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公開番号2025089937
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-16
出願番号2023204917
出願日2023-12-04
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 1/20 20060101AFI20250609BHJP(測定;試験)
要約【課題】緩衝材を介して外力が入力される応力センサにおいて、検出精度が高く、安定した信号出力が可能な応力センサを提供する。
【解決手段】平面視において、第1接着層の中心と、緩衝材の中心と、第1軸及び第2軸の交点に配置される1つの第1積層体および1つの第1積層体と対向する第2積層体の幾何中心と、が一致し、緩衝材の直径をC1、1つの第1積層体および1つの第1積層体と対向する第2積層体の幾何中心を中心とし、全ての第1積層体及び第2積層体を包含する最小の円の直径をC2、第1接着層の内径をC3としたとき、C2<C1≦C3の条件を満たし、緩衝材は、JIS K7215:1986に準拠したデュロメータA硬さが20以上85以下のゴム材料からなる、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、
前記第１基材の一方面に設けられる３つ以上の第１積層体と、
前記第１基材の前記一方面と対向する第２基材と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に設けられる前記第１積層体と同数の第２積層体と、
前記第１積層体及び前記第２積層体を取り囲むように設けられ、前記第１基材及び前記第２基材の対向する面同士を接着する円環状の第１接着層と、
前記第１基材の他方面に第２接着層を介して接着される円形状の緩衝材と、を備え、
前記第１積層体の各々は、前記第１基材側から順に、第１電極と、導電性を有する第１樹脂層とを有し、
前記第２積層体の各々は、前記第２基材側から順に、第２電極と、導電性を有する第２樹脂層とを有し、
前記３つ以上の第１積層体のうち１つの前記第１積層体は、第１軸と、前記第１軸に直交する第２軸との交点に配置され、残りの前記第１積層体は、前記第１軸上及び前記第２軸上のそれぞれに前記１つの第１積層体を中心として同数ずつ配置されており、
前記第２積層体の各々は、前記第１積層体の各々と対向するように配置されており、
平面視において、前記第１接着層の中心と、前記緩衝材の中心と、前記１つの第１積層体および前記１つの第１積層体と対向する前記第２積層体の幾何中心と、が一致し、
前記緩衝材の直径をＣ１、前記１つの第１積層体および前記１つの第１積層体と対向する前記第２積層体の幾何中心を中心とし、全ての前記第１積層体及び前記第２積層体を包含する最小の円の直径をＣ２、前記第１接着層の内径をＣ３としたとき、Ｃ２＜Ｃ１≦Ｃ３の条件を満たし、
前記緩衝材は、ＪＩＳＫ７２１５：１９８６に準拠したデュロメータＡ硬さが２０以上８５以下のゴム材料からなる、応力センサ。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記緩衝材の厚みが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項３】
平面視における、前記緩衝材の面積Ｓ１が０．０７１ｃｍ
２
以上２．０１１ｃｍ
２
以下であり、
前記全ての第１積層体及び第２積層体を包含する最小の円の面積Ｓ２が０．００２ｃｍ
２
以上１．７６７ｃｍ
２
以下であり、前記第１接着層の内側の面積Ｓ３が０．０７１ｃｍ
２
以上２．０１１ｃｍ
２
以下である、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項４】
０．１７≦Ｃ２／Ｃ１≦０．９４、及び１．０≦Ｃ３／Ｃ１≦３．５の条件を満たし、
前記緩衝材のゴム硬度が２０°以上４８°未満、かつ、Ｃ２／Ｃ１≧０．８５の場合、Ｃ３／Ｃ１≧１．２であり、
前記緩衝材のゴム硬度が４８°以上、または、Ｃ２／Ｃ１＜０．８５の場合、Ｃ３／Ｃ１≧１．０である、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項５】
前記第１基材の前記他方面に第３接着層を介してカバーレイが接着されており、
前記カバーレイは、
前記緩衝材を完全に覆うように設けられ、
平面視において前記緩衝材と重複しない領域に、１つ以上の貫通孔が形成されている、請求項１～４のいずれか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、圧力やせん断応力を検知する応力センサに関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
圧力（垂直荷重）やせん断応力（ずり力）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（感圧層）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、外力が加えられた際に感圧層が変形することによって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応力を検出することができる。
【０００３】
圧力及びせん断応力を検出する場合、例えば、ｘｙ平面の原点位置に１つの電極を配置し、さらにｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれに少なくとも１つずつ電極を配置する。このとき、圧力は原点位置の電極により検出することができる。また、ｘ軸方向のせん断応力はｘ軸方向に並んだ電極の出力値の差から求めることができ、ｙ軸方向のせん断応力はｙ軸方向に並んだ電極の出力値の差から求めることができる。
【０００４】
また、応力センサに加えられる外力を各電極に均等に伝達するために、基材の電極が設けられているのとは反対側の面に緩衝材を設ける構成が知られている。例えば、特許文献１には、半球体状に形成した緩衝材（接触体）と、接触体の下方に配置される中心電極、及び中心電極の周囲に、周方向に均等に４分割して円環状に配置された分割電極とを備える応力センサについて記載されている。応力センサに入力された荷重は緩衝材を介して下部の荷重検出部に伝わり、中心電極で圧力を、分割電極でせん断応力をそれぞれ検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－１５８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような緩衝材を介して外力が入力される応力センサにおいて、緩衝材の適切な配置条件に付いては十分に検討されていなかった。
【０００７】
それ故に、本願発明は、緩衝材を介して外力が入力される応力センサにおいて、検出精度が高く、安定した信号出力が可能な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】
第１基材と、第１基材の一方面に設けられる３つ以上の第１積層体と、第１基材の一方面と対向する第２基材と、第２基材の第１基材と対向する面に設けられる第１積層体と同数の第２積層体と、第１積層体及び第２積層体を取り囲むように設けられ、第１基材及び第２基材の対向する面同士を接着する円環状の第１接着層と、第１基材の他方面に第２接着層を介して接着される円形状の緩衝材と、を備え、第１積層体の各々は、第１基材側から順に、第１電極と、導電性を有する第１樹脂層とを有し、第２積層体の各々は、第２基材側から順に、第２電極と、導電性を有する第２樹脂層とを有し、３つ以上の第１積層体のうち１つの第１積層体は、第１軸と、第１軸に直交する第２軸との交点に配置され、残りの第１積層体は、第１軸上及び第２軸上のそれぞれに１つの第１積層体を中心として同数ずつ配置されており、第２積層体の各々は、第１積層体の各々と対向するように配置されており、平面視において、第１接着層の中心と、緩衝材の中心と、１つの第１積層体および１つの第１積層体と対向する第２積層体の幾何中心と、が一致し、緩衝材の直径をＣ１、１つの第１積層体および１つの第１積層体と対向する第２積層体の幾何中心を中心とし、全ての第１積層体及び第２積層体を包含する最小の円の直径をＣ２、第１接着層の内径をＣ３としたとき、Ｃ２＜Ｃ１≦Ｃ３の条件を満たし、緩衝材は、ＪＩＳＫ７２１５：１９８６に準拠したデュロメータＡ硬さが２０以上８５以下のゴム材料からなる、応力センサ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、緩衝材を介して外力が入力される応力センサにおいて、検出精度が高く、安定した信号出力が可能な応力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図。
本発明の第１実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図。
第１基材上における電極の配置例を示す平面図。
第１基材上における第１積層体の配置例を示す図。
第１基材上における絶縁層の配置例を示す平面図。
第２基材上における電極の配置例を示す平面図。
第２基材上における第２積層体及び絶縁層の配置例を示す図。
応力センサの概略構成を示す模式図。
第１基材及び第２基材上における電極の配置例を示す平面図。
第１基材及び第２基材上における電極の配置例を示す平面図。
第１基材及び第２基材上における積層体及び絶縁層の配置例を示す図。
圧力測定時における応力センサの部分断面図。
せん断応力測定時における応力センサの断面図。
せん断応力測定時における応力センサの断面図。
第１基材と第２基材とを貼り合わせた状態を示す概略平面図。
本発明の第１実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図。
本発明の第２実施形態に係る感圧センサの概略構成を示す模式図。
カバーレイに貫通孔が形成されていない感圧センサの概略構成を示す模式図。
本発明の第２実施形態に係る感圧センサの概略構成を示す模式図。
カバーレイを設けることによる感圧センサへの影響を説明する図。
第２実施形態に係る感圧センサの概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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