JPH01254827A - 凹凸面圧力分布検出用感圧板 - 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） 本発明は微細な凹凸面を接触させて凹凸面の分布を検出
する凹凸面圧力分布検出用感圧板に関する。

（従来技＃４） 従来、２次元的な圧力分布を測定するのにロードセルや
可撓性面圧力センサ等の圧力変換器をマトリクス状に並
べ、圧力変換器の出力をスキャニングする方法か知られ
ている（たとえば特開昭６２−７１８２８号）。また多
数の電極対をマトリクス状に対向させて配置し、圧力が
加えられた部分の電極対の間隔が変化してその電極対に
より形成される静電容量が変化するのを検出することに
より圧力分布を測定する装置も知られている（たとえば
特開昭６２−２２６０３０号）。

しかしながらこれらの血圧力分布の測定ではいずれも分
解スオすなわち最小の面圧力分布の間隔が数ｍｍ程度か
精々であってそれ以下の圧力分布は測定できない、従っ
て従来知られている技術ではたとえば指紋のように２０
０〜３００．ｇｍ程度の微細な凹凸面圧力分布の測定は
感圧部材の干渉により不可面であるため、従来から１１
００ｐ程度以下の微細な凹凸面の圧力分布を測定する装
置が長い開俵まれていた。

（発明の目的および構１＆） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、接触圧
を利用して１１００ＪＬ程度以下の微細な凹凸面圧力分
布を測定することを目的とし、この目的を達成するため
に、感圧部を独立して分離させる構造を提案するもので
、微細な間隔で配列された複数の突起を有する受圧シー
トと、該受圧シートの少なくとも突起に対応する位置に
センシングを分離する為に穴を有する感圧シートと、感
圧シートの穴に対応する位置で離間して交差するように
形成された一組の電極を有する電極ベースとを積層し、
受圧シート上に凹凸面を接触させたとき受圧シートに加
わる力によって感圧シートの穴の内部の物理的性状の変
化を電極ベースの一組の電極から測定するように感圧板
を構成した。

この構造により面圧カセンサの分離が可能になり、微細
な凹凸面の圧力分布測定が可能になった。

（実施例） 以下未発ＩＪＩを図面に基づいて説明する。

第１図〜第４図は本発明による凹凸面圧力分布検出用感
圧板の一実施例を示す。

第１図は感圧板の外観を示しており、感圧板１の厚さは
１１００ｐ程度、大きさは用途によるが、たとえば指紋
検出用ならば１本の指先がのるのに充分な１５０ｍｍＸ
１５０ｍｍ程度である。

第２図は感圧板を分解して示す斜視図である。

感圧板１は同図（イ）に示すような受圧シートｌａと、
（ロ）に示すような感圧シートｌｂと、（ハ）に示すよ
な電極ベースｌｃとを張り合わせて構成される。

受圧シートｌａは厚さが約５０ｇｍのシリコンゴムまた
は生ゴムなどの弾性部材で金型等により作られたシート
で表面はピッチが約５０ｇｍ、径か約３０ｐｍ、高さか
約３０ｇｍの突起１１をマトリクス状に多数形成したも
のである。突起１１の数は用途により決めればよいが、
たとえば指紋検出用ならば前述した１　５０ｍｍｘ　１
５０ｍｍの中に３００ｘ３００個程度がよい。突起１１
の表面には樹脂などで保護１１ｊＪ１１Ｐを形成するの
が好ましい、（第４図参照） 感圧シートｌｂは、厚さが約２０４ｍ〜５０ＪＬｍのポ
リイミド、ポリエステルなどの樹脂系フィルムまたはセ
ラミックや高分子系の絶縁シート２０に、エツチング、
レーザ、物理的手法（たとえばピンによる穴あけ）など
により受圧シートｌａの突起１１と等しいピッチおよび
数の穴２１をマトリクス状にあけたものである。穴２１
の径は３０ＩＬｍ程度とする。各式２１には感圧導電物
質２２を埋め込む、この感圧導電物質の一例として東芝
シルタッチ１００，２００，３００　（商品名）が用い
られる。感圧導電物質２２は液体でも粒子でもよく、塗
料の形で塗布して埋め込んでもよい。

電極ベースｌｃは、ガラスやセラミックスなどの比較的
硬い板部材３０の片面（第２図（ハ）では裏面）に受圧
シートｌａの突起１１のピッチと等しい間隔でエツチン
グなどの方法により縦方向に並行に多数のＸ電極３１を
形成し、他面（第２図（ハ）では表面）に同じく受圧シ
ート１ａの突起１１のピッチと等しい間隔でエツチング
などの方法により横方向にモ行に多数のＹ電極３２を形
成したものであり、この各Ｙ電極３２からは、板部材３
０を貫通して第３図に示すように電極片３２ａ、３２ａ
’　、３２ｂ、３２ｂ’　、３２ｃ。

３２ｃ’　、・・・が板部材３０の表面に露呈している
。これらの電極片の露呈位置は表面に形成されているＸ
電極３１とともに感圧シートｌｂの感圧導電物質２２に
接する位置になっている。表面のＸ電極３１は板部材３
０の一辺３０ａに集束され、裏面のＹ電極３２は板部材
３０の他の一辺３０ｂに集束されている。板部材３０の
この２辺３０ａと３０ｂには外部回路との接続用のコネ
クタが結合され、外部回路とＸ電極３１およびＹ電極３
２とが電気的に接続される。

これらの受圧シートｌａと感圧シート１ｂと電極ベース
Ｉｃは、第４図に示すように、突起１１と感圧導電物質
２２とＸ電極３１および電極片３２ａ、３２ａ’　、　
・・・とがそれぞれ対応するような位置関係で、接合さ
れて感圧板ｌが構成されてを検出する検出回路の基本回
路構成を示す。

この種のマトリクス走査を利用した検出回路はすでに知
られておりしかも本発明の要旨ではないので簡単に説明
する。

１００は基準信号発生器であり、コントローラ１０１は
基準信号発生器１００から発生される基準信号を分周し
てＸ電極に加えるＸ方向走査信号ＳヨとＹ電極に加える
Ｙ方向走査信号ＳＶとを発生する。１０２はコントロー
ラ１０１からの走査信号Ｓ、に基づいてＸ方向アナログ
スイッチ１０４を所定のタイミングでＯＮするＸ方向切
換信号を出力するＸ方向走査制御回路、１０３はコント
ローラ１０１からの走査信号Ｓｙに基づいてＹ方向アナ
ログスイッチ１０５を所定のタイミングでＯＮするＹ方
向切換信号を出力するＹ方向走査制御回路、ｉｏｅはＸ
方向アナログスイッチ１０４を介して感圧板１から得ら
れる信号を増幅する増幅器、１０７はノイズ処理を含む
信号処理回路、１０８は信号処理した面分布信号を抵抗
Ｒから得られる基準電圧ｖＲと比較して面分布信号する
場合について説明する。

感圧板ｌ上に指先をのせ軽く押しつけると、指紋の山に
より゛受圧シートｌａの突起１１が押される。指紋の山
Ｐが受圧板１ａに対して第４図に鎖線が示すように位置
したと仮定すると、突起１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、ｌｌ
ｄが強く押し下げられ、その結果、その真下にある感圧
シー）−１ｂの感圧導電物質２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、
２２ｄが加圧されて導電性を有する。その結果、その真
下にあるＸ電極３１ａとＹ電極片３２ａ、３１ｂと３２
ｂ、３１ｃと３２ｃがそれぞれ導通し、そのため第５図
に示した検出回路のコンパレータ１０Ｂからは指紋の山
Ｐに相当する位置の座標に対して“ｌ”、その他の位置
の座標に対して“０”から成る指紋パターン信号が出力
する。こうして指紋パターンの情報が検出できる。

上記の実施例はいずれも受圧シートｌａの突起と、感圧
シートｉｂの感圧導電物質の部位と、電極ベースｌｃの
Ｘ電極とＹ電極との交点とがすべてマトリクス状に一致
して配列されたものであるが、受圧シートｌａと電極ベ
ース１ｃの交点とはマトリクス状に配列するが、感圧シ
ートｌｂの感圧導電物質の部位は相互の間隔な受圧シー
トｌａの突起１１のピッチより小さく（たとえば１０〜
２０ＩＬｍ）Ｌ、かも各部位の径を突起１１の径より′
小さく（たとえば１５〜２０ｇｍ）すればマトリクス状
でなくランダムに配列してもよい。

第６図は本発明による感圧板の他の実施例を断面で示す
。

この実施例は磁気作用を利用した感圧板であり、感圧板
ｌは、第２図（イ）に示したと同じ構造の受圧シートｌ
ａと、磁気的作用を利用して凹凸を感知する感圧シート
ｌｂと、第２図（ハ）に示したものと同じ構造の電極ベ
ース１ｃとを張り合わせて構成される。

受圧シート１ａと電極ベース１ｃの説明は省略し、感圧
シートｌｂについて説明する。

感圧シートｌｂは、樹脂系フィルムやセラミックスなど
の非磁性体シート４０にエツチング、レーザ、物理的手
段などにより受圧シートｌａの突起１１と等しいピッチ
および数の穴４１をマトリックス状にあけたものである
。穴４１の径は３０ＪＬｍ程度とする。６穴４１には鉄
粉などの磁化し得る細かい粒子４２を入れる。この粒子
４２はその後磁化される。この粒子４２は１個の粒子て
もよいし、複数個の粒子でもよく、また、磁石のように
すでに磁化しているものでもよい。

非磁性体シート４０の下にはシリコンゴムなどの弾性膜
４３を配にし、この弾性膜４３の穴４１に対応する位置
には強磁性体磁気抵抗菓子４４を配訝しである。

電極ベースｌｃはそのＸ電極３１とＹ電極片３２ａとの
電極対かこの磁気抵抗素子４４に接続されている。

この実施例の感圧板ｌは強磁性体ａ気抵抗効果、すなわ
ち磁気抵抗素子４４にＸ電極３１およびＹ電極３２を介
して′ＦＬ流を流すと、この抵抗素子４４に磁界か加わ
っていると抵抗素子４４の抵抗値が磁界の方向と大きさ
により変化する効果を第５図に示したものと同しである
。

たとえば指紋パターンを検出するには、感圧板ｌに指先
をのせて軽く押しつけ、コントローラ１０１によ’）Ｘ
ｌｔ！、極３１およびＹ　’ｌｆｌ極３２極所２のタイ
ミングで電圧を印加して走査すると、指紋の山で押され
た受圧シートｌａの突起１１によりその下にある感圧シ
ートｌｂの粒子４２が下方に押され、磁気抵抗素子４４
に加わる磁界が大きくなる。その結果、Ｘ電極３１とＹ
７＋！極３２との間にｒｒ！、流か流れ指紋の山すなわ
ち凹凸の検出ができる。

この実施例の変形例として、第７図に示すように、感圧
シートｌｂは絶縁シート４０に穴４１をあけ、この穴４
１に鉄粉粒子４２を入れたたけとし、その上に配置され
る受圧シートｌａの下面には突起１１に相当する位置に
磁化片４５を張り付け、電極ベースｌｃの電極対上には
磁気抵抗素子図の実施例と同じであるが、突起１１が押
されると、磁化片４５の磁化状態か鉄粉粒子４２を介し
て磁気抵抗素子４４に及ぶため増感効果か得られ凹凸の
検出か確実にできる。

第６図に示す実施例の弾性膜４３の代りに非磁性体シー
ト４０の６穴４１の底に弾性片を入れてもよい。

第８図は未発ＩＪＩによる感圧板のさらに他の実施例を
断面で示す。

この実施例は静電容量の変化を利用した感圧板であり、
感圧板ｌは、第２図（イ）に示したと同じ構造の受圧シ
ートｌａと、静電容量を形成し凹凸に応じて静電容量か
変化して凹凸を感知する感知シートｉｂとを張り合わせ
て構成される。

感圧シートｔｂは、金属薄１１ｑ５０にエツチングや物
理的方法により受圧シー１ａの突起１１と同じピッチお
よび数て穴５１をあけ、この金属薄膜５０の上下に弾性
１模５２と５３を配置する。弾性膜５２および５３の穴
５１に対応する位置には金属材料の電極５４および５５
が形成され、りｉ性膜５２および５３のさらに外側には
金属箔から成るシールド膜５６および５７か配置される
。

上側の弾性膜５２に形成される電極５４は平行なＹ電極
を構成し、下側の弾性膜５３に形成される電極５５は平
行なＸ電極を構成し、金属薄膜５０の穴５１の位置でＸ
電極５３とＹ電極５４とするための検出回路は特に示さ
ないが、すでに説明した感圧導電物質を用いた感圧板と
同様に、Ｙ電極５４に順次切換えて高周波信号を印加し
、Ｘ電極５５を順次切換えて走査しておき、指紋の山の
ような凸部により受圧板１ａの突起１１が押されると上
側の弾性膜５２上の電極５４と下側の弾性膜５３上の電
極５５との間隔が小さくなり、両電極間の静電容量が変
化してＹ電極から入力される電界強度が大きくなるので
凹凸か検出できる。

この場合、マトリクスの各交点は金属薄膜５０と−Ｌ下
のシールドＩ漠５６，５７により遮蔽されているので、
電波の放射とまわり込防止することかでき他に影響され
ることなく正確なパターンか検出できる。

以上本発明による感圧板の種々の実施例を説明したが、
いずれも受圧シートの複数の突起が１個１個分離独立し
ているので凹凸の凸部か受圧シートの表面に接触したと
き、凸部か当った突起のみが押されそれに隣接する突起
への影響は全＜１！断されるので凸部のパターンか正確
に検出できる。

上記実施例では凹凸をマトリクス状に検出するものであ
が、受圧シートの突起の配列や電極の配列をマトリクス
状にせず、たとえば同心円状と放射状との組合せなどに
してもよい。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明においては、微細な間隔で
配列された複数の突起を有する受圧シートと、該受圧シ
ートの少なくとも前記突起に対応する位置に穴を有する
感圧シートと、該感圧シートの前記穴に対応する位置で
離間して交差するように形成された一組の電極を有する
電極ベースとを積層し受圧シート上に凹凸面を接触させ
たとき受圧シートに加わる力によって感圧シートの穴の
内部の物理的性状が変化しそれにより前記電極ベースの
−・組の電極を介して流れる電流値が変化するように構
成したので、１００終ｍ以下の微細な凹凸面圧力分布か
適確に検出でき、指紋のパターンなどの細かい凹凸面圧
力分布の検出に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による凹凸面圧力分布検出用感圧板の一
実施例の斜視図、第２図は第１図に示した感圧板の分解
斜視図であり、（イ）は受圧シート、（ロ）は感圧シー
ト、（ハ）は電極ベースである。第３図は第２図（ハ）
に示した電極ベースの部分拡大斜視図、第４図は第１図
に示した感圧板の部分断面図、第５図は第１図に示した
感圧板を用いて凹凸面圧力分布を検出する検出回路の基
本回路構成、第６図は本発明による凹凸面圧力分布検出
用感圧板の他の実施例の部分断面図、第７図は第６図に
示した感圧板の感圧シートの変形例を示す断面図、第８
図は本発明による凹凸面圧力分布検出用感圧板のさらに
他の実施例の部分断面図である。 ｌ・・・感圧板、１ａ・・・受圧シート、ｔｂ−・・感
圧シート、ｌｃ・・・電極ベース、ｌｌ・・・突起、２
０−・・絶縁シート、　２１−・・穴、２２−・・感圧
導電物質、３０−・・板部材、３１−Ｘ電極、３２−Ｙ
電極特許出願人　株式会社エニツクス 代理人　弁理士　　鈴　　木　　弘　　実弟１図 第３図 第４図 第２図 （イ） 第６図 第７図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）微細な間隔で配列された複数の突起を有する受圧
   シートと、該受圧シートの少なくとも前記突起に対応す
   る位置に穴を有する感圧シートと、該感圧シートの前記
   穴に対応する位置で離間して交差するように形成された
   一組の電極を有する電極ベースとを積層して成り、前記
   受圧シート上に凹凸面を接触させたとき受圧シートに加
   わる力によって感圧シートの穴の内部の物理的性状が変
   化しそれにより前記電極ベースの一組の電極を介して検
   出される電流または電圧が変化するように構成したこと
   を特徴とする凹凸面圧力分布検出用感圧板。
2. （２）前記感圧シートが穴内に感圧導電物質を有し、前
   記電極ベースの一組の電極が各穴ごとに前記感圧導電物
   質を介して電気的に接続される請求項１に記載の凹凸面
   圧力分布検出用感圧板。
3. （３）前記感圧シートが穴内に磁性粒子を有し且つ前記
   電極ベースの一組の電極が各穴ごとに前記磁気抵抗素子
   を介して電気的に接続される請求項１に記載の凹凸面圧
   力分布検出用感圧板。
4. （４）前記感圧シートの穴を挟んで一対の電極片が対向
   し且つ前記受圧シートに加わる力により両電極片の間隔
   が変化するように配置された請求項１に記載の凹凸面圧
   力分布検出用感圧板。