WO2022137837A1 - 荷重センサ - Google Patents

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WO2022137837A1
WO2022137837A1 PCT/JP2021/040827 JP2021040827W WO2022137837A1 WO 2022137837 A1 WO2022137837 A1 WO 2022137837A1 JP 2021040827 W JP2021040827 W JP 2021040827W WO 2022137837 A1 WO2022137837 A1 WO 2022137837A1
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WO
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conductive elastic
conductor wires
elastic bodies
load sensor
load
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PCT/JP2021/040827
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進 浦上
博之 古屋
祐太 森浦
玄 松本
博伸 浮津
洋大 松村
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Priority to US18/213,749 priority patent/US20230332961A1/en

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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a load sensor that detects a load applied from the outside based on a change in capacitance.
  • Load sensors are widely used in fields such as industrial equipment, robots and vehicles.
  • the development of electronic devices using various free-form surfaces such as humanoid robots and interior parts of automobiles has been progressing.
  • it is required to mount a high-performance load sensor on each free curved surface.
  • Patent Document 1 two first conductive members made of a sheet-shaped conductive rubber, a linear second conductive member sandwiched between the two first conductive members, and a second conductive member are described. Described is a pressure sensitive element comprising a dielectric formed to cover the member.
  • an object of the present invention is to provide a load sensor capable of appropriately expanding the dynamic range of the sensor unit.
  • a main aspect of the present invention relates to a load sensor that detects a load applied to a sensor unit from the outside based on a change in capacitance.
  • the load sensor according to this embodiment is located between two base materials arranged so as to face each other, two conductive elastic bodies arranged on facing surfaces of the two base materials, and the two conductive elastic bodies. It comprises a plurality of arranged conductor wires. When the diameter of the conductor wire is 0.3 mm or less, the gap between the plurality of conductor wires is 0.6 mm or more, and when the diameter of the conductor wire is larger than 0.3 mm, the gap between the plurality of conductor wires is made.
  • the plurality of conductor wires are arranged under the condition that the gap is at least twice the diameter of the conductor wires.
  • the load sensor as long as the above conditions are satisfied, the range of change in capacitance with respect to the load can be widened as the number of conductor wires arranged in the sensor unit is increased. Therefore, by increasing the number of conductor wires arranged in the sensor unit according to the above conditions, the dynamic range of the sensor unit can be appropriately expanded.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a conductive elastic body installed on a facing surface of a lower base material and a lower base material according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view schematically showing a state in which a plurality of conductor wires are installed on a base material according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a perspective view schematically showing a conductive elastic body installed on the facing surface of the upper base material and the upper base material according to the embodiment.
  • FIG. 2B is a perspective view schematically showing the assembled load sensor according to the embodiment.
  • 3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views schematically showing the periphery of the conductor wire when viewed in the negative direction of the X-axis according to the embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing a conductive elastic body installed on a facing surface of a lower base material and a lower base material according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view schematically showing a state in
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing the inside of the load sensor when viewed in the negative direction of the Z axis according to the embodiment.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the conductor wires according to the first simulation.
  • FIG. 5B is a graph showing the relationship between the load and the capacitance when the number of conductor wires arranged in the Y-axis direction is changed according to the first simulation.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the conductor wires according to the second simulation.
  • FIG. 6B is a graph showing the relationship between the load and the capacitance under the conditions 1 and 2 and the comparison condition according to the second simulation.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the conductor wires according to the third simulation.
  • FIG. 7B is a table showing the relationship between hardness and Young's modulus according to the third simulation.
  • FIG. 8 is a deformed image showing the bending state of the conductive elastic body and the base material according to the third simulation.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a deformed image of the conductive elastic body and the base material according to the third simulation.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the diameter of the conductor wire and the minimum gap required for the conductive elastic body and the base material to flex properly according to the third simulation.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which the maximum number of conductor wires are arranged in the sensor unit according to the embodiment.
  • the load sensor according to the present invention can be applied to a load sensor of a management system or an electronic device that performs processing according to an applied load.
  • Examples of the management system include an inventory management system, a driver monitoring system, a coaching management system, a security management system, a nursing care / childcare management system, and the like.
  • a load sensor provided on the inventory shelf detects the load of the loaded inventory, and the type of product and the number of products existing on the inventory shelf are detected.
  • the load sensor provided in the refrigerator detects the load of the food in the refrigerator, and detects the type of food in the refrigerator and the number and amount of foods. This makes it possible to automatically propose menus using food in the refrigerator.
  • a load sensor provided in the steering device monitors the load distribution (for example, gripping force, gripping position, pedaling force) of the driver with respect to the steering device. Further, the load sensor provided on the vehicle-mounted seat monitors the load distribution (for example, the position of the center of gravity) of the driver with respect to the vehicle-mounted seat in the seated state. This makes it possible to feed back the driving state (sleepiness, psychological state, etc.) of the driver.
  • the load distribution on the sole of the foot is monitored by a load sensor provided on the bottom of the shoe. As a result, it is possible to correct or guide to an appropriate walking state or running state.
  • a load sensor installed on the floor detects the load distribution when a person passes, and detects the weight, stride length, passing speed, sole pattern, and the like. This makes it possible to identify the person who passed by by collating these detection information with the data.
  • the load distribution on the bedding and toilet seat of the human body is monitored by the load sensor provided on the bedding and toilet seat. This makes it possible to estimate what kind of behavior a person is trying to take at the position of the bedding or the toilet seat and prevent a fall or a fall.
  • Electronic devices include, for example, in-vehicle devices (car navigation systems, acoustic devices, etc.), home appliances (electric pots, IH cooking heaters, etc.), smartphones, electronic paper, e-book readers, PC keyboards, game controllers, smart watches, wireless. Examples include earphones, touch panels, electronic pens, penlights, shiny clothes, and musical instruments.
  • a load sensor is provided at an input unit that receives input from a user.
  • the load sensor in the following embodiment is a capacitance type load sensor typically provided in a load sensor of a management system or an electronic device as described above. Such a load sensor may be referred to as a "capacitive pressure sensitive sensor element", a “capacitive pressure detection sensor element”, a “pressure sensitive switch element”, or the like.
  • the load sensor in the following embodiment is used to detect a load applied to the sensor unit from the outside based on a change in capacitance.
  • the load sensor in the following embodiment is connected to a detection circuit, and the load sensor and the detection circuit constitute a load detection device.
  • the following embodiments are one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
  • the Z-axis direction is the height direction of the load sensor 1.
  • FIG. 1A is a perspective view schematically showing the base material 11 and the three conductive elastic bodies 12 installed on the facing surface 11a (the surface on the positive side of the Z axis) of the base material 11.
  • the base material 11 is an elastic and insulating member, and has a flat plate shape parallel to the XY plane.
  • the base material 11 is made of a non-conductive resin material or a non-conductive rubber material.
  • the resin material used for the base material 11 is selected from the group consisting of, for example, a styrene resin, a silicone resin (for example, polydimethylpolysiloxane (PDMS), etc.), an acrylic resin, a rotaxane resin, a urethane resin, and the like. At least one resin material to be made.
  • the rubber material used for the base material 11 is, for example, silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluororubber, and the like. It is at least one rubber material selected from the group consisting of epichlorohydrin rubber, urethane rubber, natural rubber and the like.
  • the conductive elastic body 12 is formed on the facing surface 11a (the surface on the positive side of the Z axis) of the base material 11.
  • three conductive elastic bodies 12 are formed on the facing surface 11a of the base material 11.
  • the conductive elastic body 12 is a conductive member having elasticity.
  • Each conductive elastic body 12 has a long strip shape in the Y-axis direction, and is formed side by side at a predetermined interval in the X-axis direction.
  • a cable 12a electrically connected to the conductive elastic body 12 is installed at the end on the negative side of the Y-axis of each conductive elastic body 12.
  • the conductive elastic body 12 is formed on the facing surface 11a of the base material 11 by a printing method such as screen printing, gravure printing, flexo printing, offset printing, and gravure offset printing. According to these printing methods, it is possible to form the conductive elastic body 12 on the facing surface 11a of the base material 11 with a thickness of about 0.001 mm to 0.5 mm.
  • the method for forming the conductive elastic body 12 is not limited to the printing method.
  • the conductive elastic body 12 is composed of a resin material and a conductive filler dispersed therein, or a rubber material and a conductive filler dispersed therein.
  • the resin material used for the conductive elastic body 12 is the same as the resin material used for the base material 11 described above, for example, a styrene resin, a silicone resin (polydimethylpolysiloxane (for example, PDMS), etc.), an acrylic resin, and the like. It is at least one resin material selected from the group consisting of a rotaxane-based resin, a urethane-based resin, and the like.
  • the rubber material used for the conductive elastic body 12 is the same as the rubber material used for the base material 11 described above, for example, silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, ethylene. It is at least one rubber material selected from the group consisting of propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, urethane rubber, natural rubber and the like.
  • the conductive filler used for the conductive elastic body 12 is, for example, Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In 2 O 3 (indium oxide (III)). ), And metal materials such as SnO 2 (tin oxide (IV)) and PEDOT: PSS (ie, a composite consisting of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS)). It is at least one material selected from the group consisting of a conductive polymer material such as, a metal-coated organic fiber, and a conductive fiber such as a metal wire (fiber state).
  • a conductive polymer material such as, a metal-coated organic fiber, and a conductive fiber such as a metal wire (fiber state).
  • FIG. 1B is a perspective view schematically showing a state in which a plurality of conductor wires 13 are installed on the base material 11.
  • the plurality of conductor wires 13 are arranged so as to be overlapped on the upper surface of the three conductive elastic bodies 12.
  • the plurality of conductor wires 13 are arranged so as to extend in the X-axis direction so as to straddle the three conductive elastic bodies 12.
  • two conductor wires 13 are arranged adjacent to each other, and three sets of two adjacent conductor wires are arranged.
  • Each set of the conductor wires 13 is arranged so as to intersect the conductive elastic body 12, and is arranged side by side at a predetermined interval along the longitudinal direction (Y-axis direction) of the conductive elastic body 12.
  • the conductor wire 13 is composed of a linear conductive member and a dielectric formed on the surface of the conductive member. The configuration of the conductor wire 13 will be described later with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • each set of the conductor wires 13 can move in the extending direction (X-axis direction) of the conductor wire 13 so that the thread 14 can be moved.
  • 12 threads 14 connect each set of the conductor wires 13 to the base material 11 at a position other than the position where the conductive elastic body 12 and the conductor wires 13 overlap.
  • the thread 14 is composed of chemical fibers, natural fibers, or mixed fibers thereof.
  • Two adjacent conductor wires 13 included in one set are connected to each other in a subsequent wiring or circuit.
  • the two adjacent conductor wires 13 may be connected at the end on the positive side of the X-axis. Further, the number of conductor wires 13 included in one set is not limited to two, and may be three or more.
  • FIG. 2A shows a base material 21 arranged so as to be overlapped on the upper side of the base material 11, and three conductive elastic bodies 22 installed on the facing surface 21a (the surface on the negative side of the Z axis) of the base material 21. It is a perspective view schematically showing.
  • the base material 21 has the same size and shape as the base material 11, and is made of the same material as the base material 11.
  • the conductive elastic body 22 is formed at a position facing the conductive elastic body 12 on the facing surface 21a of the base material 21, and is formed side by side at a predetermined interval in the X-axis direction.
  • the conductive elastic body 22 has the same size and shape as the conductive elastic body 12, and is made of the same material as the conductive elastic body 12.
  • the conductive elastic body 22 is formed on the Z-axis negative side surface of the base material 21 by a predetermined printing method.
  • the method for forming the conductive elastic body 22 is not limited to the printing method.
  • a cable 22a electrically connected to the conductive elastic body 22 is installed at the end on the negative side of the Y-axis of each conductive elastic body 22.
  • FIG. 2B is a perspective view schematically showing a state in which the structure of FIG. 2A is installed on the structure of FIG. 1B.
  • the structure shown in FIG. 2A is arranged from above the structure shown in FIG. 1B (on the positive side of the Z axis).
  • the base material 11 and the base material 21 are arranged so that the facing surface 11a and the facing surface 21a face each other, and the conductive elastic body 12 and the conductive elastic body 22 overlap each other.
  • the base material 11 and the base material 21 are fixed by connecting the four outer peripheral sides of the base material 21 to the four outer peripheral sides of the base material 11 with a silicone rubber-based adhesive, a thread, or the like.
  • the pair of two adjacent conductor wires 13 is sandwiched between the conductive elastic body 12 and the conductive elastic body 22 arranged one above the other. In this way, as shown in FIG. 2B, the load sensor 1 is completed.
  • FIG. 3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views schematically showing the periphery of the conductor wire 13 when viewed in the negative direction of the X-axis.
  • FIG. 3A shows a state in which no load is applied
  • FIG. 3B shows a state in which a load is applied.
  • the conductor wire 13 is composed of a conductive member 13a and a dielectric 13b formed on the conductive member 13a.
  • the conductive member 13a is a wire having a linear shape, and the dielectric 13b covers the surface of the conductive member 13a.
  • the conductive member 13a is made of, for example, a conductive metal material.
  • the conductive member 13a may be composed of a core wire made of glass and a conductive layer formed on the surface thereof, or may be composed of a core wire made of resin and a conductive layer formed on the surface thereof.
  • the conductive member 13a include valve action metals such as aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), zirconium (Zr), and hafnium (Hf), tungsten (W), and molybdenum. (Mo), copper (Cu), nickel (Ni), silver (Ag), gold (Au) and the like are used.
  • the dielectric 13b has an electrical insulating property and is made of, for example, a resin material, a ceramic material, a metal oxide material, or the like.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing the inside of the load sensor 1 when viewed in the negative direction of the Z axis. In FIG. 4, the thread 14 is not shown for convenience.
  • nine sensor units arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction are set. Specifically, nine regions in which the measurement region R is divided into three in the X-axis direction and three in the Y-axis direction are assigned to the nine sensor units.
  • the boundary of each sensor unit is in contact with the boundary of the sensor unit adjacent to the sensor unit.
  • the nine sensor units correspond to nine positions where the conductive elastic bodies 12 and 22 and the set of two adjacent conductor wires 13 intersect, and these nine positions are electrostatically charged according to the load.
  • Nine sensor units A11, A12, A13, A21, A22, A23, A31, A32, and A33 having varying capacities are formed.
  • Each sensor unit includes a set of two conductive elastic bodies 12 and 22 and two adjacent conductor wires 13, and the two conductor wires 13 to be a set form one pole (for example, an anode) of capacitance.
  • the conductive elastic bodies 12 and 22 form the other pole (for example, the anode) of the capacitance. That is, the conductive member 13a (see FIGS. 3A and 3B) in the two conductor wires 13 as a set constitutes one electrode of the load sensor 1 (capacitance type load sensor) and is conductive.
  • the elastic bodies 12 and 22 constitute the other electrode of the load sensor 1 (capacitance type load sensor), and the dielectrics 13b in the two conductor wires 13 to be paired (FIGS. 3A and 3B). (See) corresponds to a dielectric that defines the capacitance in the load sensor 1 (capacitance type load sensor).
  • the X-axis negative end of the conductor wire 13, the Y-axis negative end of the cable 12a, and the Y-axis negative end of the cable 22a are connected to a detection circuit installed for the load sensor 1. To.
  • the cables 12a and 22a drawn from the three sets of conductive elastic bodies 12 and 22 are shown as lines L11, L12 and L13, and the conductive members 13a in the three sets of conductor wires 13 are the lines L21, L22 and L23. It is shown as.
  • the contact area between the two conductor wires 13 to be paired in the sensor unit A11 and the conductive elastic bodies 12 and 22 increases. Therefore, by detecting the capacitance between the line L11 and the line L21, the load applied by the sensor unit A11 can be calculated. Similarly, in the other sensor unit, the load applied in the other sensor unit can be calculated by detecting the capacitance between the two lines intersecting in the other sensor unit.
  • the conductor wire 13 in one sensor unit is compared with the case where one conductor wire 13 is arranged.
  • the contact area between the conductive elastic bodies 12 and 22 is increased. Therefore, as the number of conductor wires 13 arranged in one sensor unit is increased, the amount of change in the capacitance of the sensor unit when a load is applied can be increased, whereby the dynamic range (detection) of the sensor unit can be increased.
  • the range of possible loads) can be expanded.
  • the inventors verified how the dynamic range of the sensor unit is expanded by further increasing the number of conductor wires 13 arranged in the sensor unit by the first simulation.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the conductor wires 13 according to the first simulation.
  • the conductor wire 13 was composed of the conductive member 13a and the dielectric 13b covering the surface of the conductive member 13a, as in the configuration shown in FIGS. 3A and 3B. Further, the base material 11 and the conductive elastic body 12 were arranged below the conductor wire 13, and the base material 21 and the conductive elastic body 22 were arranged above the conductor wire 13. The diameter of the conductor wire 13 was set to 0.3 mm. Further, a plurality of conductor wires 13 are arranged with a predetermined gap G in the Y-axis direction. The gap G between the adjacent conductor wires 13 is set so that the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 between the adjacent conductor wires 13 can be sufficiently bent.
  • the number of conductor wires 13 was set to 2, 4, 6, 8, and 10, and the relationship between the load and the capacitance when each number was set was verified.
  • FIG. 5B is a graph showing the relationship between the load and the capacitance when the number of conductor wires 13 arranged in the Y-axis direction is changed according to the first simulation.
  • the horizontal axis is the load (N) and the vertical axis is the capacitance (F).
  • the broken line circles are the inflection points of the curve.
  • the load in the range from 0 to the inflection is usually the load range (dynamic range) that can be detected by the sensor unit. Therefore, under the conditions of the first simulation, as shown in FIG. 5B, it was confirmed that the dynamic range increases as the number of the conductor wires 13 increases.
  • the inventors by a second simulation show how the pitch P between the conductor wires 13, which changes by increasing the number of the conductor wires 13 arranged in one sensor unit, affects the dynamic range. I verified it. That is, when arranging a plurality of conductor wires within the width of the sensor unit, the pitch between the adjacent conductor wires becomes smaller as the number of the arranged conductor wires increases, and the gap between the adjacent conductor wires becomes smaller. Becomes narrower. Therefore, the inventors have investigated how the pitch and gap between adjacent conductor wires affect the dynamic range of the sensor unit when the number of conductor wires 13 arranged in one sensor unit is increased. , It was verified by the second simulation.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the conductor wires 13 according to the second simulation.
  • the plurality of conductor wires 13, the base materials 11 and 21, and the conductive elastic bodies 12 and 22 were arranged.
  • the condition 1 was that the diameter of the conductor wire 13 was 0.06 mm, the number of conductor wires 13 was 16, and the pitch P (distance between the centers) was 0.6 mm.
  • Condition 2 was set when the diameter of the conductor wire 13 was 0.06 mm, the number of conductor wires 13 was 22, and the pitch P was 0.08 mm.
  • the range including all the conductor wires 13 was defined as the range of the sensor unit.
  • FIG. 6B is a graph showing the relationship between the load and the capacitance under the conditions 1 and 2 according to the second simulation.
  • the horizontal axis is the load (N) applied to the sensor unit
  • the vertical axis is the capacitance (F).
  • the dynamic range of the sensor unit cannot be properly expanded by simply increasing the number of conductor wires 13 included in one sensor unit. That is, it was confirmed that the dynamic range of the sensor unit is rather narrowed when the pitch P and the gap G between the adjacent conductor wires 13 are narrowed even if the number of the arranged conductor wires 13 is increased.
  • the pitch P and the gap G in condition 2 are several steps narrower than those in condition 1, so that even if the load applied to the sensor portion increases, the conductor wires 13 adjacent to each other are between the two conductor wires 13. It was considered that this is because the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are less likely to bend, and the increase in capacitance and dynamic range is suppressed.
  • the inventors examined under the conditions of the two conductor wires 13 by the third simulation whether the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 flex properly and the dynamic range is widened. did.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view schematically showing the arrangement of the conductor wire 13 according to the third simulation.
  • the base material 11 was placed under the conductive elastic body 12, and the metal plate 101 was placed under the base material 11.
  • the base material 21 was placed on the upper side of the conductive elastic body 22, and the metal plate 102 was placed on the upper side of the base material 21.
  • the metal plates 101 and 102 are made of materials that do not bend even when a load is applied in the vertical direction.
  • Each conductor wire 13 was arranged so that the pitch P increased by the diameter D of the conductor wire 13 alternately and stepwise from the center to the outside (Y-axis positive direction and Y-axis negative direction). That is, the pitch P of the two conductor wires 13 closest to the center is 2D, the pitch P of the two conductor wires 13 located on the negative side of the Y axis with respect to the center is 3D, and further on the positive side of the Y axis with respect to the center.
  • the pitch P of the two located conductor wires 13 was set to 4D. In this way, the nine conductor wires 13 are arranged in the Y-axis direction so that the pitch P increases by D alternately in the Y-axis direction from 2D to 9D.
  • the cases where the hardness of the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 were 10 ° and the case where the hardness was 90 ° were verified, respectively.
  • a hardness of 10 ° corresponds to a Young's modulus of 3 MPa
  • a hardness of 90 ° corresponds to a Young's modulus of 170 MPa.
  • the hardness of the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 suitable for the load sensor 1 is 40 ° to 60 °. Therefore, in the third simulation, the hardness is set so that this range can be sufficiently verified. It was set to 10 ° and 90 °, and verification was performed at each hardness.
  • the diameter D of the conductor wire 13 is 0.075 mm, 0.15 mm, 0.25 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, and the third simulation is performed in each case.
  • the diameter D is 0.3 mm or less. T was set to 1 mm, and when the diameter D was larger than 0.3 mm, T was set to 2 mm.
  • FIG. 8 is an image (hereinafter referred to as “deformed image”) showing the bending state of the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 according to the third simulation.
  • the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are deformed by pushing the upper metal plate 102 (see FIG. 7A) downward by the diameter D on the assumption that a load is applied. I let you. In the third simulation, it was determined whether or not the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 were properly deformed in such a deformed image as described below.
  • 9 (a) and 9 (b) are diagrams schematically showing deformed images of the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 according to the third simulation.
  • the upper and lower conductive elastic bodies 12 and 22 are in the range of the pitch P (gap G). Whether or not the pitch P (gap G) is appropriate is determined by whether or not they come into contact with each other. When the upper and lower conductive elastic bodies 12 and 22 come into contact with each other, it is determined that the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are properly bent within the range of the pitch P (gap G), and the pitch P ( It is determined that the gap G) is appropriate.
  • the conductor wire 13 outside the center of FIG. 8 is focused on in the pitch P (gap G) to be determined. It is determined whether or not the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are properly bent.
  • FIG. 9A two conductor wires 13 arranged adjacent to each other from the left side (negative side of the Y axis) to the right side (positive side of the Y axis) are the “first conductor wire” and the “second conductor wire,” respectively.
  • FIG. 9B two conductor wires 13 arranged adjacently from the left side (negative side of the Y axis) to the right side (positive side of the Y axis) are referred to as “third conductor wire” and “third conductor wire,” respectively. It is called “fourth conductor wire”.
  • the first to fourth conductor wires are assumed to be located on the left side (Y-axis negative side) from the center of FIG. Therefore, the first and second conductor wires are located outside the third and fourth conductor wires.
  • the central angle of the first conductor wire corresponding to the contact range between the first conductor wire and the conductive elastic bodies 12 and 22 is set as the contact angle ⁇ 1, and the contact range between the second conductor wire and the conductive elastic bodies 12 and 22 is supported.
  • the central angle of the second conductor wire is the contact angle ⁇ 2
  • the central angle of the third conductor wire corresponding to the contact range between the third conductor wire and the conductive elastic bodies 12 and 22 is the contact angle ⁇ 3.
  • the central angle of the fourth conductor wire corresponding to the contact range with the conductive elastic bodies 12 and 22 is defined as the contact angle ⁇ 4.
  • the conductive elastic bodies 12 and 22 are in contact with each other at the outer and inner positions of the first conductor wire, and the outer and inner end points corresponding to the contact angle ⁇ 1 of the first conductor wire are located.
  • a straight line (broken line straight line) connecting the outer and inner end points corresponding to the contact angle ⁇ 1 of the first conductor wire is set as the reference line.
  • the conductive elastic bodies 12 and 22 are in contact with each other within the range of the pitch P (gap G) inside the first conductor wire. Therefore, when both end points of the contact angle ⁇ 1 of the first conductor wire are at the positions of the reference lines in the vertical direction, the conductive elastic bodies 12 and 22 are within the range of the pitch P (gap G) inside the first conductor wire. And the base materials 11 and 21 are properly bent, and it is determined that the pitch P (gap G) is appropriate.
  • the upper and lower conductive elastic bodies 12 and 22 do not come into contact with each other within the range of the pitch P (gap G) inside the third conductor wire. Therefore, in such a case, the upper and lower conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are not properly bent within the range of the pitch P (gap G) inside the third conductor wire, and the pitch P is concerned. It is determined that (gap G) is not appropriate.
  • the suitability of the pitch P (gap G) is determined with FIGS. 9A and 9B inverted left and right.
  • the pitch P (gap G) inside the conductor wire 13 (negative side of the Y axis) depends on whether or not the end point inside the contact angle of the conductor wire 13 (negative side of the Y axis) is at the position of the reference line. Judge the suitability of.
  • the determination as described in FIGS. 9A and 9B is performed in order from the outside on the left side and the right side of the center.
  • the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are properly bent at the position where the pitch P is 9D, and the conductive elastic bodies 12 and 21 are conductive at the position where the pitch P is 7D.
  • the elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are not properly bent, and the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are properly bent at the position where the pitch P is 8D on the right side of the center.
  • the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 are not properly bent at the position where the pitch P is 6D. In this case, it is determined that the minimum pitch P required for the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 to flex properly is 8D.
  • 10 (a) and 10 (b) show the diameter D of the conductor wire 13 and the minimum gap G required for the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 to flex properly according to the third simulation. It is a graph which shows the relationship.
  • FIG. 10A is a graph when the hardness of the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 is 10 ° (Young's modulus is 3 MPa)
  • FIG. 10B is a graph of the conductive elastic bodies 12 and 22. It is a graph when the hardness of the base materials 11 and 21 is 90 ° (Young's modulus is 170 MPa).
  • FIGS. 10A and 10B two adjacent detection points are connected by a straight line.
  • the gap G corresponding to each diameter D is a value obtained by subtracting the diameter D from the pitch P obtained in the procedures of FIGS. 8 to 9 (b).
  • the gap G becomes a constant value of 0.6 mm, and when the diameter D is 0.3 mm or more, the gap G is The value was twice the diameter D.
  • the gap G (pitch P) obtained in the procedures of FIGS. 8 to 9 (b) is at least necessary for the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 to flex properly. Since the gap G (pitch P), the value of the gap G required for the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 to flex properly is a value equal to or higher than the straight line in FIGS. 10 (a) and 10 (b). I know what to do.
  • the diameter D and the gap G of the conductor wires 13 are as follows in order for the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 to flex properly in the gap G. It was found that the equations (1) and (2) of the above should be satisfied.
  • the maximum number of conductor wires 13 are arranged so as to satisfy the above equations (1) and (2). If this is done, the dynamic range of the sensor unit can be maximized.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which the maximum number of conductor wires 13 are arranged in the sensor unit, provided that the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 in the sensor unit are properly bent.
  • the diameter of the conductor wire 13 is 0.6 mm and the effective width of the sensor unit in the Y-axis direction is 10 mm
  • six conductor wires 13 are arranged in one sensor unit as shown in FIG. Can be done. That is, as shown in FIGS. 10A and 10B, when the diameter of the conductor wire 13 is 0.6 mm and the gap G of the conductor wire 13 is 1.2 mm, it is based on the conductive elastic bodies 12 and 22. Materials 11 and 21 flex properly.
  • the distance between the center of the conductor wire 13 on the positive side of the Y-axis and the conductor wire 13 on the negative side of the Y-axis is the most.
  • the distance is 9.0 mm, and the maximum number of conductor wires 13 can be arranged in one sensor unit having an effective width of 10 mm.
  • the hardness of the conductive elastic bodies 12 and 22 and the base materials 11 and 21 suitable for the load sensor 1 is about 40 ° to 60 ° (Young's modulus is 8.9 MPa). It is about 28.1 MPa), and the hardness set in the third simulation is 10 ° and 90 °. That is, the hardness set in the third simulation is set outside the above 40 ° to 60 °. Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the relationship between the diameter D and the gap G became the same regardless of the hardness. Therefore, it can be said that the above equations (1) and (2) are effective when the load sensor 1 includes the conductive elastic bodies 12 and 22 having normal hardness and the base materials 11 and 21.
  • the gap G of the plurality of conductor wires 13 is 0.6 mm or more, and the conductor wire 13 has a gap G of 0.6 mm or more.
  • the plurality of conductor wires 13 are arranged under the condition that the gap G of the plurality of conductor wires 13 is at least twice the diameter D of the conductor wires 13. According to this configuration, as long as the conditions of the above equations (1) and (2) are satisfied, the change width of the capacitance with respect to the load can be widened as the number of the conductor wires 13 arranged in the sensor unit is increased. can. Therefore, by increasing the number of conductor wires 13 arranged in the sensor unit according to the above conditions, the dynamic range of the sensor unit can be appropriately expanded.
  • the change width of the capacitance with respect to the load can be widened to the maximum. Therefore, the dynamic range of load detection in the sensor unit can be expanded to the maximum.
  • the two conductive elastic bodies 12 and 22 are arranged so as to extend in one direction (Y-axis direction), and a plurality of sensor portions are arranged in the direction in which the two conductive elastic bodies 12 and 22 extend. ), And a plurality of conductor wires 13 satisfying the conditions of (2) are arranged. In this case as well, the dynamic range of each sensor unit can be expanded in the plurality of sensor units.
  • a plurality of sets of the two conductive elastic bodies 12 and 22 are arranged in one direction (X-axis direction), and a plurality of conductor wires 13 satisfying the above equations (1) and (2) are arranged along the plurality of sets.
  • a sensor unit is arranged at a position where a plurality of sets of the two conductive elastic bodies 12 and 22 and a plurality of conductor wires 13 intersect. In this case as well, the dynamic range of each sensor unit can be expanded in the plurality of sensor units.
  • the conductor wire 13 includes a linear conductive member 13a and a dielectric 13b that covers the conductive member 13a.
  • the dielectric 13b can be installed between the conductive elastic bodies 12 and 22 and the conductive member 13a only by covering the surface of the conductive member 13a with the dielectric 13b.
  • the conductor wire 13 is composed of the linear conductive member 13a and the dielectric 13b that covers the conductive member 13a.
  • the conductor wire 13 is formed only by the linear conductive member 13a, and a dielectric is formed between the conductive elastic body 12 and the conductive member 13a and between the conductive elastic body 22 and the conductive member 13a. May be done.
  • a dielectric arranged between the conductive elastic bodies 12 and 22 and the conductive member 13a may be formed on the surface of the conductive elastic bodies 12 and 22.
  • the load sensor 1 includes three sets of adjacent plurality of conductor wires 13, but at least one set of adjacent plurality of conductor wires 13. All you have to do is prepare.
  • the load sensor 1 may have one set of conductor wires 13.
  • the load sensor 1 includes three sets of conductive elastic bodies 12 and 22 facing vertically, but at least one set of conductive elastic bodies 12. It suffices to have 22 pairs.
  • the set of the conductive elastic bodies 12 and 22 provided in the load sensor 1 may be one set.
  • the shape of the conductor wire 13 is a linear shape in a plan view, but it may be a wave shape.
  • the conductor wire 13 may be composed of a twisted wire in which a plurality of conductive members coated with a dielectric are twisted, and the twisted wire in which a plurality of conductive members are twisted and a dielectric covering the twisted wire. It may be composed of and.

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Abstract

荷重センサ（１）は、外部からセンサ部（Ａ１１～Ａ１３、Ａ２１～Ａ２３、Ａ３１～Ａ３３）に付与される荷重を静電容量の変化に基づいて検出する。荷重センサ（１）は、互いに向かい合うように配置された２つの基材と、２つの基材の対向面にそれぞれ配置された２つの導電弾性体（１２、２２）と、２つの導電弾性体（１２、２２）の間に配置された複数の導体線（１３）と、を備える。導体線（１３）の直径が０．３ｍｍ以下である場合、複数の導体線（１３）間の隙間が０．６ｍｍ以上であり、導体線（１３）の直径が０．３ｍｍより大きい場合、複数の導体線（１３）間の隙間が導体線（１３）の直径の２倍以上であるとの条件により、複数の導体線（１３）が配置されている。

Description

荷重センサ
　本発明は、外部から付与される荷重を静電容量の変化に基づいて検出する荷重センサに関する。
　荷重センサは、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、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、人型のロボットおよ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荷重センサを装着することが求められている。
　以下の特許文献１には、シート状の導電性ゴムからなる２つの第１の導電部材と、２つの第１の導電部材に挟まれた線状の第２の導電部材と、第２の導電部材を被覆するように形成された誘電体と、を備えた感圧素子が記載されている。
国際公開第２０１８／０９６９０１号
　上記構成では、通常、２つの第１の導電部材に挟まれる第２の導電部材の数を増やすことにより、感圧素子のダイナミックレンジが広がることが想定され得る。しかしながら、発明者らの検討によれば、第２の導電部材（導体線）の配置数を単純に増やすだけでは、ダイナミックレンジを適正に広げることはできないことが分かった。
　かかる課題に鑑み、本発明は、センサ部のダイナミックレンジを適正に広げることが可能な荷重センサを提供することを目的とする。
　本発明の主たる態様は、外部からセンサ部に付与される荷重を静電容量の変化に基づいて検出する荷重センサに関する。本態様に係る荷重センサは、互いに向かい合うように配置された２つの基材と、前記２つの基材の対向面にそれぞれ配置された２つの導電弾性体と、前記２つの導電弾性体の間に配置された複数の導体線と、を備える。前記導体線の直径が０．３ｍｍ以下である場合、前記複数の導体線間の隙間が０．６ｍｍ以上であり、前記導体線の直径が０．３ｍｍより大きい場合、前記複数の導体線間の隙間が前記導体線の直径の２倍以上であるとの条件により、前記複数の導体線が配置されている。
　本態様に係る荷重センサによれば、上記の条件を満たす限り、センサ部に配置される導体線の数を増やすに応じて、荷重に対する静電容量の変化幅を広げることができる。よって、上記条件に従ってセンサ部に配置される導体線の数を増加させることにより、センサ部のダイナミックレンジを適正に広げることができる。
　以上のとおり、本発明によれば、センサ部のダイナミックレンジを適正に広げることが可能な荷重センサを提供できる。
　本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
図１（ａ）は、実施形態に係る、下側の基材および下側の基材の対向面に設置された導電弾性体を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、実施形態に係る、基材に複数の導体線が設置された状態を模式的に示す斜視図である。 図２（ａ）は、実施形態に係る、上側の基材および上側の基材の対向面に設置された導電弾性体を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、実施形態に係る、組み立てが完了した荷重センサを模式的に示す斜視図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る、Ｘ軸負方向に見た場合の導体線の周辺を模式的に示す断面図である。 図４は、実施形態に係る、Ｚ軸負方向に見た場合の荷重センサの内部を模式的に示す平面図である。 図５（ａ）は、第１シミュレーションに係る、導体線の配置を模式的に示す断面図である。図５（ｂ）は、第１シミュレーションに係る、Ｙ軸方向に並ぶ導体線の本数を変化させた場合の、荷重と静電容量との関係を示すグラフである。 図６（ａ）は、第２シミュレーションに係る、導体線の配置を模式的に示す断面図である。図６（ｂ）は、第２シミュレーションに係る、条件１、２および比較条件の場合の、荷重と静電容量との関係を示すグラフである。 図７（ａ）は、第３シミュレーションに係る、導体線の配置を模式的に示す断面図である。図７（ｂ）は、第３シミュレーションに係る、硬度およびヤング率の関係を示す表である。 図８は、第３シミュレーションに係る、導電弾性体と基材の撓み状態を示す変形画像である。 図９は、第３シミュレーションに係る、導電弾性体と基材の変形画像を模式的に示す図である。 図１０は、第３シミュレーションに係る、導体線の直径と、導電弾性体と基材が適正に撓むために最低限必要な隙間との関係を示すグラフである。 図１１は、実施形態に係る、センサ部内に最大数の導体線を配置した状態を示す模式図である。
　ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
　本発明に係る荷重センサは、付与された荷重に応じて処理を行う管理システムや電子機器の荷重センサに適用可能である。
　管理システムとしては、たとえば、在庫管理システム、ドライバーモニタリングシステム、コーチング管理システム、セキュリティー管理システム、介護・育児管理システムなどが挙げられる。
　在庫管理システムでは、たとえば、在庫棚に設けられた荷重センサにより、積載された在庫の荷重が検出され、在庫棚に存在する商品の種類と商品の数とが検出される。これにより、店舗、工場、倉庫などにおいて、効率よく在庫を管理できるとともに省人化を実現できる。また、冷蔵庫内に設けられた荷重センサにより、冷蔵庫内の食品の荷重が検出され、冷蔵庫内の食品の種類と食品の数や量とが検出される。これにより、冷蔵庫内の食品を用いた献立を自動的に提案できる。
　ドライバーモニタリングシステムでは、たとえば、操舵装置に設けられた荷重センサにより、ドライバーの操舵装置に対する荷重分布（たとえば、把持力、把持位置、踏力）がモニタリングされる。また、車載シートに設けられた荷重センサにより、着座状態におけるドライバーの車載シートに対する荷重分布（たとえば、重心位置）がモニタリングされる。これにより、ドライバーの運転状態（眠気や心理状態など）をフィードバックすることができる。
　コーチング管理システムでは、たとえば、シューズの底に設けられた荷重センサにより、足裏の荷重分布がモニタリングされる。これにより、適正な歩行状態や走行状態へ矯正または誘導することができる。
　セキュリティー管理システムでは、たとえば、床に設けられた荷重センサにより、人が通過する際に、荷重分布が検出され、体重、歩幅、通過速度および靴底パターンなどが検出される。これにより、これらの検出情報をデータと照合することにより、通過した人物を特定することが可能となる。
　介護・育児管理システムでは、たとえば、寝具や便座に設けられた荷重センサにより、人体の寝具および便座に対する荷重分布がモニタリングされる。これにより、寝具や便座の位置において、人がどのような行動を取ろうとしているかを推定し、転倒や転落を防止することができる。
　電子機器としては、たとえば、車載機器（カーナビゲーション・システム、音響機器など）、家電機器（電気ポット、ＩＨクッキングヒーターなど）、スマートフォン、電子ペーパー、電子ブックリーダー、ＰＣキーボード、ゲームコントローラー、スマートウォッチ、ワイヤレスイヤホン、タッチパネル、電子ペン、ペンライト、光る衣服、楽器などが挙げられる。電子機器では、ユーザからの入力を受け付ける入力部に荷重センサが設けられる。
　以下の実施形態における荷重センサは、上記のような管理システムや電子機器の荷重センサにおいて典型的に設けられる静電容量型荷重センサである。このような荷重センサは、「静電容量型感圧センサ素子」、「容量性圧力検出センサ素子」、「感圧スイッチ素子」などと称される場合もある。以下の実施形態における荷重センサは、外部からセンサ部に付与される荷重を静電容量の変化に基づいて検出するために用いられる。以下の実施形態における荷重センサは、検出回路に接続され、荷重センサおよび検出回路により、荷重検出装置が構成される。以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。
　以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、荷重センサ１の高さ方向である。
　図１（ａ）は、基材１１と、基材１１の対向面１１ａ（Ｚ軸正側の面）に設置された３つの導電弾性体１２とを模式的に示す斜視図である。
　基材１１は、弾性を有する絶縁性の部材であり、Ｘ－Ｙ平面に平行な平板形状を有する。基材１１は、非導電性の樹脂材料または非導電性のゴム材料から構成される。基材１１に用いられる樹脂材料は、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（たとえば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。基材１１に用いられるゴム材料は、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。
　導電弾性体１２は、基材１１の対向面１１ａ（Ｚ軸正側の面）に形成される。図１（ａ）では、基材１１の対向面１１ａに、３つの導電弾性体１２が形成されている。導電弾性体１２は、弾性を有する導電性の部材である。各導電弾性体１２は、Ｙ軸方向に長い帯状の形状を有しており、Ｘ軸方向に所定の間隔をあけて並んで形成されている。各導電弾性体１２のＹ軸負側の端部に、導電弾性体１２と電気的に接続されたケーブル１２ａが設置される。
　導電弾性体１２は、基材１１の対向面１１ａに対して、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、およびグラビアオフセット印刷などの印刷工法により形成される。これらの印刷工法によれば、基材１１の対向面１１ａに０．００１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の厚みで導電弾性体１２を形成することが可能となる。ただし、導電弾性体１２の形成方法は、印刷工法に限られるものではない。
　導電弾性体１２は、樹脂材料とその中に分散した導電性フィラー、またはゴム材料とその中に分散した導電性フィラーから構成される。
　導電弾性体１２に用いられる樹脂材料は、上述した基材１１に用いられる樹脂材料と同様、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（ポリジメチルポリシロキサン（たとえば、ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。導電弾性体１２に用いられるゴム材料は、上述した基材１１に用いられるゴム材料と同様、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。
　導電弾性体１２に用いられる導電性フィラーは、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））、およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））等の金属材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（すなわち、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）からなる複合物）等の導電性高分子材料や、金属コート有機物繊維、金属線（繊維状態）等の導電性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の材料である。
　図１（ｂ）は、基材１１に複数の導体線１３が設置された状態を模式的に示す斜視図である。
　複数の導体線１３は、３つの導電弾性体１２の上面に重ねて配置される。複数の導体線１３は、３つの導電弾性体１２に跨がるよう、Ｘ軸方向に延びて配置される。ここでは、２本の導体線１３が隣接して配置され、隣接する２本の導体線が３組配置されている。導体線１３の各組は、導電弾性体１２に交差するように配置され、導電弾性体１２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って、所定の間隔をあけて並んで配置されている。導体線１３は、線状の導電部材と、当該導電部材の表面に形成された誘電体とからなる。導体線１３の構成については、追って図３（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
　図１（ｂ）のように隣接する２本の導体線１３が３組配置された後、導体線１３の各組は、導体線１３の延びる方向（Ｘ軸方向）に移動可能に、糸１４で基材１１に設置される。図１（ｂ）に示す例では、１２個の糸１４が、導電弾性体１２と導体線１３とが重なる位置以外の位置において、導体線１３の各組を基材１１に接続している。糸１４は、化学繊維、天然繊維、またはそれらの混合繊維などにより構成される。１つの組に含まれる隣接する２本の導体線１３は、後段の配線または回路において互いに接続される。なお、隣接する２本の導体線１３は、Ｘ軸正側の端部で繋がっていてもよい。また、１つの組に含まれる導体線１３の数は、２本に限らず、３本以上でもよい。
　図２（ａ）は、基材１１の上側に重ねて配置される基材２１と、基材２１の対向面２１ａ（Ｚ軸負側の面）に設置された３つの導電弾性体２２とを模式的に示す斜視図である。
　基材２１は、基材１１と同じ大きさおよび形状を有し、基材１１と同じ材料により構成される。導電弾性体２２は、基材２１の対向面２１ａにおいて、導電弾性体１２に対向する位置に形成され、Ｘ軸方向に所定の間隔をあけて並んで形成されている。導電弾性体２２は、導電弾性体１２と同じ大きさおよび形状を有し、導電弾性体１２と同じ材料により構成される。導電弾性体２２は、導電弾性体１２と同様、所定の印刷工法により基材２１のＺ軸負側の面に形成される。導電弾性体２２の形成方法も、印刷工法に限られるものではない。各導電弾性体２２のＹ軸負側の端部に、導電弾性体２２と電気的に接続されたケーブル２２ａが設置される。
　図２（ｂ）は、図１（ｂ）の構造体に図２（ａ）の構造体が設置された状態を模式的に示す斜視図である。
　図１（ｂ）に示した構造体の上方（Ｚ軸正側）から、図２（ａ）に示した構造体が配置される。このとき、基材１１と基材２１は、対向面１１ａと対向面２１ａとが互いに向かい合うように配置され、導電弾性体１２と導電弾性体２２とが重なるように配置される。そして、基材２１の外周四辺が基材１１の外周四辺に対して、シリコーンゴム系接着剤や糸などで接続されることにより、基材１１と基材２１とが固定される。これにより、隣接する２本の導体線１３の組は、上下に配置された導電弾性体１２と導電弾性体２２とによって挟まれる。こうして、図２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。
　図３（ａ）、（ｂ）は、Ｘ軸負方向に見た場合の導体線１３の周辺を模式的に示す断面図である。図３（ａ）は、荷重が加えられていない状態を示し、図３（ｂ）は、荷重が加えられている状態を示している。
　図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導体線１３は、導電部材１３ａと、導電部材１３ａに形成された誘電体１３ｂと、により構成される。導電部材１３ａは、線状の形状を有する線材であり、誘電体１３ｂは、導電部材１３ａの表面を被覆している。
　導電部材１３ａは、たとえば、導電性の金属材料により構成される。この他、導電部材１３ａは、ガラスからなる芯線およびその表面に形成された導電層により構成されてもよく、樹脂からなる芯線およびその表面に形成された導電層などにより構成されてもよい。導電部材１３ａとしては、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）などの弁作用金属や、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが用いられる。誘電体１３ｂは、電気絶縁性を有し、たとえば、樹脂材料、セラミック材料、金属酸化物材料などにより構成される。
　図３（ａ）に示すように、荷重が加えられていない場合、導電弾性体１２と導体線１３との間にかかる力、および、導電弾性体２２と導体線１３との間にかかる力は、ほぼゼロである。この状態から、図３（ｂ）に示すように、基材１１の下面に対して上方向に荷重が加えられ、基材２１の上面に対して下方向に荷重が加えられると、導体線１３によって導電弾性体１２、２２および基材１１、２１が変形する。
　図３（ｂ）に示すように、荷重が加えられると、導体線１３は、導電弾性体１２、２２に包まれるように導電弾性体１２、２２に近付けられ、導体線１３と導電弾性体１２、２２との間の接触面積が増加する。これにより、導電部材１３ａと導電弾性体１２との間の静電容量および導電部材１３ａと導電弾性体２２との間の静電容量が変化する。そして、導体線１３の領域の静電容量が検出されることにより、この領域にかかる荷重が算出される。
　図４は、Ｚ軸負方向に見た場合の荷重センサ１の内部を模式的に示す平面図である。図４では、便宜上、糸１４の図示が省略されている。
　荷重センサ１の計測領域Ｒには、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ９個のセンサ部が設定されている。具体的には、計測領域ＲをＸ軸方向に３分割しＹ軸方向に３分割した９個の領域が、９個のセンサ部に割り当てられる。各センサ部の境界は、当該センサ部と隣り合うセンサ部の境界と接している。９個のセンサ部は、導電弾性体１２、２２と隣接する２本の導体線１３の組とが交わる９個の位置に対応しており、これら９個の位置に、荷重に応じて静電容量が変化する９個のセンサ部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３が形成される。
　各センサ部は、導電弾性体１２、２２と隣接する２本の導体線１３の組とを含み、組となる２本の導体線１３は、静電容量の一方の極（たとえば陽極）を構成し、導電弾性体１２、２２は、静電容量の他方の極（たとえば陰極）を構成する。すなわち、組となる２本の導体線１３内の導電部材１３ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）は、荷重センサ１（静電容量型荷重センサ）の一方の電極を構成し、導電弾性体１２、２２は、荷重センサ１（静電容量型荷重センサ）の他方の電極を構成し、組となる２本の導体線１３内の誘電体１３ｂ（図３（ａ）、（ｂ）参照）は、荷重センサ１（静電容量型荷重センサ）において静電容量を規定する誘電体に対応する。
　各センサ部に対してＺ軸方向に荷重が加わると、荷重により、組となる２本の導体線１３が導電弾性体１２、２２に押し付けられ、めり込む。これにより、組となる２本の導体線１３と導電弾性体１２、２２との間の接触面積が変化し、当該組となる２本の導体線１３と当該導電弾性体１２、２２との間の静電容量が変化する。
　導体線１３のＸ軸負側の端部、ケーブル１２ａのＹ軸負側の端部、およびケーブル２２ａのＹ軸負側の端部は、荷重センサ１に対して設置される検出回路に接続される。
　図４では、３組の導電弾性体１２、２２から引き出されたケーブル１２ａ、２２ａはラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３として示され、３組の導体線１３内の導電部材１３ａはラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３として示されている。ラインＬ１１に接続された導電弾性体１２、２２が、ラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３であり、ラインＬ１２に接続された導電弾性体１２、２２が、ラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３であり、ラインＬ１３に接続された導電弾性体１２、２２が、ラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３と交わる位置が、それぞれ、センサ部Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３である。
　センサ部Ａ１１に対して荷重が加えられると、センサ部Ａ１１において組となる２本の導体線１３と導電弾性体１２、２２との接触面積が増加する。したがって、ラインＬ１１とラインＬ２１との間の静電容量を検出することにより、センサ部Ａ１１において加えられた荷重を算出することができる。同様に、他のセンサ部においても、当該他のセンサ部において交わる２つのライン間の静電容量を検出することにより、当該他のセンサ部において加えられた荷重を算出することができる。
　ところで、上記の構成では、１つのセンサ部に対して２本の導体線１３が配置されることにより、１本の導体線１３が配置される場合に比べて、１つのセンサ部における導体線１３と導電弾性体１２、２２との間の接触面積が増加する。このため、１つのセンサ部に配置される導体線１３の数を増やすほど、荷重付与時におけるセンサ部の静電容量の変化量を増加させることができ、これにより、センサ部のダイナミックレンジ（検出可能な荷重の範囲）を広げることができる。
　発明者らは、センサ部に配置される導体線１３の数をさらに増やすことで、センサ部のダイナミックレンジがどのように広がるか否かを第１シミュレーションにより検証した。
　図５（ａ）は、第１シミュレーションに係る、導体線１３の配置を模式的に示す断面図である。
　第１シミュレーションでは、図３（ａ）、（ｂ）に示した構成と同様、導体線１３を、導電部材１３ａと、導電部材１３ａの表面を被覆する誘電体１３ｂと、により構成した。また、導体線１３の下側に、基材１１および導電弾性体１２を配置し、導体線１３の上側に、基材２１および導電弾性体２２を配置した。導体線１３の直径を０．３ｍｍとした。また、導体線１３を、Ｙ軸方向に所定の隙間Ｇをあけて複数配置した。隣り合う導体線１３の隙間Ｇを、当該隣り合う導体線１３の間にある導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が十分に撓むことができる程度に設定した。
　このような条件のもと、導体線１３の本数を、２、４、６、８、１０に設定し、各本数に設定した場合の荷重と静電容量との関係について検証した。
　図５（ｂ）は、第１シミュレーションに係る、Ｙ軸方向に並ぶ導体線１３の本数を変化させた場合の、荷重と静電容量との関係を示すグラフである。図５（ｂ）のグラフにおいて、横軸は荷重（Ｎ）であり、縦軸は静電容量（Ｆ）である。
　各グラフにおいて破線の丸印は、曲線の変曲点である。荷重センサでは、通常、０から変曲点までの範囲の荷重が、センサ部において検出可能な荷重範囲（ダイナミックレンジ）となる。したがって、第１シミュレーションの条件のもとでは、図５（ｂ）に示すように、導体線１３の本数が増えるにつれて、ダイナミックレンジが大きくなることが確認できた。
　次に、発明者らは、１つのセンサ部に配置される導体線１３の数を増やすことにより変化する導体線１３間のピッチＰが、ダイナミックレンジにどうように影響するかを第２シミュレーションにより検証した。すなわち、センサ部の幅の範囲内に複数の導体線を配置する場合、配置される導体線の数が増えるほど、隣り合う導体線間のピッチは小さくなり、また、隣り合う導体線間の隙間が狭くなる。そこで、発明者らは、１つのセンサ部に配置される導体線１３の数を増やした場合に、隣り合う導体線間のピッチおよび隙間が、センサ部のダイナミックレンジにどのように影響するかを、第２シミュレーションにより検証した。
　図６（ａ）は、第２シミュレーションに係る、導体線１３の配置を模式的に示す断面図である。
　第２シミュレーションにおいても、図５（ａ）の場合と同様、複数の導体線１３と、基材１１、２１と、導電弾性体１２、２２とを配置した。第２シミュレーションでは、導体線１３の直径を０．０６ｍｍ、導体線１３の本数を１６本、ピッチＰ（中心間の距離）を０．６ｍｍとした場合を条件１とした。導体線１３の直径を０．０６ｍｍ、導体線１３の本数を２２本、ピッチＰを０．０８ｍｍとした場合を条件２とした。条件１、２において、全ての導体線１３を含む範囲を、センサ部の範囲とした。
　このような２つの条件のもと、各条件における荷重と静電容量との関係について検証した。
　図６（ｂ）は、第２シミュレーションに係る、条件１、２の場合の、荷重と静電容量との関係を示すグラフである。図６（ｂ）のグラフにおいて、横軸はセンサ部にかかる荷重（Ｎ）であり、縦軸は静電容量（Ｆ）である。
　図６（ｂ）に示すとおり、条件１では、図５（ａ）、（ｂ）に示した第１シミュレーションにおいて、直径０．３ｍｍの導体線１３を６本並べた場合と同等のダイナミックレンジが得られた。これにより、直径０．０６ｍｍの導体線１３をセンサ部に１６本配置することにより、センサ部のダイナミックレンジを広げることができることが確認できた。しかしながら、条件２では、条件１よりもセンサ部に含まれる導体線１３の数が多いにもかかわらず、ダイナミックレンジが、条件１よりも顕著に狭くなった。
　このことから、１つのセンサ部に含まれる導体線１３の数を単に増やすだけでは、センサ部のダイナミックレンジを適正に広げることができないことが確認できた。つまり、センサ部のダイナミックレンジは、配置される導体線１３の数を増やしても、隣り合う導体線１３間のピッチＰや隙間Ｇが狭くなると、却って狭くなることが確認できた。
　この理由として、発明者らは、条件２のピッチＰおよび隙間Ｇが条件１よりも数段狭いため、センサ部に付与される荷重が増加しても、隣り合う２つの導体線１３の間において導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が撓みにくくなり、静電容量およびダイナミックレンジの上昇が抑制されてしまうためであると考えた。
　そこで、発明者らは、２つの導体線１３の条件がどのような場合に、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓み、ダイナミックレンジが広げられるのかを第３シミュレーションにより検討した。
　図７（ａ）は、第３シミュレーションに係る、導体線１３の配置を模式的に示す断面図である。
　第３シミュレーションでは、導電弾性体１２の下側に基材１１を配置し、基材１１の下側に金属板１０１を配置した。導電弾性体２２の上側に基材２１を配置し、基材２１の上側に金属板１０２を配置した。金属板１０１、１０２は、上下方向に荷重が付与されても撓まない素材とした。
　中心から外側（Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向）に向けて交互かつ段階的に、導体線１３の直径ＤずつピッチＰが大きくなるように、各導体線１３を配置した。すなわち、中心に最も近い２つの導体線１３のピッチＰを２Ｄとし、中心に対してＹ軸負側に位置する２つの導体線１３のピッチＰを３Ｄ、さらに中心に対してＹ軸正側に位置する２つの導体線１３のピッチＰを４Ｄとした。こうして、ピッチＰが２Ｄから９ＤまでＹ軸方向に交互にＤだけ増えるよう、９本の導体線１３をＹ軸方向に並べた。
　また、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の硬度が１０°の場合と９０°の場合とについて、それぞれ検証を行った。図７（ｂ）に示すように、硬度１０°はヤング率３ＭＰａに相当し、硬度９０°はヤング率１７０ＭＰａに相当する。通常、荷重センサ１に好適な導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の硬度は、４０°～６０°であるため、第３シミュレーションでは、この範囲を十分に検証できるように、硬度を１０°および９０°に設定し、各硬度において検証を行った。
　さらに、導体線１３の直径Ｄを、０．０７５ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍとし、それぞれの場合について第３シミュレーションを行った。なお、導電弾性体１２の厚みと基材１１の厚みの和、および、導電弾性体２２の厚みと基材２１の厚みの和を、それぞれＴとすると、直径Ｄが０．３ｍｍ以下の場合はＴを１ｍｍとし、直径Ｄが０．３ｍｍより大きい場合はＴを２ｍｍとした。
　図８は、第３シミュレーションに係る、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の撓み状態を示す画像（以下、「変形画像」と称する）である。
　第３シミュレーションでは、荷重付与を想定して、上側の金属板１０２（図７（ａ）参照）を下方向に直径Ｄだけ押し込むことにより、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１を変形させた。第３シミュレーションでは、このような変形画像において、以下に説明するように導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に変形したか否かを判定した。
　図９（ａ）、（ｂ）は、第３シミュレーションに係る、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の変形画像を模式的に示す図である。
　第３シミュレーションでは、上側の金属板１０２（図７（ａ）参照）を下方向に直径Ｄだけ押し込むこんだときに、ピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、上下の導電弾性体１２、２２が互いに接触するか否かで、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）が適正であるか否かが判定される。上下の導電弾性体１２、２２が互いに接触する場合、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいると判定し、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）は適正であると判定する。他方、上下の導電弾性体１２、２２が互いに接触しない場合、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいないと判定し、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）は適正でないと判定する。
　以下に、判定方法の一例を示す。ここでは、判定対象のピッチＰ（隙間Ｇ）を形成する２つの導体線１３のうち、図８の中心に対して外側の導体線１３に着目して、判定対象のピッチＰ（隙間Ｇ）において導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んだか否かが判定される。
　図９（ａ）において、左側（Ｙ軸負側）から右側（Ｙ軸正側）に向かって隣接して並ぶ２つの導体線１３を、それぞれ、「第１導体線」、「第２導体線」と称し、図９（ｂ）において、左側（Ｙ軸負側）から右側（Ｙ軸正側）に向かって隣接して並ぶ２つの導体線１３を、それぞれ、「第３導体線」、「第４導体線」と称する。ここでは、便宜上、第１～第４導体線は、図８の中心から左側（Ｙ軸負側）に位置するものとする。したがって、第１、第２導体線は、第３、第４導体線よりも外側に位置する。
　また、第１導体線と導電弾性体１２、２２との接触範囲に対応する第１導体線の中心角を接触角θ１とし、第２導体線と導電弾性体１２、２２との接触範囲に対応する第２導体線の中心角を接触角θ２とし、第３導体線と導電弾性体１２、２２との接触範囲に対応する第３導体線の中心角を接触角θ３とし、第４導体線と導電弾性体１２、２２との接触範囲に対応する第４導体線の中心角を接触角θ４とする。
　ここで、図９（ａ）に示すように、第１導体線の外側および内側位置において導電弾性体１２、２２が接触し、第１導体線の接触角θ１に対応する外側および内側の端点が同じ高さにある場合、第１導体線の接触角θ１に対応する外側および内側の端点を結ぶ直線（破線の直線）を基準線に設定する。
　この場合、第１導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、導電弾性体１２、２２は互いに接触している。よって、第１導体線の接触角θ１の両端点がいずれも上下方向において基準線の位置にある場合、第１導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでおり、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）は適正であると判定する。
　続いて、図９（ａ）に示すように、第２導体線の接触角θ２に対応する外側および内側の端点がいずれも、上下方向において基準線の位置にある場合、第２導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいると判定する。
　続いて、図９（ｂ）に示すように、第３導体線の接触角θ３に対応する内側の端点が、導体線１３の中心に対して基準線の外側（ここでは上側）にある場合、第３導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいないと判定する。すなわち、図９（ｂ）の場合、接触角θ３に対応する内側の端点付近において、導体線１３の中心に対して基準線の外側に、導電弾性体１２、２２と接触しない領域Ａが形成されている。このような場合、第３導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、上下の導電弾性体１２、２２は互いに接触しない。したがって、このような場合は、第３導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでおらず、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）は適正でないと判定する。
　また、図９（ｂ）に示すように、第３導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において、上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいない場合、第４導体線の接触角θ４に対応する外側および内側の端点付近においても、導電弾性体１２、２２と接触しない領域Ａが形成される。したがって、第４導体線の内側のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲においても、上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいないと判定する。
　同様に、中心の右側に位置する導体線１３についても、図９（ａ）、（ｂ）を左右に反転させた状態で、ピッチＰ（隙間Ｇ）の適否を判定する。この場合、導体線１３の接触角の内側（Ｙ軸負側）の端点が基準線の位置にあるか否かによって、当該導体線１３の内側（Ｙ軸負側）のピッチＰ（隙間Ｇ）の適否を判定する。すなわち、導体線１３の接触角の内側（Ｙ軸負側）の端点が基準線の位置にある場合、当該導体線１３の内側（Ｙ軸負側）のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでおり、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）は適正であると判定する。他方、導体線１３の接触角の内側（Ｙ軸負側）の端点が基準線の上側にある場合、当該導体線１３の内側（Ｙ軸負側）のピッチＰ（隙間Ｇ）の範囲において上下の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１は適正に撓んでおらず、当該ピッチＰ（隙間Ｇ）は適正でないと判定する。
　図８に戻り、図９（ａ）、（ｂ）で説明したような判定を、中心の左側および右側において外側から順に行う。これにより、図８の例では、たとえば、中心の左側において、ピッチＰが９Ｄの位置で導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでおり、ピッチＰが７Ｄの位置で導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでおらず、中心の右側において、ピッチＰが８Ｄの位置で導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでおり、ピッチＰが６Ｄの位置で導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓んでいないと判定される。この場合、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むために最低限必要なピッチＰは８Ｄであると判定される。
　このような判定を、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の２種類の硬度と、導体線１３の８種類の直径Ｄとにおいてそれぞれ行い、各場合について導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むために最低限必要なピッチＰを取得した。
　図１０（ａ）、（ｂ）は、第３シミュレーションに係る、導体線１３の直径Ｄと、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むために最低限必要な隙間Ｇとの関係を示すグラフである。
　図１０（ａ）は、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の硬度が１０°（ヤング率が３ＭＰａ）の場合のグラフであり、図１０（ｂ）は、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の硬度が９０°（ヤング率が１７０ＭＰａ）の場合のグラフである。なお、図１０（ａ）、（ｂ）では、隣り合う２つの検出点がそれぞれ直線で結ばれている。また、各直径Ｄに対応する隙間Ｇは、図８～図９（ｂ）の手順で得られたピッチＰから、直径Ｄを減算した値である。
　図１０（ａ）、（ｂ）のいずれのグラフにおいても、直径Ｄが０．３ｍｍ以下では、隙間Ｇは０．６ｍｍと一定の値になり、直径Ｄが０．３ｍｍ以上では、隙間Ｇは直径Ｄの２倍の値となった。また、上述したように、図８～図９（ｂ）の手順で得られた隙間Ｇ（ピッチＰ）は、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むために最低限必要な隙間Ｇ（ピッチＰ）であるため、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むために必要な隙間Ｇの値は、図１０（ａ）、（ｂ）の直線以上の値であればよいことが分かる。
　したがって、複数の導体線１３を隙間Ｇで並べた場合に、隙間Ｇにおいて導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むためには、導体線１３の直径Ｄおよび隙間Ｇが、以下の式（１）、（２）を満たせばよいことが分かった。
　Ｄ≦０．３ｍｍの場合、Ｇ≧０．６ｍｍ　…（１）
　Ｄ＞０．３ｍｍの場合、Ｇ≧２Ｄ　…（２）
　以上のことから、たとえば、図４に示したように１つのセンサ部に対して複数の導体線１３が配置される場合、上記式（１）、（２）を満たすように導体線１３の直径Ｄおよび隙間Ｇを設定することにより、センサ部内の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むようになる。したがって、図４に示した複数の導体線１３についても、上記式（１）、（２）が満たされるように配置される。これにより、センサ部のダイナミックレンジを広げることができる。
　また、センサ部内になるべく多くの導体線１３を配置して、当該センサ部のダイナミックレンジを広げようとする場合、上記式（１）、（２）を満たすように最大数の導体線１３が配置されれば、センサ部のダイナミックレンジを最大に広げることができる。
　図１１は、センサ部内の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓むことを条件に、センサ部内に最大数の導体線１３を配置した状態を示す模式図である。
　たとえば、導体線１３の直径を０．６ｍｍとし、センサ部のＹ軸方向における有効幅を１０ｍｍとすると、１つのセンサ部内には、図１１に示すように６本の導体線１３を配置することができる。すなわち、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、導体線１３の直径が０．６ｍｍの場合、導体線１３の隙間Ｇが１．２ｍｍであれば、導電弾性体１２、２２と基材１１、２１が適正に撓む。したがって、この場合、６本の導体線１３を１．２ｍｍの隙間Ｇで等間隔に配置すれば、最もＹ軸正側の導体線１３と、最もＹ軸負側の導体線１３との中心間距離は、９．０ｍｍとなり、有効幅１０ｍｍの１つのセンサ部内に最大数の導体線１３を配置できる。
　なお、図７（ｂ）を参照して説明したように、荷重センサ１に好適な導電弾性体１２、２２と基材１１、２１の硬度は４０°～６０°程度（ヤング率が８．９ＭＰａ～２８．１ＭＰａ程度）であり、第３シミュレーションにおいて設定された硬度は１０°および９０°である。すなわち、第３シミュレーションで設定された硬度は、上記の４０°～６０°の外側に設定されている。また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、硬度にかかわらず、直径Ｄと隙間Ｇとの関係は同様になった。したがって、荷重センサ１が通常硬度の導電弾性体１２、２２と基材１１、２１を備える場合、上記式（１）、（２）が有効であると言える。
　＜実施形態の効果＞
　実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　上記式（１）、（２）に示したように、導体線１３の直径Ｄが０．３ｍｍ以下である場合、複数の導体線１３の隙間Ｇが０．６ｍｍ以上であり、導体線１３の直径Ｄが０．３ｍｍより大きい場合、複数の導体線１３の隙間Ｇが導体線１３の直径Ｄの２倍以上であるとの条件により、複数の導体線１３が配置される。この構成によれば、上記式（１）、（２）の条件を満たす限り、センサ部に配置される導体線１３の数を増やすに応じて、荷重に対する静電容量の変化幅を広げることができる。よって、上記条件に従ってセンサ部に配置される導体線１３の数を増加させることにより、センサ部のダイナミックレンジを適正に広げることができる。
　上記式（１）、（２）の条件を満たす最大数の導体線１３が配置されることにより、荷重に対する静電容量の変化幅を最大に広げることができる。よって、センサ部における荷重検出のダイナミックレンジを最大に広げることができる。
　２つの導電弾性体１２、２２が一方向（Ｙ軸方向）に延びて配置され、複数のセンサ部が２つの導電弾性体１２、２２が延びる方向に配置され、各センサ部に上記式（１）、（２）の条件を満たす複数の導体線１３が配置される。この場合も、複数のセンサ部において、各センサ部のダイナミックレンジを広げることができる。
　２つの導電弾性体１２、２２の組が一方向（Ｘ軸方向）に複数配置され、上記式（１）、（２）の条件を満たす複数の導体線１３が複数の組に沿って配置され、２つの導電弾性体１２、２２の複数の組と複数の導体線１３とが交差する位置に、それぞれ、センサ部が配置される。この場合も、複数のセンサ部において、各センサ部のダイナミックレンジを広げることができる。
　図３（ａ）、（ｂ）に示したように、導体線１３は、線状の導電部材１３ａと、導電部材１３ａを被覆する誘電体１３ｂとを備える。この構成によれば、導電部材１３ａの表面を誘電体１３ｂで被覆するだけで、導電弾性体１２、２２と導電部材１３ａとの間に誘電体１３ｂを設置できる。
　＜その他の変更例＞
　上記実施形態では、線状の導電部材１３ａと、導電部材１３ａを被覆する誘電体１３ｂとにより、導体線１３が構成された。しかしながら、これに限らず、線状の導電部材１３ａのみにより導体線１３が構成され、導電弾性体１２と導電部材１３ａとの間および導電弾性体２２と導電部材１３ａとの間に誘電体が形成されてもよい。具体的には、導電弾性体１２、２２と導電部材１３ａとの間に配置される誘電体が、導電弾性体１２、２２の表面に形成されてもよい。
　また、上記実施形態では、図４に示したように、荷重センサ１は、隣接する複数の導体線１３からなる組を３つ備えたが、隣接する複数の導体線１３からなる組を少なくとも１つ備えればよい。たとえば、荷重センサ１が備える導体線１３の組は、１つでもよい。
　また、上記実施形態では、図２（ｂ）に示したように、荷重センサ１は、上下に対向する３組の導電弾性体１２、２２を備えたが、少なくとも１組の導電弾性体１２、２２の組を備えればよい。たとえば、荷重センサ１に備える導電弾性体１２、２２の組は、１組でもよい。
　また、上記実施形態では、導体線１３の形状は、平面視において、直線形状であったが、波形状であってもよい。また、導体線１３は、誘電体によって被覆された複数の導電部材が撚られた撚線によって構成されてもよく、複数の導電部材が撚られた撚線と、当該撚線を被覆する誘電体とによって構成されてもよい。
　この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
　１　荷重センサ
　１１、２１　基材
　１１ａ、２１ａ　対向面
　１２、２２　導電弾性体
　１３　導体線
　１３ａ　導電部材
　１３ｂ　誘電体
　Ａ１１～Ａ１３、Ａ２１～Ａ２３、Ａ３１～Ａ３３　センサ部

Claims (6)

  1. 　外部からセンサ部に付与される荷重を静電容量の変化に基づいて検出する荷重センサであって、
    　互いに向かい合うように配置された２つの基材と、
    　前記２つの基材の対向面にそれぞれ配置された２つの導電弾性体と、
    　前記２つの導電弾性体の間に配置された複数の導体線と、を備え、
    　前記導体線の直径が０．３ｍｍ以下である場合、前記複数の導体線間の隙間が０．６ｍｍ以上であり、前記導体線の直径が０．３ｍｍより大きい場合、前記複数の導体線間の隙間が前記導体線の直径の２倍以上であるとの条件により、前記複数の導体線が配置されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  2. 　請求項１に記載の荷重センサにおいて、
    　前記条件を満たす最大数の前記導体線が配置される、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  3. 　請求項１または２に記載の荷重センサにおいて、
    　前記２つの導電弾性体が一方向に伸びて配置され、
    　複数の前記センサ部が、前記２つの導電弾性体が伸びる方向に配置され、
    　前記各センサ部に、前記条件を満たす複数の前記導体線が配置されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  4. 　請求項１ないし３の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記２つの導電弾性体の組が一方向に複数配置され、
    　前記条件を満たす複数の前記導体線が前記複数の組に沿って配置され、
    　前記２つの導電弾性体の複数の組と前記複数の導体線とが交差する位置に、それぞれ、前記センサ部が配置される、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  5. 　請求項１ないし４の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記導体線は、線状の導電部材と、前記導電部材を被覆する誘電体とを備える、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  6. 　請求項５に記載の荷重センサにおいて、
    　前記導電弾性体は、硬度が１０°～９０°またはヤング率が３ＭＰａ～１７０ＭＰａであるように構成される、
    ことを特徴とする荷重センサ。
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