JP2001311671A - Force-detecting element and force sensor using the same - Google Patents

Force-detecting element and force sensor using the same

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JP2001311671A
JP2001311671A JP2000132012A JP2000132012A JP2001311671A JP 2001311671 A JP2001311671 A JP 2001311671A JP 2000132012 A JP2000132012 A JP 2000132012A JP 2000132012 A JP2000132012 A JP 2000132012A JP 2001311671 A JP2001311671 A JP 2001311671A
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和廣 岡田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a force size with a simple structure. SOLUTION: Resistors R1, R2 and R5 are formed on a substrate 110. A displacement-generating body 120 of an insulating silicone rubber is prepared, and a fixing part 123 at the outer periphery of the generating body 120 is fixed with a fixing member 130 onto the substrate 110. A disk-shaped acting part 121 is supported from the periphery by a thin flexible part 122. Conductors C1, C2 and C5 for contact are formed of a conductive silicon rubber in a bowl form to a lower face of the acting part 21. When a force is applied to an operating rod 125, the acting part 121 is displaced, the contact state between each of the conductors for contact and each of the resistors changes, the contact area changes. Since resistance values at both ends of each resistor decrease the contact area of the conductor for contact, increases, the direction and the size of the acting force and detected from the change of these resistance values.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は力検出子およびこれ
を用いた力センサに関し、特に、コンピュータゲームの
入力機器や小型電子機器などに用いるのに適した力検出
子およびこれを用いた力センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force detector and a force sensor using the same, and more particularly, to a force detector suitable for use in input devices of computer games and small electronic devices, and a force sensor using the same. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な力センサとしては、ピエゾ抵抗
素子、圧電素子、容量素子などを利用した種々のタイプ
のものが普及しているが、コンピュータゲーム用の入力
装置としては、構造が単純で安価なセンサが求められて
いる。このため、いわゆるジョイスティックなどのゲー
ム用入力装置としては、一対の端子間の機械的な接触を
電気的に検出するスイッチ式のセンサが広く普及してい
る。このようなスイッチ式のセンサは、一対の端子が接
触したか否かを検出する単純な構造を有し、製造コスト
も安価である。
2. Description of the Related Art As a general force sensor, various types utilizing a piezoresistive element, a piezoelectric element, a capacitive element and the like are widely used. However, as an input device for a computer game, a simple structure is used. Inexpensive sensors are required. For this reason, as a game input device such as a so-called joystick, a switch-type sensor that electrically detects mechanical contact between a pair of terminals is widely used. Such a switch-type sensor has a simple structure for detecting whether or not a pair of terminals are in contact with each other, and has a low manufacturing cost.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述したスイッチ式の
センサは、構造が単純で、安価であるというメリットを
有しているものの、外部からの力が加わったか否かとい
うON/OFFの二値状態しか検出することができな
い。もちろん、単純なコンピュータゲーム用の入力装置
としては、このようなON/OFFスイッチとしての機
能があれば十分な場合も多いが、最近は、コンピュータ
ゲームの内容も複雑化してきており、単なるON/OF
Fスイッチとしてではなく、操作者によって加えられた
力の大きさを検出できるセンサが望まれている。また、
近年、携帯電話や携帯電子端末などの小型電子機器の普
及もめざましく、このような小型電子機器用の入力装置
としても、操作量としての力の大きさを検出することが
できる安価な入力装置が望まれている。
The above-mentioned switch type sensor has the advantages of a simple structure and low cost, but it has a binary value of ON / OFF whether or not an external force is applied. Only the state can be detected. Of course, it is often sufficient for such a simple input device for a computer game to have such an ON / OFF switch function. However, recently, the content of the computer game has been complicated, and a simple ON / OFF switch has been used. OF
There is a need for a sensor that can detect the magnitude of the force applied by the operator, not as an F switch. Also,
In recent years, the spread of small electronic devices such as mobile phones and portable electronic terminals has been remarkable, and even as input devices for such small electronic devices, inexpensive input devices that can detect the magnitude of force as an operation amount have been developed. Is desired.

【0004】そこで本発明は、加えられた力の大きさを
検出することができ、構造が単純で安価な力検出子およ
び力センサを提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive force detector and a force sensor which can detect the magnitude of an applied force and have a simple structure.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第1の態
様は、XYZ三次元座標系におけるX軸方向に作用した
外力もしくは同等の押圧力を検出する力検出子におい
て、XYZ三次元座標系におけるXY平面に沿った上面
を有する基板と、この基板の上方に配置された作用部
と、この基板に固定された固定部と、作用部と固定部と
の間に形成された可撓部と、を有する変位生成体と、基
板の上面のほぼ中心位置に座標系の原点を定義したとき
に、基板の上面のX軸正領域およびX軸負領域にそれぞ
れ配置された第1の抵抗体および第2の抵抗体と、作用
部の下面の第1の抵抗体および第2の抵抗体にそれぞれ
対向する位置に配置された第1の接触用導電体および第
2の接触用導電体と、を設け、作用部に外力が作用した
ときに、可撓部が撓みを生じることにより、作用部の下
面が基板の上面に対して変位を生じ、この変位に基づい
て、第1の接触用導電体および第2の接触用導電体の第
1の抵抗体および第2の抵抗体に対する接触状態が変化
するように構成し、第1の接触用導電体および第2の接
触用導電体が、弾性変形する導電性材料から構成され、
かつ、第1の抵抗体および第2の抵抗体に対する接触状
態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状を有
し、この接触面の面積の変化に基づいて、作用部に対し
てX軸方向に作用した外力もしくは当該外力と同等の変
位を作用部に生じさせる押圧力を検出できるようにした
ものである。
(1) A first aspect of the present invention relates to a force detector for detecting an external force acting in the X-axis direction or an equivalent pressing force in an XYZ three-dimensional coordinate system. A substrate having an upper surface along an XY plane in a coordinate system, an operating portion disposed above the substrate, a fixing portion fixed to the substrate, and a flexible member formed between the operating portion and the fixing portion. And a first resistor disposed in the X-axis positive region and the X-axis negative region on the upper surface of the substrate, respectively, when the origin of the coordinate system is defined substantially at the center of the upper surface of the substrate. Body and a second resistor; a first contact conductor and a second contact conductor disposed at positions on the lower surface of the action portion facing the first resistor and the second resistor, respectively; When the external force acts on the action portion, the flexible portion bends. As a result, the lower surface of the action portion is displaced with respect to the upper surface of the substrate, and based on the displacement, the first resistor and the second resistor of the first contact conductor and the second contact conductor. The first contact conductor and the second contact conductor are made of a conductive material that is elastically deformed.
Further, it has a shape in which the area of the contact surface changes based on the change in the state of contact with the first resistor and the second resistor, and based on the change in the area of the contact surface, X It is possible to detect a pressing force that causes an external force acting in the axial direction or a displacement equivalent to the external force to the acting portion.

【0006】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る力検出子に、所定の検出回路を付加するこ
とによって力センサを構成するようにしたものである。
ここで、所定の検出回路は、第1の抵抗体上の「第1の
接触用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、第
2の抵抗体上の「第2の接触用導電体の接触位置」を挟
む2点間の抵抗値と、を比較することにより、X軸方向
に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出
する機能を有する。
(2) The second aspect of the present invention relates to the above-described first aspect.
A force sensor is configured by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to the aspect.
Here, the predetermined detection circuit includes a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the first contact conductor” on the first resistor and a “second contact” on the second resistor. It has a function of detecting an external force acting in the X-axis direction or a pressing force equivalent to the external force by comparing a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the conductor for use”.

【0007】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第2
の態様に係る力センサにおいて、第1の抵抗体と第2の
抵抗体とをX軸検出用接続点において直列接続すること
によりX軸検出用抵抗体を形成し、このX軸検出用抵抗
体の両端に所定の電圧を印加し、X軸検出用接続点の電
圧に相当する値を、X軸方向に作用した外力もしくは当
該外力と同等の押圧力の値として出力する検出回路を用
いるようにしたものである。
(3) The third aspect of the present invention is the above-described second aspect.
In the force sensor according to the aspect, the first resistor and the second resistor are connected in series at the connection point for X-axis detection to form an X-axis detection resistor, and the X-axis detection resistor is formed. A predetermined voltage is applied to both ends of the sensor, and a detection circuit that outputs a value corresponding to the voltage of the connection point for X-axis detection as an external force applied in the X-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force is used. It was done.

【0008】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1
の態様に係る力検出子において、基板の上面のY軸正領
域およびY軸負領域にそれぞれ配置された第3の抵抗体
および第4の抵抗体と、作用部の下面の第3の抵抗体お
よび第4の抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された
第3の接触用導電体および第4の接触用導電体と、を更
に設け、作用部の下面が基板の上面に対して生じる変位
に基づいて、第3の接触用導電体および第4の接触用導
電体の第3の抵抗体および第4の抵抗体に対する接触状
態が変化するように構成され、第3の接触用導電体およ
び第4の接触用導電体が、弾性変形する導電性材料から
構成され、かつ、第3の抵抗体および第4の抵抗体に対
する接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する
形状を有しており、この接触面の面積の変化に基づい
て、更に、作用部に対してY軸方向に作用した外力もし
くは当該外力と同等の変位を作用部に生じさせる押圧力
を検出できるようにしたものである。
(4) The fourth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the force detector according to the aspect, the third resistor and the fourth resistor are respectively disposed in the Y-axis positive region and the Y-axis negative region on the upper surface of the substrate, and the third resistor on the lower surface of the action portion. And a third contact conductor and a fourth contact conductor arranged at positions facing the fourth resistor, respectively, so that the lower surface of the action portion is displaced with respect to the upper surface of the substrate. The contact state of the third contact conductor and the fourth contact conductor with respect to the third resistor and the fourth resistor is changed based on the third contact conductor and the fourth contact conductor. The contact conductor of No. 4 is made of a conductive material that is elastically deformed, and has a shape in which the area of the contact surface changes based on a change in the state of contact with the third resistor and the fourth resistor. And, based on the change in the area of the contact surface, To those it can detect the pressing force that causes the action part of the external force or the force equivalent displacement action in the Y-axis direction.

【0009】(5) 本発明の第5の態様は、上述の第4
の態様に係る力検出子に、所定の検出回路を付加するこ
とによって力センサを構成するようにしたものである。
ここで、所定の検出回路は、第1の抵抗体上の「第1の
接触用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、第
2の抵抗体上の「第2の接触用導電体の接触位置」を挟
む2点間の抵抗値と、を比較することにより、X軸方向
に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出
する機能と、第3の抵抗体上の「第3の接触用導電体の
接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、第4の抵抗体上の
「第4の接触用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗
値と、を比較することにより、Y軸方向に作用した外力
もしくは当該外力と同等の押圧力を検出する機能とを有
している。
(5) The fifth aspect of the present invention relates to the above-described fourth aspect.
A force sensor is configured by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to the aspect.
Here, the predetermined detection circuit includes a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the first contact conductor” on the first resistor and a “second contact” on the second resistor. A function of detecting the external force applied in the X-axis direction or a pressing force equivalent to the external force by comparing the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the conductive body”. Resistance between two points sandwiching the “contact position of the third contact conductor” and the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the fourth contact conductor” on the fourth resistor And a function of detecting an external force applied in the Y-axis direction or a pressing force equivalent to the external force by comparing

【0010】(6) 本発明の第6の態様は、上述の第5
の態様に係る力センサにおいて、第1の抵抗体と第2の
抵抗体とをX軸検出用接続点において直列接続すること
によりX軸検出用抵抗体を形成し、このX軸検出用抵抗
体の両端に所定の電圧を印加し、X軸検出用接続点の電
圧に相当する値をX軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力の値として出力し、第3の抵抗体と
第4の抵抗体とをY軸検出用接続点において直列接続す
ることによりY軸検出用抵抗体を形成し、このY軸検出
用抵抗体の両端に所定の電圧を印加し、Y軸検出用接続
点の電圧に相当する値をY軸方向に作用した外力もしく
は当該外力と同等の押圧力の値として出力する検出回路
を用いるようにしたものである。
(6) The sixth aspect of the present invention is the above-mentioned fifth aspect.
In the force sensor according to the aspect, the first resistor and the second resistor are connected in series at the connection point for X-axis detection to form an X-axis detection resistor, and the X-axis detection resistor is formed. And outputs a value corresponding to the voltage of the X-axis detection connection point as an external force applied in the X-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. A Y-axis detection resistor is formed by connecting a fourth resistor in series at the Y-axis detection connection point, and a predetermined voltage is applied to both ends of the Y-axis detection resistor to form a Y-axis detection resistor. A detection circuit that outputs a value corresponding to the voltage at the connection point as an external force applied in the Y-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force is used.

【0011】(7) 本発明の第7の態様は、上述の第1
の態様に係る力検出子において、基板の上面に配置され
たZ軸用抵抗体と、作用部の下面のZ軸用抵抗体に対向
する位置に配置されたZ軸用接触用導電体とを更に設
け、作用部の下面が基板の上面に対して生じる変位に基
づいて、Z軸用接触用導電体のZ軸用抵抗体に対する接
触状態が変化するように構成され、Z軸用接触用導電体
が、弾性変形する導電性材料から構成され、かつ、Z軸
用抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面
積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変
化に基づいて、更に、作用部に対してZ軸方向に作用し
た外力もしくは当該外力と同等の変位を作用部に生じさ
せる押圧力を検出できるようにしたものである。
(7) A seventh aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the force detector according to the aspect, the Z-axis resistor disposed on the upper surface of the substrate and the Z-axis contact conductor disposed on the lower surface of the acting portion at a position facing the Z-axis resistor. And a contact state of the Z-axis contact conductor with respect to the Z-axis resistor is changed based on a displacement of the lower surface of the action portion with respect to the upper surface of the substrate. The body is made of a conductive material that is elastically deformed, and has a shape in which the area of the contact surface changes based on the change in the state of contact with the Z-axis resistor. Based on this, it is also possible to detect a pressing force that causes the acting portion to exert an external force acting on the acting portion in the Z-axis direction or a displacement equivalent to the external force.

【0012】(8) 本発明の第8の態様は、上述の第7
の態様に係る力検出子において、Z軸用抵抗体およびZ
軸用接触用導電体を、Z軸と交差する位置に配置するよ
うにしたものである。
(8) The eighth aspect of the present invention relates to the above-mentioned seventh aspect.
In the force detector according to the aspect, the Z-axis resistor and the Z-axis
The shaft contact conductor is arranged at a position crossing the Z axis.

【0013】(9) 本発明の第9の態様は、上述の第7
または第8の態様に係る力検出子において、基板の上面
に、所定の2点間の抵抗値が外力もしくは押圧力の影響
を受けずに一定となる参照用抵抗体を更に設けるように
したものである。
(9) The ninth aspect of the present invention is the above-mentioned seventh aspect.
Alternatively, in the force detector according to the eighth aspect, a reference resistor is further provided on the upper surface of the substrate such that a resistance value between two predetermined points is constant without being affected by an external force or a pressing force. It is.

【0014】(10) 本発明の第10の態様は、上述の第
9の態様に係る力検出子に、所定の検出回路を付加する
ことによって力センサを構成するようにしたものであ
る。ここで、所定の検出回路は、第1の抵抗体上の「第
1の接触用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値
と、第2の抵抗体上の「第2の接触用導電体の接触位
置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較することにより、
X軸方向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧
力を検出する機能と、Z軸用抵抗体上の「Z軸用接触用
導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、参照用抵
抗体上の「抵抗値が外力もしくは押圧力の影響を受けず
に一定」となる2点間の抵抗値と、を比較することによ
り、Z軸方向に作用した外力もしくは当該外力と同等の
押圧力を検出する機能とを有している。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, a force sensor is configured by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to the ninth aspect. Here, the predetermined detection circuit includes a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the first contact conductor” on the first resistor and a “second contact” on the second resistor. By comparing the resistance value between two points sandwiching the "contact position of the conductor for use",
A function of detecting an external force applied in the X-axis direction or a pressing force equivalent to the external force, a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the Z-axis contact conductor” on the Z-axis resistor, By comparing the resistance value between two points where the resistance value is constant without being affected by external force or pressing force on the reference resistor, the external force applied in the Z-axis direction or equivalent to the external force And a function of detecting the pressing force of the

【0015】(11) 本発明の第11の態様は、上述の第
10の態様に係る力センサにおいて、第1の抵抗体と第
2の抵抗体とをX軸検出用接続点において直列接続する
ことによりX軸検出用抵抗体を形成し、このX軸検出用
抵抗体の両端に所定の電圧を印加し、X軸検出用接続点
の電圧に相当する値をX軸方向に作用した外力もしくは
当該外力と同等の押圧力の値として出力し、Z軸用抵抗
体と参照用抵抗体とをZ軸検出用接続点において直列接
続することによりZ軸検出用抵抗体を形成し、このZ軸
検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加し、Z軸検出用
接続点の電圧に相当する値をZ軸方向に作用した外力も
しくは当該外力と同等の押圧力の値として出力する検出
回路を用いるようにしたものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the force sensor according to the tenth aspect, the first resistor and the second resistor are connected in series at a connection point for X-axis detection. Thus, an X-axis detection resistor is formed, a predetermined voltage is applied to both ends of the X-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage of the X-axis detection connection point is applied to an external force applied in the X-axis direction or A pressing force value equivalent to the external force is output, and the Z-axis resistor and the reference resistor are connected in series at the Z-axis detecting connection point to form a Z-axis detecting resistor. A detection circuit that applies a predetermined voltage to both ends of the detection resistor and outputs a value corresponding to the voltage of the Z-axis detection connection point as an external force applied in the Z-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. It is intended to be used.

【0016】(12) 本発明の第12の態様は、上述の第
4の態様に係る力検出子において、基板の上面に配置さ
れたZ軸用抵抗体と、作用部の下面のZ軸用抵抗体に対
向する位置に配置されたZ軸用接触用導電体とを更に設
け、作用部の下面が基板の上面に対して生じる変位に基
づいて、Z軸用接触用導電体のZ軸用抵抗体に対する接
触状態が変化するように構成され、Z軸用接触用導電体
が、弾性変形する導電性材料から構成され、かつ、Z軸
用抵抗体に対する接触状態の変化に基づいて接触面の面
積が変化する形状を有しており、この接触面の面積の変
化に基づいて、更に、Z軸方向に作用した外力もしくは
当該外力と同等の押圧力を検出できるようにしたもので
ある。
(12) A twelfth aspect of the present invention is the force detector according to the fourth aspect described above, wherein the Z-axis resistor disposed on the upper surface of the substrate and the Z-axis resistor on the lower surface of the action portion are provided. And a Z-axis contact conductor disposed at a position facing the resistor, wherein the Z-axis contact conductor is disposed on the Z-axis contact conductor based on a displacement of the lower surface of the operating portion with respect to the upper surface of the substrate. The contact state with the resistor is configured to change, the Z-axis contact conductor is made of a conductive material that is elastically deformed, and the contact surface of the contact surface is changed based on the change in the contact state with the Z-axis resistor. It has a shape in which the area changes, and based on the change in the area of the contact surface, an external force applied in the Z-axis direction or a pressing force equivalent to the external force can be detected.

【0017】(13) 本発明の第13の態様は、上述の第
12の態様に係る力検出子において、Z軸用抵抗体およ
びZ軸用接触用導電体を、Z軸と交差する位置に配置す
るようにしたものである。
(13) A thirteenth aspect of the present invention is the force detector according to the twelfth aspect, wherein the Z-axis resistor and the Z-axis contact conductor are located at positions intersecting the Z-axis. They are arranged.

【0018】(14) 本発明の第14の態様は、上述の第
12または第13の態様に係る力検出子において、基板
の上面に、所定の2点間の抵抗値が外力もしくは押圧力
の影響を受けずに一定となる参照用抵抗体を更に設ける
ようにしたものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the force detector according to the twelfth or thirteenth aspect, the resistance value between two predetermined points on the upper surface of the substrate is equal to the external force or the pressing force. A reference resistor which is constant without being affected is further provided.

【0019】(15) 本発明の第15の態様は、上述の第
14の態様に係る力検出子に、所定の検出回路を付加す
ることによって力センサを構成するようにしたものであ
る。ここで、所定の検出回路は、第1の抵抗体上の「第
1の接触用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値
と、第2の抵抗体上の「第2の接触用導電体の接触位
置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較することにより、
X軸方向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧
力を検出する機能と、第3の抵抗体上の「第3の接触用
導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、第4の抵
抗体上の「第4の接触用導電体の接触位置」を挟む2点
間の抵抗値と、を比較することにより、Y軸方向に作用
した外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出する機
能と、Z軸用抵抗体上の「Z軸用接触用導電体の接触位
置」を挟む2点間の抵抗値と、参照用抵抗体上の「抵抗
値が外力もしくは押圧力の影響を受けずに一定」となる
2点間の抵抗値と、を比較することにより、Z軸方向に
作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力を機能と
を有している。
(15) In a fifteenth aspect of the present invention, a force sensor is configured by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to the fourteenth aspect. Here, the predetermined detection circuit includes a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the first contact conductor” on the first resistor and a “second contact” on the second resistor. By comparing the resistance value between two points sandwiching the "contact position of the conductor for use",
A function of detecting an external force applied in the X-axis direction or a pressing force equivalent to the external force, a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the third contact conductor” on the third resistor, By comparing the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the fourth contact conductor” on the fourth resistor, an external force acting in the Y-axis direction or a pressing force equivalent to the external force is applied. And a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the Z-axis contact conductor” on the Z-axis resistor, and a “resistance value of external force or pressing force” on the reference resistor. By comparing the resistance value between two points that are “constant without being affected”, the external force acting in the Z-axis direction or a pressing force equivalent to the external force is provided.

【0020】(16) 本発明の第16の態様は、上述の第
15の態様に係る力センサにおいて、第1の抵抗体と第
2の抵抗体とをX軸検出用接続点において直列接続する
ことによりX軸検出用抵抗体を形成し、このX軸検出用
抵抗体の両端に所定の電圧を印加し、X軸検出用接続点
の電圧に相当する値をX軸方向に作用した外力もしくは
当該外力と同等の押圧力の値として出力し、第3の抵抗
体と第4の抵抗体とをY軸検出用接続点において直列接
続することによりY軸検出用抵抗体を形成し、このY軸
検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加し、Y軸検出用
接続点の電圧に相当する値をY軸方向に作用した外力も
しくは当該外力と同等の押圧力の値として出力し、Z軸
用抵抗体と参照用抵抗体とをZ軸検出用接続点において
直列接続することによりZ軸検出用抵抗体を形成し、こ
のZ軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加し、Z軸
検出用接続点の電圧に相当する値をZ軸方向に作用した
外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値として出力す
る検出回路を用いるようにしたものである。
(16) In a sixteenth aspect of the present invention, in the force sensor according to the fifteenth aspect, the first resistor and the second resistor are connected in series at a connection point for X-axis detection. Thus, an X-axis detection resistor is formed, a predetermined voltage is applied to both ends of the X-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage of the X-axis detection connection point is applied to an external force applied in the X-axis direction or A value of the pressing force equivalent to the external force is output, and a third resistor and a fourth resistor are connected in series at a Y-axis detection connection point to form a Y-axis detection resistor. A predetermined voltage is applied to both ends of the axis detecting resistor, and a value corresponding to the voltage at the Y-axis detecting connection point is output as an external force acting in the Y-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. The axis resistor and the reference resistor are connected in series at the Z-axis detection connection point. A Z-axis detection resistor is formed, a predetermined voltage is applied to both ends of the Z-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage of the Z-axis detection connection point is applied to an external force applied in the Z-axis direction or the external force. A detection circuit that outputs a value of a pressing force equivalent to an external force is used.

【0021】(17) 本発明の第17の態様は、上述の第
1〜第16の態様に係る力検出子または力センサにおい
て、作用部の上面に操作桿を設け、この操作桿を介して
与えられた外力によって作用部の下面が基板の上面に対
して変位を生じるように構成し、操作桿に加えられた外
力の検出ができるようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the force detector or the force sensor according to the above-described first to sixteenth aspects, an operation rod is provided on the upper surface of the action portion, and the operation rod is provided via the operation rod. The lower surface of the action portion is configured to be displaced with respect to the upper surface of the substrate by the applied external force, so that the external force applied to the operation rod can be detected.

【0022】(18) 本発明の第18の態様は、上述の第
1〜第16の態様に係る力検出子または力センサにおい
て、作用部の上面に複数の指標を配置し、個々の指標位
置に加えられた押圧力によて作用部の下面が基板の上面
に対して変位を生じるように構成し、どの指標位置にど
れだけの押圧力が加えられたかを検出できるようにした
ものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the force detector or the force sensor according to the above-described first to sixteenth aspects, a plurality of indices are arranged on the upper surface of the action section, and each index position is The lower surface of the acting portion is displaced relative to the upper surface of the substrate by the pressing force applied to the substrate, so that it is possible to detect how much pressing force is applied to which index position. .

【0023】(19) 本発明の第19の態様は、上述の第
1〜第16の態様に係る力検出子または力センサにおい
て、作用部に重錘体を接合し、この重錘体に作用した加
速度に基づいて作用部に外力が作用するように構成し、
作用した外力を検出することにより、作用した加速度を
検出できるようにしたものである。
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the force detector or the force sensor according to any one of the first to sixteenth aspects, a weight is joined to the action portion to act on the weight. Configured so that an external force acts on the action portion based on the acceleration obtained,
By detecting the applied external force, the applied acceleration can be detected.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings.

【0025】§1.基本的な実施形態に係る力検出子の
構造 図1は、本発明の基本的な実施形態に係る力検出子の構
造を示す側断面図である。この力検出子は、XYZ三次
元座標系において作用した外力のX軸方向,Y軸方向,
Z軸方向の各成分をそれぞれ独立して検出する機能を有
しており、主たる構成要素は、図示のとおり、基板11
0、変位生成体120、固定部材130である。ここで
は、説明の便宜上、基板110の上面のほぼ中心位置
に、XYZ三次元座標系の原点Oを定義し、基板110
の上面がXY平面に沿って配置されているものとする。
図1に示す座標系では、図の右方向にX軸、図の上方向
にZ軸、紙面に垂直下方にY軸が定義されている。
§1. Of the force detector according to the basic embodiment
Structure FIG. 1 is a side sectional view showing a structure of a force detector according to a basic embodiment of the present invention. The force detector detects the external force acting on the XYZ three-dimensional coordinate system in the X-axis direction, the Y-axis direction,
It has a function of independently detecting each component in the Z-axis direction, and the main components are, as shown in FIG.
0, the displacement generator 120, and the fixed member 130. Here, for convenience of explanation, the origin O of the XYZ three-dimensional coordinate system is defined at substantially the center of the upper surface of the substrate 110,
Are arranged along the XY plane.
In the coordinate system shown in FIG. 1, the X axis is defined in the right direction of the figure, the Z axis is defined in the upward direction of the figure, and the Y axis is defined in the downward direction perpendicular to the page.

【0026】基板110は、上述のとおり、XY平面に
沿った上面を有する平板状の剛体からなる基板であり、
この実施形態では、ガラスエポキシ基板が用いられてい
る。本発明を実施する上で、基板110の材質は特に限
定されるものではなく、後述する力の作用を受けても変
形しないだけの十分な剛性を有する基板であれば、どの
ようなものを用いてもかまわない。ただし、上面には互
いに電気的に独立した複数の抵抗体を形成する必要があ
るため、少なくとも抵抗体の形成面には絶縁性をもたせ
ておく必要がある。したがって、実用上は、絶縁性材料
からなるガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、ガラス
基板などを用いるのが好ましい。もちろん、金属板を基
板110として用いることも可能であるが、この場合、
少なくとも上面の抵抗体形成部分には、絶縁膜を形成す
る必要がある。
As described above, the substrate 110 is a flat rigid substrate having an upper surface along the XY plane.
In this embodiment, a glass epoxy substrate is used. In practicing the present invention, the material of the substrate 110 is not particularly limited, and any material may be used as long as the substrate has sufficient rigidity so as not to be deformed even under the action of a force described later. It doesn't matter. However, since it is necessary to form a plurality of resistors electrically independent from each other on the upper surface, it is necessary that at least the surface on which the resistors are formed has an insulating property. Therefore, in practice, it is preferable to use a glass epoxy substrate, a polyimide substrate, a glass substrate, or the like made of an insulating material. Of course, a metal plate can be used as the substrate 110, but in this case,
It is necessary to form an insulating film on at least the resistor forming portion on the upper surface.

【0027】図2は、この基板110の上面図であり、
一点鎖線の矩形は、この上に配置される変位生成体12
0の位置を示している。図1に示されている基板110
の断面は、図2に示す基板110をX軸に沿って切断し
た断面である。基板110の上面は、XYZ三次元座標
系のXY平面に含まれ、その中心に原点Oが定義されて
いる。図示の通り、この基板110の上面には、6つの
抵抗体R1〜R6が形成されている。これらの抵抗体R
1〜R6は、この実施形態の場合、いずれも平板状のカ
ーボンからなる抵抗体である。本発明に用いる抵抗体
は、後述する測定に適した抵抗値を有する材質であれ
ば、どのような材質のものを用いてもよく、また、どの
ような形状のものを用いてもよいが、実用上は、カーボ
ンなどの材料を用いて、基板110の上面に印刷により
形成することができる平板状の抵抗体を用いるのが好ま
しい。
FIG. 2 is a top view of the substrate 110.
The dashed-dotted rectangle indicates the displacement generator 12 disposed thereon.
The position of 0 is shown. The substrate 110 shown in FIG.
Is a cross section obtained by cutting the substrate 110 shown in FIG. 2 along the X-axis. The upper surface of the substrate 110 is included in the XY plane of the XYZ three-dimensional coordinate system, and the origin O is defined at the center. As shown, six resistors R1 to R6 are formed on the upper surface of the substrate 110. These resistors R
In this embodiment, 1 to R6 are resistors made of flat carbon. The resistor used in the present invention may be of any material as long as it has a resistance value suitable for measurement described below, and may be of any shape. Practically, it is preferable to use a plate-shaped resistor that can be formed on the upper surface of the substrate 110 by printing using a material such as carbon.

【0028】ここで、重要な点は、これら抵抗体R1〜
R6の配置である。図示のとおり、第1の抵抗体R1は
基板110の上面のX軸正領域に配置されており、第2
の抵抗体R2は基板110の上面のX軸負領域に配置さ
れており、第3の抵抗体R3は基板110の上面のY軸
正領域に配置されており、第4の抵抗体R4は基板11
0の上面のY軸負領域に配置されている。これら4枚の
抵抗体R1〜R4は、いずれも同一の大きさをもった長
方形状をしており、X軸もしくはY軸に関して線対称と
なるように配置されている。また、原点Oと各抵抗体R
1〜R4との距離も同一となるように配置されている。
後述するように、第1の抵抗体R1および第2の抵抗体
R2は、作用した外力のX軸方向成分の検出に用いら
れ、第3の抵抗体R3および第4の抵抗体R4は、作用
した外力のY軸方向成分の検出に用いられる。
The important point here is that these resistors R1 to R1
This is the arrangement of R6. As shown in the drawing, the first resistor R1 is disposed in the X-axis positive region on the upper surface of the substrate 110,
The resistor R2 is disposed in a negative X-axis region on the upper surface of the substrate 110, the third resistor R3 is disposed in a positive Y-axis region on the upper surface of the substrate 110, and the fourth resistor R4 is disposed on the substrate 110. 11
It is arranged in the Y-axis negative region on the upper surface of the zero. Each of the four resistors R1 to R4 has a rectangular shape having the same size, and is arranged to be line-symmetric with respect to the X axis or the Y axis. Also, the origin O and each resistor R
The distances from 1 to R4 are also the same.
As will be described later, the first resistor R1 and the second resistor R2 are used for detecting an X-axis direction component of the applied external force, and the third resistor R3 and the fourth resistor R4 operate It is used for detecting the Y-axis direction component of the external force.

【0029】一方、第5の抵抗体R5および第6の抵抗
体R6は、互いに同一の大きさをもった正方形状をした
平板状抵抗体である。ここで、第5の抵抗体R5は、そ
の中心点が原点Oの位置にくるように配置されているの
に対して、第6の抵抗体R6は、これら抵抗体群の右下
あたりに配置されている。後述するように、第5の抵抗
体R5および第6の抵抗体R6は、作用した外力のZ軸
方向成分の検出に用いられる。ただし、Z軸方向成分の
本来の検出値は第5の抵抗体R5から得られ、第6の抵
抗体R6は、標準となる抵抗値の参照用として用いられ
るにすぎない。したがって、ここでは、第5の抵抗体R
5を「Z軸用抵抗体」と呼び、第6の抵抗体R6を「参
照用抵抗体」と呼ぶことにする。Z軸用抵抗体R5は、
原理的には、基板110の上面のどの位置に配置しても
かまわないが、検出感度を高める上では、原点Oの位置
(Z軸に交差する位置)に配置するのが好ましい。これ
は、本実施形態に係る変位生成体120の構造上、その
中心部分(Z軸に交差する部分)における変位が最も大
きくなるためである。これに対して、参照用抵抗体R6
は、単に抵抗値を参照するために利用される抵抗体であ
るので、基板110上の任意の位置に配置してかまわな
い。
On the other hand, the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 are square plate-shaped resistors having the same size as each other. Here, the fifth resistor R5 is arranged so that its center point is located at the position of the origin O, whereas the sixth resistor R6 is arranged at the lower right of these resistor groups. Have been. As will be described later, the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 are used for detecting the Z-axis direction component of the applied external force. However, the original detection value of the Z-axis direction component is obtained from the fifth resistor R5, and the sixth resistor R6 is used only as a reference for a standard resistance value. Therefore, here, the fifth resistor R
5 is called a "Z-axis resistor", and the sixth resistor R6 is called a "reference resistor". The Z-axis resistor R5 is
In principle, it may be placed at any position on the upper surface of the substrate 110, but it is preferable to be placed at the position of the origin O (position intersecting the Z axis) in order to enhance detection sensitivity. This is because, due to the structure of the displacement generator 120 according to the present embodiment, the displacement at the central portion (the portion that intersects the Z axis) is the largest. On the other hand, the reference resistor R6
Is a resistor simply used to refer to a resistance value, and may be arranged at an arbitrary position on the substrate 110.

【0030】一方、変位生成体120は、この基板11
0の上面に配置される部材である。この変位生成体12
0の上面図を図3に、下面図を図4にそれぞれ示す。図
3および図4に示す変位生成体120をX軸に沿って切
断した断面が、図1に示されていることになる。図1に
示されているように、変位生成体120は、内側に位置
する円盤状の作用部121と、その周囲の可撓部122
と、外側の固定部123と、を有し、更に、作用部12
1の上面中央部には、Z軸を中心軸とした円柱状の操作
桿125が形成されている。図1の側断面図に示されて
いるように、変位生成体120の上面には、作用部12
1、可撓部122、固定部123による段差構造が形成
されており、下面には、空洞部Vが形成されている。変
位生成体120の上面は必ずしもこのような段差構造に
する必要はないが、図示の例の場合、作用部121と可
撓部122との間の段差構造は、可撓部122の肉厚を
薄くするために貢献している。すなわち、作用部121
の肉厚に対して、可撓部122の肉厚を薄く設定するこ
とにより、可撓部122に可撓性をもたせている。ま
た、可撓部122と固定部123との間の段差構造は、
固定部123を固定部材130によって固定するための
便宜である。
On the other hand, the displacement generating body 120
0 is a member arranged on the upper surface. This displacement generator 12
3 is a top view, and FIG. 4 is a bottom view thereof. A cross section of the displacement generator 120 shown in FIGS. 3 and 4 taken along the X axis is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the displacement generating body 120 includes a disc-shaped acting portion 121 located inside and a flexible portion 122 around the acting portion 121.
And an outer fixed portion 123.
A column-shaped operation rod 125 having a Z-axis as a central axis is formed in a central portion of the upper surface of 1. As shown in the cross-sectional side view of FIG.
1, a stepped structure is formed by the flexible portion 122 and the fixed portion 123, and a cavity V is formed on the lower surface. Although the upper surface of the displacement generator 120 does not necessarily have to have such a stepped structure, in the case of the illustrated example, the stepped structure between the action portion 121 and the flexible portion 122 reduces the thickness of the flexible portion 122. It contributes to thinning. That is, the operation unit 121
By setting the thickness of the flexible portion 122 to be thinner than the thickness of the flexible portion 122, the flexible portion 122 has flexibility. The step structure between the flexible part 122 and the fixed part 123 is as follows.
This is a convenience for fixing the fixing portion 123 by the fixing member 130.

【0031】本発明における変位生成体120には、こ
のように、作用部121、可撓部122、固定部123
の3つの部分を設ける必要がある。ここで、作用部12
1は、基板110の上方に配置され、外力の作用により
変位を生じるような構造をもっていれば、基本的にはど
のような形態のものでもかまわないが、後述するよう
に、その下面には複数の接触用導電体を所定位置(各抵
抗体に対向する位置)に取り付ける必要があるので、こ
の接触用導電体の取り付けに適した下面を有する盤状形
態とするのが好ましい。作用部121は完全な剛体であ
る必要はないが、可撓部122に比べれば、ある程度の
剛性を有するのが好ましく、この実施形態では、可撓部
122の肉厚に比べて、作用部121の肉厚を厚くする
ことによりある程度の剛性をもたせるようにしている。
As described above, the displacement generator 120 according to the present invention includes the action section 121, the flexible section 122, and the fixed section 123.
Need to be provided. Here, the action section 12
1 may be basically in any form as long as it is disposed above the substrate 110 and has a structure that generates displacement by the action of an external force. It is necessary to mount the contact conductor at a predetermined position (a position facing each resistor). Therefore, it is preferable to adopt a disk-like form having a lower surface suitable for attaching the contact conductor. The action portion 121 does not need to be a completely rigid body, but preferably has a certain degree of rigidity as compared with the flexible portion 122. In this embodiment, the action portion 121 has a greater thickness than the thickness of the flexible portion 122. By increasing the wall thickness, a certain degree of rigidity is imparted.

【0032】固定部123は、変位生成体120を基板
110に固定するための部分であり、図示の例では、固
定部123の下面が基板110の上面に直接接触した状
態となっている。固定部材130は、固定部123を基
板110に固定する機能を果たす部材であり、基板11
0および変位生成体120をその外周部分から取り巻く
構造を有し、固定部123の上面と基板110の下面と
を挟持した状態を保つ。なお、固定部123は、必ずし
も基板110に直接固定する必要はなく、固定部123
と基板110との間に、何らかの中間部材を介して間接
的に固定するようにしてもかまわない。
The fixing portion 123 is a portion for fixing the displacement generator 120 to the substrate 110. In the illustrated example, the lower surface of the fixing portion 123 is in direct contact with the upper surface of the substrate 110. The fixing member 130 is a member having a function of fixing the fixing portion 123 to the substrate 110, and
It has a structure that surrounds the zero and displacement generator 120 from its outer peripheral portion, and keeps the upper surface of the fixed part 123 and the lower surface of the substrate 110 sandwiched therebetween. Note that the fixing portion 123 does not necessarily need to be directly fixed to the substrate 110,
It may be indirectly fixed between the substrate and the substrate 110 via some intermediate member.

【0033】可撓部122は、作用部121と固定部1
23との間に形成され、可撓性をもった部分である。こ
の可撓部122が可撓性を有しているため、作用部12
1に外力が作用すると、可撓部122に撓みが生じ、作
用部121が基板110に対して変位を生じることにな
る。外力は、実際には操作桿125に対して与えられ
る。たとえば、この力検出子をコンピュータゲーム用の
ジョイスティックの部品として利用するのであれば、操
作者が操作桿125を操作することにより与えられる外
力は、操作桿125から作用部121を介して可撓部1
22へと伝達され、可撓部122がこの外力に応じた撓
みを生じ、作用部121が変位することになる。可撓部
122の可撓性の程度は、操作者の加える力の大きさと
作用部121に生じる変位の大きさとの関係を定めるパ
ラメータとなる。なお、図示の例では、空洞部Vの外形
を矩形にしているが、空洞部Vの外形を円形にしてもよ
い。この場合、可撓部122は円環状(ドーナツ状)に
なる。
The flexible section 122 is composed of the action section 121 and the fixed section 1.
23, and has flexibility. Since the flexible portion 122 has flexibility, the action portion 12
When an external force acts on 1, the flexible portion 122 is bent, and the acting portion 121 is displaced with respect to the substrate 110. The external force is actually given to the operation rod 125. For example, if this force detector is used as a part of a joystick for a computer game, an external force given by the operator operating the operation rod 125 is transmitted from the operation rod 125 to the flexible part via the action part 121. 1
The flexible portion 122 is bent in accordance with the external force, and the action portion 121 is displaced. The degree of flexibility of the flexible part 122 is a parameter that determines the relationship between the magnitude of the force applied by the operator and the magnitude of the displacement generated in the action part 121. In the illustrated example, the outer shape of the hollow portion V is rectangular, but the outer shape of the hollow portion V may be circular. In this case, the flexible portion 122 has an annular shape (a donut shape).

【0034】この実施形態では、絶縁性シリコンゴムを
一体成型することにより、変位生成体120の全体を構
成しており、作用部121、可撓部122、固定部12
3、操作桿125はいずれも絶縁性シリコンゴムから構
成されている。本発明に用いる変位生成体120では、
少なくとも可撓部122が可撓性をもっていればよいの
で、変位生成体120の各部をそれぞれ異なる材質で構
成することも可能である。ただし、製造コストを低減す
る上では、変位生成体120の全体を絶縁性シリコンゴ
ムなどの同一材料による一体成型品で構成するのが好ま
しい。
In this embodiment, the entire displacement generator 120 is formed by integrally molding insulating silicon rubber, and the action portion 121, the flexible portion 122, and the fixed portion 12 are formed.
3. The operation rod 125 is made of insulating silicon rubber. In the displacement generator 120 used in the present invention,
Since at least the flexible part 122 only needs to have flexibility, each part of the displacement generator 120 can be made of a different material. However, in order to reduce the manufacturing cost, it is preferable that the entirety of the displacement generator 120 be formed as an integrally molded product of the same material such as insulating silicon rubber.

【0035】図3の上面図に破線で示す部分は、変位生
成体120の下面に形成された空洞部Vである。図4の
下面図に示すように、この空洞部Vの内側には、5つの
接触用導電体C1〜C5が収容されている。接触用導電
体C1〜C5は、いずれも椀状(より正確に言えば、接
触用導電体C1〜C4は半球状、接触用導電体C5は半
楕円体状)をしており、弾性変形する導電性材料によっ
て構成されている。ここでは、弾性変形する導電性材料
として、導電性シリコンゴムを用いており、接触用導電
体C1〜C5は、いずれも導電性シリコンゴムを椀状に
成型し、変位生成体120の下面に接着したものであ
る。ここで、これら接触用導電体C1〜C5の配置は重
要である。すなわち、接触用導電体C1〜C5は、それ
ぞれ抵抗体R1〜R5に対向する位置に配置されてい
る。図1の側断面図には、接触用導電体C1,C2,C
5が、それぞれ抵抗体R1,R2,R5に対向する位置
に配置されている様子が明瞭に示されている。この実施
形態では、何ら外力が作用しない状態において、各接触
用導電体C1〜C5がその下端点において、各抵抗体R
1〜R5の上面にほぼ点接触するような状態となるよう
に、両者の距離が設定されている。なお、参照用抵抗体
R6に対向する位置には、何ら接触用導電体は設けられ
ていない。これは、前述したように、参照用抵抗体R6
が抵抗値を参照するために利用される抵抗体であるため
である。
A portion shown by a broken line in the top view of FIG. 3 is a cavity V formed on the lower surface of the displacement generator 120. As shown in the bottom view of FIG. 4, five contact conductors C1 to C5 are accommodated inside the hollow portion V. Each of the contact conductors C1 to C5 is bowl-shaped (more precisely, the contact conductors C1 to C4 are hemispherical, and the contact conductor C5 is semielliptical), and are elastically deformed. It is made of a conductive material. Here, conductive silicon rubber is used as the conductive material that is elastically deformed, and each of the contact conductors C1 to C5 is formed by molding conductive silicon rubber into a bowl shape and bonded to the lower surface of the displacement generator 120. It was done. Here, the arrangement of the contact conductors C1 to C5 is important. That is, the contact conductors C1 to C5 are arranged at positions facing the resistors R1 to R5, respectively. In the side sectional view of FIG. 1, the contact conductors C1, C2, C
5 is clearly shown at a position facing the resistors R1, R2, and R5, respectively. In this embodiment, in the state where no external force acts, each of the contact conductors C1 to C5 is connected to each of the resistors R
The distance between the two is set so that the upper surfaces of 1 to R5 are almost in point contact with each other. It should be noted that no contact conductor is provided at a position facing the reference resistor R6. This is because, as described above, the reference resistor R6
Is a resistor used to refer to the resistance value.

【0036】上述したように、操作桿125に外力が作
用すると、可撓部122に撓みが生じ、作用部121の
下面が基板110の上面に対して変位を生じることにな
る。このような変位が生じると、各接触用導電体の各抵
抗体に対する接触状態が変化する。より具体的には、各
接触用導電体の各抵抗体に対する接触面の面積が変化す
ることになる。本発明に係る力検出子の基本原理は、こ
のような接触面の面積を抵抗体の抵抗値の変化として検
出し、作用した外力の大きさを求めようとする点にあ
る。以下、作用した外力の各座標軸方向成分を検出する
基本原理を述べる。
As described above, when an external force acts on the operating rod 125, the flexible portion 122 is bent, and the lower surface of the operating portion 121 is displaced with respect to the upper surface of the substrate 110. When such a displacement occurs, the contact state of each conductor for contact with each resistor changes. More specifically, the area of the contact surface of each contact conductor with respect to each resistor changes. The basic principle of the force detector according to the present invention is that the area of such a contact surface is detected as a change in the resistance value of the resistor, and the magnitude of the applied external force is determined. Hereinafter, the basic principle of detecting the components of the applied external force in the direction of each coordinate axis will be described.

【0037】§2.基本的な実施形態に係る力検出子の
動作原理 いま、図5(a) の側断面図に示されているように、基板
110の上面に1枚の抵抗体Rが形成され、作用部12
1の下面に半球状の接触用導電体Cが形成されているも
のとしよう。このとき、接触用導電体Cは、その下端点
において、抵抗体Rの中心にほぼ点接触している状態で
あるとする。図5(b) は、このときの抵抗体Rの上面図
であり、中心位置に示す黒丸Sは、接触用導電体Cの接
触面を示している。このように、接触用導電体Cの下端
点が抵抗体Rの表面にほぼ点接触している状態では、接
触面Sは点に近い微小円となる。
§2. Of the force detector according to the basic embodiment
Operating principle Now, as shown in the side sectional view of FIG. 5 (a), 1 sheet of the resistor R is formed on the upper surface of the substrate 110, the action part 12
It is assumed that a hemispherical contact conductor C is formed on the lower surface of the contact conductor 1. At this time, it is assumed that the contact conductor C is substantially in point contact with the center of the resistor R at the lower end point. FIG. 5B is a top view of the resistor R at this time, and the black circle S shown at the center position indicates the contact surface of the contact conductor C. As described above, when the lower end point of the contact conductor C is almost in point contact with the surface of the resistor R, the contact surface S is a minute circle close to a point.

【0038】さて、ここで、図5(b) に示すように、抵
抗体Rの左右両端から配線を引き出し、これらの配線の
端部に端子T1,T2を接続し、この両端子T1,T2
間の抵抗値を測定してみたとする。別言すれば、抵抗体
R上の「接触用導電体Cの接触位置(接触面S)」を挟
む2点間の抵抗値が測定されることになる。この場合、
接触面Sは点に近い微小円であるため、測定される抵抗
値に、接触用導電体Cはほとんど影響を及ぼすことはな
く、測定により得られる抵抗値は、抵抗体Rがもってい
る本来の抵抗値に近い値ということになる。図5(c)
は、このような測定系の等価回路である。接触用導電体
Cから下方に伸びた矢印は抵抗体Rの中央の点に接触し
ているだけであり、両端子T1,T2間には、抵抗体R
の本来の抵抗値が現れるだけである。
Now, as shown in FIG. 5 (b), wires are drawn out from the left and right ends of the resistor R, and terminals T1 and T2 are connected to the ends of these wires.
Suppose that the resistance value between them was measured. In other words, the resistance value between two points sandwiching the “contact position (contact surface S) of the contact conductor C” on the resistor R is measured. in this case,
Since the contact surface S is a small circle close to a point, the contact conductor C hardly affects the resistance value to be measured, and the resistance value obtained by the measurement is the original resistance of the resistor R. This means a value close to the resistance value. Fig. 5 (c)
Is an equivalent circuit of such a measurement system. The arrow extending downward from the contact conductor C only contacts the center point of the resistor R, and the resistor R is located between the terminals T1 and T2.
Only the original resistance value of.

【0039】これに対して、図6(a) の側断面図に示さ
れているように、作用部121に対して、図の下方への
力−Fz(−Z軸方向への力)が加わった場合を考えて
みる。この場合、作用部121の下面が下方へ変位する
ことになり、接触用導電体Cに対して、−Z軸方向の押
圧力が加わる。接触用導電体Cは、弾性変形する導電性
材質(この例の場合、導電性シリコンゴム)から構成さ
れているため、この押圧力により図のように押し潰され
た状態となり、抵抗体Rに対する接触状態が変化する。
接触用導電体Cの形状は、このような接触状態の変化に
基づいて接触面の面積が変化する形状(この例では、半
球状)となっているため、図示のように、接触用導電体
Cが上下方向に潰れた状態になると、接触面の面積が増
加する。図6(b) は、このときの抵抗体Rの上面図であ
り、円Sは、接触用導電体Cの接触面を示している。な
お、この円Sの内部に描かれている同心円は、抵抗体R
の表面に加わる圧力分布を示す等圧線である。すなわ
ち、接触圧は円Sの中心ほど大きくなる。
On the other hand, as shown in the side sectional view of FIG. 6A, a downward force -Fz (force in the -Z axis direction) is applied to the acting portion 121 in the figure. Consider the case of joining. In this case, the lower surface of the action portion 121 is displaced downward, and a pressing force in the −Z axis direction is applied to the contact conductor C. Since the contact conductor C is made of a conductive material (conductive silicon rubber in this example) that is elastically deformed, the contact conductor C is crushed as shown in FIG. The contact state changes.
The shape of the contact conductor C is a shape in which the area of the contact surface changes (a hemisphere in this example) based on such a change in the contact state. When C is crushed in the vertical direction, the area of the contact surface increases. FIG. 6B is a top view of the resistor R at this time, and a circle S indicates a contact surface of the conductor C for contact. The concentric circle drawn inside the circle S is a resistor R
2 is an isobar showing the distribution of pressure applied to the surface of the. That is, the contact pressure increases toward the center of the circle S.

【0040】このように接触用導電体Cの接触面が大き
くなると、両端子T1,T2間の抵抗値に変化が生じる
ことになる。すなわち、接触用導電体Cは導電体であ
り、抵抗体Rよりもはるかに電流を流しやすい性質をも
っているため、両端子T1,T2間を流れる電流は、円
Sで示される接触面の部分においては、抵抗体R内を通
らずに、接触用導電体C内を迂回してしまうことにな
る。図6(c) は、このような測定系の等価回路である。
接触用導電体Cから下方に伸びた2本の矢印は抵抗体R
の2か所に接触しており、この2か所において電流は接
触用導電体C側へと迂回することになる。2本の矢印の
間隔は、接触用導電体Cの接触面の大きさに応じて広く
なる。結局、接触用導電体Cの抵抗体Rに対する接触面
の面積が大きくなればなるほど、両端子T1,T2間の
抵抗値は減少することになる。
As described above, when the contact surface of the contact conductor C increases, the resistance between the two terminals T1 and T2 changes. That is, since the contact conductor C is a conductor and has a property that current is much easier to flow than the resistor R, the current flowing between the terminals T1 and T2 is reduced at the contact surface portion indicated by the circle S. Would bypass the inside of the contact conductor C without passing through the resistor R. FIG. 6C is an equivalent circuit of such a measurement system.
Two arrows extending downward from the contact conductor C indicate the resistor R
And the current is diverted to the contact conductor C side at these two locations. The interval between the two arrows increases according to the size of the contact surface of the contact conductor C. As a result, the larger the area of the contact surface of the contact conductor C with the resistor R, the smaller the resistance value between the two terminals T1 and T2.

【0041】このようにして、作用部121に作用した
外力−Fzが大きくなればなるほど、接触用導電体Cの
接触面の面積は大きくなり、両端子T1,T2間の抵抗
値は小さくなる。作用した外力と両端子間の抵抗値との
間には、必ずしも線形関係は成り立たないが、両者間に
は一価の関数関係が成り立ち、両端子間の抵抗値を測定
することができれば、作用した外力の大きさを求めるこ
とができる。これが、本発明に係る力検出子における力
検出の基本原理である。
As described above, as the external force -Fz applied to the action portion 121 increases, the area of the contact surface of the contact conductor C increases, and the resistance value between the terminals T1 and T2 decreases. A linear relationship does not always hold between the applied external force and the resistance value between the two terminals, but if a univalent functional relationship holds between the two and the resistance value between the two terminals can be measured, the effect will be obtained. The magnitude of the applied external force can be obtained. This is the basic principle of force detection in the force detector according to the present invention.

【0042】続いて、§1で述べた実施形態の力検出子
により、作用した外力のX軸,Y軸,Z軸の各方向成分
を検出できる理由を説明する。まず、図1に示す力検出
子における操作桿125に対して、斜め右下方向への外
力Fが作用した場合を考える。この力検出子がジョイス
ティックとして用いられている場合、操作者が操作桿1
25を斜め右方向に傾ける操作を行うと、このような外
力Fが作用することになる。図7の側断面図は、このよ
うな外力Fが作用したときの作用部121の変位状態を
示している。外力Fが加わると、可撓性をもった可撓部
122が撓みを生じることになるが、外力Fが斜め右下
方向への力であるため、図示のように、円盤状の作用部
121は右下方向に傾斜するように変位する。外力Fを
各座標軸方向の力成分に分解すると、図の下方への力−
Fz(−Z軸方向の力)と図の右方への力+Fx(+X
軸方向の力)とに分けることができる。ここでは、これ
らの各成分のうち、+X軸方向の成分+Fxを検出する
原理を述べることにする。
Next, the reason why the force detector of the embodiment described in §1 can detect the components of the applied external force in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions will be described. First, let us consider a case where an external force F obliquely to the lower right direction acts on the operation rod 125 of the force detector shown in FIG. When this force detector is used as a joystick,
When the operation of inclining 25 to the right is performed, such an external force F acts. The side sectional view of FIG. 7 shows a state of displacement of the acting portion 121 when such an external force F acts. When the external force F is applied, the flexible portion 122 having flexibility bends. However, since the external force F is an obliquely downward rightward force, as shown in FIG. Is displaced so as to be inclined in the lower right direction. Decomposing the external force F into force components in the direction of each coordinate axis,
Fz (force in the -Z axis direction) and rightward force + Fx (+ X
Axial force). Here, the principle of detecting a component + Fx in the + X-axis direction among these components will be described.

【0043】なお、外力Fを座標系の原点Oに作用する
力としてとらえると、実際には、+X軸方向の力成分+
Fxは、Y軸まわりのモーメントということになるが、
操作者が操作桿125に与える力としてとらえれば、+
X軸方向の力成分+Fxは、あくまでも+X軸方向を向
いた力である。このように、力とモーメントとは、実質
的には同じ物理量を示すものであり、本明細書では、以
下、力というとらえ方に統一した説明を行うことにす
る。
When the external force F is taken as a force acting on the origin O of the coordinate system, actually, a force component in the X-axis direction +
Fx is a moment about the Y axis,
If the operator regards the force given to the operating rod 125 as +
The force component + Fx in the X-axis direction is a force directed in the + X-axis direction. As described above, the force and the moment indicate substantially the same physical quantity, and in this specification, a description unified in terms of a force will be given below.

【0044】さて、+X軸方向の成分+Fxを含む外力
Fが加わると、図7に示されているように、円盤状の作
用部121は右下方向に傾斜するように変位する。した
がって、X軸上に配置された接触用導電体C1とC2と
についての潰れ具合を比較すると、C2に比べてC1の
方の潰れ具合の方が大きくなる。このため、C1のR1
に対する接触面積は、C2のR2に対する接触面積より
も大きくなる。そこで、たとえば、図7における抵抗体
R1,R2のそれぞれ両端位置の抵抗値を測定したとす
れば、抵抗体R1についての抵抗値の方が抵抗体R2に
ついての抵抗値よりも小さくなる。両抵抗値の差が大き
ければ大きいほど、作用した外力のX軸方向成分は大き
いことになる。
When an external force F including a component + Fx in the + X-axis direction is applied, as shown in FIG. 7, the disc-shaped acting portion 121 is displaced so as to be inclined in the lower right direction. Therefore, when the degree of collapse of the contact conductors C1 and C2 arranged on the X axis is compared, the degree of collapse of C1 is larger than that of C2. Therefore, R1 of C1
Is larger than the contact area of C2 with R2. Therefore, for example, if the resistance values at both ends of the resistors R1 and R2 in FIG. 7 are measured, the resistance value of the resistor R1 is smaller than the resistance value of the resistor R2. The greater the difference between the two resistance values, the greater the X-axis component of the applied external force.

【0045】上述の例とは逆に、操作者が操作桿125
を斜め左下方向に傾ける操作を行うと、図の下方への力
−Fz(−Z軸方向の力)と図の左方への力−Fx(−
X軸方向の力)とを合成した外力Fが作用することにな
り、円盤状の作用部121は左下方向に傾斜するように
変位する。このため、C2のR2に対する接触面積が、
C1のR1に対する接触面積よりも大きくなる。その結
果、抵抗体R2についての抵抗値の方が抵抗体R1につ
いての抵抗値よりも小さくなる。結局、X軸正領域に配
置された第1の抵抗体R1についての「第1の接触用導
電体C1の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、X軸負
領域に配置された第2の抵抗体R2についての「第2の
接触用導電体C2の接触位置」を挟む2点間の抵抗値
と、を比較することにより、作用した外力のX軸方向成
分を検出することが可能になる。すなわち、両抵抗値の
大小関係により、力の向き(+X軸方向か、−X軸方向
か)を認識することができ、両抵抗値の差により、力の
大きさを認識することができる。
Contrary to the above-described example, the operator operates the operating rod 125.
Is performed obliquely to the lower left direction, a downward force −Fz (−Z-axis direction force) and a leftward force −Fx (−
(Force in the X-axis direction) is applied, and the disc-shaped acting portion 121 is displaced so as to be inclined in the lower left direction. Therefore, the contact area of C2 with R2 is
It is larger than the contact area of C1 with R1. As a result, the resistance value of the resistor R2 is smaller than the resistance value of the resistor R1. As a result, the first resistor R1 disposed in the X-axis positive region has a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the first contact conductor C1” and the second resistor R1 disposed in the X-axis negative region. By comparing the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the second contact conductor C2” for the second resistor R2, it is possible to detect the X-axis direction component of the applied external force. become. That is, the direction of the force (+ X axis direction or −X axis direction) can be recognized from the magnitude relationship between the two resistance values, and the magnitude of the force can be recognized from the difference between the two resistance values.

【0046】作用した外力のY軸方向成分の検出原理
は、上述したX軸方向成分の検出原理と全く同じであ
る。基板110上には、図2に示すように、6つの抵抗
体R1〜R6が配置されている。X軸方向成分の検出に
は、上述したように、X軸正領域に配置された第1の抵
抗体R1とX軸負領域に配置された第2の抵抗体R2
と、これらに対向する位置に配置された第1の接触用導
電体C1および第2の接触用導電体C2とを用いた。こ
れに対して、Y軸方向成分の検出には、Y軸正領域に配
置された第3の抵抗体R3とY軸負領域に配置された第
4の抵抗体R4と、これらに対向する位置に配置された
第3の接触用導電体C3および第4の接触用導電体C4
とを用いればよい。
The principle of detecting the Y-axis component of the applied external force is exactly the same as the principle of detecting the X-axis component described above. As shown in FIG. 2, six resistors R1 to R6 are arranged on the substrate 110. To detect the X-axis direction component, as described above, the first resistor R1 disposed in the X-axis positive region and the second resistor R2 disposed in the X-axis negative region
And a first contact conductor C1 and a second contact conductor C2 disposed at positions facing these. On the other hand, to detect the Y-axis direction component, the third resistor R3 disposed in the Y-axis positive region and the fourth resistor R4 disposed in the Y-axis negative region, Contact conductor C3 and fourth contact conductor C4 arranged in
May be used.

【0047】一方、作用した外力のZ軸方向成分の検出
原理は、上述したX軸方向成分やY軸方向成分の検出原
理とは若干異なる。X軸方向やY軸方向についての検出
を行うには、原点Oの両側に配置された一対の抵抗体に
ついての抵抗値を比較する必要があったのに対し、Z軸
方向についての検出は、単一の抵抗体についての抵抗値
を測定するだけでも行うことが可能である。また、Z軸
方向の検出に用いる抵抗体の配置も、特定の位置に限定
されるものではなく、基板110の上面の任意の位置に
配置された抵抗体によって、作用した力のZ軸方向成分
を検出することができる。たとえば、図7では、外力F
のX軸方向成分+Fxを検出する原理を説明したが、こ
の外力Fには、Z軸方向成分−Fzも含まれており、接
触用導電体C1を上下方向に潰す力は、このZ軸方向成
分−Fzの作用に他ならない。別言すれば、抵抗体C1
についての抵抗値が減少した直接的な理由は、Z軸方向
成分−Fzが作用したためであり、この抵抗体C1につ
いての抵抗値の減少量は、第一義的には、抵抗体C1に
作用したZ軸方向成分の力の大きさを示していることに
なる。前述の原理でX軸方向成分+Fxを検出すること
ができたのは、図の左右に配置された接触用導電体C
1,C2に加わるZ軸方向の力が、左右でアンバランス
になることを利用したためである。
On the other hand, the principle of detecting the Z-axis component of the applied external force is slightly different from the principle of detecting the X-axis component and the Y-axis component described above. In order to perform detection in the X-axis direction and the Y-axis direction, it was necessary to compare the resistance values of a pair of resistors arranged on both sides of the origin O, whereas detection in the Z-axis direction It is possible to perform the measurement simply by measuring the resistance value of a single resistor. In addition, the arrangement of the resistors used for the detection in the Z-axis direction is not limited to a specific position, but the Z-axis component of the force applied by the resistor disposed at an arbitrary position on the upper surface of the substrate 110 is also possible. Can be detected. For example, in FIG.
The principle of detecting the X-axis direction component + Fx has been described. However, the external force F also includes the Z-axis direction component -Fz, and the force for crushing the contact conductor C1 in the vertical direction is It is nothing but the action of the component -Fz. In other words, the resistor C1
The direct reason for the decrease in the resistance value of the resistor C1 is that the Z-axis component -Fz acts. The amount of decrease in the resistance value of the resistor C1 is primarily due to the effect on the resistor C1. This indicates the magnitude of the force in the Z-axis direction component. The X-axis direction component + Fx can be detected by the above-described principle because the contact conductors C arranged on the left and right of the drawing.
This is because the fact that forces in the Z-axis direction applied to C1 and C2 are unbalanced in the left and right directions.

【0048】してみると、抵抗体R1についての抵抗値
に基づいてZ軸方向の力成分を検出することも可能であ
る。同様に、抵抗体R2,R3,R4のいずれを用いて
も、Z軸方向の力成分を検出することが可能である。た
だ、実用上は、最も効率良い検出を行うことができる位
置に、Z軸方向の力成分を検出するための専用の抵抗体
を配置するのが好ましい。そこで、本実施形態では、図
2の上面図に示されているように、原点O上に配置され
た第5の抵抗体R5を、Z軸用抵抗体として用いるよう
にし、その上方にZ軸用接触用導電体C5を配置するよ
うにしている。すなわち、Z軸用抵抗体R5およびZ軸
用接触用導電体C5は、いずれもZ軸上に配置されるこ
とになる。図1において、操作桿125に−Z軸方向の
力−Fzが加えられると、Z軸用抵抗体R5に点接触す
るように配置されていたZ軸用接触用導電体C5は押し
潰され、接触状態に変化が生じる。すなわち、図6(a)
に示すように、接触面積が増加することになる。ここ
で、Z軸用抵抗体R5上の「Z軸用接触用導電体C5の
接触位置」を挟む2点間の抵抗値を測定すれば、測定さ
れる抵抗値は、Z軸用接触用導電体C5の接触面積が増
加すると減少する関係になるので、測定された抵抗値に
基づいて、作用した−Z軸方向の力−Fzを求めること
ができる。
As a result, it is possible to detect a force component in the Z-axis direction based on the resistance value of the resistor R1. Similarly, it is possible to detect the force component in the Z-axis direction using any of the resistors R2, R3, and R4. However, in practice, it is preferable to dispose a dedicated resistor for detecting the force component in the Z-axis direction at a position where the most efficient detection can be performed. Therefore, in the present embodiment, as shown in the top view of FIG. 2, the fifth resistor R5 disposed on the origin O is used as a Z-axis resistor, and the Z-axis resistor is disposed above the fifth resistor R5. The contact conductor C5 is disposed. That is, both the Z-axis resistor R5 and the Z-axis contact conductor C5 are arranged on the Z-axis. In FIG. 1, when a force −Fz in the −Z-axis direction is applied to the operation rod 125, the Z-axis contact conductor C <b> 5 arranged to make point contact with the Z-axis resistor R <b> 5 is crushed, A change occurs in the contact state. That is, FIG.
As shown in (2), the contact area increases. Here, if the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the Z-axis contact conductor C5” on the Z-axis resistor R5 is measured, the measured resistance value becomes the Z-axis contact conductor. Since the relationship decreases as the contact area of the body C5 increases, the applied -Z-axis direction force -Fz can be obtained based on the measured resistance value.

【0049】なお、この力検出子をジョイスティックな
どに利用する場合、操作者が操作桿125に加える操作
により発生するZ軸方向の力は、通常、−Z軸方向の力
−Fz(図1における下方向への力)となるため、+Z
軸方向の力+Fz(図1における上方向への力)を測定
する必要はない。ただ、操作桿125を上方へ引っ張り
上げるような力が加わるような環境でこの力検出子を利
用する場合は、+Z軸方向の力+Fzを測定できる構成
にしておく必要がある。実は、図1に示す構成では、+
Z軸方向の力+Fzを測定することはできない。既に§
1で述べたように、図1に示す実施形態では、何ら外力
が作用しない状態において、各接触用導電体C1〜C5
がその下端点において、各抵抗体R1〜R5の上面にほ
ぼ点接触するような状態となるように、両者の距離が設
定されている。このような構成において、操作桿125
を上方へ引っ張り上げるような力が加わると、各接触用
導電体C1〜C5は各抵抗体R1〜R5の上面から浮き
上がり、非接触の状態となってしまう。したがって、+
Z軸方向の力+Fzが作用しても、各抵抗体R1〜R5
についての抵抗値には何ら変化は生じないことになる。
When this force detector is used for a joystick or the like, the force in the Z-axis direction generated by the operation applied to the operation rod 125 by the operator is usually a force in the -Z-axis direction -Fz (see FIG. 1). + Z)
It is not necessary to measure the axial force + Fz (the upward force in FIG. 1). However, when this force detector is used in an environment in which a force that pulls the operation rod 125 upward is applied, it is necessary to have a configuration capable of measuring the force + Fz in the + Z-axis direction. In fact, in the configuration shown in FIG.
The force + Fz in the Z-axis direction cannot be measured. already§
As described in FIG. 1, in the embodiment shown in FIG. 1, each of the contact conductors C1 to C5 in a state where no external force is applied.
The distance between them is set such that the lower end point thereof is in such a state as to make almost point contact with the upper surface of each of the resistors R1 to R5. In such a configuration, the operating rod 125
When a force is applied to pull the contact conductors upward, the contact conductors C1 to C5 rise from the upper surfaces of the resistor elements R1 to R5 and become in a non-contact state. Therefore, +
Even if a force + Fz in the Z-axis direction acts, each of the resistors R1 to R5
Will not change at all.

【0050】+Z軸方向の力+Fzが作用した場合に
も、これを検出することができるような構成にするため
には、何ら外力が作用しない状態においても、各接触用
導電体C1〜C5がある程度の押圧力をもって各抵抗体
R1〜R5の上面に面接触するような状態となるように
しておけばよい。このような構成にしておけば、+Z軸
方向の力+Fzが作用すると、抵抗体に対する接触面積
の減少が生じることになり、抵抗体についての抵抗値の
増加という形で作用した力を検出することができるよう
になる。
In order to make it possible to detect even a force + Fz in the + Z-axis direction, even if no external force is applied, each of the contact conductors C1 to C5 must be capable of detecting the force + Fz. What is necessary is just to make it the state which comes in surface contact with the upper surface of each resistor R1-R5 with a certain pressing force. With such a configuration, when a force + Fz in the + Z-axis direction acts, the contact area with the resistor decreases, and the force acting in the form of an increase in the resistance value of the resistor is detected. Will be able to

【0051】このように、Z軸方向成分の検出は、単一
のZ軸用抵抗体R5のみを用いても行うことができる
が、実用上は、参照用抵抗体R6を利用した検出を行う
のが好ましい。その理由は、一般的な抵抗体は、種々の
環境要素によって、それ自身の抵抗値が変化する性質を
もっているためである。たとえば、経年変化により化学
的な組成に変化が生じれば、抵抗値が変化することにな
る。実用上、最も大きな影響を与える環境要素は温度で
ある。一般的な抵抗体の抵抗値は、温度に依存して変化
する。したがって、Z軸用抵抗体R5についての抵抗値
のみに基づいて、作用した力のZ軸方向成分の検出を行
うと、検出値は温度の影響を多分に受けることになり、
正確な検出結果を得ることができなくなる。前述したX
軸方向成分やY軸方向成分の場合、一対の抵抗体につい
ての抵抗値の差分に基づく検出が行われるため、このよ
うな温度による影響は相殺される。そこで、Z軸方向成
分の検出を行う際にも、参照用抵抗体R6の抵抗値を参
照した検出を行うようにすれば、温度による影響を相殺
することができる。
As described above, the detection of the component in the Z-axis direction can be performed by using only the single resistor R5 for the Z-axis. However, in practice, the detection is performed using the resistor R6 for reference. Is preferred. The reason is that a general resistor has a property that its own resistance value changes depending on various environmental factors. For example, if the chemical composition changes due to aging, the resistance value will change. In practice, the most important environmental factor is temperature. The resistance value of a general resistor changes depending on the temperature. Therefore, if the Z-axis direction component of the applied force is detected based only on the resistance value of the Z-axis resistor R5, the detected value is likely to be affected by the temperature,
Accurate detection results cannot be obtained. X mentioned above
In the case of the axial component and the Y-axis component, the detection based on the difference between the resistance values of the pair of resistors is performed, and thus the influence of such temperature is canceled. Therefore, when detecting the component in the Z-axis direction, if the detection is performed with reference to the resistance value of the reference resistor R6, the influence of the temperature can be canceled.

【0052】図2に示す例の場合、Z軸用抵抗体R5と
参照用抵抗体R6とは、幾何学的に合同な形状をもった
抵抗体であり、温度などの環境による抵抗値の変化は同
等になる。両者の相違点は、外力の作用により抵抗値が
変化するか否かという点だけである。すなわち、Z軸用
抵抗体R5は、所定の2点(Z軸用接触用導電体C5の
接触位置を挟む2点)間の抵抗値が、外力の作用によっ
て変化する抵抗体であるのに対し、参照用抵抗体R6
は、所定の2点間の抵抗値は、外力の影響を受けずに一
定(これは、外力の影響に関しては抵抗値が変化ないと
いう意味であり、温度等の影響に関しては、当然、抵抗
値は変化する。)となる抵抗体である。したがって、両
者の抵抗値の差を検出するようにすれば、この差には、
外力の作用に基づく因子のみが含まれることになり、温
度などの環境因子を除外することができる。
In the case of the example shown in FIG. 2, the Z-axis resistor R5 and the reference resistor R6 are resistors having a geometrically congruent shape, and the resistance value changes depending on the environment such as temperature. Are equivalent. The only difference between the two is whether the resistance value changes due to the action of an external force. That is, the resistor R5 for the Z-axis is a resistor whose resistance value between two predetermined points (two points sandwiching the contact position of the conductor C5 for the Z-axis contact) changes by the action of an external force. , Reference resistor R6
Means that the resistance value between two predetermined points is constant without being affected by external force (this means that the resistance value does not change with respect to the influence of external force; Changes). Therefore, if the difference between the two resistance values is detected, this difference includes:
Only factors based on the action of external forces will be included, and environmental factors such as temperature can be excluded.

【0053】以上、図1に示す実施形態に係る力検出子
を用いて、操作桿125に作用した外力FのX軸,Y
軸,Z軸の各方向成分を検出する原理を説明した。この
ように、図1に示す力検出子は、三次元の各座標軸方向
成分の力を検出することができる三次元力検出子であ
る。この三次元力検出子では、図2に示す各抵抗体R1
〜R6および図4に示す各接触用導電体C1〜C5が、
それぞれ特定の座標軸方向成分の力検出を分担して受け
持っている。すなわち、抵抗体R1,R2および接触用
導電体C1,C2はX軸方向成分の検出を受け持ち、抵
抗体R3,R4および接触用導電体C3,C4はY軸方
向成分の検出を受け持ち、Z軸用抵抗体R5,参照用抵
抗体R6,Z軸用接触用導電体C5は、Z軸方向成分の
検出を受け持っている。
As described above, using the force detector according to the embodiment shown in FIG.
The principle of detecting the directional components of the axis and the Z axis has been described. As described above, the force detector shown in FIG. 1 is a three-dimensional force detector that can detect a force in each of three-dimensional coordinate axis direction components. In this three-dimensional force detector, each resistor R1 shown in FIG.
To R6 and the contact conductors C1 to C5 shown in FIG.
Each of them is responsible for detecting a force in a specific coordinate axis direction component. That is, the resistors R1, R2 and the contact conductors C1, C2 are responsible for detecting the X-axis direction component, the resistors R3, R4 and the contact conductors C3, C4 are responsible for detecting the Y-axis component, and the Z-axis The resistor R5 for reference, the resistor R6 for reference, and the conductor C5 for contact with the Z-axis are responsible for detecting the component in the Z-axis direction.

【0054】したがって、二次元の各座標軸方向成分の
力を検出することができる二次元力検出子や、一次元の
座標軸方向成分の力を検出することができる一次元力検
出子を構成するのであれば、上述した抵抗体や接触用導
電体のうち、検出に必要なもののみを用いればよいこと
になる。たとえば、X軸方向成分の力を検出する一次元
力検出子を実現するには、抵抗体R1,R2と接触用導
電体C1,C2とを用いれば十分である。また、X軸方
向成分とY軸方向成分とを検出する二次元力検出子を実
現するには、抵抗体R1,R2,R3,R4と接触用導
電体C1,C2,C3,C4とを用意すれば十分であ
り、X軸方向成分とZ軸方向成分とを検出する二次元力
検出子を実現するには、抵抗体R1,R2,R5,R6
と接触用導電体C1,C2,C5とを用意すれば十分で
ある。
Accordingly, a two-dimensional force detector capable of detecting the force of the two-dimensional coordinate axis component and a one-dimensional force detector capable of detecting the one-dimensional coordinate component force are configured. If so, it is sufficient to use only those necessary for detection among the above-described resistors and contact conductors. For example, in order to realize a one-dimensional force detector that detects a force in the X-axis direction component, it is sufficient to use the resistors R1 and R2 and the contact conductors C1 and C2. Further, in order to realize a two-dimensional force detector that detects the X-axis direction component and the Y-axis direction component, resistors R1, R2, R3, R4 and contact conductors C1, C2, C3, C4 are prepared. In order to realize a two-dimensional force detector for detecting the X-axis direction component and the Z-axis direction component, the resistors R1, R2, R5, R6
It is sufficient to prepare the contact conductors C1, C2, and C5.

【0055】§3.力センサとしての検出回路 これまで、本発明の基本的な実施形態に係る力検出子の
構成および動作原理を述べた。このような力検出子を利
用して実際の力センサを構成するためには、この力検出
子に所定の検出回路を付加する必要がある。ここでは、
このような検出回路の実用に適した例を述べることにす
る。図8(a) ,(b) ,(c) は、このような検出回路の一
例を示す回路図である。
§3. Detection Circuit as Force Sensor The configuration and operation principle of the force detector according to the basic embodiment of the present invention have been described above. In order to configure an actual force sensor using such a force detector, it is necessary to add a predetermined detection circuit to the force detector. here,
An example suitable for practical use of such a detection circuit will be described. FIGS. 8A, 8B and 8C are circuit diagrams showing an example of such a detection circuit.

【0056】まず、図8(a) に示す回路は、抵抗体R
1,R2を用いて力のX軸方向成分の検出値を出力端子
Txに出力する検出回路である。この検出回路では、第
1の抵抗体R1と第2の抵抗体R2とを、X軸検出用接
続点Jxにおいて直列接続することによりX軸検出用抵
抗体が形成されている。第1の抵抗体R1あるいは第2
の抵抗体R2の両端点としては、図5(b) に示すよう
に、長方形状をした抵抗体の左右の両短辺上の中央点を
とっており、電流が図の左右方向に流れるようにしてい
る。もちろん、各抵抗体Rの両端点としては、接触用導
電体Cの接触位置を挟むような2点であれば、どのよう
な端点をとってもかまわないので、たとえば、図5(b)
において、長方形状をした抵抗体の上下の両長辺上の中
央点をとり、電流が図の上下方向に流れるようにしても
よい。
First, the circuit shown in FIG.
1, a detection circuit that outputs a detection value of a component in the X-axis direction of a force to an output terminal Tx using R2. In this detection circuit, an X-axis detection resistor is formed by connecting a first resistor R1 and a second resistor R2 in series at an X-axis detection connection point Jx. The first resistor R1 or the second resistor R1
As shown in FIG. 5 (b), the both end points of the resistor R2 are the center points on the left and right short sides of the rectangular resistor so that the current flows in the left and right direction in the figure. I have to. Of course, any two end points may be used as both end points of each resistor R so as to sandwich the contact position of the contact conductor C. For example, as shown in FIG.
In this case, the current may flow in the vertical direction in the figure by setting the center point on both the upper and lower long sides of the rectangular resistor.

【0057】図8(a) の回路では、第1の抵抗体R1と
第2の抵抗体R2との直列接続によって構成されるX軸
検出用抵抗体は、上端が電源Vccに接続され、下端が
接地されており、両端に一定の電源電圧Vccが印加さ
れた状態となっている。ここで、出力端子Txに出力さ
れる電圧は、X軸検出用接続点Jxにおける電圧であ
り、電源電圧Vccを、第1の抵抗体R1についての抵
抗値と第2の抵抗体R2についての抵抗値とで按分した
値に相当する。§2で述べたように、+X軸方向の力+
Fxが加わると、第2の抵抗体R2についての抵抗値に
比べて、第1の抵抗体R1についての抵抗値が減少す
る。したがって、出力端子Txに出力される電圧は上昇
することになる。逆に、−X軸方向の力−Fxが加わる
と、出力端子Txに出力される電圧は下降することにな
る。結局、何ら外力が作用していない状態で出力端子T
xに出力される電圧値(理論的には、Vcc/2にな
る)を基準として、この電圧値が上昇した場合には、こ
の上昇幅に相当する大きさをもった+X軸方向の力+F
xが作用したことになり、この電圧値が下降した場合に
は、この下降幅に相当する大きさをもった−X軸方向の
力−Fxが作用したことになる。このように、図8(a)
の検出回路を用いれば、出力端子Txの出力電圧に基づ
いて、作用した外力のX軸方向成分の検出が可能にな
る。
In the circuit of FIG. 8A, the X-axis detecting resistor formed by connecting the first resistor R1 and the second resistor R2 in series has an upper end connected to the power supply Vcc and a lower end. Are grounded, and a constant power supply voltage Vcc is applied to both ends. Here, the voltage output to the output terminal Tx is the voltage at the connection point Jx for X-axis detection, and the power supply voltage Vcc is changed by the resistance value of the first resistor R1 and the resistance value of the second resistor R2. It is equivalent to the value apportioned with the value. As described in §2, + force in X-axis direction +
When Fx is added, the resistance value of the first resistor R1 decreases as compared with the resistance value of the second resistor R2. Therefore, the voltage output to the output terminal Tx increases. Conversely, when a force -Fx in the -X-axis direction is applied, the voltage output to the output terminal Tx decreases. After all, when no external force is applied, the output terminal T
When the voltage value increases with reference to the voltage value output to x (theoretically becomes Vcc / 2), a force in the X-axis direction + F having a magnitude corresponding to the increase width
This means that x has acted, and if this voltage value has dropped, it means that a force -Fx in the X-axis direction having a magnitude corresponding to this drop width has acted. Thus, FIG.
, It is possible to detect the X-axis direction component of the applied external force based on the output voltage of the output terminal Tx.

【0058】次に、図8(b) に示す回路は、抵抗体R
3,R4を用いて力のY軸方向成分の検出値を出力端子
Tyに出力する検出回路である。この検出回路では、第
3の抵抗体R3と第4の抵抗体R4とを、Y軸検出用接
続点Jyにおいて直列接続することによりY軸検出用抵
抗体が形成されている。第1の抵抗体R1あるいは第2
の抵抗体R2の両端点としては、接触用導電体Cの接触
位置を挟むような2点であれば、どのような端点をとっ
てもかまわない。この図8(b) の回路においても、第3
の抵抗体R3と第4の抵抗体R4との直列接続によって
構成されるY軸検出用抵抗体は、上端が電源Vccに接
続され、下端が接地されており、両端に一定の電源電圧
Vccが印加された状態となっている。この検出回路に
おける出力端子Tyの出力電圧に基づいて、作用した外
力のY軸方向成分の検出が可能になる原理は、図8(a)
の検出回路によるX軸方向成分の検出原理と同様であ
る。
Next, the circuit shown in FIG.
3, a detection circuit that outputs a detected value of a component in the Y-axis direction of the force to an output terminal Ty using R4. In this detection circuit, the Y-axis detection resistor is formed by connecting the third resistor R3 and the fourth resistor R4 in series at the Y-axis detection connection point Jy. The first resistor R1 or the second resistor R1
The two end points of the resistor R2 may be any end points as long as they sandwich the contact position of the contact conductor C. In the circuit shown in FIG.
Is connected in series with the resistor R3 and the fourth resistor R4, the upper end of which is connected to the power supply Vcc, the lower end is grounded, and a constant power supply voltage Vcc is set at both ends. The state is applied. The principle that the detection circuit can detect the Y-axis direction component of the applied external force based on the output voltage of the output terminal Ty is shown in FIG.
This is the same as the detection principle of the X-axis direction component by the detection circuit.

【0059】一方、図8(c) に示す回路は、抵抗体R
5,R6を用いて力のZ軸方向成分の検出値を出力端子
Tzに出力する検出回路である。この検出回路では、Z
軸用抵抗体R5と参照用抵抗体R6とを、Z軸検出用接
続点Jzにおいて直列接続することによりZ軸検出用抵
抗体が形成されている。Z軸用抵抗体R5の両端点とし
ては、Z軸用接触用導電体C5の接触位置を挟むような
2点であれば、どのような端点をとってもかまわない。
また、参照用抵抗体R6の両端点としては、Z軸用抵抗
体R5の両端点と同等の位置をとればよい。
On the other hand, the circuit shown in FIG.
5, a detection circuit that outputs a detected value of a component in the Z-axis direction of the force to an output terminal Tz using R6. In this detection circuit, Z
The Z-axis detection resistor is formed by connecting the axis resistor R5 and the reference resistor R6 in series at the Z-axis detection connection point Jz. The two end points of the Z-axis resistor R5 may be any end points as long as they sandwich the contact position of the Z-axis contact conductor C5.
Further, the both ends of the reference resistor R6 may be located at positions equivalent to the both ends of the Z-axis resistor R5.

【0060】この図8(c) の回路においても、Z軸用抵
抗体R5と参照用抵抗体R6との直列接続によって構成
されるZ軸検出用抵抗体は、上端が電源Vccに接続さ
れ、下端が接地されており、両端に一定の電源電圧Vc
cが印加された状態となっている。ここで、出力端子T
zに出力される電圧は、Z軸検出用接続点Jzにおける
電圧であり、電源電圧Vccを、Z軸用抵抗体R5につ
いての抵抗値と参照用抵抗体R6についての抵抗値とで
按分した値に相当する。§2で述べたように、Z軸用抵
抗体R5についての抵抗値は、Z軸方向の力の作用によ
り増減する。これに対して、参照用抵抗体R6について
の抵抗値は、力の作用とは無関係に一定である(もちろ
ん、温度などの影響で変化するが、この変化はZ軸用抵
抗体R5についても同様であり相殺される)。たとえ
ば、−Z軸方向の力−Fzが加わると、Z軸用接触用導
電体C5の接触面積が増加し、Z軸用抵抗体R5につい
ての抵抗値は減少することになる。その結果、出力端子
Tzの出力電圧は上昇する。また、+Z軸方向の力+F
zについても検出可能な構成をもった力検出子を利用す
れば、+Z軸方向の力+Fzが加わると、Z軸用接触用
導電体C5の接触面積が減少し、Z軸用抵抗体R5につ
いての抵抗値は増加することになる。その結果、出力端
子Tzの出力電圧は下降する。このように、図8(c) の
検出回路を用いれば、出力端子Tzの出力電圧に基づい
て、作用した外力のZ軸方向成分の検出が可能になる。
Also in the circuit of FIG. 8C, the Z-axis detecting resistor formed by connecting the Z-axis resistor R5 and the reference resistor R6 in series has the upper end connected to the power supply Vcc. The lower end is grounded and both ends have a constant power supply voltage Vc.
c is applied. Here, the output terminal T
The voltage output to z is the voltage at the Z-axis detection connection point Jz, and is a value obtained by dividing the power supply voltage Vcc by the resistance value of the Z-axis resistor R5 and the resistance value of the reference resistor R6. Is equivalent to As described in §2, the resistance value of the Z-axis resistor R5 increases or decreases due to the action of the force in the Z-axis direction. On the other hand, the resistance value of the reference resistor R6 is constant irrespective of the action of the force (of course, it changes under the influence of temperature, etc., but this change is the same for the Z-axis resistor R5). And are offset). For example, when a force -Fz in the -Z-axis direction is applied, the contact area of the Z-axis contact conductor C5 increases, and the resistance value of the Z-axis resistor R5 decreases. As a result, the output voltage of the output terminal Tz increases. In addition, the force in the + Z axis direction + F
If a force detector having a configuration capable of detecting z is used, when a + Z-axis force + Fz is applied, the contact area of the Z-axis contact conductor C5 decreases, and the Z-axis resistor R5 Will increase. As a result, the output voltage of the output terminal Tz decreases. As described above, by using the detection circuit of FIG. 8C, it is possible to detect the Z-axis direction component of the applied external force based on the output voltage of the output terminal Tz.

【0061】このように、§1で述べた三次元力検出子
に、図8(a) ,(b) ,(c) に示す検出回路を付加すれ
ば、XYZ三次元座標系において作用した外力FのX
軸,Y軸,Z軸の各方向成分を独立して検出する機能を
もった三次元力センサを構成することができる。もちろ
ん、一次元力センサあるいは二次元力センサを構成する
場合には、図8に示す3つの検出回路の中から、検出成
分に応じて必要な検出回路だけを用いればよい。
As described above, if the detection circuits shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C are added to the three-dimensional force detector described in §1, the external force acting on the XYZ three-dimensional coordinate system can be obtained. X of F
A three-dimensional force sensor having a function of independently detecting the directional components of the axes, the Y axis, and the Z axis can be configured. Of course, when forming a one-dimensional force sensor or a two-dimensional force sensor, it is sufficient to use only a necessary detection circuit according to a detection component from the three detection circuits shown in FIG.

【0062】§4.種々の変形例 続いて、本発明に係る力検出子あるいは力センサの変形
例をいくつか述べておく。
§4. Various Modifications Subsequently, some modifications of the force detector or the force sensor according to the present invention will be described.

【0063】(1) 操作時にクリック感をもたせる変
形例 図9に側断面図を示す変形例は、基本的には、図1に示
す実施形態と同様である。すなわち、基板210の上に
変位生成体220が配置され、両者がその周囲において
固定部材230によって固定されている。変位生成体2
20が、作用部221、可撓部222、固定部223の
3つの部分を有する点も同様であり、基板210の上面
に6つの抵抗体R1〜R6が配置され、作用部221の
下面に5つの接触用導電体C1〜C5が配置されている
点も同様である。ただし、図9の力検出子における可撓
部222は、図1の力検出子における可撓部122に比
べて肉厚がかなり薄く、上方へと伸びるような構造とな
っている。このため、外力が作用していない状態では、
基板210の上面と、作用部221の下面との距離はか
なり大きくなっており、接触用導電体C1〜C5は、抵
抗体R1〜R5から完全に離れた状態となっている。
(1) Modified Example to Give Click Feeling at the Time of Operation The modified example shown in a side sectional view in FIG. 9 is basically the same as the embodiment shown in FIG. That is, the displacement generator 220 is disposed on the substrate 210, and both are fixed by the fixing member 230 around the periphery. Displacement generator 2
20 has three parts, an action part 221, a flexible part 222, and a fixed part 223. Six resistors R1 to R6 are arranged on the upper surface of the substrate 210, and The same applies to the arrangement of the two contact conductors C1 to C5. However, the flexible portion 222 in the force detector of FIG. 9 has a structure that is considerably thinner than the flexible portion 122 of the force detector of FIG. 1 and extends upward. Therefore, when no external force is applied,
The distance between the upper surface of the substrate 210 and the lower surface of the action portion 221 is considerably large, and the contact conductors C1 to C5 are completely separated from the resistors R1 to R5.

【0064】また、作用部221の上面には、操作桿の
ようなものは設けられておらず、操作者は、指で作用部
221の上面を直接押し込むような操作を行うことにな
る。図10は、図9に示す力検出子において、操作者
が、作用部221の上面を直接押し込む操作を行ったと
きの状態を示す側断面図である。肉厚の薄い可撓部22
2は、断面が逆V字型に折れ曲がった状態となってい
る。図9に示す状態において、作用部221に対する下
方向への押圧力を徐々に増加させてゆくと、可撓部22
2が急激に逆V字型に折れ曲がる弾性変形を生じ、図1
0に示す状態となる。このため、操作者の指には、クリ
ック感が伝わることになり、確実に操作入力が行われた
ことを触覚で認識することができる。
Further, on the upper surface of the operation portion 221, there is no such thing as an operation stick, and the operator performs an operation of directly pushing the upper surface of the operation portion 221 with a finger. FIG. 10 is a side cross-sectional view showing a state where the operator performs an operation of directly pushing the upper surface of the action section 221 in the force detector shown in FIG. 9. Thin flexible part 22
2 is a state where the cross section is bent in an inverted V-shape. In the state shown in FIG. 9, when the downward pressing force on the action portion 221 is gradually increased, the flexible portion 22
2 suddenly bends in an inverted V-shape, causing elastic deformation, and FIG.
The state shown in FIG. For this reason, the click feeling is transmitted to the operator's finger, and it is possible to reliably recognize by touch that the operation input has been performed.

【0065】(2) 個々の指標位置を押圧操作する変
形例 図11に側断面図を示す変形例も、基本的には、図1に
示す実施形態と同様である。すなわち、基板310の上
に変位生成体320が配置されており、変位生成体32
0は、作用部321、可撓部322、固定部323の3
つの部分を有している。また、基板310の上面に6つ
の抵抗体R1〜R6が配置され、作用部321の下面に
5つの接触用導電体C1〜C5が配置されている。ただ
し、図1の実施形態のような固定部材は設けられておら
ず、固定部323の底面が、基板310の上面周囲部分
に直接接合されている。図12は、変位生成体320の
上面図である。作用部321は円盤状をしており、その
周囲に掘られた円周状の溝Gによって、肉厚の薄い可撓
部322が形成されている。固定部323は、この溝G
の外側の部分である。また、接触用導電体C1〜C5
は、抵抗体R1〜R5から完全に離れた状態となってい
る。
(2) Modified Example of Pressing Individual Indices Positions The modified example shown in the side sectional view of FIG. 11 is basically the same as the embodiment shown in FIG. That is, the displacement generator 320 is disposed on the substrate 310 and the displacement generator 32
0 is 3 of the action portion 321, the flexible portion 322, and the fixed portion 323.
Has two parts. Further, six resistors R1 to R6 are arranged on the upper surface of the substrate 310, and five contact conductors C1 to C5 are arranged on the lower surface of the action portion 321. However, the fixing member as in the embodiment of FIG. 1 is not provided, and the bottom surface of the fixing portion 323 is directly joined to a peripheral portion of the upper surface of the substrate 310. FIG. 12 is a top view of the displacement generator 320. The action portion 321 has a disk shape, and a thin flexible portion 322 is formed by a circumferential groove G dug around the action portion 321. The fixing portion 323 is
Is the outer part. Also, the contact conductors C1 to C5
Are completely separated from the resistors R1 to R5.

【0066】この図11に示す変形例の場合も、作用部
321の上面に、操作桿のようなものは設けられていな
い。操作者は、指で作用部321の上面を直接押し込む
ような操作を行うことになる。ただ、ここで述べる変形
例の場合、図12の上面図に示されているように、円盤
状の作用部321の上面に複数の指標M1〜M5が配置
されている。すなわち、指標M1〜M4は、それぞれ図
の右左上下の方向を示す三角形状の指標であり、指標M
5は中央位置を示す正方形状の指標である。これらの指
標は、作用部321の上面にエンボス加工により形成し
てもよいし、印刷により形成してもよい。
In the case of the modification shown in FIG. 11, no operation rod or the like is provided on the upper surface of the action portion 321. The operator performs an operation of directly pushing the upper surface of the action section 321 with a finger. However, in the case of the modification described here, as shown in the top view of FIG. 12, a plurality of indices M1 to M5 are arranged on the upper surface of the disc-shaped acting portion 321. That is, the indices M1 to M4 are triangular indices indicating the right, left, up, and down directions of the figure, respectively.
5 is a square index indicating the center position. These indices may be formed by embossing on the upper surface of the action section 321 or may be formed by printing.

【0067】このような指標を設けておくと、図1に示
す力検出子のように操作桿を有する力検出子とは若干異
なる操作入力を行うのに便利である。すなわち、図1に
示す力検出子では、操作者は操作桿125を種々の方向
に動かす操作入力を与えることになるが、ここで述べる
変形例の場合、操作者は、図12に示す5つの指標位置
のいずれかに対して押圧力を加えることにより操作入力
を与えることができる。たとえば、図12の指標M1の
位置を指で押し込むような操作入力を行うと、図11の
側断面図において、円盤状の作用部321が右下方向に
傾斜することになり、第1の接触用導電体C1が第1の
抵抗体R1に接触することになる。この状態は、前述し
た実施形態に係る力検出子において、+X軸方向成分の
力が作用した場合と等価である。同様に、図12の指標
M2,M3,M4,M5の位置を指で押し込むような操
作入力は、前述した実施形態に係る力検出子において、
それぞれ、−X軸方向成分の力が作用した場合,+Y軸
方向成分の力が作用した場合,−Y軸方向成分の力が作
用した場合,−Z軸方向成分の力が作用した場合と等価
である。
Providing such indices is convenient for performing an operation input slightly different from that of a force detector having an operation rod like the force detector shown in FIG. That is, in the force detector shown in FIG. 1, the operator gives an operation input for moving the operation stick 125 in various directions. In the case of the modification described here, the operator makes five operations shown in FIG. An operation input can be given by applying a pressing force to any of the index positions. For example, when an operation input such as pushing the position of the index M1 in FIG. 12 with a finger is performed, in the side sectional view in FIG. 11, the disc-shaped acting portion 321 is inclined downward and to the right, and the first contact is made. The conductor for use C1 comes into contact with the first resistor R1. This state is equivalent to the case where a force in the + X-axis direction component acts on the force detector according to the above-described embodiment. Similarly, an operation input such as pressing the positions of the indices M2, M3, M4, and M5 in FIG. 12 with a finger is performed by the force detector according to the above-described embodiment.
Equivalent to the case where the force of the component in the -X axis direction acts, the case where the force of the component in the direction of + Y axis acts, the case where the force of the component in the direction of -Y axis acts, and the case where the force of the component in the direction of -Z axis acts. It is.

【0068】結局、この図11および図12に示す変形
例に係る力検出子に、図8に示すような検出回路を付加
して力センサを構成すれば、検出回路の出力に基づい
て、どの指標位置にどれだけの押圧力が加えられたかを
検出することができるようになる。もちろん、図9およ
び図10に示す変形例についても、円盤状の作用部22
1の上面に複数の指標を設けることができ、各指標に加
えられた押圧力を検出する力センサとして機能させるこ
とができる。このように、本発明に係る力検出子もしく
は力センサは、ある特定の座標軸方向に作用した外力を
検出するだけでなく、このような外力と同等の変位を作
用部に生じさせる押圧力の検出を行うことも可能であ
る。コンピュータゲーム用の入力機器としては、図1の
実施形態に示すように、操作桿125を有するジョイス
ティックタイプのものだけではなく、図11および図1
2に示す変形例のように、円盤状のパッド(作用部32
1)の上下左右あるいは中央を押圧操作するタイプのも
のも利用されており、本発明に係る力検出子は、いずれ
のタイプにも適用可能である。
Eventually, if a force sensor is constructed by adding a detection circuit as shown in FIG. 8 to the force detector according to the modification shown in FIGS. 11 and 12, It becomes possible to detect how much pressing force is applied to the index position. Of course, also in the modification shown in FIGS.
A plurality of indices can be provided on the upper surface of one and can function as a force sensor for detecting the pressing force applied to each of the indices. As described above, the force detector or the force sensor according to the present invention not only detects an external force acting in a specific coordinate axis direction, but also detects a pressing force that causes a displacement equivalent to such an external force to the acting portion. It is also possible to do. As shown in the embodiment of FIG. 1, the input device for the computer game is not only a joystick type having an operation stick 125, but also an input device shown in FIGS.
As in the modification shown in FIG.
The type 1) of pressing the upper, lower, left and right or the center is also used, and the force detector according to the present invention can be applied to any type.

【0069】(3) 接触用導電体の形状に関する変形
例 これまで述べた実施形態では、接触用導電体C1〜C5
は、いずれも椀状形態をしていたが、接触用導電体は、
弾性変形する導電材料から構成され、かつ、抵抗体に対
する接触状態の変化(接触圧力の変化)に基づいて接触
面の面積が変化する形状をしているものであれば、どの
ようなものでもかまわない。椀状形態をした接触用導電
体の場合、接触面はほぼ円形となり、接触圧力が大きく
なるほど、接触面はより径の大きな円になるが、接触面
は必ずしも円形にする必要はない。
(3) Modifications Regarding Shape of Contact Conductor In the embodiments described above, the contact conductors C1 to C5
Were bowl-shaped, but the contact conductors were
Any material may be used as long as it is made of an elastically deformable conductive material and has a shape in which the area of the contact surface changes based on a change in the contact state with the resistor (change in contact pressure). Absent. In the case of a contact conductor having a bowl shape, the contact surface is substantially circular, and as the contact pressure increases, the contact surface becomes a circle having a larger diameter, but the contact surface does not necessarily have to be circular.

【0070】図13(a) は、くさび型の接触用導電体C
を抵抗体Rの上面に接触させた状態を示す斜視図であ
り、図13(b) は、基板110の上面に形成された抵抗
体Rと、作用部121の下面に形成されたくさび型の接
触用導電体Cとの接触状態を示す側断面図である。接触
用導電体Cに対して、下方向に向けた押圧力が加わる
と、この押圧力の大きさに応じて接触面積は大きくな
る。図13(c) は、抵抗体Rの上面図であり、所定の押
圧力が加わったときの接触面Sが示されている。端子T
1,T2は、この抵抗体Rについての抵抗値を測定する
ための端子である。接触面Sは、図示のとおり矩形状に
なる。ここで、矩形状の接触面S内の縦線は、この接触
面内の等圧線を示している。
FIG. 13A shows a wedge-shaped contact conductor C.
FIG. 13B is a perspective view showing a state in which the resistor R is in contact with the upper surface of the resistor R. FIG. It is a sectional side view which shows the contact state with the contact conductor C. When a downward pressing force is applied to the contact conductor C, the contact area increases according to the magnitude of the pressing force. FIG. 13C is a top view of the resistor R, showing the contact surface S when a predetermined pressing force is applied. Terminal T
1 and T2 are terminals for measuring the resistance value of the resistor R. The contact surface S has a rectangular shape as shown. Here, a vertical line in the rectangular contact surface S indicates an isobar in the contact surface.

【0071】くさび型の接触用導電体Cを用いるメリッ
トは、抵抗体Rに対する接触位置が変化しても、実効接
触面積に変化が生じないという点である。たとえば、図
9に示すような変形例の場合、可撓部222がかなり長
いため、図10に示すように、作用部221が図の下方
に変位したときに、作用部221が図の左右方向にも変
位を生じ、接触用導電体Cの抵抗体Rに対する接触位置
が大きくずれる可能性がある。このとき、椀状の接触用
導電体Cの場合、接触面が円になるため、実効接触面積
が変化してしまうおそれがある。たとえば、図6(b) に
示す例では、接触位置が抵抗体Rの中心位置となってい
るため、接触面Sが抵抗体Rの輪郭内に収まっている
が、接触位置がずれた場合、接触面Sの一部が抵抗体R
の輪郭外へはみ出してしまい、実効接触面積が本来のも
のより減少してしまうことになる。このように、接触位
置の変化により、実効接触面積が変化すると、正しい検
出値を得ることができなくなる。
An advantage of using the wedge-shaped contact conductor C is that the effective contact area does not change even if the contact position with respect to the resistor R changes. For example, in the case of the modification shown in FIG. 9, since the flexible portion 222 is considerably long, when the action portion 221 is displaced downward in the figure, as shown in FIG. , There is a possibility that the contact position of the contact conductor C with respect to the resistor R is largely shifted. At this time, in the case of the bowl-shaped contact conductor C, the effective contact area may be changed because the contact surface is circular. For example, in the example shown in FIG. 6B, since the contact position is the center position of the resistor R, the contact surface S is within the outline of the resistor R, but when the contact position is shifted, Part of the contact surface S is a resistor R
, And the effective contact area is reduced from the original one. As described above, when the effective contact area changes due to the change in the contact position, a correct detection value cannot be obtained.

【0072】図13(a) に示すように、抵抗体Rの幅d
rに対して、十分に余裕のある幅dcをもったくさび型
の接触用導電体Cを用いれば、図13(c) に示すよう
に、同一の押圧力で接触したときの接触面Sは、常に同
一の大きさの矩形になる。したがって、接触位置がずれ
た場合であっても、図13(c) における縦方向のずれが
幅dcの余裕の範囲内であり、横方向のずれが抵抗体R
の横方向の幅の範囲内である限り、実効接触面積に変化
は生じない。
As shown in FIG. 13A, the width d of the resistor R is
When a wedge-shaped contact conductor C having a sufficient width dc with respect to r is used, as shown in FIG. 13C, the contact surface S at the time of contact with the same pressing force becomes Will always be the same size rectangle. Therefore, even if the contact position is shifted, the shift in the vertical direction in FIG. 13C is within the margin of the width dc, and the shift in the horizontal direction is
No change occurs in the effective contact area as long as it is within the range of the width in the lateral direction.

【0073】(4) 基板上での配線に関する変形例 本発明に係る力検出子を用いて力センサを構成するため
には、各抵抗体に対して、たとえば図8に示すような検
出回路を形成するための配線を行う必要がある。このよ
うな配線は、基板上に導電層を印刷することにより形成
することができる。また、必要な場合には、基板の所定
箇所にスルーホールを形成し、このスルーホールを介し
て、基板下面側に配線を施すことも可能である。
(4) Modification of Wiring on Board In order to configure a force sensor using the force detector according to the present invention, a detection circuit as shown in FIG. It is necessary to perform wiring for forming. Such a wiring can be formed by printing a conductive layer on a substrate. If necessary, it is also possible to form a through hole at a predetermined position on the substrate, and to provide wiring on the lower surface side of the substrate through the through hole.

【0074】図14は、基板410上に形成された抵抗
体に対する配線の一例を示す上面図である。ここに示す
基板410は、力のX軸およびY軸方向成分の検出を行
う二次元力検出子に用いる基板であるため、4つの抵抗
体R1〜R4のみが形成されている。この4つの抵抗体
R1〜R4は、いずれも同一の矩形をした平板状抵抗体
であり、その両端には電極部(図に黒い太線で示す部
分)E11〜E42が形成されている。各電極部E11
〜E42には、配線W11〜W42が接続されており、
これらの配線W11〜W42は、基板410の外周付近
に設けられた端子T11〜T42に接続されている。こ
れら端子T11〜T42に対して、更に外部配線を施す
ことにより、図8に示すような検出回路を構成すること
ができる。
FIG. 14 is a top view showing an example of wiring for a resistor formed on a substrate 410. FIG. The substrate 410 shown here is a substrate used for a two-dimensional force detector for detecting the components of the force in the X-axis and Y-axis directions, so that only four resistors R1 to R4 are formed. Each of the four resistors R1 to R4 is a plate-shaped resistor having the same rectangular shape, and electrode portions (portions indicated by thick black lines) E11 to E42 are formed at both ends thereof. Each electrode part E11
Wirings W11 to W42 are connected to.
These wirings W11 to W42 are connected to terminals T11 to T42 provided near the outer periphery of the substrate 410. By further providing external wiring to these terminals T11 to T42, a detection circuit as shown in FIG. 8 can be configured.

【0075】基板の上面に複数の抵抗体を配置する場
合、実用上は、このような配線の便宜を考慮して配置を
するのが好ましい。たとえば、図15の平面図に示され
ているように、短辺の長さがL、長辺の長さが2Lとな
るような長方形状をした抵抗体Rを基板上に4組配置し
て、二次元力検出子に用いる基板を構成する場合を考え
る。この場合、たとえば、図16(a) ,(b) ,(c) に示
すような種々の配置が考えられる。いずれも、基板中央
に定義された原点Oの周囲を取り巻くように、4枚の抵
抗体R1〜R4を配置した例である。ここで、各抵抗体
の中心位置(図に黒点で示す)と原点Oとの距離をKと
すれば、図16(a) に示す配置では、ほぼ、K=Lとな
り、図16(b) ,(c) に示す配置では、ほぼ、K=L+
(L/2)となる。したがって、空間的な配置効率の面
では、図16(a) に示す配置が最適であり、力検出子の
小型化を図ることができるが、配線を行う上では、基板
にスルーホールを形成し、基板下面側で配線を施すなど
の方法をとる必要がある。
When a plurality of resistors are arranged on the upper surface of the substrate, it is practically preferable to arrange them in consideration of such convenience of wiring. For example, as shown in the plan view of FIG. 15, four sets of rectangular resistors R having a short side length L and a long side length 2L are arranged on a substrate. Consider a case where a substrate used for a two-dimensional force detector is configured. In this case, for example, various arrangements as shown in FIGS. 16 (a), (b) and (c) are possible. In each case, four resistors R1 to R4 are arranged so as to surround the origin O defined in the center of the substrate. Here, assuming that the distance between the center position (shown by a black dot in the figure) of each resistor and the origin O is K, in the arrangement shown in FIG. , (C), K = L +
(L / 2). Therefore, in terms of spatial arrangement efficiency, the arrangement shown in FIG. 16A is optimal, and the size of the force detector can be reduced. However, in wiring, a through hole is formed in the substrate. It is necessary to take a method such as wiring on the lower surface side of the substrate.

【0076】(5) 加速度検出への応用 これまで述べた例は、いずれも操作桿や作用部に加えら
れた外力を検出する力検出子または力センサであった
が、これらの力検出子や力センサを利用すれば、加速度
検出子または加速度センサを実現することも可能であ
る。すなわち、必要な加速度検出感度に応じた質量をも
った重錘体を作用部に接合し、この重錘体に作用した加
速度に基づいて作用部に外力が作用するようにすれば、
作用した外力を検出することにより、作用した加速度を
検出することができる。
(5) Application to Acceleration Detection In each of the examples described so far, a force detector or a force sensor for detecting an external force applied to the operation rod or the acting portion has been described. If a force sensor is used, an acceleration detector or an acceleration sensor can be realized. That is, if a weight having a mass corresponding to the required acceleration detection sensitivity is joined to the acting portion, and an external force acts on the acting portion based on the acceleration acting on the weight,
By detecting the applied external force, the applied acceleration can be detected.

【0077】図17に側断面図を示す検出子は、図1に
示す力検出子に重錘体を付加することにより構成された
加速度検出子であり、基本的には、図1に示す力検出子
とほぼ同等の構成要素を有している。すなわち、基板5
10の上に変位生成体520が配置され、両者がその周
囲において固定部材530によって固定されている。変
位生成体520が、作用部521、可撓部522、固定
部523の3つの部分を有する点も同様であり、基板5
10の上面に6つの抵抗体R1〜R6が配置され、作用
部521の下面に5つの接触用導電体C1〜C5が配置
されている点も同様である。ただ、作用部521の上面
には、中間部材525を介して、重錘体540が接合さ
れている。
The detector shown in the sectional side view of FIG. 17 is an acceleration detector constructed by adding a weight to the force detector shown in FIG. 1. Basically, the force detector shown in FIG. It has almost the same components as the detector. That is, the substrate 5
Displacement generator 520 is arranged on 10, and both are fixed by fixing member 530 at the periphery thereof. The same applies to the point that the displacement generator 520 has three parts of an action part 521, a flexible part 522, and a fixed part 523.
The same applies to the point that six resistors R1 to R6 are arranged on the upper surface of 10 and the five contact conductors C1 to C5 are arranged on the lower surface of the action part 521. However, a weight body 540 is joined to the upper surface of the action portion 521 via an intermediate member 525.

【0078】このような加速度検出子に、図8に示すよ
うな検出回路を付加すれば、加速度センサを構成するこ
とができる。すなわち、この図17に示す加速度検出子
の基板510もしくは固定部材530を車両などに固定
し、重錘体540が自由に変位できる状態にすれば(実
用上は、重錘体540の周囲をケースなどで囲うように
し、重錘体540が他の物体に接触しないようにす
る)、この車両に加わった加速度が重錘体540にも加
わり、この加速度に応じた力が中間部材525を介して
作用部521へと伝達されることになる。このような力
の各座標軸方向成分を検出する原理は、既に述べたとお
りである。こうして検出された力は、作用した加速度に
比例した量となるため、間接的に加速度の検出が可能に
なる。
By adding a detection circuit as shown in FIG. 8 to such an acceleration detector, an acceleration sensor can be constructed. That is, if the substrate 510 or the fixing member 530 of the acceleration detector shown in FIG. 17 is fixed to a vehicle or the like, and the weight 540 can be freely displaced (in practice, the case around the weight 540 is a case). To prevent the weight body 540 from contacting other objects), the acceleration applied to the vehicle is also applied to the weight body 540, and the force corresponding to the acceleration is applied via the intermediate member 525. This is transmitted to the action section 521. The principle of detecting such a component in the direction of each coordinate axis of the force is as described above. Since the force detected in this manner is an amount proportional to the applied acceleration, the acceleration can be indirectly detected.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、構造が単
純で製造コストが安価でありながら、加えられた力の大
きさを検出することができる力検出子および力センサを
実現することができるようになる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a force detector and a force sensor capable of detecting the magnitude of an applied force while having a simple structure and a low manufacturing cost. become able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の基本的な実施形態に係る力検出子の構
造を示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a structure of a force detector according to a basic embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す力検出子における基板110の上面
図であり、この基板110をX軸に沿って切断した断面
が図1に示されている。
FIG. 2 is a top view of a substrate 110 in the force detector shown in FIG. 1, and a cross section of the substrate 110 taken along the X axis is shown in FIG.

【図3】図1に示す力検出子における変位生成体120
の上面図であり、この変位生成体120をX軸に沿って
切断した断面が図1に示されている。
FIG. 3 shows a displacement generator 120 in the force detector shown in FIG.
FIG. 1 is a top view, and FIG. 1 shows a cross section of the displacement generator 120 cut along the X axis.

【図4】図1に示す力検出子における変位生成体120
の下面図であり、この変位生成体120をX軸に沿って
切断した断面が図1に示されている。
FIG. 4 shows a displacement generator 120 in the force detector shown in FIG.
FIG. 1 is a bottom view, and FIG. 1 shows a cross section of the displacement generator 120 taken along the X-axis.

【図5】外力が作用していない状態における抵抗体Rと
接触用導電体Cとの接触状態を示す側断面図(a) 、平面
図(b) 、等価回路図(c) である。
FIG. 5 is a side sectional view (a), a plan view (b), and an equivalent circuit diagram (c) showing a contact state between the resistor R and the contact conductor C when no external force is applied.

【図6】外力が作用している状態における抵抗体Rと接
触用導電体Cとの接触状態を示す側断面図(a) 、平面図
(b) 、等価回路図(c) である。
FIG. 6 is a side sectional view (a) and a plan view showing a contact state between a resistor R and a contact conductor C in a state where an external force is applied.
(b) is an equivalent circuit diagram (c).

【図7】図1に示す力検出子に、右斜め下方向の外力F
が作用したときの状態を示す側断面図である。
FIG. 7 shows a force detector shown in FIG.
FIG. 4 is a side sectional view showing a state when a function is performed.

【図8】図1に示す力検出子に用いる検出回路の一例を
示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit used for the force detector shown in FIG.

【図9】本発明の第1の変形例に係る力検出子の構造を
示す側断面図である。
FIG. 9 is a side sectional view showing a structure of a force detector according to a first modification of the present invention.

【図10】図9に示す力検出子に外力が作用した状態を
示す側断面図である。
FIG. 10 is a side sectional view showing a state where an external force acts on the force detector shown in FIG. 9;

【図11】本発明の第2の変形例に係る力検出子の構造
を示す側断面図である。
FIG. 11 is a side sectional view showing a structure of a force detector according to a second modification of the present invention.

【図12】図11に示す検出子の上面図である。FIG. 12 is a top view of the detector shown in FIG. 11;

【図13】本発明の変形例に用いるくさび型の接触用導
電体Cと抵抗体Rとの接触状態を示す斜視図(a) 、側断
面図(b) 、平面図(c) である。
FIG. 13 is a perspective view (a), a side sectional view (b), and a plan view (c) showing a contact state between a wedge-shaped contact conductor C and a resistor R used in a modification of the present invention.

【図14】基板410上に形成された抵抗体に対する配
線の一例を示す上面図である。
FIG. 14 is a top view showing an example of wiring for a resistor formed on a substrate 410.

【図15】長方形状をした抵抗体Rの一例を示す平面図
である。
FIG. 15 is a plan view showing an example of a resistor R having a rectangular shape.

【図16】図15に示す長方形状をした抵抗体Rの配置
のバリエーションを示す平面図である。
16 is a plan view showing a variation of the arrangement of the resistor R having a rectangular shape shown in FIG.

【図17】本発明に係る力検出子を利用した加速度検出
子の側断面図である。
FIG. 17 is a side sectional view of an acceleration detector using a force detector according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110…基板 120…変位生成体 121…作用部 122…可撓部 123…固定部 125…操作桿 130…固定部材 210…基板 220…変位生成体 221…作用部 222…可撓部 223…固定部 230…固定部材 310…基板 320…変位生成体 321…作用部 322…可撓部 323…固定部 410…基板 510…基板 520…変位生成体 521…作用部 522…可撓部 523…固定部 525…中間部材 530…固定部材 540…重錘体 C,C1〜C5…接触用導電体 dc…くさび型接触用導電体Cの幅 dr…抵抗体Rの幅 E11〜E41…電極部 F…外力 +Fx…外力の+X軸方向成分 −Fz…外力の−Z軸方向成分 G…円周状の溝 Jx,Jy,Jz…接続点 M1〜M5…指標 O…座標系の原点 R,R1〜R6…抵抗体 S…接触面 T1,T2,T11〜T42…端子 Tx,Ty,Tz…検出値の出力端子 V…空洞部 Vcc…電源電圧 W11〜W42…配線 X,Y,Z…三次元座標系の各座標軸 110 ... Substrate 120 ... Displacement generator 121 ... Working part 122 ... Flexible part 123 ... Fixed part 125 ... Operation rod 130 ... Fixed member 210 ... Substrate 220 ... Displacement generator 221 ... Working part 222 ... Flexible part 223 ... Fixed part 230 ... fixed member 310 ... substrate 320 ... displacement generator 321 ... operating part 322 ... flexible part 323 ... fixed part 410 ... substrate 510 ... substrate 520 ... displacement generator 521 ... operating part 522 ... flexible part 523 ... fixed part 525 ... Intermediate member 530... Fixing member 540... Weight body C, C1 to C5... ... + X-axis component of external force -Fz -Z-axis component of external force G ... Circumferential groove Jx, Jy, Jz ... Connection points M1 to M5 ... Index O ... Origin of coordinate system R, R1 to R6 Resistor S: Contact surface T1, T2, T11 to T42: Terminal Tx, Ty, Tz: Output terminal of detected value V: Cavity Vcc: Power supply voltage W11 to W42: Wiring X, Y, Z: Three-dimensional coordinate system Each coordinate axis

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 XYZ三次元座標系におけるX軸方向に
作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出す
る力検出子であって、 前記座標系におけるXY平面に沿った上面を有する基板
と、 前記基板の上方に配置された作用部と、前記基板に固定
された固定部と、前記作用部と前記固定部との間に形成
された可撓部と、を有する変位生成体と、 前記基板の上面のほぼ中心位置に前記座標系の原点を定
義したときに、前記基板の上面のX軸正領域およびX軸
負領域にそれぞれ配置された第1の抵抗体および第2の
抵抗体と、 前記作用部の下面の前記第1の抵抗体および前記第2の
抵抗体にそれぞれ対向する位置に配置された第1の接触
用導電体および第2の接触用導電体と、 を備え、 前記作用部に外力が作用したときに、前記可撓部が撓み
を生じることにより、前記作用部の下面が前記基板の上
面に対して変位を生じ、この変位に基づいて、前記第1
の接触用導電体および前記第2の接触用導電体の前記第
1の抵抗体および前記第2の抵抗体に対する接触状態が
変化するように構成され、 前記第1の接触用導電体および前記第2の接触用導電体
は、弾性変形する導電性材料から構成されており、か
つ、前記第1の抵抗体および前記第2の抵抗体に対する
接触状態の変化に基づいて接触面の面積が変化する形状
を有しており、この接触面の面積の変化に基づいて、前
記作用部に対してX軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の変位を前記作用部に生じさせる押圧力を検
出できるようにしたことを特徴とする力検出子。
1. A force detector for detecting an external force acting in the X-axis direction or a pressing force equivalent to the external force in an XYZ three-dimensional coordinate system, comprising: a substrate having an upper surface along an XY plane in the coordinate system; A displacement generator having an action portion disposed above the substrate, a fixed portion fixed to the substrate, and a flexible portion formed between the action portion and the fixed portion; When an origin of the coordinate system is defined substantially at the center of the upper surface of the substrate, a first resistor and a second resistor respectively disposed in the X-axis positive region and the X-axis negative region of the substrate upper surface. A first contact conductor and a second contact conductor arranged at positions on the lower surface of the action section facing the first resistor and the second resistor, respectively; When an external force acts on the acting portion, the flexible portion bends. The displacement causes the lower surface of the working portion to be displaced relative to the upper surface of the substrate.
And the contact state of the contact conductor and the second contact conductor with respect to the first resistor and the second resistor is changed, and the first contact conductor and the second The contact conductor 2 is made of a conductive material that is elastically deformed, and the area of the contact surface changes based on a change in the state of contact with the first resistor and the second resistor. It has a shape, and based on the change in the area of the contact surface, it is possible to detect an external force acting on the acting portion in the X-axis direction or a pressing force that causes the acting portion to generate a displacement equivalent to the external force. A force detector characterized in that:
【請求項2】 請求項1に記載の力検出子に、所定の検
出回路を付加することによって構成される力センサであ
って、 第1の抵抗体上の「第1の接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、第2の抵抗体上の「第2の接触
用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較
することにより、X軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力を検出する回路を、前記所定の検出
回路として付加したことを特徴とする力センサ。
2. A force sensor constituted by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to claim 1, wherein the first contact conductor is provided on a first resistor. By comparing a resistance value between two points sandwiching the “contact position” with a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the second contact conductor” on the second resistor, the X-axis is obtained. A force sensor, wherein a circuit for detecting an external force acting in a direction or a pressing force equivalent to the external force is added as the predetermined detection circuit.
【請求項3】 請求項2に記載の力センサにおいて、 第1の抵抗体と第2の抵抗体とをX軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりX軸検出用抵抗体を形成
し、このX軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記X軸検出用接続点の電圧に相当する値を、X軸
方向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の
値として出力する検出回路を用いることを特徴とする力
センサ。
3. The force sensor according to claim 2, wherein the first resistor and the second resistor are connected in series at an X-axis detection connection point to form an X-axis detection resistor. A predetermined voltage is applied to both ends of the X-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage at the X-axis detection connection point is defined as an external force applied in the X-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. A force sensor using a detection circuit for outputting.
【請求項4】 請求項1に記載の力検出子において、 基板の上面のY軸正領域およびY軸負領域にそれぞれ配
置された第3の抵抗体および第4の抵抗体と、 作用部の下面の前記第3の抵抗体および前記第4の抵抗
体にそれぞれ対向する位置に配置された第3の接触用導
電体および第4の接触用導電体と、 を更に備え、 前記作用部の下面が前記基板の上面に対して生じる変位
に基づいて、前記第3の接触用導電体および前記第4の
接触用導電体の前記第3の抵抗体および前記第4の抵抗
体に対する接触状態が変化するように構成され、前記第
3の接触用導電体および前記第4の接触用導電体が、弾
性変形する導電性材料から構成され、かつ、前記第3の
抵抗体および前記第4の抵抗体に対する接触状態の変化
に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、
この接触面の面積の変化に基づいて、更に、前記作用部
に対してY軸方向に作用した外力もしくは当該外力と同
等の変位を前記作用部に生じさせる押圧力を検出できる
ようにしたことを特徴とする力検出子。
4. The force detector according to claim 1, wherein a third resistor and a fourth resistor are respectively disposed in a Y-axis positive region and a Y-axis negative region on an upper surface of the substrate; A third contact conductor and a fourth contact conductor arranged at positions on the lower surface facing the third resistor and the fourth resistor, respectively; Changes the contact state of the third contact conductor and the fourth contact conductor with the third resistor and the fourth resistor based on the displacement generated with respect to the upper surface of the substrate. The third contact conductor and the fourth contact conductor are made of a conductive material that is elastically deformed, and the third resistor and the fourth resistor are The area of the contact surface changes based on the change of the contact state It has a shape,
Based on the change in the area of the contact surface, it is further possible to detect an external force acting on the acting portion in the Y-axis direction or a pressing force that causes a displacement equivalent to the external force to the acting portion. Characteristic force detector.
【請求項5】 請求項4に記載の力検出子に、所定の検
出回路を付加することによって構成される力センサであ
って、 第1の抵抗体上の「第1の接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、第2の抵抗体上の「第2の接触
用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較
することにより、X軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力を検出する回路と、 第3の抵抗体上の「第3の接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、第4の抵抗体上の「第4の接触
用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較
することにより、Y軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力を検出する回路と、 を有する回路を、前記所定の検出回路として付加したこ
とを特徴とする力センサ。
5. A force sensor constituted by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to claim 4, wherein the first contact conductor is provided on a first resistor. By comparing a resistance value between two points sandwiching the “contact position” with a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the second contact conductor” on the second resistor, the X-axis is obtained. A circuit for detecting an external force acting in the direction or a pressing force equivalent to the external force; a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the third contact conductor” on the third resistor; The external force acting in the Y-axis direction or a pressing force equivalent to the external force is detected by comparing the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the fourth contact conductor” on the resistor. A force sensor, wherein a circuit having the following is added as the predetermined detection circuit.
【請求項6】 請求項5に記載の力センサにおいて、 第1の抵抗体と第2の抵抗体とをX軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりX軸検出用抵抗体を形成
し、このX軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記X軸検出用接続点の電圧に相当する値をX軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力し、 第3の抵抗体と第4の抵抗体とをY軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりY軸検出用抵抗体を形成
し、このY軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記Y軸検出用接続点の電圧に相当する値をY軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力する検出回路を用いることを特徴とする力セ
ンサ。
6. The force sensor according to claim 5, wherein the first resistor and the second resistor are connected in series at an X-axis detection connection point to form an X-axis detection resistor. A predetermined voltage is applied to both ends of the X-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage at the X-axis detection connection point is output as an external force acting in the X-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. A third resistor and a fourth resistor are connected in series at the Y-axis detection connection point to form a Y-axis detection resistor, and a predetermined voltage is applied to both ends of the Y-axis detection resistor. And a detection circuit that outputs a value corresponding to the voltage of the connection point for Y-axis detection as an external force applied in the Y-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force.
【請求項7】 請求項1に記載の力検出子において、 基板の上面に配置されたZ軸用抵抗体と、作用部の下面
の前記Z軸用抵抗体に対向する位置に配置されたZ軸用
接触用導電体とを更に備え、 前記作用部の下面が前記基板の上面に対して生じる変位
に基づいて、前記Z軸用接触用導電体の前記Z軸用抵抗
体に対する接触状態が変化するように構成され、前記Z
軸用接触用導電体が、弾性変形する導電性材料から構成
され、かつ、前記Z軸用抵抗体に対する接触状態の変化
に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、
この接触面の面積の変化に基づいて、更に、前記作用部
に対してZ軸方向に作用した外力もしくは当該外力と同
等の変位を前記作用部に生じさせる押圧力を検出できる
ようにしたことを特徴とする力検出子。
7. The force detector according to claim 1, wherein the Z-axis resistor disposed on the upper surface of the substrate and the Z-axis resistor disposed on the lower surface of the acting portion at a position facing the Z-axis resistor. And a contact state for the Z-axis contact conductor, the contact state of the Z-axis contact conductor changing with the Z-axis resistor, based on a displacement of the lower surface of the operating portion with respect to the upper surface of the substrate. And the Z
The shaft contact conductor is made of an elastically deformable conductive material, and has a shape in which the area of the contact surface changes based on a change in the contact state with the Z-axis resistor,
Based on the change in the area of the contact surface, it is possible to further detect an external force acting on the acting portion in the Z-axis direction or a pressing force that causes a displacement equivalent to the external force to the acting portion. Characteristic force detector.
【請求項8】 請求項7に記載の力検出子において、 Z軸用抵抗体およびZ軸用接触用導電体を、Z軸と交差
する位置に配置したことを特徴とする力検出子。
8. The force detector according to claim 7, wherein the Z-axis resistor and the Z-axis contact conductor are arranged at positions intersecting with the Z-axis.
【請求項9】 請求項7または8に記載の力検出子にお
いて、 基板の上面に、所定の2点間の抵抗値が外力もしくは押
圧力の影響を受けずに一定となる参照用抵抗体を更に設
けたことを特徴とする力検出子。
9. The force detector according to claim 7, wherein a reference resistor whose constant value between two predetermined points is constant without being affected by an external force or a pressing force is provided on an upper surface of the substrate. A force detector further provided.
【請求項10】 請求項9に記載の力検出子に、所定の
検出回路を付加することによって構成される力センサで
あって、 第1の抵抗体上の「第1の接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、第2の抵抗体上の「第2の接触
用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較
することにより、X軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力を検出する回路と、 Z軸用抵抗体上の「Z軸用接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、参照用抵抗体上の「抵抗値が外
力もしくは押圧力の影響を受けずに一定」となる2点間
の抵抗値と、を比較することにより、Z軸方向に作用し
た外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出する回路
と、 を有する回路を、前記所定の検出回路として付加したこ
とを特徴とする力センサ。
10. A force sensor constituted by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to claim 9, wherein the first contact conductor is provided on a first resistor. By comparing a resistance value between two points sandwiching the “contact position” with a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the second contact conductor” on the second resistor, the X-axis is obtained. A circuit for detecting an external force acting in the direction or a pressing force equivalent to the external force; a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the Z-axis contact conductor” on the Z-axis resistor; By comparing the resistance value between two points at which the resistance value is "constant without being affected by external force or pressing force" on the resistor, the external force applied in the Z-axis direction or the same pressing force as the external force is applied. A circuit for detecting pressure; and a circuit having: Sensor.
【請求項11】 請求項10に記載の力センサにおい
て、 第1の抵抗体と第2の抵抗体とをX軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりX軸検出用抵抗体を形成
し、このX軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記X軸検出用接続点の電圧に相当する値をX軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力し、 Z軸用抵抗体と参照用抵抗体とをZ軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりZ軸検出用抵抗体を形成
し、このZ軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記Z軸検出用接続点の電圧に相当する値をZ軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力する検出回路を用いることを特徴とする力セ
ンサ。
11. The force sensor according to claim 10, wherein the first resistor and the second resistor are connected in series at an X-axis detection connection point to form an X-axis detection resistor. A predetermined voltage is applied to both ends of the X-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage at the X-axis detection connection point is output as an external force acting in the X-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. The Z-axis resistor and the reference resistor are connected in series at the Z-axis detection connection point to form a Z-axis detection resistor, and a predetermined voltage is applied to both ends of the Z-axis detection resistor. A force sensor, comprising: a detection circuit for applying and outputting a value corresponding to the voltage at the Z-axis detection connection point as an external force acting in the Z-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force.
【請求項12】 請求項4に記載の力検出子において、 基板の上面に配置されたZ軸用抵抗体と、作用部の下面
の前記Z軸用抵抗体に対向する位置に配置されたZ軸用
接触用導電体とを更に備え、 前記作用部の下面が前記基板の上面に対して生じる変位
に基づいて、前記Z軸用接触用導電体の前記Z軸用抵抗
体に対する接触状態が変化するように構成され、前記Z
軸用接触用導電体が、弾性変形する導電性材料から構成
され、かつ、前記Z軸用抵抗体に対する接触状態の変化
に基づいて接触面の面積が変化する形状を有しており、
この接触面の面積の変化に基づいて、更に、Z軸方向に
作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出で
きるようにしたことを特徴とする力検出子。
12. The force detector according to claim 4, wherein the Z-axis resistor disposed on the upper surface of the substrate and the Z-axis disposed on the lower surface of the acting portion at a position facing the Z-axis resistor. And a contact state for the Z-axis contact conductor, the contact state of the Z-axis contact conductor changing with the Z-axis resistor, based on a displacement of the lower surface of the operating portion with respect to the upper surface of the substrate. And the Z
The shaft contact conductor is made of an elastically deformable conductive material, and has a shape in which the area of the contact surface changes based on a change in the contact state with the Z-axis resistor,
A force detector characterized in that an external force acting in the Z-axis direction or a pressing force equivalent to the external force can be detected based on the change in the area of the contact surface.
【請求項13】 請求項12に記載の力検出子におい
て、 Z軸用抵抗体およびZ軸用接触用導電体を、Z軸と交差
する位置に配置したことを特徴とする力検出子。
13. The force detector according to claim 12, wherein the Z-axis resistor and the Z-axis contact conductor are arranged at positions intersecting the Z-axis.
【請求項14】 請求項12または13に記載の力検出
子において、 基板の上面に、所定の2点間の抵抗値が外力もしくは押
圧力の影響を受けずに一定となる参照用抵抗体を更に設
けたことを特徴とする力検出子。
14. The force detector according to claim 12, wherein a reference resistor whose resistance value between two predetermined points is constant without being affected by an external force or a pressing force is provided on an upper surface of the substrate. A force detector further provided.
【請求項15】 請求項14に記載の力検出子に、所定
の検出回路を付加することによって構成される力センサ
であって、 第1の抵抗体上の「第1の接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、第2の抵抗体上の「第2の接触
用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較
することにより、X軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力を検出する回路と、 第3の抵抗体上の「第3の接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、第4の抵抗体上の「第4の接触
用導電体の接触位置」を挟む2点間の抵抗値と、を比較
することにより、Y軸方向に作用した外力もしくは当該
外力と同等の押圧力を検出する回路と、 Z軸用抵抗体上の「Z軸用接触用導電体の接触位置」を
挟む2点間の抵抗値と、参照用抵抗体上の「抵抗値が外
力もしくは押圧力の影響を受けずに一定」となる2点間
の抵抗値と、を比較することにより、Z軸方向に作用し
た外力もしくは当該外力と同等の押圧力を検出する回路
と、 を有する回路を、前記所定の検出回路として付加したこ
とを特徴とする力センサ。
15. A force sensor constituted by adding a predetermined detection circuit to the force detector according to claim 14, wherein the first contact conductor is provided on the first resistor. By comparing a resistance value between two points sandwiching the “contact position” with a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the second contact conductor” on the second resistor, the X-axis is obtained. A circuit for detecting an external force acting in the direction or a pressing force equivalent to the external force; a resistance value between two points sandwiching the “contact position of the third contact conductor” on the third resistor; The external force acting in the Y-axis direction or a pressing force equivalent to the external force is detected by comparing the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the fourth contact conductor” on the resistor. And the resistance between two points sandwiching the “contact position of the Z-axis contact conductor” on the Z-axis resistor, and the reference resistor By comparing the above resistance value between two points at which the resistance value is constant without being affected by an external force or a pressing force, the external force acting in the Z-axis direction or a pressing force equivalent to the external force is calculated. A force sensor, wherein a circuit having: a detection circuit; and a circuit having:
【請求項16】 請求項15に記載の力センサにおい
て、 第1の抵抗体と第2の抵抗体とをX軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりX軸検出用抵抗体を形成
し、このX軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記X軸検出用接続点の電圧に相当する値をX軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力し、 第3の抵抗体と第4の抵抗体とをY軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりY軸検出用抵抗体を形成
し、このY軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記Y軸検出用接続点の電圧に相当する値をY軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力し、 Z軸用抵抗体と参照用抵抗体とをZ軸検出用接続点にお
いて直列接続することによりZ軸検出用抵抗体を形成
し、このZ軸検出用抵抗体の両端に所定の電圧を印加
し、前記Z軸検出用接続点の電圧に相当する値をZ軸方
向に作用した外力もしくは当該外力と同等の押圧力の値
として出力する検出回路を用いることを特徴とする力セ
ンサ。
16. The force sensor according to claim 15, wherein the first resistor and the second resistor are connected in series at an X-axis detection connection point to form an X-axis detection resistor. A predetermined voltage is applied to both ends of the X-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage at the X-axis detection connection point is output as an external force acting in the X-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. A third resistor and a fourth resistor are connected in series at the Y-axis detection connection point to form a Y-axis detection resistor, and a predetermined voltage is applied to both ends of the Y-axis detection resistor. And outputs a value corresponding to the voltage of the Y-axis detection connection point as an external force acting in the Y-axis direction or a value of a pressing force equivalent to the external force. The Z-axis resistor and the reference resistor Are connected in series at a connection point for Z-axis detection, thereby forming a resistor for Z-axis detection. A predetermined voltage is applied to both ends of the Z-axis detection resistor, and a value corresponding to the voltage of the Z-axis detection connection point is applied to an external force applied in the Z-axis direction or a pressing force equivalent to the external force. A force sensor using a detection circuit that outputs a value.
【請求項17】 請求項1〜16のいずれかに記載の力
検出子または力センサにおいて、 作用部の上面に操作桿を設け、この操作桿を介して与え
られた外力によって作用部の下面が基板の上面に対して
変位を生じるように構成し、前記操作桿に加えられた外
力の検出ができるようにしたことを特徴とする力検出子
または力センサ。
17. The force detector or force sensor according to claim 1, wherein an operation rod is provided on an upper surface of the operation portion, and the lower surface of the operation portion is moved by an external force applied through the operation rod. A force detector or a force sensor configured to generate a displacement with respect to an upper surface of a substrate, and capable of detecting an external force applied to the operation rod.
【請求項18】 請求項1〜16のいずれかに記載の力
検出子または力センサにおいて、 作用部の上面に複数の指標を配置し、個々の指標位置に
加えられた押圧力によて作用部の下面が基板の上面に対
して変位を生じるように構成し、どの指標位置にどれだ
けの押圧力が加えられたかを検出できるようにしたこと
を特徴とする力検出子または力センサ。
18. The force detector or force sensor according to claim 1, wherein a plurality of indices are arranged on an upper surface of the acting portion, and the force is actuated by a pressing force applied to each index position. A force detector or a force sensor, wherein a lower surface of the portion is displaced with respect to an upper surface of the substrate to detect how much pressing force is applied to which index position.
【請求項19】 請求項1〜16のいずれかに記載の力
検出子または力センサを利用した加速度検出子または加
速度センサであって、 作用部に重錘体を接合し、この重錘体に作用した加速度
に基づいて前記作用部に外力が作用するように構成し、
作用した外力を検出することにより、作用した加速度を
検出できるようにしたことを特徴とする加速度検出子ま
たは加速度センサ。
19. An acceleration detector or an acceleration sensor using the force detector or the force sensor according to claim 1, wherein a weight is joined to the action portion, and the weight is attached to the weight. An external force acts on the acting portion based on the acted acceleration,
An acceleration detector or an acceleration sensor, wherein an applied acceleration can be detected by detecting an applied external force.
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