体１３でそれぞれ被覆された複数の導体線１２とを備えている。
　本実施形態において、弾性導電部１１は、図３に示すように、基材１５の厚さ方向から見た平面視において、複数の導体線１２に対してそれぞれ交差するように並列に配置された複数の導電部１１Ａを有している。複数の導電部１１Ａは、それぞれ直線帯状に形成され、互いに間隔を空けて並列に配置されている。導電部１１Ａは、外力によって局所的に変形し、除力すると元の形状に戻る弾性を有している。導電部１１Ａが弾性を有することにより、導電部１１Ａの延在方向及びその直交方向に基材１５に外力が加えられても、導電部１１Ａは伸縮することができる。また、導電部１１Ａは、押圧時に誘電体１３よりも変形するように、誘電体１３よりも低い弾性率を有している。導電部１１Ａは、例えば、ゴム材料中に導電性粒子が分散された導電性ゴムで構成されている。導電部１１Ａは、例えば、シリコンゴムにカーボンが分散された導電性シリコンゴムで構成されている。なお、導電部１１Ａは、押圧力の測定時におけるノイズ防止の観点から、検出部２のグランド（０Ｖ）に接続されることが好ましい。
　基材１５は、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａの間に絶縁部１６を備えている。また、本実施形態において、基材１５は、平面視において、複数の導電部１１Ａを介して互いに対向する位置に絶縁部１６を備えている。すなわち、基材１５は、各々の導電部１１Ａをそれぞれ挟むように複数の絶縁部１６を備えている。この構成により、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａが接触して短絡することを抑えて、測定精度を向上させることができる。本実施形態において、基材１５は、互いに間隔を空けて並列に設けられた複数の溝部を有する絶縁部１６と、当該複数の溝部にそれぞれ挿入された複数の導電部１１Ａとで構成されている。
　絶縁部１６は、弾性及び絶縁性を有している。絶縁部１６は、外力によって局所的に変形し、除力すると元の形状に戻る弾性を有している。絶縁部１６が弾性を有することにより、絶縁部１６の延在方向及びその直交方向に基材１５に外力が加えられても、絶縁部１６は伸縮することができる。また、絶縁部１６は、押圧時に誘電体１３よりも変形するように、誘電体１３よりも低い弾性率を有している。絶縁部１６は、例えば、ゴム材料で構成されている。絶縁部１６は、例えば、非導電性シリコンゴムで構成されている。なお、導電部１１Ａは、押圧力の測定時におけるノイズ防止の観点から、検出部２のグランド（０Ｖ）に接続されることが好ましい。
　複数の導体線１２は、平面視において、弾性導電部１１に対してそれぞれ交差するように並列に配置されている。本実施形態において、導体線１２は、導電性を有する金属ワイヤ（例えば、銅線）である。また、導体線１２は、複数の変曲部１２ａを有している。本実施形態において、導体線１２は、波形状に形成されている。すなわち、導体線１２において、振幅の頂点が変曲部１２ａになっている。変曲部１２ａは、直線的に曲がる箇所（屈曲部）であってもよいし、曲線的に曲がる箇所（湾曲部）であってもよい。導体線１２が波形状に形成されることにより、導電部１１Ａの延在方向に対して直交する方向に基材１５に外力が加えられても、導体線１２は伸縮することができる。導体線１２は、例えば、正弦波形状、矩形波形状、三角波形状、のこぎり波形状、それらの複合形状に形成されている。なお、導体線１２の断面形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、矩形、三角形、台形等であってもよい。また、導体線１２の波形状は、周期的（規則的）であってもよいし、非周期的（非規則的）であってもよい。
　また、複数の導体線１２は、平面視において、導電部１１Ａの延在方向に対してそれぞれ斜めに交差するように配置されている。この構成によれば、複数の導体線１２が平面視において導電部１１Ａの延在方向に対して直交するように配置されるよりも、導電部１１Ａと導体線１２との接触面積を大きくすることができる。その結果、感圧測定の精度を向上させることができる。
　本実施形態において、導体線１２は、表面を誘電体１３で被覆されている。誘電体１３は、押圧時に弾性導電部１１及び導体線１２よりも変形しないように、弾性導電部１１及び導体線１２よりも高い弾性率又は剛性を有している。導体線１２が誘電体１３で被覆された線材として、例えば、エナメル線、エレメント線などの絶縁コート金属線がある。当該絶縁コート金属線を用いることで、弾性導電部１１と導体線１２との間に誘電体１３を配置する工程を別途行う必要を無くし、感圧素子の構造をより一層簡易化するとともに、製造コストも抑えることができる。複数の導体線１２は、糸状部材１７によって基材１５に縫い付けられている。
　図４は、糸状部材１７によって複数の導体線１２を基材１５に縫い付ける様子を模式的に示す平面図である。図５は、図４の拡大平面図である。図６は、導体線１２と糸状部材１７とが交差する箇所で切った拡大断面図である。
　糸状部材１７は、図３及び図４に示すように、平面視において、複数の導体線１２に対して交差するように延在している。すなわち、糸状部材１７は、複数の導体線１２に跨がって配置され、複数の導体線１２を同時に基材１５に縫い付けている。これにより、例えば、感圧素子を曲面に装着する場合であっても、複数の導電部１１Ａと複数の導体線１２と交差する位置を一定範囲に拘束することができ、感圧位置の再現性を確保することができる。すなわち、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。また、糸状部材１７によって、誘電体１３が導体線１２から剥離することを抑えることもできる。なお、平面視において、基材１５の端部近傍には、貫通穴１５ａが設けられている。
　本実施形態において、糸状部材１７は、図３～図５に示すように、絶縁部１６に縫い付けられている。この構成によれば、糸状部材１７が導電部１１Ａを貫通しないので、導電部１１Ａに亀裂が発生するなどして導電部１１Ａの導電性にバラツキが生じることを抑えることができる。その結果、感圧測定の精度が低下することを抑えることができる。
　また、各々の導体線１２は、図３～図５に示すように、絶縁部１６と対向する位置に変曲部１２ａを有している。糸状部材１７は、各々の導体線１２の変曲部１２ａを跨ぐように絶縁部１６に縫い付けられている。これにより、例えば、基材１５を繰り返し伸縮させた場合であっても、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。
　また、本実施形態において、糸状部材１７は、ニット用の糸などに用いられる伸縮性を有する糸で構成されている。糸状部材１７が伸縮性を有することにより、糸状部材１７によって基材１５の伸縮性が低下することを抑えることができる。その結果、感圧素子全体の伸縮性の低下を抑えることができる。
　また、本実施形態において、糸状部材１７は、図５及び図６に示すように、上糸１７Ａと下糸１７Ｂとを備えている。下糸１７Ｂが絶縁部１６を貫通して上糸１７Ａに係合することにより、各々の導体線１２が糸状部材１７によって基材１５に縫い付けられる。
　各々の導体線１２は、図３に示すように、コネクタ２１に電気的に接続されている。各々の導電部１１Ａは、コネクタ２２に電気的に接続されている。コネクタ２１及びコネクタ２２は、検出部２が備えるものである。本実施形態に係る感圧素子は、前述した測定メカニズムの説明から明らかなように、基材１５と導体線１２との間に加えられた押圧力に応じて、弾性導電部１１と導体線１２とが交差する箇所の静電容量が変化する。検出部２は、コネクタ２１及びコネクタ２２を通じて弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量の変化を検出し、当該静電容量の変化に基づいて、押圧力を検出する。また、検出部２は、静電容量が変化した箇所を特定することにより、押圧位置を検出する。
　本実施形態に係る感圧素子によれば、弾性導電部１１が弾性を有しているので、押圧力が付与されると、弾性導電部１１と導体線１２との接触領域の面積が弾性導電部１１の弾性に応じて変化し、弾性導電部１１と導体線１２との間の静電容量が変化する。本実施形態に係る感圧素子は、この静電容量の変化に基づいて押圧力を検出する。接触領域の面積の変化は、従来の感圧素子における電極間距離の変化よりも比較的大きい。従って、本実施形態に係る感圧素子によれば、比較的簡易な構造で、比較的広い範囲の押圧力を測定することができる。
　また、本実施形態に係る感圧素子によれば、複数の導体線１２に対して交差するように延在し、複数の導体線１２を基材１５に縫い付ける糸状部材１７を備えている。この構成により、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。
　また、本実施形態に係る感圧素子によれば、弾性導電部１１が複数の導体線１２に対してそれぞれ交差するように並列に配置された複数の導電部１１Ａを有している。すなわち、複数の導電部１１Ａと複数の導体線１２とが、平面視において、マトリクス状に交差するように配置されている。この構成によれば、押圧位置の検出精度を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る感圧素子によれば、基材１５は、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａの間に絶縁部１６を備えている。この構成により、互いに隣りあう導電部１１Ａ，１１Ａが接触して短絡することを抑えて、測定精度を向上させることができる。
　また、本実施形態に係る感圧素子によれば、糸状部材１７は、絶縁部１６に縫い付けられている。この構成により、導電部１１Ａに亀裂が発生するなどして感圧測定の精度が低下することを抑えることができる。
　また、本実施形態に係る感圧素子によれば、各々の導体線１２は絶縁部１６と対向する位置に変曲部１２ａを有し、これらの変曲部１２ａを跨ぐように糸状部材１７が絶縁部１６に縫い付けられている。この構成により、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力をより確実に検出することができる。
　また、本実施形態に係る感圧素子によれば、糸状部材１７が伸縮性を有しているので、糸状部材１７によって基材１５の伸縮性が低下することを抑えて、感圧素子全体の伸縮性の低下を抑えることができる。
　なお、前記では、各々の導体線１２の変曲部１２ａを跨ぐように糸状部材１７を絶縁部１６に縫い付けるように構成したが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、糸状部材１７は、更に、平面視において、各々の導体線１２における互いに隣りあう変曲部１２ａ，１２ａの間を跨ぐように基材１５に縫い付けられてもよい。この構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、導体線１２に代えて、複数の導体線１２を撚って構成した撚り線を用いた場合には、糸状部材１７によって、当該撚り線がばらけることを抑えることができる。なお、糸状部材１７は、図７に示すように、基材１５の導電部１１Ａに縫い付けられてもよい。
　また、例えば、図８に示すように、糸状部材１７は、更に、平面視において、各々の導体線１２における互いに隣りあう変曲部１２ａ，１２ａの間を跨ぐように絶縁部１６に縫い付けられてもよい。すなわち、複数の糸状部材１７を絶縁部１６に縫い付けてもよい。この構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、導電部１１Ａに亀裂が発生するなどして感圧測定の精度が低下することを抑えることができる。また、導体線１２に代えて、複数の導体線１２を撚って構成した撚り線を用いた場合には、糸状部材１７によって、当該撚り線がばらけることを抑えることができる。
　なお、図７及び図８に示す構成において、変曲部１２ａを跨ぐ糸状部材１７と、変曲部１２ａから最も離れた位置を跨ぐ糸状部材１７との間隔ｄ１７は、導電部１１Ａの延在方向に直交する方向における変曲部１２ａ，１２ａ間の距離Ｄ１２の１０％以上であることが好ましい。また、当該間隔ｄ１７は、当該距離Ｄ１２の２５％以上であることがより好ましい。これにより、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレをより一層抑えて、所定位置での押圧力をより一層確実に検出することができる。
　また、前記では、糸状部材１７が上糸１７Ａと下糸１７Ｂとを備えるものとしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、糸状部材１７は、一方の糸のみを備え、当該糸を基材１５に対してなみ縫いすることで、複数の導体線１２を基材１５に縫い付けるようにしてもよい。
　また、前記では、糸状部材１７が絶縁部１６の延在方向に沿って直線状に縫い付けられるものとしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、糸状部材１７は、平面視において、変曲部１２ａを多重に跨ぐように基材１５に縫い付けられてもよい。例えば、図９及び図１０に示すように、糸状部材１７は、絶縁部１６の延在方向に沿って往復するとともに、往路方向に縫い付けられる糸状部材と復路方向に縫い付けられる糸状部材とが変曲部１２ａでＸ字状に交差するように縫い付けられてもよい。このような縫い付け方を、ここでは「Ｘ縫いＡ」という。また、例えば、図１１及び図１２に示すように、糸状部材１７は、絶縁部１６の延在方向に波状に進行して往復するとともに、往路方向に縫い付けられる糸状部材と復路方向に縫い付けられる糸状部材とが変曲部１２ａでＸ字状に交差するように縫い付けられてもよい。このような縫い付け方を、ここでは「Ｘ縫いＢ」という。これらの構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、糸状部材１７が波形状であることにより伸縮性を有するので、糸状部材１７によって基材１５の伸縮性が低下することを抑えて、感圧素子全体の伸縮性の低下を抑えることができる。
　なお、図９～図１２に示す変形例では、１本の糸状部材１７を絶縁部１６の延在方向に沿って往復させるようにしたが、本開示の感圧素子の構成はこれに限定されない。例えば、往路方向に縫い付ける糸状部材１７と、復路方向に縫い付ける糸状部材１７とを別個の部材としてもよい。なお、基材１５の端部近傍には、貫通穴１５ａが設けられている。
　また、糸状部材１７は、平面視において、導体線１２の変曲部１２ａの近傍部分を３回以上跨ぐように基材１５に縫い付けられてもよい。例えば、図１３及び図１４に示すように、糸状部材１７は、絶縁部１６の延在方向に沿って進行するとともに、平面視において変曲部１２ａの近傍でＮ字状に曲がって変曲部１２ａを通過するように縫い付けられてもよい。すなわち、糸状部材１７は、導体線１２を進行方向に通過した後、進行方向とは斜め逆方向に折り返して変曲部１２ａを通過し、再び進行方向に進んで導体線１２を通過するように縫い付けられてもよい。このような縫い付け方を、ここでは「Ｎ縫い」という。この構成によれば、弾性導電部１１に対する複数の導体線１２の位置ズレを一層抑えて、所定位置での押圧力を一層確実に検出することができる。また、Ｘ縫いＡ及びＸ縫いＢに比べて、Ｎ縫いは、縫い付けをより高速で行うことができる。
　本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
　本開示の感圧素子は、より十分な伸縮性を有しながらも、押圧力の測定範囲が比較的広く、かつ構造が比較的簡易であるので、例えば、自動車の内装品のような自由曲面を多彩に使用した電子機器に装着する感圧素子として有用である。
　　１　　感圧部
　　２　　検出部
　１１　　弾性導電部
　１１Ａ　導電部
　１２　　導体線
　１２ａ　変曲部
　１３　　誘電体
　１４　　シート状部材
　１５　　基材
　１５ａ　貫通穴
　１６　　絶縁部
　１７　　糸状部材
　１７Ａ　上糸
　１７Ｂ　下糸
　２１，２２　コネクタ
　Ｔ１１，Ｔ１２　端子

Claims (9)

  1. 　弾性及び導電性を有する弾性導電部を備えるシート状の基材と、
    　平面視において、前記弾性導電部に対して交差するように並列に配置され、それぞれ複数の変曲部を有する複数の導体線と、
    　前記複数の導体線と前記弾性導電部との間にそれぞれ配置された複数の誘電体と、
    　平面視において、前記複数の導体線に対して交差するように延在し、前記複数の導体線を前記基材に縫い付ける糸状部材と、
    　を備え、
    　前記基材と前記導体線との間に加えられる押圧力に応じて前記導体線のぞれぞれと前記弾性導電部との間の静電容量が変化するように構成された、感圧素子。
  2. 　前記弾性導電部は、平面視において、前記複数の導体線に対してそれぞれ交差するように並列に配置された複数の導電部を有し、
    　前記基材は、互いに隣りあう前記導電部の間に絶縁部を備え、
    　前記糸状部材は、前記複数の導体線を前記絶縁部に縫い付けている、請求項１に記載の感圧素子。
  3. 　各々の前記導体線は前記絶縁部と対向する位置に変曲部を有し、当該変曲部を跨ぐように前記糸状部材が前記複数の導体線を前記絶縁部に縫い付けている、請求項２に記載の感圧素子。
  4. 　前記糸状部材は、更に、平面視において、各々の前記導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように前記複数の導体線を前記基材に縫い付けている、請求項３に記載の感圧素子。
  5. 　前記糸状部材は、更に、平面視において、各々の前記導体線における互いに隣りあう変曲部の間を跨ぐように前記複数の導体線を前記絶縁部に縫い付けている、請求項３に記載の感圧素子。
  6. 　前記糸状部材は、平面視において、前記変曲部を多重に跨ぐように前記複数の導体線を前記基材に縫い付けている、請求項３～５のいずれか１つに記載の感圧素子。
  7. 　前記糸状部材は、平面視において、前記導体線の前記変曲部の近傍部分を３回以上跨ぐように前記複数の導体線を前記基材に縫い付けている、請求項３～５のいずれか１つに記載の感圧素子。
  8. 　前記導体線を挟んで前記基材と対向するように配置されたシート状部材をさらに備える、請求項１～７のいずれか１つに記載の感圧素子。
  9. 　前記糸状部材は、伸縮性を有する、請求項１～８のいずれか１つに記載の感圧素子。
PCT/JP2019/048582 2019-01-24 2019-12-11 感圧素子 WO2020153029A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020567414A JPWO2020153029A1 (ja) 2019-01-24 2019-12-11 感圧素子
CN201980089625.0A CN113348347B (zh) 2019-01-24 2019-12-11 压敏元件
US17/354,907 US11740141B2 (en) 2019-01-24 2021-06-22 Pressure-sensitive element

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-010402 2019-01-24
JP2019010402 2019-01-24

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/354,907 Continuation US11740141B2 (en) 2019-01-24 2021-06-22 Pressure-sensitive element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020153029A1 true WO2020153029A1 (ja) 2020-07-30

Family

ID=71736726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/048582 WO2020153029A1 (ja) 2019-01-24 2019-12-11 感圧素子

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11740141B2 (ja)
JP (1) JPWO2020153029A1 (ja)
CN (1) CN113348347B (ja)
WO (1) WO2020153029A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115112270A (zh) * 2022-07-11 2022-09-27 西南大学 一种柔性可拉伸触觉传感器
WO2023100525A1 (ja) * 2021-12-03 2023-06-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 荷重センサ
WO2023105950A1 (ja) * 2021-12-08 2023-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 荷重センサ

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115003997A (zh) * 2020-01-27 2022-09-02 松下知识产权经营株式会社 载荷传感器
US11740143B2 (en) * 2020-05-28 2023-08-29 Nano And Advanced Materials Institute Limited Flexible pressure sensor array and method for fabricating the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013108754A (ja) * 2011-11-17 2013-06-06 Seiko Epson Corp 力検出器、検出装置、電子機器及びロボット
WO2018096901A1 (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 感圧素子および操舵装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1172404A (ja) * 1997-06-18 1999-03-16 Hitachi Ltd 圧力センサ
JP2006317340A (ja) 2005-05-13 2006-11-24 Fujikura Ltd 荷重センサ
GB2443208A (en) * 2006-10-27 2008-04-30 Studio 1 Ventures Ltd Textile pressure sensor
JP5467322B2 (ja) * 2006-12-11 2014-04-09 国立大学法人名古屋大学 感圧シート
JP5668966B2 (ja) 2009-10-15 2015-02-12 株式会社槌屋 導電性織物及び導電性織物を使用したタッチセンサ装置
JP5748274B2 (ja) * 2011-07-08 2015-07-15 株式会社ワコム 位置検出センサ、位置検出装置および位置検出方法
JP6165481B2 (ja) 2013-03-26 2017-07-19 住友理工株式会社 把持状態検出センサ
JP5519068B1 (ja) 2013-12-16 2014-06-11 株式会社トライフォース・マネジメント 触覚センサ
KR20160118110A (ko) * 2015-04-01 2016-10-11 실버레이 주식회사 복합센서
CN111893615B (zh) * 2015-08-20 2022-04-29 苹果公司 具有嵌入式电子部件的织物
KR20170093655A (ko) * 2016-02-05 2017-08-16 김동현 촉각센서
DE102016106071A1 (de) * 2016-04-04 2017-10-05 Pilz Gmbh & Co. Kg Gewebe mit mehreren Gewebelagen und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016106074A1 (de) * 2016-04-04 2017-10-05 Pilz Gmbh & Co. Kg Gewebe mit mehreren Gewebelagen
DE102017100791B4 (de) * 2017-01-17 2018-09-06 Pilz Gmbh & Co. Kg Mehrschichtiger, taktiler Sensor mit Befestigungsmittel
WO2018181641A1 (ja) * 2017-03-30 2018-10-04 住友理工株式会社 トランスデューサ及びそれを用いた振動提示装置
JP6935051B2 (ja) * 2017-05-26 2021-09-15 国立大学法人山梨大学 加圧位置センサ，加圧位置検出方法，加圧位置検出装置および符号化織物
WO2020079995A1 (ja) * 2018-10-18 2020-04-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 感圧素子および電子機器
WO2022181254A1 (ja) * 2021-02-25 2022-09-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 荷重センサ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013108754A (ja) * 2011-11-17 2013-06-06 Seiko Epson Corp 力検出器、検出装置、電子機器及びロボット
WO2018096901A1 (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 感圧素子および操舵装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023100525A1 (ja) * 2021-12-03 2023-06-08 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 荷重センサ
WO2023105950A1 (ja) * 2021-12-08 2023-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 荷重センサ
CN115112270A (zh) * 2022-07-11 2022-09-27 西南大学 一种柔性可拉伸触觉传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN113348347B (zh) 2023-09-26
CN113348347A (zh) 2021-09-03
US20210318188A1 (en) 2021-10-14
US11740141B2 (en) 2023-08-29
JPWO2020153029A1 (ja) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020153029A1 (ja) 感圧素子
KR101760514B1 (ko) 플렉시블 배선기판
KR101850636B1 (ko) 도전 시트, 정전 용량식 터치 패널 및 표시 장치
US8184106B2 (en) Position detection device
KR102492393B1 (ko) 감압 터치 센서 및 감압 터치 센서 모듈
US20150199056A1 (en) Touch panel
JP2013225266A (ja) タッチパネル
TW201816355A (zh) 彎曲感測器
US20160364057A1 (en) Three-dimensional touch panel
US20190306972A1 (en) Electric element and electronic device
JP2023051944A (ja) 静電容量型検知センサ、静電容量型検知センサモジュールおよび静電容量型検知センサを用いた状態判定方法
JP7041730B2 (ja) 電子機器
US10444912B2 (en) Sensing method of sensing device and stretchable sensor device
US20220252471A1 (en) A capacitive touch and pressure sensor
CN116761991A (zh) 力输入定位
JP7058409B2 (ja) 設置自由度の高い静電容量型センサ
US10437287B2 (en) Flexible display device
WO2019142448A1 (ja) ドアハンドル
CN104881189A (zh) 静电电容式位置检测装置
JP7331557B2 (ja) 触覚センサ
JP7410770B2 (ja) 荷重センサおよび操作入力装置
JP5875928B2 (ja) 静電容量型タッチパッド
US10474301B2 (en) Input device detecting both of position and applied weight
CN116670478A (zh) 负荷传感器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19911486

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020567414

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19911486

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1