特開 2024-162151 荷重検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162151

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】荷重検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/20 20060101AFI20241114BHJP

   G01L 5/00 20060101ALN20241114BHJP

   G01L 5/1623 20200101ALN20241114BHJP

【ＦＩ】

G01L1/20 G

G01L5/00 101Z

G01L5/1623

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077428

(22)【出願日】2023-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金城 拓海

【テーマコード（参考）】

2F051

【Ｆターム（参考）】

2F051AB07

(57)【要約】

【課題】入力面の凹凸数を低減でき、突起のせん断変形のし易さを確保しつつ、回転荷重を検出できる荷重検出装置を提供する。
【解決手段】荷重検出装置は、第１方向に順に配置された圧力検出部と弾性変形部と入力部を有する。圧力検出部はアレイ基板センサ層を有し、複数のアレイ電極は第２方向と第３方向とのそれぞれに配列し、弾性変形部は、第２方向及び第３方向に配列する複数の第１突起を有し、第１突起は、第２方向に配列する２つ以上のアレイ電極と、第３方向に配列する２つ以上のアレイ電極と、のそれぞれと重なるように配置され、入力部は、第２方向及び第３方向に配列する複数の第２突起を有し、第２突起は、第１方向から視て、第２方向に配列する少なくとも２つ以上の第１突起と、第３方向に配列する少なくとも２つ以上の第１突起と、のそれぞれと重なるように配置されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に順に配置された圧力検出部と弾性変形部と入力部を有し、
前記圧力検出部は、
前記第１方向を向く第１面に複数のアレイ電極が設けられたアレイ基板と、
複数の前記アレイ電極と対向するセンサ層と、
を有し、
複数の前記アレイ電極は、前記第１方向と交差する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向の両方に交差する第３方向と、のそれぞれに配列し、
前記弾性変形部は、前記第２方向及び前記第３方向に配列する複数の第１突起を有し、
前記第１突起は、前記第１方向から視て、前記第２方向に配列する少なくとも２つ以上の前記アレイ電極と、前記第３方向に配列する少なくとも２つ以上の前記アレイ電極と、のそれぞれと重なるように配置され、
前記入力部は、前記第２方向及び前記第３方向に配列する複数の第２突起を有し、
前記第２突起は、前記第１方向から視て、前記第２方向に配列する少なくとも２つ以上の前記第１突起と、前記第３方向に配列する少なくとも２つ以上の前記第１突起と、のそれぞれと重なるように配置されている
荷重検出装置。

【請求項2】

前記第２突起は、前記第１方向から視て、前記第２方向に配列する少なくとも３つ以上の前記第１突起と、前記第３方向に配列する少なくとも３つ以上の前記第１突起と、のそれぞれと重なるように配置され、
前記第１方向から視て、１つの前記第２突起と重なる少なくとも９つ以上の前記第１突起のうち、一部は前記第１方向の端部が前記第２突起と接着し、残りは前記第１方向の端部が前記第２突起と未接着である
請求項１に記載の荷重検出装置。

【請求項3】

前記第２突起は、前記第１突起よりも剛性が高い
請求項１又は請求項２に記載の荷重検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷重検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

荷重検出装置は、検出面に垂直に入力する荷重（圧力）と、検出面と平行な方向に入力する荷重と、を検出する装置である。以下、検出面と平行な方向を水平方向という。下記特許文献の荷重検出装置は、圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部に重ねられた弾性変形部と、を備えている。圧力検出部は、複数のアレイ電極が設けられたアレイ基板と、アレイ電極と対向するセンサ層と、を備えている。また、弾性変形部は、複数の突起（バンプ）を有している。１つの突起は、複数のアレイ電極に跨って配置されている。突起の底面は圧力検出部に固定され、突起の先端部に荷重が入力される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２００２８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

荷重検出装置は、荷重の入力面が複数の突起で構成され凹凸状となる。この凹凸の数が多いと、突起間に異物等が侵入し易く、好ましくない。これに対し、突起を大きくし、凹凸の数を低減することが考えられる。しかしながら、突起が大きくなると、水平方向の荷重の入力時にせん断変形し難く、検出感度が悪くなる。また、荷重検出装置では、圧力や水平方向の荷重以外に、回転荷重（入力面に対し垂直な軸を中心とする回転方向の荷重）を検出できることが望まれている。

【0005】

本発明は、入力面の凹凸数を低減でき、突起のせん断変形のし易さを確保しつつ、回転荷重を検出できる荷重検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る荷重検出装置は、第１方向に順に配置された圧力検出部と弾性変形部と入力部を有している。前記圧力検出部は、前記第１方向を向く第１面に複数のアレイ電極が設けられたアレイ基板と、複数の前記アレイ電極と対向するセンサ層と、を有している。複数の前記アレイ電極は、前記第１方向と交差する第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向の両方に交差する第３方向と、のそれぞれに配列している。前記弾性変形部は、前記第２方向及び前記第３方向に配列する複数の第１突起を有している。前記第１突起は、前記第１方向から視て、前記第２方向に配列する少なくとも２つ以上の前記アレイ電極と、前記第３方向に配列する少なくとも２つ以上の前記アレイ電極と、のそれぞれと重なるように配置されている。前記入力部は、前記第２方向及び前記第３方向に配列する複数の第２突起を有している。前記第２突起は、前記第１方向から視て、前記第２方向に配列する少なくとも２つ以上の前記第１突起と、前記第３方向に配列する少なくとも２つ以上の前記第１突起と、のそれぞれと重なるように配置されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態１に係る荷重検出装置を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線で切った断面を矢印方向から視た断面図である。

【図3】図３は、実施形態１の圧力センサの回路構成を示す回路図である。

【図4】図４は、実施形態１において突起と個別検出領域との対応関係を示す模式図である。

【図5】図５は、実施形態１において第１突起に押圧方向の荷重が入力された場合の断面図である。

【図6】図６は、実施形態１において突起に水平方向の荷重が入力された場合の断面図である。

【図7】図７は、実施形態１において第２突起と第１突起との対応関係を示す模式図である。

【図8】図８は、実施形態１において第２突起に水平荷重が作用した場合を断面視した模式図である。

【図9】図９は、実施形態１において第２突起に回転荷重が作用した場合を平面視した模式図である。

【図10】図１０は、実施形態２の荷重検出装置において、第２突起と第１突起の対応関係を示す模式図である。

【図11】図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線の断面を模式化し、矢印方向から視た模式図である。

【図12】図１２は、実施形態２において第２突起に水平荷重が作用した場合を断面視した模式図である。

【図13】図１３は、実施形態２において第２突起に回転荷重が作用した場合を平面視した模式図である。

【図14】図１４は、変形例１の圧力検出部を積層方向に切った断面図である。

【図15】図１５は、変形例２の圧力検出部を積層方向に切った断面図である。

【図16】図１６は、変形例３の圧力検出部であって、圧力入力前の状態を積層方向に切った断面図である。

【図17】図１７は、変形例３の圧力検出部であって、圧力入力後の状態を積層方向に切った断面図である。

【図18】図１８は、変形例４の圧力検出部であって、圧力入力前の状態を積層方向に切った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の荷重検出装置を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示の発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の構成要素には、同一の符号を付し、詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

また、本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

【0010】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る荷重検出装置を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、荷重検出装置１００は、圧力検出部１と、圧力検出部１の一面（検出面１ａ）に配置された弾性変形部６０と、弾性変形部６０から視て圧力検出部１と反対方向に配置された入力部８０と、を備えている。

【0011】

以下の説明において、圧力検出部１と弾性変形部６０と入力部８０が配置された方向を積層方向と称する。積層方向のうち、圧力検出部１から視て入力部８０が配置された方向を第１方向Ｘ１と称する。第１方向Ｘ１と反対方向を押圧方向Ｘ２と称する。押圧方向Ｘ２から視ることを平面視と称する。また、圧力検出部１の一面（検出面１ａ）と平行な方向を水平方向と称する。

【0012】

荷重検出装置１００は、押圧方向Ｘ２の荷重（圧力）と、水平方向の荷重と、回転方向の荷重（図１の矢印Ｈ２を参照）を検出する。回転方向の荷重とは、図１に示すように、積層方向に延在する仮想線Ｈ１を中心に回転方向の荷重Ｈ２である。また、荷重検出装置１００のうち、第１方向Ｘ１に配置される面が荷重の入力面９０となっている。よって、入力面９０は、入力部８０によって構成されている。

【0013】

圧力検出部１は、積層方向の厚みが小さく、かつ水平方向に延在する平板状の装置である。圧力検出部１は、第１方向Ｘ１を向く検出面１ａを有している。圧力検出部１の検出面１ａは、検出面１ａの中央部に位置し圧力を検出可能な検出領域２と、検出領域２の外側を囲む周辺領域３と、に区分けされる。

【0014】

検出領域２は、平面視で長方形に形成されている。よって、検出領域２の外枠Ｌは、一対の長辺２ａと、一対の短辺２ｂと、を有している。以下、長辺２ａと平行な方向を第２方向Ｙと称する。短辺２ｂと平行な方向を第３方向Ｚと称する。検出領域２は、第２方向Ｙと第３方向Ｚとに複数に区分けされている。この区分けされた領域を個別検出領域４と称する。

【0015】

図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線で切った断面を矢印方向から視た断面図である。図２に示すように、圧力検出部１は、第１方向Ｘ１に順に配置されたアレイ基板１０と、センサ層３０と、共通電極４０と、保護層５０と、を有している。また、アレイ基板１０は、第１方向Ｘ１に順に配置された基板１１とアレイ層１２とを有している。

【0016】

基板１１は、アレイ層１２の基材であり、絶縁性を有している。基板１１は、圧力検出部１に荷重が加えられても変形し難い材料により形成され、例えば、ガラス基板、樹脂基板等が挙げられる。

【0017】

アレイ層１２は、基板１１に積層され、基板１１と一体化している。アレイ層１２は、特に図示しないが、積層方向に積層された複数の絶縁層を有している。アレイ層１２の内部には、複数の駆動用トランジスタ（スイッチ素子）１３が設けられている。駆動用トランジスタ１３は、半導体層１３ａと、ゲート絶縁膜１３ｂと、ゲート電極１３ｃと、ドレイン電極１３ｄと、ソース電極１３ｅと、を備えている。駆動用トランジスタ１３は、検出領域２の範囲に配置されている。駆動用トランジスタ１３は、１つの個別検出領域４に対し１つずつ設けられている。よって、複数の駆動用トランジスタ１３は、個別検出領域４に対応して第２方向Ｙと第３方向Ｚに配列している。

【0018】

アレイ層１２は、第１方向Ｘ１を向く第１面１２ａを有している。この第１面１２ａには、複数のアレイ電極２０が設けられている。アレイ電極２０は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属材料で製造されている。アレイ電極２０は、平面視で矩形状に形成されている（図４参照）。アレイ電極２０は、検出領域２の範囲に配置されている。アレイ電極２０は、１つの個別検出領域４に対し１つずつ設けられている。よって、複数のアレイ電極２０は、個別検出領域４に対応して第２方向Ｙと第３方向Ｚに配列している（図１参照）。平面視で、アレイ電極２０は、個別検出領域４の中央部に位置している（図４参照）。アレイ電極２０には、駆動用トランジスタ１３のソース電極１３ｅが接続している。

【0019】

アレイ層１２は、駆動用トランジスタ１３を駆動するための各種構成を含んでいる。具体的に、アレイ層１２は、接続部７（図１参照）、ゲート線駆動回路８（図１参照）、信号線選択回路９（図１参照）、ゲート線１４（図３参照）、及び信号線１５（図３参照）を有している。

【0020】

図１に示すように、接続部７、ゲート線駆動回路８、及び信号線選択回路９は、周辺領域３に配置されている。接続部７は、圧力検出部１の外部に配置された駆動ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と接続するためのものである。なお、本開示においての駆動ＩＣは、接続部７に接続されたフレキシブルプリント基板や、リジット基板の上にＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）として実装されてもよい。または、駆動ＩＣは、周辺領域３にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）として実装されてもよい。

【0021】

ゲート線駆動回路８は、駆動ＩＣからの各種制御信号に基づいて複数のゲート線１４（図３参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路８は、複数のゲート線１４を順次又は同時に選択し、選択されたゲート線１４にゲート駆動信号を供給する。信号線選択回路９は、複数の信号線１５（図３参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路９は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路９は、駆動ＩＣから供給される選択信号に基づき、選択された信号線１５と駆動ＩＣとを接続する。

【0022】

図３は、実施形態１の圧力センサの回路構成を示す回路図である。図３に示すように、ゲート線１４は、一端がゲート線駆動回路８に接続され、検出領域２内を第３方向Ｚに延在している。また、検出領域２内において第２方向Ｙに複数のゲート線１４が配列している。信号線１５は、一端が信号線選択回路９に接続され、検出領域２内を第２方向Ｙに延在している。また、検出領域２内において第３方向Ｚに複数の信号線１５が配列している。

【0023】

ゲート線１４には、駆動用トランジスタ１３のゲート電極１３ｃが接続している。信号線１５には、駆動用トランジスタ１３のドレイン電極１３ｄが接続している。よって、ゲート線１４を走査すると、駆動用トランジスタ１３が閉じる。これにより、アレイ電極２０に入力された電気信号（電流値）は、駆動用トランジスタ１３を介して、信号線１５に出力される。そして、電気信号（電流値）は、信号線１５から駆動ＩＣに送られる。

【0024】

そのほか、特に図示しないが、アレイ層１２は、周辺領域３に沿って延在する共通配線を有している。共通配線は、共通電極４０に電流を供給するための配線である。共通配線は、接続部７を介して駆動ＩＣに接続し、駆動ＩＣから一定量の電流が供給されている。

【0025】

図２に示すように、保護層５０は、水平方向に延在し、かつ絶縁性を備えている。アレイ基板１０の第１面１２ａのうち周辺領域３には、図示しない枠状のスペーサが設けられている。保護層５０は、この図示しないスペーサに支持されている。これにより、保護層５０は、アレイ基板１０に対し第１方向Ｘ１に離隔して配置される。また、保護層５０は、第１方向Ｘ１を向く検出面１ａと、押圧方向Ｘ２を向き、アレイ電極２０と対向する対向面５１と、を有している。

【0026】

共通電極４０は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属材料で形成されている。共通電極４０は、保護層５０の対向面５１に成膜されたベタ膜であり、検出領域２の全ての領域で設けられている。共通電極４０は、図示しない配線により共通配線（不図示）と接続している。よって、共通電極４０には、駆動ＩＣから一定量の電流が供給されている。

【0027】

センサ層３０は、共通電極４０の押圧方向Ｘ２の面４１に設けられている。センサ層３０は、検出領域２の全ての領域で設けられている。センサ層３０は、導電性樹脂により形成されている。センサ層３０の押圧方向Ｘ２の面には、複数の凸部３０ａが設けられている。各凸部３０ａは、アレイ電極２０及びアレイ層１２の第１面１２ａと離隔している。よって、アレイ電極２０及び第１面１２ａと、センサ層３０との間に隙間が生じている。

【0028】

弾性変形部６０は、弾性変形可能な材料で形成されている。よって、弾性変形部６０に荷重が入力されると変形し、荷重がなくなると元の形状に復帰する。弾性変形部６０を形成する代表的な材料として、ゴム、樹脂等が挙げられるが、本開示はこれらに限定されない。

【0029】

図１に示すように、実施形態１の弾性変形部６０は、複数の第１突起６１を有している。第１突起６１は、四角柱状に形成されている。第１突起６１は、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに配列している。なお、図１においては、検出領域２内を見え易くするため、複数の第１突起６１のうち一部の第１突起６１を図示していない。

【0030】

本実施形態の弾性変形部６０は、複数の第１突起６１のみから成る。つまり、複数の第１突起６１はそれぞれ独立している。図２に示すように、第１突起６１の第１方向Ｘ１の端部は先端部６２となっている。第１突起６１は、第１方向Ｘ１を向く先端面６３と、押圧方向Ｘ２を向く底面６４と、４つの側面６５と、を有している。

【0031】

底面６４は、圧力検出部１の検出面１ａに固定されている。固定方法は、接着や溶着が挙げられるが、本開示はこれらの方法に限定されない。４つの側面６５のうち２つが第２方向Ｙを向き、残り２つが第３方向Ｚを向いている。よって、第２方向Ｙや第３方向Ｚに隣り合う２つの第１突起６１は、互いに側面６５同士が対向している。

【0032】

図１に示すように、第１突起６１は、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚのそれぞれに配置された他の第１突起６１に対し離隔している。第１突起６１を積層方向に切った断面形状は、四角形となっている。なお、本実施形態の第１突起６１は、積層方向の断面形状が四角形となっているが、本開示はこれに限定されず、例えば、断面形状が台形であってもよい。

【0033】

図４は、実施形態１において突起と個別検出領域との対応関係を示す模式図である。図４に示すように、平面視すると、第１突起６１は、複数の個別検出領域４に跨って配置されている。よって、１つの第１突起６１に荷重が入力されると、４つの個別検出領域４に荷重が作用（伝達）する。以下、４つの個別検出領域４を１つにまとめて荷重検出領域５と称する。また、底面６４は、４つの辺６６を有している。各辺６６は、平面視でアレイ電極２０と重なっている。

【0034】

図５は、実施形態１において第１突起に押圧方向の荷重が入力された場合の断面図である。なお、図５では、第２突起８１を図示していない。以上の構造によれば、図５に示すように、第１突起６１の先端面６３に圧力Ａ（押圧方向Ｘ２への荷重）が入力されると、第１突起６１が押圧方向Ｘ２へ移動する。また、第１突起６１から共通電極４０及びセンサ層３０に荷重が伝達し、共通電極４０及びセンサ層３０も押圧方向Ｘ２に移動する。そして、センサ層３０の凸部３０ａがアレイ電極２０に接触する。

【0035】

これにより、アレイ電極２０と共通電極４０が電気的に接続し、共通電極４０からアレイ電極２０に電流が流れる（図５の矢印Ａ１を参照）。また、アレイ電極２０に流れた電流は、信号線１５を介して駆動ＩＣに送られる。駆動ＩＣは、検出信号（電流）を受け取り、個別検出領域４に荷重が入力されたことを検出する。

【0036】

また、第１突起６１に入力された圧力Ａが大きい場合、アレイ電極２０に接触する凸部３０ａに数が増加し、アレイ電極２０との接触面積が増加する。さらに、凸部３０ａは、アレイ電極２０に押し付けられて平坦化することで、アレイ電極２０との接触面積が増加する。このような理由から、圧力Ａの増加（接触面積の増加）に比例してアレイ電極２０に入力する電流量が大きくなる。そして、駆動ＩＣは、受け取った電流値の大きさから個別検出領域４に作用した荷重の大きさを検出する。

【0037】

また、第１突起６１に作用した荷重が圧力（押圧方向Ｘ２の荷重）の場合、第１突起６１に作用した圧力は、４つの個別検出領域４に均等に分散される。言い換えると、荷重検出領域５に含まれる４つの個別検出領域４のそれぞれで検出された荷重（電流値）が均等となる。よって、駆動ＩＣは、荷重検出領域５に含まれる４つの個別検出領域４のそれぞれから検出された電流量が均等である場合、第１突起６１に作用した荷重の向きが押圧方向Ｘ２と判断する。

【0038】

図６は、実施形態１において突起に水平方向の荷重が入力された場合の断面図である。なお、図６でも第２突起８１を図示していない。次に、水平方向の荷重（図６の矢印Ｂ参照）が第１突起６１に入力した場合について説明するが、本説明で説明する水平方向の荷重は、第３方向Ｚの荷重（以下、水平荷重Ｂを称する）とする。

【0039】

なお、水平荷重Ｂには、押圧方向Ｘ２の荷重成分が含まれている。このため、第１突起６１の底面６４から検出面１ａに押圧方向Ｘ２の荷重が作用する。この結果、４つの個別検出領域４のそれぞれに属するセンサ層３０はアレイ電極２０と接触し、共通電極４０からアレイ電極２０に電流が流れる。このような理由から、水平荷重Ｂが第１突起６１に入力された場合であっても、個別検出領域４のそれぞれから押圧方向Ｘ２の荷重が検出される。

【0040】

図６に示すように、水平荷重Ｂが第１突起６１の先端部６２に入力されると、第１突起６１の先端部６２は、荷重の方向（第３方向Ｚ）に移動する。一方で、第１突起６１の底面６４が固定され、第１突起６１自体は移動しない。よって、第１突起６１がせん断変形し、第１突起６１の断面形状が平行四辺形となる。

【0041】

第１突起６１の断面形状が平行四辺形になると、第１突起６１にせん断応力が発生する。このため、先端面６３の４辺のうち水平荷重Ｂの方向にある辺（図６の辺６３ａ）と、底面６４の４つの辺６６のうち水平荷重Ｂと反対方向にある辺（図６の辺６６ａ参照）と、の間には、対角線上に伸張するような伸張応力（矢印Ｂ１）が作用する。これにより、底面６４のうち水平荷重Ｂと反対方向にある辺（図６の辺６６ａ参照）の近くでは、底面６４から検出面１ａに作用する押圧方向Ｘ２の荷重が低減する。

【0042】

また、先端面６３の４辺のうち水平荷重Ｂと反対方向にある辺（図６の辺６３ｂ）と、底面６４の４つの辺６６のうち水平荷重Ｂの方向にある辺（図６の辺６６ｂ）と、の間には、対角線上に圧縮するような圧縮応力（矢印Ｂ２）が作用する。これにより、底面６４のうち水平荷重Ｂの方向にある辺（図６の辺６６ｂ参照）の近くでは、底面６４から検出面１ａに作用する押圧方向Ｘ２の荷重が増加する。

【0043】

このような理由から、底面６４から検出面１ａに作用する押圧方向Ｘ２の荷重は、底面６４内で異なり、水平荷重Ｂの方向に位置するほど大きくなり、水平荷重Ｂと反対方向に位置するほど小さくなる。このように、第１突起６１の底面６４から検出面１ａに作用する押圧方向Ｘ２の荷重に偏りが発生する。

【0044】

よって、水平荷重Ｂが入力されると、センサ層３０とアレイ電極２０との接触面積は、辺６６ｂが属する個別検出領域４の方が、辺６６ａが属する個別検出領域４よりも大きくなる。この結果、辺６６ｂが属する個別検出領域４でアレイ電極２０に入力する電流量（図６の矢印Ｂ３参照）は、辺６６ａが属する個別検出領域４でアレイ電極２０に入力する電流量（図６の矢印Ｂ４参照）よりも大きい。

【0045】

よって、駆動ＩＣは、荷重検出領域５に含まれる４つの個別検出領域４のそれぞれから検出された電流量が均等でないと判断した場合、第１突起６１に入力された荷重の向きは水平方向と判断する。また、駆動ＩＣは、４つの個別検出領域４のうち、検出した電流量が小さい個別検出領域４から視て、検出した電流量が大きい個別検出領域４が配置される方向を、水平荷重Ｂの向きと特定する。

【0046】

また、水平荷重Ｂが大きくなるにつれて、底面６４から検出面１ａに作用する押圧方向Ｘ２の荷重の偏りが大きくなる。よって、駆動ＩＣは、各個別検出領域４から検出された電流量の差分（偏り）を算出し、水平荷重Ｂの大きさを算出している。

【0047】

そのほか、第１突起６１に入力する荷重が水平方向の場合、第１突起６１の底面６４から検出面１ａに作用する押圧荷重は、底面６４の４つの辺６６に近いほど大きく変化するする。つまり、せん断応力による荷重の偏りは、底面６４の４つの辺６６に近いほど大きい。本実施形態では、底面６４の４つの辺６６がアレイ電極２０に重なっており（図４参照）、水平方向の荷重を検出する感度が高い。次に入力部８０について説明する。

【0048】

図１に示すように、入力部８０は、複数の第２突起８１を有している。第２突起８１は、四角柱状に形成されている。よって、第２突起８１を積層方向に切った断面形状は、四角形となっている。第２突起８１は、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに配列している。なお、図１においては、検出領域２内を見え易くするため、複数の第２突起８１のうち一部の第２突起８１を図示していない。

【0049】

本実施形態の入力部８０は、複数の第２突起８１のみから成る。つまり、複数の第２突起８１はそれぞれ独立している。図２に示すように、第２突起８１の第１方向Ｘ１の端部は、先端部８２となっている。この先端部８２に荷重が入力される。また、第２突起８１は、第１方向Ｘ１を向く先端面８３と、押圧方向Ｘ２を向く底面８４と、４つの側面８５と、を有している。先端面８３及び底面８４は、それぞれ正方形（四角形）に形成されている。複数の第２突起８１の先端面８３により入力面９０が構成される。底面８４は、第１突起６１の先端面６３に固定されている。固定方法は、接着や溶着が挙げられるが、本開示はこれらの方法に限定されない。

【0050】

図１に示すように、４つの側面８５のうち２つが第２方向Ｙを向き、残り２つが第３方向Ｚを向いている。よって、第２方向Ｙや第３方向Ｚに隣り合う２つの第２突起８１は、側面８５同士が対向している。第２突起８１は、それぞれ、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに配置された他の第２突起８１に対し離隔している。よって、第２突起８１に水平方向の荷重が入力した場合、他の第２突起８１に接触し難い。

【0051】

図７は、実施形態１において第２突起と第１突起との対応関係を示す模式図である。図７に示すように、平面視すると、第２突起８１は、複数の荷重検出領域５に跨って配置されている。よって、１つの第２突起８１に荷重が入力されると、４つの荷重検出領域５のそれぞれに配置された４つの第１突起６１に荷重が作用（伝達）する。

【0052】

そのほか、入力部８０は、弾性変形が生じ難い材料で形成されている。より好ましくは、入力部８０は第１突起よりも剛性が高い材料で形成されている。これによれば、荷重によって入力部８０が変形し、第１突起６１に伝達される荷重が低減する、ということが回避される。

【0053】

次に、実施形態１の荷重検出装置の動作例を説明する。第２突起８１に作用した荷重が圧力（押圧方向Ｘ２の荷重）の場合、第２突起８１から、第２突起８１と接続する４つの第１突起６１に荷重が均等に伝達される。よって、４つの荷重検出領域５のそれぞれで圧力が検出される。

【0054】

図８は、実施形態１において第２突起に水平荷重が作用した場合を断面視した模式図である。図８に示すように、第２突起８１に作用した荷重が水平荷重Ｃの場合、第２突起８１が水平荷重Ｃの方向に移動する。なお、第２突起８１は剛性が高く、せん断変形しない。第２突起８１と接続する４つの第１突起６１は、それぞれの先端部６２が水平荷重Ｃの方向に移動する。これにより、４つの第１突起６１のそれぞれがせん断変形し、４つの荷重検出領域５のそれぞれで水平荷重Ｃが検出される。

【0055】

図９は、実施形態１において第２突起に回転荷重が作用した場合を平面視した模式図である。次に第２突起８１に作用した荷重が回転荷重について説明するが、本説明では、平面視で右回りの荷重（図９の矢印Ｄ参照）が作用した場合を例に挙げて説明する。また、以下の説明では、第２方向Ｙに関し、検出領域２から視て接続部７が配置される方向を下側Ｙ１と称し、下側Ｙ１の反対方向を上側Ｙ２と称する。また、第３方向Ｚに関し、検出領域２を基準に上側Ｙ２を向いて右手が配置される方向を右側Ｚ１と称し、右側Ｚ１と反対側を左側と称する。

【0056】

図９に示すように、第２突起８１に回転荷重Ｄが入力した場合、第２突起８１は、平面視で、第２突起８１の中心Ｏ８１を中心に右回り方向に回転する。このため、４つの第１突起６１のうち左上側に配置される第１突起６１Ａは、先端部６２が上側Ｙ２に移動するような荷重を受ける（矢印Ｄ１参照）。４つの第１突起６１のうち右上側に配置される第１突起６１Ｂは、先端部６２が右側Ｚ１に移動するような荷重を受ける（矢印Ｄ２参照）。４つの第１突起６１のうち右下側に配置される第１突起６１Ｃは、先端部６２が下側Ｙ１に移動するような荷重を受ける（矢印Ｄ３参照）。４つの第１突起６１のうち左下側に配置される第１突起６１Ｄは、先端部６２が左側Ｚ２に移動するような荷重を受ける（矢印Ｄ４参照）。よって、４つの個別検出領域４のそれぞれで異なる方向の水平荷重（矢印Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４参照）が入力される。以上から、駆動ＩＣは、４つの荷重検出領域５のそれぞれで、異なる方向の水平荷重が入力された場合、第２突起８１に入力した荷重を回転荷重と特定する。

【0057】

次に実施形態１の荷重検出装置１００の効果について説明する。本実施形態の荷重検出装置１００によれば、入力面９０が複数の第２突起９１により構成される。つまり入力面９０が第１突起６１により構成される場合よりも、凹凸の数が低減している。このため、突起間（第２突起８１間）に異物が侵入し難い。また、本実施形態では、第１突起６１が大型化されておらず、従来のものと同じ大きさである。よって、第１突起６１のせん断変形のし易さが確保されている。さらに、本実施形態によれば、回転荷重を検出することができる。

【0058】

以上、実施形態１の荷重検出装置１００について説明したが、本開示の荷重検出装置は、第２突起８１が水平方向に所定量移動した後、隣に配置される他の第２突起８１に接触するようになっていてもよい。他の第２突起８１に接触すると、第２突起８１の移動量が小さく制限されるが、第１突起６１にせん断変形が発生しており、水平方向及び回転方向の荷重を検出できる。よって、第２突起８１が水平方向に所定量移動した後、隣に配置される他の第２突起８１に接触してもよい。次に荷重検出装置の他の実施形態について説明する。また、以下の説明では、実施形態１との相違点に絞って説明する。

【0059】

（実施形態２）
図１０は、実施形態２の荷重検出装置において、第２突起と第１突起の対応関係を示す模式図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線の断面を模式化し、矢印方向から視て模式図である。図１０、図１１に示すように、実施形態２の荷重検出装置１００Ａの第２突起１８１（入力部１８０）は、平面視で第２方向Ｙ及び第３方向Ｚのそれぞれに３列ずつ、合計で９つの第１突起１６１（弾性変形部１６０）と重なるように配置されている点で実施形態１と相違している。

【0060】

また、９つの第１突起１６１のうち一部の第１突起１６１が第２突起１８１と接着している。詳細には、９つの第１突起１６１のうち、平面視で、左上に配置された第１突起１６１Ａと、右上に配置された第１突起１６１Ｂと、右下に配置された第１突起１６１Ｃと、左下に配置された第１突起１６１Ｄと、のそれぞれの先端部が第２突起１８１と接着している。以下、第１突起１６１のうち、第２突起１８１と接着している第１突起１６１を接着突起２６１と称する。よって、第２突起１８１が水平方向に移動すると、接着突起２６１の先端部が追従して水平方向に移動する。また、第２突起１８１が押圧方向Ｘ２に移動すると、接着突起２６１が押圧方向Ｘ２への荷重を受ける。

【0061】

以下、第１突起１６１のうち、第２突起１８１と接着していない第１突起１６１を未接着突起３６１と称する。未接着突起３６１の先端面１６３は、第２突起１８１の底面１８４と当接している。よって、第２突起１８１が水平方向に移動しても、未接着突起３６１の先端面１６３は第２突起１８１に追従しない。また、第２突起１８１が押圧方向Ｘ２に移動すると、未接着突起３６１が押圧方向Ｘ２への荷重を受ける。

【0062】

次に実施形態２の荷重検出装置の動作例を説明する。第２突起１８１に作用した荷重が圧力（押圧方向Ｘ２の荷重）の場合、第２突起１８１から９つの第１突起１６１のそれぞれに押圧荷重が伝達される。よって、９つの荷重検出領域５のそれぞれに圧力が検出される。

【0063】

図１２は、実施形態２において第２突起に水平荷重が作用した場合を断面視した模式図である。図１２に示すように、第２突起１８１に水平荷重Ｅが入力された場合、第２突起１８１が水平荷重Ｅの方向に移動する。これにより、接着突起２６１の先端部が水平荷重Ｅの方向に移動し、接着突起２６１がせん断変形する。よって、接着突起２６１が属する荷重検出領域５のそれぞれで水平荷重Ｅが検出される。

【0064】

一方、未接着突起３６１の先端部は、水平荷重Ｅの方向に移動しない。つまり、未接着突起３６１はせん断変形しない。このため、未接着突起３６１が属する荷重検出領域５では水平荷重が検出されない。

【0065】

他方、第２突起１８１に入力された荷重が押圧方向Ｘ２の荷重と水平荷重の両方を含む場合、第２突起１８１は、押圧方向Ｘ２に移動し、かつ水平荷重の方向にも移動する。このため、未接着突起３６１は、第２突起１８１により押圧方向Ｘ２に押圧される。そして、未接着突起３６１が属する荷重検出領域５のそれぞれでは、押圧方向Ｘ２の荷重が検出される。また、第２突起１８１の水平方向への移動に伴い、接着突起２６１の先端部が水平荷重の方向へ移動する。そして、接着突起２６１がせん断変形し、接着突起２６１の属する荷重検出領域５のそれぞれで水平荷重が検出される。

【0066】

図１３は、実施形態２において第２突起に回転荷重が作用した場合を平面視した模式図である。図１３に示すように、第２突起１８１に対し、第２突起１８１の中心Ｏ１８１を中心に右回り方向の回転荷重Ｆが作用した場合、第２突起１８１は、中心Ｏ１８１を中心に右回り方向に回転する。これにより、接着突起２６１がせん断変形する。詳細には、第１突起１６１Ａは、先端部が上側Ｙ２に移動するような荷重を受ける（矢印Ｆ１参照）。第１突起１６１Ｂは、先端部が右側Ｚ１に移動するような荷重を受ける（矢印Ｆ２参照）。第１突起１６１Ｃは、先端部が下側Ｙ１に移動するような荷重を受ける（矢印Ｆ３参照）。第１突起１６１Ｄは、先端部が左側Ｚ２に移動するような荷重を受ける（矢印Ｆ４参照）。よって、４つの接着突起２６１が属する荷重検出領域５のそれぞれで、互いに異なる方向の水平荷重が検出される。

【0067】

また、第２突起１８１に入力された荷重が回転荷重Ｆの場合、未接着突起３６１は、第２突起１８１から押圧されない。よって、未接着突起３６１が属する荷重検出領域５では荷重が検出されない。一方で、第２突起１８１に入力された荷重が回転荷重Ｆ以外に押圧方向Ｘ２の荷重が含まれている場合、未接着突起３６１は第２突起１８１から押圧方向Ｘ２の荷重を受ける。このため、未接着突起３６１が属する荷重検出領域５のそれぞれで圧力が検出される。

【0068】

以上、実施形態２によれば、水平荷重及び回転荷重を検出する場合、水平荷重及び回転荷重に含まれる圧力（押圧方向Ｘ２の荷重）も併せて検出することができる。

【0069】

以上、実施形態１と実施形態２について説明したが、本開示は、上記したものに限定されない。例えば、本実施形態の入力部は、第２突起のみから構成されているが、入力部は、第２突起の他に、第２突起に対し第１方向に配置され、かつ複数の第２突起に跨って配置される複数の第３突起を有していもよい。つまり、入力部における積層方向に重ねられる突起の段数は少なくとも１段以上あればよい。

【0070】

また、実施形態の第２突起は、四角柱となっているが、多角柱、円柱であってもよく、第２突起の形状について特に問わない。

【0071】

また、実施形態では、１つの第１突起６１が４つの個別検出領域４に跨って重なっているが、１つの第１突起６１が第２方向Ｙ及び第３方向Ｚのそれぞれに３列ずつ配列し、合計９個の個別検出領域４と重なるように配置されていてもよい。よって、平面視で１つの第１突起６１と重なる個別検出領域４の数について本開示では特に限定されない。

【0072】

また、複数の第１突起の間に隙間が設けられているが、本開示はこの隙間を充填してもよい。ただし、隙間を充填する材料は、突起（突起部）が変形し易くするため、剛性が低いものが好ましい。

【0073】

また、実施形態では、アレイ電極２０と共通電極４０との配置に関し、センサ層３０を挟んで互いに対向するものを例示したが、本開示はこれに限定されない。以下、他の配置例を採用した変形例１と変形例２を説明する。

【0074】

（変形例１）
図１４は、変形例１の圧力検出部を積層方向に切った断面図である。変形例１の圧力検出部１Ｂのアレイ電極２０と共通電極４０は、アレイ基板１０の第１面１２ａに配置されている。よって、アレイ電極２０と共通電極４０は、水平方向に配置されている。圧力が入力された場合、センサ層３０がアレイ電極２０と共通電極４０のそれぞれに接触し、共通電極４０からアレイ電極２０に電流が流れる。

【0075】

（変形例２）
図１５は、変形例２の圧力検出部を積層方向に切った断面図である。変形例２の圧力検出部１Ｃは、アレイ電極２０と共通電極４０と中間電極４５とを備えている。アレイ電極２０と共通電極４０は、変形例１と同様に、アレイ基板１０の第１面１２ａに配置されている。中間電極４５は、センサ層３０と保護層５０との間に配置されている。そして、圧力が入力された場合、センサ層３０がアレイ電極２０と共通電極４０のそれぞれに接触する。これによれば、共通電極４０から中間電極４５に電流が流れた後、中間電極４５からアレイ電極２０に電流が流れる。

【0076】

また、実施形態のセンサ層３０は、押圧方向Ｘ２の面に凸部３０ａが設けられた導電性樹脂により形成されているが、本開示はこれに限定されない。以下、他のセンサ層を採用した変形例３と変形例４を説明する。

【0077】

（変形例３）
図１６は、変形例３の圧力検出部であって、圧力入力前の状態を積層方向に切った断面図である。図１７は、変形例３の圧力検出部であって、圧力入力後の状態を積層方向に切った断面図である。図１６に示すように、変形例３の圧力検出部１Ｄのセンサ層３０Ｄは、導電性樹脂により製造されている。センサ層３０Ｄの押圧方向Ｘ２の面３３は、水平方向に平坦に形成され、かつアレイ電極２０と接触していない。

【0078】

図１８に示すように、圧力が入力されると、センサ層３０Ｄは、押圧方向Ｘ２に移動し、アレイ電極２０と接触する。これにより、共通電極４０からアレイ電極２０に電流が流れる。また、圧力が大きくなると、センサ層３０Ｄとアレイ電極２０との接触面積が大きくなる。よって、共通電極４０からアレイ電極２０に流れる電流量も大きくなる。

【0079】

（変形例４）
図１８は、変形例４の圧力検出部であって、圧力入力前の状態を積層方向に切った断面図である。図１８に示すように、変形例４の圧力検出部１Ｅのセンサ層３０Ｅは、絶縁性の樹脂の内部に導電性の微粒子３６が含まれているものである。センサ層３０Ｅの押圧方向Ｘ２の面は、アレイ電極２０及びアレイ基板１０の第１面１２ａに接触している。

【0080】

センサ層３０Ｅは、圧力が作用していない状態、つまり変形していない状態では微粒子３６が離隔し、絶縁状態となっている。センサ層３０Ｅに圧力が作用すると、微粒子３６同士が接触する。これにより、センサ層３０Ｅの抵抗値が小さくなり、共通電極４０とアレイ電極２０とが電気的に接続する。そして、共通電極４０からアレイ電極２０に電流が流れる。また、圧力が大きくなると、微粒子３６同士が接触する数が増加し、センサ層３０Ｅの抵抗値がさらに小さくなる。この結果、共通電極４０からアレイ電極２０に流れる電流量も大きくなる。

【0081】

また、第２突起の積層方向の長さは、均等でなくてもよい。つまり、突起及び突起部の積層方向の長さを適宜変更してもよい。また、突起及び突起部は、全て同じ材料により形成しなくてもよい。つまり、異なる材料で形成された突起（又は突起部）が混在していてもよい。また、本開示の第２突起の先端面は、平面に限定されず、摩擦係数を大きくするため、凹状又は突状にしてもよく、特に限定されない。

【符号の説明】

【0082】

１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 圧力検出部
１ａ 検出面
２ 検出領域
３ 周辺領域
４ 個別検出領域
１０ アレイ基板
１３ 駆動用トランジスタ
２０ アレイ電極
３０、３０Ｄ、３０Ｅ センサ層
４０ 共通電極
４５ 中間電極
５０ 保護層
６０ 弾性変形部
６１ 第１突起
８０ 入力部
８１ 第２突起
８２ 先端部
８３ 先端面
８４ 底面
１００、１００Ａ 荷重検出装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】