JP2001021308A - 静電容量式歪センサ - Google Patents

静電容量式歪センサ

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JP2001021308A
JP2001021308A JP11196003A JP19600399A JP2001021308A JP 2001021308 A JP2001021308 A JP 2001021308A JP 11196003 A JP11196003 A JP 11196003A JP 19600399 A JP19600399 A JP 19600399A JP 2001021308 A JP2001021308 A JP 2001021308A
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JP
Japan
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plate
capacitance type
strain
type strain
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JP11196003A
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Tetsuo Yoshida
哲男 吉田
Toru Ueno
亨 上野
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で、板あるいは棒状の弾性体の変
形にともなう歪の大きさを静電容量の変化に変換し、容
易に周波数の変化に変換することが可能な静電容量式歪
センサを提供すること。 【解決手段】 静電容量式歪センサ10を、平面あるい
は曲面を有する板状あるいは棒状の弾性体である上底板
1の前記平面あるいは曲面上に、厚さがほぼ一様の歪み
により誘電率が変化する材料からなる厚膜層あるいは薄
膜層からなる絶縁体層2を形成しその表面に少なくとも
一対の交差指電極3を形成して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、板状あるいは捧状
の弾性体の屈曲にともない発生する歪を検出する歪セン
サに関し、誘電体厚膜あるいは薄膜の表面に形成した交
差指電極型コンデンサの静電容量の変化により歪の大き
さを検出するいわゆる静電容量検出方式の歪センサに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の板又は棒状の弾性体の変
形を検出する手段として、歪により抵抗値が変化するい
わゆる歪ゲージが良く知られている。
【0003】図5(a)は従来技術による歪センサの使
用状態を示す斜視図、図5(b)は歪センサに用いられ
る歪ゲージを示す斜視図である。図5(a)を参照する
と、円筒状容器51の上底板52の中央部に、歪センサ
を接着した構造の密閉容器の内部圧力検出用歪センサの
構造例が示されている。図5(b)に示すように、歪セ
ンサとしては、Fe−Ni系合金の薄膜パターンで構成
されるいわゆる歪ゲージ53が用いられている。
【0004】この従来技術の歪ゲージ53による密閉容
器51の内部圧力検出の原理について説明する。密閉容
器51の内部圧力が通常状態から増加すると、容器51
の側面及び上底板52と下底板が膨らむように変形し、
密閉容器51の内部圧力が通常状態から減少すると、容
器の側面及び上底板52と下底板が凹むように変形す
る。
【0005】図5(a)において、歪ゲージを接着した
上底板52の板厚を側面及び下底板に比べて安全な範囲
で少し薄くすると、内部圧力の変化は上底板52の変形
に集中させることが出きる。図5(b)に示す歪ゲージ
53は、歪が加わった場合に、薄膜パターンで形成され
ている導体の抵抗値が変化するセンサであり、図5
(a)に示す密閉容器51の内部圧力が変化した場合
に、まず上底板52が変形し、これに接着されている歪
ゲージ53も同じように変形し、その結果、歪ゲージに
設けられた抵抗線56の両端子54,55間の電気抵抗
が変化し、密閉容器51の内部圧力を検出することが出
きる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述した従来技
術による歪ゲージ53は、ポリイミドなどの薄い基板の
上に、歪により抵抗値が変化する金属薄膜を蒸着などの
手段により形成されており、実際に歪の検出を行う場合
には、このポリイミドなどの薄い基板を、歪を検出しよ
うとする板に接着剤を用いて接着する必要があり、接着
位置や接着層のバラツキの為に検出される特性が変化す
ると言う欠点があった。
【0007】また、このような板の変形を検出する別の
手段として、変形を検出する方の板の材質を金属とし、
この金属板と対向する別の金属板を配置して、検出用の
板の変形にともなう対向する間隔の変化を二つの電極間
の静電容量の変化として検出する方法がある。
【0008】しかし、この方法では、別に配置した金属
板と検出用の金属板の位置関係を精度良く保つ必要があ
り、構造的に複雑になり、製造に困難を伴うと言う欠点
があった。
【0009】そこで、本発明の技術的課題は、構造が簡
単で、板あるいは棒状の弾性体の変形にともなう歪の大
きさを静電容量の変化に変換し、容易に周波数の変化に
変換することが可能な静電容量式歪センサを提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、平面あ
るいは曲面を有する板状あるいは棒状の弾性体の前記平
面あるいは曲面上に、厚さがほぼ一様の歪みにより誘電
率が変化する材料からなる厚膜層あるいは薄膜層を形成
しその表面に少なくとも一対の交差指電極を形成して構
成したことを特徴とする静電容量式歪センサが得られ
る。
【0011】また、本発明によれば、前記静電容量式歪
センサにおいて、前記少なくとも一対の交差指電極は、
交差指の指の方向が被検出歪の方向に対して、略直交あ
るいは略平行するように形成したことを特徴とする静電
容量式歪センサが得られる。
【0012】また、本発明によれば、前記静電容量式歪
センサにおいて、前記板状の弾性体の形状が円板あるい
は正方形を含む多角形板であって、前記少なくとも一対
の交差指電極を前記円板あるいは正方形を含む多角形板
の中心に対してほぼ同心円状に形成したことを特徴とす
る静電容量式歪センサが得られる。
【0013】更に、本発明によれば、前記いずれかの静
電容量式歪センサにおいて、前記板状あるいは棒状の弾
性体の材質として、絶縁性の単結晶あるいセラミックス
を用いたことを特徴とする静電容量式歪センサが得られ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0015】図1は本発明の第1の実施の形態による静
電容量式歪センサの構造を示す図であり、(a)は平面
図、(b)は厚さ方向の断面図である。図1(a)及び
(b)は、図5(a)における上底板の形状が正方形の
場合であり、筒の断面形状が正方形の場合に対応してい
る。
【0016】図1を参照すると、第1の実施の形態によ
る静電容量式歪センサ10は、図5(a)と同様の筒状
の密閉容器51の上底板52に相当する上底板1を構成
する材料として、絶縁性の単結晶あるいはセラミックス
を用いている。
【0017】さらに、本発明の第1の実施の形態による
静電容量式歪センサ10は、この上底板1の上に誘電率
の大きな絶縁体層2が形成され、この絶縁体層2の上に
円形の一対の交差指電極3が形成されている。
【0018】図2は本発明の第2の実施の形態による静
電容量式歪センサの構造を示す図であり、(a)は平面
図、(b)は厚さ方向の断面図である。図2は図5
(a)における上底板の形状が円形の場合であり、筒の
断面形状が円形の場合に対応している。
【0019】図2を参照すると、第2の実施の形態によ
る静電容量式歪センサ20は、図5(a)と同様の筒状
の密閉容器51の上底板52に相当する上底板11を構
成する材料として、絶縁性の単結晶あるいはセラミック
スを用いている。
【0020】さらに、本発明の第2の実施の形態による
静電容量式歪センサ20は、この上底板11の上に誘電
率の大きな絶縁体層12が形成され、この絶縁体層12
の上に円形の一対の交差指電極13が形成されている。
【0021】ここで、図3を用いて、本発明の第1及び
第2の実施の形態による静電容量式センサ10,20の
交差指電極3,13の原理について説明する。
【0022】図3は静電容量式センサの交差指電極の基
本的な構造を示す平面図である。図3に示すように、セ
ラミックス板5の上に形成された誘電体層6の上に、線
状電極7,7´が形成され、それらの線状電極7,7´
の夫々の端部が互いに一つおきにそれぞれ共通電極8,
8´に接続され、互いに隣り合う線状電極との間に静電
容量を持つように一対の端子15,16を有する2端子
構成されている。
【0023】図3に示した一対の交差指電極7−8,7
´−8´が形成された基板5を、線状電極7,7´の長
さ方向と直角な方向に屈曲させると、互いに隣り合う線
状電極7,7´の間の間隔が変化するとともに、夫々誘
電率εが変わるような電極面が凸となる変形の場合には
誘電体層6に伸び歪が発生し、電極面が凹となる変形の
場合には誘電体層6に圧縮歪が発生する。
【0024】図4は図3の構造の交差指電極を備えた静
電容量式歪センサ30において加圧力と静電容量の関係
との測定例を示す図である。
【0025】具体的に測定は、基板5のセラミックス板
として比較的可撓性に優れているジルコニア磁器の長方
形板を用い、その表面に、セラミックコンデンサに使用
されている鉛系の高誘電率誘電体厚膜層からなる(誘電
体層)6を形成し、さらにその上に指の方向がジルコニ
ア磁器板の短辺に平行な一対の交差指電極7−8、7´
−8´を形成したコンデンサ素子を用意した。
【0026】このコンデンサ素子に対して、長方形のジ
ルコニア磁器板の長さ方向両端部を支持した状態で、長
方形のジルコニア磁器板の中央部をナイフエッジ状の加
圧板でその短辺に平行に加圧して、その時の加圧力と静
電容量の関係を求めたものである。
【0027】図4において、□印の線21は、交差指電
極面の裏側を加圧した場合であり、△印の線22は、交
差指電極面を加圧した場合の測定値である。
【0028】図4から分かるように、□印の線21場合
は、電極間隔が大きくなるような変形であるにもかかわ
らず、加圧力を大きくするにつれて静電容量の値が大き
くなっている。逆に、△印の線22で示される場合は、
電極間隔が小さくなるような変形であるにもかかわら
ず、加圧力を大きくするにつれて静電容量の値が小さく
なっており、誘電体層6が、歪が印加された場合にその
方向の誘電率が大きくなる、いわゆる「正歪一誘電率特
性」を有していることを示している。
【0029】このように、誘電体層6の材質として「歪
一誘電率特性」の大きな材料を使用した場合、15,1
6端子間の静電容量の変化が、単に電極間隔の変化によ
る静電容量の変化よりも大きくなる。
【0030】また、以上に述べた密閉容器の上底板1,
11の場合のように周辺が固定された状態で変形する板
材の歪を検出するためには、その歪分布に合わせた形の
一対の交差指電極を形成するとより効果的である。
【0031】図1の第1の実施の形態の場合は、前述し
たように筒の断面形状が正方形の揚合であり、上底板1
はその中央部の歪が最大値を示し、その向きは放射状で
その大きさはほぼ同心円状の等高線で表される歪分布を
示す。従って、このような歪分布をする変形を静電容量
の変化として効率良く検出するためには、図1に示すよ
うに、図3に示した交差指電極を丸めて円形状にする
か、少し角丸状の円とするのが良い。
【0032】また、上底板の形状が図2の第2の実施の
形態に示すように、円形の場合には、真円が適している
ことは言うまでもない。
【0033】以上の本発明の実施の形態における説明で
は、円筒状又は断面正方形の密閉容器の上底板の変形に
よって生ずる歪を検出する場合について説明したが、歪
を検出する弾性体の形状としては、平面あるいは曲面を
有する板状あるいは捧状であれば良く、その弾性体の平
面あるいは曲面に沿って厚さがほぼ一様の厚膜あるいは
薄膜からなる誘電体層を形成しその表面に少なくとも一
対の交差指電極を形成することにより容易に静電容量式
歪センサを得ることができる。
【0034】また、本発明の実施の形態において、弾性
体の材質として、絶縁性のセラミックスの場合について
説明したが、弾性体が導電性を有する場合でも、誘電率
の低い絶縁体層を介して誘電体層6を形成することによ
り、同じ効果により容易に静電容量式歪センサを得るこ
とができる。
【0035】
【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば、
構造が簡単で容易にLC発振回路回路やRC発振回路を
構成することが可能な静電容量式の歪センサが得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による静電容量式歪
センサの構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)
は厚さ方向の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態による静電容量式歪
センサの構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)
は厚さ方向の断面図である。
【図3】静電容量式歪センサの一対の交差指電極の基本
的な構造を示す平面図である。
【図4】図3の構造の交差指電極を備えた歪センサ30
において加圧力と静電容量の関係の測定例を示す図であ
る。
【図5】(a)は従来技術による歪センサの使用状態を
示す斜視図である。(b)は歪センサに用いられる歪ゲ
ージを示す斜視図である。
【符号の説明】
1,11 上底板 2,12 絶縁体層 3,13 交差指電極 5 基板 6 誘電体層 7,7´ 線状電極 8,8´ 共通電極 10,20,30 静電容量式歪センサ 15,16 端子 51 密閉容器 52 上底面 53 歪ゲージ 56 抵抗線 54,55 端子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平面あるいは曲面を有する板状あるいは
    棒状の弾性体の前記平面あるいは曲面上に、厚さがほぼ
    一様の歪みにより誘電率が変化する材料からなる厚膜層
    あるいは薄膜層を形成しその表面に少なくとも一対の交
    差指電極を形成して構成したことを特徴とする静電容量
    式歪センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の静電容量式歪センサにお
    いて、前記少なくとも一対の交差指電極は、交差指の指
    の方向が被検出歪の方向に対して、略直交あるいは略平
    行するように形成したことを特徴とする静電容量式歪セ
    ンサ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の静電容量式歪センサにお
    いて、前記板状の弾性体の形状が円板あるいは正方形を
    含む多角形板であって、前記少なくとも一対の交差指電
    極を前記円板あるいは正方形を含む多角形板の中心に対
    してほぼ同心円状に形成したことを特徴とする静電容量
    式歪センサ。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3の内のいずれかに記載の
    静電容量式歪センサにおいて、前記板状あるいは棒状の
    弾性体の材質として、絶縁性の単結晶あるいセラミック
    スを用いたことを特徴とする静電容量式歪センサ。
JP11196003A 1999-07-09 1999-07-09 静電容量式歪センサ Withdrawn JP2001021308A (ja)

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EP00944327A EP1113252A4 (en) 1999-07-09 2000-07-07 CAPACITIVE STRETCH SENSOR AND THEIR APPLICATION
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KR10-2001-7002948A KR100421304B1 (ko) 1999-07-09 2000-07-07 정전용량식 왜곡센서 및 그 사용방법
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008157920A (ja) * 2006-11-29 2008-07-10 Aisin Seiki Co Ltd 静電容量検出装置
DE112011100848T5 (de) 2010-03-09 2013-01-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Wasser spaltende Vorrichtung und Verfahren einer Verwendung davon
JPWO2018003527A1 (ja) * 2016-07-01 2019-04-18 ソニー株式会社 センサ、センサモジュール、ウェアラブル端末および電子機器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008157920A (ja) * 2006-11-29 2008-07-10 Aisin Seiki Co Ltd 静電容量検出装置
DE112011100848T5 (de) 2010-03-09 2013-01-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Wasser spaltende Vorrichtung und Verfahren einer Verwendung davon
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