WO2022176588A1 - 荷重センサ - Google Patents

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WO2022176588A1
WO2022176588A1 PCT/JP2022/003600 JP2022003600W WO2022176588A1 WO 2022176588 A1 WO2022176588 A1 WO 2022176588A1 JP 2022003600 W JP2022003600 W JP 2022003600W WO 2022176588 A1 WO2022176588 A1 WO 2022176588A1
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dielectric
load
load sensor
elastic body
capacitance
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唯 相原
進 浦上
祐太 森浦
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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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    • 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
    • G01L1/148—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 using semiconductive material, e.g. silicon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a load sensor that detects an externally applied load based on changes in capacitance.
  • Patent Literature 1 describes a force detection device that includes a main substrate, electrodes, an insulating layer, a displacement generator, and an elastic conductive layer.
  • the electrodes are formed on the upper surface of the main substrate and covered with an insulating layer.
  • the displacement generator includes a fixed portion, a flexible portion, and an action portion, and the action portion is connected to the fixed portion fixed to the main substrate via the flexible portion.
  • the elastic conductive layer is formed on the bottom surface of the action portion, and has a rough surface having a large number of uneven structures on the bottom surface.
  • the contact state between the upper surface of the insulating layer and the rough surface of the elastic conductive layer changes, and the capacitance based on the electrodes and the elastic conductive layer changes.
  • the applied force (load) is detected by electrically detecting the magnitude of the capacitance.
  • the capacitance-type load sensor In a capacitance-type load sensor, it is preferable that the capacitance changes linearly according to the load. That is, if the capacitance linearly changes according to the load, the process for calculating the load from the magnitude of the capacitance becomes extremely simple. For this reason, it is preferable that the capacitance-type load sensor can ensure as wide a range as possible in which the capacitance linearly changes according to the load.
  • the range in which the capacitance based on the electrodes and the elastic conductive layer linearly changes according to the load is narrow. Therefore, with this configuration, it is difficult to detect the load with a simple process over a wide dynamic range.
  • an object of the present invention is to provide a load sensor capable of expanding the range in which the capacitance linearly changes according to the load.
  • a load sensor includes an electrode, a dielectric arranged on the surface of the electrode, and a conductive elastic body arranged to face the dielectric and having electrical conductivity.
  • a plurality of protrusions are formed on the dielectric-side surface of the conductive elastic body, and the thickness of the dielectric decreases in the planar direction from the initial contact position with the conductive elastic body.
  • the load sensor in the initial state where no load is applied, only some projections included in the initial contact position contact the dielectric. After that, when a load is applied, the protrusions come into contact with the dielectric in order from the initial contact position as the load increases, and the number of protrusions in contact with the dielectric increases. Also, the protrusion shrinks as the load increases after contacting the dielectric. Thereby, the contact area between the protrusion and the dielectric increases with increasing load.
  • the number of projections in contact with the dielectric and the contact area between the projections and the dielectric change with the load, so that the capacitance between the electrode and the conductive elastic body changes with the load. Change.
  • the thickness of the dielectric decreases in the planar direction from the initial contact position, the change in capacitance due to the thickness of the dielectric increases as the load increases.
  • the range in which the relationship between the load and the capacitance is linear can be extended to a higher load range. Therefore, according to the load sensor according to this aspect, it is possible to widen the range in which the capacitance linearly changes according to the load.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a load sensor according to the embodiment.
  • FIG. 2(a) is a side view schematically showing the state of the load sensor in the initial state according to the embodiment.
  • FIGS. 2B and 2C are side views schematically showing states of the load sensor when a load is applied, respectively, according to the embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining simulation conditions according to the embodiment.
  • FIG. 3B is a graph showing simulation results according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining simulation conditions according to the embodiment.
  • FIG. 4B is a graph showing simulation results according to the embodiment.
  • FIG. 5A is a perspective view schematically showing the configuration of electrodes and dielectrics according to Modification 1.
  • FIG. 5B is a perspective view schematically showing the configuration of electrodes and dielectrics according to Modification 2.
  • FIG. 6A is a perspective view schematically showing the configuration of an electrode, a dielectric, and a conductive elastic body according to Modification 3.
  • FIG. 6B is a side view schematically showing the state of the load sensor in the initial state according to Modification 3.
  • FIG. 7A is a plan view schematically showing the configuration of a conductive elastic body according to Modification 4.
  • FIG. 7(b) is a perspective view schematically showing the configuration of an electrode, a dielectric, and a conductive elastic body according to Modification 5.
  • FIG. 8(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 8(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 8(b) is a graph showing simulation results according to a modification of FIG. 8(a).
  • FIG. 9(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG.9(b) is a graph which shows the simulation result based on the modification of Fig.9 (a).
  • FIG. 10(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 10(b) is a graph showing simulation results according to a modification of FIG. 10(a).
  • FIG. 11(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 11(b) is a graph showing simulation results according to a modification of FIG. 11(a).
  • FIG. 11(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 11(b) is a graph showing simulation results according to a modification of FIG. 11(a).
  • FIG. 12(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 12(b) is a graph showing simulation results according to a modification of FIG. 12(a).
  • FIG. 13(a) is a side view schematically showing the configuration of a load sensor according to another modification.
  • FIG. 13(b) is a graph showing simulation results according to a modification of FIG. 13(a).
  • the present invention can be applied to an input unit for performing input according to the applied load.
  • the present invention includes an input unit of an electronic device such as a PC keyboard, an input unit of a game controller, a surface layer for a robot hand to detect an object, an input for inputting volume, wind volume, light intensity, temperature, etc. parts, input parts of wearable devices such as smartwatches, input parts of hearable devices such as wireless earphones, input parts of touch panels, input parts for adjusting the amount of ink in electronic pens, and adjusting the amount of light and colors in penlights.
  • the present invention can be applied to an input unit for controlling the sound, an input unit for adjusting the amount of light in shining clothing, and an input unit for adjusting the volume of a musical instrument.
  • the following embodiments are load sensors typically provided in such devices. Such a load sensor is called a “capacitive pressure sensor element”, a “capacitive pressure detection sensor element”, a “pressure sensitive switch element”, or the like.
  • a load sensor is called a "capacitive pressure sensor element”, a “capacitive pressure detection sensor element”, a “pressure sensitive switch element”, or the like.
  • the following embodiment is one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
  • the Z-axis direction is the height direction of the load sensor 1 .
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the load sensor 1.
  • the load sensor 1 includes substrates 10 and 20, a conductive elastic body 30, an electrode 40, and a dielectric 50.
  • the substrates 10 and 20 are rectangular parallelepiped plates having flexibility and a predetermined thickness.
  • the substrate 10 is a support member on which the conductive elastic body 30, the electrode 40 and the dielectric 50 are placed.
  • Substrates 10 and 20 are, for example, at least one resin material selected from polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, and the like.
  • the top and bottom surfaces of the substrates 10, 20 are parallel to the XY plane.
  • the substrates 10 and 20 have the same shape and size in plan view.
  • the conductive elastic body 30 is a conductive elastic member and has a rectangular shape in plan view.
  • the conductive elastic body 30 is composed of a resin material and conductive filler dispersed therein, or a rubber material and conductive filler dispersed therein.
  • the resin material is, for example, a styrene-based resin, a silicone-based resin (such as polydimethylpolysiloxane (PDMS)), an acrylic-based resin, a rotaxane-based resin, a urethane-based resin, or the like. .
  • the rubber material is, for example, silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, At least one rubber material selected from acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, and urethane rubber.
  • Conductive fillers used in the conductive elastic body 30 include, for example, Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In 2 O 3 (indium oxide (III) ) and SnO 2 (tin(IV) oxide).
  • a plurality of projections 31 protruding in the Z-axis negative direction are formed in a grid pattern on the surface of the conductive elastic body 30 (surface on the Z-axis negative side). That is, on the surface of the conductive elastic body 30, a plurality of protrusions 31 are formed side by side in the Y-axis direction, and a plurality of such rows are arranged in the X-axis direction.
  • the distance between the projections 31 in the Y-axis direction is constant, and the distance between the projections 31 in the X-axis direction is also constant.
  • the thickness of the conductive elastic body 30 is constant except for the projection 31 portion.
  • protrusion 31 decreases as it progresses in the Z-axis negative direction.
  • protrusion 31 has a spherical shape.
  • the shape and size of each protrusion 31 are the same as each other.
  • a total of 200 projections 31 of 10 vertical and 20 horizontal are formed on the surface of the conductive elastic body 30 .
  • Conductive wires (not shown) for electrically connecting a device outside the load sensor 1 and the conductive elastic body 30 are installed on the conductive elastic body 30 .
  • the electrode 40 is made of a conductive metal material.
  • the material of the electrode 40 is selected from, for example, In2O3 , ZnO and/or SnO2.
  • the electrode 40 is a rectangular plate-like member in plan view.
  • the electrodes are slightly smaller than the substrates 10 and 20 in plan view.
  • the electrode 40 and the conductive elastic body 30 have the same shape and size in plan view.
  • the dielectric 50 is made of an electrically insulating material.
  • the material of dielectric 50 is selected from, for example, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyimide resin, polyphenylene sulfide resin, Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 .
  • Dielectric 50 is formed on the surface of electrode 40 by insert molding, for example.
  • the dielectric 50 has a shape whose thickness changes only in one direction (Y-axis direction). Specifically, the dielectric 50 has a cylindrical shape protruding toward the conductive elastic body 30 . The thickness of the dielectric 50 is greatest at an intermediate position in the Y-axis direction and gradually decreases toward both ends in the Y-axis direction.
  • the conductive elastic body 30 is placed on the upper surface of the substrate 10, and the structure composed of the dielectric 50 and the electrode 40 is mounted on the conductive elastic body so that the dielectric 50 faces the conductive elastic body 30. 30 is overlaid on top. Then, the substrate 20 is put on the electrode 40, and the periphery of the substrate 20 is installed on the substrate 10 by the installation member. Thus, the load sensor 1 is completed.
  • FIG. 2(a) is a side view schematically showing the state of the load sensor 1 in the initial state (state in which no load is applied).
  • the number of projections 31 arranged in the Y-axis direction is seven.
  • 2B and 2C are side views schematically showing the state of the load sensor 1 when a load is applied.
  • the initial contact position P0 is the position at which the projection 31 and the dielectric 50 are in contact in the initial state where no load is applied.
  • the thickness of the dielectric 50 is the largest at the middle position of the dielectric 50 in the Y-axis direction, and the heights of all the protrusions 31 are the same.
  • the protrusion 31 and the dielectric 50 are in contact. That is, the intermediate position of the dielectric 50 in the Y-axis direction is the initial contact position P0.
  • FIG. 2(c) shows a state in which the load is increased from that in FIG. 2(b).
  • the projection 31 shrinks as the load increases after coming into contact with the dielectric 50 .
  • the contact area S0 between the projection 31 and the dielectric 50 increases as the load increases.
  • the number of protrusions 31 in contact with the dielectric 50 and the contact area S0 between the protrusions 31 and the dielectric 50 change with the load, so that the contact between the electrode 40 and the conductive elastic body 30 is increased. changes with load.
  • This capacitance is proportional to the total contact area between protrusion 31 and dielectric 50 and inversely proportional to the thickness of dielectric 50 .
  • the thickness of the dielectric 50 decreases in the planar direction from the initial contact position P0, the thickness of the dielectric 50 at the position where the protrusion 31 newly contacts gradually decreases as the load increases. Therefore, the more the load increases, the greater the increase in capacitance that occurs at the newly touched position. That is, the change in capacitance due to the thickness of the dielectric 50 increases as the load increases. As a result, the range in which the relationship between the load and the capacitance is linear can be extended to a higher load range.
  • FIG. 3(a) is a diagram for explaining simulation conditions for Verification 1.
  • protrusions 31 were arranged in a row in the Y-axis direction. Only one row of protrusions 31 was set.
  • the projection 31 was semicircular and the height H1 of the projection 31 was set to 0.06 mm.
  • the pitch P1 of the protrusions 31 was set to 0.3 mm, and the length L1 of the conductive elastic body 30 in the Y-axis direction was set to 1.5 mm.
  • the five protrusions 31 were evenly arranged so that the center of the central protrusion 31 was located at the intermediate position of the conductive elastic body 30 in the Y-axis direction.
  • the length of the electrode 40 in the Y-axis direction was also set to 1.5 mm, like the length L1 of the conductive elastic body 30.
  • the dielectric 50 has a cylindrical shape with a constant curvature and is set to extend from one end of the electrode 40 in the Y-axis direction to the other end.
  • the cylindrical generatrix is parallel to the X-axis.
  • the dielectric 50 was arranged so that the thickest position of the dielectric 50 coincided with the middle position of the electrode 40 in the Y-axis direction. Therefore, in the Y-axis direction, the middle position of the conductive elastic body 30 and the middle position of the electrode 40 match.
  • the height H2 (maximum thickness) of the dielectric 50 is varied to obtain the load applied between the conductive elastic body 30 and the electrode 40 and the static electricity between the conductive elastic body 30 and the electrode 40.
  • the relationship with electric capacity was determined by simulation.
  • the curve shape (curvature) of the surface of the dielectric 50 was changed so that the dielectric 50 spreads over the entire upper surface of the electrode 40 according to the change in the height H2.
  • As the height H2 of the dielectric 50 four types of 0 mm, 0.01 mm, 0.03 mm, and 0.06 mm are set.
  • the case where the height H2 is 0 mm corresponds to the case where the surface of the dielectric 50 is flat.
  • FIG. 3(b) is a graph showing the simulation results of Verification 1.
  • the vertical and horizontal axes in FIG. 3B are each standardized by a predetermined value.
  • FIG. 4(a) is a diagram for explaining simulation conditions for verification 2.
  • FIG. 4(a) is a diagram for explaining simulation conditions for verification 2.
  • the height H1 and pitch P1 of the protrusions 31 were set to 0.06 mm and 0.3 mm, respectively, as in Verification 1 above. Also, the length L1 of the conductive elastic body 30 and the electrode 40 was set to 1.5 mm, as in Verification 1 above. Other conditions were set in the same manner as in Verification 1 above.
  • the height H2 (maximum thickness) of the dielectric 50 is varied to obtain the load applied between the conductive elastic body 30 and the electrode 40 and the static electricity between the conductive elastic body 30 and the electrode 40.
  • the relationship with electric capacity was determined by simulation.
  • the curve shape (curvature) of the surface of the dielectric 50 was changed so that the dielectric 50 spreads over the entire upper surface of the electrode 40 according to the change in the height H2.
  • 0.09 mm was added in addition to 0.01 mm, 0.03 mm, and 0.06 mm as in Verification 1 above.
  • FIG. 4(b) is a graph showing the simulation results of Verification 2.
  • the vertical and horizontal axes in FIG. 4(b) are normalized by predetermined values.
  • the characteristics when the height H2 of the dielectric 50 is 0.09 mm are substantially the same as when the height H2 of the dielectric 50 is 0.06 mm. Also, referring to the verification results in FIG. 3B, when the height H2 of the dielectric 50 is 0.06 mm and 0.09 mm, the characteristics are better than when the surface of the dielectric 50 is flat. It turns out that it decreases. From this, when the height H2 of the dielectric 50 is 0.06 mm or more, which is the same as the height H1 of the protrusion 31, the electrostatic capacitance with respect to the load is It was found that the change in
  • At least the height H2 (maximum change in thickness) of the dielectric 50 should be equal to the height H1 (protrusion amount) of the protrusion 31. ) should be set smaller than More preferably, the height H2 (maximum change in thickness) of the dielectric 50 is half or less than the height H1 (protrusion amount) of the protrusion 31, as can be seen from the simulation results of FIG. 4(b). .
  • the number of protrusions 31 in contact with the dielectric 50 and the contact area S0 between the protrusions 31 and the dielectric 50 change with the load, so that the contact between the electrode 40 and the conductive elastic body 30 is increased. changes with load.
  • the thickness of the dielectric 50 is reduced in the planar direction from the initial contact position P0, the change in capacitance due to the thickness of the dielectric 50 increases as the load increases.
  • the range in which the relationship between the load and the capacitance is linear can be extended to a higher load range. Therefore, the range in which the capacitance linearly changes according to the load can be widened.
  • the dielectric 50 has a convex shape toward the conductive elastic body 30. As shown in FIG. As a result, it is possible to efficiently increase the number of protrusions 31 that start contacting the dielectric 50 by subsequent load application while limiting the number of protrusions 31 that come into contact at the initial contact position P0. Therefore, the change in capacitance at the start of load application can be smoothly increased.
  • the surface of the dielectric 50 on the side of the conductive elastic body 30 is curved. That is, in the present embodiment, the dielectric 50 has a shape whose thickness changes only in one axial direction, and more specifically, the dielectric 50 has a cylindrical shape. As a result, the contact area S0 between the projection 31 and the dielectric 50 can be smoothly changed when a load is applied, and the thickness of the dielectric 50 at the contact position can be smoothly changed. Therefore, the relationship between the load and the capacitance can be brought closer to linearity more smoothly.
  • the protrusion 31 protrudes in a curved shape.
  • the contact area S0 between the projection 31 and the dielectric 50 can be smoothly changed when the load is applied. Therefore, the relationship between the load and the capacitance can be brought closer to linearity more smoothly.
  • the maximum change amount (height H2) of the thickness of the dielectric 50 is preferably smaller than the protrusion amount (height H1) of the protrusion 31.
  • the plurality of protrusions 31 are arranged in at least one row, and the dielectric 50 varies in thickness in the direction in which the protrusions 31 are arranged. Moreover, as shown in FIG. 3A, the plurality of protrusions 31 are arranged at regular intervals (pitch P1). Accordingly, the protrusions 31 can be brought into contact with the dielectric 50 sequentially in the alignment direction according to the application of the load, and the change in capacitance with respect to the load can be smoothly approximated to linear.
  • the configuration of the load sensor 1 can be modified in various ways other than the configuration shown in the above embodiment.
  • the dielectric 50 has a cylindrical shape whose thickness changes only in the Y-axis direction.
  • the shape may be such that the thickness changes not only in the axial direction but also in the X-axis direction.
  • the dielectric 50 may have a spherical shape with the maximum thickness at the center of the electrode 40 .
  • the position where the thickness is maximum is the initial contact position P0 between the projection 31 and the dielectric 50 in the initial state where no load is applied, and the projection 31 and the dielectric 50 contact each other according to the application of the load. , radially spreads from the initial contact position P0.
  • dielectric 50 may be divided into a plurality of regions, and the thickness of dielectric 50 may vary in the plane direction in each divided region.
  • the dielectric 50 may be divided into two in the Y-axis direction, and the thickness of the dielectric 50 in each divided region A1 may vary in the Y-axis direction.
  • the shape of the dielectric 50 in each divided area A1 is set to a cylindrical shape.
  • the number of protrusions 31 in contact with the dielectric 50 and the contact area between the dielectric 50 and the protrusions 31 change according to the application of the load.
  • the thickness of the dielectric 50 changes.
  • the number of divisions of the dielectric 50 is not limited to two, and the dielectric 50 may be divided into other numbers.
  • the thickness of the dielectric 50 may be set so as to vary in the planar direction in each divided region.
  • the dielectric 50 may be divided not only in the Y-axis direction but also in the X-axis direction.
  • the shape of the dielectric 50 set in each divided region is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a shape in which the thickness changes in two directions as shown in FIG. 5(a). .
  • the configuration of the dielectric 50 is not limited to the configuration in which the central thickness in the Y-axis direction is the thickest.
  • the upper surface of the dielectric 50 is a plane parallel to the XY plane (a plane perpendicular to the direction in which the load is applied). good too.
  • the upper surface of the dielectric 50 with which the central projection 31 in the Y-axis direction abuts may be a plane parallel to the XY plane.
  • the range A1 can be set to a width that covers the contact area of the center projection 31 when the center projection 31 is most compressed by the load.
  • Range A1 is, for example, circular in plan view.
  • the top surface of the dielectric 50 other than the range A1 can be set to the same shape as in the above embodiment.
  • FIG. 8(b) is a graph showing the results of verification by simulation of the relationship between the load and the capacitance for the configuration of FIG. 8(a).
  • the height H1, pitch P1, and length L1 were set in the same way as Verification 1 in the above embodiment.
  • the height H2 is defined as the height from the top surface of the electrode 40 (the bottom surface of the dielectric 50) to the plane of the range A1.
  • the height H2 is set to 0.03 mm.
  • Verification 1 above assuming a case where five protrusions 31 are arranged in one line in the Y-axis direction, only one line of protrusions 31 is set.
  • the protrusions 31 are semicircular.
  • the relationship between the load and the capacitance was obtained by simulation for the range of the load until the capacitance was substantially saturated in the configuration of FIG. 8(a).
  • the relationship between the load and the capacitance was obtained by simulation when the entire range of the upper surface of the dielectric 50 was a plane parallel to the XY plane.
  • ranges A2 and A3 of the upper surface of the dielectric 50 with which the projections 31 other than the central projection 31 in the Y-axis direction are in contact are further defined as a plane parallel to the XY plane. It may be. Also in this case, the ranges A2 and A3 can be set to a width that covers the contact area of the opposing protrusions 31 when the protrusions 31 are most compressed by the load.
  • the top surface of the dielectric 50 other than the ranges A1, A2, A3 can be set to the same shape as in the above embodiment.
  • FIG. 9(b) is a graph showing the results of verification by simulation of the relationship between the load and the capacitance for the configuration of FIG. 9(a).
  • the simulation conditions other than the height H2 were set in the same way as in FIG. 8(b).
  • the height H2 is defined as the height from the upper surface of the electrode 40 (the lower surface of the dielectric 50) to each plane of the ranges A1, A2, and A3.
  • the height H2 to the plane of the range A1 is set to 0.03 mm
  • the height H2 to the plane of the range A2 is set to 0.02 mm
  • the height H2 to the plane of the range A3 is It was set to 0.01 mm.
  • the upper surface of the dielectric 50 may be formed in a concave shape with the largest thickness at both ends in the Y-axis direction and the smallest thickness at the intermediate position in the Y-axis direction.
  • the top surface of the dielectric 50 can be formed in a cylindrical plane with the generatrix parallel to the X-axis.
  • FIG. 10(b) is a graph showing the results of verification by simulation of the relationship between the load and the capacitance for the configuration of FIG. 10(a).
  • the simulation conditions other than the height H2 were set in the same way as in FIG. 8(b).
  • the height H2 is defined with reference to the upper surface of the electrode 40 (the lower surface of the dielectric 50).
  • the height H2 of the dielectric 50 from both ends in the Y-axis direction to the upper surface was set at 0.03 mm, and the height H2 from the center of the dielectric 50 in the Y-axis direction to the upper surface was set at 0.0009 mm.
  • the range A1 of the upper surface of the dielectric 50 with which the central protrusion 31 in the Y-axis direction abuts may be a plane parallel to the XY plane. Also in this case, the range A1 can be set to a width that covers the contact area of the opposing protrusions 31 when the protrusions 31 are most compressed by the load.
  • the upper surface of the dielectric 50 other than the range A1 can be set to the same cylindrical surface as in FIG. 10(a).
  • FIG. 11(b) is a graph showing the results of verification by simulation of the relationship between the load and the capacitance for the configuration of FIG. 11(a).
  • the simulation conditions other than the height H2 were set in the same way as in FIG. 8(b).
  • the height H2 is defined with reference to the upper surface of the electrode 40 (the lower surface of the dielectric 50).
  • the height H2 to the upper surface of both ends of the dielectric 50 in the Y-axis direction was set to 0.03 mm, and the height H2 to the upper surface of the range A1 was set to 0.0009 mm.
  • ranges A2 and A3 of the upper surface of the dielectric 50 with which the projections 31 other than the central projection 31 in the Y-axis direction abut are also planes parallel to the XY plane.
  • the ranges A2 and A3 can be set to a width that covers the contact area of the opposing protrusions 31 when the protrusions 31 are most compressed by the load.
  • the upper surface of the dielectric 50 other than the ranges A1, A2, A3 can be set to the same cylindrical surface as in FIG. 10(a).
  • FIG. 12(b) is a graph showing the results of verification by simulation of the relationship between the load and the capacitance for the configuration of FIG. 12(a).
  • the simulation conditions other than the height H2 were set in the same way as in FIG. 8(b).
  • the height H2 is defined as the height from the upper surface of the electrode 40 (the lower surface of the dielectric 50) to each plane of the ranges A1, A2, and A3.
  • the height H2 to the plane of range A1 is set to 0.0009 mm
  • the height H2 to the plane of range A2 is set to 0.01 mm
  • the height H2 to the plane of range A3 is set to It was set to 0.02 mm.
  • the height H3 to the upper surface of the dielectric 50 at both ends in the Y-axis direction was set to 0.03 mm.
  • a protrusion 51 is formed on the upper surface of the dielectric 50 facing the protrusion 31.
  • the thickness of the dielectric 50 can be changed to It may decrease in the planar direction from the initial contact position between the dielectric 50 and the conductive elastic body 30 .
  • Projection 51 is, for example, hemispherical. In this case, the protrusion 51 may not be formed at a position facing the predetermined protrusion 31 . In FIG. 13(a), no protrusion 51 is formed at a position facing the center protrusion 31 in the Y-axis direction.
  • FIG. 13(b) is a graph showing the results of verification by simulation of the relationship between the load and the capacitance for the configuration of FIG. 13(a).
  • the simulation conditions other than the height H2 were set in the same way as in FIG. 8(b).
  • the height H2 is defined with reference to the upper surface of the electrode 40 (the lower surface of the dielectric 50).
  • the height H2 to the apex of the protrusions 51 on both ends in the Y-axis direction was set to 0.03 mm, and the height H2 to the apex of the inner protrusions 51 was set to 0.02 mm.
  • the height H2 to the upper surface of the dielectric 50 at the position facing the central protrusion 31 was set to 0.01 mm.
  • the simulation result of FIG. 8B was compared with the simulation result of FIG. 9B, the simulation result of FIG. It had a wide dynamic range. It is considered that this is because the protrusion 31 deforms more efficiently in the Z-axis direction when pressed against a plane parallel to the XY plane. From this, it can be said that the upper surface of the dielectric 50 at the position facing the projection 31 is preferably not a plane perpendicular to the load application direction in order to secure a wider dynamic range.
  • the simulation result of FIG. 10A was remarkably wide. It was found that this is because, in the structure of FIG. 10A, the upper surfaces of the dielectrics 50 at both ends in the Y-axis contact the lower surfaces of the conductive elastic bodies 30 other than the projections 31 due to the increased load. From this, it can be said that the upper surface of the dielectric 50 preferably has a shape in which the center in the Y-axis direction is high and both ends in the Y-axis direction are low in order to ensure a wider dynamic range.
  • the five protrusions 31 are arranged in the Y-axis direction.
  • a plurality of electrodes 40 and dielectrics 50 may be arranged and spread in the X-axis direction accordingly.
  • the configurations of Modifications 1 to 4 may be applied to the modifications shown in FIGS. 8(a) to 13(b).
  • the dielectric 50 may have a configuration in which the thickness is greatest at one end in the Y-axis direction and the thickness gradually decreases toward the other end in the Y-axis direction.
  • the surface of the dielectric 50 is not limited to a curved surface, and may be a plane inclined at a predetermined angle with respect to the plane of the electrode 40 on the dielectric 50 side.
  • the plurality of projections 31 are arranged on the surface of the conductive elastic body 30 so as to be arranged at regular intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • a plurality of protrusions 31 are arranged at regular intervals in the X-axis direction and the Y-axis direction. May be omitted.
  • the positions of the columns on both sides of the omitted column are the initial contact positions P0.
  • the positions of the projections 31 are shifted by half a pitch on the Y axis. direction may be shifted.
  • projections 31 may be arranged radially from the center of conductive elastic body 30 .
  • the protrusion 31 has a hemispherical shape, but the shape of the protrusion 31 is not limited to this.
  • the shape of the protrusion 31 may be a shape in which the apex of a hemispherical surface is notched in a plane parallel to the XY plane.
  • the shape of the protrusion 31 may be a cone or a pyramid, or a shape in which the apex of the cone or pyramid is cut in a plane parallel to the XY plane. It is preferable that the protrusion 31 has a shape in which the cross-sectional area decreases toward the tip.
  • the projection 31 may be a long ridge in the X-axis direction.
  • the projection 31 may be a semi-cylindrical projection. Also in this case, the same effects as in the above embodiment can be obtained.
  • the projections 31 may have different shapes and heights, and the pitch of the projections 31 may not be constant.
  • the height and pitch of the projections 31 may be adjusted so that the change in capacitance with respect to load is more linear.
  • the change in thickness of dielectric 50 may be adjusted so that the change in capacitance with respect to load is more linear.
  • one conductive elastic body 30 is arranged for one electrode 40, but this is not restrictive. may be arranged side by side in the XY plane with a spacing of .
  • the external device detects changes in capacitance based on the plurality of conductive elastic bodies 30, adds the obtained plurality of capacitances, and detects changes in the overall capacitance. . Then, the external device detects the load applied to the load sensor 1 based on the change in the overall capacitance.

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Abstract

荷重センサ（１）は、電極（４０）と、電極（４０）の表面に配置された誘電体（５０）と、誘電体（５０）に対向して配置され、導電性を有する導電弾性体（３０）と、を備える。導電弾性体（３０）の誘電体（５０）側の表面には、複数の突起（３１）が形成される。誘電体（５０）は、導電弾性体（３０）との初期接触位置から平面方向に厚みが減少している。

Description

荷重センサ
　本発明は、静電容量の変化に基づいて外部から付与される荷重を検出する荷重センサに関する。
　従来、ＨＭＩ（Human Machine Interface）として、キーボードやゲームコントローラーなど様々な機器に静電容量式の荷重センサが用いられている。たとえば、以下の特許文献１には、主基板と、電極と、絶縁層と、変位生成体と、弾性導電層とを備えた力検出装置が記載されている。この装置において、電極は、主基板の上面に形成されており、絶縁層に覆われている。変位生成体は、固定部と、可撓部と、作用部とを備え、作用部は、主基板に固定された固定部に対して可撓部を介して接続されている。弾性導電層は、作用部の底面に形成され、下面に多数の凹凸構造からなる粗面が形成されている。作用部が主基板に対して押し込まれることにより、絶縁層の上面と弾性導電層の粗面との接触状態が変化し、電極と弾性導電層とに基づく静電容量が変化する。静電容量の大きさを電気的に検出することにより、作用した力（荷重）が検出される。
特許第４４２９４７８号公報
　静電容量式の荷重センサでは、荷重に応じて静電容量がリニアに変化することが好ましい。すなわち、荷重に応じて静電容量がリニアに変化すると、静電容量の大きさから荷重を算出するための処理が極めて簡素になる。このため、静電容量式の荷重センサでは、荷重に応じて静電容量がリニアに変化する範囲をなるべく広く確保できることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１の構成では、電極と弾性導電層とに基づく静電容量が荷重に応じてリニアに変化する範囲が狭い。このため、この構成では、広いダイナミックレンジに対して簡素な処理により荷重を検出することが困難であった。
　かかる課題に鑑み、本発明は、荷重に応じて静電容量がリニアに変化する範囲を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に係る荷重センサは、電極と、前記電極の表面に配置された誘電体と、前記誘電体に対向して配置され、導電性を有する導電弾性体と、を備える。前記導電弾性体の前記誘電体側の表面には、複数の突起が形成され、前記誘電体は、前記導電弾性体との初期接触位置から平面方向に厚みが減少している。
　本態様に係る荷重センサによれば、荷重が付与されていない初期状態では、初期接触位置に含まれる一部の突起のみが誘電体に接触する。その後、荷重が付与されると、荷重の増加に伴い、初期接触位置から順番に突起が誘電体に接触し、誘電体に接触する突起の数が増加する。また、突起は、誘電体に接触した後、荷重の増加に応じて縮む。これにより、突起と誘電体との間の接触面積が、荷重の増加に伴い増加する。
　このように、誘電体に接触する突起の数と、突起と誘電体との間の接触面積が、荷重に伴い変化することにより、電極と導電弾性体との間の静電容量が荷重に伴い変化する。このとき、誘電体の厚みが初期接触位置から平面方向に減少しているため、誘電体の厚みによる静電容量の変化が、荷重の増加に伴い大きくなる。これにより、荷重と静電容量との関係がリニアになる範囲を、より高荷重の範囲に広げることができる。よって、本態様に係る荷重センサによれば、荷重に応じて静電容量がリニアに変化する範囲を広げることができる。
　以上のとおり、本発明によれば、荷重に応じて静電容量がリニアに変化する範囲を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は、実施形態に係る、荷重センサの構成を模式的に示す分解斜視図である。 図２（ａ）は、実施形態に係る、初期状態における荷重センサの状態を模式的に示す側面図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、実施形態に係る、荷重付与時の荷重センサの状態を模式的に示す側面図である。 図３（ａ）は、実施形態に係る、シミュレーション条件を説明するための図である。図３（ｂ）は、実施形態に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図４（ａ）は、実施形態に係る、シミュレーション条件を説明するための図である。図４（ｂ）は、実施形態に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図５（ａ）は、変更例１に係る、電極および誘電体の構成を模式的に示す斜視図である。図５（ｂ）は、変更例２に係る、電極および誘電体の構成を模式的に示す斜視図である。 図６（ａ）は、変更例３に係る、電極、誘電体および導電弾性体の構成を模式的に示す斜視図である。図６（ｂ）は、変更例３に係る、初期状態における荷重センサの状態を模式的に示す側面図である。 図７（ａ）は、変更例４に係る、導電弾性体の構成を模式的に示す平面図である。図７（ｂ）は、変更例５に係る、電極、誘電体および導電弾性体の構成を模式的に示す斜視図である。 図８（ａ）は、他の変更例に係る、荷重センサの構成を模式的に示す側面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の変更例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図９（ａ）は、他の変更例に係る、荷重センサの構成を模式的に示す側面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の変更例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１０（ａ）は、他の変更例に係る、荷重センサの構成を模式的に示す側面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の変更例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１１（ａ）は、他の変更例に係る、荷重センサの構成を模式的に示す側面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の変更例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１２（ａ）は、他の変更例に係る、荷重センサの構成を模式的に示す側面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の変更例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。 図１３（ａ）は、他の変更例に係る、荷重センサの構成を模式的に示す側面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の変更例に係る、シミュレーション結果を示すグラフである。
　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。
　本発明は、付与された荷重に応じた入力を行うための入力部に適用可能である。具体的に、本発明は、ＰＣキーボード等の電子機器の入力部、ゲームコントローラーの入力部、ロボットハンドが物体を検知するための表層部、音量、風量、光量および温度などを入力するための入力部、スマートウォッチ等のウェアラブル機器の入力部、ワイヤレスイヤホン等のヒアラブル機器の入力部、タッチパネルの入力部、電子ペンにおいてインク量等を調節するための入力部、ペンライトにおいて光量や色などを調節するための入力部、光る衣服において光量などを調節するための入力部、ならびに、楽器において音量などを調節するための入力部、などに適用可能である。
　以下の実施形態は、上記のような装置において典型的に設けられる荷重センサである。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。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は、荷重センサ１の構成を模式的に示す分解斜視図である。
　荷重センサ１は、基板１０、２０と、導電弾性体３０と、電極４０と、誘電体５０と、を備える。
　基板１０、２０は、可撓性を有する所定の厚みの直方体形状の板である。基板１０は、導電弾性体３０、電極４０および誘電体５０を設置するための支持部材である。基板１０、２０は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミドなどから選択される少なくとも１種の樹脂材料である。基板１０、２０の上下面は、Ｘ－Ｙ平面に平行である。平面視における基板１０、２０の形状および大きさは、互いに同じである。
　導電弾性体３０は、導電性を有する弾性部材であり、平面視において長方形の形状を有する。導電弾性体３０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３０に樹脂材料が用いられる場合、樹脂材料は、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（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である。
　導電弾性体３０にゴム材料が用いられる場合、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３０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））から選択される少なくとも１種の材料である。
　導電弾性体３０の表面（Ｚ軸負側の面）には、Ｚ軸負方向に突出した複数の突起３１が格子状に並んで形成されている。すなわち、導電弾性体３０の表面には、複数の突起３１がＹ軸方向に並んで形成され、さらに、この列がＸ軸方向に複数配置されている。本実施形態では、Ｙ軸方向における突起３１の間隔は一定で、且つ、Ｘ軸方向における突起３１の間隔も一定である。導電弾性体３０の厚みは、突起３１の部分を除いて一定である。
　突起３１は、Ｚ軸負方向に進むにつれて断面積が小さくなっている。ここでは、突起３１は、球面形状を有する。各突起３１の形状および大きさは、互いに同じある。図１の例では、縦１０個および横２０個の合計２００個の突起３１が、導電弾性体３０の表面に形成されている。導電弾性体３０には、荷重センサ１の外部の装置と導電弾性体３０とを電気的に接続するための導線（図示せず）が設置される。
　電極４０は、導電性を有する金属材料からなっている。電極４０の材料は、たとえば、Ｉｎ２Ｏ３やＺｎＯおよび／またはＳｎＯ２等から選択される。電極４０は、平面視において長方形の板状の部材である。平面視において、電極の大きさは、基板１０、２０よりもやや小さい。平面視における電極４０と導電弾性体３０の形状および大きさは、互いに同じである。
　誘電体５０は、電気絶縁性を有す材料により構成される。誘電体５０の材料は、たとえば、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフテレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、Ａｌ２Ｏ３、およびＴａ２Ｏ５などから選択される。誘電体５０は、たとえば、インサート成型により、電極４０の表面に形成される。誘電体５０は、一方向（Ｙ軸方向）のみに厚みが変化する形状である。具体的には、誘電体５０は、導電弾性体３０に向かって凸のシリンドリカル形状である。誘電体５０の厚みは、Ｙ軸方向の中間位置が最も大きく、Ｙ軸方向の両端に向かって次第に小さくなっている。
　荷重センサ１の組み立て時には、導電弾性体３０が基板１０の上面に設置され、さらに、誘電体５０が導電弾性体３０に対向するよう、誘電体５０および電極４０からなる構造体が、導電弾性体３０の上面に重ねられる。そして、基板２０が電極４０の上に被せられ、基板２０の周囲が設置部材により基板１０に設置される。こうして、荷重センサ１が完成する。
　図２（ａ）は、初期状態（荷重が付与されていない状態）における荷重センサ１の状態を模式的に示す側面図である。ここでは、便宜上、Ｙ軸方向に並ぶ突起３１の数が７つとなっている。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、荷重が付与された場合の荷重センサ１の状態を模式的に示す側面図である。
　図２（ａ）に示すように、荷重が付与されていない初期状態では、初期接触位置Ｐ０に含まれる一部の突起３１のみが誘電体５０に接触する。初期接触位置Ｐ０とは、荷重が付与されていない初期状態において、突起３１と誘電体５０とが接触する位置のことである。ここでは、誘電体５０のＹ軸方向の中間位置において誘電体５０の厚みが最も大きく、且つ、全ての突起３１の高さが同じであるため、誘電体５０のＹ軸方向の中間位置のみにおいて、突起３１と誘電体５０とが接触する。すなわち、誘電体５０のＹ軸方向の中間位置が、初期接触位置Ｐ０となる。
　その後、基板１０の上面に荷重が付与されると、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように荷重の増加に伴い、初期接触位置Ｐ０から順番に突起３１が誘電体５０に接触し、誘電体５０に接触する突起３１の数が増加する。図２（ｃ）は、図２（ｂ）よりも荷重が増加した状態を示している。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、突起３１は、誘電体５０に接触した後、荷重の増加に応じて縮む。これにより、突起３１と誘電体５０との間の接触面積Ｓ０が、荷重の増加に伴い増加する。
　このように、誘電体５０に接触する突起３１の数と、突起３１と誘電体５０との間の接触面積Ｓ０とが、荷重に伴い変化することにより、電極４０と導電弾性体３０との間の静電容量が荷重に伴い変化する。この静電容量は、突起３１と誘電体５０との間の総接触面積に比例し、誘電体５０の厚みに反比例する。
　ここで、誘電体５０の厚みは、初期接触位置Ｐ０から平面方向に減少しているため、荷重の増加に伴い新たに突起３１が接触する誘電体５０の位置の厚みは、次第に小さくなる。このため、荷重が増加するほど、新たに接触する位置において生じる静電容量の増加が大きくなる。すなわち、誘電体５０の厚みによる静電容量の変化は、荷重の増加に伴い大きくなる。これにより、荷重と静電容量との関係がリニアになる範囲を、より高荷重の範囲に広げることができる。
　＜検証１＞
　発明者らは、上記実施形態の構成による効果を、シミュレーションにより検証した。
　図３（ａ）は、検証１のシミュレーション条件を説明するための図である。
　本検証では、Ｙ軸方向に５つの突起３１が１列に並ぶ場合を想定した。突起３１の列は１つだけに設定した。突起３１は半円球形状とし、突起３１の高さＨ１は０．０６ｍｍに設定した。突起３１のピッチＰ１は０．３ｍｍに設定し、導電弾性体３０のＹ軸方向の長さＬ１を１．５ｍｍに設定した。中央の突起３１の中心が導電弾性体３０のＹ軸方向の中間位置に位置づけられるように、５つの突起３１を均等に配置した。
　電極４０のＹ軸方向の長さも導電弾性体３０の長さＬ１と同様、１．５ｍｍに設定した。誘電体５０は、曲率一定の円柱形状で電極４０のＹ軸方向の一方の端から他方の端まで延びるように設定した。円柱形状の母線は、Ｘ軸に平行である。誘電体５０の最も厚みが大きい位置がＹ軸方向における電極４０の中間位置に一致するように、誘電体５０を配置した。したがって、Ｙ軸方向において、導電弾性体３０の中間位置と電極４０の中間位置とが一致している。
　この条件の下、誘電体５０の高さＨ２（最大厚み）を変化させて、導電弾性体３０と電極４０との間に付与される荷重と、導電弾性体３０と電極４０との間の静電容量との関係を、シミュレーションにより求めた。高さＨ２の変化に応じて、誘電体５０が電極４０の上面の全範囲に広がるように、誘電体５０表面のカーブ形状（曲率）を変化させた。誘電体５０の高さＨ２として、０ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０６ｍｍの４種類を設定した。高さＨ２が０ｍｍの場合は、誘電体５０の表面が平坦である場合に相当する。
　図３（ｂ）は、検証１のシミュレーション結果を示すグラフである。図３（ｂ）の縦軸と横軸は、それぞれ、所定の値で規格化されている。
　図３（ｂ）のシミュレーション結果から、誘電体５０の高さＨ２を０．０１ｍｍに設定すると、誘電体５０の表面が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、顕著に線形的かつ高感度になることが確認できた。これに対し、誘電体５０の高さＨ２を０．０３ｍｍに設定すると、荷重に対する静電容量の変化は、誘電体５０の表面が平坦である場合に比べて線形的かつ高感度になるものの、誘電体５０の高さＨ２が０．０１ｍｍである場合に比べると感度が低下した。また、誘電体５０の高さＨ２が０．０６ｍｍである場合は、誘電体５０の表面が平坦である場合よりも、荷重に対する静電容量の変化が低感度になった。これらのシミュレーション結果から、誘電体５０の高さＨ２には、荷重に対する静電容量の変化の線形性および感度との関係から、最適な範囲があり、高さＨ２を大きくし過ぎると、却って特性が低下する傾向があることが分かった。
　＜検証２＞
　次に、発明者らは、荷重に対する静電容量の変化の線形性および感度を効果的に高め得る誘電体５０の高さＨ２の範囲を、シミュレーションにより検証した。
　図４（ａ）は、検証２のシミュレーション条件を説明するための図である。
　検証２では、突起３１の高さＨ１およびピッチＰ１を、上記検証１と同様、それぞれ、０．０６ｍｍおよび０．３ｍｍに設定した。また、導電弾性体３０および電極４０の長さＬ１を、上記検証１と同様、１．５ｍｍに設定した。その他の条件も、上記検証１と同様に設定した。
　この条件の下、誘電体５０の高さＨ２（最大厚み）を変化させて、導電弾性体３０と電極４０との間に付与される荷重と、導電弾性体３０と電極４０との間の静電容量との関係を、シミュレーションにより求めた。上記検証１と同様、高さＨ２の変化に応じて、誘電体５０が電極４０の上面の全範囲に広がるように、誘電体５０表面のカーブ形状（曲率）を変化させた。誘電体５０の高さＨ２として、上記検証１と同様の０．０１ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０６ｍｍの他、０．０９ｍｍを追加した。
　図４（ｂ）は、検証２のシミュレーション結果を示すグラフである。図４（ｂ）の縦軸と横軸は、所定の値で規格化されている。
　図４（ｂ）のシミュレーション結果では、誘電体５０の高さＨ２が０．０９ｍｍである場合の特性は、誘電体５０の高さＨ２が０．０６ｍｍの場合と略変わらなかった。また、図３（ｂ）の検証結果を併せて参照すると、誘電体５０の高さＨ２が０．０６ｍｍ、０．０９ｍｍの場合は、誘電体５０の表面が平坦な場合に比べて、特性が低下することが分かる。このことから、誘電体５０の高さＨ２が、突起３１の高さＨ１と同一の０．０６ｍｍ以上である場合は、誘電体５０の表面が平坦である場合に対して、荷重に対する静電容量の変化を改善できないことが分かった。
　よって、荷重に対する静電容量の変化の線形性および感度を効果的に高めるためには、少なくとも、誘電体５０の高さＨ２（厚みの最大変化量）を、突起３１の高さＨ１（突出量）よりも小さく設定することが必要である。より好ましくは、誘電体５０の高さＨ２（厚みの最大変化量）が、突起３１の高さＨ１（突出量）の半分以下であると良いことが、図４（ｂ）のシミュレーション結果から分かる。
　＜実施形態の効果＞
　本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　図２（ａ）に示したように、荷重が付与されていない初期状態では、初期接触位置Ｐ０に含まれる一部の突起３１のみが誘電体５０に接触する。その後、荷重が付与されると、荷重の増加に伴い、初期接触位置Ｐ０から順番に突起３１が誘電体５０に接触し、誘電体５０に接触する突起３１の数が増加する。また、図２（ｂ）、（ｃ）に示したように、突起３１は、誘電体５０に接触した後、荷重の増加に応じて縮む。これにより、突起３１と誘電体５０との間の接触面積Ｓ０が、荷重の増加に伴い増加する。
　このように、誘電体５０に接触する突起３１の数と、突起３１と誘電体５０との間の接触面積Ｓ０とが、荷重に伴い変化することにより、電極４０と導電弾性体３０との間の静電容量が荷重に伴い変化する。このとき、誘電体５０の厚みが初期接触位置Ｐ０から平面方向に減少しているため、誘電体５０の厚みによる静電容量の変化が、荷重の増加に伴い大きくなる。これにより、荷重と静電容量との関係がリニアになる範囲を、より高荷重の範囲に広げることができる。よって、荷重に応じて静電容量がリニアに変化する範囲を広げることができる。
　図１および図２（ａ）に示したように、誘電体５０は、導電弾性体３０に向かって凸の形状である。これにより、初期接触位置Ｐ０において接触する突起３１の数を制限しつつ、その後の荷重付与により誘電体５０に接触し始める突起３１の数を効率的に増加させることができる。よって、荷重の付与開始時における静電容量の変化をスムーズに立ち上げることができる。
　図１および図２（ａ）に示したように、導電弾性体３０側の誘電体５０の表面は、曲面形状である。すなわち、本実施形態では、誘電体５０は、一軸方向のみに厚みが変化する形状であり、より詳細には、誘電体５０は、シリンドリカル形状である。これにより、荷重付与時に、突起３１と誘電体５０との間の接触面積Ｓ０を滑らかに変化させることができ、また、接触位置における誘電体５０の厚みを滑らかに変化させることができる。よって、荷重と静電容量との関係をより円滑にリニアに近づけることができる。
　図２（ａ）に示したように、突起３１は、曲面状に突出している。これにより、荷重付与時に、突起３１と誘電体５０との間の接触面積Ｓ０を滑らかに変化させることができる。よって、荷重と静電容量との関係をより円滑にリニアに近づけることができる。
　図４（ｂ）のシミュレーション結果（検証２）に示したとおり、誘電体５０の厚みの最大変化量（高さＨ２）は、突起３１の突出量（高さＨ１）より小さいことが好ましい。これにより、誘電体５０の表面が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化を、線形的かつ高感度となるように改善することができる。
　図１および図２（ａ）に示したように、複数の突起３１は、少なくとも一列に並んで配置され、誘電体５０は、突起３１の並び方向に厚みが変化している。また、図３（ａ）に示したように、複数の突起３１は、一定間隔（ピッチＰ１）で並んでいる。これにより、荷重の付与に応じて、並び方向に、順番に、突起３１を誘電体５０に接触させることができ、荷重に対する静電容量の変化を円滑にリニアに近づけることができる。
　＜変更例＞
　荷重センサ１の構成は、上記実施形態に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
　たとえば、上記実施形態では、誘電体５０が、Ｙ軸方向のみに厚みが変化するシリンドリカル形状であったが、たとえば、図５（ａ）に示す変更例１のように、誘電体５０が、Ｙ軸方向のみならずＸ軸方向にも厚みが変化する形状であってもよい。たとえば、誘電体５０は、電極４０の中央において厚みが最大となる球面形状であってもよい。
　この構成によれば、厚みが最大の位置が、荷重が付与されていない初期状態における突起３１と誘電体５０との初期接触位置Ｐ０となり、荷重の付与に応じて、突起３１と誘電体５０との接触位置が、初期接触位置Ｐ０から放射状に広がっていく。この構成によっても、上記実施形態と同様、誘電体５０に接触する突起３１の数の変化、誘電体５０と突起３１との間の接触面積の変化、および、接触位置における誘電体５０の厚みの変化によって、荷重に対する静電容量の変化を、線形的かつ高感度となるように改善することができる。
　また、上記実施形態では、シリンドリカル形状の１つの誘電体５０のみが電極４０に配置されたが、誘電体５０の構成は、これに限られるものではない。たとえば、誘電体５０が、複数に分割され、各分割領域において、誘電体５０の厚みが平面方向に変化してもよい。たとえば、図５（ｂ）に示す変更例２のように、誘電体５０がＹ軸方向に２分割され、各分割領域Ａ１における誘電体５０の厚みがＹ軸方向に変化してもよい。図５（ｂ）の例では、各分割領域Ａ１における誘電体５０の形状がシリンドリカル形状に設定されている。
　この構成によっても、上記実施形態と同様、荷重の付与に応じて、誘電体５０に接触する突起３１の数および誘電体５０と突起３１との間の接触面積が変化し、また、接触位置ごとに誘電体５０の厚みが変化する。これにより、上記実施形態と同様、荷重に対する静電容量の変化を、線形的かつ高感度となるように改善することができる。
　なお、誘電体５０の分割数は２つに限られるものではなく、他の数に誘電体５０が分割されてもよい。この場合も、誘電体５０の厚みは、各分割領域において、平面方向に変化するよう設定されればよい。Ｙ軸方向のみならずＸ軸方向にも誘電体５０が分割されていてもよい。また、各分割領域に設定される誘電体５０の形状はシリンドリカル形状に限られるものではなく、たとえば、図５（ａ）に示したような、２方向に厚みが変化する形状であってもよい。
　また、誘電体５０の構成は、Ｙ軸方向の中央の厚みが最も大きい構成に限られるものではない。
　たとえば、図８（ａ）に示すように、Ｙ軸方向の中央の範囲Ａ１において、誘電体５０の上面がＸ－Ｙ平面に平行な平面（荷重の付与方向に垂直な平面）となっていてもよい。すなわち、Ｙ軸方向の中央の突起３１が当接する誘電体５０の上面が、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面となっていてもよい。この場合、範囲Ａ１は、中央の突起３１が荷重により最も圧縮された際に、この突起３１の接触面積をカバーする広さに設定され得る。範囲Ａ１は、たとえば、平面視において円形である。範囲Ａ１以外の誘電体５０の上面は、上記実施形態と同様の形状に設定され得る。
　図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより検証した検証結果を示すグラフである。
　このシミュレーションにおいて、高さＨ１、ピッチＰ１および長さＬ１は、上記実施形態における検証１と同様に設定した。高さＨ２は、電極４０の上面（誘電体５０の下面）を基準に、範囲Ａ１の平面までの高さとして規定した。ここでは、高さＨ２を、０．０３ｍｍに設定した。上記検証１と同様、Ｙ軸方向に５つの突起３１が１列に並ぶ場合を想定し、突起３１の列は１つだけに設定した。突起３１は半円球形状とした。
　この条件のもと、図８（ａ）の構成において静電容量が略飽和するまでの荷重の範囲について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。比較例として、上記検証１と同様、誘電体５０の上面の全範囲がＸ－Ｙ平面に平行な平面である場合の荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。
　図８（ｂ）のシミュレーション結果から、Ｙ軸方向の中央の範囲Ａ１において、誘電体５０の上面がＸ－Ｙ平面に平行な平面となっている場合も、誘電体５０の表面全体が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、顕著に線形的かつ高感度になることが確認できた。
　また、図９（ａ）に示すように、Ｙ軸方向の中央の突起３１以外の突起３１が当接する誘電体５０の上面の範囲Ａ２、Ａ３が、さらに、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面となっていてもよい。この場合も、範囲Ａ２、Ａ３は、対向する突起３１が荷重により最も圧縮された際に、この突起３１の接触面積をカバーする広さに設定され得る。範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３以外の誘電体５０の上面は、上記実施形態と同様の形状に設定され得る。
　図９（ｂ）は、図９（ａ）の構成について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより検証した検証結果を示すグラフである。
　高さＨ２以外のシミュレーション条件は、図８（ｂ）の場合と同様に設定した。高さＨ２は、電極４０の上面（誘電体５０の下面）を基準に、範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３の各平面までの高さとして規定した。ここでは、範囲Ａ１の平面までの高さＨ２を、０．０３ｍｍに設定し、範囲Ａ２の平面までの高さＨ２を、０．０２ｍｍに設定し、範囲Ａ３の平面までの高さＨ２を、０．０１ｍｍに設定した。
　この条件のもと、図９（ａ）の構成において静電容量が略飽和するまでの荷重の範囲について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。上記と同様、比較例についても、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。
　図９（ｂ）のシミュレーション結果から、範囲Ａ１とともに、範囲Ａ２、Ａ３において、誘電体５０の上面がＸ－Ｙ平面に平行な平面となっている場合も、誘電体５０の表面全体が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、線形的かつ高感度になることが確認できた。
　また、図１０（ａ）に示すように、Ｙ軸方向の両端の厚みが最も大きく、Ｙ軸方向の中間位置の厚みが最も小さい凹面形状に、誘電体５０の上面が構成されてもよい。この場合、誘電体５０の上面は、母線がＸ軸に平行なシリンドリカル面に形成され得る。
　図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の構成について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより検証した検証結果を示すグラフである。
　高さＨ２以外のシミュレーション条件は、図８（ｂ）の場合と同様に設定した。高さＨ２は、電極４０の上面（誘電体５０の下面）を基準に規定した。誘電体５０のＹ軸方向の両端の上面までの高さＨ２を０．０３ｍｍに設定し、誘電体５０のＹ軸方向の中央の上面までの高さＨ２を０．０００９ｍｍに設定した。
　この条件のもと、図１０（ａ）の構成において静電容量が略飽和するまでの荷重の範囲について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。上記と同様、比較例についても、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。　図１０（ｂ）のシミュレーション結果から、Ｙ軸方向の両端の厚みが最も大きく、Ｙ軸方向の中間位置の厚みが最も小さい凹面形状に誘電体５０の上面が形成されている場合も、誘電体５０の表面全体が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、顕著に線形的かつ高感度になることが確認できた。
　また、図１１（ａ）に示すように、Ｙ軸方向の中央の突起３１が当接する誘電体５０の上面の範囲Ａ１が、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面となっていてもよい。この場合も、範囲Ａ１は、対向する突起３１が荷重により最も圧縮された際に、この突起３１の接触面積をカバーする広さに設定され得る。範囲Ａ１以外の誘電体５０の上面は、図１０（ａ）と同様のシリンドリカル面に設定され得る。
　図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の構成について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより検証した検証結果を示すグラフである。
　高さＨ２以外のシミュレーション条件は、図８（ｂ）の場合と同様に設定した。高さＨ２は、電極４０の上面（誘電体５０の下面）を基準に規定した。誘電体５０のＹ軸方向の両端の上面までの高さＨ２を０．０３ｍｍに設定し、範囲Ａ１の上面までの高さＨ２を０．０００９ｍｍに設定した。
　この条件のもと、図１１（ａ）の構成において静電容量が略飽和するまでの荷重の範囲について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。上記と同様、比較例についても、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。
　図１１（ｂ）のシミュレーション結果から、Ｙ軸方向の中央において誘電体５０の上面が平面である場合も、誘電体５０の表面全体が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、顕著に線形的かつ高感度になることが確認できた。
　また、図１２（ａ）に示すように、Ｙ軸方向の中央の突起３１以外の突起３１が当接する誘電体５０の上面の範囲Ａ２、Ａ３も、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面となっていてもよい。この場合も、範囲Ａ２、Ａ３は、対向する突起３１が荷重により最も圧縮された際に、この突起３１の接触面積をカバーする広さに設定され得る。範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３以外の誘電体５０の上面は、図１０（ａ）と同様のシリンドリカル面に設定され得る。
　図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の構成について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより検証した検証結果を示すグラフである。
　高さＨ２以外のシミュレーション条件は、図８（ｂ）の場合と同様に設定した。高さＨ２は、電極４０の上面（誘電体５０の下面）を基準に、範囲Ａ１、Ａ２、Ａ３の各平面までの高さとして規定した。ここでは、範囲Ａ１の平面までの高さＨ２を、０．０００９ｍｍに設定し、範囲Ａ２の平面までの高さＨ２を、０．０１ｍｍに設定し、範囲Ａ３の平面までの高さＨ２を、０．０２ｍｍに設定した。Ｙ軸方向の両端における誘電体５０の上面までの高さＨ３は、０．０３ｍｍに設定した。
　この条件のもと、図１２（ａ）の構成において静電容量が略飽和するまでの荷重の範囲について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。上記と同様、比較例についても、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。
　図１２（ｂ）のシミュレーション結果から、Ｙ軸方向の中央において誘電体５０の上面が平面である場合も、誘電体５０の表面全体が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、線形的かつ高感度になることが確認できた。
　また、図１３（ａ）に示すように、突起３１に対向する誘電体５０の上面に突部５１が形成され、この突部５１の高さを変化させることにより、誘電体５０の厚みが、誘電体５０と導電弾性体３０との初期接触位置から平面方向に減少していてもよい。突部５１は、たとえば、半球状である。この場合、所定の突起３１の対向位置には、突部５１が形成されていなくてもよい。図１３（ａ）では、Ｙ軸方向の中央の突起３１の対向位置には、突部５１が形成されていない。
　図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の構成について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより検証した検証結果を示すグラフである。
　高さＨ２以外のシミュレーション条件は、図８（ｂ）の場合と同様に設定した。高さＨ２は、電極４０の上面（誘電体５０の下面）を基準に規定した。Ｙ軸方向両端の突部５１の頂点までの高さＨ２を０．０３ｍｍに設定し、その内側の突部５１の頂点までの高さＨ２を０．０２ｍｍに設定した。中央の突起３１に対向する位置の誘電体５０の上面までの高さＨ２は、０．０１ｍｍに設定した。
　この条件のもと、図１３（ａ）の構成において静電容量が略飽和するまでの荷重の範囲について、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。上記と同様、比較例についても、荷重と静電容量との関係をシミュレーションにより求めた。
　図１３（ｂ）のシミュレーション結果から、突部５１の高さを相違させた場合も、誘電体５０の表面全体が平坦である場合に比べて、荷重に対する静電容量の変化が、線形的かつ高感度になることが確認できた。
　なお、図８（ｂ）のシミュレーション結果と図９（ｂ）のシミュレーション結果とを比較すると、図８（ｂ）のシミュレーション結果の方が、静電容量が飽和するまでの荷重の範囲、すなわち、ダイナミックレンジが広かった。これは、Ｘ－Ｙ平面に平行な平面に突起３１が押し付けられると、突起３１がＺ軸方向により効率的に変形するためであると考えられる。このことから、ダイナミックレンジをより広く確保するためには、突起３１に対向する位置の誘電体５０の上面は、荷重付与方向に垂直な平面でないことが好ましいと言える。
　また、図８（ｂ）のシミュレーション結果と図１０（ｂ）のシミュレーション結果とを比較すると、図８（ｂ）のシミュレーション結果の方が、静電容量が飽和するまでの荷重の範囲、すなわち、ダイナミックレンジが顕著に広かった。これは、図１０（ａ）の構造では、荷重の増加により、Ｙ軸方向両端の誘電体５０の上面が導電弾性体３０の突起３１以外の下面に当接するためであることが分かった。このことから、ダイナミックレンジをより広く確保するためには、誘電体５０の上面は、Ｙ軸方向の中央が高く、Ｙ軸方向の両端が低い形状であることが好ましいと言える。
　なお、図８（ａ）～図１３（ｂ）に示した変更例では、５つの突起３１がＹ軸方向に並ぶ構成であったが、上記実施形態と同様、この列がさらにＸ軸方向に複数配置され、これに伴い、電極４０および誘電体５０がＸ軸方向に広げられてもよい。また、図８（ａ）～図１３（ｂ）に示した変更例に、上記変更例１～４の構成が適用されてもよい。
　この他、誘電体５０は、Ｙ軸方向の一方の端の厚みが最も大きく、Ｙ軸方向の他方の端に向かって徐々に厚みが小さくなる構成であってもよい。
　また、誘電体５０の表面は、曲面に限らず、電極４０の誘電体５０側の平面に対して所定角度で傾斜する平面であってもよい。
　また、上記実施形態では、複数の突起３１が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に一定間隔で並ぶように、導電弾性体３０の表面に配置されたが、複数の突起３１の配置方法は、これに限られるものではない。たとえば、図６（ａ）、（ｂ）に示す変更例３のように、複数の突起３１がＸ軸方向およびＹ軸方向に一定間隔で並ぶ形態から、Ｙ軸方向中央の突起３１の列が省略されてもよい。この場合、図６（ｂ）に示すように、省略された列の両側の列の位置が初期接触位置Ｐ０となる。
　この構成によっても、上記実施形態と同様、荷重に対する静電容量の変化を、線形的かつ高感度となるように改善することができる。また、荷重付与の開始の前後における突起３１と誘電体５０との接触面積の変化が、上記実施形態に比べて抑制されるため、荷重付与開始直後の静電容量の立ち上がりが顕著に急峻になることを抑制できる。これにより、荷重付与開始直後の静電容量の立ち上がりを、よりリニアな状態へと近づけることができる。
　また、図７（ａ）に示す変更例４のように、奇数番目の列Ｌ１１に並ぶ突起３１と、偶数番目の列Ｌ１２に並ぶ突起３１とにおいて、突起３１の位置が、半ピッチだけＹ軸方向にずれていてもよい。あるいは、導電弾性体３０の中央から放射状に、突起３１が配置されてもよい。
　また、上記実施形態では、突起３１が半球面形状であったが、突起３１の形状はこれに限られるものではない。たとえば、突起３１の形状が、半球面の頂部がＸ－Ｙ平面に平行な平面で切り欠かれた形状であってもよい。あるいは、突起３１の形状が、円錐または角錐であってもよく、円錐または角錐の頂部がＸ－Ｙ平面に平行な平面で切り欠かれた形状であってもよい。突起３１は、先端に向かって断面積が小さくなる形状であることが好ましい。
　あるいは、突起３１がＸ軸方向に長い突条であってもよい。たとえば、図７（ｂ）に示す変更例５のように、突起３１が、半円柱形状の突条であってもよい。この場合も、上記実施形態と同様の効果が奏され得る。
　また、突起３１間で形状や高さが異なっていてもよく、突起３１のピッチが一定でなくてもよい。たとえば、荷重に対する静電容量の変化がよりリニアに近づくように、突起３１の高さやピッチが調整されてもよい。同様に、荷重に対する静電容量の変化がよりリニアに近づくように、誘電体５０の厚みの変化が調整されてもよい。
　また、上記実施形態では、１つの電極４０に対して１つの導電弾性体３０が配置されたが、これに限らず、１つの電極４０に対して２つ以上の導電弾性体３０が、互いに所定の間隔をあけてＸ－Ｙ平面内に並んで配置されてもよい。この場合、外部の装置は、たとえば、複数の導電弾性体３０に基づく静電容量の変化をそれぞれ検出し、得られた複数の静電容量を加算して全体の静電容量の変化を検出する。そして、外部の装置は、全体の静電容量の変化に基づいて、荷重センサ１に対して付与された荷重を検出する。
　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
　３０　導電弾性体
　３１　突起
　４０　電極
　５０　誘電体
　Ａ１　分割領域
　Ｐ０　初期接触位置

Claims (12)

  1. 　電極と、
    　前記電極の表面に配置された誘電体と、
    　前記誘電体に対向して配置され、導電性を有する導電弾性体と、を備え、
    　前記導電弾性体の前記誘電体側の表面には、複数の突起が形成され、
    　前記誘電体は、前記導電弾性体との初期接触位置から平面方向に厚みが減少している、
    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、
    　前記誘電体は、前記導電弾性体に向かって凸の形状である、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  3. 　請求項１に記載の荷重センサにおいて、
    　前記誘電体は、前記導電弾性体から離れる方向に凹んだ形状である、
    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、
    　前記導電弾性体側の前記誘電体の表面は、曲面形状である、
    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、
    　前記誘電体は、一軸方向のみに厚みが変化する形状である、
    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、
    　前記誘電体は、シリンドリカル形状である、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  7. 　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、
    　前記導電弾性体側の前記誘電体の表面には、前記突起に対向する位置に、荷重の付与方向に垂直な平面が形成されている、
     
  8. 　請求項１ないし７の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記誘電体は、複数に分割され、
    　各分割領域において、前記誘電体の厚みが平面方向に変化している、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  9. 　請求項１ないし８の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記突起は、曲面状に突出している、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  10. 　請求項１ないし９の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記誘電体の厚みの最大変化量は、前記突起の突出量より小さい、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  11. 　請求項１ないし１０の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記複数の突起は、少なくとも一列に並んで配置され、
    　前記誘電体は、前記突起の並び方向に厚みが変化している、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  12. 　請求項１１に記載の荷重センサにおいて、
    　前記複数の突起は、一定間隔で並んでいる、
    ことを特徴とする荷重センサ。
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