JP2000193538A - 静電容量式力覚センサ - Google Patents
静電容量式力覚センサInfo
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- JP2000193538A JP2000193538A JP10370140A JP37014098A JP2000193538A JP 2000193538 A JP2000193538 A JP 2000193538A JP 10370140 A JP10370140 A JP 10370140A JP 37014098 A JP37014098 A JP 37014098A JP 2000193538 A JP2000193538 A JP 2000193538A
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- capacitance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力
覚センサを提供すること。 【解決手段】 少なくとも一つの電極が形成された基板
と、押し込むことにより弾性変形し且つ前記電極と対向
配置された電極板とから可変静電容量部を構成させると
共に、前記可変静電容量部の両端子間に電位差を設け、
前記電極板に対して押し込み操作することにより、前記
可変静電容量部の静電容量が変化するようにしてある。
覚センサを提供すること。 【解決手段】 少なくとも一つの電極が形成された基板
と、押し込むことにより弾性変形し且つ前記電極と対向
配置された電極板とから可変静電容量部を構成させると
共に、前記可変静電容量部の両端子間に電位差を設け、
前記電極板に対して押し込み操作することにより、前記
可変静電容量部の静電容量が変化するようにしてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式の力
覚センサに関するものである。
覚センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の静電容量式の力覚センサとして
は、例えば図10に示すようなものがある。この力覚セン
サは、図10に示すように、電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ
＋，Ｄｙ−，Ｄｚを有する基板90と、円形の皿状に形成
され且つ前記基板90と小間隔を設けて配置された電極板
Ｄと、前記電極板91の中央部に立設されたスティック91
とから構成されており、電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，
Ｄｙ−，Ｄｚに電圧をかけると共に電極板Ｄを接地する
ようにしている。また、前記センサでは、図12に示すよ
うな電子回路（ブロック図）を具備させてあり、電極板
Ｄと電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚとの間
の静電容量を電圧として出力できるようにしてある。
は、例えば図10に示すようなものがある。この力覚セン
サは、図10に示すように、電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ
＋，Ｄｙ−，Ｄｚを有する基板90と、円形の皿状に形成
され且つ前記基板90と小間隔を設けて配置された電極板
Ｄと、前記電極板91の中央部に立設されたスティック91
とから構成されており、電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，
Ｄｙ−，Ｄｚに電圧をかけると共に電極板Ｄを接地する
ようにしている。また、前記センサでは、図12に示すよ
うな電子回路（ブロック図）を具備させてあり、電極板
Ｄと電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚとの間
の静電容量を電圧として出力できるようにしてある。
【０００３】このセンサは上記のような構成であるか
ら、例えばスティック91のＸ軸方向の傾倒操作により図
11に示すように、電極板Ｄと電極Ｄｘ＋との隙間が小さ
くなってこれら相互間の静電容量が増加すると共に、電
極板Ｄと電極Ｄｘ−との隙間が大きくなってこれら相互
間の静電容量が減少する。そして、上記電子回路によ
り、電極板Ｄと電極Ｄｘ＋相互間の静電容量と対応する
電圧Ｖ１と、電極板Ｄと電極Ｄｘ−相互間の静電容量と
対応する電圧Ｖ２との差がアンプ回路により増幅され、
電圧として出力される。
ら、例えばスティック91のＸ軸方向の傾倒操作により図
11に示すように、電極板Ｄと電極Ｄｘ＋との隙間が小さ
くなってこれら相互間の静電容量が増加すると共に、電
極板Ｄと電極Ｄｘ−との隙間が大きくなってこれら相互
間の静電容量が減少する。そして、上記電子回路によ
り、電極板Ｄと電極Ｄｘ＋相互間の静電容量と対応する
電圧Ｖ１と、電極板Ｄと電極Ｄｘ−相互間の静電容量と
対応する電圧Ｖ２との差がアンプ回路により増幅され、
電圧として出力される。
【０００４】したがって、この力覚センサを使用し、操
作力の方向とカーソルの移動方向とを対応させ、操作力
の大きさとカーソルの移動速度とを対応させるようにす
れば、例えばコンピュータのポインティングデバイスを
構成させることができる。
作力の方向とカーソルの移動方向とを対応させ、操作力
の大きさとカーソルの移動速度とを対応させるようにす
れば、例えばコンピュータのポインティングデバイスを
構成させることができる。
【０００５】しかしながら、上記力覚センサは、スティ
ック91の存在によりあまり薄くできないという問題があ
る。
ック91の存在によりあまり薄くできないという問題があ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力覚セン
サを提供することを課題とする。
は、感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力覚セン
サを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】（請求項１記載の発明）
この発明の静電容量式力覚センサは、少なくとも一つの
電極が形成された基板と、押し込むことにより弾性変形
し且つ前記電極と対向配置された電極板とから可変静電
容量部を構成させると共に、前記可変静電容量部の両端
子間に電位差を設け、前記電極板に対して押し込み操作
することにより、前記可変静電容量部の静電容量が変化
するようにしてある。 （請求項２記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項１記載の発明に関して、基板には、１８０
°間隔で設けられた二個の電極が形成されており、これ
ら電極と電極板とによりＸ軸の可変静電容量部を構成さ
せてある。 （請求項３記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項１記載の発明に関して、基板には、９０°
間隔で設けられた四個の電極が形成されており、一方の
対向する電極と電極板によりＸ軸の可変静電容量部を、
他方の対向する電極と電極板によりＹ軸の可変静電容量
部を、それぞれ構成させてある。 （請求項４記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項３記載の発明に関して、９０°間隔で設け
られた四個の電極により囲まれた基板部分に中央の電極
を形成し、前記中央の電極と電極板とによりＺ軸の可変
静電容量部を構成させてある。 （請求項５記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明に関し
て、電極板が、導電性を有する金属板であるか、弾性を
有する板材の片面に導電性を有する金属箔を形成した板
状体であるか、又は導電性ゴム板であるものとしてい
る。 （請求項６記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項２記載の発明に関して、Ｘ軸の各可変静電
容量部に固定抵抗を組み合わせて二つの時定数回路を設
けると共にこれら両時定数回路からの出力をロジックＩ
Ｃに入力するものとし、更に、各時定数回路に位相をず
らせた方形波又は正弦波の入力クロックを入力したもの
としてあり、電極板への押し込み力による可変静電容量
部の静電容量の変化に伴う時定数回路の時定数の変化に
応じて、ロジックＩＣの出力クロックのデューティ％が
変化するようにしてある。 （請求項７記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項３記載の発明に関して、Ｘ・Ｙ軸別にそれ
ぞれの軸の各可変静電容量部に固定抵抗を組み合わせて
二つの時定数回路を設けると共にこれら両時定数回路か
らの出力をロジックＩＣに入力するものとし、更に、各
時定数回路に位相をずらせた方形波又は正弦波の入力ク
ロックを入力したものとしてあり、電極板への押し込み
力による可変静電容量部の静電容量の変化に伴う時定数
回路の時定数の変化に応じて、ロジックＩＣの出力クロ
ックのデューティ％が変化するようにしてある。 （請求項８記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項６又は７記載の発明に関して、ロジックＩ
Ｃが、排他的論理和回路である。
この発明の静電容量式力覚センサは、少なくとも一つの
電極が形成された基板と、押し込むことにより弾性変形
し且つ前記電極と対向配置された電極板とから可変静電
容量部を構成させると共に、前記可変静電容量部の両端
子間に電位差を設け、前記電極板に対して押し込み操作
することにより、前記可変静電容量部の静電容量が変化
するようにしてある。 （請求項２記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項１記載の発明に関して、基板には、１８０
°間隔で設けられた二個の電極が形成されており、これ
ら電極と電極板とによりＸ軸の可変静電容量部を構成さ
せてある。 （請求項３記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項１記載の発明に関して、基板には、９０°
間隔で設けられた四個の電極が形成されており、一方の
対向する電極と電極板によりＸ軸の可変静電容量部を、
他方の対向する電極と電極板によりＹ軸の可変静電容量
部を、それぞれ構成させてある。 （請求項４記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項３記載の発明に関して、９０°間隔で設け
られた四個の電極により囲まれた基板部分に中央の電極
を形成し、前記中央の電極と電極板とによりＺ軸の可変
静電容量部を構成させてある。 （請求項５記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明に関し
て、電極板が、導電性を有する金属板であるか、弾性を
有する板材の片面に導電性を有する金属箔を形成した板
状体であるか、又は導電性ゴム板であるものとしてい
る。 （請求項６記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項２記載の発明に関して、Ｘ軸の各可変静電
容量部に固定抵抗を組み合わせて二つの時定数回路を設
けると共にこれら両時定数回路からの出力をロジックＩ
Ｃに入力するものとし、更に、各時定数回路に位相をず
らせた方形波又は正弦波の入力クロックを入力したもの
としてあり、電極板への押し込み力による可変静電容量
部の静電容量の変化に伴う時定数回路の時定数の変化に
応じて、ロジックＩＣの出力クロックのデューティ％が
変化するようにしてある。 （請求項７記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項３記載の発明に関して、Ｘ・Ｙ軸別にそれ
ぞれの軸の各可変静電容量部に固定抵抗を組み合わせて
二つの時定数回路を設けると共にこれら両時定数回路か
らの出力をロジックＩＣに入力するものとし、更に、各
時定数回路に位相をずらせた方形波又は正弦波の入力ク
ロックを入力したものとしてあり、電極板への押し込み
力による可変静電容量部の静電容量の変化に伴う時定数
回路の時定数の変化に応じて、ロジックＩＣの出力クロ
ックのデューティ％が変化するようにしてある。 （請求項８記載の発明）この発明の静電容量式力覚セン
サは、請求項６又は７記載の発明に関して、ロジックＩ
Ｃが、排他的論理和回路である。
【０００８】この発明の静電容量式力覚センサの機能に
ついては、以下の発明の実施の形態の欄で詳述する。
ついては、以下の発明の実施の形態の欄で詳述する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。 （実施形態１）図１及び図２は静電容量式力覚センサの
操作部Ｓを示し、図３は静電容量式力覚センサを構成す
る電子回路Ｋを示している。以下に操作部Ｓ及び電子回
路Ｋを詳述する。〔操作部Ｓについて〕 操作部Ｓは、図１や図２に示すよ
うに、回路パターンＤＵ及び電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ
＋，Ｄｙ−，Ｄｚが形成された基板１と、電極Ｄｘ＋，
Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚとギャップを設けて対向
すべく基板１上に配置された導電性を有する金属板２
（課題を解決するための手段の欄に記載の電極板と対応
する）と、前記金属板２の上面を被覆する化粧フィルム
３と、前記化粧フィルム３の上面に貼設された低い操作
ボタン４と、前記回路パターンＤＵとこれに対応する金
属板２部分とを接着し且つスペーサとして機能する両面
テープ５とから構成されている。
面に従って説明する。 （実施形態１）図１及び図２は静電容量式力覚センサの
操作部Ｓを示し、図３は静電容量式力覚センサを構成す
る電子回路Ｋを示している。以下に操作部Ｓ及び電子回
路Ｋを詳述する。〔操作部Ｓについて〕 操作部Ｓは、図１や図２に示すよ
うに、回路パターンＤＵ及び電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ
＋，Ｄｙ−，Ｄｚが形成された基板１と、電極Ｄｘ＋，
Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚとギャップを設けて対向
すべく基板１上に配置された導電性を有する金属板２
（課題を解決するための手段の欄に記載の電極板と対応
する）と、前記金属板２の上面を被覆する化粧フィルム
３と、前記化粧フィルム３の上面に貼設された低い操作
ボタン４と、前記回路パターンＤＵとこれに対応する金
属板２部分とを接着し且つスペーサとして機能する両面
テープ５とから構成されている。
【００１０】ここで、この操作部Ｓでは、金属板２と電
極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋とにより、
図３に示されている可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃ
ｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋が形成されており、操作部Ｓに力
が作用しない状態においては、機械的対称性から〔可変
静電容量部Ｃｘ＋の静電容量〕＝〔可変静電容量部Ｃｘ
−の静電容量〕，〔可変静電容量部Ｃｙ＋の静電容量〕
＝〔可変静電容量部Ｃｙ−の静電容量〕，〔可変静電容
量部Ｃｚ＋の静電容量〕＝〔固定静電容量部Ｃｚ−の静
電容量〕となるように設定してある。そして、金属板２
と電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋相互間
のギャップの大きさが変化したときには静電容量が変化
するようになっている。〔静電容量式力覚センサを構成する電子回路Ｋについ
て〕 静電容量式力覚センサを構成する電子回路Ｋは、図
３に示すように、上段のＸ軸回路Ｋ１と、中段のＹ軸回
路Ｋ２と、下段のＺ軸回路Ｋ３から構成されている。
極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋とにより、
図３に示されている可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃ
ｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋が形成されており、操作部Ｓに力
が作用しない状態においては、機械的対称性から〔可変
静電容量部Ｃｘ＋の静電容量〕＝〔可変静電容量部Ｃｘ
−の静電容量〕，〔可変静電容量部Ｃｙ＋の静電容量〕
＝〔可変静電容量部Ｃｙ−の静電容量〕，〔可変静電容
量部Ｃｚ＋の静電容量〕＝〔固定静電容量部Ｃｚ−の静
電容量〕となるように設定してある。そして、金属板２
と電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋相互間
のギャップの大きさが変化したときには静電容量が変化
するようになっている。〔静電容量式力覚センサを構成する電子回路Ｋについ
て〕 静電容量式力覚センサを構成する電子回路Ｋは、図
３に示すように、上段のＸ軸回路Ｋ１と、中段のＹ軸回
路Ｋ２と、下段のＺ軸回路Ｋ３から構成されている。
【００１１】Ｘ軸回路Ｋ１は、図３に示すように、可変
静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−をそれぞれ固定抵抗Ｒ１，Ｒ
２と組み合わせて時定数回路Ｔ１，Ｔ２を構成すると共
に、これら時定数回路Ｔ１，Ｔ２からの出力をＥＸ−Ｏ
ＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ１〕の入力部に接続してあ
り、更に、各時定数回路Ｔ１，Ｔ２に位相をずらせた方
形波（正弦波でもよい）の入力クロックＣＬＩ１，ＣＬ
Ｉ２を入力したものとしている。
静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−をそれぞれ固定抵抗Ｒ１，Ｒ
２と組み合わせて時定数回路Ｔ１，Ｔ２を構成すると共
に、これら時定数回路Ｔ１，Ｔ２からの出力をＥＸ−Ｏ
ＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ１〕の入力部に接続してあ
り、更に、各時定数回路Ｔ１，Ｔ２に位相をずらせた方
形波（正弦波でもよい）の入力クロックＣＬＩ１，ＣＬ
Ｉ２を入力したものとしている。
【００１２】Ｙ軸回路Ｋ２は、図３に示すように、可変
静電容量部Ｃｙ＋，Ｃｙ−をそれぞれ固定抵抗Ｒ３，Ｒ
４と組み合わせて時定数回路Ｔ３，Ｔ４を構成すると共
に、これら時定数回路Ｔ３，Ｔ４からの出力をＥＸ−Ｏ
ＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ２〕の入力部に接続してあ
り、更に、各時定数回路Ｔ３，Ｔ４に位相をずらせた方
形波（正弦波でもよい）の入力クロックＣＬＩ１，ＣＬ
Ｉ２を入力したものとしている。
静電容量部Ｃｙ＋，Ｃｙ−をそれぞれ固定抵抗Ｒ３，Ｒ
４と組み合わせて時定数回路Ｔ３，Ｔ４を構成すると共
に、これら時定数回路Ｔ３，Ｔ４からの出力をＥＸ−Ｏ
ＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ２〕の入力部に接続してあ
り、更に、各時定数回路Ｔ３，Ｔ４に位相をずらせた方
形波（正弦波でもよい）の入力クロックＣＬＩ１，ＣＬ
Ｉ２を入力したものとしている。
【００１３】Ｚ軸回路Ｋ３は、図３に示すように、可変
・固定静電容量部Ｃｚ＋，Ｃｚ−をそれぞれ固定抵抗Ｒ
５，Ｒ６と組み合わせて時定数回路Ｔ５，Ｔ６を構成す
ると共に、これら時定数回路Ｔ５，Ｔ６からの出力をＥ
Ｘ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ３〕の入力部に接続し
てあり、更に、各時定数回路Ｔ５，Ｔ６に位相をずらせ
た方形波（正弦波でもよい）の入力クロックＣＬＩ１，
ＣＬＩ２を入力したものとしている。
・固定静電容量部Ｃｚ＋，Ｃｚ−をそれぞれ固定抵抗Ｒ
５，Ｒ６と組み合わせて時定数回路Ｔ５，Ｔ６を構成す
ると共に、これら時定数回路Ｔ５，Ｔ６からの出力をＥ
Ｘ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ３〕の入力部に接続し
てあり、更に、各時定数回路Ｔ５，Ｔ６に位相をずらせ
た方形波（正弦波でもよい）の入力クロックＣＬＩ１，
ＣＬＩ２を入力したものとしている。
【００１４】なお、上記固定抵抗の抵抗値はＲ１＝Ｒ
２，Ｒ３＝Ｒ４，Ｒ５＝Ｒ６としてあり、これにより、
操作部Ｓに力が作用しない状態において、回路Ｋ１〜回
路Ｋ３の入力端子に接続されている積分回路の時定数を
等しくしてある（回路パターンに発生する抵抗、容量成
分は無視する）。〔静電容量式力覚センサの機能について〕 今、図４に示
す如く可変静電容量部Ｃｘ＋の電極間ギャップが小さく
なるように操作ボタン４を押すと、同図に示すように、
（可変静電容量部Ｃｘ＋の電極間ギャップ）＜（可変静
電容量部Ｃｘ−の電極間ギャップ）となる。
２，Ｒ３＝Ｒ４，Ｒ５＝Ｒ６としてあり、これにより、
操作部Ｓに力が作用しない状態において、回路Ｋ１〜回
路Ｋ３の入力端子に接続されている積分回路の時定数を
等しくしてある（回路パターンに発生する抵抗、容量成
分は無視する）。〔静電容量式力覚センサの機能について〕 今、図４に示
す如く可変静電容量部Ｃｘ＋の電極間ギャップが小さく
なるように操作ボタン４を押すと、同図に示すように、
（可変静電容量部Ｃｘ＋の電極間ギャップ）＜（可変静
電容量部Ｃｘ−の電極間ギャップ）となる。
【００１５】一般に静電容量＝ε×（ｓ／ｄ） 〔ε：誘電率、ｓ：電極面積、ｄ：電極間ギャップ〕が
成立するので、（可変静電容量部Ｃｘ＋の静電容量）＞
（可変静電容量部Ｃｘ−の静電容量）となる。なお、
（可変静電容量部Ｃｙ＋の静電容量），（可変静電容量
部Ｃｙ−の静電容量）も変化するが、機械的対称性によ
りその変化はほぼ等しくなる。
成立するので、（可変静電容量部Ｃｘ＋の静電容量）＞
（可変静電容量部Ｃｘ−の静電容量）となる。なお、
（可変静電容量部Ｃｙ＋の静電容量），（可変静電容量
部Ｃｙ−の静電容量）も変化するが、機械的対称性によ
りその変化はほぼ等しくなる。
【００１６】また、図５に示す如く操作ボタン４を押す
と、可変静電容量部Ｃｚ＋の電極間ギャップが小さくな
る。この場合、可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ
＋，Ｃｙ−の電極間ギャップについても小さくなるが、
その量は可変静電容量部Ｃｚ＋に比べて少ない。
と、可変静電容量部Ｃｚ＋の電極間ギャップが小さくな
る。この場合、可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ
＋，Ｃｙ−の電極間ギャップについても小さくなるが、
その量は可変静電容量部Ｃｚ＋に比べて少ない。
【００１７】ここで、操作ボタン４の押し込み操作によ
る可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃ
ｚ＋の変化についてまとめると、表１のようになる。
る可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃ
ｚ＋の変化についてまとめると、表１のようになる。
【００１８】
【表１】
【００１９】操作ボタン４を押し込む方向にだけ考えた
が、何らかの方法で逆に操作ボタン４を引けば、静電容
量の変化は表１に示したものと逆になる。
が、何らかの方法で逆に操作ボタン４を引けば、静電容
量の変化は表１に示したものと逆になる。
【００２０】また、図３の回路の動作を考えると、タイ
ムチャートは図６のようになる。入力クロックＣＬＩ２
は入力クロックＣＬＩ１に比べてΔｔだけ位相が遅れて
いる。このため時定数Ｒ１×（Ｃｘ＋）＝時定数Ｒ２×
（Ｃｘ−）であるがＥＸ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ
１〕から（ｃ）の如く入力クロックＣＬＩ１，ＣＬＩ２
の位相差に応じたパルスが出力される（無負荷時）。
ムチャートは図６のようになる。入力クロックＣＬＩ２
は入力クロックＣＬＩ１に比べてΔｔだけ位相が遅れて
いる。このため時定数Ｒ１×（Ｃｘ＋）＝時定数Ｒ２×
（Ｃｘ−）であるがＥＸ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ
１〕から（ｃ）の如く入力クロックＣＬＩ１，ＣＬＩ２
の位相差に応じたパルスが出力される（無負荷時）。
【００２１】今、操作ボタン４を図４に示すように押し
込むと、可変静電容量部Ｃｘ＋の静電容量が大きく変化
して、回路の時定数は〔（Ｃｘ＋）＋ΔＣ１〕×Ｒ１＞
〔（Ｃｘ−）＋ΔＣ２〕×Ｒ２となり、Ｂ点の電圧波形
（ｂ）は電圧波形（ｂ’）のように大きく変化する。し
かし、Ａ点の電圧波形（ａ）はほとんど変化せず、電圧
波形（ａ’）となる。
込むと、可変静電容量部Ｃｘ＋の静電容量が大きく変化
して、回路の時定数は〔（Ｃｘ＋）＋ΔＣ１〕×Ｒ１＞
〔（Ｃｘ−）＋ΔＣ２〕×Ｒ２となり、Ｂ点の電圧波形
（ｂ）は電圧波形（ｂ’）のように大きく変化する。し
かし、Ａ点の電圧波形（ａ）はほとんど変化せず、電圧
波形（ａ’）となる。
【００２２】ＥＸ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ１〕で
は上記Ａ点，Ｂ点での電圧波形の変化に対応して
（ｃ’）の出力のように出力パルスの時間幅がΔｔ１，
Δｔ２だけ増加する。このΔｔ１，Δｔ２は操作ボタン
４を押し込む強さと方向に対応する。このことはＹ軸回
路Ｋ２を構成するＥＸ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ
２〕の出力、Ｚ軸回路Ｋ３を構成するＥＸ−ＯＲロジッ
クＩＣ〔符号ＩＣ３〕の出力についても同様である。
は上記Ａ点，Ｂ点での電圧波形の変化に対応して
（ｃ’）の出力のように出力パルスの時間幅がΔｔ１，
Δｔ２だけ増加する。このΔｔ１，Δｔ２は操作ボタン
４を押し込む強さと方向に対応する。このことはＹ軸回
路Ｋ２を構成するＥＸ−ＯＲロジックＩＣ〔符号ＩＣ
２〕の出力、Ｚ軸回路Ｋ３を構成するＥＸ−ＯＲロジッ
クＩＣ〔符号ＩＣ３〕の出力についても同様である。
【００２３】したがって、各ＥＸ−ＯＲロジックＩＣ
〔符号ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３〕からは、操作ボタン４
を押し込む方向と強さに応じたデューティのパルスが出
力される。なお、この出力パルスはローパスフィルタを
通すことにより簡単にアナログ電圧に変換できる。
〔符号ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３〕からは、操作ボタン４
を押し込む方向と強さに応じたデューティのパルスが出
力される。なお、この出力パルスはローパスフィルタを
通すことにより簡単にアナログ電圧に変換できる。
【００２４】以上のことから、図７に示すように、適切
な処理回路やコンピュータのデバイスドライバーを用意
すれば、コンピュータ用のカーソル座標制御装置に供す
ることができる。 （実施形態２）この実施形態２の静電容量式力覚センサ
では、図８に示すように、上記実施形態１の操作部Ｓの
化粧フィルム３及び操作ボタン４と対応する部分を、シ
リコンゴムにより一体的に形成したゴム部材６としてあ
り、当該ゴム部材６を金属板２に接着剤７で接着してい
る。そして、この実施形態２では、ハウジングＨＵと固
定部Ｆとにより操作部Ｓを厚み方向に挟持するようにし
てある。
な処理回路やコンピュータのデバイスドライバーを用意
すれば、コンピュータ用のカーソル座標制御装置に供す
ることができる。 （実施形態２）この実施形態２の静電容量式力覚センサ
では、図８に示すように、上記実施形態１の操作部Ｓの
化粧フィルム３及び操作ボタン４と対応する部分を、シ
リコンゴムにより一体的に形成したゴム部材６としてあ
り、当該ゴム部材６を金属板２に接着剤７で接着してい
る。そして、この実施形態２では、ハウジングＨＵと固
定部Ｆとにより操作部Ｓを厚み方向に挟持するようにし
てある。
【００２５】なお、上記した金属板２を、金属箔又は導
電性ゴムにかえたものとすることができる。 （実施形態３）この実施形態３の静電容量式力覚センサ
では、操作部Ｓが図９に示すように、逆皿状に形成した
金属板２を、基板１上に形成した回路パターンＤＵに両
面テープ５により貼設するようにしたものとしてある。
電性ゴムにかえたものとすることができる。 （実施形態３）この実施形態３の静電容量式力覚センサ
では、操作部Ｓが図９に示すように、逆皿状に形成した
金属板２を、基板１上に形成した回路パターンＤＵに両
面テープ５により貼設するようにしたものとしてある。
【００２６】
【発明の効果】この発明は上記構成を有するものである
から以下の効果を奏する。
から以下の効果を奏する。
【００２７】発明の実施の形態段の欄の説明から明らか
なように、感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力
覚センサを提供できた。
なように、感度が良好であり且つ嵩が低い静電容量式力
覚センサを提供できた。
【図１】この発明の実施形態１の静電容量式力覚センサ
の操作部の断面図。
の操作部の断面図。
【図２】前記操作部を構成する基板上に形成された電極
及び回路パターンの平面図。
及び回路パターンの平面図。
【図３】前記静電容量式力覚センサの電子回路の説明
図。
図。
【図４】前記操作部の操作ボタンを押し込んだ状態を示
す断面図。
す断面図。
【図５】前記操作部の操作ボタンを押し込んだ状態を示
す断面図。
す断面図。
【図６】前記静電容量式センサの入力クロック、出力ク
ロック等の関係を示す説明図。
ロック等の関係を示す説明図。
【図７】前記静電容量式力覚センサをコンピュータ用の
カーソル座標制御装置として利用する場合のブロック
図。
カーソル座標制御装置として利用する場合のブロック
図。
【図８】この発明の実施形態２の静電容量式力覚センサ
の操作部の断面図。
の操作部の断面図。
【図９】この発明の実施形態３の静電容量式力覚センサ
の操作部の断面図。
の操作部の断面図。
【図１０】先行する技術の静電容量式力覚センサの操作
部の断面図。
部の断面図。
【図１１】先行する技術の静電容量式力覚センサの操作
部を操作したときの断面図。
部を操作したときの断面図。
【図１２】先行する技術の静電容量式力覚センサの電子
回路の説明図。
回路の説明図。
１ 基板 ２ 金属板 Ｄｘ＋ 電極 Ｄｘ− 電極 Ｄｙ＋ 電極 Ｄｙ− 電極 Ｄｚ＋ 電極 Ｃｘ＋ 可変静電容量部 Ｃｘ− 可変静電容量部 Ｃｙ＋ 可変静電容量部 Ｃｙ− 可変静電容量部 Ｃｚ＋ 可変静電容量部 Ｃｚ− 固定静電容量部
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも一つの電極が形成された基板
と、押し込むことにより弾性変形し且つ前記電極と対向
配置された電極板とから可変静電容量部を構成させると
共に、前記可変静電容量部の両端子間に電位差を設け、
前記電極板に対して押し込み操作することにより、前記
可変静電容量部の静電容量が変化するようにしてあるこ
とを特徴とする静電容量式力覚センサ。 - 【請求項２】 基板には、１８０°間隔で設けられた二
個の電極が形成されており、これら電極と電極板とによ
りＸ軸の可変静電容量部を構成させてあることを特徴と
する請求項１記載の静電容量式力覚センサ。 - 【請求項３】 基板には、９０°間隔で設けられた四個
の電極が形成されており、一方の対向する電極と電極板
によりＸ軸の可変静電容量部を、他方の対向する電極と
電極板によりＹ軸の可変静電容量部を、それぞれ構成さ
せてあることを特徴とする請求項１記載の静電容量式力
覚センサ。 - 【請求項４】 ９０°間隔で設けられた四個の電極によ
り囲まれた基板部分に中央の電極を形成し、前記中央の
電極と電極板とによりＺ軸の可変静電容量部を構成させ
てあることを特徴とする請求項３記載の静電容量式力覚
センサ。 - 【請求項５】 電極板が、導電性を有する金属板である
か、弾性を有する板材の片面に導電性を有する金属箔を
形成した板状体であるか、又は導電性ゴム板であること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容
量式力覚センサ。 - 【請求項６】 Ｘ軸の各可変静電容量部に固定抵抗を組
み合わせて二つの時定数回路を設けると共にこれら両時
定数回路からの出力をロジックＩＣに入力するものと
し、更に、各時定数回路に位相をずらせた方形波又は正
弦波の入力クロックを入力したものとしてあり、電極板
への押し込み力による可変静電容量部の静電容量の変化
に伴う時定数回路の時定数の変化に応じて、ロジックＩ
Ｃの出力クロックのデューティ％が変化するようにして
あることを特徴とする請求項２記載の静電容量式力覚セ
ンサ。 - 【請求項７】 Ｘ・Ｙ軸別にそれぞれの軸の各可変静電
容量部に固定抵抗を組み合わせて二つの時定数回路を設
けると共にこれら両時定数回路からの出力をロジックＩ
Ｃに入力するものとし、更に、各時定数回路に位相をず
らせた方形波又は正弦波の入力クロックを入力したもの
としてあり、電極板への押し込み力による可変静電容量
部の静電容量の変化に伴う時定数回路の時定数の変化に
応じて、ロジックＩＣの出力クロックのデューティ％が
変化するようにしてあることを特徴とする請求項３記載
の静電容量式力覚センサ。 - 【請求項８】 ロジックＩＣが、排他的論理和回路であ
ることを特徴とする請求項６又は７記載の静電容量式力
覚センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10370140A JP2000193538A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 静電容量式力覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10370140A JP2000193538A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 静電容量式力覚センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000193538A true JP2000193538A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18496169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10370140A Pending JP2000193538A (ja) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | 静電容量式力覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000193538A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000292271A (ja) * | 1999-02-02 | 2000-10-20 | Nitta Ind Corp | 静電容量式力覚センサ |
| JP2001027570A (ja) * | 1999-07-13 | 2001-01-30 | Nitta Ind Corp | 静電容量式力覚センサ |
| JP2001091382A (ja) * | 1999-09-17 | 2001-04-06 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサ |
| JP2003035615A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサ |
| JP2003139634A (ja) * | 2001-11-05 | 2003-05-14 | Alps Electric Co Ltd | 座標入力装置 |
| US7388574B2 (en) | 2001-04-19 | 2008-06-17 | Asahi Kasei Emd Corporation | Pointing device |
| JP2009145554A (ja) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Yamaha Corp | 圧力センサおよびデータ入力装置 |
| US8054291B2 (en) | 2003-01-20 | 2011-11-08 | Asahi Kasei Emd Corporation | Pointing device |
| JP2013156662A (ja) * | 2013-05-10 | 2013-08-15 | Yamaha Corp | 圧力センサおよびデータ入力装置 |
-
1998
- 1998-12-25 JP JP10370140A patent/JP2000193538A/ja active Pending
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| US8054291B2 (en) | 2003-01-20 | 2011-11-08 | Asahi Kasei Emd Corporation | Pointing device |
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