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(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】P2024092236
(43)【公開日】2024-07-08
(54)【発明の名称】応力センサー及び応力検出用シート
(51)【国際特許分類】
G01L 1/14 20060101AFI20240701BHJP
G01L 5/00 20060101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
G01L1/14 J
G01L5/00 101Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022208016
(22)【出願日】2022-12-26
(71)【出願人】
【識別番号】000231361
【氏名又は名称】ＮＩＳＳＨＡ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100158610
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 新吾
(74)【代理人】
【識別番号】100132698
【弁理士】
【氏名又は名称】川分 康博
(72)【発明者】
【氏名】人見 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】渡津 裕次
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AB06
2F051BA07
(57)【要約】
【課題】検出分解能を維持したまま大型化しても、応力センサーの配線数を大幅に削減でき、大型化が容易な応力センサーを提供する。
【解決手段】応力センサー１では、第２電極層３は、各対の第１列電極３１及び第２列電極３２の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝３５及び第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝３６を有する。各対の第１行電極２１は、Ｎ列の第１溝３５と重なるように配置されている。各対の第２行電極２２は、Ｎ列の第２溝３６と重なるように配置されている。検出回路５は、Ｎ対の第１列電極３１及び第２列電極３２を電極毎に異なるタイミングで駆動する。
【選択図】図６
【解決手段】応力センサー１では、第２電極層３は、各対の第１列電極３１及び第２列電極３２の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝３５及び第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝３６を有する。各対の第１行電極２１は、Ｎ列の第１溝３５と重なるように配置されている。各対の第２行電極２２は、Ｎ列の第２溝３６と重なるように配置されている。検出回路５は、Ｎ対の第１列電極３１及び第２列電極３２を電極毎に異なるタイミングで駆動する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域と重なり、互いに対向するように設けられている第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる絶縁弾性体層と、
前記第１電極層及び前記第２電極層に接続されている検出回路と
を備え、
前記第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の前記第１行電極及び前記第２行電極と前記検出回路とを接続するＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含み、
前記第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の前記第１列電極及び前記第２列電極と前記検出回路とを接続するＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含み、
前記第２電極層は、各対の前記第１列電極及び前記第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び前記第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有し、
各対の前記第１行電極は、Ｎ列の前記第１溝と重なるように配置され、
各対の前記第２行電極は、Ｎ列の前記第２溝と重なるように配置され、
前記検出回路は、
Ｎ対の前記第１列電極及び前記第２列電極を電極毎に異なるタイミングで駆動することにより、
Ｍ行Ｎ列に配置されている前記第１溝における前記第１方向に直交するせん断応力を検出し、
Ｍ行Ｎ列に配置されている前記第２溝における前記第２方向に直交するせん断応力を検出し、
Ｍ対の前記第１行電極及び前記第２行電極とＮ対の前記第１列電極及び前記第２列電極とが交差するＭ行Ｎ列における押圧力を検出するように構成されている、応力センサー。
前記第１電極層と前記第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる絶縁弾性体層と、
前記第１電極層及び前記第２電極層に接続されている検出回路と
を備え、
前記第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の前記第１行電極及び前記第２行電極と前記検出回路とを接続するＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含み、
前記第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の前記第１列電極及び前記第２列電極と前記検出回路とを接続するＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含み、
前記第２電極層は、各対の前記第１列電極及び前記第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び前記第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有し、
各対の前記第１行電極は、Ｎ列の前記第１溝と重なるように配置され、
各対の前記第２行電極は、Ｎ列の前記第２溝と重なるように配置され、
前記検出回路は、
Ｎ対の前記第１列電極及び前記第２列電極を電極毎に異なるタイミングで駆動することにより、
Ｍ行Ｎ列に配置されている前記第１溝における前記第１方向に直交するせん断応力を検出し、
Ｍ行Ｎ列に配置されている前記第２溝における前記第２方向に直交するせん断応力を検出し、
Ｍ対の前記第１行電極及び前記第２行電極とＮ対の前記第１列電極及び前記第２列電極とが交差するＭ行Ｎ列における押圧力を検出するように構成されている、応力センサー。
【請求項2】
前記第１行電極及び前記第２行電極並びに前記第１行配線及び前記第２行配線は、同一面内に配置されている同一部材からなり、
前記第１列電極及び前記第２列電極並びに前記第１列配線及び前記第２列配線は、同一面内に配置されている同一部材からなる、
請求項１に記載の応力センサー。
前記第１列電極及び前記第２列電極並びに前記第１列配線及び前記第２列配線は、同一面内に配置されている同一部材からなる、
請求項１に記載の応力センサー。
【請求項3】
前記各第１行電極は、前記第１溝と重なる複数の応力検出部に比べて互いに隣接する前記応力検出部の間の連絡部が細くなっている、
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
【請求項4】
前記各第１行電極が、各検出領域において、複数箇所で前記第１溝と重なるように構成されている、
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
【請求項5】
前記各第２行電極は、各検出領域において、複数箇所で前記第２溝と重なるように構成されている、
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
【請求項6】
表面に、Ｍ×Ｎ個の前記検出領域と重なり、弾性を有する弾性層を備える、
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
【請求項7】
裏面に、Ｍ×Ｎ個の前記検出領域と重なるシリコーンフィルムを備える、
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
請求項１または請求項２に記載の応力センサー。
【請求項8】
Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域と重なり、互いに対向するように設けられている第１電極層及び第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる絶縁弾性体層と、
を備え、
前記第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の前記第１行電極及び前記第２行電極をシート外の回路に接続するためのＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含み、
前記第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の前記第１列電極及び前記第２列電極をシート外の回路に接続するためのＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含み、
前記第２電極層は、各対の前記第１列電極及び前記第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び前記第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有し、
各対の前記第１行電極は、Ｎ列の前記第１溝と重なるように配置され、
各対の前記第２行電極は、Ｎ列の前記第２溝と重なるように配置されている、応力検出用シート。
前記第１電極層と前記第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる絶縁弾性体層と、
を備え、
前記第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の前記第１行電極及び前記第２行電極をシート外の回路に接続するためのＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含み、
前記第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の前記第１列電極及び前記第２列電極をシート外の回路に接続するためのＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含み、
前記第２電極層は、各対の前記第１列電極及び前記第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び前記第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有し、
各対の前記第１行電極は、Ｎ列の前記第１溝と重なるように配置され、
各対の前記第２行電極は、Ｎ列の前記第２溝と重なるように配置されている、応力検出用シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、応力を検出する応力センサーに関し、特にせん断応力及び圧縮応力を検出する応力センサーに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば、特許文献１（特許第６６９９９５４号公報）に記載されているようなシートを用いる応力センサーがある。この応力センサーは、シート面に対する法線方向の押圧によって応力センサー内の弾性体が圧縮されることを使って圧縮応力（押圧力）を検出する。また、この応力センサーは、シート面に対して面内方向の異なる２つの方向（Ｘ方向とＹ方向）に生じるせん断応力を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６６９９９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されているような２方向のせん断応力と圧縮応力を検出できる従来の応力センサーの検出用シートの基本的な断面構成が、図１２に示されている。図１２に示されている従来の応力センサーの検出用シート９００は、図１３に示されているｊ本の第１帯状電極９１０と、図１４に示されているｋ本の第２帯状電極９２０と、図１５に示されているｊ×ｋ個のセグメント電極９３０とを備えている。互いに隣接するセグメント電極９３０の間には、溝９３５が形成されている。
第１帯状電極９１０は、配置を考慮して詳細に見ると、１行目に配置されている第１帯状電極α１からｊ行目に配置されている第１帯状電極αｊまでのｊ本の電極に分類できる。第２帯状電極９２０は、配置を考慮して詳細に見ると、１列目に配置されている第２帯状電極β１からｋ列目に配置されている第２帯状電極βｋまでのｋ本の電極に分類できる。また、セグメント電極９３０は、配置を考慮して詳細に見ると、１行１列目に配置されているセグメント電極γ（１，１）からｊ行ｋ列目に配置されているセグメント電極γ（ｊ，ｋ）までのｊ×ｋ個の電極に分類できる。
ｊ×ｋ個のセグメント電極９３０は、フレキシブル配線基板９４０に形成されている。フレキシブル配線基板９４０には、ｊ×ｋ個のセグメント電極９３０に接続されているｊ×ｋ個のスルーホール９４５が設けられている。ｊ×ｋ個のスルーホール９４５は、外部の回路に接続するためのｊ×ｋ本の配線９５０に接続されている。
第１帯状電極９１０は、配置を考慮して詳細に見ると、１行目に配置されている第１帯状電極α１からｊ行目に配置されている第１帯状電極αｊまでのｊ本の電極に分類できる。第２帯状電極９２０は、配置を考慮して詳細に見ると、１列目に配置されている第２帯状電極β１からｋ列目に配置されている第２帯状電極βｋまでのｋ本の電極に分類できる。また、セグメント電極９３０は、配置を考慮して詳細に見ると、１行１列目に配置されているセグメント電極γ（１，１）からｊ行ｋ列目に配置されているセグメント電極γ（ｊ，ｋ）までのｊ×ｋ個の電極に分類できる。
ｊ×ｋ個のセグメント電極９３０は、フレキシブル配線基板９４０に形成されている。フレキシブル配線基板９４０には、ｊ×ｋ個のセグメント電極９３０に接続されているｊ×ｋ個のスルーホール９４５が設けられている。ｊ×ｋ個のスルーホール９４５は、外部の回路に接続するためのｊ×ｋ本の配線９５０に接続されている。
【0005】
セグメント電極９３０と第２帯状電極９２０との間には、弾性体９６０が配置されている。外部から従来の応力センサーの検出用シート９００に力が加わると弾性体９６０が変形する。弾性体９６０が変形すると、第１帯状電極９１０及び第２帯状電極９２０とセグメント電極９３０の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、せん断応力及び圧縮応力を検出することができる。なお、第１帯状電極９１０と第２帯状電極９２０との間には、第１帯状電極９１０と第２帯状電極９２０を絶縁するために絶縁フィルム９７１が配置されている。また、応力センサーの検出用シート９００の表面と裏面には、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている導電フィルム９８１，９８２が配置されている。絶縁のために、導電フィルム９８１と第１帯状電極９１０の間に絶縁フィルム９７２が配置され、導電フィルム９８２と配線９５０の間に絶縁フィルム９７３が配置されている。
【0006】
従来の応力センサーの検出用シート９００のような構成では、例えば、２行２列でせん断応力を検出するのに、図１６に示されているような、３行３列に配置されている９個のセグメント電極９３０と、２本の第１帯状電極９１０と、２本の第２帯状電極９２０とが必要になる。図１６の検出用シート９００を用いると、２行２列のＸ方向のせん断応力とＹ方向のせん断応力を検出することができる。
このように、従来の応力センサーの検出用シート９００では、マトリクス状に配置されている多数のセグメント電極９３０並びに第１帯状電極９１０及び第２帯状電極９２０によって多数の箇所で圧縮応力及びせん断応力を検出することができる。
しかしながら、ｊ×ｋ個のセグメント電極９３０に対して外部の回路との接続を図るためには、ｊ×ｋ本の配線９５０が必要になる。また、配線９５０とセグメント電極９３０との接続のためにスルーホール９４５を形成できるフレキシブル配線基板９４０が必要になる。
このように、従来の応力センサーの検出用シート９００では、マトリクス状に配置されている多数のセグメント電極９３０並びに第１帯状電極９１０及び第２帯状電極９２０によって多数の箇所で圧縮応力及びせん断応力を検出することができる。
しかしながら、ｊ×ｋ個のセグメント電極９３０に対して外部の回路との接続を図るためには、ｊ×ｋ本の配線９５０が必要になる。また、配線９５０とセグメント電極９３０との接続のためにスルーホール９４５を形成できるフレキシブル配線基板９４０が必要になる。
【0007】
図１２に示されているような検出シート用９００を備える従来の応力センサーでは、検出分解能を維持したまま、配線数を増加させずに大型化することが難しい。検出分解能を維持したまま検出用シート９００を大型化すると、セグメント電極９３０の個数が増えて配線９５０の本数が増える。配線９５０の本数が増えると、フレキシブル配線基板９４０と接続するための外部の回路のコネクタピンの本数も増え、検出用シート９００と外部の回路との着脱が困難になる。また、検出用シート９００を大型化すると、検出用シート９００に用いられるフレキシブル配線基板９４０も大型化してフレキシブル配線基板９４０が高価なものとなる。
本発明の課題は、検出分解能を維持したまま大型化しても、応力センサーの配線数を大幅に削減でき、大型化が容易な応力センサーを提供することである。
本発明の課題は、検出分解能を維持したまま大型化しても、応力センサーの配線数を大幅に削減でき、大型化が容易な応力センサーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係る応力センサーは、第１電極層及び第２電極層と、絶縁弾性体層と、検出回路とを備えている。第１電極層及び第２電極層は、Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域と重なり、互いに対向するように設けられている。絶縁弾性体層は、第１電極層と第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる。検出回路は、第１電極層及び第２電極層に接続されている。第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の第１行電極及び第２行電極と検出回路とを接続するＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含んでいる。第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の第１列電極及び第２列電極と検出回路とを接続するＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含んでいる。第２電極層は、各対の第１列電極及び第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有する。各対の第１行電極は、Ｎ列の第１溝と重なるように配置されている。各対の第２行電極は、Ｎ列の第２溝と重なるように配置されている。検出回路は、Ｎ対の第１列電極及び第２列電極を電極毎に異なるタイミングで駆動することにより、Ｍ行Ｎ列に配置されている第１溝における第１方向に直交するせん断応力を検出し、Ｍ行Ｎ列に配置されている第２溝における第２方向に直交するせん断応力を検出し、Ｍ対の第１行電極及び第２行電極とＮ対の第１列電極及び第２列電極とが交差するＭ行Ｎ列における押圧力を検出するように構成されている。
このような構成を有する応力センサーは、Ｍ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線並びにＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線を設けることで、Ｍ行Ｎ列の第１方向及び第２方向のせん断応力並びに圧縮応力を検出できるように配線するための配線数を大幅に削減することができる。
本発明の一見地に係る応力センサーは、第１電極層及び第２電極層と、絶縁弾性体層と、検出回路とを備えている。第１電極層及び第２電極層は、Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域と重なり、互いに対向するように設けられている。絶縁弾性体層は、第１電極層と第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる。検出回路は、第１電極層及び第２電極層に接続されている。第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の第１行電極及び第２行電極と検出回路とを接続するＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含んでいる。第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の第１列電極及び第２列電極と検出回路とを接続するＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含んでいる。第２電極層は、各対の第１列電極及び第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有する。各対の第１行電極は、Ｎ列の第１溝と重なるように配置されている。各対の第２行電極は、Ｎ列の第２溝と重なるように配置されている。検出回路は、Ｎ対の第１列電極及び第２列電極を電極毎に異なるタイミングで駆動することにより、Ｍ行Ｎ列に配置されている第１溝における第１方向に直交するせん断応力を検出し、Ｍ行Ｎ列に配置されている第２溝における第２方向に直交するせん断応力を検出し、Ｍ対の第１行電極及び第２行電極とＮ対の第１列電極及び第２列電極とが交差するＭ行Ｎ列における押圧力を検出するように構成されている。
このような構成を有する応力センサーは、Ｍ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線並びにＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線を設けることで、Ｍ行Ｎ列の第１方向及び第２方向のせん断応力並びに圧縮応力を検出できるように配線するための配線数を大幅に削減することができる。
【0009】
上述の応力センサーは、第１行電極及び第２行電極並びに第１行配線及び第２行配線は、同一面内に配置されている同一部材からなり、第１列電極及び第２列電極並びに第１列配線及び第２列配線は、同一面内に配置されている同一部材からなるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、第１行電極及び第２行電極、第１行配線及び第２行配線、第１列電極及び第２列電極並びに第１列配線及び第２列配線を含む例えば検出用シートを薄くすることができる。また、行列に配置される電極間距離が等しくなるので、電極間距離が異なることによる第１方向と第２方向のせん断応力についての感度の差を無くすことができる。
上述の応力センサーは、各第１行電極は、第１溝と重なる複数の応力検出部に比べて互いに隣接する応力検出部の間の連絡部が細くなっている。このように構成された応力センサーは、連絡部が細くない場合に比べて多軸干渉を抑制することができる。
上述の応力センサーは、各第１行電極が、各検出領域において、複数箇所で第１溝と重なるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、第１行電極と第１溝の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて多軸干渉が発生し難くなる。
上述の応力センサーは、各第２行電極は、各検出領域において、複数箇所で第２溝と重なるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、第２行電極と第２溝の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて多軸干渉が発生し難くなる。
上述の応力センサーは、表面に、Ｍ×Ｎ個の検出領域と重なり、弾性を有する弾性層を備えるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、弾性層で応力が分散されて多軸干渉が発生し難くなる。
上述の応力センサーは、裏面に、Ｍ×Ｎ個の検出領域と重なるシリコーンフィルムを備えるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、裏面のシリコーンフィルムにより検出領域を含む例えば検出用シートが滑らなくなり、せん断応力を測定しやすくなる。
上述の応力センサーは、各第１行電極は、第１溝と重なる複数の応力検出部に比べて互いに隣接する応力検出部の間の連絡部が細くなっている。このように構成された応力センサーは、連絡部が細くない場合に比べて多軸干渉を抑制することができる。
上述の応力センサーは、各第１行電極が、各検出領域において、複数箇所で第１溝と重なるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、第１行電極と第１溝の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて多軸干渉が発生し難くなる。
上述の応力センサーは、各第２行電極は、各検出領域において、複数箇所で第２溝と重なるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、第２行電極と第２溝の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて多軸干渉が発生し難くなる。
上述の応力センサーは、表面に、Ｍ×Ｎ個の検出領域と重なり、弾性を有する弾性層を備えるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、弾性層で応力が分散されて多軸干渉が発生し難くなる。
上述の応力センサーは、裏面に、Ｍ×Ｎ個の検出領域と重なるシリコーンフィルムを備えるように構成することができる。このように構成された応力センサーは、裏面のシリコーンフィルムにより検出領域を含む例えば検出用シートが滑らなくなり、せん断応力を測定しやすくなる。
【0010】
本発明の一見地に係る応力検出用シートは、第１電極層及び第２電極層と絶縁弾性体層とを備える。第１電極層及び第２電極層は、Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域と重なり、互いに対向するように設けられている。絶縁弾性体層は、第１電極層と第２電極層との間に在って両電極層を電気的に絶縁するとともに弾性変形可能な材料からなる。第１電極層は、Ｎ列に渡って延びていて互いに絶縁されているＭ対の第１行電極及び第２行電極と、Ｍ対の第１行電極及び第２行電極をシート外の回路に接続するためのＭ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線とを含む。第２電極層は、Ｍ行に渡って延びていて互いに絶縁されているＮ対の第１列電極及び第２列電極と、Ｎ対の第１列電極及び第２列電極をシート外の回路に接続するためのＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線とを含む。第２電極層は、各対の第１列電極及び第２列電極の間に、各行において第１方向に延びるＭ本の第１溝及び第１方向と交差する第２方向に延びるＭ本の第２溝を有する。各対の第１行電極は、Ｎ列の第１溝と重なるように配置されている。各対の第２行電極は、Ｎ列の第２溝と重なるように配置されている。
このような構成を有する応力検出用シートは、Ｍ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線並びにＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線を設けることで、Ｍ行Ｎ列の第１方向及び第２方向のせん断応力並びに圧縮応力を検出できるように配線するための配線数を大幅に削減することができる。
このような構成を有する応力検出用シートは、Ｍ本の第１行配線及びＭ本の第２行配線並びにＮ本の第１列配線及びＮ本の第２列配線を設けることで、Ｍ行Ｎ列の第１方向及び第２方向のせん断応力並びに圧縮応力を検出できるように配線するための配線数を大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明の応力センサーによれば、検出分解能を維持したまま大型化しても配線数を大幅に削減でき、大型化が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の応力センサーの構成例を示す概念図である。
【図2】第１実施形態に係る４行４列の基本的な第１電極層と第２電極層の構成例を示す平面図である。
【図3】検出回路の基本的な静電容量の測定手順を説明するためのフローチャートである。
【図4】第１実施形態の静電容量の測定に係る各検出領域のコンデンサを模式的に示す平面図である。
【図5】第１実施形態の応力センサーの検出用シートの断面構成を示す模式的な断面図である。
【図6】第２実施形態に係る応力センサーの構成例を示す概念図である。
【図9】第２実施形態の静電容量の測定に係る各検出領域のコンデンサを模式的に示す平面図である。
【図10】第２実施形態の応力センサーの検出用シートの断面構成を示す模式的な断面図である。
【図11】第３実施形態に係る応力センサーの検出用シートの構成例を示す模式的な平面図である。
【図12】従来の応力センサーの検出用シートの断面構成を示す模式的な断面図である。
【図13】従来の応力センサーの検出用シートの第１帯状電極を示す平面図である。
【図14】従来の応力センサーの検出用シートの第１帯状電極を示す平面図である。
【図15】従来の応力センサーの検出用シートのセグメント電極を示す平面図である。
【図16】従来の２行２列のＸ方向のせん断応力とＹ方向のせん断応力、及び各セグメント電極に印加される押圧力を検出する検出用シートの構成を説明するための模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
＜第１実施形態＞
（１）応力センサーの基本的な構成
図１には、第１実施形態について、応力センサー１の基本的な構成の概要が示されている。図１に示されているように、応力センサー１は、第１電極層２と、第２電極層３と、絶縁弾性体層４と、検出回路５とを備えている。なお、図１において、第１電極層２と第２電極層３と絶縁弾性体層４とを見て区別し易くするため、第１電極層２と第２電極層３と絶縁弾性体層４は、実際とは異なり、互いにずらして描かれている。
応力センサー１は、Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域DAを有している。応力センサー１では、それぞれの検出領域DAで個別に応力を検出することができる。言い換えると、Ｍ×Ｎ個の箇所で押圧力（圧縮応力）を検出でき、Ｍ×Ｎ個の箇所で第１方向のせん断応力を検出でき、Ｍ×Ｎ個の箇所で第２方向のせん断応力を検出できる。図１に示されている応力センサー１のうちの検出回路５以外の部分は、応力検出用シート８である。
第１電極層２は、検出回路５に接続するためのＭ本の第１行配線２３及びＭ本の第２行配線２４を含んでいる。なお、図１においては、１行目の第１行配線２３と第２行配線２４及び、Ｍ行目の第１行配線２３とＭ行目の第２行配線２４を記載し、他の行の第１行配線２３と第２行配線２４の記載は省略している。
第２電極層３は、検出回路５に接続するためのＮ本の第１列配線３３及びＮ本の第２列配線３４を含んでいる。図１においては、１列目の第１列配線３３と第２列配線３４及び、Ｎ列目の第１列配線３３とＮ列目の第２列配線３４を記載し、他の列の第１列配線３３と第２列配線３４の記載は省略している。
絶縁弾性体層４は、弾性変形可能な絶縁性の材料からなる。絶縁弾性体層４は、第１電極層２と第２電極層３との間に在って、第１電極層２と第２電極層３を電気的に絶縁している。
（１）応力センサーの基本的な構成
図１には、第１実施形態について、応力センサー１の基本的な構成の概要が示されている。図１に示されているように、応力センサー１は、第１電極層２と、第２電極層３と、絶縁弾性体層４と、検出回路５とを備えている。なお、図１において、第１電極層２と第２電極層３と絶縁弾性体層４とを見て区別し易くするため、第１電極層２と第２電極層３と絶縁弾性体層４は、実際とは異なり、互いにずらして描かれている。
応力センサー１は、Ｍ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは２以上の整数）に分けて検出するためのＭ×Ｎ個の検出領域DAを有している。応力センサー１では、それぞれの検出領域DAで個別に応力を検出することができる。言い換えると、Ｍ×Ｎ個の箇所で押圧力（圧縮応力）を検出でき、Ｍ×Ｎ個の箇所で第１方向のせん断応力を検出でき、Ｍ×Ｎ個の箇所で第２方向のせん断応力を検出できる。図１に示されている応力センサー１のうちの検出回路５以外の部分は、応力検出用シート８である。
第１電極層２は、検出回路５に接続するためのＭ本の第１行配線２３及びＭ本の第２行配線２４を含んでいる。なお、図１においては、１行目の第１行配線２３と第２行配線２４及び、Ｍ行目の第１行配線２３とＭ行目の第２行配線２４を記載し、他の行の第１行配線２３と第２行配線２４の記載は省略している。
第２電極層３は、検出回路５に接続するためのＮ本の第１列配線３３及びＮ本の第２列配線３４を含んでいる。図１においては、１列目の第１列配線３３と第２列配線３４及び、Ｎ列目の第１列配線３３とＮ列目の第２列配線３４を記載し、他の列の第１列配線３３と第２列配線３４の記載は省略している。
絶縁弾性体層４は、弾性変形可能な絶縁性の材料からなる。絶縁弾性体層４は、第１電極層２と第２電極層３との間に在って、第１電極層２と第２電極層３を電気的に絶縁している。
【0014】
（２）各検出領域の基本的な構成
図２には、４行４列の基本的な第１電極層２と第２電極層３の構成の一例が示されている。図２には、検出領域DAが配置されている応力検出用シート８を表側から見た場合の第１電極層２と第２電極層３の構成が示されている。図２には、応力検出用シート８のうち第１電極層２と第２電極層３の構成のみが記載され、絶縁弾性体層４などの他の構成の記載は省かれている。
第１電極層２は、２列に渡って延びていて互いに絶縁されている２対の第１行電極２１及び第２行電極２２と、２対の第１行電極２１及び第２行電極２２と検出回路５とを接続する２本の第１行配線２３及び２本の第２行配線２４とを含んでいる。
第２電極層３は、２行に渡って延びていて互いに絶縁されている２対の第１列電極３１及び第２列電極３２と、２対の第１列電極３１及び第２列電極３２と検出回路５とを接続する２本の第１列配線３３及び２本の第２列配線３４とを含んでいる。
第２電極層３は、各対の第１列電極３１及び第２列電極３２は、各行において第１方向に延びる２本の第１溝３５及び第１方向と交差する第２方向に延びる２本の第２溝３６を有している。
各対の第１行電極２１は、２列の第１溝３５と重なるように配置されている。また、各対の第２行電極２２は、２列の第２溝３６と重なるように配置されている。なお、第２行電極２２と重なっている溝は僅かに第１方向に延びる部分を有しているが、第２溝３６は、このような第１方向に延びる部分以外の部分である。
図２において、１行１列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（１，１）であり、２行１列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（２，１）であり、１行２列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（１，２）であり、２行２列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（２，２）である。
図２には、４行４列の基本的な第１電極層２と第２電極層３の構成の一例が示されている。図２には、検出領域DAが配置されている応力検出用シート８を表側から見た場合の第１電極層２と第２電極層３の構成が示されている。図２には、応力検出用シート８のうち第１電極層２と第２電極層３の構成のみが記載され、絶縁弾性体層４などの他の構成の記載は省かれている。
第１電極層２は、２列に渡って延びていて互いに絶縁されている２対の第１行電極２１及び第２行電極２２と、２対の第１行電極２１及び第２行電極２２と検出回路５とを接続する２本の第１行配線２３及び２本の第２行配線２４とを含んでいる。
第２電極層３は、２行に渡って延びていて互いに絶縁されている２対の第１列電極３１及び第２列電極３２と、２対の第１列電極３１及び第２列電極３２と検出回路５とを接続する２本の第１列配線３３及び２本の第２列配線３４とを含んでいる。
第２電極層３は、各対の第１列電極３１及び第２列電極３２は、各行において第１方向に延びる２本の第１溝３５及び第１方向と交差する第２方向に延びる２本の第２溝３６を有している。
各対の第１行電極２１は、２列の第１溝３５と重なるように配置されている。また、各対の第２行電極２２は、２列の第２溝３６と重なるように配置されている。なお、第２行電極２２と重なっている溝は僅かに第１方向に延びる部分を有しているが、第２溝３６は、このような第１方向に延びる部分以外の部分である。
図２において、１行１列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（１，１）であり、２行１列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（２，１）であり、１行２列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（１，２）であり、２行２列目に配置された検出領域DAが検出領域DA（２，２）である。
【0015】
（３）検出回路における応力の検出
検出回路５は、２対の第１列電極３１及び第２列電極３２を電極毎に異なるタイミングで駆動する。つまり、第１列電極３１と第２列電極３２がドライブ電極であり、第１行電極２１と第２行電極２２がセンス電極である。
図３に示されているように、検出回路５は、まず、１列目の第１列電極３１を駆動する（ステップＳＴ１）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って１列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って１列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ２）。１列目の第２列電極３２を駆動する（ステップＳＴ３）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って１列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って１列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ１～ＳＴ４による１列目についての静電容量の測定の結果を用いて、検出回路５は、１行１列及び２行１列における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力を検出する。言い換えると、ステップＳＴ１～ＳＴ４では、検出領域DA（１，１），DA（２，１）における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力が検出される。
次に、検出回路５は、２列目の第１列電極３１を駆動する（ステップＳＴ５）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って２列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って２列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ６）。２列目の第２列電極３２を駆動する（ステップＳＴ７）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って２列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って２列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ５～ＳＴ８による２列目についての静電容量の測定の結果を用いて、検出回路５は、１行２列及び２行２列における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力を検出する。言い換えると、ステップＳＴ５～ＳＴ８では、２列目の検出領域DA（１，２），DA（２，２）における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力が検出される。
なお、応力センサー１は、第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力の検出において、検出前に、応力が掛かっていない状態で、静電容量を測定するキャリブレーションを行う。
検出回路５は、２対の第１列電極３１及び第２列電極３２を電極毎に異なるタイミングで駆動する。つまり、第１列電極３１と第２列電極３２がドライブ電極であり、第１行電極２１と第２行電極２２がセンス電極である。
図３に示されているように、検出回路５は、まず、１列目の第１列電極３１を駆動する（ステップＳＴ１）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って１列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って１列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ２）。１列目の第２列電極３２を駆動する（ステップＳＴ３）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って１列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って１列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ１～ＳＴ４による１列目についての静電容量の測定の結果を用いて、検出回路５は、１行１列及び２行１列における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力を検出する。言い換えると、ステップＳＴ１～ＳＴ４では、検出領域DA（１，１），DA（２，１）における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力が検出される。
次に、検出回路５は、２列目の第１列電極３１を駆動する（ステップＳＴ５）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って２列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って２列目の第１列電極３１との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ６）。２列目の第２列電極３２を駆動する（ステップＳＴ７）。そして、検出回路５は、１行目の第１行電極２１と第２行電極２２を使って２列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定するとともに、２行目の第１行電極２１と第２行電極を使って２列目の第２列電極３２との間の静電容量を測定する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ５～ＳＴ８による２列目についての静電容量の測定の結果を用いて、検出回路５は、１行２列及び２行２列における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力を検出する。言い換えると、ステップＳＴ５～ＳＴ８では、２列目の検出領域DA（１，２），DA（２，２）における第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力が検出される。
なお、応力センサー１は、第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力の検出において、検出前に、応力が掛かっていない状態で、静電容量を測定するキャリブレーションを行う。
【0016】
（４）応力の検出のための計算
次に、図４を用いて、各検出領域DAにおける第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力の検出について説明する。図４には、１つの検出領域DAで形成される４つのコンデンサＣｏＲ，ＣｏＬ，ＣｏＵ，ＣｏＤが斜線で示されている。コンデンサＣｏＬは、第１行電極２１と第１列電極３１の重なり部分で構成される。コンデンサＣｏＲは、第１行電極２１と第２列電極３２の重なり部分で構成される。コンデンサＣｏＵは、第２行電極２２と第１列電極３１の重なり部分で構成される。コンデンサＣｏＤは、第２行電極２２と第２列電極３２の重なり部分で構成される。
荷重が印加された場合について、これら４つのコンデンサＣｏＲ，ＣｏＬ，ＣｏＵ，ＣｏＤの静電容量を、それぞれＣＲ，ＣＬ，ＣＵ，ＣＤと表記する。また、荷重が印加されていないときのコンデンサＣｏＲ，ＣｏＬ，ＣｏＵ，ＣｏＤの静電容量を、それぞれＣＲBL，ＣＬBL，ＣＵBL，ＣＤBLと表記する。
静電容量ＣＬは、第１行電極２１と第１列電極３１の間に生じる静電容量である。静電容量ＣＲは、第１行電極２１と第２列電極３２の間に生じる静電容量である。静電容量ＣＵは、第２行電極２２と第１列電極３１の間に生じる静電容量である。静電容量ＣＤは、第２行電極２２と第２列電極３２の間に生じる静電容量である。
第１方向、第２方向のせん断応力Ｆ1、Ｆ2及び、応力検出用シート８の面に対して垂直な方向の圧縮応力Ｆvは、定数Ｋ1，Ｋ2，ＫvとＣＵ、ＣＤ、ＣＬ，ＣＲを用いると下記の［１］式、［２］式及び［３］式のように計算できる。
Ｆ1＝Ｋ1×｛ＣＤ／（ＣＵ＋ＣＤ）－ＣＤBL／（ＣＵBL＋ＣＤBL）｝ ・・・［１］
Ｆ2＝Ｋ2×｛ＣＲ／（ＣＬ＋ＣＲ）－ＣＲBL／（ＣＬBL＋ＣＲBL）｝ ・・・［２］
Ｆv＝Ｋv×{（ＣＬ+ ＣＲ＋ＣＵ＋ＣＤ）／（ＣＬBL＋ＣＲBL＋ＣＵBL＋ＣＤBL）－１} ・・・［３］
上述のＦ1，Ｆ2及びFvを、次のＰ１，Ｐ２，Ｐｖを用いて書き直すと、［４］式、［５］式及び［６］式になる。
Ｐ1＝ＣＤ／（ＣＵ＋ＣＤ）－１／２
Ｐ2＝ＣＲ／（ＣＬ＋ＣＲ）－１／２
Ｐv＝ＣＬ＋ＣＲ＋ＣＵ＋ＣＤ
Ｆ1＝Ｋ1×［Ｐ1－Ｐ1BL］ ・・・［４］
Ｆ2＝Ｋ2×［Ｐ2－Ｐ2BL］ ・・・［５］
Ｆv＝Ｋv×Ｐv／Pv BL ・・・［６］
ただし、添え字BLは、応力の掛かっていない状態でのＰ1，Ｐ2，Ｐvの値を示している。また、Ｋ1は感度曲線［Ｐ1／Ｆ1］の傾きの逆数、Ｋ2は感度曲線［Ｐ2／Ｆ2］の傾きの逆数、Ｋvは感度曲線［Ｐv／Ｆv］の傾きの逆数である。
図４に示されているように、各第１行電極２１は、第１溝３５と重なる応力検出部２１ａに比べて互いに隣接する応力検出部２１ａの間の連絡部２１ｂが細くなっている。応力検出部２１ａは、長方形状であって、長辺が第１溝３５に沿って延びている。応力検出部２１ａと連絡部２１ｂの幅が同じ場合に比べて、応力検出部２１ａの幅が大きくなることによって、応力の変化に対する静電容量の変化が大きくなるので、応力を検出し易くなる。また、連絡部２１ｂの幅が小さいことによって、多軸干渉が発生するのを抑制することができる。ここでいう多軸干渉とは、検出対象の応力が検出対象以外の応力の影響を受ける現象であり、例えば、第１せん断応力を検出する際に、第１せん断応力の大きさが圧縮応力の大きさによって変化するような現象である。
次に、図４を用いて、各検出領域DAにおける第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力及び押圧力の検出について説明する。図４には、１つの検出領域DAで形成される４つのコンデンサＣｏＲ，ＣｏＬ，ＣｏＵ，ＣｏＤが斜線で示されている。コンデンサＣｏＬは、第１行電極２１と第１列電極３１の重なり部分で構成される。コンデンサＣｏＲは、第１行電極２１と第２列電極３２の重なり部分で構成される。コンデンサＣｏＵは、第２行電極２２と第１列電極３１の重なり部分で構成される。コンデンサＣｏＤは、第２行電極２２と第２列電極３２の重なり部分で構成される。
荷重が印加された場合について、これら４つのコンデンサＣｏＲ，ＣｏＬ，ＣｏＵ，ＣｏＤの静電容量を、それぞれＣＲ，ＣＬ，ＣＵ，ＣＤと表記する。また、荷重が印加されていないときのコンデンサＣｏＲ，ＣｏＬ，ＣｏＵ，ＣｏＤの静電容量を、それぞれＣＲBL，ＣＬBL，ＣＵBL，ＣＤBLと表記する。
静電容量ＣＬは、第１行電極２１と第１列電極３１の間に生じる静電容量である。静電容量ＣＲは、第１行電極２１と第２列電極３２の間に生じる静電容量である。静電容量ＣＵは、第２行電極２２と第１列電極３１の間に生じる静電容量である。静電容量ＣＤは、第２行電極２２と第２列電極３２の間に生じる静電容量である。
第１方向、第２方向のせん断応力Ｆ1、Ｆ2及び、応力検出用シート８の面に対して垂直な方向の圧縮応力Ｆvは、定数Ｋ1，Ｋ2，ＫvとＣＵ、ＣＤ、ＣＬ，ＣＲを用いると下記の［１］式、［２］式及び［３］式のように計算できる。
Ｆ1＝Ｋ1×｛ＣＤ／（ＣＵ＋ＣＤ）－ＣＤBL／（ＣＵBL＋ＣＤBL）｝ ・・・［１］
Ｆ2＝Ｋ2×｛ＣＲ／（ＣＬ＋ＣＲ）－ＣＲBL／（ＣＬBL＋ＣＲBL）｝ ・・・［２］
Ｆv＝Ｋv×{（ＣＬ+ ＣＲ＋ＣＵ＋ＣＤ）／（ＣＬBL＋ＣＲBL＋ＣＵBL＋ＣＤBL）－１} ・・・［３］
上述のＦ1，Ｆ2及びFvを、次のＰ１，Ｐ２，Ｐｖを用いて書き直すと、［４］式、［５］式及び［６］式になる。
Ｐ1＝ＣＤ／（ＣＵ＋ＣＤ）－１／２
Ｐ2＝ＣＲ／（ＣＬ＋ＣＲ）－１／２
Ｐv＝ＣＬ＋ＣＲ＋ＣＵ＋ＣＤ
Ｆ1＝Ｋ1×［Ｐ1－Ｐ1BL］ ・・・［４］
Ｆ2＝Ｋ2×［Ｐ2－Ｐ2BL］ ・・・［５］
Ｆv＝Ｋv×Ｐv／Pv BL ・・・［６］
ただし、添え字BLは、応力の掛かっていない状態でのＰ1，Ｐ2，Ｐvの値を示している。また、Ｋ1は感度曲線［Ｐ1／Ｆ1］の傾きの逆数、Ｋ2は感度曲線［Ｐ2／Ｆ2］の傾きの逆数、Ｋvは感度曲線［Ｐv／Ｆv］の傾きの逆数である。
図４に示されているように、各第１行電極２１は、第１溝３５と重なる応力検出部２１ａに比べて互いに隣接する応力検出部２１ａの間の連絡部２１ｂが細くなっている。応力検出部２１ａは、長方形状であって、長辺が第１溝３５に沿って延びている。応力検出部２１ａと連絡部２１ｂの幅が同じ場合に比べて、応力検出部２１ａの幅が大きくなることによって、応力の変化に対する静電容量の変化が大きくなるので、応力を検出し易くなる。また、連絡部２１ｂの幅が小さいことによって、多軸干渉が発生するのを抑制することができる。ここでいう多軸干渉とは、検出対象の応力が検出対象以外の応力の影響を受ける現象であり、例えば、第１せん断応力を検出する際に、第１せん断応力の大きさが圧縮応力の大きさによって変化するような現象である。
【0017】
（５）検出用シートの断面構成
図５には、第１実施形態に係る応力センサー１の応力検出用シート８の基本的な断面構成の概要が示されている。応力検出用シート８は、上部電極層ＵＤＬと下部電極層ＬＤＬと絶縁弾性体層４とを備えている。絶縁弾性体層４の上には、第１電極層２が配置され、絶縁弾性体層４の下には、第２電極層３が配置されている。具体的には、例えば、絶縁弾性体層４の上面に接着剤によって第１電極層２が接着され、絶縁弾性体層４の下面に接着剤によって第２電極層３が接着されている。言い換えると、上部電極層ＵＤＬと下部電極層ＬＤＬの間に絶縁弾性体層４が挟まるように、上部電極層ＵＤＬと下部電極層ＬＤＬに絶縁弾性体層４が接着剤によって接着されている。
絶縁弾性体層４には、弾性変形可能な材料として、例えばフォーム材が用いられている。
上部電極層ＵＤＬでは、上から順に、保護層７１、導電層７２、絶縁層７３、第１電極層２が設けられている。保護層７１及び絶縁層７３は、例えば絶縁性フィルムによって構成されている。保護層７１には、圧力を分散させることのできる弾性変形可能な材料を用いることが好ましい。また、導電層７２及び第１電極層２は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。導電層７２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。
下部電極層ＬＤＬでは、下から順に、保護層８１、導電層８２、絶縁層８３、第２電極層３が設けられている。保護層８１及び絶縁層８３は、例えば絶縁性フィルムによって構成されている。保護層８１には、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂またはゴムからなる滑り止め性能を有する滑り止めシートを用いることが好ましい。また、導電層８２及び第２電極層３は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。導電層８２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。
図５には、第１実施形態に係る応力センサー１の応力検出用シート８の基本的な断面構成の概要が示されている。応力検出用シート８は、上部電極層ＵＤＬと下部電極層ＬＤＬと絶縁弾性体層４とを備えている。絶縁弾性体層４の上には、第１電極層２が配置され、絶縁弾性体層４の下には、第２電極層３が配置されている。具体的には、例えば、絶縁弾性体層４の上面に接着剤によって第１電極層２が接着され、絶縁弾性体層４の下面に接着剤によって第２電極層３が接着されている。言い換えると、上部電極層ＵＤＬと下部電極層ＬＤＬの間に絶縁弾性体層４が挟まるように、上部電極層ＵＤＬと下部電極層ＬＤＬに絶縁弾性体層４が接着剤によって接着されている。
絶縁弾性体層４には、弾性変形可能な材料として、例えばフォーム材が用いられている。
上部電極層ＵＤＬでは、上から順に、保護層７１、導電層７２、絶縁層７３、第１電極層２が設けられている。保護層７１及び絶縁層７３は、例えば絶縁性フィルムによって構成されている。保護層７１には、圧力を分散させることのできる弾性変形可能な材料を用いることが好ましい。また、導電層７２及び第１電極層２は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。導電層７２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。
下部電極層ＬＤＬでは、下から順に、保護層８１、導電層８２、絶縁層８３、第２電極層３が設けられている。保護層８１及び絶縁層８３は、例えば絶縁性フィルムによって構成されている。保護層８１には、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂またはゴムからなる滑り止め性能を有する滑り止めシートを用いることが好ましい。また、導電層８２及び第２電極層３は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。導電層８２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。
【0018】
＜第２実施形態＞
（６）応力センサーの全体構成
図６には、第２実施形態について、応力センサー１の全体構成の概要が示されている。図６に示されているように、応力センサー１は、第１電極層２と、第２電極層３と、検出回路５とを備えている。図６には、絶縁弾性体層４が示されていないが、図６の応力センサー１も、図１の応力センサー１と同様に絶縁弾性体層４を有している（図１０参照）。
図６の応力センサー１は、３行３列に分けて検出するための９個の検出領域DAを有している。検出領域DAは、配置されている場所で区別する場合には、行列の表示を添えて表示され、例えばＭ行Ｎ列の検出領域には符号「DA（Ｍ，Ｎ）」が付されている。例えば、検出領域DA（２，２）は、２行２列目に配置された検出領域である。検出領域DA（２，２）では、２行２列目において、押圧力（圧縮応力）、第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力を検出できる。図６に示されている応力センサー１のうちの検出回路５以外の部分は、応力検出用シート８である。
検出回路５は、センス回路５１とドライブ回路５２とを含んでいる。
（６）応力センサーの全体構成
図６には、第２実施形態について、応力センサー１の全体構成の概要が示されている。図６に示されているように、応力センサー１は、第１電極層２と、第２電極層３と、検出回路５とを備えている。図６には、絶縁弾性体層４が示されていないが、図６の応力センサー１も、図１の応力センサー１と同様に絶縁弾性体層４を有している（図１０参照）。
図６の応力センサー１は、３行３列に分けて検出するための９個の検出領域DAを有している。検出領域DAは、配置されている場所で区別する場合には、行列の表示を添えて表示され、例えばＭ行Ｎ列の検出領域には符号「DA（Ｍ，Ｎ）」が付されている。例えば、検出領域DA（２，２）は、２行２列目に配置された検出領域である。検出領域DA（２，２）では、２行２列目において、押圧力（圧縮応力）、第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力を検出できる。図６に示されている応力センサー１のうちの検出回路５以外の部分は、応力検出用シート８である。
検出回路５は、センス回路５１とドライブ回路５２とを含んでいる。
【0019】
（７）第１電極層と第２電極層の構成
図７には、第１電極層２が示されている。第１行電極２１及び第２行電極２２は、配置されている場所で区別する場合には、行の表示を添えて表示され、例えば１行目のものには符号「-１」が付されている。第１電極層２は、３列に渡って延びていて互いに絶縁されている３対の第１行電極２１-1～２１-3及び第２行電極２２-1～２２-3と、３対の第１行電極２１-1～２１-3及び第２行電極２２-1～２２-3と検出回路５のセンス回路５１とを接続する３本の第１行配線２３-1～２３-3及び３本の第２行配線２４-1～２４-3とを含んでいる。
図８には、第２電極層３が示されている。第１列電極３１及び第２列電極３２は、配置されている場所で区別する場合には、列の表示を添えて表示され、例えば１列目のものには符号「-１」が付されている。第２電極層３は、３行に渡って延びていて互いに絶縁されている３対の第１列電極３１-1～３１-3及び第２列電極３２-1～３１-3と、３対の第１列電極３１-1～３１-3及び第２列電極３２-1～３２-3と検出回路５のドライブ回路５２とを接続する３本の第１列配線３３-1～３３-3及び３本の第２列配線３４-1～３４-3とを含んでいる。
図７には、第１電極層２が示されている。第１行電極２１及び第２行電極２２は、配置されている場所で区別する場合には、行の表示を添えて表示され、例えば１行目のものには符号「-１」が付されている。第１電極層２は、３列に渡って延びていて互いに絶縁されている３対の第１行電極２１-1～２１-3及び第２行電極２２-1～２２-3と、３対の第１行電極２１-1～２１-3及び第２行電極２２-1～２２-3と検出回路５のセンス回路５１とを接続する３本の第１行配線２３-1～２３-3及び３本の第２行配線２４-1～２４-3とを含んでいる。
図８には、第２電極層３が示されている。第１列電極３１及び第２列電極３２は、配置されている場所で区別する場合には、列の表示を添えて表示され、例えば１列目のものには符号「-１」が付されている。第２電極層３は、３行に渡って延びていて互いに絶縁されている３対の第１列電極３１-1～３１-3及び第２列電極３２-1～３１-3と、３対の第１列電極３１-1～３１-3及び第２列電極３２-1～３２-3と検出回路５のドライブ回路５２とを接続する３本の第１列配線３３-1～３３-3及び３本の第２列配線３４-1～３４-3とを含んでいる。
【0020】
（８）検出回路による応力の検出
検出回路５のドライブ回路５２は、３対の第１列電極３１及び第２列電極３２を電極毎に異なるタイミングで駆動する。ドライブ回路５２は、例えば、最初に１列目の第１列電極３１-1と第２列電極３２-1を駆動し、次に２列目の第１列電極３１-2と第２列電極３２-2を駆動し、その次に３列目の第１列電極３１-3と第２列電極３２-3を駆動する。
このうち、１つの検出領域DAに注目した場合、せん断応力が計算できることについて、図９を用いて説明する。３行３列目にある検出領域DAにおける検出に寄与するドライブ電極が図９に示されている。３行３列目の検出領域DA（３，３）には、ドライブ電極として、第１列電極３１-3と第２列電極３２-3が含まれ、センス電極として、第１行電極２１-3と第２行電極２２-3が含まれている。
第１行電極２１と第１列電極３１の重なり部分で構成されるコンデンサは、４つのコンデンサＣｏＬ１，ＣｏＬ２，ＣｏＬ３，ＣｏＬ４である。第１行電極２１と第２列電極３２の重なり部分で構成されるコンデンサは、４つのコンデンサＣｏＲ１，ＣｏＲ２，ＣｏＲ３，ＣｏＲ４である。第２行電極２２と第１列電極３１の重なり部分で構成されるコンデンサは、２つのコンデンサＣｏＤ１，ＣｏＤ２である。第２行電極２２と第２列電極３２の重なり部分で構成されるコンデンサは、２つのコンデンサＣｏＵ１，ＣｏＵ２である。
各第１行電極２１が、各検出領域DAにおいて、複数箇所（ここでは４箇所）で第１溝３５と重なるように構成されている。各第２行電極２２は、各検出領域DAにおいて、複数箇所（ここでは２箇所）で第２溝３６と重なるように構成されている。各検出領域DAにおいて、第１行電極２１と第１溝３５が複数箇所で重なることで、重なる箇所が広範囲に配置されるので、重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、多軸干渉を発生し難くなる。各検出領域DAにおいて、第２行電極２２と第２溝３６が複数箇所で重なることで、重なる箇所が広範囲に配置されるので、重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、多軸干渉を発生し難くなる。
検出回路５のドライブ回路５２は、３対の第１列電極３１及び第２列電極３２を電極毎に異なるタイミングで駆動する。ドライブ回路５２は、例えば、最初に１列目の第１列電極３１-1と第２列電極３２-1を駆動し、次に２列目の第１列電極３１-2と第２列電極３２-2を駆動し、その次に３列目の第１列電極３１-3と第２列電極３２-3を駆動する。
このうち、１つの検出領域DAに注目した場合、せん断応力が計算できることについて、図９を用いて説明する。３行３列目にある検出領域DAにおける検出に寄与するドライブ電極が図９に示されている。３行３列目の検出領域DA（３，３）には、ドライブ電極として、第１列電極３１-3と第２列電極３２-3が含まれ、センス電極として、第１行電極２１-3と第２行電極２２-3が含まれている。
第１行電極２１と第１列電極３１の重なり部分で構成されるコンデンサは、４つのコンデンサＣｏＬ１，ＣｏＬ２，ＣｏＬ３，ＣｏＬ４である。第１行電極２１と第２列電極３２の重なり部分で構成されるコンデンサは、４つのコンデンサＣｏＲ１，ＣｏＲ２，ＣｏＲ３，ＣｏＲ４である。第２行電極２２と第１列電極３１の重なり部分で構成されるコンデンサは、２つのコンデンサＣｏＤ１，ＣｏＤ２である。第２行電極２２と第２列電極３２の重なり部分で構成されるコンデンサは、２つのコンデンサＣｏＵ１，ＣｏＵ２である。
各第１行電極２１が、各検出領域DAにおいて、複数箇所（ここでは４箇所）で第１溝３５と重なるように構成されている。各第２行電極２２は、各検出領域DAにおいて、複数箇所（ここでは２箇所）で第２溝３６と重なるように構成されている。各検出領域DAにおいて、第１行電極２１と第１溝３５が複数箇所で重なることで、重なる箇所が広範囲に配置されるので、重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、多軸干渉を発生し難くなる。各検出領域DAにおいて、第２行電極２２と第２溝３６が複数箇所で重なることで、重なる箇所が広範囲に配置されるので、重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、多軸干渉を発生し難くなる。
【0021】
第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＬ１，ＣｏＬ２，ＣｏＬ３，ＣｏＬ４が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＬに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＬ１，ＣｏＬ２，ＣｏＬ３，ＣｏＬ４の静電容量を、ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４と表記すると、［２］式及び［３］式のＣＬに、ＣＬ＝ＣＬ１＋ＣＬ２＋ＣＬ３＋ＣＬ４を代入することができる。従って、［２］式及び［３］式のＣＬBLも、ＣＬBL＝ＣＬ１BL＋ＣＬ２BL＋ＣＬ３BL＋ＣＬ４BLで与えられる。
同様に、第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＲ１，ＣｏＲ２，ＣｏＲ３，ＣｏＲ４が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＲに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＲ１，ＣｏＲ２，ＣｏＲ３，ＣｏＲ４の静電容量を、ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，ＣＲ４と表記すると、［２］式及び［３］式のＣＲに、ＣＲ＝ＣＲ１＋ＣＲ２＋ＣＲ３＋ＣＲ４を代入することができる。従って、［２］式及び［３］式のＣＲBLも、ＣＲBL＝ＣＲ１BL＋ＣＲ２BL＋ＣＲ３BL＋ＣＲ４BLで与えられる。
第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＵ１，ＣｏＵ２が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＵに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＵ１，ＣｏＵ２の静電容量を、ＣＵ１，ＣＵ２と表記すると、［１］式及び［３］式のＣＵに、ＣＵ＝ＣＵ１＋ＣＵ２を代入することができる。従って、［１］式及び［３］式のＣＵBLも、ＣＵBL＝ＣＵ１BL＋ＣＵ２BLで与えられる。
第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＤ１，ＣｏＤ２が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＤに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＤ１，ＣｏＤ２の静電容量を、ＣＤ１，ＣＤ２と表記すると、［１］式及び［３］式のＣＤに、ＣＤ＝ＣＤ１＋ＣＤ２を代入することができる。従って、［１］式及び［３］式のＣＤBLも、ＣＤBL＝ＣＤ１BL＋ＣＤ２BLで与えられる。
すなわち、第１方向、第２方向のせん断応力Ｆ1、Ｆ2及び、応力検出用シート８の面に対して垂直な方向の圧縮応力Ｆvは、ＣＬ１～ＣＬ４，ＣＬ１BL～ＣＬ４BL，ＣＲ１～ＣＲ４，ＣＲ１BL～ＣＲ４BL，ＣＵ１～ＣＵ２，ＣＵ１BL～ＣＵ２BL，ＣＤ１～ＣＤ２，ＣＤ１BL～ＣＤ２BLを用いて計算することができる。
図９では、３行３列目の検出領域DA（３，３）を例に挙げて説明したが、Ｍ行Ｎ列の各検出領域DA（Ｍ，Ｎ）についても、検出領域DA（３，３）の場合と同様に第１方向、第２方向のせん断応力Ｆ1、Ｆ2及び、応力検出用シート８の面に対して垂直な方向の圧縮応力Ｆvを計算することができる。
同様に、第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＲ１，ＣｏＲ２，ＣｏＲ３，ＣｏＲ４が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＲに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＲ１，ＣｏＲ２，ＣｏＲ３，ＣｏＲ４の静電容量を、ＣＲ１，ＣＲ２，ＣＲ３，ＣＲ４と表記すると、［２］式及び［３］式のＣＲに、ＣＲ＝ＣＲ１＋ＣＲ２＋ＣＲ３＋ＣＲ４を代入することができる。従って、［２］式及び［３］式のＣＲBLも、ＣＲBL＝ＣＲ１BL＋ＣＲ２BL＋ＣＲ３BL＋ＣＲ４BLで与えられる。
第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＵ１，ＣｏＵ２が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＵに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＵ１，ＣｏＵ２の静電容量を、ＣＵ１，ＣＵ２と表記すると、［１］式及び［３］式のＣＵに、ＣＵ＝ＣＵ１＋ＣＵ２を代入することができる。従って、［１］式及び［３］式のＣＵBLも、ＣＵBL＝ＣＵ１BL＋ＣＵ２BLで与えられる。
第２実施形態の図９のコンデンサＣｏＤ１，ＣｏＤ２が、第１実施形態で説明した図４のコンデンサＣｏＤに相当する。すなわち、コンデンサＣｏＤ１，ＣｏＤ２の静電容量を、ＣＤ１，ＣＤ２と表記すると、［１］式及び［３］式のＣＤに、ＣＤ＝ＣＤ１＋ＣＤ２を代入することができる。従って、［１］式及び［３］式のＣＤBLも、ＣＤBL＝ＣＤ１BL＋ＣＤ２BLで与えられる。
すなわち、第１方向、第２方向のせん断応力Ｆ1、Ｆ2及び、応力検出用シート８の面に対して垂直な方向の圧縮応力Ｆvは、ＣＬ１～ＣＬ４，ＣＬ１BL～ＣＬ４BL，ＣＲ１～ＣＲ４，ＣＲ１BL～ＣＲ４BL，ＣＵ１～ＣＵ２，ＣＵ１BL～ＣＵ２BL，ＣＤ１～ＣＤ２，ＣＤ１BL～ＣＤ２BLを用いて計算することができる。
図９では、３行３列目の検出領域DA（３，３）を例に挙げて説明したが、Ｍ行Ｎ列の各検出領域DA（Ｍ，Ｎ）についても、検出領域DA（３，３）の場合と同様に第１方向、第２方向のせん断応力Ｆ1、Ｆ2及び、応力検出用シート８の面に対して垂直な方向の圧縮応力Ｆvを計算することができる。
【0022】
（９）検出用シートの断面構成
図１０には、第２実施形態に係る応力センサー１の応力検出用シート８の基本的な断面構成の概要が示されている。絶縁弾性体層４の上には、第１電極層２が配置され、絶縁弾性体層４の下には、第２電極層３が配置されている。絶縁弾性体層４の上面に接着剤４１によって第１電極層２が接着され、絶縁弾性体層４の下面に接着剤４２によって第２電極層３が接着されている。接着剤４１及び接着剤４２は、例えば、シリコーン系接着剤である。シリコーン系接着剤としては、例えばシリコーンゴム接着剤がある。接着剤４１及び接着剤４２の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。
絶縁弾性体層４には、弾性変形可能な材料として、例えばフォーム材が用いられている。フォーム材の材料としては、例えば、シリコーンゴム、ウレタン、ポリエチレンがある。圧縮変形が大きい材料としては、例えば、樹脂中にガスを細かく分散させ、発泡状または多孔質形状に成形されたものがある。発泡体の材質としては、例えば、シリコーン、ウレタン、ポリエチレン、ポリスチレンがある。絶縁弾性体層４の厚みは、例えば、２μｍ～５ｍｍの範囲から適宜選択される。保護層７１及び絶縁層７３は、絶縁性フィルムによって構成されている。保護層７１には、圧力を分散させることのできる弾性変形可能な材料を用いることが好ましい。保護層７１及び絶縁層７３に用いられる絶縁性フィルムとしては、例えばシリコーンフィルムがある。絶縁性フィルムの厚さは、例えば、１０～１００μｍである。
図１０には、第２実施形態に係る応力センサー１の応力検出用シート８の基本的な断面構成の概要が示されている。絶縁弾性体層４の上には、第１電極層２が配置され、絶縁弾性体層４の下には、第２電極層３が配置されている。絶縁弾性体層４の上面に接着剤４１によって第１電極層２が接着され、絶縁弾性体層４の下面に接着剤４２によって第２電極層３が接着されている。接着剤４１及び接着剤４２は、例えば、シリコーン系接着剤である。シリコーン系接着剤としては、例えばシリコーンゴム接着剤がある。接着剤４１及び接着剤４２の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。
絶縁弾性体層４には、弾性変形可能な材料として、例えばフォーム材が用いられている。フォーム材の材料としては、例えば、シリコーンゴム、ウレタン、ポリエチレンがある。圧縮変形が大きい材料としては、例えば、樹脂中にガスを細かく分散させ、発泡状または多孔質形状に成形されたものがある。発泡体の材質としては、例えば、シリコーン、ウレタン、ポリエチレン、ポリスチレンがある。絶縁弾性体層４の厚みは、例えば、２μｍ～５ｍｍの範囲から適宜選択される。保護層７１及び絶縁層７３は、絶縁性フィルムによって構成されている。保護層７１には、圧力を分散させることのできる弾性変形可能な材料を用いることが好ましい。保護層７１及び絶縁層７３に用いられる絶縁性フィルムとしては、例えばシリコーンフィルムがある。絶縁性フィルムの厚さは、例えば、１０～１００μｍである。
【0023】
応力検出用シート８においては上から順に、保護層７１、導電層７２、絶縁層７３、第１電極層２が設けられている。導電層７２及び第１電極層２は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。ここでは、導電層７２を保護層７１に設けているが、導電層７２と第１電極層２は、図５に示されているように絶縁層７３の両面に形成してもよい。導電層７２と第１電極層２を絶縁層７３の両面に形成することで、応力検出用シート８を薄くすることができる。導電層７２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。導電層７２及び第１電極層２を構成する導電ペーストとしては、例えば銀ペーストがある。銀ペーストの厚さは、例えば０．１μｍ～１ｍｍの範囲から適宜選択される。導電層７２と絶縁層７３の間には接着剤７５が配置されている。接着剤７５の厚さは、例えば１０～１００μｍである。導電層７２には、他の導電ペーストからなる導電層７６が設けられてもよい。また、この導電層７６は省かれてもよい。導電層７６は、カーボンインキで印刷することで、エレメント位置を示す意匠（例えば、マス目の表示）と、共通電位ＧＮＤになる層とを兼ねることができる。また、カーボンインキを用いることで、耐久性を向上させることができる。導電層７６は、シリコーン層７１ｂと接着剤７１ｃとの間または、絶縁性フィルム７１ａと接着剤７１ｃの間に形成されてもよい。
保護層７１は、絶縁性フィルム７１ａと表面のシリコーン層７１ｂを接着剤７１ｃで接着した層である。絶縁性フィルム７１ａは、例えば、シリコーンフィルムである。絶縁性フィルム７１ａの厚さは、例えば１０～１００μｍである。表面のシリコーン層７１ｂは、シリコーンからなる層であって、層の厚さは例えば１００μｍ～１ｍｍである。保護層７１の表面のシリコーン層７１ｂは、圧力を分散させることができる。シリコーン層７１ｂは、表面に配置され、Ｍ×Ｎ個の検出領域DAと重なり、弾性を有する弾性層である。シリコーン層７１ｂは、押圧力を分散させて多軸干渉を抑制することができる。
保護層７１は、絶縁性フィルム７１ａと表面のシリコーン層７１ｂを接着剤７１ｃで接着した層である。絶縁性フィルム７１ａは、例えば、シリコーンフィルムである。絶縁性フィルム７１ａの厚さは、例えば１０～１００μｍである。表面のシリコーン層７１ｂは、シリコーンからなる層であって、層の厚さは例えば１００μｍ～１ｍｍである。保護層７１の表面のシリコーン層７１ｂは、圧力を分散させることができる。シリコーン層７１ｂは、表面に配置され、Ｍ×Ｎ個の検出領域DAと重なり、弾性を有する弾性層である。シリコーン層７１ｂは、押圧力を分散させて多軸干渉を抑制することができる。
【0024】
応力検出用シート８においては下から順に、保護層８１、導電層８２、絶縁層８３、第２電極層３が設けられている。保護層８１及び絶縁層８３は、例えば絶縁性フィルムによって構成されている。保護層８１には、例えば、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂またはゴムからなる滑り止め性能を有する滑り止めシートを用いることが好ましい。保護層８１には、例えばシリコーンフィルムを用いることができる。保護層８１の厚さは、例えば１０μｍ～１ｍｍである。裏面の保護層８１に設けられているシリコーンフィルムは、応力検出用シート８が滑らなくして、せん断応力を測定しやすくする。
絶縁層８３は、例えば樹脂フィルムで構成されている。樹脂フィルムとしては、例えばＰＥＴフィルムがある。また、導電層８２及び第２電極層３は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。導電層８２と保護層８１の間には接着剤８４が配置されている。接着剤８４は、例えば、シリコーン系接着剤である。シリコーン系接着剤としては、例えばシリコーンゴム接着剤がある。接着剤８４の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。導電層８２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。
図９に示されている応力検出用シート８には、導電層８２の下及び第２電極層３の上に、シールド層８５，８６が設けられている。シールド層８５，８６は、例えば絶縁インキで形成される。シールド層８５，８６は、例えば銀ペーストで形成される導電層８２及び第２電極層３の信頼性の向上を目的として設けられる層である。シールド層８５，８６により、導電層８２及び第２電極層３のマイグレーションの防止、硫化防止または断線防止ができる。これらシールド層８５，８６は省くこともできる。
絶縁層８３は、例えば樹脂フィルムで構成されている。樹脂フィルムとしては、例えばＰＥＴフィルムがある。また、導電層８２及び第２電極層３は、例えば導電性接着剤（導電ペースト）によって構成されている。導電層８２と保護層８１の間には接着剤８４が配置されている。接着剤８４は、例えば、シリコーン系接着剤である。シリコーン系接着剤としては、例えばシリコーンゴム接着剤がある。接着剤８４の厚さは、例えば、１０～１００μｍである。導電層８２は、外部の電界の影響を緩和するために、共通電位ＧＮＤに接続されている。
図９に示されている応力検出用シート８には、導電層８２の下及び第２電極層３の上に、シールド層８５，８６が設けられている。シールド層８５，８６は、例えば絶縁インキで形成される。シールド層８５，８６は、例えば銀ペーストで形成される導電層８２及び第２電極層３の信頼性の向上を目的として設けられる層である。シールド層８５，８６により、導電層８２及び第２電極層３のマイグレーションの防止、硫化防止または断線防止ができる。これらシールド層８５，８６は省くこともできる。
【0025】
第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は、同一面内に配置されている同一部材からなる。第２実施形態では、第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４が、例えば銀ペーストの印刷によって同時に同一の部材で形成される。また、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は、同一面内に配置されている同一部材からなる。第２実施形態では、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４が、例えば銀ペーストの印刷によって同時に同一の部材で形成される。このように同一部材で同時に形成することにより、製造が容易になる。また、このように同一平面に形成されている同一部材とすることにより、応力検出用シート８の厚さを薄くすることができる。
【0026】
＜第３実施形態＞
（１０）検出用シートの全体構成
図１１には、第３実施形態の応力センサー１の応力検出用シート８についての構成の概要が示されている。図１１の応力検出用シート８は、２行２列に分けて検出するための４個の検出領域DAを有している。例えば、検出領域DA（２，２）では、２行２列目において、押圧力（圧縮応力）、第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力を検出できる。
第３実施形態の応力検出用シート８と第２実施形態の応力検出用シート８とは、第１行電極２１、第２行電極２２、第１列電極３１及び第２列電極３２の面内の配置パターンが異なる。第３実施形態の応力検出用シート８では、第１行電極２１及び第２行電極２２が延びる方向と、第１列電極３１及び第２列電極３２の延びる方向は、第１方向及び第２方向ではなく、ここでは第１方向及び第２方向に対してそれぞれ４５度傾いている。
また、第３実施形態の１対の第１行電極２１及び第２行電極２２は、それぞれ、２本ずつ設けられており、１対の第１行電極２１及び第２行電極２２が１本ずつ設けられていた第２実施形態とは異なっている。第３実施形態の１対の第１列電極３１及び第２列電極３２は、それぞれ、４本ずつ設けられており、１対の第１列電極３１及び第２列電極３２が１本ずつ設けられていた第２実施形態とは異なっている。
（１０）検出用シートの全体構成
図１１には、第３実施形態の応力センサー１の応力検出用シート８についての構成の概要が示されている。図１１の応力検出用シート８は、２行２列に分けて検出するための４個の検出領域DAを有している。例えば、検出領域DA（２，２）では、２行２列目において、押圧力（圧縮応力）、第１方向のせん断応力、第２方向のせん断応力を検出できる。
第３実施形態の応力検出用シート８と第２実施形態の応力検出用シート８とは、第１行電極２１、第２行電極２２、第１列電極３１及び第２列電極３２の面内の配置パターンが異なる。第３実施形態の応力検出用シート８では、第１行電極２１及び第２行電極２２が延びる方向と、第１列電極３１及び第２列電極３２の延びる方向は、第１方向及び第２方向ではなく、ここでは第１方向及び第２方向に対してそれぞれ４５度傾いている。
また、第３実施形態の１対の第１行電極２１及び第２行電極２２は、それぞれ、２本ずつ設けられており、１対の第１行電極２１及び第２行電極２２が１本ずつ設けられていた第２実施形態とは異なっている。第３実施形態の１対の第１列電極３１及び第２列電極３２は、それぞれ、４本ずつ設けられており、１対の第１列電極３１及び第２列電極３２が１本ずつ設けられていた第２実施形態とは異なっている。
【0027】
（１１）特徴
（１１－１）
本発明の応力センサー１は、第１電極層２及び第２電極層３と、絶縁弾性体層４と、検出回路５とを備えている。Ｍ本ずつの第１電極層２の第１行配線２３と第２行配線２４及びＮ本ずつの第１列配線３３と第２列配線３４を設けることで、Ｍ行Ｎ列の第１方向及び第２方向のせん断応力並びに圧縮応力を検出できるように配線できている。例えば、図２及び図１１に示された２行２列の応力センサー１の応力検出用シート８では、２本ずつの第１電極層２の第１行配線２３と第２行配線２４及び２本ずつの第１列配線３３及び第２列配線３４が設けられている。また、図６に示された３行３列の応力センサー１の応力検出用シート８では、３本ずつの第１電極層２の第１行配線２３と第２行配線２４及び３本ずつの第１列配線３３及び第２列配線３４が設けられている。
それに対し、図１６に示された２行２列のＸ方向のせん断応力とＹ方向のせん断応力を検出可能な従来の応力センサーの検出用シート９００では、第１帯状電極９１０に接続するための２本の配線と、第２帯状電極９２０に接続するための２本の配線と、セグメント電極９３０に接続するための９本の配線が必要になる。
このように図１６に示された従来の応力センサーの検出用シート９００と比較して分かるように、本発明の応力センサー１は、第１電極層２及び第２電極層３と検出回路５とを接続するための配線数を大幅に削減することができる。
応力センサー１では、第１電極層２及び第２電極層３のように、同一面に形成された第１行電極２１と第２行電極２２及び第１列電極３１と第２列電極３２を、一行ごと、一列ごとに、第１行配線２３と第２行配線２４及び第１列配線３３と第２列配線３４にそれぞれ繋ぐことができる。そのため、検出分解能を維持したまま応力検出用シート８を大型化しても、応力センサー１の第１行配線２３と第２行配線２４及び第１列配線３３と第２列配線３４の本数を減らすことができる。
また、第１列電極３１及び第２列電極３２が同一面にあり、また第１列配線３３及び第２列配線３４が同一面にあるため、応力センサー１の構成にとって従来のようなフレキシブル配線基板９４０が不要なものになる。
（１１－２）
例えば、図７を用いて説明した第２実施形態の第１電極層２においては、第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は、同一面内に配置されている同一部材からなる。また、図８を用いて説明した第２実施形態の第２電極層３においては、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は、同一面内に配置されている同一部材からなるように構成されている。例えば、第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は、一度の印刷工程で、銀ペーストにより同時に形成される。同様に、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は、例えば、一度の印刷工程で、銀ペーストにより同時に形成される。
このように構成された、第１行電極２１及び第２行電極２２、第１行配線２３及び第２行配線２４、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４を含む応力検出用シート８は、例えば、図１２に示されている従来の検出用シート９００に比べて薄くすることができる。
また、従来は、図１２に示されているように、第１帯状電極９１０とセグメント電極９３０の距離と、第２帯状電極９２０とセグメント電極９３０の距離が異なるため、Ｘ方向のせん断応力とＹ方向のせん断応力の検出感度に差が生じていた。それに対し、例えば同一面内に配置された第１行電極２１及び第２行電極２２と、同一面内に配置された第１列電極３１及び第２列電極３２を用いて第１方向のせん断応力も第２方向のせん断応力も検出されるので、１方向のせん断応力と２方向のせん断応力の検出感度の差をなくすことができる。
（１１－１）
本発明の応力センサー１は、第１電極層２及び第２電極層３と、絶縁弾性体層４と、検出回路５とを備えている。Ｍ本ずつの第１電極層２の第１行配線２３と第２行配線２４及びＮ本ずつの第１列配線３３と第２列配線３４を設けることで、Ｍ行Ｎ列の第１方向及び第２方向のせん断応力並びに圧縮応力を検出できるように配線できている。例えば、図２及び図１１に示された２行２列の応力センサー１の応力検出用シート８では、２本ずつの第１電極層２の第１行配線２３と第２行配線２４及び２本ずつの第１列配線３３及び第２列配線３４が設けられている。また、図６に示された３行３列の応力センサー１の応力検出用シート８では、３本ずつの第１電極層２の第１行配線２３と第２行配線２４及び３本ずつの第１列配線３３及び第２列配線３４が設けられている。
それに対し、図１６に示された２行２列のＸ方向のせん断応力とＹ方向のせん断応力を検出可能な従来の応力センサーの検出用シート９００では、第１帯状電極９１０に接続するための２本の配線と、第２帯状電極９２０に接続するための２本の配線と、セグメント電極９３０に接続するための９本の配線が必要になる。
このように図１６に示された従来の応力センサーの検出用シート９００と比較して分かるように、本発明の応力センサー１は、第１電極層２及び第２電極層３と検出回路５とを接続するための配線数を大幅に削減することができる。
応力センサー１では、第１電極層２及び第２電極層３のように、同一面に形成された第１行電極２１と第２行電極２２及び第１列電極３１と第２列電極３２を、一行ごと、一列ごとに、第１行配線２３と第２行配線２４及び第１列配線３３と第２列配線３４にそれぞれ繋ぐことができる。そのため、検出分解能を維持したまま応力検出用シート８を大型化しても、応力センサー１の第１行配線２３と第２行配線２４及び第１列配線３３と第２列配線３４の本数を減らすことができる。
また、第１列電極３１及び第２列電極３２が同一面にあり、また第１列配線３３及び第２列配線３４が同一面にあるため、応力センサー１の構成にとって従来のようなフレキシブル配線基板９４０が不要なものになる。
（１１－２）
例えば、図７を用いて説明した第２実施形態の第１電極層２においては、第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は、同一面内に配置されている同一部材からなる。また、図８を用いて説明した第２実施形態の第２電極層３においては、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は、同一面内に配置されている同一部材からなるように構成されている。例えば、第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は、一度の印刷工程で、銀ペーストにより同時に形成される。同様に、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は、例えば、一度の印刷工程で、銀ペーストにより同時に形成される。
このように構成された、第１行電極２１及び第２行電極２２、第１行配線２３及び第２行配線２４、第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４を含む応力検出用シート８は、例えば、図１２に示されている従来の検出用シート９００に比べて薄くすることができる。
また、従来は、図１２に示されているように、第１帯状電極９１０とセグメント電極９３０の距離と、第２帯状電極９２０とセグメント電極９３０の距離が異なるため、Ｘ方向のせん断応力とＹ方向のせん断応力の検出感度に差が生じていた。それに対し、例えば同一面内に配置された第１行電極２１及び第２行電極２２と、同一面内に配置された第１列電極３１及び第２列電極３２を用いて第１方向のせん断応力も第２方向のせん断応力も検出されるので、１方向のせん断応力と２方向のせん断応力の検出感度の差をなくすことができる。
【0028】
（１１－３）
図４、図７または図１１を用いて説明した各第１行電極２１は、第１溝３５と重なる複数の応力検出部に比べて互いに隣接する応力検出部２１ａの間の連絡部２１ｂが細くなっている。その結果、応力センサー１は、連絡部２１ｂが細くない場合に比べて多軸干渉を抑制することができる。
（１１－４）
図６または図１１に示されている各第１行電極２１は、各検出領域DAにおいて、複数箇所で第１溝３５と重なるように構成されている。その結果、応力センサー１は、第１行電極２１と第１溝３５の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、重なる箇所が広範囲に配置されるので、多軸干渉が発生し難くなっている。
（１１－５）
図６または図１１に示されている各第２行電極２２は、各検出領域DAにおいて、複数箇所で第２溝３６と重なるように構成されている。その結果、応力センサー１は、第２行電極２２と第２溝３６の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、重なる箇所が広範囲に配置されるので、多軸干渉が発生し難くなっている。
（１１－６）
第２実施形態の応力センサー１は、図１０に示されているように、応力検出用シート８の表面に、Ｍ×Ｎ個（第２実施形態では３×３個）の検出領域DAと重なり、弾性を有する弾性層であるシリコーン層７１ｂを備えている。その結果、応力センサー１は、弾性層であるシリコーン層７１ｂで応力が分散されて多軸干渉が発生し難くなっている。
（１１－７）
第２実施形態の応力センサー１は、図１０に示されているように、裏面に、Ｍ×Ｎ個（第２実施形態では３×３個）の検出領域DAと重なるシリコーンフィルムで構成された保護層８１を備えている。その結果、応力センサー１は、裏面のシリコーンフィルムにより検出領域DAを含む応力検出用シート８が滑らなくなり、せん断応力を測定しやすくなっている。
図４、図７または図１１を用いて説明した各第１行電極２１は、第１溝３５と重なる複数の応力検出部に比べて互いに隣接する応力検出部２１ａの間の連絡部２１ｂが細くなっている。その結果、応力センサー１は、連絡部２１ｂが細くない場合に比べて多軸干渉を抑制することができる。
（１１－４）
図６または図１１に示されている各第１行電極２１は、各検出領域DAにおいて、複数箇所で第１溝３５と重なるように構成されている。その結果、応力センサー１は、第１行電極２１と第１溝３５の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、重なる箇所が広範囲に配置されるので、多軸干渉が発生し難くなっている。
（１１－５）
図６または図１１に示されている各第２行電極２２は、各検出領域DAにおいて、複数箇所で第２溝３６と重なるように構成されている。その結果、応力センサー１は、第２行電極２２と第２溝３６の重なる箇所が１個所だけの場合に比べて、重なる箇所が広範囲に配置されるので、多軸干渉が発生し難くなっている。
（１１－６）
第２実施形態の応力センサー１は、図１０に示されているように、応力検出用シート８の表面に、Ｍ×Ｎ個（第２実施形態では３×３個）の検出領域DAと重なり、弾性を有する弾性層であるシリコーン層７１ｂを備えている。その結果、応力センサー１は、弾性層であるシリコーン層７１ｂで応力が分散されて多軸干渉が発生し難くなっている。
（１１－７）
第２実施形態の応力センサー１は、図１０に示されているように、裏面に、Ｍ×Ｎ個（第２実施形態では３×３個）の検出領域DAと重なるシリコーンフィルムで構成された保護層８１を備えている。その結果、応力センサー１は、裏面のシリコーンフィルムにより検出領域DAを含む応力検出用シート８が滑らなくなり、せん断応力を測定しやすくなっている。
【0029】
（１２）変形例
（１２－１）変形例Ａ
上記各実施形態では、第１電極層２が第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４を含む１つの導電層（例えば、１層の銀ペーストからなる層）で構成されている。しかし、第１電極層２の第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は複数の導電層を用いて形成されていてもよい。例えば、第１行電極２１及び第２行電極２２と第１行配線２３及び第２行配線２４とを異なる導電層に形成してもよい。
また、上記各実施形態では、第２電極層３が第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４を含む１つの導電層（例えば、１層の銀ペーストからなる層）で構成されている。しかし、第２電極層３の第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は複数の導電層を用いて形成されていてもよい。例えば、第１列電極３１及び第２列電極３２と第１列配線３３及び第２列配線３４とを異なる導電層に形成してもよい。
（１２－２）変形例Ｂ
上記各実施形態では、導電ペースト（導電性接着剤）を用いて、第１電極層２及び第２電極層３の導電層を形成する場合について説明した。しかし、これらの導電層は、他の方法で形成されてもよい。例えば、金属薄膜を蒸着することによってまたは金属薄膜をエッチングすることによって導電層を形成してもよい。
（１２－３）変形例Ｃ
上記各実施形態では、応力検出用シート８と検出回路５とが接続されている場合について説明した。しかし、応力検出用シート８は、検出回路５から分離可能に構成することもできる。例えば、応力検出用シート８を消耗品として取り替えられるように構成することもできる。
また、第１行配線２３、第２行配線２４、第１列配線３３及び第２列配線３４の配線数、第１行電極２１、第２行電極２２、第１列電極３１及び第２列電極３２の電極数または配置の異なる複数タイプの応力検出用シート８に対して、検出回路５が対応可能に構成することもできる。例えば、検出回路５がメモリー（図示せず）を含み、メモリーに応力検出用シート８のタイプ毎の配線数、定数及び検出のためのプログラムを記憶させて、異なるプログラムに従って応力検出動作を行えるように、検出回路５を構成することもできる。このように複数タイプの応力検出用シート８に対応できるように検出回路５を構成することで、例えば、検出対象の形状及び状況に合った適切な応力検出用シート８に取り替えて応力を検出することできるようになる。
（１２－１）変形例Ａ
上記各実施形態では、第１電極層２が第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４を含む１つの導電層（例えば、１層の銀ペーストからなる層）で構成されている。しかし、第１電極層２の第１行電極２１及び第２行電極２２並びに第１行配線２３及び第２行配線２４は複数の導電層を用いて形成されていてもよい。例えば、第１行電極２１及び第２行電極２２と第１行配線２３及び第２行配線２４とを異なる導電層に形成してもよい。
また、上記各実施形態では、第２電極層３が第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４を含む１つの導電層（例えば、１層の銀ペーストからなる層）で構成されている。しかし、第２電極層３の第１列電極３１及び第２列電極３２並びに第１列配線３３及び第２列配線３４は複数の導電層を用いて形成されていてもよい。例えば、第１列電極３１及び第２列電極３２と第１列配線３３及び第２列配線３４とを異なる導電層に形成してもよい。
（１２－２）変形例Ｂ
上記各実施形態では、導電ペースト（導電性接着剤）を用いて、第１電極層２及び第２電極層３の導電層を形成する場合について説明した。しかし、これらの導電層は、他の方法で形成されてもよい。例えば、金属薄膜を蒸着することによってまたは金属薄膜をエッチングすることによって導電層を形成してもよい。
（１２－３）変形例Ｃ
上記各実施形態では、応力検出用シート８と検出回路５とが接続されている場合について説明した。しかし、応力検出用シート８は、検出回路５から分離可能に構成することもできる。例えば、応力検出用シート８を消耗品として取り替えられるように構成することもできる。
また、第１行配線２３、第２行配線２４、第１列配線３３及び第２列配線３４の配線数、第１行電極２１、第２行電極２２、第１列電極３１及び第２列電極３２の電極数または配置の異なる複数タイプの応力検出用シート８に対して、検出回路５が対応可能に構成することもできる。例えば、検出回路５がメモリー（図示せず）を含み、メモリーに応力検出用シート８のタイプ毎の配線数、定数及び検出のためのプログラムを記憶させて、異なるプログラムに従って応力検出動作を行えるように、検出回路５を構成することもできる。このように複数タイプの応力検出用シート８に対応できるように検出回路５を構成することで、例えば、検出対象の形状及び状況に合った適切な応力検出用シート８に取り替えて応力を検出することできるようになる。
【符号の説明】
【0030】
１ 応力センサー
２ 第１電極層
３ 第２電極層
４ 絶縁弾性体層
５ 検出回路
８ 検出用シート
２１ 第１行電極
２１ａ 応力検出部
２２ 第２行電極
２３ 第１行配線
２４ 第２行配線
３１ 第１列電極
３２ 第２列電極
３３ 第１列配線
３４ 第２列配線
３５ 第１溝
３６ 第２溝
７１ｂ シリコーン層
８１ 保護層
DA 検出領域
２ 第１電極層
３ 第２電極層
４ 絶縁弾性体層
５ 検出回路
８ 検出用シート
２１ 第１行電極
２１ａ 応力検出部
２２ 第２行電極
２３ 第１行配線
２４ 第２行配線
３１ 第１列電極
３２ 第２列電極
３３ 第１列配線
３４ 第２列配線
３５ 第１溝
３６ 第２溝
７１ｂ シリコーン層
８１ 保護層
DA 検出領域
【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】