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公開番号2024164789
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-27
出願番号2023194393
出願日2023-11-15
発明の名称応力センサ
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人弁理士法人小笠原特許事務所
主分類G01L 5/1623 20200101AFI20241120BHJP(測定;試験)
要約【課題】配線の設計が簡単であり、圧力及びせん断応力が検出可能な応力センサを提供す
る。
【解決手段】第1基材には所定方向の一端に配置される第1小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第1小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第1小電極以外の第1小電極のうち、隣接する2個の第1小電極を接続する(n/2-1)本の第1接続配線と、が設けられ、第2基材には隣接する2個の第2小電極を接続するn/2本の第2接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第1基材の一方面に設けられている、応力センサ。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された複数の検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、複数の前記検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
複数の前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物と、を備え、
複数の前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層とを有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の前記第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された複数の検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、複数の前記検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
複数の前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物とを備え、
複数の前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の隣接する一対の前記第１小電極に重なるｎ／２個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線とが設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
【請求項３】
前記検知部の数がｍのとき、前記検知領域の幾何中心を通る任意の直線上に存在する前記検知部の数が、１以上（ｍ－１）以下である、請求項１または２に記載の応力センサ。
【請求項４】
第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された５つの検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、５つの前記検知部を包含する円形の検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
５つの前記検知部は、
前記第１基材の一方面に設けられる５つの第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる５つの第２検知部構成物と、を備え、
５つの前記検知部のうち１つが前記検知領域の幾何中心に配置され、残りの４つの前記検知部が５つの前記検知部の前記１つの周囲に回転対称となるように配置され、
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれは、
前記第１基材の前記一方面に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、
前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、
複数の前記第２検知部構成物のそれぞれは、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、対向する前記第１検知部構成物の前記第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、
前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、
前記幾何中心となる１つの前記検知部において、ｎ個の前記第１小電極及び前記第２小電極は、前記幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて配列され、
前記４つの前記検知部のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極及び前記第２小電極は、前記検知領域の周方向に間隔を空けて配列され、
前記第１基材には更に
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極のうち、一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
５つの前記第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の前記第１小電極のうち、他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記一端及び前記他端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、応力センサ。
【請求項５】
前記接着層の形状が円環形状である、請求項１、２及び４のいずれかに記載の応力センサ。
【請求項６】
前記接着層の幾何中心が前記検知領域の幾何中心と一致する、請求項５に記載の応力センサ。
【請求項７】
前記第１基材の他方面に、平面視において前記検知領域を包含するように設けられる緩衝材を備える、請求項１、２及び４のいずれかに記載の応力センサ。
【請求項８】
前記検知部は、荷重に応じて抵抗値が変化し、前記第１検知部構成物と前記第２検知部構成物との間で生じる抵抗値を電圧に変換して出力する出力回路を備える、請求項１、２及び４のいずれかに記載の応力センサ。
【請求項９】
前記出力回路がブリッジ回路であり、
前記ブリッジ回路は、対向する前記第１検知部構成物及び前記第２検知部構成物における前記共通配線に接続される前記第１小電極と、前記信号配線に接続される前記第１小電極との間の合成した抵抗値を出力する、請求項８に記載の応力センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力及びせん断応力を検出可能な応力センサに関するものである。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
圧力やせん断応力を検出する応力センサとして、対向させた２つの電極の間に導電体層や樹脂層を挟み込んだ構造を有するものが知られている。この応力センサは、外力によって導電体層や樹脂層が変形することで電極間の物理量を変化させ、電極間の物理量変化に基づいて圧力やせん断力を検出することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、対向する２枚の基板間に、一対の導電体層と、導電体層のそれぞれを覆う一対の抵抗体層とを設け、力の入力で導電層が変形することにより電極間抵抗値が変化することを利用した抵抗膜式の応力センサが記載されている。
れている。
【０００４】
また、特許文献２には、電極面積の変化により接触対象物から入力された荷重を、圧縮力、せん断力に分解する静電容量型の応力センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第３６６４６２２号公報
特許第５４４８４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な応力センサでは、対向する２枚の基板（上下基板）間に形成された電極間の抵抗値変化を、電極に接続された配線を介して計測する場合、電気信号を入力する配線と出力する配線は、別々の基板に形成される。しかし、入力配線と出力配線が上下別々の基板に形成されている場合、上基板の配線と下基板の配線との間の電気的なノイズを低減する必要があるため、配線構造が複雑になり、センサの小型化に不利な構造となる。また入力端子と出力端子が別々の基板に形成されることになるが、入力・出力端子と入出力装置の接続に例えばＦＰＣ（フレキシブル・プリンテッド・サーキット）を用いる場合、入力端子が形成された基板と出力端子が形成された基板のそれぞれにＦＰＣを接着する必要があるため、入出力装置との接続が複雑になりやすくなるという欠点がある。また、上下２枚の基板にＦＰＣを接着する必要があるため、１枚の基板のみにＦＰＣを接着する場合よりも、製造コストが高くなるという欠点がある。
【０００７】
それ故に、本願発明は、配線構造が簡単であり、かつ、せん断力の検出精度に優れた応力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】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、第１基材と、第２基材と、第１基材及び第２基材の間に配置された複数の検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、複数の検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、複数の検知部は、第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、第２基材の第１基材と対向する面に、第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物と、を備え、複数の第１検知部構成物のそれぞれは、第１基材の一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層とを有し、複数の第２検知部構成物のそれぞれは、第２基材の第１基材と対向する面に、対向する第１検知部構成物の第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、第１基材には更に所定方向の一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、第２基材には更に、隣接する２個の第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサである。
【０００９】
また、本発明の他の局面は、第１基材と、第２基材と、第１基材及び第２基材の間に配置された複数の検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、複数の検知部を包含する検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、複数の検知部は、第１基材の一方面に設けられる複数の第１検知部構成物と、第２基材の第１基材と対向する面に、第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる複数の第２検知部構成物とを備え、複数の第１検知部構成物のそれぞれは、第１基材の一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、複数の第２検知部構成物のそれぞれは、第２基材の第１基材と対向する面に、対向する第１検知部構成物の隣接する一対の第１小電極に重なるｎ／２個の第２小電極と、第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、第１基材には更に所定方向の一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、所定方向の他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、所定方向の両端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線とが設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサである。
【００１０】
また、本発明の他の局面は、第１基材と、第２基材と、第１基材及び第２基材の間に配置された５つの検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、５つの検知部を包含する円形の検知領域を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、５つの検知部は、第１基材の一方面に設けられる５つの第１検知部構成物と、第２基材の第１基材と対向する面に、第１検知部構成物のそれぞれに対向して設けられる５つの第２検知部構成物と、を備え、５つの検知部のうち１つが検知領域の幾何中心に配置され、残りの４つの検知部が５つの検知部の１つの周囲に回転対称となるように配置され、５つの第１検知部構成物のそれぞれは、第１基材の一方面に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極と、第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層と、を有し、複数の第２検知部構成物のそれぞれは、第２基材の第１基材と対向する面に、対向する第１検知部構成物の第１小電極のそれぞれと対向するように配列されるｎ個の第２小電極と、第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層と、を有し、幾何中心となる１つの検知部において、ｎ個の第１小電極及び第２小電極は、幾何中心を通る任意の直線方向に間隔を空けて配列され、４つの検知部のそれぞれにおいて、ｎ個の第１小電極及び第２小電極は、検知領域の周方向に間隔を空けて配列され、第１基材には更に５つの第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の第１小電極のうち、一端に配置される第１小電極に接続される共通配線と、５つの第１検知部構成物のそれぞれにおいて、ｎ個の第１小電極のうち、他端に配置される第１小電極に接続される信号配線と、一端及び他端に配置される第１小電極以外の第１小電極のうち、隣接する２個の第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、第２基材には更に、隣接する２個の第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、共通配線に接続される共通電極及び信号配線に接続される検出電極のいずれもが第１基材の一方面に設けられている、応力センサである。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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