検出装置、電子機器およびロボット
【課題】力の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な検出装置、電子機器およびロボットを提供する。
【解決手段】力の方向と大きさとを検出する複数の検出領域を有する第１基板と、基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第２基板とを備え、検出領域と、その隣り合う検出領域との間に検出領域が配置された第１基板面を基部として突き出す突起体を備える。
【解決手段】力の方向と大きさとを検出する複数の検出領域を有する第１基板と、基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第２基板とを備え、検出領域と、その隣り合う検出領域との間に検出領域が配置された第１基板面を基部として突き出す突起体を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、電子機器およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力の方向と大きさとを検出する検出領域に複数の圧力センサーもしくは圧力スイッチを配置された第１基板と、力を受ける面を有する第２基板との間に弾性体を設けた力の検出装置が知られている。この様な検出装置は、第２基板に作用する力によって弾性体が弾性変形（変位）することを利用して第１基板に配置された圧力センサー等に第２基板に作用した力を伝達し、力の方向と大きさとを検出可能な検出装置が提案されている。
例えば特許文献１には、力を受ける面を有する第２基板に対して力が作用した時に、圧力センサーが配置された第１基板と、力を受ける第２基板との間に第１基板における平面視する面内方向に移動可能な球形状を有する弾性体を配置した加重測定センサーが開示されている。また、特許文献２には、圧力センサーが配置された第１基板上に形成された弾性層（弾性体）とカバー層（第２基板）との間に複数の柱状体を配置した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８７５０２号公報
【特許文献２】特許第４３６４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示された検出装置は、第１基板において平面視する面内に対して水平方向の力、換言すると、作用する力の方向と大きさとからなるベクトルを誤検出しやすいという課題がある。例えば、第２基板面に斜め方向に力が加えられた場合、弾性体の弾性変形は隣り合う圧力を検出する領域にはみだし、当該隣り合う圧力を検出する領域において弾性体に作用する力の方向と大きさとが検出されてしまい正しい力の方向と大きさとを検出することができないという課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
（適用例１）本適用例に係る検出装置は、基準点に加えられた力の方向と大きさとを検出する検出装置であって、力の方向と大きさとを検出する複数の検出領域を有する第１基板と、基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第２基板とを備え、検出領域と、その隣り合う検出領域との間に検出領域が配置された第１基板面を基部として突き出た突起体を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような検出装置によれば、弾性体突起が検出領域に当接した状態ですべり方向（検出領域に平行する方向）に弾性変形した際に、隣り合う検出領域との間に配置された突起体が弾性変形の障壁となり、弾性体突起が隣り合う検出領域へはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、隣り合う検出領域へ弾性体突起がはみ出して、その検出領域で力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制できる。従って、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、力の方向と大きさとの検出精度を高めることができる。
【０００８】
また、第２基板の表面に力が加えられると、弾性体突起は頂部が第１基板に配置された検出領域に当接した状態で弾性変形する。このとき、第２基板を平面視した水平方向（すべり方向）の力がある場合は、弾性体突起の弾性変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起の重心は基準点からずれてすべり方向に移動する。すると、複数の圧力センサーのうち弾性体突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーで異なる値が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい値が検出されることとなる。よって、演算装置により、各圧力センサーで検出された値の差分を演算し、力が加えられていない時の圧力値と、力が加えられた時の圧力値との差分を比較演算することで力が加えられた方向と大きさを求めることができる。
【０００９】
（適用例２）上記適用例に係る検出装置において、突起体は検出領域の外縁に平行して配置され、隣り合う検出領域に配置される突起体と継合して格子形状に配置されることが好ましい。
【００１０】
このような検出装置によれば、突起体は、検出領域の外縁に沿って平行に配置され、隣り合う検出領域に配置された突起体と連続して格子形状に配置されることで、第１基板から起立する突起体の補強と、第１基板を補強するリブの機能とを備えることで、第１基板の薄板化および検出装置の軽量化とをすることができる。
【００１１】
（適用例３）上記適用例に係る検出装置において、突起体は、検出領域の外縁と対応して平行に配置され、その突起体がそれぞれ独立して配置されることが好ましい。
【００１２】
このような検出装置によれば、突起体は、検出領域の外縁と対応して平行に配置され、それぞれの突起体が独立して配置されることで、第１基板に可撓性を有することができる。第１基板に可撓性を有することで、曲面を有する部位にも検出装置を設けることができる。
【００１３】
（適用例４）上記適用例に係る検出装置において、突起体は検出領域毎にその検出領域の外縁と対応して平行に検出領域を囲む形状に独立して配置されていることが好ましい。
【００１４】
このような検出装置によれば、検出領域毎にその検出領域を囲む形状に突起体を配置することで、囲む形状に配置された突起体がリブの機能を有し、第１基板を補強することで第１基板の薄板化および検出装置の軽量化を図ることができる。また、第１基板は、検出領域を囲む突起体と、隣接する検出領域を囲む突起体との間を支点に可撓性を有することができるため、曲面を有する部位にも検出装置を設けることができる。
【００１５】
（適用例５）上記適用例に係る検出装置において、突起体は、検出領域の外縁と平行に延在配置された突起体に直交する方向の断面形状が、多角形または台形状を有し、基部と反対側の頂部の角が面取りされていることが好ましい。
【００１６】
このような検出装置によれば、突起体の断面形状が四角形や三角形等の多角形、または台形や楕円の形状を有し、その頂部の角が面取りされていることで、弾性変形した弾性体突起が突起体に当接した際に、弾性体突起の損傷を抑制しつつ、その弾性変形を抑制することができる。
【００１７】
（適用例６）本適用例に係る検出装置は、力の方向と大きさとを検出する第１の検出領域及び第２の検出領域を有する第１基板と、第１の検出領域の第１基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第１弾性突起と、第２の検出領域の第２基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第２弾性突起と、が配置された第２基板とを有し、第１基板は、第１の検出領域と第２の検出領域との間に突起体を備えることを
特徴とする。
【００１８】
このような検出装置によれば、第１弾性体突起が第１の検出領域に当接した状態ですべり方向（検出領域に平行する方向）に弾性変形した際に、第１の検出領域と第２の検出領域との間に備えられた突起体が、その第１弾性体起体の弾性変形の障壁となり、第２の検出領域にはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、第２の検出領域へ第１弾性体突起がはみ出すことによって、第２の検出領域で第１の検出領域に配置された第１弾性体突起に加えられた力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制できる。従って、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、力の方向と大きさとの検出精度を高めることができる。
【００１９】
（適用例７）本適用例に係る電子機器は、上記の検出装置を備えることを特徴とする。
【００２０】
このような電子機器は、上述した検出装置を備えていることで、力が加えられる部位が曲面を有する電子機器においても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時に力が加えられた方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができる電子機器を提供することができる。
【００２１】
（適用例８）本適用例に係るロボットは、上記の検出装置を備えることを特徴とする。
【００２２】
このようなロボットは、上述した検出装置を備えていることで、力の方向と大きさを検出する部位が曲面を有するロボットにおいても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時に力が加えられた方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができるロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図２】第１実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す断面図。
【図３】第１実施形態に係る弾性体突起力による弾性変形を示す平面図。
【図４】第１実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図。
【図５】第１実施形態に係る垂直方向の力による圧力分布を示す図。
【図６】第１実施形態に係る力によるすべり方向の算出例を示す図。
【図７】第２実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図８】第２実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す断面図。
【図９】第２実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す平面図。
【図１０】第３実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す断面図。
【図１１】第３実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す平面図。
【図１２】電子機器の一例である携帯電話機の概略構成を示す模式図。
【図１３】電子機器の一例である携帯情報端末の概略構成を示す模式図。
【図１４】ロボットの一例であるロボットハンドの概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明をする。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載をしている。また、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各構成について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸およびＹ軸が図１に示す第１基板１０に対して平行な方向に設定され、Ｚ軸が第１基板１０に対して直交する方向に設定されている。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る検出装置１の概略構成を示す分解斜視図である。図１において、符号Ｐは第１基準点及び第２基準点（以下、単に「基準点」と称する。）を示している。また、符号Ｓは１つの第１弾性体突起、または第２弾性体突起（以下、単に「弾性体突起」と称する）に対応して圧力センサー１２が配置された第１の検出領域、または第２の検出領域（以下、単に一単位の「検出領域」と称する。）を示している。
【００２６】
検出装置１は、弾性体突起２２が配置された面とは反対の第２基板本体２１の面に加えられた力の方向と大きさとを検出する圧力センサー方式のタッチパッドである。例えばノートパソコン等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられるものである。
【００２７】
なお、「力」とは、第２基板に加えられた外的な力で、例えば、タッチパッドを操作した際に加えられる力である。また、「基準点Ｐ」とは、すべり力（第２基板を平面視した水平方向でＺ軸をせん断するＸ軸およびＹ軸方向に作用する力）が作用していない場合に、弾性体突起２２の中心が位置するポイントである。また、圧力センサーの方式については特に限定されることなく、例えば感圧導電方式や静電容量方式やフォトセンサー方式等を用いることができる。
【００２８】
図１に示すように、検出装置１は、基準点Ｐの周りに複数の圧力センサー１２から構成される検出領域Ｓが複数配置された第１基板１０を備えている。また、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形する弾性体突起２２と、弾性体突起２２が配置された第２基板２０とを備えている。また、隣り合う検出領域Ｓとの間には、第１基板から起立する突起体３１が配置されている。なお、検出領域Ｓを構成する圧力センサー１２は、縦２行横２列に計４つ配置されているが、４つに限定されることはなく、縦４行横４列などより多数配置されても良い。
【００２９】
検出装置１は、力が加えられ弾性体突起２２が弾性変形することによって、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２にその力を伝搬する。伝搬された力は、圧力センサー１２で圧力として検出され、検出された値のうち、任意に組み合わされた値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向と大きさとを演算する図示しない演算装置を備えている。
【００３０】
第１基板１０は、例えばガラス、石英およびプラスチック等の材料で構成された第１基板本体１１と、第１基板本体１１に配置された複数の圧力センサー１２と、その圧力センサー１２で構成される検出領域Ｓとを具備して構成されている。
【００３１】
検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の圧力センサー１２は、互いに直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）にマトリックス状に配置されている。これにより、基準点Ｐと各圧力センサー１２との間の距離が互いに等しくなるので、弾性体突起２２の変形と各圧力センサー１２で検出される値との関係が互いに等しくなる。
よって、検出領域Ｓを構成する各圧力センサー１２の値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１２で検出された値の差分を演算することが容易となる。なお、圧力値の差分の演算方法については後述する。
【００３２】
突起体３１は、第１基板本体１１から突き出ており、その高さが弾性体突起２２の直径の半分程度に形成されている。隣り合う検出領域Ｓとの間には、突起体３１が配置されている。突起体３１は、弾性体突起２２と比べて硬質の材料、例えば、アクリル樹脂等で形成されている。本実施形態の弾性体突起２２をシリコーンＲＶＴゴム（信越シリコーン製ＫＥ−１２）で形成し、１つの弾性体突起２２に１０ニュートンの力が加えられると仮定した場合、かかる力が加えられると弾性体突起２２は、その直径の３３％程度弾性変形する。ここで、力が加えられた時に第２基板２０と突起体３１が当接すると正しく力を検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に伝搬できなくなる。そのため、突起体３１の第１基板本体１１から突き出る高さは、弾性体突起２２の直径の６７％の長さから圧力センサー１２の厚み（Ｚ軸方向の長さ）を差し引いた高さ（長さ）以下として形成される。突起体３１の高さは、弾性体突起２２を形成する材料と、その弾性体突起２２に加えられる力によって適宜変更し、第２基板本体２１と突起体３１が接触しないように形成し配置する。
【００３３】
突起体３１において検出領域Ｓの外縁と平行に配置された突起体３１に直交する方向の断面形状は、四角形や三角形等の多角形、または台形の形状を有している。また、突起体３１の基部と反対側の頂部の角が面取りされていることがより好ましい。頂部の角が面取りされていることによって、弾性体突起２２が突起体３１に当接した時に、その弾性体突起２２を損傷させることなく弾性変形を抑制することができる。本実施形態では、便宜上、四角形の断面形状を備えた突起体３１が配置されているが、その頂部の角は面取りされているものとして説明をする。また、以下の実施形態についても同様とする。なお、本実施形態では、第１基板本体１１の形成材料としてポリイミドを用い、突起体３１の形成材料としてアクリル樹脂を用いている。
【００３４】
本実施形態の突起体３１は、隣り合う検出領域Ｓに配置される突起体３１と連続して格子形状に配置されている。これにより、力によって弾性体突起２２が弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓへ弾性変形した弾性体突起２２がはみ出すことを抑制することができる。
【００３５】
検出領域Ｓは、一単位の検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に４つ配置された圧力センサー１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。また、単位検出領域Ｓの大きさ（平面視のサイズ）は、本実施形態においては縦２．８ｍｍ×横２．８ｍｍ程度になっている。また、検出領域Ｓを構成する４つの圧力センサー１２の各面積がほぼ等しくなっている。圧力センサー１２としては、例えば、感圧導電ゴム等の感圧素子を用いることができる。また、圧力センサー１２は、弾性体突起２２の弾性変形を通じて感圧導電ゴム等に伝搬された力を電気信号に変換する。
【００３６】
第２基板２０は、第２基板本体２１と、第２基板本体２１に配置された複数の弾性体突起２２とから構成されている。第２基板本体２１は、力を受ける部分である。第２基板本体２１は、例えばガラス、石英およびプラスチック等の材料や、発泡ウレタン樹脂およびシリコーン樹脂等の樹脂材料で構成することもできる。
なお、本実施形態では、第２基板本体２１および弾性体突起２２の形成材料としてシリコーン樹脂材料を用いて、第２基板本体２１および弾性体突起２２を金型で一体形成している。
【００３７】
複数の弾性体突起２２は、第２基板本体２１の平面視する面内において第１基板本体１１に配置されている検出領域Ｓに対応してＸ方向およびＹ方向にマトリックス状に配置されている。弾性体突起２２は、その頂部が対応する検出領域Ｓに当接し、第２基板本体２１に加えられた力に応じて弾性変形する。
【００３８】
弾性体突起２２は、その重心が初期的に基準点Ｐと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起２２は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起２２が弾性変形したときの第２基板本体２１の平面視する面内に、平行な方向（Ｘ軸とＹ軸と方向）の変形を許容することができる。
【００３９】
弾性体突起２２は、その大きさを任意に設定することができる。本実施形態では、弾性体突起２２の基部の径（弾性体突起２２が第１基板本体１１に接する部分の直径）は２．０ｍｍ程度になっている。弾性体突起２２の高さ（弾性体突起２２のＺ方向の距離）は２．０ｍｍ程度になっている。また、隣り合う弾性体突起２２の離間間隔は１ｍｍ程度になっている。なお、本実施形態の弾性体突起２２の形状は半球状であるが、円錐台もしくは角錐台形状であっても良い。
【００４０】
図２および図３は、基準点Ｐに作用する力の方向と大きさとを検出する方法の説明図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る弾性体突起２２の力による弾性変形を示す図で、図１に示す線分Ａ−Ｂ間の断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る弾性体突起２２の力による弾性変形を示す平面図である。
【００４１】
図２（ａ）および図３（ａ）は、第２基板本体２１の表面に力が加えられる前の状態（力の作用がないとき。）を示している。図２（ｂ）および図３（ｂ）は、第２基板２０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向（すべり力がない状態）の力が加えられた状態を示している。図２（ｃ）および図３（ｃ）は、第２基板本体２１の表面に向かって斜め方向（すべり力がある状態）の力が加えられた状態を示している。さらに、図３（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起２２の重心を示している。
【００４２】
図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、第２基板本体２１の弾性体突起２２が形成された面と反対の面に力が加えられる前においては、弾性体突起２２の頂部が第１基板本体１１に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接し、弾性変形はしない。これにより、第１基板１０と第２基板２０との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー１２の圧力値は図示しないメモリー部に記憶されている。メモリー部に記憶された各圧力センサー１２の圧力値を基準として力の作用する方向や大きさ換言するとベクトルが求められる。
【００４３】
図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、第２基板２０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態でＺ方向に弾性変形する。これにより、第２基板２０がＺ方向に撓み、第１基板１０と第２基板２０との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー１２の圧力値は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１２とも略同じ値となる。弾性体突起２２の頂部が各圧力センサー１２に当接する面積が等しいためである。
【００４４】
図２（ｃ）および図３（ｃ）に示すように、第２基板本体２１の表面に向かって斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１の表面に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。これにより、第２基板２０がＺ方向に撓み、第１基板１０と第２基板２０との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは、基準点Ｐから＋Ｘ方向および＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は、４つの圧力センサー１２のうち−Ｘ方向および−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積の方が大きくなる。また、弾性体突起２２は、隣り合う検出領域Ｓにはみ出すように斜めに傾いて弾性変形するが、突起体３１が障壁となって隣り合う領域へ弾性変形した弾性体突起２２が侵入することを抑制することができる。
【００４５】
弾性体突起２２は、第２基板本体２１の表面に加えられた斜め方向の力によって弾性変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起２２の重心は基準点ＰからずれてＺ軸を横切る「すべり方向」（Ｘ方向およびＹ方向）に移動する。すると、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２において異なる値が検出される。具体的には、弾性体突起２２の重心と重なる位置の圧力センサー１２では相対的に大きい値が検出され、弾性体突起２２の重心と重ならない位置の圧力センサー１２では相対的に小さい値が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて力が加えられた方向と大きさが求められる。このことによって、力が加えられる前の圧力センサー１２で検出される値と、力が加えられた時に各圧力センサー１２で検出される値とを比較演算することで、力の方向と大きさとを検出することができる。
【００４６】
図４は、本実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図５は、第１実施形態に係る垂直方向の力による圧力分布を示す図である。図６は、本実施形態に係る力によるすべり方向の算出例を示す図である。
【００４７】
図４に示すように、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２は、その検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。ここで、各圧力センサー１２をＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とし、その圧力センサーＰ１〜Ｐ４が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４とすると、力のＸ方向成分Ｆｘ（第２基板本体２１へ加えられる力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（１）で表される。
【００４８】
【数１】
【００４９】
また、力のＹ方向成分Ｆｙ（力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（２）で表される。
【００５０】
【数２】
【００５１】
また、力のＺ方向成分Ｆｚ（力の垂直方向成分）は以下の式（３）で表される。
【００５２】
【数３】
【００５３】
本実施形態では、力によって弾性体突起２２が弾性変形することにより圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち任意に組み合わされた圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向が演算される。
【００５４】
式（１）に示すように、力のＸ方向成分Ｆｘにおいては、圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ２およびＰ４で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ３で検出された値が組み合わされる。このように、＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ２およびＰ４の組み合わせによる圧力値と−Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ３の組み合わせによる値との差分に基づいて力のＸ方向成分が求められる。
【００５５】
式（２）に示すように、力のＹ方向成分Ｆｙにおいては、圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ２で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ３およびＰ４で検出された値が組み合わされる。このように、＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ２の組み合わせによる圧力値と−Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ３およびＰ４の組み合わせによる値との差分に基づいて力のＹ方向成分が求められる。
【００５６】
式（３）に示すように、力のＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの圧力センサーＰ１〜Ｐ４の値を足し合わせた合力で求められる。ただし、力のＺ方向成分Ｆｚは、力のＸ方向成分Ｆｘ（分力）および力のＹ方向成分Ｆｙ（分力）に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起２２の材質として硬いものを用いたり、頂部の形状を先鋭にしたりすると、力のＺ方向成分Ｆｚの検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起２２の材質として硬いものを用いると弾性体突起２２が変形しにくくなり力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起２２の頂部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときの「タッチ感」に強い感度（違和感）を与える場合がある。このため、力のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、力のＸ方向成分Ｆｘおよび力のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起２２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【００５７】
図５は、タッチパッド（検出装置１）の検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を例示する。かかる場合、力のＺ（垂直）方向成分は、力が作用した部分の中心部が最も大きくなる（圧力センサー１２の出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。また、力のＺ方向成分は、中心部に次いでその周辺部（６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなる。また、指で押されていない領域は、圧力センサー１２の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度となる。なお、タッチパッドには、検出領域Ｓ（圧力センサーＰ１〜Ｐ４が縦２行横２列に計４つ配置された領域）がマトリックス状（例えば縦１５行×横１５列に計２２５個）に配置されているとする。
【００５８】
図６は、本実施形態に係る力によるすべり方向の算出例を示す図である。タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の押圧力の面内方向成分（すべり方向）の算出方法を例示して説明する。図６に示す例は、指によって加えられた力が、タッチパッドの検出面に配置されている複数の検出領域Ｓ（縦１５行×横１５列）のうち縦３行×横３列に配置された部分の検出領域Ｓ部分に作用しているとする。ここで、力の垂直方向成分は、図５で示した様に力が作用した部分の中心部がもっとも大きくなっている（１１０ｍＶ）。
【００５９】
ここで力が作用する縦３行×横３列の各検出領域Ｓは、それぞれ４つの圧力センサーＰ１〜Ｐ４を有しており、各圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向が演算される。つまり、各単位検出領域では、上述した式（１）および式（２）に基づいて力のＸ方向成分Ｆｘおよび力のＹ方向成分Ｆｙが算出される。ここでは、＋Ｘ方向を基準として左周りに約１２３°の方向に力が作用していることが分かる。なお、力の作用する方向の算出にあっては、９つの算出結果の平均値で求める方法、あるいは９つの算出結果のうちの最大値（例えば所定のしきい値よりも大きい検出値）により求める方法を用いることができる。
【００６０】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置１によれば、弾性体突起２２が検出領域Ｓに当接した状態ですべり方向に弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓの間に突起体３１が配置されることで、その突起体３１が障壁となり、弾性体突起２２が隣り合う検出領域Ｓにはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。よって、隣り合う検出領域Ｓに弾性体突起２２がはみ出して、その検出領域Ｓで力が誤検出されることを抑制できる。従って、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、力の方向と大きさとの検出精度を高めることができる。
【００６１】
また、第２基板本体２１に力が加えられると、弾性体突起２２は頂部が第１基板に配置された検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形し、第２基板本体２１にすべり方向の力が加えられる場合は、弾性体突起２２の弾性変形に偏りが生じる。このことによって、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐからずれてすべり方向に移動し、複数の圧力センサー１２のうち弾性体突起２２の重心Ｇが移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサー１２で異なる値が検出される。従って、図示しない演算装置により、各圧力センサー１２で検出された値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向と大きさとを求めることができる。
【００６２】
このような検出装置１によれば、突起体３１は、検出領域Ｓの外縁に沿って平行に配置され、隣り合う検出領域Ｓに配置された突起体３１と連続して格子形状に配置される。これによって、突起体３１は、第１基板本体１１から起立する突起体３１自体の補強と、第１基板本体１１を補強するリブの機能とを備えることができる。従って、第１基板１０の薄板化と、検出装置１の軽量化とを実現することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図７は、第１実施形態の図１に対応した、本発明の第２実施形態に係る検出装置２の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図７において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応し、複数の圧力センサー１２が配置された単位検出領域Ｓを示している。
【００６４】
図７に示すように、検出装置２は、基準点Ｐの周りに複数の圧力センサー１２から構成される検出領域Ｓが複数配置された第１基板１００を備えている。また、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が当該検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形する弾性体突起２２と、その弾性体突起２２が配置された第２基板２００とを備えている。また、隣り合う検出領域Ｓとの間には第１基板本体１１０から突き出る突起体３２が配置されている。本実施形態の突起体３２は、検出領域Ｓの外縁に対応し、独立して配置されている点が第１実施形態で説明をした検出装置１とは異なっている。なお、第１実施形態と同様に検出領域Ｓを構成する圧力センサー１２は、縦２行横２列に計４つ配置されているが、４つに限定されることはなく、縦４行横４列など多数配置されても良い。
【００６５】
図７に示す様に突起体３２は、第１基板本体１１０から突出し、隣り合う検出領域Ｓとの間に、その検出領域Ｓの外縁（辺）に対応して配置されている。また、突起体３２は、第１実施形態と同様に、弾性体突起２２が受ける力によって弾性変形する変形量に基づき、突起体３２の高さが弾性体突起２２の直径の半分程度に形成されている。また、突起体３２は、弾性体突起２２と比べて硬質の材料で形成されている。なお、突起体３２は、第１実施形態と同様に四角形の断面形状を備え、その頂部の角が面取りされているものとする。
【００６６】
第１基板１００は、第１実施形態の構成と同様に複数の検出領域Ｓが配置されている。また、検出領域Ｓの外縁に対応して突起体３２が第１基板本体１１０から起立して配置されている。突起体３２は、それぞれ独立して配置され、第１実施形態の突起体３１の様に隣り合う突起体３１とは継合（連続）されていない。本実施形態の突起体３２は、隣り合う検出領域Ｓの外縁に対応して配置された他の突起体３２とは継合されていないため、第１基板１００に可撓性を備えることができる（図８参照）。
【００６７】
詳しくは、第１実施形態の第１基板１０においては、その第１基板１０に配置された検出領域Ｓを格子形状に囲み、隣り合う連続して突起体３１が配置されている。よって、連続して配置され突起体３１が第１基板１００を補強するため、第１基板１００の可撓性を有していない。
【００６８】
また、本実施形態の第１基板１００は、突起体３２が独立して配置されているため、第１基板本体１１０を形成する材料として可撓性を有する材料（例えば、第１実施形態で例示したシリコーン樹脂など。）を用いることで、隣り合う検出領域Ｓに平行して配置された突起体３２との間を支点として第１基板１００を可撓させることができる。
【００６９】
突起体３２は、第１実施形態の突起体３１と同様に、力によって弾性体突起２２が弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓへその弾性体突起２２がはみ出すことを抑制する。なお、本実施形態では、第１基板本体１１の形成材料としてポリイミドを用い、突起体３１の形成材料としてアクリル樹脂を用いている。
【００７０】
第２基板２００は、第１実施形態の構成と同様に、第２基板本体２１０と、第２基板本体２１０に配置された複数の弾性体突起２２とから構成されている。第２基板本体２１０は、力を受ける部分である。また、第２基板２００は、前述の第１基板１００の屈曲に沿って配置されるため、屈曲可能な可撓性を有している（図８参照）。なお、本実施形態の第２基板本体２１０と弾性体突起２２とは、金型で一体形成している。また、第２基板本体２１０、および弾性体突起２２の形成材料としてシリコーン樹脂材料を用いている。
【００７１】
図８（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態の図２（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る力による弾性体突起２２の弾性変形を示す図で、図７に示す線分Ｃ−Ｄ間の断面図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態の図３（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る弾性体突起２２の力による弾性変形を示す平面図である。
【００７２】
図８（ａ）および図９（ａ）は第２基板本体２１０の表面に力が加えられる前の状態（力の作用がないとき）を示している。図８（ｂ）および図９（ｂ）は第２基板本体２１０の表面にＺ軸（垂直）方向の力が加えられた状態を示している。図８（ｃ）および図９（ｃ）は第２基板本体２１０の表面に斜め方向の力が加えられた状態を示している。さらに、図９（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起２２の重心（力の中心）を示している。図８および図９において、第１実施形態の図２および図３と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、第２基板本体２１０の弾性体突起２２が形成された面と反対の面に力が加えられる前においては、弾性体突起２２の頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接し、弾性変形はしない。これにより、第１基板１００と第２基板２００との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー１２の圧力値は図示しないメモリー部に記憶されている。メモリー部に記憶された各圧力センサー１２の検出値を基準として力の作用する方向や大きさ（ベクトル）が求められる。
【００７４】
図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態でＺ方向に弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー１２の圧力値は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１２とも略同じ値となる。弾性体突起２２の頂部が各圧力センサー１２に当接する面積が等しいためである。
【００７５】
図８（ｃ）および図９（ｃ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かって斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０の表面に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは、基準点Ｐから＋Ｘ方向および＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は、４つの圧力センサー１２のうち−Ｘ方向および−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積の方が大きくなる。また、弾性体突起２２は、隣り合う検出領域Ｓにはみ出すように斜めに傾いて弾性変形するが、突起体３２が障壁となって隣り合う領域へ弾性変形した弾性体突起２２が侵入することを抑制することができる。
【００７６】
弾性体突起２２は、第２基板本体２１０の表面に加えられた斜め方向の力によって弾性変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起２２の重心は基準点ＰからずれてＺ軸を横切る「すべり方向」（Ｘ方向およびＹ方向）に移動する。すると、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２において異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起２２の重心と重なる位置の圧力センサー１２では相対的に大きい値が検出され、弾性体突起２２の重心と重ならない位置の圧力センサー１２では相対的に小さい値が検出されることとなる。そして、第１実施形態で述べた差分の演算方法に基づいて力が加えられた方向と大きさが求められる。このことによって、力が加えられる前の各圧力センサー１２で検出される値と、力が加えられた時に圧力センサー１２で検出される値とを比較演算することで、力の方向と大きさとを検出することができる。なお、本実施形態に係る垂直方向の力による力分布および力によるすべり方向の算出方法は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００７７】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置２によれば、弾性体突起２２が検出領域Ｓに当接した状態ですべり方向に弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓとの間に突起体３２が配置されることでその突起体３２が弾性変形の障壁となり、弾性体突起２２が隣り合う検出領域Ｓにはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、隣り合う検出領域Ｓに弾性体突起２２がはみ出して、その検出領域Ｓで力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制し、力の方向と大きさとを高精度で検出することができる検出装置２を提供することができる。
【００７８】
また、突起体３２は、検出領域Ｓの外縁と対応して平行に配置され、それぞれの突起体３２が独立して配置されることで、第１基板１０に可撓性を備えることができる。従って、検出装置２は曲面を有する部位に設けることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
図１０は、第２実施形態の図８に対応した、本発明の第３実施形態に係る検出装置３の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図１０において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応し、複数の圧力センサー１２が配置された単位検出領域Ｓを示している。
【００８０】
図１０に示すように、検出装置３は、基準点Ｐの周りに複数の圧力センサー１２から構成される検出領域Ｓが複数配置された第１基板１００を備えている。また、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が当該検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形する弾性体突起２２と、その弾性体突起２２が配置された第２基板２０とを備えている。また、隣り合う検出領域Ｓとの間には、第１基板本体１１０から突き出る突起体３３が配置されている。本実施形態の突起体３３は、検出領域Ｓ毎に独立してその検出領域Ｓを囲む形状に配置されている点が前述の第２実施形態で説明をした検出装置２とは異なっている。なお、第２実施形態と同様に検出領域Ｓを構成する圧力センサー１２は、縦２行横２列に計４つ配置されているが、４つに限定されることはなく、縦４行横４列など多数配置されても良い。
【００８１】
図１０に示す様に突起体３３は、第１基板本体１１０から突き出し、隣り合う検出領域Ｓとの間に、その検出領域Ｓの外縁に対応して囲む形状に配置されている。また、突起体３３は、上述した第１実施形態と同様に、その高さが弾性体突起２２の直径の半分程度に形成されている。また、突起体３３は、弾性体突起２２と比べて硬質の材料で形成されている。
【００８２】
突起体３３は、第２実施形態と同様に、力によって弾性体突起２２が弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓへ弾性変形した弾性体突起２２がはみ出すことを抑制する。また、突起体３３が第１実施形態の突起体３１の様に連続して配置されていないため、本実施形態の第１基板１００は屈曲させることができる（図１１参照）。さらに、突起体３３が囲む形状に配置されるため第１基板本体１１０を補強するリブ構造を有し、第１基板１００を補強する。よって、第１基板１００の薄板化と、屈曲とが容易にでき、また検出装置１の軽量化を図ることができる。なお、本実施形態では、第１基板本体１１の形成材料としてポリイミドを用い、突起体３１の形成材料としてアクリル樹脂を用いている。
【００８３】
第２基板２００は、第２基板本体２１０と、第２基板本体２１０に配置された複数の弾性体突起２２とから構成されている。本実施形態の第２基板２００は、前述の第２実施形態の第２基板２００と同様の構成のため、説明を省略する。
【００８４】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る力による弾性体突起２２の弾性変形を示す図で、図１０に示す線分Ｅ−Ｆ間の断面図である。
【００８５】
図１１（ａ）は第２基板本体２１０の表面に力が加えられる前の状態（力の作用がないとき）を示している。図１１（ｂ）は第２基板本体２１０の表面にＺ軸（垂直）方向の力が加えられた状態を示している。図１１（ｃ）は第２基板本体２１０の表面に斜め方向の力が加えられた状態を示している。図１１において、図８と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８６】
図１１（ａ）に示すように、第２基板本体２１０の弾性体突起２２が形成された面と反対の面に力が加えられる前においては、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接し、弾性変形はしない。これにより、第１基板１００と第２基板２０との間の距離は一定に保たれる。
【００８７】
図１１（ｂ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態でＺ方向に弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。
【００８８】
図１１（ｃ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かって斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０の表面に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。また、弾性体突起２２は、隣り合う検出領域Ｓに斜めに傾いてはみ出すように弾性変形するが、突起体３３によってその弾性変形を抑制することができる。なお、圧力センサー１２で検出される値と、その値に基づいて力の方向と大きさとを求める演算方法は、第１実施形態および第２実施形態と同様のため説明を省略する。
【００８９】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置３によれば、検出領域Ｓ毎にその検出領域Ｓを囲む形状に突起体３３を配置することで、突起体３３がリブの機能を有し、第１基板１００の薄板化および検出装置３の軽量化を図ることができる。
このような検出装置３によれば、弾性体突起２２が検出領域Ｓに当接した状態ですべり方向に弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓとの間に突起体３３が配置されることでその突起体３３が弾性変形の障壁となり、弾性体突起２２が隣り合う検出領域Ｓにはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、隣り合う検出領域Ｓに弾性体突起２２がはみ出して、その検出領域Ｓで力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制し、力の方向と大きさとを高精度に検出することができる検出装置３を提供することができる。また、第１基板１００は、検出領域Ｓを囲む突起体３３と、隣接する検出領域Ｓを囲む突起体３３との間を支点に可撓性を有するため、曲面を有する部位にも検出装置３を設けることができる。
【００９０】
（電子機器）
図１２は、上述した実施形態に係る検出装置１から検出装置３を適用した携帯電話機１０００の概略構成を示す模式図である。携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３およびスクロールボタン１００２、並びに表示部としての検出装置１から検出装置３を適用した液晶パネル１００１を備えている。スクロールボタン１００２を操作することによって、液晶パネル１００１に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル１００１にはメニューボタン（図示省略）が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、携帯電話機の電話番号が表示されたりする。
【００９１】
図１３は、上述した実施形態に係る検出装置１から検出装置３を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）２０００の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２および電源スイッチ２００３、並びに表示部としての検出装置１から検出装置３を適用した液晶パネル２００１を備えている。電源スイッチ２００３を操作すると、液晶パネル２００１にはメニューボタンが表示される。例えば、メニューボタン（図示省略）を指で触れると住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
【００９２】
このような電子機器によれば、上述した検出装置１から検出装置３を備えていることで、力が加えられる部位が曲面を有する電子機器においても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時も力が加えられた方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができる電子機器を提供することができる。
【００９３】
なお、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、デジタルスチールカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、上述の各実施形態に係る検出装置を適用させることができる。
【００９４】
（ロボット）
図１４は、上記各実施形態に係る検出装置１から検出装置３を適用したロボットハンド３０００の概略構成を示す模式図である。図１４（ａ）に示すように、ロボットハンド３０００は、本体部３００３および一対のアーム部３００２、並びに検出装置１から検出装置３を適用した把持部３００１を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部３００２に駆動信号を送信すると、一対のアーム部３００２が開閉動作する。
【００９５】
図１４（ｂ）に示すように、ロボットハンド３０００でコップ等の対象物３０１０を把持する場合を考える。このとき、対象物３０１０に作用する力は把持部３００１で圧力として検出される。ロボットハンド３０００は、把持部３００１として上述した検出装置１から検出装置３を備えているので、対象物３０１０の表面（接触面）に垂直な方向の力と併せて重力Ｍｇですべる方向の力（すべり力の成分）を検出することが可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたりすべりやすい物体を落としたりしないよう、対象物３０１０の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。
【００９６】
このようなロボットは、上述した検出装置１から検出装置３を備えていることで、力の方向と大きさを検出する部位が曲面を有するロボットにおいても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時も力の加えられる方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができるロボットを提供することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１〜３…検出装置、１０，１００…第１基板、１１，１１０…第１基板本体、１２…圧力センサー、２０，２００…第２基板、２１，２１０…第２基板本体、２２…弾性体突起、３１，３２，３３…突起体，１０００…携帯電話機、１００１…液晶パネル、１００２…スクロールボタン、１００３…操作ボタン、２０００…携帯情報端末、２００１…液晶パネル、２００２…操作ボタン、２００３…電源スイッチ、３０００…ロボットハンド、３００１…把持部、３００２…アーム部、３００３…本体部、３０１０…対象物。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置、電子機器およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
力の方向と大きさとを検出する検出領域に複数の圧力センサーもしくは圧力スイッチを配置された第１基板と、力を受ける面を有する第２基板との間に弾性体を設けた力の検出装置が知られている。この様な検出装置は、第２基板に作用する力によって弾性体が弾性変形（変位）することを利用して第１基板に配置された圧力センサー等に第２基板に作用した力を伝達し、力の方向と大きさとを検出可能な検出装置が提案されている。
例えば特許文献１には、力を受ける面を有する第２基板に対して力が作用した時に、圧力センサーが配置された第１基板と、力を受ける第２基板との間に第１基板における平面視する面内方向に移動可能な球形状を有する弾性体を配置した加重測定センサーが開示されている。また、特許文献２には、圧力センサーが配置された第１基板上に形成された弾性層（弾性体）とカバー層（第２基板）との間に複数の柱状体を配置した構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８７５０２号公報
【特許文献２】特許第４３６４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示された検出装置は、第１基板において平面視する面内に対して水平方向の力、換言すると、作用する力の方向と大きさとからなるベクトルを誤検出しやすいという課題がある。例えば、第２基板面に斜め方向に力が加えられた場合、弾性体の弾性変形は隣り合う圧力を検出する領域にはみだし、当該隣り合う圧力を検出する領域において弾性体に作用する力の方向と大きさとが検出されてしまい正しい力の方向と大きさとを検出することができないという課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
（適用例１）本適用例に係る検出装置は、基準点に加えられた力の方向と大きさとを検出する検出装置であって、力の方向と大きさとを検出する複数の検出領域を有する第１基板と、基準点と重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第２基板とを備え、検出領域と、その隣り合う検出領域との間に検出領域が配置された第１基板面を基部として突き出た突起体を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような検出装置によれば、弾性体突起が検出領域に当接した状態ですべり方向（検出領域に平行する方向）に弾性変形した際に、隣り合う検出領域との間に配置された突起体が弾性変形の障壁となり、弾性体突起が隣り合う検出領域へはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、隣り合う検出領域へ弾性体突起がはみ出して、その検出領域で力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制できる。従って、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、力の方向と大きさとの検出精度を高めることができる。
【０００８】
また、第２基板の表面に力が加えられると、弾性体突起は頂部が第１基板に配置された検出領域に当接した状態で弾性変形する。このとき、第２基板を平面視した水平方向（すべり方向）の力がある場合は、弾性体突起の弾性変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起の重心は基準点からずれてすべり方向に移動する。すると、複数の圧力センサーのうち弾性体突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーで異なる値が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい値が検出されることとなる。よって、演算装置により、各圧力センサーで検出された値の差分を演算し、力が加えられていない時の圧力値と、力が加えられた時の圧力値との差分を比較演算することで力が加えられた方向と大きさを求めることができる。
【０００９】
（適用例２）上記適用例に係る検出装置において、突起体は検出領域の外縁に平行して配置され、隣り合う検出領域に配置される突起体と継合して格子形状に配置されることが好ましい。
【００１０】
このような検出装置によれば、突起体は、検出領域の外縁に沿って平行に配置され、隣り合う検出領域に配置された突起体と連続して格子形状に配置されることで、第１基板から起立する突起体の補強と、第１基板を補強するリブの機能とを備えることで、第１基板の薄板化および検出装置の軽量化とをすることができる。
【００１１】
（適用例３）上記適用例に係る検出装置において、突起体は、検出領域の外縁と対応して平行に配置され、その突起体がそれぞれ独立して配置されることが好ましい。
【００１２】
このような検出装置によれば、突起体は、検出領域の外縁と対応して平行に配置され、それぞれの突起体が独立して配置されることで、第１基板に可撓性を有することができる。第１基板に可撓性を有することで、曲面を有する部位にも検出装置を設けることができる。
【００１３】
（適用例４）上記適用例に係る検出装置において、突起体は検出領域毎にその検出領域の外縁と対応して平行に検出領域を囲む形状に独立して配置されていることが好ましい。
【００１４】
このような検出装置によれば、検出領域毎にその検出領域を囲む形状に突起体を配置することで、囲む形状に配置された突起体がリブの機能を有し、第１基板を補強することで第１基板の薄板化および検出装置の軽量化を図ることができる。また、第１基板は、検出領域を囲む突起体と、隣接する検出領域を囲む突起体との間を支点に可撓性を有することができるため、曲面を有する部位にも検出装置を設けることができる。
【００１５】
（適用例５）上記適用例に係る検出装置において、突起体は、検出領域の外縁と平行に延在配置された突起体に直交する方向の断面形状が、多角形または台形状を有し、基部と反対側の頂部の角が面取りされていることが好ましい。
【００１６】
このような検出装置によれば、突起体の断面形状が四角形や三角形等の多角形、または台形や楕円の形状を有し、その頂部の角が面取りされていることで、弾性変形した弾性体突起が突起体に当接した際に、弾性体突起の損傷を抑制しつつ、その弾性変形を抑制することができる。
【００１７】
（適用例６）本適用例に係る検出装置は、力の方向と大きさとを検出する第１の検出領域及び第２の検出領域を有する第１基板と、第１の検出領域の第１基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第１弾性突起と、第２の検出領域の第２基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第２弾性突起と、が配置された第２基板とを有し、第１基板は、第１の検出領域と第２の検出領域との間に突起体を備えることを
特徴とする。
【００１８】
このような検出装置によれば、第１弾性体突起が第１の検出領域に当接した状態ですべり方向（検出領域に平行する方向）に弾性変形した際に、第１の検出領域と第２の検出領域との間に備えられた突起体が、その第１弾性体起体の弾性変形の障壁となり、第２の検出領域にはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、第２の検出領域へ第１弾性体突起がはみ出すことによって、第２の検出領域で第１の検出領域に配置された第１弾性体突起に加えられた力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制できる。従って、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、力の方向と大きさとの検出精度を高めることができる。
【００１９】
（適用例７）本適用例に係る電子機器は、上記の検出装置を備えることを特徴とする。
【００２０】
このような電子機器は、上述した検出装置を備えていることで、力が加えられる部位が曲面を有する電子機器においても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時に力が加えられた方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができる電子機器を提供することができる。
【００２１】
（適用例８）本適用例に係るロボットは、上記の検出装置を備えることを特徴とする。
【００２２】
このようなロボットは、上述した検出装置を備えていることで、力の方向と大きさを検出する部位が曲面を有するロボットにおいても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時に力が加えられた方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができるロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図２】第１実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す断面図。
【図３】第１実施形態に係る弾性体突起力による弾性変形を示す平面図。
【図４】第１実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図。
【図５】第１実施形態に係る垂直方向の力による圧力分布を示す図。
【図６】第１実施形態に係る力によるすべり方向の算出例を示す図。
【図７】第２実施形態に係る検出装置の概略構成を示す分解斜視図。
【図８】第２実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す断面図。
【図９】第２実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す平面図。
【図１０】第３実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す断面図。
【図１１】第３実施形態に係る弾性体突起の力による弾性変形を示す平面図。
【図１２】電子機器の一例である携帯電話機の概略構成を示す模式図。
【図１３】電子機器の一例である携帯情報端末の概略構成を示す模式図。
【図１４】ロボットの一例であるロボットハンドの概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明をする。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載をしている。また、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各構成について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸およびＹ軸が図１に示す第１基板１０に対して平行な方向に設定され、Ｚ軸が第１基板１０に対して直交する方向に設定されている。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る検出装置１の概略構成を示す分解斜視図である。図１において、符号Ｐは第１基準点及び第２基準点（以下、単に「基準点」と称する。）を示している。また、符号Ｓは１つの第１弾性体突起、または第２弾性体突起（以下、単に「弾性体突起」と称する）に対応して圧力センサー１２が配置された第１の検出領域、または第２の検出領域（以下、単に一単位の「検出領域」と称する。）を示している。
【００２６】
検出装置１は、弾性体突起２２が配置された面とは反対の第２基板本体２１の面に加えられた力の方向と大きさとを検出する圧力センサー方式のタッチパッドである。例えばノートパソコン等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられるものである。
【００２７】
なお、「力」とは、第２基板に加えられた外的な力で、例えば、タッチパッドを操作した際に加えられる力である。また、「基準点Ｐ」とは、すべり力（第２基板を平面視した水平方向でＺ軸をせん断するＸ軸およびＹ軸方向に作用する力）が作用していない場合に、弾性体突起２２の中心が位置するポイントである。また、圧力センサーの方式については特に限定されることなく、例えば感圧導電方式や静電容量方式やフォトセンサー方式等を用いることができる。
【００２８】
図１に示すように、検出装置１は、基準点Ｐの周りに複数の圧力センサー１２から構成される検出領域Ｓが複数配置された第１基板１０を備えている。また、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形する弾性体突起２２と、弾性体突起２２が配置された第２基板２０とを備えている。また、隣り合う検出領域Ｓとの間には、第１基板から起立する突起体３１が配置されている。なお、検出領域Ｓを構成する圧力センサー１２は、縦２行横２列に計４つ配置されているが、４つに限定されることはなく、縦４行横４列などより多数配置されても良い。
【００２９】
検出装置１は、力が加えられ弾性体突起２２が弾性変形することによって、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２にその力を伝搬する。伝搬された力は、圧力センサー１２で圧力として検出され、検出された値のうち、任意に組み合わされた値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向と大きさとを演算する図示しない演算装置を備えている。
【００３０】
第１基板１０は、例えばガラス、石英およびプラスチック等の材料で構成された第１基板本体１１と、第１基板本体１１に配置された複数の圧力センサー１２と、その圧力センサー１２で構成される検出領域Ｓとを具備して構成されている。
【００３１】
検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２は、基準点Ｐに対して点対称に配置されている。例えば、複数の圧力センサー１２は、互いに直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）にマトリックス状に配置されている。これにより、基準点Ｐと各圧力センサー１２との間の距離が互いに等しくなるので、弾性体突起２２の変形と各圧力センサー１２で検出される値との関係が互いに等しくなる。
よって、検出領域Ｓを構成する各圧力センサー１２の値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー１２で検出された値の差分を演算することが容易となる。なお、圧力値の差分の演算方法については後述する。
【００３２】
突起体３１は、第１基板本体１１から突き出ており、その高さが弾性体突起２２の直径の半分程度に形成されている。隣り合う検出領域Ｓとの間には、突起体３１が配置されている。突起体３１は、弾性体突起２２と比べて硬質の材料、例えば、アクリル樹脂等で形成されている。本実施形態の弾性体突起２２をシリコーンＲＶＴゴム（信越シリコーン製ＫＥ−１２）で形成し、１つの弾性体突起２２に１０ニュートンの力が加えられると仮定した場合、かかる力が加えられると弾性体突起２２は、その直径の３３％程度弾性変形する。ここで、力が加えられた時に第２基板２０と突起体３１が当接すると正しく力を検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に伝搬できなくなる。そのため、突起体３１の第１基板本体１１から突き出る高さは、弾性体突起２２の直径の６７％の長さから圧力センサー１２の厚み（Ｚ軸方向の長さ）を差し引いた高さ（長さ）以下として形成される。突起体３１の高さは、弾性体突起２２を形成する材料と、その弾性体突起２２に加えられる力によって適宜変更し、第２基板本体２１と突起体３１が接触しないように形成し配置する。
【００３３】
突起体３１において検出領域Ｓの外縁と平行に配置された突起体３１に直交する方向の断面形状は、四角形や三角形等の多角形、または台形の形状を有している。また、突起体３１の基部と反対側の頂部の角が面取りされていることがより好ましい。頂部の角が面取りされていることによって、弾性体突起２２が突起体３１に当接した時に、その弾性体突起２２を損傷させることなく弾性変形を抑制することができる。本実施形態では、便宜上、四角形の断面形状を備えた突起体３１が配置されているが、その頂部の角は面取りされているものとして説明をする。また、以下の実施形態についても同様とする。なお、本実施形態では、第１基板本体１１の形成材料としてポリイミドを用い、突起体３１の形成材料としてアクリル樹脂を用いている。
【００３４】
本実施形態の突起体３１は、隣り合う検出領域Ｓに配置される突起体３１と連続して格子形状に配置されている。これにより、力によって弾性体突起２２が弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓへ弾性変形した弾性体突起２２がはみ出すことを抑制することができる。
【００３５】
検出領域Ｓは、一単位の検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に４つ配置された圧力センサー１２の中心（単位検出領域Ｓの中心）が基準点Ｐとなっている。また、単位検出領域Ｓの大きさ（平面視のサイズ）は、本実施形態においては縦２．８ｍｍ×横２．８ｍｍ程度になっている。また、検出領域Ｓを構成する４つの圧力センサー１２の各面積がほぼ等しくなっている。圧力センサー１２としては、例えば、感圧導電ゴム等の感圧素子を用いることができる。また、圧力センサー１２は、弾性体突起２２の弾性変形を通じて感圧導電ゴム等に伝搬された力を電気信号に変換する。
【００３６】
第２基板２０は、第２基板本体２１と、第２基板本体２１に配置された複数の弾性体突起２２とから構成されている。第２基板本体２１は、力を受ける部分である。第２基板本体２１は、例えばガラス、石英およびプラスチック等の材料や、発泡ウレタン樹脂およびシリコーン樹脂等の樹脂材料で構成することもできる。
なお、本実施形態では、第２基板本体２１および弾性体突起２２の形成材料としてシリコーン樹脂材料を用いて、第２基板本体２１および弾性体突起２２を金型で一体形成している。
【００３７】
複数の弾性体突起２２は、第２基板本体２１の平面視する面内において第１基板本体１１に配置されている検出領域Ｓに対応してＸ方向およびＹ方向にマトリックス状に配置されている。弾性体突起２２は、その頂部が対応する検出領域Ｓに当接し、第２基板本体２１に加えられた力に応じて弾性変形する。
【００３８】
弾性体突起２２は、その重心が初期的に基準点Ｐと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起２２は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起２２が弾性変形したときの第２基板本体２１の平面視する面内に、平行な方向（Ｘ軸とＹ軸と方向）の変形を許容することができる。
【００３９】
弾性体突起２２は、その大きさを任意に設定することができる。本実施形態では、弾性体突起２２の基部の径（弾性体突起２２が第１基板本体１１に接する部分の直径）は２．０ｍｍ程度になっている。弾性体突起２２の高さ（弾性体突起２２のＺ方向の距離）は２．０ｍｍ程度になっている。また、隣り合う弾性体突起２２の離間間隔は１ｍｍ程度になっている。なお、本実施形態の弾性体突起２２の形状は半球状であるが、円錐台もしくは角錐台形状であっても良い。
【００４０】
図２および図３は、基準点Ｐに作用する力の方向と大きさとを検出する方法の説明図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る弾性体突起２２の力による弾性変形を示す図で、図１に示す線分Ａ−Ｂ間の断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る弾性体突起２２の力による弾性変形を示す平面図である。
【００４１】
図２（ａ）および図３（ａ）は、第２基板本体２１の表面に力が加えられる前の状態（力の作用がないとき。）を示している。図２（ｂ）および図３（ｂ）は、第２基板２０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向（すべり力がない状態）の力が加えられた状態を示している。図２（ｃ）および図３（ｃ）は、第２基板本体２１の表面に向かって斜め方向（すべり力がある状態）の力が加えられた状態を示している。さらに、図３（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起２２の重心を示している。
【００４２】
図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、第２基板本体２１の弾性体突起２２が形成された面と反対の面に力が加えられる前においては、弾性体突起２２の頂部が第１基板本体１１に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接し、弾性変形はしない。これにより、第１基板１０と第２基板２０との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー１２の圧力値は図示しないメモリー部に記憶されている。メモリー部に記憶された各圧力センサー１２の圧力値を基準として力の作用する方向や大きさ換言するとベクトルが求められる。
【００４３】
図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、第２基板２０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態でＺ方向に弾性変形する。これにより、第２基板２０がＺ方向に撓み、第１基板１０と第２基板２０との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー１２の圧力値は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１２とも略同じ値となる。弾性体突起２２の頂部が各圧力センサー１２に当接する面積が等しいためである。
【００４４】
図２（ｃ）および図３（ｃ）に示すように、第２基板本体２１の表面に向かって斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１の表面に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。これにより、第２基板２０がＺ方向に撓み、第１基板１０と第２基板２０との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは、基準点Ｐから＋Ｘ方向および＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は、４つの圧力センサー１２のうち−Ｘ方向および−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積の方が大きくなる。また、弾性体突起２２は、隣り合う検出領域Ｓにはみ出すように斜めに傾いて弾性変形するが、突起体３１が障壁となって隣り合う領域へ弾性変形した弾性体突起２２が侵入することを抑制することができる。
【００４５】
弾性体突起２２は、第２基板本体２１の表面に加えられた斜め方向の力によって弾性変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起２２の重心は基準点ＰからずれてＺ軸を横切る「すべり方向」（Ｘ方向およびＹ方向）に移動する。すると、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２において異なる値が検出される。具体的には、弾性体突起２２の重心と重なる位置の圧力センサー１２では相対的に大きい値が検出され、弾性体突起２２の重心と重ならない位置の圧力センサー１２では相対的に小さい値が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて力が加えられた方向と大きさが求められる。このことによって、力が加えられる前の圧力センサー１２で検出される値と、力が加えられた時に各圧力センサー１２で検出される値とを比較演算することで、力の方向と大きさとを検出することができる。
【００４６】
図４は、本実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図５は、第１実施形態に係る垂直方向の力による圧力分布を示す図である。図６は、本実施形態に係る力によるすべり方向の算出例を示す図である。
【００４７】
図４に示すように、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２は、その検出領域Ｓ当たり縦２行横２列に計４つ配置されている。ここで、各圧力センサー１２をＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とし、その圧力センサーＰ１〜Ｐ４が検出する圧力値（検出値）をそれぞれＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４とすると、力のＸ方向成分Ｆｘ（第２基板本体２１へ加えられる力の面内方向成分のうちＸ方向に作用する分力の割合）は以下の式（１）で表される。
【００４８】
【数１】
【００４９】
また、力のＹ方向成分Ｆｙ（力の面内方向成分のうちＹ方向に作用する分力の割合）は以下の式（２）で表される。
【００５０】
【数２】
【００５１】
また、力のＺ方向成分Ｆｚ（力の垂直方向成分）は以下の式（３）で表される。
【００５２】
【数３】
【００５３】
本実施形態では、力によって弾性体突起２２が弾性変形することにより圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち任意に組み合わされた圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向が演算される。
【００５４】
式（１）に示すように、力のＸ方向成分Ｆｘにおいては、圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ２およびＰ４で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ３で検出された値が組み合わされる。このように、＋Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ２およびＰ４の組み合わせによる圧力値と−Ｘ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ３の組み合わせによる値との差分に基づいて力のＸ方向成分が求められる。
【００５５】
式（２）に示すように、力のＹ方向成分Ｆｙにおいては、圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ２で検出された値が組み合わされるとともに、−Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ３およびＰ４で検出された値が組み合わされる。このように、＋Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ１およびＰ２の組み合わせによる圧力値と−Ｙ方向に配置された圧力センサーＰ３およびＰ４の組み合わせによる値との差分に基づいて力のＹ方向成分が求められる。
【００５６】
式（３）に示すように、力のＺ方向成分Ｆｚにおいては、４つの圧力センサーＰ１〜Ｐ４の値を足し合わせた合力で求められる。ただし、力のＺ方向成分Ｆｚは、力のＸ方向成分Ｆｘ（分力）および力のＹ方向成分Ｆｙ（分力）に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起２２の材質として硬いものを用いたり、頂部の形状を先鋭にしたりすると、力のＺ方向成分Ｆｚの検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起２２の材質として硬いものを用いると弾性体突起２２が変形しにくくなり力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起２２の頂部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときの「タッチ感」に強い感度（違和感）を与える場合がある。このため、力のＺ方向成分Ｆｚの検出値を、力のＸ方向成分Ｆｘおよび力のＹ方向成分Ｆｙの検出値と揃えるには、弾性体突起２２の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
【００５７】
図５は、タッチパッド（検出装置１）の検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を例示する。かかる場合、力のＺ（垂直）方向成分は、力が作用した部分の中心部が最も大きくなる（圧力センサー１２の出力電圧９０〜１２０ｍＶ程度）。また、力のＺ方向成分は、中心部に次いでその周辺部（６０〜９０ｍＶ程度）、最外周部（３０〜６０ｍＶ程度）の順に小さくなる。また、指で押されていない領域は、圧力センサー１２の出力電圧が０〜３０ｍＶ程度となる。なお、タッチパッドには、検出領域Ｓ（圧力センサーＰ１〜Ｐ４が縦２行横２列に計４つ配置された領域）がマトリックス状（例えば縦１５行×横１５列に計２２５個）に配置されているとする。
【００５８】
図６は、本実施形態に係る力によるすべり方向の算出例を示す図である。タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の押圧力の面内方向成分（すべり方向）の算出方法を例示して説明する。図６に示す例は、指によって加えられた力が、タッチパッドの検出面に配置されている複数の検出領域Ｓ（縦１５行×横１５列）のうち縦３行×横３列に配置された部分の検出領域Ｓ部分に作用しているとする。ここで、力の垂直方向成分は、図５で示した様に力が作用した部分の中心部がもっとも大きくなっている（１１０ｍＶ）。
【００５９】
ここで力が作用する縦３行×横３列の各検出領域Ｓは、それぞれ４つの圧力センサーＰ１〜Ｐ４を有しており、各圧力センサーＰ１〜Ｐ４で検出された値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向が演算される。つまり、各単位検出領域では、上述した式（１）および式（２）に基づいて力のＸ方向成分Ｆｘおよび力のＹ方向成分Ｆｙが算出される。ここでは、＋Ｘ方向を基準として左周りに約１２３°の方向に力が作用していることが分かる。なお、力の作用する方向の算出にあっては、９つの算出結果の平均値で求める方法、あるいは９つの算出結果のうちの最大値（例えば所定のしきい値よりも大きい検出値）により求める方法を用いることができる。
【００６０】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置１によれば、弾性体突起２２が検出領域Ｓに当接した状態ですべり方向に弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓの間に突起体３１が配置されることで、その突起体３１が障壁となり、弾性体突起２２が隣り合う検出領域Ｓにはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。よって、隣り合う検出領域Ｓに弾性体突起２２がはみ出して、その検出領域Ｓで力が誤検出されることを抑制できる。従って、特許文献１や特許文献２の検出装置に比べて、力の方向と大きさとの検出精度を高めることができる。
【００６１】
また、第２基板本体２１に力が加えられると、弾性体突起２２は頂部が第１基板に配置された検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形し、第２基板本体２１にすべり方向の力が加えられる場合は、弾性体突起２２の弾性変形に偏りが生じる。このことによって、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐからずれてすべり方向に移動し、複数の圧力センサー１２のうち弾性体突起２２の重心Ｇが移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサー１２で異なる値が検出される。従って、図示しない演算装置により、各圧力センサー１２で検出された値の差分を演算し、その差分に基づいて力が加えられた方向と大きさとを求めることができる。
【００６２】
このような検出装置１によれば、突起体３１は、検出領域Ｓの外縁に沿って平行に配置され、隣り合う検出領域Ｓに配置された突起体３１と連続して格子形状に配置される。これによって、突起体３１は、第１基板本体１１から起立する突起体３１自体の補強と、第１基板本体１１を補強するリブの機能とを備えることができる。従って、第１基板１０の薄板化と、検出装置１の軽量化とを実現することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図７は、第１実施形態の図１に対応した、本発明の第２実施形態に係る検出装置２の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図７において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応し、複数の圧力センサー１２が配置された単位検出領域Ｓを示している。
【００６４】
図７に示すように、検出装置２は、基準点Ｐの周りに複数の圧力センサー１２から構成される検出領域Ｓが複数配置された第１基板１００を備えている。また、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が当該検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形する弾性体突起２２と、その弾性体突起２２が配置された第２基板２００とを備えている。また、隣り合う検出領域Ｓとの間には第１基板本体１１０から突き出る突起体３２が配置されている。本実施形態の突起体３２は、検出領域Ｓの外縁に対応し、独立して配置されている点が第１実施形態で説明をした検出装置１とは異なっている。なお、第１実施形態と同様に検出領域Ｓを構成する圧力センサー１２は、縦２行横２列に計４つ配置されているが、４つに限定されることはなく、縦４行横４列など多数配置されても良い。
【００６５】
図７に示す様に突起体３２は、第１基板本体１１０から突出し、隣り合う検出領域Ｓとの間に、その検出領域Ｓの外縁（辺）に対応して配置されている。また、突起体３２は、第１実施形態と同様に、弾性体突起２２が受ける力によって弾性変形する変形量に基づき、突起体３２の高さが弾性体突起２２の直径の半分程度に形成されている。また、突起体３２は、弾性体突起２２と比べて硬質の材料で形成されている。なお、突起体３２は、第１実施形態と同様に四角形の断面形状を備え、その頂部の角が面取りされているものとする。
【００６６】
第１基板１００は、第１実施形態の構成と同様に複数の検出領域Ｓが配置されている。また、検出領域Ｓの外縁に対応して突起体３２が第１基板本体１１０から起立して配置されている。突起体３２は、それぞれ独立して配置され、第１実施形態の突起体３１の様に隣り合う突起体３１とは継合（連続）されていない。本実施形態の突起体３２は、隣り合う検出領域Ｓの外縁に対応して配置された他の突起体３２とは継合されていないため、第１基板１００に可撓性を備えることができる（図８参照）。
【００６７】
詳しくは、第１実施形態の第１基板１０においては、その第１基板１０に配置された検出領域Ｓを格子形状に囲み、隣り合う連続して突起体３１が配置されている。よって、連続して配置され突起体３１が第１基板１００を補強するため、第１基板１００の可撓性を有していない。
【００６８】
また、本実施形態の第１基板１００は、突起体３２が独立して配置されているため、第１基板本体１１０を形成する材料として可撓性を有する材料（例えば、第１実施形態で例示したシリコーン樹脂など。）を用いることで、隣り合う検出領域Ｓに平行して配置された突起体３２との間を支点として第１基板１００を可撓させることができる。
【００６９】
突起体３２は、第１実施形態の突起体３１と同様に、力によって弾性体突起２２が弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓへその弾性体突起２２がはみ出すことを抑制する。なお、本実施形態では、第１基板本体１１の形成材料としてポリイミドを用い、突起体３１の形成材料としてアクリル樹脂を用いている。
【００７０】
第２基板２００は、第１実施形態の構成と同様に、第２基板本体２１０と、第２基板本体２１０に配置された複数の弾性体突起２２とから構成されている。第２基板本体２１０は、力を受ける部分である。また、第２基板２００は、前述の第１基板１００の屈曲に沿って配置されるため、屈曲可能な可撓性を有している（図８参照）。なお、本実施形態の第２基板本体２１０と弾性体突起２２とは、金型で一体形成している。また、第２基板本体２１０、および弾性体突起２２の形成材料としてシリコーン樹脂材料を用いている。
【００７１】
図８（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態の図２（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る力による弾性体突起２２の弾性変形を示す図で、図７に示す線分Ｃ−Ｄ間の断面図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態の図３（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る弾性体突起２２の力による弾性変形を示す平面図である。
【００７２】
図８（ａ）および図９（ａ）は第２基板本体２１０の表面に力が加えられる前の状態（力の作用がないとき）を示している。図８（ｂ）および図９（ｂ）は第２基板本体２１０の表面にＺ軸（垂直）方向の力が加えられた状態を示している。図８（ｃ）および図９（ｃ）は第２基板本体２１０の表面に斜め方向の力が加えられた状態を示している。さらに、図９（ａ）〜（ｃ）において、符号Ｇは弾性体突起２２の重心（力の中心）を示している。図８および図９において、第１実施形態の図２および図３と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
図８（ａ）および図９（ａ）に示すように、第２基板本体２１０の弾性体突起２２が形成された面と反対の面に力が加えられる前においては、弾性体突起２２の頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接し、弾性変形はしない。これにより、第１基板１００と第２基板２００との間の距離は一定に保たれる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは基準点Ｐと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー１２の圧力値は図示しないメモリー部に記憶されている。メモリー部に記憶された各圧力センサー１２の検出値を基準として力の作用する方向や大きさ（ベクトル）が求められる。
【００７４】
図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態でＺ方向に弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー１２の圧力値は、力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー１２とも略同じ値となる。弾性体突起２２の頂部が各圧力センサー１２に当接する面積が等しいためである。
【００７５】
図８（ｃ）および図９（ｃ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かって斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０の表面に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。この時、弾性体突起２２の重心Ｇは、基準点Ｐから＋Ｘ方向および＋Ｙ方向にずれる。この場合、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は互いに異なる。具体的には、弾性体突起２２の頂部と４つの圧力センサー１２との重なる面積は、４つの圧力センサー１２のうち−Ｘ方向および−Ｙ方向に配置された部分と重なる面積よりも＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に配置された部分と重なる面積の方が大きくなる。また、弾性体突起２２は、隣り合う検出領域Ｓにはみ出すように斜めに傾いて弾性変形するが、突起体３２が障壁となって隣り合う領域へ弾性変形した弾性体突起２２が侵入することを抑制することができる。
【００７６】
弾性体突起２２は、第２基板本体２１０の表面に加えられた斜め方向の力によって弾性変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起２２の重心は基準点ＰからずれてＺ軸を横切る「すべり方向」（Ｘ方向およびＹ方向）に移動する。すると、検出領域Ｓを構成する複数の圧力センサー１２において異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起２２の重心と重なる位置の圧力センサー１２では相対的に大きい値が検出され、弾性体突起２２の重心と重ならない位置の圧力センサー１２では相対的に小さい値が検出されることとなる。そして、第１実施形態で述べた差分の演算方法に基づいて力が加えられた方向と大きさが求められる。このことによって、力が加えられる前の各圧力センサー１２で検出される値と、力が加えられた時に圧力センサー１２で検出される値とを比較演算することで、力の方向と大きさとを検出することができる。なお、本実施形態に係る垂直方向の力による力分布および力によるすべり方向の算出方法は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００７７】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置２によれば、弾性体突起２２が検出領域Ｓに当接した状態ですべり方向に弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓとの間に突起体３２が配置されることでその突起体３２が弾性変形の障壁となり、弾性体突起２２が隣り合う検出領域Ｓにはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、隣り合う検出領域Ｓに弾性体突起２２がはみ出して、その検出領域Ｓで力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制し、力の方向と大きさとを高精度で検出することができる検出装置２を提供することができる。
【００７８】
また、突起体３２は、検出領域Ｓの外縁と対応して平行に配置され、それぞれの突起体３２が独立して配置されることで、第１基板１０に可撓性を備えることができる。従って、検出装置２は曲面を有する部位に設けることができる。
【００７９】
（第３実施形態）
図１０は、第２実施形態の図８に対応した、本発明の第３実施形態に係る検出装置３の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図１０において、符号Ｐは基準点、符号Ｓは１つの弾性体突起２２に対応し、複数の圧力センサー１２が配置された単位検出領域Ｓを示している。
【００８０】
図１０に示すように、検出装置３は、基準点Ｐの周りに複数の圧力センサー１２から構成される検出領域Ｓが複数配置された第１基板１００を備えている。また、基準点Ｐに重なる位置に重心が位置するとともに、力によって頂部が当該検出領域Ｓに当接した状態で弾性変形する弾性体突起２２と、その弾性体突起２２が配置された第２基板２０とを備えている。また、隣り合う検出領域Ｓとの間には、第１基板本体１１０から突き出る突起体３３が配置されている。本実施形態の突起体３３は、検出領域Ｓ毎に独立してその検出領域Ｓを囲む形状に配置されている点が前述の第２実施形態で説明をした検出装置２とは異なっている。なお、第２実施形態と同様に検出領域Ｓを構成する圧力センサー１２は、縦２行横２列に計４つ配置されているが、４つに限定されることはなく、縦４行横４列など多数配置されても良い。
【００８１】
図１０に示す様に突起体３３は、第１基板本体１１０から突き出し、隣り合う検出領域Ｓとの間に、その検出領域Ｓの外縁に対応して囲む形状に配置されている。また、突起体３３は、上述した第１実施形態と同様に、その高さが弾性体突起２２の直径の半分程度に形成されている。また、突起体３３は、弾性体突起２２と比べて硬質の材料で形成されている。
【００８２】
突起体３３は、第２実施形態と同様に、力によって弾性体突起２２が弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓへ弾性変形した弾性体突起２２がはみ出すことを抑制する。また、突起体３３が第１実施形態の突起体３１の様に連続して配置されていないため、本実施形態の第１基板１００は屈曲させることができる（図１１参照）。さらに、突起体３３が囲む形状に配置されるため第１基板本体１１０を補強するリブ構造を有し、第１基板１００を補強する。よって、第１基板１００の薄板化と、屈曲とが容易にでき、また検出装置１の軽量化を図ることができる。なお、本実施形態では、第１基板本体１１の形成材料としてポリイミドを用い、突起体３１の形成材料としてアクリル樹脂を用いている。
【００８３】
第２基板２００は、第２基板本体２１０と、第２基板本体２１０に配置された複数の弾性体突起２２とから構成されている。本実施形態の第２基板２００は、前述の第２実施形態の第２基板２００と同様の構成のため、説明を省略する。
【００８４】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）に対応した、本実施形態に係る力による弾性体突起２２の弾性変形を示す図で、図１０に示す線分Ｅ−Ｆ間の断面図である。
【００８５】
図１１（ａ）は第２基板本体２１０の表面に力が加えられる前の状態（力の作用がないとき）を示している。図１１（ｂ）は第２基板本体２１０の表面にＺ軸（垂直）方向の力が加えられた状態を示している。図１１（ｃ）は第２基板本体２１０の表面に斜め方向の力が加えられた状態を示している。図１１において、図８と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８６】
図１１（ａ）に示すように、第２基板本体２１０の弾性体突起２２が形成された面と反対の面に力が加えられる前においては、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接し、弾性変形はしない。これにより、第１基板１００と第２基板２０との間の距離は一定に保たれる。
【００８７】
図１１（ｂ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かってＺ軸（垂直）方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態でＺ方向に弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。
【００８８】
図１１（ｃ）に示すように、第２基板本体２１０の表面に向かって斜め方向の力が加えられた時には、弾性体突起２２は頂部が第１基板本体１１０の表面に配置された検出領域Ｓ（圧力センサー１２）に当接した状態で斜めに傾いて弾性変形する。これにより、第２基板２００がＺ方向に撓み、第１基板１００と第２基板２００との間の距離が力の作用がないときに比べて小さくなる。また、弾性体突起２２は、隣り合う検出領域Ｓに斜めに傾いてはみ出すように弾性変形するが、突起体３３によってその弾性変形を抑制することができる。なお、圧力センサー１２で検出される値と、その値に基づいて力の方向と大きさとを求める演算方法は、第１実施形態および第２実施形態と同様のため説明を省略する。
【００８９】
上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
このような検出装置３によれば、検出領域Ｓ毎にその検出領域Ｓを囲む形状に突起体３３を配置することで、突起体３３がリブの機能を有し、第１基板１００の薄板化および検出装置３の軽量化を図ることができる。
このような検出装置３によれば、弾性体突起２２が検出領域Ｓに当接した状態ですべり方向に弾性変形した際に、隣り合う検出領域Ｓとの間に突起体３３が配置されることでその突起体３３が弾性変形の障壁となり、弾性体突起２２が隣り合う検出領域Ｓにはみ出して弾性変形をすることを抑制できる。このため、隣り合う検出領域Ｓに弾性体突起２２がはみ出して、その検出領域Ｓで力の方向と大きさとが誤検出されることを抑制し、力の方向と大きさとを高精度に検出することができる検出装置３を提供することができる。また、第１基板１００は、検出領域Ｓを囲む突起体３３と、隣接する検出領域Ｓを囲む突起体３３との間を支点に可撓性を有するため、曲面を有する部位にも検出装置３を設けることができる。
【００９０】
（電子機器）
図１２は、上述した実施形態に係る検出装置１から検出装置３を適用した携帯電話機１０００の概略構成を示す模式図である。携帯電話機１０００は、複数の操作ボタン１００３およびスクロールボタン１００２、並びに表示部としての検出装置１から検出装置３を適用した液晶パネル１００１を備えている。スクロールボタン１００２を操作することによって、液晶パネル１００１に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル１００１にはメニューボタン（図示省略）が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、携帯電話機の電話番号が表示されたりする。
【００９１】
図１３は、上述した実施形態に係る検出装置１から検出装置３を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）２０００の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末２０００は、複数の操作ボタン２００２および電源スイッチ２００３、並びに表示部としての検出装置１から検出装置３を適用した液晶パネル２００１を備えている。電源スイッチ２００３を操作すると、液晶パネル２００１にはメニューボタンが表示される。例えば、メニューボタン（図示省略）を指で触れると住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
【００９２】
このような電子機器によれば、上述した検出装置１から検出装置３を備えていることで、力が加えられる部位が曲面を有する電子機器においても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時も力が加えられた方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができる電子機器を提供することができる。
【００９３】
なお、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、デジタルスチールカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、上述の各実施形態に係る検出装置を適用させることができる。
【００９４】
（ロボット）
図１４は、上記各実施形態に係る検出装置１から検出装置３を適用したロボットハンド３０００の概略構成を示す模式図である。図１４（ａ）に示すように、ロボットハンド３０００は、本体部３００３および一対のアーム部３００２、並びに検出装置１から検出装置３を適用した把持部３００１を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部３００２に駆動信号を送信すると、一対のアーム部３００２が開閉動作する。
【００９５】
図１４（ｂ）に示すように、ロボットハンド３０００でコップ等の対象物３０１０を把持する場合を考える。このとき、対象物３０１０に作用する力は把持部３００１で圧力として検出される。ロボットハンド３０００は、把持部３００１として上述した検出装置１から検出装置３を備えているので、対象物３０１０の表面（接触面）に垂直な方向の力と併せて重力Ｍｇですべる方向の力（すべり力の成分）を検出することが可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたりすべりやすい物体を落としたりしないよう、対象物３０１０の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。
【００９６】
このようなロボットは、上述した検出装置１から検出装置３を備えていることで、力の方向と大きさを検出する部位が曲面を有するロボットにおいても、力の大きさと方向とを検出することができる。また、大きな力が加えられた時も力の加えられる方向と直交する方向（水平方向）に作用する力を誤検出することなく力を高い精度で検出することができるロボットを提供することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１〜３…検出装置、１０，１００…第１基板、１１，１１０…第１基板本体、１２…圧力センサー、２０，２００…第２基板、２１，２１０…第２基板本体、２２…弾性体突起、３１，３２，３３…突起体，１０００…携帯電話機、１００１…液晶パネル、１００２…スクロールボタン、１００３…操作ボタン、２０００…携帯情報端末、２００１…液晶パネル、２００２…操作ボタン、２００３…電源スイッチ、３０００…ロボットハンド、３００１…把持部、３００２…アーム部、３００３…本体部、３０１０…対象物。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出装置であって、
基準点に加えられた力の方向と大きさとを検出する複数の検出領域を有する第１基板と、
前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに前記力によって頂部が前記検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第２基板と、を備え、
前記検出領域とその隣り合う前記検出領域との間に、前記第１基板面を基部として突き出る突起体を備えること、
を特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域の外縁に平行して配置され、隣り合う前記検出領域に配置される前記突起体と継合して格子形状に配置されること、
を特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域の外縁と対応して平行に配置され、前記突起体がそれぞれ独立して配置されること、
を特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域毎に前記検出領域の外縁と対応して平行に前記検出領域を囲む形状に独立して配置されていること、
を特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域の外縁と平行に延在配置された前記突起体に直交する方向の断面形状が、多角形または台形状を有し、前記基部と反対側の頂部の角が面取りされていること、
を特徴とする検出装置。
【請求項６】
検出装置であって、
力の方向と大きさとを検出する第１の検出領域及び第２の検出領域を有する第１基板と、
前記第１の検出領域の第１基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第１弾性突起と、前記第２の検出領域の第２基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第２弾性突起と、が配置された第２基板と、を有し、
前記第１基板は、前記第１の検出領域と前記第２の検出領域との間に突起体を備えること、
を特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の検出装置を備えること、を特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の検出装置を備えること、を特徴とするロボット。
【請求項１】
検出装置であって、
基準点に加えられた力の方向と大きさとを検出する複数の検出領域を有する第１基板と、
前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに前記力によって頂部が前記検出領域に当接した状態で弾性変形する弾性体突起が配置された第２基板と、を備え、
前記検出領域とその隣り合う前記検出領域との間に、前記第１基板面を基部として突き出る突起体を備えること、
を特徴とする検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域の外縁に平行して配置され、隣り合う前記検出領域に配置される前記突起体と継合して格子形状に配置されること、
を特徴とする検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域の外縁と対応して平行に配置され、前記突起体がそれぞれ独立して配置されること、
を特徴とする検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域毎に前記検出領域の外縁と対応して平行に前記検出領域を囲む形状に独立して配置されていること、
を特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の検出装置であって、
前記突起体は、前記検出領域の外縁と平行に延在配置された前記突起体に直交する方向の断面形状が、多角形または台形状を有し、前記基部と反対側の頂部の角が面取りされていること、
を特徴とする検出装置。
【請求項６】
検出装置であって、
力の方向と大きさとを検出する第１の検出領域及び第２の検出領域を有する第１基板と、
前記第１の検出領域の第１基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第１弾性突起と、前記第２の検出領域の第２基準点と重なる位置に重心が位置するとともに弾性変形する第２弾性突起と、が配置された第２基板と、を有し、
前記第１基板は、前記第１の検出領域と前記第２の検出領域との間に突起体を備えること、
を特徴とする検出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の検出装置を備えること、を特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の検出装置を備えること、を特徴とするロボット。
【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】
【公開番号】特開２０１３−１０１０６２（Ｐ２０１３−１０１０６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４５２２０（Ｐ２０１１−２４５２２０）
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月９日（２０１１．１１．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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