(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】
(24)【登録日】2023-06-14
(45)【発行日】2023-06-22
(54)【発明の名称】感圧センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 1/20 20060101AFI20230615BHJP
G01G 19/44 20060101ALI20230615BHJP
G01G 19/52 20060101ALI20230615BHJP
H01L 29/84 20060101ALI20230615BHJP
【ＦＩ】
G01L1/20 G
G01G19/44 Z
G01G19/52 F
H01L29/84 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019004407
(22)【出願日】2019-01-15
(65)【公開番号】P2020112477
(43)【公開日】2020-07-27
【審査請求日】2021-10-27
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（さきがけ）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】519135633
【氏名又は名称】公立大学法人大阪
(74)【代理人】
【識別番号】100065248
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100159385
【弁理士】
【氏名又は名称】甲斐 伸二
(74)【代理人】
【識別番号】100163407
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 裕輔
(74)【代理人】
【識別番号】100166936
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 潔
(72)【発明者】
【氏名】竹井 邦晴
【審査官】岡田 卓弥
(56)【参考文献】
【文献】登録実用新案第３１８３６５７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００６－２８４２７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０８７６０１０２（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１８１６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第５０６０５２７（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開昭５６－１５１３３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／００－ １／２６
Ｇ０１Ｌ ５／００－ ５／２８
Ｇ０１Ｇ １／００－２３／４８
Ｈ０１Ｌ２９／８４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面及び裏面を有する多孔質弾性シートであって、三次元的網目構造を有することにより当該シート内部に複数の細孔を有する、前記多孔質弾性シートと、前記多孔質弾性シートの前記表面及びその内部の細孔内に設けられた少なくとも１つの第１電極と、
前記多孔質弾性シートの前記裏面及びその内部の細孔内に設けられた少なくとも１つの第２電極とを備え、
第１電極及び第２電極は、少なくとも一部が絶縁部を挟んで重なるように配置され、
前記絶縁部は、前記多孔質弾性シートの一部であり、かつ、細孔内に第１電極及び第２電極のいずれもが設けられていない部分であり、
第１電極及び第２電極は、第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられると前記絶縁部の細孔を通して第１電極の一部と第２電極の一部とが接触するように設けられたことを特徴とする感圧センサ。
【請求項2】
前記多孔質弾性シートは、５０％以上の空隙率を有する請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項3】
第１電極又は第２電極は、金属粒子、金属繊維、金属ナノワイヤー、炭素粒子、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子及び導電性粒子のうち少なくとも１つを含む請求項１又は２に記載の感圧センサ。
【請求項4】
前記多孔質弾性シートは、ポリマー発泡体シート、紙、不織布及び織布のうち少なくとも１つを含む請求項１～３のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項5】
複数の第１電極は、それぞれ縦方向に伸びる直線状電極であり、かつ、横方向に並べて配置され、複数の第２電極は、それぞれ横方向に伸びる直線状電極であり、かつ、縦方向に並べて配置され、
第１電極と第２電極とが重なる部分は、マトリックス状に配置された請求項１～４のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【請求項6】
検出部をさらに備え、前記検出部は、第１電極と第２電極との間の電気抵抗に基づき第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられたこと又は加えられた荷重の大きさを検出するように設けられた請求項１～５のいずれか１つに記載の感圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、感圧センサに関する。
【背景技術】
【0002】
圧力分布を測定することができる感圧センサが知られている（例えば、特許文献１～３参照）。このような感圧センサを備えたベッドシートやマットを用いることにより人の状態（ベッドに寝ている状態、マットを踏んだ状態など）を計測・監視することが可能になる。
これらの感圧センサは、上部電極を設けた上部シートと、下部電極を設けた下部シートとをスペーサを挟んで重ね合わせた構造を有している。このスペーサにより上部電極と下部電極との間に空間が形成され、この空間により上部電極と下部電極とが電気的に絶縁されている。感圧センサに荷重が加わると、この荷重により上部電極と下部電極とが近づき接触し、上部電極と下部電極との間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を検出することにより、感圧センサに加わった荷重を検出する。
また、グラフェン多孔質構造を利用したひずみセンサが知られている（例えば、非特許文献１）。
これらの感圧センサは、上部電極を設けた上部シートと、下部電極を設けた下部シートとをスペーサを挟んで重ね合わせた構造を有している。このスペーサにより上部電極と下部電極との間に空間が形成され、この空間により上部電極と下部電極とが電気的に絶縁されている。感圧センサに荷重が加わると、この荷重により上部電極と下部電極とが近づき接触し、上部電極と下部電極との間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を検出することにより、感圧センサに加わった荷重を検出する。
また、グラフェン多孔質構造を利用したひずみセンサが知られている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００６－２８４２７６号公報
【文献】特開２００５－２７４５４９号公報
【文献】特開２０１２－０５７９９１号公報
【非特許文献】
【0004】
【文献】ACS Applied Materials & Interfaces 2016, 8, 26458-26462
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の感圧センサは複雑な構造を有しているため、製造コストが大きい。また、従来の感圧センサでは、上部電極とスペーサと下部電極とを重ねた構造を有するため、長期間感圧センサを使用すると上部電極、スペーサまたは下部電極の位置がずれる場合や、スペーサの機能が低下する場合があり、耐久性が低い。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低減された製造コストで製造でき、耐久性の高い感圧センサを提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低減された製造コストで製造でき、耐久性の高い感圧センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、表面及び裏面を有する多孔質弾性シートと、前記多孔質弾性シートの前記表面及びその内部の細孔内に設けられた少なくとも１つの第１電極と、前記多孔質弾性シートの前記裏面及びその内部の細孔内に設けられた少なくとも１つの第２電極とを備え、第１電極及び第２電極は、少なくとも一部が絶縁部を挟んで重なるように配置され、前記絶縁部は、前記多孔質弾性シートの一部であり、かつ、細孔内に第１電極及び第２電極のいずれもが設けられていない部分であり、第１電極及び第２電極は、第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられると前記絶縁部の細孔を通して第１電極の一部と第２電極の一部とが接触するように設けられたことを特徴とする感圧センサを提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の感圧センサに含まれる第１電極及び第２電極は、第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられると絶縁部の細孔を通して第１電極の一部と第２電極の一部とが接触するように設けられる。このため、感圧センサに荷重が加わると、第１電極と第２電極との間の電気抵抗を小さくすることができ、感圧センサに荷重が加わったこと又は加わった荷重の大きさを検出することができる。
本発明の感圧センサでは、第１電極、絶縁部及び第２電極を多孔質弾性シートの内部に設けるため、第１電極、絶縁部及び第２電極の位置がずれることない。このため、感圧センサが誤検知なく安定して荷重を検出することができる。また、感圧センサを曲げたときに誤検知することを抑制することができる。また、感圧センサがシンプルな構造を有することができ、感圧センサの製造コストを低減することができる。さらに、感圧センサの耐久性を向上させることができる。
本発明の感圧センサでは、多孔質弾性シートに第１電極及び第２電極を設けるため、本発明の感圧センサをマットレス、布団、座布団などに違和感なく設置することができ、看護管理や高齢者見守りに利用することが可能である。
本発明の感圧センサでは、第１電極、絶縁部及び第２電極を多孔質弾性シートの内部に設けるため、第１電極、絶縁部及び第２電極の位置がずれることない。このため、感圧センサが誤検知なく安定して荷重を検出することができる。また、感圧センサを曲げたときに誤検知することを抑制することができる。また、感圧センサがシンプルな構造を有することができ、感圧センサの製造コストを低減することができる。さらに、感圧センサの耐久性を向上させることができる。
本発明の感圧センサでは、多孔質弾性シートに第１電極及び第２電極を設けるため、本発明の感圧センサをマットレス、布団、座布団などに違和感なく設置することができ、看護管理や高齢者見守りに利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態の感圧センサの概略断面図である。
【図2】本発明の一実施形態の感圧センサの断面を模式的に示した図である。
【図3】本発明の一実施形態の感圧センサに荷重が加えられ圧縮された部分を上から見た模式図である。
【図4】本発明の一実施形態の感圧センサの概略斜視図である。
【図7】作製した感圧センサの写真である。
【図8】電気抵抗測定実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の感圧センサは、表面及び裏面を有する多孔質弾性シートと、前記多孔質弾性シートの前記表面及びその内部の細孔内に設けられた少なくとも１つの第１電極と、前記多孔質弾性シートの前記裏面及びその内部の細孔内に設けられた少なくとも１つの第２電極とを備え、第１電極及び第２電極は、少なくとも一部が絶縁部を挟んで重なるように配置され、前記絶縁部は、前記多孔質弾性シートの一部であり、かつ、細孔内に第１電極及び第２電極のいずれもが設けられていない部分であり、第１電極及び第２電極は、第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられると前記絶縁部の細孔を通して第１電極の一部と第２電極の一部とが接触するように設けられたことを特徴とする。
【0010】
本発明の感圧センサに含まれる多孔質弾性シートは５０％以上の空隙率を有することが好ましい。このことにより、第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられた場合に絶縁部の細孔を通して第１電極の一部と第２電極の一部とが接触することができる。
本発明の感圧センサに含まれる第１電極又は第２電極は、金属粒子、金属繊維、金属ナノワイヤー、炭素粒子、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子及び導電性粒子のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。このことにより、多孔質弾性シートの細孔内に第１電極又は第２電極を設けることができる。
本発明の感圧センサに含まれる第１電極又は第２電極は、金属粒子、金属繊維、金属ナノワイヤー、炭素粒子、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子及び導電性粒子のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。このことにより、多孔質弾性シートの細孔内に第１電極又は第２電極を設けることができる。
【0011】
本発明の感圧センサに含まれる多孔質弾性シートは、ポリマー発泡体シート、紙、不織布及び織布のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
本発明の感圧センサにおいて、複数の第１電極はそれぞれ縦方向に伸びる直線状電極であることが好ましく、かつ、横方向に並べて配置されることが好ましい。また、複数の第２電極は、それぞれ横方向に伸びる直線状電極であることが好ましく、かつ、縦方向に並べて配置されることが好ましい。さらに、第１電極と第２電極とが重なる部分は、マトリックス状に配置されることが好ましい。このことにより、感圧センサに加えられた荷重の分布を測定することができる。
本発明の感圧センサは、検出部を備えることが好ましく、前記検出部は、第１電極と第２電極との間の電気抵抗に基づき第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられたこと又は加えられた荷重の大きさを検出するように設けられることが好ましい。
本発明の感圧センサにおいて、複数の第１電極はそれぞれ縦方向に伸びる直線状電極であることが好ましく、かつ、横方向に並べて配置されることが好ましい。また、複数の第２電極は、それぞれ横方向に伸びる直線状電極であることが好ましく、かつ、縦方向に並べて配置されることが好ましい。さらに、第１電極と第２電極とが重なる部分は、マトリックス状に配置されることが好ましい。このことにより、感圧センサに加えられた荷重の分布を測定することができる。
本発明の感圧センサは、検出部を備えることが好ましく、前記検出部は、第１電極と第２電極との間の電気抵抗に基づき第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられたこと又は加えられた荷重の大きさを検出するように設けられることが好ましい。
【0012】
以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【0013】
第１実施形態
図１は本実施形態の感圧センサの概略断面図である。
本実施形態の感圧センサ３０は、表面３及び裏面４を有する多孔質弾性シート２と、多孔質弾性シート２の表面３及びその内部の細孔７内に設けられた少なくとも１つの第１電極５と、多孔質弾性シート２の裏面４及びその内部の細孔７内に設けられた少なくとも１つの第２電極６とを備え、第１電極５及び第２電極６は、少なくとも一部が絶縁部１０を挟んで重なるように配置され、絶縁部１０は、多孔質弾性シート２の一部であり、かつ、細孔７内に第１電極５及び第２電極６のいずれもが設けられていない部分であり、第１電極５及び第２電極６は、第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられると絶縁部１０の細孔７を通して第１電極５の一部と第２電極６の一部とが接触するように設けられたことを特徴とする。
また、感圧センサ３０は、検出部１１を備えることができる。
図１は本実施形態の感圧センサの概略断面図である。
本実施形態の感圧センサ３０は、表面３及び裏面４を有する多孔質弾性シート２と、多孔質弾性シート２の表面３及びその内部の細孔７内に設けられた少なくとも１つの第１電極５と、多孔質弾性シート２の裏面４及びその内部の細孔７内に設けられた少なくとも１つの第２電極６とを備え、第１電極５及び第２電極６は、少なくとも一部が絶縁部１０を挟んで重なるように配置され、絶縁部１０は、多孔質弾性シート２の一部であり、かつ、細孔７内に第１電極５及び第２電極６のいずれもが設けられていない部分であり、第１電極５及び第２電極６は、第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられると絶縁部１０の細孔７を通して第１電極５の一部と第２電極６の一部とが接触するように設けられたことを特徴とする。
また、感圧センサ３０は、検出部１１を備えることができる。
【0014】
感圧センサ３０は、荷重が加わったことや荷重の大きさを検出するセンサである。感圧センサ３０は触覚センサであってもよい。また、感圧センサ３０は、抵抗変化型センサであってもよい。また、感圧センサ３０は、フレキシブル感圧センサシートであってもよい。
多孔質弾性シート２は、表面３及び裏面４を有するシート形状を有し、弾性特性を有する多孔質材料からなる。この多孔質材料は、例えば、ポリマー発泡体、紙、不織布、織布などである。また、この多孔質材料は、絶縁体又は高抵抗の半導体である。また、多孔質弾性シートは、スポンジシートであってもよい。
多孔質弾性シート２の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上５ｃｍ以下とすることができ、好ましくは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
多孔質弾性シート２は、表面３及び裏面４を有するシート形状を有し、弾性特性を有する多孔質材料からなる。この多孔質材料は、例えば、ポリマー発泡体、紙、不織布、織布などである。また、この多孔質材料は、絶縁体又は高抵抗の半導体である。また、多孔質弾性シートは、スポンジシートであってもよい。
多孔質弾性シート２の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上５ｃｍ以下とすることができ、好ましくは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
【0015】
ポリマー発泡体は、例えば、軟質ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム（低密度ポリエチレンフォーム）、ゴムスポンジ、シリコーンフォームなどである。ポリマー発泡体は、高分子材料の三次元的網目構造からなる骨格と、骨格が三次元的網目構造を有することにより発泡体内部に形成される多くの気泡（細孔７）とを有することができる。この場合、ポリマー発泡体に含まれる気泡（細孔７）は連続気泡となる。ポリマー発泡体の発泡倍率は、例えば１０倍以上１２０倍以下とすることができる。
多孔質弾性シート２が紙、不織布又は織布である場合、繊維が骨格となり、繊維が重なること又は繊維が織られることにより形成される空間が細孔７となる。
多孔質弾性シート２は、５０％以上の空隙率を有することができる。このことにより、絶縁部１０の細孔７を通して第１電極５と第２電極６とを接触させることが可能になる。
多孔質弾性シート２が紙、不織布又は織布である場合、繊維が骨格となり、繊維が重なること又は繊維が織られることにより形成される空間が細孔７となる。
多孔質弾性シート２は、５０％以上の空隙率を有することができる。このことにより、絶縁部１０の細孔７を通して第１電極５と第２電極６とを接触させることが可能になる。
【0016】
第１電極５は、多孔質弾性シート２の表面３及び多孔質弾性シート２の一部の細孔７内に設けられる。表面２の第１電極５と細孔７内の第１電極５とは連続している。例えば、図１に示した感圧センサ３０のように、第１電極５は、多孔質弾性シート２の表面３上に形成された第１電極５と、多孔質弾性シート２の骨格に担持された第１電極５とを含む。第１電極５が担持されている多孔質弾性シート２の部分を第１担持部８という。第１担持部８では、多孔質弾性シート２の骨格の表面に第１電極５が担持されている。
【0017】
第２電極６は、多孔質弾性シート２の裏面４及び多孔質弾性シート２の一部の細孔７内に設けられる。裏面４の第２電極６と細孔７内の第２電極６とは連続している。例えば、図１に示した感圧センサ３０のように、第２電極６は、多孔質弾性シート２の裏面４上に形成された第２電極６と、多孔質弾性シート２の骨格に担持された第２電極６とを含む。第２電極６が担持されている多孔質弾性シート２の部分を第２担持部９という。第２担持部９では、多孔質弾性シート２の骨格の表面に第２電極６が担持されている。
【0018】
第１電極５及び第２電極６は、第１電極５と第２電極６とが重なるように設けられる。また、第１電極５及び第２電極６は、第１担持部８（第１電極５）と第２担持部９（第２電極６）との間の多孔質弾性シート２に、第１電極５及び第２電極６のいずれもが設けられていない絶縁部１０が形成されるように設けられる。絶縁部１０では、多孔質弾性シート２の骨格の表面に第１電極５、第２電極６のいずれも担持されていない。絶縁部１０を設けることにより、荷重が加えられていない感圧センサ３０において第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗を高くすることができる。
第１担持部８と第２担持部９との間の絶縁部１０の厚さは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗が十分に高い場合、感圧センサ３０に荷重が加えられていない場合であっても第１担持部８と第２担持部９とがわずかに接触していてもよい。
第１担持部８と第２担持部９との間の絶縁部１０の厚さは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。
第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗が十分に高い場合、感圧センサ３０に荷重が加えられていない場合であっても第１担持部８と第２担持部９とがわずかに接触していてもよい。
【0019】
第１電極５（第１担持部８）又は第２電極６（第２担持部９）は、液体と導電性物質とを混合したペースト又は懸濁液を多孔質弾性シート２の表面３又は裏面４に塗布、印刷又はスプレーしペースト又は懸濁液を多孔質弾性シート２に浸み込ませ、さらに乾燥させることにより形成することができる。
ペースト又は懸濁液に含まれる導電性物質は、例えば、金属粒子（銀粒子、銅粒子、金粒子など）、金属繊維（銀繊維、銅繊維、金繊維など）、金属ナノワイヤー（銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤー、金ナノワイヤーなど）、炭素粒子、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなど）及び導電性粒子（ＩＴＯ粒子など）のうち少なくとも１つを含むことができる。
ペースト又は懸濁液に含まれる液体は、水であってもよく、非水溶剤であってもよい。また、ペースト又は懸濁液は、増粘剤、分散剤、バインダーなどを含んでもよい。
ペースト又は懸濁液に含まれる導電性物質は、例えば、金属粒子（銀粒子、銅粒子、金粒子など）、金属繊維（銀繊維、銅繊維、金繊維など）、金属ナノワイヤー（銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤー、金ナノワイヤーなど）、炭素粒子、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性高分子（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなど）及び導電性粒子（ＩＴＯ粒子など）のうち少なくとも１つを含むことができる。
ペースト又は懸濁液に含まれる液体は、水であってもよく、非水溶剤であってもよい。また、ペースト又は懸濁液は、増粘剤、分散剤、バインダーなどを含んでもよい。
【0020】
第１担持部８と第２担持部９との間の絶縁部１０は、第１電極５の形成時又は第２電極６の形成時において、ペースト又は懸濁液の粘度や塗布量あるいは多孔質弾性シート２の細孔７の大きさ又は空隙率を調節して、ペースト又は懸濁液が多孔質弾性シート２に浸み込む深さを調節することにより、形成することができる。例えば、多孔質弾性シート２の厚さが３ｍｍである場合、ペースト又は懸濁液が約１ｍｍの深さにまで多孔質弾性シート２に浸み込むようにペースト又は懸濁液の粘度や塗布量あるいは多孔質弾性シート２の細孔７の大きさ又は空隙率を調節して第１担持部８（第１電極５）及び第２担持部９（第２電極６）を形成することができる。このことにより、第１担持部８と第２担持部９との間に厚さが約１ｍｍの絶縁部１０を形成することができる。
【0021】
検出部１１は、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗に基づき第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられたことを検出するように設けられる。検出部１１は、例えば、第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加できるように設けられた電源部１２と、第１電極５と第２電極６との間に流れる電流を測定できるように設けられた電流計１３と、電流計１３の測定値に基づき第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗の変化を検出し第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられたことを検出するように設けられた制御部とを備えることができる。制御部は例えばコンピュータ、マイクロコントローラなどである。
【0022】
第１電極５及び第２電極６は、第１電極５と第２電極６とが重なる部分が圧縮されると絶縁部１０の細孔７を通して第１電極５（第１担持部８）の一部と第２電極６（第２担持部９）の一部とが接触するように設けられる。このことにより、感圧センサ３０に荷重が加えられたときに、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗を小さくすることができ、第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられたことを検出することができる。このことを図２、図３を使って説明する。
【0023】
図２（ａ）、図２（ｂ）は、本実施形態の感圧センサ３０の断面を模式的に示した図である。図２（ａ）に示したように、感圧センサ３０に荷重を加えていない状態では、第１担持部８（第１電極５）と第２担持部９（第２電極６）との間に絶縁部１０が存在するため、第１担持部８の骨格１７の表面の第１電極５と第２担持部９の骨格１８の表面の第２電極６とは接触しない。このため、第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加しても第１電極５と第２電極６との間に電流は流れず、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗は高くなる。
【0024】
図２（ｂ）に示したように、第１担持部８と、絶縁部１０と、第２担持部９とが重なる部分に重り１５を用いて荷重を加えると、第１担持部８の骨格１７、絶縁部１０の骨格１９、第２担持部９の骨格１８は変形又は座屈し、荷重が加えられた部分が圧縮される。
図３は、図２（ｂ）に示したように感圧センサ３０に荷重が加えられ圧縮された部分２１を上から見た模式図である。圧縮された部分２１では、多孔質弾性シート２の細孔７がつぶれ、第１担持部８の骨格１７、絶縁部１０の骨格１９及び第２担持部９の骨格１８が重なっている。このため、図３に示した接触部分２２のような、第１担持部８の骨格１７と第２担持部９の骨格１８との間に絶縁部１０の骨格１９が存在しない部分では、絶縁部１０の細孔７を通して第１担持部８の骨格１７の表面の第１電極５と、第２担持部９の骨格１８の表面の第２電極６とが接触する。このため、第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加すると、第１電極５と第２電極６との間に電流が流れ、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗は低くなる。このような電気抵抗の低下を検出部１１を用いて検出することにより、感圧センサ３０は、第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられたことを検出することができる。
図３は、図２（ｂ）に示したように感圧センサ３０に荷重が加えられ圧縮された部分２１を上から見た模式図である。圧縮された部分２１では、多孔質弾性シート２の細孔７がつぶれ、第１担持部８の骨格１７、絶縁部１０の骨格１９及び第２担持部９の骨格１８が重なっている。このため、図３に示した接触部分２２のような、第１担持部８の骨格１７と第２担持部９の骨格１８との間に絶縁部１０の骨格１９が存在しない部分では、絶縁部１０の細孔７を通して第１担持部８の骨格１７の表面の第１電極５と、第２担持部９の骨格１８の表面の第２電極６とが接触する。このため、第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加すると、第１電極５と第２電極６との間に電流が流れ、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗は低くなる。このような電気抵抗の低下を検出部１１を用いて検出することにより、感圧センサ３０は、第１電極５と第２電極６とが重なる部分に荷重が加えられたことを検出することができる。
【0025】
多孔質弾性シート２は弾性特性を有するため、感圧センサ３０に加えた荷重を取り除くと、感圧センサ３０は、図２（ａ）に示したような元の形状に戻る。このため、感圧センサ３０に加えられた荷重を取り除くと、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗は再び高くなる。このような電気抵抗の上昇を検出部１１を用いて検出することにより、感圧センサ３０は、第１電極５と第２電極６とが重なる部分に加えられていた荷重が取り除かれたことを検出することができる。
【0026】
第２実施形態
図４は第２実施形態の感圧センサの概略斜視図であり、図５は図４の破線Ａ－Ａにおける感圧センサの概略断面図であり、図６は図４の一点鎖線Ｂ－Ｂにおける感圧センサの概略断面図である。
本実施形態の感圧センサ３０は、複数の第１電極５ａ～５ｊと複数の第２電極６ａ～６ｊとを備える。各第１電極５及び各第２電極６については、第１実施形態において説明したためここでは省略する。
図４は第２実施形態の感圧センサの概略斜視図であり、図５は図４の破線Ａ－Ａにおける感圧センサの概略断面図であり、図６は図４の一点鎖線Ｂ－Ｂにおける感圧センサの概略断面図である。
本実施形態の感圧センサ３０は、複数の第１電極５ａ～５ｊと複数の第２電極６ａ～６ｊとを備える。各第１電極５及び各第２電極６については、第１実施形態において説明したためここでは省略する。
【0027】
複数の第１電極５ａ～５ｊは、多孔質弾性シート２の表面において、それぞれ縦方向に伸びる直線状電極であり、かつ、横方向に並べて配置される。また、複数の第２電極６ａ～６ｊは、多孔質弾性シート２の裏面において、それぞれ横方向に伸びる直線状電極であり、かつ、縦方向に並べて配置される。さらに、第１電極５ａ～５ｊと第２電極６ａ～６ｊとが重なる部分は、マトリックス状に配置される。例えば、図４～図６に示した感圧センサ３０は、１０本の第１電極５ａ～５ｊと、１０本の第２電極６ａ～６ｊとを有している。
図５、図６に示したように、第１電極５と第２電極６とが重なった各部分では、第１担持部８と第２担持部９との間に絶縁部１０が配置される。この構成は、第１実施形態の感圧センサ３０の構成と同様である。このため、第１電極５と第２電極６とが重なった部分に荷重が加わると、絶縁部１０の細孔７を通して第１担持部８の骨格１７の表面の第１電極５と、第２担持部９の骨格１８の表面の第２電極６とが接触する。このときに、第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加すると、第１電極５と第２電極６との間に電流が流れ、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗は低くなる。
図５、図６に示したように、第１電極５と第２電極６とが重なった各部分では、第１担持部８と第２担持部９との間に絶縁部１０が配置される。この構成は、第１実施形態の感圧センサ３０の構成と同様である。このため、第１電極５と第２電極６とが重なった部分に荷重が加わると、絶縁部１０の細孔７を通して第１担持部８の骨格１７の表面の第１電極５と、第２担持部９の骨格１８の表面の第２電極６とが接触する。このときに、第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加すると、第１電極５と第２電極６との間に電流が流れ、第１電極５と第２電極６との間の電気抵抗は低くなる。
【0028】
検出部１１は、第１電極５と第２電極６とが重なった部分に荷重が加えられたこと又はこの部分に加えられた荷重の大きさを順次検出するように設けられる。
例えば、図４～図６に示した感圧センサ３０では、まず、検出部１１は、電源部１２を用いて第１電極５ａと第２電極６ａとの間に電圧を印加し、第１電極５ａと第２電極６ａとが重なった部分に荷重が加えられたこと又はこの部分に加えられた荷重の大きさを検出する。次に、検出部１１は、電源部１２を用いて第１電極５ａと第２電極６ｂとの間に電圧を印加し、第１電極５ａと第２電極６ｂとが重なった部分に荷重が加えられたこと又はこの部分に加えられた荷重の大きさを検出する。検出部１１は、このような検出を、第１電極５ａ～５ｊと第２電極６ａ～６ｊとが重なる各部分について順次行う。このことにより、感圧センサ３０に加えられた荷重の分布を測定することができる。
例えば、図４～図６に示した感圧センサ３０では、まず、検出部１１は、電源部１２を用いて第１電極５ａと第２電極６ａとの間に電圧を印加し、第１電極５ａと第２電極６ａとが重なった部分に荷重が加えられたこと又はこの部分に加えられた荷重の大きさを検出する。次に、検出部１１は、電源部１２を用いて第１電極５ａと第２電極６ｂとの間に電圧を印加し、第１電極５ａと第２電極６ｂとが重なった部分に荷重が加えられたこと又はこの部分に加えられた荷重の大きさを検出する。検出部１１は、このような検出を、第１電極５ａ～５ｊと第２電極６ａ～６ｊとが重なる各部分について順次行う。このことにより、感圧センサ３０に加えられた荷重の分布を測定することができる。
【0029】
また、検出部１１は、第１電極５ａ～５ｊと第２電極６ａ～６ｊとが重なる各部分についての検出を繰り返し行うことができる。このことにより、感圧センサ３０に加えられた荷重の分布の変化を監視することができる。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。第１実施形態についての記載は、矛盾がない限り第２実施形態について当てはまる。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。第１実施形態についての記載は、矛盾がない限り第２実施形態について当てはまる。
【0030】
感圧センサの作製実験
多孔質弾性シートに、縦方向に伸びる３本の第１電極と、横方向に伸びる３本の第２電極を形成し、感圧センサを作製した。多孔質弾性シートには、フィルター用の軟質ポリウレタンフォーム（厚さ３ｍｍ）を用いた。
第１電極及び第２電極は、水、カーボンナノチューブ及びキサンタンガム（増粘剤）を含むペーストを多孔質弾性シートの表面及び裏面に塗布し浸み込ませ、塗布層を乾燥させることにより形成した。
図７（ａ）は作製した感圧センサの写真である。作製した感圧センサは、第１電極と第２電極とが重なった部分が９箇所形成されている。
多孔質弾性シートに、縦方向に伸びる３本の第１電極と、横方向に伸びる３本の第２電極を形成し、感圧センサを作製した。多孔質弾性シートには、フィルター用の軟質ポリウレタンフォーム（厚さ３ｍｍ）を用いた。
第１電極及び第２電極は、水、カーボンナノチューブ及びキサンタンガム（増粘剤）を含むペーストを多孔質弾性シートの表面及び裏面に塗布し浸み込ませ、塗布層を乾燥させることにより形成した。
図７（ａ）は作製した感圧センサの写真である。作製した感圧センサは、第１電極と第２電極とが重なった部分が９箇所形成されている。
【0031】
電気抵抗測定実験
作製した感圧センサの第１電極と第２電極とが重なった部分の１つに様々な荷重を加えて第１電極と第２電極との間の電気抵抗値を測定した。測定では、測定対象とした第１電極と第２電極とに配線を用いてデジタルマルチメーター（テスター）を接続し、第１電極と第２電極との間の電気抵抗値を測定した。測定結果を図８に示す。また、測定対象とした第１電極と第２電極とが重なった部分において作製した感圧センサを切断して、感圧センサの切断面の写真を撮影した。撮影した写真を図７（ｂ）に示す。
図７（ｂ）に示した写真から、第１電極（第１担持部）と第２電極（第２担持部）との間に絶縁部が形成されていることがわかる。
作製した感圧センサの第１電極と第２電極とが重なった部分の１つに様々な荷重を加えて第１電極と第２電極との間の電気抵抗値を測定した。測定では、測定対象とした第１電極と第２電極とに配線を用いてデジタルマルチメーター（テスター）を接続し、第１電極と第２電極との間の電気抵抗値を測定した。測定結果を図８に示す。また、測定対象とした第１電極と第２電極とが重なった部分において作製した感圧センサを切断して、感圧センサの切断面の写真を撮影した。撮影した写真を図７（ｂ）に示す。
図７（ｂ）に示した写真から、第１電極（第１担持部）と第２電極（第２担持部）との間に絶縁部が形成されていることがわかる。
【0032】
電気抵抗測定では、感圧センサに荷重を加えていない場合には、第１電極と第２電極との間の電気抵抗は測定できないほど高かった。また、約１２Ｎの荷重を感圧センサに加えると、約１６０ｋΩの電気抵抗値が測定され、１７～２０Ｎの荷重を感圧センサに加えると約１０８ｋΩの電気抵抗値が測定された。従って、荷重が大きくなると、第１電極と第２電極との間の電気抵抗は小さくなることがわかった。これは、荷重が大きくなると第１電極と第２電極とが接触する面積が大きくなるためと考えられる。また、このことから、第１電極と第２電極との間の電気抵抗値から感圧センサに加えられた荷重の大きさを計測できることがわかった。
また、約３８Ｎ以上の荷重を感圧センサに加えると、約７２ｋΩの電気抵抗値が測定された。これは、感圧センサに加える荷重が一定の値を超えると、第１電極と第２電極とが接触する面積がほぼ変わらなくなるためと考えられる。
以上の実験結果から、第１電極と第２電極との間の電気抵抗に基づき第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられたこと又は加えられた荷重の大きさを検出することができることがわかった。
また、約３８Ｎ以上の荷重を感圧センサに加えると、約７２ｋΩの電気抵抗値が測定された。これは、感圧センサに加える荷重が一定の値を超えると、第１電極と第２電極とが接触する面積がほぼ変わらなくなるためと考えられる。
以上の実験結果から、第１電極と第２電極との間の電気抵抗に基づき第１電極と第２電極とが重なる部分に荷重が加えられたこと又は加えられた荷重の大きさを検出することができることがわかった。
【符号の説明】
【0033】
２： 多孔質弾性シート ３：表面 ４：裏面 ５：第１電極 ６：第２電極 ７：細孔 ８：第１担持部 ９：第２担持部 １０：絶縁部 １１：検出部 １２：電源部 １３：電流計 １５：重り １７：第１担持部の骨格 １８：第２担持部の骨格 １９：絶縁部の骨格 ２１：圧縮された部分 ２２：接触部分 ３０：感圧センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
