WO2023047665A1 - 荷重センサ - Google Patents

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WO2023047665A1
WO2023047665A1 PCT/JP2022/014176 JP2022014176W WO2023047665A1 WO 2023047665 A1 WO2023047665 A1 WO 2023047665A1 JP 2022014176 W JP2022014176 W JP 2022014176W WO 2023047665 A1 WO2023047665 A1 WO 2023047665A1
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WO
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conductive elastic
load
elastic body
conductive
conductor
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PCT/JP2022/014176
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐太 森浦
進 浦上
玄 松本
博伸 浮津
洋大 松村
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes

Definitions

  • the present invention relates to a load sensor that detects an externally applied load based on changes in capacitance.
  • Load sensors are widely used in fields such as industrial equipment, robots and vehicles. 2. Description of the Related Art In recent years, along with the development of computer control technology and the improvement of design, the development of electronic devices such as humanoid robots and interior parts of automobiles that use free-form surfaces in various ways is progressing. Accordingly, it is required to mount high-performance load sensors on each free-form surface.
  • Patent Literature 1 discloses a device comprising a plurality of first electrodes made of a conductive elastic body, a plurality of second electrodes made of a linear conductive member, and a dielectric covering the surface of the second electrodes.
  • a pressure sensitive element load sensor
  • the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes are arranged to intersect each other in plan view.
  • An insulating portion made of an insulating elastic body is arranged between the plurality of first electrodes.
  • An elastic sheet is configured by integrating the plurality of first electrodes and the plurality of insulating portions.
  • the speed of elastic recovery of the conductive elastic body when the load is released is generally slower than the elastic deformation of the conductive elastic body (first electrode) when the load is applied.
  • the conductive elastic body first electrode
  • a load sensor includes a base member, a plurality of conductive elastic bodies arranged on an upper surface of the base member and arranged in a first direction with a predetermined gap, and the plurality of conductive elastic bodies extending in a second direction.
  • the load sensor of this aspect since the plurality of conductive elastic bodies are arranged with gaps, the space for arranging the conductive elastic bodies on the upper surface of the base member is suppressed. Therefore, when the load is released, the structure composed of the base member and the conductive elastic body is likely to return elastically quickly. It can be approximated to the relationship with electric capacity. Therefore, it is possible to prevent the relationship between the load and the capacitance from being deviated between when the load is applied and when the load is removed.
  • a load sensor capable of suppressing deviations in the relationship between the load and the capacitance when the load is applied and when the load is removed.
  • FIG. 1(a) is a perspective view schematically showing a lower base member and conductors placed on the upper surface of the lower base member according to the embodiment.
  • FIG. 1(b) is a perspective view schematically showing a state in which conductive elastic bodies are arranged in the structure of FIG. 1(a) according to the embodiment.
  • FIG. 2(a) is a perspective view schematically showing a state in which conductor wires are arranged in the structure of FIG. 1(b) according to the embodiment.
  • FIG. 2(b) is a perspective view schematically showing a state in which an upper base member is installed on the structure of FIG. 2(a) according to the embodiment.
  • 3A and 3B are diagrams schematically showing cross sections of the sensor unit according to the embodiment, respectively.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing the internal configuration of the load sensor according to the embodiment
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the internal configuration of a load sensor according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing an example of temporal changes in capacitance when a load is applied and when a load is removed, according to a comparative example.
  • FIG. 7A is a graph schematically showing the relationship between load and capacitance according to the comparative example.
  • FIG. 7B is a graph schematically showing the relationship between load and capacitance according to the embodiment.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a preferable range of conductor lines in the Y-axis direction according to the embodiment.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining a preferable range of conductor lines in the Y-axis direction according to the embodiment.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining a preferable range of conductor lines in the Y-axis direction according to the embodiment.
  • FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a preferable relationship between the widths of the conductive elastic body and the conductor in the X-axis direction according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a plan view schematically showing the internal configuration of the load sensor according to the modification.
  • FIGS. 12A and 12B are diagrams schematically showing cross sections of sensor units according to modifications.
  • the load sensor according to the present invention can be applied to a management system that performs processing according to the applied load and a load sensor for electronic equipment.
  • management systems include inventory management systems, driver monitoring systems, coaching management systems, security management systems, nursing care and childcare management systems.
  • a load sensor installed on the inventory shelf detects the load of the loaded inventory, and detects the type and number of products on the inventory shelf.
  • a 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 the food. As a result, it is possible to automatically propose a menu using the food in the refrigerator.
  • a load sensor provided in the steering device monitors the driver's load distribution on the steering device (eg gripping force, gripping position, pedaling force).
  • a load sensor provided on the vehicle seat monitors the load distribution (for example, the position of the center of gravity) of the driver on the vehicle seat while the driver is seated. As a result, the driver's driving state (drowsiness, psychological state, etc.) can be fed back.
  • the load distribution on the soles of the feet is monitored by load sensors provided on the soles of the shoes. As a result, it is possible to correct or guide the user to an appropriate walking state or running state.
  • a load sensor installed on the floor detects the load distribution when a person passes through, and detects the weight, stride length, passing speed, shoe sole pattern, and so on. This makes it possible to identify a passing person by collating this detection information with the data.
  • load sensors installed on bedding and toilet seats monitor the load distribution of the human body on bedding and toilet seats. As a result, it is possible to estimate what kind of action the person is trying to take at the position of the bedding and toilet seat, and prevent overturning and falling.
  • Examples of electronic devices include in-vehicle devices (car navigation systems, audio equipment, 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, glowing clothes, and musical instruments.
  • An electronic device is provided with a load sensor in an input section that receives an input from a user.
  • the load sensors in the following embodiments are capacitive load sensors that are typically provided in the management systems and load sensors of electronic devices as described above. Such a load sensor may also be called a “capacitive pressure sensor element”, a “capacitive pressure detection sensor element”, a “pressure sensitive switch element”, or the like. Also, the load sensor in the following embodiments is connected to a detection circuit, and the load sensor and the detection circuit constitute a load detection device.
  • 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(a) is a perspective view schematically showing the base member 11 and the conductor 12 installed on the upper surface 11a (surface on the Z-axis positive side) of the base member 11.
  • FIG. 1(a) is a perspective view schematically showing the base member 11 and the conductor 12 installed on the upper surface 11a (surface on the Z-axis positive side) of the base member 11.
  • the base member 11 is an elastic, insulating flat plate-like member.
  • the base member 11 has a rectangular shape in plan view.
  • the thickness of the base member 11 is constant. When the thickness of the base member 11 is small, the base member 11 may be called a sheet member or a film member.
  • the base member 11 is made of a non-conductive resin material or a non-conductive rubber material.
  • the resin material used for the base member 11 is selected from the group consisting of, for example, styrene-based resins, silicone-based resins (eg, polydimethylpolysiloxane (PDMS), etc.), acrylic-based resins, rotaxane-based resins, urethane-based resins, and the like. is at least one resin material.
  • Rubber materials used for the base member 11 include, for example, silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, ethylene-propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluororubber, At least one rubber material selected from the group consisting of epichlorohydrin rubber, urethane rubber, natural rubber, and the like.
  • the conductor 12 is arranged on the upper surface 11 a of the base member 11 .
  • three conductors 12 are arranged on the upper surface 11a of the base member 11 so as to extend in the first direction (Y-axis direction).
  • the conductor 12 is made of a material having a lower resistance than a conductive elastic body 13, which will be described later.
  • the conductor 12 is a conductive member having elasticity, and the thickness of the conductor 12 is smaller than the thickness of the conductive elastic body 13 described later.
  • a cable 12a electrically connected to the conductor 12 is installed at the end of each conductor 12 on the Y-axis negative side.
  • FIG. 1(b) is a perspective view schematically showing a state in which the conductive elastic bodies 13 are arranged in the structure of FIG. 1(a).
  • the conductive elastic body 13 is formed on the upper surface 11 a of the base member 11 so as to cover the conductor 12 .
  • the conductive elastic body 13 is formed on the upper surface 11a so that the conductor 12 is positioned substantially in the middle of the conductive elastic body 13 in the second direction (X-axis direction).
  • the conductive elastic bodies 13 are arranged side by side in the first direction (Y-axis direction) with a predetermined gap.
  • six conductive elastic bodies 13 are formed in the Y-axis direction.
  • a row of a plurality of conductive elastic bodies 13 arranged in the Y-axis direction is arranged in the X-axis direction with a predetermined gap.
  • three rows of a plurality of conductive elastic bodies 13 aligned in the Y-axis direction are formed in the X-axis direction.
  • the conductive elastic body 13 is a conductive member having elasticity.
  • the conductor 12 and the row of the plurality of conductive elastic bodies 13 arranged in the Y-axis direction so as to cover the conductor 12 are electrically connected.
  • the conductor 12 and the conductive elastic body 13 are formed on the upper surface 11a of the base member 11 by a printing method such as screen printing, gravure printing, flexographic printing, offset printing, and gravure offset printing.
  • the conductive elastic body 13 is formed so as to overlap the conductor 12 as shown in FIG. 1(b).
  • the conductor 12 and the conductive elastic body 13 can be formed on the upper surface 11a of the base member 11 with a thickness of about 0.001 mm to 0.5 mm.
  • the method of forming the conductor 12 and the conductive elastic body 13 is not limited to the above printing method.
  • the conductor 12 and the conductive elastic body 13 are composed of a resin material and conductive filler dispersed therein, or a rubber material and conductive filler dispersed therein.
  • the resin material used for the conductor 12 and the conductive elastic body 13 is similar to the resin material used for the base member 11 described above, for example, styrene resin, silicone resin (polydimethylpolysiloxane (eg, PDMS), At least one resin material selected from the group consisting of acrylic resins, rotaxane resins, urethane resins, and the like.
  • the rubber material used for the conductor 12 and the conductive elastic body 13 is similar to the rubber material used for the base member 11 described above.
  • At least one rubber material selected from the group consisting of polyisobutylene, ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, urethane rubber, natural rubber, and the like.
  • Conductive fillers used for the conductor 12 and the conductive elastic body 13 include, for example, Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In2O3 (indium oxide (III) )), and metal materials such as SnO2 (tin (IV) oxide), and PEDOT:PSS (that is, a composite of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS)). It is at least one material selected from the group consisting of conductive polymer materials such as metal-coated organic fibers and metal wires (fiber state).
  • the conductive filler used in conductor 12 is Ag (silver). In this case, the resistivity of the conductor 12 is 9 ⁇ 10 ⁇ 3 [ ⁇ cm] or less.
  • the width of the conductor 12 in the X-axis direction is, for example, 10 ⁇ m or more, and the conductor 12 is configured to be smaller than the width of the conductive elastic body 13 in the X-axis direction.
  • the conductive filler constituting the conductive elastic body 13 is C (carbon). In this case, the resistivity of the conductive elastic body 13 is 1 ⁇ 10 ⁇ 2 [ ⁇ cm] or more.
  • FIG. 2(a) is a perspective view schematically showing a state in which conductor wires 14 are arranged in the structure of FIG. 1(b).
  • the conductor wire 14 has a linear shape and extends in the second direction (X-axis direction).
  • the conductor wire 14 is bent near the end of the base member 11 on the positive side of the X axis.
  • two conductor wires 14 adjacent to each other in the first direction (Y-axis direction) become a pair of conductor wires 14 .
  • three pairs of conductor wires 14 are arranged to extend in the X-axis direction.
  • the conductor wire 14 is arranged on top of the three conductive elastic bodies 13 so as to intersect the three conductive elastic bodies 13 arranged in the X-axis direction.
  • the conductor line 14 is composed of a linear conductive member and a dielectric formed so as to cover the surface of the conductive member. The configuration of the conductor wire 14 will be described later with reference to FIGS. 3(a) and 3(b).
  • each conductor wire 14 is loosely sewn to the base member 11 with a thread so as to be movable in the longitudinal direction (X-axis direction). be done.
  • the yarn in this case is composed of chemical fibers, natural fibers, or mixed fibers thereof.
  • FIG. 2(b) is a perspective view schematically showing a state in which the base member 21 is installed on the structure of FIG. 2(a).
  • the base member 21 has the same configuration as the base member 11.
  • the base member 21 has the same size and shape as the base member 11 and is made of the same material as the base member 11 .
  • the base member 21 is arranged from above (Z-axis positive side) of the structure shown in FIG. 2(a). After that, the outer peripheral portion of the base member 21 is connected to the outer peripheral portion of the base member 11 with, for example, a silicone rubber adhesive or thread. Thereby, the base member 11 and the base member 21 are fixed. Thus, the load sensor 1 is completed as shown in FIG. 2(b).
  • the load sensor 1 may be used in a state in which it is turned upside down from the state shown in FIG. 2(b).
  • the base member 21 does not necessarily have to be made of the same material as the base member 11.
  • the base member 21 may be made of a hard material that is difficult to elastically deform.
  • a plurality of sensor portions A1 arranged in a matrix are formed in plan view.
  • a total of nine sensor portions A1 arranged in the second direction (X-axis direction) and the first direction (Y-axis direction) are formed.
  • One sensor portion A1 corresponds to an area including an intersection point between two conductive elastic bodies 13 adjacent to each other in the Y-axis direction and two conductor wires 14 respectively arranged on the upper surfaces of these two conductive elastic bodies 13. . That is, one sensor portion A1 includes the conductor 12, the conductive elastic body 13, the conductor wire 14, and the base members 11 and 21 near the intersection.
  • the load sensor 1 When the load sensor 1 is installed on a predetermined installation surface and a load is applied to the upper surface 21a (the surface on the Z-axis positive side) of the base member 21 that constitutes the sensor portion A1, the conductive elastic body 13 and the conductor wires 14 The capacitance between the and the conductive member changes, and the load is detected based on the capacitance.
  • FIGS. 3(a) and 3(b) are diagrams schematically showing cross sections of the sensor portion A1 when cut along a plane parallel to the YZ plane at the center position of the sensor portion A1 in the X-axis direction.
  • FIG. 3(a) shows a state in which no load is applied
  • FIG. 3(b) shows a state in which a load is applied.
  • the conductor wire 14 is composed of a conductive member 14a and a dielectric 14b formed on the conductive member 14a.
  • the conductive member 14a is a conductive linear member, and the dielectric 14b covers the surface of the conductive member 14a.
  • 3A and 3B the surface of the base member 11 on the Z-axis negative side is installed on the installation surface.
  • the conductor wire 14 when a load is applied, the conductor wire 14 is brought closer to the conductive elastic body 13 so as to be wrapped in the conductive elastic body 13, and the gap between the conductor wire 14 and the conductive elastic body 13 is increased. Increase contact area. As a result, the capacitance between the conductive member 14a and the conductive elastic body 13 changes. Then, the load applied to the sensor portion A1 is calculated by detecting a change in the capacitance of the pair of conductor wires 14 included in the sensor portion A1.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing the internal configuration of the load sensor 1.
  • the three cables 12a are connected to an external circuit (not shown) including a load detection circuit. This connects the three conductors 12 to the external circuit. Also, one end of each conductor wire 14 is coated with the dielectric 14b to expose the conductive member 14a. Each conductor line 14 is connected at this end to an external circuit.
  • the external circuit detects the capacitance value for each sensor unit A1 while switching the conductor 12 and the conductor line 14 to be detected. Specifically, the external circuit applies a DC voltage via a resistor to the conductive elastic body 13 and the conductor wire 14 that intersect at the sensor portion A1 to be detected, and measures the voltage value at the intersection position. The voltage value at the crossing point rises with a time constant defined by the above resistance and the capacitance at the crossing point (capacitance due to the dielectric 14b between the conductive elastic body 13 and the conductive member 14a).
  • the capacitance at the crossing position has a magnitude corresponding to the load applied to the crossing position. That is, the contact area of the dielectric 14b with respect to the conductive elastic body 13 changes according to the load applied to the intersection position. The capacitance at the intersection point has a value corresponding to this contact area.
  • the external circuit measures the voltage value at the crossing position at a predetermined timing after a certain period of time has passed since the start of applying the DC voltage, and based on the measured voltage value, acquires the load of the sensor unit A1 corresponding to the crossing position. do. Thus, the load in each sensor portion A1 is detected.
  • the load sensor 1 may be used to detect the load not only when the load is applied but also when the load is released. Even when the load is released, the external circuit measures the voltage value of the sensor portion A1 (intersection position) at a predetermined timing after the DC voltage application is started, and detects the voltage value of the sensor portion A1 based on the measured voltage value. Detect the load at
  • the load when the shoe lands on the ground and the load when the shoe leaves the ground are different from each other. It is monitored from the detection result of the sensor 1 .
  • the external circuit (load detection circuit) described above detects the load when the shoe lands on the ground and the load on the upper surface of the load sensor 1 increases (when the load is applied), and when the shoe leaves the ground and the load sensor 1 When the load on the upper surface of is reduced (when the load is released), each sensor unit A1 detects the load, and transmits the detection result to the monitoring system.
  • the monitoring system monitors whether the walking state and running state are appropriate based on the received load detection results (load distribution on the soles of the feet).
  • the external circuit load detection circuit
  • the plurality of conductive elastic bodies 13 are arranged on the upper surface of the base member 11 so as to be aligned in the first direction (Y-axis direction) with a predetermined gap.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the internal configuration of the load sensor 2 according to the comparative example.
  • the conductive elastic body 13 is continuously formed on the upper surface of the base member 11 without interruption in the Y-axis direction. That is, in the comparative example, the conductive elastic body 13 is not divided with a gap in the Y-axis direction. Also in this configuration, the external circuit (load detection circuit) can calculate the load applied to and released from each sensor section A1 by the same processing as in the case of FIG.
  • the conductive elastic body 13 is not divided with a gap in the Y-axis direction, the arrangement space of the conductive elastic body 13 with respect to the upper surface 11a of the base member 11 is large.
  • the conductive elastic body 13 contains the conductive filler as described above, it is harder than the base member 11 .
  • the structure (hereinafter referred to as “ (hereinafter referred to as “elastic structure”) is difficult to recover quickly, and as a result, the relationship between the load and the capacitance when the load is released tends to deviate from the relationship between the load and the capacitance when the load is applied.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing an example of temporal changes in capacitance when a load is applied and when a load is removed, according to a comparative example.
  • a constant load is applied to the sensor portion A1 at the load application timing in the figure, and this load is released from the sensor portion A1 at the load release timing in the figure.
  • the fine amplitude waveform in the figure indicates the fluctuation of the capacitance due to noise.
  • the capacitance value detected when the load is zero is about 400 pF
  • the capacitance value detected when the load is applied is about 800 pF.
  • the capacitance value increases with elapsed time until around 0.24 s.
  • the capacitance value decreases with the elapsed time until the elapsed time reaches around 0.46 s.
  • the contact area between the dielectric 14b and the conductive elastic body 13 increases for a predetermined period after the load is applied due to the elastic deformation of the elastic structure. crossing point) increases.
  • the contact area between the dielectric 14b and the conductive elastic body 13 decreases due to the elastic recovery of the elastic structure. Decrease in electric capacity.
  • the slope of the capacitance change immediately after the load is released is gentler than the straight line L2 obtained by horizontally reversing the straight line L1 indicating the capacitance change when the load is applied.
  • the slope of the change in capacitance when the load is released becomes more gentle after the time of 0.4 seconds. That is, in the latter half of the time when the load is released, the speed at which the capacitance value returns to the load 0 level (around 400 pF) is further slowed down.
  • the change in capacitance when the load is applied and when the load is removed is not symmetrical, and the change in capacitance when the load is removed is gentler than when the load is applied. That is, in the case of the comparative example, since the elastic recovery of the conductive elastic body 13 is slow when the load is released, it is difficult for the capacitance to quickly return to the level of zero load.
  • FIG. 7(a) is a graph schematically showing the relationship between the load and the capacitance according to the comparative example.
  • the graph of FIG. 7(a) shows the load applied to the sensor portion A1 (intersection position) after increasing the load from zero to a constant value at a constant speed, and then decreasing the load at the same speed. It schematically shows the change in capacitance at (intersection position).
  • the horizontal axis of FIG. 7A is the magnitude of the applied load, and the vertical axis of FIG. 7A is the capacitance of the sensor portion A1 (intersection position).
  • the conductive elastic body 13 is formed continuously in the Y-axis direction so as to straddle all the conductor wires 14 without any gaps. It becomes difficult for the body to recover elastically. Therefore, the speed of elastic recovery of the conductive elastic bodies 13 at the crossing positions of the conductor wires 14 when the load is released is slower than the speed of elastic deformation of the conductive elastic bodies 13 at the crossing positions of the conductor wires 14 when the load is applied.
  • the relationship between the load and the capacitance when the load is released deviates from the relationship between the load and the capacitance when the load is applied. Therefore, for the same load F1, for example, different capacitances C1 and C2 are generated when the load is applied and when the load is removed. In addition, when the load is applied and when the load is released, different loads F1 and F2 are detected even though the same capacitance C2 is obtained.
  • FIG. 7(b) is a graph schematically showing the relationship between load and capacitance according to the embodiment.
  • the conductive elastic bodies 13 are formed separately from each conductor wire 14 in the Y-axis direction. The influence is reduced, and the elastic structure can be elastically restored more easily than in the comparative example. Therefore, the speed of elastic recovery of the conductive elastic bodies 13 at the crossing positions of the conductor wires 14 when the load is released is brought closer to the speed of elastic deformation of the conductive elastic bodies 13 at the crossing positions of the conductor wires 14 when the load is applied.
  • the relationship between the load and the capacitance when the load is released can be brought closer to the relationship between the load and the capacitance when the load is applied.
  • the values of the capacitances C1 and C2 obtained when the load is applied and when the load is released are made closer to each other than in FIG. 7A.
  • the values of the loads F1 and F2 acquired for the same capacitance C2 are made closer to each other than in FIG. 7A when the load is applied and released. Therefore, according to the configuration of the embodiment, since the difference between the detected load when the load is applied and the detected load when the load is released is suppressed, the load can be detected smoothly and accurately.
  • FIG. 8(a) is a diagram schematically showing a cross section in the vicinity of the conductive elastic body 13 and the conductor wire 14 when cut along a plane parallel to the YZ plane at the center position of the sensor portion A1 in the X-axis direction. be.
  • the cross section of the conductor wire 14 taken along the YZ plane is circular.
  • the outer circumference length La of the lower half of the circular cross section of the conductor wire 14 is the upper limit contact width in which the conductive elastic body 13 can contact the conductive member 14a via the dielectric 14b in the Y-axis direction.
  • the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction is preferably equal to or less than the upper limit contact width. That is, length La and width Lb are preferably defined by the following formula (1).
  • the radius of the circular cross section of the conductor wire 14 is r
  • the length La is represented by ⁇ r. Therefore, the upper limit contact width is ⁇ r, and the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction is preferably set to ⁇ r or less.
  • the width Lb When the width Lb is set in this manner, the arrangement space for the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed. That is, when the width Lb is larger than the upper limit contact width, the portion of the conductive elastic body 13 whose width exceeds the upper limit contact width cannot contact the conductive member 14a no matter how much the load is increased. Therefore, this width portion does not contribute to an increase in contact area, nor does it contribute to an increase in capacitance. Therefore, by reducing this width portion and setting the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction to be equal to or less than the upper limit contact width, the change in capacitance corresponding to the change in contact area can be properly detected. At the same time, the arrangement space for the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed.
  • cross section of the conductor wire 14 along the YZ plane may have a shape other than a circular shape.
  • the cross section of the conductor wire 14 may have the shapes shown in FIGS. 8(b) to 9(b).
  • FIG. 8(b) is a diagram schematically showing a modified example in which the conductor wire 14 has an elliptical cross section along the YZ plane.
  • the outer circumference length of the lower half of the elliptical cross section of the conductor wire 14 corresponds to the length La of the formula (1), and the conductive elastic body 13 is in contact with the conductive member 14a via the dielectric 14b.
  • This is the maximum contact width that can be obtained.
  • the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction is set to be equal to or less than the upper limit contact width according to the formula (1), the arrangement space of the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed.
  • FIG. 9(a) is a diagram schematically showing a modified example in which the cross section of the conductor wire 14 along the YZ plane has a triangular shape.
  • the conductor wire 14 is arranged between the conductive elastic body 13 and the base member 21 with the apex of the triangular cross section of the conductor wire 14 directed downward so as to be in contact with the conductive elastic body 13 .
  • the length (La1+La2) obtained by adding the lengths La1 and La2 of the two sides connected to the vertices of the triangular shape of the cross section of the conductor wire 14 corresponds to the length La of the formula (1).
  • the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction to be equal to or less than the upper limit contact width according to the formula (1), the arrangement space of the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed.
  • FIG. 9(b) is a diagram schematically showing a modified example in which the cross section of the conductor wire 14 along the YZ plane has a trapezoidal shape.
  • the conductor wire 14 is arranged between the conductive elastic body 13 and the base member 21 with the trapezoidal shape of the cross section of the conductor wire 14 directed downward.
  • the length of the side in contact with the conductive elastic body 13 is La1
  • the lengths of the two sides connected to the side of length La1 are La2 and La3.
  • the added length (La1+La2+La3) corresponds to the length La in Equation (1), and is the upper limit contact width at which the conductive elastic body 13 can contact the conductive member 14a via the dielectric 14b.
  • the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction to be equal to or less than the upper limit contact width according to the formula (1), the arrangement space of the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed.
  • the width Lb of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction is set equal to or less than the upper limit contact width according to the formula (1). By doing so, the arrangement space of the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed.
  • FIG. 10(a) is a plan view schematically showing the configuration of the conductive elastic body 13 and the conductor 12 near the position where the conductive elastic body 13 and the conductor 12 overlap.
  • FIG. 10B is a schematic cross section of the base member 11, the conductor 12, and the conductive elastic body 13 when cut along a plane parallel to the XZ plane near the position where the conductive elastic body 13 and the conductor 12 overlap. is a diagram shown in FIG.
  • the width of the conductive elastic body 13 in the X-axis direction is Wa and the width of the conductor 12 in the X-axis direction is Wb
  • the widths Wa and Wb are given by the following: It is preferably defined by formula (2).
  • the conductor 12 becomes the X width of the conductive elastic body 13 at the position where the conductor wire 14 passes (near the central position of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction). Protrusion to the outside in the axial direction is suppressed. This can prevent the conductor wire 14 from coming into contact with the conductor 12 protruding from the conductive elastic body 13 .
  • the conductive elastic bodies 13 are arranged on the upper surface 11a of the base member 11 and arranged in the first direction (Y-axis direction) with a predetermined gap.
  • a plurality of linear conductive members 14 a extend in the second direction (X-axis direction) and intersect with the plurality of conductive elastic bodies 13 .
  • the dielectric 14b is arranged between the conductive elastic body 13 and the conductive member 14a.
  • the elastic structure composed of the base member 11, the conductor 12, and the conductive elastic body 13 can quickly and easily return elastically, and as a result, as shown in FIG. It is possible to bring the relationship between the load and the capacitance in , closer to the relationship between the load and the capacitance when the load is applied. That is, it is possible to prevent the relationship between the load and the capacitance from being deviated between when the load is applied and when the load is removed.
  • the space for arranging the conductive elastic body 13 can be reduced, the amount of the conductive elastic body 13 used can be reduced, and the weight of the load sensor 1 can be reduced. Further, when the conductive elastic body 13 is printed on the upper surface 11a of the base member 11, the printing process is simplified, so that the amount of ink used and printing defects can be suppressed.
  • the width Lb of the conductive elastic body 13 in the direction (Y-axis direction) perpendicular to the second direction (X-axis direction) is It is equal to or less than the upper limit contact width (La) at which the conductive elastic body 13 can contact the conductive member 14a.
  • the width of the conductive elastic body 13 can be limited within the range of the upper limit contact width, so that the arrangement space of the conductive elastic body 13 can be effectively suppressed, and the elastic structure can be elastically restored more quickly when the load is released. can be done.
  • the width of the conductive elastic body 13 is within the range of the upper limit contact width, the load at the crossing position between the conductive elastic body 13 and the conductive member 14a can be appropriately detected.
  • the conductor 12 is configured to have a lower resistance than the conductive elastic body 13.
  • the conductor 12 is covered with a conductive elastic body 13 and arranged on the upper surface 11a of the base member 11, and is connected to an external circuit.
  • the resistance value between the upper surface of the conductive elastic body 13 and the external circuit can be reduced. Thereby, the detection sensitivity at each crossing position between the conductor wire 14 and the conductive elastic body 13 can be enhanced.
  • the conductor 12 extends in the first direction (Y-axis direction) across the plurality of conductive elastic bodies 13 .
  • a plurality of conductive elastic bodies 13 can be connected to an external circuit with one conductor 12, and the configuration can be simplified.
  • the conductor 12 has elasticity. As a result, it is possible to prevent the conductor 12 from affecting the elasticity of the conductive elastic body 13 . Therefore, the load at each crossing position between the conductor wire 14 and the conductive elastic body 13 can be detected more properly.
  • the conductive elastic body 13 contains carbon particles, and the conductor 12 contains metal particles. As a result, the conductive elastic body 13 can be configured softly, and the resistivity of the conductor 12 can be reduced.
  • the width Wa of the conductive elastic body 13 in the direction (X-axis direction) perpendicular to the first direction (Y-axis direction) is It is larger than the width Wb of the conductor 12 .
  • the conductive member 14a can be prevented from coming into contact with the conductor 12 protruding from the conductive elastic body 13.
  • the load can be accurately detected at each position where the conductive elastic body 13 and the conductive member 14a intersect.
  • the dielectric 14b is formed on the outer circumference of the conductive member 14a, the contact between the conductor 12 and the dielectric 14b is avoided, so that the dielectric 14b on the conductive member 14a can be prevented from coming off.
  • the width Wb of the conductor 12 is smaller than the width Wa of the conductive elastic body 13, the influence of the conductor 12 on the elasticity of the elastic structure can be suppressed.
  • a single conductive member 14 a is arranged on the upper surface of one conductive elastic body 13 .
  • the width of the conductive elastic body 13 in the first direction (Y-axis direction) can be minimized. Therefore, the difference in the relationship between the load and the capacitance when the load is applied and when the load is released can be minimized.
  • a plurality of rows of conductive elastic bodies 13 are arranged in the second direction (X-axis direction). Thereby, the intersection positions of the conductive elastic bodies 13 and the conductive members 14a can be arranged in a matrix. Therefore, the load can be detected over a wider range.
  • the conductive member 14a is configured to have a circular cross section. As a result, it is possible to smoothly change the contact area with respect to the load.
  • the dielectric 14b is formed so as to cover the outer periphery of the conductive member 14a.
  • the dielectric 14b can be arranged between the conductive elastic body 13 and the conductive member 14a simply by covering the surface of the conductive member 14a with the dielectric 14b.
  • the configuration of the load sensor 1 can be modified in various ways other than the configuration shown in the above embodiment.
  • one conductor wire 14 is arranged on the upper surface of one of the plurality of conductive elastic bodies 13 arranged in the Y-axis direction.
  • a plurality of conductor wires 14 may be arranged on the upper surface of one conductive elastic body 13 of the bodies 13 .
  • two conductor wires 14 may be arranged on the upper surface of one conductive elastic body 13 among a plurality of conductive elastic bodies 13 arranged in the Y-axis direction.
  • the number of divisions of the conductive elastic body 13 in the Y-axis direction is set to three.
  • One conductive elastic body 13 is arranged in one sensor portion A1, and two conductor wires 14 are arranged on the upper surface of the conductive elastic body 13 of each sensor portion A1.
  • the conductive elastic body 13 is divided in the Y-axis direction, the elastic structure can be elastically restored more quickly than in the comparative example shown in FIG. Moreover, when a plurality of conductive members 14a (conductor wires 14) are arranged on the upper surface of one conductive elastic body 13 in this way, the process of arranging the conductive elastic body 13 can be simplified. In addition, when the number of sensor portions A1 arranged in the Y-axis direction is an even number, the conductive elastic body 13 may be divided into two in the Y-axis direction and arranged.
  • the angle formed by the direction in which the conductor 12 extends and the direction in which the conductor wire 14 extends is 90°, but the angle may be other than 90°. Even when the angle formed is an angle other than 90°, the plurality of conductive elastic bodies 13 are arranged side by side with a predetermined gap in the extending direction of the conductor 12 .
  • the conductor 12 is composed of a material having elasticity and conductive filler dispersed in the material, but may be composed of a conductive material that has almost no elasticity. In this case, although the resistivity of the conductor 12 can be further reduced, the elasticity of the elastic structure composed of the base member 11, the conductor 12, and the conductive elastic body 13 is reduced. Therefore, as in the above embodiment, the conductor 12 is preferably composed of an elastic material and a conductive filler.
  • the plurality of conductive elastic bodies 13 arranged in the Y-axis direction are electrically connected to each other and connected to the external circuit by the conductor 12, but the conductive elastic bodies 13 are connected to the external circuit.
  • the means are not limited to the above.
  • a conductor pulled out from each conductive elastic body 13 may be connected to an external circuit so as not to contact the conductor wire 14 .
  • the pair of conductor wires 14 adjacent in the Y-axis direction are connected at the end on the positive side of the X-axis, but may be separated at the end on the positive side of the X-axis. That is, separate conductor lines 14 may be arranged side by side in the Y-axis direction. In this case, the two conductor lines 14 passing through one sensor section A1 are connected to each other in a subsequent external circuit.
  • the load sensor 1 includes three pairs of conductor wires 14, but may include one or more pairs of conductor wires 14.
  • the pair of conductor wires 14 included in the load sensor 1 may be one set.
  • the sensor portion A1 of the load sensor 1 includes two conductor wires 14 arranged in the Y-axis direction, one or more conductor wires 14 may be included.
  • the number of conductor wires 14 included in the sensor part A1 may be one.
  • these conductor wires 14 may be connected at the ends in the X-axis direction, and connected to each other in a subsequent external circuit. may
  • the load sensor 1 has three rows of six conductive elastic bodies 13 arranged in the Y-axis direction, but at least one row of the conductive elastic bodies 13 may be provided.
  • the number of rows of the conductive elastic bodies 13 included in the load sensor 1 may be one.
  • the conductive member 14a is composed of a single wire material, but may be composed of a twisted wire obtained by twisting a plurality of wire materials.
  • the cross section of the stranded wire is preferably substantially circular so that the contact area smoothly increases according to the load. Note that the cross section of the stranded wire may have a shape other than a circular shape.
  • the sensor part A1 includes the conductive elastic body 13 only on the lower side of the conductor wire 14, but is not limited to this and may include the conductive elastic body on the upper side of the conductor wire 14 as well.
  • FIG. 12(a) is a diagram schematically showing a configuration of a modification in which the conductor 22 and the conductive elastic body 23 are arranged above the conductor wire 14.
  • FIG. 12(a) is a diagram schematically showing a configuration of a modification in which the conductor 22 and the conductive elastic body 23 are arranged above the conductor wire 14.
  • the conductor 22 and the conductive elastic body 23 are formed on the lower surface of the base member 21.
  • the size, thickness and material of the conductor 22 are similar to those of the conductor 12
  • the size, thickness and material of the conductive elastic body 23 are similar to those of the conductive elastic body 13 .
  • the conductor 22 is arranged at the same position as the conductor 12
  • the conductive elastic body 23 is arranged at the same position as the conductive elastic body 13 .
  • a base member 21 (another base member) is arranged to face the upper surface 11a of the base member 11, as shown in FIG. 12(a).
  • a plurality of conductive elastic bodies 23 (other conductive elastic bodies) are arranged on the lower surface of the base member 21 and arranged in the first direction (Y-axis direction) with a predetermined gap therebetween.
  • the plurality of conductive elastic bodies 23 are arranged, for example, so as to face the plurality of conductive elastic bodies 13 respectively.
  • a dielectric 14b is arranged between the plurality of conductive elastic bodies 23 and the conductive member 14a.
  • the upper conductive elastic body 23 is also arranged with a predetermined gap in the Y-axis direction. It helps the body to recover quickly and elastically.
  • the plurality of conductive elastic bodies 23 on the upper side and the plurality of conductive elastic bodies 13 on the lower side do not necessarily have to be arranged one-to-one.
  • six lower conductive elastic bodies 13 are arranged in the Y-axis direction as shown in FIG. 4, and three upper conductive elastic bodies 23 are arranged in the Y-axis direction like the conductive elastic bodies 13 in FIG. may be placed.
  • the dielectric 14b is arranged so as to cover the conductive member 14a, but the dielectric may be arranged on the opposite surface of the conductive elastic body 13 instead.
  • FIG. 12(b) is a diagram schematically showing a configuration of a modification in which the dielectric 31 is arranged on the facing surface (upper surface) of the conductive elastic body 13.
  • the conductive member 14a (conductor wire 14) moves relatively toward the conductive elastic body 13, and the contact area between the conductive member 14a and the dielectric 31 changes. do.
  • the capacitance between the conductive elastic body 13 and the conductive member 14a changes, so that the load on each sensor portion A1 can be detected.
  • the conductor 22 and the conductive elastic body 23 are formed on the lower surface of the base member 21, and the dielectric is formed on the opposite surface (lower surface) of the conductive elastic body 23. A body may be placed.

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Abstract

荷重センサは、ベース部材（１１）と、ベース部材（１１）の上面に配置され、所定の隙間をもってＹ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体（１３）と、Ｘ軸方向に延び、複数の導電弾性体（１３）と交差する線状の複数の導電部材（１４ａ）と、導電弾性体（１３）と導電部材（１４ａ）との間に配置された誘電体（１４ｂ）と、を備える。

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、導電性の弾性体からなる複数の第１電極と、線状の導電部材からなる複数の第２電極と、第２電極の表面を覆う誘電体と、を備えた感圧素子（荷重センサ）が記載されている。複数の第１電極と複数の第２電極は、平面視において、互いに交差するように配置される。複数の第１電極の間に、絶縁性の弾性体からなる絶縁部が配置される。複数の第１電極と複数の絶縁部とが一体化されて、弾性体シートが構成される。
　この構成では、第１電極と第２電極の各交差位置に付与される荷重が増加すると、各交差位置において、第１電極と誘電体との間の接触面積が増加し、これに伴い、第１電極と第２電極との間の静電容量が増加する。したがって、第１電極と第２電極と間の静電容量の値を交差位置ごとに検出することにより、各交差位置に付与された荷重を検出できる。
国際公開第２０２０／０７９９９５号
　上記構成では、通常、荷重付与時における導電弾性体（第１電極）の弾性変形に比べて、荷重解除時における導電弾性体の弾性復帰の速度が緩やかになる。これにより、荷重付与時と荷重解除時とで、荷重と静電容量との関係にずれが生じる。このため、荷重付与時とともに荷重解除時にも荷重を検出する場合には、円滑かつ適正に荷重を検出することが困難になる。
　かかる課題に鑑み、本発明は、荷重付与時と荷重解除時とで、荷重と静電容量との関係にずれが生じることを抑制す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、ベース部材と、前記ベース部材の上面に配置され、所定の隙間をもって第１方向に並ぶ複数の導電弾性体と、第２方向に延び、前記複数の導電弾性体と交差する線状の複数の導電部材と、前記導電弾性体と前記導電部材との間に配置された誘電体と、を備える。
　本態様に係る荷重センサによれば、複数の導電弾性体が隙間をもって配置されるため、ベース部材の上面に対する導電弾性体の配置スペースが抑制される。このため、荷重解除時に、ベース部材と導電弾性体とからなる構造体が迅速に弾性復帰しやすくなり、結果、荷重解除時における荷重と静電容量との関係を、荷重付与時における荷重と静電容量との関係に近づけることができる。したがって、荷重付与時と荷重解除時とで、荷重と静電容量との関係にずれが生じることを抑制できる。
　以上のとおり、本発明によれば、荷重付与時と荷重解除時とで、荷重と静電容量との関係にずれが生じることを抑制す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、下側のベース部材および下側のベース部材の上面に設置された導電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、図１（ａ）の構造体に導電弾性体が配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、図１（ｂ）の構造体に導体線が配置された状態を模式的に示す斜視図である。図２（ｂ）は、実施形態に係る、図２（ａ）の構造体に上側のベース部材が設置された状態を模式的に示す斜視図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係る、センサ部の断面を模式的に示す図である。 図４は、実施形態に係る、荷重センサの内部の構成を模式的に示す平面図である。 図５は、比較例に係る、荷重センサの内部の構成を模式的に示す平面図である。 図６は、比較例に係る、荷重の付与時および解除時の静電容量の時間的変化の一例を模式的に示すグラフである。 図７（ａ）は、比較例に係る、荷重と静電容量との関係を模式的に示すグラフである。図７（ｂ）は、実施形態に係る、荷重と静電容量との関係を模式的に示すグラフである。 図８（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る、導体線のＹ軸方向の好ましい範囲について説明する図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る、導体線のＹ軸方向の好ましい範囲について説明する図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る、導電弾性体および導電体のＸ軸方向の幅の好ましい関係について説明する図である。 図１１は、変更例に係る、荷重センサの内部の構成を模式的に示す平面図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、変更例に係る、センサ部の断面を模式的に示す図である。
　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。また、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、ベース部材１１と、ベース部材１１の上面１１ａ（Ｚ軸正側の面）に設置された導電体１２とを模式的に示す斜視図である。
　ベース部材１１は、弾性を有する絶縁性の平板上の部材である。ベース部材１１は、平面視において矩形の形状を有する。ベース部材１１の厚みは一定である。ベース部材１１の厚みが小さい場合、ベース部材１１は、シート部材またはフィルム部材と呼ばれることもある。ベース部材１１は、非導電性を有する樹脂材料または非導電性のゴム材料から構成される。
　ベース部材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。ベース部材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。
　導電体１２は、ベース部材１１の上面１１ａに配置される。ここでは、３つの導電体１２が、第１方向（Ｙ軸方向）に延びるように、ベース部材１１の上面１１ａに配置されている。導電体１２は、後述する導電弾性体１３よりも低抵抗の材料からなっている。本実施形態では、導電体１２は、弾性を有する導電性の部材であり、導電体１２の厚みは、後述する導電弾性体１３の厚みよりも小さい。各導電体１２のＹ軸負側の端部に、導電体１２に対して電気的に接続されたケーブル１２ａが設置されている。
　図１（ｂ）は、図１（ａ）の構造体に導電弾性体１３が配置された状態を模式的に示す斜視図である。
　導電弾性体１３は、導電体１２を覆うように、ベース部材１１の上面１１ａに形成される。導電弾性体１３は、第２方向（Ｘ軸方向）における導電弾性体１３の略中間位置に導電体１２が位置付けられるように、上面１１ａに形成される。導電弾性体１３は、所定の隙間をもって第１方向（Ｙ軸方向）に並んで形成されている。ここでは、６つの導電弾性体１３が、Ｙ軸方向に形成されている。また、Ｙ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３からなる列が、所定の隙間をもってＸ軸方向に並んで形成されている。ここでは、Ｙ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３からなる３つの列が、Ｘ軸方向に形成されている。
　導電弾性体１３は、弾性を有する導電性の部材である。導電体１２と、当該導電体１２を覆うように形成されたＹ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３の列とは、電気的に繋がった状態である。
　ここで、導電体１２および導電弾性体１３は、ベース部材１１の上面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。導電弾性体１３は、図１（ａ）に示すように導電体１２が形成された後で、図１（ｂ）に示すように導電体１２に重なるようにして形成される。これらの印刷工法によれば、ベース部材１１の上面１１ａに０．００１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の厚みで、導電体１２および導電弾性体１３を形成することが可能となる。ただし、導電体１２および導電弾性体１３の形成方法は、上記印刷工法に限られるものではない。
　また、導電体１２および導電弾性体１３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。
　導電体１２および導電弾性体１３に用いられる樹脂材料は、上述したベース部材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。導電体１２および導電弾性体１３に用いられるゴム材料は、上述したベース部材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。
　導電体１２および導電弾性体１３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。
　実施形態では、導電体１２に用いられる導電性フィラーはＡｇ（銀）である。この場合、導電体１２の抵抗率は、９×１０－３［Ω・ｃｍ］以下である。導電体１２のＸ軸方向の幅は、たとえば、１０μｍ以上であり、導電弾性体１３のＸ軸方向の幅より小さくなるよう、導電体１２が構成される。また、実施形態では、導電弾性体１３を構成する導電性フィラーはＣ（カーボン）である。この場合、導電弾性体１３の抵抗率は、１×１０－２［Ω・ｃｍ］以上である。
　図２（ａ）は、図１（ｂ）の構造体に導体線１４が配置された状態を模式的に示す斜視図である。
　導体線１４は、線形状を有し、第２方向（Ｘ軸方向）に延びている。導体線１４は、ベース部材１１のＸ軸正側の端部付近で折り曲げられている。導体線１４が折り曲げられることにより、第１方向（Ｙ軸方向）に隣り合う２本の導体線１４は、一対の導体線１４となる。ここでは、３つの一対の導体線１４が、Ｘ軸方向に延びるように配置される。導体線１４は、Ｘ軸方向に並ぶ３つの導電弾性体１３に交差するよう、３つの導電弾性体１３の上面に重ねて配置される。導体線１４は、線状の導電部材と、当該導電部材の表面を被覆するように形成された誘電体とからなる。導体線１４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２（ａ）のように導体線１４が複数配置された後、各導体線１４は、長手方向に（Ｘ軸方向）に移動可能となるように、ベース部材１１に対して糸により緩く縫合される。この場合の糸は、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。
　図２（ｂ）は、図２（ａ）の構造体にベース部材２１が設置された状態を模式的に示す斜視図である。
　ベース部材２１は、ベース部材１１と同様の構成である。ベース部材２１は、ベース部材１１と同じ大きさおよび形状を有し、ベース部材１１と同じ材料により構成される。図２（ａ）に示した構造体の上方（Ｚ軸正側）から、ベース部材２１が配置される。その後、ベース部材２１の外周部分が、ベース部材１１の外周部分に対して、たとえば、シリコーンゴム系接着剤や糸などで接続される。これにより、ベース部材１１とベース部材２１とが固定される。こうして、図２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。
　荷重センサ１は、図２（ｂ）の状態から表裏反転された状態で使用されてもよい。この場合、ベース部材２１は、必ずしも、ベース部材１１と同様の材料からなっていなくてもよく、たとえば、弾性変形しにくい硬質の材料からなっていてもよい。
　ここで、荷重センサ１には、平面視において、マトリクス状に並んだ複数のセンサ部Ａ１が形成される。上記の荷重センサ１では、第２方向（Ｘ軸方向）および第１方向（Ｙ軸方向）に並んだ計９つのセンサ部Ａ１が形成されている。１つのセンサ部Ａ１は、Ｙ軸方向に隣り合う２つの導電弾性体１３と、これら２つの導電弾性体１３の上面にそれぞれ配置された２本の導体線１４との交点を含む領域に相当する。すなわち、１つのセンサ部Ａ１は、当該交点付近における、導電体１２と、導電弾性体１３と、導体線１４と、ベース部材１１、２１と、を含む。荷重センサ１が所定の設置面に設置され、センサ部Ａ１を構成するベース部材２１の上面２１ａ（Ｚ軸正側の面）に荷重が付与されると、導電弾性体１３と、導体線１４内の導電部材との間の静電容量が変化し、当該静電容量に基づいて荷重が検出される。
　図３（ａ）、（ｂ）は、センサ部Ａ１のＸ軸方向の中央位置でＹ－Ｚ平面に平行な面で切断したときのセンサ部Ａ１の断面を模式的に示す図である。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１４は、導電部材１４ａと、導電部材１４ａに形成された誘電体１４ｂと、により構成される。導電部材１４ａは、導電性を有する線状の部材であり、誘電体１４ｂは、導電部材１４ａの表面を被覆している。図３（ａ）、（ｂ）では、ベース部材１１のＺ軸負側の面が設置面に設置されている。
　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１３と導体線１４との間にかかる力、および、ベース部材２１と導体線１４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、センサ部Ａ１に対応するベース部材２１の上面２１ａに対して下方向に荷重が加えられると、導体線１４によって、導電弾性体１３、導電体１２およびベース部材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１４は、導電弾性体１３に包まれるように導電弾性体１３に近付けられ、導体線１４と導電弾性体１３との間の接触面積が増加する。これにより、導電部材１４ａと導電弾性体１３との間の静電容量が変化する。そして、センサ部Ａ１に含まれる一対の導体線１４に関する静電容量の変化が検出されることにより、センサ部Ａ１にかかる荷重が算出される。
　図４は、荷重センサ１の内部の構成を模式的に示す平面図である。
　３つのケーブル１２ａは、荷重検出回路を含む外部回路（図示せず）に接続されている。これにより、３つの導電体１２が外部回路に接続される。また、各々の導体線１４の一方の端部は、誘電体１４ｂの被覆が除去され、導電部材１４ａが露出している。各々の導体線１４は、この端部が外部回路に接続されている。
　外部回路は、検出対象の導電体１２および導体線１４を切り替えながら、センサ部Ａ１ごとに静電容量の値を検出する。具体的には、外部回路は、検出対象のセンサ部Ａ１において交差する導電弾性体１３および導体線１４に対し、抵抗を介して、直流電圧を印加し、この交差位置の電圧値を計測する。交差位置の電圧値は、上述の抵抗と、交差位置の静電容量（導電弾性体１３と導電部材１４ａとの間の誘電体１４ｂによる静電容量）とで規定される時定数により上昇する。
　ここで、交差位置の静電容量は、交差位置に付与されている荷重に応じた大きさとなる。すなわち、交差位置に付与される荷重に応じて、導電弾性体１３に対する誘電体１４ｂの接触面積が変化する。交差位置の静電容量は、この接触面積に応じた値となる。外部回路は、直流電圧の印加開始から一定期間が経過した所定のタイミングにおいて、交差位置の電圧値を計測し、計測した電圧値に基づいて、当該交差位置に対応するセンサ部Ａ１の荷重を取得する。こうして、各センサ部Ａ１における荷重が検出される。
　ところで、荷重センサ１は、荷重付与時とともに荷重解除時にも荷重を検出するよう使用される場合がある。荷重解除時においても、外部回路は、上記と同様、直流電圧印加開始後の所定のタイミングにおいて、センサ部Ａ１（交差位置）の電圧値を計測し、計測した電圧値に基づいて、センサ部Ａ１における荷重を検出する。
　たとえば、シューズの底に荷重センサ１が設置され、足裏の荷重分布がモニタリングされる使用形態では、シューズが地面に着地したときの荷重と、シューズが地面から離れたときの荷重とが、荷重センサ１の検出結果からモニタリングされる。この場合、上述の外部回路（荷重検出回路）は、シューズが地面に着地して荷重センサ１の上面の荷重が増加するとき（荷重付与時）の荷重と、シューズが地面から離れて荷重センサ１の上面の荷重が減少するとき（荷重解除時）の荷重とをセンサ部Ａ１ごとに検出し、検出結果をモニタリングシステムに送信する。モニタリングシステムは、受信した荷重の検出結果（足裏の荷重分布）から、歩行状態や走行状態が適正であるか否かを監視する。
　このような使用形態では、荷重付与時における荷重と静電容量との関係と、荷重解除時における荷重と静電容量との関係との間に、なるべくずれが生じないことが好ましい。これにより、外部回路（荷重検出回路）により、荷重付与時における荷重と、荷重解除時における荷重とを、円滑かつ精度良く検出できる。
　本実施形態では、上記のように、複数の導電弾性体１３が所定の隙間をもって第１方向（Ｙ軸方向）に並ぶようにベース部材１１の上面に配置される。これにより、以下に説明するように、荷重付与時におけるセンサ部Ａ１の静電容量の変化と、荷重解除時におけるセンサ部Ａ１の静電容量の変化との間のずれを抑制でき、荷重付与時における荷重と、荷重解除時における荷重とを、円滑かつ精度良く検出できる。
　図５は、比較例に係る、荷重センサ２の内部の構成を模式的に示す平面図である。
　比較例では、導電弾性体１３が、Ｙ軸方向に途切れることなく連続的に、ベース部材１１の上面に形成されている。すなわち、比較例では、Ｙ軸方向に導電弾性体１３が隙間をもって分割されていない。この構成においても、外部回路（荷重検出回路）は、図４の場合と同様の処理により、各センサ部Ａ１に付与および解除された荷重を算出できる。
　しかしながら、比較例では、導電弾性体１３がＹ軸方向に隙間をもって分割されていないため、ベース部材１１の上面１１ａに対する導電弾性体１３の配置スペースが大きい。他方、導電弾性体１３は、上記のように導電性フィラーを含むため、ベース部材１１に比べて固くなる。このため、比較例のようにベース部材１１の上面１１ａに対する導電弾性体１３の配置スペースが大きいと、荷重解除時に、ベース部材１１、導電体１２および導電弾性体１３からなる構造体（以下、「弾性構造体」という）が迅速に弾性復帰しにくくなり、結果、荷重解除時における荷重と静電容量との関係が、荷重付与時における荷重と静電容量とに関係からずれやすくなる。
　図６は、比較例に係る、荷重の付与時および解除時の静電容量の時間的変化の一例を模式的に示すグラフである。
　図６に示す例では、図中の荷重付与のタイミングで一定荷重がセンサ部Ａ１に付与され、図中の荷重解除のタイミングでこの荷重がセンサ部Ａ１から解除されている。図中の細かい振幅波形は、ノイズによる静電容量の変動を示している。
　荷重がゼロの状態において検出される静電容量の値は約４００ｐＦであり、荷重の付与が安定した状態において検出される静電容量の値は約８００ｐＦである。時間軸上の時刻が０．１８ｓ付近で荷重が付与されると、時刻が０．２４ｓ付近に至るまで、経過時間に伴って静電容量の値が上昇する。そして、時刻が０．３７ｓ付近で荷重が解除されると、経過時間が０．４６ｓ付近に至るまで、経過時間に伴って静電容量の値が下降する。
　図６に示すように、荷重付与後の所定期間は、弾性構造体の弾性変形により誘電体１４ｂと導電弾性体１３との接触面積が増加するため、接触面積の増加に応じてセンサ部Ａ１（交差位置）の静電容量が増加する。また、荷重解除後の所定期間は、弾性構造体の弾性復帰により誘電体１４ｂと導電弾性体１３との接触面積が減少するため、接触面積の減少に応じてセンサ部Ａ１（交差位置）の静電容量が減少する。
　この場合、荷重解除直後における静電容量の変化の傾きは、荷重付与時における静電容量の変化を示す直線Ｌ１を左右反転させた直線Ｌ２に比べて緩やかになっている。また、荷重解除時における静電容量の変化の傾きは、時間が０．４ｓ以降において、さらに緩やかになっている。すなわち、荷重解除時の後半において、静電容量の値が荷重０のレベル（４００ｐＦ付近）に戻る速度がさらに遅くなっている。
　このように、荷重付与時と荷重解除時の静電容量の変化は、対称になっておらず、荷重解除時の静電容量の変化は、荷重付与時に比べて緩やかになっている。すなわち、比較例の場合は、荷重解除時における導電弾性体１３の弾性復帰が遅いため、静電容量が迅速に荷重０のレベルまで戻りにくくなっている。
　図７（ａ）は、比較例に係る、荷重と静電容量との関係を模式的に示すグラフである。
　図７（ａ）のグラフは、センサ部Ａ１（交差位置）に付与される荷重をゼロから一定値まで定速で増加させた後、荷重を同様の速度で減少させた場合の、センサ部Ａ１（交差位置）の静電容量の変化を模式的に示している。図７（ａ）の横軸は、付与される荷重の大きさであり、図７（ａ）の縦軸は、センサ部Ａ１（交差位置）の静電容量である。
　比較例の場合、図５に示したように、導電弾性体１３が全ての導体線１４を跨ぐように、Ｙ軸方向に隙間なく連続的に形成されているため、上記のように、弾性構造体が弾性復帰しにくくなる。このため、荷重付与時における導体線１４の交差位置の導電弾性体１３の弾性変形の速度に比べて、荷重解除時における当該交差位置の導電弾性体１３の弾性復帰の速度が遅くなる。
　その結果、図７（ａ）に示すように、荷重解除時における荷重と静電容量との関係が、荷重付与時における荷重と静電容量との関係から離れてしまう。このため、たとえば、同一の荷重Ｆ１に対して、荷重の付与時と解除時に、互いに異なる静電容量Ｃ１、Ｃ２が生じてしまう。また、荷重の付与時および解除時において、同じ静電容量Ｃ２が取得されたにも拘わらず、互いに異なる荷重Ｆ１、Ｆ２が検出される結果となってしまう。
　図７（ｂ）は、実施形態に係る、荷重と静電容量との関係を模式的に示すグラフである。
　実施形態の場合、図４に示したように、導電弾性体１３が導体線１４ごとにＹ軸方向に離間して形成されているため、弾性構造体が弾性復帰する際の導電弾性体１３の影響が小さくなり、比較例に比べて、弾性構造体が弾性復帰しやすくなる。このため、荷重付与時における導体線１４の交差位置の導電弾性体１３の弾性変形の速度に対して、荷重解除時における当該交差位置の導電弾性体１３の弾性復帰の速度が近づけられる。
　その結果、図７（ｂ）に示すように、荷重解除時における荷重と静電容量との関係を、荷重付与時における荷重と静電容量との関係に近づけることができる。これにより、たとえば、同一の荷重Ｆ１に対して、荷重の付与時と解除時にそれぞれ取得される静電容量Ｃ１、Ｃ２の値が、図７（ａ）に比べて互いに近づけられる。また、荷重の付与時と解除時において、同じ静電容量Ｃ２について取得される荷重Ｆ１、Ｆ２の値が、図７（ａ）に比べて互いに近づけられる。したがって、実施形態の構成によれば、荷重付与時の検出荷重と荷重解除時の検出荷重と差が抑制されるため、円滑かつ精度良く荷重を検出できる。
　次に、導電弾性体１３のＹ軸方向の好ましい幅の範囲について説明する。
　図８（ａ）は、センサ部Ａ１のＸ軸方向の中央位置でＹ－Ｚ平面に平行な平面で切断したときの導電弾性体１３および導体線１４の近傍の断面を模式的に示す図である。
　本実施形態では、導体線１４のＹ－Ｚ平面による断面は円形状である。この場合、導体線１４の円形状の断面において下半分の外周の長さＬａが、Ｙ軸方向において、誘電体１４ｂを介して導電弾性体１３が導電部材１４ａと接触し得る上限接触幅となる。導電弾性体１３のＹ軸方向の幅Ｌｂは、上限接触幅以下であることが好ましい。すなわち、長さＬａと幅Ｌｂは、以下の式（１）により規定されるのが好ましい。
　Ｌａ≧Ｌｂ　…（１）
　図８（ａ）の場合、導体線１４の円形状の断面の半径をｒとすると、長さＬａはπｒにより表される。したがって、上限接触幅はπｒとなり、導電弾性体１３のＹ軸方向の幅をＬｂは、πｒ以下に設定されることが好ましい。
　このように幅Ｌｂが設定されると、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制できる。すなわち、幅Ｌｂが上限接触幅より大きい場合、上限接触幅を超える導電弾性体１３の幅の部分は、荷重をどれほど高めても、導電部材１４ａと接触し得ない。したがって、この幅の部分は、接触面積の増加に寄与せず、静電容量の増加にも寄与しない。したがって、この幅の部分を削減して、導電弾性体１３のＹ軸方向の幅Ｌｂを上限接触幅以下に設定することで、接触面積の変化に応じた静電容量の変化を適正に検出しつつ、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制できる。
　なお、導体線１４のＹ－Ｚ平面による断面は、円形状以外の形状でもよい。たとえば、導体線１４の断面は、図８（ｂ）～図９（ｂ）に示す形状でもよい。
　図８（ｂ）は、導体線１４のＹ－Ｚ平面による断面が楕円形状である変更例を模式的に示す図である。
　この場合、導体線１４の楕円形状の断面において下半分の外周の長さが、式（１）の長さＬａに対応し、誘電体１４ｂを介して導電弾性体１３が導電部材１４ａと接触し得る上限接触幅となる。この場合も、導電弾性体１３のＹ軸方向の幅Ｌｂを、式（１）に従い、上限接触幅以下に設定することにより、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制できる。
　図９（ａ）は、導体線１４のＹ－Ｚ平面による断面が三角形形状である変更例を模式的に示す図である。
　この変更例では、導体線１４の断面の三角形形状の頂点が、導電弾性体１３に接触するよう下に向けられた状態で、導体線１４が導電弾性体１３とベース部材２１との間に配置されている。この場合、導体線１４の断面の三角形形状の頂点に繋がる２辺の長さＬａ１、Ｌａ２を加算した長さ（Ｌａ１＋Ｌａ２）が、式（１）の長さＬａに対応し、誘電体１４ｂを介して導電弾性体１３が導電部材１４ａと接触し得る上限接触幅となる。この場合も、導電弾性体１３のＹ軸方向の幅Ｌｂを、式（１）に従い、上限接触幅以下に設定することにより、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制できる。
　図９（ｂ）は、導体線１４のＹ－Ｚ平面による断面が台形形状である変更例を模式的に示す図である。
　この変更例では、導体線１４の断面の台形形状が下に向けられた状態で、導体線１４が導電弾性体１３とベース部材２１との間に配置されている。導体線１４の断面の台形形状において、導電弾性体１３と接する辺の長さＬａ１とし、長さＬａ１の辺に繋がる２辺の長さをＬａ２、Ｌａ３とすると、長さＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３を加算した長さ（Ｌａ１＋Ｌａ２＋Ｌａ３）が、式（１）の長さＬａに対応し、誘電体１４ｂを介して導電弾性体１３が導電部材１４ａと接触し得る上限接触幅となる。この場合も、導電弾性体１３のＹ軸方向の幅Ｌｂを、式（１）に従い、上限接触幅以下に設定することにより、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制できる。
　導体線１４の断面形状が図８（ａ）～図９（ｂ）以外の形状の場合も、導電弾性体１３のＹ軸方向の幅Ｌｂを、式（１）に従い、上限接触幅以下に設定することにより、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制できる。
　次に、導電弾性体１３および導電体１２のＸ軸方向の幅の好ましい関係について説明する。
　図１０（ａ）は、導電弾性体１３および導電体１２が重なる位置付近における導電弾性体１３および導電体１２の構成を模式的に示す平面図である。図１０（ｂ）は、導電弾性体１３および導電体１２が重なる位置付近においてＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときのベース部材１１、導電体１２および導電弾性体１３の断面を模式的に示す図である。
　図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、導電弾性体１３のＸ軸方向の幅をＷａとし、導電体１２のＸ軸方向の幅をＷｂとすると、幅Ｗａ、Ｗｂは、以下の式（２）により規定されるのが好ましい。
　Ｗａ＞Ｗｂ　…（２）
　上記式（２）のように幅Ｗａ、Ｗｂが規定されると、導体線１４が通る位置（導電弾性体１３のＹ軸方向の中央位置付近）において、導電体１２が導電弾性体１３のＸ軸方向の外側にはみ出すことが抑制される。これにより、導電弾性体１３からはみ出した導電体１２に導体線１４が接触することを防ぐことができる。
　＜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。
　導電弾性体１３は、ベース部材１１の上面１１ａに配置され、所定の隙間をもって第１方向（Ｙ軸方向）に並んでいる。線状の複数の導電部材１４ａは、第２方向（Ｘ軸方向）に延び、複数の導電弾性体１３と交差する。誘電体１４ｂは、導電弾性体１３と導電部材１４ａとの間に配置されている。
　この構成によれば、複数の導電弾性体１３が隙間をもって配置されるため、ベース部材１１の上面１１ａに対する導電弾性体１３の配置スペースが抑制される。このため、荷重解除時に、ベース部材１１、導電体１２および導電弾性体１３とからなる弾性構造体が迅速に弾性復帰しやすくなり、結果、図７（ｂ）に示したように、荷重解除時における荷重と静電容量との関係を、荷重付与時における荷重と静電容量との関係に近づけることができる。すなわち、荷重付与時と荷重解除時とで、荷重と静電容量との関係にずれが生じることを抑制できる。
　また、導電弾性体１３の配置スペースを抑制できるため、導電弾性体１３の使用量を削減することができ、荷重センサ１の重量を軽くすることができる。また、導電弾性体１３がベース部材１１の上面１１ａに印刷される場合、印刷工程が簡素になるため、インクの使用量および印刷不良を抑制することができる。
　図８（ａ）～図９（ｂ）に示したように、第２方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｙ軸方向）における導電弾性体１３の幅Ｌｂは、誘電体１４ｂを介して導電弾性体１３が導電部材１４ａと接触し得る上限接触幅（Ｌａ）以下である。これにより、導電弾性体１３の幅を上限接触幅の範囲内に制限できるため、導電弾性体１３の配置スペースを効果的に抑制でき、荷重解除時に、弾性構造体をより迅速に弾性復帰させることができる。また、導電弾性体１３の幅が上限接触幅の範囲内にあるため、導電弾性体１３と導電部材１４ａとの交差位置における荷重を適切に検出できる。
　導電体１２は、導電弾性体１３より低抵抗に構成されている。また、導電体１２は、導電弾性体１３に覆われてベース部材１１の上面１１ａに配置されており、外部回路に接続されている。導電体１２が配置されることにより、導電弾性体１３の上面と外部回路との間の抵抗値を低下させることができる。これにより、導体線１４と導電弾性体１３との各交差位置における検出感度を高めることができる。
　導電体１２は、複数の導電弾性体１３を横切るように、第１方向（Ｙ軸方向）に延びている。これにより、複数の導電弾性体１３を１つの導電体１２で外部回路に接続でき、構成を簡素化できる。
　導電体１２は、弾性を有する。これにより、導電体１２が導電弾性体１３の弾性に影響することを抑制できる。よって、導体線１４と導電弾性体１３との各交差位置における荷重の検出をより適正に行うことができる。
　導電弾性体１３は、カーボン粒子を含み、導電体１２は、金属粒子を含む。これにより、導電弾性体１３を柔らかく構成できるとともに、導電体１２の抵抗率を小さくすることができる。
　図１０（ａ）、（ｂ）に示したように、第１方向（Ｙ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸方向）における導電弾性体１３の幅Ｗａは、第１方向に垂直な方向における導電体１２の幅Ｗｂよりも大きい。これにより、導電弾性体１３からはみ出した導電体１２に導電部材１４ａが接触することを防ぐことができる。このため、導電弾性体１３と導電部材１４ａとが交わる位置ごとに、精度良く、荷重を検出できる。また、誘電体１４ｂが導電部材１４ａの外周に形成されている場合、導電体１２と誘電体１４ｂとの接触が回避されるため、導電部材１４ａ上の誘電体１４ｂが剥がれることを防ぐことができる。さらに、導電体１２の幅Ｗｂが導電弾性体１３の幅Ｗａに比べて小さくなるため、導電体１２が弾性構造体の弾性に影響することを抑制できる。
　１つの導電弾性体１３の上面には、１つの導電部材１４ａが配置されている。これにより、第１方向（Ｙ軸方向）における導電弾性体１３の幅を最も小さくできる。よって、荷重付与時と荷重解除時における荷重と静電容量との関係の差異を最も抑制できる。
　複数の導電弾性体１３からなる列が、第２方向（Ｘ軸方向）に複数配置されている。これにより、導電弾性体１３と導電部材１４ａとの交差位置をマトリクス状に配置できる。よって、より広い範囲で、荷重を検出できる。
　導電部材１４ａは、断面が円形となるよう構成されている。これにより、荷重に対する接触面積の変化を円滑に生じさせることができる。
　誘電体１４ｂは、導電部材１４ａの外周を被覆するように形成されている。これにより、導電部材１４ａの表面を誘電体１４ｂで被覆するだけで、導電弾性体１３と導電部材１４ａとの間に誘電体１４ｂを配置できる。
　＜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、Ｙ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３のうち１つの導電弾性体１３の上面に、１つの導体線１４が配置されたが、Ｙ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３のうち１つの導電弾性体１３の上面に、複数の導体線１４が配置されてもよい。たとえば、図１１に示すように、Ｙ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３のうち１つの導電弾性体１３の上面に２つの導体線１４が配置されてもよい。この場合、Ｙ軸方向における導電弾性体１３の分割数は３つに設定される。また、１つのセンサ部Ａ１に１つの導電弾性体１３が配置され、各センサ部Ａ１の導電弾性体１３の上面に２つの導体線１４が配置される。
　この場合も、導電弾性体１３がＹ軸方向において分割されているため、図５に示した比較例と比べて、弾性構造体が迅速に弾性復帰しやすくなる。また、このように、１つの導電弾性体１３の上面に、複数の導電部材１４ａ（導体線１４）が配置されると、導電弾性体１３の配置工程を簡略化できる。この他、Ｙ軸方向におけるセンサ部Ａ１の配置数が偶数の場合は、Ｙ軸方向に導電弾性体１３が２分割されて配置されてもよい。
　上記実施形態では、導電体１２の延びる方向と、導体線１４の延びる方向とのなす角が９０°であったが、９０°以外の角度でもよい。なす角が９０°以外の角度である場合も、複数の導電弾性体１３は、導電体１２の延びる方向において、所定の隙間をもって並んで配置される。
　上記実施形態では、導電体１２は、弾性を有する材料と、当該材料の中に分散した導電性のフィラーとから構成されたが、弾性をほぼ有しない導電性の材料により構成されてもよい。この場合、導電体１２の抵抗率をさらに下げることができるものの、ベース部材１１、導電体１２および導電弾性体１３からなる弾性構造体の弾性が低下してしまう。したがって、上記実施形態のように、導電体１２は、弾性材料と導電性のフィラーにより構成されるのが好ましい。
　上記実施形態では、Ｙ軸方向に並ぶ複数の導電弾性体１３が、導電体１２により、互いに電気的に接続され、外部回路へと接続されたが、導電弾性体１３を外部回路へと接続する手段は、上記に限らない。たとえば、各導電弾性体１３から引き出された導電体が、導体線１４と接触しないように外部回路へと接続されてもよい。
　上記実施形態では、Ｙ軸方向に隣り合う一対の導体線１４は、Ｘ軸正側の端部で繋がっていたが、Ｘ軸正側の端部で離れていてもよい。すなわち、Ｙ軸方向に別々の導体線１４が並んで配置されてもよい。この場合、１つのセンサ部Ａ１を通る２本の導体線１４は、後段の外部回路において互いに接続される。
　上記実施形態では、荷重センサ１は、３組の一対の導体線１４を備えたが、１組以上の一対の導体線１４を備えればよい。たとえば、荷重センサ１が備える一対の導体線１４は、１組でもよい。また、荷重センサ１のセンサ部Ａ１はＹ軸方向に並ぶ２つの導体線１４を含んだが、１以上の導体線１４を含めばよい。たとえば、センサ部Ａ１が含む導体線１４は、１つでもよい。荷重センサ１のセンサ部Ａ１がＹ軸方向に並ぶ３以上の導体線１４を含む場合、これら導体線１４は、Ｘ軸方向の端部で繋がっていてもよく、後段の外部回路において互いに接続されてもよい。
　上記実施形態では、荷重センサ１は、Ｙ軸方向に並ぶ６つの導電弾性体１３からなる列を３列備えたが、少なくとも１列の導電弾性体１３を備えればよい。たとえば、荷重センサ１が備える導電弾性体１３の列は、１列でもよい。
　上記実施形態では、導電部材１４ａは、１本の線材により構成されたが、複数の線材が撚られた撚線によって構成されてもよい。この場合も、撚線の断面は、荷重に応じて接触面積が円滑に増加するよう、ほぼ円形状とするのが好ましい。なお、撚線の断面は、円形状以外の形状でもよい。
　上記実施形態では、センサ部Ａ１は、導体線１４の下側にのみ導電弾性体１３を含んだが、これに限らず、導体線１４の上側にも導電弾性体を含んでもよい。
　図１２（ａ）は、導体線１４の上側に導電体２２および導電弾性体２３が配置される場合の変更例の構成を模式的に示す図である。
　この場合、ベース部材１１に形成された導電体１２および導電弾性体１３と同様、ベース部材２１の下面に、導電体２２および導電弾性体２３が形成される。導電体２２の大きさ、厚みおよび材料は、導電体１２と同様に構成され、導電弾性体２３の大きさ、厚みおよび材料は、導電弾性体１３と同様に構成される。Ｚ軸方向に見て、導電体２２は導電体１２と同じ位置に配置され、導電弾性体２３は導電弾性体１３と同じ位置に配置される。
　この構成例では、図１２（ａ）に示すように、ベース部材２１（他のベース部材）が、ベース部材１１の上面１１ａに対向して配置されている。複数の導電弾性体２３（他の導電弾性体）が、ベース部材２１の下面に配置され、所定の隙間をもって第１方向（Ｙ軸方向）に並んでいる。複数の導電弾性体２３は、たとえば、複数の導電弾性体１３にそれぞれ対向するように配置される。誘電体１４ｂが、複数の導電弾性体２３と導電部材１４ａとの間に配置されている。
　この構成によれば、荷重に応じて、導体線１４と導電弾性体１３との接触面積のみならず、導体線１４と導電弾性体２３との接触面積も変化するため、図３（ａ）、（ｂ）の場合に比べて、荷重付与時の接触面積の変化が大きい。よって、荷重センサ１の荷重検出感度を高めることができる。また、上側の導電弾性体２３も、下側の導電弾性体１３と同様、Ｙ軸方向に所定の隙間をもって配置されているため、ベース部材２１、導電体２２および導電弾性体２３からなる弾性構造体が迅速に弾性復帰しやすくなる。
　なお、上側の複数の導電弾性体２３と、下側の複数の導電弾性体１３とは、必ずしも１対１に配置されなくてもよい。たとえば、下側の導電弾性体１３が、図４に示すようにＹ軸方向に６つ配置され、上側の導電弾性体２３が、図１１の導電弾性体１３と同様にＹ軸方向に３つ配置されてもよい。
　上記実施形態において、誘電体１４ｂは、導電部材１４ａを被覆するように配置されたが、これに代えて、誘電体は、導電弾性体１３の対向面に配置されてもよい。
　図１２（ｂ）は、誘電体３１が導電弾性体１３の対向面（上面）に配置される変更例の構成を模式的に示す図である。この場合、センサ部Ａ１に荷重が付与されると、導電部材１４ａ（導体線１４）が、導電弾性体１３に向かって相対的に移動し、導電部材１４ａと誘電体３１との接触面積が変化する。これにより、導電弾性体１３と導電部材１４ａとの静電容量が変化するため、各センサ部Ａ１における荷重を検出できる。なお、図１２（ｂ）の構成においても、図１２（ａ）と同様、ベース部材２１の下面に導電体２２および導電弾性体２３が形成され、導電弾性体２３の対向面（下面）に誘電体が配置されてもよい。
　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　ベース部材
　１１ａ　上面
　１２　導電体
　１３　導電弾性体
　１４ａ　導電部材
　１４ｂ　誘電体
　２１　ベース部材（他のベース部材）
　２２　導電体
　２３　導電弾性体（他の導電弾性体）
　３１　誘電体

Claims (13)

  1. 　ベース部材と、
    　前記ベース部材の上面に配置され、所定の隙間をもって第１方向に並ぶ複数の導電弾性体と、
    　第２方向に延び、前記複数の導電弾性体と交差する線状の複数の導電部材と、
    　前記導電弾性体と前記導電部材との間に配置された誘電体と、を備える、
    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、
    　前記第２方向に垂直な方向における前記導電弾性体の幅は、前記誘電体を介して前記導電弾性体が前記導電部材と接触し得る上限接触幅以下である、
    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、
    　前記導電弾性体より低抵抗の導電体が、前記導電弾性体に覆われて前記ベース部材の上面に配置され、
    　前記導電体が外部回路に接続されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  4. 　請求項３に記載の荷重センサにおいて、
    　前記導電体は、前記複数の導電弾性体を横切るように、前記第１方向に延びている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  5. 　請求項３または４に記載の荷重センサにおいて、
    　前記導電体は、弾性を有する、
    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、カーボン粒子を含み、
    　前記導電体は、金属粒子を含む、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  7. 　請求項３ないし６の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記第１方向に垂直な方向における前記導電弾性体の幅は、前記第１方向に垂直な方向における前記導電体の幅よりも大きい、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  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１つの導電弾性体の上面には、１つの前記導電部材が配置されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  9. 　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１つの導電弾性体の上面には、前記複数の導電部材が配置されている、
    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、
    　前記複数の導電弾性体からなる列が、前記第２方向に複数配置されている、
    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、
    　前記導電部材は、断面が円形となるよう構成されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  12. 　請求項１ないし１１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、前記導電部材の外周を被覆するように形成されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  13. 　請求項１ないし１２の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記ベース部材の前記上面に対向して配置された他のベース部材と、
    　前記他のベース部材の下面に配置され、所定の隙間をもって前記第１方向に並ぶ複数の他の導電弾性体と、
    　前記複数の他の導電弾性体と前記導電部材との間に配置された誘電体と、を備え、
    　前記導電部材は、前記導電性弾性体と前記他の導電弾性体との間に配置されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
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