JP2009002740A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor.
圧力の分布を測定できる圧力分布センサが用いられている。圧力分布センサは,自動車座席での着座圧力分布,寝たきり患者用ベッドでの体重分布,スポーツシューズの靴底圧力分布等の分布測定等の測定に利用される。また,ロボットハンドの手先での把持物保護やシャーシ外壁での衝突時保護などにも利用できる。 A pressure distribution sensor capable of measuring the pressure distribution is used. The pressure distribution sensor is used for measurement such as distribution measurement of seating pressure distribution in a car seat, weight distribution in a bed for a bedridden patient, shoe sole pressure distribution of sports shoes, and the like. It can also be used to protect the gripped object at the tip of the robot hand and to protect against collisions on the chassis outer wall.
圧力分布センサには,感圧インク方式,感圧ゴム方式,静電容量方式がある。感圧インク方式,感圧ゴム方式は,静電容量方式よりも普及しているが,素材の価格等に課題がある。静電容量方式はこれらの課題に関しては優れているが,まだ一般的に普及してはいない。なお,複数の感圧素子等を用いる圧力分布センサに関する技術が公開されている(特許文献1参照)。
ここで,圧力が繰り返し印加されることで,圧力センサが劣化する可能性がある。
上記に鑑み,本発明は耐久性を向上した圧力センサを提供することを目的とする。
Here, there is a possibility that the pressure sensor is deteriorated by repeatedly applying the pressure.
In view of the above, an object of the present invention is to provide a pressure sensor with improved durability.
本発明の一態様に係る圧力センサは,第1の弾性基板と,前記第1の弾性基板の主面に設けられた複数の第1の突起部と,前記第1の弾性基板の前記主面側に配置され,複数の第1の電極と,複数の第1の穴部と,を有する第1のフレキシブル基板と,前記第1のフレキシブル基板と対向して配置され,複数の第2の電極と,複数の第2の穴部と,を有する第2のフレキシブル基板と,前記第2のフレキシブル基板の前記第1のフレキシブル基板と対向する面とは反対の面側に配置される第2の弾性基板と,を具備し,前記第1の突起部は,前記複数の第1の穴部をそれぞれ貫通し,前記第2のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有し,前記第2の突起部は,前記複数の第2の穴部をそれぞれ貫通し,前記第1のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有する,ことを特徴とする。 A pressure sensor according to an aspect of the present invention includes a first elastic substrate, a plurality of first protrusions provided on a main surface of the first elastic substrate, and the main surface of the first elastic substrate. A first flexible substrate disposed on the side and having a plurality of first electrodes and a plurality of first holes, and a plurality of second electrodes disposed opposite the first flexible substrate. And a second flexible substrate having a plurality of second holes, and a second flexible substrate disposed on a surface of the second flexible substrate opposite to the surface facing the first flexible substrate. An elastic substrate, and each of the first protrusions has a tip portion that penetrates each of the plurality of first holes and is close to or in contact with the second flexible substrate. Protrusions pass through the plurality of second holes, respectively, and the first flexible Having a tip portion adjacent or contacting the plate, characterized in that.
本発明によれば,耐久性を向上した圧力センサを提供できる。 According to the present invention, a pressure sensor with improved durability can be provided.
以下,図面を参照して,本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお,以下の説明及び図面は,後述するカバー170の圧力Pを受ける面側を仮に上と定義した前提で行う。本発明の実施の形態に係る圧力センサは,その使用される方向に伴って,上下左右の関係が変化することは明らかである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description and drawings, the surface side that receives the pressure P of the
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る圧力センサ100を表す断面図である。
圧力センサ100は,弾性体シート110,120,フレキシブル基板130,140,配線基板150,絶縁フィルム160,カバー170を有する。フレキシブル基板130,140がそれぞれ搭載された弾性体シート110,120が対向して配置される。弾性体シート110およびフレキシブル基板130,弾性体シート120およびフレキシブル基板140はそれぞれ,接着剤等によって接着される。
図2は,弾性体シート110を上面から見た状態を表す上面図である。この図には,後述の柱状突起122が配置される位置が表されている。
図3は,フレキシブル基板130,140,配線基板150を表す上面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing a
The
FIG. 2 is a top view illustrating a state in which the
FIG. 3 is a top view showing the
弾性体シート110には,シリコンゴム等を使用でき,シート本体111,複数の柱状突起112,土手113を有する。
弾性体シート120には,シリコンゴム等を使用でき,シート本体121,複数の柱状突起122を有する。
Silicone rubber or the like can be used for the
Silicone rubber or the like can be used for the
シート本体111,121にはそれぞれ,例えば,シリコンゴムを使用できる。またシリコンゴムの他,圧力印加時に変形する弾性体を用いる事ができる。シート本体111,121はそれぞれ,弾性基板として機能する。
柱状突起112,122はそれぞれ,シート本体111,121間の間隔(ギャップ)を保持するものであり,剛体でもよいが,弾性体であることが好ましい。
土手113は,弾性体シート110,120の周囲近傍で,シート本体111,121の間隔を保持するためのものであり,剛体でもよいが,弾性体であることが好ましい。
For example, silicon rubber can be used for the
Each of the
The
シート本体111,柱状突起112,土手113は,一体的に形成されることが取り扱いの便宜上好ましい。同様に,シート本体121,柱状突起122も,一体的に形成されることが取り扱いの便宜上好ましい。
The
フレキシブル基板130は,ベースフィルム131,走査電極132,スルーホール133を有する。
ベースフィルム131上に短冊(矩形)状の走査電極132が複数並行に配置される。ベースフィルム131の走査電極132の間に,スルーホール133が配置される。スルーホール133を柱状突起112が貫通する。
The
A plurality of strip (rectangular)
フレキシブル基板140は,ベースフィルム141,検出電極142,スルーホール143を有する。
ベースフィルム141上に短冊(矩形)状の検出電極142が複数並行に配置される。ベースフィルム141の検出電極142の間に,スルーホール143が配置される。スルーホール143を柱状突起122が貫通する。
The
A plurality of strip (rectangular)
走査電極132,検出電極142はそれぞれ,第1,第2の電極として機能し,金属等の導電膜を利用できる。即ち,ベースフィルム131,141上に,導電膜を形成し,走査電極132,検出電極142とすることができる。なお,導電膜に換えて,例えば,導電性繊維を走査電極132,検出電極142として利用することも可能である。
The
走査電極132と検出電極142が間隔を有して交差している。柱状突起112,122によって,この交差部の間隔(ギャップ)が保持されることで,コンデンサ(静電容量)が形成される。
The
配線基板150は,ベースフィルム151,引き出し配線152,シールド電極153,154を有し,走査電極132,検出電極142から配線を引き出す。
シールド電極153,154は,引き出し配線152をノイズから保護する。
The
The
フレキシブル基板130,140,配線基板150は,一体的に形成され,図3の一点鎖線(A−A)で折り曲げることで,フレキシブル基板130,140が対向される。このとき,シールド電極153,154も一点鎖線(A−A,B−B)で折り曲げられ,引き出し配線152の裏表に被される。
The
絶縁フィルム160は,走査電極132,検出電極142の電気的短絡を防ぐための膜であり,例えば,ポリエチレンを用いることができる。
カバー170は,例えば,厚さが100μmのシリコンゴム等シートを用いることが可能であり,弾性体シート110,120,フレキシブル基板130,140を覆う。
The
For example, the
圧力センサ100では,柱状突起112,122の先端が互いに対向するフレキシブル基板130,140を押さえ,弾性体シート110,120とフレキシブル基板130,140を固定する接着剤が経年変化で剥がれることを防止する。フレキシブル基板130と弾性体シート110間での接着力が弱まったとしても,外部圧力の印加時に柱状突起112,122がフレキシブル基板130,140を押し込むことで,弾性体シート110,120とフレキシブル基板130,140の剥がれを防止できる。その結果,静電容量の経年変化を低減できる。
In the
本実施形態では,図2に示すように,柱状突起112,122が一直線の列をなすように交互に配置される。このようにすることにより,後述する第2の実施形態よりも柔軟な構造となる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the
(比較例)
図4は,本発明の比較例に係る圧力センサ100xを表す断面図である。
圧力センサ100xは,弾性体シート110,120x,フレキシブル基板130,140x,配線基板150,絶縁フィルム160,カバー170を有する。弾性体シート110およびフレキシブル基板130,弾性体シート120xおよびフレキシブル基板140xはそれぞれ,接着剤等によって接着される。
(Comparative example)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a
The
図5は,圧力センサ100xの弾性体シート110を上面から見た状態を表す上面図である。
図6は,圧力センサ100xのフレキシブル基板130,140x,配線基板150を表す上面図である。
FIG. 5 is a top view illustrating a state in which the
FIG. 6 is a top view showing the
弾性体シート120xは,第1の実施形態に係る弾性体シート120と異なり,柱状突起122を有しない。また,フレキシブル基板140xは,第1の実施形態に係るフレキシブル基板140と異なり,スルーホール143を有しない。
即ち,圧力センサ100Xでは,フレキシブル基板130を押圧する柱状突起122に対応する構造体が存在しない。このため,圧力センサ100xへの圧力印加の繰り返しにより,弾性体シート110とフレキシブル基板130間の接着が剥がれる可能性がある。
Unlike the
That is, in the pressure sensor 100X, there is no structure corresponding to the
これに対して,圧力センサ100では,フレキシブル基板130に柱状突起122の先端が近接または接触している。圧力センサ100に圧力を印加すると,弾性体シート110およびフレキシブル基板130が柱状突起122によって押圧される。このため,弾性体シート110およびフレキシブル基板130間に圧力が印加され,これらの間の接着が剥がれることが防止される。
On the other hand, in the
なお,柱状突起122は,フレキシブル基板130に必ずしも常時接触している必要はない。圧力センサ100に圧力を印加していないときに,柱状突起122がフレキシブル基板130から離間し,圧力を印加したときに,柱状突起122がフレキシブル基板130に接触,押圧すれば足りる。柱状突起112とフレキシブル基板140においてもこの関係は成立する。
Note that the
(圧力センサの製造)
圧力センサ100の製造方法を説明する。
(1)弾性体シート110,120,フレキシブル基板130,140の作成
弾性体シート110,120をそれぞれ一体的に作成する。また,フレキシブル基板130,140をそれぞれ作成する。
(Manufacture of pressure sensors)
A method for manufacturing the
(1) Creation of
(2)弾性体シート110とフレキシブル基板130,弾性体シート120とフレキシブル基板140の接着(図7〜図10)
弾性体シート110に接着剤ADを塗布し,フレキシブル基板130と接着する(図7,図8)。弾性体シート120に接着剤ADを塗布し,フレキシブル基板140と接着する(図9,図10)。
(2) Adhesion of
An adhesive AD is applied to the
(3)弾性体シート110,120,絶縁フィルム160,カバー170の接続(図11)
フレキシブル基板130,140がそれぞれ接着された弾性体シート110,120を対向させ,その間に絶縁フィルム160を挟み,カバー170を被せる。この結果,圧力センサ100が形成される。
(3) Connection of the
The
(圧力の検知)
図12は,圧力Pが印加された圧力センサ100を表す断面図である。
例えば人間の指で圧力センサ100に圧力Pを印加する。圧力Pによって,弾性体シート110,120が撓み,弾性体シート110,120の間隔が部分的に変化する。即ち,走査電極132,検出電極142の交差部の間隔が狭まり,走査電極132,検出電極142によって構成されるコンデンサの静電容量を変化する。この静電容量Cの変化量を読み取ることで,圧力Pが検出される。
(Pressure detection)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the
For example, the pressure P is applied to the
図13は,圧力センサ100の静電容量を検出するための回路構成を表す模式図である。
信号源Vで発生した交流電圧(例えば,100Hzの正弦波)が,選択用のアナログSWを通じて,走査電極132に順次に(一本ずつ)印加される。この交流電圧は,走査電極132と検出電極142間の交差部の静電容量Cを介して,検出電極142に伝わり,容量検出回路180に入力される。容量検出回路180は,静電容量Cをデジタル出力する回路である。容量検出回路180からの出力をデータ収集部190で収集することで,圧力Pの分布をデジタル量として計測することができる。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a circuit configuration for detecting the capacitance of the
An alternating voltage (for example, a 100 Hz sine wave) generated by the signal source V is sequentially (one by one) applied to the
図14は,容量検出回路180の内部構成の一例を表す回路図である。
容量検出回路180は,CV(容量−電圧)変換回路181,整流回路182,AD変換回路183を有する。
CV変換回路181は,容量を電圧に変換する(静電容量Cの変化によるインピーダンス変化を電圧変化に変換する)回路であり,オペアンプ184,コンデンサ185を有する積分回路を用いることができる。
CV変換回路181から出力される信号を整流回路182で整流し,AD変換回路183でデジタル値に変換することで,静電容量Cのデジタル値が出力される。
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example of the internal configuration of the
The
The
The signal output from the
この例では,複数の検出電極142それぞれが,容量検出回路180と個別に接続されている。これに換えて,複数の検出電極142をアナログスイッチで切り替えて一個の容量検出回路180に接続しても良い。
このようにして,外部からの圧力による静電容量変化を検出することで,圧力分布を計測できる。
In this example, each of the plurality of
In this way, the pressure distribution can be measured by detecting the change in capacitance due to external pressure.
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施形態を説明する。
図15は本発明の第2実施形態に係る圧力センサ200を表す断面図である。
圧力センサ200は,弾性体シート210,220,フレキシブル基板230,240,配線基板150,絶縁フィルム260,カバー170を有する。
図16は,弾性体シート210を上面から見た状態を表す上面図である。この図には,柱状突起222が配置される位置が表されている。
図17は,フレキシブル基板230,240,配線基板150を表す上面図である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a sectional view showing a
The
FIG. 16 is a top view illustrating a state in which the
FIG. 17 is a top view showing the
弾性体シート210は,シリコンゴム等を使用でき,シート本体111,複数の柱状突起212,土手113を有する。
弾性体シート220は,シリコンゴム等を使用でき,シート本体121,複数の柱状突起222を有する。
フレキシブル基板230は,ベースフィルム131,走査電極232,スルーホール233を有する。
フレキシブル基板240は,ベースフィルム141,検出電極242,スルーホール243を有する。
The
The
The
The
圧力センサ200の柱状突起212,222,スルーホール233,243の配置は,圧力センサ100の柱状突起112,122,スルーホール133,143と異なる。走査電極232,検出電極242の配置も圧力センサ100の走査電極132,検出電極142の配置と異なる。また,柱状突起212,222の配置の関係で,絶縁フィルム260の形状は絶縁フィルム160の形状と幾分異なる。
以上の点で圧力センサ200は圧力センサ100と相違する。他の点では圧力センサ200,100に特段の相違はないので,詳細な説明を省略する。
The arrangement of the
The
図16に示すように,圧力センサ200では,柱状突起212,222が千鳥状に配置される。即ち,柱状突起212,222が異なる列にずれて配置される。言い換えれば,柱状突起212,222の配置は,柱状突起112,122の配置よりも均一である。圧力センサ200では,柱状突起212,222が均一に(ほぼ等間隔で)配置されることで,圧力センサ100よりも硬くて丈夫になる。
As shown in FIG. 16, in the
これに対して,圧力センサ100では,柱状突起112,122が一直線の列をなすように配置される。このため,柱状突起112,122間の間隔は,柱状突起212,222の間隔より狭い。この結果,圧力センサ100での柱状突起112,122の分布は,圧力センサ200での柱状突起212,222の分布に対して,不均一となる。この不均一性が圧力センサ100を柔らかく高感度としている。即ち,柱状突起122が配置されない柱状突起112間において,弾性体シート120の変形が容易となる(低い圧力で弾性体シート120が大きく変形する)。
On the other hand, in the
以上のように,圧力センサ100,200には,柔らかく高感度か,硬く丈夫かの相違がある。前者は,感度より耐久性を優先する場合,後者は,耐久性より感度を優先する場合に適する。
As described above, the
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(Other embodiments)
Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
100…圧力センサ,110,120…弾性体シート,111,121…シート本体,112,122…柱状突起,113…土手,130,140…フレキシブル基板,131,141…ベースフィルム,132…走査電極,142…検出電極,133,143…スルーホール,150…配線基板,151…ベースフィルム,152…配線,153,154…シールド電極,160…絶縁フィルム,170…カバー,180…容量検出回路,181…変換回路,182…整流回路,183…AD変換回路,184…オペアンプ,185…コンデンサ,190…データ収集部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の弾性基板の主面に設けられた複数の第1の突起部と,
前記第1の弾性基板の前記主面側に配置され,複数の第1の電極と,複数の第1の穴部と,を有する第1のフレキシブル基板と,
前記第1のフレキシブル基板と対向して配置され,複数の第2の電極と,複数の第2の穴部と,を有する第2のフレキシブル基板と,
前記第2のフレキシブル基板の前記第1のフレキシブル基板と対向する面とは反対の面側に配置される第2の弾性基板と,を具備し,
前記第1の突起部は,前記複数の第1の穴部をそれぞれ貫通し,前記第2のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有し,
前記第2の突起部は,前記複数の第2の穴部をそれぞれ貫通し,前記第1のフレキシブル基板と近接または接触する先端部分を有する,
ことを特徴とする圧力センサ。 A first elastic substrate;
A plurality of first protrusions provided on the main surface of the first elastic substrate;
A first flexible substrate disposed on the main surface side of the first elastic substrate and having a plurality of first electrodes and a plurality of first holes;
A second flexible substrate disposed opposite to the first flexible substrate and having a plurality of second electrodes and a plurality of second holes;
A second elastic substrate disposed on a surface opposite to the surface facing the first flexible substrate of the second flexible substrate,
Each of the first protrusions has a tip portion that passes through each of the plurality of first holes and is close to or in contact with the second flexible substrate;
Each of the second protrusions has a tip portion that penetrates each of the plurality of second holes and is close to or in contact with the first flexible substrate;
A pressure sensor characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1, wherein the first and second protrusions are alternately arranged in a row.
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。 The first protrusions are arranged in a first row, and the second protrusions are arranged in a second row different from the first row;
The pressure sensor according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second protrusions are configured integrally with the first and second elastic substrates.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the first and second protrusions are made of an elastic material.
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1, further comprising a capacitance detection unit that detects a capacitance between the first and second electrodes.
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