JP2001074405A - 円柱型静電容量式捩り歪みセンサ - Google Patents
円柱型静電容量式捩り歪みセンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造が簡単で特性が安定し、捩り歪みの大き
さを静電容量の変化から周波数の変化に変換して容易に
信号処理できる円柱型静電容量式捩り歪みセンサを提供
すること。 【解決手段】 このセンサは、一端が台座８に固定され
て一軸方向を中心軸として延在すると共に、外周面の断
面形状が円形を成す被検出用構造体としての絶縁性のプ
ラスチックによる絶縁棒１の外周面に厚さがほぼ一様と
なるように形成された歪みにより誘電率が変化する誘電
体膜層２の外周面に対して、対向する一対の円環線状電
極３，４から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違い
に入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺旋
線状電極３ａ，４ａを有するように一対の電極パターン
を形成して静電容量を具備して成る。円環線状電極３，
４にはコンデンサ端子が接続され、一対の電極パターン
はコンデンサとして働く。
さを静電容量の変化から周波数の変化に変換して容易に
信号処理できる円柱型静電容量式捩り歪みセンサを提供
すること。 【解決手段】 このセンサは、一端が台座８に固定され
て一軸方向を中心軸として延在すると共に、外周面の断
面形状が円形を成す被検出用構造体としての絶縁性のプ
ラスチックによる絶縁棒１の外周面に厚さがほぼ一様と
なるように形成された歪みにより誘電率が変化する誘電
体膜層２の外周面に対して、対向する一対の円環線状電
極３，４から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違い
に入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺旋
線状電極３ａ，４ａを有するように一対の電極パターン
を形成して静電容量を具備して成る。円環線状電極３，
４にはコンデンサ端子が接続され、一対の電極パターン
はコンデンサとして働く。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として円環，
筒，円柱，棒等の外周面の断面形状が円形を成す被検出
用構造体に加わる捩り歪みを検出する捩り歪みセンサで
あって、詳しくは被検出用構造体の外周面に形成した歪
みにより誘電率が変化する誘電体膜層の表面上に一対の
電極パターンを形成して得られるコンデンサ静電容量の
変化に基づいて被検出用構造体の弾性変形に伴う捩り歪
みの大きさを検出する円柱型静電容量式捩り歪みセンサ
に関する。
筒，円柱，棒等の外周面の断面形状が円形を成す被検出
用構造体に加わる捩り歪みを検出する捩り歪みセンサで
あって、詳しくは被検出用構造体の外周面に形成した歪
みにより誘電率が変化する誘電体膜層の表面上に一対の
電極パターンを形成して得られるコンデンサ静電容量の
変化に基づいて被検出用構造体の弾性変形に伴う捩り歪
みの大きさを検出する円柱型静電容量式捩り歪みセンサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の捩り歪みセンサとして
は、平面又は曲面状の外面を有する板状又は柱状の一軸
方向に延在する被検出用構造体に加わる捩り歪みを検出
可能であって、歪みにより抵抗値が変化する所謂歪みゲ
ージが良く知られている。
は、平面又は曲面状の外面を有する板状又は柱状の一軸
方向に延在する被検出用構造体に加わる捩り歪みを検出
可能であって、歪みにより抵抗値が変化する所謂歪みゲ
ージが良く知られている。
【０００３】図５は、従来の捩り歪みセンサ及びその適
用例を説明したもので、同図（ａ）は捩り歪みセンサと
して歪みゲージ２３を被検出用構造体に接着した様子を
示した斜視図に関するもの，同図（ａ）は歪みゲージ２
３を拡大して示した斜視図に関するものである。
用例を説明したもので、同図（ａ）は捩り歪みセンサと
して歪みゲージ２３を被検出用構造体に接着した様子を
示した斜視図に関するもの，同図（ａ）は歪みゲージ２
３を拡大して示した斜視図に関するものである。
【０００４】ここでは、図５（ｂ）に示されるようなＦ
ｅ−Ｎｉ系合金による薄膜パターンで形成された歪みゲ
ージ２３を被検出用構造体として図５（ａ）に示される
ような一端が台座２４に固定された円柱２１の外周面２
２にその歪み検出軸が円柱２１の延在する一軸（中心
軸）方向に対して４５度傾いた方向に合致されるように
接着することにより、円柱２１の捩り歪みを検出できる
ことを示している。
ｅ−Ｎｉ系合金による薄膜パターンで形成された歪みゲ
ージ２３を被検出用構造体として図５（ａ）に示される
ような一端が台座２４に固定された円柱２１の外周面２
２にその歪み検出軸が円柱２１の延在する一軸（中心
軸）方向に対して４５度傾いた方向に合致されるように
接着することにより、円柱２１の捩り歪みを検出できる
ことを示している。
【０００５】こうした状態で歪みゲージ２３により円柱
２１の捩り歪みを検出する場合、円柱２１に捩りモーメ
ントが加わって円柱２１に捩り歪みが発生すると、歪み
ゲージ２３が接着された部分に円柱２１の中心軸方向に
対して４５度傾いた方向の伸び歪みとこれと直角な方向
の圧縮歪みが発生するので、これらの伸び歪み及び圧縮
歪みに応じた抵抗値の変化を検出することで円柱２１の
捩り歪みを検出することができる。
２１の捩り歪みを検出する場合、円柱２１に捩りモーメ
ントが加わって円柱２１に捩り歪みが発生すると、歪み
ゲージ２３が接着された部分に円柱２１の中心軸方向に
対して４５度傾いた方向の伸び歪みとこれと直角な方向
の圧縮歪みが発生するので、これらの伸び歪み及び圧縮
歪みに応じた抵抗値の変化を検出することで円柱２１の
捩り歪みを検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した捩り歪みセン
サとしての歪みゲージの場合、ポリイミド等の薄い基板
上に歪みにより抵抗値が変化する金属薄膜を蒸着等の手
段により形成した構成であり、被検出用構造体に接着剤
を用いて接着するときに歪み検出軸を被検出用構造体の
延在する一軸方向に対して４５度傾いた方向に合致させ
る必要があるため、接着位置や接着層のバラツキにより
特性が変化し易いという問題がある他、原理的に伸び歪
み及び圧縮歪みの変化に応じて抵抗値が変化するもので
あるため、マイコン等を用いて信号処理を行う場合にア
ナログ−ディジタル変換回路が必要になる等、信号処理
回路が複雑になってしまうという欠点もある。
サとしての歪みゲージの場合、ポリイミド等の薄い基板
上に歪みにより抵抗値が変化する金属薄膜を蒸着等の手
段により形成した構成であり、被検出用構造体に接着剤
を用いて接着するときに歪み検出軸を被検出用構造体の
延在する一軸方向に対して４５度傾いた方向に合致させ
る必要があるため、接着位置や接着層のバラツキにより
特性が変化し易いという問題がある他、原理的に伸び歪
み及び圧縮歪みの変化に応じて抵抗値が変化するもので
あるため、マイコン等を用いて信号処理を行う場合にア
ナログ−ディジタル変換回路が必要になる等、信号処理
回路が複雑になってしまうという欠点もある。
【０００７】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、構造が簡単で特性
が安定すると共に、捩り歪みの大きさを静電容量の変化
から周波数の変化に変換して容易に信号処理できる円柱
型静電容量式捩り歪みセンサを提供することにある。
なされたもので、その技術的課題は、構造が簡単で特性
が安定すると共に、捩り歪みの大きさを静電容量の変化
から周波数の変化に変換して容易に信号処理できる円柱
型静電容量式捩り歪みセンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一軸方
向を中心軸として延在すると共に、外周面の断面形状が
円形を成す被検出用構造体の捩り歪みを検出する捩り歪
みセンサにおいて、被検出用構造体の外周面に厚さがほ
ぼ一様となるように形成された歪みにより誘電率が変化
する誘電体膜層の外周面に対して、対向する一対の円環
線状電極から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違い
に入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺旋
線状電極を有するように一対の電極パターンを形成して
静電容量を具備した円柱型静電容量式捩り歪みセンサが
得られる。
向を中心軸として延在すると共に、外周面の断面形状が
円形を成す被検出用構造体の捩り歪みを検出する捩り歪
みセンサにおいて、被検出用構造体の外周面に厚さがほ
ぼ一様となるように形成された歪みにより誘電率が変化
する誘電体膜層の外周面に対して、対向する一対の円環
線状電極から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違い
に入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺旋
線状電極を有するように一対の電極パターンを形成して
静電容量を具備した円柱型静電容量式捩り歪みセンサが
得られる。
【０００９】一方、本発明によれば、一軸方向を中心軸
として延在すると共に、外周面の断面形状が円形を成す
被検出用構造体の捩り歪みを検出する捩り歪みセンサに
おいて、被検出用構造体の外周面に厚さがほぼ一様とな
るように形成された歪みにより誘電率が変化する誘電体
膜層の外周面に対して、一軸方向に平行する分割線によ
り二等分されて同一の円環線上に配置される対向する一
対２組の半円環線状電極における一方の組の対向する一
対のものから該一軸方向に対して約４５度傾いて互い違
いに入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の第
１の螺旋線状電極、並びに他方の組の対向する一対のも
のから該一軸方向に対して約−４５度傾いて互い違いに
入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の第２の
螺旋線状電極を有するように一対２組の電極パターンを
形成して二つの静電容量を具備した円柱型静電容量式捩
り歪みセンサが得られる。
として延在すると共に、外周面の断面形状が円形を成す
被検出用構造体の捩り歪みを検出する捩り歪みセンサに
おいて、被検出用構造体の外周面に厚さがほぼ一様とな
るように形成された歪みにより誘電率が変化する誘電体
膜層の外周面に対して、一軸方向に平行する分割線によ
り二等分されて同一の円環線上に配置される対向する一
対２組の半円環線状電極における一方の組の対向する一
対のものから該一軸方向に対して約４５度傾いて互い違
いに入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の第
１の螺旋線状電極、並びに他方の組の対向する一対のも
のから該一軸方向に対して約−４５度傾いて互い違いに
入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の第２の
螺旋線状電極を有するように一対２組の電極パターンを
形成して二つの静電容量を具備した円柱型静電容量式捩
り歪みセンサが得られる。
【００１０】又、本発明によれば、上記何れかの円柱型
静電容量式捩り歪みセンサにおいて、被検出用構造体の
材質として、絶縁性のプラスチック又はセラミックスを
用いた円柱型静電容量式捩り歪みセンサが得られる。
静電容量式捩り歪みセンサにおいて、被検出用構造体の
材質として、絶縁性のプラスチック又はセラミックスを
用いた円柱型静電容量式捩り歪みセンサが得られる。
【００１１】更に、本発明によれば、上記何れかの円柱
型静電容量式捩り歪みセンサにおいて、被検出用構造体
は材質が導電体であり、且つ該導電体の外周面に誘電率
の低いプラスチック又はセラミックスの絶縁層を予め形
成した円柱型静電容量式捩り歪みセンサが得られる。
型静電容量式捩り歪みセンサにおいて、被検出用構造体
は材質が導電体であり、且つ該導電体の外周面に誘電率
の低いプラスチック又はセラミックスの絶縁層を予め形
成した円柱型静電容量式捩り歪みセンサが得られる。
【００１２】他方、本発明によれば、上記何れか一つの
円柱型静電容量式捩り歪みセンサにおいて、被検出用構
造体は円環，筒，円柱，棒の何れか一つの形状である円
柱型静電容量式捩り歪みセンサが得られる。
円柱型静電容量式捩り歪みセンサにおいて、被検出用構
造体は円環，筒，円柱，棒の何れか一つの形状である円
柱型静電容量式捩り歪みセンサが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の円
柱型静電容量式捩り歪みセンサについて、図面を参照し
て詳細に説明する。
柱型静電容量式捩り歪みセンサについて、図面を参照し
て詳細に説明する。
【００１４】図１は、本発明の一実施例に係る円柱型静
電容量式捩り歪みセンサの基本構成を示した斜視図であ
る。
電容量式捩り歪みセンサの基本構成を示した斜視図であ
る。
【００１５】この円柱型静電容量式捩り歪みセンサは、
一端が台座８に固定されて一軸方向を中心軸として延在
すると共に、外周面の断面形状が円形を成す被検出用構
造体としての絶縁性のプラスチック（或いはセラミック
スでも良い）による絶縁棒１の外周面に厚さがほぼ一様
となるように形成された歪みにより誘電率が変化する誘
電体膜層２を厚膜として形成するか、或いは薄膜状に形
成し、この誘電体膜層２の外周面に対して対向する一対
の円環線状電極３，４から一軸方向に対して約４５度傾
いて互い違いに入り込むように平行して螺旋状に延在す
る複数の螺旋線状電極３ａ，４ａを有するように一対の
電極パターンを形成して静電容量を具備して成ってい
る。
一端が台座８に固定されて一軸方向を中心軸として延在
すると共に、外周面の断面形状が円形を成す被検出用構
造体としての絶縁性のプラスチック（或いはセラミック
スでも良い）による絶縁棒１の外周面に厚さがほぼ一様
となるように形成された歪みにより誘電率が変化する誘
電体膜層２を厚膜として形成するか、或いは薄膜状に形
成し、この誘電体膜層２の外周面に対して対向する一対
の円環線状電極３，４から一軸方向に対して約４５度傾
いて互い違いに入り込むように平行して螺旋状に延在す
る複数の螺旋線状電極３ａ，４ａを有するように一対の
電極パターンを形成して静電容量を具備して成ってい
る。
【００１６】ここでの円環線状電極３，４にはコンデン
サ端子が接続され、円環線状電極３及び螺旋線状電極３
ａと円環線状電極４及び螺旋線状電極４ａとによる一対
の電極パターンは静電容量を有するコンデンサとして働
く。更に、ここでの電極パターンの場合、円環線状電極
３，４が誘電体膜層２の両端側に周縁に沿って配備され
ており、螺旋線状電極３ａ，４ａがこれらの円環線状電
極３，４の延在方向に対してほぼ４５度傾いて交差指状
電極として形成されている。
サ端子が接続され、円環線状電極３及び螺旋線状電極３
ａと円環線状電極４及び螺旋線状電極４ａとによる一対
の電極パターンは静電容量を有するコンデンサとして働
く。更に、ここでの電極パターンの場合、円環線状電極
３，４が誘電体膜層２の両端側に周縁に沿って配備され
ており、螺旋線状電極３ａ，４ａがこれらの円環線状電
極３，４の延在方向に対してほぼ４５度傾いて交差指状
電極として形成されている。
【００１７】このような円柱型静電容量式捩り歪みセン
サでは、絶縁棒１に対して直接センサを配備して接着層
の無い構造としているため、構造が簡単で特性が安定す
ると共に、絶縁棒１の弾性変形に伴う捩り歪みの大きさ
を静電容量の変化から周波数の変化に変換することが可
能となることにより、容易に信号処理を行うことができ
る。
サでは、絶縁棒１に対して直接センサを配備して接着層
の無い構造としているため、構造が簡単で特性が安定す
ると共に、絶縁棒１の弾性変形に伴う捩り歪みの大きさ
を静電容量の変化から周波数の変化に変換することが可
能となることにより、容易に信号処理を行うことができ
る。
【００１８】図２は、こうした交差指状電極を含む平板
型静電容量式捩り歪みセンサによる歪み検出の原理を説
明するために示した電極パターンの平面図である。
型静電容量式捩り歪みセンサによる歪み検出の原理を説
明するために示した電極パターンの平面図である。
【００１９】ここでの電極パターンは、被検出用構造体
である絶縁棒１の外周面を展開した形態に相当する長方
形平板型絶縁シート１′の対向する長辺の一方側に配置
されると共に、一端側にコンデンサ端子５が接続された
線状共通電極３′からその延在方向に対して垂直な方向
に複数の線状電極３ａ′が延在し、同様に絶縁シート
１′の対向する長辺の他方側に配置されると共に、一端
側にコンデンサ端子６が接続された線状共通電極４′か
らその延在方向に対して垂直な方向に複数の線状電極４
ａ′が延在し、これらの線状電極３ａ′，４ａ′が互い
違いに入り込むように平行して交差指状電極として形成
されている。
である絶縁棒１の外周面を展開した形態に相当する長方
形平板型絶縁シート１′の対向する長辺の一方側に配置
されると共に、一端側にコンデンサ端子５が接続された
線状共通電極３′からその延在方向に対して垂直な方向
に複数の線状電極３ａ′が延在し、同様に絶縁シート
１′の対向する長辺の他方側に配置されると共に、一端
側にコンデンサ端子６が接続された線状共通電極４′か
らその延在方向に対して垂直な方向に複数の線状電極４
ａ′が延在し、これらの線状電極３ａ′，４ａ′が互い
違いに入り込むように平行して交差指状電極として形成
されている。
【００２０】ここでは、長方形平板型絶縁シート１′と
して比較的可撓性に優れているジルコニア磁器製のもの
を用い、その表面上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の誘電体膜層２を形成し、更にそ
の上に線状共通電極３及び線状電極３ａ′と線状共通電
極４及び線状電極４ａ′とによる一対の電極パターンを
線状電極３ａ′，４ａ′の延在方向が長方形平板型絶縁
シート１′の短辺に平行となるように形成して静電容量
を有する１つのコンデンサを具備した平板型静電容量式
捩り歪みセンサを構成している。
して比較的可撓性に優れているジルコニア磁器製のもの
を用い、その表面上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の誘電体膜層２を形成し、更にそ
の上に線状共通電極３及び線状電極３ａ′と線状共通電
極４及び線状電極４ａ′とによる一対の電極パターンを
線状電極３ａ′，４ａ′の延在方向が長方形平板型絶縁
シート１′の短辺に平行となるように形成して静電容量
を有する１つのコンデンサを具備した平板型静電容量式
捩り歪みセンサを構成している。
【００２１】このような平板型静電容量式捩り歪みセン
サにおいて、長方形平板型絶縁シート１′を線状電極３
ａ′，４ａ′の延在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３ａ′，４ａ′間の相互の間隔
が変化するに伴い、電極面が凸状に変形する場合には誘
電体膜層２に伸び歪みが発生し、電極面が凹状に変形す
る場合には誘電体膜層２に圧縮歪みが発生する。
サにおいて、長方形平板型絶縁シート１′を線状電極３
ａ′，４ａ′の延在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３ａ′，４ａ′間の相互の間隔
が変化するに伴い、電極面が凸状に変形する場合には誘
電体膜層２に伸び歪みが発生し、電極面が凹状に変形す
る場合には誘電体膜層２に圧縮歪みが発生する。
【００２２】そこで、この平板型静電容量式捩り歪みセ
ンサを図３に示されるような加圧装置を用い、長方形平
板型絶縁シート１′を適当な長さに切断して長辺側の両
端部を支持した状態でその中央部をナイフエッジ状の加
圧板７で短辺方向に平行に加圧し、加圧力（ｇ）−静電
容量変化率（％）特性を測定したところ、図４に示すよ
うな結果となった。但し、図４中における□印の特性は
電極面裏側を加圧した場合の測定値であり、△印の特性
は電極面を加圧した場合の測定値である。
ンサを図３に示されるような加圧装置を用い、長方形平
板型絶縁シート１′を適当な長さに切断して長辺側の両
端部を支持した状態でその中央部をナイフエッジ状の加
圧板７で短辺方向に平行に加圧し、加圧力（ｇ）−静電
容量変化率（％）特性を測定したところ、図４に示すよ
うな結果となった。但し、図４中における□印の特性は
電極面裏側を加圧した場合の測定値であり、△印の特性
は電極面を加圧した場合の測定値である。
【００２３】図４からは、電極面裏側を加圧した□印の
特性の場合には、電極間隔が大きくなるような変形であ
るにも拘らず、加圧力を大きくするに伴って静電容量の
値が大きくなっているが、反対に電極面を加圧した△印
の特性の場合には、電極間隔が小さくなるような変形で
あるにも拘らず、加圧力を大きくするに伴って静電容量
の値が小さくなっており、誘電体膜層２が歪みが印加さ
れた場合にその方向の誘電率が大きくなる所謂「正歪み
−誘電率特性」を有していることが判る。
特性の場合には、電極間隔が大きくなるような変形であ
るにも拘らず、加圧力を大きくするに伴って静電容量の
値が大きくなっているが、反対に電極面を加圧した△印
の特性の場合には、電極間隔が小さくなるような変形で
あるにも拘らず、加圧力を大きくするに伴って静電容量
の値が小さくなっており、誘電体膜層２が歪みが印加さ
れた場合にその方向の誘電率が大きくなる所謂「正歪み
−誘電率特性」を有していることが判る。
【００２４】従って、誘電体膜層２の材質として「歪み
−誘電率特性」の大きな材料を使用した場合には、コン
デンサ端子５，６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。
−誘電率特性」の大きな材料を使用した場合には、コン
デンサ端子５，６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。
【００２５】ところで、捩り歪みは、捩り軸方向に対し
て＋４５度の方向の伸び歪みと−４５度の方向の圧縮歪
みに分解することができるため、図１で説明した一実施
例の円柱型静電容量式捩り歪みセンサの場合、捩り歪み
が正か負か（捩りの向き）により、螺旋線状電極３ａ，
４ａの対向する方向の誘電率が変化し、コンデンサ端子
間の静電容量の値が変化し、この変化から発生している
捩り歪みの大きさを検出することができる。
て＋４５度の方向の伸び歪みと−４５度の方向の圧縮歪
みに分解することができるため、図１で説明した一実施
例の円柱型静電容量式捩り歪みセンサの場合、捩り歪み
が正か負か（捩りの向き）により、螺旋線状電極３ａ，
４ａの対向する方向の誘電率が変化し、コンデンサ端子
間の静電容量の値が変化し、この変化から発生している
捩り歪みの大きさを検出することができる。
【００２６】尚、図１に示した一実施例の円柱型静電容
量式捩り歪みセンサでは、絶縁棒１の外周面に形成した
誘電体膜層２の外周面に対して対向する一対の円環線状
電極３，４から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違
いに入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺
旋線状電極３ａ，４ａを有するように一対の電極パター
ンを形成して静電容量を具備する構成について説明した
が、これを変形して誘電体膜層２の外周面に対して、一
軸方向に平行する分割線により二等分されて同一の円環
線上に配置される対向する一対２組の半円環線状電極に
おける一方の組の対向する一対のものから一軸方向に対
して約４５度傾いて互い違いに入り込むように平行して
螺旋状に延在する複数の第１の螺旋線状電極、並びに他
方の組の対向する一対のものから一軸方向に対して約−
４５度傾いて互い違いに入り込むように平行して螺旋状
に延在する複数の第２の螺旋線状電極を有するように一
対２組の電極パターンを形成して二つの静電容量を具備
する構成とすることもできる。この構成の場合、二つの
静電容量における検出出力の差を検出するようにすれ
ば、検出感度をほぼ２倍にでき、しかも、それぞれのセ
ンサに共通に発生する不要信号（例えば周囲温度変化に
依存する特性変動等の成分）をキャンセルすることがで
きる。
量式捩り歪みセンサでは、絶縁棒１の外周面に形成した
誘電体膜層２の外周面に対して対向する一対の円環線状
電極３，４から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違
いに入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺
旋線状電極３ａ，４ａを有するように一対の電極パター
ンを形成して静電容量を具備する構成について説明した
が、これを変形して誘電体膜層２の外周面に対して、一
軸方向に平行する分割線により二等分されて同一の円環
線上に配置される対向する一対２組の半円環線状電極に
おける一方の組の対向する一対のものから一軸方向に対
して約４５度傾いて互い違いに入り込むように平行して
螺旋状に延在する複数の第１の螺旋線状電極、並びに他
方の組の対向する一対のものから一軸方向に対して約−
４５度傾いて互い違いに入り込むように平行して螺旋状
に延在する複数の第２の螺旋線状電極を有するように一
対２組の電極パターンを形成して二つの静電容量を具備
する構成とすることもできる。この構成の場合、二つの
静電容量における検出出力の差を検出するようにすれ
ば、検出感度をほぼ２倍にでき、しかも、それぞれのセ
ンサに共通に発生する不要信号（例えば周囲温度変化に
依存する特性変動等の成分）をキャンセルすることがで
きる。
【００２７】又、一実施例の円柱型静電容量式捩り歪み
センサや上述したそれを変形した構成では、歪み−誘電
率変化特性を有する誘電体膜層２を形成するために被検
出用構造体として絶縁性材質の絶縁棒１を使用する場合
について説明したが、被検出用構造体の形状は棒以外に
も円環，筒，円柱等の外周面の断面形状が円形を成すも
のであれば何れの形状でも適用できるし、被検出用構造
体の材質として導電性を有する金属を用いた場合でも、
その外周面に誘電率の低いプラスチックやセラミックス
による絶縁層を予め形成してからその外周面に誘電体膜
層２を形成するようにすれば同じ効果が得られる。
センサや上述したそれを変形した構成では、歪み−誘電
率変化特性を有する誘電体膜層２を形成するために被検
出用構造体として絶縁性材質の絶縁棒１を使用する場合
について説明したが、被検出用構造体の形状は棒以外に
も円環，筒，円柱等の外周面の断面形状が円形を成すも
のであれば何れの形状でも適用できるし、被検出用構造
体の材質として導電性を有する金属を用いた場合でも、
その外周面に誘電率の低いプラスチックやセラミックス
による絶縁層を予め形成してからその外周面に誘電体膜
層２を形成するようにすれば同じ効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】以上に示したように、本発明の円柱型静
電容量式捩り歪みセンサによれば、一軸方向を中心軸と
して延在し、外周面の断面形状が円形を成す被検出用構
造体の外周面に形成した歪みにより誘電率が変化する誘
電体膜層の外周面に対して、対向する一対の円環線状電
極から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違いに入り
込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺旋線状電
極を有するように一対の電極パターンを形成して静電容
量を具備するか、或いは一軸方向に平行する分割線によ
り二等分されて同一の円環線上に配置される対向する一
対２組の半円環線状電極における一方の組の対向する一
対のものから一軸方向に対して約４５度傾いて互い違い
に入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の第１
の螺旋線状電極、並びに他方の組の対向する一対のもの
から一軸方向に対して約−４５度傾いて互い違いに入り
込むように平行して螺旋状に延在する複数の第２の螺旋
線状電極を有するように一対２組の電極パターンを形成
して二つの静電容量を具備する構成として、被検出用構
造体に対して直接センサを配備して接着層の無い構造と
しているため、構造が簡単で特性が安定すると共に、被
検出用構造体の弾性変形に伴う捩り歪みの大きさを静電
容量の変化から周波数の変化に変換することが可能とな
って容易に信号処理を行うことができるようになる。結
果として、容易にして高精度に捩り歪みを検出すること
が可能になり、しかも信号処理回路を簡単なＬＣ発振回
路で構成することが可能になる。
電容量式捩り歪みセンサによれば、一軸方向を中心軸と
して延在し、外周面の断面形状が円形を成す被検出用構
造体の外周面に形成した歪みにより誘電率が変化する誘
電体膜層の外周面に対して、対向する一対の円環線状電
極から一軸方向に対して約４５度傾いて互い違いに入り
込むように平行して螺旋状に延在する複数の螺旋線状電
極を有するように一対の電極パターンを形成して静電容
量を具備するか、或いは一軸方向に平行する分割線によ
り二等分されて同一の円環線上に配置される対向する一
対２組の半円環線状電極における一方の組の対向する一
対のものから一軸方向に対して約４５度傾いて互い違い
に入り込むように平行して螺旋状に延在する複数の第１
の螺旋線状電極、並びに他方の組の対向する一対のもの
から一軸方向に対して約−４５度傾いて互い違いに入り
込むように平行して螺旋状に延在する複数の第２の螺旋
線状電極を有するように一対２組の電極パターンを形成
して二つの静電容量を具備する構成として、被検出用構
造体に対して直接センサを配備して接着層の無い構造と
しているため、構造が簡単で特性が安定すると共に、被
検出用構造体の弾性変形に伴う捩り歪みの大きさを静電
容量の変化から周波数の変化に変換することが可能とな
って容易に信号処理を行うことができるようになる。結
果として、容易にして高精度に捩り歪みを検出すること
が可能になり、しかも信号処理回路を簡単なＬＣ発振回
路で構成することが可能になる。
【図１】本発明の一実施例に係る円柱型静電容量式捩り
歪みセンサの基本構成を示した斜視図である。
歪みセンサの基本構成を示した斜視図である。
【図２】交差指状電極を含む平板型静電容量式捩り歪み
センサによる歪み検出の原理を説明するために示した電
極パターンの平面図である。
センサによる歪み検出の原理を説明するために示した電
極パターンの平面図である。
【図３】図２に示す平板型静電容量式捩り歪みセンサを
加圧する加圧装置を簡略的に示した側面図である。
加圧する加圧装置を簡略的に示した側面図である。
【図４】図３に示す加圧装置により加圧した状態で平板
型静電容量式捩り歪みセンサにおける加圧力−静電容量
変化率特性を測定した結果を示したものである。
型静電容量式捩り歪みセンサにおける加圧力−静電容量
変化率特性を測定した結果を示したものである。
【図５】従来の捩り歪みセンサ及びその適用例を説明し
たもので、（ａ）は捩り歪みセンサとして歪みゲージを
被検出用構造体に接着した様子を示した斜視図に関する
もの，（ｂ）は歪みゲージを拡大して示した斜視図に関
するものである。
たもので、（ａ）は捩り歪みセンサとして歪みゲージを
被検出用構造体に接着した様子を示した斜視図に関する
もの，（ｂ）は歪みゲージを拡大して示した斜視図に関
するものである。
【符号の説明】 １ 絶縁棒 １′ 絶縁シート ２ 誘電体膜層 ３，４ 円環線状共通電極 ３′，４′ 線状共通電極 ３ａ，４ａ 螺旋線状電極 ３ａ′，４ａ′ 線状電極 ５，６ コンデンサ端子 ７ 加圧板 ８，２４ 台座 ２１ 円柱 ２２ 外周面 ２３ 歪みゲージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA25 BC02 BC04 CA21 CA34 CA40 DA01 DA02 DA04 DB08 DC08 DD02 EC03 EC13 EC14 HA01 HA14 HA20
Claims (5)
- 【請求項１】 一軸方向を中心軸として延在すると共
に、外周面の断面形状が円形を成す被検出用構造体の捩
り歪みを検出する捩り歪みセンサにおいて、前記被検出
用構造体の外周面に厚さがほぼ一様となるように形成さ
れた歪みにより誘電率が変化する誘電体膜層の外周面に
対して、対向する一対の円環線状電極から前記一軸方向
に対して約４５度傾いて互い違いに入り込むように平行
して螺旋状に延在する複数の螺旋線状電極を有するよう
に一対の電極パターンを形成して静電容量を具備したこ
とを特徴とする円柱型静電容量式捩り歪みセンサ。 - 【請求項２】 一軸方向を中心軸として延在すると共
に、外周面の断面形状が円形を成す被検出用構造体の捩
り歪みを検出する捩り歪みセンサにおいて、前記被検出
用構造体の外周面に厚さがほぼ一様となるように形成さ
れた歪みにより誘電率が変化する誘電体膜層の外周面に
対して、前記一軸方向に平行する分割線により二等分さ
れて同一の円環線上に配置される対向する一対２組の半
円環線状電極における一方の組の対向する一対のものか
ら該一軸方向に対して約４５度傾いて互い違いに入り込
むように平行して螺旋状に延在する複数の第１の螺旋線
状電極、並びに他方の組の対向する一対のものから該一
軸方向に対して約−４５度傾いて互い違いに入り込むよ
うに平行して螺旋状に延在する複数の第２の螺旋線状電
極を有するように一対２組の電極パターンを形成して二
つの静電容量を具備したことを特徴とする円柱型静電容
量式捩り歪みセンサ。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の円柱型静電容量式
捩り歪みセンサにおいて、前記被検出用構造体の材質と
して、絶縁性のプラスチック又はセラミックスを用いた
ことを特徴とする円柱型静電容量式捩り歪みセンサ。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載の円柱型静電容量式
捩り歪みセンサにおいて、前記被検出用構造体は材質が
導電体であり、且つ該導電体の外周面に誘電率の低いプ
ラスチック又はセラミックスの絶縁層を予め形成したこ
とを特徴とする円柱型静電容量式捩り歪みセンサ。 - 【請求項５】 請求項１〜４の何れか一つに記載の円柱
型静電容量式捩り歪みセンサにおいて、前記被検出用構
造体は円環，筒，円柱，棒の何れか一つの形状であるこ
とを特徴とする円柱型静電容量式捩り歪みセンサ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24887699A JP4242977B2 (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 円柱型静電容量式捩り歪みセンサ |
| EP00944327A EP1113252A4 (en) | 1999-07-09 | 2000-07-07 | CAPACITIVE STRETCH SENSOR AND THEIR APPLICATION |
| PCT/JP2000/004538 WO2001004593A1 (fr) | 1999-07-09 | 2000-07-07 | Capteur de contrainte capacitif et son procédé d'utilisation |
| CNB008018863A CN1157594C (zh) | 1999-07-09 | 2000-07-07 | 静电电容式应变传感器及其使用方法 |
| TW089113557A TW432198B (en) | 1999-07-09 | 2000-07-07 | The static capacitor type strain detector with the used same |
| US09/786,944 US6532824B1 (en) | 1999-07-09 | 2000-07-07 | Capacitive strain sensor and method for using the same |
| KR10-2001-7002948A KR100421304B1 (ko) | 1999-07-09 | 2000-07-07 | 정전용량식 왜곡센서 및 그 사용방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24887699A JP4242977B2 (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 円柱型静電容量式捩り歪みセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001074405A true JP2001074405A (ja) | 2001-03-23 |
| JP4242977B2 JP4242977B2 (ja) | 2009-03-25 |
Family
ID=17184753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24887699A Expired - Fee Related JP4242977B2 (ja) | 1999-07-09 | 1999-09-02 | 円柱型静電容量式捩り歪みセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4242977B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526994A (ja) * | 2003-08-12 | 2007-09-20 | ジュン パク，フン | 弾性構造物と誘導電圧を用いたゲージを含む荷重測定トランスデューサ、及びそのトランスデューサを用いた荷重測定システム |
| US7690270B1 (en) | 2009-06-16 | 2010-04-06 | Heung Hoon Park | Load measuring transducer using induced voltage for overcoming eccentric errors and load measuring system using the same |
| US8082804B2 (en) | 2009-06-16 | 2011-12-27 | Heung Joon Park | Load measuring transducer using induced voltage for reducing measuring errors and load measuring system using the same |
| JP2019518962A (ja) * | 2016-06-15 | 2019-07-04 | レオニ カーベル ゲーエムベーハー | 装置、該装置のための供給ライン体、センサライン体およびねじれ測定方法 |
-
1999
- 1999-09-02 JP JP24887699A patent/JP4242977B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526994A (ja) * | 2003-08-12 | 2007-09-20 | ジュン パク，フン | 弾性構造物と誘導電圧を用いたゲージを含む荷重測定トランスデューサ、及びそのトランスデューサを用いた荷重測定システム |
| US7690270B1 (en) | 2009-06-16 | 2010-04-06 | Heung Hoon Park | Load measuring transducer using induced voltage for overcoming eccentric errors and load measuring system using the same |
| US8082804B2 (en) | 2009-06-16 | 2011-12-27 | Heung Joon Park | Load measuring transducer using induced voltage for reducing measuring errors and load measuring system using the same |
| JP2019518962A (ja) * | 2016-06-15 | 2019-07-04 | レオニ カーベル ゲーエムベーハー | 装置、該装置のための供給ライン体、センサライン体およびねじれ測定方法 |
| US11001157B2 (en) | 2016-06-15 | 2021-05-11 | Leoni Kabel Gmbh | Device including a supply line with a sensor line configured to measure a torsion of the supply line and a method for measuring the torsion of a supply line based on a capacitance of the sensor line |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4242977B2 (ja) | 2009-03-25 |
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