JP2002131149A - Force detecting device - Google Patents

Force detecting device

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JP2002131149A
JP2002131149A JP2000318419A JP2000318419A JP2002131149A JP 2002131149 A JP2002131149 A JP 2002131149A JP 2000318419 A JP2000318419 A JP 2000318419A JP 2000318419 A JP2000318419 A JP 2000318419A JP 2002131149 A JP2002131149 A JP 2002131149A
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森本  英夫
Kazuhiro Okada
和廣 岡田
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伸光 谷口
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Wacoh Corp
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a force detecting device of less area of an electrode pattern on a substrate. SOLUTION: Four electrodes Dx+, Dx-, Dy+, and Dy- are arranged on X and Y axes at every 90 deg. on a substrate, with conductive lands DG provided outside the electrodes. An operation button 2 is provided at a position facing the electrode and conductive land while an elastic displacement electrode 3 is provided on the side facing the electrode and conductive land of the operation button. When no press-in force is applied on the operation button 2, the electrode and conductive land do not contact the displacement electrode 3 while, when the operation button 2 is applied with a press-in force, the displacement electrode 3 contacts the conductive land DG to generate an electrostatic capacity, corresponding to magnitude and direction of the force, between the displacement electrode and each electrode.

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】この発明は、力検出装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】力検出装置としては、例えば、図10に示
すようなものがある。
2. Description of the Related Art As a force detecting device, for example, there is one as shown in FIG.

【0003】この力検出装置では、図10に示すようにボ
タン部90を基板94に対して垂直に押し込むと当該ボタン
部90と一体の軸部91の下端が薄型スイッチ93をONさせ
るようになっており(スイッチィング機能)、ボタン部
90を傾けて押し込むと導電ゴム製の変位電極92が変位し
て前記変位電極92と基板94上の電極Dx+,Dx−,D
y+,Dy−との間の距離が変化し、X軸、Y軸の出力
電圧が変化するようになっている(ジョイスティック機
能)。
In this force detecting device, as shown in FIG. 10, when the button portion 90 is pushed vertically to the substrate 94, the lower end of the shaft portion 91 integrated with the button portion 90 turns on the thin switch 93. Button (switching function), button
When the 90 is tilted and pushed in, the displacement electrode 92 made of conductive rubber is displaced, and the displacement electrode 92 and the electrodes Dx +, Dx−, D on the substrate 94 are displaced.
The distance between y + and Dy- changes, and the output voltages of the X-axis and the Y-axis change (joystick function).

【0004】しかしながら、中央に薄型スイッチを配置
すると、X,Y軸の力検出用電極を薄型スイッチ93より
も外側に配置しなければならず、しかも導電ゴム製の変
位電極92をさらに外側に配置することから、基板94上の
電極パターンの面積が大きくなって実装上不利になる。
However, if a thin switch is arranged in the center, the X and Y-axis force detecting electrodes must be arranged outside the thin switch 93, and a conductive rubber displacement electrode 92 is further arranged outside. Therefore, the area of the electrode pattern on the substrate 94 becomes large, which is disadvantageous in mounting.

【0005】なお、上記は中央に薄型スイッチを配置し
たものであるが、中央に薄型スイッチを配置していない
ものにおいても基板94上の電極パターンの面積をできる
だけ小さくしたいという要求もある。
[0005] Although the thin switch is arranged in the center in the above, there is also a demand that the area of the electrode pattern on the substrate 94 be as small as possible even in the case where the thin switch is not arranged in the center.

【0006】したがって、力検出装置を製造、販売、使
用する業界では、基板上の電極パターンの面積を小さ
くすることができる力検出装置が開発されることを待ち
望んでおり、スイッチング機能を有したままで、基板
上の電極パターンの面積を小さくすることができる力検
出装置が開発されることを待ち望んでいる。
[0006] Therefore, in the industry of manufacturing, selling and using force detecting devices, there is a long-awaited desire to develop a force detecting device capable of reducing the area of an electrode pattern on a substrate. Therefore, it has been awaited to develop a force detection device capable of reducing the area of an electrode pattern on a substrate.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、基板上の電極パターンの面積を小さくすることがで
きる力検出装置を提供することを課題し、また、スイッ
チング機能を有したままで、基板上の電極パターンの面
積を小さくすることができる力検出装置を提供すること
を課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a force detecting device capable of reducing the area of an electrode pattern on a substrate. An object of the present invention is to provide a force detection device capable of reducing the area of an upper electrode pattern.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】(請求項1記載の発明)
この力検出装置は、基板上に90°間隔で4個の電極を
X,Y軸上に配置すると共に前記電極の外側に導電ラン
ドを配置し、前記電極及び導電ランドと対向する位置に
操作ボタンを設けると共に前記操作ボタンにおける電極
及び導電ランドと対向する側に弾性を有する変位電極を
設け、操作ボタンに押し込み力を加えていないには、前
記電極及び導電ランドと変位電極とは接触しておらず、
操作ボタンを押し込み力を加えたときには、変位電極が
導電ランドと接触して変位電極と各電極との間に力の大
きさと方向に応じた静電容量が発生するようになってい
る。 (請求項2記載の発明)この力検出装置は、上記請求項
1記載の発明に関して、変位電極と4個の電極との間に
発生する各静電容量を適宜方法を用いて演算し、X軸,
Y軸方向の力の大きさと向きを示す信号を出力できるよ
うにしてある。 (請求項3記載の発明)この力検出装置は、上記請求項
1記載の発明に関して、4個の電極で囲まれる基板上部
分に薄型スイッチを配置し、操作ボタンに基板と垂直に
なる力を加えると、薄型スイッチが閉となるようにして
ある。 (請求項4記載の発明)この力検出装置は、基板上にお
けるX軸又はY軸上に2個の電極を配置すると共に前記
電極の外側に導電ランドを配置し、前記電極及び導電ラ
ンドと対向する位置に操作ボタンを設けると共に前記操
作ボタンにおける電極及び導電ランドと対向する側に弾
性を有する変位電極を設け、操作ボタンを押し込み力を
加えたときには、変位電極が導電ランドと接触して変位
電極と各電極との間に力の大きさと方向に応じた静電容
量が発生するようになっている。 (請求項5記載の発明)この力検出装置は、上記請求項
4記載の発明に関して、変位電極と2個の電極との間に
発生する各静電容量を適宜方法を用いて演算し、X軸又
はY軸方向の力の大きさと向きを示す信号を出力できる
ようにしてある。 (請求項6記載の発明)この力検出装置は、上記請求項
4記載の発明に関して、2個の電極で挟まれる基板上に
薄型スイッチを配置し、操作ボタンに基板と垂直になる
力を加えると、薄型スイッチが閉となるようにしてあ
る。 (請求項7記載の発明)この力検出装置は、上記請求項
1乃至6のいずれかに記載の発明に関し、変位電極は、
導電性ゴム又は導電性エラストマで構成されている。 (請求項8記載の発明)この力検出装置は、上記請求項
1乃至6のいずれかに記載の発明に関し、変位電極は、
非導電性ゴム又は非導電性エラストマに導電性インク又
は導電塗料を塗布することによって形成されている。
Means for Solving the Problems (Invention of Claim 1)
This force detecting device has four electrodes disposed on a substrate at 90 ° intervals on the X and Y axes, and a conductive land disposed outside the electrode, and an operation button located at a position facing the electrode and the conductive land. And a displacement electrode having elasticity is provided on a side of the operation button opposite to the electrode and the conductive land, and if no pushing force is applied to the operation button, the electrode and the conductive land come into contact with the displacement electrode. Without
When a pressing force is applied to the operation button, the displacement electrode comes into contact with the conductive land, and a capacitance corresponding to the magnitude and direction of the force is generated between the displacement electrode and each electrode. (Invention of Claim 2) This force detection apparatus calculates the electrostatic capacity generated between the displacement electrode and the four electrodes by using an appropriate method with respect to the invention of Claim 1, and calculates X axis,
A signal indicating the magnitude and direction of the force in the Y-axis direction can be output. According to the present invention, a thin switch is disposed on an upper portion of a substrate surrounded by four electrodes, and a force perpendicular to the substrate is applied to an operation button. When added, the thin switch is closed. (Invention of claim 4) In this force detecting device, two electrodes are arranged on an X axis or a Y axis on a substrate, and a conductive land is arranged outside the electrode, and the force detecting device is opposed to the electrode and the conductive land. The operation button is provided at a position where the operation button is provided, and an elastic displacement electrode is provided on the side of the operation button opposite to the electrode and the conductive land. A capacitance corresponding to the magnitude and direction of the force is generated between the electrode and each electrode. (Invention of Claim 5) This force detecting apparatus is the same as that of the invention of Claim 4 described above, but calculates each capacitance generated between the displacement electrode and the two electrodes by using an appropriate method. A signal indicating the magnitude and direction of the force in the axis or Y-axis direction can be output. (Invention of claim 6) In this force detection device, a thin switch is arranged on a substrate sandwiched between two electrodes, and a force perpendicular to the substrate is applied to the operation button. Then, the thin switch is closed. (Invention according to claim 7) This force detection device relates to the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the displacement electrode comprises:
It is made of conductive rubber or conductive elastomer. (Invention according to claim 8) This force detection device relates to the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the displacement electrode comprises:
It is formed by applying conductive ink or conductive paint to non-conductive rubber or non-conductive elastomer.

【0009】なお、上記発明の力検出装置の機能につい
ては、以下の発明の実施の形態の欄で明らかにする。
The function of the force detecting device of the present invention will be clarified in the following embodiments of the present invention.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例として示
した図面に従って説明する。 〔実施形態1〕図1はこの発明の実施形態1の力検出装
置Sの断面図を示しており、図2は前記力検出装置Sを
構成する基板1上の導電ランドDG、電極Dx+,Dx
−,Dy+,Dy−、薄型スイッチ5の平面図を示して
いる。 (この力検出装置Sの構成について)この力検出装置S
は、図1に示すように、基板1と、前記基板1と対向配
置された操作ボタン2と、前記操作ボタン2の下面に配
置されている変位電極3と、前記操作ボタン2を基板1
上で固定する取付具4とから構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing embodiments. [Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view of a force detecting device S according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a conductive land DG, electrodes Dx +, Dx on a substrate 1 constituting the force detecting device S.
FIG. 2 shows a plan view of −, Dy +, Dy−, and the thin switch 5. (Regarding the configuration of the force detecting device S)
As shown in FIG. 1, a substrate 1, an operation button 2 arranged opposite to the substrate 1, a displacement electrode 3 arranged on the lower surface of the operation button 2, and the operation button 2
And a fixture 4 fixed thereon.

【0011】基板1は、図1に示すように、薄いプリン
ト基板により構成されており、図2に示すように上面に
四分割された円形状の電極Dx+,Dx−,Dy+,D
y−がX−Y軸上に原点Oから等距離で配設されている
と共に、前記原点Oを中心として電極Dx+,Dx−,
Dy+,Dy−を囲む円環状の導電ランドDGが配設さ
れている。ここで、この実施形態では、電極Dx+,D
x−,Dy+,Dy−で囲まれる基板1部分に図1や図
2に示すように薄型スイッチ5を配置させてある。な
お、電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−及び導電ラン
ドDGは、基板1上に形成された銅層に半田層を着けた
もの、金メッキや銀メッキをしたもの、カーボンを印刷
して形成したもの、半田を溶着したもので形成してあ
り、絶縁膜Rで覆ってある。
The substrate 1 is made of a thin printed circuit board as shown in FIG. 1, and has four circular electrodes Dx +, Dx-, Dy + and D divided on the upper surface as shown in FIG.
y− is arranged on the XY axis at an equal distance from the origin O, and the electrodes Dx +, Dx−,
An annular conductive land DG surrounding Dy + and Dy- is provided. Here, in this embodiment, the electrodes Dx +, D
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a thin switch 5 is disposed on a portion of the substrate 1 surrounded by x−, Dy +, and Dy−. The electrodes Dx +, Dx−, Dy +, Dy− and the conductive lands DG were formed by printing a copper layer formed on the substrate 1 with a solder layer, gold plating or silver plating, or carbon printing. And is formed by welding solder, and is covered with an insulating film R.

【0012】操作ボタン2は、図1や図3に示すよう
に、ポリカーボネートにより構成された硬質部20と非導
電性ゴム又は非導電性エラストマーにより構成された軟
質部21より成り、両者は接着されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the operation button 2 comprises a hard portion 20 made of polycarbonate and a soft portion 21 made of non-conductive rubber or non-conductive elastomer. ing.

【0013】硬質部20は、図1に示すように、断面逆皿
状に構成されている押し込み部20aと、前記押し込み部
20aの中央下面に突設した垂下棒20bとから構成されて
おり、前記垂下棒20bの下端は半球状に形成されてい
る。
As shown in FIG. 1, the hard portion 20 has a push-in portion 20a formed in an inverted dish shape in cross section and the push-in portion.
The lower end of the hanging bar 20b is formed in a hemispherical shape.

【0014】軟質部21は、主として操作ボタン2を基板
1上で支持するものであり、図1に示すように、押し込
み部20a内に入り込んでいる部分21aと、取付具4によ
って基板1上に取り付けられる固定部22と、前記部分21
aと固定部22とを繋ぐ薄肉部23とから構成されている。
The soft portion 21 mainly supports the operation buttons 2 on the substrate 1 and, as shown in FIG. A fixing part 22 to be attached;
a and a thin portion 23 connecting the fixed portion 22 to the fixed portion 22.

【0015】変位電極3は、図1に示すように軟質部21
における電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−及び導電
ランドDGと対向する面に設けられており、図3に示す
ように円環状の薄板の導電性ゴム又は導電性エラストマ
により構成されている。なお、この変位電極3と導電ラ
ンドDGとの間の距離は、操作ボタン2が基板1に垂直
に微小距離だけ押し込まれて垂下棒20bが薄型スイッチ
5をONにした状態においても、なお非接触であるよう
な寸法に設定してある。
The displacement electrode 3 has a soft portion 21 as shown in FIG.
Are provided on the surface facing the electrodes Dx +, Dx-, Dy +, Dy- and the conductive land DG, and as shown in FIG. 3, are formed of an annular thin plate of conductive rubber or conductive elastomer. It should be noted that the distance between the displacement electrode 3 and the conductive land DG is still non-contact even when the operation button 2 is vertically pushed into the substrate 1 by a small distance and the hanging bar 20b turns on the thin switch 5. The dimensions are set as follows.

【0016】取付具4は、図1に示すように、断面L字
状の平面視円環状のもので、固定部22を基板1に対して
押さえ付ける態様で操作ボタン2を取り付けてある。
As shown in FIG. 1, the mounting member 4 has an L-shaped cross section and is annular in a plan view, and the operation button 2 is mounted in such a manner that the fixing portion 22 is pressed against the substrate 1.

【0017】薄型スイッチ5は、厚さ数mmのものであ
り、具体的には、押し込み量が微小である金属ドーム部
50を有したタクタイルスイッチとしてある。
The thin switch 5 has a thickness of several millimeters, and more specifically, a metal dome having a small amount of depression.
As a tactile switch with 50.

【0018】ここで、図5に示すように上記変位電極3
と導電ランドDGとが接触した状態では、変位電極3と
電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−との間に静電容量
Cx+,Cx−,Cy+,Cy−が形成されるようにし
てあり、また、操作ボタン2を押し込んでいない状態で
は、垂下棒20bの下端部が薄型スイッチ5と接触(又は
少し間隙を設けて非接触)した状態となるようにしてあ
る。また、電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−には一
定周期の電圧又は一定の電圧を加えてあり、導電ランド
DGは電源の0Vに接続してある。
Here, as shown in FIG.
And the conductive land DG are in contact with each other, capacitances Cx +, Cx-, Cy +, Cy- are formed between the displacement electrode 3 and the electrodes Dx +, Dx-, Dy +, Dy-, When the operation button 2 is not depressed, the lower end of the hanging bar 20b is brought into contact with the thin switch 5 (or non-contact with a slight gap). The electrodes Dx +, Dx-, Dy +, and Dy- are applied with a voltage of a fixed period or a fixed voltage, and the conductive land DG is connected to 0 V of the power supply.

【0019】なお、この実施形態では、適当な方法を用
いて図6に示すように〔(Cx+)−(Cx−)〕及び
〔(Cy+)−(Cy−)〕の演算を行うことにより、
操作ボタン2を押し込む力の大きさと力の方向に応じた
X軸方向、Y軸方向の信号が得られるようにしてある。 (この力検出装置Sの機能について) 操作ボタン2をZ軸方向(基板1に対して垂直方
向)に押すと、薄肉部23が変形し、図4に示すように、
垂下棒20bが薄型スイッチ5の金属ドーム部50を押ん
で、スイッチがONになる。このとき、変位電極3と導
電ランドDGとの間の距離は上記のように設定されてい
るので、図4に示すように変位電極3と導電ランドDG
とは接続状態とならず、よって変位電極3と電極Dx
+,Dx−,Dy+,Dy−との間に静電容量Cx+,
Cx−,Cy+,Cy−は発生しない。 次に、図5に示すように操作ボタン2を傾けて押し
込むと、変位電極3と電極Dx+の距離が小さくなると
共に変位電極3と導電ランドDGとが接触し、前記変位
電極3はGND電位となる。一方、電極Dx+,Dx
−,Dy+,Dy−には電圧を加えてあるので、変位電
極3がGND電位となった時点で、変位電極3と電極D
x+,Dx−,Dy+,Dy−との間に静電容量Cx
+,Cx−,Cy+,Cy−が発生する。このとき、静
電容量は変位電極3と電極Dx+,Dx−,Dy+,D
y−との距離に反比例するので、静電容量Cx+が最も
大きな値となり、(Cx−)<〔(Cy+)=(Cy
−)〕<(Cx+)・・・式(1) の関係が成立する。こ
こで、変位電極3及び軟質部21は弾性体で構成されてい
るから、操作ボタン2を強く押すと、力の大きさに応じ
て変形する。このため、前記の式(1) の関係を維持した
まま静電容量Cx+,Cx−,Cy+,Cy−は電極間
距離に応じて大きくなる。なお、前記のことは他の方向
の力に対しても同様のことが言える。
In this embodiment, the operation of [(Cx +)-(Cx-)] and [(Cy +)-(Cy-)] is performed as shown in FIG.
Signals in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the magnitude and direction of the force pressing the operation button 2 are obtained. (Regarding the Function of the Force Detector S) When the operation button 2 is pressed in the Z-axis direction (perpendicular to the substrate 1), the thin portion 23 is deformed, and as shown in FIG.
The hanging bar 20b pushes the metal dome 50 of the thin switch 5 to turn on the switch. At this time, since the distance between the displacement electrode 3 and the conductive land DG is set as described above, as shown in FIG.
Is not in a connected state, so that the displacement electrode 3 and the electrode Dx
+, Dx-, Dy +, Dy-
Cx-, Cy +, and Cy- do not occur. Next, as shown in FIG. 5, when the operation button 2 is tilted and pushed in, the distance between the displacement electrode 3 and the electrode Dx + decreases, and the displacement electrode 3 and the conductive land DG come into contact with each other. Become. On the other hand, electrodes Dx +, Dx
Since voltages are applied to −, Dy +, and Dy−, when the displacement electrode 3 reaches the GND potential, the displacement electrode 3 and the electrode D
x +, Dx-, Dy +, Dy-
+, Cx-, Cy +, Cy- are generated. At this time, the capacitance is the displacement electrode 3 and the electrodes Dx +, Dx−, Dy +,
Since it is inversely proportional to the distance to y−, the capacitance Cx + becomes the largest value, and (Cx −) <[(Cy +) = (Cy)
−)] <(Cx +)... The relation of equation (1) is established. Here, since the displacement electrode 3 and the soft part 21 are made of an elastic body, when the operation button 2 is pressed strongly, the deformation is performed according to the magnitude of the force. Therefore, the capacitances Cx +, Cx−, Cy +, Cy− increase with the distance between the electrodes while maintaining the relationship of the above equation (1). The same can be said for the forces in other directions.

【0020】したがって、操作ボタン2を押し込む力の
大きさと力の方向に応じたX軸方向、Y軸方向の信号が
得られる。 で説明した操作ボタン2を傾ける力を加える場
合、薄型スイッチ5をONしないように意識しながら人
の指で力を加えることがきる。
Therefore, signals in the X-axis direction and the Y-axis direction corresponding to the magnitude and direction of the force pressing the operation button 2 are obtained. When the force for tilting the operation button 2 described in the above is applied, it is possible to apply the force with a human finger while consciously not turning on the thin switch 5.

【0021】以上のことから、操作ボタン2を押す力の
方向や強さを加減することにより、意志をもって薄型ス
イッチ5をONさせたり、X軸、Y軸の出力信号を変化
させたりすることが可能であることが判る。
From the above, it is possible to turn on the thin switch 5 or change the X-axis and Y-axis output signals by adjusting the direction and intensity of the force pressing the operation button 2. It turns out that it is possible.

【0022】また、この発明の力検出装置Sでは、導電
ランドDGの面積を小さくすることができるので、機器
への実装面で大変有利であることも明らかである。 また、逆に操作ボタン2への力を取り除いた場合、
変位電極3が基板1上の導電ランドDGから離れ、その
時点で変位電極3と電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy
−相互間に静電容量Cx+,Cx−,Cy+,Cy−が
発生しなくなる。この現象は、たとえ操作ボタン2に加
えた力により変位電極3や軟質部21を構成するゴム等に
歪みが僅かに残り元の位置に復帰しなかったとしても、
変位電極3が導電ランドDGから離れていれば確実に起
こるから、静電容量Cx+,Cx−,Cy+,Cy−は
変位電極3や軟質部21の微小な歪みに関係なく「0」
(浮遊容量は小さいので無視できる)となる。つまり、
図6で示したX軸、Y軸の出力が確実に元に戻り、ヒス
テリシスがほとんど発生しないことになる。
Further, in the force detection device S of the present invention, since the area of the conductive land DG can be reduced, it is apparent that the force detection device S is very advantageous in terms of mounting on equipment. Conversely, when the force on the operation button 2 is removed,
The displacement electrode 3 is separated from the conductive land DG on the substrate 1, and at that time, the displacement electrode 3 and the electrodes Dx +, Dx-, Dy +, Dy
-The capacitances Cx +, Cx-, Cy +, Cy- are not generated between them. This phenomenon occurs even if the displacement electrode 3 and the rubber constituting the soft portion 21 are slightly distorted by the force applied to the operation button 2 and do not return to the original position.
The capacitance Cx +, Cx−, Cy +, Cy− is “0” irrespective of the minute distortion of the displacement electrode 3 and the soft portion 21 because the displacement occurs reliably when the displacement electrode 3 is separated from the conductive land DG.
(The stray capacitance is so small that it can be ignored.) That is,
The outputs of the X axis and the Y axis shown in FIG. 6 are reliably returned to the original state, and almost no hysteresis occurs.

【0023】したがって、本件発明をジョイスティック
として応用すれば、出力にヒステリシスがほとんど発生
しない再現性の良い、ジョイスティックを提供できる。 〔実施形態2〕図7はこの発明の実施形態2の力検出装
置Sの断面図を示しており、図8は前記力検出装置Sを
構成する基板1上の導電ランドDG、電極Dx+,Dx
−及び薄型スイッチ5、並びに操作ボタン2側に設けた
変位電極3の平面図を示している。
Therefore, if the present invention is applied to a joystick, it is possible to provide a joystick with good reproducibility and little hysteresis in the output. [Embodiment 2] FIG. 7 is a sectional view of a force detection device S according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing a conductive land DG and electrodes Dx + and Dx on a substrate 1 constituting the force detection device S.
2 shows a plan view of a negative switch 5 and a displacement electrode 3 provided on the operation button 2 side.

【0024】この力検出装置Sは実施形態1と同様に、
図7に示す如く、基板1、操作ボタン2、変位電極3、
取付具4、薄型スイッチ5とから構成されているが、一
軸方向(X軸又はY軸)の力の大きさ及び力の方向を検
出するものとするため、実施形態1とは以下の点で相違
している。
This force detection device S is similar to the first embodiment,
As shown in FIG. 7, a substrate 1, an operation button 2, a displacement electrode 3,
Although it is composed of the fixture 4 and the thin switch 5, the magnitude of the force and the direction of the force in one axis direction (X axis or Y axis) are to be detected. Are different.

【0025】基板1は、図7や図8に示す如く、その上
面に導電ランドDG、電極Dx+、薄型スイッチ5、電
極Dx−、導電ランドDGが直線L上に順に配置されて
いる。
As shown in FIGS. 7 and 8, a conductive land DG, an electrode Dx +, a thin switch 5, an electrode Dx-, and a conductive land DG are sequentially arranged on a straight line L on the upper surface of the substrate 1.

【0026】操作ボタン2は、図7に示すように、一軸
方向に傾斜させて押し込むことが可能なシーソーボタン
形式のものとしてある。
As shown in FIG. 7, the operation button 2 is of a seesaw button type which can be pushed in while being inclined in one axis direction.

【0027】なお、変位電極3、取付具4、薄型スイッ
チ5、静電容量−電圧変換用の回路は実施形態1と同等
のものが採用されている。
The displacement electrode 3, the fixture 4, the thin switch 5, and the circuit for converting capacitance to voltage are the same as those in the first embodiment.

【0028】この力検出装置Sは上記のような構成であ
るから、図9に示すように、シーソーボタン形式の操作
ボタン2の一端部を押し込むと、変位電極3と電極Dx
+,Dx−との間に静電容量Cx+,Cx−が発生して
それに応じた一軸方向の信号が出力され、また、前記操
作ボタン2の中央部を押し込むと、垂下棒20bが薄型ス
イッチ5の金属ドーム部50を押し込んでスイッチがON
となる。これらの機能については、実施形態1で説明し
たのでここでは省略する。 (他の実施形態)上記実施形態では、変位電極3を共通
電極としているが、これに限定されるものではない。つ
まり、実施形態2で説明すると、相互に分離したDx+
側の変位電極と、Dx−側の変位電極とを設けるように
してもよい。
Since the force detecting device S has the above-described configuration, as shown in FIG. 9, when one end of the operation button 2 of the seesaw button type is pushed in, the displacement electrode 3 and the electrode Dx are pressed.
+, Dx-, and capacitances Cx +, Cx- are generated, and a uniaxial signal corresponding to the capacitances is output. When the center of the operation button 2 is pressed, the hanging rod 20b is turned into the thin switch 5 Switch is turned on by pushing the metal dome part 50 of
Becomes Since these functions have been described in the first embodiment, they will not be described here. (Other Embodiments) In the above embodiment, the displacement electrode 3 is a common electrode. However, the present invention is not limited to this. In other words, according to the second embodiment, the mutually separated Dx +
And a Dx− side displacement electrode may be provided.

【0029】また、上記実施形態では、薄型スイッチと
してタクタイルスイッチを採用しているが、同等の機能
を有するものであれば全て採用できる。
In the above-described embodiment, a tactile switch is used as a thin switch, but any switch having the same function can be used.

【0030】[0030]

【発明の効果】この発明は上記のような構成であるから
次の効果を有する。
The present invention has the following effects since it has the above-described configuration.

【0031】発明の実施形態の欄の説明から明らかなよ
うに、基板上の電極パターンの面積を小さくすることが
できる力検出装置を提供でき、さらに、スイッチング機
能を有したままで、基板上の電極パターンの面積を小さ
くすることができる力検出装置を提供できた。
As is clear from the description of the embodiments of the present invention, it is possible to provide a force detecting device capable of reducing the area of the electrode pattern on the substrate, and furthermore, it is possible to provide a force detecting device on the substrate while having a switching function. A force detection device capable of reducing the area of the electrode pattern can be provided.

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

【図1】この発明の実施形態1の力検出装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a force detecting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】前記力検出装置を構成する基板に配置される導
電ランド、電極、薄型スイッチの平面図。
FIG. 2 is a plan view of conductive lands, electrodes, and thin switches arranged on a substrate constituting the force detecting device.

【図3】前記力検出装置を構成する操作ボタン及び変位
電極を下側から見たときの図。
FIG. 3 is a diagram when an operation button and a displacement electrode constituting the force detection device are viewed from below.

【図4】前記操作ボタンを基板に対して垂直に押し込ん
だときの断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view when the operation button is pressed vertically to a substrate.

【図5】前記操作ボタンを基板に対して斜めに押し込ん
だときの断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view when the operation button is pressed obliquely with respect to a substrate.

【図6】この実施形態で採用できる応用回路の図。FIG. 6 is a diagram of an application circuit that can be employed in this embodiment.

【図7】この発明の実施形態2の力検出装置の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a force detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】前記力検出装置を構成する基板に配置される導
電ランド、電極、薄型スイッチの平面図。
FIG. 8 is a plan view of conductive lands, electrodes, and thin switches arranged on a substrate constituting the force detection device.

【図9】前記操作ボタンを基板に対して斜めに押し込ん
だときの断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view when the operation button is pressed obliquely with respect to a substrate.

【図10】先行技術の力検出装置の断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a prior art force detection device.

【図11】先行技術の力検出装置を構成する基板に配置さ
れる導電ランド、電極、薄型スイッチの平面図。
FIG. 11 is a plan view of conductive lands, electrodes, and thin switches arranged on a substrate constituting a force detection device according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S 力検出装置 Dx+ 電極 Dx− 電極 Dy+ 電極 Dy− 電極 DG 導電ランド 1 基板 2 操作ボタン 3 変位電極 4 取付具 5 薄型スイッチ S Force detection device Dx + electrode Dx- electrode Dy + electrode Dy- electrode DG Conductive land 1 Substrate 2 Operation button 3 Displacement electrode 4 Attachment 5 Thin switch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県大宮市桜木町4−244−1 都築ビ ル4階 (72)発明者 谷口 伸光 埼玉県大宮市桜木町4−244−1 都築ビ ル4階 Fターム(参考) 2F051 AA21 AB06 DA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhiro Okada 4-244-1, Sakuragicho, Omiya-shi, Saitama 4th floor of the building (72) Inventor Nobumitsu Taniguchi 4-244-1, Sakuragicho, Omiya-shi, Saitama Tsuzuki Building 4th floor F term (reference) 2F051 AA21 AB06 DA02

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に90°間隔で4個の電極をX,
Y軸上に配置すると共に前記電極の外側に導電ランドを
配置し、前記電極及び導電ランドと対向する位置に操作
ボタンを設けると共に前記操作ボタンにおける電極及び
導電ランドと対向する側に弾性を有する変位電極を設
け、操作ボタンに押し込み力を加えていないには、前記
電極及び導電ランドと変位電極とは接触しておらず、操
作ボタンを押し込み力を加えたときには、変位電極が導
電ランドと接触して変位電極と各電極との間に力の大き
さと方向に応じた静電容量が発生するようになっている
ことを特徴とする力検出装置。
1. Four electrodes X, X at 90 ° intervals on a substrate
A conductive land is disposed on the Y-axis and a conductive land is disposed outside the electrode, an operation button is provided at a position facing the electrode and the conductive land, and an elastic displacement is provided on a side of the operation button facing the electrode and the conductive land. If the electrode is provided and the pressing force is not applied to the operation button, the electrode and the conductive land are not in contact with the displacement electrode, and when the operation button is pressed and the displacement electrode is in contact with the conductive land. A force detecting device for generating a capacitance between the displacement electrode and each electrode according to the magnitude and direction of the force.
【請求項2】 変位電極と4個の電極との間に発生する
各静電容量を適宜方法を用いて演算し、X軸,Y軸方向
の力の大きさと向きを示す信号を出力できるようにした
ことを特徴とする請求項1記載の力検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein each of the capacitances generated between the displacement electrode and the four electrodes is calculated using an appropriate method, and a signal indicating the magnitude and direction of the force in the X-axis and Y-axis directions can be output. The force detection device according to claim 1, wherein
【請求項3】 4個の電極で囲まれる基板上部分に薄型
スイッチを配置し、操作ボタンに基板と垂直になる力を
加えると、薄型スイッチが閉となるようにしてあること
を特徴とする請求項1記載の力検出装置。
3. A thin switch is disposed on an upper portion of a substrate surrounded by four electrodes, and when a force perpendicular to the substrate is applied to an operation button, the thin switch is closed. The force detection device according to claim 1.
【請求項4】 基板上におけるX軸又はY軸上に2個の
電極を配置すると共に前記電極の外側に導電ランドを配
置し、前記電極及び導電ランドと対向する位置に操作ボ
タンを設けると共に前記操作ボタンにおける電極及び導
電ランドと対向する側に弾性を有する変位電極を設け、
操作ボタンを押し込み力を加えたときには、変位電極が
導電ランドと接触して変位電極と各電極との間に力の大
きさと方向に応じた静電容量が発生するようになってい
ることを特徴とする力検出装置。
4. An electrode is disposed on an X-axis or a Y-axis on a substrate, a conductive land is disposed outside the electrode, and an operation button is provided at a position facing the electrode and the conductive land. A displacement electrode having elasticity is provided on a side of the operation button opposite to the electrode and the conductive land,
When a pressing force is applied to the operation button, the displacement electrode comes into contact with the conductive land, and a capacitance corresponding to the magnitude and direction of the force is generated between the displacement electrode and each electrode. Force detection device.
【請求項5】 変位電極と2個の電極との間に発生する
各静電容量を適宜方法を用いて演算し、X軸又はY軸方
向の力の大きさと向きを示す信号を出力できるようにし
たことを特徴とする請求項4記載の力検出装置。
5. A method for calculating each capacitance generated between a displacement electrode and two electrodes by using an appropriate method and outputting a signal indicating the magnitude and direction of a force in the X-axis or Y-axis direction. The force detecting device according to claim 4, wherein
【請求項6】 2個の電極で挟まれる基板上に薄型スイ
ッチを配置し、操作ボタンに基板と垂直になる力を加え
ると、薄型スイッチが閉となるようにしてあることを特
徴とする請求項4記載の力検出装置。
6. A thin switch is arranged on a substrate sandwiched between two electrodes, and the thin switch is closed when a force perpendicular to the substrate is applied to an operation button. Item 5. The force detection device according to Item 4.
【請求項7】 変位電極は、導電性ゴム又は導電性エラ
ストマで構成されていることを特徴とする請求項1乃至
6のいずれかに記載の力検出装置。
7. The force detecting device according to claim 1, wherein the displacement electrode is made of a conductive rubber or a conductive elastomer.
【請求項8】 変位電極は、非導電性ゴム又は非導電性
エラストマに導電性インク又は導電塗料を塗布すること
によって形成されていることを特徴とする請求項1乃至
6のいずれかに記載の力検出装置。
8. The displacement electrode according to claim 1, wherein the displacement electrode is formed by applying a conductive ink or a conductive paint to a non-conductive rubber or a non-conductive elastomer. Force detector.
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