知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2024-05-23
(45)【発行日】2024-05-31
(54)【発明の名称】荷重センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 1/14 20060101AFI20240524BHJP
G01L 5/00 20060101ALI20240524BHJP
【ＦＩ】
G01L1/14 J
G01L5/00 101Z
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2021552361
(86)(22)【出願日】2020-10-08
(86)【国際出願番号】 JP2020038205
(87)【国際公開番号】W WO2021075356
(87)【国際公開日】2021-04-22
【審査請求日】2023-09-11
(31)【優先権主張番号】P 2019188875
(32)【優先日】2019-10-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111383
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
(74)【代理人】
【識別番号】100170922
【弁理士】
【氏名又は名称】大橋 誠
(72)【発明者】
【氏名】森浦 祐太
(72)【発明者】
【氏名】浮津 博伸
(72)【発明者】
【氏名】浦上 進
(72)【発明者】
【氏名】松本 玄
(72)【発明者】
【氏名】古屋 博之
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 彰
【審査官】公文代 康祐
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０９６９０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１８３９５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１６２０５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】英国特許出願公開第２４４３２０８（ＧＢ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１１５８７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／１４
Ｇ０１Ｌ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
弾性を有する絶縁性の基材と、前記基材の上面に形成され弾性を有する電極と、
前記電極の上面に重ねて配置され表面が誘電体で被覆された導電性の線材と、を備え、
前記基材の厚みに対する前記電極の厚みの比率は、０．０２以上０．３以下である、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項2】
請求項１に記載の荷重センサにおいて、前記電極は、所定の印刷工法により形成されている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項3】
請求項２に記載の荷重センサにおいて、前記電極は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、またはグラビアオフセット印刷により形成されている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項4】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、前記電極は、前記基材の上面に互いに離間して複数形成されている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項5】
請求項４に記載の荷重センサにおいて、前記各電極は、一方向に長い帯状の形状を有し、
前記線材は、前記複数の電極に跨がるように配置されている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項6】
請求項５に記載の荷重センサにおいて、前記線材は、前記電極の長手方向に沿って複数配置されている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項7】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、前記線材は、周期的に折り曲げられている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項8】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、前記線材は、長手方向に移動可能に、接続部材で前記基材に接続されている、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項9】
請求項１ないし８の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、前記電極の厚みは、１５０μｍ以下である、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項10】
請求項９に記載の荷重センサにおいて、前記電極の厚みは、１０μｍ以上である、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項11】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、前記基材の厚みは、０．５ｍｍ以上である、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項12】
請求項１１に記載の荷重センサにおいて、前記基材の厚みは、０．５ｍｍである、
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項13】
請求項１ないし１２の何れか一項に記載の荷重センサにおいて、前記基材および前記電極からなる構造体と同様の構成を有する他の構造体を備え、
前記他の構造体の前記電極が前記線材に重なるように前記他の構造体が配置される、
ことを特徴とする荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、静電容量の変化に基づいて外部から付与される荷重を検出する荷重センサに関する。
【背景技術】
【0002】
荷重センサは、産業機器、ロボットおよび車両などの分野において、幅広く利用されている。近年、コンピュータによる制御技術の発展および意匠性の向上とともに、人型のロボットおよび自動車の内装品等のような自由曲面を多彩に使用した電子機器の開発が進んでいる。それに合わせて、各自由曲面に高性能な荷重センサを装着することが求められている。
【0003】
以下の特許文献１には、押圧力が付与される感圧部と、押圧力を検出する検出器と、を備えた感圧素子が記載されている。この感圧素子において、感圧部は、第１の導電部材と、第２の導電部材と、誘電体と、を有する。第１の導電部材は、弾性を有する。誘電体は、第１の導電部材と第２の導電部材との間に配置され、第１の導電部材または第２の導電部材の表面を少なくとも部分的に覆う。検出器は、第１の導電部材と第２の導電部材との間の静電容量の変化に基づいて、押圧力を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１８／０９６９０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のような荷重センサでは、荷重付与時および除荷時において、静電容量の変化に特性ずれ（ヒステリシス）が発生する。弾性を有する導電部材は、ゴムなどの弾性体中にフィラーが添加されることにより導電性が付与された部材である。このようにゴム中にフィラーが添加されると、フィラーが導電部材の弾性復帰に対して阻害要因となって、弾性復帰のレスポンスが低下する。これに起因して、荷重付与時および除荷時における静電容量の変化が、互いにずれてしまう。このため、同じ荷重の値でも、荷重付与時と除荷時とで、静電容量の値が異なってしまい、荷重センサの検出値にずれが生じる。
【0006】
かかる課題に鑑み、本発明は、荷重付与時と除荷時における検出値のずれを抑制することが可能な荷重センサ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】
【0007】
本発明の主たる態様は、荷重センサに関する。本態様に係る荷重センサは、弾性を有する絶縁性の基材と、前記基材の上面に形成され弾性を有する電極と、前記電極の上面に重ねて配置され表面が誘電体で被覆された導電性の線材と、を備える。ここで、前記基材の厚みに対する前記電極の厚みの比率は、０．０２以上０．３以下である。
【0008】
本態様に係る荷重センサによれば、基材の厚みに対する電極の厚みの比率を、０．０２以上０．３以下に設定することにより、基材の厚みに比べて電極の厚みを十分に小さくできる。これにより、荷重付与時および除荷時における電極および基材の変形において、電極の変形による影響が抑制され、基材による変形の影響が支配的となる。このため、電極の弾性復帰におけるレスポンス低下の影響を抑制でき、その結果、荷重付与時および除荷時における静電容量の変化を、ほぼ一致させることができる。よって、荷重付与時と除荷時における荷重センサの検出値のずれを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【0009】
以上のとおり、本発明によれば、荷重付与時と除荷時における検出値のずれを抑制することが可能な荷重センサを提供できる。
【0010】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図10】図１０（ａ）は、実施形態１に係る、ワイヤーの位置でＸ－Ｚ平面に平行な平面で切断した状態の荷重センサをＹ軸正方向に見た場合の模式図である。図１０（ｂ）は、実施形態１の比較例に係る、ワイヤーの位置でＸ－Ｚ平面に平行な平面で切断した状態の荷重センサをＹ軸正方向に見た場合の模式図である。
【図15】図１５（ａ）は、実施形態２の比較例に係る、Ｘ軸負方向に見た場合のワイヤー周辺を模式的に示す断面図である。図１５（ｂ）は、実施形態２に係る、Ｘ軸負方向に見た場合のワイヤー周辺を模式的に示す断面図である。
【0012】
ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明は、付与された荷重に応じて処理を行う管理システムや電子機器の荷重センサに適用可能である。
【0014】
管理システムとしては、たとえば、在庫管理システム、ドライバーモニタリングシステム、コーチング管理システム、セキュリティー管理システム、介護・育児管理システムなどが挙げられる。
【0015】
在庫管理システムでは、たとえば、在庫棚に設けられた荷重センサにより、積載された在庫の荷重が検出され、在庫棚に存在する商品の種類と商品の数とが検出される。これにより、店舗、工場、倉庫などにおいて、効率よく在庫を管理できるとともに省人化を実現できる。また、冷蔵庫内に設けられた荷重センサにより、冷蔵庫内の食品の荷重が検出され、冷蔵庫内の食品の種類と食品の数や量とが検出される。これにより、冷蔵庫内の食品を用いた献立を自動的に提案できる。
【0016】
ドライバーモニタリングシステムでは、たとえば、操舵装置に設けられた荷重センサにより、ドライバーの操舵装置に対する荷重分布（たとえば、把持力、把持位置、踏力）がモニタリングされる。また、車載シートに設けられた荷重センサにより、着座状態におけるドライバーの車載シートに対する荷重分布（たとえば、重心位置）がモニタリングされる。これにより、ドライバーの運転状態（眠気や心理状態など）をフィードバックすることができる。
【0017】
コーチング管理システムでは、たとえば、シューズの底に設けられた荷重センサにより、足裏の荷重分布がモニタリングされる。これにより、適正な歩行状態や走行状態へ矯正または誘導することができる。
【0018】
セキュリティー管理システムでは、たとえば、床に設けられた荷重センサにより、人が通過する際に、荷重分布が検出され、体重、歩幅、通過速度および靴底パターンなどが検出される。これにより、これらの検出情報をデータと照合することにより、通過した人物を特定することが可能となる。
【0019】
介護・育児管理システムでは、たとえば、寝具や便座に設けられた荷重センサにより、人体の寝具および便座に対する荷重分布がモニタリングされる。これにより、寝具や便座の位置において、人がどのような行動を取ろうとしているかを推定し、転倒や転落を防止することができる。
【0020】
電子機器としては、たとえば、車載機器（カーナビゲーション・システム、音響機器など）、家電機器（電気ポット、ＩＨクッキングヒーターなど）、スマートフォン、電子ペーパー、電子ブックリーダー、ＰＣキーボード、ゲームコントローラー、スマートウォッチ、ワイヤレスイヤホン、タッチパネル、電子ペン、ペンライト、光る衣服、楽器などが挙げられる。電子機器では、ユーザーからの入力を受け付ける入力部に荷重センサが設けられる。
【0021】
以下の実施形態は、上記のような管理システムや電子機器の荷重センサにおいて典型的に設けられる荷重センサである。このような荷重センサは、「静電容量型感圧センサ素子」、「容量性圧力検出センサ素子」、「感圧スイッチ素子」などと称される場合もある。以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。
【0022】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。便宜上、各図には互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向は、荷重センサ１の高さ方向である。
【0023】
【0024】
図１（ａ）に示すように、基材１１は、弾性を有する絶縁性の部材である。基材１１はＸ－Ｙ平面に平行な平板形状を有する。
【0025】
基材１１は、非導電性を有する樹脂材料または非導電性を有するゴム材料から構成される。基材１１に用いられる樹脂材料は、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（たとえば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。基材１１に用いられるゴム材料は、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。
【0026】
続いて、図１（ａ）に示した基材１１の上面（Ｚ軸正側の面）に、図１（ｂ）に示すように、電極１２が形成される。ここでは、基材１１の上面に、３つの電極１２が形成される。各電極１２は、弾性を有する導電性の部材である。各電極１２は、基材１１の上面においてＹ軸方向に長い帯状の形状を有しており、互いに離間して形成されている。電極１２は、樹脂材料とその中に分散した導電性フィラー、またはゴム材料とその中に分散した導電性フィラーから構成される。
【0027】
電極１２に用いられる樹脂材料は、上述した基材１１に用いられる樹脂材料と同様、たとえば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（ポリジメチルポリシロキサン（たとえば、ＰＤＭＳ）など）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。電極１２に用いられるゴム材料は、上述した基材１１に用いられるゴム材料と同様、たとえば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、および天然ゴム等からなる群から選択される少なくとも１種のゴム材料である。
【0028】
電極１２に用いられる導電性フィラーは、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））、およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））等の金属材料や、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（すなわち、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）からなる複合物）等の導電性高分子材料や、金属コート有機物繊維、金属線（繊維状態）等の導電性繊維からなる群から選択される少なくとも１種の材料である。
【0029】
【0030】
続いて、図１（ｂ）に示した３つの電極１２の上面に、図１（ｃ）に示すようにワイヤー１３が重ねて配置される。ここでは、３つのワイヤー１３が３つの電極１２の上面に重ねて配置される。各ワイヤー１３は、導電性の線材と、当該線材の表面を被覆する誘電体とからなる。３つのワイヤー１３は、電極１２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って並んで配置されている。各ワイヤー１３は、３つの電極１２に跨がるよう、Ｘ軸方向に延びて配置される。ワイヤー１３の構成については、追って図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
【0031】
３つのワイヤー１３が配置された後、各ワイヤー１３は、ワイヤー１３の長手方向（Ｘ軸方向）に移動可能に、接続部材１４で基材１１に接続される。図１（ｃ）に示す例では、１２個の接続部材１４が、電極１２とワイヤー１３とが重なる位置以外の位置において、ワイヤー１３を基材１１に接続している。
【0032】
接続部材１４は、たとえば糸により構成される。接続部材１４に用いられる糸は、繊維を撚り合わせた撚糸でもよく、撚り合わせていない単繊維（すなわちモノフィラメント）でもよい。接続部材１４に用いられる糸を構成する繊維は、化学繊維や天然繊維でもよく、化学繊維および天然繊維の混合繊維でもよい。
【0033】
接続部材１４に用いられる化学繊維は、合成繊維、半合成繊維、再生繊維、無機繊維などである。合成繊維としては、ポリスチレン系繊維、脂肪族ポリアミド系繊維（たとえば、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維）、芳香族ポリアミド系繊維、ポリビニルアルコール系繊維（たとえば、ビニロン繊維）、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリエステル系繊維（たとえば、ポリエステル繊維、ＰＥＴ繊維、ＰＢＴ繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリアリレート繊維）、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリエチレン系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリウレタン系繊維、フェノール系繊維、およびポリフルオロエチレン系繊維などが挙げられる。半合成繊維としては、セルロース系繊維および蛋白質系繊維などが挙げられる。再生繊維としては、レーヨン繊維、キュプラ繊維、およびリヨセル繊維などが挙げられる。無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、および金属繊維などが挙げられる。
【0034】
接続部材１４に用いられる天然繊維は、植物繊維や動物繊維などである。植物繊維としては、綿および麻（たとえば、アマ、ラミー）などが挙げられる。動物繊維としては、毛（たとえば、羊毛、アンゴラ、カシミヤ、モヘヤ）、絹、および羽毛（たとえば、ダウン、フェザー）などが挙げられる。
【0035】
接続部材１４に用いられる糸は、ニット用の糸など伸縮性を有する糸が好ましい。伸縮性を有する糸は、たとえば、エッフェル（カナガワ株式会社）、ソロテックス（帝人フロンティア株式会社）等の市販品として入手可能である。
【0036】
続いて、図１（ｃ）に示した３つの電極１２のＹ軸負側の端部に、図２（ａ）に示すように、それぞれケーブル２１ａが引き出され、３つのケーブル２１ａがコネクタ２１に接続される。また、図１（ｃ）に示したワイヤー１３のＸ軸負側の端部が、図２（ａ）に示すように、コネクタ２２に接続される。このように、３つのケーブル２１ａがコネクタ２１に接続され、３つのワイヤー１３がコネクタ２２に接続されることにより、３つの電極１２と３つのワイヤー１３内の線材との組み合わせに応じた静電容量を検出することが可能になる。
【0037】
続いて、図２（ａ）に示した３つのワイヤー１３の上方から、図２（ｂ）に示すように、基材１５が設置される。基材１５は、絶縁性の部材である。基材１５は、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、およびポリイミド等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。基材１５は、Ｘ－Ｙ平面に平行な平板形状を有し、Ｘ－Ｙ平面における基材１５の大きさは、基材１１と同様である。基材１５の四隅の頂点が基材１１の四隅の頂点に対して、シリコーンゴム系接着剤や糸などで接続されることにより、基材１５が基材１１に対して固定される。こうして、図２（ｂ）に示すように、荷重センサ１が完成する。
【0038】
次に、電極１２を基材１１の上面に形成する際に用いられ得る５つの印刷工法について順に説明する。なお、電極１２を基材１１の上面に形成する印刷工法は、以下の５つの印刷工法に限らず、以下の５つの印刷工法と同様の厚みで、電極１２を基材１１の上面に形成できる印刷工法であってもよい。
【0039】
図３（ａ）～（ｃ）は、スクリーン印刷を説明するための模式図である。スクリーン印刷は、孔からインキを通して印刷する孔板印刷の一種である。
【0040】
図３（ａ）に示すように、スクリーン印刷では、スクリーン版１１１とスキージ１１２が用いられる。スクリーン版１１１には、基材１１の上面に形成する電極１２の形状に合わせて、Ｙ軸方向に延びた孔１１１ａが形成されている。スクリーン印刷で塗布されるインキ１００は、電極１２と同じ材料からなるインキである。
【0041】
スクリーン印刷を行う際には、図３（ａ）に示すように、スクリーン版１１１の上面にインキ１００が塗布された状態で、基材１１の上面にスクリーン版１１１が近付けられる。図３（ｂ）に示すように、基材１１の上面にスクリーン版１１１が載置されると、スキージ１１２がＸ軸方向に移動される。これにより、孔１１１ａにインキ１００が入り込み、孔１１１ａの部分に対応する基材１１の上面にインキ１００が転写される。基材１１の上面に形成されるインキ１００（電極１２）の厚みは、孔１１１ａの深さ（Ｚ軸方向の幅）により決まる。その後、図３（ｃ）に示すように、スクリーン版１１１が基材１１から離される。こうして、基材１１への電極１２の形成が終了する。
【0042】
図４は、グラビア印刷を説明するための模式図である。グラビア印刷は、凹部に入ったインキを転移させる凹版印刷の一種である。
【0043】
図４に示すように、グラビア印刷では、容器１２１と、版胴１２２と、圧胴１２３とが用いられる。容器１２１は、インキ１００を収容している。版胴１２２には、基材１１のＺ軸正側の面に形成する電極１２の形状に合わせてＹ軸方向に延びた凹部１２２ａが形成されている。
【0044】
グラビア印刷を行う際には、版胴１２２と圧胴１２３とが回転され、版胴１２２と圧胴１２３との間に基材１１が通される。これにより、容器１２１内のインキ１００が版胴１２２の凹部１２２ａに入り込み、凹部１２２ａ内のインキ１００は、圧胴１２３が基材１１をＺ軸正方向に押し付けることにより、基材１１のＺ軸正側の面に転移される。基材１１のＺ軸正側の面に形成されるインキ１００（電極１２）の厚みは、版胴１２２の凹部１２２ａの深さにより決まる。こうして、基材１１への電極１２の形成が終了する。
【0045】
図５は、フレキソ印刷を説明するための模式図である。フレキソ印刷は、凸部に付着したインキを転移させる凸版印刷の一種である。
【0046】
図５に示すように、フレキソ印刷では、ドクターチャンバー１３１と、アニロックスロール１３２と、版１３３と、センタードラム１３４とが用いられる。ドクターチャンバー１３１は、インキ１００を収容している。版１３３には、基材１１のＺ軸正側の面に形成する電極１２の形状に合わせてＹ軸方向に延びた凸部１３３ａが形成されている。
【0047】
フレキソ印刷を行う際には、アニロックスロール１３２と版１３３が回転され、ドクターチャンバー１３１内のインキ１００が、版１３３の凸部１３３ａに塗布される。センタードラム１３４には、基材１１が配置されており、センタードラム１３４の回転により、版１３３とセンタードラム１３４との間に基材１１が移送される。これにより、凸部１３３ａ上のインキ１００が、基材１１のＺ軸正側の面に転移される。基材１１のＺ軸正側の面に形成されるインキ１００（電極１２）の厚みは、版１３３の凸部１３３ａと基材１１とが最も近づくときの距離により決まる。こうして、基材１１への電極１２の形成が終了する。
【0048】
図６は、オフセット印刷を説明するための模式図である。
【0049】
図６に示すように、オフセット印刷では、インキローラー１４１と、水ローラー１４２と、容器１４３と、版胴１４４と、ブランケット１４５と、圧胴１４６とが用いられる。容器１４３は、湿し水１０１を収容している。
【0050】
オフセット印刷を行う際には、インキローラー１４１が回転されることにより、インキ１００が版胴１４４に塗布される。また、水ローラー１４２が回転されることにより、容器１４３内の湿し水１０１が版胴１４４に塗布される。このとき、版胴１４４上のインキ１００が、基材１１に形成される電極１２の幅（Ｘ軸方向の長さ）に対応するように、インキ１００が版胴１４４に塗布される。版胴１４４とブランケット１４５とが回転されることにより、版胴１４４上のインキ１００および湿し水１０１のうち、インキ１００がブランケット１４５に移動する。そして、ブランケット１４５と圧胴１４６とが回転され、ブランケット１４５と圧胴１４６との間に基材１１が通される。これにより、ブランケット１４５上のインキ１００が、基材１１の上面に転移される。基材１１の上面に形成されるインキ１００（電極１２）の厚みは、ブランケット１４５と圧胴１４６との距離により決まる。こうして、基材１１への電極１２の形成が終了する。
【0051】
図７は、グラビアオフセット印刷を説明するための模式図である。
【0052】
図７に示すように、グラビアオフセット印刷では、インキロール１５１と、インキ皿１５２と、ドクター１５３と、グラビア版胴１５４と、ブランケット胴１５５と、圧胴１５６とが用いられる。インキ皿１５２は、インキ１００を収容している。グラビア版胴１５４には、基材１１の上面に形成する電極１２の形状に合わせてＹ軸方向に延びた凹部１５４ａが形成されている。
【0053】
グラビアオフセット印刷を行う際には、インキロール１５１が回転されることにより、インキ皿１５２内のインキ１００がグラビア版胴１５４に塗布される。グラビア版胴１５４に塗布されたインキ１００は、ドクター１５３により、グラビア版胴１５４の凹部１５４ａ内に収容される。グラビア版胴１５４とブランケット胴１５５とが回転されることにより、凹部１５４ａ内のインキ１００が、ブランケット胴１５５に移動する。そして、ブランケット胴１５５と圧胴１５６とが回転され、ブランケット胴１５５と圧胴１５６との間に基材１１が通される。これにより、ブランケット胴１５５上のインキ１００が、基材１１の上面に転移される。基材１１の上面に形成されるインキ１００（電極１２）の厚みは、凹部１５４ａの深さ、および、ブランケット胴１５５と圧胴１５６との距離により決まる。こうして、基材１１への電極１２の形成が終了する。
【0054】
以上のように、各印刷工法によれば、基材１１の上面に０．００１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の厚みで電極１２を形成することが可能となる。
【0055】
【0056】
図８に示すように、３つの電極１２と３つのワイヤー１３とが交わる位置に、荷重を検出するための領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３が設定される。各領域に対してＺ軸方向に荷重が加わると、荷重により電極１２がワイヤー１３を包み込むように撓む。これにより、電極１２とワイヤー１３との間の接触面積が変化し、当該電極１２と当該ワイヤー１３との間の静電容量が変化する。
【0057】
図８に示すように、３つの電極１２から引き出されたケーブル２１ａをラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と称し、３つのワイヤー１３内の線材１３ａをラインＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３と称する。ラインＬ２１がラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と交わる位置を、それぞれ、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３とし、ラインＬ２２がラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と交わる位置を、それぞれ、領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３とし、ラインＬ２３がラインＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３と交わる位置を、それぞれ、領域Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３とする。
【0058】
領域Ａ１１に対して荷重が加えられると、領域Ａ１１において電極１２とワイヤー１３との接触面積が増加する。したがって、ラインＬ１１とラインＬ２１との間の静電容量を検出することにより、領域Ａ１１において加えられた荷重を算出することができる。同様に、他の領域においても、当該他の領域において交わる２つのライン間の静電容量を検出することにより、当該他の領域において加えられた荷重を算出することができる。
【0059】
たとえば、３つのケーブル２１ａの何れか１つを選択的にグランドに接続し、このケーブル２１ａと、３つのワイヤー１３の何れか１つとの間の電圧を検出することにより、当該ケーブル２１ａと当該ワイヤー１３とが交差する領域の静電容量を検出できる。この静電容量に基づいて、当該領域に付与された荷重を算出できる。
【0060】
【0061】
図９（ａ）に示すように、ワイヤー１３は、導電性の線材１３ａと、線材１３ａを被覆する誘電体１３ｂと、により構成される。線材１３ａは、たとえば、金属体、ガラス体およびその表面に形成された導電層、樹脂体およびその表面に形成された導電層などにより構成される。ガラス体が用いられる場合、ガラス体の中に導電性フィラーが分散されてもよく、樹脂体が用いられる場合、樹脂体の中に導電性フィラーが分散されてもよい。
【0062】
線材１３ａに用いられる金属体は、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ－Ｃｒ合金（ニクロム）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））、およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））等からなる群から選択される少なくとも１種の金属である。線材１３ａに用いられるガラス体は、酸化ケイ素の網目状構造を有するものであれば特に限定されず、たとえば、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等からなる群から選択される少なくとも１種のガラス材料である。線材１３ａに用いられる樹脂体は、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（たとえば、ＰＤＭＳなど）、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂、およびウレタン系樹脂等からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料である。
【0063】
ガラス体および樹脂体の導電層は、たとえば、金属体を構成し得る金属と同様の金属の群から選択される少なくとも１種の金属の蒸着により形成されてもよく、導電性インクの塗布などにより形成されてもよい。ガラス体および樹脂体の導電性フィラーは、金属体を構成し得る金属と同様の金属の群から選択される少なくとも１種の金属である。
【0064】
誘電体１３ｂは、電気絶縁性を有し、たとえば、樹脂材料、セラミック材料、金属酸化物材料などにより構成される。誘電体１３ｂは、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂（たとえば、ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂などからなる群から選択される少なくとも１種の樹脂材料でもよく、Ａｌ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５などからなる群から選択される少なくとも１種の金属酸化物材料でもよい。
【0065】
図９（ａ）に示す領域に荷重が加えられていない場合、電極１２とワイヤー１３との間にかかる力、および、ワイヤー１３と基材１５との間にかかる力は、ほぼゼロである。この状態から、図９（ｂ）に示すように、基材１１の下面に対して上方向に荷重が加えられ、基材１５の上面に対して下方向に荷重が加えられると、図９（ｂ）に示すように、ワイヤー１３によって、弾力を有する電極１２および基材１１が変形する。なお、基材１１の下面または基材１５の上面が静止物体に載置されて、他方の基材に対してのみ荷重が加えられた場合も、反作用により静止物体側から同様に荷重を受けることになる。
【0066】
図９（ｂ）に示すように、荷重が加えられると、ワイヤー１３は、電極１２および基材１１に包まれるように、電極１２と基材１１に近付けられ、ワイヤー１３と電極１２との間の接触面積が増加する。これにより、ワイヤー１３内の線材１３ａと電極１２との間の静電容量が変化し、図８を参照して説明したように、この領域に対応する２つのライン間の静電容量が検出され、この領域にかかる荷重が算出される。
【0067】
ここで、弾性を有する材料の中に導電性フィラー分散された電極の場合、導電性フィラーが電極の弾性復帰に対して阻害要因となって弾性復帰のレスポンスが低下することが知られている。このような電極を用いて荷重の付与と除去を行うと、静電容量の変化に特性ずれ（ヒステリシス）が発生し、荷重付与時および除荷時における静電容量の変化が互いにずれてしまう。
【0068】
そこで、発明者らは、検討を重ねた結果、基材１１の上面に形成する電極１２の厚みを、図３（ａ）～図７を参照して説明したような印刷工法を用いて薄くすることにより、電極１２の特性ずれを抑制できることを見いだした。上述したように、基材１１の上面に所定の印刷工法で電極１２を薄く形成すると、図９（ｂ）に示すように、荷重に応じて電極１２と線材１３ａとの間の静電容量を変化させながら、電極１２と基材１１とによる構造体が十分な弾性力を持つことにより、除荷時に、図９（ｂ）の状態から図９（ａ）の状態に迅速に復帰するようになる。すなわち、電極１２および基材１１の弾性変形は、基材１１の弾性変形の影響が支配的になり、電極１２に含まれるフィラーの影響が顕著に抑制される。これにより、除荷時における静電容量の変化を、荷重付与時の静電容量の変化に近付けることができる。
【0069】
図１０（ａ）は、ワイヤー１３の位置でＸ－Ｚ平面に平行な平面で切断した状態の荷重センサ１をＹ軸正方向に見た場合の模式図である。
【0070】
図１（ｃ）を参照して説明したように、接続部材１４は、電極１２のＸ軸正側およびＸ軸負側において、ワイヤー１３を基材１１に接続している。ここで、上述したように、基材１１の上面の電極１２は、印刷工法によって、厚みが１０μｍ～１５０μｍと非常に薄くなるよう形成されている。これにより、図１０（ａ）に示すように、ワイヤー１３と基材１１との間隔Ｄ１も、同様に非常に短くなる。したがって、接続部材１４の締め付けによって、ワイヤー１３と基材１１とが近付いたとしても、ワイヤー１３と基材１１のＺ軸方向の撓みは距離Ｄ１以下に抑制される。
【0071】
一方、あらかじめ作成した電極１２を接着剤等で基材１１の上面に設置すると、図１０（ｂ）に示すように、基材１１の上面における電極１２の厚みは、０．５ｍｍ～１ｍｍ程度に大きくなる。このように、電極１２の厚みが大きい場合、ワイヤー１３と基材１１との間隔Ｄ２は、図１０（ａ）の間隔Ｄ１よりも大きくなる。この場合、接続部材１４の締め付けによって、ワイヤー１３と基材１１とが近付くと、ワイヤー１３と基材１１のＺ軸方向の撓みが、距離Ｄ２程度まで大きくなってしまう。これにより、荷重の検出精度が低下する畏れがある。これに対し、実施形態１では、上記のように、ワイヤー１３と基材１１との間隔が小さいため、意図しない基材１１およびワイヤー１３の変形が抑制される。よって、荷重の検出精度を高く確保できる。
【0072】
次に、図１１を参照して、荷重センサ１の各部の好ましいサイズについて説明する。
【0073】
図１１に示すように、電極１２の厚み（Ｚ軸方向の高さ）をｄ１、基材１１の厚み（Ｚ軸方向の高さ）をｄ２、電極１２の幅（Ｘ軸方向の長さ）をｄ２１、電極１２の間隔（２つの電極１２の間のＸ軸方向の距離）をｄ２２、電極１２の弾性率をＥ１、電極１２の導電率をσ、基材１１の弾性率をＥ２とする。
【0074】
発明者らの検討によれば、電極１２の弾性率Ｅ１を０．１ＭＰａ～１０ＭＰａ、電極１２の導電率σを１００Ω・ｃｍ以下、基材１１の弾性率Ｅ２を０．０１ＭＰａ～１０ＭＰａ、電極１２の厚みｄ１を０．００１ｍｍ～０．５ｍｍ、基材１１の厚みｄ２を０．０１ｍｍ～２ｍｍ、電極１２の幅ｄ２１を２ｍｍ～５０ｍｍ、電極１２の間隔ｄ２２を１ｍｍ～５ｍｍに設定することにより、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、除荷時における静電容量の変化を、荷重付与時の静電容量の変化に近付けることができ、また、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、接続部材１４の締め付け時におけるワイヤー１３および基材１１の撓みを抑制できることが想定され得る。
【0075】
＜実施形態１の効果＞
以上、実施形態１によれば、以下の効果が奏される。
以上、実施形態１によれば、以下の効果が奏される。
【0076】
上記のように基材１１の厚みと電極の厚みを設定することにより、基材１１の厚みに比べて電極１２の厚みを十分に小さくできる。これにより、荷重付与時および除荷時における電極１２および基材１１の変形において、電極１２の変形による影響が抑制され、基材１１による変形の影響が支配的となる。このため、電極１２の弾性復帰におけるレスポンス低下の影響を抑制でき、その結果、荷重付与時および除荷時における静電容量の変化を、ほぼ一致させることができる。よって、荷重付与時と除荷時における荷重センサ１の検出値のずれを抑制することが可能となる。
【0077】
図１０（ａ）を参照して説明したように、ワイヤー１３と基材１１との間隔Ｄ１は、電極１２の厚みに応じて非常に小さい値となる。したがって、接続部材１４の締め付けによるワイヤー１３と基材１１の変形を抑制することができる。よって、荷重の検出精度を高めることができる。
【0078】
電極１２は、基材１１の上面に、図３（ａ）～図７に示したような所定の印刷工法、すなわち、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、またはグラビアオフセット印刷によって形成されている。このように、印刷工法を用いることにより、基材１１の厚みに比べて十分小さい厚みの電極１２を、基材１１の上面に円滑かつ精度よく形成できる。
【0079】
電極１２は、基材１１の上面に互いに離間して複数形成されている。これにより、荷重センサ１の荷重の検出範囲を複数に分割できる。
【0080】
また、各電極１２は、一方向（Ｙ軸方向）に長い帯状の形状を有し、ワイヤー１３（線材１３ａ）は、複数の電極１２に跨がるように配置されている。これにより、線材１３ａが複数の電極１２に跨がる交差位置（図８では、領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３）において、荷重を検出できる。
【0081】
また、ワイヤー１３（線材１３ａ）は、電極１２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って複数配置されている。これにより、図８に示したように、複数の電極１２と複数の線材１３ａとが交わる交差位置をマトリクス状に配置できるため、検出位置を細かく設定できる。
【0082】
ワイヤー１３（線材１３ａ）は、長手方向（Ｘ軸方向）に移動可能に、接続部材１４で基材１１に接続されている。ワイヤー１３が基材１１に接着剤等で固定される場合、基材１１および電極１２が伸縮すると、接着剤により線材１３ａを被覆している誘電体１３ｂが剥がれるといった事態が生じ得る。これに対し、実施形態１では、糸等からなる接続部材１４により、ワイヤー１３（線材１３ａ）が、長手方向（Ｘ軸方向）に移動可能に基材１１に接続されているため、基材１１および電極１２が伸縮したとしても、ワイヤー１３（線材１３ａ）と接続部材１４との位置関係が変化することにより、誘電体１３ｂの破損を抑制できる。よって、誘電体１３ｂの破損に基づく荷重の検出精度の低下を抑制できる。
【0083】
＜実施形態２＞
実施形態１では、図２（ａ）に示した構造体に対して、上側から基材１５が重ねられることにより荷重センサ１が構成されたが、実施形態２では、図２（ａ）に示した構造体に対して、図１（ｂ）に示した構造体が重ねられることにより荷重センサ１が構成される。
実施形態１では、図２（ａ）に示した構造体に対して、上側から基材１５が重ねられることにより荷重センサ１が構成されたが、実施形態２では、図２（ａ）に示した構造体に対して、図１（ｂ）に示した構造体が重ねられることにより荷重センサ１が構成される。
【0084】
【0085】
図１２に示すように、実施形態２では、実施形態１と同様の手順により、図２（ａ）と同様の構造体１ａが生成される。そして、構造体１ａとは別に、実施形態１と同様の手順により、図１（ｂ）と同様の構造体が生成され、この構造体が上下方向に反転された状態で、３つの電極１２に３つのケーブル２１ａおよびコネクタ２１が接続されて、構造体１ｂが生成される。
【0086】
続いて、構造体１ａの上側から構造体１ｂが設置され、下側の基材１１の上面の四隅と、上側の基材１１の下面の四隅とが接着剤や糸などにより固定される。こうして、図１３に示すように、実施形態２の荷重センサ１が完成する。実施形態２においても、図８と同様に、荷重を検出するための９つの領域が設定される。
【0087】
【0088】
図１４（ａ）に示す領域に荷重が加えられていない場合、上側の電極１２とワイヤー１３との間にかかる力、および、下側の電極１２とワイヤー１３との間にかかる力は、ほぼゼロである。この状態から、図１４（ｂ）に示すように、上側の基材１１の上面に対して下方向に荷重が加えられ、下側の基材１１の下面に対して上方向に荷重が加えられると、図１４（ｂ）に示すように、ワイヤー１３によって、弾力を有する電極１２および基材１１が変形する。
【0089】
図１４（ｂ）に示すように、荷重が加えられると、ワイヤー１３は、上側の電極１２および上側の基材１１に包まれるように、上側の電極１２と上側の基材１１に近付けられる。同様に、ワイヤー１３は、下側の電極１２および下側の基材１１に包まれるように、下側の電極１２と下側の基材１１に近付けられる。これにより、線材１３ａと上側の電極１２との間の静電容量と、線材１３ａと下側の電極１２との間の静電容量とが変化する。そして、２つの静電容量の和に基づいて、図８に示した９個の領域のうち、対応する領域にかかる荷重が算出される。
【0090】
＜検証実験１＞
発明者らは、実施形態２の荷重センサ１および比較例の荷重センサ２００について、実際に静電容量と荷重の関係を検証実験により確認した。
発明者らは、実施形態２の荷重センサ１および比較例の荷重センサ２００について、実際に静電容量と荷重の関係を検証実験により確認した。
【0091】
図１５（ａ）、（ｂ）を参照して、検証実験で用いた荷重センサ１の各部のサイズについて説明する。図１５（ａ）、（ｂ）は、Ｘ軸負方向に見た場合のワイヤー１３周辺を模式的に示す断面図である。図１５（ａ）は、比較例の荷重センサ２００を示しており、図１５（ｂ）は、実施形態２とほぼ同様の荷重センサ１を示している。図１５（ａ）、（ｂ）のいずれの構成においても、Ｘ軸方向に延びた２本のワイヤー１３を挟んで、上下にそれぞれ、基材１１と電極１２が位置付けられている。
【0092】
図１５（ａ）に示すように、比較例の荷重センサ２００の場合、下側の電極１２の厚みｄ１１を１ｍｍとし、上側の電極１２の厚みｄ１２を０．５ｍｍとした。ここでは、これら２つの電極１２を、あらかじめ作成しておき、接着剤等で基材１１に対して設置した。また、上下の基材１１の厚みｄ２を、いずれも０．５ｍｍとした。図１５（ｂ）に示すように、実施形態２の荷重センサ１の場合、下側の電極１２の厚みｄ１１と上側の電極１２の厚みｄ１２を、上述したような印刷工法により、いずれも１０μｍ～１５０μｍに設定した。また、上下の基材１１の厚みｄ２を、比較例の場合と同様、いずれも０．５ｍｍとした。すなわち、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率を、０．０２以上０．３以下とした。
【0093】
図１５（ａ）、（ｂ）のいずれの場合も、上下の電極１２をグランド（ＧＮＤ）に接続し、２つのワイヤー１３の線材１３ａを互いに接続した。図１５（ａ）、（ｂ）のように設定した２種類の荷重センサを固定台に設置し、上側の基材１１の上面において１ｃｍ２内に荷重を付与し、電極１２と線材１３ａとの間の静電容量を測定した。
【0094】
図１６（ａ）は、比較例の場合の荷重と静電容量との関係を示すグラフである。図１６（ａ）に示すように、比較例では、荷重付与時と除荷時において、互いに異なる曲線が生成された。このため、比較例では、同じ荷重がかかっている場合でも、荷重付与時と除荷時とで異なる静電容量となるため、静電容量に基づいて算出される荷重の値が互いに異なってしまう。
【0095】
一方、図１６（ｂ）は、実施形態２の場合の荷重と静電容量との関係を示すグラフである。図１６（ｂ）に示すように、実施形態２では、荷重付与時と除荷時において、ほぼ同じ曲線が生成された。このため、実施形態２では、同じ荷重がかかっている場合に、荷重付与時と除荷時とでほぼ同じ静電容量となるため、静電容量に基づいて算出される荷重の値もほぼ同じものとなる。
【0096】
以上、上述した印刷工法に基づいて電極１２の厚みが１０μｍ以上１５０μｍ以下に設定され、基材１１の厚みが０．５ｍｍに設定されることにより、言い換えれば、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率が０．０２以上０．３以下に設定されることにより、静電容量の変化に生じる特性ずれ（ヒステリシス）が抑制され、荷重付与時および除荷時における静電容量の変化が互いに一致することが分かった。
【0097】
なお、基材１１の厚みが０．５ｍｍ以上であれば、荷重付与時および除荷時における電極１２および基材１１の変形において、より一層、電極１２の変形による影響が抑制され、基材１１による変形の影響が支配的となる。よって、基材１１の厚みが０．５ｍｍ以上に設定されることにより、言い換えれば、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率が０．０２～０．３の範囲よりも小さく設定されることにより、静電容量の変化に生じる特性ずれがより一層抑制されることが想定される。
【0098】
＜検証実験２＞
さらに、発明者らは、図１５（ｂ）に示した実施形態２の構成において、電極１２の厚みを変化させた場合の荷重センサ１のヒステリシス特性を、実験により検証した。この実験では、電極１２の厚みを変化させることを除いて、上記検証実験１の実施形態２に適用された条件と同様の条件を設定した。図１５（ｂ）の構成において、下側の電極１２の厚みｄ１１と上側の電極１２の厚みｄ１２を互いに等しく維持した状態で、厚みｄ１１、ｄ１２を変化させた。基材１１の厚みｄ２は、０．５ｍｍに固定した。この条件のもと、発明者らは、荷重を適正に検出可能な電極１２の厚み、および、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率を確認した。
さらに、発明者らは、図１５（ｂ）に示した実施形態２の構成において、電極１２の厚みを変化させた場合の荷重センサ１のヒステリシス特性を、実験により検証した。この実験では、電極１２の厚みを変化させることを除いて、上記検証実験１の実施形態２に適用された条件と同様の条件を設定した。図１５（ｂ）の構成において、下側の電極１２の厚みｄ１１と上側の電極１２の厚みｄ１２を互いに等しく維持した状態で、厚みｄ１１、ｄ１２を変化させた。基材１１の厚みｄ２は、０．５ｍｍに固定した。この条件のもと、発明者らは、荷重を適正に検出可能な電極１２の厚み、および、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率を確認した。
【0099】
実験では、図１７（ａ）に示す算出方法によりヒステリシスを求めた。
【0100】
図１７（ａ）において、Ｃ１は、荷重付与時において所定の荷重Ｆに対応する静電容量であり、Ｃ２は、除荷時において所定の荷重Ｆに対応する静電容量である。ΔＣは、Ｃ１とＣ２との差分である。ヒステリシス（％）は、荷重Ｆの変動に応じてΔＣ／Ｃ２の値が最も大きくなるときのΔＣ／Ｃ２の値として算出される。
【0101】
なお、上記検証実験１において、図１６（ａ）の比較例におけるヒステリシスは１２％となり、図１６（ｂ）の実施形態２におけるヒステリシスは０．２％未満となる。このように、実施形態２の構成によれば、比較例に比べて、ヒステリシスを数段小さくできる。
【0102】
図１７（ｂ）は、ヒステリシス特性の実験結果を示すグラフである。横軸は、電極１２の厚みを示している。横軸には、基材１１の厚み（０．５ｍｍ）に対する電極１２の厚みの比率が、矢印により電極１２の厚みに対応付けて示されている。縦軸は、ヒステリシス（％）を示している。
【0103】
発明者らの検討によると、荷重付与時と除荷時の両方において、荷重を適正に検出可能なヒステリシスの許容範囲は、好ましくは５％以下であり、より好ましくは２％以下である。したがって、図１７（ｂ）の実験結果から、電極１２の厚みは、２５０μｍ以下が好ましく、１５０μｍ以下がさらに好ましい。同様に、この実験結果から、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率は、０．５以下が好ましく、０．３以下がさらに好ましい。
【0104】
さらに、発明者らは、同様の条件で、電極１２の厚みと電極１２の体積抵抗率との関係を検証した。
【0105】
電極１２は、樹脂材料またはゴム材料と、その中に分散した数μｍ程度の大きさの導電性フィラーとにより構成される。したがって、電極１２の厚みがフィラーの大きさ程度に小さくなると、電極１２内に導電性フィラーが３次元状に分配されにくくなり、結果、電極１２における導電性フィラーの、平面視における密度が急激に低くなる。このため、電極１２の厚みがフィラーの大きさ程度に小さくなると、電極１２の導電率が顕著に低下して、電極１２の体積抵抗率が急激に上昇し、電極１２の抵抗値が大きく上昇する。また、電極１２の厚みの低下に伴い導電フィラーが３次元状に分布しにくくなると、導電フィラーが３次元状に適正に分布する場合に比べて、電極１２ごとの体積抵抗率のバラつきが大きくなる。このため、電極１２の厚みがフィラーの大きさ程度に小さくなると、電極１２ごとの体積抵抗率のバラつきが大きくなる。
【0106】
以上のように、電極１２の厚みがフィラーの大きさ程度に小さい場合、電極１２の抵抗値が顕著に大きくなり、且つ、電極１２ごとの抵抗値のバラつきが大きくなるため、後段の測定回路による電極１２とワイヤー１３との間の静電容量の測定精度が低下し、静電容量に応じた荷重を適正に算出できなくなる。発明者らは、この点について、以下に示す検証実験により明らかにした。
【0107】
図１７（ｃ）は、電極１２の厚みと電極１２の体積抵抗率との関係の検証結果を示すグラフである。横軸は、図１７（ｂ）と同様、電極１２の厚みを示している。図１７（ｂ）と同様、横軸には、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率が、矢印により電極１２の厚みに対応付けて示されている。縦軸は、電極１２の体積抵抗率を示している。
【0108】
図１７（ｃ）に示すように、電極１２の厚みが小さくなると、導電性フィラー同士が互いに電気を通しにくくなることにより、体積抵抗率が上昇することが分かる。特に、電極１２の厚みが、フィラーの大きさに近づく１０μｍよりやや小さくなる辺りから、体積抵抗率が急激に上昇し、さらに、電極１２の厚みが１０μｍより小さくなるにつれて、体積抵抗率の上昇度合いが大きくなっていく。このため、電極１２の厚みが１０μｍより小さい範囲では、上述の要因により、荷重を適正に検出できなくなる。したがって、図１７（ｃ）の検証結果から、電極１２の厚みは、１０μｍ以上が好ましく、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率は、０．０２以上が好ましい。
【0109】
さらに、発明者らは、電極１２の弾性係数が異なる場合についても、図１７（ｂ）、（ｃ）と同様の実験を行って、荷重を適正に検出するための電極１２の厚みおよび比率の条件を検証した。
【0110】
図１８は、この実験における電極１２の厚みとヒステリシスとの関係を示すグラフである。図１８のグラフは、図１７（ｂ）と同様のグラフである。黒のプロットは、弾性係数が１０５Ｐａ以上１０９Ｐａ以下（設定１）である電極１２を用いた場合を示しており、白のプロットは、弾性係数が１０５未満（設定２）である電極１２を用いた場合を示している。なお、設定１に基づく電極１２は、図１７（ｂ）、（ｃ）の実験で用いた電極１２と同様である。したがって、黒のプロットは、図１７（ｂ）、（ｃ）のプロットと同様である。
【0111】
設定１の場合、ヒステリシスが許容範囲（５％以下または２％以下）に収まり、電極１２の体積抵抗率が許容範囲（７５Ω・ｃｍ以下）に収まるための条件は、図１７（ｂ）、（ｃ）を参照して説明した条件と同様である。したがって、設定１の場合の基材１１の厚みに対する電極１２の厚みのより好ましい比率は、０．０２以上０．３以下である。
【0112】
一方、設定２の場合も、荷重を適正に検出可能なヒステリシスの許容範囲は、好ましくは５％以下であり、より好ましくは２％以下である。したがって、図１８のグラフに基づいて、電極１２の厚みは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。よって、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率は、０．２以下が好ましく、０．１以下がさらに好ましい。また、設定２の場合、電極１２の厚みと体積抵抗率との関係は、図１７（ｃ）と略同様になる。したがって、設定２の場合、図１７（ｃ）の場合と同様、電極１２の厚みは、１０μｍ以上が好ましく、電極１２の厚みの比率は、０．０２以上が好ましい。よって、設定２の場合の基材１１の厚みに対する電極１２の厚みのより好ましい比率は、０．０２以上０．１以下である。
【0113】
荷重センサ１に用いられる電極１２の弾性係数は、通常、１０５Ｐａ以上１０９Ｐａ以下（設定１）の範囲に含まれる。よって、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率は、上記のように、０．０２以上０．３以下に設定されることが好ましい。他方、荷重センサ１に用いられる電極１２の弾性係数が１０５未満（設定２）の範囲に含まれる場合は、上記のように、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率が０．０２以上０．１以下に設定されるとよい。
【0114】
＜実施形態２の効果＞
以上、実施形態２によれば、実施形態１と同様の効果に加えて、以下の効果が奏される。
以上、実施形態２によれば、実施形態１と同様の効果に加えて、以下の効果が奏される。
【0115】
図１６（ｂ）および図１７（ｂ）、（ｃ）の検証実験に示すように、基材１１の厚みに対する電極１２の厚みの比率を、０．０２以上０．３以下に設定することにより、基材１１の厚みに比べて電極１２の厚みを十分に小さくできる。これにより、荷重付与時および除荷時における電極１２および基材１１の変形において、電極１２の変形による影響が抑制され、基材１１による変形の影響が支配的となる。このため、電極１２の弾性復帰におけるレスポンス低下の影響を抑制でき、その結果、上記検証実験１、２に示したように、荷重付与時および除荷時における静電容量の変化を、ほぼ一致させることができ、ヒステリシスを抑制できる。よって、荷重付与時と除荷時における荷重センサ１の検出値のずれを抑制することが可能となる。
【0116】
図１２に示したように、構造体１ｂは、構造体１ａと同様の構成を有しており、構造体１ｂの電極１２がワイヤー１３（線材１３ａ）に重なるように構造体１ｂが構造体１ａの上側に配置される。そして、線材１３ａと下側の電極１２との間の静電容量と、線材１３ａの上側の電極１２との間の静電容量との和に基づいて荷重が算出される。これにより、実施形態１と比較して静電容量が高められるため、荷重センサ１の感度を高めることができる。したがって、荷重センサ１による荷重の検出精度を高めることができる。また、線材１３ａの上下が、それぞれ電極１２によりシールドされるため、線材１３ａに生じるノイズを抑制することができる。
【0117】
なお、２つの構造体１ａ、１ｂにおいて、それぞれ電極１２が上述したような印刷工法により形成されていればよく、電極１２の厚み、幅、長さ、弾性係数や、基材１１の厚み、弾性係数等が、２つの構造体間で相違していてもよい。
【0118】
＜実施形態３＞
実施形態２では、ワイヤー１３は、Ｘ軸方向に直線的に延びて配置されたが、実施形態３では、Ｘ－Ｙ平面内において周期的に折り曲げられた形状を有する。
実施形態２では、ワイヤー１３は、Ｘ軸方向に直線的に延びて配置されたが、実施形態３では、Ｘ－Ｙ平面内において周期的に折り曲げられた形状を有する。
【0119】
図１９は、実施形態３に係る荷重センサ１の各部の構成を模式的に示す斜視図である。
【0120】
実施形態３のワイヤー１３は、実施形態２と比較して、あらかじめ周期的折り曲げられている。このように周期的に折り曲げられたワイヤー１３が、電極１２の上側に配置され、実施形態１、２と同様、接続部材１４で基材１１に接続され、構造体１ａが完成する。そして、構造体１ａの上側から、実施形態２と同様の構造体１ｂが設置され、荷重センサ１が完成する。
【0121】
なお、実施形態３のワイヤー１３は、上記実施形態１、２と同様に構成されるほか、複数の絶縁コート導体線を撚ってなる撚り線により構成されてもよい。また、上記実施形態１、２のワイヤー１３も、複数の絶縁コート導体線を撚ってなる撚り線により構成されてもよい。
【0122】
図２０（ａ）、（ｂ）は、基材１１および電極１２の伸縮に合わせてワイヤー１３の形状が変化することを説明する模式図である。図２０（ａ）、（ｂ）は、Ｚ軸負方向に見た場合の荷重センサ１の構成を模式的に示す平面図であり、便宜上、荷重センサ１のうち構造体１ｂの図示が省略されている。
【0123】
図２０（ａ）に示すように、通常状態においては、ワイヤー１３は、図１９と同様、周期的に折れ曲がっている。この状態から、基材１１および電極１２が伸縮すると、たとえば、図２０（ｂ）に示すように、ワイヤー１３は直線状に延びた状態となる。このとき、接続部材１４は糸で構成されているため、接続部材１４がワイヤー１３を留める位置は、基材１１および電極１２の伸縮に合わせて変動する。
【0124】
＜実施形態３の効果＞
以上、実施形態３によれば、実施形態１、２と同様の効果に加えて、以下の効果が奏される。
以上、実施形態３によれば、実施形態１、２と同様の効果に加えて、以下の効果が奏される。
【0125】
図１９および図２０（ａ）に示したように、ワイヤー１３（線材１３ａ）は、周期的に折り曲げられている。このため、基材１１および電極１２が伸縮した場合でも、線材１３ａの折り曲げ状態が変化するため、線材１３ａの破損を回避できる。また、線材１３ａが直線的に配置される場合に比べて、単位面積当たりの線材１３ａの密度が高くなるため、荷重センサ１による検出感度を高め、荷重センサ１による検出範囲を広げることができる。
【0126】
また、ワイヤー１３（線材１３ａ）は、長手方向（Ｘ軸方向）に移動可能に、接続部材１４で基材１１に接続されている。これにより、図２０（ａ）、（ｂ）に示したように、基材１１および電極１２が伸縮したとしても、ワイヤー１３（線材１３ａ）と接続部材１４との位置関係が変化することにより、誘電体１３ｂの破損を抑制できる。
【0127】
＜変更例＞
荷重センサ１の構成は、上記実施形態１～３に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
荷重センサ１の構成は、上記実施形態１～３に示した構成以外に、種々の変更が可能である。
【0128】
たとえば、上記実施形態１～３では、基材１１の表面に３つの電極１２が形成されたが、基材１１の全面に１つの電極１２が形成されてもよい。また、３つの電極１２に対して３つのワイヤー１３（線材１３ａ）が配置されたが、配置される電極１２およびワイヤー１３の数は、これに限らない。たとえば、Ｙ軸方向に延びた１つの電極１２に対して、Ｘ軸方向に延びたワイヤー１３（線材１３ａ）がＹ軸方向に並ぶように複数配置されてもよい。あるいは、荷重センサ１が、１つの電極１２と１つのワイヤー１３のみを備えていてもよい。
【0129】
【0130】
また、上記実施形態１～３では、所定の印刷工法を用いて電極１２が形成されたが、電極１２の形成方法はこれに限られるものではない。基材１１に対して十分に小さい厚みで電極１２を形成できる限りにおいて、電極１２の形成に他の工法が用いられてもよい。たとえば、射出成形により、上記印刷工法を用いた場合と同程度の厚みの電極１２が、基材１１に対して形成されてもよい。また、基材１１の厚みが大きい場合には、別途形成されたシート状の電極１２が、基材１１に対して貼り合わされてもよい。
【0131】
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0132】
１ 荷重センサ
１ａ 構造体
１ｂ 構造体（他の構造体）
１１ 基材
１２ 電極
１３ａ 線材
１３ｂ 誘電体
１４ 接続部材
１ａ 構造体
１ｂ 構造体（他の構造体）
１１ 基材
１２ 電極
１３ａ 線材
１３ｂ 誘電体
１４ 接続部材
【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】
【図19】
【図20】