JP2003083819A - Force detection device using variable resistance element - Google Patents

Force detection device using variable resistance element

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JP2003083819A JP2001273460A JP2001273460A JP2003083819A JP 2003083819 A JP2003083819 A JP 2003083819A JP 2001273460 A JP2001273460 A JP 2001273460A JP 2001273460 A JP2001273460 A JP 2001273460A JP 2003083819 A JP2003083819 A JP 2003083819A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the power consumption. SOLUTION: A flat resistor RR comprising carbon is formed on a substrate 110. A circular cavity region is provided on the center part of the resistor RR, and semicircular contact electrodes S1, S2 are formed. An elastically deformable body 121 to be deformed downward by function of an external force is arranged over the substrate 110, and a hemispheric contact conductor C comprising conductive rubber is mounted on the under surface thereof. The conduction state between terminals T3, T4 is monitored, and, only when the contact electrodes S1, S2 are conducted, a prescribed voltage is applied between terminals T1, T2, and a resistance value between two points sandwiching the resistor RR is measured. When a great external force functions, the contact conductor C is pressed downward to enlarge the contact area to the resistor RR. By utilizing reduction of the resistance value between the two points sandwiching the resistor RR resulting therefrom, the magnitude of the external force is detected based on the measured resistance value.

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、可変抵抗要素を用
いた力検出装置に関し、特に、携帯電話やゲーム遊戯装
置など、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行
する電子機器に対して、所定の操作量を示す操作入力を
行うための入力装置などへの利用に適した力検出装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force detecting device using a variable resistance element, and more particularly to an electronic device such as a mobile phone or a game playing device which executes a predetermined process based on a predetermined program. The present invention relates to a force detection device suitable for use as an input device or the like for performing an operation input indicating a predetermined operation amount.

【0002】[0002]

【従来の技術】携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機
器では、利用者による所定の操作入力を受け付け、この
操作入力に基づいてプログラムが進行する。通常、この
種の操作入力は、ディスプレイ画面上に表示されるカー
ソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、上下左
右の4方向あるいは斜めも含めた8方向の方向を示す入
力が求められるのが一般的である。このような方向性を
もった入力を行うために、いわゆるジョイスティックと
呼ばれているタイプの装置が利用されている。この種の
装置は、通常、二次元力検出装置を内蔵しており、加え
られた力のX軸方向成分およびY軸方向成分をそれぞれ
別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向
と操作量とを検出することになる。たとえば、X軸方向
成分が+5であるような操作入力は、右方向に5という
操作量を示し、Y軸方向成分が−8であるような操作入
力は、下方向に8という操作量を示すことになる。もち
ろん、X軸方向成分とY軸方向成分とを合成する演算を
行うことにより、斜め方向に加えられた操作入力の検出
も可能である。
2. Description of the Related Art Electronic devices such as mobile phones and game playing devices receive a predetermined operation input by a user, and a program proceeds based on the operation input. Usually, this kind of operation input is often performed while looking at the cursor and other indicators displayed on the display screen, and it is required to input in four directions, up, down, left and right, or in eight directions including diagonal directions. Is common. In order to perform such directional input, a so-called joystick type device is used. This type of device usually has a built-in two-dimensional force detection device, and detects the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the applied force separately to determine the direction of the applied operation input. The operation amount and will be detected. For example, an operation input in which the X-axis direction component is +5 indicates an operation amount of 5 to the right, and an operation input in which the Y-axis direction component is −8 indicates an operation amount of 8 in the downward direction. It will be. Of course, it is also possible to detect an operation input applied in an oblique direction by performing an operation that combines the X-axis direction component and the Y-axis direction component.

【0003】また、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電
子機器では、上述したような方向性をもった操作入力と
ともに、クリック入力が要求される。このクリック入力
は、基本的には、ON/OFFの二値状態を示す入力で
あるが、操作者に対してクリック操作を行ったという感
触(いわゆるクリック感)を与えることが重要であり、
ある程度のストロークを確保するとともに指先から加え
られる押圧力に対する反力を作用させる必要がある。こ
のようなクリック感をもったON/OFF入力を行うの
に適したスイッチとして、ゴムや金属などの弾性材料の
弾力性を利用したスイッチが一般的に用いられており、
クリック入力とともに所定方向への操作入力を行う機能
をもった力検出装置が実用されている。
In addition, electronic devices such as mobile phones and game play devices require click inputs in addition to the directional operation inputs described above. This click input is basically an input indicating a binary state of ON / OFF, but it is important to give the operator a feeling of clicking (so-called click feeling).
It is necessary to secure a certain amount of stroke and apply a reaction force to the pressing force applied from the fingertip. As a switch suitable for performing ON / OFF input with such a click feeling, a switch using elasticity of an elastic material such as rubber or metal is generally used,
A force detection device having a function of performing an operation input in a predetermined direction together with a click input is in practical use.

【0004】携帯電話やゲーム遊戯装置など、比較的安
価な電子機器用の入力装置には、できるだけ単純な構造
をもった安価な力検出装置を利用するのが望ましい。こ
のような力検出装置として、特願2000−13201
2号明細書には、可変抵抗要素を用いた力検出装置が開
示されている。この装置では、加えられた圧力に応じて
抵抗値が変化する可変抵抗要素が利用されており、この
可変抵抗要素の抵抗値の変化を検出することにより、加
えられた外力の検出を行うことができる。可変抵抗要素
は、たとえば、平板状の抵抗体と、これに接触可能な接
触用導電体と、によって構成することができる。加えら
れる外力の大きさにより、接触用導電体の抵抗体に対す
る接触面積が変化するような構成にしておけば、この接
触面積の大小により、抵抗体の所定の2点間の電気抵抗
が変化することになる。したがって、この電気抵抗の変
化に基づいて、作用した外力の大きさを検出することが
可能になる。抵抗体も接触用導電体も極めて単純な電気
回路要素であるため、このような原理に基づく力検出装
置では、構成が非常に単純になり、製造コストを低減で
きるというメリットが得られる。
For an input device for a relatively inexpensive electronic device such as a mobile phone or a game playing device, it is desirable to use an inexpensive force detection device having a structure as simple as possible. As such a force detection device, Japanese Patent Application No. 2000-13201
Japanese Patent No. 2 discloses a force detection device using a variable resistance element. This device uses a variable resistance element whose resistance value changes according to the applied pressure, and by detecting the change in the resistance value of this variable resistance element, the applied external force can be detected. it can. The variable resistance element can be configured by, for example, a plate-shaped resistor and a contact conductor that can contact the resistor. If the contact area of the contact conductor with the resistor changes depending on the magnitude of the external force applied, the electrical resistance between two predetermined points of the resistor changes depending on the size of this contact area. It will be. Therefore, it is possible to detect the magnitude of the applied external force based on the change in the electric resistance. Since both the resistor and the contact conductor are extremely simple electric circuit elements, the force detection device based on such a principle has an advantage that the structure is very simple and the manufacturing cost can be reduced.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した可変抵抗要素
を用いた力検出装置では、作用した力の検出値を得るた
めに、抵抗体の電気抵抗を測定することが不可欠であ
る。しかしながら、抵抗体の電気抵抗を測定するために
は、当該抵抗体に電流を流す必要があるため、測定時に
は、ある程度の電力消費は避けられない。このため、上
述した可変抵抗要素を用いた力検出装置を種々の電子機
器に組み込むと、全体的に電力消費が増大するという問
題が生じていた。特に、内蔵電池で動作する携帯電話や
ゲーム遊戯装置などの電子機器では、電池の消耗をでき
るかぎり抑えるような設計が望まれており、上述した可
変抵抗要素を用いた力検出装置は、コストの点では大き
なメリットがあるものの、消費電力の点では大きなデメ
リットを抱えていた。
In the force detecting device using the variable resistance element described above, it is essential to measure the electric resistance of the resistor in order to obtain the detected value of the applied force. However, in order to measure the electric resistance of the resistor, it is necessary to pass a current through the resistor, so that power consumption cannot be avoided to some extent during measurement. Therefore, when the force detection device using the variable resistance element described above is incorporated into various electronic devices, there has been a problem that power consumption is increased as a whole. In particular, in electronic devices such as mobile phones and game play devices that operate on a built-in battery, a design that minimizes battery consumption is desired. Although it has a great advantage in terms of power consumption, it has a great disadvantage in terms of power consumption.

【0006】もちろん、電力消費の大きな電気抵抗の測
定回路を、間欠的に動作させることにより、全体的な消
費電力を低減させるという手法を採ることは可能であ
る。たとえば、20msecだけ回路を動作させたら、
次の180msecは回路を停止させる、という200
msec周期の間欠動作を行えば、1秒間に5回の測定
が可能になり、かつ、消費電力を1/5程度に減少させ
ることができる。しかしながら、このような手法を採っ
ても、電力の無駄な消費を完全に抑制することはできな
い。実際の携帯電話などの利用形態を考慮すると、カー
ソル移動などのための入力操作が行われている時間はご
く限られており、操作者が全く操作入力を行っていない
間に、消費電力の大きな回路を動作させることは効率的
ではない。
Of course, it is possible to employ a method of intermittently operating an electric resistance measuring circuit that consumes a large amount of power to reduce the overall power consumption. For example, if the circuit is operated for 20 msec,
200 that the circuit will be stopped for the next 180 msec
If the intermittent operation of the msec cycle is performed, the measurement can be performed 5 times per second, and the power consumption can be reduced to about 1/5. However, even if such a method is adopted, it is not possible to completely suppress wasteful power consumption. Considering the actual usage of mobile phones, etc., the time during which the input operation for moving the cursor is performed is very limited, and the power consumption is high while the operator does not perform any operation input. Operating the circuit is not efficient.

【0007】そこで本発明は、電力消費を効率的に抑制
させることが可能な可変抵抗要素を用いた力検出装置を
提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a force detection device using a variable resistance element capable of efficiently suppressing power consumption.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第1の態
様は、作用した外力の大きさを検出する機能をもった可
変抵抗要素を用いた力検出装置において、板状の基板
と、この基板に対向する位置に配置され、少なくとも一
部分が弾性変形を生じる材料からなり、外力の作用に基
づく弾性変形により基板に対して変位する構造をなす弾
性変形体と、基板と弾性変形体との間に配置され、弾性
変形体の変位によって加わる圧力に応じて所定の二点間
の抵抗値が変化する性質をもつ可変抵抗要素と、一対の
接触用電極を有し、通常は一対の接触用電極間が電気的
に絶縁状態を維持し、弾性変形体に所定の大きさ以上の
外力が作用したときには、弾性変形体の変形により一対
の接触用電極間が電気的に導通状態となるような切替機
能を果たす切替要素と、可変抵抗要素の二点間の抵抗値
を電気信号として検出する検出回路と、を設け、検出回
路を、二点間の抵抗値を電気信号として出力する検出機
能を果たすことができる検出モードと、検出機能を果た
すことはできないが検出モードよりも少ない消費電力
で、検出モードへ移行するための待機状態を維持するこ
とができる待機モードと、の2つのモードを選択できる
ように構成し、一対の接触用電極間の電気的な状態が、
絶縁状態である場合には待機モードが選択され、導通状
態である場合には検出モードが選択されるように構成し
たものである。
[Means for Solving the Problems] (1) A first aspect of the present invention is a force detection device using a variable resistance element having a function of detecting the magnitude of an applied external force. An elastic deformable body that is disposed at a position facing the substrate, at least a portion of which is made of a material that elastically deforms, and that is displaced with respect to the substrate by elastic deformation based on the action of an external force; A variable resistance element having a property of changing the resistance value between two predetermined points according to the pressure applied by the displacement of the elastic deformable body, and a pair of contact electrodes. When the external force of a predetermined magnitude or more acts on the elastically deformable body while maintaining the electrically insulating state between the working electrodes, the elastically deformable body is deformed to electrically connect the pair of contact electrodes. A switching element that performs a simple switching function, A detection circuit that detects a resistance value between two points of the variable resistance element as an electric signal is provided, and the detection circuit can perform a detection function of outputting the resistance value between the two points as an electric signal, and It is configured so that it is possible to select two modes, a standby mode that cannot perform the detection function but consumes less power than the detection mode, and that can maintain a standby state for shifting to the detection mode. The electrical state between the contact electrodes is
In the insulated state, the standby mode is selected, and in the conductive state, the detection mode is selected.

【0009】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、切替要素に含まれる一対の接触用電極を、基板上に
形成された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成され
た接触用変位電極と、によって構成し、弾性変形体に所
定の大きさ以上の外力が作用したときに、弾性変形体の
変形により、接触用変位電極が接触用固定電極に物理的
に接触するように構成したものである。
(2) A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the force detection device using the variable resistance element according to the aspect, the pair of contact electrodes included in the switching element include a contact fixed electrode formed on the substrate and a contact displacement electrode formed on the elastic deformable body side. And a structure in which the displacement electrode for contact physically contacts the fixed electrode for contact due to the deformation of the elastic deformable body when an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the elastic deformable body. Is.

【0010】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、切替要素を、基板上に形成された一対の接触用電極
と、一対の接触用電極の双方に同時に接触することによ
り一対の接触用電極間を導通させることができる仲介電
極と、によって構成し、仲介電極を、通常は一対の接触
用電極のいずれにも接触していないか、または、いずれ
か一方にのみ接触している状態を維持し、弾性変形体に
所定の大きさ以上の外力が作用したときには、この弾性
変形体の変形により、一対の接触用電極の双方に同時に
接触した状態となるように配置したものである。
(3) A third aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the force detection device using the variable resistance element according to the aspect, the switching element is in contact with both of the pair of contact electrodes formed on the substrate and the pair of contact electrodes at the same time, so that the pair of contact electrodes is formed. And an intermediary electrode capable of conducting electric current between the intermediary electrode and the intermediary electrode, which normally does not contact either of the pair of contact electrodes, or maintains contact with only one of them. However, when an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the elastically deformable body, the elastically deformable body is deformed so as to be in contact with both of the pair of contact electrodes at the same time.

【0011】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第3
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、仲介電極を、弾性変形体の変位が生じる位置に形成
するようにしたものである。
(4) The fourth aspect of the present invention is the above-mentioned third aspect.
In the force detection device using the variable resistance element according to the above aspect, the intermediary electrode is formed at a position where displacement of the elastically deformable body occurs.

【0012】(5) 本発明の第5の態様は、上述の第4
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、一対の接触用電極を、環状の第1電極と、この第1
電極の外側に隣接配置された環状の第2電極と、によっ
て構成し、仲介電極を、第1電極と第2電極との双方
に、いずれかの箇所で同時に接触可能な位置に形成した
ものである。
(5) A fifth aspect of the present invention relates to the above-mentioned fourth aspect.
In the force detecting device using the variable resistance element according to the first aspect, the pair of contact electrodes includes a ring-shaped first electrode and the first electrode.
An annular second electrode disposed adjacent to the outer side of the electrode, and the intermediary electrode is formed at a position where both the first electrode and the second electrode can be simultaneously contacted at any position. is there.

【0013】(6) 本発明の第6の態様は、上述の第4
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、基板上に第1グループに所属する複数N個の電極と
第2グループに所属する複数のN個の電極とを配置し、
第1グループに所属する第i番目(1≦i≦N)の電極
と第2グループに所属する第i番目の電極とがそれぞれ
隣接するようにし、互いに隣接して配置された第1グル
ープに所属する電極と第2グループに所属する電極とに
よって一対の接触用電極が構成されるようにし、合計N
組からなる一対の接触用電極を形成したものである。
(6) A sixth aspect of the present invention relates to the above-mentioned fourth aspect.
In the force detecting device using the variable resistance element according to the aspect, a plurality of N electrodes belonging to the first group and a plurality of N electrodes belonging to the second group are arranged on the substrate,
The i-th (1 ≦ i ≦ N) electrode belonging to the first group and the i-th electrode belonging to the second group are adjacent to each other, and belong to the first group arranged adjacent to each other. A pair of contact electrodes are configured by the electrodes to be connected and the electrodes belonging to the second group, and the total number of electrodes is N.
The pair of contact electrodes is formed as a set.

【0014】(7) 本発明の第7の態様は、上述の第6
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、基板上に定義された円周に沿って、第1グループに
所属する電極と第2グループに所属する電極とを交互に
配置し、仲介電極を、弾性変形体側の「上記円周に対向
する円周」に沿って形成したものである。
(7) A seventh aspect of the present invention is based on the above-mentioned sixth aspect.
In the force detection device using the variable resistance element according to the aspect, the electrodes belonging to the first group and the electrodes belonging to the second group are alternately arranged along the circumference defined on the substrate, and the mediation is performed. The electrodes are formed along the "circumference facing the above circumference" on the elastically deformable body side.

【0015】(8) 本発明の第8の態様は、上述の第1
〜第7の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置に
おいて、可変抵抗要素を、基板上に配置された抵抗体
と、弾性変形体の抵抗体に対向する位置に配置された接
触用導電体と、によって構成し、接触用導電体が、弾性
変形する材料から構成され、少なくとも抵抗体に対する
接触面は導電性を有しており、かつ、弾性変形体の変位
によって加わる圧力に応じて抵抗体に対する接触面の面
積が変化する形状を有するようにし、この接触面の面積
の変化に応じて、抵抗体上の「接触用導電体の接触位
置」を挟む二点間の抵抗値が変化するようにしたもので
ある。
(8) An eighth aspect of the present invention relates to the above-mentioned first aspect.
~ In the force detecting device using the variable resistance element according to the seventh aspect, the variable resistance element is a conductive body for contact arranged in a position facing the resistance body arranged on the substrate and the resistance body of the elastic deformation body. The contact conductor is made of a material that elastically deforms, and at least the contact surface for the resistor has conductivity, and the contact conductor resists the pressure applied by the displacement of the elastic deformable body. The shape of the contact surface with respect to the body is changed, and the resistance value between two points sandwiching the "contact position of the contact conductor" on the resistor is changed according to the change of the area of the contact surface. It was done like this.

【0016】(9) 本発明の第9の態様は、上述の第8
の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、接触用導電体を、導電性ゴムによって構成したもの
である。
(9) A ninth aspect of the present invention is the above-mentioned eighth aspect.
In the force detection device using the variable resistance element according to the aspect, the contact conductor is made of conductive rubber.

【0017】(10) 本発明の第10の態様は、上述の第
1〜第7の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置
において、可変抵抗要素を、第1の抵抗体と、この第1
の抵抗体に対向する位置に配置された第2の抵抗体と、
によって構成し、第1の抵抗体および第2の抵抗体の少
なくとも一方の他方に対向する表面部分が、弾性変形を
生じる凹凸構造をなし、検出対象となる外力の作用によ
って加わる圧力に応じて第1の抵抗体と第2の抵抗体と
の接触面の面積が変化するように構成し、この接触面の
面積の変化に応じて、第1の抵抗体側に接続された所定
点と第2の抵抗体側に接続された所定点との間の抵抗値
が変化するようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the above-mentioned first to seventh aspects, the variable resistance element is a first resistor, First
A second resistor arranged at a position facing the resistor of
The surface portion of at least one of the first resistor and the second resistor facing the other has a concavo-convex structure that causes elastic deformation, and the surface portion of the first resistor and the second resistor has The area of the contact surface between the first resistor and the second resistor is changed, and a predetermined point connected to the first resistor side and the second resistor are connected according to the change of the area of the contact surface. The resistance value between a predetermined point connected to the resistor side is changed.

【0018】(11) 本発明の第11の態様は、上述の第
10の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置にお
いて、第1の抵抗体および第2の抵抗体を、感圧導電性
インクによって構成したものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the tenth aspect, the first resistor and the second resistor are connected to each other by a pressure-sensitive conductive element. It is composed of a sexual ink.

【0019】(12) 本発明の第12の態様は、上述の第
3の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置におい
て、可変抵抗要素を、基板上に配置され、中央部に空隙
領域を有する平板状の抵抗体と、弾性変形体の抵抗体に
対向する位置に配置された接触用導電体と、によって構
成し、接触用導電体は、弾性変形する材料から構成さ
れ、少なくとも抵抗体に対する接触面は導電性を有して
おり、かつ、弾性変形体の変位によって加わる圧力に応
じて抵抗体に対する接触面の面積が変化する形状を有す
るようにし、この接触面の面積の変化に応じて、抵抗体
上の「接触用導電体の接触位置」を挟む二点間の抵抗値
が変化するようにし、切替要素を構成する一対の接触用
電極を、抵抗体の中央部に形成された空隙領域に配置
し、接触用導電体が切替要素を構成する仲介電極として
機能するように構成したものである。
(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the above-mentioned third aspect, the variable resistance element is arranged on the substrate, and a void region is provided in the central portion. And a contact conductor disposed at a position facing the resistor of the elastically deformable body, the contact conductor being made of an elastically deformable material, and at least the resistor. The contact surface with respect to is conductive and has a shape in which the area of the contact surface with respect to the resistor changes according to the pressure applied by the displacement of the elastic deformable body. The resistance value between two points sandwiching the "contact position of the contact conductor" on the resistor is changed, and a pair of contact electrodes forming a switching element are formed in the central portion of the resistor. Placed in the void area, the contact conductor switches It is obtained by configured to function as an intermediary electrode constituting the elements.

【0020】(13) 本発明の第13の態様は、上述の第
12の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置にお
いて、抵抗体の二点間の抵抗値に比べて十分大きな抵抗
値をもった抵抗素子を用意し、切替要素を構成する一対
の接触用電極間の導通状態を検出する回路と、この二点
間の抵抗値を検出する回路と、を抵抗素子を介して隔絶
するようにしたものである。
(13) A thirteenth aspect of the present invention is a force detecting device using the variable resistance element according to the twelfth aspect, wherein the resistance value is sufficiently larger than the resistance value between two points of the resistor. A resistance element with a resistance element is provided, and a circuit for detecting a conduction state between a pair of contact electrodes forming a switching element and a circuit for detecting a resistance value between these two points are isolated from each other via the resistance element. It was done like this.

【0021】(14) 本発明の第14の態様は、上述の第
1〜第13の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装
置において、検出回路内に、抵抗体の二点間に電圧を印
加することにより当該二点間の抵抗値を検出する回路を
用意し、検出モードにおいては電圧を印加し、待機モー
ドにおいては電圧を印加しない制御が行われるようにし
たものである。
(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the above-mentioned first to thirteenth aspects, a voltage is applied between two points of the resistor in the detection circuit. A circuit for detecting the resistance value between the two points by applying the voltage is prepared, and the voltage is applied in the detection mode and the voltage is not applied in the standby mode.

【0022】(15) 本発明の第15の態様は、上述の第
14の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置にお
いて、切替要素を構成する一対の接触用電極の導通/絶
縁状態をON/OFFスイッチとして利用し、抵抗体の
二点間への電圧印加が行われるようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the fourteenth aspect, the conduction / insulation state of the pair of contact electrodes forming the switching element is set. It is used as an ON / OFF switch so that a voltage is applied between two points of the resistor.

【0023】(16) 本発明の第16の態様は、上述の第
1〜第15の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装
置において、剛性材料からなる操作盤を弾性変形体に取
り付け、この操作盤に加えられた操作入力に基づいて弾
性変形体に変位が生じるようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the above-mentioned first to fifteenth aspects, an operation panel made of a rigid material is attached to an elastically deformable body, The elastically deformable body is displaced based on an operation input applied to the operation panel.

【0024】(17) 本発明の第17の態様は、上述の第
1〜第16の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装
置において、弾性変形体を、基板上面に対してほぼ平行
になるように配置された膜状部と、この膜状部の周囲を
基板上面に固定するための側壁部と、膜状部の下面の所
定の複数箇所から下方に伸びた柱状突起と、によって構
成し、少なくとも膜状部の一部および柱状突起を弾性材
料によって構成するようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the above-mentioned first to sixteenth aspects, the elastic deformable body is made substantially parallel to the upper surface of the substrate. And a side wall portion for fixing the periphery of the film-like portion to the upper surface of the substrate, and columnar protrusions extending downward from a predetermined plurality of locations on the lower surface of the film-like portion. However, at least a part of the film-shaped portion and the columnar protrusions are made of an elastic material.

【0025】(18) 本発明の第18の態様は、上述の第
17の態様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置にお
いて、弾性変形体を、一体成型されたゴムによって構成
したものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the force detecting device using the variable resistance element according to the seventeenth aspect, the elastically deformable body is made of integrally molded rubber. .

【0026】(19) 本発明の第19の態様は、所定のプ
ログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器に対
して、所定方向への操作量を示す操作入力を行うための
電子機器用入力装置において、上述の第1〜第18の態
様に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置を組み込み、
この力検出装置によって検出された外力を操作量として
取り扱うことができるようにしたものである。
(19) A nineteenth aspect of the present invention is for an electronic device for performing an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction to an electronic device that executes a predetermined process based on a predetermined program. In the input device, the force detection device using the variable resistance element according to the above-described first to eighteenth aspects is incorporated,
The external force detected by this force detection device can be handled as an operation amount.

【0027】[0027]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on illustrated embodiments.

【0028】§1.可変抵抗要素を用いた力検出装置の
基本構造 本発明は、可変抵抗要素を用いた力検出装置において、
電力消費を効率的に抑制させる新規な手法を提供するも
のである。そこで、ここでは、本発明の適用対象となる
可変抵抗要素を用いた力検出装置の基本構造を、一例を
提示しながら説明しておくことにする。ここで述べる例
は、前掲の特願2000−132012号明細書に基本
的な実施形態として開示された力検出装置である。
§1. Of force detector using variable resistance element
Basic Structure The present invention relates to a force detection device using a variable resistance element,
The present invention provides a novel method for efficiently suppressing power consumption. Therefore, here, the basic structure of the force detection device using the variable resistance element to which the present invention is applied will be described by presenting an example. The example described here is a force detection device disclosed as a basic embodiment in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2000-132012.

【0029】図1は、この可変抵抗要素を用いた力検出
装置の構造を示す側断面図である。この力検出装置は、
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110、弾性変形体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。
FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a force detecting device using this variable resistance element. This force detection device
The X-axis direction of the external force acting in the XYZ three-dimensional coordinate system,
It has a function of independently detecting each component in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and main components are the substrate 110, the elastic deformable body 120, and the fixing member 130 as shown in the drawing. Here, for convenience of description, the origin O of the XYZ three-dimensional coordinate system is defined at a substantially central position on the upper surface of the substrate 110.
It is assumed that the upper surface of the substrate 110 is arranged along the XY plane. In the coordinate system shown in FIG. 1, the X axis is to the right of the figure,
The Z axis is defined in the upper direction of the figure, and the Y axis is defined in the lower direction perpendicular to the paper surface.

【0030】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、
この力検出装置では、ガラスエポキシ基板が用いられて
いる。もちろん、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 plate-shaped rigid substrate having an upper surface along the XY plane,
In this force detecting device, a glass epoxy substrate is used. Of course, the material of the substrate 110 is not particularly limited, and any substrate may be used as long as it is a substrate having sufficient rigidity so as not to be deformed by the action of a force described later. However, since it is necessary to form a plurality of resistors that are electrically independent from each other on the upper surface, it is necessary that at least the surface on which the resistors are formed have an insulating property. Therefore, for practical use, 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.

【0031】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弾性変形体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、この力検出装置の場合、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 is the elastic deformable body 12 arranged on this.
The position of 0 is shown. The substrate 110 shown in FIG.
2 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 thereof. As shown in the figure, six resistors R1 to R6 are formed on the upper surface of the substrate 110. These resistors R
In the case of this force detection device, 1 to R6 are all resistors made of flat plate carbon. The resistor used in the present invention may be of any material as long as it is a material having a resistance value suitable for the measurement described below, and may have any shape, In practice, it is preferable to use a plate-like resistor that can be formed on the upper surface of the substrate 110 by printing using a material such as carbon.

【0032】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。
Here, an important point is that these resistors R1 to R1
It is the arrangement of R6. As shown in the figure, the first resistor R1 is arranged in the X-axis positive region on the upper surface of the substrate 110, and
Is placed in the X-axis negative region of the upper surface of the substrate 110, the third resistor R3 is placed in the Y-axis positive region of the upper surface of the substrate 110, and the fourth resistor R4 is the substrate. 11
It is arranged in the Y-axis negative region on the upper surface of 0. Each of these four resistors R1 to R4 has a rectangular shape with the same size, and is arranged so as to be line-symmetric with respect to the X axis or the Y axis. In addition, 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 to detect the X-axis direction component of the applied external force, and the third resistor R3 and the fourth resistor R4 operate. It is used to detect the Y-axis direction component of the applied external force.

【0033】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、この力検出装置に係る弾性変形体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 the center point thereof is located at the position of the origin O, while the sixth resistor R6 is arranged around the lower right part of these resistor groups. Has been done. As will be described later, the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 are used to detect 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 merely used as a reference for the 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". Z-axis resistor R5 is
In principle, it may be arranged at any position on the upper surface of the substrate 110, but in order to improve the detection sensitivity, it is preferably arranged at the position of the origin O (the position intersecting the Z axis). This is due to the structure of the elastically deformable body 120 according to the force detecting device,
This is because the displacement in the central portion (the portion intersecting the Z axis) becomes the largest. On the other hand, since the reference resistor R6 is a resistor used only for referring to the resistance value, it may be arranged at any position on the substrate 110.

【0034】一方、弾性変形体120は、この基板11
0の上面に配置される部材である。この弾性変形体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に示す弾性変形体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、弾性変形体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、弾性変形体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。弾
性変形体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 elastically deformable body 120 has the substrate 11
It is a member arranged on the upper surface of 0. This elastic deformable body 12
A top view of No. 0 is shown in FIG. 3, and a bottom view thereof is shown in FIG. A cross section obtained by cutting the elastically deformable body 120 shown in FIGS. 3 and 4 along the X axis is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the elastically deformable body 120 includes a disk-shaped acting portion 121 located inside and a flexible portion 122 around the acting portion 121.
And an outer fixing portion 123, and further, the acting portion 12
At the center of the upper surface of No. 1, a cylindrical operation rod 125 having the Z axis as the central axis is formed. As shown in the side sectional view of FIG. 1, the action portion 12 is provided on the upper surface of the elastic deformable body 120.
1, a flexible structure 122 and a fixed part 123 form a step structure, and a cavity V is formed on the lower surface. The upper surface of the elastically deformable body 120 does not necessarily have to have such a step structure, but in the case of the illustrated example, the step structure between the action portion 121 and the flexible portion 122 has a wall thickness of the flexible portion 122. Contributing to make it thinner. That is, the acting portion 121
By setting the thickness of the flexible portion 122 smaller than the thickness of the flexible portion 122, the flexible portion 122 is provided with flexibility. In addition, the step structure between the flexible portion 122 and the fixed portion 123 is
This is a convenience for fixing the fixing portion 123 with the fixing member 130.

【0035】この力検出装置における弾性変形体120
には、このように、作用部121、可撓部122、固定
部123の3つの部分が設けられている。ここで、作用
部121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、この力検出装置で
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。
Elastic deformable body 120 in this force detecting device
In this way, the operating portion 121, the flexible portion 122, and the fixed portion 123 are provided in this manner. Here, the acting portion 121 may be basically of any form as long as it is arranged above the substrate 110 and has a structure that causes displacement by the action of an external force. Since it is necessary to attach a plurality of contact conductors to a predetermined position (a position facing each resistor) on the lower surface thereof, it is preferable to adopt a plate-like form having a lower surface suitable for attaching the contact conductors. . The action part 121 does not need to be a completely rigid body, but it is preferable that the action part 121 has a certain degree of rigidity as compared with the flexible part 122. In this force detection device, the action part 121 has a thickness larger than that of the flexible part 122. By increasing the wall thickness of 121, a certain degree of rigidity is provided.

【0036】固定部123は、弾性変形体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および弾性変形体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 elastic deformation body 120 to the substrate 110, and 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 that has a function of fixing the fixing portion 123 to the substrate 110.
0 and the elastically deformable body 120 are surrounded from the outer peripheral portion thereof, and the state in which the upper surface of the fixed portion 123 and the lower surface of the substrate 110 are sandwiched is maintained. Note that the fixing portion 123 does not necessarily have to be directly fixed to the substrate 110, and the fixing portion 123
It may be fixed indirectly between the substrate and the substrate 110 through some intermediate member.

【0037】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、この力検出装置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
122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 portion 122 includes the working portion 121 and the fixed portion 1.
It is a flexible portion formed between 23 and 23. 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 applied to the operating rod 125. For example, if you use this force detection device as a part of a joystick for computer games,
The external force applied by the operator operating the operating rod 125 is transmitted from the operating rod 125 to the flexible portion 122 via the acting portion 121, and the flexible portion 122 causes a flexure in accordance with the external force to act. The part 121 will be displaced. The degree of flexibility of the flexible portion 122 is a parameter that defines the relationship between the magnitude of the force applied by the operator and the magnitude of the displacement generated in the acting portion 121. In the illustrated example, the outer shape of the cavity V is rectangular, but the outer shape of the cavity V may be circular. In this case, the flexible portion 122 has an annular shape (donut shape).
become.

【0038】この力検出装置では、絶縁性シリコンゴム
を一体成型することにより、弾性変形体120の全体を
構成しており、作用部121、可撓部122、固定部1
23、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。もちろん、この力検出装置における弾
性変形体120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、弾性変形体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、弾性変形体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 force detecting device, the elastic deformable body 120 is entirely formed by integrally molding insulating silicon rubber, and the acting portion 121, the flexible portion 122, and the fixing portion 1 are formed.
23 and operating rod 125 are both made of insulating silicone rubber. Of course, since at least the flexible portion 122 of the elastic deformable body 120 in this force detecting device needs to be flexible, each part of the elastic deformable body 120 can be made of a different material. However,
In order to reduce the manufacturing cost, it is preferable that the entire elastic deformable body 120 is formed as an integrally molded product made of the same material such as insulating silicon rubber.

【0039】図3の上面図に破線で示す部分は、弾性変
形体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、弾性変形体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。また、各接触用導電体C1〜C5は、弾性変形する
材料から構成され、少なくとも抵抗体R1〜R5に対す
る接触面が導電性を有しており、かつ、弾性変形体12
0の変位によって加わる圧力に応じて、抵抗体R1〜R
5に対する接触面の面積が変化する形状を有している必
要がある。図1の側断面図には、接触用導電体C1,C
2,C5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
の力検出装置では、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。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。
The portion shown by the broken line in the top view of FIG. 3 is a cavity V formed on the lower surface of the elastically deformable body 120. As shown in the bottom view of FIG. 4, five contact conductors C1 to C5 are housed inside the cavity V. The contact conductors C1 to C5 are all bowl-shaped (more accurately, the contact conductors C1 to C4 are hemispherical, and the contact conductor C5 is semi-ellipsoidal), and elastically deform. It is made of a conductive material. Here, conductive silicon rubber is used as the conductive material that elastically deforms, and the contact conductors C1 to C5 are all formed of conductive silicon rubber into a bowl shape and bonded to the lower surface of the elastic deformable body 120. It was done. Here, the arrangement of these 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. Each of the contact conductors C1 to C5 is made of a material that elastically deforms, at least the contact surface with respect to the resistors R1 to R5 has conductivity, and the elastic deformable body 12 is included.
Depending on the pressure applied by the displacement of 0, the resistors R1 to R
5 must have a shape in which the area of the contact surface changes. In the side sectional view of FIG. 1, the contact conductors C1 and C are shown.
It is clearly shown that 2 and C5 are arranged at positions facing the resistors R1, R2 and R5, respectively. In this force detection device, in the state where no external force acts, the contact conductors C1 to C5 are
The distance between the resistors R1 to R5 is set so that the resistors R1 to R5 almost come into point contact with each other. No contact conductor is provided at a position facing the reference resistor R6. This is because the reference resistor R6 is a resistor used for referring to the resistance value, as described above.

【0040】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装置の基本原理は、
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 acting portion 121 is displaced with respect to the upper surface of the substrate 110. When such displacement occurs, the contact state of each contact conductor 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 detection device according to the present invention is
The point 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 obtained. Hereinafter, the basic principle of detecting the component of the applied external force in each coordinate axis will be described.

【0041】§2.可変抵抗要素を用いた力検出装置の
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 force detector using variable resistance element
Operating Principle Now, as shown in the side sectional view of FIG. 5A, one resistor R is formed on the upper surface of the substrate 110, and the action portion 12
It is assumed that hemispherical contact conductor C is formed on the lower surface of 1. At this time, it is assumed that the contact conductor C is in a point contact with the center of the resistor R at its lower end point. FIG. 5B is a top view of the resistor R at this time, and the black circle S shown in the center position indicates the contact surface of the contact conductor C. As described above, in the state where the lower end point of the contact conductor C is substantially in point contact with the surface of the resistor R, the contact surface S is a minute circle close to the point.

【0042】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), wirings are drawn from the left and right ends of the resistor R, terminals T1 and T2 are connected to the ends of these wirings, and both terminals T1 and T2 are connected.
Suppose you measure the resistance between them. In other words, the resistance value between two points on both sides of 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 minute circle close to a point, the contact conductor C has almost no effect on the measured resistance value, and the resistance value obtained by the measurement is the original resistance value of the resistor R. This is a value close to the resistance value. Figure 5 (c)
Is an equivalent circuit of such a measurement system. The arrow extending downward from the contact conductor C is only in contact with the center point of the resistor R, and the resistor R is provided between both terminals T1 and T2.
Only the original resistance value of appears.

【0043】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, the downward force −Fz (force in the −Z axis direction) of the drawing is applied to the action portion 121. 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 contacting conductor C is made of a conductive material that is elastically deformable (conductive silicone rubber in this example), it is crushed by the pressing force as shown in the figure, and the contacting member C is pressed against the resistor R. The contact state changes.
Since the shape of the contact conductor C is such that the area of the contact surface changes (hemispherical in this example) based on such a change in the contact state, as shown in the figure, the contact conductor C 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 the circle S shows the contact surface of the contact conductor C. The concentric circle drawn inside this circle S is the resistor R
3 is an isobar showing the pressure distribution applied to the surface of the. That is, the contact pressure increases toward the center of the circle S.

【0044】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。
When the contact surface of the contact conductor C becomes large in this way, the resistance value between the terminals T1 and T2 changes. That is, since the contact conductor C is a conductor and has a property of allowing a current to flow much more easily than the resistor R, the current flowing between the terminals T1 and T2 is at the contact surface portion indicated by the circle S. Does not pass through the resistor R, but bypasses the inside of the contact conductor C. FIG. 6 (c) is an equivalent circuit of such a measurement system.
Two arrows extending downward from the contact conductor C are resistors R
Are contacted with each other, and the electric current is diverted to the contacting conductor C side at these two positions. The distance between the two arrows becomes wider according to the size of the contact surface of the contact conductor C. After all, the larger the area of the contact surface of the contact conductor C with respect to the resistor R, the smaller the resistance value between the terminals T1 and T2.

【0045】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、可変抵抗要素を用いた力検出装置
における力検出の基本原理である。
In this way, the larger the external force -Fz acting on the acting portion 121, the larger the area of the contact surface of the conductor C for contact, and the smaller the resistance value between the terminals T1 and T2. A linear relationship does not always hold between the applied external force and the resistance value between both terminals, but if a monovalent functional relationship holds between them and the resistance value between both terminals can be measured, The magnitude of the applied external force can be calculated. This is the basic principle of force detection in the force detection device using the variable resistance element.

【0046】続いて、§1で述べた力検出装置により、
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に示す力検出装置にお
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。この力検出装置がジョイスティ
ックとして用いられている場合、操作者が操作桿125
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12
2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12
1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。
Then, by the force detection device described in §1,
The reason why the X-axis, Y-axis, and Z-axis direction components of the applied external force can be detected will be described. First, consider a case where an external force F in the diagonally lower right direction acts on the operating rod 125 in the force detection device shown in FIG. When the force detecting device is used as a joystick, the operator operates the operating rod 125.
If you perform an operation that tilts diagonally to the right, such an external force F
Will work. The side sectional view of FIG. 7 shows the displacement state of the action portion 121 when such an external force F acts. When an external force F is applied, the flexible portion 12 having flexibility
2 causes bending, but since the external force F is a force in the diagonally lower right direction, as shown in the drawing, the disk-shaped acting portion 12
1 is displaced so as to incline in the lower right direction. When the external force F is decomposed into force components in each coordinate axis direction, the downward force −Fz
It can be divided into (force in the −Z axis direction) and force to the right in the figure + Fx (force in the + X axis direction). Here, the principle of detecting the component + Fx in the + X-axis direction among these components will be described.

【0047】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 regarded as a force acting on the origin O of the coordinate system, in reality, the force component in the + X-axis direction +
Fx is the moment around the Y-axis,
If we consider it as the force given to the operating rod 125 by the operator,
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 the present specification, hereinafter, a unified description will be given to the way of thinking as the force.

【0048】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。
Now, when an external force F including a component + Fx in the + X axis direction is applied, the disc-shaped acting portion 121 is displaced so as to be inclined in the lower right direction, as shown in FIG. Therefore, when the contact conductors C1 and C2 arranged on the X axis are compared with each other in the degree of collapse, the degree of collapse of C1 is larger than that of C2. Therefore, R1 of C1
The contact area for C2 is larger than the contact area for C2 for 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 for the resistor R1 is smaller than the resistance value for the resistor R2. The greater the difference between the two resistance values, the greater the X-axis direction component of the applied external force.

【0049】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 example, the operator operates the operation rod 125.
When the operation of inclining to the lower left is performed, the downward force −Fz (force in the −Z-axis direction) and the downward force −Fx (− in the figure)
The external force F that is a combination of the force (in the X-axis direction) acts, and the disk-shaped acting portion 121 is displaced so as to incline 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 becomes smaller than the resistance value of the resistor R1. After all, the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the first contact conductor C1” for the first resistor R1 arranged in the X-axis positive region and the first resistor R1 arranged in the X-axis negative region. It is possible to detect the X-axis direction component of the applied external force by comparing the resistance value between two points sandwiching the "contact position of the second contact conductor C2" for the second resistor R2. become. That is, the direction of the force (whether in the + X axis direction or the −X axis direction) can be recognized based on the magnitude relationship between the two resistance values, and the magnitude of the force can be recognized based on the difference between the two resistance values.

【0050】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 direction component of the applied external force is exactly the same as the above-described principle of detecting the X-axis direction component. 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 arranged in the X-axis positive region and the second resistor R2 arranged in the X-axis negative region.
And a first contact conductor C1 and a second contact conductor C2 arranged at positions facing these. On the other hand, in order to detect the Y-axis direction component, the third resistor R3 arranged in the Y-axis positive region, the fourth resistor R4 arranged in the Y-axis negative region, and the position facing them. Third contact conductor C3 and fourth contact conductor C4 arranged in
And can be used.

【0051】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 direction component of the applied external force is slightly different from the above-described principle of detecting the X-axis direction component and the Y-axis direction component. In order to detect 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 the Z-axis direction is detected. It is also possible to do this simply by measuring the resistance value of a single resistor. The arrangement of the resistors used for detection in the Z-axis direction is not limited to a specific position, and the Z-axis direction component of the force exerted by the resistors arranged at any position on the upper surface of the substrate 110. Can be detected. For example, in FIG. 7, the external force F
The principle of detecting the X-axis direction component + Fx of the above has been described, but this 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 the Z-axis direction. It is nothing but the action of component-Fz. In other words, the resistor C1
The direct reason that the resistance value of the resistor C1 is decreased is that the Z-axis direction component −Fz acts, and the decrease amount of the resistance value of the resistor C1 is primarily applied to the resistor C1. This indicates the magnitude of the force of the Z-axis direction component. It was possible to detect the X-axis direction component + Fx by the above-described principle because the contact conductors C arranged on the left and right sides of the figure.
This is because the Z-axis force applied to C1 and C2 is unbalanced between left and right.

【0052】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、この力検出装置で
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C
5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 also possible to detect the force component in the Z-axis direction based on the resistance value of the resistor R1. Similarly, the force component in the Z-axis direction can be detected by using any of the resistors R2, R3, 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 this force detecting device, as shown in the top view of FIG. 2, the fifth resistor R5 arranged on the origin O is used as the Z-axis resistor, and Z is placed above it. The shaft contact conductor C5 is arranged. 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 operating rod 125, the Z-axis contact conductor C5 is arranged so as to make point contact with the Z-axis resistor R5.
Are crushed, and the contact state changes. That is, as shown in FIG. 6A, the contact area increases.
Here, “Z-axis contact conductor C on the Z-axis resistor R5 is used.
If the resistance value between two points sandwiching the "5 contact position" is measured, the measured resistance value has a relationship that decreases as the contact area of the Z-axis contact conductor C5 increases. Based on the value, the acting force −Fz in the −Z axis direction can be obtained.

【0053】なお、この力検出装置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に示す力検出装置では、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1
25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 the force detecting device is used for a joystick or the like, the force in the Z-axis direction generated by the operation applied to the operating rod 125 by the operator is usually the force in the -Z-axis direction -Fz (in FIG. 1). (Downward force), so +
It is not necessary to measure the force + Fz (force in the upward direction in FIG. 1) in the Z-axis direction. However, when this force detector is used in an environment where a force pulling the operating 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, with the configuration shown in FIG.
The force + Fz in the + Z axis direction cannot be measured. As already described in §1, in the force detection device shown in FIG. 1, in the state where no external force acts, the contact conductors C1 to C1.
The distance between the two is set so that C5 is in a state in which it almost comes into point contact with the upper surfaces of the resistors R1 to R5 at the lower end point. In such a configuration, the operating rod 1
When a force that pulls 25 upward is applied, the contact conductors C1 to C5 are lifted from the upper surfaces of the resistors R1 to R5 and are in a non-contact state. Therefore, even if the force + Fz in the + Z-axis direction acts, each resistor R1
There will be no change in the resistance value of ~ R5.

【0054】+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。
Even if a force + Fz in the + Z-axis direction is applied, the contact conductors C1 to C5 can be detected even if no external force acts so that the force can be detected. It suffices that the resistors R1 to R5 are brought into surface contact with each other with a certain pressing force. With such a configuration, when the 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.

【0055】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 Z-axis direction component can be detected by using only the single Z-axis resistor R5, but in practice, the detection is performed by using the reference resistor R6. Is preferred. The reason is that a general resistor has a property that its resistance value changes due to various environmental factors. For example, if the chemical composition changes due to aging, the resistance value changes. Practically, the most important environmental factor is temperature. The resistance value of a general resistor changes depending on the temperature. Therefore, when the Z-axis direction component of the applied force is detected based on only the resistance value of the Z-axis resistor R5, the detected value is likely to be affected by temperature.
It becomes impossible to obtain an accurate detection result. X mentioned above
In the case of the axial direction component or the Y-axis direction component, detection is performed based on the difference between the resistance values of the pair of resistors, so the influence of such temperature is offset. Therefore, even when the Z-axis direction component is detected, if the detection is performed with reference to the resistance value of the reference resistor R6, the influence of the temperature can be canceled.

【0056】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 geometrically congruent shapes, and the change of the resistance value due to the environment such as temperature. Are equivalent. The only difference between the two is whether or not the resistance value changes due to the action of external force. That is, the Z-axis resistor R5 is a resistor in which the resistance value between predetermined two points (two points sandwiching the contact position of the Z-axis contact conductor C5) is changed by the action of an external force. , Reference resistor R6
Indicates that the resistance value between the two specified points is constant without being affected by external force (this means that the resistance value does not change with respect to the effect of external force, and of course with respect to the effect of temperature, etc. Is a resistor. Therefore, if the difference between the two resistance values is detected, this difference will be
Only factors based on the action of external forces will be included and environmental factors such as temperature can be excluded.

【0057】以上、図1に示す力検出装置について、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
示す力検出装置は、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装置である。この三次
元力検出装置では、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C
1,C2はX軸方向成分の検出を受け持ち、抵抗体R
3,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R
6,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。
The principle of detecting the directional components of the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the external force F acting on the operating rod 125 in the force detecting device shown in FIG. 1 has been described above. As described above, the force detection device shown in FIG. 1 is a three-dimensional force detection device capable of detecting the force of each three-dimensional coordinate axis direction component. In this three-dimensional force detection device, each of the resistors R1 to R6 shown in FIG. 2 and each of the contact conductors C1 to C5 shown in FIG. That is, the resistors R1 and R2 and the contact conductor C
1, C2 is responsible for detecting the X-axis direction component, and the resistor R
3, R4 and the contact conductors C3, C4 take charge of the detection of the Y-axis direction component, and the Z-axis resistor R5 and the reference resistor R
The Z-axis contact conductor C5 is responsible for detecting the Z-axis direction component.

【0058】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装置や、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
検出装置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
次元力検出装置を実現するには、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
装置を実現するには、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
次元力検出装置を実現するには、抵抗体R1,R2,R
5,R6と接触用導電体C1,C2,C5とを用意すれ
ば十分である。
Therefore, the two-dimensional force detecting device capable of detecting the force of the two-dimensional coordinate axis direction component and the one-dimensional force detecting device capable of detecting the force of the one-dimensional coordinate axis direction component are constituted. If so, it is necessary to use only the resistors and the contact conductors described above that are necessary for detection. For example, it is sufficient to use the resistors R1 and R2 and the contact conductors C1 and C2 to realize a one-dimensional force detection device that detects the force of the X-axis direction component. Also,
In order to realize a two-dimensional force detection device that detects the X-axis direction component and the Y-axis direction component, the resistors R1, R2, R3 and R4 and the contact conductors C1, C2, C3 and C4 are prepared. In order to realize a two-dimensional force detection device that is sufficient and detects the X-axis direction component and the Z-axis direction component, the resistors R1, R2, R
It is sufficient to prepare 5, R6 and the contact conductors C1, C2, C5.

【0059】§3.力検出装置として用いるための検出
回路 これまで、可変抵抗要素を用いた力検出装置の基本形態
の構成および動作原理を述べた。このような力検出装置
によって、実際に加えられた外力を電気信号として取り
出すためには、所定の検出回路が必要になる。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. Sensing for use as a force sensing device
Circuit So far, the configuration and operating principle of the basic form of the force detection device using the variable resistance element have been described. A predetermined detection circuit is required in order to extract an externally applied external force as an electric signal by such a force detection device. 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.

【0060】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, in the circuit shown in FIG. 8A, the resistor R
1 and R2 is a detection circuit that outputs a detection value of a component of the force in the X-axis direction to an output terminal Tx. In this detection circuit, the X-axis detection resistor is formed by connecting the first resistor R1 and the second resistor R2 in series at the X-axis detection connection point Jx. First resistor R1 or second
As shown in Fig. 5 (b), the two ends of the resistor R2 are the central points on the left and right short sides of the rectangular resistor, so that the current flows in the left and right directions in the figure. I have to. Of course, the two end points of each resistor R may be any end points as long as they are two points sandwiching the contact position of the contact conductor C, and therefore, for example, FIG.
In, the current may flow in the vertical direction of the figure by taking the center points on both upper and lower long sides of the rectangular resistor.

【0061】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. 8 (a), the X-axis detection resistor constituted by the first resistor R1 and the second resistor R2 connected in series has the upper end connected to the power supply Vcc and the lower end. Is 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 the resistance value for the first resistor R1 and the resistance for the second resistor R2. Equivalent to the value divided by 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. On the contrary, when the force −Fx in the −X axis direction is applied, the voltage output to the output terminal Tx drops. After all, the output terminal T with no external force applied
When this voltage value rises with reference to the voltage value output to x (theoretically Vcc / 2), the + X-axis direction force + F having a magnitude corresponding to this increase width.
When x is applied and this voltage value is decreased, a force −Fx in the −X axis direction having a magnitude corresponding to the width of the decrease is applied. In this way, FIG. 8 (a)
If the detection circuit of is used, it is possible to detect the component of the applied external force in the X-axis direction based on the output voltage of the output terminal Tx.

【0062】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. 8B has a resistor R
3 and R4 is a detection circuit that outputs the detection value of the Y-axis direction component of the force to the output terminal Ty. 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. First resistor R1 or second
The two end points of the resistor R2 may be any end points as long as they are two points sandwiching the contact position of the contact conductor C. In the circuit of FIG. 8 (b) as well, the third
The Y-axis detection resistor formed by connecting the resistor R3 and the fourth resistor R4 in series has the upper end connected to the power supply Vcc, the lower end grounded, and a constant power supply voltage Vcc at both ends. It is in the applied state. Based on the output voltage of the output terminal Ty in this detection circuit, the principle that the component of the applied external force in the Y-axis direction can be detected is shown in FIG.
This is the same as the principle of detection of the X-axis direction component by the detection circuit of.

【0063】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 and R6 is a detection circuit that outputs the detection value of the Z-axis direction component of the force to the output terminal Tz. 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 endpoints of the Z-axis resistor R5 may be any endpoints as long as they are two points sandwiching the contact position of the Z-axis contact conductor C5.
Further, the end points of the reference resistor R6 may be located at the same positions as the end points of the Z-axis resistor R5.

【0064】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. 8 (c), 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 a constant power supply voltage Vc is applied to both ends.
c is being applied. Here, the output terminal T
The voltage output to z is the voltage at the connection point Jz for Z-axis detection, and is a value obtained by proportionally dividing the power supply voltage Vcc by the resistance value for the Z-axis resistor R5 and the resistance value for the reference resistor R6. Equivalent to. As described in §2, the resistance value of the Z-axis resistor R5 increases or decreases due to the action of 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 force (although it changes due to the influence of temperature or the like, this change also applies to the Z-axis resistor R5. And is 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 rises. In addition, + Z axis force + F
If a force detector having a configuration capable of detecting z is also used, when a force + Fz in the + Z-axis direction is applied, the contact area of the Z-axis contact conductor C5 decreases, and the Z-axis resistor R5 is reduced. The resistance value of will increase. As a result, the output voltage of the output terminal Tz drops. As described above, by using the detection circuit shown in FIG. 8C, the Z-axis direction component of the applied external force can be detected based on the output voltage of the output terminal Tz.

【0065】このように、§1で述べた三次元力検出装
置に、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 circuit shown in FIGS. 8 (a), (b), and (c) is added to the three-dimensional force detecting device described in §1, the external force acting in the XYZ three-dimensional coordinate system is added. X of F
It is possible to configure a three-dimensional force sensor having a function of independently detecting each directional component of the axis, the Y axis, and the Z axis. Of course, when constructing a one-dimensional force sensor or a two-dimensional force sensor, only the detection circuit necessary according to the detection component may be used from the three detection circuits shown in FIG.

【0066】いずれにしても、上述した可変抵抗要素を
用いた力検出装置では、作用した力の検出値を得るため
に、抵抗体の電気抵抗を測定することが不可欠である。
しかしながら、抵抗体の電気抵抗を測定するためには、
図8の検出回路に示されているとおり、当該抵抗体に電
流を流す必要があり、測定時には、ある程度の電力消費
は避けられない。実際、図8に示す回路を用いて、三次
元の力を検出するためには、6つの抵抗体R1〜R6の
すべてに電流を流す必要が生じる。このため、上述した
可変抵抗要素を用いた力検出装置を種々の電子機器に組
み込むと、全体的に電力消費が増大するという問題が生
じることは既に述べたとおりである。これは、特に、内
蔵電池で動作する携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子
機器に用いる場合には、大きなデメリットとなる。
In any case, in the force detecting device using the variable resistance element described above, it is essential to measure the electric resistance of the resistor to obtain the detected value of the applied force.
However, in order to measure the electric resistance of the resistor,
As shown in the detection circuit in FIG. 8, it is necessary to pass a current through the resistor, and power consumption cannot be avoided to some extent during measurement. In fact, in order to detect a three-dimensional force using the circuit shown in FIG. 8, it is necessary to pass a current through all the six resistors R1 to R6. Therefore, when the force detection device using the variable resistance element described above is incorporated in various electronic devices, the problem that the power consumption as a whole increases is as described above. This is a great disadvantage especially when used in electronic devices such as mobile phones and game playing devices that operate on a built-in battery.

【0067】本発明の目的は、上述した可変抵抗要素を
用いた力検出装置の電力消費を効率的に抑制させること
にある。その基本原理は、抵抗体の電気抵抗を測定する
必要が生じたときにだけ、当該抵抗体に電流を流して測
定を行うようにする、というものである。たとえば、図
1の側断面図は、この力検出装置に、何ら外力が作用し
ていないときの状態を示している。このような状態で
は、検出対象となる外力が存在していないので、実際に
検出のための動作を行う必要はない。したがって、力検
出装置が図1に示すような状態にあるときには、図8に
示す検出回路において電源電圧Vccを供給しないよう
にして、電力消費を抑えるようにすればよい。一方、図
7の側断面図は、この力検出装置に、検出対象となる外
力が作用したときの状態を示している。このような状態
になれば、実際に検出のための動作を行う必要が生じる
ので、図8に示す検出回路において電源電圧Vccを供
給して、抵抗値の測定を行うことができるようにすれば
よい。
An object of the present invention is to efficiently suppress the power consumption of the force detection device using the variable resistance element described above. The basic principle is that an electric current is passed through the resistor to perform the measurement only when it is necessary to measure the electrical resistance of the resistor. For example, the side sectional view of FIG. 1 shows a state where no external force is applied to the force detection device. In such a state, since there is no external force to be detected, it is not necessary to actually perform an operation for detection. Therefore, when the force detection device is in the state as shown in FIG. 1, the power supply voltage Vcc may not be supplied in the detection circuit shown in FIG. 8 to suppress power consumption. On the other hand, the side sectional view of FIG. 7 shows a state when an external force to be detected acts on this force detection device. In such a state, it is necessary to actually perform an operation for detection. Therefore, if the power supply voltage Vcc is supplied in the detection circuit shown in FIG. 8 so that the resistance value can be measured. Good.

【0068】実際には、検出回路に、抵抗体の所定の二
点間の抵抗値を電気信号として出力する検出機能を果た
すことができる検出モードと、このような検出機能を果
たすことはできないが検出モードよりも少ない消費電力
で、検出モードへ移行するための待機状態を維持するこ
とができる待機モードと、の2つのモードを選択できる
ように構成しておき、図1に示すように検出対象となる
外力が加わっていない場合には待機モードが選択され、
図7に示すように検出対象となる外力が加わった場合に
は検出モードが選択されるようにすればよい。本発明で
は、このようなモード切替を行うために、切替要素を付
加している。この切替要素は、一対の接触用電極を有
し、通常は、この一対の接触用電極間が電気的に絶縁状
態を維持し、弾性変形体120に所定の大きさ以上の外
力が作用したときには、この弾性変形体120の変形に
より、この一対の接触用電極間が電気的に導通状態とな
るような切替機能を果たす構成要素である(詳細な構成
は、§4以降で説明する)。そして、この切替要素を利
用して、この切替要素を構成する一対の接触用電極間の
電気的な状態が、絶縁状態である場合には待機モードが
選択され、導通状態である場合には検出モードが選択さ
れるように構成すればよい。
Actually, a detection mode in which the detection circuit can perform a detection function of outputting a resistance value between two predetermined points of the resistor as an electric signal, and such a detection function cannot be performed. It is configured such that two modes, that is, a standby mode in which a standby state for shifting to the detection mode can be maintained with less power consumption than that in the detection mode, can be selected, and as shown in FIG. If no external force is applied, the standby mode is selected,
As shown in FIG. 7, when an external force to be detected is applied, the detection mode may be selected. In the present invention, a switching element is added to perform such mode switching. This switching element has a pair of contact electrodes. Normally, the pair of contact electrodes maintain an electrically insulating state, and when an external force of a predetermined magnitude or more acts on the elastic deformable body 120. The elastic deformation body 120 is a component that performs a switching function so that the pair of contact electrodes are electrically connected by the deformation of the elastic deformation body 120 (detailed configuration will be described in §4 and later). Then, using this switching element, the standby mode is selected when the electrical state between the pair of contact electrodes forming the switching element is the insulating state, and the detection is performed when the electrical state is the conducting state. The mode may be selected.

【0069】§4.本発明に係る力検出装置の基本的実
施形態 図9は、本発明に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置
の基本的な実施形態を示す側断面図である。この図9に
示す実施形態は、図1に示す力検出装置に若干の変更を
加えることにより実現することができる。
§4. Basic implementation of the force detection device according to the present invention
Embodiment FIG. 9 is a side sectional view showing a basic embodiment of a force detection device using a variable resistance element according to the present invention. The embodiment shown in FIG. 9 can be realized by slightly modifying the force detection device shown in FIG.

【0070】まず、第1の変更点は、図1における弾性
変形体120の代わりに、図9に示す装置では、弾性変
形体120Aを用いている点である。弾性変形体120
Aは、基板110の上面に配置される部材であり、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123Aと、円柱状の操作桿1
25と、によって形成された部材であり、図1の弾性変
形体120と同等の機能を果たす部材である。また、材
質も、弾性変形体120と同様に絶縁性シリコンゴムの
一体成型によって構成されている。ただ、台座として機
能する固定部123Aの部分が、図1に示す固定部12
3よりも若干だけ高くなっている。このため、固定部材
130Aの形状も、図1に示す固定部材130とは若干
異なっている。
First, the first modification is that, instead of the elastically deformable body 120 in FIG. 1, an elastically deformable body 120A is used in the apparatus shown in FIG. Elastic deformable body 120
A is a member arranged on the upper surface of the substrate 110, and is a disk-shaped acting portion 121 located inside, a flexible portion 122 around it, an outer fixing portion 123A, and a columnar operating rod 1.
25, and is a member having the same function as the elastically deformable body 120 of FIG. Further, the material is also integrally formed of insulating silicon rubber similarly to the elastically deformable body 120. However, the portion of the fixing portion 123A that functions as a pedestal is the fixing portion 12 shown in FIG.
It is slightly higher than 3. Therefore, the shape of the fixing member 130A is also slightly different from that of the fixing member 130 shown in FIG.

【0071】このように、台座として機能する固定部1
23Aの高さを高くしたのは、空洞部VVをより高くと
ることにより、通常の状態(外力が作用していない状
態)において、接触用導電体C1〜C5と抵抗体RR1
〜RR5とが非接触の状態となるようにするためであ
る。すなわち、図1に示す力検出装置では、外力が作用
していない状態においても、接触用導電体C1〜C5の
下端部が抵抗体R1〜R5に点接触した状態になってい
たが、図9に示す力検出装置では、接触用導電体C1〜
C5と抵抗体RR1〜RR5との間には、間隙が形成さ
れ、非接触の状態となっている。
In this way, the fixing portion 1 functioning as a pedestal
The height of 23A is made higher by making the cavity portion VV higher, so that the contact conductors C1 to C5 and the resistor RR1 in a normal state (a state where no external force acts).
This is because it is in a non-contact state with ~ RR5. That is, in the force detection device shown in FIG. 1, the lower ends of the contact conductors C1 to C5 are in point contact with the resistors R1 to R5 even when no external force is applied. In the force detection device shown in FIG.
A gap is formed between C5 and the resistors RR1 to RR5 and is in a non-contact state.

【0072】そして、第2の変更点は、図1の装置にお
ける抵抗体R1〜R6(図2に示す基板110の上面図
参照)の代わりに、図9の装置では、抵抗体RR1〜R
R6が用いられている点である。この抵抗体RR1〜R
R6の構造は、図10に明瞭に示されている。この図1
0は、図9に示す装置の基板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弾性変形体120
Aの位置を示している。図9に示されている基板110
の断面は、図10に示す基板110をX軸に沿って切断
した断面である。ここでも、基板110の上面にXY平
面をとり、XYZ三次元座標系を定義してある。図10
に示す抵抗体RR6は、図2に示す抵抗体R6と全く同
一の構成要素であり、基板110上の配置位置も全く同
一である(ここでは、説明の便宜上、異なる符号を用い
ている)。一方、図10に示す抵抗体RR1〜RR5
も、図2に示す抵抗体R1〜R5に近似した構成要素で
ある。具体的には、図10に示す抵抗体RR1〜RR5
の外側輪郭線は、図2に示す抵抗体R1〜R5の外側輪
郭線と全く同じ矩形であり、全体的な形状も平板状をし
ており、基板110上の配置位置も全く同じである。た
だ、抵抗体RR1〜RR5の中央部には、それぞれ円形
の空隙領域が形成され、この円形の空隙領域には、半円
形をした一対の接触用電極が配置されている。
The second modification is that instead of the resistors R1 to R6 (see the top view of the substrate 110 shown in FIG. 2) in the device of FIG. 1, the resistors RR1 to R of the device of FIG. 9 are used.
That is, R6 is used. These resistors RR1 to R
The structure of R6 is clearly shown in FIG. This Figure 1
0 is a top view of the substrate 110 of the apparatus shown in FIG.
The position of A is shown. The substrate 110 shown in FIG.
The cross section is a cross section obtained by cutting the substrate 110 shown in FIG. 10 along the X axis. Also in this case, the XY plane is taken on the upper surface of the substrate 110 to define the XYZ three-dimensional coordinate system. Figure 10
The resistor RR6 shown in is a component identical to that of the resistor R6 shown in FIG. 2, and the arrangement position on the substrate 110 is also identical (here, different reference numerals are used for convenience of description). On the other hand, the resistors RR1 to RR5 shown in FIG.
Is also a component close to the resistors R1 to R5 shown in FIG. Specifically, the resistors RR1 to RR5 shown in FIG.
The outer contour line of is the same rectangle as the outer contour lines of the resistors R1 to R5 shown in FIG. 2, the overall shape is also flat, and the arrangement position on the substrate 110 is also the same. However, a circular void region is formed in each of the central portions of the resistors RR1 to RR5, and a pair of semicircular contact electrodes are arranged in the circular void region.

【0073】図11(a) は、抵抗体RR1〜RR5の構
造をより明確に示すための拡大上面図である(ハッチン
グは、平板状の構造物が存在する部分を示すためのもの
であり、断面を示すためのものではない)。この図11
(a) に示す抵抗体RRは、抵抗体RR1〜RR4を代表
する1つの抵抗体を示している。また、抵抗体RR5
は、外形が正方形状となっているものの、基本構造は図
11(a) に示す抵抗体RRと同様である。図示のとお
り、抵抗体RRは、中央部に円形の空隙領域を有する矩
形状の平板抵抗体であり、この実施形態では、カーボン
を材料として、基板110上に印刷の手法により形成さ
れている。そして、この抵抗体RRの中央に形成された
円形の空隙領域内に、半円形をした一対の接触用電極S
1,S2が配置されている。一対の接触用電極S1,S
2は、抵抗体RRと同じ高さをもった平板状の電極であ
り、この実施形態では、銅などの金属を材料として、基
板110上に印刷の手法により形成されている。
FIG. 11 (a) is an enlarged top view for more clearly showing the structure of the resistors RR1 to RR5 (hatching indicates a portion where a flat plate-shaped structure exists, Not intended to show a cross section). This FIG.
The resistor RR shown in (a) is one resistor representing the resistors RR1 to RR4. In addition, the resistor RR5
Has a square outer shape, the basic structure is the same as that of the resistor RR shown in FIG. 11 (a). As shown in the figure, the resistor RR is a rectangular flat plate resistor having a circular void region in the center, and in this embodiment, it is formed on the substrate 110 by using carbon as a material by a printing method. Then, in the circular void region formed in the center of the resistor RR, a pair of semi-circular contact electrodes S for contact is formed.
1, S2 are arranged. A pair of contact electrodes S1, S
Reference numeral 2 denotes a plate-shaped electrode having the same height as the resistor RR, and in this embodiment, it is formed on the substrate 110 by a printing method using a metal such as copper as a material.

【0074】図11(a) では同一のハッチングを施して
示してあるが、抵抗体RRは電気抵抗をもった材料(こ
の例ではカーボン)からなる構成要素であるのに対し、
一対の接触用電極S1,S2は導電材料(この例では
銅)からなる構成要素であり、それぞれ物理的に離れた
位置に配置されており、電気的にはそれぞれが隔絶され
た状態となっている。なお、図10では、配線パターン
の図示は省略されているが、実際には、抵抗体RRおよ
び接触用電極S1,S2に対しては、それぞれ配線が施
されている。図11(a) に示す端子T1〜T4は、この
配線によって各部に電気的に接続された端子である。抵
抗体RRの電気抵抗が、端子T1,T2間の電気抵抗と
して測定されることは、既に述べたとおりである。な
お、図11(a) に示す配線は、実際の配線路を示すもの
ではない。実際の配線路は、基板110の上面、もしく
は必要に応じて基板110に形成されたスルーホールを
介して、基板110の下面を利用して形成される。たと
えば、接触用電極S1,S2は、その周囲を抵抗体RR
によって完全に包囲されてしまっているため、端子T
3,T4との間の配線路は、基板110に形成されたス
ルーホールを利用して形成する必要がある。
Although the same hatching is shown in FIG. 11A, the resistor RR is a constituent element made of a material having electrical resistance (carbon in this example).
The pair of contact electrodes S1 and S2 are constituent elements made of a conductive material (copper in this example), and are arranged at positions physically separated from each other, and are electrically isolated from each other. There is. Although the wiring pattern is not shown in FIG. 10, wiring is actually provided to the resistor RR and the contact electrodes S1 and S2. Terminals T1 to T4 shown in FIG. 11 (a) are terminals electrically connected to each part by this wiring. As described above, the electric resistance of the resistor RR is measured as the electric resistance between the terminals T1 and T2. The wiring shown in FIG. 11 (a) does not show an actual wiring path. The actual wiring path is formed using the upper surface of the substrate 110 or the lower surface of the substrate 110 via a through hole formed in the substrate 110 as necessary. For example, the contact electrodes S1 and S2 are surrounded by the resistor RR.
Since it is completely surrounded by the terminal T
The wiring path between 3 and T4 needs to be formed by utilizing the through hole formed in the substrate 110.

【0075】図11(b) は、基板110上に形成された
抵抗体RRの近傍の側断面図である(配線に関する図示
は省略)。図11(b) に示されている抵抗体RRの側断
面は、図11(a) に示す抵抗体RRを端子T1,T2を
結ぶ線で切断した断面に相当する。上述したように、図
9に示す力検出装置では、台座として機能する固定部1
23Aの高さを高くしたため、外力が作用していない通
常の状態では、作用部121の下面に形成された接触用
導電体Cは、図11(b) に示すように、抵抗体RRや接
触用電極S1,S2に対して物理的に非接触の状態を維
持している。ところが、Z軸負方向の力成分−Fzを含
む外力(たとえば、図7に示す斜め方向の力F)が作用
すると、図12の側断面図に示すように、作用部121
が下方へと変位し、接触用導電体Cの下端が接触用電極
S1,S2に接触するようになる。外力の大きさが更に
大きくなると、図13に示すように、弾性変形する材料
から構成された接触用導電体Cは、作用部121の下方
への変位によって加わる圧力によって変形し、抵抗体R
Rに対しても接触するようになる。
FIG. 11B is a side sectional view in the vicinity of the resistor RR formed on the substrate 110 (illustration of wiring is omitted). The side cross section of the resistor RR shown in FIG. 11 (b) corresponds to the cross section of the resistor RR shown in FIG. 11 (a) taken along the line connecting the terminals T1 and T2. As described above, in the force detection device shown in FIG. 9, the fixed portion 1 that functions as a pedestal
Since the height of 23A is increased, in a normal state where no external force is applied, the contact conductor C formed on the lower surface of the acting portion 121 has a resistance RR or a contact as shown in FIG. 11 (b). The physical contact with the working electrodes S1 and S2 is maintained. However, when an external force including the force component −Fz in the negative direction of the Z axis (for example, the diagonal force F shown in FIG. 7) acts, as shown in the side sectional view of FIG.
Is displaced downward, and the lower end of the contact conductor C comes into contact with the contact electrodes S1 and S2. When the magnitude of the external force is further increased, as shown in FIG. 13, the contact conductor C made of an elastically deformable material is deformed by the pressure applied by the downward displacement of the acting portion 121, and the resistor R
It also comes into contact with R.

【0076】抵抗体RRに対する接触用導電体Cの接触
面の面積が、作用部121の変位によって加わる圧力、
すなわち、加えられた外力の大きさに応じて変化するこ
とは、既に述べたとおりである。抵抗体RRは、中央部
に円形の空隙領域を有しているため、加える外力を徐々
に大きくしていった場合、接触用導電体Cの接触面の面
積変化は、図1に示す装置で用いられている矩形状の抵
抗体についての面積変化とは、若干異なることになる。
しかしながら、外力が大きくなればなるほど接触用導電
体Cの接触面も増大する、という基本的な性質に変わり
はなく、抵抗体RRの二点間の抵抗値は、外力の大きさ
に依存して定まる量になる。したがって、図9に示す力
検出装置は、図1に示す力検出装置と全く同様の原理に
より、XYZ三次元の力検出を行う機能を果たすことが
できる。しかも、図9に示す力検出装置には、切替要素
として利用可能な一対の接触用電極S1,S2が設けら
れており、この接触用電極S1,S2の導通状態を検出
することにより、検出回路の2つのモード、すなわち、
検出モードと待機モードとの切替処理を行うことが可能
になる。
The area of the contact surface of the conductor C for contact with the resistor RR depends on the pressure applied by the displacement of the acting portion 121,
That is, the fact that it changes depending on the magnitude of the applied external force is as described above. Since the resistor RR has a circular void region in the central portion, when the external force applied is gradually increased, the area change of the contact surface of the conductor C for contact is changed by the device shown in FIG. This is slightly different from the area change of the rectangular resistor used.
However, there is no change in the basic property that the contact surface of the contact conductor C increases as the external force increases, and the resistance value between the two points of the resistor RR depends on the magnitude of the external force. It becomes a fixed amount. Therefore, the force detection device shown in FIG. 9 can fulfill the function of performing XYZ three-dimensional force detection on the completely same principle as the force detection device shown in FIG. Moreover, the force detection device shown in FIG. 9 is provided with a pair of contact electrodes S1 and S2 that can be used as switching elements, and the detection circuit is detected by detecting the conduction state of the contact electrodes S1 and S2. Two modes, namely
It becomes possible to perform switching processing between the detection mode and the standby mode.

【0077】いま、接触用電極S1,S2によって、O
N/OFFスイッチSWを構成した場合を考えてみる。
この場合、図11(a) に示す抵抗体RRおよび一対の接
触用電極S1,S2の等価回路は、図14に示すように
なる。この図14の各回路図における端子T1〜T4
は、図11(a) に示す端子T1〜T4に対応するもので
あり、スイッチSWは、接触用電極S1,S2が非接触
の場合にOFF、接触した場合にONとなるスイッチで
ある。また、図14(a) は、図11(b) の側断面図に示
されているように、接触用導電体Cが抵抗体RRおよび
接触用電極S1,S2のいずれにも接触していない状態
の等価回路であり、図14(b) は、図12の側断面図に
示されているように、接触用導電体Cが接触用電極S
1,S2に接触した状態の等価回路であり、図14(c)
は、図13の側断面図に示されているように、接触用導
電体Cが抵抗体RRおよび接触用電極S1,S2の双方
に接触した状態の等価回路である。
Now, by the contact electrodes S1 and S2, O
Consider a case where the N / OFF switch SW is configured.
In this case, the equivalent circuit of the resistor RR and the pair of contact electrodes S1 and S2 shown in FIG. 11A is as shown in FIG. Terminals T1 to T4 in each circuit diagram of FIG.
Corresponds to the terminals T1 to T4 shown in FIG. 11 (a), and the switch SW is a switch which is turned off when the contact electrodes S1 and S2 are non-contact and is turned on when they are contacted. Further, in FIG. 14A, as shown in the side sectional view of FIG. 11B, the contact conductor C does not contact the resistor RR and the contact electrodes S1 and S2. FIG. 14 (b) is an equivalent circuit of the state, and as shown in the side sectional view of FIG.
1 (c) is an equivalent circuit in the state of being in contact with S1 and S2.
Is an equivalent circuit in the state where the contact conductor C is in contact with both the resistor RR and the contact electrodes S1 and S2, as shown in the side sectional view of FIG.

【0078】スイッチSWは、接触用導電体Cが接触用
電極S1,S2に接触した時点からONになるため、図
14(a) の等価回路ではOFF状態であるが、図14
(b) ,(c) の等価回路ではON状態になる。また、図1
4(a) ,(b) の等価回路では、接触用導電体Cが抵抗体
RRには接触していないため、両端子T1,T2間の抵
抗値に変化は生じていないが、図14(c) の等価回路で
は、接触用導電体Cが抵抗体RRに接触しているため、
両端子T1,T2間の抵抗値は、接触面積に応じて(す
なわち、作用した外力の大きさに応じて)変化すること
になる。結局、図11(b) に示す構成では、接触用導電
体Cは、抵抗体RRの抵抗値を変化させる導電体として
の機能を果たすとともに、一対の接触用電極S1,S2
の双方に同時に接触することにより、これらを導通させ
ることができる仲介電極としての機能も果たすことにな
る。このような接触用導電体Cの仲介電極としての機能
に着目すれば、基板110上に形成された一対の接触用
電極S1,S2と、仲介電極として機能する接触用導電
体Cとによって、切替要素が構成されていることにな
る。この切替要素は、通常(検出対象となる外力が作用
していない状態)では、一対の接触用電極S1,S2間
が電気的に絶縁状態を維持し、弾性変形体120に所定
の大きさ以上の外力が作用したときには、この弾性変形
体120の変形により、一対の接触用電極S1,S2間
が電気的導通状態となるような切替機能を果たす要素と
いうことができる。
Since the switch SW is turned on when the contact conductor C contacts the contact electrodes S1 and S2, it is in the off state in the equivalent circuit of FIG. 14 (a).
The equivalent circuits of (b) and (c) are turned on. Also, FIG.
In the equivalent circuits of 4 (a) and 4 (b), since the contacting conductor C is not in contact with the resistor RR, there is no change in the resistance value between the terminals T1 and T2. In the equivalent circuit of c), since the contacting conductor C is in contact with the resistor RR,
The resistance value between both terminals T1 and T2 will change according to a contact area (namely, according to the magnitude of the applied external force). After all, in the configuration shown in FIG. 11B, the contact conductor C functions as a conductor that changes the resistance value of the resistor RR, and at the same time, the pair of contact electrodes S1 and S2.
By simultaneously contacting both of them, they also function as an intermediary electrode capable of conducting them. Focusing on the function of the contact conductor C as an intermediary electrode, switching is performed by a pair of contact electrodes S1 and S2 formed on the substrate 110 and the contact conductor C that functions as an intermediary electrode. The element is configured. This switching element normally maintains an electrically insulated state between the pair of contact electrodes S1 and S2 (when no external force to be detected is applied), and the elastic deformation body 120 has a predetermined size or more. It can be said that, when the external force is applied, the elastically deformable body 120 is deformed to perform a switching function so that the pair of contact electrodes S1 and S2 are electrically connected.

【0079】このような切替要素を構成する一対の接触
用電極S1,S2をON/OFFスイッチとして利用
し、抵抗体RRの二点間への電圧印加を制御するように
すれば、電力消費を効率的に抑制させることが可能にな
る。すなわち、一対の接触用電極S1,S2の導通/絶
縁状態によりON/OFFするスイッチSWを構成し、
スイッチSWがOFFのときには、検出回路を待機モー
ドとして抵抗体RRの二点間には電圧を印加しないよう
にし、スイッチSWがONのときには、検出回路を検出
モードとして抵抗体RRの二点間に電圧を印加するよう
な制御を行うのである。このような制御を行えば、図1
4(a) の等価回路では、スイッチSWがOFF状態とな
っているため、検出回路は待機モードになり、端子T
1,T2間には電圧は印加されず、抵抗体RRには電流
が流れないため、電力消費を抑えることができる。とこ
ろが、図14(b) ,(c) の等価回路では、スイッチSW
がON状態となり、検出回路は検出モードになる。した
がって、端子T1,T2間に電圧が印加され、抵抗体R
Rに電流を流すことにより、端子T1,T2間の抵抗値
が測定されることになる。別言すれば、図11(b) のよ
うに、検出対象となる外力が作用していない状態では、
抵抗体RRには電流は流れずに無駄な消費電力が抑えら
れ、図12,図13のように、ある程度の大きさの外力
が作用すると、抵抗体RRに電流が流れ、作用した外力
の検出が可能になる。このように、検出に必要なときに
だけ、抵抗体RRに電流を供給するようにすれば、全体
的に大幅な電力節減を行うことができる。
If the pair of contact electrodes S1 and S2 constituting such a switching element are used as ON / OFF switches and the voltage application between the two points of the resistor RR is controlled, power consumption is reduced. It becomes possible to suppress efficiently. That is, a switch SW that turns on / off depending on the conduction / insulation state of the pair of contact electrodes S1 and S2 is formed,
When the switch SW is OFF, the detection circuit is set to the standby mode so that no voltage is applied between the two points of the resistor RR, and when the switch SW is ON, the detection circuit is set to the detection mode and the two points of the resistor RR are connected. The control is such that a voltage is applied. With this control,
In the equivalent circuit of 4 (a), since the switch SW is in the OFF state, the detection circuit is in the standby mode and the terminal T
Since no voltage is applied between 1 and T2 and no current flows through the resistor RR, power consumption can be suppressed. However, in the equivalent circuits of FIGS. 14 (b) and 14 (c), the switch SW
Turns on and the detection circuit enters the detection mode. Therefore, a voltage is applied between the terminals T1 and T2, and the resistor R
By passing a current through R, the resistance value between the terminals T1 and T2 is measured. In other words, as shown in FIG. 11 (b), when the external force to be detected is not acting,
A current does not flow through the resistor RR and unnecessary power consumption is suppressed, and when an external force of a certain amount acts, as shown in FIGS. 12 and 13, a current flows through the resistor RR, and the external force acting is detected. Will be possible. As described above, if the current is supplied to the resistor RR only when it is necessary for the detection, it is possible to significantly reduce the power as a whole.

【0080】なお、図9に示す実施形態では、外力が作
用していない通常の状態において、すべての接触用導電
体C1〜C5(仲介電極)が、各接触用電極S1,S2
と物理的に非接触の状態にあるが、外力が作用していな
い通常の状態において、仲介電極は、一対の接触用電極
のいずれか一方にのみ接触している状態となっていても
かまわない。たとえば、図11(b) において、接触用導
電体Cが接触用電極S1のみ(あるいは接触用電極S2
のみ)に接触した状態となっていても、一対の接触用電
極S1,S2間は絶縁状態が維持されることになる。し
たがって、たとえば、図11(b) における抵抗体RRお
よび一対の接触用電極S1,S2の位置を若干右へずら
し、接触用導電体Cの中心部の直下に接触用電極S1が
位置するようにしておき、外力が作用していない通常の
状態において、接触用導電体Cの中心部が接触用電極S
1にのみ点接触した状態になるようにしてもかまわな
い。要するに、仲介電極(接触用導電体C)は、通常は
(検出対象となる外力が作用していないときは)、一対
の接触用電極S1,S2のいずれにも接触していない
か、または、いずれか一方にのみ接触している状態を維
持し、所定の大きさ以上の外力が作用したときには、一
対の接触用電極S1,S2の双方に同時に接触した状態
となる機能を果たすことができればよい。
In the embodiment shown in FIG. 9, all the contact conductors C1 to C5 (mediation electrodes) are in contact with the contact electrodes S1 and S2 in a normal state where no external force is applied.
However, in a normal state in which no external force is applied, the intermediary electrode may be in contact with only one of the pair of contact electrodes. . For example, in FIG. 11 (b), the contact conductor C includes only the contact electrode S1 (or the contact electrode S2).
Even when the contact electrodes S1 and S2 are in contact with each other, the insulating state is maintained between the pair of contact electrodes S1 and S2. Therefore, for example, the positions of the resistor RR and the pair of contact electrodes S1 and S2 in FIG. 11B are slightly shifted to the right so that the contact electrode S1 is located immediately below the center of the contact conductor C. In addition, in a normal state in which no external force is applied, the central portion of the contact conductor C is the contact electrode S.
It does not matter if only point 1 is in point contact. In short, the intermediary electrode (contact conductor C) normally does not contact either of the pair of contact electrodes S1 and S2 (when no external force to be detected is acting), or It suffices to maintain the state of being in contact with only one of them, and when the external force of a predetermined magnitude or more acts, it is possible to fulfill the function of being in the state of being in contact with both of the pair of contact electrodes S1 and S2 at the same time. .

【0081】§5.本発明に係る力検出装置の具体的な
検出回路 ここでは、図9に示す力検出装置に用いる具体的な検出
回路をいくつか例示する。図15は、このような検出回
路の第1の例を示す回路図であり、前述した図8に示す
検出回路とほぼ同等の機能を果たす。すなわち、RR1
〜RR6は、それぞれ図10に示された抵抗体であり、
所定の二点間を両端とする抵抗素子として機能する。抵
抗体RR1〜RR5には、それぞれ接触用導電体C1〜
C5が接触し、その接触面積によって抵抗値が変化する
ことになるので、図15の回路図では、抵抗体RR1〜
RR5は可変抵抗素子として描かれている。一方、抵抗
体RR6は、参照用抵抗素子として機能するため、図1
5の回路図では、定抵抗素子として描かれている。5つ
のスイッチSW1〜SW5は、それぞれ抵抗体RR1〜
RR5の中央部に形成された空隙領域内の一対の接触用
電極S1,S2によって構成されるスイッチであり、接
触用電極S1,S2が絶縁状態であればOFF、導通状
態であればONとなる。
§5. Specific of the force detection device according to the present invention
Detection Circuits Here, some specific detection circuits used in the force detection device shown in FIG. 9 are illustrated. FIG. 15 is a circuit diagram showing a first example of such a detection circuit, and has a function substantially equivalent to that of the detection circuit shown in FIG. 8 described above. That is, RR1
~ RR6 are the resistors shown in FIG.
It functions as a resistance element having both ends between a predetermined two points. The contact conductors C1 to C1 are respectively connected to the resistors RR1 to RR5.
Since C5 contacts and the resistance value changes depending on the contact area, in the circuit diagram of FIG.
RR5 is depicted as a variable resistance element. On the other hand, since the resistor RR6 functions as a reference resistance element,
In the circuit diagram of No. 5, it is drawn as a constant resistance element. The five switches SW1 to SW5 are resistors RR1 to RR1, respectively.
A switch composed of a pair of contact electrodes S1 and S2 in a void region formed in the central portion of RR5, which is OFF when the contact electrodes S1 and S2 are in an insulating state and ON when the contact electrodes are in a conducting state. .

【0082】結局、この図15に示す検出回路は、図8
に示す検出回路における電源電圧Vccの供給路に、並
列接続された5つのスイッチSW1〜SW5を挿入した
ものに他ならない。したがって、5つのスイッチSW1
〜SW5のすべてがOFF状態であれば、各抵抗体RR
1〜RR6には一切電流は流れないが、いずれか1つの
スイッチがON状態になれば、各抵抗体RR1〜RR6
に、抵抗値検出用の電流が流されることになる。外力の
各座標軸方向成分ごとの検出原理は、図8に示す検出回
路における検出原理と全く同様である。
After all, the detection circuit shown in FIG.
It is nothing but the one in which five switches SW1 to SW5 connected in parallel are inserted in the supply path of the power supply voltage Vcc in the detection circuit shown in FIG. Therefore, the five switches SW1
~ If all of SW5 are OFF, each resistor RR
No current flows through 1 to RR6, but if any one of the switches is in the ON state, each resistor RR1 to RR6
Then, a current for detecting the resistance value is supplied. The detection principle for each coordinate axis direction component of the external force is exactly the same as the detection principle in the detection circuit shown in FIG.

【0083】図16は、図9に示す力検出装置に用いる
ことができる検出回路の第2の例を示す回路図である。
図15に示す検出回路との相違点は、X軸方向に関する
外力検出を行う回路(図16(a) )、Y軸方向に関する
外力検出を行う回路(図16(b) )、Z軸方向に関する
外力検出を行う回路(図16(c) )に対する電流供給の
制御をそれぞれ別個に行うようにした点である。この検
出回路では、X軸方向成分を含む外力が加わり、スイッ
チSW1(抵抗体RR1の空隙領域内に形成された一対
の接触用電極S1,S2からなるスイッチ)あるいはス
イッチSW2(抵抗体RR2の空隙領域内に形成された
一対の接触用電極S1,S2からなるスイッチ)のいず
れかがONになった場合には、X軸方向成分の外力検出
に必要な抵抗体RR1,RR2に電流が流される。ま
た、Y軸方向成分を含む外力が加わり、スイッチSW3
(抵抗体RR3の空隙領域内に形成された一対の接触用
電極S1,S2からなるスイッチ)あるいはスイッチS
W4(抵抗体RR4の空隙領域内に形成された一対の接
触用電極S1,S2からなるスイッチ)のいずれかがO
Nになった場合には、Y軸方向成分の外力検出に必要な
抵抗体RR3,RR4に電流が流される。更に、Z軸方
向成分を含む外力が加わり、スイッチSW5(抵抗体R
R5の空隙領域内に形成された一対の接触用電極S1,
S2からなるスイッチ)がONになった場合には、Z軸
方向成分の外力検出に必要な抵抗体RR5,RR6に電
流が流される。このように、図16に示す検出回路で
は、作用した外力の方向までも考慮したきめの細かな制
御が可能になる。
FIG. 16 is a circuit diagram showing a second example of the detection circuit that can be used in the force detection device shown in FIG.
The difference from the detection circuit shown in FIG. 15 is that a circuit for detecting an external force in the X-axis direction (FIG. 16 (a)), a circuit for detecting an external force in the Y-axis direction (FIG. 16 (b)), and a circuit in the Z-axis direction. The point is that the control of the current supply to the circuit for detecting the external force (FIG. 16 (c)) is separately performed. In this detection circuit, an external force including a component in the X-axis direction is applied, and a switch SW1 (a switch including a pair of contact electrodes S1 and S2 formed in the void region of the resistor RR1) or a switch SW2 (a void of the resistor RR2). When any one of a pair of contact electrodes S1 and S2 formed in the area) is turned on, a current is passed through the resistors RR1 and RR2 necessary for detecting the external force of the X-axis direction component. . Further, an external force including a Y-axis direction component is applied, and the switch SW3
(Switch composed of a pair of contact electrodes S1, S2 formed in the void region of the resistor RR3) or switch S
Any one of W4 (switch formed of a pair of contact electrodes S1 and S2 formed in the void region of the resistor RR4) is O
When it becomes N, a current is passed through the resistors RR3 and RR4 necessary for detecting the external force of the Y-axis direction component. Furthermore, an external force including a Z-axis direction component is applied, and the switch SW5 (resistor R
A pair of contact electrodes S1 formed in the void region of R5
When the switch S2) is turned on, a current is passed through the resistors RR5 and RR6 necessary for detecting the external force of the Z-axis direction component. As described above, the detection circuit shown in FIG. 16 enables fine control in consideration of the direction of the applied external force.

【0084】図17は、図9に示す力検出装置に用いる
ことができる検出回路の第3の例を示す回路図である。
この検出回路は、アナログ信号用の入力端子を備えた信
号処理回路により構成されており、入力したアナログ信
号はデジタル信号に変換され、内部でデジタル信号に対
する所定の演算が行われ、デジタル信号としての出力が
得られる。図17に示す信号処理回路は、1チップの集
積回路として構成されており、図の右側に示されたアナ
ログ入力端子T11〜T15には、それぞれ抵抗体RR
1〜RR5の抵抗値に相当するアナログ電圧値が入力さ
れる。各抵抗体RR1〜RR5の一端(図の下端)は接
地されており、もう一端(図の上端)は、各アナログ入
力端子T11〜T15に接続されるとともに、それぞれ
スイッチSW11〜SW15および参照用抵抗体RR6
1〜RR65を介して電源Vccに接続されている。こ
こで、RR61〜RR65は、図10に示すRR6と同
様に参照用抵抗体であり、この回路では、基板110上
に、RR6に代えてRR61〜RR65という5組の参
照用抵抗体を形成して用いるようにしている。
FIG. 17 is a circuit diagram showing a third example of the detection circuit that can be used in the force detection device shown in FIG.
This detection circuit is composed of a signal processing circuit provided with an input terminal for analog signals. The input analog signal is converted into a digital signal, and a predetermined operation is performed on the digital signal internally to obtain a digital signal. Output is obtained. The signal processing circuit shown in FIG. 17 is configured as a one-chip integrated circuit. The analog input terminals T11 to T15 shown on the right side of the drawing respectively have resistors RR.
Analog voltage values corresponding to the resistance values of 1 to RR5 are input. One end (lower end in the figure) of each of the resistors RR1 to RR5 is grounded, and the other end (upper end in the figure) is connected to each of the analog input terminals T11 to T15, and the switches SW11 to SW15 and the reference resistor are respectively connected. Body RR6
It is connected to the power supply Vcc through 1 to RR65. Here, RR61 to RR65 are reference resistors similar to RR6 shown in FIG. 10, and in this circuit, five sets of reference resistors RR61 to RR65 are formed on the substrate 110 in place of RR6. I am trying to use it.

【0085】各スイッチSW11〜SW15がON状態
になると、電源Vccから、各抵抗体RR1〜RR5に
電圧が印加され、アナログ入力端子T11〜T15に
は、各抵抗体RR1〜RR5の抵抗値に応じた分圧が加
わることになる。たとえば、アナログ入力端子T11に
は、電源Vccの電圧を、抵抗体RR1(作用した外力
の大きさに応じて抵抗値が変化する可変抵抗素子)の抵
抗値と参照用抵抗体RR61(定抵抗素子)の抵抗値と
によって按分した分圧が加わることになる。このアナロ
グ分圧値は、信号処理回路の内部でデジタル信号に変換
され、抵抗体RR1の抵抗値に応じたデジタル値が得ら
れる。同様に、抵抗体RR2〜RR5についての分圧が
アナログ入力端子T12〜T15に加わり、信号処理回
路の内部でデジタル化され、それぞれの抵抗値に応じた
デジタル値が得られる。これらのデジタル値に基づい
て、作用した外力の各座標軸方向成分が得られること
は、既に述べたとおりである。すなわち、X軸方向成分
は、抵抗体RR1の抵抗値と抵抗体RR2の抵抗値との
差として求めることができ、Y軸方向成分は、抵抗体R
R3の抵抗値と抵抗体RR4の抵抗値との差として求め
ることができ、Z軸方向成分は、抵抗体RR5の抵抗値
として求めることができる。この図17に示す信号処理
回路を用いれば、作用した外力の各座標軸方向成分をデ
ジタル信号として出力することができるので、携帯電話
用入力装置やゲーム用入力装置などの電子機器に利用す
る場合には好都合である。
When each of the switches SW11 to SW15 is turned on, a voltage is applied from the power supply Vcc to each of the resistors RR1 to RR5, and the analog input terminals T11 to T15 correspond to the resistance values of each of the resistors RR1 to RR5. A partial pressure will be applied. For example, at the analog input terminal T11, the voltage of the power supply Vcc is applied to the resistance value of the resistor RR1 (variable resistance element whose resistance value changes according to the magnitude of the applied external force) and the reference resistor RR61 (constant resistance element). ), And a partial pressure proportionally divided by the resistance value is added. This analog divided voltage value is converted into a digital signal inside the signal processing circuit, and a digital value corresponding to the resistance value of the resistor RR1 is obtained. Similarly, the voltage divisions of the resistors RR2 to RR5 are applied to the analog input terminals T12 to T15 and digitized inside the signal processing circuit to obtain digital values corresponding to the respective resistance values. As described above, the component of the applied external force in the direction of each coordinate axis can be obtained based on these digital values. That is, the X-axis direction component can be obtained as the difference between the resistance value of the resistor RR1 and the resistance value of the resistor RR2, and the Y-axis direction component is the resistor R.
It can be obtained as the difference between the resistance value of R3 and the resistance value of the resistor RR4, and the Z-axis direction component can be obtained as the resistance value of the resistor RR5. If the signal processing circuit shown in FIG. 17 is used, each component of the applied external force in the coordinate axis direction can be output as a digital signal, so that it can be used in an electronic device such as a mobile phone input device or a game input device. Is convenient.

【0086】スイッチSW11〜SW15は、各抵抗体
への電圧供給を制御するためのスイッチである。すなわ
ち、スイッチSW11〜SW15のいずれもがOFF状
態を維持していると、電源Vccの電圧が各抵抗体へ印
加されず、各抵抗体には電流は流れない。したがって、
抵抗体による電力消費は生じないことになるが、当然、
アナログ入力端子T11〜T15には測定すべき分圧が
加わらず、各抵抗体の抵抗値を検出することはできな
い。これは、信号処理回路が待機モード状態にあること
を示している。一方、スイッチSW11〜SW15のい
ずれかがON状態になると、電源Vccの電圧がON状
態になったスイッチに接続された抵抗体へ印加され、当
該抵抗体に電流が流れる。したがって、当該抵抗体によ
る電力消費が生じることになり、前述したように、当該
抵抗体の抵抗値に対応するデジタル値が検出されること
になる。これは、信号処理回路が検出モード状態にある
ことを示している。
The switches SW11 to SW15 are switches for controlling the voltage supply to each resistor. That is, when all of the switches SW11 to SW15 maintain the OFF state, the voltage of the power supply Vcc is not applied to each resistor, and no current flows through each resistor. Therefore,
Power consumption by the resistor will not occur, but of course,
Since the partial pressure to be measured is not applied to the analog input terminals T11 to T15, the resistance value of each resistor cannot be detected. This indicates that the signal processing circuit is in the standby mode. On the other hand, when any of the switches SW11 to SW15 is turned on, the voltage of the power supply Vcc is applied to the resistor connected to the switch turned on, and a current flows through the resistor. Therefore, power is consumed by the resistor, and as described above, the digital value corresponding to the resistance value of the resistor is detected. This indicates that the signal processing circuit is in the detection mode state.

【0087】スイッチSW11〜SW15のON/OF
F制御は、制御端子T21〜T25から出力される制御
信号S21〜S25によって行われる。実際には、スイ
ッチSW11〜SW15は、論理素子などの半導体スイ
ッチによって構成されており、制御信号S21〜S25
は、デジタル論理信号となる。信号処理回路はCPUお
よびこれを動作させるためのプログラムを内蔵してお
り、このCPUの論理演算により、制御信号S21〜S
25の論理値が決定される。
ON / OF of the switches SW11 to SW15
The F control is performed by the control signals S21 to S25 output from the control terminals T21 to T25. In reality, the switches SW11 to SW15 are composed of semiconductor switches such as logic elements, and control signals S21 to S25 are used.
Becomes a digital logic signal. The signal processing circuit includes a CPU and a program for operating the CPU, and control signals S21 to S21 are executed by the logical operation of the CPU.
25 logical values are determined.

【0088】図17の左側に示された入力端子T01〜
T03には、スイッチSW1〜SW5のON/OFF状
態により、電源電圧Vccもしくは接地電圧が加えられ
る。すなわち、各スイッチSW1〜SW5がOFF状態
の場合、各入力端子T01〜T03には、抵抗素子R0
1〜R03を介して電源電圧Vccが加えられた状態に
なるが、スイッチSW1およびSW2の少なくとも一方
がON状態になると、入力端子T01は接地電位とな
り、スイッチSW3およびSW4の少なくとも一方がO
N状態になると、入力端子T02は接地電位となり、ス
イッチSW5がON状態になると、入力端子T03は接
地電位となる。したがって、信号処理回路は、入力端子
T01〜T03の電位に基づいて、各スイッチSW1〜
SW5のON/OFF状態を把握することができる。
Input terminals T01 to T01 shown on the left side of FIG.
The power supply voltage Vcc or the ground voltage is applied to T03 depending on the ON / OFF state of the switches SW1 to SW5. That is, when each of the switches SW1 to SW5 is in the OFF state, the resistance element R0 is connected to each of the input terminals T01 to T03.
The power supply voltage Vcc is applied via 1 to R03, but when at least one of the switches SW1 and SW2 is turned on, the input terminal T01 becomes the ground potential, and at least one of the switches SW3 and SW4 becomes O.
When in the N state, the input terminal T02 is at the ground potential, and when the switch SW5 is in the ON state, the input terminal T03 is at the ground potential. Therefore, the signal processing circuit, based on the potentials of the input terminals T01 to T03, switches SW1 to SW1.
The ON / OFF state of SW5 can be grasped.

【0089】このスイッチSW1〜SW5は、図15の
回路図および図16の回路図に示されているスイッチS
W1〜SW5と同一のスイッチであり、それぞれ抵抗体
RR1〜RR5の中央部に形成された空隙領域内の一対
の接触用電極S1,S2によって構成されるスイッチで
ある。したがって、図9に示す力検出装置に対して、X
軸方向成分を含む所定の大きさの外力が加えられると、
スイッチSW1またはSW2がON状態となり、Y軸方
向成分を含む所定の大きさの外力が加えられると、スイ
ッチSW3またはSW4がON状態となり、Z軸方向成
分を含む所定の大きさの外力が加えられると、スイッチ
SW5がON状態となる。
The switches SW1 to SW5 are the switches S shown in the circuit diagram of FIG. 15 and the circuit diagram of FIG.
It is the same switch as W1 to SW5, and is a switch composed of a pair of contact electrodes S1 and S2 in the void region formed in the central portions of the resistors RR1 to RR5, respectively. Therefore, with respect to the force detection device shown in FIG.
When an external force of a certain magnitude including the axial component is applied,
When the switch SW1 or SW2 is turned on and an external force of a predetermined magnitude including the Y-axis direction component is applied, the switch SW3 or SW4 is turned on and an external force of a predetermined magnitude including the Z-axis direction component is applied. Then, the switch SW5 is turned on.

【0090】そこで、この図17に示す信号処理回路で
は、入力端子T01の電位が電源電圧Vccの場合(ス
イッチSW1およびSW2がOFF状態の場合)には、
制御端子T21,T22からは、スイッチSW11,S
W12をOFF状態とする制御信号S21,S22を出
力し、入力端子T01の電位が接地電位の場合(スイッ
チSW1およびSW2の少なくとも一方がON状態の場
合)には、制御端子T21,T22からは、スイッチS
W11,SW12をON状態とする制御信号S21,S
22を出力するような制御が行われるようにしている。
これにより、X軸方向成分を含む所定の大きさの外力が
加えられたときにのみ、抵抗体RR1,RR2に電流が
流れ、外力のX軸方向成分の検出が可能になる。同様
に、入力端子T02の電位が電源電圧Vccの場合(ス
イッチSW3およびSW4がOFF状態の場合)には、
制御端子T23,T24からは、スイッチSW13,S
W14をOFF状態とする制御信号S23,S24を出
力し、入力端子T02の電位が接地電位の場合(スイッ
チSW3およびSW4の少なくとも一方がON状態の場
合)には、制御端子T23,T24からは、スイッチS
W13,SW14をON状態とする制御信号S23,S
24を出力するような制御が行われるようにしている。
これにより、Y軸方向成分を含む所定の大きさの外力が
加えられたときにのみ、抵抗体RR3,RR4に電流が
流れ、外力のY軸方向成分の検出が可能になる。また、
入力端子T03の電位が電源電圧Vccの場合(スイッ
チSW5がOFF状態の場合)には、制御端子T25か
らは、スイッチSW15をOFF状態とする制御信号S
25を出力し、入力端子T03の電位が接地電位の場合
(スイッチSW5がON状態の場合)には、制御端子T
25からは、スイッチSW15をON状態とする制御信
号S25を出力するような制御が行われるようにしてい
る。これにより、Z軸方向成分を含む所定の大きさの外
力が加えられたときにのみ、抵抗体RR5に電流が流
れ、外力のZ軸方向成分の検出が可能になる。
Therefore, in the signal processing circuit shown in FIG. 17, when the potential of the input terminal T01 is the power supply voltage Vcc (when the switches SW1 and SW2 are in the OFF state),
From the control terminals T21 and T22, the switches SW11 and S are connected.
When the control signals S21 and S22 for turning off W12 are output and the potential of the input terminal T01 is the ground potential (when at least one of the switches SW1 and SW2 is on), the control terminals T21 and T22 are Switch S
Control signals S21 and S for turning on W11 and SW12
The control so that 22 is output is performed.
As a result, a current flows through the resistors RR1 and RR2 only when an external force of a predetermined magnitude including the X-axis direction component is applied, and the X-axis direction component of the external force can be detected. Similarly, when the potential of the input terminal T02 is the power supply voltage Vcc (when the switches SW3 and SW4 are in the OFF state),
From the control terminals T23 and T24, the switches SW13 and S
When the control signals S23 and S24 for turning off W14 are output and the potential of the input terminal T02 is the ground potential (when at least one of the switches SW3 and SW4 is on), the control terminals T23 and T24 are Switch S
Control signals S23 and S for turning on W13 and SW14
The control so that 24 is output is performed.
As a result, a current flows through the resistors RR3 and RR4 only when an external force of a predetermined magnitude including the Y-axis direction component is applied, and the Y-axis direction component of the external force can be detected. Also,
When the potential of the input terminal T03 is the power supply voltage Vcc (when the switch SW5 is in the OFF state), the control signal S for turning the switch SW15 into the OFF state is output from the control terminal T25.
25, and when the potential of the input terminal T03 is the ground potential (when the switch SW5 is in the ON state), the control terminal T03
From 25, control is performed to output a control signal S25 for turning on the switch SW15. As a result, a current flows through the resistor RR5 only when an external force of a predetermined magnitude including the Z-axis direction component is applied, and the Z-axis direction component of the external force can be detected.

【0091】もちろん、信号処理回路により、更に細か
な制御を行うことも可能である。たとえば、5つのスイ
ッチSW1〜SW5のON/OFF状態をそれぞれ別個
独立して検出するようにし、スイッチSW1がON状態
のときにはスイッチSW11のみをONとし、スイッチ
SW2がON状態のときにはスイッチSW12のみをO
Nとし、スイッチSW3がON状態のときにはスイッチ
SW13のみをONとし、…、というように、5系統を
それぞれ独立させた制御も可能である。逆に、より大ま
かな制御を行うことも可能である。たとえば、5つのス
イッチSW1〜SW5をすべて並列接続し、いずれか1
つのスイッチがONになった場合に、5つのスイッチS
W11〜SW15のすべてをONにする、というような
包括的な制御を行ってもよい。
Of course, it is also possible to perform finer control by the signal processing circuit. For example, the ON / OFF states of the five switches SW1 to SW5 are independently detected, and when the switch SW1 is in the ON state, only the switch SW11 is turned ON, and when the switch SW2 is in the ON state, only the switch SW12 is turned ON.
It is also possible to control the five systems independently, such as N, and when the switch SW3 is in the ON state, only the switch SW13 is turned on, and so on. On the contrary, it is also possible to perform a rough control. For example, all five switches SW1 to SW5 are connected in parallel, and one of
When one switch is turned on, five switches S
Comprehensive control such as turning on all of W11 to SW15 may be performed.

【0092】以上、図9に示す力検出装置に利用可能な
検出回路をいくつか示したが、いずれも、結局、スイッ
チSW1〜SW5のいずれかがON状態になるまでは、
検出回路は本来の検出機能を果たすことができない待機
モードを維持することになり、電力消費が抑制されるこ
とになる。別言すれば、スイッチSW1〜SW5のいず
れかをON状態とする程度の大きさの外力が加わらない
限り、検出回路からは外力の検出出力が得られないこと
になり、検出感度に不感帯領域が設けられたことにな
る。そして、スイッチSW1〜SW5のいずれかがON
状態となる程度の大きさの外力が加わった場合に、検出
回路は検出モードへと移行し、本来の検出機能を果たす
ことになる。
As mentioned above, some detection circuits which can be used in the force detection device shown in FIG. 9 have been shown. However, in any case, until one of the switches SW1 to SW5 is turned on, eventually,
The detection circuit maintains a standby mode in which the original detection function cannot be performed, and power consumption is suppressed. In other words, unless an external force large enough to turn on one of the switches SW1 to SW5 is applied, the detection output of the external force cannot be obtained from the detection circuit, and the detection sensitivity has a dead zone region. It will be provided. Then, any of the switches SW1 to SW5 is turned on.
When an external force of such a magnitude is applied, the detection circuit shifts to the detection mode and performs the original detection function.

【0093】以上、図9に示す力検出装置に用いる具体
的な検出回路を3つの例について述べた。これらの検出
回路の各回路図では、スイッチSW1〜SW5と、抵抗
体RR1〜RR5とは、全く別個の回路要素として描か
れており、回路図を見る限り、両者間には何ら干渉が生
じないように見える。しかしながら、図9に示す力検出
装置の場合、接触用導電体C1〜C5が、抵抗体RR1
〜RR5に接触して抵抗値を変化させる機能と、一対の
接触用電極S1,S2に接触する仲介電極としての機能
と、の双方の機能を果たす構成要素となっているため、
スイッチSW1〜SW5の動作は、抵抗体RR1〜RR
5の抵抗値に影響を与えることになる。
The three specific examples of the specific detection circuits used in the force detection device shown in FIG. 9 have been described above. In each circuit diagram of these detection circuits, the switches SW1 to SW5 and the resistors RR1 to RR5 are drawn as completely separate circuit elements, and as long as the circuit diagram is seen, no interference occurs between them. looks like. However, in the case of the force detection device shown in FIG. 9, the contact conductors C1 to C5 are the resistor RR1.
~ Because it is a constituent element that fulfills both functions of contacting RR5 to change the resistance value and functioning as an intermediary electrode contacting the pair of contact electrodes S1, S2,
The operation of the switches SW1 to SW5 is performed by the resistors RR1 to RR.
5 will have an effect on the resistance value.

【0094】たとえば、図18のような回路を考えてみ
る。この回路は、抵抗体RRと、その中央部の空隙領域
に形成された一対の接触用電極S1,S2に対して、所
定の配線を施した状態を示すものである。接触用電極S
1は端子T3を介して接地され、接触用電極S2は端子
T4および抵抗素子R01を介して電源Vccに接続さ
れている。このような構成にすれば、接触用導電体Cが
非接触状態(スイッチSWがOFF状態)では、端子T
4の電位は電源電圧Vccとなるが、接触用導電体Cが
一対の接触用電極S1,S2の双方に同時に接触した状
態(スイッチSWがON状態)になると、電極S1,S
2間が導通し、端子T4の電位は接地電位となる。した
がって、たとえば、端子T4を図17に示す信号処理回
路の入力端子T01に接続すれば、信号処理回路内のC
PUは、スイッチSWのON/OFF状態の認識が可能
になる。
For example, consider a circuit as shown in FIG. This circuit shows a state in which predetermined wiring is provided to the resistor RR and the pair of contact electrodes S1 and S2 formed in the void region at the center thereof. Contact electrode S
1 is grounded via a terminal T3, and the contact electrode S2 is connected to a power supply Vcc via a terminal T4 and a resistance element R01. With this configuration, when the contact conductor C is in the non-contact state (the switch SW is in the OFF state), the terminal T
The potential of 4 becomes the power supply voltage Vcc, but when the contact conductor C is in contact with both of the pair of contact electrodes S1 and S2 at the same time (the switch SW is in the ON state), the electrodes S1 and S are in contact.
The two are electrically connected, and the potential of the terminal T4 becomes the ground potential. Therefore, for example, if the terminal T4 is connected to the input terminal T01 of the signal processing circuit shown in FIG.
The PU can recognize the ON / OFF state of the switch SW.

【0095】ところが、図13の側断面図に示されてい
るように、接触用導電体Cが抵抗体RRにも接触した状
態になった場合を考えると、抵抗体RRおよび電極S
1,S2に対する接触用導電体Cの全体的な接触面は、
図18に破線で示すような接触面Sになる。すなわち、
接触用導電体Cは、電極S1,S2の双方に接触すると
ともに、抵抗体RRの中央部の円形空隙領域の周囲部分
にも接触した状態になる。このような状態では、電極S
1,S2とともに、接触用導電体Cも接地電位となるた
め、抵抗体RRの接触面S内の部分も接地電位となる。
したがって、このときの抵抗体RRに関する等価回路は
図19に示すようになる。すなわち、抵抗体RRを抵抗
素子と考えた場合、その中央部分が接地されてしまうこ
とになる。このため、端子T1,T2間に所定電圧を印
加して抵抗体RRの抵抗値を測定する際に、原理的には
測定可能であるが、測定感度の低下を招くことになる。
However, considering the case where the contact conductor C is also in contact with the resistor RR as shown in the side sectional view of FIG. 13, the resistor RR and the electrode S are considered.
The overall contact surface of the contacting conductor C with respect to 1, S2 is
The contact surface S is shown by the broken line in FIG. That is,
The contact conductor C contacts both the electrodes S1 and S2, and also contacts the peripheral portion of the circular void region in the central portion of the resistor RR. In such a state, the electrode S
Since the contact conductor C is also at the ground potential along with S1 and S2, the portion inside the contact surface S of the resistor RR is also at the ground potential.
Therefore, the equivalent circuit for the resistor RR at this time is as shown in FIG. That is, when the resistor RR is considered as a resistance element, its central portion is grounded. Therefore, when the resistance value of the resistor RR is measured by applying a predetermined voltage between the terminals T1 and T2, the measurement can be performed in principle, but the measurement sensitivity is lowered.

【0096】このように、切替要素を構成する一対の接
触用電極S1,S2の導通状態を検出する回路が、抵抗
体RRの二点間の抵抗値を検出する回路に干渉すること
を防ぐためには、抵抗体RRの二点間の抵抗値に比べて
十分大きな抵抗値をもった抵抗素子を用意し、この抵抗
素子を用いて、両回路を隔絶するのが好ましい。図20
は、図18に示す回路における接触用電極S1,S2の
導通状態を検出する回路と、抵抗体RRの二点間の抵抗
値を検出する回路とを、大きな抵抗値をもった抵抗素子
で隔絶した例を示す回路図である。この例は、接触用導
電体Cが接触していない状態における抵抗体RRの左右
の二点間の抵抗値(すなわち、端子T1,T2間の抵抗
値)が10kΩである場合の回路構成例である。図示の
とおり、接触用電極S2に接続された端子T4は、10
MΩの抵抗素子R01を介して電源電圧Vccに接続さ
れており、接触用電極S1に接続された端子T3は、1
MΩの抵抗素子R04を介して接地されている。したが
って、スイッチSWを構成する接触用電極S1,S2
は、電源系統に対して、10MΩの抵抗素子R01およ
び1MΩの抵抗素子R04(いずれも抵抗体RRの二点
間の抵抗値10kΩに比べて十分に大きな抵抗値をもっ
た抵抗素子)によって隔絶された状態となっている。こ
のため、抵抗体RRの抵抗値を測定するために同じ電源
系統から電流を供給しても、スイッチSWのON/OF
F動作による抵抗体RRの抵抗値への干渉はかなり抑制
されることになる。
As described above, in order to prevent the circuit for detecting the conduction state of the pair of contact electrodes S1, S2 constituting the switching element from interfering with the circuit for detecting the resistance value between the two points of the resistor RR. It is preferable to prepare a resistance element having a resistance value sufficiently larger than the resistance value between the two points of the resistor RR, and use this resistance element to isolate both circuits. Figure 20
Is a circuit for detecting the conduction state of the contact electrodes S1, S2 in the circuit shown in FIG. 18 and a circuit for detecting the resistance value between two points of the resistor RR, which are isolated by a resistance element having a large resistance value. It is a circuit diagram showing an example. This example is a circuit configuration example in the case where the resistance value between the left and right two points of the resistor RR (that is, the resistance value between the terminals T1 and T2) when the contact conductor C is not in contact is 10 kΩ. is there. As shown in the figure, the terminal T4 connected to the contact electrode S2 is 10
The terminal T3 connected to the power supply voltage Vcc via the resistance element R01 of MΩ and connected to the contact electrode S1 is 1
It is grounded via a resistance element R04 of MΩ. Therefore, the contact electrodes S1 and S2 that form the switch SW
Is isolated from the power supply system by a resistance element R01 having a resistance of 10 MΩ and a resistance element R04 having a resistance of 1 MΩ (both having a resistance value sufficiently larger than a resistance value 10 kΩ between two points of the resistor RR). It is in a state of Therefore, even if a current is supplied from the same power supply system in order to measure the resistance value of the resistor RR, the switch SW is turned ON / OF.
The interference with the resistance value of the resistor RR due to the F operation is considerably suppressed.

【0097】図21は、図20に示す回路において、ス
イッチSWがON状態となったときの等価回路である。
抵抗体RRを抵抗素子と考えた場合、その中央部分は接
触用導電体Cに接触した状態になるが、この接触用導電
体Cの電位は、図21の回路図におけるノードTTの電
位に相当する。ノードTTは、電源ラインVccに対し
ては10MΩの抵抗素子R01により隔絶されており、
接地ラインGndに対しては1MΩの抵抗素子R04に
よって隔絶されているため、ノードTTが抵抗体RRの
中心付近に接続された状態になったとしても、たかだか
10kΩ程度の抵抗値しかもたない抵抗体RRの抵抗値
測定には大きな影響を及ぼすことはない。なお、抵抗素
子R01を10MΩ、抵抗素子R04を1MΩとして、
両抵抗素子の抵抗値を10倍程度に設定しているのは、
スイッチSWのON/OFF状態を明確に検出するため
の配慮である。すなわち、図20において、接触用電極
S1,S2が絶縁状態(スイッチSWがOFF状態)に
あれば、端子T4は電源電圧Vccとなり、接触用電極
S1,S2が導通状態(スイッチSWがON状態)にあ
れば、端子T4はほぼ接地電圧(Vcc×1/11)と
なるので、端子T4の電位をデジタル値としてそのまま
取り込むことにより、スイッチSWのON/OFF状態
の検出が可能になる。
FIG. 21 is an equivalent circuit when the switch SW is in the ON state in the circuit shown in FIG.
When the resistor RR is considered as a resistance element, its central portion is in contact with the contact conductor C, but the potential of the contact conductor C corresponds to the potential of the node TT in the circuit diagram of FIG. To do. The node TT is isolated from the power supply line Vcc by a resistance element R01 of 10 MΩ,
Since it is isolated from the ground line Gnd by a resistance element R04 of 1 MΩ, even if the node TT is connected near the center of the resistance element RR, the resistance element has a resistance value of at most about 10 kΩ. There is no great influence on the measurement of the resistance value of the RR. The resistance element R01 is 10 MΩ and the resistance element R04 is 1 MΩ.
The resistance value of both resistance elements is set to about 10 times,
This is a consideration for clearly detecting the ON / OFF state of the switch SW. That is, in FIG. 20, when the contact electrodes S1 and S2 are in the insulated state (the switch SW is in the OFF state), the terminal T4 becomes the power supply voltage Vcc, and the contact electrodes S1 and S2 are in the conductive state (the switch SW is in the ON state). In the case of, the terminal T4 is almost at the ground voltage (Vcc × 1/11), so that the ON / OFF state of the switch SW can be detected by directly capturing the potential of the terminal T4 as a digital value.

【0098】§6.本発明に係る可変抵抗要素を用いた
力検出装置の別な実施形態 本発明は、板状の基板と、この基板に対向して配置され
た弾性変形体と、この基板と弾性変形体との間に配置さ
れ、加わる圧力に応じて所定の二点間の抵抗値が変化す
る可変抵抗要素と、この可変抵抗要素の抵抗値を電気信
号として検出する検出回路と、を有する力検出装置に広
く適用可能であり、その適用対象は、§1で述べた力検
出装置に限定されるものではない。そこで、ここでは、
§1で述べた力検出装置とは別な力検出装置について、
本発明を適用した実施形態を述べることにする。
§6. Using the variable resistance element according to the present invention
Another embodiment of the force detection device The present invention relates to a plate-shaped substrate, an elastic deformable body arranged to face the substrate, and an elastic deformable body arranged between the substrate and the elastic deformable body, and the It is widely applicable to a force detection device having a variable resistance element whose resistance value between two predetermined points changes, and a detection circuit which detects the resistance value of this variable resistance element as an electric signal, and its application target is: It is not limited to the force detection device described in §1. So here,
Regarding the force detection device different from the force detection device described in §1,
An embodiment to which the present invention is applied will be described.

【0099】図22は、この別な実施形態に係る力検出
装置を分解して各構成要素を示した分解側断面図であ
る。図示のとおり、この力検出装置は、操作盤210、
弾性変形体220、ドーム状構造体230、基板240
によって構成されている。実際には、この力検出装置
は、基板240の上にドーム状構造体230を配置し、
その上を弾性変形体220によって覆い、更にその上に
操作盤210を取り付けることにより構成されることに
なる。この力検出装置は、携帯電話やゲーム遊戯装置な
ど、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する
電子機器用の入力装置として利用するのに適しており、
所定方向への操作量を示す操作入力に加えて、ON/O
FF状態を示すスイッチ入力を行うことができる。ここ
では、この力検出装置を、このような電子機器用の入力
装置として利用することを前提として説明を行うことに
する。
FIG. 22 is an exploded side sectional view showing the components by disassembling the force detection device according to this another embodiment. As shown in the figure, this force detection device is provided with a control panel 210,
Elastic deformation body 220, dome-shaped structure 230, substrate 240
It is composed by. In practice, this force detecting device arranges the dome-shaped structure 230 on the substrate 240,
It is constructed by covering the upper part thereof with an elastic deformable body 220 and further attaching the operation panel 210 thereon. This force detection device is suitable for use as an input device for an electronic device that executes a predetermined process based on a predetermined program, such as a mobile phone or a game playing device,
ON / O in addition to the operation input indicating the operation amount in the predetermined direction
A switch input indicating the FF state can be performed. Here, the force detection device will be described on the assumption that it is used as an input device for such an electronic device.

【0100】操作盤210は、弾性変形体220の上面
に配置され、操作者の動作に基づいて加えられた力を弾
性変形体220へと伝達し、弾性変形体220に弾性変
形を起こさせる機能を有している。ここで、操作者の操
作盤210への操作入力は、この力検出装置の検出対象
となる外力に相当する。したがって、操作盤210は、
この外力の作用に基づき、弾性変形体220に弾性変形
を起こさせ、弾性変形体220の一部を基板240に対
して変位させる機能を果たすことになる。
The operation panel 210 is disposed on the upper surface of the elastically deformable body 220, and has a function of transmitting a force applied based on the operation of the operator to the elastically deformable body 220 to cause the elastically deformable body 220 to elastically deform. have. Here, the operation input to the operation panel 210 by the operator corresponds to the external force to be detected by the force detection device. Therefore, the operation panel 210 is
Based on the action of this external force, the elastically deformable body 220 is elastically deformed and a part of the elastically deformable body 220 is displaced with respect to the substrate 240.

【0101】図23は、この操作盤210の上面図、図
24は、この操作盤210の下面図である。図示のとお
り、操作盤210は全体として円盤状をしており、この
実施形態の場合、プラスチックなどの樹脂で構成されて
いる。上述したように、操作盤210は、弾性変形体2
20に対して力を伝達させる機能を果たすことができれ
ば、どのような形状のものでもかまわないが、種々の方
向に関する操作量を入力するには、円盤状のものが適し
ている。また、操作者の操作を確実に弾性変形体220
に伝達するためには、樹脂や金属などの剛性材料によっ
て構成するのが好ましい。図示の実施形態の場合、操作
盤210は、図23に示すように、操作部分211、土
手部分212、外周部分213の3つの部分から構成さ
れており、その下面には、図24に示すように円柱状の
押圧棒214が突き出している。操作部分211は、操
作者の指にフィットするように、土手部分212の内側
に形成された滑らかな窪み部分であり、外周部分213
は、土手部分212の外側に形成されたテーパ部であ
る。また、押圧棒214は、後述するように、ON/O
FF状態を示すスイッチ入力を効果的に行うためのもの
であり、ドーム状構造体230の頂点付近に対して、操
作者からの垂直下方に向けた力を効果的に伝達させる機
能を果たす。
FIG. 23 is a top view of the operation panel 210, and FIG. 24 is a bottom view of the operation panel 210. As shown in the figure, the operation panel 210 has a disk shape as a whole, and in this embodiment, it is made of resin such as plastic. As described above, the operation panel 210 includes the elastically deformable body 2
Any shape may be used as long as it can perform the function of transmitting a force to 20, but a disk-shaped one is suitable for inputting the operation amount in various directions. Further, the elastic deformable body 220 is surely operated by the operator.
In order to transmit the electric field to the metal, it is preferable to use a rigid material such as resin or metal. In the case of the illustrated embodiment, the operation panel 210 is composed of an operation portion 211, a bank portion 212, and an outer peripheral portion 213 as shown in FIG. 23, and the lower surface thereof is as shown in FIG. A cylindrical pressing rod 214 is projected to the inside. The operation portion 211 is a smooth hollow portion formed inside the bank portion 212 so as to fit the operator's finger, and the outer peripheral portion 213.
Is a taper portion formed on the outside of the bank portion 212. In addition, the pressing rod 214 is turned on / off as described later.
This is for effectively performing a switch input indicating the FF state, and has a function of effectively transmitting a vertically downward force from the operator to the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 230.

【0102】弾性変形体220は、この実施形態の場
合、一体成型されたシリコンゴムによって構成されてい
る。図25は、この弾性変形体220の上面図、図26
は、この弾性変形体220の下面図である。図示のとお
り、この弾性変形体220は平面的にはほぼ正方形状を
している。その基本構成要素は、図22の側断面図に示
されているように、内側膜状部221、円環状隆起部2
22、外側膜状部223、側壁部224、固定脚部22
5、柱状突起P1〜P3である。図25に示すように、
内側膜状部221と外側膜状部223とは、この弾性変
形体220の正方形状の上面全体を形成する膜状の構造
体であるが、ここでは、説明の便宜上、円環状隆起部2
22の内側部分を内側膜状部221と呼び、外側部分を
外側膜状部223と呼ぶことにする。この膜状部22
1,223は、基板240の上面に対して、ドーム状構
造体230を挟んでほぼ平行になるように配置されるこ
とになる。円環状隆起部222は、この膜状部の上面に
形成された円環状の隆起部分であり、内側膜状部221
の上面部分は、周囲をこの円環状隆起部222によって
囲まれた状態になる。この実施形態では、円環状隆起部
222は、断面が矩形のいわばワッシャ状の構造体とな
っているが、これは、その上面に配置される操作盤21
0からの力を効率よく受けることができるようにするた
めの配慮である。
In the case of this embodiment, the elastically deformable body 220 is made of integrally molded silicone rubber. FIG. 25 is a top view of this elastic deformable body 220, and FIG.
FIG. 4 is a bottom view of this elastically deformable body 220. As shown, the elastic deformable body 220 has a substantially square shape in plan view. The basic components thereof are, as shown in the side sectional view of FIG. 22, an inner membranous portion 221 and an annular raised portion 2.
22, outer film portion 223, side wall portion 224, fixed leg portion 22
5, columnar protrusions P1 to P3. As shown in FIG.
The inner film-shaped portion 221 and the outer film-shaped portion 223 are film-shaped structures that form the entire square-shaped upper surface of the elastic deformable body 220, but here, for convenience of description, the annular raised portion 2
The inner portion of 22 is referred to as the inner membrane portion 221, and the outer portion thereof is referred to as the outer membrane portion 223. This film part 22
1 and 223 are arranged substantially parallel to the upper surface of the substrate 240 with the dome-shaped structure 230 interposed therebetween. The annular raised portion 222 is an annular raised portion formed on the upper surface of this film-shaped portion, and the inner film-shaped portion 221.
The upper surface portion of is surrounded by the annular raised portion 222. In this embodiment, the annular raised portion 222 has a washer-like structure having a rectangular cross section, which is the operation panel 21 arranged on the upper surface thereof.
This is a consideration so that the force from 0 can be received efficiently.

【0103】一方、側壁部224は、外側膜状部223
の周囲を、基板240の上面に固定する機能を果たして
いる。正方形状をした膜状部221,223は、その四
辺を側壁部224によって支持され、基板240の上面
に対してほぼ平行な状態を保つことになる。図26の下
面図に示されているとおり、弾性変形体220の下面の
4隅には、それぞれ円柱状の固定脚部225が下方へと
伸びている。この4本の固定脚部225は、基板240
の上面の4か所に形成された固定孔部241(図22参
照)に挿入される。かくして、弾性変形体220は、基
板240上の所定位置に固定される。
On the other hand, the side wall portion 224 has the outer film portion 223.
Has a function of fixing the surrounding area to the upper surface of the substrate 240. The square-shaped film-shaped portions 221 and 223 are supported by the side wall portions 224 on their four sides, and are kept substantially parallel to the upper surface of the substrate 240. As shown in the bottom view of FIG. 26, columnar fixed leg portions 225 extend downward at the four corners of the lower surface of the elastically deformable body 220. The four fixing legs 225 are formed on the substrate 240.
It is inserted into the fixing hole portions 241 (see FIG. 22) formed at four places on the upper surface of the. Thus, the elastically deformable body 220 is fixed at a predetermined position on the substrate 240.

【0104】また、図26に示されているように、膜状
部221,223の下面には、下方へと伸びる多数の柱
状突起P1〜P3が形成されている。図27は、これら
柱状突起P1〜P3の位置を明確にするために、図26
の下面図に一点鎖線による同心円を描き加えたものであ
る。図示のとおり、弾性変形体220の中心点の周囲
に、3通りの同心円K1,K2,K3を定義すれば、各
柱状突起P1〜P3は、いずれかの同心円の円周上に配
置されていることがわかる。すなわち、柱状突起P1は
内側同心円K1の円周上に円周角90°おきに合計4個
配置されており、柱状突起P2は基準同心円K2の円周
上に円周角22.5°おきに合計16個配置されてお
り、柱状突起P3は外側同心円K3の円周上に円周角4
5°おきに合計8個配置されている。
Further, as shown in FIG. 26, a large number of columnar projections P1 to P3 extending downward are formed on the lower surfaces of the film portions 221 and 223. FIG. 27 shows the positions of the columnar projections P1 to P3 in order to clarify the positions thereof.
Concentric circles with dashed lines are added to the bottom view of. As illustrated, if three concentric circles K1, K2, and K3 are defined around the center of the elastically deformable body 220, the columnar protrusions P1 to P3 are arranged on the circumference of any concentric circle. I understand. That is, a total of four columnar projections P1 are arranged on the circumference of the inner concentric circle K1 at a circumferential angle of 90 °, and a total of four columnar projections P2 are arranged on the circumference of the reference concentric circle K2 at a circumferential angle of 22.5 °. A total of 16 are arranged, and the columnar protrusions P3 have a circumferential angle of 4 on the circumference of the outer concentric circle K3.
A total of eight are arranged at intervals of 5 °.

【0105】各柱状突起P1〜P3の側面形状は、図2
2の側断面図に明瞭に示されている。なお、図22の側
断面図では、図が繁雑になるのを避けるため、各柱状突
起P1〜P3については、切断面に位置するものだけを
描いているが、実際には図26,図27の下面図に示さ
れているとおり、より多数の柱状突起が膜状部の下面か
ら下方に伸びていることになる。ここで、図22に示さ
れている柱状突起P1,P2,P3の長さや形状を比べ
ると、それぞれが固有の長さや形状を有しているが、こ
れは、各柱状突起P1,P2,P3ごとに、それぞれそ
の主たる機能が異なるためである。
The side surface shape of each of the columnar protrusions P1 to P3 is shown in FIG.
2 is clearly shown in a side sectional view. Note that, in the side sectional view of FIG. 22, in order to avoid complication of the drawing, only the columnar projections P1 to P3 that are located on the cut surface are drawn, but actually, FIG. 26 and FIG. As shown in the bottom view of FIG. 1, a larger number of columnar projections extend downward from the lower surface of the film-shaped portion. Here, comparing the lengths and shapes of the columnar projections P1, P2, P3 shown in FIG. 22, each has a unique length and shape. This is because each of them has different main functions.

【0106】すなわち、柱状突起P1の主たる機能は、
§1で述べた力検出装置における接触用導電体Cとして
の機能であり、基板240上に形成された抵抗体の表面
に接触することにより、この抵抗体の抵抗値を変化させ
る働きをする。したがって、柱状突起P1は、このよう
な接触用導電体としての機能を果たすのに適した長さお
よび形状を有している。そこで、ここでは、この柱状突
起P1を、必要に応じて「柱状突起」と呼んだり、「接
触用導電体」と呼んだりすることにする。
That is, the main function of the columnar protrusion P1 is
It has a function as the contact conductor C in the force detection device described in §1 and functions to change the resistance value of the resistor by contacting the surface of the resistor formed on the substrate 240. Therefore, the columnar protrusion P1 has a length and a shape suitable for fulfilling such a function as a contact conductor. Therefore, here, the columnar protrusions P1 are referred to as “columnar protrusions” or “contact conductors” as necessary.

【0107】一方、柱状突起P3の主たる機能は、操作
盤210に対して、操作者からの入力が何ら作用してい
ない状態において、内側膜状部221および外側膜状部
223を、基板240上面に対して支持する機能であ
り、この柱状突起P3の長さは、このような支持機能を
果たすのに適した長さに設定されている。そこで、ここ
では、この柱状突起P3を「支持用柱状突起」と呼ぶこ
とにする。
On the other hand, the main function of the columnar projections P3 is that the inner film-shaped portion 221 and the outer film-shaped portion 223 are placed on the upper surface of the substrate 240 in a state where no input from the operator is applied to the operation panel 210. The columnar protrusion P3 is set to have a length suitable for performing such a supporting function. Therefore, here, the columnar protrusions P3 are referred to as "supporting columnar protrusions".

【0108】これに対して、柱状突起P2の主たる機能
は、後述するように、基板240の上面側に形成された
電極に接触することにより、電気的な導電状態に変化を
生じさせる機能である。そこで、ここでは、柱状突起P
2を「電極用柱状突起」と呼ぶことにする。電極用柱状
突起P2の長さを、支持用柱状突起P1や接触用導電体
P3の長さよりも短く設定したのは、操作盤210に対
して、操作者からの入力が何ら作用していない状態にお
いて、電極用柱状突起P2の下端が宙吊り状態となるよ
うにし、基板240の上面に形成されている電極と物理
的に接触しない状態に維持するためである。
On the other hand, the main function of the columnar projections P2 is, as will be described later, the function of causing a change in the electrically conductive state by coming into contact with an electrode formed on the upper surface side of the substrate 240. . Therefore, here, the columnar protrusion P
2 will be referred to as "columnar protrusions for electrodes". The length of the electrode columnar projections P2 is set shorter than the lengths of the supporting columnar projections P1 and the contact conductors P3 in the state where no input from the operator is applied to the operation panel 210. In order to keep the lower end of the electrode columnar projection P2 in a suspended state, the electrode columnar projection P2 is kept in a state of not being in physical contact with the electrode formed on the upper surface of the substrate 240.

【0109】また、接触用導電体P1や支持用柱状突起
P3と、電極用柱状突起P2とでは、長さだけでなく、
その側面形状も異なっている。具体的には、接触用導電
体P1や支持用柱状突起P3は、下端部が若干丸くなっ
ているのに対し、電極用柱状突起P2は、下端が平面を
なす円盤状の突起となっている。このような形状の相違
も、上述した機能の相違に基づくものである。すなわ
ち、接触用導電体P1や支持用柱状突起P3の下端部は
基板240の上面に接触して、接触面を変化させたり、
膜状部を支持したりするのに適した形状となっており、
電極用柱状突起P2の下端部は基板240の上面に形成
された電極に接触して、電気的な導通状態を確保するの
に適した形状となっている。
The contact conductor P1, the supporting columnar protrusion P3, and the electrode columnar protrusion P2 are not limited to the length,
The side shape is also different. Specifically, the lower ends of the contact conductor P1 and the supporting columnar projections P3 are slightly rounded, while the electrode columnar projections P2 are disk-shaped protrusions whose lower ends are flat. . Such a difference in shape is also based on the above-mentioned difference in function. That is, the lower ends of the contact conductor P1 and the supporting columnar protrusion P3 contact the upper surface of the substrate 240 to change the contact surface,
It has a shape suitable for supporting the membrane part,
The lower end portion of the electrode columnar projection P2 is in contact with the electrode formed on the upper surface of the substrate 240, and has a shape suitable for ensuring electrical conduction.

【0110】ここに示す実施形態のように、操作盤21
0を円盤状の剛性部材によって構成した場合、操作者か
ら加えられる力は、操作盤210の中心軸を中心とした
同心円に沿って伝達すると考えられるので、図26,図
27に示すように、各柱状突起P1〜P3もそれぞれ所
定の円周に沿って配置するのが好ましい。特に、図示の
実施形態の場合、操作盤210に対して所定方向を示す
操作入力が加えられた場合、加えられた力は、操作盤2
10の周囲部分から、円環状隆起部222へと伝達され
る。そこで、ここでは、図27に示す基準同心円K2
を、ちょうど円環状隆起部222の中心位置に相当する
円とし、電極用柱状突起P2が、円環状隆起部222の
真下の所定位置(16か所)に配置されるようにし、更
に、基準同心円K2の内側に内側同心円K1を定義して
その円周上に接触用導電体P1を配置し、基準同心円K
2の外側に外側同心円K3を定義してその円周上に支持
用柱状突起P3を配置している。
As in the embodiment shown here, the operation panel 21
When 0 is composed of a disc-shaped rigid member, it is considered that the force applied by the operator is transmitted along a concentric circle centered on the central axis of the operation panel 210, and therefore, as shown in FIGS. It is preferable that each of the columnar protrusions P1 to P3 is also arranged along a predetermined circumference. Particularly, in the illustrated embodiment, when an operation input indicating a predetermined direction is applied to the operation panel 210, the applied force is the same as the operation panel 2 does.
From the peripheral portion of 10 to the annular ridge 222. Therefore, here, the reference concentric circle K2 shown in FIG.
Is a circle corresponding to the center position of the annular ridge 222, and the electrode columnar projection P2 is arranged at a predetermined position (16 places) directly below the annular ridge 222. Further, the reference concentric circle An inner concentric circle K1 is defined inside K2, and a contact conductor P1 is arranged on the circumference of the inner concentric circle K1.
An outer concentric circle K3 is defined on the outer side of 2, and supporting columnar protrusions P3 are arranged on the circumference thereof.

【0111】この弾性変形体220の構成要素として、
もうひとつ重要な構成要素は、膜状部下面の所定領域に
形成された変位導電層226である。図28は、この変
位導電層226の形成領域を示すための弾性変形体22
0の下面図である。図においてハッチングを施して示し
た円内の領域に、変位導電層226が形成されている
(図28におけるハッチングは、断面を示すものではな
く、領域を示すためのものである)。上述したように、
弾性変形体220の下面には、多数の柱状突起が形成さ
れているが、この変位導電層226は、これら柱状突起
の表面も含めた弾性変形体220の下面に形成されてい
る。したがって、図28にハッチングで施した領域に位
置する柱状突起(接触用導電体)P1および電極用柱状
突起P2の表面部分にも、変位導電層226が形成され
ていることになる。柱状突起P1は、抵抗体に対する接
触用導電体として機能するため、少なくとも抵抗体に対
する接触面の部分は導電性を有している必要がある。柱
状突起P1の表面に形成された変位導電層226は、こ
のような接触用導電体としての機能を果たすために必要
なものになる。また、電極用柱状突起P2は、後述する
ように、基板240上に形成された一対の接触用電極に
接触する仲介電極として機能するため、少なくともこの
接触面となる部分は導電性を有している必要がある。電
極用柱状突起P2の表面に形成された変位導電層226
は、このような仲介電極としての機能を果たすために必
要なものになる。一方、支持用柱状突起P3は、物理的
な支持機能を果たすことができればよく、電気的な機能
は要求されていないため、ここに示す実施形態では、そ
の表面には変位導電層226は形成していない。
As a component of this elastically deformable body 220,
Another important component is the displacement conductive layer 226 formed in a predetermined area on the lower surface of the film portion. FIG. 28 shows the elastically deformable body 22 for showing the formation region of the displacement conductive layer 226.
It is a bottom view of 0. Displacement conductive layer 226 is formed in the area within the circle shown by hatching in the drawing (the hatching in FIG. 28 is not for showing a cross section but for showing an area). As mentioned above,
Although a large number of columnar protrusions are formed on the lower surface of the elastic deformable body 220, the displacement conductive layer 226 is formed on the lower surface of the elastic deformable body 220 including the surfaces of these columnar protrusions. Therefore, the displacement conductive layer 226 is also formed on the surface portions of the columnar protrusions (contact conductors) P1 and the electrode columnar protrusions P2 located in the hatched areas in FIG. Since the columnar protrusion P1 functions as a conductor for contact with the resistor, at least the contact surface portion with respect to the resistor needs to have conductivity. The displacement conductive layer 226 formed on the surface of the columnar protrusion P1 becomes necessary to fulfill such a function as a contact conductor. Further, since the electrode columnar protrusion P2 functions as an intermediary electrode that contacts a pair of contact electrodes formed on the substrate 240, as will be described later, at least the contact surface portion has conductivity. Need to be Displacement conductive layer 226 formed on the surface of the electrode columnar projection P2
Are necessary to fulfill such a function as an intermediary electrode. On the other hand, the supporting columnar projections P3 need only have a physical supporting function and are not required to have an electrical function. Therefore, in the embodiment shown here, the displacement conductive layer 226 is formed on the surface thereof. Not not.

【0112】なお、変位導電層226は、具体的には、
弾性変形体220の下面に塗布した導電性材料からなる
層によって構成することができる。上述したように、こ
の実施形態では、弾性変形体220は一体成型されたシ
リコンゴムによって構成されているので、柱状突起を含
めた図示のような構造体をシリコンゴムによって一体成
型した後、その下面の一部の領域(図28にハッチング
を施した円内の領域)に、導電性塗料を塗布して乾燥さ
せれば、変位導電層226を形成することができる。な
お、この変位導電層226の厚みは、弾性変形体220
の各部の厚みに比較して小さいため、側断面図において
は、変位導電層226は示されていない。
The displacement conductive layer 226 is, specifically,
It can be configured by a layer made of a conductive material applied to the lower surface of the elastic deformable body 220. As described above, in this embodiment, the elastically deformable body 220 is made of integrally molded silicon rubber. The displacement conductive layer 226 can be formed by applying a conductive coating material to a partial area (area inside the hatched circle in FIG. 28) and drying it. The thickness of the displacement conductive layer 226 is equal to that of the elastic deformable body 220.
The displacement conductive layer 226 is not shown in the side cross-sectional view because the displacement conductive layer 226 is smaller than the thickness of each part.

【0113】一方、ドーム状構造体230は、図22の
側断面図にも示されているとおり、伏せたカップの形状
をした構造体であり、基板240の上面の中心付近に伏
せるように配置される。図29は、このドーム状構造体
230の上面図である。ドーム状構造体230の形状は
特に限定されるものではないが、図示のように平面形状
が円形であるドーム状構造体230を用いるようにすれ
ば、各方向への操作入力をスムースに行うことができる
ので好ましい。また、このドーム状構造体230は、頂
点付近に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力を加
えると、その頂点付近が弾性変形して下に凸となるよう
に形状反転を起こす性質を有している。図30は、この
ような形状反転の状態を示す側断面図である。図30
(a) は、何ら外力が加わっていない状態を示し、図30
(b) は、頂点付近に対して下方への押圧力Fが加わり、
頂点付近が弾性変形して下に凸となるような形状反転を
起こした状態を示す。もちろん、この形状反転は弾性変
形であるから、押圧力Fがなくなれば、ドーム状構造体
230は元通り、図30(a) に示す状態に戻ることにな
る。
On the other hand, the dome-shaped structure 230, as shown in the side sectional view of FIG. 22, is a structure in the shape of a flat cup, and is arranged so as to be flat near the center of the upper surface of the substrate 240. To be done. FIG. 29 is a top view of the dome-shaped structure 230. The shape of the dome-shaped structure 230 is not particularly limited, but if the dome-shaped structure 230 having a circular planar shape is used as shown in the figure, the operation input in each direction can be smoothly performed. It is possible to do so, which is preferable. In addition, the dome-shaped structure 230 has a property that, when a downward pressing force of a predetermined amount or more is applied to the vicinity of the apex, the vicinity of the apex is elastically deformed to be convex downward so that the shape is inverted. have. FIG. 30 is a side sectional view showing such a state of shape reversal. Figure 30
(a) shows a state in which no external force is applied, and FIG.
In (b), a downward pressing force F is applied to the vicinity of the apex,
The state in which the shape is inverted so that the vicinity of the apex is elastically deformed to be convex downward is shown. Of course, since this shape reversal is elastic deformation, when the pressing force F disappears, the dome-shaped structure 230 returns to the original state shown in FIG. 30 (a).

【0114】このドーム状構造体230の形状反転は、
操作者によるスイッチ入力に利用される。このため、ド
ーム状構造体230の少なくとも頂点付近の下面部分
は、導電性接触面231を構成している必要がある。す
なわち、図30(b) に示すように、頂点付近が形状反転
を起こしたときに、導電性接触面231が基板240側
に設けられた電極と接触することにより、スイッチ入力
の検出が行われるようになる。本実施形態では、金属製
のドームをドーム状構造体230として用いている。一
般に、金属材料によりドーム状の構造体を構成すれば、
上述したような形状反転が生じ、導電性接触面231を
有するドームを実現することができるが、ドーム状構造
体230は必ずしも金属製にする必要はない。たとえ
ば、樹脂などによってドーム状構造体を作成し、その下
面の中央付近に導電性材料膜を形成することにより、導
電性接触面231を実現するようにしてもかまわない。
The shape inversion of this dome-shaped structure 230 is
It is used for switch input by the operator. Therefore, at least the lower surface portion of the dome-shaped structure 230 near the apex needs to form the conductive contact surface 231. That is, as shown in FIG. 30 (b), when the shape inversion occurs near the apex, the conductive contact surface 231 contacts with the electrode provided on the substrate 240 side to detect the switch input. Like In this embodiment, a metal dome is used as the dome-shaped structure 230. Generally, if a dome-shaped structure is made of a metal material,
Although the shape inversion as described above occurs and the dome having the conductive contact surface 231 can be realized, the dome-shaped structure 230 does not necessarily have to be made of metal. For example, the conductive contact surface 231 may be realized by forming a dome-shaped structure made of resin or the like and forming a conductive material film near the center of the lower surface thereof.

【0115】続いて、基板240の構成を説明する。基
板240の基本的な機能は、前述した各構成要素を載せ
てこれを支持する機能と、各抵抗体および各電極を形成
するための基準面を提供する機能である。図31に、基
板240の上面図を示す。図に示されている4つの固定
孔部241は、前述したように、弾性変形体220の固
定脚部225を挿入するために、基板240の上面に掘
られた穴である。
Next, the structure of the substrate 240 will be described. The basic functions of the substrate 240 are a function of mounting and supporting the above-mentioned constituent elements and a function of providing a reference surface for forming each resistor and each electrode. FIG. 31 shows a top view of the substrate 240. As described above, the four fixing holes 241 shown in the figure are holes dug in the upper surface of the substrate 240 in order to insert the fixing legs 225 of the elastically deformable body 220.

【0116】基板240の上面には、図示のように、扇
形をした4枚の抵抗体R11〜R14と、円もしくは円
環状の4枚の電極E15〜E18が形成されている。こ
こでは、各電極が配置された位置に基づいて、4枚の抵
抗体R11〜R14の外側に配置された2本の円環状の
電極E15,E16を外側電極と呼び、内側に配置され
た円形電極E17および円環状電極E18を内側電極と
呼ぶことにする。図31では、各抵抗体および各電極の
形状を明瞭に示すために、個々の抵抗体および電極にハ
ッチングを施して示すことにした。したがって、図31
におけるハッチングは、断面を示すものではない。ま
た、図では、2通りのハッチングパターンを用いている
が、これは抵抗体と電極とを区別して示すためである。
この実施形態の場合、抵抗体R11〜R14は平板状の
カーボンから構成され、電極E15〜E18は銅などの
金属から構成されている。いずれも、基板240上に所
定パターンの印刷を行うことによって形成されている。
As shown in the figure, four fan-shaped resistors R11 to R14 and four circular or annular electrodes E15 to E18 are formed on the upper surface of the substrate 240. Here, based on the position where each electrode is arranged, the two annular electrodes E15 and E16 arranged outside the four resistors R11 to R14 are called outer electrodes, and the circular electrodes arranged inside are arranged. The electrode E17 and the annular electrode E18 will be referred to as inner electrodes. In FIG. 31, in order to clearly show the shapes of the resistors and the electrodes, the individual resistors and the electrodes are hatched. Therefore, FIG.
The hatching at does not indicate a cross section. Further, in the drawing, two types of hatching patterns are used, but this is to show the resistor and the electrode separately.
In this embodiment, the resistors R11 to R14 are made of flat plate carbon, and the electrodes E15 to E18 are made of metal such as copper. Both are formed by printing a predetermined pattern on the substrate 240.

【0117】最も外側に形成された円環状の外側電極E
15は、操作盤210の外周部分に対向する外周対向部
(操作盤210の外側輪郭線を基板240上に投影した
基板上面の部分)に形成されている。この実施形態の場
合、操作盤210は円盤状をしているので、その外周円
に対向する外周対向部も円形部分となり、図示のとお
り、外側電極E15は、操作盤210の外周円に対向す
る位置に配置された円環状(ワッシャ状)の電極となっ
ている。また、外側電極E16は、外側電極E15の若
干内側に配置された円環状(ワッシャ状)の電極となっ
ている。より正確な位置について言及すれば、外側電極
E15と外側電極E16との間の境界部分は、図27に
示す基準同心円K2に対向する円周上に位置することに
なり、外側電極E15の外側輪郭と外側電極E16の内
側輪郭との間の距離は、電極用柱状突起P2の直径にほ
ぼ等しくなるように設計されている。したがって、2本
の外側電極E15,E16は、各電極用柱状突起P2の
真下に配置されていることになる。
The outer ring-shaped outer electrode E formed on the outermost side
Reference numeral 15 is formed in an outer peripheral facing portion (a portion of the upper surface of the substrate where the outer contour line of the operating panel 210 is projected on the substrate 240) facing the outer peripheral portion of the operating panel 210. In the case of this embodiment, since the operation panel 210 has a disc shape, the outer peripheral facing portion facing the outer peripheral circle is also a circular portion, and the outer electrode E15 faces the outer peripheral circle of the operation panel 210 as shown in the figure. It is an annular (washer-like) electrode arranged at a position. The outer electrode E16 is an annular (washer-shaped) electrode disposed slightly inside the outer electrode E15. To describe the more accurate position, the boundary portion between the outer electrode E15 and the outer electrode E16 is located on the circumference opposite to the reference concentric circle K2 shown in FIG. 27, and the outer contour of the outer electrode E15 is located. The distance between the outer contour and the inner contour of the outer electrode E16 is designed to be substantially equal to the diameter of the electrode columnar projection P2. Therefore, the two outer electrodes E15 and E16 are arranged directly below the electrode columnar projections P2.

【0118】この外側電極E15,E16の役割は、操
作者から操作盤210に対して所定方向に関する操作入
力が加えられ、弾性変形体220が変形を生じたとき
に、電極用柱状突起P2の下面に形成された変位導電層
226と接触することにより、加えられた操作入力が所
定の大きさ以上であることを検知することにある。すな
わち、操作者の操作入力により、弾性変形体220が変
形を生じ、いずれか1つの電極用柱状突起P2の下面に
形成された変位導電層226が、外側電極E15,E1
6の双方に同時に接触した状態になると、接触した変位
導電層226を仲介して、外側電極E15とE16とが
導通状態になる。したがって、外側電極E15,E16
間の導通状態を電気的に検出すれば、所定の大きさ以上
の操作入力が加えられたか否かを認識することができ
る。結局、外側電極E15,E16は一対の接触用電極
として機能し、各電極用柱状突起P2の下面に形成され
た変位導電層226は仲介電極として機能することにな
り、両者によって切替要素が構成されていることにな
る。この切替要素を構成する一対の接触用電極E15,
E16は、通常は(操作盤210に所定の大きさ以上の
操作入力が加わらないうちは)、電気的に絶縁状態を維
持しているが、操作盤210に所定の大きさ以上の操作
入力が加わったときには、弾性変形体220の変形によ
り仲介電極が同時に接触することになり、電気的に導通
状態となる。
The role of the outer electrodes E15 and E16 is to serve as the lower surface of the electrode columnar projection P2 when the elastic deformation body 220 is deformed by an operation input from the operator to the operation panel 210 in a predetermined direction. By contacting the displacement conductive layer 226 formed in the above, it is to detect that the applied operation input has a predetermined magnitude or more. That is, the elastically deformable body 220 is deformed by the operation input of the operator, and the displacement conductive layer 226 formed on the lower surface of any one of the electrode columnar projections P2 has the outer electrodes E15 and E1.
When both of the outer electrodes E15 and E16 are in contact with each other at the same time, the outer electrodes E15 and E16 are brought into conduction through the contacting displacement conductive layer 226. Therefore, the outer electrodes E15 and E16
By electrically detecting the conduction state between them, it is possible to recognize whether or not an operation input having a predetermined magnitude or more is applied. After all, the outer electrodes E15 and E16 function as a pair of contact electrodes, and the displacement conductive layer 226 formed on the lower surface of each electrode columnar projection P2 functions as an intermediary electrode, and the two constitute a switching element. Will be. A pair of contact electrodes E15 that constitute this switching element,
E16 normally maintains an electrically insulated state (while an operation input of a predetermined size or more is not applied to the operation panel 210), but an operation input of a predetermined size or more is supplied to the operation panel 210. When added, the mediating electrodes come into contact with each other at the same time due to the deformation of the elastically deformable body 220, and the mediating electrodes are brought into an electrically conducting state.

【0119】扇形をした4枚の抵抗体R11〜R14
は、§1で述べた力検出装置における抵抗体R1〜R4
と同等の機能を果たし、操作者から加えられた方向性を
もった操作入力を検出するのに適した位置に配置されて
いる。§1で述べた力検出装置は、外力のXYZ三軸方
向成分を検出する機能を有していたため、基板上に5枚
の抵抗体R1〜R5(他に参照用抵抗体R6)を形成し
ていたが、ここに示す力検出装置は、操作量としてはX
Y二軸方向成分のみを検出する機能を有しているだけで
あるので、4枚の抵抗体R11〜R14を形成するだけ
で十分である(Z軸方向の外力は、後述するように、ス
イッチ入力として、ON/OFFの二値状態のみが検出
される)。
Four fan-shaped resistors R11 to R14
Are resistors R1 to R4 in the force detection device described in §1.
It has a function equivalent to that of (1) and is arranged at a position suitable for detecting a directional operation input applied by the operator. Since the force detection device described in §1 had the function of detecting the XYZ triaxial components of the external force, five resistors R1 to R5 (other reference resistors R6) were formed on the substrate. However, in the force detection device shown here, the operation amount is X
Since it has only the function of detecting the Y biaxial direction component, it is sufficient to form the four resistors R11 to R14 (the external force in the Z axis direction is a switch as will be described later). Only binary states of ON / OFF are detected as inputs).

【0120】ここで、図31に示す基板240の上面中
心位置に原点O(図示省略)、図の右方向にX軸、図の
上方向にY軸をそれぞれとり、基板上面がXY平面に含
まれるようにXYZ三次元座標系を定義すれば、X軸正
の領域に抵抗体R11、X軸負の領域に抵抗体R12、
Y軸正の領域に抵抗体R13、Y軸負の領域に抵抗体R
14が形成されていることになる。そして、これら4枚
の抵抗体R11〜R14の上方には、それぞれ接触用導
電体として機能する柱状突起P1(下面に変位導電層2
26が形成されている)が配置されている。各抵抗体R
11〜R14と、その上方に配置された接触用導電体P
1とによって、可変抵抗要素が構成され、操作盤210
に所定の大きさの操作入力が加えられると、弾性変形体
220の変形により、接触用導電体P1が抵抗体R11
〜R14に接触し、このときの接触面積に応じて、抵抗
体R11〜R14の所定の二点間の抵抗値に変化が生じ
る点は、すでに述べたとおりである。したがって、§1
で述べた力検出装置における抵抗体R1〜R4を用いた
原理と同様の原理により、抵抗体R11〜R14を用い
て、加えられた操作入力のX軸方向成分およびY軸方向
成分を検出することが可能になる。
Here, the origin O (not shown) is located at the center position of the upper surface of the substrate 240 shown in FIG. 31, the X axis is on the right side of the drawing, and the Y axis is on the upper side of the drawing. The upper surface of the substrate is included in the XY plane. If the XYZ three-dimensional coordinate system is defined as described above, the resistor R11 is located in the X-axis positive region, the resistor R12 is located in the X-axis negative region,
Resistor R13 in the Y-axis positive area, resistor R in the Y-axis negative area
14 is formed. Then, above the four resistors R11 to R14, columnar protrusions P1 (displacement conductive layer 2 on the lower surface) functioning as contact conductors, respectively.
26 are formed). Each resistor R
11 to R14 and the contacting conductor P arranged above them
A variable resistance element is constituted by 1 and the operation panel 210.
When an operation input of a predetermined size is applied to the contact, the elastic body 220 is deformed so that the contact conductor P1 moves to the resistor R11.
As described above, the resistance value between the two predetermined points of the resistors R11 to R14 changes according to the contact area at this time. Therefore, §1
Detecting the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the applied operation input by using the resistors R11 to R14 by the same principle as that using the resistors R1 to R4 in the force detection device described in 1. Will be possible.

【0121】図31に示すように、抵抗体R11〜R1
4の内側、すなわち、基板240の中心近傍には、2枚
の内側電極E17,E18が形成されている。これら一
対の内側電極E17,E18の役割は、操作者が操作盤
210に対して加えたスイッチ入力、すなわち、垂直下
方への押圧力を検出することにある。内側電極E17は
基板の中央に配置された円盤状の電極であり、その直径
はドーム状構造体230の底周面(底部の縁の部分)を
構成する円に比べて小さく設定されている。一方、内側
電極E18は、ワッシャ状の電極であり、その外径は、
ドーム状構造体230の底周面を構成する円の直径にほ
ぼ等しく設定されており、ドーム状構造体230は、こ
のワッシャ状の内側電極E18の上に載置される。図3
2は、図31に示す基板240の上面の中央部に、図2
9に示すドーム状構造体230を配置した状態を示す上
面図である。実際には、ドーム状構造体230は、基板
240の上面に接着剤や接着テープなどを利用して固定
される。
As shown in FIG. 31, resistors R11 to R1 are provided.
Two inner electrodes E17 and E18 are formed on the inner side of 4, that is, near the center of the substrate 240. The role of the pair of inner electrodes E17 and E18 is to detect the switch input applied to the operation panel 210 by the operator, that is, the pressing force in the vertically downward direction. The inner electrode E17 is a disc-shaped electrode arranged in the center of the substrate, and its diameter is set smaller than that of the circle forming the bottom peripheral surface (edge portion of the bottom) of the dome-shaped structure 230. On the other hand, the inner electrode E18 is a washer-shaped electrode, and its outer diameter is
The diameter is set to be approximately equal to the diameter of the circle forming the bottom peripheral surface of the dome-shaped structure 230, and the dome-shaped structure 230 is placed on the washer-shaped inner electrode E18. Figure 3
2 in the center of the upper surface of the substrate 240 shown in FIG.
It is a top view which shows the state which has arrange | positioned the dome-shaped structure 230 shown in FIG. In practice, the dome-shaped structure 230 is fixed to the upper surface of the substrate 240 by using an adhesive agent or an adhesive tape.

【0122】図30(b) に示すように、ドーム状構造体
230の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Fが加わ
ると、ドーム状構造体230は形状反転することになる
が、内側電極E17は、このとき、ドーム状構造体23
0の下面の導電性接触面231に接触するのに適した形
状をしている。この実施形態では、ドーム状構造体23
0は、全体が金属から構成されているため、図30(a)
に示す状態では、ドーム状構造体230は、ワッシャー
状の内側電極E18に対してのみ接触した状態になって
いるが、図30(b) に示す状態では、反転した頂点付近
が内側電極E17にも接触するようになり、一対の内側
電極E17,E18を互いに導通させる機能を果たす。
すなわち、内側電極E17,E18は、物理的に分離さ
れた一対の電極から構成されているが、金属製のドーム
状構造体230が反転すると、このドーム状構造体23
0の底周面は内側電極E18に接触し、その頂点付近の
下面は内側電極E17に接触した状態になり、導電性材
料から構成されたドーム状構造体230が両内側電極E
17,E18に同時に接触することにより、両者は互い
に導通状態になる。結局、これら一対の内側電極E1
7,E18間の導通状態を電気的に検出することによ
り、操作者のスイッチ入力に関するON/OFF状態を
検出できる。なお、ドーム状構造体230は、必ずしも
全体を導電性材料で構成する必要はなく、少なくとも内
側面(伏せて配置した状態における下面)から底周面に
かけた部分が導電性接触面を形成していれば、両内側電
極E17,E18を電気的に導通状態にさせることがで
きる。
As shown in FIG. 30B, when a pressing force F vertically downward is applied to the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 230, the shape of the dome-shaped structure 230 is inverted, but At this time, the electrode E17 is the dome-shaped structure 23.
0 has a shape suitable for contacting the conductive contact surface 231 on the lower surface. In this embodiment, the dome-shaped structure 23
0 is composed entirely of metal, so Fig. 30 (a)
In the state shown in Fig. 30, the dome-shaped structure 230 is in contact with only the washer-shaped inner electrode E18, but in the state shown in Fig. 30 (b), the vicinity of the inverted vertex becomes the inner electrode E17. Also comes into contact with each other, and has a function of electrically connecting the pair of inner electrodes E17 and E18 to each other.
That is, the inner electrodes E17 and E18 are composed of a pair of physically separated electrodes, but when the metal dome-shaped structure 230 is inverted, the dome-shaped structure 23 is formed.
The bottom peripheral surface of 0 is in contact with the inner electrode E18, and the lower surface near the apex thereof is in contact with the inner electrode E17, and the dome-shaped structure 230 made of a conductive material is attached to both inner electrodes E18.
By simultaneously contacting 17 and E18, the two become conductive with each other. After all, these pair of inner electrodes E1
By electrically detecting the conduction state between 7 and E18, the ON / OFF state related to the switch input by the operator can be detected. Note that the dome-shaped structure 230 does not necessarily have to be entirely made of a conductive material, and at least a portion extending from the inner side surface (the lower surface in the state of being laid down) to the bottom peripheral surface forms a conductive contact surface. Then, both inner electrodes E17 and E18 can be electrically connected.

【0123】以上のとおり、基板240の上面には、一
対の外側電極E15、E16(接触用電極)、4枚の抵
抗体R11〜R14、一対の内側電極E17,E18
(接触用電極)なる平板状の構成要素が形成されている
が、各構成要素は、それぞれの機能を考慮して、次のよ
うな位置に配置されていることになる。まず、内側電極
E18は、前述したように、ドーム状構造体230の底
周面に接触する位置に配置されており、内側電極E17
は、ドーム状構造体230が形状反転を起こした際に、
その頂点付近の下面に相当する導電性接触面231に接
触可能な位置に配置されている。また、一対の外側電極
E15,E16は、操作盤210の外周部分に対向する
基板240上の外周対向部(図27の基準同心円K2に
対向する部分)に配置されている。一方、抵抗体R11
〜R14は、基板240の上面の「ドーム状構造体23
0の配置領域より外側、かつ、上記外周対向部より内側
に位置する中間領域部」の所定箇所に配置されている。
本実施形態では、基板240を電子回路実装用のプリン
ト基板によって構成し、各電極を、このプリント基板上
に形成した銅などのプリントパターンによって構成し、
各抵抗体を、このプリント基板上に形成したカーボンの
プリントパターンによって構成している。このように、
基板240を回路用プリント基板で構成すれば、プリン
トパターンによって基板240上に種々の配線を施すこ
とができるので、実用上は便利である。
As described above, on the upper surface of the substrate 240, a pair of outer electrodes E15 and E16 (contact electrodes), four resistors R11 to R14, and a pair of inner electrodes E17 and E18.
Although the flat plate-like constituent elements (contact electrodes) are formed, the respective constituent elements are arranged in the following positions in consideration of their respective functions. First, as described above, the inner electrode E18 is arranged at a position in contact with the bottom peripheral surface of the dome-shaped structure 230.
Is the shape of the dome-shaped structure 230,
It is arranged at a position where it can come into contact with the conductive contact surface 231 corresponding to the lower surface near the apex. Further, the pair of outer electrodes E15, E16 are arranged in the outer peripheral facing portion (the portion facing the reference concentric circle K2 in FIG. 27) on the substrate 240 facing the outer peripheral portion of the operation panel 210. On the other hand, the resistor R11
To R14 are the “dome-shaped structure 23 on the upper surface of the substrate 240.
It is arranged at a predetermined position in the "intermediate region portion, which is located outside the arrangement region of 0 and inside the outer peripheral facing portion".
In the present embodiment, the substrate 240 is composed of a printed circuit board for mounting an electronic circuit, and each electrode is composed of a printed pattern such as copper formed on the printed circuit board.
Each resistor is composed of a carbon print pattern formed on this printed board. in this way,
If the substrate 240 is composed of a printed circuit board for a circuit, various wirings can be provided on the substrate 240 by a printed pattern, which is convenient for practical use.

【0124】以上、図22に示す各構成要素の構造の詳
細を述べたが、実際の力検出装置は、これら各構成要素
を積み重ねることにより構成される。すなわち、基板2
40の中央部にドーム状構造体230を載置し、これを
覆うように弾性変形体220を載せ(固定脚部225を
固定孔部241に挿入して固定する)、その上に操作盤
210を接着することにより、図33の側断面図(ドー
ム状構造体230については断面ではなく側面が示され
ている)に示すような力検出装置が形成される。
The details of the structure of each component shown in FIG. 22 have been described above, but an actual force detecting device is constructed by stacking these components. That is, the substrate 2
A dome-shaped structure 230 is placed in the center of 40, and an elastic deformable body 220 is placed so as to cover it (fixing leg 225 is inserted into fixing hole 241 to be fixed), and operation panel 210 is placed thereon. 33 is bonded to form a force detecting device as shown in the side cross-sectional view of FIG.

【0125】§7.本発明に係る可変抵抗要素を用いた
力検出装置の別な実施形態の動作 続いて、図33に示す力検出装置の動作を説明する。こ
こでは便宜上、図31に示す基板240の上面中心位置
に原点O、図の右方向にX軸、図の上方向にY軸をそれ
ぞれとり、基板上面がXY平面に含まれるようにXYZ
三次元座標系を定義して、以下の説明を行うことにす
る。図33では、図の右方向にX軸、図の上方向にZ
軸、図の紙面に垂直方向にY軸が定義される。
§7. Using the variable resistance element according to the present invention
Operation of Another Embodiment of Force Detection Device Subsequently, the operation of the force detection device shown in FIG. 33 will be described. Here, for the sake of convenience, the origin O is located at the center position of the upper surface of the substrate 240 shown in FIG. 31, the X axis is in the right direction of the drawing, and the Y axis is in the upper direction of the drawing, so that the upper surface of the substrate is included in the XY plane.
A three-dimensional coordinate system will be defined and the following description will be given. In FIG. 33, the X axis is on the right side of the figure and the Z axis is on the upper side of the figure.
Axis, Y axis is defined in the direction perpendicular to the plane of the drawing.

【0126】既に述べたように、この力検出装置は、任
意の電子機器に対して、ON/OFF状態を示すスイッ
チ入力(いわゆるクリック入力)と、所定方向への操作
量を示す操作入力と、を行う機能をもった装置である。
ここで、操作者は、これらの入力を操作盤210に対し
て行うことになるが、基本的には、スイッチ入力を行う
場合には、操作盤210の中央部分に指を当てて下方
(Z軸負方向)へと押し込む動作を行い、所定方向への
操作入力を行う場合には、操作盤210を斜め下方へと
押し込む動作を行うことになる。
As described above, this force detecting device is provided with a switch input (so-called click input) indicating an ON / OFF state and an operation input indicating an operation amount in a predetermined direction, with respect to an arbitrary electronic device. It is a device with the function of performing.
Here, the operator will perform these inputs to the operation panel 210. Basically, when performing switch input, the operator touches the center portion of the operation panel 210 with his / her finger to move downward (Z When performing the operation of pushing in the negative direction of the axis and performing the operation input in the predetermined direction, the operation of pushing the operation panel 210 diagonally downward is performed.

【0127】図34は、操作者がスイッチ入力を行った
ときの各部の変形状態を示す側断面図(ドーム状構造体
230については側面図)である。操作盤210に対し
て図の下方への押圧力(Z軸負方向への力という意味で
−Fzと呼ぶ)が加わると、この押圧力−Fzによっ
て、押圧棒214が下方へと変位し、内側膜状部221
ごしにドーム状構造体230の頂点部分に下方への力が
加わることになる。ドーム状構造体230は、頂点付近
に対して所定の大きさ以上の下方への押圧力が加わる
と、頂点付近が弾性変形して下に凸となるように形状反
転を起こす性質を有しているので、押圧力−Fzの大き
さが所定の臨界値を超えると、図示のとおり、ドーム状
構造体230の頂点付近が形状反転を起こすことにな
る。すなわち、操作者が下方への押圧力−Fzを徐々に
強めてゆくと、ドーム状構造体230が急に潰れて図示
の状態になり、操作者の指先にはクリック感が伝わる。
このとき、弾性材料から構成されている柱状突起P1,
P3は、弾性変形して縦方向に若干潰れることになる。
ただし、電極用柱状突起P2は宙吊りの状態のままであ
る。
FIG. 34 is a side sectional view (a side view of the dome-shaped structure 230) showing a deformed state of each part when the operator inputs a switch. When a downward pressing force (referred to as −Fz in the sense of a force in the negative direction of the Z axis) is applied to the operation panel 210, the pressing force −Fz causes the pressing rod 214 to be displaced downward, Inner membrane part 221
A downward force is applied to the apex of the dome-shaped structure 230. The dome-shaped structure 230 has a property that when a downward pressing force of a predetermined amount or more is applied to the vicinity of the apex, the shape is inverted so that the vicinity of the apex elastically deforms and becomes convex downward. Therefore, when the magnitude of the pressing force −Fz exceeds a predetermined critical value, the shape inversion occurs near the apex of the dome-shaped structure 230 as illustrated. That is, when the operator gradually increases the downward pressing force −Fz, the dome-shaped structure 230 suddenly collapses and enters the state shown in the figure, and a click feeling is transmitted to the fingertips of the operator.
At this time, the columnar protrusions P1, which are made of an elastic material,
P3 is elastically deformed and slightly crushed in the vertical direction.
However, the electrode-shaped columnar projection P2 remains suspended.

【0128】こうして、ドーム状構造体230が形状反
転を起こすと、図31に示されている内側電極E17
に、ドーム状構造体230の下面の導電性接触面231
が接触した状態になるので、内側電極E17と内側電極
E18とが導通状態になる。操作者が、押圧動作を中止
すると、ドーム状構造体230がもとの状態に復帰し、
装置は図33の状態に戻ることになる。この状態では、
内側電極E17と内側電極E18とは絶縁されている。
結局、内側電極E17と内側電極E18との間の電気的
な接続状態を検出することにより、ON/OFF状態を
示すスイッチ入力の検出が可能になり、いわゆるクリッ
ク入力の検出が可能になる。
When the shape of the dome-shaped structure 230 is inverted, the inner electrode E17 shown in FIG.
The conductive contact surface 231 on the lower surface of the dome-shaped structure 230 is
Are in contact with each other, so that the inner electrode E17 and the inner electrode E18 are electrically connected. When the operator stops the pressing operation, the dome-shaped structure 230 returns to the original state,
The device will return to the state of FIG. In this state,
The inner electrode E17 and the inner electrode E18 are insulated.
After all, by detecting the electrical connection state between the inner electrode E17 and the inner electrode E18, the switch input indicating the ON / OFF state can be detected, and so-called click input can be detected.

【0129】続いて、操作者が所定方向への操作量を示
す操作入力を行った場合を考えてみる。このような操作
入力は、通常、上下左右の4方向あるいは斜めも含めた
8方向への操作量を示す入力として与えられる。ここに
示す実施形態では、図31に示す4枚の抵抗体R11〜
R14と、その上方に配置された接触用導電体(表面が
変位導電層226によって覆われた柱状突起P1)と、
によって合計4組の可変抵抗要素が形成されており、こ
の4組の可変抵抗要素の抵抗値に基づいて、各方向への
操作量を検出することができる。
Next, consider a case where the operator inputs an operation indicating the operation amount in a predetermined direction. Such an operation input is normally given as an input indicating an operation amount in four directions including up, down, left and right, or in eight directions including oblique directions. In the embodiment shown here, the four resistors R11 to R11 shown in FIG.
R14 and a contact conductor (a columnar protrusion P1 whose surface is covered with the displacement conductive layer 226) arranged above the R14,
Thus, a total of four sets of variable resistance elements are formed, and the operation amount in each direction can be detected based on the resistance values of the four sets of variable resistance elements.

【0130】たとえば、操作者が、操作盤210に対し
て、X軸負方向への力を含む斜め下方への力を加える操
作を行ったとしよう。ここでは、このような操作により
加えられる力を−Fxと呼ぶことにする。図35は、操
作者がこのような操作力−Fx(必ずしも操作盤210
の中心位置に加える必要はなく、実際には図示のように
やや左へ変位した部分に加えられることが多い)を加え
たときの各部の変形状態を示す側断面図(ドーム状構造
体230については側面図)である。操作力−Fxは、
斜め下方への力成分であるため、図の下方への力成分
(Z軸負方向成分)も含んでいることになるが、この下
方への力成分は、前述したクリック操作による押圧力−
Fzに比べて小さいため、ドーム状構造体30には形状
反転させるだけの十分な力は加わらない。このため、操
作盤210は、図35において、左側が下がり右側が上
がるように傾斜する。別言すれば、ドーム状構造体23
0としては、スイッチ入力として加えられた垂直下方へ
の押圧力に対しては形状反転を起こし、所定方向への操
作入力として加えられた斜め下方への押圧力に対しては
形状反転を起こさないような変形特性を有する構造体を
用いるようにすればよい。なお、図35に示す斜め下方
への操作力−Fxの代わりに、操作盤210の図の左端
近傍位置に垂直下方への操作力−FFxを加えた場合に
も同じような現象が起こる。本実施形態において、「X
軸負方向への操作量を示す操作入力」と言った場合、操
作力−Fxのように、斜め下方への操作入力だけでな
く、操作力−FFxのように、X軸負方向に変位した位
置を垂直下方に押し込むような操作入力も含んでおり、
操作力−FFxは操作力−Fxと等価な操作入力であ
る。
For example, it is assumed that the operator performs an operation for applying a downward force including a force in the negative direction of the X axis to the operation panel 210. Here, the force applied by such an operation is referred to as -Fx. In FIG. 35, the operator has such an operation force −Fx (not necessarily the operation panel 210
It is not necessary to add it to the center position of the, but it is actually added to the part displaced slightly to the left as shown in the drawing). Is a side view). Operating force-Fx is
Since the force component is obliquely downward, it also includes a downward force component (negative Z-axis component) in the figure, but this downward force component is the pressing force by the above-mentioned click operation.
Since it is smaller than Fz, sufficient force for reversing the shape is not applied to the dome-shaped structure 30. Therefore, the operation panel 210 inclines so that the left side is lowered and the right side is raised in FIG. In other words, the dome-shaped structure 23
A value of 0 causes shape reversal with respect to a vertically downward pressing force applied as a switch input, and does not cause shape reversal with respect to an oblique downward pressing force applied as an operation input in a predetermined direction. A structure having such deformation characteristics may be used. Note that the same phenomenon occurs when a vertically downward operation force -FFx is applied to the position near the left end of the operation panel 210 in the figure instead of the obliquely downward operation force -Fx shown in FIG. In the present embodiment, “X
When the operation input indicating the operation amount in the negative direction of the axis is referred to, not only the operation input in the oblique downward direction like the operation force-Fx but also the displacement in the negative direction of the X axis like the operation force-FFx. It also includes an operation input that pushes the position vertically downwards,
The operation force-FFx is an operation input equivalent to the operation force-Fx.

【0131】さて、図35に示すように、操作盤210
を左側へと傾斜させる操作力−Fx(または−FFx、
以下同様)が加わると、図の左半分にある柱状突起P
1,P3は、弾性変形して縦方向に潰れることになる。
一方、図の右半分にある柱状突起P1,P3は、図示の
とおり、基板240の上面から浮き上がった状態にな
る。結局、ある程度以上の大きさの操作力−Fxが加わ
ると、図35に示すように、図の左端にある柱状突起P
2の下端面(仲介電極として機能する変位導電層)が外
側電極E15,E16の双方に接触した状態になり、外
側電極E15,E16が導通するとともに、変位導電層
226全体が外側電極E15,E16と同電位になる。
この状態から、更に操作力−Fxを強くしてゆけば、図
36に示すように、図の左半分にある柱状突起P1,P
3は、更に潰れるように弾性変形し、柱状突起P2も若
干弾性変形して潰れた状態になる。そして、最後には、
図37に示すように、図の左側の柱状突起P1,P2,
P3のすべてが完全に潰れた状態になる。
Now, as shown in FIG. 35, the operation panel 210
Force to tilt the left side to -Fx (or -FFx,
The same applies hereinafter), the columnar protrusion P in the left half of the figure
1 and P3 are elastically deformed and crushed in the vertical direction.
On the other hand, the columnar protrusions P1 and P3 in the right half of the figure are in a state of being lifted from the upper surface of the substrate 240, as shown. Eventually, when an operating force −Fx having a magnitude larger than a certain level is applied, as shown in FIG. 35, the columnar protrusion P at the left end of the figure is obtained.
The lower end surface of 2 (displacement conductive layer functioning as an intermediary electrode) is brought into contact with both outer electrodes E15 and E16, the outer electrodes E15 and E16 conduct, and the entire displacement conductive layer 226 forms outer electrodes E15 and E16. It becomes the same potential as.
If the operating force -Fx is further increased from this state, as shown in FIG. 36, the columnar protrusions P1 and P on the left half of the figure are shown.
3 is elastically deformed so as to be further crushed, and the columnar protrusion P2 is also slightly elastically deformed to be in a crushed state. And finally,
As shown in FIG. 37, the columnar protrusions P1, P2 on the left side of the figure
All of P3 is completely collapsed.

【0132】ここで、図33に示す状態から、図35、
図36、図37に示す状態へと変遷する際に、各抵抗体
R11〜R14の所定の二点間の抵抗値がどのように変
化するかを検討すると、図の左側に示された抵抗体R1
2では、その上方に配置された柱状突起P1(接触用導
電体)の接触面が徐々に増加してゆくので、抵抗体R1
2の所定の二点間の抵抗値が徐々に減少してゆくのに対
して、図の右側に示された抵抗体R11には、柱状突起
P2(接触用導電体)は接触していないため、抵抗値の
変化は生じない。逆に、X軸正方向への操作力+Fxが
加わった場合は、操作盤210は右側へと傾斜すること
になるので、上述した場合に比べて、左右の関係が逆転
することになり、抵抗体R11の所定の二点間の抵抗値
が徐々に減少してゆくことになる。結局、抵抗体R11
およびR12の抵抗値を測定することにより、X軸方向
の操作力−Fx,+Fxとして加えられた操作量を検出
することができる(たとえば、両抵抗値の差を求めれば
よい)。全く同様の原理により、Y軸上に配置された抵
抗体R13およびR14の抵抗値を測定することによ
り、Y軸方向の操作力−Fy,+Fyとして加えられた
操作量を検出することができる。
From the state shown in FIG. 33, to FIG.
Considering how the resistance value between predetermined two points of each of the resistors R11 to R14 changes when transitioning to the state shown in FIGS. 36 and 37, the resistors shown on the left side of the figure are shown. R1
2, the contact surface of the columnar protrusion P1 (contact conductor) arranged above the contact protrusion gradually increases, so that the resistor R1
While the resistance value between the two predetermined points of 2 gradually decreases, the columnar protrusion P2 (contact conductor) is not in contact with the resistor R11 shown on the right side of the drawing. , The resistance value does not change. On the contrary, when the operation force + Fx in the positive direction of the X axis is applied, the operation panel 210 is inclined to the right side, so the left-right relationship is reversed as compared with the case described above, and the resistance is increased. The resistance value between the two predetermined points of the body R11 gradually decreases. After all, resistor R11
By measuring the resistance value of R12 and R12, the operation amount applied as the operation force −Fx, + Fx in the X-axis direction can be detected (for example, the difference between both resistance values may be obtained). By measuring the resistance values of the resistors R13 and R14 arranged on the Y-axis according to exactly the same principle, it is possible to detect the operation amount applied as the operation force −Fy, + Fy in the Y-axis direction.

【0133】このようなX軸方向あるいはY軸方向に関
する操作量は、操作者が操作盤210を上下左右の4方
向に傾斜させることにより入力可能な操作量であるが、
所定の演算処理を行うことにより、より多数の方向に関
する操作量検出も可能である。たとえば、斜め45°方
向も含めた合計8方向に関する操作量は、X軸方向の操
作量とY軸方向の操作量との合成成分として求めること
ができる。具体的には、たとえば、X軸方向の操作量x
と、Y軸方向の操作量yとが求まった場合、ルート(x
+y)なる大きさをもった操作量が、斜め45°方
向(いずれの方向かは、操作量x,yの符号の組み合わ
せによって判断できる)に作用したものとして取り扱う
ことができる。もちろん、任意の方向の力も検出するこ
とができ、この場合、操作量の大きさは、ルート(x
+y)で求められ、方向は、tan−1(y/x)で
求められる。
Such an operation amount in the X-axis direction or the Y-axis direction is an operation amount which can be input by the operator by inclining the operation panel 210 in four directions of up, down, left and right.
By performing predetermined arithmetic processing, it is possible to detect the operation amount in more directions. For example, the total operation amount in eight directions including the oblique 45 ° direction can be obtained as a combined component of the operation amount in the X-axis direction and the operation amount in the Y-axis direction. Specifically, for example, the operation amount x in the X-axis direction
And the operation amount y in the Y-axis direction are obtained, the route (x
It is possible to treat the operation amount having a size of 2 + y 2 ) as acting on the oblique 45 ° direction (which direction can be determined by the combination of the signs of the operation amounts x and y). Of course, the force in any direction can be detected, and in this case, the magnitude of the operation amount is the route (x 2
+ Y 2 ), and the direction is tan −1 (y / x).

【0134】ところで、抵抗体R11〜R14の抵抗値
を測定するためには、各抵抗体の所定の二点間に電圧を
印加して、抵抗体に電流を流す必要がある。本発明の目
的は、このような可変抵抗要素を用いた力検出装置にお
いて、電力消費を効率的に抑制させることにあり、図3
3に示す力検出装置にも、電力消費を効率的に抑制させ
る機能が備わっている。すなわち、操作盤210に加え
られる操作入力が所定の大きさ以上になるまでは、検出
回路を待機モードとして抵抗体に電流を流さない状態を
維持し、所定の大きさ以上の操作入力が加わったとき
に、検出回路を検出モードとして抵抗体に電流を流して
抵抗値を測定する処理が行われるようにすることができ
る。具体的には、図33に示す力検出装置において、基
板240上に形成された外側電極E15,E16(一対
の接触用電極)と、その上方に配置された柱状突起P2
およびその表面に形成された変位導電層226(仲介電
極)と、によって切替要素が構成されており、外側電極
E15,E16が電気的に絶縁状態にあるときには待機
モードとし、導通状態にあるときには検出モードとする
切替を行うことができる。
By the way, in order to measure the resistance values of the resistors R11 to R14, it is necessary to apply a voltage between two predetermined points of each resistor to cause a current to flow through the resistors. An object of the present invention is to efficiently suppress power consumption in a force detection device using such a variable resistance element.
The force detection device shown in FIG. 3 also has a function of efficiently suppressing power consumption. That is, until the operation input applied to the operation panel 210 exceeds a predetermined magnitude, the detection circuit is kept in the standby mode in which no current is applied to the resistor, and the operation input above the predetermined magnitude is applied. At this time, the detection circuit may be set to the detection mode so that the resistance is measured by applying a current to the resistor. Specifically, in the force detection device shown in FIG. 33, the outer electrodes E15 and E16 (a pair of contact electrodes) formed on the substrate 240 and the columnar protrusion P2 arranged above the outer electrodes E15 and E16.
And the displacement conductive layer 226 (intermediate electrode) formed on the surface thereof constitute a switching element. When the outer electrodes E15 and E16 are electrically insulated, the standby mode is set, and when the outer electrodes E15 and E16 are electrically connected, detection is performed. The mode can be switched.

【0135】図38は、図33に示す力検出装置に用い
ることができる検出回路の一例を示す回路図である。こ
の検出回路は、図17に示す検出回路と同様に、アナロ
グ信号用の入力端子を備えた信号処理回路により構成さ
れており、入力したアナログ信号はデジタル信号に変換
され、内部でデジタル信号に対する所定の演算が行わ
れ、デジタル信号としての出力が得られる。この図38
に示す信号処理回路も、1チップの集積回路として構成
されており、図の右側に示されたアナログ入力端子T1
1〜T14には、それぞれ抵抗体R11〜R14の抵抗
値に相当するアナログ電圧値が入力される。各抵抗体R
11〜R14の一端(図の下端)は接地されており、も
う一端(図の上端)は、各アナログ入力端子T11〜T
14に接続されるとともに、それぞれスイッチSW11
〜SW14および抵抗素子R05〜R08を介して電源
Vccに接続されている。
FIG. 38 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit that can be used in the force detection device shown in FIG. Like the detection circuit shown in FIG. 17, this detection circuit is composed of a signal processing circuit having an input terminal for an analog signal. The input analog signal is converted into a digital signal, and a predetermined digital signal is internally generated. Is calculated and an output as a digital signal is obtained. This FIG.
The signal processing circuit shown in is also configured as a one-chip integrated circuit, and has an analog input terminal T1 shown on the right side of the drawing.
Analog voltage values corresponding to the resistance values of the resistors R11 to R14 are input to 1 to T14, respectively. Each resistor R
One end (lower end in the drawing) of 11 to R14 is grounded, and the other end (upper end in the drawing) is connected to each of the analog input terminals T11 to T.
14 and switches SW11
-SW14 and resistance elements R05-R08 are connected to the power supply Vcc.

【0136】各スイッチSW11〜SW14がON状態
になると、電源Vccから、各抵抗体R11〜R14に
電圧が印加され、アナログ入力端子T11〜T14に
は、各抵抗体R11〜R14の抵抗値に応じた分圧が加
わり、各抵抗値に応じたデジタル値が得られる点は、図
17に示す回路と同様である。加えられたX軸方向の操
作量は、抵抗体R11またはR12の抵抗値(あるいは
両者の差)に基づいて求めることができ、加えられたY
軸方向の操作量は、抵抗体R13またはR14の抵抗値
(あるいは両者の差)に基づいて求めることができる。
When each of the switches SW11 to SW14 is turned on, a voltage is applied from the power supply Vcc to each of the resistors R11 to R14, and the analog input terminals T11 to T14 correspond to the resistance values of each of the resistors R11 to R14. Similar to the circuit shown in FIG. 17, the voltage division is applied to obtain a digital value corresponding to each resistance value. The added operation amount in the X-axis direction can be obtained based on the resistance value of the resistor R11 or R12 (or the difference between the two), and the added Y
The operation amount in the axial direction can be obtained based on the resistance value of the resistor R13 or R14 (or the difference between the two).

【0137】スイッチSW11〜SW14は、各抵抗体
への電圧供給を制御するためのスイッチであり、スイッ
チSW11〜SW14のいずれもがOFF状態を維持し
ていると、電源Vccの電圧が各抵抗体へ印加されず、
各抵抗体には電流は流れない。これは、この信号処理回
路が待機モード状態にあることを示している。一方、ス
イッチSW11〜SW14のいずれかがON状態になる
と、電源Vccの電圧がON状態になったスイッチに接
続された抵抗体へ印加され、当該抵抗体に電流が流れ
る。したがって、前述したように、当該抵抗体の抵抗値
に対応するデジタル値が検出されることになる。これ
は、この信号処理回路が検出モード状態にあることを示
している。
The switches SW11 to SW14 are switches for controlling the voltage supply to each resistor, and when all the switches SW11 to SW14 maintain the OFF state, the voltage of the power supply Vcc changes to each resistor. Is not applied to
No current flows through each resistor. This indicates that this signal processing circuit is in the standby mode. On the other hand, when any of the switches SW11 to SW14 is turned on, the voltage of the power supply Vcc is applied to the resistor connected to the switch turned on, and a current flows through the resistor. Therefore, as described above, the digital value corresponding to the resistance value of the resistor is detected. This indicates that this signal processing circuit is in the detection mode state.

【0138】スイッチSW11〜SW14のON/OF
F制御は、制御端子T21〜T24から出力される制御
信号S21〜S24によって行われる。実際には、スイ
ッチSW11〜SW14は、論理素子などの半導体スイ
ッチによって構成されており、制御信号S21〜S24
は、デジタル論理信号となる。信号処理回路はCPUお
よびこれを動作させるためのプログラムを内蔵してお
り、このCPUの論理演算により、制御信号S21〜S
24の論理値が決定される。
ON / OF of the switches SW11 to SW14
The F control is performed by the control signals S21 to S24 output from the control terminals T21 to T24. In reality, the switches SW11 to SW14 are composed of semiconductor switches such as logic elements, and control signals S21 to S24 are used.
Becomes a digital logic signal. The signal processing circuit includes a CPU and a program for operating the CPU, and control signals S21 to S21 are executed by the logical operation of the CPU.
Twenty-four logical values are determined.

【0139】図38の左側に示された入力端子T01に
は、スイッチSW1のON/OFF状態により、電源電
圧Vccもしくは接地電圧が加えられる。すなわち、ス
イッチSW1がOFF状態の場合、入力端子T01に
は、抵抗素子R01を介して電源電圧Vccが加えられ
た状態になるが、スイッチSW1がON状態になると、
入力端子T01は接地電位となる。したがって、信号処
理回路は、入力端子T01の電位に基づいて、スイッチ
SW1のON/OFF状態を把握することができる。
A power supply voltage Vcc or a ground voltage is applied to the input terminal T01 shown on the left side of FIG. 38 depending on the ON / OFF state of the switch SW1. That is, when the switch SW1 is in the OFF state, the power supply voltage Vcc is applied to the input terminal T01 via the resistance element R01, but when the switch SW1 is in the ON state,
The input terminal T01 has the ground potential. Therefore, the signal processing circuit can grasp the ON / OFF state of the switch SW1 based on the potential of the input terminal T01.

【0140】このスイッチSW1は、実は、図33に示
す力検出装置において、基板240上に形成された外側
電極E15,E16(一対の接触用電極)によって構成
されるスイッチであり、外側電極E15,E16が絶縁
状態にあるときにはOFF、導通状態にあるときにはO
Nになる。したがって、たとえば、図33や図34に示
す状態(所定の大きさ以上のX軸方向操作量あるいはY
軸方向操作量が加わっていない状態)では、スイッチS
W1はOFF状態となるが、図35、図36、図37に
示す状態(所定の大きさ以上のX軸方向操作量あるいは
Y軸方向操作量が加わった状態)では、スイッチSW1
はON状態となる。
The switch SW1 is actually a switch constituted by the outer electrodes E15 and E16 (a pair of contact electrodes) formed on the substrate 240 in the force detecting device shown in FIG. OFF when E16 is in an insulating state, O when E16 is in a conducting state
Become N. Therefore, for example, in the state shown in FIG. 33 or FIG.
In the state where the axial operation amount is not applied), switch S
Although W1 is in the OFF state, in the state shown in FIG. 35, FIG. 36, and FIG. 37 (the state in which the X-axis direction operation amount or the Y-axis direction operation amount of a predetermined size or more is added), switch SW1
Is turned on.

【0141】そこで、この図38に示す信号処理回路で
は、入力端子T01の電位が電源電圧Vccの場合(ス
イッチSW1がOFF状態の場合)には、制御端子T2
1〜T24からは、スイッチSW11〜SW14をOF
F状態とする制御信号S21〜S24を出力し、入力端
子T01の電位が接地電位の場合(スイッチSW1がO
N状態の場合)には、制御端子T21〜T24からは、
スイッチSW11〜SW14をON状態とする制御信号
S21〜S24を出力するような制御が行われるように
している。これにより、X軸もしくはY軸方向成分を含
む所定の大きさの操作量が加えられたときにのみ、抵抗
体R11〜R14に電流が流れて検出が可能になる。結
局、スイッチSW1がON状態になるまでは、検出回路
は本来の検出機能を果たすことができない待機モードを
維持することになり、電力消費が抑制されることにな
る。
Therefore, in the signal processing circuit shown in FIG. 38, when the potential of the input terminal T01 is the power supply voltage Vcc (when the switch SW1 is in the OFF state), the control terminal T2 is used.
From 1 to T24, switch SW11 to SW14 OF
When the control signals S21 to S24 for setting the F state are output and the potential of the input terminal T01 is the ground potential (the switch SW1 is O
In the case of N state), from the control terminals T21 to T24,
The control is performed so as to output the control signals S21 to S24 for turning on the switches SW11 to SW14. As a result, a current flows through the resistors R11 to R14 and detection can be performed only when an operation amount of a predetermined size including the X-axis or Y-axis direction component is applied. After all, until the switch SW1 is turned on, the detection circuit maintains the standby mode in which the original detection function cannot be performed, and power consumption is suppressed.

【0142】一方、図38の左側に示された入力端子T
00には、スイッチSW0のON/OFF状態により、
電源電圧Vccもしくは接地電圧が加えられる。すなわ
ち、スイッチSW0がOFF状態の場合、入力端子T0
0には、抵抗素子R00を介して電源電圧Vccが加え
られた状態になるが、スイッチSW0がON状態になる
と、入力端子T00は接地電位となる。したがって、信
号処理回路は、入力端子T00の電位に基づいて、スイ
ッチSW0のON/OFF状態を把握することができ
る。このスイッチSW0は、実は、図33に示す力検出
装置において、基板240上に形成された内側電極E1
7,E18によって構成されるスイッチであり、内側電
極E17,E18が絶縁状態にあるときにはOFF、導
通状態にあるときにはONになる。したがって、スイッ
チSW0のON/OFF状態は、操作者のスイッチ入力
(ドーム状構造体230の形状反転によるクリック入
力)を示すものとなる。
On the other hand, the input terminal T shown on the left side of FIG.
00 depends on the ON / OFF state of the switch SW0,
The power supply voltage Vcc or the ground voltage is applied. That is, when the switch SW0 is in the OFF state, the input terminal T0
The power supply voltage Vcc is applied to 0 through the resistance element R00, but when the switch SW0 is turned on, the input terminal T00 becomes the ground potential. Therefore, the signal processing circuit can grasp the ON / OFF state of the switch SW0 based on the potential of the input terminal T00. This switch SW0 is actually the inner electrode E1 formed on the substrate 240 in the force detection device shown in FIG.
7 and E18, which are OFF when the inner electrodes E17 and E18 are in an insulating state, and ON when they are in a conducting state. Therefore, the ON / OFF state of the switch SW0 indicates a switch input by the operator (click input by inverting the shape of the dome-shaped structure 230).

【0143】なお、ここに示す実施形態では、図28の
下面図に示されているように、弾性変形体220の下面
には、単一の変位導電層226(図のハッチング部分)
が形成されており、各柱状突起P1(接触用導電体)の
下面に形成された導電層(変位導電層226の一部)
と、各柱状突起P2の下面に形成された導電層(変位導
電層226の別な一部)とは、互いに導通しているの
で、図38に示す検出回路を用いた場合、スイッチSW
1がON状態になると、変位導電層226全体が接地状
態となり、抵抗体R11〜R14の抵抗値測定に影響を
及ぼすことになる。もちろん、このような影響があって
も、抵抗値測定は可能であるが、より効率的な測定を行
うためには、抵抗体R11〜R14の抵抗値に比べて十
分に大きな抵抗値をもった抵抗素子を用意し、接触用電
極E15,E16の導通状態を検出する回路と、抵抗体
R11〜R14の抵抗値を検出する回路と、を用意した
抵抗素子を用いて隔絶するようにすればよい。具体的に
は、図38に示す検出回路において、抵抗素子R01を
10MΩ程度の大きな抵抗値をもった抵抗素子により構
成し、電極E16と接地レベルGndとの間に、1MΩ
程度の大きな抵抗値をもった抵抗素子を挿入すればよ
い。あるいは、変位導電層226を単一の導電層とする
代わりに、個々の柱状突起P1の下面および個々の柱状
突起P2の下面に、それぞれ電気的に孤立した島状の導
電層を形成するようにしてもよい。
In the embodiment shown here, as shown in the bottom view of FIG. 28, a single displacement conductive layer 226 (hatched portion in the figure) is provided on the bottom surface of the elastic deformable body 220.
And a conductive layer (a part of the displacement conductive layer 226) formed on the lower surface of each columnar protrusion P1 (contact conductor).
And the conductive layer formed on the lower surface of each columnar projection P2 (another part of the displacement conductive layer 226) are electrically connected to each other, and therefore when the detection circuit shown in FIG.
When 1 is in the ON state, the entire displacement conductive layer 226 is grounded, which affects the resistance value measurement of the resistors R11 to R14. Of course, even if there is such an influence, the resistance value can be measured, but in order to perform more efficient measurement, the resistance value is sufficiently larger than the resistance values of the resistors R11 to R14. A resistance element may be prepared, and a circuit that detects the conduction state of the contact electrodes E15 and E16 and a circuit that detects the resistance values of the resistors R11 to R14 may be isolated by using the prepared resistance element. . Specifically, in the detection circuit shown in FIG. 38, the resistance element R01 is composed of a resistance element having a large resistance value of about 10 MΩ, and 1 MΩ is provided between the electrode E16 and the ground level Gnd.
A resistance element having a large resistance value may be inserted. Alternatively, instead of forming the displacement conductive layer 226 as a single conductive layer, electrically isolated island-shaped conductive layers are formed on the lower surface of each columnar projection P1 and the lower surface of each columnar projection P2. May be.

【0144】§8.本発明に係る可変抵抗要素を用いた
力検出装置の変形例 以上、本発明に係る可変抵抗要素を用いた力検出装置
を、いくつかの実施形態について述べたが、ここでは、
更にいくつかの変形例を述べる。
§8. Using the variable resistance element according to the present invention
Modification of Force Detection Device As described above, the force detection device using the variable resistance element according to the present invention has been described with respect to some embodiments.
Further, some modified examples will be described.

【0145】(1) 接触用電極の形態の変形例 図31に示す実施形態では、一対の円環状の接触用電極
(すなわち、外側電極E15,E16)と、電極用柱状
突起P2の底面に形成された変位導電層226と、によ
って切替要素が構成されていたが、切替要素として用い
る一対の接触用電極は、必ずしも円環状にする必要はな
い。たとえば、図39に一部を示す一対の接触用電極E
15A,E16Aは、図31に示す外側電極E15,E
16とほぼ同じ位置に形成された環状電極であるが、そ
れぞれ歯状の突起部分が形成されており、これらが噛み
合うような形態をなす(図39のハッチングは電極の形
状を明瞭にするためのものであり、断面を示すものでは
ない)。仲介電極として機能する変位導電層226は、
一対の接触用電極の双方に同時に接触する必要がある
が、図39に示すような一対の接触用電極E15A,E
16Aを用いれば、このような同時接触がより容易にな
る。
(1) Modified Example of Form of Contact Electrodes In the embodiment shown in FIG. 31, a pair of annular contact electrodes (that is, outer electrodes E15 and E16) and a bottom surface of the electrode columnar projection P2 are formed. Although the switching element is composed of the displaced conductive layer 226 that has been formed, the pair of contact electrodes used as the switching element need not necessarily be annular. For example, a pair of contact electrodes E partially shown in FIG.
15A and E16A are outer electrodes E15 and E shown in FIG.
The annular electrode is formed at substantially the same position as 16, but tooth-shaped protrusions are formed on each electrode, and these electrodes are in mesh with each other (the hatching in FIG. 39 is for clarifying the shape of the electrode). It does not show a cross section). The displacement conductive layer 226 functioning as an intermediary electrode is
Although it is necessary to simultaneously contact both of the pair of contact electrodes, a pair of contact electrodes E15A, E as shown in FIG.
If 16A is used, such simultaneous contact becomes easier.

【0146】また、図40に一部を示す接触用電極群E
15B,E16Bは(図40のハッチングは電極の形状
を明瞭にするためのものであり、断面を示すものではな
い)、第1グループに所属する複数N個の電極E15B
と、第2グループに所属する複数N個の電極E16Bと
を、基板240上に定義された円周に沿って交互に配置
したものである(図31に示す外側電極E15,E16
とほぼ同じ位置に配置されている)。これにより、第1
グループに所属する電極E15Bと第2グループに所属
する電極E16Bとがそれぞれ隣接して配置されること
になり、互いに隣接して配置された電極E15Bと電極
E16Bとによって一対の接触用電極が構成されてお
り、合計N組からなる一対の接触用電極が形成されてい
る。図31に示す実施形態では、一対の接触用電極E1
5,E16が1組だけしか設けられていなかったが、図
40に示す例は、一対の接触用電極を複数組設けた変形
例である。この変形例では、N枚の電極E15Bおよび
N枚の電極E16Bのそれぞれに対して配線を行う必要
があり、実用上は、配線が複雑になる。
A contact electrode group E, a part of which is shown in FIG.
15B and E16B (the hatching in FIG. 40 is for clarifying the shape of the electrode and not for showing the cross section), and the plurality of N electrodes E15B belonging to the first group are shown.
And a plurality of N electrodes E16B belonging to the second group are alternately arranged along the circumference defined on the substrate 240 (outer electrodes E15 and E16 shown in FIG. 31).
It is located in almost the same position). This makes the first
The electrode E15B belonging to the group and the electrode E16B belonging to the second group are arranged adjacent to each other, and the electrode E15B and the electrode E16B arranged adjacent to each other form a pair of contact electrodes. In addition, a pair of contact electrodes composed of N sets in total is formed. In the embodiment shown in FIG. 31, a pair of contact electrodes E1
Although only 5, 5 and E16 were provided, the example shown in FIG. 40 is a modification in which a plurality of pairs of contact electrodes are provided. In this modification, it is necessary to perform wiring for each of the N electrodes E15B and the N electrodes E16B, which makes the wiring complicated in practice.

【0147】(2) 一対の接触用電極の変形例 これまで述べた実施形態では、切替要素に含まれる一対
の接触用電極を、いずれも基板上に形成し、この一対の
接触用電極の双方に仲介電極を同時に接触させることに
より、一対の接触用電極を導通させるという手法を採っ
てきたが、本発明を実施する上で、一対の接触用電極を
必ずしも基板側に設ける必要はなく、また、必ずしも仲
介電極を用いる必要もない。たとえば、基板上に形成さ
れた接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接触
用変位電極と、によって一対の接触用電極を構成するよ
うにし、弾性変形体に所定の大きさ以上の外力が作用し
たときに、この弾性変形体の変形により、基板上に形成
された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接
触用変位電極と、が物理的に接触するような構成を採っ
てもかまわない。
(2) Modification of Pair of Contact Electrodes In the embodiments described so far, the pair of contact electrodes included in the switching element are both formed on the substrate, and both of the pair of contact electrodes are formed. Although the technique of bringing the pair of contact electrodes into conduction by simultaneously contacting the intermediary electrode with the pair of electrodes has been adopted, it is not always necessary to provide the pair of contact electrodes on the substrate side in carrying out the present invention. It is not always necessary to use the intermediary electrode. For example, a fixed electrode for contact formed on the substrate and a displacement electrode for contact formed on the elastic deformable body side constitute a pair of contact electrodes, and an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the elastic deformable body. When a force acts, the fixed electrode for contact formed on the substrate and the displacement electrode for contact formed on the elastic deformable body are brought into physical contact by the deformation of the elastic deformable body. It doesn't matter.

【0148】しかしながら、このように、基板上に形成
された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接
触用変位電極と、が物理的に接触したか否かを電気的に
検出するためには、各電極にそれぞれ配線を施す必要が
ある。そして、実用上、弾性変形体側に配線を施すこと
は好ましいことではない。したがって、実用上は、これ
までに述べてきた実施形態のように、基板上に一対の接
触用電極を設け、仲介電極を利用して両電極を導通させ
る手法を採るのが好ましい。このような手法を採れば、
仲介電極側には配線は不要であるため、基板側にだけ配
線を行えば、弾性変形体側に配線を施す必要ななくな
る。
However, in order to electrically detect whether or not the fixed electrode for contact formed on the substrate and the displacement electrode for contact formed on the elastically deformable body side physically contact with each other in this way. Therefore, it is necessary to wire each electrode. In practice, it is not preferable to provide wiring on the elastic deformable body side. Therefore, in practice, it is preferable to adopt a method in which a pair of contact electrodes are provided on the substrate and the electrodes are electrically connected using the intermediary electrode, as in the embodiments described above. If you take such a method,
Since wiring is not required on the side of the intermediary electrode, it is not necessary to provide wiring on the side of the elastically deformable body by wiring only on the side of the substrate.

【0149】(3) 可変抵抗要素の変形例 これまで述べた実施形態では、基板上に配置された抵抗
体と、この抵抗体に対向するように弾性変形体側に設け
られた接触用導電体と、によって可変抵抗要素を構成し
ていたが、本発明に用いる可変抵抗要素は、基板と弾性
変形体との間に配置され、弾性変形体の変位によって加
わる圧力に応じて所定の二点間の抵抗値が変化する性質
をもった構成要素であれば、必ずしも抵抗体と接触用導
電体との組み合わせによって構成する必要はない。
(3) Modified Example of Variable Resistance Element In the embodiments described so far, the resistor arranged on the substrate and the contact conductor provided on the elastic deformable body side so as to face the resistor. , The variable resistance element used in the present invention is arranged between the substrate and the elastic deformable body, and the variable resistance element is provided between two predetermined points according to the pressure applied by the displacement of the elastic deformable body. As long as the constituent element has the property of changing the resistance value, it is not always necessary to form it by combining the resistor and the contact conductor.

【0150】図41は、これまでの実施形態で用いられ
てきた可変抵抗要素とは異なる形態の可変抵抗要素30
0の構成を示す側断面図である。ここに示す可変抵抗要
素300は、第1のシート310と第2のシート320
とを上下対称となるように積層した構造を有する。第1
のシート310は、図示のとおり、第1のフィルム31
1と、その上に形成された第1の導電層312と、その
上に形成された第1の抵抗体313と、によって構成さ
れており、第2のシート320は、図示のとおり、第2
のフィルム321と、その下に形成された第2の導電層
322と、その下に形成された第2の抵抗体323と、
によって構成されている。もっとも、ここで、個々の構
成要素に第1あるいは第2という修飾句を付して呼んで
いるのは、便宜上、両者を区別するためであり、実際の
構造物としては、第1のシート310と第2のシート3
20とは全く同一のシートであり、2枚の同一シートの
一方を上下逆にして他方の上に重ねることにより、可変
抵抗要素300が得られることになる。実用上は、両シ
ートがずれないように、両シートを何らかの方法で接着
するのが好ましい。
FIG. 41 shows a variable resistance element 30 having a form different from that of the variable resistance element used in the above embodiments.
It is a sectional side view which shows the structure of 0. The variable resistance element 300 shown here includes a first sheet 310 and a second sheet 320.
It has a structure in which and are laminated so as to be vertically symmetrical. First
Sheet 310 of first film 31 as shown.
1 and the first conductive layer 312 formed thereon and the first resistor 313 formed thereon, the second sheet 320 is formed into the second
Film 321, a second conductive layer 322 formed thereunder, and a second resistor 323 formed therebelow,
It is composed by. However, here, the first and second modifiers are attached to the individual constituents for the sake of convenience to distinguish the two, and the actual structure is the first sheet 310. And the second sheet 3
20 is exactly the same sheet, and the variable resistance element 300 is obtained by turning one of the two same sheets upside down and stacking them on the other. Practically, it is preferable to bond both sheets by some method so as not to shift both sheets.

【0151】第1の抵抗体313および第2の抵抗体3
23は、いずれも弾性変形を生じる材質から構成されて
おり、互いに対向する位置に配置されている。しかも第
1の抵抗体313の上面および第2の抵抗体323の下
面は、それぞれ断面波状の凹凸構造をなし、図の上下方
向に加わる圧力に応じて、第1の抵抗体313と第2の
抵抗体323との接触面の面積が変化するように構成さ
れている。すなわち、この可変抵抗要素300に上下方
向の圧力が作用していない状態では、図41に示すよう
に、各抵抗体313,323の波形凹凸構造の頂点部分
が点接触した状態であり、両者の接触面の面積は極めて
小さい状態であるが、この可変抵抗要素300に対し
て、たとえば図42に示すような下方への外力−Fzが
作用すると、図示のとおり、各抵抗体313,323の
波形凹凸構造部分が圧力によって変形し、両者の接触面
積は増加する。
First resistor 313 and second resistor 3
Each of 23 is made of a material that elastically deforms, and is arranged at a position facing each other. Moreover, the upper surface of the first resistor 313 and the lower surface of the second resistor 323 each have a corrugated structure having a corrugated cross-section, and the first resistor 313 and the second resistor 313 are formed in accordance with the pressure applied in the vertical direction in the drawing. The area of the contact surface with the resistor 323 is changed. That is, in the state where the vertical pressure is not applied to the variable resistance element 300, as shown in FIG. 41, the apex portions of the corrugated concavo-convex structure of the resistors 313 and 323 are in point contact with each other. Although the area of the contact surface is extremely small, when a downward external force −Fz as shown in FIG. 42 acts on the variable resistance element 300, as shown in the figure, the waveforms of the resistors 313, 323 are generated. The uneven structure portion is deformed by the pressure, and the contact area between the both increases.

【0152】第1の抵抗体313の下面には第1の導電
層312が接続されており、第2の抵抗体323の上面
には第2の導電層322が接続されているため、第1の
導電層312に接続された端子T31と、第2の導電層
322に接続された端子T32との間の抵抗値を測定す
ると、当該抵抗値は、両者の接触面積に応じて変化する
ことになるので、この抵抗値に基づいて、可変抵抗要素
300に加えられた上下方向の外力を検出することが可
能になる。すなわち、2枚のシート310,320は、
加わる圧力に応じて所定の2点間の抵抗値が変化する性
質をもつ可変抵抗要素300として機能することにな
る。実用上、第1のシート310を作成するには、たと
えば、次のような方法を採ればよい。まず、FPC(Fl
exible Print Circuit)フィルムなどからなる第1のフ
ィルム311を用意し、その上面に銅などの層を形成す
ることにより第1の導電層312を形成する。続いて、
この第1の導電層312の上面に感圧導電性インクを塗
布し、この感圧導電性インクの表面を断面波状の凹凸構
造に加工して第1の抵抗体313を作成すればよい。も
ちろん、第2のシート320も全く同様の方法で作成で
きる。なお、図示の例では、第1の抵抗体313の上面
および第2の抵抗体323の下面のそれぞれに、断面波
状の凹凸構造を形成しているが、このような凹凸構造は
必ずしも両者にそれぞれ形成する必要はなく、少なくと
も一方の表面部分に形成されていれば、可変抵抗要素を
構成することができる。要するに、第1の抵抗体313
と第2の抵抗体323との少なくとも一方の他方に対向
する表面部分が、弾性変形を生じる凹凸構造をなし、両
者間に加わる圧力に応じて、両者間の接触面の面積が変
化するように構成されていればよい。
The first conductive layer 312 is connected to the lower surface of the first resistor 313, and the second conductive layer 322 is connected to the upper surface of the second resistor 323. When the resistance value between the terminal T31 connected to the conductive layer 312 and the terminal T32 connected to the second conductive layer 322 is measured, the resistance value changes depending on the contact area between the two. Therefore, based on this resistance value, it becomes possible to detect the vertical external force applied to the variable resistance element 300. That is, the two sheets 310 and 320 are
It functions as the variable resistance element 300 having the property that the resistance value between two predetermined points changes according to the applied pressure. Practically, the following method may be used to create the first sheet 310, for example. First, FPC (Fl
A first film 311 made of an exible print circuit film or the like is prepared, and a first conductive layer 312 is formed by forming a layer of copper or the like on the upper surface of the first film 311. continue,
The pressure sensitive conductive ink may be applied to the upper surface of the first conductive layer 312, and the surface of the pressure sensitive conductive ink may be processed into a corrugated structure having a wavy cross section to form the first resistor 313. Of course, the second sheet 320 can be created by the same method. In the illustrated example, the corrugated uneven structure having a corrugated cross section is formed on each of the upper surface of the first resistor 313 and the lower surface of the second resistor 323, but such an uneven structure is not necessarily formed on both of them. It is not necessary to form it, and the variable resistance element can be configured as long as it is formed on at least one surface portion. In short, the first resistor 313
A surface portion of at least one of the second resistor 323 and the second resistor 323 has a concavo-convex structure that causes elastic deformation, and the area of the contact surface between the two varies depending on the pressure applied between the two. It only has to be configured.

【0153】この図41に示す可変抵抗要素300は、
たとえば、図33に示す力検出装置における「抵抗体と
接触用導電体」によって構成されている可変抵抗要素に
置き換えて用いることができる。この場合、基板240
上に形成されている4枚の抵抗体R11〜R14の代わ
りに、それぞれ上述した可変抵抗要素300を用いるよ
うにすればよい。具体的には、平面形状が図32の抵抗
体R11〜R14のような扇形をし、図41に示すよう
な側断面構造を有する4枚の可変抵抗要素300−1〜
300−4を用意し、それぞれを基板240上の所定位
置、すなわち、図32の抵抗体R11〜R14が配置さ
れている位置に接着するようにすれば(第1のフィルム
311の下面を基板240の上面に接着すればよい)、
4枚の可変抵抗要素300−1〜300−4は、4枚の
抵抗体R11〜R14と同等の機能を果たすことにな
る。ただし、作用した外力は、各可変抵抗要素300の
それぞれについて、図41に示す端子T31,T32間
の抵抗値に基づいて検出されることになる。
The variable resistance element 300 shown in FIG. 41 is
For example, it can be used in place of the variable resistance element constituted by the "resistor and the contact conductor" in the force detection device shown in FIG. In this case, the substrate 240
The variable resistance element 300 described above may be used instead of the four resistors R11 to R14 formed above. Specifically, four variable resistance elements 300-1 to 300-1 having a fan-shaped planar shape like the resistors R11 to R14 of FIG. 32 and having a side sectional structure as shown in FIG.
If 300-4 are prepared, and each of them is adhered to a predetermined position on the substrate 240, that is, a position where the resistors R11 to R14 of FIG. 32 are arranged (the lower surface of the first film 311 is attached to the substrate 240). Should be adhered to the upper surface of
The four variable resistance elements 300-1 to 300-4 have the same functions as the four resistors R11 to R14. However, the applied external force is detected based on the resistance value between the terminals T31 and T32 shown in FIG. 41 for each variable resistance element 300.

【0154】各可変抵抗要素300は、実際には、非常
に薄いシート状の部材として作成することができるの
で、4枚の抵抗体R11〜R14を4枚の可変抵抗要素
300−1〜300−4に置き換えた力検出装置の側断
面構造は、図33に示す力検出装置とほぼ同じになる。
ただ、図33に示す力検出装置の場合、4枚の抵抗体R
11〜R14と、その上方に配置された柱状突起P1お
よびその下面に形成された導電層(変位導電層226)
と、の組み合わせによって可変抵抗要素が構成されてい
たのに対し、図41に示す可変抵抗要素300は、それ
自身単独で可変抵抗要素として機能するため、ここで述
べる変形例の装置では、柱状突起P1は圧力を加えるた
めの突起としての働きを行うだけでよく、柱状突起P1
の下面に変位導電層226を形成する必要はない。
Since each variable resistance element 300 can be actually made as a very thin sheet member, four variable resistors R11 to R14 are replaced with four variable resistance elements 300-1 to 300-. The side sectional structure of the force detecting device replaced with No. 4 is almost the same as the force detecting device shown in FIG.
However, in the case of the force detection device shown in FIG. 33, four resistors R
11 to R14, the columnar protrusion P1 arranged above it, and the conductive layer formed on the lower surface thereof (displacement conductive layer 226).
While the variable resistance element is configured by the combination of and, the variable resistance element 300 shown in FIG. 41 functions by itself as a variable resistance element. P1 only needs to function as a protrusion for applying pressure, and the columnar protrusion P1
It is not necessary to form the displacement conductive layer 226 on the lower surface of the.

【0155】なお、図33に示す柱状突起P1を圧力を
加える突起として機能させた場合、図41に示す可変抵
抗要素300の上面の中央部付近に圧力が集中すること
になるため、抵抗体313,323の変形が中央部付近
に偏在し、効率的な検出感度を得ることはできなくな
る。そこで、図42に示すように、抵抗体313,32
3の変形を全面に均等に生じさせて、検出感度を向上さ
せるには、図26に示す弾性変形体220の代わりに、
図43に下面図を示すような弾性変形体220Aを用い
るようにすればよい。この図43に示す弾性変形体22
0Aは、図26に示す弾性変形体220における4本の
柱状突起P1を、4枚の板状突起P4に置き換えたもの
である。各板状突起P4の平面形状は、いずれも扇形を
しており、基板240上に形成された4枚の可変抵抗要
素300−1〜300−4と同じ形状をしており、これ
らの真上の位置に配置されることになる。なお、各板状
突起P4の下面には、導電層を形成する必要はない。図
44は、図33に示す力検出装置における4枚の抵抗体
R11〜R14を、4枚の可変抵抗要素300−1〜3
00−4に置き換えるとともに、弾性変形体220を図
43に示す弾性変形体220Aに置き換えた変形例を示
す側断面図である。各可変抵抗要素300−1〜300
−4は、いずれも図41に示す可変抵抗要素300と同
じ断面構造を有しており、その上方に配置された板状突
起P4によって全面にわたって圧力が加わえられる。こ
のため、より効率的な検出感度を得ることができる。
When the columnar protrusion P1 shown in FIG. 33 is made to function as a protrusion for applying pressure, the pressure is concentrated near the central portion of the upper surface of the variable resistance element 300 shown in FIG. , 323 are unevenly distributed in the vicinity of the central portion, and efficient detection sensitivity cannot be obtained. Therefore, as shown in FIG. 42, the resistors 313, 32
In order to uniformly generate the deformation of No. 3 and improve the detection sensitivity, instead of the elastic deformable body 220 shown in FIG.
An elastic deformable body 220A whose bottom view is shown in FIG. 43 may be used. The elastically deformable body 22 shown in FIG.
0A is obtained by replacing the four columnar protrusions P1 in the elastically deformable body 220 shown in FIG. 26 with four plate-like protrusions P4. The planar shape of each plate-like protrusion P4 is fan-shaped, and is the same as that of the four variable resistance elements 300-1 to 300-4 formed on the substrate 240. Will be placed in the position. Note that it is not necessary to form a conductive layer on the lower surface of each plate-shaped projection P4. FIG. 44 shows four resistance elements R11 to R14 in the force detection device shown in FIG.
FIG. 44 is a side sectional view showing a modified example in which the elastic deformable body 220 is replaced with the elastic deformable body 220A shown in FIG. 43 while being replaced with 00-4. Each variable resistance element 300-1 to 300
-4 all have the same cross-sectional structure as the variable resistance element 300 shown in FIG. 41, and pressure is applied to the entire surface by the plate-like projection P4 arranged above it. Therefore, more efficient detection sensitivity can be obtained.

【0156】なお、図43では、4枚の扇形の板状突起
P4を形成した例を示したが、これらを連結した構造と
し、全体的にワッシャー状をした1枚の板状突起を形成
するようにしてもかまわない。また、各可変抵抗要素3
00−1〜300−4も、たとえば、フィルム311あ
るいはフィルム321の部分を連結し、全体的にワッシ
ャー状をした1枚のフィルム上に、それぞれ4組の扇形
の導電層および抵抗体を形成した構造にしてもよい。更
に、上述の説明では、可変抵抗要素300全体を基板2
40側に固定しているが、可変抵抗要素300のうち、
第1のシート310を基板240側に固定(第1のフィ
ルム311を基板240の上面に接着)し、第2のシー
ト320を板状突起P4側(弾性変形体220A側)に
固定(第2のフィルム321を板状突起P4の下面に接
着)するようにしてもよい。
Although FIG. 43 shows an example in which four fan-shaped plate-like projections P4 are formed, they are connected to each other to form one washer-like plate-like projection. It doesn't matter if you do so. In addition, each variable resistance element 3
In 00-1 to 300-4, for example, the portions of the film 311 or the film 321 are connected to each other, and four sets of fan-shaped conductive layers and resistors are formed on a single washer-shaped film. It may be structured. Furthermore, in the above description, the entire variable resistance element 300 is referred to as the substrate 2.
Although fixed to the 40 side, of the variable resistance element 300,
The first sheet 310 is fixed to the substrate 240 side (the first film 311 is bonded to the upper surface of the substrate 240), and the second sheet 320 is fixed to the plate-like protrusion P4 side (elastic deformable body 220A side) (second). The film 321 may be adhered to the lower surface of the plate-like protrusion P4.

【0157】(4) 一次元力検出装置への利用 前述した図9に示す実施形態に係る力検出装置は、XY
Z三次元の力方向成分を検出する機能をもった三次元力
検出装置であるが、抵抗体R5,R6および接触用導電
体C5を省けば、X軸方向およびY軸方向の力成分を検
出する機能をもった二次元力検出装置を構成することが
できる。また、抵抗体R1,R2および接触用導電体C
1,C2だけを配置するようにすれば、X軸方向の力成
分のみを検出する機能をもった一次元力検出装置を構成
することができる。同様に、図33に示す実施形態に係
る力検出装置は、XY二次元の力方向成分(操作量)を
検出する機能をもった二次元力検出装置であるが、抵抗
体および接触用導電体を追加することにより三次元力検
出装置として利用することもできるし、不要な抵抗体お
よび接触用導電体を削除することにより一次元力検出装
置として利用することもできる。このように、本発明
は、一次元、二次元、三次元のいずれの力検出装置にも
利用することが可能である。
(4) Application to One-Dimensional Force Detection Device The force detection device according to the embodiment shown in FIG.
Although it is a three-dimensional force detection device having a function of detecting a Z three-dimensional force direction component, if the resistors R5 and R6 and the contact conductor C5 are omitted, the force components in the X-axis direction and the Y-axis direction are detected. It is possible to configure a two-dimensional force detection device having a function to do so. Also, the resistors R1 and R2 and the contact conductor C
By disposing only C1 and C2, it is possible to configure a one-dimensional force detection device having a function of detecting only the force component in the X-axis direction. Similarly, the force detection device according to the embodiment shown in FIG. 33 is a two-dimensional force detection device having a function of detecting an XY two-dimensional force direction component (manipulation amount), but a resistor and a contact conductor. Can be used as a three-dimensional force detecting device, or can be used as a one-dimensional force detecting device by removing unnecessary resistors and contact conductors. As described above, the present invention can be applied to any one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional force detection device.

【0158】(5) その他の変形例 上述した実施形態では、いくつかの検出回路の例を回路
図を示して述べたが、本発明を実施する上で用いる検出
回路は、これらの回路を用いたものに限定されるもので
はなく、可変抵抗要素の抵抗値を電気信号として出力す
る機能を有する検出回路であれば、どのような回路を用
いてもかまわない。また、本発明に用いる検出回路は、
待機モードと検出モードとの2通りのモードで動作する
ことになるが、待機モードは、必ずしも回路が何らかの
動作を行っている必要はなく、切替要素の状態遷移に基
づいて、検出モードへの移行が可能な状態であれば、回
路が完全に停止した状態であってもかまわない。たとえ
ば、検出回路への電源供給を全く停止した状態を待機モ
ードとし、切替要素の状態遷移が生じたときに電源供給
を開始して検出モードに移行するような方法を採っても
よい。また、本発明における切替要素は、上述した待機
モードから検出モードへの切替あるいは検出モードから
待機モードへの切替を行うために、一対の接触用電極間
の導通状態を変化させることができる構成要素であれ
ば、どのような構成のものであってもかまわない。
(5) Other Modifications In the embodiments described above, some detection circuits were described by showing circuit diagrams. However, the detection circuits used in implementing the present invention use these circuits. However, the detection circuit is not limited to the above, and any circuit may be used as long as it has a function of outputting the resistance value of the variable resistance element as an electric signal. The detection circuit used in the present invention is
It operates in two modes, a standby mode and a detection mode. In the standby mode, the circuit does not necessarily have to perform any operation, and the transition to the detection mode is made based on the state transition of the switching element. If the state is possible, the circuit may be completely stopped. For example, a method may be adopted in which the state in which the power supply to the detection circuit is completely stopped is set to the standby mode, and when the state transition of the switching element occurs, the power supply is started to shift to the detection mode. In addition, the switching element in the present invention is a component capable of changing the conduction state between the pair of contact electrodes in order to switch from the standby mode to the detection mode or from the detection mode to the standby mode described above. So long as it has any configuration.

【0159】なお、本発明に係る力検出装置の用途は、
必ずしも電子機器用入力装置に限定されるものではな
く、ロボットや産業機械などの制御に用いる検出装置な
どにも勿論利用可能である。また、弾性変形体に重錘体
を取り付け、加速度に基づいて重錘体に作用した力を検
出することにより、加速度検出装置として利用すること
も可能である。この場合、所定の大きさ以上の加速度が
加わらない限り、検出回路は待機モードとなるので、消
費電力の節約が可能になる。
The use of the force detection device according to the present invention is as follows.
The present invention is not limited to the input device for electronic equipment, but can be applied to a detection device used for controlling robots and industrial machines. Further, it is also possible to use it as an acceleration detecting device by attaching a weight body to the elastically deformable body and detecting the force acting on the weight body based on the acceleration. In this case, the detection circuit is in the standby mode unless acceleration of a predetermined magnitude or more is applied, so that power consumption can be saved.

【0160】[0160]

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、電力消費
を効率的に抑制させることが可能な可変抵抗要素を用い
た力検出装置を実現することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a force detecting device using a variable resistance element capable of efficiently suppressing power consumption.

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

【図1】本発明の適用対象となる可変抵抗要素を用いた
力検出装置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 detection device using a variable resistance element to which the present invention is applied.

【図2】図1に示す力検出装置における基板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。
2 is a top view of a substrate 110 in the force detection device 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に示す力検出装置における弾性変形体12
0の上面図であり、この弾性変形体120をX軸に沿っ
て切断した断面が図1に示されている。
3 is an elastic deformable body 12 in the force detection device shown in FIG.
0 is a top view of the elastic deformable body 120, and a cross section of the elastic deformable body 120 taken along the X axis is shown in FIG. 1.

【図4】図1に示す力検出装置における弾性変形体12
0の下面図であり、この弾性変形体120をX軸に沿っ
て切断した断面が図1に示されている。
4 is an elastic deformation body 12 in the force detection device shown in FIG.
1 is a bottom view of No. 0, and FIG. 1 shows a cross section of the elastically deformable body 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 a resistor R and a contact conductor C in a state where an external force is not 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 cross-sectional view (a) showing a contact state between the resistor R and the contact conductor C in a state where an external force is applied, (a), a plan view
(b) is an equivalent circuit diagram (c).

【図7】図1に示す力検出装置に、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 is a side cross-sectional view showing a state when an external force F in a diagonally lower right direction is applied to the force detection device shown in FIG.

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

【図9】本発明の基本的な実施形態に係る可変抵抗要素
を用いた力検出装置の構造を示す側断面図である。
FIG. 9 is a side sectional view showing the structure of a force detection device using a variable resistance element according to a basic embodiment of the present invention.

【図10】図9に示す力検出装置における基板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9に示されている。
10 is a top view of the substrate 110 in the force detection device shown in FIG. 9, and a cross section of the substrate 110 taken along the X axis is shown in FIG.

【図11】図(a) は、図10に示されている抵抗体RR
1〜RR4の拡大図およびその配線図である。ハッチン
グは板状構造体の形状を明瞭にするためのものであり、
断面を示すためのものではない。図(b) は、外力が作用
していない状態における図(a) に示す抵抗体RRとその
上方に配置された接触用導電体Cとの位置関係を示す側
断面図である。
11 (a) is a resistor RR shown in FIG.
1 is an enlarged view of 1 to RR4 and a wiring diagram thereof. Hatching is for clarifying the shape of the plate-shaped structure,
It is not intended to show a cross section. FIG. 2B is a side sectional view showing the positional relationship between the resistor RR shown in FIG. 1A and the contact conductor C disposed above the resistor RR in the state where no external force is applied.

【図12】外力−Fzが作用した状態における抵抗体R
Rとその上方に配置された接触用導電体Cとの接触状態
を示す側断面図である。
FIG. 12 is a resistor R in a state where an external force −Fz is applied.
FIG. 6 is a side sectional view showing a contact state between R and a contact conductor C arranged above the R.

【図13】より大きな外力−Fzが作用した状態におけ
る抵抗体RRとその上方に配置された接触用導電体Cと
の接触状態を示す側断面図である。
FIG. 13 is a side cross-sectional view showing a contact state between the resistor RR and the contact conductor C arranged above the resistor RR in the state where a larger external force −Fz is applied.

【図14】図11〜図13に示す抵抗体RRと、その上
方に配置された接触用導電体Cと、一対の接触用電極S
1,S2によって構成されるスイッチSWと、について
の種々の状態における等価回路である。
FIG. 14 shows a resistor RR shown in FIGS. 11 to 13, a contact conductor C disposed above the resistor RR, and a pair of contact electrodes S.
It is an equivalent circuit in various states of the switch SW constituted by 1 and S2.

【図15】図9に示す力検出装置に用いる検出回路の第
1の例を示す回路図である。
15 is a circuit diagram showing a first example of a detection circuit used in the force detection device shown in FIG.

【図16】図9に示す力検出装置に用いる検出回路の第
2の例を示す回路図である。
16 is a circuit diagram showing a second example of a detection circuit used in the force detection device shown in FIG.

【図17】図9に示す力検出装置に用いる検出回路の第
3の例を示す回路図である。
17 is a circuit diagram showing a third example of a detection circuit used in the force detection device shown in FIG.

【図18】抵抗体RRの中央部空隙領域内に形成された
一対の接触用電極S1,S2から構成されるスイッチの
ON/OFF状態を検出するための回路を示す配線図で
ある。
FIG. 18 is a wiring diagram showing a circuit for detecting an ON / OFF state of a switch composed of a pair of contact electrodes S1 and S2 formed in the central void region of the resistor RR.

【図19】図18に示す配線についての等価回路図であ
る。
19 is an equivalent circuit diagram of the wiring shown in FIG.

【図20】図18に示す配線に、更に、抵抗素子を加え
ることにより、効率的な抵抗値測定を可能にするための
配線図である。
20 is a wiring diagram for enabling efficient resistance value measurement by further adding a resistance element to the wiring shown in FIG.

【図21】図20に示す配線についての等価回路図であ
る。
FIG. 21 is an equivalent circuit diagram for the wiring shown in FIG.

【図22】本発明の別な実施形態に係る力検出装置の分
解側断面図である。
FIG. 22 is an exploded side sectional view of a force detection device according to another embodiment of the present invention.

【図23】図22に示す操作盤210の上面図である。
この操作盤210を中心で切断した側断面が図22に示
されている。
23 is a top view of the operation panel 210 shown in FIG. 22. FIG.
FIG. 22 shows a side cross section of this operation panel 210 cut at the center.

【図24】図22に示す操作盤210の下面図である。
この操作盤210を中心で切断した側断面が図22に示
されている。
FIG. 24 is a bottom view of the operation panel 210 shown in FIG. 22.
FIG. 22 shows a side cross section of this operation panel 210 cut at the center.

【図25】図22に示す弾性変形体220の上面図であ
る。この弾性変形体220を中心で切断した側断面が図
22に示されている。
25 is a top view of the elastically deformable body 220 shown in FIG. A side cross section of the elastically deformable body 220 cut at the center is shown in FIG.

【図26】図22に示す弾性変形体220の下面図であ
る。この弾性変形体220を中心で切断した側断面が図
22に示されている。
FIG. 26 is a bottom view of the elastically deformable body 220 shown in FIG. A side cross section of the elastically deformable body 220 cut at the center is shown in FIG.

【図27】図26に示す弾性変形体220の下面に形成
されている各柱状突起の配置を説明するための下面図で
ある。
27 is a bottom view for explaining the arrangement of the columnar protrusions formed on the bottom surface of the elastically deformable body 220 shown in FIG.

【図28】図26に示す弾性変形体220の下面に形成
されている変位導電層226を示す下面図である(ハッ
チングは、断面を示すものではない)。
28 is a bottom view showing a displacement conductive layer 226 formed on the bottom surface of the elastically deformable body 220 shown in FIG. 26 (hatching does not show a cross section).

【図29】図22に示すドーム状構造体230の上面図
である。このドーム状構造体230を中心で切断した側
断面が図22に示されている。
FIG. 29 is a top view of the dome-shaped structure 230 shown in FIG. 22. A side cross section of the dome-shaped structure 230 cut at the center is shown in FIG.

【図30】図22に示すドーム状構造体230の形状反
転動作を説明する側断面図である。
30 is a side sectional view illustrating a shape reversing operation of the dome-shaped structure 230 shown in FIG.

【図31】図22に示す基板240の上面図である。こ
の基板240を中心(XZ平面)で切断した側断面が図
22に示されている(ハッチングは、断面を示すもので
はない)。
FIG. 31 is a top view of the substrate 240 shown in FIG. A side cross section of the substrate 240 cut at the center (XZ plane) is shown in FIG. 22 (hatching does not indicate the cross section).

【図32】図31に示す基板240の上に、ドーム状構
造体230を配置した状態を示す上面図である。
32 is a top view showing a state in which a dome-shaped structure 230 is arranged on the substrate 240 shown in FIG.

【図33】図22に示す各構成要素を組み立てることに
より構成された力検出装置の側断面図である。ただし、
ドーム状構造体230の部分は、断面ではなく側面が示
されている。また、各柱状突起P1〜P3は、断面部分
のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図示が
省略されている。
FIG. 33 is a side sectional view of a force detection device configured by assembling the components shown in FIG. 22. However,
A portion of the dome-shaped structure 230 is shown on the side surface, not on the cross section. Further, each of the columnar protrusions P1 to P3 is depicted only in a cross-sectional portion, and the columnar protrusions located in the back are not shown.

【図34】図33に示す力検出装置においてスイッチ入
力(クリック入力)が行われたときの状態を示す側断面
図である。ただし、ドーム状構造体230の部分は、断
面ではなく側面が示されている。また、各柱状突起P1
〜P3は、断面部分のみが描かれており、奥に位置する
各柱状突起は図示が省略されている。
34 is a side sectional view showing a state when switch input (click input) is performed in the force detection device shown in FIG. 33. However, the dome-shaped structure 230 is shown not on the cross section but on the side surface. In addition, each columnar protrusion P1
Only the cross-sectional portion of each of P3 to P3 is depicted, and the columnar protrusions located at the back are not shown.

【図35】図33に示す電子機器用入力装置においてX
軸負方向への操作入力が行われたときの第1の状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体230の部
分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状
突起P1〜P3は、断面部分のみが描かれており、奥に
位置する各柱状突起は図示が省略されている。
FIG. 35 is a diagram illustrating an X in the electronic device input device shown in FIG. 33;
It is a side sectional view showing the 1st state when the operation input to the axis negative direction is performed. However, the dome-shaped structure 230 is shown not on the cross section but on the side surface. Further, each of the columnar protrusions P1 to P3 is depicted only in a cross-sectional portion, and the columnar protrusions located in the back are not shown.

【図36】図33に示す電子機器用入力装置においてX
軸負方向への操作入力が行われたときの第2の状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体230の部
分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状
突起P1〜P3は、断面部分のみが描かれており、奥に
位置する各柱状突起は図示が省略されている。
FIG. 36 is a diagram showing an X in the electronic device input device shown in FIG. 33;
It is a side sectional view showing the 2nd state when the operation input to the axis negative direction is performed. However, the dome-shaped structure 230 is shown not on the cross section but on the side surface. Further, each of the columnar protrusions P1 to P3 is depicted only in a cross-sectional portion, and the columnar protrusions located in the back are not shown.

【図37】図33に示す電子機器用入力装置においてX
軸負方向への操作入力が行われたときの第3の状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体230の部
分は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状
突起P1〜P3は、断面部分のみが描かれており、奥に
位置する各柱状突起は図示が省略されている。
FIG. 37 is a diagram showing an X in the electronic device input device shown in FIG. 33;
It is a sectional side view which shows the 3rd state when the operation input to a shaft negative direction is performed. However, the dome-shaped structure 230 is shown not on the cross section but on the side surface. Further, each of the columnar protrusions P1 to P3 is depicted only in a cross-sectional portion, and the columnar protrusions located in the back are not shown.

【図38】図33に示す力検出装置に利用される検出回
路の一例を示す回路図である。
38 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit used in the force detection device shown in FIG. 33.

【図39】図31に示す一対の接触用電極の変形例を示
す上面図である。
39 is a top view showing a modified example of the pair of contact electrodes shown in FIG. 31. FIG.

【図40】図31に示す一対の接触用電極の別な変形例
を示す上面図である。
FIG. 40 is a top view showing another modification of the pair of contact electrodes shown in FIG. 31.

【図41】表面に波状凹凸構造を有する一対の抵抗体3
13,323を利用して可変抵抗要素300を構成した
例を示す側断面図である。
FIG. 41 is a pair of resistors 3 having a wavy uneven surface structure.
13 is a side sectional view showing an example in which the variable resistance element 300 is configured using 13,323. FIG.

【図42】図41に示す可変抵抗要素300に圧力−F
zが作用したときの変形状態を示す側断面図である。
FIG. 42 is a pressure-F applied to the variable resistance element 300 shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the deformation state when z acts.

【図43】図41に示す可変抵抗要素300を用いる場
合に適した弾性変形体220Aの下面図である。
43 is a bottom view of an elastically deformable body 220A suitable when the variable resistance element 300 shown in FIG. 41 is used.

【図44】図41に示す可変抵抗要素300および図4
3に示す弾性変形体220Aを用いて構成された力検出
装置の側断面図である。
44 is a variable resistance element 300 shown in FIG. 41 and FIG.
FIG. 4 is a side sectional view of a force detection device configured using the elastically deformable body 220A shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110…基板 120,120A…弾性変形体 121…作用部 122…可撓部 123,123A…固定部 125…操作桿 130,130A…固定部材 210…操作盤 211…操作部分 212…土手部分 213…外周部分 214…押圧棒 220,220A…弾性変形体 221…内側膜状部 222…円環状隆起部 223…外側膜状部 224…側壁部 225…固定脚部 226…変位導電層 230…ドーム状構造体 231…導電性接触面 240…基板 241…固定孔部 300…可変抵抗要素 310…第1のシート 311…第1のフィルム 312…第1の導電層 313…第1の抵抗体 320…第2のシート 321…第2のフィルム 322…第2の導電層 323…第2の抵抗体 C,C1〜C5…接触用導電体 E15〜E18…電極 E15A,E15B,E16A,E16B…電極 F…外力 +Fx…外力の+X軸方向成分 −Fx,−FFx…外力の−X軸方向成分 −Fz…外力の−Z軸方向成分 Gnd…接地点 Jx,Jy,Jz…接続点 K1…内側同心円 K2…基準同心円 K3…外側同心円 O…座標系の原点 P1〜P3…柱状突起 P4…板状突起 R,R1〜R6,RR,RR1〜RR6,R11〜R1
4…抵抗体 R100,R200…抵抗体 R00〜R08…抵抗素子 S…接触面 S1,S2…接触用電極 S21〜S25…制御信号 SW,SW0〜SW5…一対の接触用電極からなるスイ
ッチ SW11〜SW15…半導体スイッチ T1〜T4,T00〜T03,T11〜T15,T21
〜T25,T31,T32…端子 TT…ノード Tx,Ty,Tz…検出値の出力端子 V,VV…空洞部 Vcc…電源電圧 X,Y,Z…三次元座標系の各座標軸
110 ... Substrate 120, 120A ... Elastic deformable body 121 ... Working part 122 ... Flexible part 123, 123A ... Fixing part 125 ... Operating rod 130, 130A ... Fixing member 210 ... Operation panel 211 ... Operation part 212 ... Bank part 213 ... Outer periphery Portion 214 ... Pressing bar 220, 220A ... Elastic deformable body 221 ... Inner film portion 222 ... Annular ridge portion 223 ... Outer film portion 224 ... Side wall portion 225 ... Fixed leg portion 226 ... Displacement conductive layer 230 ... Dome structure 231 ... Conductive contact surface 240 ... Substrate 241 ... Fixing hole portion 300 ... Variable resistance element 310 ... First sheet 311 ... First film 312 ... First conductive layer 313 ... First resistor 320 ... Second Sheet 321 ... Second film 322 ... Second conductive layer 323 ... Second resistor C, C1-C5 ... Contact conductor E15-E18 ... Electrodes E15A, E15B, E1 A, E16B ... Electrode F ... External force + Fx ... + X-axis direction component of external force-Fx, -FFx ...- X-axis direction component of external force-Fz ...- Z-axis direction component of external force Gnd ... Ground point Jx, Jy, Jz ... Connection Point K1 ... Inner concentric circle K2 ... Reference concentric circle K3 ... Outer concentric circle O ... Coordinate system origin P1 to P3 ... Columnar projection P4 ... Plate-shaped projections R, R1 to R6, RR, RR1 to RR6, R11 to R1
4 ... Resistors R100, R200 ... Resistors R00-R08 ... Resistor elements S ... Contact surfaces S1, S2 ... Contact electrodes S21-S25 ... Control signals SW, SW0-SW5 ... Switches SW11-SW15 consisting of a pair of contact electrodes ... Semiconductor switches T1 to T4, T00 to T03, T11 to T15, T21
-T25, T31, T32 ... Terminal TT ... Nodes Tx, Ty, Tz ... Detected value output terminals V, VV ... Cavity Vcc ... Power supply voltage X, Y, Z ... Coordinate axes of three-dimensional coordinate system

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Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可変抵抗要素を利用して、作用した外力
の大きさを検出する機能をもった力検出装置であって、 板状の基板と、 この基板に対向する位置に配置され、少なくとも一部分
が弾性変形を生じる材料からなり、外力の作用に基づく
弾性変形により前記基板に対して変位する構造をなす弾
性変形体と、 前記基板と前記弾性変形体との間に配置され、前記弾性
変形体の変位によって加わる圧力に応じて所定の二点間
の抵抗値が変化する性質をもつ可変抵抗要素と、 一対の接触用電極を有し、通常は前記一対の接触用電極
間が電気的に絶縁状態を維持し、前記弾性変形体に所定
の大きさ以上の外力が作用したときには、前記弾性変形
体の変形により前記一対の接触用電極間が電気的に導通
状態となるような切替機能を果たす切替要素と、 前記可変抵抗要素の前記二点間の抵抗値を電気信号とし
て検出する検出回路と、 を備え、 前記検出回路が、前記二点間の抵抗値を電気信号として
出力する検出機能を果たすことができる検出モードと、
前記検出機能を果たすことはできないが前記検出モード
よりも少ない消費電力で、前記検出モードへ移行するた
めの待機状態を維持することができる待機モードと、の
2つのモードを選択できるように構成され、前記一対の
接触用電極間の電気的な状態が、絶縁状態である場合に
は前記待機モードが選択され、導通状態である場合には
前記検出モードが選択されるように構成されていること
を特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
1. A force detection device having a function of detecting the magnitude of an applied external force by using a variable resistance element, the plate-shaped substrate and at least one arranged at a position facing the substrate. An elastic deformable body, a part of which is elastically deformable, having a structure that is displaced with respect to the substrate by elastic deformation based on the action of an external force, and the elastic deformable body is disposed between the substrate and the elastic deformable body. It has a variable resistance element having the property that the resistance value between two predetermined points changes according to the pressure applied by the displacement of the body, and a pair of contact electrodes, and normally there is an electrical connection between the pair of contact electrodes. A switching function is maintained such that the insulating state is maintained and, when an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the elastic deformable body, the elastic deformable body is deformed to electrically connect the pair of contact electrodes. The switching element to fulfill, A detection circuit that detects a resistance value between the two points of the variable resistance element as an electric signal; and the detection circuit can perform a detection function of outputting the resistance value between the two points as an electric signal. Detection mode,
It is configured to be able to select two modes: a standby mode that cannot perform the detection function, but consumes less power than the detection mode, and that can maintain a standby state for shifting to the detection mode. The standby mode is selected when the electrical state between the pair of contact electrodes is an insulating state, and the detection mode is selected when the electrical state is a conductive state. A force detection device using a variable resistance element.
【請求項2】 請求項1に記載の力検出装置において、 切替要素に含まれる一対の接触用電極が、基板上に形成
された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接
触用変位電極と、によって構成され、前記弾性変形体に
所定の大きさ以上の外力が作用したときに、前記弾性変
形体の変形により、前記接触用変位電極が前記接触用固
定電極に物理的に接触するように構成されていることを
特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
2. The force detecting device according to claim 1, wherein the pair of contact electrodes included in the switching element includes a contact fixed electrode formed on the substrate and a contact displacement formed on the elastic deformable body side. When an external force of a predetermined magnitude or more is applied to the elastic deformable body, the contact displacement electrode physically contacts the contact fixed electrode due to the deformation of the elastic deformable body. A force detection device using a variable resistance element, which is configured as described above.
【請求項3】 請求項1に記載の力検出装置において、 切替要素が、基板上に形成された一対の接触用電極と、
前記一対の接触用電極の双方に同時に接触することによ
り前記一対の接触用電極間を導通させることができる仲
介電極と、によって構成され、 前記仲介電極は、通常は前記一対の接触用電極のいずれ
にも接触していないか、または、いずれか一方にのみ接
触している状態を維持し、弾性変形体に所定の大きさ以
上の外力が作用したときには、この弾性変形体の変形に
より、前記一対の接触用電極の双方に同時に接触した状
態となるように配置されていることを特徴とする可変抵
抗要素を用いた力検出装置。
3. The force detection device according to claim 1, wherein the switching element includes a pair of contact electrodes formed on the substrate,
And an intermediary electrode capable of electrically connecting between the pair of contact electrodes by simultaneously contacting both of the pair of contact electrodes, wherein the intermediary electrode is usually one of the pair of contact electrodes. When the external force of a predetermined magnitude or more is applied to the elastically deformable body while maintaining the state where the elastically deformable body is not in contact with only one of them, A force detection device using a variable resistance element, wherein the force detection device is arranged so as to be in contact with both of the contact electrodes at the same time.
【請求項4】 請求項3に記載の力検出装置において、 仲介電極を、弾性変形体の変位が生じる位置に形成した
ことを特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
4. The force detection device according to claim 3, wherein the intermediary electrode is formed at a position where displacement of the elastically deformable body occurs.
【請求項5】 請求項4に記載の力検出装置において、 一対の接触用電極を、環状の第1電極と、この第1電極
の外側に隣接配置された環状の第2電極と、によって構
成し、 仲介電極を、前記第1電極と前記第2電極との双方に、
いずれかの箇所で同時に接触可能な位置に形成したこと
を特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
5. The force detection device according to claim 4, wherein the pair of contact electrodes is composed of a ring-shaped first electrode and a ring-shaped second electrode adjacent to the outside of the first electrode. Then, an intermediary electrode is provided on both the first electrode and the second electrode,
A force detecting device using a variable resistance element, characterized in that the force detecting device is formed at a position where it can be simultaneously contacted at any place.
【請求項6】 請求項4に記載の力検出装置において、 基板上に第1グループに所属する複数N個の電極と第2
グループに所属する複数のN個の電極とを配置し、前記
第1グループに所属する第i番目(1≦i≦N)の電極
と前記第2グループに所属する第i番目の電極とがそれ
ぞれ隣接するようにし、互いに隣接して配置された前記
第1グループに所属する電極と前記第2グループに所属
する電極とによって一対の接触用電極が構成されるよう
にし、合計N組からなる一対の接触用電極を形成したこ
とを特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
6. The force detection device according to claim 4, wherein a plurality of N electrodes belonging to the first group and a second electrode are provided on the substrate.
A plurality of N electrodes belonging to a group are arranged, and an i-th (1 ≦ i ≦ N) electrode belonging to the first group and an i-th electrode belonging to the second group are respectively arranged. The electrodes belonging to the first group and the electrodes belonging to the second group, which are adjacent to each other and are arranged adjacent to each other, constitute a pair of contact electrodes, and a total of N pairs of contact electrodes are formed. A force detecting device using a variable resistance element, characterized in that a contact electrode is formed.
【請求項7】 請求項6に記載の力検出装置において、 基板上に定義された円周に沿って、第1グループに所属
する電極と第2グループに所属する電極とを交互に配置
し、 仲介電極を、弾性変形体側の「前記円周に対向する円
周」に沿って形成したことを特徴とする可変抵抗要素を
用いた力検出装置。
7. The force detecting device according to claim 6, wherein the electrodes belonging to the first group and the electrodes belonging to the second group are alternately arranged along a circumference defined on the substrate, A force detecting device using a variable resistance element, wherein the intermediary electrode is formed along the "circumference facing the circumference" on the elastically deformable body side.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の力検出
装置において、 可変抵抗要素が、基板上に配置された抵抗体と、弾性変
形体の前記抵抗体に対向する位置に配置された接触用導
電体と、を有し、 前記接触用導電体は、弾性変形する材料から構成され、
少なくとも前記抵抗体に対する接触面は導電性を有して
おり、かつ、前記弾性変形体の変位によって加わる圧力
に応じて前記抵抗体に対する接触面の面積が変化する形
状を有しており、 前記接触面の面積の変化に応じて、前記抵抗体上の「前
記接触用導電体の接触位置」を挟む二点間の抵抗値が変
化するように構成されていることを特徴とする可変抵抗
要素を用いた力検出装置。
8. The force detection device according to claim 1, wherein the variable resistance element is arranged at a position opposite to the resistance body arranged on the substrate and the elastic deformation body. And a contact conductor, wherein the contact conductor is made of an elastically deformable material,
At least the contact surface for the resistor has conductivity, and has a shape in which the area of the contact surface for the resistor changes according to the pressure applied by the displacement of the elastic deformation body, A variable resistance element characterized in that the resistance value between two points sandwiching the “contact position of the contact conductor” on the resistor is changed according to the change of the surface area. Force detection device used.
【請求項9】 請求項8に記載の力検出装置において、 接触用導電体を、導電性ゴムによって構成したことを特
徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
9. The force detecting device according to claim 8, wherein the contact conductor is made of conductive rubber.
【請求項10】 請求項1〜7のいずれかに記載の力検
出装置において、 可変抵抗要素が、第1の抵抗体と、前記第1の抵抗体に
対向する位置に配置された第2の抵抗体と、を有し、前
記第1の抵抗体および前記第2の抵抗体の少なくとも一
方の他方に対向する表面部分が、弾性変形を生じる凹凸
構造をなし、検出対象となる外力の作用によって加わる
圧力に応じて前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体との
接触面の面積が変化するように構成され、 前記接触面の面積の変化に応じて、前記第1の抵抗体側
に接続された所定点と前記第2の抵抗体側に接続された
所定点との間の抵抗値が変化するように構成されている
ことを特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
10. The force detection device according to claim 1, wherein the variable resistance element includes a first resistor and a second resistor arranged at a position facing the first resistor. A surface of the first resistor and the second resistor facing the other of the first resistor and the second resistor has a concavo-convex structure that causes elastic deformation. The area of the contact surface between the first resistor and the second resistor is changed according to the applied pressure, and the area of the contact surface is changed to the first resistor side. A force detecting device using a variable resistance element, wherein a resistance value between a predetermined point connected and a predetermined point connected to the second resistor side is changed.
【請求項11】 請求項10に記載の力検出装置におい
て、 第1の抵抗体および第2の抵抗体を、感圧導電性インク
によって構成したことを特徴とする可変抵抗要素を用い
た力検出装置。
11. The force detection device according to claim 10, wherein the first resistor and the second resistor are made of pressure-sensitive conductive ink. apparatus.
【請求項12】 請求項3に記載の力検出装置におい
て、 可変抵抗要素が、基板上に配置され、中央部に空隙領域
を有する平板状の抵抗体と、弾性変形体の前記抵抗体に
対向する位置に配置された接触用導電体と、を有し、 前記接触用導電体は、弾性変形する材料から構成され、
少なくとも前記抵抗体に対する接触面は導電性を有して
おり、かつ、前記弾性変形体の変位によって加わる圧力
に応じて前記抵抗体に対する接触面の面積が変化する形
状を有しており、 前記接触面の面積の変化に応じて、前記抵抗体上の「前
記接触用導電体の接触位置」を挟む二点間の抵抗値が変
化するように構成され、 切替要素を構成する一対の接触用電極が、前記抵抗体の
中央部に形成された空隙領域に配置され、前記接触用導
電体が切替要素を構成する仲介電極として機能するよう
に構成されていることを特徴とする可変抵抗要素を用い
た力検出装置。
12. The force detection device according to claim 3, wherein the variable resistance element is arranged on the substrate and has a flat plate-like resistance body having a void region in a central portion, and the resistance body of the elastically deformable body is opposed to the resistance body. And a contact conductor arranged at a position, wherein the contact conductor is made of an elastically deformable material,
At least the contact surface for the resistor has conductivity, and has a shape in which the area of the contact surface for the resistor changes according to the pressure applied by the displacement of the elastic deformation body, A pair of contact electrodes, which are configured so that a resistance value between two points on both sides of the “contact position of the contact conductor” on the resistor changes according to a change in surface area, and which constitute a switching element. Is arranged in a void region formed in the central portion of the resistor, and the contact conductor is configured to function as an intermediary electrode constituting a switching element. Force detection device.
【請求項13】 請求項12に記載の力検出装置におい
て、 抵抗体の二点間の抵抗値に比べて十分大きな抵抗値をも
った抵抗素子を用意し、切替要素を構成する一対の接触
用電極間の導通状態を検出する回路と、前記二点間の抵
抗値を検出する回路と、を前記抵抗素子を介して隔絶す
るようにしたことを特徴とする可変抵抗要素を用いた力
検出装置。
13. The force detecting device according to claim 12, wherein a resistance element having a resistance value sufficiently larger than a resistance value between two points of the resistance body is prepared, and a pair of contact elements constituting a switching element are provided. A force detection device using a variable resistance element, characterized in that a circuit for detecting a conduction state between electrodes and a circuit for detecting a resistance value between the two points are isolated from each other via the resistance element. .
【請求項14】 請求項1〜13のいずれかに記載の力
検出装置において、 検出回路が、抵抗体の二点間に電圧を印加することによ
り当該二点間の抵抗値を検出する回路を有し、検出モー
ドにおいては前記電圧を印加し、待機モードにおいては
前記電圧を印加しない制御が行われることを特徴とする
可変抵抗要素を用いた力検出装置。
14. The force detection device according to claim 1, wherein the detection circuit detects a resistance value between the two points by applying a voltage between the two points of the resistor. A force detection device using a variable resistance element, wherein control is performed such that the voltage is applied in the detection mode and the voltage is not applied in the standby mode.
【請求項15】 請求項14に記載の力検出装置におい
て、 切替要素を構成する一対の接触用電極の導通/絶縁状態
をON/OFFスイッチとして利用し、抵抗体の二点間
への電圧印加が行われるように構成したことを特徴とす
る可変抵抗要素を用いた力検出装置。
15. The force detection device according to claim 14, wherein the conduction / insulation state of the pair of contact electrodes forming the switching element is used as an ON / OFF switch, and a voltage is applied between two points of the resistor. A force detection device using a variable resistance element, characterized in that
【請求項16】 請求項1〜15のいずれかに記載の力
検出装置において、 剛性材料からなる操作盤を弾性変形体に取り付け、この
操作盤に加えられた操作入力に基づいて弾性変形体に変
位が生じるようにしたことを特徴とする可変抵抗要素を
用いた力検出装置。
16. The force detection device according to claim 1, wherein an operation panel made of a rigid material is attached to the elastically deformable body, and the elastically deformable body is attached to the elastically deformable body based on an operation input applied to the operation panel. A force detecting device using a variable resistance element characterized in that displacement is generated.
【請求項17】 請求項1〜16のいずれかに記載の力
検出装置において、 弾性変形体が、基板上面に対してほぼ平行になるように
配置された膜状部と、この膜状部の周囲を前記基板上面
に固定するための側壁部と、前記膜状部の下面の所定の
複数箇所から下方に伸びた柱状突起と、を有し、少なく
とも前記膜状部の一部および前記柱状突起が弾性材料に
よって構成されていることを特徴とする可変抵抗要素を
用いた力検出装置。
17. The force detecting device according to claim 1, wherein the elastic deformable body is arranged so as to be substantially parallel to the upper surface of the substrate, and the film-like portion of the film-like portion. A side wall portion for fixing the periphery to the upper surface of the substrate, and a columnar protrusion extending downward from a predetermined plurality of locations on the lower surface of the film-like portion, and at least a part of the film-like portion and the columnar protrusion. A force detecting device using a variable resistance element, characterized in that: is made of an elastic material.
【請求項18】 請求項17に記載の力検出装置におい
て、 弾性変形体を、一体成型されたゴムによって構成したこ
とを特徴とする可変抵抗要素を用いた力検出装置。
18. The force detecting device according to claim 17, wherein the elastically deformable body is made of integrally molded rubber.
【請求項19】 所定のプログラムに基づいて所定の処
理を実行する電子機器に対して、所定方向への操作量を
示す操作入力を行うための電子機器用入力装置であっ
て、請求項1〜18のいずれかに記載の力検出装置を含
み、この力検出装置によって検出された外力を操作量と
して取り扱うことを特徴とする電子機器用入力装置。
19. An electronic device input device for inputting an operation indicating an operation amount in a predetermined direction to an electronic device that executes a predetermined process based on a predetermined program, 18. An input device for electronic equipment, comprising the force detection device according to any one of 18, and handling an external force detected by the force detection device as an operation amount.
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