JP2007010482A

JP2007010482A - Face pressure sensor

Info

Publication number: JP2007010482A
Application number: JP2005191599A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Maki; 圭一巻
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a face pressure sensor capable of easily achieving a compact size and detecting pressure at matrix points and suitable for application to a distribution type tactile sensor. <P>SOLUTION: The face pressure sensor includes a contact sheet 111 comprising both a soft insulating sheet and a plurality of electric conductor dots passed through the insulating sheet and arranged in matrix in planar directions of the insulating sheet; a cushion sheet 112 which is layered adjacently to the soft insulating sheet and in which spaces are formed at locations corresponding to the electric conductor dots; first electrodes 113 formed in another major face of the contact sheet and separately arranged correspondingly to the electric conductor dots; and second electrodes 140 arranged adjacently to the cushion sheet. The film thickness of the cushion sheet is compressed at its part of pressure application by pressure from a direction perpendicular to its surface to electrically connect the first electrodes and the second electrodes via the electric conductor dots. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、面圧力センサー、例えば触覚センサーに応用可能な面圧力センサーに関する。 The present invention relates to a surface pressure sensor applicable to a surface pressure sensor, for example, a tactile sensor.

近年、物体に接触させてその接触部分の情報を得る触覚センサーが実用化している。たとえば、指先の繊細な操作が求められる各種の高度ロボット技術や、カテーテルや内視鏡の先端部にこれを設けて、生体の状態を検出する医療技術に利用されている。 In recent years, tactile sensors that contact an object and obtain information on the contact portion have been put into practical use. For example, it is used in various advanced robot techniques that require delicate fingertip operations, and in medical techniques that detect the state of a living body by providing it at the distal end of a catheter or endoscope.

このような触覚センサーは、物体の表面形状や硬さといった物理情報の取得に用いられるが、多くは接触部分での面圧力を測定し、信号処理を施して必要な情報を得るようにしている。 Such a tactile sensor is used to acquire physical information such as the surface shape and hardness of an object, but in many cases, the surface pressure at a contact portion is measured, and signal processing is performed to obtain necessary information. .

この種の触覚センサーに用いられる面圧力センサーの従来技術として、例えば、コイルとコンデンサとが直列に接続されて構成されているＬＣ直列共振回路を利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。このＬＣ直列共振回路には外部発振器及びスペクトルアナライザが取付けられ、外部発振器からの入力信号がＬＣ直列共振回路に入力された後にスペクトルアナライザに出力されるようになっている。そして、触覚センサーに触圧が加わったときには触圧によりコイルのピッチ（巻線間隔）や面積が変化し、この変化に伴いコイルのインダクタンスが変化する。ここで、ＬＣ直列共振回路の共振周波数はコイルのインダクタンスの変化に伴い変動する。よって、スペクトルアナライザに出力された信号において、信号強度が低下する位置はＬＣ直列共振回路の共振周波数の変動に伴い変位するために、ＬＣ直列共振回路の共振周波数の変動を検知することができる。このため、触覚センサーにより触圧を検出できるようになっている。 As a conventional technique of a surface pressure sensor used for this type of tactile sensor, for example, there is one using an LC series resonance circuit in which a coil and a capacitor are connected in series (for example, see Patent Document 1). . An external oscillator and a spectrum analyzer are attached to the LC series resonance circuit, and an input signal from the external oscillator is input to the LC series resonance circuit and then output to the spectrum analyzer. When a tactile pressure is applied to the tactile sensor, the coil pitch (winding interval) and area change due to the tactile pressure, and the coil inductance changes with this change. Here, the resonance frequency of the LC series resonance circuit varies as the inductance of the coil changes. Therefore, in the signal output to the spectrum analyzer, the position where the signal intensity decreases is displaced with the fluctuation of the resonance frequency of the LC series resonance circuit, so that the fluctuation of the resonance frequency of the LC series resonance circuit can be detected. For this reason, tactile pressure can be detected by a tactile sensor.

また、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）素子を利用したものもある（例えば、特許文献２参照）。ＣＣＤ素子を利用する場合、様々な実装が考えられるが、いずれにせよ、光源からＣＣＤ素子への光の経路は、接触部分の状態により変化する。この変化をＣＣＤ素子からの出力信号として取り出すようにして、物体の表面形状や面圧力を測定している。
特開２００２−２３６０５９号公報特開平７−１２８１６３号公報 Some devices use a CCD (Charge Coupled Device) element (see, for example, Patent Document 2). When a CCD element is used, various implementations are conceivable, but in any case, the light path from the light source to the CCD element varies depending on the state of the contact portion. By measuring this change as an output signal from the CCD element, the surface shape and surface pressure of the object are measured.
JP 2002-236059 A JP-A-7-128163

しかしながら、従来の面圧力センサーの場合、コイル、ＣＣＤ、光源といったものを接触部分の近傍に設ける必要があった。一般に、これらの素子は、小型化が容易ではなく、面圧力センサー全体の小型化に困難が伴う。特に、単なる一点における面圧力ではなく、複数箇所の面圧力を同時に検出するような分布型触覚センサーを構成する場合、どうしても全体寸法が大きくなってしまうことが避けられない。 However, in the case of the conventional surface pressure sensor, it is necessary to provide a coil, a CCD, a light source, etc. in the vicinity of the contact portion. In general, these elements are not easily downsized, and it is difficult to downsize the entire surface pressure sensor. In particular, when a distributed tactile sensor that detects not only a single point of surface pressure but also a plurality of surface pressures at the same time is configured, it is inevitable that the overall size will inevitably increase.

本発明は、上記した欠点を解決し、小型化が容易で、しかもマトリックス点における圧力の検出が可能な分布型触覚センサーへの応用にも適した面圧力センサーを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a surface pressure sensor that solves the above-described drawbacks, is easy to miniaturize, and is suitable for application to a distributed tactile sensor capable of detecting pressure at a matrix point.

本発明の面圧力センサーの一態様は、柔軟性絶縁シートとこの絶縁シートを貫通して配設され絶縁シートの面方向にマトリクス状に配置された複数の導電体ドットとでなる接点シートと、
前記柔軟性絶縁シートに隣接して積層され前記導電体ドットに対応する位置に空間を形成し膜厚方向に弾性変形可能なクッションシートと、
前記接点シートの前記クッションシート側と反対側の一主面に形成され前記導電体ドットに対応して個別に配置された第１の電極と、
前記クッションシートに隣接配置された第２の電極とを具備し、
前記クッションシートがその面の垂直方向からの圧力により、圧力印加部分で膜厚が圧縮されて前期導電体ドットを介して前記第１の電極と前記第２の電極が電気的に接続されることを特徴とする面圧力センサーにある。 One aspect of the surface pressure sensor of the present invention is a contact sheet comprising a flexible insulating sheet and a plurality of conductive dots disposed through the insulating sheet and arranged in a matrix in the surface direction of the insulating sheet;
A cushion sheet that is laminated adjacent to the flexible insulating sheet and forms a space at a position corresponding to the conductor dots and is elastically deformable in the film thickness direction;
A first electrode formed on one principal surface of the contact sheet opposite to the cushion sheet side and disposed individually corresponding to the conductor dots;
A second electrode disposed adjacent to the cushion sheet,
The thickness of the cushion sheet is compressed at the pressure application portion by the pressure from the direction perpendicular to the surface of the cushion sheet, and the first electrode and the second electrode are electrically connected through the previous conductor dots. The surface pressure sensor is characterized by the following.

本発明の他の態様は、膜厚方向に弾性変形可能で変形部分が導電性となる異方性導電層でできたクッションシートと、
前記クッションシート側の一主面に形成され面方向にマトリクス状に配置された複数の第１の電極と、
前記クッションシートの他の主面に前記第１の電極に対応して配置された第２の電極とを具備し、
前記クッションシートがその面の垂直方向からの圧力により、前記クッションシートが圧力印加部分で膜厚が圧縮変形されて前記第１の電極と前記第２の電極が電気的に接触することを特徴とする面圧力センサーにある。 Another aspect of the present invention is a cushion sheet made of an anisotropic conductive layer that is elastically deformable in the film thickness direction and whose deformed portion is conductive,
A plurality of first electrodes formed in one principal surface on the cushion seat side and arranged in a matrix in the surface direction;
A second electrode disposed on the other main surface of the cushion sheet corresponding to the first electrode;
The cushion sheet is compressively deformed at a pressure application portion by pressure from a direction perpendicular to the surface of the cushion sheet, and the first electrode and the second electrode are in electrical contact with each other. It is in the surface pressure sensor.

さらに、本発明は、前記導電体ドットおよび前記電極の少なくとも一方が抵抗体で形成されることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that at least one of the conductor dots and the electrodes is formed of a resistor.

本発明によれば、面圧力センサーは単純な構成を持っており、小型化および量産化が容易で、しかも、分布型触覚センサーへの応用にも適している。 According to the present invention, the surface pressure sensor has a simple configuration, can be easily downsized and mass-produced, and is also suitable for application to a distributed tactile sensor.

図１は、本発明の第１の実施態様による面圧力センサーの本体部の断面構造を透視した斜視図であり、図２は、この本体部の縦断面図である。また、図３は、本発明の第１の実施態様による制御手段含む面圧力センサーの回路図である。この面圧力センサーの本体部は、柔軟性を有するシート基板１００と、このシート基板１００に積み重ねて接着された複数の積層体１１０、１２０、１３０とからなっている。 FIG. 1 is a perspective view illustrating a cross-sectional structure of a main body portion of a surface pressure sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the main body portion. FIG. 3 is a circuit diagram of the surface pressure sensor including the control means according to the first embodiment of the present invention. The main body portion of the surface pressure sensor includes a flexible sheet substrate 100 and a plurality of stacked bodies 110, 120, and 130 that are stacked and bonded to the sheet substrate 100.

シート基板１００の表面には、共通電極を構成する導電フィルム１４０が設けられている。また、積層体１１０、１２０、１３０のそれぞれは、接点シート１１１、１２１、１３１と、クッションシート１１２、１２２、１３２と、電極パターン１１３、１２３、１３３とからなっている。電極パターンはＮｉＣｒ合金などの電気抵抗体で形成され、膜厚方向に一定の抵抗値を有している。 A conductive film 140 constituting a common electrode is provided on the surface of the sheet substrate 100. Each of the stacked bodies 110, 120, and 130 includes contact sheets 111, 121, and 131, cushion sheets 112, 122, and 132, and electrode patterns 113, 123, and 133. The electrode pattern is formed of an electric resistor such as a NiCr alloy and has a certain resistance value in the film thickness direction.

接点シート１１１、１２１、１３１は、それぞれ柔軟性絶縁シート１１１ａ、１２１ａ、１３１ａと、この絶縁シートを貫通して配設され、絶縁シートの面方向にマトリクス状に配置されマトリクス点を圧点とする複数の導電体ドット１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂとからなっている。 The contact sheets 111, 121, and 131 are respectively disposed through the flexible insulating sheets 111a, 121a, and 131a and the insulating sheet, arranged in a matrix in the surface direction of the insulating sheet, and the matrix points are used as pressure points. It consists of a plurality of conductor dots 111b, 121b, 131b.

クッションシート１１２、１２２、１３２は、それぞれ柔軟性絶縁シート１１１ａ、１２１ａ、１３１ａに隣接して積層されており、導電体ドット１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂに対応する位置に貫通孔を設けておくことにより、図に示したように面圧力センサーの本体部の内部に空間１１２ａ、１２２ａ、１３２ａを形成している。 The cushion sheets 112, 122, 132 are laminated adjacent to the flexible insulating sheets 111a, 121a, 131a, respectively, and by providing through holes at positions corresponding to the conductor dots 111b, 121b, 131b, As shown in the figure, spaces 112a, 122a and 132a are formed inside the main body of the surface pressure sensor.

電極パターン１１３、１２３、１３３は、それぞれ接点シート１１１、１２１、１３１のクッションシート１１２、１２２、１３２側と反対側の一主面に形成されている。そして、電極パターン１１３、１２３、１３３は、導電体ドット１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂと一対一に対応してマトリクス状に配置された複数の中間電極１１３ａ、１２３ａ、上部電極１３３ａおよびこれら複数の電極の各々から個別に独立に引き出されたリード配線１１３ｂ、１２３ｂ、１３３ｂとからなっている。 The electrode patterns 113, 123, 133 are formed on one main surface of the contact sheets 111, 121, 131 opposite to the cushion sheets 112, 122, 132, respectively. The electrode patterns 113, 123, and 133 are respectively formed of a plurality of intermediate electrodes 113 a and 123 a and an upper electrode 133 a that are arranged in a matrix corresponding to the conductor dots 111 b, 121 b, and 131 b, and each of the plurality of electrodes. And lead wires 113b, 123b, and 133b that are individually drawn out from the lead wires.

シート基板１００は、例えばガラスや樹脂からなり、その厚さは応用に応じて適宜選択されるが、例えば１００〜１５０μｍである。導電フィルムの共通電極１４０は、シート基板１００上に蒸着またはスパッタリングで形成した金属薄膜または金属箔で形成される。 The sheet substrate 100 is made of, for example, glass or resin, and the thickness thereof is appropriately selected according to the application, and is, for example, 100 to 150 μm. The common electrode 140 of the conductive film is formed of a metal thin film or a metal foil formed on the sheet substrate 100 by vapor deposition or sputtering.

柔軟性絶縁シート１１１ａ、１２１ａ、１３１ａは、例えばポリイミド樹脂からなり、その厚さは、例えば１０〜２０μｍである。導電体ドット１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂは、ＡｇやＣｕの微粒子を樹脂に混ぜた導電ペーストをスクリーン印刷により、柔軟性絶縁シート１１１ａ、１２１ａ、１３１ａの貫通孔に充填して形成され例えば５００~１０００μｍ径である。この導電ペーストを抵抗体微粒子を混ぜて形成することもできる。リード配線１１３ｂ、１２３ｂ、１３３ｂは、電極とともに例えば蒸着膜、スパッタリング膜、箔等の金属をパターンエッチングして形成される。電極１１３ａ、１２３ａ、１３３ａを抵抗体としても機能させるために、例えばＮｉＣｒ膜などの抵抗膜で形成される。 The flexible insulating sheets 111a, 121a, 131a are made of, for example, a polyimide resin, and the thickness thereof is, for example, 10-20 μm. The conductor dots 111b, 121b, and 131b are formed by filling a through-hole of the flexible insulating sheets 111a, 121a, and 131a by screen printing with a conductive paste in which Ag or Cu fine particles are mixed in a resin, for example, having a diameter of 500 to 1000 μm. It is. This conductive paste can also be formed by mixing resistor fine particles. The lead wirings 113b, 123b, and 133b are formed by pattern etching a metal such as a vapor deposition film, a sputtering film, and a foil together with the electrodes. In order to make the electrodes 113a, 123a, and 133a function as resistors, they are formed of a resistance film such as a NiCr film, for example.

クッションシート１１２、１２２、１３２は膜方向に弾性変形可能な例えばシリコンゴム、テフロン(商品名)ゴムからなり、その厚さは応用に応じて適宜選択されるが、例えば５０〜１００μｍである。この厚さは導電体ドットが変位できるストロークをきめる。このクッションシート１１２、１２２、１３２は、予め穿孔を行った後、位置合わせをして接点シート１１１、１２１、１３１に張り合わせてもよいし、逆に接点シート１１１、１２１、１３１に張り合わせてから、エッチング等により空間１１２ａ、１２２ａ、１３２ａを形成してもよい。このように各積層体は例えば柔軟性絶縁シート１１１ａと導電体ドット１１１ｂからなる接点シート１１１、クッションシート１１２ならびに電極１１３の積層構造１１０で形成される。 The cushion sheets 112, 122, and 132 are made of, for example, silicon rubber or Teflon (trade name) rubber that can be elastically deformed in the film direction, and the thickness thereof is appropriately selected according to the application, and is, for example, 50 to 100 μm. This thickness determines the stroke by which the conductor dots can be displaced. The cushion sheets 112, 122, 132 may be preliminarily drilled and then aligned and bonded to the contact sheets 111, 121, 131, or conversely, bonded to the contact sheets 111, 121, 131, The spaces 112a, 122a, and 132a may be formed by etching or the like. Thus, each laminated body is formed of, for example, a laminated structure 110 of the contact sheet 111, the cushion sheet 112, and the electrode 113 made of the flexible insulating sheet 111a and the conductive dots 111b.

以上のように構成された積層体１１０、１２０、１３０を積み重ね、それらのマトリクスを互いに整合させて接着し、表面を保護膜１５０で覆ることにより面圧力センサーの本体部が構成される。なお、１つの具体例として、本体部の大きさは５０ｍｍ×５０ｍｍ、内部に含まれるドットの数は２５×２５である。この積層体のマトリクス圧点ごとに膜厚方向に電極１３３から共通電極１４０にかけて直列電気回路が形成される。 The body 110 of the surface pressure sensor is configured by stacking the stacked bodies 110, 120, and 130 configured as described above, aligning and adhering the matrixes to each other, and covering the surface with the protective film 150. As one specific example, the size of the main body is 50 mm × 50 mm, and the number of dots contained therein is 25 × 25. A series electric circuit is formed from the electrode 133 to the common electrode 140 in the film thickness direction for each matrix pressure point of the laminate.

図３の等価回路図に示したように、最上部の電極パターンである電極１３３と各積層体の中間に位置する中間電極としての電極１１３，１２３および共通電極１４０間に、圧点ごとにインピーダンス検出器１６０を接続する。検出器の入力部は例えば抵抗分割ポテンショメータを形成して本体部の直列電気回路と合成したインピーダンスの変化を検出する。 As shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 3, the impedance at each pressure point is between the electrode 133 as the uppermost electrode pattern and the electrodes 113 and 123 as intermediate electrodes located in the middle of each laminate and the common electrode 140. A detector 160 is connected. The input part of the detector forms a resistance division potentiometer, for example, and detects a change in impedance combined with the series electric circuit of the main body part.

ここで、保護膜１５０を介して本体部に圧力が加わると、例えば図２の右側に示されているように、圧力pが加わっている導電体ドット１３１ｂ１と、その一層下に位置している中間電極１２３ａ１とが電気的に接続される。また、もう一層下の導電体ドット１２１ｂ１とその一層下に位置している中間電極１１３ａ１とが圧力に応じ電気的に接続される。これにより、最上部の電極パターンである電極１３３ａ１と電極１２３ａ１，１１３ａ１のリード配線１２３ｂ１、１１３ｂ１間の回路のインピーダンスが変化し、これらリード配線１１３ｂ１、１２３ｂ１を介して信号を取り出すことができる。 Here, when a pressure is applied to the main body through the protective film 150, for example, as shown on the right side of FIG. 2, the conductor dot 131b1 to which the pressure p is applied is positioned below the conductor dot 131b1. The intermediate electrode 123a1 is electrically connected. In addition, the lower conductor dot 121b1 and the intermediate electrode 113a1 positioned therebelow are electrically connected in accordance with the pressure. As a result, the impedance of the circuit between the electrode 133a1 which is the uppermost electrode pattern and the lead wires 123b1 and 113b1 of the electrodes 123a1 and 113a1 changes, and a signal can be taken out through these lead wires 113b1 and 123b1.

すなわち、本体部に面分布的にかかる圧力が或る圧点で印加されないかまたは小さい場合、その圧点における導電体ドット１１１ｂ１、１２１ｂ１、１３１ｂ１は互いに絶縁状態にあるが、圧力の大きさに応じて、導電体ドットが一定のストロークだけ押されて互いに電気的に接続される。つまり、圧力が大きくなってくると導電体ドットのスイッチを介して、その位置で最上部の電極１３３ａ１と、その一層下の中間電極１２３ａ１とが電気的に接続される。それ以外の導電体ドット１１１ｂ１、１２１ｂ１の接続状態は変わらないので、対応する上側のリード配線１２３ｂ１を介して、この状態を示す信号Ｓ２ｎ（その位置での積層体１２０のｎ番目のマトリクス要素からの信号）が出力される。 That is, when the pressure applied to the main body in a surface distribution is not applied at a certain pressure point or is small, the conductor dots 111b1, 121b1, 131b1 at the pressure point are insulative from each other, but depending on the magnitude of the pressure Thus, the conductor dots are pushed by a certain stroke and are electrically connected to each other. That is, when the pressure increases, the uppermost electrode 133a1 and the lower intermediate electrode 123a1 are electrically connected to each other through the switch of the conductive dots. Since the connection state of the other conductor dots 111b1 and 121b1 does not change, the signal S2n indicating this state (from the nth matrix element of the stacked body 120 at that position via the corresponding upper lead wire 123b1 is not changed. Signal) is output.

さらに圧力が大きくなると、もう一層下の導電体ドット１１１ｂ１も押し込まれ、電極１２３ａ１と、さらに下層の電極１１３ａ１が接続される。それ以外の導電体ドット１１１ｂの接続状態は変わらないので、対応する上側のリード配線１１３ｂ１を介して、この状態を示す信号Ｓ１ｎ（その位置での積層体１１０のｎ番目のマトリクス要素からの信号）が出力される。なお図３は図２の導電体ドットの押し込み状態に対応させている。 When the pressure is further increased, the lower conductive dot 111b1 is also pushed in, and the electrode 123a1 and the lower electrode 113a1 are connected. Since the connection state of the other conductor dots 111b does not change, the signal S1n indicating this state (signal from the nth matrix element of the stacked body 110 at that position) is provided via the corresponding upper lead wiring 113b1. Is output. FIG. 3 corresponds to the pushing state of the conductor dots in FIG.

さらに圧力が大きくなると、最下部の導電体ドット１１１ｂ１も押し込まれ、下層の電極１１３ａ１が電極１４０へ接続される。これにより、上部電極１３３から共通電極１４０への電流経路が形成される。従って、回路のインピーダンスの変化し、信号Ｓ１ｎおよび信号Ｓ２ｎが変化し、対応するリード配線１１３ｂ、１２３ｂ、１３３ｂにより取り出すことができる。 When the pressure further increases, the lowermost conductor dot 111b1 is also pushed in, and the lower electrode 113a1 is connected to the electrode 140. As a result, a current path from the upper electrode 133 to the common electrode 140 is formed. Accordingly, the impedance of the circuit changes, and the signals S1n and S2n change and can be taken out by the corresponding lead wires 113b, 123b, 133b.

従って、上部電極１３３ａ１と共通電極１４０間のインピーダンスが、圧力の大きさや分布に応じて、対応するリード配線１１３ｂ、１２３ｂ、１３３ｂを介して、圧力の加わっている位置と範囲を示す信号Ｓ１ｎ，Ｓ２ｎを取り出すことができる。 Accordingly, the impedance between the upper electrode 133a1 and the common electrode 140 is a signal S1n, S2n indicating the position and range where the pressure is applied via the corresponding lead wires 113b, 123b, 133b according to the magnitude and distribution of the pressure. Can be taken out.

上記クッションシートの変形例として異方性導電フィルムを使用することができる。この場合は、導電体ドットに対応して空間を設ける必要がない。 An anisotropic conductive film can be used as a modification of the cushion sheet. In this case, it is not necessary to provide a space corresponding to the conductor dots.

次に、他の実施態様を説明する。図４は、本発明の第２の実施態様による面圧力センサーの本体部の縦断面図である。この面圧力センサーの本体部は、柔軟性を有するシート基板２００と、このシート基板２００に積み重ねて接着された複数の積層体２１０、２２０、２３０とからなっている。 Next, another embodiment will be described. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the main body of the surface pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. The main body portion of the surface pressure sensor includes a flexible sheet substrate 200 and a plurality of stacked bodies 210, 220, and 230 that are stacked and bonded to the sheet substrate 200.

シート基板２００の表面には、導電フィルムの接地共通電極２４０が設けられている。また、積層体２１０、２２０、２３０のそれぞれは、接点シート２１１、２２１、２３１と、電極パターン２１３、２２３、２３３とからなっている。この接点シートは弾性変形可能な異方性導電層からなり、第１の実施態様の接点シートとクッションシートの複合体と同様の機能を果たす。これらの接点シート２１１、２２１、２３１は、特にマトリクス状の構造は形成されていない。 A ground common electrode 240 made of a conductive film is provided on the surface of the sheet substrate 200. Each of the laminates 210, 220, and 230 includes contact sheets 211, 221, and 231 and electrode patterns 213, 223, and 233. This contact sheet is made of an elastically deformable anisotropic conductive layer, and performs the same function as the composite of the contact sheet and cushion sheet of the first embodiment. These contact sheets 211, 221, and 231 are not particularly formed in a matrix structure.

電極パターン２１３、２２３、２３３は、それぞれ接点シート２１１、２２１、２３１の一主面に形成されている。その中の中間電極パターン２１３、２２３は、第１の実施態様と同様に、マトリクス状に配置された複数の電極２１３ａ、２２３ａおよびこれら複数の電極の各々から独立に引き出されたリード配線とからなっている。シート基板２００は、第１の実施態様のシート基板１００と同一のものを使用することができる。 The electrode patterns 213, 223, 233 are formed on one main surface of the contact sheets 211, 221, 231 respectively. The intermediate electrode patterns 213 and 223 therein are composed of a plurality of electrodes 213a and 223a arranged in a matrix and lead wirings independently drawn from each of the plurality of electrodes, as in the first embodiment. ing. The sheet substrate 200 can be the same as the sheet substrate 100 of the first embodiment.

接点シート２１１、２２１、２３１を構成する異方性導電層は、例えば、絶縁性の樹脂やゴムに微細な金属粒子、またはカーボン粒子を分散させたものである。金属粒子のみの場合は良導電体として機能し、カーボンの場合は抵抗体として機能する。これに圧力ｐが加わると、内部の金属粒子同士が接して、面方向は非導通のまま圧力方向への導電性が現れる。この性質を利用することにより、本実施形態の接点シートは第１の実施態様とは異なる構成でクッションシートとしての作用を兼ねることができるのである。 The anisotropic conductive layers constituting the contact sheets 211, 221, and 231 are, for example, those obtained by dispersing fine metal particles or carbon particles in an insulating resin or rubber. In the case of only metal particles, it functions as a good conductor, and in the case of carbon, it functions as a resistor. When pressure p is applied to this, internal metal particles come into contact with each other, and conductivity in the pressure direction appears while the surface direction is non-conductive. By utilizing this property, the contact sheet of this embodiment can also serve as a cushion sheet with a configuration different from that of the first embodiment.

以上のように構成された積層体２１０、２２０、２３０を積み重ね、それらのマトリクスを互いに整合させて接着し、表面を保護膜２５０で覆ることにより面圧力センサーの本体部が構成される。なお、本実施態様に対応する回路図は、図３のものと同一であり、その基本動作もほぼ同一である。 The body 210 of the surface pressure sensor is configured by stacking the laminates 210, 220, and 230 configured as described above, aligning and adhering the matrixes to each other, and covering the surface with the protective film 250. The circuit diagram corresponding to this embodiment is the same as that of FIG. 3, and its basic operation is also substantially the same.

すなわち、保護膜２５０を介して本体部に圧力ｐが加わると、接点シートが変形し、その位置で厚み方向（圧力方向）への導電性が現れる。これはスイッチとして機能することを意味する。また、圧力が大きくなってくると、より下層の接点シートに導電性が現れるので、第１の実施態様で説明した動作が、ここでもそのまま当てはまることが理解できる。 That is, when the pressure p is applied to the main body through the protective film 250, the contact sheet is deformed, and conductivity in the thickness direction (pressure direction) appears at that position. This means that it functions as a switch. Further, when the pressure increases, conductivity appears in the lower contact sheet, so that it can be understood that the operation described in the first embodiment applies here as it is.

なお、接点シート２１１、２２１、２３１に分散された金属粒子の密度によって、感度の調整が可能である。また、電極２１３ａ、２２３ａは導電体で構成されるが、場合により抵抗体で形成しても良い。 The sensitivity can be adjusted by the density of the metal particles dispersed in the contact sheets 211, 221, and 231. In addition, although the electrodes 213a and 223a are made of a conductor, they may be made of a resistor in some cases.

次に、更に他の実施態様を説明する。図５は、本発明の第３の実施態様による面圧力センサーの本体部の縦断面図である。この面圧力センサーの本体部は、第１の実施態様による面圧力センサーの本体部とはその共通電極１４０部分が異なる以外は同一である。なお第１の実施形態と同一符号の部分は同一部分を示す。 Next, still another embodiment will be described. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main body portion of a surface pressure sensor according to a third embodiment of the present invention. The main body of the surface pressure sensor is the same as the main body of the surface pressure sensor according to the first embodiment except that the common electrode 140 is different. In addition, the part of the same code | symbol as 1st Embodiment shows the same part.

すなわち上部電極パターンが共通電極となり、相違点とは、電極パターン３１３、３２３が、それぞれ本発明の第１の実施態様のリード配線と電極を、ＡｕやＣｕで一体とした導電パターンで形成している点と（抵抗体を用いない）、第１の実施態様の共通電極１４０が、電極パターン３１３、３２３と同一構造のマトリクス電極パターン３４０で置き換えられている点である。 In other words, the upper electrode pattern is a common electrode. The difference is that the electrode patterns 313 and 323 are formed by electrically connecting the lead wiring and the electrode of the first embodiment of the present invention with a conductive pattern made of Au or Cu, respectively. The common electrode 140 of the first embodiment is replaced with a matrix electrode pattern 340 having the same structure as the electrode patterns 313 and 323 (no resistor is used).

図６は、本発明の第３の実施態様による制御手段を含む面圧力センサーのマトリクス構造の１要素のみについての回路図である。ここで、共通電極３３３に電圧Ｖｄｄが接地に対して印加される。ＦＥＴ３２７、３１７、３０７のゲートとドレインは、それぞれ抵抗素子３２８、３１８、３０８、３２９、３１９、３０９を介して接地されており、圧力が加わっていなければオフの状態にあり、信号Ｓ２ｎ、信号Ｓ１ｎ、信号Ｓ０ｎは、すべてローレベルである。以下、その動作を説明する。 FIG. 6 is a circuit diagram of only one element of the matrix structure of the surface pressure sensor including the control means according to the third embodiment of the present invention. Here, the voltage Vdd is applied to the common electrode 333 with respect to the ground. The gates and drains of the FETs 327, 317, and 307 are grounded through resistance elements 328, 318, 308, 329, 319, and 309, respectively, and are off when no pressure is applied. The signals S2n and S1n The signals S0n are all at a low level. Hereinafter, the operation will be described.

保護膜３５０を介して本体部に圧力ｐが加わると、図５の右側に示されているように圧力が加わっている導電体ドット３１１ｂが押し込まれ、電極３３３は電極３２３ａと電気的に接続される。これにより、ＦＥＴ３２７がオンし、ハイレベルの信号Ｓ２ｎが出力される。 When pressure p is applied to the main body through the protective film 350, the conductor dots 311b to which pressure is applied are pushed in as shown on the right side of FIG. 5, and the electrode 333 is electrically connected to the electrode 323a. The As a result, the FET 327 is turned on and a high level signal S2n is output.

さらに圧力が大きくなると、もう一層下の導電体ドット３２１ｂも押し込まれ、電極３１３ａと電気的に接続される。これにより、ＦＥＴ３１７がオンし、ハイレベルの信号Ｓ１ｎが出力される。 When the pressure further increases, the conductor dots 321b located below are also pushed in and electrically connected to the electrode 313a. As a result, the FET 317 is turned on, and a high level signal S1n is output.

さらに圧力が大きくなると、もう一層下の導電体ドット３１１ｂも押し込まれ、電極３１３ａと電気的に接続される。これにより、ＦＥＴ３０７がオンし、ハイレベルの信号Ｓ０ｎが出力される。 When the pressure further increases, the conductor dots 311b located below are also pushed in and electrically connected to the electrode 313a. As a result, the FET 307 is turned on and a high-level signal S0n is output.

従って、信号Ｓ２ｎ、信号Ｓ１ｎ、信号Ｓ０ｎは、圧力の加わっている位置と範囲を示すデジタルの信号として出力される。例えば、マトリクスの要素の数が４×４＝１６であれば、この面圧力センサーは、２バイトの信号を出力する。これをマイクロプロセッサへ入力すれば、信号処理は容易である。 Therefore, the signal S2n, the signal S1n, and the signal S0n are output as digital signals indicating the position and range where pressure is applied. For example, if the number of elements in the matrix is 4 × 4 = 16, the surface pressure sensor outputs a 2-byte signal. If this is input to the microprocessor, signal processing is easy.

なお、上記実施態様では、積層体は３個、積み重ねているが、これに限らず任意の数の積層体で面圧力センサーを構成しても良い。積層体の数を増やせば、それだけ精度を高くできる。 In the above embodiment, three stacked bodies are stacked, but the present invention is not limited to this, and the surface pressure sensor may be configured by an arbitrary number of stacked bodies. If the number of laminates is increased, the accuracy can be increased accordingly.

本発明の第１の実施態様による面圧力センサーの本体部の断面構造を透視した斜視図である。It is the perspective view which saw through the cross-section of the main-body part of the surface pressure sensor by the 1st embodiment of this invention. 本発明の第１の実施態様による面圧力センサーの本体部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the main-body part of the surface pressure sensor by the 1st embodiment of this invention. 本発明の第１の実施態様による検出回路を含む面圧力センサーの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the surface pressure sensor including the detection circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施態様による面圧力センサーの本体部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the main-body part of the surface pressure sensor by the 2nd embodiment of this invention. 本発明の第３の実施態様による面圧力センサーの本体部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the main-body part of the surface pressure sensor by the 3rd embodiment of this invention. 本発明の第３の実施態様による制御手段を含む面圧力センサーの部分回路図である。It is a partial circuit diagram of the surface pressure sensor including the control means by the 3rd embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１００シート基板
１１０、１２０、１３０積層体
１１１、１２１、１３１接点シート
１１１ａ、１２１ａ、１３１ａ柔軟性絶縁シート
１１１ｂ、１２１ｂ、１３１ｂ導電体ドット
１１２、１２２、１３２クッションシート
１１２ａ、１２２ａ、１３２ａ空間
１１３、１２３、１３３電極パターン
１１３ａ、１２３ａ中間電極
１１３ｂ、１２３ｂリード配線
１３３ａ上部電極
１４０共通電極
１５０保護膜
１６０検出回路
２００シート基板
２１０、２２０、２３０積層体
２１１、２２１、２３１接点シート
２１３、２２３、２３３電極パターン
２１３ａ、２２３ａ電極
２４０共通電極
２５０保護膜
３０７，３１７，３２７ＦＥＴ
３１１ｂ、３２１ｂ、３３１ｂ導電体ドット
３１３ａ、３２３ａ、３４０ａ電極
３２８、３１８、３０８、３２９、３１９、３０９抵抗素子
３３３共通電極
３４０電極パターン
３５０保護膜 100 Sheet substrate 110, 120, 130 Laminate 111, 121, 131 Contact sheet 111a, 121a, 131a Flexible insulating sheet 111b, 121b, 131b Conductor dot 112, 122, 132 Cushion sheet 112a, 122a, 132a Space 113, 123 133 Electrode pattern 113a, 123a Intermediate electrode 113b, 123b Lead wiring 133a Upper electrode 140 Common electrode 150 Protective film 160 Detection circuit 200 Sheet substrate 210, 220, 230 Laminate 211, 221, 231 Contact sheet 213, 223, 233 Electrode pattern 213a, 223a electrode 240 common electrode 250 protective film 307, 317, 327 FET
311b, 321b, 331b Conductor dots
313a, 323a, 340a Electrode 328, 318, 308, 329, 319, 309 Resistance element 333 Common electrode 340 Electrode pattern 350 Protective film

Claims

柔軟性絶縁シートとこの絶縁シートを貫通して配設され絶縁シートの面方向にマトリクス状に配置された複数の導電体ドットとでなる接点シートと、
前記柔軟性絶縁シートに隣接して積層され前記導電体ドットに対応する位置に空間を形成し膜厚方向に弾性変形可能なクッションシートと、
前記接点シートの前記クッションシート側と反対側の一主面に形成され前記導電体ドットに対応して個別に配置された第１の電極と、
前記クッションシートに隣接配置された第２の電極とを具備し、
前記クッションシートがその面の垂直方向からの圧力により、圧力印加部分で膜厚が圧縮されて前期導電体ドットを介して前記第１の電極と前記第２の電極が電気的に接続されることを特徴とする面圧力センサー。 A contact sheet composed of a flexible insulating sheet and a plurality of conductive dots disposed in a matrix in the surface direction of the insulating sheet disposed through the insulating sheet;
A cushion sheet that is laminated adjacent to the flexible insulating sheet and forms a space at a position corresponding to the conductor dots and is elastically deformable in the film thickness direction;
A first electrode formed on one principal surface of the contact sheet opposite to the cushion sheet side and disposed individually corresponding to the conductor dots;
A second electrode disposed adjacent to the cushion sheet,
The thickness of the cushion sheet is compressed at the pressure application portion by the pressure from the direction perpendicular to the surface of the cushion sheet, and the first electrode and the second electrode are electrically connected through the previous conductor dots. Surface pressure sensor characterized by.

前記クッションシートと前記第２の電極との間に前記第１の電極に対応してマトリクス配列された複数個の中間電極が設けられ、前記中間電極と前記第２の電極間に第２の接点シートおよび第２のクッションシートが設けられてなる請求項１記載の面圧力センサー。 A plurality of intermediate electrodes arranged in a matrix corresponding to the first electrode are provided between the cushion sheet and the second electrode, and a second contact is provided between the intermediate electrode and the second electrode. The surface pressure sensor according to claim 1, further comprising a seat and a second cushion seat.

前記接点シート、クッションシートおよび第１の電極でなる積層体の複数個を積層してなる請求項１記載の面圧力センサー。 The surface pressure sensor according to claim 1, wherein a plurality of laminated bodies including the contact sheet, the cushion sheet, and the first electrode are laminated.

膜厚方向に弾性変形可能で変形部分が導電性となる異方性導電層でできたクッションシートと、
前記クッションシート側の一主面に形成され面方向にマトリクス状に配置された複数の第１の電極と、
前記クッションシートの他の主面に前記第１の電極に対応して配置された第２の電極とを具備し、
前記クッションシートがその面の垂直方向からの圧力により、前記クッションシートが圧力印加部分で膜厚が圧縮変形されて前記第１の電極と前記第２の電極が電気的に接触することを特徴とする面圧力センサー。 A cushion sheet made of an anisotropic conductive layer that can be elastically deformed in the film thickness direction and the deformed portion becomes conductive;
A plurality of first electrodes formed in one principal surface on the cushion seat side and arranged in a matrix in the surface direction;
A second electrode disposed on the other main surface of the cushion sheet corresponding to the first electrode;
The cushion sheet is compressively deformed at a pressure application portion by pressure from a direction perpendicular to the surface of the cushion sheet, and the first electrode and the second electrode are in electrical contact with each other. Surface pressure sensor

前記導電体ドットおよび前記電極の少なくとも一方が抵抗体である請求項１または４記載の面圧力センサー。 The surface pressure sensor according to claim 1, wherein at least one of the conductor dots and the electrodes is a resistor.