特許 6190636 静電容量型センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6190636

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】静電容量型センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20170821BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 101Z

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-132394(P2013-132394)

(22)【出願日】2013年6月25日

(65)【公開番号】特開2015-7562(P2015-7562A)

(43)【公開日】2015年1月15日

【審査請求日】2016年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219602

【氏名又は名称】住友理工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115657

【弁理士】

【氏名又は名称】進藤 素子

(74)【代理人】

【識別番号】100115646

【弁理士】

【氏名又は名称】東口 倫昭

(72)【発明者】

【氏名】前田 一之助

(72)【発明者】

【氏名】鶴留 大介

(72)【発明者】

【氏名】柴田 哲好

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−９６７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８２６６９７１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１１−２３１１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−１７８８３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ５／００− ５／２８

Ｇ０１Ｌ １／００− １／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電層と、該誘電層の表側に配置される表側電極部と、該誘電層の裏側に配置される裏側電極部と、を有するセンサ部と、
該センサ部に電気的に接続され、該センサ部に電圧を印加すると共に、該センサ部の静電容量に関する電気量を測定する制御装置と、
を備える静電容量型センサであって、
該誘電層は、４０％圧縮荷重が０．００２ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であり、かつ、圧縮残留歪みが０．１％以上１０％以下である半独立気泡構造の発泡体からなることを特徴とする静電容量型センサ。

【請求項2】

前記発泡体は、ウレタンフォームである請求項１に記載の静電容量型センサ。

【請求項3】

前記センサ部は、前記誘電層の荷重入力面と表裏方向において反対側の面に固着される補強層を備える請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサ。

【請求項4】

前記表側電極部は、互いに平行に並ぶ複数の表側電極からなり、
前記裏側電極部は、互いに平行に並ぶ複数の裏側電極からなり、
表側または裏側から見て、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とは、互いに交差する方向に延在し、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とが重複する部分には、複数の検出部が設定される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の静電容量型センサ。

【請求項5】

前記センサ部は、前記誘電層を挟んで配置される一対の表側基材および裏側基材を備え、
前記表側電極部は、該表側基材の裏面に形成され、
前記裏側電極部は、該裏側基材の表面に形成される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の静電容量型センサ。

【請求項6】

足圧測定に用いられる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の静電容量型センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、荷重センサやタッチセンサなどとして用いられる静電容量型センサに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１に開示されているように、静電容量型センサは、複数の表側電極と、複数の裏側電極と、誘電層と、を備えている。複数の表側電極は、誘電層の表側に配置されている。複数の裏側電極は、誘電層の裏側に配置されている。表側または裏側から見て、複数の表側電極と、複数の裏側電極と、は互いに直交している。複数の表側電極と、複数の裏側電極と、が重複する部分には、複数の検出部が設定されている。検出部に表側から荷重が加わると、誘電層が表裏方向に圧縮される。このため、当該検出部を構成する表側電極と裏側電極との間の電極間距離が小さくなる。したがって、当該検出部の静電容量が大きくなる。

【0003】

このように、静電容量型センサを用いると、電極間距離の変化に伴う静電容量の変化を基に、検出部に加わる荷重を検出することができる。また、複数の検出部において荷重を検出することにより、静電容量型センサの面方向の荷重分布を測定することができる。このため、静電容量型センサは、例えばベッド、布団などの寝具において、寝ている人の体圧分布を測定する際に用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１７３１００号公報

【特許文献2】特開２０１２−１４５４０７号公報

【特許文献3】特開２００９−１０３５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１〜３に開示されているように、静電容量型センサの誘電層としては、発泡体などの材料が用いられている。例えば、寝ている人の体圧分布を測定するためには、比較的小さな荷重を検出できることが必要である。このため、誘電層としては、荷重入力方向（厚さ方向）のばね定数が小さく、小荷重でも厚さの変化が大きい連続気泡構造の発泡体が、適している。一方、リハビリテーションや靴選びなどにおいて、足圧分布測定装置が活用されている。足圧分布の測定においては、より大きな荷重が繰り返しセンサ部に加わる。この場合、誘電層に連続気泡構造の発泡体を用いると、誘電層に圧縮永久歪みが残りやすい。つまり、誘電層がへたりやすい。これにより、荷重分布の正確な測定ができなくなるおそれがある。

【0006】

発泡体のなかでも、独立気泡構造の材料は、硬くへたりにくい。しかしながら、独立気泡構造の発泡体においては、荷重入力方向のばね定数が大きいため、荷重が小さい場合には厚さの変化が小さい。このため、誘電層に独立気泡構造の発泡体を用いると、小荷重の検出が難しくなる。

【0007】

この点、特許文献１には、表面および裏面のうち少なくとも一方に開口する複数の凹部を有する発泡体製の誘電層が、開示されている。特許文献１によると、発泡体の密度を高くして誘電層を硬くする分、複数の凹部を形成して、誘電層のばね定数を小さくしている。しかしながら、特許文献１に記載の誘電層によると、発泡体に貫通孔などの凹部を形成する必要があるため、製造工程が増え、コスト高になる。また、誘電層の硬さ（ばね定数）の調整も難しい。

【0008】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、荷重検出範囲が広く、かつ、誘電層がへたりにくい静電容量型センサを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）上記課題を解決するため、本発明の静電容量型センサは、誘電層と、該誘電層の表側に配置される表側電極部と、該誘電層の裏側に配置される裏側電極部と、を有するセンサ部と、該センサ部に電気的に接続され、該センサ部に電圧を印加すると共に、該センサ部の静電容量に関する電気量を測定する制御装置と、を備える静電容量型センサであって、該誘電層は、半独立気泡構造の発泡体からなることを特徴とする。

【0010】

本発明の静電容量型センサの誘電層は、半独立気泡構造の発泡体からなる。半独立気泡構造とは、独立気泡構造と連続気泡構造とが混在している気泡構造である。このため、本発明の誘電層は、連続気泡構造由来の柔らかさと、独立気泡構造由来のへたりにくさと、の両方を備える。すなわち、本発明の誘電層は、小さな荷重でも厚さの変化が大きく、かつ、大きな荷重が繰り返し加わってもへたりにくい。したがって、本発明の静電容量型センサは、比較的小さな荷重を検出することができると共に、耐久性に優れる。

【0011】

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記発泡体の４０％圧縮荷重は０．００２ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であり、かつ、圧縮残留歪みは０．１％以上１０％以下である構成とする方がよい。

【0012】

本構成によると、誘電層の柔らかさとへたりにくさとを、両立することができる。発泡体の４０％圧縮荷重は、発泡体を４０％圧縮するのに必要な荷重であり、発泡体の硬さの指標になる。発泡体の４０％圧縮荷重は、０．００２ＭＰａ以上０．０２ＭＰａ以下であるとより好適である。４０％圧縮荷重は、ＪＩＳ Ｋ６２５４：２０１０の圧縮試験Ａ法に準じて測定すればよい。

【0013】

発泡体の圧縮残留歪みは、発泡体のへたりにくさの指標になる。発泡体の圧縮残留歪みは、０．１％以上３．０％以下であるとより好適である。圧縮残留歪みは、ＪＩＳ Ｋ６４０１：２０１１に準じて測定すればよい。具体的には、ＪＩＳ Ｋ６４００−４の４．５．２［Ａ法（７０℃の圧縮）］により、圧縮率７５％、７０℃で２２時間加熱して測定すればよい。

【0014】

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記発泡体は、ウレタンフォームである構成とする方がよい。本構成によると、所望の柔らかさとへたりにくさを有する誘電層を作製しやすい。

【0015】

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記センサ部の表側から荷重が入力される場合、該センサ部は、該誘電層の裏面に固着される補強層を備える構成とする方がよい。

【0016】

誘電層に大きな荷重が加わると、生じたせん断力により、誘電層が破壊されるおそれがある。本構成においては、誘電層の裏面に、補強層が固着される。これにより、誘電層を補強して、せん断力による誘電層の破壊を抑制することができる。

【0017】

補強層は、誘電層と比較して硬い。したがって、補強層を荷重入力面に配置すると、荷重を点で受けにくくなり、荷重が分散して、単位面積あたりの荷重が小さくなる。このため、静電容量変化が小さくなり、荷重を検出しにくくなる。また、荷重が加えられた位置の特定も難しくなり、荷重分布の測定精度が低下する。この点、本構成によると、誘電層の荷重入力面（表面）とは反対側の裏面に、補強層が配置される。したがって、誘電層への荷重の伝達を阻害することなく、誘電層を補強することができる。

【0018】

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記表側電極部は、互いに平行に並ぶ複数の表側電極からなり、前記裏側電極部は、互いに平行に並ぶ複数の裏側電極からなり、表側または裏側から見て、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とは、互いに交差する方向に延在し、複数の該表側電極と複数の該裏側電極とが重複する部分には、複数の検出部が設定される構成とする方がよい。

【0019】

本構成によると、複数の検出部において、荷重を検出することができる。このため、静電容量型センサの面方向（表裏方向に対して直交する方向）の荷重分布を測定することができる。

【0020】

（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記センサ部は、前記誘電層を挟んで配置される一対の表側基材および裏側基材を備え、前記表側電極部は、該表側基材の裏面に形成され、前記裏側電極部は、該裏側基材の表面に形成される構成とする方がよい。

【0021】

本発明の静電容量型センサにおいては、誘電層が発泡体からなる。このため、誘電層の表裏両面に、直接電極を形成することは難しい。この点、本構成によると、誘電層の表面に表側電極、裏面に裏側電極を、各々配置することができる。また、表側電極部が形成された表側基材と、裏側電極部が形成された裏側基材と、の間に誘電層を挟むことにより、容易にセンサ部を作製することができる。

【0022】

（７）上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、本発明の静電容量型センサは、足圧測定に用いられることが望ましい。

【0023】

上述したように、本発明の誘電層は、比較的大きな荷重が繰り返し加わっても、へたりにくい。このため、本発明の静電容量型センサは、人の足圧分布を測定するセンサとして好適である。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第一実施形態の静電容量型センサの透過上面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図である。

【図3】同静電容量型センサのセンサ部のブロック図である。

【図4】第二実施形態の静電容量型センサの前後方向断面図である。

【図5】第三実施形態の静電容量型センサの前後方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

次に、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明する。

【0026】

＜第一実施形態＞
以下の図においては、上側が本発明の「表側」に、下側が本発明の「裏側」に、各々対応している。荷重は、センサ部の上側から入力される。

【0027】

［静電容量型センサの構成］
まず、本実施形態の静電容量型センサの構成について説明する。図１に、本実施形態の静電容量型センサの透過上面図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図を示す。図３に、同静電容量型センサのブロック図を示す。

【0028】

図１〜図３に示すように、静電容量型センサ１は、センサ部Ｓと、コネクタ２０と、ハーネス２１と、制御装置２２と、を備えている。センサ部Ｓは、カバー２３と、誘電層３０と、補強層３１と、表側基材３２と、表側電極部３２Ｘと、９本の表側配線３２ｘと、表側カバーコート３４と、裏側基材３３と、裏側電極部３３Ｙと、９本の裏側配線３３ｙと、裏側カバーコート３５と、表側アース電極２４０と、裏側アース電極２４１と、表側絶縁スペーサ２５０と、裏側絶縁スペーサ２５１と、裏端基材２６と、を備えている。

【0029】

（カバー２３）
カバー２３は、ウレタンゴム製であって、袋状を呈している。カバー２３は、絶縁性を有している。カバー２３の内部には、静電容量型センサ１を構成する各部材のうち、コネクタ２０、ハーネス２１、制御装置２２以外の部材が、収容されている。

【0030】

（誘電層３０、補強層３１）
誘電層３０は、厚さ１ｍｍの長方形シート状を呈している。誘電層３０は、半独立気泡構造のウレタンフォーム製である。当該ウレタンフォームの密度は２００ｋｇ／ｍ^３、４０％圧縮荷重は０．００８ＭＰａ、圧縮残留歪みは１．６％である。

【0031】

補強層３１は、誘電層３０の下側に配置されている。補強層３１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製であって、厚さ０．０５ｍｍの長方形シート状を呈している。補強層３１のヤング率は、４．３ＧＰａである。補強層３１は、誘電層３０よりも、硬質である。補強層３１は、絶縁性を有している。補強層３１は、誘電層３０の下面（裏面）全体に固着されている。補強層３１は、誘電層３０と一体成形されている。

【0032】

（表側基材３２、表側電極部３２Ｘ、表側配線３２ｘ、表側カバーコート３４）
表側基材３２は、誘電層３０の上側に配置されている。表側基材３２は、ＰＥＴ製であって、長方形シート状を呈している。表側基材３２は、絶縁性を有している。

【0033】

９本の表側配線３２ｘは、表側基材３２の下面に、スクリーン印刷されている。表側配線３２ｘは、銀ペースト製であって、導電性を有している。表側配線３２ｘは、後述する表側電極３２Ｘａと、コネクタ２０と、を電気的に接続している。コネクタ２０から延びる表側配線３２ｘは、表側電極３２Ｘａの長手方向全長に亘って直線状に延在している。表側配線３２ｘは、表側電極３２Ｘａの幅方向（左右方向）中央に配置されている。

【0034】

表側電極部３２Ｘは、９本の表側電極３２Ｘａを備えている。表側電極３２Ｘａは、直線状であって、表側基材３２の下面に、スクリーン印刷されている。表側電極３２Ｘａは、前後方向（Ｙ方向）に延在している。９本の表側電極３２Ｘａは、左右方向（Ｘ方向）に並んでいる。表側電極３２Ｘａは、カーボンペースト製であって、導電性を有している。表側電極３２Ｘａは、表側配線３２ｘを、部分的に下側から覆っている。

【0035】

表側カバーコート３４は、アクリルゴム製であって、長方形膜状を呈している。表側カバーコート３４は、絶縁性を有している。表側カバーコート３４は、表側基材３２の下面に、スクリーン印刷されている。表側カバーコート３４は、９本の表側配線３２ｘおよび９本の表側電極３２Ｘａを、下側から覆っている。

【0036】

（表側絶縁スペーサ２５０、表側アース電極２４０）
表側絶縁スペーサ２５０は、表側基材３２の上側に配置されている。表側絶縁スペーサ２５０は、ウレタンゴム製であって、厚さ０．４ｍｍの長方形シート状を呈している。表側絶縁スペーサ２５０は、絶縁性を有している。

【0037】

表側アース電極２４０は、カーボンペースト製であって、長方形膜状を呈している。表側アース電極２４０は、導電性を有している。表側アース電極２４０は、表側絶縁スペーサ２５０の上面に、スクリーン印刷されている。

【0038】

また、表側絶縁スペーサ２５０の上面には、表側アース配線（図略）も、スクリーン印刷されている。表側アース配線は、銀ペースト製であって、表側絶縁スペーサ２５０の上面に、櫛歯状に延在している。表側アース配線は、表側絶縁スペーサ２５０と、表側アース電極２４０と、の間に介在している。表側アース電極２４０は、表側アース配線を介して、電気的に接地されている。

【0039】

（裏側基材３３、裏側電極部３３Ｙ、裏側配線３３ｙ、裏側カバーコート３５）
裏側基材３３は、補強層３１の下側に配置されている。裏側基材３３は、ＰＥＴ製であって、長方形シート状を呈している。裏側基材３３は、絶縁性を有している。

【0040】

９本の裏側配線３３ｙは、裏側基材３３の上面に、スクリーン印刷されている。裏側配線３３ｙは、銀ペースト製であって、導電性を有している。裏側配線３３ｙは、後述する裏側電極３３Ｙａと、コネクタ２０と、を電気的に接続している。コネクタ２０から延びる裏側配線３３ｙは、裏側電極３３Ｙａの長手方向全長に亘って直線状に延在している。裏側配線３３ｙは、裏側電極３３Ｙａの幅方向（前後方向）中央に配置されている。

【0041】

裏側電極部３３Ｙは、９本の裏側電極３３Ｙａを備えている。裏側電極３３Ｙａは、直線状であって、裏側基材３３の上面に、スクリーン印刷されている。裏側電極３３Ｙａは、左右方向に延在している。９本の裏側電極３３Ｙａは、前後方向に並んでいる。裏側電極３３Ｙａは、カーボンペースト製であって、導電性を有している。裏側電極３３Ｙａは、裏側配線３３ｙを、部分的に上側から覆っている。

【0042】

裏側カバーコート３５は、アクリルゴム製であって、長方形膜状を呈している。裏側カバーコート３５は、絶縁性を有している。裏側カバーコート３５は、裏側基材３３の上面に、スクリーン印刷されている。裏側カバーコート３５は、９本の裏側配線３３ｙおよび９本の裏側電極３３Ｙａを、上側から覆っている。

【0043】

（裏側絶縁スペーサ２５１、裏側アース電極２４１、裏端基材２６）
裏側絶縁スペーサ２５１は、裏側基材３３の下側に配置されている。裏側絶縁スペーサ２５１は、ウレタンゴム製であって、厚さ０．４ｍｍの長方形シート状を呈している。裏側絶縁スペーサ２５１は、絶縁性を有している。

【0044】

裏端基材２６は、裏側絶縁スペーサ２５１の下側に配置されている。裏端基材２６は、ＰＥＴ製であって、長方形シート状を呈している。裏端基材２６は、絶縁性を有している。

【0045】

裏側アース電極２４１は、カーボンペースト製であって、長方形膜状を呈している。裏側アース電極２４１は、導電性を有している。裏側アース電極２４１は、裏端基材２６の上面に、スクリーン印刷されている。

【0046】

また、裏端基材２６の上面には、裏側アース配線（図略）も、スクリーン印刷されている。裏側アース配線は、銀ペースト製であって、裏端基材２６の上面に、櫛歯状に延在している。裏側アース配線は、裏端基材２６と、裏側アース電極２４１と、の間に介在している。裏側アース電極２４１は、裏側アース配線を介して、電気的に接地されている。

【0047】

（検出部Ｃ）
上側から見て、９本の表側電極３２Ｘａと、９本の裏側電極３３Ｙａと、は格子状に並んでいる。表側電極３２Ｘａと、裏側電極３３Ｙａと、が重複する部分には、検出部Ｃが設定されている。検出部Ｃは、合計８１個配置されている。

【0048】

（コネクタ２０、ハーネス２１、制御装置２２）
コネクタ２０は、静電容量型センサ１の左前隅に配置されている。コネクタ２０には、９本の表側配線３２ｘ、９本の裏側配線３３ｙが、互いに絶縁を確保された状態で、電気的に接続されている。ハーネス２１は、コネクタ２０と、制御装置２２と、を電気的に接続している。制御装置２２は、電源２２０と、入力側切替回路２２１と、出力側切替回路２２２と、静電容量検出部２２３と、を備えている。

【0049】

電源２２０は、９本の表側配線３２ｘを介して、９本の表側電極３２Ｘａに、交流電圧（具体的には矩形波電圧）を印加する。

【0050】

入力側切替回路２２１は、９個のスイッチ（図略）を備えている。入力側切替回路２２１の一端は、電源２２０に接続されている。入力側切替回路２２１の他端は、９本の表側配線３２ｘに接続されている。入力側切替回路２２１は、電源２２０に対して、９本の表側配線３２ｘを、順番に切り替えて接続する。

【0051】

出力側切替回路２２２は、９個のスイッチ（図略）を備えている。出力側切替回路２２２の一端は、９本の裏側配線３３ｙに接続されている。出力側切替回路２２２の他端は、静電容量検出部２２３に接続されている。出力側切替回路２２２は、静電容量検出部２２３に対して、９本の裏側配線３３ｙを、順番に切り替えて接続する。

【0052】

静電容量検出部２２３は、合計８１個の検出部Ｃのうち、電圧が印加されている表側電極３２Ｘａと、静電容量検出部２２３に接続されている裏側電極３３Ｙａと、に関する検出部Ｃの静電容量を測定する。具体的には、静電容量検出部２２３は、検出部Ｃの充電電流を静電容量に変換している。そして、当該静電容量を測定している。充電電流は、本発明の「静電容量に関する電気量」の概念に含まれる。合計８１個の検出部Ｃには、走査的に電圧が印加される。このため、センサ部Ｓにおける荷重分布を測定することができる。

【0053】

［静電容量型センサの動き］
次に、本実施形態の静電容量型センサの動きについて説明する。制御装置２２の静電容量検出部２２３は、センサ部Ｓの有する合計８１個の検出部Ｃの静電容量を、走査的に、順番に測定している。したがって、例えば、人がセンサ部Ｓの上面に立つことにより、足圧分布を測定することができる。

【0054】

［静電容量型センサの作用効果］
次に、本実施形態の静電容量型センサの作用効果について説明する。本実施形態の静電容量型センサ１は、半独立気泡構造のウレタンフォームからなる誘電層３０を備えている。このため、誘電層３０は、小さな荷重でも厚さの変化が大きく、かつ、大きな荷重が繰り返し加わってもへたりにくい。したがって、静電容量型センサ１は、比較的小さな荷重を検出することができると共に、耐久性に優れる。

【0055】

また、誘電層３０の下面には補強層３１が固着されている。これにより、誘電層３０を補強して、せん断力による誘電層３０の破壊を抑制することができる。つまり、誘電層３０の耐久性が高くなる。また、誘電層３０の上面に補強層３１を配置する場合と比較して、誘電層３０を、荷重が加わった部分だけ、局所的に圧縮させることができる。このため、荷重分布の測定精度を高くすることができる。

【0056】

本実施形態の静電容量型センサ１によると、センサ部Ｓが面方向（水平方向）に合計８１個の検出部Ｃを備えている。このため、足圧分布、座圧分布、体圧分布などの種々の荷重分布を測定することができる。

【0057】

本実施形態の静電容量型センサ１においては、表側電極３２Ｘａに矩形波電圧が印加される。ここで、静電容量型センサ１は、表側絶縁スペーサ２５０、表側アース電極２４０を備えている。これにより、上下方向に発生する磁界に起因するノイズを、抑制することができる。また、本実施形態の静電容量型センサ１は、裏側絶縁スペーサ２５１、裏側アース電極２４１を備えている。これにより、フロアや寝具などに起因するセンサ部Ｓの下方からの環境ノイズを、抑制することができる。

【0058】

また、検出部Ｃの静電容量Ｃａに対して、裏側電極３３Ｙａと裏側アース電極２４１との間の電極間距離が一定未満の場合は、静電容量Ｃａに起因する電流は、裏側アース電極２４１を介してグランドに逃げてしまう。この点、本実施形態の静電容量型センサ１は、裏側絶縁スペーサ２５１を備えている。このため、静電容量Ｃａに起因する電流を、裏側電極３３Ｙａ、裏側配線３３ｙを介して、制御装置２２の静電容量検出部２２３に流すことができる。

【0059】

同様に、検出部Ｃの静電容量Ｃａに対して、表側電極３２Ｘａと表側アース電極２４０との間の電極間距離が一定未満の場合は、静電容量Ｃａに起因する電流は、表側アース電極２４０を介してグランドに逃げてしまう。この点、本実施形態の静電容量型センサ１は、表側絶縁スペーサ２５０を備えている。このため、静電容量Ｃａに起因する電流を、表側電極３２Ｘａ、表側配線３２ｘを介して、制御装置２２の静電容量検出部２２３に流すことができる。

【0060】

本実施形態の静電容量型センサ１によると、表側基材３２の下面に、９本の表側配線３２ｘ、９本の表側電極３２Ｘａ、表側カバーコート３４が、スクリーン印刷されている。このため、これらの部材の形状精度、位置精度が高くなる。同様に、本実施形態の静電容量型センサ１によると、裏側基材３３の上面に、９本の裏側配線３３ｙ、９本の裏側電極３３Ｙａ、裏側カバーコート３５が、スクリーン印刷されている。このため、これらの部材の形状精度、位置精度が高くなる。また、予め電極、配線、カバーコートが印刷された一対の表側基材３２と裏側基材３３とを、誘電層３０および補強層３１を挟んで積層させればよいため、静電容量型センサ１の製造が容易である。

【0061】

本実施形態の静電容量型センサ１によると、表側電極３２Ｘａの全長に亘って、表側配線３２ｘが配置されている。同様に、裏側電極３３Ｙａの全長に亘って、裏側配線３３ｙが配置されている。このため、複数の検出部Ｃ間（例えば、前端の検出部Ｃと後端の検出部Ｃとの間）における検出値のばらつきを小さくすることができる。したがって、荷重分布の測定精度を高くすることができる。

【0062】

＜第二実施形態＞
本実施形態の静電容量型センサと、第一実施形態の静電容量型センサとの相違点は、表側アース電極、表側絶縁スペーサが配置されていない点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。

【0063】

図４に、本実施形態の静電容量型センサの前後方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図４に示すように、表側基材３２は、カバー２３の上壁の下側に配置されている。すなわち、カバー２３と表側基材３２との間には、図２に示す表側アース電極２４０、表側絶縁スペーサ２５０は、配置されていない。

【0064】

本実施形態の静電容量型センサと、第一実施形態の静電容量型センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の静電容量型センサにおいては、表側アース電極２４０、表側絶縁スペーサ２５０を備えない分だけ、構成が単純になる。また、荷重が誘電層３０に伝達しやすいため、小荷重に対する検出精度が向上する。

【0065】

＜第三実施形態＞
本実施形態の静電容量型センサと、第一実施形態の静電容量型センサとの相違点は、表側アース電極、裏側アース電極、裏端基材が配置されていない点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。

【0066】

図５に、本実施形態の静電容量型センサの前後方向断面図を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。図５に示すように、カバー２３の上壁と、表側基材３２と、の間には、ウレタンスラブ製の表側絶縁スペーサ２５０が配置されている。表側絶縁スペーサ２５０の厚さは１０ｍｍである。また、カバー２３の下壁と、裏側基材３３と、の間には、ウレタンスラブ製の裏側絶縁スペーサ２５１が配置されている。裏側絶縁スペーサ２５１の厚さは１０ｍｍである。図２に示す表側アース電極２４０、裏側アース電極２４１、裏端基材２６は、配置されていない。

【0067】

本実施形態の静電容量型センサと、第一実施形態の静電容量型センサとは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の静電容量型センサのように、表側絶縁スペーサ２５０、裏側絶縁スペーサ２５１の表裏方向厚さを大きくすれば、表側アース電極、裏側アース電極を配置しなくても、ノイズを抑制することができる。

【0068】

＜その他＞
以上、本発明の静電容量型センサの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

【0069】

上記実施形態においては、誘電層として、半独立気泡構造のウレタンフォームを使用した。しかしながら、誘電層の材質は、半独立気泡構造の発泡体であれば特に限定されない。例えば、シリコーンゴム、ポリエチレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）などの発泡体を使用してもよい。誘電層に使用する発泡体の４０％圧縮荷重は、０．００２ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下であることが望ましい。０．００２ＭＰａ以上０．０２ＭＰａ以下であるとより好適である。また、発泡体の圧縮残留歪みは、０．１％以上１０％以下であることが望ましい。０．１％以上３．０％以下であるとより好適である。また、発泡体の密度は、５０ｋｇ／ｍ^３以上５００ｋｇ／ｍ^３以下であることが望ましい。１００ｋｇ／ｍ^３以上３００ｋｇ／ｍ^３以下であるとより好適である。誘電層として好適な材料としては、例えば、株式会社ロジャースイノアック製のマイクロセルポリマーシート「ＰＯＲＯＮ（登録商標）」などが挙げられる。

【0070】

誘電層の厚さは、耐へたり性、計測静電容量値、計測荷重などを考慮して決定すればよい。例えば、人の足圧分布、体圧分布を測定するためには、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下にすることが望ましい。

【0071】

上記実施形態においては、誘電層の下面に補強層を固着した。しかしながら、補強層は必ずしも必要ではない。補強層の材質は、特に限定されない。絶縁性を有し、人の体重により湾曲する程度の柔軟性を有していればよい。例えば、ヤング率が２０ＭＰａ以上５ＧＰａ以下程度の樹脂、エラストマーを用いればよい。樹脂としては、ＰＥＴ、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などが挙げられる。エラストマーとしては、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどが挙げられる。

【0072】

補強層は、誘電層の荷重入力面とは反対側に配置されることが望ましい。補強層は、誘電層に固定されることが望ましい。補強層は、接着剤などを使用して、あるいは誘電層と一体成形することにより、誘電層に固定すればよい。

【0073】

他の絶縁性を有する部材（例えば、カバー２３、表側絶縁スペーサ２５０、裏側絶縁スペーサ２５１、表側基材３２、裏側基材３３、裏端基材２６、表側カバーコート３４、裏側カバーコート３５など）の材質についても、特に限定されない。補強層と同様に、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＩ、ＰＥＮなどの樹脂、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどのエラストマーを用いればよい。また、絶縁性を有する部材の材料として、樹脂、エラストマーの発泡体（例えば、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリスチレンフォームなど）を用いてもよい。また、絶縁性を有する部材の材料として、樹脂繊維（例えば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維など）の織布、不織布などを用いてもよい。

【0074】

導電性を有する部材（例えば、表側電極部３２Ｘ、裏側電極部３３Ｙ、表側配線３２ｘ、裏側配線３３ｙ、表側アース電極２４０、裏側アース電極２４１など）の材質は、特に限定されない。人の体重により湾曲する程度の柔軟性を有していればよい。例えば、母材であるエラストマーに導電性フィラーを含有させた導電性材料を用いることができる。この場合、エラストマーとしては、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどを用いればよい。導電性フィラーとしては、炭素材料および金属から選ばれる一種以上を用いればよい。金属としては、導電性の高い銀、銅などが好適である。例えば、導電性フィラーとして、銀、銅などの粉末の他、表面に銀などのめっきを施した被覆粒子の粉末を使用することができる。また、炭素材料は、導電性が良好で、比較的安価である。このため、炭素材料製の導電性フィラーを用いると、静電容量型センサの製造コストを低減することができる。炭素材料としては、例えば、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維などが挙げられる。また、導電性を有する部材の材料として、導電性繊維の織布、不織布などを用いてもよい。

【0075】

表側電極部を構成する表側電極、裏側電極部を構成する裏側電極の本数、形状、配置パターンは特に限定されない。表側電極と裏側電極とが重複することにより、少なくとも一つの検出部を設定できればよい。複数の検出部を配置する場合、検出部の配置密度は、検出エリア（荷重分布を検出可能なエリア）全面に亘って、一定でなくてもよい。例えば、荷重が集中しやすい部分に密に、荷重が集中しにくい部分に疎に、検出部を配置してもよい。また、表側電極、裏側電極のうち、一方を、同心円状に配置してもよい。並びに、他方を、一方と同心の放射状に配置してもよい。

【0076】

上記実施形態においては、表側基材の下面に、９本の表側配線、９本の表側電極、表側カバーコートを、スクリーン印刷した。並びに、裏側基材の上面に、９本の裏側配線、９本の裏側電極、裏側カバーコートを、スクリーン印刷した。しかしながら、インクジェット印刷方法、フレキソ印刷方法、グラビア印刷方法、パッド印刷方法、リソグラフィー、ディスペンサー印刷方法など、他の印刷方法により、上記各部材を印刷してもよい。また、接着、貼着、成形など、他の配置方法により、上記各部材を配置してもよい。

【0077】

本発明の静電容量型センサの表裏方向は、上下方向でなくてもよい。例えば、表裏方向が前後方向、左右方向（例えば、静電容量型センサを壁面に配置する場合）であってもよい。また、本発明の静電容量型センサは、平面は勿論、曲面に配置してもよい。曲面に配置する場合、静電容量型センサは曲面の形状に沿って湾曲する。

【0078】

また、上記実施形態においては、表側電極部を入力側切替回路に、裏側電極部を出力側切替回路に、各々接続したが、表側電極部、裏側電極部の接続先は特に限定されない。例えば、表側電極部を出力側切替回路に、裏側電極部を入力側切替回路に、各々接続してもよい。

【0079】

本発明の静電容量型センサは、足圧、座圧、体圧などの測定に好適であるが、相互容量式のタッチセンサとして具現化してもよい。この場合、表側電極部、裏側電極部のうち、一方を受信電極に、他方を送信電極に、設定すればよい。

【符号の説明】

【0080】

１：静電容量型センサ。
２０：コネクタ、２１：ハーネス、２２：制御装置、２２０：電源、２２１：入力側切替回路、２２２：出力側切替回路、２２３：静電容量検出部、２３：カバー、２４０：表側アース電極、２４１：裏側アース電極、２５０：表側絶縁スペーサ、２５１：裏側絶縁スペーサ、２６：裏端基材。
３０：誘電層、３１：補強層、３２：表側基材、３３：裏側基材、３４：表側カバーコート、３５：裏側カバーコート、３２Ｘ：表側電極部、３２Ｘａ：表側電極、３３Ｙ：裏側電極部、３３Ｙａ：裏側電極、３２ｘ：表側配線、３３ｙ：裏側配線。
Ｃ：検出部、Ｓ：センサ部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】