WO2023100525A1 - 荷重センサ - Google Patents

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WO2023100525A1
WO2023100525A1 PCT/JP2022/039369 JP2022039369W WO2023100525A1 WO 2023100525 A1 WO2023100525 A1 WO 2023100525A1 JP 2022039369 W JP2022039369 W JP 2022039369W WO 2023100525 A1 WO2023100525 A1 WO 2023100525A1
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WO
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base member
load
load sensor
conductive elastic
elastic body
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PCT/JP2022/039369
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English (en)
French (fr)
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進 浦上
敬史 濱野
祐太 森浦
玄 松本
博伸 浮津
洋大 松村
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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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
    • 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
    • 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 sheet-like base material having an elastic conductive portion, a plurality of conductor wires arranged so as to intersect the elastic conductive portion, and between the plurality of conductor wires and the elastic conductive portion.
  • a pressure-sensitive element is described that includes a plurality of dielectrics respectively arranged on the substrate and a thread-like member for sewing a plurality of conductor wires to a substrate.
  • the conductor wire is sewn with a thread to either one of the two base members that sandwich the conductor wire.
  • the tension of the thread causes the base member to undulate greatly, the load applied to the load sensor is partially supported by the base member, and the load cannot be accurately detected.
  • an object of the present invention is to provide a load sensor capable of appropriately suppressing waviness of the base member due to the thread and accurately detecting the load.
  • a main aspect of the present invention relates to a load sensor.
  • the load sensor according to this aspect includes a first base member, a second base member arranged to face the first base member, and a surface facing the first base member so as to extend in a first direction.
  • a plurality of stitch rows of the thread, in which the stitches are arranged in the first direction, are formed at a predetermined pitch in the second direction.
  • the conductor line is stitched to the target base member by the thread.
  • the thread is sewn to the target base member such that load-bearing waviness does not occur in the target base member at least in the load detection range.
  • the base member to which the plurality of conductor wires are sewn is restrained from waviness that supports the load. Therefore, the applied load can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1(a) and 1(b) are diagrams schematically showing the configuration of a structure in a manufacturing process according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2A is a diagram schematically showing the configuration of the structure in the manufacturing process according to Embodiment 1.
  • FIG. 2(b) is a perspective view schematically showing the configuration of the load sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the load sensor when cut along a plane parallel to the XZ plane at the position of the thread according to the first embodiment.
  • FIGS. 4A and 4B schematically show a cross section near the crossing position when cut along a plane parallel to the XZ plane at the crossing position of the conductive elastic body and the wire according to the first embodiment. It is a diagram.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the internal configuration of the load sensor according to the first embodiment
  • FIG. 6(a) and 6(b) are cross-sectional views schematically showing a state in which the second base member is wavy.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining criteria for determining whether or not a load can be accurately detected according to the first embodiment.
  • FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams for explaining conditions for verification regarding waviness according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing set values and verification results of Configurations 1 to 4 used in verification of waviness according to the first embodiment.
  • FIG. 10 shows actual plan views of structures 1 to 4 used in verification of waviness, cross-sectional views schematically showing structures 1 to 4, and results of waving states of structures 1 to 4, according to the first embodiment. It is a diagram.
  • FIG. 11(a) is a diagram schematically showing the configuration of the structure in the manufacturing process according to the second embodiment.
  • FIG. 11(b) is a perspective view schematically showing the configuration of the load sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 12(a) is a diagram schematically showing a cross section near the crossing position of the conductive elastic body and the wire when cut along a plane parallel to the XZ plane at the crossing position of the conductive elastic body and the wire according to the second embodiment.
  • FIG. 11(a) is a diagram schematically showing the configuration of the structure in the manufacturing process according to the second embodiment.
  • FIG. 11(b) is a perspective view schematically showing the configuration of the load sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 12(a) is a diagram schematically showing a cross
  • FIG. 12(b) is a cross-sectional view schematically showing a state in which the first base member is wavy.
  • 13A is a plan view and a cross-sectional view schematically showing the vicinity of a gap between two conductive elastic bodies adjacent to each other in the Y-axis direction, according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 12(b) is a plan view and a cross-sectional view schematically showing a structure when the conductive elastic bodies of FIG.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a cross section in the vicinity of the crossing position of the conductive elastic body and the wire when cut along a plane parallel to the XZ plane at the crossing position of the conductive elastic body and the wire according to the modification.
  • 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 diagram schematically showing the configuration of the structure 1a in the manufacturing process.
  • the structure 1 a includes a first base member 11 , multiple conductive elastic bodies 12 , and multiple wirings 13 .
  • a plurality of conductive elastic bodies 12 are installed on the facing surface 11a (surface on the Z-axis negative side) of the first base member 11 .
  • a wiring 13 is connected to each of the plurality of conductive elastic bodies 12 .
  • three conductive elastic bodies 12 are formed on the facing surface 11a.
  • the number of conductive elastic bodies 12 installed on the facing surface 11a is not limited to this.
  • the first base member 11 is a plate-like member having elasticity.
  • the first base member 11 has a rectangular shape in plan view.
  • the thickness of the first base member 11 is constant. When the thickness of the first base member 11 is small, the first base member 11 may be called a sheet member or a film member.
  • the first base member 11 has insulating properties and is made of, for example, a non-conductive resin material or a non-conductive rubber material.
  • the resin material used for the first base member 11 is, for example, a group consisting of a styrene-based resin, a silicone-based resin (for example, polydimethylpolysiloxane (PDMS), etc.), an acrylic-based resin, a rotaxane-based resin, a urethane-based resin, and the like.
  • Rubber materials used for the first 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, and fluorine. At least one rubber material selected from the group consisting of rubber, epichlorohydrin rubber, urethane rubber, natural rubber, and the like.
  • the thickness of the first base member 11 is set to, for example, 0.02 mm or more and 1 mm or less.
  • the elastic modulus of the first base member 11 is set to, for example, 1 MPa or more and 3 MPa or less.
  • the conductive elastic body 12 is formed on the facing surface 11a of the first base member 11 so as to extend in the first direction (X-axis direction).
  • the conductive elastic body 12 is a conductive member having elasticity.
  • Each conductive elastic body 12 has a strip-like shape elongated in the first direction (X-axis direction) and is arranged to extend in the first direction (X-axis direction). That is, the long sides of the conductive elastic body 12 are parallel to the X-axis.
  • the width, length and thickness of the three conductive elastic bodies 12 are the same.
  • a predetermined gap is provided between adjacent conductive elastic bodies 12 .
  • One end of the wiring 13 is connected to the conductive elastic body 12, and the other end of the wiring 13 is connected to the detection circuit.
  • the conductive elastic body 12 is formed on the facing surface 11a of the first base member 11 by a printing method such as screen printing, gravure printing, flexographic printing, offset printing, and gravure offset printing. According to these printing methods, it is possible to form the conductive elastic body 12 on the facing surface 11a of the first base member 11 with a thickness of about 0.001 mm to 0.5 mm.
  • the method of forming the conductive elastic body 12 is not limited to the printing method.
  • the conductive elastic body 12 is composed of a resin material and conductive filler dispersed therein, or a rubber material and conductive filler dispersed therein.
  • the resin material used for the conductive elastic body 12 is similar to the resin material used for the first base member 11 described above. At least one resin material selected from the group consisting of resins, rotaxane-based resins, urethane-based resins, and the like.
  • the rubber material used for the conductive elastic body 12 is, for example, silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, similar to the rubber material used for the first base member 11 described above. , ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, urethane rubber, natural rubber, and the like.
  • Conductive fillers used for the conductive elastic body 12 include, for example, Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In 2 O 3 (indium oxide (III) ), and metal materials such as SnO 2 (tin (IV) oxide), PEDOT:PSS (that is, a composite consisting of poly 3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS)), etc. and conductive fibers such as metal-coated organic fibers and metal wires (in fiber state).
  • Au gold
  • Ag silver
  • Cu copper
  • C carbon
  • ZnO zinc oxide
  • In 2 O 3 indium oxide (III)
  • metal materials such as SnO 2 (tin (IV) oxide), PEDOT:PSS (that is, a composite consisting of poly 3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS)), etc.
  • the thickness of the conductive elastic body 12 is set to, for example, 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the elastic modulus of the conductive elastic body 12 is set to, for example, 0.5 MPa or more and 3 MPa or less.
  • FIG. 1(b) is a diagram schematically showing the configuration of the structure 1b in the manufacturing process.
  • the structure 1b includes a second base member 21 and a plurality of wires 30.
  • a plurality of wires 30 are arranged on the facing surface 21a (the surface on the Z-axis positive side) of the second base member 21 .
  • three wire groups G1 each including four wires 30 are arranged on the facing surface 21a, and a total of 12 wires 30 are arranged on the facing surface 21a.
  • the number of wires 30 arranged on the facing surface 21a is not limited to this.
  • the second base member 21 is a plate-like member having elasticity.
  • the second base member 21 is arranged to face the first base member 11, as will be described later with reference to FIG. 2(b).
  • the second base member 21 has the same shape as the first base member 11 in plan view.
  • the thickness of the second base member 21 is constant. When the thickness of the second base member 21 is small, the second base member 21 may be called a sheet member or a film member.
  • the second base member 21 has insulating properties and is made of, for example, a non-conductive resin material or a non-conductive rubber material.
  • the second base member 21 is made of, for example, a material that can be used for the first base member 11 described above. More specifically, the second base member 21 is made of silicone rubber, ethylene propylene diene rubber, urethane rubber, fluororubber, nitrile rubber, acrylic rubber, or ethylene propylene rubber.
  • the wire 30 extends in the Y-axis direction (second direction) and is arranged side by side between the first base member 11 and the second base member 21 when the load sensor 1 is completely assembled.
  • the wire 30 has a linear shape and meanders so as to swing slightly in the X-axis direction.
  • a wire group G1 made up of four wires 30 is arranged at predetermined intervals in the X-axis direction (first direction).
  • the four wires 30 in the wire group G1 are also arranged at predetermined intervals in the X-axis direction (first direction).
  • the wire 30 is composed of a conductor wire 31 and a dielectric 32 formed on the conductor wire 31 .
  • the dielectric 32 is formed around the conductor wire 31 and covers the surface of the conductor wire 31 .
  • the Y-axis negative end of the conductor line 31 is not covered by the dielectric 32, and this end is connected to the detection circuit.
  • the conductor wire 31 is a member having conductivity and having a linear shape.
  • Conductor line 31 is made of, for example, a conductive metal material.
  • the conductor wire 31 may be composed of a core wire made of glass and a conductive layer formed on its surface, or may be composed of a core wire made of resin and a conductive layer formed on its surface.
  • aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), zirconium (Zr), hafnium (Hf) and other valve metals, tungsten (W), molybdenum (Mo), copper (Cu), nickel (Ni), silver (Ag), gold (Au), and the like are used.
  • the conductor wire 31 is made of copper.
  • the conductor wire 31 may be a twisted wire in which wires made of a conductive metal material are twisted.
  • the dielectric 32 has electrical insulation and is made of, for example, a resin material, a ceramic material, a metal oxide material, or the like.
  • Dielectric 32 is at least one selected from the group consisting of polypropylene resin, polyester resin (eg, polyethylene terephthalate resin), polyimide resin, polyphenylene sulfide resin, polyvinyl formal resin, polyurethane resin, polyamideimide resin, polyamide resin, and the like. It may be at least one kind of resin material, or at least one kind of metal oxide material selected from the group consisting of Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 .
  • the diameter of the conductor wire 31 is, for example, 0.01 mm or more and 1.5 mm or less, or may be 0.05 mm or more and 0.8 mm or less. Such a configuration of the conductor wire 31 is preferable from the viewpoint of strength and resistance of the conductor wire 31 .
  • the thickness of the dielectric 32 is preferably 5 nm or more and 100 ⁇ m or less, and can be appropriately selected depending on the design such as sensor sensitivity.
  • FIG. 2(a) is a diagram schematically showing the configuration of the structure 1c in the manufacturing process.
  • a wire 30 is sewn with a thread 40 to the structure 1b in FIG. 1(b).
  • Each wire 30 is sewn to the facing surface 21a of the second base member 21 with a thread 40.
  • a stitch row 40a of the thread 40 extends in the X-axis direction (first direction). On the stitch row 40 a , the thread 40 straddles all the wires 30 and sews each wire 30 to the second base member 21 .
  • a stitching row 40 a of four threads 40 is arranged on the second base member 21 .
  • the stitch row 40a of the inner two threads 40 is positioned in the gap between the two adjacent conductive elastic bodies 12 in the Y-axis direction in plan view, and the outer two threads 40 of stitching lines 40a are located further outside the two conductive elastic bodies 12 on the outer side in the Y-axis direction.
  • the wire 30 can move in the Y-axis direction while being sewn by the thread 40 , and its movement in the X-axis direction is restricted by the thread 40 .
  • the thread 40 is composed of chemical fibers, natural fibers, mixed fibers thereof, or the like.
  • FIG. 2(b) is a perspective view schematically showing the configuration of the load sensor 1.
  • FIG. 2(b) is a perspective view schematically showing the configuration of the load sensor 1.
  • the structure 1a in FIG. 1(a) is turned upside down and covered from above (the Z-axis positive side) of the structure 1c in FIG. 2(a).
  • the wire 30 contacts the conductive elastic body 12 formed on the first base member 11 .
  • the first base member 11 is fixed to the second base member 21 by connecting the outer circumference of the first base member 11 to the second base member 21 with a thread (not shown).
  • the load sensor 1 is completed as shown in FIG. 2(b).
  • the load sensor 1 of Embodiment 1 is used with the first base member 11 facing upward (Z-axis positive side) and the second base member 21 facing downward (Z-axis negative side).
  • the upper surface 11b of the first base member 11 is the surface to which the load is applied
  • the lower surface 21b of the second base member 21 is installed as the installation surface.
  • a plurality of element portions A1 arranged in a matrix are formed in plan view.
  • a total of nine element portions A1 arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction are formed in the load sensor 1 of FIG. 2(b).
  • One element portion A1 corresponds to an area including an intersection point between the conductive elastic body 12 and the wire group G1 arranged below the conductive elastic body 12 . That is, one element portion A1 includes the first base member 11, the conductive elastic body 12, the wire 30 and the second base member 21 near the intersection.
  • the lower surface of the load sensor 1 (the lower surface 21b of the second base member 21) is installed on a predetermined installation surface, and a load is applied to the upper surface of the load sensor 1 (the upper surface 11b of the first base member 11) that constitutes the element portion A1. Then, the capacitance between the conductive elastic body 12 and the conductor wire 31 changes, and the load is detected based on the capacitance.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the load sensor 1 when cut along a plane parallel to the XZ plane at the position of the thread 40.
  • FIG. 3 only the second base member 21, wire 30 and thread 40 are shown for convenience.
  • the thread 40 is composed of a needle thread 41 arranged along the upper surface (facing surface 21 a ) of the second base member 21 and a bobbin thread 42 arranged along the lower surface 21 b of the second base member 21 .
  • the needle thread 41 and the bobbin thread 42 cross each other at the position of the needle hole 21c that penetrates the second base member 21 in the Z-axis direction, and a seam 43 is formed at this crossing position.
  • a thread 40 is sewn to the second base member 21 along the X-axis direction. Thereby, a plurality of seams 43 are arranged in the X-axis direction.
  • a plurality of stitching rows 40a of the thread 40 are formed on the facing surface 21a of the second base member 21 at a predetermined pitch in the Y-axis direction (second direction).
  • the wire 30 is sewn to the second base member 21 with a thread 40 between adjacent stitches 43 on each stitch row 40a.
  • the needle hole pitch of the position of the wire 30, that is, the interval between the two stitches 43 sandwiching one wire 30, is as small as possible.
  • the thread 40 is sewn onto the second base member 21 by, for example, a sewing machine.
  • the sewing machine forms needle holes 21c at a predetermined pitch in the X-axis direction, crosses the needle thread 41 and the bobbin thread 42 in the needle holes 21c to form a seam 43, and sews the wire 30 to the second base member 21. .
  • the pitch of the needle holes 21c in the X-axis direction is determined by the machine accuracy of the sewing machine and the pitch of the wire 30 in the X-axis direction. That is, the minimum needle hole pitch that can be set is about 2 mm from the machine accuracy of the sewing machine. In addition, since one wire 30 is sewn between two adjacent stitches 43, the maximum needle hole pitch that can be set is about the maximum pitch of the wire 30 in the X-axis direction.
  • the needle hole pitch is The maximum setting is possible, and the needle hole pitch in that case is about 24 mm.
  • the needle hole pitch at the position corresponding to the wire 30 is L1
  • the needle hole pitch at the position not corresponding to the wire 30 is L2.
  • the needle hole pitch L1 is set as small as possible as described above.
  • the needle hole pitch L2 is set, for example, such that the needle holes 21c are arranged at equal distances on the X-axis positive side and the X-axis negative side of the wire 30 .
  • FIGS. 4(a) and 4(b) are diagrams schematically showing cross sections near the crossing position when the conductive elastic body 12 and the wire 30 are cut along a plane parallel to the XZ plane at the crossing position.
  • Fig. 4(a) shows a state in which no load is applied
  • Fig. 4(b) shows a state in which a load is applied.
  • the lower surface 21b of the second base member 21 on the Z-axis negative side is installed on the installation surface.
  • the wire 30 when a load is applied, the wire 30 is brought closer to the conductive elastic body 12 so as to be wrapped in the conductive elastic body 12, and the contact area between the wire 30 and the conductive elastic body 12 is reduced. increases. As a result, the capacitance between the conductor wire 31 and the conductive elastic body 12 changes. Then, the load is calculated by measuring the potential reflecting the change in the capacitance in the detection circuit.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing the internal configuration of the load sensor 1.
  • the wire 30 extends in the Y-axis direction and meanders in the X-axis direction, thereby obliquely crossing the element portion A1. Thereby, the load can be detected in a wide range within the element portion A1, and the detection sensitivity is enhanced.
  • a plurality of stitching rows 40a of the thread 40 are formed on the facing surface 21a of the second base member 21 at a predetermined pitch in the Y-axis direction.
  • the stitch line 40a is provided at a position not overlapping the conductive elastic body 12 in plan view. Specifically, the stitch line 40a is formed between two adjacent conductive elastic bodies 12, outside the conductive elastic body 12 on the Y-axis positive side in the Y-axis positive direction, and between the conductive elastic body 12 on the Y-axis negative side. It is provided outside in the Y-axis negative direction.
  • the coating of the dielectric 32 is removed and the conductor line 31 is exposed.
  • the exposed conductor lines 31 are connected to detection circuitry (not shown) including load detection circuitry. Thereby, the three conductive elastic bodies 12 are connected to the detection circuit.
  • the four conductor wires 31 included in one wire group G1 are connected to each other in the load sensor 1 or detection circuit.
  • the detection circuit detects the capacitance value for each element portion A1 while switching the conductive elastic body 12 and the wire group G1 to be detected. Specifically, the detection circuit applies a DC voltage through a resistor to the conductive elastic body 12 and the wire group G1 that intersect in the element portion A1 to be detected, and measures the voltage value at the intersection position. The voltage value at the crossing point rises according to a time constant defined by this resistance and the capacitance at the crossing point (the capacitance between the conductive elastic body 12 and the four conductor lines 31).
  • the capacitance at the crossing point has a magnitude corresponding to the load applied to the crossing point. That is, the contact area of the dielectric 32 with respect to the conductive elastic body 12 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 detection circuit measures the voltage value at the intersection position at a predetermined timing after a certain period of time has passed since the start of applying the DC voltage, and acquires the load of the element portion A1 corresponding to the intersection position based on the measured voltage value. do. Thus, the load on each element portion A1 is detected.
  • the second base member 21 is pulled by the thread 40 at the position of the seam 43, and the second base member 21 buckles. As a result, the second base member 21 may be undulated in the vertical direction.
  • FIGS. 6(a) and 6(b) are cross-sectional views schematically showing the state in which the second base member 21 is wavy due to the sewing of the thread 40.
  • FIG. 6A and 6B show cross-sectional views of the load sensor 1 taken along a plane parallel to the XZ plane at the intersection of the conductive elastic body 12 and the wire 30.
  • FIG. For the sake of convenience, illustration of the thread 40 is omitted in FIGS.
  • the tension of the thread 40 may cause the second base member 21 to undulate.
  • the waviness of the second base member 21 is greater.
  • the upper surface of the upwardly undulating portion may hit the lower surface of the conductive elastic body 12 and the upper end of the wire 30 may be separated from the lower surface of the conductive elastic body 12 .
  • the wavy second base member 21 supports the load from 0 to a predetermined value, and the wire 30 does not come into contact with the conductive elastic body 12 . Therefore, in the case of FIG. 6B, the detected value of the load becomes 0 until the load reaches a predetermined value, and the load cannot be accurately detected.
  • the waviness of the second base member 21 may increase and the load detection accuracy may decrease.
  • the inventors changed a plurality of parameters related to waviness of the second base member 21 to verify how much waviness actually occurs, and based on the verification results, the load can be accurately detected.
  • a conditional expression containing various parameters. Criteria for determining whether or not the load can be accurately detected, verification of waviness, and conditional expressions will be described in order below.
  • FIGS. 7(a) and 7(b) are diagrams for explaining criteria for determining whether or not the load can be accurately detected.
  • FIG. 7(a) is a cross-sectional view similar to FIGS. 6(a) and 6(b).
  • FIG. 7B is a graph schematically showing the relationship between load and capacitance.
  • the contact area between the conductor wire 31 and the conductive elastic body 12 via the dielectric 32 is such that the outer periphery of the upper half of the wire 30 becomes conductive elastic.
  • the contact area changes while being wrapped in the body 12, and then the contact area does not change even if the load is further increased.
  • the capacitance between the conductor wire 31 and the conductive elastic body 12 changes according to the contact area. Therefore, the load that can be properly detected based on the capacitance is limited to the load range until the upper half of the wire 30 is wrapped in the conductive elastic body 12 . Therefore, if the second base member 21 does not contact the conductive elastic body 12 during this period, it is determined that the load can be accurately detected.
  • the load detection range (dynamic range). be. That is, when the load exceeds F1 (capacitance is C1), the change in capacitance with respect to the increase in load is considerably small, making it difficult to accurately detect the load based on the capacitance. Therefore, the load detection range (dynamic range) is from 0 to F1. Therefore, if the second base member 21 does not contact the conductive elastic body 12 within this range, it is determined that the load to be detected can be properly detected.
  • FIGS. 8(a) and 8(b) are schematic diagrams for explaining the conditions for verification regarding waviness.
  • FIG. 8(a) is a diagram schematically showing a cross section near the crossing position when the conductive elastic body 12 and the wire 30 are cut along a plane parallel to the XZ plane at the crossing position.
  • FIG. 8(b) is a plan view schematically showing the arrangement of the wire 30 and the seam 43 (the needle hole 21c).
  • the wire 30 was arranged between the first base member 11 and the second base member 21 and the opposite surface of the first base member 11 was A conductive elastic body 12 is arranged on 11a.
  • the number of wires 30 arranged is about several tens.
  • the thickness of the second base member 21 is t1 .
  • the diameter of the wire 30 was set to 0.6 mm.
  • the wire 30 is meandered in the X-axis direction as shown in FIG. It becomes difficult to bend 30 and replace it with one wire group G1. Therefore, in this verification, the diameter of the wire 30 was set to 0.6 mm on the assumption that the wire 30 can be used in the actual load sensor 1 .
  • the wire 30 was sewn to the second base member 21 using the thread 40, as in the first embodiment.
  • needle holes 21c are provided at a predetermined pitch in the X-axis direction
  • stitches 43 are formed by needle thread 41 and bobbin thread 42 (see FIG. 3) in needle holes 21c
  • stitches 43 and thread 40 are formed in the X-axis direction.
  • a row of stitches 40a is formed.
  • L be the largest needle hole pitch (longest needle hole pitch) among the pitches of two adjacent needle holes 21c on the stitch row 40a. This longest pinhole pitch L corresponds to the pinhole pitch L2 in the case of FIG.
  • a pitch of the plurality of stitch rows 40a is defined as B1 .
  • E1 is the elastic modulus of the second base member 21 .
  • FIG. 9 is a diagram showing the set values and verification results of Configurations 1 to 4 used in the verification of waviness.
  • FIG. 10 is an actual plan view of structures 1-4, a cross-sectional view schematically showing structures 1-4, and a diagram showing the results of the waving state of structures 1-4.
  • the inventors determined the thickness t 1 of the second base member 21, the elastic modulus E 1 of the second base member 21, the pitch B 1 of the stitch row 40a, and the longest needle hole pitch L, respectively.
  • the material for configurations 1-3 is polyurethane and the material for configuration 4 is PE (polyethylene) foam.
  • the thickness t1 of the second base member 21 of configuration 1 is 0.1 mm
  • the thickness t1 of the second base member 21 of configuration 2 is 0.15 mm
  • the thickness t1 of the second base member 21 of configuration 3 is is 0.2 mm
  • the thickness t1 of the second base member 21 of Configuration 4 is 1.5 mm.
  • the elastic modulus E 1 of the second base member 21 of configurations 1 to 3 is 15 MPa
  • the elastic modulus E 1 of the second base member 21 of configuration 4 is 0.4 MPa.
  • the pitch B1 of the stitch rows 40a of configurations 1-4 is 12 mm.
  • the longest needle hole pitch L of configurations 1 to 4 is 2.6 mm.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view showing the undulating state of structures 1 to 4 at this time, together with the undulating state.
  • the inventor placed the lower surface 21b of the second base member 21 on the installation surface, applied a load from the upper surface 11b of the first base member 11, and applied the first base member 11 shown in FIG. Based on the criteria, whether or not the second base member 21 contacts the conductive elastic body 12 in the load range until the upper half of the wire 30 is wrapped in the conductive elastic body 12 (until the increase in the contact area is saturated). I checked whether As described above, if the second base member 21 does not contact the conductive elastic body 12 in this range, it is determined that the load can be detected with high accuracy. As a result, it was determined that configuration 1 could not accurately detect the load, and configurations 2 to 4 could accurately detect the load. Also, Configuration 2 was in a wavy state near the limit satisfying the first criterion.
  • Euler's buckling load formula could be used to quantitatively evaluate the waving state of the second base member 21 .
  • the buckling load P is expressed by the following formula (3).
  • the inventors can quantitatively evaluate the waving state (buckling state) of the configurations 1 to 4 by calculating the buckling load P/terminal coefficient C of the above formula (5) in the above configurations 1 to 4. thought.
  • the calculation result of the buckling load P/terminal coefficient C is as shown in FIG.
  • the value of buckling load P/terminal coefficient C was 0.022 N for configuration 1, 0.074 N for configuration 2, 0.175 N for configuration 3, and 1.971 N for configuration 4.
  • the terminal coefficient C is the above buckling load when the second base member 21 (target base member) does not support the load at least within the load detection range. It may be set near the maximum value of the reciprocal of the value of P/terminal coefficient C.
  • the terminal coefficient C when the terminal coefficient C is set to 13.5, it can be estimated that by satisfying the following relational expression (6), waviness of the second base member 21 is suppressed and the load can be detected with high accuracy.
  • the value of the right side of the above equation (6) when the terminal coefficient C is 13.5 (the value of the seam buckling strength) is as shown in FIG.
  • the value of the seam buckling strength was 0.3 for configuration 1, 1.0 for configuration 2, 2.4 for configuration 3, and 26.7 for configuration 4.
  • the above formula (6) is not satisfied, and this result agrees with the result actually confirmed in the verification regarding waviness.
  • the above formula (6) is satisfied, and this result agrees with the result actually confirmed in the verification of waviness. Therefore, the above formula (6) can be used as a conditional formula for suppressing waviness of the second base member 21 so that the load can be properly detected.
  • Embodiment 1 According to Embodiment 1, the following effects are achieved.
  • the thread 40 is attached to the second base member 21 (target base member) to which the plurality of conductor wires 31 are sewn so as not to cause waviness that supports the load. It is sewn to the member 21 (target base member). As a result, the second base member 21 is restrained from waviness that supports the load. That is, the second base member 21 (target base member) is prevented from waving in contact with the opposing first base member 11 (the other base member) side of the first base member 11 and the conductive elastic body 12 . Therefore, the applied load can be detected with high accuracy.
  • the stitching line 40a is provided at a position that does not overlap the conductive elastic body 12 in plan view. In this way, the stitch line 40a does not overlap the conductive elastic body 12, so that the effect of the stitch line 40a on load detection can be suppressed. Therefore, the load can be detected with high accuracy.
  • the pitch B1 of the plurality of stitching rows 40a is preferably 3 mm or more and 26 mm or less.
  • the conductive elastic body 12 may be shifted by about 1 mm in the positive and negative directions of the Y axis. must be. Therefore, if the needle diameter of the sewing machine is about 1 mm, the pitch B1 of the stitch row 40a is preferably 3 mm or more. Also, as the pitch of the element portions A1 in the Y-axis direction increases, the size of one element portion A1 increases. In this case, as the area of the element portion A1 increases, the load detection resolution decreases, so the shape and load distribution of an object placed on the load sensor 1 become difficult to understand.
  • the pitch B1 is set to 26 mm or less, it is possible to cope with the case where the pitch of the element part A1 is 1 inch (25.4 mm), and the shape and load distribution of the object can be detected in units of approximately 1 inch. can. Even when the pitch B1 is set within the above range, each value is set so as to satisfy the above formula (6), so that the second base member 21 can be appropriately suppressed from undulating, and the load can be applied with high accuracy. detectable.
  • the minimum settable needle hole pitch (the pitch of the needle holes 21c in the X-axis direction) is about 2 mm, and the maximum settable needle hole pitch is about 24 mm. be. Therefore, the maximum needle hole pitch (longest needle hole pitch L) of the needle hole pitches of the thread 40 on the stitch row 40a is preferably 2 mm or more and 24 mm or less. Even when the longest needle hole pitch L is set within the above range, each value is set so as to satisfy the above formula (6), so that the second base member 21 can be appropriately suppressed from undulating, and the load can be reduced. It can be detected with high accuracy.
  • the elastic modulus of the first base member 11 is preferably 1 MPa or more and 3 MPa or less.
  • An elastic modulus of 1 MPa or more and 3 MPa or less corresponds to hardness A of about 50°.
  • the thickness of the first base member 11 is preferably 0.02 mm or more and 1 mm or less.
  • the wire 30 sinks into the first base member 11 and the first base member 11 is compressed. Due to this compression, the thickness of the first base member 11 can be reduced by up to the diameter of the wire 30 . For this reason, if the thickness of the first base member 11 is smaller than the diameter of the wire 30, there is a possibility that the first base member 11 may be damaged due to excessive distortion occurring at the compressed position. Therefore, it is preferable that the thickness of the first base member 11 is equal to or greater than the diameter of the wire 30 .
  • the minimum diameter of the wire 30 (conductor wire 31) according to the JIS standard is 0.02 mm.
  • the thickness of the first base member 11 is preferably set to 0.02 mm or more.
  • the material cost of the first base member 11 increases as the thickness of the first base member 11 increases. Therefore, from the viewpoint of suppressing material costs, the thickness of the first base member 11 is preferably set to 1 mm or less.
  • the elastic modulus of the conductive elastic body 12 is preferably smaller than the elastic modulus of the first base member 11 and between 0.5 MPa and 3 MPa. As a result, the conductive elastic body 12 is elastically deformed satisfactorily when a load is applied, and the contact area between the wire 30 and the conductive elastic body 12 changes smoothly.
  • the dielectric 32 is installed so as to cover the surface of the conductor wire 31 . According to this configuration, the dielectric 32 can be arranged between the conductive elastic body 12 and the conductor wire 31 only by covering the surface of the conductor wire 31 with the dielectric 32 .
  • Embodiment 2 the wire 30 is sewn to the second base member 21 on which the conductive elastic body 12 is not arranged.
  • the conductive elastic body 12 is sewn to the first base member 11 on which it is arranged.
  • Embodiment 2 that are given the same reference numerals as those in Embodiment 1 are configured in the same manner as in Embodiment 1 unless otherwise specified.
  • FIG. 11(a) is a diagram schematically showing the configuration of the structure 1d in the manufacturing process according to the second embodiment.
  • a wire 30 is sewn with a thread 40 to the structure 1a of FIG. 1(a).
  • Each wire 30 is sewn to the facing surface 11a of the first base member 11 with a thread 40.
  • a stitching row 40a of the thread 40 extends in the X-axis direction (first direction) as in the first embodiment.
  • the thread 40 straddles all the wires 30 and sews each wire 30 to the first base member 11 .
  • a stitching row 40 a of four threads 40 is arranged on the first base member 11 .
  • the stitching line 40a of the second embodiment is arranged at a position not overlapping the conductive elastic body 12 in plan view, as in the first embodiment.
  • FIG. 11(b) is a perspective view schematically showing the configuration of the load sensor 1 according to the second embodiment.
  • the structure 1d of FIG. 11(a) is turned upside down and covered from above (Z-axis positive side) of the second base member 21 similar to that of Embodiment 1 shown in FIG. 1(b).
  • the first base member 11 is fixed to the second base member 21 by connecting the outer circumference of the first base member 11 to the second base member 21 with a thread (not shown).
  • the load sensor 1 is completed as shown in FIG. 12(b).
  • the load sensor 1 of Embodiment 2 is also used with the first base member 11 directed upward (Z-axis positive side) and the second base member 21 directed downward (Z-axis negative side). .
  • the upper surface 11b of the first base member 11 is the surface to which the load is applied, and the lower surface 21b of the second base member 21 is installed as the installation surface.
  • the cross section near the intersection position is shown in FIG. ).
  • a plurality of wires 30 are sewn to the first base member 11 with threads 40 . Therefore, as shown in FIG. 12(b), the tension of the thread 40 can cause the first base member 11 to undulate.
  • the plurality of wires 30 should be sewn to the first base member 11 with the thread 40 so that the first base member 11 does not come into contact with the second base member 21 at least within the load detection range. .
  • conditional expression (6) for suppressing waving of the second base member 21 to which the wire 30 is sewn shown in the first embodiment, can also be applied to the second embodiment. Thought. That is, in the second embodiment as well as the conditional expression (6) of the first embodiment, it was thought that a conditional expression for suppressing waviness of the first base member 11 to which the wire 30 was sewn could be derived. However, in the case of the second embodiment, the conductive elastic body 12 is formed on the facing surface 11a of the first base member 11 to which the wire 30 is sewn. (6) needs to be modified.
  • FIG. 13(a) is a plan view and a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the gap between two conductive elastic bodies 12 adjacent to each other in the Y-axis direction.
  • FIG. 13A shows the distance from the center of one conductive elastic body 12 in the Y-axis direction to the center of another conductive elastic body 12 adjacent to the one conductive elastic body 12 in the Y-axis direction.
  • t1 be the thickness of the first base member 11
  • B1 be the pitch of the stitching row 40a of the thread 40 (the width in the Y-axis direction of the structure in FIG. 13(a)).
  • the thickness of the conductive elastic body 12 is t2
  • the width of the conductive elastic body 12 in the Y-axis direction is B2 .
  • FIG. 13(a) the conductive elastic bodies 12 are arranged symmetrically in the Y-axis direction with the stitch line 40a interposed therebetween. , the structure of FIG. 13(a) is in the state shown in FIG. 13(b). As a result, the geometrical moment of inertia of the structure shown in FIG. 13(a) becomes equal to the geometrical moment of inertia of the structure shown in FIG. 13(b).
  • the geometrical moment of inertia I of the structure shown in FIG. 13(a) can be calculated by the following formula (7) with reference to FIG. 13(b).
  • the y-axis is an axis extending in the positive direction of the Y-axis
  • the z-axis is an axis extending in the negative direction of the Z-axis.
  • the origin of the y-axis and the origin of the z-axis are the center of the first base member 11 included in the structure of FIG. 13(b).
  • the right side of the above equation (8) is substituted for the area moment of inertia I of the above equation (1) shown in the first embodiment.
  • the term of the coefficient B1 in the above equation (8) relates to the first base member 11, and the term of the coefficient B2 in the above equation (8) relates to the conductive elastic body 12. Therefore, in the above equation (8), the term relating to the first base member 11 is multiplied by the elastic modulus E1 of the first base member 11, and the term relating to the conductive elastic body 12 is multiplied by the elastic modulus E2 of the conductive elastic body 12 . Multiply. This leads to the following equation (9).
  • the above formula (9) when the thickness t2 of the conductive elastic body 12 is set to 0 in the above formula (9), the above formula (9) must be the same as the formula (4) shown in the first embodiment.
  • the buckling load P on the left side when the thickness t2 is 0, the buckling load P on the left side is the same as the buckling load P on the left side of the equation (4) shown in the first embodiment, so the above equation ( The terminal coefficient C of 9) is the same value as the terminal coefficient C obtained in the first embodiment (13.5).
  • the first base member 11 (target base member) to which the plurality of conductor wires 31 are sewn is not wavy to support the load.
  • a thread 40 is sewn to the first base member 11 (target base member).
  • the first base member 11 is prevented from waviness that supports the load. That is, the first base member 11 and the conductive elastic body 12 on the side of the first base member 11 (target base member) are prevented from waving in contact with the opposing second base member 21 (the other base member). Therefore, the applied load can be detected with high accuracy.
  • the undulation of the first base member 11 is properly suppressed. This prevents the first base member 11 from supporting part of the load applied to the load sensor 1, and the load can be detected with high accuracy.
  • the conductive elastic body is arranged on either one of the first base member 11 and the second base member 21, but the conductive elastic body is arranged on both the first base member 11 and the second base member 21. may be placed.
  • the conductive elastic body is arranged on both the first base member 11 and the second base member 21.
  • the dielectric 32 is provided so as to cover the entire circumference of the conductor wire 31.
  • a dielectric 32 may be placed overlying.
  • the dielectric 32 is made of one kind of material in the thickness direction, it may have a structure in which two or more kinds of materials are laminated in the thickness direction.
  • the dielectric 32 is arranged on the surface of the conductor wire 31, but the dielectric 32 defining the capacitance between the conductor wire 31 and the conductive elastic body 12 is It may be arranged between 31 and the conductive elastic body 12 .
  • the dielectric 32 may be placed on the surface of the conductive elastic body 12 .
  • a dielectric 32 may be formed on the surface of the conductive elastic body 12 as shown in FIG.
  • the dielectric 32 is made of an elastically deformable material so that the contact area with the conductor wire 31 changes according to the load.
  • the dielectric 32 is made of a material having an elastic modulus similar to that of the conductive elastic body 12 .
  • the buckling load P can be expressed by the following equation (11).
  • the cross-sectional shape of the conductor wire 31 is circular. good too.
  • the thread 40 is sewn to the target base member so that the base member (target base member) to which the wire 30 is sewn does not generate load-supporting undulations at least within the load detection range. As a result, the applied load can be detected with high accuracy.
  • the wire 30 extends in the Y-axis direction (second direction) while meandering in the X-axis direction (first direction). two directions).
  • one wire group G1 includes four wires 30.
  • the number of wire groups G1 and wires 30 is is not limited to this.
  • 1, 2, or 4 or more wire groups G1 may be arranged, and one wire group G1 may include 1 to 3 or 5 or more wires 30 .
  • the number of conductive elastic bodies 12 arranged in the load sensor 1 is not limited to this.
  • one, two, or four or more conductive elastic bodies 12 may be arranged.
  • the method of arranging the conductive elastic body 12 on the facing surface 11a of the first base member 11 is not necessarily limited to printing, but may be another method such as a method of adhering foil. may
  • the first direction and the second direction are orthogonal, but the angle between the first direction and the second direction may be an angle other than 90°. That is, the first direction and the second direction may cross each other obliquely.
  • the width of the conductive elastic body 12 may not necessarily be constant. good.
  • a conductor having a resistance value lower than that of the conductive elastic body 12 may be formed along the first direction between the first base member 11 and the conductive elastic body 12 .
  • the conductor may have elasticity.
  • a conductive material can be formed by dispersing a conductive filler (for example, silver) in a resin material or a rubber material.
  • the conductive elastic body 12 and the conductor constitute the "conductive elastic body” described in the claims.
  • the conductive elastic body 12 may be omitted in the range between the element portions A1 in the first direction, or only the conductor may remain in this range.
  • Reference Signs List 1 load sensor 11 first base member 11a facing surface 12 conductive elastic body 21 second base member 31 conductor wire 32 dielectric 40 thread 40a seam row 43 seam

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Abstract

荷重センサ（１）は、第１ベース部材（１１）の対向面に第１方向に延びるように形成された複数の導電弾性体（１２）と、第２方向に延び第１ベース部材（１１）と第２ベース部材（２１）との間に並んで配置された複数の導体線（３１）と、導電弾性体（１２）と導体線（３１）との間に配置された誘電体（３２）と、複数の導体線（３１）を第１ベース部材（１１）または第２ベース部材（２１）に縫い留める糸（４０）と、を備える。第１方向に縫い目が並ぶ糸（４０）の縫い列（４０ａ）が、第２方向に所定ピッチで複数形成され、各々の縫い列（４０ａ）上の隣り合う所定の縫い目の間において、導体線（３１）が糸（４０）により対象ベース部材に縫い留められ、少なくとも荷重の検出範囲において、荷重を支持する波打ちが対象ベース部材に生じないように、糸（４０）が対象ベース部材に縫い付けられている。

Description

荷重センサ
　本発明は、外部から付与される荷重を静電容量の変化に基づいて検出する荷重センサに関する。
　荷重センサは、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、幅広く利用されている。近年、コンピュータによる制御技術の発展および意匠性の向上とともに、人型のロボットおよび自動車の内装品等のような自由曲面を多彩に使用した電子機器の開発が進んでいる。それに合わせて、各自由曲面に高性能な荷重センサを装着することが求められている。
　以下の特許文献１には、弾性導電部を備えるシート状の基材と、弾性導電部に対して交差するように配置された複数の導体線と、複数の導体線と弾性導電部との間にそれぞれ配置された複数の誘電体と、複数の導体線を基材に縫い付ける糸状部材と、を備える感圧素子（荷重センサ）が記載されている。
国際公開第２０２０／１５３０２９号
　上記のような荷重センサでは、導体線が、導体線を挟む２つのベース部材のいずれか一方に糸で縫い留められる。この場合、糸の張力により、ベース部材に大きな波打ちが生じると、荷重センサにかかる荷重の一部をベース部材が支持する状態となり、荷重を精度良く検出できなくなる。
　かかる課題に鑑み、本発明は、糸によるベース部材の波打ちを適正に抑制して、荷重を精度良く検出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は、荷重センサに関する。本態様に係る荷重センサは、第１ベース部材と、前記第１ベース部材に対向して配置された第２ベース部材と、前記第１ベース部材の対向面に第１方向に延びるように形成された複数の導電弾性体と、前記第１方向に交差する第２方向に延び、前記第１ベース部材と前記第２ベース部材との間に並んで配置された複数の導体線と、前記導電弾性体と前記導体線との間に配置された誘電体と、前記複数の導体線を前記第１ベース部材または前記第２ベース部材に縫い留める糸と、を備える。前記第１方向に縫い目が並ぶ前記糸の縫い列が、前記第２方向に所定ピッチで複数形成される。各々の前記縫い列上の隣り合う所定の前記縫い目の間において、前記導体線が前記糸により対象ベース部材に縫い留められる。少なくとも荷重の検出範囲において、荷重を支持する波打ちが前記対象ベース部材に生じないように、前記糸が前記対象ベース部材に縫い付けられている。
　本態様に係る荷重センサによれば、複数の導体線が縫い留められるベース部材に、荷重を支持する波打ちが生じることが抑制される。よって、付与された荷重を精度良く検出することができる。
　以上のとおり、本発明によれば、糸によるベース部材の波打ちを適正に抑制して、荷重を精度良く検出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）、（ｂ）は、実施形態１に係る、製造工程における構造体の構成を模式的に示す図である。 図２（ａ）は、実施形態１に係る、製造工程における構造体の構成を模式的に示す図である。図２（ｂ）は、実施形態１に係る、荷重センサの構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、実施形態１に係る、糸の位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、荷重センサの断面を模式的に示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る、導電弾性体とワイヤの交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、交差位置近傍の断面を模式的に示す図である。 図５は、実施形態１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（ａ）、（ｂ）は、第２ベース部材に波打ちが生じた状態を模式的に示す断面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る、荷重を精度良く検出できるか否かの判定基準を説明する図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る、波打ちに関する検証の条件を説明する模式図である。 図９は、実施形態１に係る、波打ちに関する検証で用いた構成１～４の設定値および検証結果を示す図である。 図１０は、実施形態１に係る、波打ちに関する検証で用いた構成１～４の実際の平面図、構成１～４を模式的に示す断面図、および構成１～４の波打ち状態の結果を示す図である。 図１１（ａ）は、実施形態２に係る、製造工程における構造体の構成を模式的に示す図である。図１１（ｂ）は、実施形態２に係る、荷重センサの構成を模式的に示す斜視図である。 図１２（ａ）は、実施形態２に係る、導電弾性体とワイヤの交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、交差位置近傍の断面を模式的に示す図である。図１２（ｂ）は、第１ベース部材に波打ちが生じた状態を模式的に示す断面図である。 図１３（ａ）は、実施形態２に係る、Ｙ軸方向に隣り合う２つの導電弾性体の隙間近傍を模式的に示す平面図および断面図である。図１２（ｂ）は、実施形態２に係る、図１３（ａ）の導電弾性体を縫い列で接合したときの構造体を模式的に示す平面図および断面図である。 図１４は、変更例に係る、導電弾性体とワイヤの交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、交差位置近傍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。
　＜実施形態１＞
　図１（ａ）は、製造工程における構造体１ａの構成を模式的に示す図である。
　構造体１ａは、第１ベース部材１１と、複数の導電弾性体１２と、複数の配線１３と、を備える。
　第１ベース部材１１の対向面１１ａ（Ｚ軸負側の面）には、複数の導電弾性体１２が設置される。複数の導電弾性体１２に配線１３がそれぞれ接続される。ここでは、３つの導電弾性体１２が対向面１１ａに形成されている。対向面１１ａに設置される導電弾性体１２の数は、これに限られるものではない。
　第１ベース部材１１は、弾性を有する平板状の部材である。第１ベース部材１１は、平面視において矩形の形状を有する。第１ベース部材１１の厚みは一定である。第１ベース部材１１の厚みが小さい場合、第１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。
　第１ベース部材１１は、絶縁性を有し、たとえば、非導電性の樹脂材料や非導電性のゴム材料により構成される。第１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。第１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。
　第１ベース部材１１の厚みは、たとえば、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定される。第１ベース部材１１の弾性率は、たとえば、１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下に設定される。
　導電弾性体１２は、第１ベース部材１１の対向面１１ａに、第１方向（Ｘ軸方向）に延びるように形成される。導電弾性体１２は、弾性を有する導電性の部材である。各導電弾性体１２は、第１方向（Ｘ軸方向）に長い帯状の形状を有し、第１方向（Ｘ軸方向）に延びるように配置されている。すなわち、導電弾性体１２の長辺は、Ｘ軸に平行である。３つの導電弾性体１２の幅、長さおよび厚みは、互いに同じである。隣り合う導電弾性体１２の間に、所定の隙間が設けられている。配線１３の一端は、導電弾性体１２に接続されており、配線１３の他端は、検出回路に接続される。
　導電弾性体１２は、第１ベース部材１１の対向面１１ａに対して、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、およびグラビアオフセット印刷などの印刷工法により形成される。これらの印刷工法によれば、第１ベース部材１１の対向面１１ａに０．００１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の厚みで導電弾性体１２を形成することが可能となる。ただし、導電弾性体１２の形成方法は、印刷工法に限られるものではない。
　導電弾性体１２は、樹脂材料とその中に分散した導電性フィラー、またはゴム材料とその中に分散した導電性フィラーから構成される。
　導電弾性体１２に用いられる樹脂材料は、上述した第１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。導電弾性体１２に用いられるゴム材料は、上述した第１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。
　導電弾性体１２に用いられる導電性フィラーは、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））、およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））等の金属材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（すなわち、ポリ３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）からなる複合物）等の導電性高分子材料や、金属コート有機物繊維、金属線（繊維状態）等の導電性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の材料である。
　導電弾性体１２の厚みは、たとえば、１μｍ以上３０μｍ以下に設定される。導電弾性体１２の弾性率は、たとえば、０．５ＭＰａ以上３ＭＰａ以下に設定される。
　図１（ｂ）は、製造工程における構造体１ｂの構成を模式的に示す図である。
　構造体１ｂは、第２ベース部材２１と、複数のワイヤ３０と、を備える。
　第２ベース部材２１の対向面２１ａ（Ｚ軸正側の面）には、複数のワイヤ３０が配置される。ここでは、４本のワイヤ３０からなるワイヤ群Ｇ１が、３組、対向面２１ａに配置され、合計１２本のワイヤ３０が対向面２１ａに配置されている。対向面２１ａに配置されるワイヤ３０の数は、これに限られるものではない。
　第２ベース部材２１は、弾性を有する平板状の部材である。第２ベース部材２１は、図２（ｂ）を参照して後述するように、第１ベース部材１１に対向して配置される。第２ベース部材２１は、平面視において第１ベース部材１１と同様の形状を有する。第２ベース部材２１の厚みは一定である。第２ベース部材２１の厚みが小さい場合、第２ベース部材２１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。
　第２ベース部材２１は、絶縁性を有し、たとえば、非導電性の樹脂材料や非導電性のゴム材料により構成される。第２ベース部材２１は、たとえば、上述した第１ベース部材１１に用いることができる材料により構成される。より具体的には、第２ベース部材２１は、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴムまたはエチレンプロピレンゴムにより構成される。
　ワイヤ３０は、Ｙ軸方向（第２方向）に延び、荷重センサ１の組立が完了した状態で、第１ベース部材１１と第２ベース部材２１との間に並んで配置される。また、ワイヤ３０は、線状の形状を有し、Ｘ軸方向に僅かに振れるように蛇行している。４本のワイヤ３０からなるワイヤ群Ｇ１が、Ｘ軸方向（第１方向）に所定の間隔をあけて並んでいる。ワイヤ群Ｇ１内の４つのワイヤ３０も、Ｘ軸方向（第１方向）に所定の間隔をあけて並んでいる。
　ワイヤ３０は、導体線３１と、導体線３１に形成された誘電体３２と、により構成される。誘電体３２は、導体線３１の外周に形成されており、導体線３１の表面を被覆している。導体線３１のＹ軸負側の端部は、誘電体３２によって被覆されておらず、この端部が検出回路に接続される。
　導体線３１は、導電性を有し、線状の形状を有する部材である。導体線３１は、たとえば、導電性の金属材料により構成される。この他、導体線３１は、ガラスからなる芯線およびその表面に形成された導電層により構成されてもよく、樹脂からなる芯線およびその表面に形成された導電層などにより構成されてもよい。たとえば、導体線３１としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）などの弁作用金属や、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが用いられる。実施形態１では、導体線３１は、銅により構成される。導体線３１は、導電性の金属材料からなる線材が撚られた撚線であってもよい。
　誘電体３２は、電気絶縁性を有し、たとえば、樹脂材料、セラミック材料、金属酸化物材料などにより構成される。誘電体３２は、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂（たとえば、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、ポリビニルホルマール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などからなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料でもよく、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５などからなる群から選択される少なくとも１種の金属酸化物材料でもよい。
　導体線３１の直径は、たとえば、０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、あるいは、０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下でもよい。このような導体線３１の構成は、導体線３１の強度と抵抗の観点から好ましい。誘電体３２の厚みは、５ｎｍ以上１００μｍ以下が好ましく、センサ感度等の設計により適宜選択することができる。
　図２（ａ）は、製造工程における構造体１ｃの構成を模式的に示す図である。
　構造体１ｃでは、図１（ｂ）の構造体１ｂに対して、ワイヤ３０が糸４０により縫い付けられている。
　各ワイヤ３０は、糸４０で第２ベース部材２１の対向面２１ａに縫い留められる。糸４０の縫い列４０ａは、Ｘ軸方向（第１方向）に延びている。縫い列４０ａ上において、糸４０は、全てのワイヤ３０を跨いで、各ワイヤ３０を第２ベース部材２１に縫い留めている。図２（ａ）では、４つの糸４０の縫い列４０ａが第２ベース部材２１に配置されている。荷重センサ１が完成したときに、平面視において、内側の２つの糸４０の縫い列４０ａは、Ｙ軸方向に隣り合う２つの導電弾性体１２の間の隙間に位置し、外側の２つの糸４０の縫い列４０ａは、Ｙ軸方向外側の２つの導電弾性体１２よりもさらに外側に位置する。ワイヤ３０は、糸４０により縫い留められた状態でＹ軸方向に移動可能であり、Ｘ軸方向の移動が糸４０により規制されている。糸４０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、荷重センサ１の構成を模式的に示す斜視図である。
　図２（ａ）の構造体１ｃの上方（Ｚ軸正側）から、図１（ａ）の構造体１ａが、表裏反転されて被せられる。これにより、ワイヤ３０が、第１ベース部材１１に形成された導電弾性体１２に接触する。そして、第１ベース部材１１の外周が、第２ベース部材２１に対して糸（図示せず）で接続されることにより、第１ベース部材１１が第２ベース部材２１に固定される。こうして、図２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。
　実施形態１の荷重センサ１は、第１ベース部材１１が上側（Ｚ軸正側）に向けられ、第２ベース部材２１が下側（Ｚ軸負側）に向けられた状態で使用される。この場合、第１ベース部材１１の上面１１ｂが、荷重が付与される面となり、第２ベース部材２１の下面２１ｂが、設置面に設置される。
　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素子部Ａ１が形成される。図２（ｂ）の荷重センサ１には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並んだ計９つの素子部Ａ１が形成される。１つの素子部Ａ１は、導電弾性体１２と、当該導電弾性体１２の下方に配置されたワイヤ群Ｇ１との交点を含む領域に相当する。すなわち、１つの素子部Ａ１は、当該交点付近における、第１ベース部材１１、導電弾性体１２、ワイヤ３０および第２ベース部材２１を含む。荷重センサ１の下面（第２ベース部材２１の下面２１ｂ）が所定の設置面に設置され、素子部Ａ１を構成する荷重センサ１の上面（第１ベース部材１１の上面１１ｂ）に荷重が付与されると、導電弾性体１２と導体線３１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は、糸４０の位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、荷重センサ１の断面を模式的に示す図である。図３では、便宜上、第２ベース部材２１、ワイヤ３０および糸４０のみが図示されている。
　糸４０は、第２ベース部材２１の上面（対向面２１ａ）に沿って配置される上糸４１と、第２ベース部材２１の下面２１ｂに沿って配置される下糸４２とからなっている。上糸４１および下糸４２は、第２ベース部材２１をＺ軸方向に貫通する針孔２１ｃの位置で互いに交差しており、この交差位置に縫い目４３が形成される。Ｘ軸方向に沿って、糸４０が第２ベース部材２１に縫い付けられる。これにより、複数の縫い目４３がＸ軸方向に並ぶ。
　Ｘ軸方向（第１方向）に並ぶ複数の縫い目４３と、隣り合う縫い目４３との間の糸４０とによって、糸４０の縫い列４０ａが形成される。糸４０の縫い列４０ａは、Ｙ軸方向（第２方向）に所定ピッチで第２ベース部材２１の対向面２１ａに複数形成される。各々の縫い列４０ａ上の隣り合う縫い目４３の間において、ワイヤ３０が糸４０により第２ベース部材２１に縫い留められる。ワイヤ３０のＸ軸方向における移動を抑制するためには、ワイヤ３０の位置の針孔ピッチ、すなわち１つのワイヤ３０を挟む２つの縫い目４３の間隔は、なるべく小さい方が好ましい。
　第２ベース部材２１に対する糸４０の縫い付けは、たとえばミシンにより行われる。ミシンは、Ｘ軸方向に所定のピッチで針孔２１ｃを形成し、針孔２１ｃにおいて上糸４１および下糸４２を交差させて縫い目４３を形成し、ワイヤ３０を第２ベース部材２１に縫い留める。
　この場合、針孔２１ｃのＸ軸方向のピッチ（針孔ピッチ）は、ミシンの機械精度およびワイヤ３０のＸ軸方向のピッチにより決められる。すなわち、ミシンの機械精度から、設定可能な最小の針孔ピッチは２ｍｍ程度となる。また、隣り合う２つの縫い目４３の間で１本のワイヤ３０が縫い留められるため、設定可能な最大の針孔ピッチは、ワイヤ３０のＸ軸方向の最大ピッチ程度となる。たとえば、素子部Ａ１のＸ軸方向の幅を２４ｍｍ程度とし、素子部Ａ１につき１本のワイヤ３０のみが含まれる場合（ワイヤ群Ｇ１が１本のワイヤ３０に置き換えられる場合）、針孔ピッチを最も大きく設定可能となり、その場合の針孔ピッチは２４ｍｍ程度となる。
　図３に示す例では、ワイヤ３０に対応する位置の針孔ピッチはＬ１であり、ワイヤ３０に対応しない位置の針孔ピッチはＬ２である。針孔ピッチＬ１は、上述したようになるべく小さく設定される。針孔ピッチＬ２は、たとえば、ワイヤ３０のＸ軸正側およびＸ軸負側に等しい距離で針孔２１ｃが配置されるように設定される。
　図４（ａ）、（ｂ）は、導電弾性体１２とワイヤ３０の交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、交差位置近傍の断面を模式的に示す図である。
　図４（ａ）は、荷重が加えられていない状態を示し、図４（ｂ）は、荷重が加えられている状態を示している。図４（ａ）、（ｂ）では、第２ベース部材２１のＺ軸負側の下面２１ｂが設置面に設置されている。
　図４（ａ）に示すように、荷重が加えられていない場合、導電弾性体１２とワイヤ３０との間にかかる力は、ほぼゼロである。この状態から、図４（ｂ）に示すように、第１ベース部材１１の上面１１ｂに対して下方向に荷重が加えられると、ワイヤ３０によって、導電弾性体１２が変形する。
　図４（ｂ）に示すように、荷重が加えられると、ワイヤ３０は、導電弾性体１２に包まれるように導電弾性体１２に近付けられ、ワイヤ３０と導電弾性体１２との間の接触面積が増加する。これにより、導体線３１と導電弾性体１２との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化を反映した電位が検出回路において測定されることにより、荷重が算出される。
　図５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。
　ワイヤ３０は、Ｙ軸方向に延び、かつ、Ｘ軸方向に蛇行することにより、素子部Ａ１を斜め方向に横断している。これにより、素子部Ａ１内の広い範囲で荷重を検出でき、検出感度が高められる。
　糸４０の縫い列４０ａは、Ｙ軸方向に所定ピッチで第２ベース部材２１の対向面２１ａに複数形成される。縫い列４０ａは、平面視において導電弾性体１２と重ならない位置に設けられている。具体的には、縫い列４０ａは、隣り合う２つの導電弾性体１２の間と、Ｙ軸正側の導電弾性体１２のＹ軸正方向の外側と、Ｙ軸負側の導電弾性体１２のＹ軸負方向の外側とに設けられている。
　ワイヤ３０の一方の端部は、誘電体３２の被覆が除去され、導体線３１が露出している。露出した導体線３１は、荷重検出回路を含む検出回路（図示せず）に接続されている。これにより、３つの導電弾性体１２が検出回路に接続される。なお、１つのワイヤ群Ｇ１に含まれる４つの導体線３１は、荷重センサ１または検出回路において互いに接続される。
　検出回路は、検出対象の導電弾性体１２およびワイヤ群Ｇ１を切り替えながら、素子部Ａ１ごとに静電容量の値を検出する。具体的には、検出回路は、検出対象の素子部Ａ１において交差する導電弾性体１２およびワイヤ群Ｇ１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、この抵抗と、交差位置の静電容量（導電弾性体１２と４つの導体線３１との間の静電容量）とで規定される時定数により上昇する。
　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１２に対する誘電体３２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。検出回路は、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素子部Ａ１の荷重を取得する。こうして、各素子部Ａ１における荷重が検出される。
　ところで、上記のように糸４０が第２ベース部材２１に縫い付けられると、縫い目４３の位置において第２ベース部材２１が糸４０に引っ張られて、第２ベース部材２１が座屈し、この座屈によって、第２ベース部材２１に上下方向の波打ちが生じ得る。
　図６（ａ）、（ｂ）は、糸４０の縫い付けにより第２ベース部材２１に波打ちが生じた状態を模式的に示す断面図である。図６（ａ）、（ｂ）には、導電弾性体１２とワイヤ３０との交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、荷重センサ１の断面図が示されている。便宜上、図６（ａ）、（ｂ）では、糸４０の図示が省略されている。
　図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第２ベース部材２１の剛性が低いと、糸４０の張力によって第２ベース部材２１が波打つことが起こり得る。図６（ｂ）では、図６（ａ）に比べて、第２ベース部材２１の剛性が低いため、第２ベース部材２１の波打ちがより大きくなっている。このように、第２ベース部材２１が大きく波打つと、上方向の波打ち部分の上面が導電弾性体１２の下面に当たって、ワイヤ３０の上端が導電弾性体１２の下面から離れるようなことが起こり得る。この場合、荷重が０から所定の値に至るまで、波打った状態の第２ベース部材２１が荷重を支持することになり、ワイヤ３０が導電弾性体１２に接触することがない。したがって、図６（ｂ）の場合、荷重が所定の値に達するまで、荷重の検出値が０となり、荷重を精度良く検出できなくなる。
　このように、第２ベース部材２１の剛性等、第２ベース部材２１の波打ちに関係する条件によっては、第２ベース部材２１の波打ちが大きくなり、荷重の検出精度が低下することが起こり得る。
　そこで、発明者らは、第２ベース部材２１の波打ちに関係する複数のパラメータを変化させて、実際にどの程度の波打ちが生じるのかを検証し、検証結果に基づいて、荷重を精度良く検出可能な各種パラメータを含む条件式を見いだした。以下、荷重を精度良く検出できるか否かの判定基準、波打ちに関する検証、および条件式について順に説明する。
　図７（ａ）、（ｂ）は、荷重を精度良く検出できるか否かの判定基準を説明する図である。図７（ａ）は、図６（ａ）、（ｂ）と同様の断面図である。図７（ｂ）は、荷重と静電容量との関係を模式的に示すグラフである。
　第２ベース部材２１が糸４０により波打つ場合でも、図７（ａ）に示すように、荷重が付与された場合に、ワイヤ３０の上半分の外周が導電弾性体１２に包まれるまで、第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触しなければ、荷重を精度良く検出できる。
　すなわち、第１ベース部材１１に付与される荷重が徐々に増加すると、誘電体３２を介した導体線３１と導電弾性体１２との間の接触面積は、ワイヤ３０の上半分の外周が導電弾性体１２に包まれる間で変化し、その後、荷重がさらに増加しても接触面積は変化しない。上記のように、導体線３１と導電弾性体１２との間の静電容量は、接触面積に応じて変化する。したがって、静電容量に基づいて荷重を適正に検出可能となるのは、ワイヤ３０の上半分が導電弾性体１２に包まれるまでの荷重の範囲に限られる。よって、この期間において第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触しなければ、荷重を精度良く検出できると判定される。
　なお、通常は、図７（ｂ）に示すように、静電容量の飽和値よりもやや低い静電容量Ｃ１に対応する荷重Ｆ１までの範囲が、荷重の検出範囲（ダイナミックレンジ）に設定される。すなわち、荷重がＦ１（静電容量がＣ１）を超えると、荷重の増加に対する静電容量の変化がかなり小さいため、静電容量に基づき荷重を精度良く検出することが困難になる。このため、荷重の検出範囲（ダイナミックレンジ）は０以上Ｆ１以下とされる。したがって、この範囲において第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触しなければ、検出対象の荷重を適正に検出できると判定される。
　以上のように、荷重を精度良く検出できるか否かは、図７（ａ）、（ｂ）を参照して説明した手法により判定される。なお、図７（ａ）を参照して説明した第１判定基準、すなわち、ワイヤ３０の上半分が導電弾性体１２に包まれるまで（接触面積の増加が飽和するまで）の荷重の範囲において、第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触しないことが充足されれば、図７（ｂ）を参照して説明した第２判定基準、すなわち、荷重の検出範囲（ダイナミックレンジ）において第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触しないことが充足される。よって、より広範には、図７（ａ）を参照して説明した第１判定基準が適用されればよい。
　次に、発明者らが行った波打ちに関する検証について説明する。
　図８（ａ）、（ｂ）は、波打ちに関する検証の条件を説明する模式図である。図８（ａ）は、導電弾性体１２とワイヤ３０との交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、交差位置近傍の断面を模式的に示す図である。図８（ｂ）は、ワイヤ３０および縫い目４３（針孔２１ｃ）の配置を模式的に示す平面図である。
　図８（ａ）に示すように、波打ちに関する検証では、実施形態１と同様、第１ベース部材１１と第２ベース部材２１との間にワイヤ３０を配置し、第１ベース部材１１の対向面１１ａに導電弾性体１２を配置した。ワイヤ３０の配置本数を、数十本程度とした。第２ベース部材２１の厚みをｔ１とした。
　また、本検証では、ワイヤ３０の直径を０．６ｍｍとした。ワイヤ３０の直径が０．６ｍｍより大きくなると、ワイヤ３０を図８（ｂ）に示すようにＸ軸方向に蛇行させること、折り曲げ等を行って検出回路に接続すること、および、１本のワイヤ３０を折り曲げて１つのワイヤ群Ｇ１に置き換えること等が困難になる。したがって、本検証では、実際の荷重センサ１に用いることのできるワイヤ３０を想定して、ワイヤ３０の直径を０．６ｍｍとした。
　図８（ｂ）に示すように、波打ちに関する検証では、実施形態１と同様、糸４０を用いてワイヤ３０を第２ベース部材２１に対して縫い留めた。このとき、Ｘ軸方向に所定のピッチで針孔２１ｃを設け、針孔２１ｃにおいて上糸４１および下糸４２（図３参照）による縫い目４３を形成し、Ｘ軸方向に縫い目４３および糸４０が並ぶ縫い列４０ａを形成した。縫い列４０ａ上における隣り合う２つの針孔２１ｃのピッチ（針孔ピッチ）のうち、最も大きい針孔ピッチ（最長針孔ピッチ）をＬとした。この最長針孔ピッチＬは、図３の場合は針孔ピッチＬ２に対応する。複数の縫い列４０ａのピッチをＢ１とした。この他、第２ベース部材２１の弾性率をＥ１とした。
　図９は、波打ちに関する検証で用いた構成１～４の設定値および検証結果を示す図である。図１０は、構成１～４の実際の平面図、構成１～４を模式的に示す断面図、および構成１～４の波打ち状態の結果を示す図である。
　図９に示すように、発明者らは、第２ベース部材２１の厚みｔ１、第２ベース部材２１の弾性率Ｅ１、縫い列４０ａのピッチＢ１、および最長針孔ピッチＬをそれぞれ所定の値に設定した４つの構成１～４を実際に作成した。
　構成１～３の材料はポリウレタンであり、構成４の材料はＰＥ（ポリエチレン）発泡材である。構成１の第２ベース部材２１の厚みｔ１は０．１ｍｍであり、構成２の第２ベース部材２１の厚みｔ１は０．１５ｍｍであり、構成３の第２ベース部材２１の厚みｔ１は０．２ｍｍであり、構成４の第２ベース部材２１の厚みｔ１は１．５ｍｍである。構成１～３の第２ベース部材２１の弾性率Ｅ１は１５ＭＰａであり、構成４の第２ベース部材２１の弾性率Ｅ１は０．４ＭＰａである。構成１～４の縫い列４０ａのピッチＢ１は１２ｍｍである。構成１～４の最長針孔ピッチＬは２．６ｍｍである。
　このように作成された構成１～４をＺ軸正側から撮影した実際の平面図は、図１０に示す通りである。図１０の実際の平面図に示すように、構成１では大きな波打ちが発生し、構成２では小さな波打ちが発生し、構成３、４ではほぼ波打ちは発生しなかった。図１０には、このときの構成１～４の波打ち状態を示す断面図および波打ち状態が合わせて示されている。
　さらに発明者は、構成１～４において、第２ベース部材２１の下面２１ｂを設置面に設置し、第１ベース部材１１の上面１１ｂから荷重を付与し、図７（ａ）に示した第１判定基準に基づき、ワイヤ３０の上半分が導電弾性体１２に包まれるまで（接触面積の増加が飽和するまで）の荷重の範囲において、第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触するか否かを確認した。上述したように、この範囲において第２ベース部材２１が導電弾性体１２に接触しなければ、荷重を精度良く検出できると判定される。この結果、構成１は、荷重を精度良く検出できないと判定され、構成２～４は、荷重を精度良く検出できると判定された。また、構成２は、第１判定基準を充足する限界付近の波打ち状態であった。
　ここで、発明者らは、第２ベース部材２１の波打ち状態を定量的に評価するために、オイラーの座屈荷重式を用い得ると考えた。
　すなわち、図８（ｂ）において、縫い列４０ａ上の隣り合う縫い目４３（針孔２１ｃ）間に、糸４０の張力（縮む方向の力）が掛かり、この張力により縫い目４３間の領域に座屈が生じる。したがって、この領域を柱と仮定することで、座屈によるこの領域の波打ちを、オイラーの座屈荷重式から求めることができる。この場合、隣り合う縫い目４３（針孔２１ｃ）のピッチが最大の領域が、最も大きく座屈するため、上記判定基準に基づく評価を行うためには、隣り合う縫い目４３（針孔２１ｃ）のピッチが最大の領域を対象に、オイラーの座屈荷重式から、座屈に基づく波打ちの状態を求めればよい。柱に仮定される領域は、この最大ピッチ（図８（ｂ）のＬ）を一辺とし、隣り合う縫い列４０ａのピッチ（図８（ｂ）のＢ１）を他の一辺とする第２ベース部材２１の矩形の領域であり、この領域の厚みは、第２ベース部材２１の厚みである。
　オイラーの座屈荷重式では、端末係数をＣ、柱材の弾性率をＥ、柱材の断面２次モーメントをＩ、柱の長さをＬとすると、座屈荷重Ｐは、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　直方形状の断面において２辺の長さをｂ、ｔとし、曲げが生じる方向の長さをｔとすると、断面２次モーメントは、以下の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記式（１）、（２）から、座屈荷重Ｐは、以下の式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（３）のパラメータを、図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明した波打ちに関する検証の各パラメータで置き換えると、上記式（３）は、以下の式（４）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　上記式（４）の両辺を端末係数Ｃで除算すると、以下の式（５）が取得される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　発明者らは、上記の構成１～４において上記式（５）の座屈荷重Ｐ／端末係数Ｃを算出することで、構成１～４の波打ち状態（座屈状態）を定量的に評価できると考えた。
　座屈荷重Ｐ／端末係数Ｃの計算結果は、図９に示す通りである。座屈荷重Ｐ／端末係数Ｃの値は、構成１では０．０２２Ｎ、構成２では０．０７４Ｎ、構成３では、０．１７５Ｎ、構成４では１．９７１Ｎであった。
　上述したように、構成１～４のうち荷重を精度良く検出できるのは構成２～４であったため、座屈荷重Ｐ／端末係数Ｃの値が、上記判定基準の限界付近であった構成２の場合の０．０７４Ｎ以上であれば、荷重を適正に検出できると推定される。ここで、上記式（５）の右辺に１／０．０７４（＝１３．５）を乗算することにより、構成２の場合の（座屈荷重Ｐ／端末係数Ｃ）×１３．５の値を１．０に規格化できる。上記式（５）の右辺に１３．５を乗算した値は、上記式（４）において、端末係数Ｃを１３．５とすることと同じである。
　このように、端末係数Ｃは、設置されるワイヤ３０の直径との関係から、少なくとも荷重の検出範囲において第２ベース部材２１（対象ベース部材）が荷重を支持しないときの、上記の座屈荷重Ｐ／端末係数Ｃの値の逆数の最大値付近に設定されればよい。
　したがって、端末係数Ｃを１３．５としたときに、以下の関係式（６）を満たすことで、第２ベース部材２１の波打ちが抑制され、荷重を精度良く検出できると推定できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　端末係数Ｃを１３．５としたときの上記式（６）の右辺の値（縫い座屈強度の値）は、図９に示す通りである。縫い座屈強度の値は、構成１では０．３、構成２では１．０、構成３では２．４、構成４では２６．７となった。構成１の場合、上記式（６）は満たされず、この結果は、波打ちに関する検証で実際に確認した結果と合致する。また、構成２～４の場合、上記式（６）は満たされ、この結果は、波打ちに関する検証で実際に確認した結果と合致する。よって、上記式（６）を、荷重を適正に検出可能に第２ベース部材２１の波打ちを抑制するための条件式として用いることができる。
　＜実施形態１の効果＞
　実施形態１によれば、以下の効果が奏される。
　少なくとも荷重の検出範囲（図７参照）において、複数の導体線３１が縫い留められる第２ベース部材２１（対象ベース部材）に、荷重を支持する波打ちが生じないように、糸４０が第２ベース部材２１（対象ベース部材）に縫い付けられている。これにより、第２ベース部材２１に荷重を支持する波打ちが生じることが抑制される。すなわち、第２ベース部材２１（対象ベース部材）が、対向する第１ベース部材１１（他方のベース部材）側の第１ベース部材１１および導電弾性体１２に接触する波打ちが抑制される。よって、付与された荷重を精度良く検出することができる。
　図８（ａ）～図１０の波打ちに関する検証で示したように、上記式（６）が満たされることにより、第２ベース部材２１が波打つことが適正に抑制される。これにより、第２ベース部材２１が荷重センサ１にかかる荷重の一部を支持することが抑制され、荷重を精度良く検出できる。
　図５に示したように、縫い列４０ａは、平面視において導電弾性体１２と重ならない位置に設けられる。こうすると、縫い列４０ａが、導電弾性体１２に重ならなくなるため、荷重検出に対する縫い列４０ａの影響を抑制できる。よって、荷重を精度よく検出できる。
　なお、このように、縫い列４０ａが、平面視において導電弾性体１２と重ならない位置に設けられる場合、複数の縫い列４０ａのピッチＢ１は、３ｍｍ以上２６ｍｍ以下であることが好ましい。
　すなわち、印刷精度に基づけば、導電弾性体１２がＹ軸正負の方向に１ｍｍ程度のずれが生じる可能性があることから、針孔２１ｃの間隔（針孔２１ｃの境界間の距離）は２ｍｍ以上である必要がある。したがって、ミシンの針の直径が約１ｍｍであるとすると、縫い列４０ａのピッチＢ１は、３ｍｍ以上であることが好ましい。また、素子部Ａ１のＹ軸方向のピッチが大きくなると、１つの素子部Ａ１が大きくなる。この場合、素子部Ａ１の面積の増加に伴い、荷重検出の分解能が低下するため、荷重センサ１に乗っているものの形状および荷重分布が分かりにくくなる。これに対し、ピッチＢ１が２６ｍｍ以下に設定されると、素子部Ａ１のピッチが１インチ（２５．４ｍｍ）の場合にも対応でき、略１インチ単位で、物体の形状および荷重分布を検出できる。ピッチＢ１が上記範囲に設定された場合も、上記式（６）が満たされるように各値が設定されることにより、第２ベース部材２１が波打つことを適正に抑制でき、荷重を精度良く検出できる。
　図３を参照して説明したように、設定可能な最小の針孔ピッチ（針孔２１ｃのＸ軸方向のピッチ）は、２ｍｍ程度であり、設定可能な最大の針孔ピッチは、２４ｍｍ程度である。したがって、縫い列４０ａ上における糸４０の針孔ピッチのうち、最大となる針孔ピッチ（最長針孔ピッチＬ）は、２ｍｍ以上２４ｍｍ以下であることが好ましい。最長針孔ピッチＬが上記範囲に設定された場合も、上記式（６）が満たされるように各値が設定されることにより、第２ベース部材２１が波打つことを適正に抑制でき、荷重を精度良く検出できる。
　第１ベース部材１１の弾性率は、１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下であることが好ましい。
１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下の弾性率は、硬度Ａ５０°程度に相当する。このように第１ベース部材１１の弾性率が設定されると、荷重付与時の第１ベース部材１１の弾性変形（検出感度）や、荷重解除時における反発弾性による第１ベース部材１１の復元等、荷重検出特性に関連するパラメータのバランスが良好に保たれる。これにより、安定的に荷重を検出できる。
　第１ベース部材１１の厚みは、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
荷重が付与されると、ワイヤ３０が第１ベース部材１１にめり込んで、第１ベース部材１１が圧縮される。この圧縮により、第１ベース部材１１の厚みは、最大で、ワイヤ３０の直径分だけ減少し得る。このため、第１ベース部材１１の厚みがワイヤ３０の直径より小さいと、圧縮位置に過度な歪みが生じ、第１ベース部材１１が破損する惧れがある。したがって、第１ベース部材１１の厚みは、ワイヤ３０の直径以上であることが好ましい。ＪＩＳ規格上のワイヤ３０（導体線３１）の直径の最小値は０．０２ｍｍである。したがって、第１ベース部材１１の厚みは、０．０２ｍｍ以上に設定されると良い。その一方で、第１ベース部材１１の厚みが大きくなるほど、第１ベース部材１１の材料コストが上昇する。このため、材料コストを抑制する観点から、第１ベース部材１１の厚みは、１ｍｍ以下に設定されると好ましい。
　導電弾性体１２の弾性率は、第１ベース部材１１の弾性率より小さく、且つ、０．５ＭＰａ以上３ＭＰａ以下であるのが好ましい。これにより、荷重付与時に、導電弾性体１２が良好に弾性変形し、ワイヤ３０と導電弾性体１２との接触面積が円滑に変化する。
　誘電体３２は、導体線３１の表面を被覆するように設置されている。この構成によれば、導体線３１の表面を誘電体３２で被覆するだけで、導電弾性体１２と導体線３１との間に誘電体３２を配置できる。
　＜実施形態２＞
　実施形態１では、ワイヤ３０は、導電弾性体１２が配置されない第２ベース部材２１に対して縫い付けられた。これに対し、実施形態２では、導電弾性体１２が配置された第１ベース部材１１に対して縫い付けられる。
　以下、実施形態２において実施形態１と同じ符号を付した構成については、特に言及しない限り、実施形態１と同様に構成される。
　図１１（ａ）は、実施形態２に係る、製造工程における構造体１ｄの構成を模式的に示す図である。
　構造体１ｄでは、図１（ａ）の構造体１ａに対して、ワイヤ３０が糸４０により縫い付けられている。
　各ワイヤ３０は、糸４０で第１ベース部材１１の対向面１１ａに縫い留められる。糸４０の縫い列４０ａは、実施形態１と同様、Ｘ軸方向（第１方向）に延びている。縫い列４０ａ上において、糸４０は、全てのワイヤ３０を跨いで、各ワイヤ３０を第１ベース部材１１に縫い留めている。図１１（ａ）では、４つの糸４０の縫い列４０ａが第１ベース部材１１に配置されている。荷重センサ１が完成したときに、実施形態２の縫い列４０ａは、実施形態１と同様、平面視において導電弾性体１２と重ならない位置に配置されている。
　図１１（ｂ）は、実施形態２に係る、荷重センサ１の構成を模式的に示す斜視図である。
　図１（ｂ）に示した実施形態１と同様の第２ベース部材２１の上方（Ｚ軸正側）から、図１１（ａ）の構造体１ｄが、表裏反転されて被せられる。そして、第１ベース部材１１の外周が、第２ベース部材２１に対して糸（図示せず）で接続されることにより、第１ベース部材１１が第２ベース部材２１に固定される。こうして、図１２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。
　実施形態２の荷重センサ１においても、第１ベース部材１１が上側（Ｚ軸正側）に向けられ、第２ベース部材２１が下側（Ｚ軸負側）に向けられた状態で使用される。この場合も、第１ベース部材１１の上面１１ｂが、荷重が付与される面となり、第２ベース部材２１の下面２１ｂが、設置面に設置される。また、実施形態２においても、導電弾性体１２とワイヤ３０の交差位置でＸ－Ｚ平面に平行な面で切断したときの、交差位置近傍の断面は、実施形態１と同様、図１２（ａ）に示す状態となる。
　また、実施形態２では、第１ベース部材１１に対して、複数のワイヤ３０が糸４０で縫い留められる。したがって、図１２（ｂ）に示すように、第１ベース部材１１が糸４０の張力によって波打ち得る。この場合、荷重付与時に第１ベース部材１１（対象ベース部材）の波打ち部分が、直接または導電弾性体１２を介して、第２ベース部材２１に接触すると、第１ベース部材１１が荷重を支持することになる。したがって、実施形態２では、少なくとも荷重の検出範囲において、第１ベース部材１１が第２ベース部材２１に接触しないように、複数のワイヤ３０が第１ベース部材１１に糸４０で縫い留められればよい。
　ここで、発明者らは、実施形態１で示した、ワイヤ３０が縫い付けられた第２ベース部材２１の波打ちが抑制されるための条件式（６）を、実施形態２にも適用できると考えた。すなわち、実施形態１の条件式（６）と同様に、実施形態２においても、ワイヤ３０が縫い付けられた第１ベース部材１１の波打ちが抑制されるための条件式を導けると考えた。ただし、実施形態２の場合は、ワイヤ３０が縫い付けられた第１ベース部材１１の対向面１１ａに導電弾性体１２が形成されているため、導電弾性体１２による影響を考慮して、条件式（６）を変形する必要がある。
　図１３（ａ）は、Ｙ軸方向に隣り合う２つの導電弾性体１２の隙間近傍を模式的に示す平面図および断面図である。
　図１３（ａ）には、一の導電弾性体１２のＹ軸方向の中心から、一の導電弾性体１２に隣り合う他の導電弾性体１２のＹ軸方向の中心までが示されている。第１ベース部材１１の厚みをｔ１とし、糸４０の縫い列４０ａのピッチ（図１３（ａ）の構造体のＹ軸方向の幅）をＢ１とする。また、導電弾性体１２の厚みをｔ２とし、導電弾性体１２のＹ軸方向の幅をＢ２とする。
　図１３（ａ）において、導電弾性体１２は縫い列４０ａを挟んでＹ軸方向に対称に配置されているが、便宜上、図１３（ａ）に示す導電弾性体１２を縫い列４０ａで接合すると、図１３（ａ）の構造体は、図１３（ｂ）に示す状態となる。これにより、図１３（ａ）に示す構造体の断面２次モーメントは、図１３（ｂ）に示す構造体の断面２次モーメントに等しくなる。
　したがって、図１３（ａ）に示す構造体の断面２次モーメントＩは、図１３（ｂ）を参照して、以下の式（７）により算出できる。図１３（ｂ）において、ｙ軸はＹ軸正方向に延びる軸であり、ｚ軸はＺ軸負方向に延びる軸である。ｙ軸の原点およびｚ軸の原点は、図１３（ｂ）の構造体に含まれる第１ベース部材１１の中心である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　上記式（７）を変形すると、以下の式（８）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　続いて、実施形態１で示した上記式（１）の断面２次モーメントＩに、上記式（８）の右辺を代入する。このとき、上記式（８）の係数Ｂ１の項は、第１ベース部材１１に関する項であり、上記式（８）の係数Ｂ２の項は、導電弾性体１２に関する項である。したがって、上記式（８）において、第１ベース部材１１に関する項には第１ベース部材１１の弾性率Ｅ１を乗算し、導電弾性体１２に関する項には導電弾性体１２の弾性率Ｅ２を乗算する。これにより、以下の式（９）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　ここで、上記式（９）において導電弾性体１２の厚みｔ２を０とした場合、上記式（９）は、実施形態１で示した式（４）と同じになる必要がある。厚みｔ２を０とした場合の上記式（９）において、左辺の座屈荷重Ｐは、実施形態１で示した式（４）の左辺の座屈荷重Ｐと同じであるため、上記式（９）の端末係数Ｃは、実施形態１で得られた端末係数Ｃと同じ値（１３．５）になる。
　よって、上記実施形態１の場合と同様に端末係数を１３．５としたときに、以下の関係式（１０）を満たすことで、第１ベース部材１１の波打ちが抑制され、荷重を精度良く検出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　＜実施形態２の効果＞
　実施形態２においても、少なくとも荷重の検出範囲（図７参照）において、複数の導体線３１が縫い留められる第１ベース部材１１（対象ベース部材）に、荷重を支持する波打ちが生じないように、糸４０が第１ベース部材１１（対象ベース部材）に縫い付けられている。これにより、第１ベース部材１１に荷重を支持する波打ちが生じることが抑制される。すなわち、第１ベース部材１１（対象ベース部材）側の第１ベース部材１１および導電弾性体１２が、対向する第２ベース部材２１（他方のベース部材）に接触する波打ちが抑制される。よって、付与された荷重を精度良く検出することができる。
　上記式（１０）が満たされることにより、第１ベース部材１１が波打つことが適正に抑制される。これにより、第１ベース部材１１が荷重センサ１にかかる荷重の一部を支持することが抑制され、荷重を精度良く検出できる。
　＜変更例＞
　上記実施形態１、２では、第１ベース部材１１および第２ベース部材２１のいずれか一方に導電弾性体が配置されたが、第１ベース部材１１および第２ベース部材２１の両方に導電弾性体が配置されてもよい。このとき、上記実施形態２と同様、上記式（１０）が満たされることにより、ワイヤ３０が縫い付けられた対象ベース部材が波打つことを適正に抑制できる。
　上記実施形態１、２では、導体線３１の全周を被覆するように誘電体３２が設置されたが、導体線３１の表面のうち、少なくとも、荷重に応じて接触面積が変化する範囲のみを被覆するように、誘電体３２が配置されてもよい。また、誘電体３２は、厚み方向において１種類の材料により構成されたが、厚み方向において２種類以上の材料が積層された構造を有してもよい。
　また、上記実施形態１、２では、導体線３１の表面に誘電体３２が配置されたが、導体線３１と導電弾性体１２との間で静電容量を規定する誘電体３２は、導体線３１と導電弾性体１２との間に配置されればよい。たとえば、誘電体３２は、導電弾性体１２の表面に配置されてもよい。具体的には、実施形態１、２の構成に対し、図１４に示すように、導電弾性体１２の表面に誘電体３２が形成されてもよい。この場合、誘電体３２は、荷重に応じて導体線３１との接触面積が変化するよう、弾性変形可能な材料により構成される。たとえば、誘電体３２は、導電弾性体１２と同様の弾性率を有する材料により構成される。
　図１４のように誘電体３２が導電弾性体１２の表面に配置される場合でも、ワイヤ３０が縫い付けられるベース部材が第２ベース部材２１である場合、上記実施形態１と同様、上記式（６）が満たされることにより第２ベース部材２１が波打つことを適正に抑制できる。他方、ワイヤ３０が縫い付けられるベース部材が第１ベース部材１１である場合、第１ベース部材１１の波打ちには、第１ベース部材１１、導電弾性体１２および誘電体３２が関係する。この場合、誘電体３１の厚みをｔ３、誘電体３１の弾性率をＥ３とすると、座屈荷重Ｐは、以下の式（１１）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　この場合も、実施形態１と同様に端末係数を１３．５としたときに、下記の関係式（１２）を満たすことで、第１ベース部材１１の波打ちが抑制され、荷重を精度良く検出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　また、上記実施形態１、２では、導体線３１の断面形状が円形であったが、導体線３１の断面形状は円形に限られるものではなく、楕円や疑似円形等の他の形状であってもよい。この場合も、少なくとも荷重検出範囲において、ワイヤ３０が縫い付けられたベース部材（対象ベース部材）に、荷重を支持する波打ちが生じないように、糸４０が対象ベース部材に縫い付けられる。これにより、付与された荷重を精度良く検出できる。
　また、上記実施形態１、２では、ワイヤ３０は、Ｘ軸方向（第１方向）に蛇行しながらＹ軸方向（第２方向）に延びていたが、これに限らず、Ｙ軸方向（第２方向）に直線状に延びていてもよい。
　また、上記実施形態１、２では、１つの素子部Ａ１に対応するワイヤ群Ｇ１が３つ配置され、１つのワイヤ群Ｇ１は４本のワイヤ３０を含んだが、ワイヤ群Ｇ１およびワイヤ３０の数は、これに限らない。たとえば、ワイヤ群Ｇ１は１、２または４つ以上配置されてもよく、１つのワイヤ群Ｇ１は、１～３または５本以上のワイヤ３０を含んでもよい。
　また、上記実施形態１、２では、３つの導電弾性体１２が配置されたが、荷重センサ１に配置される導電弾性体１２の数は、これに限らない。たとえば、導電弾性体１２は、１、２または４つ以上配置されてもよい。
　上記実施形態１、２において、第１ベース部材１１の対向面１１ａに導電弾性体１２を配置する方法は、必ずしも、印刷に限られるものではなく、箔を接着する方法等、他の方法であってもよい。
　上記実施形態１、２では、第１方向および第２方向は直交したが、これに限らず、第１方向と第２方向とのなす角が、９０°以外の角度であってもよい。すなわち、第１方向および第２方向は、互いに斜め方向に交差してもよい。
　上記実施形態１、２において、導電弾性体１２の幅は必ずしも一定でなくてもよく、たとえば、第１方向における素子部Ａ１の間の範囲において、導電弾性体１２の幅が狭くなっていてもよい。また、第１ベース部材１１と導電弾性体１２との間に、導電弾性体１２より抵抗値が低い導電体が、第１方向に沿って形成されてもよい。この場合、導電体は、弾性を有していてもよい。たとえば、導電弾性体１２と同様、樹脂材料やゴム材料に導電性のフィラー（たとえば銀）を分散させて、導電体が形成され得る。この構成では、導電弾性体１２と導電体とによって、特許請求の範囲に記載の「導電弾性体」が構成される。この場合、第１方向における素子部Ａ１の間の範囲において導電弾性体１２が省略されてもよく、この範囲に導電体のみが残っていてもよい。
　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　第１ベース部材
　１１ａ　対向面
　１２　導電弾性体
　２１　第２ベース部材
　３１　導体線
　３２　誘電体
　４０　糸
　４０ａ　縫い列
　４３　縫い目

Claims (10)

  1. 　第１ベース部材と、
    　前記第１ベース部材に対向して配置された第２ベース部材と、
    　前記第１ベース部材の対向面に第１方向に延びるように形成された複数の導電弾性体と、
    　前記第１方向に交差する第２方向に延び、前記第１ベース部材と前記第２ベース部材との間に並んで配置された複数の導体線と、
    　前記導電弾性体と前記導体線との間に配置された誘電体と、
    　前記複数の導体線を前記第１ベース部材または前記第２ベース部材に縫い留める糸と、を備え、
    　前記第１方向に縫い目が並ぶ前記糸の縫い列が、前記第２方向に所定ピッチで複数形成され、
    　各々の前記縫い列上の隣り合う所定の前記縫い目の間において、前記導体線が前記糸により対象ベース部材に縫い留められ、
    　少なくとも荷重の検出範囲において、荷重を支持する波打ちが前記対象ベース部材に生じないように、前記糸が前記対象ベース部材に縫い付けられている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  2. 　請求項１に記載の荷重センサにおいて、
    　前記複数の導体線は、前記第２ベース部材に縫い留められ、
    　前記第２ベース部材の厚みをｔ１、前記第２ベース部材の弾性率をＥ１、前記複数の縫い列の前記ピッチをＢ１、前記縫い列上における前記糸の最長針孔ピッチをＬとし、端末係数Ｃを１３．５としたとき、前記厚みｔ１、前記弾性率Ｅ１、前記ピッチＢ１、前記最長針孔ピッチＬが、以下の関係式を満たす、
    ことを特徴とする荷重センサ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
      
  3. 　請求項１に記載の荷重センサにおいて、
    　前記複数の導体線は、前記第１ベース部材に縫い留められ、
    　前記第１ベース部材の厚みをｔ１、前記第１ベース部材の弾性率をＥ１、前記導電弾性体の厚みをｔ２、前記導電弾性体の弾性率をＥ２、前記複数の縫い列の前記ピッチをＢ１、前記第２方向における前記導電弾性体の幅をＢ２、前記縫い列上における前記糸の最長針孔ピッチをＬとし、端末係数Ｃを１３．５としたとき、前記厚みｔ１、ｔ２、前記弾性率Ｅ１、Ｅ２、前記ピッチＢ１、前記幅Ｂ２、前記最長針孔ピッチＬが、以下の関係式を満たす、
    ことを特徴とする荷重センサ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
      
  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、
    　前記縫い列は、平面視において前記導電弾性体と重ならない位置に設けられている、
    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、
    　前記複数の縫い列の前記ピッチＢ１は、３ｍｍ以上２６ｍｍ以下である、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  6. 　請求項１ないし５の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、
    　前記糸の最長針孔ピッチＬは、２ｍｍ以上２４ｍｍ以下である、
    ことを特徴とする荷重センサ。
     
  7. 　請求項１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ベース部材の弾性率は、１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下である、
    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、
    　前記第１ベース部材の厚みは、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下である、
    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、
    　前記第２ベース部材は、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴムまたはエチレンプロピレンゴムにより構成される、
    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、
    　前記誘電体は、前記導体線の表面を被覆するように設置されている、
    ことを特徴とする荷重センサ。
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