JPH02218932A - 圧電型圧力分布センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数個の圧電素子をマトリクス状に配置して
接触圧力分布を検出する圧電型圧力分布センサに関し、
特に、複数個の圧電素子が設けられた部分における厚み
のばらつきを解消する構造が備えられたものに関する。

〔従来の技術〕

特開昭６２−２９７７３５号には、複数個の圧電素子を
マトリクス状に配置して接触圧力分布を検出するセンサ
が開示されている。

ここでは、ベース部材上に配置された複数個の圧電素子
の上下両端に設けられた電極間の電位差を測定すること
により、各圧電素子に加えられた圧力を算出し、それに
基づいて圧力分布を知ることが可能とされている。

上述の従来技術の構造を、第２図を参照して説明する。

ベース部材１上には、配線パターン２が形成されている
。この配線パターン２の所定位置上に、それぞれ、圧電
素子３が載置されている。

圧電素子３の上下両端面には、一対の電極（図示せず）
が形成されており、下方の電極が配線パターン２に電気
的に接続されている。

他方、圧電素子３の上方には、可撓性の加圧シート４が
配置されている。加圧シート４の下面にも、配線パター
ン５が形成されており、配線パタ−ン５の所定位置に、
圧電素子３の上端面に形成された電極が導電性接着剤に
より接着されている。

上記の構造では、加圧シート４の外表面に物体が当接さ
れた場合、その物体の接触圧に基づく圧力分布に従って
各圧電素子３にそれぞれ圧力が加えられる。従って、圧
電効果により各圧電素子３に生じた電荷を、図示しない
検出装置を用いて検出することにより、当接された物体
に基づく圧力分布を検出することができる。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕従来の圧電型圧
力分布センサにおいては、当接された物体に基づく圧力
分布を正確に検出する前提として、複数個の圧電素子３
の設けられている部分の高さが均一であることが要求さ
れる。しかしながら、従来構造では、加圧シート４やベ
ース部材１の厚みのばらつき、圧電素子３の高さのばら
つき並びに接着剤層の厚みのばらつき等により、各圧電
素子３が設けられている部分におけるセンサの厚みにば
らつきが生じざるを得なかった。

圧電型圧力分布センサは、加圧力に対する圧電素子３の
歪みがさく、従って全体として歪みの非常に小さな高感
度のセンサを構成し得るものである。にもかかわらず、
従来技術の構造では各圧電素子の設けられている部分の
厚みのばらつきを抑えることができなかったので、この
ような圧電素子の優れた特性を生かすことが困難であっ
た。

よって、本発明の目的は、複数個の圧電素子が設けられ
ている部分におけるセンサの厚みを均一にすること、す
なわち被測定物に接触される部分の高さを均一化するこ
とが可能であり、従って高感度に、かつ正確に圧力分布
を検出し得る圧電型圧力分布センサを提供することにあ
る。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明の圧電型圧力分布センサでは、ベース部材上に複
数個の圧電素子がマトリクス状に配置されて、圧電素子
群が構成されている。この複数個の圧電素子のベース部
材と反対側の端面に当接するように加圧シートが配置さ
れている。そして、各圧電素子の上記ベース部材と反対
側の端面と加圧シートを介して表裏対向する加圧シート
の外表面部分に複数個の高さ調整部材がそれぞれ取付け
られている。この高さ調整部材は、その厚みを機械加工
により低減し得る材料から構成されている。

〔作用〕

複数個の高さ調整部材が、その厚みを機械加工により低
減し得る材料により構成されているので、各圧電素子部
分に対応して設けられた高さ調整部材の厚みを機械加工
により調整することにより、各圧電素子が設けられてい
る部分における被測定物に接触する面の高さを均一化す
ることができる。

〔実施例の説明〕

第３図は、本発明の一実施例の概略斜視図である０本実
施例の圧電型圧力分布センサ１０は、ステンレス等の導
電性材料よりなるシールドケース】ｌを用いて構成され
ている。シールドケース１１には矩形の開口１１ａが形
成されている。後述するように、この間口１１ａ内に露
出している部分が被測定物に当接され、その圧力分布が
検出されるように構成されている。

上記実施例の内部構造を、第４図の分解斜視図を参照し
て詳述する。

ステンレス等の剛性材料よりなるベース部材１２と、上
記したシールドケース１１とで構成されるケース内に圧
力分布センサが構成されている。

ベース部材１２上には、上方に突出しされた位置決めビ
ン１２ａ、１２ｂが設けられている０位置決めビン１２
ａ、１２ｂは、ベース部材１２上に載置される後述の各
部材の位置決めを果たすために設けられているものであ
る。

ベース部材１２のコーナ一部分には、上方に突出した矩
形の突出部１２ｃｍ１２ｆが形成されている。突出部１
２ｃｍ１２１の側面には、ねじ孔１３が形成されている
。ねじ孔１３は、ベース部材１２上に各部材を収納しシ
ールドケース１１を被せた状態で、シールドケース１１
をベース部材１２にねじ１４により固定するために設け
られている。

ベース部材１２の直上には、フレキシブル基板１５が′
Ｒｉ置される。フレキシブル基板１５には、位置決めビ
ン１２ａ、１２ｂに挿通される位置決め孔１５ａ、１５
ｂが形成されている。また、第４図では正確には図示し
ていないが、該フレキシブル基板１５の上面及び下面に
は所定の配線パターンが形成されており、想像線Ａで示
す部分にはチップ型コンデンサが載置され、想像線Ｂで
示す部分にはＦＥＴが搭載される。さらに、想像線Ｃで
示す４個の矩形領域には、後述する圧電素子が載置され
る。そして、圧電素子の端面に形成された電極とフレキ
シブル基板１５上の配線パターンとが電気的に接続され
るように構成されている。

１６はケーブルを示し、フレキシブル基板１５に設けら
れた入出力パッドに接続される。

フレキシブル基板１５上には、平面形状が矩形の樹脂枠
１７が載置される。樹脂枠１７には、４個の圧電素子収
納用貫通孔１７ａ−１７ｄ並びに位置決めビンＬ２ａ、
１２ｂが挿通する貫通孔１７ｅ、１７ｆが形成されてい
る。この樹脂枠１７は、４個の圧電素子１８〜２１をそ
れぞれ収納するために設けられているものである。もつ
とも、樹脂枠１７の厚みは、圧電素子１８〜２１の厚み
よりも薄くされている。

圧電素子１８〜２１は、それぞれ、上下端面に電極を付
与した構造を有し、上下方向に圧力が加えられたときに
圧電効果により電荷を発生する圧電セラミックスや圧電
性単結晶により構成されている。なお、この圧電セラミ
ックスや圧電性単結晶としては、比較的剛性の高いもの
が用いられる。

樹脂枠１７上には開口２２ａを有する弾性シート２２が
載置される。この開口２２ａは、圧電素子１８〜２１の
上端面を露出させる大きさに形成されている０弾性シー
ト２２は、例えば合成ゴム等の弾性材料により構成され
ている。

弾性シート２２上には、加圧シートとしての第２のフレ
キシブル基板２３が載置される。フレキシブル基板２３
の中央には矩形の貫通孔２３ａが形成されている。貫通
孔２３ａは、樹脂枠１７の上面に形成された嵌合突起１
７ｇが押通し得る形状及び大きさに構成されている。こ
の貫通孔２３ａ及び嵌合突起１７ｇによりフレキシブル
基Ｆｉ、”　２３の位置決めが果たされる。

フレキシブル基板２３の下面には、所定の配線パターン
が形成されており、導電性接着剤等を用いて圧電素子１
８〜２１の上端面の電極と該配線パターンとが電気的に
接続される。

第２のフレキシブル基板２３の上面には、例えばステン
レス等の機械加工によりその厚みを低減することが可能
な材料よりなる第１〜第４の高さ調整部材２４〜２７が
、連結部２８により互いに連結されてなる高さ調整・プ
レート３０が固着される。

第１〜第４の高さ調整部材２４〜２７は、平面形状が矩
形であり、圧電素子１８〜２１の上端面にフレキシブル
基板２３を介して表裏対向する部分に載置される。高さ
調整部材２４〜２７は、図示のように連結部材２日によ
り互いに連結されている必要は必ずしもなく、それぞれ
独立に設けられていてもよい。

上述した各構成部材をベース部材１２上に！置し必要な
部分を固着した状態でシールドケース１１を被せ、ねじ
１４によりシールドケース１１をベース部材１２に固着
することにより、第３図に示した圧電型圧力分布センサ
ｌＯが得られる。

次に、本実施例の特徴的構造につき、第１図の拡大断面
図を参照して説明する。

第１図は、第３図の１−１線に沿う部分の要部を拡大し
て示す断面図である。組込まれた状態では、圧電素子１
８．２０の上方には、下面に電極パターン２３ｂが形成
された第２のフレキシブル基板２３が載置されている。

この電極パターン２３ｂは、図示しない導電性接着剤に
より圧電素子１８．２０の上端面の電極１８ａ、２０ａ
と電気的に接続されている。

圧電素子１８．２０の下端面側では、ベース部材１２上
に載置された第１のフレキシブル基板１５上の配線パタ
ーン１５ｄと圧電素子１８．２０の下端面の電極１８ｂ
、２０ｂとが図示しない導電性接着剤により固着されて
いる。

各圧電素子１８．２０の上方においては、加圧シートと
しての第２のフレキシブル基板２３を介して表裏対向す
る外表面部分に高さ調整部材２４゜２６が固着されてい
る。

よって、本実施例では、第４図に示した各部材を組込ん
だ後に、あるいはシールドケース１１を被せる前に、高
さ調整部材２４．２５を機械加工により研削することに
より、圧電素子１８．２０が配置されている部分におけ
る被測定物に接触される面の高さを等しくすることがで
きる。第１図では図示されていない圧電素子１９．２１
が設けられている部分においても同様に、高さ調整部材
２５．２７を研削して厚みを低減し得るので、その圧電
素子が設けられている部分における被測定物へ接触され
る面の高さを均一化することができる。

従って、ベース部材１２、第１のフレキシブル基板１５
及び第２のフレキシブル基板２３等の各構成部材の厚み
が部分的に均一でなかったとしても、上記高さ調整部材
２４〜２７の厚みを低減するように機械加工することに
より、複数個の圧電素子１８〜２１が設けられている部
分の高さを一定にすることが可能である。よって、被接
触物体の当接に基づく圧力分布を正確に検出することが
可能となる。

なお、従来の圧電型圧力分布センサでは、マトリクス状
に配置された複数の圧電素子から制御線及び読取り線を
引出し、電気的に切換えて検出していたが、上記実施例
では、圧電素子が２×２素子と素子数が比較的少ない。

従って、第５図に示すように、各圧電素子１８〜２１に
独立に検出回路を構成することができる。すなわち、第
５図に示すように、１の圧電素子１８，１９．２０また
は２１に対して、コンデンサＣ，ＦＥＴ３１、積分回路
３２及びピークホールド回路３３を構成し、ゲート回路
３４により各圧電素子に対応する検出部を切換えること
により、それぞれ、独立に検出出力を取出すことができ
る。なお、３５はピークホールド・リセット回路を示す
。

もっとも、第５図に示した検出回路は、本願発明に必須
のものではなく、従来例のように制御線及び読取り線を
複数個の圧電素子から引出して電気的に切換えて検出す
るように構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、圧電素子のベース部材とは
反対側に位置する端面と加圧シートを介して表裏対向す
る位置に高さ調整用部材が、各圧電素子に対応して形成
されており、該高さ調整部材が機械加工によりその厚み
を低減し得る材料で構成されているので、センサを組立
てた後にあるいは組立て工程の途中において、高さ調整
部材を加工して各圧電素子部分における被測定物に接触
される面の高さを均一にすることができる。

よって、ベース部材や加圧シート等の他の部材の厚みが
不均一であったとしても、被接触物体の当接に起因する
圧力分布を正確に検出することが可能となる。

従って、加圧力に対する歪みが小さく、非常に小さな歪
みに対しても動作可能な圧電型圧力センサの特徴を活か
した、高精度かつ高感度の圧力分布センサを実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を拡大して示す、第３
図のＩ−■線に沿う部分の拡大断面図、第２図は従来例
を説明するための部分切欠拡大断面図、第３図は本発明
の一実施例の概略斜視図、第４図は第３図の実施例の分
解斜視図、第５図は第３図実施例の検出回路の一例を説
明するための回路図である。 図において、１０は圧電型圧力分布センサ、１２はベー
ス部材、１８〜２１は圧電素子、Ｉ８　ａ１８ｂ、２０
ａ、２０ｂは圧電素子に設けられた電極、２３は加圧シ
ートとしての第２のフレキシブル基板、２４〜２７は高
さ調整部材を示す。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ベース部材と、 前記ベース部材上にマトリクス状に配置された複数個の
   圧電素子を有する圧電素子群と、 前記複数個の圧電素子のベース部材と反対側の端面に当
   接するように配置された加圧シートと、前記各圧電素子
   の前記端面と加圧シートを介して表裏対向する部分に取
   付けられており、かつ厚みを機械加工により低減し得る
   材料よりなる複数個の高さ調整部材とを備えることを特
   徴とする、圧電型圧力分布センサ。