JP2001221700A - 静電容量式センサ - Google Patents
静電容量式センサInfo
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- JP2001221700A JP2001221700A JP2000030002A JP2000030002A JP2001221700A JP 2001221700 A JP2001221700 A JP 2001221700A JP 2000030002 A JP2000030002 A JP 2000030002A JP 2000030002 A JP2000030002 A JP 2000030002A JP 2001221700 A JP2001221700 A JP 2001221700A
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- movable electrode
- substrate
- electrode plate
- electrode
- capacitance
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- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
- G06F3/0338—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of limited linear or angular displacement of an operating part of the device from a neutral position, e.g. isotonic or isometric joysticks
Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動電極板の下面を三次元的に形成しなくて
もよいようにすることにより、安価に製造できる静電容
量式センサを提供すること。 【解決手段】 基板1上面に形成された固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と、可動電極板2
の下平面に形成された電極Dとの間に設けられるギャッ
プを、基板1上に形成した半田層H1, H2、導電性エラス
トマー層又は導電性接着材層の厚みにより形成してい
る。
もよいようにすることにより、安価に製造できる静電容
量式センサを提供すること。 【解決手段】 基板1上面に形成された固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と、可動電極板2
の下平面に形成された電極Dとの間に設けられるギャッ
プを、基板1上に形成した半田層H1, H2、導電性エラス
トマー層又は導電性接着材層の厚みにより形成してい
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式セン
サに関するものである。この静電容量式センサはジョイ
スィックやポインティングデバイスとして使用できる。
サに関するものである。この静電容量式センサはジョイ
スィックやポインティングデバイスとして使用できる。
【0002】
【従来の技術】静電容量式センサとしては、既に、図7
に示すようなものをわが社で開発し、出願している。
に示すようなものをわが社で開発し、出願している。
【0003】この静電容量式センサは、図7に示すよう
に、固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+
が形成された基板90と、少なくとも前記固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と対向する面が導
電性ゴムにより構成されている可動電極板Dと、前記可
動電極板Dと一体成形されたシリコンゴム製の操作部92
と、前記可動電極板D及び操作部92を基板90から離反し
ないように押し付ける固定部材93とを具備しており、前
記固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と
可動電極板Dとから複数の可変静電容量部Cx+,Cx
−,Cy+,Cy−,Cz+が構成されていると共に、
前記操作部92に加えた力の大きさと方向に対応して各可
変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz+
の静電容量が変化するようにしてある。
に、固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+
が形成された基板90と、少なくとも前記固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と対向する面が導
電性ゴムにより構成されている可動電極板Dと、前記可
動電極板Dと一体成形されたシリコンゴム製の操作部92
と、前記可動電極板D及び操作部92を基板90から離反し
ないように押し付ける固定部材93とを具備しており、前
記固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+と
可動電極板Dとから複数の可変静電容量部Cx+,Cx
−,Cy+,Cy−,Cz+が構成されていると共に、
前記操作部92に加えた力の大きさと方向に対応して各可
変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz+
の静電容量が変化するようにしてある。
【0004】しかしながら、可動電極板Dと固定電極D
x+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+とのギャップを
確保するため、可動電極板Dの下面を三次元的に形成し
なければならず、コスト高の原因となっていた。
x+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+とのギャップを
確保するため、可動電極板Dの下面を三次元的に形成し
なければならず、コスト高の原因となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、可動電極板の下面を三次元的に形成しなくてもよい
ようにすることにより、安価に製造できる静電容量式セ
ンサを提供することを課題とする。
は、可動電極板の下面を三次元的に形成しなくてもよい
ようにすることにより、安価に製造できる静電容量式セ
ンサを提供することを課題とする。
【0006】
【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センサは、基板上面に形成された
固定電極群と、可動電極板の下平面に形成された電極と
の間に設けられるギャップを、基板上に形成した半田層
の厚みにより形成している。 (請求項2記載の発明)この発明の静電容量式センサ
は、基板上面に形成された固定電極群と、可動電極板の
下平面に形成された電極との間に設けられるギャップ
を、基板上に形成した導電性エラストマー層又は導電性
接着材層により形成している。 (請求項3記載の発明)この発明の静電容量式センサ
は、上記請求項1又は2記載の発明に関して、可動電極
板側の電極が、導電性ゴム板又は導電性エラストマー板
により構成されている。
この発明の静電容量式センサは、基板上面に形成された
固定電極群と、可動電極板の下平面に形成された電極と
の間に設けられるギャップを、基板上に形成した半田層
の厚みにより形成している。 (請求項2記載の発明)この発明の静電容量式センサ
は、基板上面に形成された固定電極群と、可動電極板の
下平面に形成された電極との間に設けられるギャップ
を、基板上に形成した導電性エラストマー層又は導電性
接着材層により形成している。 (請求項3記載の発明)この発明の静電容量式センサ
は、上記請求項1又は2記載の発明に関して、可動電極
板側の電極が、導電性ゴム板又は導電性エラストマー板
により構成されている。
【0007】なお、上記した発明の静電容量式センサの
機能については以下の発明の実施の形態の欄で説明す
る。
機能については以下の発明の実施の形態の欄で説明す
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施形態として
示した図面に従って説明する。 (実施形態1)図1は、この発明の実施形態の静電容量
式センサSの断面図を示している。〔この静電容量式センサSの基本的構成について〕 この
静電容量式センサSは、基本的には図1に示すように、
基板1と、前記基板1に対してギャップを設けて配置さ
れた可動電極板2とを具備するものであり、前記基板1
と可動電極板2とはビスBにより基板1に取り付けられ
た固定部材3により分離できないようにしてある。
示した図面に従って説明する。 (実施形態1)図1は、この発明の実施形態の静電容量
式センサSの断面図を示している。〔この静電容量式センサSの基本的構成について〕 この
静電容量式センサSは、基本的には図1に示すように、
基板1と、前記基板1に対してギャップを設けて配置さ
れた可動電極板2とを具備するものであり、前記基板1
と可動電極板2とはビスBにより基板1に取り付けられ
た固定部材3により分離できないようにしてある。
【0009】以下に、この静電容量式センサSの主要構
成について詳述する。〔基板1及び可動電極板2について〕 基板1は、図1や
図2に示すように、その上面に接点用ランドL1, L2、及
びレジスト膜で覆われた固定電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dz+が形成されていると共に、下面に静
電容量/電圧変換用の電子部品Eが配置されており、ま
た、四隅には上記ビスBを挿通するための貫通孔hを穿
設してある。前記接点用ランドL1, L2には、図1や図2
に示すように、その上面部に半田を適量に溶かし込んで
成る半田層H1, H2を形成してある。なお、固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+をレジスト膜で覆
ってあるのは、後述する導電性ゴム部21と直接接触しな
いようにするためである。
成について詳述する。〔基板1及び可動電極板2について〕 基板1は、図1や
図2に示すように、その上面に接点用ランドL1, L2、及
びレジスト膜で覆われた固定電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dz+が形成されていると共に、下面に静
電容量/電圧変換用の電子部品Eが配置されており、ま
た、四隅には上記ビスBを挿通するための貫通孔hを穿
設してある。前記接点用ランドL1, L2には、図1や図2
に示すように、その上面部に半田を適量に溶かし込んで
成る半田層H1, H2を形成してある。なお、固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+をレジスト膜で覆
ってあるのは、後述する導電性ゴム部21と直接接触しな
いようにするためである。
【0010】可動電極板2は、全体が弾性ゴムにより形
成されており、図1に示すように上側のシリコンゴム部
20とこれに固着された下側の導電性ゴム部21とから構成
されている。この可動電極板2の材料は常温付近で大き
なゴム弾性を示す高分子物質(エラストマー)であれば
よく、例えば、架橋した天然ゴムや合成ゴム、熱可塑性
ウレタンゴム、スパンデックスやポリカーボネート弾性
樹脂、スポンジゴムなどが採用できる。
成されており、図1に示すように上側のシリコンゴム部
20とこれに固着された下側の導電性ゴム部21とから構成
されている。この可動電極板2の材料は常温付近で大き
なゴム弾性を示す高分子物質(エラストマー)であれば
よく、例えば、架橋した天然ゴムや合成ゴム、熱可塑性
ウレタンゴム、スパンデックスやポリカーボネート弾性
樹脂、スポンジゴムなどが採用できる。
【0011】前記シリコンゴム部20は、図1に示すよう
に、その上面に短軸状の操作部20aを具備させてあり、
外周部には固定部材3により押さえ込まれる周凸部20b
を設けてあると共に前記操作部20と周凸部20bとの間を
真円状のダイヤフラム部20cとしてある。導電性ゴム部
21は、導電性ゴム製の平板を打ち抜いて形成してある。
に、その上面に短軸状の操作部20aを具備させてあり、
外周部には固定部材3により押さえ込まれる周凸部20b
を設けてあると共に前記操作部20と周凸部20bとの間を
真円状のダイヤフラム部20cとしてある。導電性ゴム部
21は、導電性ゴム製の平板を打ち抜いて形成してある。
【0012】なお、上記可動電極板2では、操作部20a
に力を加えるとダイヤフラム部20cに応力が集中して変
形する起歪体を構成しており、また、図1に示す組み立
て状態では上記導電性ゴム部21の固定電極Dx+,Dx
−,Dy+,Dy−,Dz+と対向する部分は電極Dと
して機能させている。
に力を加えるとダイヤフラム部20cに応力が集中して変
形する起歪体を構成しており、また、図1に示す組み立
て状態では上記導電性ゴム部21の固定電極Dx+,Dx
−,Dy+,Dy−,Dz+と対向する部分は電極Dと
して機能させている。
【0013】ここで、図1に示す組み立て状態では、半
田層H1,H2の存在により、導電性ゴム部21(電極D)と
基板1上に形成された固定電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dz+との間にはギャップが形成されてい
る。したがって、半田層H1,H2を介した導電性ゴム部21
と接点用ランドL1, L2との電気的接続により導電性ゴム
部21全体をGND電位にすると共に、前記導電性ゴム部
21と固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+
との間に電位差を設けることにより可変静電容量部Cx
+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz+を構成させること
ができる。これを回路で表すと図3のように成る。〔固定部材3について〕 固定部材3は、断面逆L字状の
円筒状のものであって可動電極板2の全周を覆うものと
してある。〔この静電容量式センサSの機能について〕 この静電容
量式センサSは上記のような構成であるから、操作部20
aを操作すると以下に示すように機能する。
田層H1,H2の存在により、導電性ゴム部21(電極D)と
基板1上に形成された固定電極Dx+,Dx−,Dy
+,Dy−,Dz+との間にはギャップが形成されてい
る。したがって、半田層H1,H2を介した導電性ゴム部21
と接点用ランドL1, L2との電気的接続により導電性ゴム
部21全体をGND電位にすると共に、前記導電性ゴム部
21と固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−,Dz+
との間に電位差を設けることにより可変静電容量部Cx
+,Cx−,Cy+,Cy−,Cz+を構成させること
ができる。これを回路で表すと図3のように成る。〔固定部材3について〕 固定部材3は、断面逆L字状の
円筒状のものであって可動電極板2の全周を覆うものと
してある。〔この静電容量式センサSの機能について〕 この静電容
量式センサSは上記のような構成であるから、操作部20
aを操作すると以下に示すように機能する。
【0014】先ず、図4に示すように、操作部20aにX
軸方向の力Fx又はモーメントMxを加えると、電極D
と固定電極Dx+との間のギャップが小さくなり、可変
静電容量部Cx+の静電容量が大きくなる。他方、電極
Dと固定電極Dx−との間のギャップは変化しないか又
は大きくなり、可変静電容量部Cx−の静電容量は変化
しないか又は小さくなる。このことは対称性によりY軸
方向の力Fy又はモーメントMyを加えた場合も固定電
極Dy+,Dy−について同様のことが言える。つま
り、XY平面では、加える力の大きさと方向に応じて電
極Dを構成する導電性ゴム部21が変形し、それに対応し
て可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,C
z+の静電容量が変化する。なお、上記した操作部20a
への力又はモーメントを無くすると、元の状態に復帰す
る。
軸方向の力Fx又はモーメントMxを加えると、電極D
と固定電極Dx+との間のギャップが小さくなり、可変
静電容量部Cx+の静電容量が大きくなる。他方、電極
Dと固定電極Dx−との間のギャップは変化しないか又
は大きくなり、可変静電容量部Cx−の静電容量は変化
しないか又は小さくなる。このことは対称性によりY軸
方向の力Fy又はモーメントMyを加えた場合も固定電
極Dy+,Dy−について同様のことが言える。つま
り、XY平面では、加える力の大きさと方向に応じて電
極Dを構成する導電性ゴム部21が変形し、それに対応し
て可変静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−,C
z+の静電容量が変化する。なお、上記した操作部20a
への力又はモーメントを無くすると、元の状態に復帰す
る。
【0015】次に、図5に示すように、操作部20aにZ
軸方向の力Fzを加えると、電極Dと固定電極Dz+と
の間のギャップが小さくなり、可変静電容量部Cz+の
静電容量が大きくなる。また、電極Dと固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,との間のギャップは均等
に小さくなり可変静電容量部のCx+,Cx−,Cy
+,Cy−の静電容量はほぼ等しくなる。
軸方向の力Fzを加えると、電極Dと固定電極Dz+と
の間のギャップが小さくなり、可変静電容量部Cz+の
静電容量が大きくなる。また、電極Dと固定電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−,との間のギャップは均等
に小さくなり可変静電容量部のCx+,Cx−,Cy
+,Cy−の静電容量はほぼ等しくなる。
【0016】以上のことから、可変静電容量部Cx+,
Cx−,Cy+,Cy−,Cz+の静電容量は三次空間
に加える力の大きさに対応して変化することが判った。
したがって、図6に示すような回路を構成すれば、操作
部20aに加える力の大きさと方向を、X,Y,Z軸方向
の成分の電圧変化として検出することができる。〔この静電容量式センサSの形態にすると、従来の形態
のものよりも安価に製造できることについて〕 従来の形
態のものでは可動電極板の下面を三次元的に形成しなけ
ればならないのに対して、この静電容量式センサSの形
態では半田層H1, H2の存在により可動電極板2の下面は
平面でよいものとなった。したがって、導電性ゴム部21
は導電性ゴム製の平板を打ち抜いて形成したものを使用
することができ、量産的にも、コスト的にも優れたもの
となった。 (他の実施形態) 上記実施形態1において、半田層H1, H2のうちいず
れか一方を省略しても同様に機能する。また、半田層H
1, H2のどちらか一方を、シルク印刷等によってインク
や塗料に置き換えても同様に機能する。 上記実施形態1の可動電極板2は、シリコンゴム部
20の下平面に平板状の導電性ゴム部21を固着したものと
してあるが、これに限定されることなく、シリコンゴム
部20の下平面に導電性インク層を形成したものでもよ
い。 上記実施形態1における接点用ランドL1, L2と半田
層H1, H2を、導電性塗料層や導電性接着材層に置き換え
てもよい。 上記実施形態1のような3軸の力成分を検出する必
要がない場合には、必要な軸に対応する電極だけを基板
1上に形成すればよい。
Cx−,Cy+,Cy−,Cz+の静電容量は三次空間
に加える力の大きさに対応して変化することが判った。
したがって、図6に示すような回路を構成すれば、操作
部20aに加える力の大きさと方向を、X,Y,Z軸方向
の成分の電圧変化として検出することができる。〔この静電容量式センサSの形態にすると、従来の形態
のものよりも安価に製造できることについて〕 従来の形
態のものでは可動電極板の下面を三次元的に形成しなけ
ればならないのに対して、この静電容量式センサSの形
態では半田層H1, H2の存在により可動電極板2の下面は
平面でよいものとなった。したがって、導電性ゴム部21
は導電性ゴム製の平板を打ち抜いて形成したものを使用
することができ、量産的にも、コスト的にも優れたもの
となった。 (他の実施形態) 上記実施形態1において、半田層H1, H2のうちいず
れか一方を省略しても同様に機能する。また、半田層H
1, H2のどちらか一方を、シルク印刷等によってインク
や塗料に置き換えても同様に機能する。 上記実施形態1の可動電極板2は、シリコンゴム部
20の下平面に平板状の導電性ゴム部21を固着したものと
してあるが、これに限定されることなく、シリコンゴム
部20の下平面に導電性インク層を形成したものでもよ
い。 上記実施形態1における接点用ランドL1, L2と半田
層H1, H2を、導電性塗料層や導電性接着材層に置き換え
てもよい。 上記実施形態1のような3軸の力成分を検出する必
要がない場合には、必要な軸に対応する電極だけを基板
1上に形成すればよい。
【0017】
【発明の効果】この発明は上記のような構成であるから
次の効果を有する。
次の効果を有する。
【0018】発明の実施の形態の欄から明らかなよう
に、可動電極板の下面を三次元的に形成しなくてもよい
ようになったから、静電容量式センサを安価に製造でき
るものとなった。
に、可動電極板の下面を三次元的に形成しなくてもよい
ようになったから、静電容量式センサを安価に製造でき
るものとなった。
【図1】この発明の実施形態1の静電容量式センサの組
み立て断面図。
み立て断面図。
【図2】前記静電容量式センサを構成する基板及び固定
電極等の平面図。
電極等の平面図。
【図3】前記静電容量式センサの回路図。
【図4】前記静電容量式センサの操作部にX軸方向の力
又はモーメントが生じたときの断面図。
又はモーメントが生じたときの断面図。
【図5】前記静電容量式センサの操作部にZ軸方向の力
が生じたときの断面図。
が生じたときの断面図。
【図6】前記静電容量式センサにおける可変静電容量部
の静電容量を電圧として出力するための回路図。
の静電容量を電圧として出力するための回路図。
【図7】先行技術の静電容量式センサの断面図。
D 電極 Dx+ 固定電極 Dx− 固定電極 Dy+ 固定電極 Dy− 固定電極 Dz+ 固定電極 H1 半田層 H2 半田層 1 基板 2 可動電極板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県大宮市桜木町4−244−1 都築ビ ル4階 Fターム(参考) 2F051 AB06 DA03 DB03
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上面に形成された固定電極群と、可
動電極板の下平面に形成された電極との間に設けられる
ギャップを、基板上に形成した半田層の厚みにより形成
したことを特徴とする静電容量式センサ。 - 【請求項2】 基板上面に形成された固定電極群と、可
動電極板の下平面に形成された電極との間に設けられる
ギャップを、基板上に形成した導電性エラストマー層又
は導電性接着材層により形成したことを特徴とする静電
容量式センサ。 - 【請求項3】 可動電極板側の電極が、導電性ゴム板又
は導電性エラストマー板により構成されていることを特
徴とする請求項1又は2記載の静電容量式センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000030002A JP2001221700A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 静電容量式センサ |
US09/778,527 US6940495B2 (en) | 2000-02-08 | 2001-02-07 | Variable capacitance type input device |
US11/173,407 US7391411B2 (en) | 2000-02-08 | 2005-07-01 | Capacitance type sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000030002A JP2001221700A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 静電容量式センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001221700A true JP2001221700A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=18555076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000030002A Pending JP2001221700A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 静電容量式センサ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6940495B2 (ja) |
JP (1) | JP2001221700A (ja) |
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
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JP2005003494A (ja) * | 2003-06-11 | 2005-01-06 | Sharp Corp | パネルセンサおよびこれを備えた情報機器 |
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JP4125931B2 (ja) * | 2002-08-26 | 2008-07-30 | 株式会社ワコー | 回転操作量の入力装置およびこれを利用した操作装置 |
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US9034666B2 (en) | 2003-12-29 | 2015-05-19 | Vladimir Vaganov | Method of testing of MEMS devices on a wafer level |
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