JP2003287468A - Capacitance type sensor - Google Patents

Capacitance type sensor

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JP2003287468A
JP2003287468A JP2002091917A JP2002091917A JP2003287468A JP 2003287468 A JP2003287468 A JP 2003287468A JP 2002091917 A JP2002091917 A JP 2002091917A JP 2002091917 A JP2002091917 A JP 2002091917A JP 2003287468 A JP2003287468 A JP 2003287468A
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JP
Japan
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axis
diaphragm
capacitance
substrate
force
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002091917A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Morimoto
森本  英夫
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Nitta Corp
Original Assignee
Nitta Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent output from being affected by components in other axial directions. <P>SOLUTION: A diaphragm 40 is arranged at a location opposite to electrodes E1-E5 for capacitative elements formed on a substrate 20. The diaphragm 40 is displaced in the direction of a Z axis as a stick 30 is operated from the outside and moved in the direction of the Z axis and constitutes the capacitative elements C0-C5 in-between the electrodes E1-E5 for the capacitative elements. Recessed parts 41-45 are formed and arranged in the upper surface of the diaphragm 40 in the same circumference containing a region inside and corresponding to the stick 30. In the case that a force in the direction of a Y axis is exerted on the stick 30 from the outside, an output component in the direction of an X axis and an output component in the direction of the Z axis change approximately linearly to the magnitude of the force in the direction of the Y axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、多次元方向の力の
検出を行うために用いて好適な静電容量式センサに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance type sensor suitable for use in detecting forces in multidimensional directions.

【0002】[0002]

【従来の技術】静電容量式センサは、操作者が加えた力
の大きさおよび方向を電気信号に変換する装置として利
用されている。例えば、ゲーム機器の入力装置として、
多次元方向の操作入力を行うための静電容量式力覚セン
サ(いわゆるジョイスティック)として組み込んだ装置
が利用されている。静電容量式センサでは、操作者から
伝えられた力の大きさとして、所定のダイナミックレン
ジをもった操作量を入力することができる。また、加え
られた力を各方向成分ごとに分けて検出することが可能
な二次元または三次元力覚センサとしても利用されてい
る。特に、2枚の電極によって静電容量素子を形成し、
電極間隔の変化に起因する静電容量値の変化に基づいて
力の検出を行う静電容量式力覚センサは、構造を単純化
してコストダウンを図ることができるメリットがあるた
めに、さまざまな分野で実用化されている。
2. Description of the Related Art A capacitance type sensor is used as a device for converting the magnitude and direction of a force applied by an operator into an electric signal. For example, as an input device for game machines,
A device incorporated as a capacitance type force sensor (so-called joystick) for inputting operation in multidimensional directions is used. With the capacitance type sensor, an operation amount having a predetermined dynamic range can be input as the magnitude of the force transmitted from the operator. It is also used as a two-dimensional or three-dimensional force sensor that can detect the applied force separately for each direction component. In particular, a capacitance element is formed by two electrodes,
Capacitance type force sensors that detect force based on changes in capacitance value due to changes in electrode spacing have various advantages because they have the advantage of simplifying the structure and reducing costs. It has been put to practical use in the field.

【0003】静電容量式センサとしては、図17に示す
ように、基板520と、外部から力が加えられる操作用
部材であるスティック530と、金属製のダイヤフラム
540と、基板520上に形成された容量素子用電極E
501〜E505および基準電極E500と、容量素子
用電極E501〜E505に密着して基板520上を覆
うように形成されたレジスト膜550と、ダイヤフラム
540と基準電極E500との間に配置された金属製の
スペーサ560と、スティック530の周囲を囲むよう
に配置されたカバープレート570とを有しているもの
がある。
As shown in FIG. 17, a capacitance type sensor is formed on a substrate 520, a stick 530 which is an operating member to which force is applied from the outside, a metal diaphragm 540, and a substrate 520. Electrode E for capacitive element
501 to E505 and the reference electrode E500, a resist film 550 formed so as to be in close contact with the capacitive element electrodes E501 to E505 and cover the substrate 520, and a metal film disposed between the diaphragm 540 and the reference electrode E500. Some of them have a spacer 560 and a cover plate 570 arranged so as to surround the periphery of the stick 530.

【0004】基板520上には、図18に示すように、
原点Oを中心とする円形の容量素子用電極E505と、
その外側に配置された容量素子用電極E501〜E50
4と、さらにその外側に配置された基準電極E500と
が形成されている。ここで、一対の容量素子用電極E5
01およびE502は、X軸方向に離隔してY軸に対し
て線対称に配置されており、一対の容量素子用電極E5
03およびE504は、Y軸方向に離隔してX軸に対し
て線対称に配置されている。
On the substrate 520, as shown in FIG.
A circular capacitive element electrode E505 centered on the origin O,
Electrodes E501 to E50 for capacitance elements arranged outside thereof
4 and a reference electrode E500 arranged further outside thereof. Here, the pair of capacitive element electrodes E5
01 and E502 are arranged in line symmetry with respect to the Y axis with being separated from each other in the X axis direction, and a pair of electrodes for capacitive element E5 is provided.
03 and E504 are arranged in line symmetry with respect to the X axis with being separated in the Y axis direction.

【0005】なお、カバープレート570、ダイヤフラ
ム540、スペーサ560および基板520には、それ
ぞれ対応する位置に貫通孔(図示しない)が形成されて
いる。従って、ネジ571が、カバープレート570、
ダイヤフラム540、スペーサ560、基板520の順
にそれぞれの貫通孔に嵌挿された後、ナット572に対
して螺締されることによって、それぞれが互いに固定さ
れる。
Through holes (not shown) are formed in the cover plate 570, the diaphragm 540, the spacer 560 and the substrate 520 at corresponding positions. Therefore, the screws 571 are attached to the cover plate 570,
The diaphragm 540, the spacer 560, and the substrate 520 are fitted into the through holes in this order, and then screwed into the nut 572, so that they are fixed to each other.

【0006】ここで、例えばスティック530に対して
外部からX軸正方向の力が加えられると、ダイヤフラム
540は、容量素子用電極E501に対向する部分が下
方に変位し、容量素子用電極E502に対向する部分は
上方に変位するように変形する。そして、ダイヤフラム
540と容量素子用電極E501、E502とのそれぞ
れの間の間隔が変化することによって、それぞれの間で
構成された容量素子の静電容量値が変化する。従って、
この静電容量値の変化を検出することによって、外部か
ら加えられたX軸正方向の力の大きさおよび方向を知る
ことが可能となっている。なお、このとき、かかるセン
サにおける出力のX軸成分は、スティック530に対し
て加えられるX軸正方向の力の大きさに対してほぼ直線
的に(比例するように)変化することが多い。
Here, for example, when a force in the positive direction of the X-axis is applied to the stick 530 from the outside, the portion of the diaphragm 540 facing the capacitive element electrode E501 is displaced downward, and the capacitive element electrode E502 is moved. The facing portions are deformed so as to be displaced upward. When the distance between the diaphragm 540 and each of the capacitive element electrodes E501 and E502 changes, the capacitance value of the capacitive element formed between each changes. Therefore,
By detecting this change in capacitance value, it is possible to know the magnitude and direction of the force in the positive direction of the X-axis applied from the outside. At this time, the X-axis component of the output of the sensor often changes almost linearly (in proportion) to the magnitude of the force applied to the stick 530 in the positive X-axis direction.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】また、スティック53
0に対してX軸正方向の力が加えられる場合には、X軸
方向に直交する方向(他軸方向)であるY軸方向および
Z軸方向には力が加えられていない。しかしながら、ダ
イヤフラム540は単純な平板状の部材であるため、X
軸正方向の力が加えらた場合に、ダイヤフラム540が
比較的広範囲においてねじれによる撓みを生じやすく、
ダイヤフラム540のY軸方向およびZ軸方向に対応す
る部分についても変形してしまうことがある。従って、
ダイヤフラム540と容量素子用電極E503、E50
4およびE505とのそれぞれの間の間隔が変化して、
それぞれの間で構成された容量素子の静電容量値が変化
するため、力が加えられていないY軸方向およびZ軸方
向についても出力されてしまう。これにより、スティッ
ク530に対して加えられたX軸正方向の力を適正に検
出することができなくなる。
The stick 53 is also used.
When a force in the X-axis positive direction is applied to 0, no force is applied in the Y-axis direction and the Z-axis direction, which are directions orthogonal to the X-axis direction (another axis direction). However, since the diaphragm 540 is a simple plate-shaped member, X
When a force in the positive axial direction is applied, the diaphragm 540 is likely to bend due to twisting in a relatively wide range,
The portion of the diaphragm 540 corresponding to the Y-axis direction and the Z-axis direction may also be deformed. Therefore,
Diaphragm 540 and capacitance element electrodes E503, E50
4 and the distance between each of E505 and
Since the capacitance value of the capacitive element formed between them changes, it is also output in the Y-axis direction and the Z-axis direction where no force is applied. This makes it impossible to properly detect the force applied to the stick 530 in the positive direction of the X axis.

【0008】また、ダイヤフラム540とカバープレー
ト570およびスペーサ560との密着具合(ダイヤフ
ラム540の固定状態)によって、ダイヤフラム540
のY軸方向およびZ軸方向に対応する部分での撓み量、
つまり、出力のY軸方向成分およびZ軸方向成分が、X
軸正方向の力の大きさに対して直線的に変化しないこと
がある。ここで、出力のY軸方向成分およびZ軸方向成
分がX軸正方向の力の大きさに対して直線的に変化する
場合には、各方向成分の出力を利用して演算することに
よって、X軸正方向の力を適正に検出することができる
が、そうでない場合には、X軸正方向の力を適正に検出
することができない。そのため、複数の同種のセンサを
製造する場合に生じるセンサの個体差が、演算によって
適正に補償されなくなる。
Further, the diaphragm 540 depends on the degree of close contact between the diaphragm 540 and the cover plate 570 and the spacer 560 (fixed state of the diaphragm 540).
The amount of deflection at the portion corresponding to the Y-axis direction and the Z-axis direction,
That is, the Y-axis direction component and the Z-axis direction component of the output are X
It may not change linearly with the magnitude of the force in the positive axial direction. Here, when the Y-axis direction component and the Z-axis direction component of the output linearly change with respect to the magnitude of the force in the X-axis positive direction, the output of each direction component is used for calculation, The force in the X-axis positive direction can be detected properly, but if not, the force in the X-axis positive direction cannot be detected properly. Therefore, the individual difference of the sensors that occurs when a plurality of sensors of the same type are manufactured cannot be properly compensated by calculation.

【0009】そこで、本発明の主な目的は、出力の他軸
方向成分の影響を受けにくい静電容量式センサを提供す
ることである。
Therefore, a main object of the present invention is to provide a capacitance type sensor which is less likely to be affected by the other axial component of the output.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するための研究を続けた結果、容量素子用電極との
間で容量素子を構成するダイヤフラムに凹部を適切に形
成することによって、所定軸方向の力が加えられた場合
に、出力の当該所定軸方向と直交する方向(他軸方向)
の成分が所定軸方向の力の大きさに対して直線的に変化
するようになることを見出した。
As a result of continuing the research for achieving the above-mentioned object, the present inventor found that by appropriately forming a concave portion in a diaphragm constituting a capacitive element between the capacitive element electrode and the capacitive element electrode. , When a force is applied in the specified axis direction, the direction of the output orthogonal to the specified axis direction (other axis direction)
It has been found that the component of becomes linearly changed with respect to the magnitude of the force in the predetermined axial direction.

【0011】すなわち、請求項1の静電容量式センサ
は、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記
基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前
記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方
向に変位可能であって、前記検知部材に対応する領域を
内側に含むような円周上に凹部が形成されている導電性
部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間
で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に
形成され、前記導電性部材と電気的に接続されるととも
に、接地または一定の電位に保持された基準電極とを備
えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号
を利用して前記導電性部材と前記容量素子用電極との間
隔の変化に起因する前記容量素子の静電容量値の変化が
検出されることに基づいて前記検知部材の変位を認識可
能であることを特徴とするものである。
That is, the capacitance type sensor according to claim 1 is located between the substrate, the detection member facing the substrate, and the substrate and the detection member, and the detection member is the substrate. A conductive member which is capable of being displaced in the same direction as it is displaced in the vertical direction, and in which a concave portion is formed on the circumference such that the region corresponding to the detection member is included inside; An electrode for a capacitive element that is formed on the conductive member and forms a capacitive element with the conductive member, and is formed on the substrate and electrically connected to the conductive member, and is grounded or at a constant potential. A held reference electrode, and using a signal input to the capacitance element electrode, the static capacitance of the capacitance element caused by a change in the distance between the conductive member and the capacitance element electrode. Based on the change in capacitance being detected It is characterized in that it is recognizable to displacement of the sensing member are.

【0012】請求項1によると、導電性部材が、検知部
材に対応する領域を内側に含むような円周上に配置され
た凹部を有していることによって、検知部材に対して所
定軸方向の力が加えられた場合に、出力の他軸方向成分
が所定軸方向の力の大きさに対してほぼ直線的に変化す
るようになる。また、出力の他軸方向成分は、所定軸方
向の力の大きさに対して直線的に再現性良く変化する。
従って、各方向成分の出力を利用して演算することによ
って、作用する力の方向成分が適正に検出される。これ
により、導電性部材の固定状態の影響を受けにくくなる
とともに、当該センサの個体差を演算によって適正に補
償することが可能となる。
According to the first aspect of the present invention, the conductive member has the concave portion arranged on the circumference so as to include the region corresponding to the detecting member on the inner side. Is applied, the other axial component of the output changes substantially linearly with the magnitude of the force in the predetermined axial direction. The other axial component of the output linearly changes with good reproducibility with respect to the magnitude of the force in the predetermined axial direction.
Therefore, the directional component of the acting force is properly detected by performing the calculation using the output of each directional component. As a result, the influence of the fixed state of the conductive member is less likely to occur, and the individual difference of the sensor can be appropriately compensated by calculation.

【0013】なお、上述のような効果が得られるのは、
以下のような理由によるものと推論できる。検知部材に
対して外部から所定軸方向の力が加えられた場合には、
導電性部材は剛性の小さい凹部で変形し易く、導電性部
材の所定軸方向および他軸方向に対応する部分に形成さ
れた凹部を中心として変形する。このとき、導電性部材
の他軸方向の撓みは、その方向に対応する凹部に集中す
るため、その撓み量は比較的大きくなり易い。従って、
当該凹部が形成されている導電性部材においては、凹部
が形成されていない平板状の導電性部材の場合と比較し
て、導電性部材の他軸方向の変形状態が、導電性部材の
固定状態の影響によって変化することが少なくなる。従
って、導電性部材の他軸方向に対応する凹部における撓
み量は、所定軸方向の力の大きさに対してほぼ直線的に
変化するようになる。また、このとき、出力の他軸方向
成分も同様に、所定軸方向の力の大きさに対してほぼ直
線的に変化する。
The above-mentioned effects are obtained
It can be inferred that it is due to the following reasons. When a force is applied to the detection member in the predetermined axial direction from the outside,
The conductive member is easily deformed by the concave portion having low rigidity, and is deformed around the concave portion formed in the portion corresponding to the predetermined axial direction and the other axial direction of the conductive member. At this time, since the bending of the conductive member in the other axial direction is concentrated in the concave portion corresponding to that direction, the bending amount is likely to be relatively large. Therefore,
In the conductive member in which the recess is formed, the deformed state in the other axial direction of the conductive member is the fixed state of the conductive member as compared with the case of the flat plate-shaped conductive member in which the recess is not formed. Change less due to the effect of. Therefore, the amount of bending in the recess corresponding to the other axial direction of the conductive member changes substantially linearly with the magnitude of the force in the predetermined axial direction. At this time, the other axial component of the output also changes substantially linearly with respect to the magnitude of the force in the predetermined axial direction.

【0014】また、導電性部材は円周上に形成された凹
部を有しているため、検知部材に対して外部から加えら
れる力の方向に拘わらず、どのような方向の力に対して
も、導電性部材は方向性なく変形することができる。従
って、当該センサの感度が、導電性部材の変形の方向性
に起因して検知部材に加えられる力の方向によって異な
るという事態が生じることがほとんどない。その結果、
方向性のないセンサを得ることができる。
Further, since the conductive member has a concave portion formed on the circumference thereof, it can be applied to a force in any direction regardless of the direction of the force applied to the detecting member from the outside. The conductive member can be deformed without directivity. Therefore, the situation in which the sensitivity of the sensor varies depending on the direction of the force applied to the detection member due to the directionality of the deformation of the conductive member rarely occurs. as a result,
It is possible to obtain a sensor having no directivity.

【0015】また、請求項2の静電容量式センサは、前
記導電性部材が、前記円周に沿って互いに離隔するよう
に配置された複数の凹部を有していることを特徴とする
ものである。
Further, the capacitance type sensor according to claim 2 is characterized in that the conductive member has a plurality of recesses arranged so as to be separated from each other along the circumference. Is.

【0016】請求項2によると、導電性部材には、凹部
が形成されており肉薄である部分と凹部が形成されてお
らず肉厚である部分とが当該円周方向に沿って交互に並
んでいる。従って、検知部材に対して力が加えられた状
態では、上記の2つの部分がねじれた構造になってい
る。そのため、検知部材に対して力が加えられた状態か
ら当該力が加えられなくなった場合には、導電性部材
は、ねじれ構造による復元力によって、凹部が形成され
ていない場合および凹部が環状に形成されている場合と
比較して、元の状態(ねじれのない状態)に戻り易い。
これにより、検知部材に対する反応を素早くすることが
できる。
According to the second aspect of the present invention, the conductive member is provided with recesses which are thin and thin portions and recesses which are not thick and which are thick and are alternately arranged along the circumferential direction. I'm out. Therefore, when a force is applied to the detection member, the above two parts have a twisted structure. Therefore, when the force is no longer applied to the detection member from the state in which the force is applied, the conductive member is formed by the restoring force of the twisted structure when the recess is not formed and when the recess is formed in an annular shape. It is easier to return to the original state (state without twisting) as compared with the case of being twisted.
Thereby, the reaction with respect to the detection member can be made quick.

【0017】また、請求項3の静電容量式センサは、前
記導電性部材が、同心円状に互いに離隔するように配置
された複数の凹部を有していることを特徴とするもので
ある。
Further, the electrostatic capacitance type sensor according to a third aspect of the invention is characterized in that the conductive member has a plurality of concave portions arranged concentrically so as to be separated from each other.

【0018】請求項3によると、同心円状に形成された
複数の環状の凹部のそれぞれの両端部近傍に発生する応
力は、同一円周上に配置された1つの環状の凹部の両端
部近傍に発生する応力と比較して、分散されることによ
って小さくなる。従って、凹部の両端部近傍の1個所あ
たりに発生する応力が低減されるため、導電性部材の耐
久性が向上する。
According to the third aspect of the present invention, the stress generated in the vicinity of each end of each of the plurality of concentric annular recesses is in the vicinity of both ends of one annular recess arranged on the same circumference. Compared with the stress that occurs, it becomes smaller by being dispersed. Therefore, the stress generated near one end of the recess is reduced, and the durability of the conductive member is improved.

【0019】また、請求項4の静電容量式センサは、前
記凹部が、前記導電性部材の前記基板と対向する面と反
対側の面に形成されていることを特徴とするものであ
る。
Further, the electrostatic capacitance type sensor according to a fourth aspect is characterized in that the concave portion is formed on a surface of the conductive member opposite to a surface facing the substrate.

【0020】請求項4によると、凹部が導電性部材の基
板と対向する面と反対側の面に形成されているため、凹
部が導電性部材の基板と対向する面において容量素子用
電極と対向するように形成されている場合と比較して、
導電性部材と容量素子用電極との間の間隔が小さくな
る。そのため、導電性部材と容量素子用電極との間に構
成される容量素子の静電容量値が比較的大きくなって、
当該センサの感度を向上させることができる。
According to the present invention, since the recess is formed on the surface of the conductive member opposite to the surface facing the substrate, the recess faces the capacitor element electrode on the surface facing the substrate of the conductive member. Compared with the case where it is formed to
The space between the conductive member and the capacitance element electrode is reduced. Therefore, the capacitance value of the capacitive element formed between the conductive member and the capacitive element electrode becomes relatively large,
The sensitivity of the sensor can be improved.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明
の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図
である。図2は、図1の静電容量式センサの基板上に形
成されている複数の電極の配置を示す図である。図3
は、図1の静電容量式センサのダイヤフラムの上面図で
ある。なお、以下で説明する実施の形態は、本発明の静
電容量式センサを力覚センサとして用いたものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a capacitance type sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of a plurality of electrodes formed on the substrate of the capacitance type sensor of FIG. Figure 3
FIG. 2 is a top view of a diaphragm of the capacitance type sensor of FIG. 1. The embodiment described below uses the capacitance sensor of the present invention as a force sensor.

【0022】静電容量式センサ1は、基板20と、人な
どによって操作されることによって外部から力が加えら
れる操作用部材であるスティック30と、金属製のダイ
ヤフラム40と、基板20上に形成された容量素子用電
極E1〜E5(図1ではE11、E2およびE5のみを
示す)および基準電極(共通電極)E0と、容量素子用
電極E1〜E5に密着して基板20上を覆うように形成
されたレジスト膜50と、ダイヤフラム40と基準電極
E0との間に配置された金属製のスペーサ60と、ステ
ィック30の周囲を囲むように配置されたカバープレー
ト70とを有している。
The capacitance type sensor 1 is formed on the substrate 20, the stick 30 which is an operating member to which a force is applied from the outside by being operated by a person, a metal diaphragm 40, and the substrate 20. The capacitive element electrodes E1 to E5 (only E11, E2, and E5 are shown in FIG. 1) and the reference electrode (common electrode) E0 are closely attached to the capacitive element electrodes E1 to E5 to cover the substrate 20. It has the formed resist film 50, a metal spacer 60 arranged between the diaphragm 40 and the reference electrode E0, and a cover plate 70 arranged so as to surround the stick 30.

【0023】ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、
XYZ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しなが
ら各部品の配置の説明を行うことにする。すなわち、図
1では、基板20上のダイヤフラム40の中心位置に対
向する位置に原点Oが定義され、右水平方向にX軸が、
上垂直方向にZ軸が、紙面に垂直奥行方向にY軸がそれ
ぞれ定義されている。ここで、基板20の表面は、XY
平面を規定し、基板20上の容量素子用電極E5の中心
位置、ダイヤフラム40の中心位置およびスティック3
0の軸方向中心位置をZ軸が通ることになる。
Here, for convenience of explanation, as shown in FIG.
The XYZ three-dimensional coordinate system is defined, and the arrangement of each component will be described with reference to this coordinate system. That is, in FIG. 1, the origin O is defined at a position facing the center position of the diaphragm 40 on the substrate 20, and the X axis is defined in the right horizontal direction.
The Z axis is defined in the upper vertical direction, and the Y axis is defined in the vertical direction in the plane of the drawing. Here, the surface of the substrate 20 is XY
A plane is defined, and the center position of the capacitive element electrode E5 on the substrate 20, the center position of the diaphragm 40, and the stick 3 are defined.
The Z axis passes through the axial center position of 0.

【0024】基板20は、一般的な電子回路用のプリン
ト回路基板であり、この例ではガラスエポキシ基板が用
いられている。また、基板20として、ポリイミドフィ
ルムなどのフィルム状の基板を用いてもよいが、フィル
ム状の基板の場合は可撓性を有しているため、十分な剛
性をもった支持基板上に配置して用いるのが好ましい。
なお、基板20には、カバープレート70、ダイヤフラ
ム40およびスペーサ60を固定するためのネジ(ビ
ス)71が嵌挿される貫通孔(図示しない)が形成され
ている。
The board 20 is a printed circuit board for a general electronic circuit, and a glass epoxy board is used in this example. A film-shaped substrate such as a polyimide film may be used as the substrate 20, but in the case of a film-shaped substrate, since it has flexibility, it is arranged on a supporting substrate having sufficient rigidity. It is preferable to use.
The substrate 20 is formed with a through hole (not shown) into which a screw (screw) 71 for fixing the cover plate 70, the diaphragm 40, and the spacer 60 is inserted.

【0025】そして、基板20上には、図2に示すよう
に、原点Oを中心とする円形の容量素子用電極E5と、
その外側に配置された略扇形の容量素子用電極E1〜E
4と、さらにその外側に配置された原点Oを中心とする
環状(リング状)の基準電極E0とが形成されている。
ここで、一対の容量素子用電極E1およびE2は、X軸
方向に離隔してY軸に対して線対称に配置されている。
また、一対の容量素子用電極E3およびE4は、Y軸方
向に離隔してX軸に対して線対称に配置されている。な
お、基準電極E0は、容量素子用電極E5と容量素子用
電極E1〜E4との間に形成されてもよい。また、容量
素子用電極E5を無くし、原点Oを中心とする円形の基
準電極E0を形成してもよい。ただし、この場合には、
Z軸方向成分は検出できなくなる。
On the substrate 20, as shown in FIG. 2, a circular capacitive element electrode E5 centered on the origin O,
Substantially fan-shaped capacitive element electrodes E1 to E arranged on the outside thereof
4 and an annular (ring-shaped) reference electrode E0 centered on the origin O, which is arranged outside thereof.
Here, the pair of capacitance element electrodes E1 and E2 are arranged in line symmetry with respect to the Y axis while being separated in the X axis direction.
The pair of capacitive element electrodes E3 and E4 are arranged in line symmetry with respect to the X axis while being separated in the Y axis direction. The reference electrode E0 may be formed between the capacitive element electrode E5 and the capacitive element electrodes E1 to E4. Alternatively, the capacitive element electrode E5 may be eliminated and a circular reference electrode E0 centered on the origin O may be formed. However, in this case,
The Z-axis direction component cannot be detected.

【0026】ここでは、容量素子用電極E1はX軸正方
向に対応するように配置され、容量素子用電極E2はX
軸負方向に対応するように配置されており、外部からの
力のX軸方向成分の検出に利用される。また、容量素子
用電極E3はY軸正方向に対応するように配置され、容
量素子用電極E4はY軸負方向に対応するように配置さ
れており、外部からの力のY軸方向成分の検出に利用さ
れる。さらに、容量素子用電極E5は、原点O上に配置
されており、外部からの力のZ軸方向成分の検出に利用
される。
Here, the capacitor element electrode E1 is arranged so as to correspond to the positive direction of the X axis, and the capacitor element electrode E2 is X.
It is arranged so as to correspond to the axial negative direction, and is used for detecting the X-axis direction component of the force from the outside. The capacitive element electrode E3 is arranged so as to correspond to the Y-axis positive direction, and the capacitive element electrode E4 is arranged so as to correspond to the Y-axis negative direction. Used for detection. Further, the capacitive element electrode E5 is arranged on the origin O and is used for detecting the Z-axis direction component of the external force.

【0027】また、容量素子用電極E1〜E5および基
準電極E0は、スルーホールなどを利用して端子T0〜
T5(図4参照)にそれぞれ接続されており、端子T0
〜T5を通じて外部の電子回路などに接続されるように
なっている。なお、ここでは、基準電極E0は、端子T
0を介して接地されている。
The capacitive element electrodes E1 to E5 and the reference electrode E0 are connected to terminals T0 to T0 by using through holes or the like.
T5 (see FIG. 4) respectively, and the terminal T0
Through T5, it is connected to an external electronic circuit or the like. Note that, here, the reference electrode E0 is connected to the terminal T
It is grounded through 0.

【0028】レジスト膜50は、絶縁性を有する膜状部
材であって、基板20上の容量素子用電極E1〜E5に
密着して、基板20上を覆うように形成されている。こ
のため、レジスト膜50は、銅などで形成された容量素
子用電極E1〜E5が空気にさらされることがなく、そ
れらが酸化されるのを防止する機能を有している。ま
た、レジスト膜50が形成されているため、容量素子用
電極E1〜E5と、ダイヤフラム40とが直接接触する
ことはない。
The resist film 50 is a film member having an insulating property and is formed so as to be in close contact with the capacitive element electrodes E1 to E5 on the substrate 20 and cover the substrate 20. Therefore, the resist film 50 has a function of preventing the capacitive element electrodes E1 to E5 made of copper or the like from being exposed to air and preventing them from being oxidized. Further, since the resist film 50 is formed, the capacitive element electrodes E1 to E5 do not come into direct contact with the diaphragm 40.

【0029】スティック30は、受力部となる小径の上
段部31と、上段部31の下端部に伸延する大径の下段
部32とから構成されている。そして、上段部31の厚
さ(高さ)は、下段部32の厚さよりも大きくなってい
るため、スティック30は、全体としてZ軸方向に伸延
する棒状の部材である。ここで、下段部32の外径は、
容量素子用電極E1〜E4のそれぞれの内側の曲線を結
んでできる円の径より若干大きくなっており、上段部3
1の外径は、容量素子用電極E5の外径とほぼ同じにな
っている。従って、スティック30の下段部32のX軸
正方向部分、X軸負方向部分、Y軸正方向部分およびY
軸負方向部分は、容量素子用電極E1〜E4にそれぞれ
対応するように、つまり、操作方向(カーソルの移動方
向)に対応するように配置されている。
The stick 30 is composed of a small-diameter upper step portion 31 serving as a force receiving portion and a large-diameter lower step portion 32 extending to the lower end portion of the upper step portion 31. Since the thickness (height) of the upper step portion 31 is larger than the thickness of the lower step portion 32, the stick 30 is a rod-shaped member that extends in the Z-axis direction as a whole. Here, the outer diameter of the lower portion 32 is
The diameter is slightly larger than the diameter of the circle formed by connecting the inner curves of the capacitive element electrodes E1 to E4.
The outer diameter of 1 is substantially the same as the outer diameter of the capacitive element electrode E5. Therefore, the X-axis positive direction part, the X-axis negative direction part, the Y-axis positive direction part and the Y-axis part of the lower part 32 of the stick 30 are
The negative portion in the axial direction is arranged so as to correspond to each of the capacitive element electrodes E1 to E4, that is, so as to correspond to the operation direction (the moving direction of the cursor).

【0030】ダイヤフラム40は、基準電極E0の外径
とほぼ同じ長さを有する矩形の薄い鋼板である。ここ
で、ダイヤフラム40は金属で形成されているため、導
電性を有している。ダイヤフラム40の上面には、図3
に示すように、その中心位置を中心とする同一円周上に
配置された複数の略扇形の凹部(くぼみ)41〜45が
形成されているとともに、4つの角部近傍に配置された
4つの円形の貫通孔48が形成されている。
The diaphragm 40 is a rectangular thin steel plate having a length substantially equal to the outer diameter of the reference electrode E0. Since the diaphragm 40 is made of metal, it has conductivity. The upper surface of the diaphragm 40 is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, a plurality of substantially fan-shaped recesses (recesses) 41 to 45 arranged on the same circumference with the center position as the center are formed, and four recesses (dents) arranged near four corners are formed. A circular through hole 48 is formed.

【0031】ここで、ダイヤフラム40は、鋼板の他、
例えば導電性を有するプラスチック、導電性を有するゴ
ム、シリコンなど、導電性を有する部材であれば、どの
ようなものであってもよい。
The diaphragm 40 is made of a steel plate,
For example, any material may be used as long as it is a conductive member such as conductive plastic, conductive rubber, or silicon.

【0032】凹部41〜45は、ダイヤフラム40の上
面(基板20と対向する面と反対側の面)において、ダ
イヤフラム40の中心位置を中心とし、スティック30
の下段部32の外径とほぼ同じ径を有する円で囲まれる
領域の外側であって、且つ、ダイヤフラム40の中心位
置を中心とし、容量素子用電極E1〜E4のそれぞれの
外側の曲線を結んでできる円で囲まれる領域の内側に形
成されている。従って、凹部41〜45は、ダイヤフラ
ム40の上面において、スティック30に対応する領域
を内側に含むような同一円周上において、基板20上の
容量素子用電極E1〜E4に対応するように設けられて
いる。
The recesses 41 to 45 are located on the upper surface of the diaphragm 40 (the surface opposite to the surface facing the substrate 20) with the central position of the diaphragm 40 as the center and the stick 30.
The outer curves of the capacitance element electrodes E1 to E4 are connected to each other outside a region surrounded by a circle having a diameter substantially the same as the outer diameter of the lower step portion 32 and centered on the center position of the diaphragm 40. It is formed inside the area enclosed by the circle. Therefore, the recesses 41 to 45 are provided on the upper surface of the diaphragm 40 so as to correspond to the capacitive element electrodes E1 to E4 on the substrate 20 on the same circumference including the region corresponding to the stick 30 inside. ing.

【0033】ここで、凹部41はX軸正方向に対応する
位置に形成されており、凹部42はX軸負方向に対応す
る位置に形成されている。また、これと同様に、凹部4
3、44は、Y軸正方向およびY軸負方向にそれぞれ対
応する位置に形成されている。そして、凹部45は、凹
部41と凹部43との間、凹部43と凹部42との間、
凹部42と凹部44との間、凹部44と凹部41との間
において、それぞれが互いに同じ間隔だけ離隔して(均
等に)配置されるように形成されている。本実施の形態
では、凹部41〜44のそれぞれの間において、凹部4
5が3つずつ形成されており、ダイヤフラム40には、
総数16個の凹部が同一円周方向に沿って形成されてい
る。
Here, the concave portion 41 is formed at a position corresponding to the positive direction of the X axis, and the concave portion 42 is formed at a position corresponding to the negative direction of the X axis. Further, similarly to this, the concave portion 4
Reference numerals 3 and 44 are formed at positions corresponding to the Y-axis positive direction and the Y-axis negative direction, respectively. The recess 45 is formed between the recess 41 and the recess 43, between the recess 43 and the recess 42,
Between the recesses 42 and the recesses 44, and between the recesses 44 and the recesses 41, they are formed so as to be spaced apart from each other by the same distance (uniformly). In the present embodiment, the recess 4 is formed between the recesses 41 to 44.
5 are formed three by three, and the diaphragm 40 is
A total of 16 recesses are formed along the same circumferential direction.

【0034】また、凹部41〜45の大きさおよび深さ
は、すべて同じになるように形成されている。ここで、
凹部41〜45の大きさについては、凹部41〜45の
それぞれの円周に沿った方向の長さおよび円周に垂直な
方向に沿った方向の長さが、いずれもダイヤフラム40
の厚さよりも大きくなっている。また、凹部41〜45
の深さについては、いずれもダイヤフラム40の厚さの
半分の長さになっている。なお、凹部の大きさおよび深
さは、任意に変更することが可能である。但し、凹部の
深さは、ダイヤフラムの厚さの3分の1以上の長さであ
り且つ半分以下の長さであることが好ましい。
The recesses 41 to 45 are formed to have the same size and depth. here,
Regarding the size of the recesses 41 to 45, the length of the recesses 41 to 45 in the direction along the circumference and the length in the direction perpendicular to the circumference are both the diaphragm 40.
Is greater than the thickness of. Also, the recesses 41 to 45
As for the depth of each, the length is half the thickness of the diaphragm 40. The size and depth of the recess can be arbitrarily changed. However, the depth of the recess is preferably one-third or more of the thickness of the diaphragm and half or less of the thickness of the diaphragm.

【0035】なお、凹部41〜45は、ダイヤフラム4
0の所定の部分がエッチング法により削り取られること
によって形成されている。ここで、エッチング処理は、
プレス処理のように高価な金型を用いる必要がなく、安
価な版だけで処理を行うことができるため、ダイヤフラ
ム40のコストを低減することが可能となる。さらに、
凹部41〜45をエッチング処理によって形成すること
によって、ダイヤフラム40の薄型化を図ることができ
る。従って、静電容量式センサ1のコストを低減するこ
とおよび静電容量式センサ1の薄型化を図ることができ
る。また、ダイヤフラム40の外形の切断および貫通孔
48の加工もエッチング法によって行うことができる。
The recesses 41 to 45 are formed by the diaphragm 4
A predetermined portion of 0 is formed by scraping off by an etching method. Here, the etching process is
Since it is not necessary to use an expensive mold as in the press process, and the process can be performed only with an inexpensive plate, the cost of the diaphragm 40 can be reduced. further,
By forming the recesses 41 to 45 by etching, the diaphragm 40 can be made thinner. Therefore, it is possible to reduce the cost of the capacitance type sensor 1 and to reduce the thickness of the capacitance type sensor 1. Further, the outer shape of the diaphragm 40 and the processing of the through hole 48 can also be performed by an etching method.

【0036】さらに、凹部41〜45が形成されたダイ
ヤフラム40は、1つの単純な平板状のダイヤフラムに
凹部が形成されたものに限られず、単純な平板状(凹部
が形成されていない)ダイヤフラムと、凹部41〜45
に対応する開口が形成されたその他のダイヤフラムとの
2つのダイヤフラムが、熱によって圧接される或いは接
着されて構成されたものであってもよい。
Further, the diaphragm 40 in which the recesses 41 to 45 are formed is not limited to the one in which the recess is formed in one simple flat plate-shaped diaphragm, and a simple flat plate-shaped (no recessed part) diaphragm is used. , Recesses 41-45
The two diaphragms, including the other diaphragm having the opening corresponding to the above, may be pressure-welded or bonded by heat.

【0037】また、4つの貫通孔48は、容量素子用電
極E1〜E5に対向するように配置されたダイヤフラム
40を基板20に対して固定するために利用される。従
って、貫通孔48には、基板20に対して固定するネジ
71が嵌挿される。
The four through holes 48 are used to fix the diaphragm 40, which is arranged so as to face the capacitive element electrodes E1 to E5, to the substrate 20. Therefore, the screw 71 for fixing to the substrate 20 is fitted into the through hole 48.

【0038】ここで、スティック30の下段部32の下
面は、ダイヤフラム40の上面に対して溶接によって固
定されている、つまり、スティック30とダイヤフラム
40とは一体化されている。従って、スティック30に
対して外部から加えられた力が、ダイヤフラム40に対
して効率よく伝達される。
The lower surface of the lower step portion 32 of the stick 30 is fixed to the upper surface of the diaphragm 40 by welding, that is, the stick 30 and the diaphragm 40 are integrated. Therefore, the force applied to the stick 30 from the outside is efficiently transmitted to the diaphragm 40.

【0039】スペーサ60は、金属製の部材であって、
所定の厚さを有している。そして、スペーサ60は、ダ
イヤフラム40と基板20上の基準電極E0との間に配
置されており、ダイヤフラム40と基準電極E0とを電
気的に接続する機能を有している。さらに、スペーサ6
0は、ダイヤフラム40と容量素子用電極E1〜E5と
を所定間隔だけ離隔させる機能を有している。なお、ス
ペーサ60には、基板20に対して固定するネジ71が
嵌挿される貫通孔(図示しない)が形成されている。
The spacer 60 is a metal member,
It has a predetermined thickness. The spacer 60 is arranged between the diaphragm 40 and the reference electrode E0 on the substrate 20, and has a function of electrically connecting the diaphragm 40 and the reference electrode E0. Furthermore, the spacer 6
0 has a function of separating the diaphragm 40 and the capacitance element electrodes E1 to E5 by a predetermined distance. The spacer 60 is formed with a through hole (not shown) into which a screw 71 for fixing to the substrate 20 is inserted.

【0040】カバープレート70は、スティック30の
周囲を囲むように配置されている。そして、カバープレ
ート70には、基板20に対して固定するネジ71が嵌
挿される貫通孔(図示しない)が形成されており、後述
するように、カバープレート70が基板20に対して固
定された場合には、ダイヤフラム40をほぼ均一に基板
20に向かって押圧することができる。
The cover plate 70 is arranged so as to surround the periphery of the stick 30. Then, the cover plate 70 is formed with a through hole (not shown) into which a screw 71 for fixing to the substrate 20 is inserted, and the cover plate 70 is fixed to the substrate 20 as described later. In this case, the diaphragm 40 can be pressed against the substrate 20 almost uniformly.

【0041】ここで、カバープレート70、ダイヤフラ
ム40およびスペーサ60は、図1に示すように、基板
20に対して固定されている。つまり、ネジ71が、カ
バープレート70の貫通孔(図示しない)、ダイヤフラ
ム40の貫通孔48、スペーサ60の貫通孔(図示しな
い)、基板20の貫通孔(図示しない)の順に嵌挿され
た後、ナット72に対して螺締されることによって、そ
れぞれが互いに固定される。
Here, the cover plate 70, the diaphragm 40 and the spacer 60 are fixed to the substrate 20, as shown in FIG. That is, after the screws 71 are inserted into the through hole (not shown) of the cover plate 70, the through hole 48 of the diaphragm 40, the through hole of the spacer 60 (not shown), and the through hole of the substrate 20 (not shown) in this order. , Are fixed to each other by being screwed to the nut 72.

【0042】従って、ダイヤフラム40は、ネジ71お
よびナット72の締結力により、カバープレート70に
よって基板20に向かって押圧されている。そして、ス
ティック30に対して外部から力が加えられていない状
態では、ダイヤフラム40と基板20との間の間隔、つ
まり、ダイヤフラム40と容量素子用電極E1〜E5と
の間の間隔は、ほぼ一定に保たれている。
Therefore, the diaphragm 40 is pressed toward the substrate 20 by the cover plate 70 by the fastening force of the screw 71 and the nut 72. Then, when no force is applied to the stick 30 from the outside, the distance between the diaphragm 40 and the substrate 20, that is, the distance between the diaphragm 40 and the capacitance element electrodes E1 to E5 is substantially constant. Is kept at.

【0043】次に、上述のように構成された本実施の形
態に係る静電容量式センサ1の動作について、図面を参
照して説明する。図4は、図1に示す静電容量式センサ
の構成に対する等価回路図である。図5は、図1に示す
静電容量式センサに入力される周期信号から出力信号を
導出する方法を説明するための説明図である。図6は、
図1に示す静電容量式センサの検知部材にX軸正方向へ
の操作が施された場合の側面の模式的な断面図である。
Next, the operation of the capacitance type sensor 1 according to the present embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is an equivalent circuit diagram for the configuration of the capacitance type sensor shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of deriving an output signal from a periodic signal input to the capacitance type sensor shown in FIG. Figure 6
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a side surface when the detection member of the capacitance type sensor shown in FIG. 1 is operated in the positive direction of the X axis.

【0044】まず、静電容量式センサ1の構成と等価な
回路構成について、図4を参照して説明する。基板20
上に形成された容量素子用電極E1〜E5は、ダイヤフ
ラム40と離隔しつつ対向している。従って、共通の電
極である変位可能なダイヤフラム40と、固定された個
別の容量素子用電極E1〜E5との間には、容量素子C
1〜C5が形成されている。ここで、容量素子C1〜C
5は、それぞれダイヤフラム40の変位に起因して静電
容量値が変化するように構成された可変容量素子である
ということができる。
First, a circuit configuration equivalent to the configuration of the capacitance type sensor 1 will be described with reference to FIG. Board 20
The capacitive element electrodes E1 to E5 formed above are opposed to the diaphragm 40 while being separated from each other. Therefore, the capacitive element C is provided between the displaceable diaphragm 40, which is a common electrode, and the fixed individual capacitive element electrodes E1 to E5.
1 to C5 are formed. Here, the capacitive elements C1 to C
It can be said that each of the variable capacitance elements 5 is configured so that the capacitance value thereof changes due to the displacement of the diaphragm 40.

【0045】また、基準電極E0は、金属製のスペーサ
60を介して、ダイヤフラム40に電気的に接続されて
いる(図1参照)。従って、ダイヤフラム40は、スペ
ーサ60および基準電極E0を介して、接地された端子
T0に接続されていることになる。
The reference electrode E0 is electrically connected to the diaphragm 40 via a metal spacer 60 (see FIG. 1). Therefore, the diaphragm 40 is connected to the grounded terminal T0 via the spacer 60 and the reference electrode E0.

【0046】ここで、容量素子C1〜C5のそれぞれの
静電容量値は、ダイヤフラム40に接続された端子T0
と、容量素子用電極E1〜E5のそれぞれに接続された
端子T1〜T5との間の静電容量値として、それぞれ独
立して測定することができる。
Here, the capacitance value of each of the capacitance elements C1 to C5 is the terminal T0 connected to the diaphragm 40.
And the capacitance values between the terminals T1 to T5 connected to the capacitance element electrodes E1 to E5, respectively, can be independently measured.

【0047】次に、容量素子C1〜C5のそれぞれの静
電容量値の変化から、スティック30への外部からの力
の大きさおよび方向を示す出力信号の導出方法につい
て、図5を参照して説明する。ここで、出力信号Vx、
Vy、Vzは、それぞれ外部からの力のX軸方向成分、
Y軸方向成分およびZ軸方向成分の大きさおよび方向を
示す。
Next, referring to FIG. 5, a method of deriving an output signal indicating the magnitude and direction of the external force on the stick 30 from the change in the capacitance value of each of the capacitive elements C1 to C5 will be described. explain. Here, the output signal Vx,
Vy and Vz are components of the external force in the X-axis direction,
The magnitude and direction of the Y-axis direction component and the Z-axis direction component are shown.

【0048】なお、図5に示す容量素子C6は、常に一
定の静電容量値を保つように基板20の下面に配置され
た固定容量素子であって、例えばセラミックスコンデン
サ、ICの入力端子の容量素子などを利用することがで
きる。ここで、容量素子C6を構成する一方の電極は出
力信号Vzを導出するC/V変換回路に接続されてお
り、他方の電極は接地されている。この容量素子C6
は、容量素子C5とともに、外部からの力のZ軸方向成
分の出力信号Vzを導出するために用いられる。
The capacitive element C6 shown in FIG. 5 is a fixed capacitive element disposed on the lower surface of the substrate 20 so as to always maintain a constant electrostatic capacitance value, and is, for example, a ceramic capacitor or the capacitance of the input terminal of the IC. Elements or the like can be used. Here, one electrode of the capacitive element C6 is connected to a C / V conversion circuit that derives the output signal Vz, and the other electrode is grounded. This capacitive element C6
Is used together with the capacitive element C5 to derive the output signal Vz of the Z-axis direction component of the external force.

【0049】ここで、出力信号Vx、Vy、Vzを導出
するために、端子T1〜T6に対して、常にクロック信
号などの周期信号が入力される。端子T1〜T6に周期
信号が入力されている状態でスティック30が外部から
の力を受けて変位すると、これにともなってダイヤフラ
ム40がZ軸方向に変位し、容量素子C1〜C5の電極
間隔が変化して、容量素子C1〜C5のそれぞれの静電
容量値が変化する。すると、端子T1〜T5に入力され
た周期信号の位相にずれが生じる。このように、周期信
号に生じる位相のずれを利用して、スティック30の変
位、つまり、スティック30が外部から受けた力のX軸
方向、Y軸方向およびZ軸方向の大きさと方向を示す出
力信号Vx、Vy、Vzを得ることができる。
Here, in order to derive the output signals Vx, Vy, Vz, a periodic signal such as a clock signal is always input to the terminals T1 to T6. When the stick 30 is displaced by receiving an external force while the periodic signal is input to the terminals T1 to T6, the diaphragm 40 is displaced in the Z-axis direction accordingly, and the electrode intervals of the capacitive elements C1 to C5 are changed. The capacitance values of the capacitance elements C1 to C5 change accordingly. Then, the phases of the periodic signals input to the terminals T1 to T5 are deviated. In this way, by using the phase shift generated in the periodic signal, an output indicating the displacement of the stick 30, that is, the magnitude and direction of the force received by the stick 30 from the outside in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The signals Vx, Vy, Vz can be obtained.

【0050】さらに詳細に説明すると、端子T1〜T6
に対して周期信号を入力するとき、端子T1、T3、T
5に対しては周期信号Aが入力され、一方、端子T2、
T4、T6に対しては周期信号Aと同一の周期で、か
つ、周期信号Aの位相とは異なる周期信号Bが入力され
る。そのとき、スティック30が外部から力を受けて、
容量素子C1〜C5の静電容量値がそれぞれ変化する
と、端子T1〜T5にそれぞれ入力された周期信号Aま
たは周期信号Bの位相にそれぞれ異なった量のずれが生
じる。なお、容量素子C6の静電容量値は変化しないた
め、端子T6に入力された周期信号Bの位相にはずれは
生じない。
More specifically, the terminals T1 to T6 will be described.
When a periodic signal is input to the terminals T1, T3, T
The periodic signal A is input to 5 while the terminals T2,
To T4 and T6, the periodic signal B having the same period as the periodic signal A and different from the phase of the periodic signal A is input. At that time, the stick 30 receives a force from the outside,
When the capacitance values of the capacitive elements C1 to C5 change, the phases of the periodic signal A or the periodic signal B input to the terminals T1 to T5 respectively deviate by different amounts. Since the capacitance value of the capacitive element C6 does not change, the phase of the periodic signal B input to the terminal T6 does not shift.

【0051】すなわち、外部からの力にX軸方向成分が
含まれる場合は、容量素子C1の静電容量値が変化し、
端子T1に入力された周期信号Aの位相にずれが生じる
とともに、容量素子C2の静電容量値が変化し、端子T
2に入力された周期信号Bの位相にもずれが生じる。こ
こで、容量素子C1、C2の静電容量値の変化は、それ
ぞれ外部からの力のX軸正方向成分、X軸負方向成分に
対応している。したがって、端子T1に入力された周期
信号Aの位相のずれと、端子T2に入力された周期信号
Bの位相のずれとは、互いに逆方向の位相のずれであ
る。このように、端子T1および端子T2にそれぞれ入
力された周期信号Aおよび周期信号Bの位相のずれを論
理素子を利用した信号処理回路で読み取ることによっ
て、出力信号Vxが導出される。この出力信号Vxの符
号が、外部からの力のX軸方向成分が正方向または負方
向の向きかを示し、その絶対値がX軸方向成分の大きさ
を示す。
That is, when the external force includes a component in the X-axis direction, the capacitance value of the capacitive element C1 changes,
When the phase of the periodic signal A input to the terminal T1 is shifted, the capacitance value of the capacitive element C2 changes, and
The phase of the periodic signal B input to 2 also shifts. Here, changes in the capacitance values of the capacitive elements C1 and C2 correspond to the X-axis positive direction component and the X-axis negative direction component of the external force, respectively. Therefore, the phase shift of the periodic signal A input to the terminal T1 and the phase shift of the periodic signal B input to the terminal T2 are phase shifts in opposite directions. In this way, the output signal Vx is derived by reading the phase shift of the periodic signal A and the periodic signal B input to the terminal T1 and the terminal T2, respectively, by the signal processing circuit using the logic element. The sign of the output signal Vx indicates whether the X-axis direction component of the external force is in the positive direction or the negative direction, and its absolute value indicates the magnitude of the X-axis direction component.

【0052】また、外部からの力にY軸方向成分が含ま
れる場合は、容量素子C3の静電容量値が変化し、端子
T3に入力された周期信号Aの位相にずれが生じるとと
もに、容量素子C4の静電容量値が変化し、端子T4に
入力された周期信号Bの位相にもずれが生じる。ここ
で、容量素子C3、C4の静電容量値の変化は、それぞ
れ外部からの力のY軸正方向成分、Y軸負方向成分に対
応している。したがって、端子T3に入力された周期信
号Aの位相のずれと、端子T4に入力された周期信号B
の位相のずれとは、互いに逆方向の位相のずれである。
このように、端子T3および端子T4にそれぞれ入力さ
れた周期信号Aおよび周期信号Bの位相のずれを論理素
子を利用した信号処理回路で読み取ることによって、出
力信号Vyが導出される。この出力信号Vyの符号が、
外部からの力のY軸方向成分が正方向または負方向の向
きかを示し、その絶対値がY軸方向成分の大きさを示
す。
When the external force includes the Y-axis direction component, the capacitance value of the capacitive element C3 changes, the phase of the periodic signal A input to the terminal T3 shifts, and the capacitance changes. The capacitance value of the element C4 changes, and the phase of the periodic signal B input to the terminal T4 also shifts. Here, changes in the capacitance values of the capacitive elements C3 and C4 correspond to the Y-axis positive direction component and the Y-axis negative direction component of the external force, respectively. Therefore, the phase shift of the periodic signal A input to the terminal T3 and the periodic signal B input to the terminal T4
The phase shift of is a phase shift in opposite directions.
In this way, the output signal Vy is derived by reading the phase shift of the periodic signal A and the periodic signal B input to the terminals T3 and T4, respectively, by the signal processing circuit using the logic element. The sign of this output signal Vy is
It indicates whether the Y-axis direction component of the external force is in the positive direction or the negative direction, and its absolute value indicates the magnitude of the Y-axis direction component.

【0053】さらに、外部からの力にZ軸方向成分が含
まれる場合は、容量素子C5の静電容量値が変化し、端
子T5に入力された周期信号Aの位相にずれが生じる。
また、容量素子C6の静電容量値は一定に保たれている
ため、端子T6に入力された周期信号Bの位相にはずれ
が生じない。したがって、端子T5に入力された周期信
号Aにのみ位相のずれが生じ、この周期信号Aの位相の
ずれを論理素子を利用した信号処理回路で読み取ること
によって、出力信号Vzが導出される。この出力信号V
zの符号が、外部からの力のZ軸方向成分が正方向また
は負方向の向きかを示し、その絶対値がZ軸方向成分の
大きさを示す。
Further, when the external force includes a Z-axis direction component, the electrostatic capacitance value of the capacitive element C5 changes, and the phase of the periodic signal A input to the terminal T5 shifts.
Further, since the capacitance value of the capacitive element C6 is kept constant, the phase of the periodic signal B input to the terminal T6 does not deviate. Therefore, the phase shift occurs only in the periodic signal A input to the terminal T5, and the output signal Vz is derived by reading the phase shift of the periodic signal A by the signal processing circuit using the logic element. This output signal V
The sign of z indicates whether the Z-axis direction component of the external force is in the positive direction or the negative direction, and its absolute value indicates the magnitude of the Z-axis direction component.

【0054】なお、外部からの力にX軸方向成分または
Y軸方向成分が含まれる場合において、スティック30
に対する力の加わり方によっては、次のような場合が考
えられる。例えば、X軸方向について考えると、ダイヤ
フラム40のX軸正方向部分とX軸負方向部分とが、互
いに上下反対方向に変位することなく、X軸正方向部分
およびX軸負方向部分がともに下方へと変位し、かつ、
そのときのそれぞれの変位量が異なる場合がある。この
場合には、端子T1およびT2に入力されたそれぞれの
周期信号Aおよび周期信号Bの位相には、同じ方向のず
れが生じることとなるが、上述した場合と同様に、その
位相のずれを論理素子を利用した信号処理回路で読み取
ることによって、出力信号Vxが導出される。また、こ
のことは、Y軸方向についての出力信号Vyの導出に対
しても同様のことがいえる。
When the external force includes an X-axis direction component or a Y-axis direction component, the stick 30
Depending on how the force is applied to, the following cases are possible. For example, when considering the X-axis direction, the X-axis positive direction portion and the X-axis negative direction portion of the diaphragm 40 are not displaced in the directions opposite to each other, and the X-axis positive direction portion and the X-axis negative direction portion are both downward. Is displaced to, and
The respective displacement amounts at that time may be different. In this case, the respective phases of the periodic signal A and the periodic signal B input to the terminals T1 and T2 are deviated in the same direction. However, as in the case described above, the phase deviates. The output signal Vx is derived by reading with a signal processing circuit using a logic element. The same applies to the derivation of the output signal Vy in the Y-axis direction.

【0055】次に、図1に示すスティック30に力が作
用していないときの状態において、図6に示すように、
スティック30にX軸正方向への操作が施された場合、
すなわち、ダイヤフラム40のX軸正方向に対応する部
分を基板20側に押し下げるような力(Z軸負方向への
力)が加えられた場合を考える。
Next, in a state where no force is applied to the stick 30 shown in FIG. 1, as shown in FIG.
When the stick 30 is operated in the positive direction of the X-axis,
That is, consider a case where a force (a force in the negative direction of the Z-axis) that pushes down a portion of the diaphragm 40 corresponding to the positive direction of the X-axis toward the substrate 20 side is considered.

【0056】スティック30に対してX軸正方向の力が
加えられると、ダイヤフラム40のX軸正方向に対応す
る部分が押し下げられて、ダイヤフラム40に弾性変形
が生じる。ここで、ダイヤフラム40は、剛性の小さい
凹部41〜45において変形し易いため、それぞれの方
向の変形が凹部41〜45に集中する。
When a force in the positive X-axis direction is applied to the stick 30, the portion of the diaphragm 40 corresponding to the positive X-axis direction is pushed down, and the diaphragm 40 is elastically deformed. Since the diaphragm 40 is easily deformed in the recesses 41 to 45 having low rigidity, the deformation in each direction is concentrated in the recesses 41 to 45.

【0057】スティック30に対して加えられた力の方
向であるX軸正方向については、ダイヤフラム40は主
に凹部41において変形し、その部分に撓みが集中し
て、ダイヤフラム40のX軸正方向部分は下方へと変位
する。また、このとき、スティック30に対して加えら
れた力の方向と反対方向であるX軸負方向については、
ダイヤフラム40は主に凹部42において変形し、その
部分に撓みが集中して、ダイヤフラム40のX軸負方向
部分は上方へと変位する。つまり、ダイヤフラム40の
X軸正方向部分とX軸負方向部分とは、両者のほぼ中心
位置を支点として互いに上下反対方向に変位することが
多い。
Regarding the X-axis positive direction, which is the direction of the force applied to the stick 30, the diaphragm 40 is deformed mainly in the recess 41, and the deflection is concentrated in that portion, so that the X-axis positive direction of the diaphragm 40. The part is displaced downward. Further, at this time, regarding the X-axis negative direction which is the direction opposite to the direction of the force applied to the stick 30,
The diaphragm 40 is deformed mainly in the concave portion 42, and the bending is concentrated in that portion, and the X-axis negative direction portion of the diaphragm 40 is displaced upward. That is, the X-axis positive direction portion and the X-axis negative direction portion of the diaphragm 40 are often displaced vertically opposite to each other with the substantially central position of the both as a fulcrum.

【0058】したがって、ダイヤフラム40のX軸正方
向部分と容量素子用電極E1との間隔は小さくなり、一
方、ダイヤフラム40のX軸負方向部分と容量素子用電
極E2との間隔は大きくなる。そして、容量素子用電極
E1、E2とダイヤフラム40との間の間隔に変化があ
った容量素子C1、C2の静電容量値が変化する。ここ
で、一般的に、容量素子の静電容量値は、容量素子を構
成する電極の間隔に反比例することより、容量素子C1
の静電容量値は大きくなり、容量素子C2の静電容量値
は小さくなる。このとき、端子T1およびT2に入力さ
れたそれぞれの周期信号Aおよび周期信号Bの位相にず
れが生じ、その位相のずれを読み取ることによって出力
信号Vxが導出される。
Therefore, the distance between the X-axis positive direction portion of the diaphragm 40 and the capacitance element electrode E1 becomes small, while the distance between the X-axis negative direction portion of the diaphragm 40 and the capacitance element electrode E2 becomes large. Then, the capacitance values of the capacitance elements C1 and C2, which have changed in the distance between the capacitance element electrodes E1 and E2 and the diaphragm 40, change. Here, in general, the capacitance value of the capacitive element is inversely proportional to the interval between the electrodes forming the capacitive element, and thus the capacitive element C1
Has a large electrostatic capacitance value, and the capacitive element C2 has a small electrostatic capacitance value. At this time, the phases of the periodic signal A and the periodic signal B input to the terminals T1 and T2 are deviated, and the output signal Vx is derived by reading the deviated phase.

【0059】また、このとき、X軸正方向と直交する方
向であるY軸方向についても、X軸方向と同様に、ダイ
ヤフラム40は主に凹部43、44において変形し、そ
の部分に撓みが集中する。つまり、Y軸正方向について
は凹部43に撓みが集中し、Y軸負方向については凹部
44に撓みが集中する。
At this time, also in the Y-axis direction, which is the direction orthogonal to the positive direction of the X-axis, the diaphragm 40 is deformed mainly in the recesses 43 and 44, and the deflection is concentrated in that portion, as in the X-axis direction. To do. That is, the deflection is concentrated on the recess 43 in the positive Y-axis direction, and the deflection is concentrated on the recess 44 in the negative Y-axis direction.

【0060】ここで、ダイヤフラム40の凹部43、4
4のそれぞれに生じる撓みは、スティック30に対して
加えられたX軸正方向の力によって発生するねじれの応
力に基づくものである。そして、Y軸正方向およびY軸
負方向のねじれの応力に基づく撓みは、上述のとおり、
凹部43、44に集中するため、その撓み量は比較的大
きくなり易い。そして、ダイヤフラム40のY軸正方向
に対応する凹部43およびY軸負方向に対応する凹部4
4における撓み量は、X軸正方向の力の大きさに対して
ほぼ直線的に変化する。また、このとき、出力のY軸方
向成分も同様に、X軸方向の力の大きさに対してほぼ直
線的に変化する。
Here, the recesses 43, 4 of the diaphragm 40 are
The flexure caused in each of No. 4 is based on the twisting stress generated by the force in the positive direction of the X axis applied to the stick 30. Then, the deflection based on the twisting stress in the Y-axis positive direction and the Y-axis negative direction is as described above.
Since it is concentrated in the recesses 43 and 44, the amount of bending tends to be relatively large. Then, the concave portion 43 corresponding to the Y-axis positive direction of the diaphragm 40 and the concave portion 4 corresponding to the Y-axis negative direction.
The amount of deflection in No. 4 changes almost linearly with the magnitude of the force in the positive direction of the X axis. At this time, the Y-axis direction component of the output also changes substantially linearly with the magnitude of the force in the X-axis direction.

【0061】従って、X軸、Y軸およびZ軸の出力が、
作用する力の大きさと方向に対してほぼ直線的に変化す
るので、演算により、X軸、Y軸、Z軸の各成分の力の
大きさを求めることができる。そのため、ダイヤフラム
40とカバープレート70およびスペーサ60との密着
具合、つまり、ネジ71とナット72との締結具合のば
らつき、経時変化によるそれらの締結具合の変化、およ
び、ダイヤフラム40とスティック30との溶接具合な
どに基づくダイヤフラム40の固定状態に拘わらず、出
力のX軸方向成分を適正に検出することができる。
Therefore, the outputs of the X-axis, Y-axis and Z-axis are
Since the magnitude and direction of the acting force change substantially linearly, the magnitude of the force of each component of the X axis, the Y axis, and the Z axis can be obtained by calculation. Therefore, the degree of close contact between the diaphragm 40, the cover plate 70, and the spacer 60, that is, the variation in the fastening state between the screw 71 and the nut 72, the change in the fastening state over time, and the welding between the diaphragm 40 and the stick 30. It is possible to properly detect the X-axis direction component of the output regardless of the fixed state of the diaphragm 40 based on the condition.

【0062】なお、ここでは、スティック30に対して
X軸正方向の力が加えられた場合について説明している
が、スティック30に対してX軸正方向以外の方向の力
が加えられた場合も、上述と同様に考えることができ
る。また、本実施の形態において、ダイヤフラム40に
総数16個の凹部41〜45が均等に配置されているの
は、ダイヤフラム40の変形状態のスティック30に加
えられる力の方向に対する依存性を軽減するためであ
る。従って、スティック30に対してどの方向の力が加
えられた場合でも、ダイヤフラム40がその作用する力
の方向に対してほぼ対称的に変形するようになる。
Although the case where a force in the positive direction of the X axis is applied to the stick 30 has been described here, a case where a force in a direction other than the positive direction of the X axis is applied to the stick 30 is explained. Can be considered similarly to the above. Further, in the present embodiment, the total of 16 recesses 41 to 45 are evenly arranged in the diaphragm 40 in order to reduce the dependence of the deformed state of the diaphragm 40 on the direction of the force applied to the stick 30. Is. Therefore, no matter which direction the force is applied to the stick 30, the diaphragm 40 is deformed substantially symmetrically with respect to the direction of the acting force.

【0063】次に、端子T1〜T6に入力された周期信
号A、Bによる出力信号Vx、Vy、Vzを導出するた
めの信号処理回路について、図面を参照しながら説明す
る。図7は、図1に示す静電容量式センサの信号処理回
路を示す回路図である。
Next, a signal processing circuit for deriving the output signals Vx, Vy, Vz by the periodic signals A, B input to the terminals T1 to T6 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit diagram showing a signal processing circuit of the capacitance type sensor shown in FIG.

【0064】上述のように、端子T1〜T6には、図示
されていない交流信号発振器から所定周波数の周期信号
が入力される。これらの端子T1〜T6には、インバー
タ素子I1〜I6および抵抗素子R1〜R6が、端子T
1〜T6側からインバータ素子I1〜I6、抵抗素子R
1〜R6の順にそれぞれ接続されている。また、抵抗素
子R1、R2の出力端、抵抗素子R3、R4の出力端お
よび抵抗素子R5、R6の出力端には、それぞれ排他和
回路の論理素子であるEX−OR素子81〜83が接続
されており、その出力端は端子T11〜T13に接続さ
れている。また、抵抗素子R1〜R5の出力端は、それ
ぞれ容量素子用電極E1〜E5に接続され、それぞれダ
イヤフラム40との間で容量素子C1〜C5を構成して
いる。また、ダイヤフラム40は、端子T0を介して接
地されている(図4参照)。
As described above, a periodic signal of a predetermined frequency is input to the terminals T1 to T6 from an AC signal oscillator (not shown). Inverter elements I1 to I6 and resistance elements R1 to R6 are connected to these terminals T1 to T6, respectively.
Inverter elements I1 to I6 and resistance element R from 1 to T6 side
They are connected in the order of 1 to R6. Further, EX-OR elements 81 to 83, which are logic elements of the exclusive-sum circuit, are connected to the output terminals of the resistance elements R1 and R2, the output terminals of the resistance elements R3 and R4, and the output terminals of the resistance elements R5 and R6, respectively. The output terminal is connected to the terminals T11 to T13. The output terminals of the resistance elements R1 to R5 are connected to the capacitance element electrodes E1 to E5, respectively, and form capacitance elements C1 to C5 with the diaphragm 40, respectively. Further, the diaphragm 40 is grounded via the terminal T0 (see FIG. 4).

【0065】ここから、例として、X軸方向成分の出力
信号Vxの導出方法について、図8を参照して説明す
る。図8(a)は、図1に示す静電容量式センサのX軸
方向成分についての信号処理回路を示す回路図(図7の
一部分)である。この信号処理回路において、容量素子
C1と抵抗素子R1および容量素子C2と抵抗素子R2
はそれぞれCR遅延回路を形成している。端子T1、T
2に入力された周期信号(矩形波信号)は、それぞれC
R遅延回路によって所定の遅延が生じ、EX−OR素子
81において合流する。
From here, as an example, a method of deriving the output signal Vx of the X-axis direction component will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a circuit diagram (a part of FIG. 7) showing a signal processing circuit for the X-axis direction component of the capacitance type sensor shown in FIG. 1. In this signal processing circuit, the capacitive element C1 and the resistive element R1, and the capacitive element C2 and the resistive element R2.
Each form a CR delay circuit. Terminal T1, T
The periodic signal (rectangular wave signal) input to 2 is C
A predetermined delay is generated by the R delay circuit and the EX-OR element 81 merges.

【0066】また、インバータ素子I1、I2として、
同一の素子が用いられているため、異なる経路の信号を
同じ条件で比較することが可能である。ここで、インバ
ータ素子I1、I2は、CR遅延回路を駆動するために
十分な駆動電力を発生させる素子であり、論理的には意
味のない素子である。したがって、端子T1、T2に対
して十分な駆動能力を持った信号を供給することが可能
であればこれらのインバータ素子I1、I2はなくても
よい。したがって、図8(b)は、図8(a)の信号処
理回路に含まれるインバータ素子I1、I2を省いたも
のであるため、回路としては図8(a)と全く等価なも
のであると考えられる。
Further, as the inverter elements I1 and I2,
Since the same element is used, signals on different paths can be compared under the same condition. Here, the inverter elements I1 and I2 are elements that generate sufficient drive power to drive the CR delay circuit, and are elements that are logically meaningless. Therefore, if it is possible to supply a signal having a sufficient driving capability to the terminals T1 and T2, these inverter elements I1 and I2 may be omitted. Therefore, since FIG. 8B omits the inverter elements I1 and I2 included in the signal processing circuit of FIG. 8A, the circuit is completely equivalent to that of FIG. 8A. Conceivable.

【0067】次に、図8の回路の各端子および各節点に
おける周期信号の波形について、図9を参照して説明す
る。図9は、図8に示す信号処理回路の各端子および各
節点における周期信号の波形を示す図である。なお、図
9は、インバータ素子I1、I2の影響を無視して描か
れている。
Next, the waveform of the periodic signal at each terminal and each node of the circuit of FIG. 8 will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram showing waveforms of periodic signals at each terminal and each node of the signal processing circuit shown in FIG. Note that FIG. 9 is drawn by ignoring the influence of the inverter elements I1 and I2.

【0068】図8の信号処理回路において、端子T1、
T2のそれぞれに入力された周期信号は、CR遅延回路
を通過することにより、それぞれ所定の遅延を生じて、
それぞれEX−OR素子81に入力される。詳細に説明
すると、端子T1には周期信号f(φ)(上述の周期信
号Aに対応している)が入力され、また、端子T2には
f(φ)と同一の周期で、かつ、位相がθだけずれてい
る周期信号f(φ+θ)(上述の周期信号Bに対応して
いる)が入力される(図9参照)。端子T1に入力され
る周期信号f(φ)は、容量素子C1と抵抗素子R1に
より構成されるCR遅延回路を通過して、節点X1に到
達する。このとき、節点X1における周期信号には、図
9に示すように、時間aの遅延が生じている。同様に、
端子T2に入力される周期信号f(φ+θ)は、容量素
子C2と抵抗素子R2により構成されるCR遅延回路を
通過して、節点X2に到達する。このとき、節点X2に
おける周期信号には、時間bの遅延が生じている。
In the signal processing circuit of FIG. 8, terminals T1,
The periodic signal input to each T2 passes through the CR delay circuit to generate a predetermined delay,
Each is input to the EX-OR element 81. More specifically, the terminal T1 receives the periodic signal f (φ) (corresponding to the above-described periodic signal A), and the terminal T2 has the same period as that of f (φ) and the phase. A periodic signal f (φ + θ) (corresponding to the above-mentioned periodic signal B) having a deviation of θ is input (see FIG. 9). The periodic signal f (φ) input to the terminal T1 passes through the CR delay circuit including the capacitive element C1 and the resistive element R1 and reaches the node X1. At this time, the periodic signal at the node X1 is delayed by time a as shown in FIG. Similarly,
The periodic signal f (φ + θ) input to the terminal T2 passes through the CR delay circuit including the capacitive element C2 and the resistive element R2 and reaches the node X2. At this time, the periodic signal at the node X2 is delayed by the time b.

【0069】ここで、時間a、bは、それぞれCR遅延
回路における遅延時間に対応し、それぞれのCRの時定
数により決定される。したがって、抵抗素子R1、R2
の抵抗値が同一である場合は、時間a、bの値は容量素
子C1、C2の静電容量値に対応するようになる。すな
わち、容量素子C1、C2の静電容量値が大きくなる
と、時間a、bの値も大きくなり、容量素子C1、C2
の静電容量値が小さくなると、時間a、bの値も小さく
なる。
Here, the times a and b respectively correspond to the delay time in the CR delay circuit and are determined by the time constant of each CR. Therefore, the resistance elements R1 and R2
When the resistance values of A and B are the same, the values of the times a and b correspond to the capacitance values of the capacitive elements C1 and C2. That is, when the capacitance values of the capacitive elements C1 and C2 increase, the values of the times a and b also increase, and the capacitive elements C1 and C2 increase.
When the capacitance value of 1 becomes smaller, the values of times a and b also become smaller.

【0070】なお、厳密には、端子T1、T2のそれぞ
れに入力された周期信号は、信号処理回路にインバータ
素子I1、I2が含まれる場合は、それぞれインバータ
素子I1、I2を通過することによっても、所定の遅延
を生じると考えられる。しかし、上述のとおり、インバ
ータ素子I1、I2として同一の素子を用いているた
め、2つの経路におけるインバータ素子に起因する遅延
時間は同一であると考えられ、EX−OR素子81に入
力されるときに互いに打ち消されるので、ここではイン
バータ素子に起因する遅延時間の説明は省略している。
Strictly speaking, when the signal processing circuit includes the inverter elements I1 and I2, the periodic signals input to the terminals T1 and T2 can also be passed through the inverter elements I1 and I2, respectively. , Which is considered to cause a predetermined delay. However, as described above, since the same elements are used as the inverter elements I1 and I2, the delay times due to the inverter elements in the two paths are considered to be the same, and when input to the EX-OR element 81. Therefore, the description of the delay time due to the inverter element is omitted here.

【0071】このように、EX−OR素子81には、節
点X1、X2における周期信号と同一の波形の信号が入
力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行われ、
その結果を端子T11に対して出力される。ここで、端
子T11に対して出力される信号は、所定のデューティ
比をもった矩形波信号である(図9参照)。
As described above, the EX-OR element 81 is supplied with signals having the same waveform as the periodic signals at the nodes X1 and X2, and an exclusive logical operation is performed between these signals.
The result is output to the terminal T11. Here, the signal output to the terminal T11 is a rectangular wave signal having a predetermined duty ratio (see FIG. 9).

【0072】ここで、上述したスティック30にX軸正
方向への操作が施された場合(図6参照)の各端子およ
び各節点における周期信号の波形を考えることにする。
なお、この場合の信号処理回路における容量素子用電極
E1、E2とダイヤフラム40との間で構成される容量
素子をC1’、C2’とし、スティック30に操作が施
されていない場合の信号処理回路の節点X1、X2およ
び端子T11と同位置における各節点および端子を節点
X1’、X2’および端子T11’とする(図8参
照)。
Now, consider the waveform of the periodic signal at each terminal and each node when the above-described stick 30 is operated in the positive direction of the X axis (see FIG. 6).
In this case, the signal processing circuit when the stick 30 is not operated is C1 ′ and C2 ′, which are the capacitive elements formed between the capacitive element electrodes E1 and E2 and the diaphragm 40 in the signal processing circuit in this case. The nodes and terminals at the same positions as the nodes X1 and X2 and the terminal T11 are designated as nodes X1 ′, X2 ′ and terminal T11 ′ (see FIG. 8).

【0073】このとき、図8の信号処理回路において、
上述と同様に、端子T1には周期信号f(φ)が入力さ
れ、また、端子T2には、f(φ)と同一の周期で位相
がθだけずれている周期信号f(φ+θ)が入力される
(図9参照)。端子T1に入力される周期信号f(φ)
は、容量素子C1’と抵抗素子R1により構成されるC
R遅延回路を通過して、節点X1’に到達する。このと
き、節点X1’における周期信号には、図9に示すよう
に、時間a+Δaの遅延が生じている。これは、容量素
子C1’の静電容量値が容量素子C1よりも大きくなっ
たことにより、CR遅延回路の時定数が大きくなったた
めである。同様に、端子T2に入力される周期信号f
(φ+θ)は、容量素子C2’と抵抗素子R2により構
成されるCR遅延回路を通過して、節点X2’に到達す
る。このとき、節点X2’における周期信号には、時間
b−Δbの遅延が生じている。これは、容量素子C2’
の静電容量値が容量素子C2よりも小さくなったことに
より、CR遅延回路の時定数が小さくなったためであ
る。
At this time, in the signal processing circuit of FIG.
Similarly to the above, the terminal T1 receives the periodic signal f (φ), and the terminal T2 receives the periodic signal f (φ + θ) with the same period as f (φ) but a phase difference of θ. (See FIG. 9). Periodic signal f (φ) input to terminal T1
Is C composed of the capacitive element C1 ′ and the resistive element R1.
The node passes through the R delay circuit and reaches the node X1 ′. At this time, the periodic signal at the node X1 ′ has a delay of time a + Δa as shown in FIG. This is because the capacitance value of the capacitive element C1 ′ becomes larger than that of the capacitive element C1 and the time constant of the CR delay circuit becomes large. Similarly, the periodic signal f input to the terminal T2
(Φ + θ) passes through the CR delay circuit including the capacitive element C2 ′ and the resistive element R2 and reaches the node X2 ′. At this time, the periodic signal at the node X2 ′ has a delay of time b−Δb. This is the capacitive element C2 '
This is because the electrostatic capacitance value of is smaller than that of the capacitive element C2, and thus the time constant of the CR delay circuit is reduced.

【0074】このように、EX−OR素子81には、節
点X1’、X2’における周期信号と同一の波形の信号
が入力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行わ
れ、その結果を端子T11’に対して出力される。ここ
で、端子T11’に対して出力される信号は、所定のデ
ューティ比をもった矩形波信号であり、図9に示すよう
に、スティック30に操作が施されていない場合におい
て、端子T11に出力された矩形波信号よりも、デュー
ティ比の小さい矩形波信号である。
As described above, the EX-OR element 81 is supplied with the signals having the same waveforms as the periodic signals at the nodes X1 'and X2', and the exclusive logical operation is performed between these signals. Is output to the terminal T11 '. Here, the signal output to the terminal T11 ′ is a rectangular wave signal having a predetermined duty ratio, and as shown in FIG. 9, when the stick 30 is not operated, the signal is output to the terminal T11 ′. The rectangular wave signal has a smaller duty ratio than the output rectangular wave signal.

【0075】ここで、静電容量式センサ1では、上述の
ように、ダイヤフラム40が、そのほぼ中心位置を支点
として変位する場合には、容量素子C1’、C2’の静
電容量値は、一方が大きくなると他方が小さくなるとい
うように、大小反対に変化する。これにより、それぞれ
の容量素子C1’、C2’が構成するCR遅延回路の時
定数も同様に変化し、出力される矩形波信号のデューテ
ィ比の変化が著しくなるため、スティック30に作用し
た力の検出を容易に行うことができる。
Here, in the capacitance type sensor 1, as described above, when the diaphragm 40 is displaced with its substantially central position as a fulcrum, the capacitance values of the capacitance elements C1 'and C2' are When one becomes larger, the other becomes smaller. As a result, the time constant of the CR delay circuit formed by the respective capacitive elements C1 ′ and C2 ′ also changes, and the duty ratio of the output rectangular wave signal changes significantly, so that the force acting on the stick 30 is reduced. The detection can be easily performed.

【0076】なお、Z軸方向成分の出力信号Vzを導出
するための信号処理回路(図7参照)は、端子T5に入
力された信号にのみCR遅延回路を通過することにより
所定の遅延を生じるが、端子T6に入力された信号が通
過するCR遅延回路における容量素子C6の静電容量値
は変化しないため、CR遅延回路による遅延は生じな
い。このように、一方の信号にのみ遅延が生じる回路に
おいても、上述と同様にして、スティック30に作用し
た力の検出を容易に行うことができる。
The signal processing circuit (see FIG. 7) for deriving the output signal Vz of the Z-axis direction component causes a predetermined delay by passing only the signal input to the terminal T5 through the CR delay circuit. However, since the capacitance value of the capacitive element C6 in the CR delay circuit through which the signal input to the terminal T6 passes does not change, no delay occurs due to the CR delay circuit. In this way, even in the circuit in which only one signal is delayed, the force acting on the stick 30 can be easily detected in the same manner as described above.

【0077】このように、容量素子C1、C2のそれぞ
れの静電容量値の変化が、端子T11における波形のデ
ューティ比の変化として検出され、この信号を平滑回路
を通過させて整流することにより、このデューティ比を
電圧値に変換して利用することができる。また、T11
における信号のハイレベル(Hi)またはローレベル
(Lo)の時間を、より周波数の高いクロック信号でカ
ウントすれば、デューティ比をデジタルカウント値に変
換して利用することもできる。
As described above, the change in the capacitance value of each of the capacitance elements C1 and C2 is detected as the change in the duty ratio of the waveform at the terminal T11, and this signal is rectified by passing through the smoothing circuit. This duty ratio can be converted into a voltage value and used. Also, T11
If the high level (Hi) or low level (Lo) time of the signal in (1) is counted by a clock signal having a higher frequency, the duty ratio can be converted into a digital count value and used.

【0078】ここで、端子T1、T2にそれぞれ入力さ
れる異なる位相の周期信号f(φ)、f(φ+θ)は、
1つの交流信号発振器から出力された周期信号を2つの
経路に分け、その一方の経路に図示しないCR遅延回路
を設け、CR遅延回路を通過する周期信号の位相を遅延
させることによって発生させられる。なお、周期信号の
位相をずらせる方法は、CR遅延回路を用いる方法に限
らず、他のどのような方法であってもよいし、また、2
つの交流信号発振器を用いて、それぞれ異なる位相の周
期信号f(φ)、f(φ+θ)を発生させ、端子T1、
T2のそれぞれに入力してもよい。
Here, the periodic signals f (φ) and f (φ + θ) of different phases respectively input to the terminals T1 and T2 are
It is generated by dividing the periodic signal output from one AC signal oscillator into two paths, providing a CR delay circuit (not shown) in one of the paths, and delaying the phase of the periodic signal passing through the CR delay circuit. The method of shifting the phase of the periodic signal is not limited to the method using the CR delay circuit, and any other method may be used.
Using two AC signal oscillators, periodic signals f (φ) and f (φ + θ) having different phases are generated, and terminals T1 and
You may input into each of T2.

【0079】なお、本実施の形態の静電容量式センサ1
は、力覚センサとして用いられており、パソコン、ゲー
ム、携帯電話などの入力装置、或いは、物体との接触の
有無を検知するための装置として利用されるのに好まし
い。なお、本実施の形態の静電容量式センサ1をロボッ
トの指先等に取り付けた場合には、物体との接触の有無
を検知することができる(1次元のセンサとして利用で
きる)とともに、さらに物体との接触の方向を検知する
ことも可能である(3次元のセンサとして利用でき
る)。また、本実施の形態の静電容量式センサ1は、力
覚センサとして用いられる場合に限らず、例えば加速度
センサなど、その他のセンサとして用いられる場合も、
本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Incidentally, the capacitance type sensor 1 of the present embodiment
Is used as a force sensor, and is preferably used as an input device such as a personal computer, a game, a mobile phone, or a device for detecting the presence or absence of contact with an object. When the capacitance type sensor 1 of the present embodiment is attached to a fingertip of a robot or the like, it is possible to detect the presence or absence of contact with an object (it can be used as a one-dimensional sensor) and further the object. It is also possible to detect the direction of contact with (it can be used as a three-dimensional sensor). Further, the capacitive sensor 1 according to the present embodiment is not limited to the case of being used as a force sensor, but may be used as another sensor such as an acceleration sensor.
The same effect as this embodiment can be obtained.

【0080】以上のように、本実施の形態の静電容量式
センサ1において、ダイヤフラム40が、スティック3
0に対応する領域を内側に含むような円周上に配置され
た凹部41〜45を有していることによって、スティッ
ク30に対して所定軸方向の力が加えられた場合に、出
力の他軸方向成分が所定軸方向の力の大きさに対してほ
ぼ直線的に変化するようになる。また、出力の他軸方向
成分は、所定軸方向の力の大きさに対して直線的に再現
性良く変化する。従って、各方向成分の出力を利用して
演算することによって、作用する力の方向成分が適正に
検出される。これにより、ダイヤフラム40の固定状態
の影響を受けにくくなるとともに、当該センサの個体差
を演算によって適正に補償することが可能となる。
As described above, in the capacitance type sensor 1 of the present embodiment, the diaphragm 40 is the stick 3
By having the recesses 41 to 45 arranged on the circumference so as to include the region corresponding to 0 inside, when the force in the predetermined axial direction is applied to the stick 30, other output is provided. The axial component changes substantially linearly with the magnitude of the force in the predetermined axial direction. The other axial component of the output linearly changes with good reproducibility with respect to the magnitude of the force in the predetermined axial direction. Therefore, the directional component of the acting force is properly detected by performing the calculation using the output of each directional component. As a result, the influence of the fixed state of the diaphragm 40 is less likely to occur, and the individual difference of the sensor can be properly compensated by calculation.

【0081】また、ダイヤフラム40は円周上に形成さ
れた凹部41〜45を有しているため、スティック30
に対して外部から加えられる力の方向に拘わらず、どの
ような方向の力に対しても、ダイヤフラム40は方向性
なく変形することができる。従って、静電容量式センサ
1の感度が、ダイヤフラム40の変形の方向性に起因し
てスティック30に加えられる力の方向によって異なる
という事態が生じることがほとんどない。その結果、方
向性のない静電容量式センサ1を得ることができる。
Further, since the diaphragm 40 has the concave portions 41 to 45 formed on the circumference, the stick 30
However, regardless of the direction of the force applied from the outside, the diaphragm 40 can be deformed without directivity regardless of the direction of the force. Therefore, the sensitivity of the capacitance sensor 1 rarely changes depending on the direction of the force applied to the stick 30 due to the direction of deformation of the diaphragm 40. As a result, it is possible to obtain the capacitive sensor 1 having no directivity.

【0082】また、ダイヤフラム40には、凹部41〜
45が形成されており肉薄である部分と凹部41〜45
が形成されておらず肉厚である部分とが円周方向に沿っ
て交互に並んでいる。従って、スティック30に対して
力が加えられた状態では、上記の2つの部分がねじれた
構造になっている。そのため、スティック30に対して
力が加えられた状態から当該力が加えられなくなった場
合には、ダイヤフラム40は、ねじれ構造による復元力
によって、凹部が形成されていない場合および凹部が環
状に形成されている場合と比較して、元の状態(ねじれ
のない状態)に戻り易い。これにより、スティック30
に対する反応を素早くすることができる。
Further, in the diaphragm 40, the recesses 41 to 41 are formed.
45 is formed and is thin and recesses 41 to 45
The portions that are not formed and are thick are arranged alternately along the circumferential direction. Therefore, when a force is applied to the stick 30, the two parts have a twisted structure. Therefore, when the force is no longer applied to the stick 30 from the state in which the force is applied to the stick 30, the diaphragm 40 is formed by the restoring force of the twist structure when the concave portion is not formed and the concave portion is formed in an annular shape. It is easier to return to the original state (state without twisting) compared to the case where This allows the stick 30
The reaction to can be quick.

【0083】また、凹部41〜45が、ダイヤフラム4
0の上面(基板20と対向する面と反対側の面)に形成
されているため、凹部41〜45がダイヤフラム40の
下面(基板20と対向する面)において容量素子用電極
E1〜E5と対向するように形成されている場合と比較
して、ダイヤフラム40と容量素子用電極E1〜E5と
の間の間隔が小さくなる。そのため、ダイヤフラム40
と容量素子用電極E1〜E5との間に構成される容量素
子C1〜C5の静電容量値が比較的大きくなって、当該
センサ1の感度を向上させることができる。
Further, the recesses 41 to 45 are formed by the diaphragm 4
0 is formed on the upper surface (the surface opposite to the surface facing the substrate 20), the recesses 41 to 45 face the capacitor element electrodes E1 to E5 on the lower surface of the diaphragm 40 (the surface facing the substrate 20). The distance between the diaphragm 40 and the capacitance element electrodes E1 to E5 is smaller than that in the case of being formed so as to be formed. Therefore, the diaphragm 40
And the capacitance elements C1 to C5 formed between the capacitance element electrodes E1 to E5 have a relatively large capacitance value, and the sensitivity of the sensor 1 can be improved.

【0084】また、ダイヤフラム40には凹部41〜4
5が形成されており、ダイヤフラム40と基板20上に
形成された容量素子用電極E1〜E5との間の空間は、
外部と連通されていない。従って、例えばダイヤフラム
がそれと基板上に形成された容量素子用電極との間の空
間を外部と連通させるような貫通孔または切り欠きを有
している場合のように、両者の間に塵およびゴミが入る
ことによって誤動作を生じることを防止することができ
る。これにより、当該センサ1の防塵性が確保されるた
め、その信頼性を向上させることができる。また、ダイ
ヤフラムが上述のような貫通孔または切り欠きを有して
いるときには、ダイヤフラムが非常に変形し易くなっ
て、比較的小さな力を検出する場合にはその力が適正に
検出されるが、比較的大きな力は検出できないという問
題が生じるが、本発明のセンサ1では、ダイヤフラム4
0に凹部41〜45が形成されているだけなので、ダイ
ヤフラムが極端に変形し易くなるということがない。従
って、比較的大きな力を検出可能な(大容量の)センサ
を得ることが可能となる。
Further, the diaphragm 40 has recesses 41 to 4
5 is formed, and the space between the diaphragm 40 and the capacitance element electrodes E1 to E5 formed on the substrate 20 is
There is no communication with the outside. Therefore, for example, as in the case where the diaphragm has a through hole or a notch that allows the space between the diaphragm and the electrode for the capacitive element formed on the substrate to communicate with the outside, dust and dirt are provided between the two. It is possible to prevent a malfunction from occurring due to the entry of. As a result, the dustproof property of the sensor 1 is ensured, and the reliability thereof can be improved. Further, when the diaphragm has the through hole or the notch as described above, the diaphragm is very easily deformed, and when a relatively small force is detected, the force is properly detected. Although the problem that a relatively large force cannot be detected occurs, in the sensor 1 of the present invention, the diaphragm 4
Since the recesses 41 to 45 are only formed in 0, the diaphragm does not become extremely easily deformed. Therefore, it is possible to obtain a (large-capacity) sensor that can detect a relatively large force.

【0085】次に、本発明の実施の形態の第1の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図10は、第1
の変形例に係る静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。
Next, a first modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 shows the first
FIG. 10 is a top view of a diaphragm of the capacitance type sensor according to the modified example.

【0086】図10の第1の変形例に係る静電容量式セ
ンサのダイヤフラム140が、図1の静電容量式センサ
1のダイヤフラム40と異なる点は、ダイヤフラム40
には略扇形の凹部41〜45が形成されているのに対し
て、ダイヤフラム140には円形の凹部141〜145
が形成されている点である。なお、その他の構成は、図
1の静電容量式センサと同一であるので、詳細な説明は
省略する。
The diaphragm 140 of the capacitance type sensor according to the first modification of FIG. 10 is different from the diaphragm 40 of the capacitance type sensor 1 of FIG.
Substantially fan-shaped recesses 41-45 are formed in the diaphragm 140, while circular recesses 141-145 are formed in the diaphragm 140.
Is formed. Since the other configurations are the same as those of the capacitance type sensor of FIG. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0087】ダイヤフラム140の上面(スティック3
0と同じ側の面)には、円形であって、スティック30
に対応する領域を内側に含むようなダイヤフラム140
の中心位置を中心とする同一円周上に配置された凹部1
41〜145が設けられている。ここで、凹部141は
X軸正方向に対応する位置に形成されており、凹部41
2はX軸負方向に対応する位置に形成されている。ま
た、これと同様に、凹部143、144はY軸正方向お
よびY軸負方向にそれぞれ対応する位置に形成されてい
る。そして、凹部145は、凹部141と凹部143と
の間、凹部143と凹部142との間、凹部142と凹
部144との間、凹部144と凹部141との間におい
て、互いに同じ間隔だけ離隔して(均等に)配置される
ように、それぞれ2つずつ形成されている。
The upper surface of the diaphragm 140 (stick 3
On the same side as 0), a circular stick 30
Diaphragm 140 including an area corresponding to
Recesses 1 arranged on the same circumference centered on the center position of
41-145 are provided. Here, the recess 141 is formed at a position corresponding to the positive direction of the X-axis, and the recess 41 is formed.
2 is formed at a position corresponding to the negative direction of the X axis. Similarly, the recesses 143 and 144 are formed at positions corresponding to the Y-axis positive direction and the Y-axis negative direction, respectively. The recesses 145 are spaced from each other by the same distance between the recesses 141 and 143, between the recesses 143 and 142, between the recesses 142 and 144, and between the recesses 144 and 141. Two pieces are formed so that they are arranged (evenly).

【0088】このように構成された第1の変形例に係る
静電容量式センサにおいても、本実施の形態の静電容量
式センサ1と同様の効果を得ることができる。なお、ダ
イヤフラムに形成される凹部の数、形状および配置は、
本実施の形態と同様の効果が得られる範囲において、任
意に変更することができる。
Also in the capacitance type sensor according to the first modified example having such a configuration, the same effect as that of the capacitance type sensor 1 of the present embodiment can be obtained. The number, shape and arrangement of the recesses formed in the diaphragm are
It can be arbitrarily changed within a range in which the same effect as that of the present embodiment can be obtained.

【0089】次に、本発明の実施の形態の第2の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図11は、第2
の変形例に係る静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。
Next, a second modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 shows the second
FIG. 10 is a top view of a diaphragm of the capacitance type sensor according to the modified example.

【0090】図11の第2の変形例に係る静電容量式セ
ンサのダイヤフラム240が、図1の静電容量式センサ
1のダイヤフラム40と異なる点は、ダイヤフラム40
には複数の略扇形の凹部41〜45が形成されているの
に対して、ダイヤフラム240には1つの環状の凹部2
41が形成されている点である。なお、その他の構成
は、図1の静電容量式センサと同一であるので、詳細な
説明は省略する。
The diaphragm 240 of the capacitance type sensor according to the second modification of FIG. 11 is different from the diaphragm 40 of the capacitance type sensor 1 of FIG.
While a plurality of substantially fan-shaped recesses 41 to 45 are formed in the diaphragm, one annular recess 2 is formed in the diaphragm 240.
41 is formed. Since the other configurations are the same as those of the capacitance type sensor of FIG. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0091】ダイヤフラム240の上面(スティック3
0と同じ側の面)には、スティック30に対応する領域
を内側に含むようなダイヤフラム240の中心位置を中
心とする環状の凹部241が設けられている。
The upper surface of the diaphragm 240 (stick 3
An annular recess 241 centered on the central position of the diaphragm 240 that includes the region corresponding to the stick 30 inside is provided on the same surface as 0).

【0092】このように構成された第2の変形例に係る
静電容量式センサにおいても、本実施の形態の静電容量
式センサ1と同様の効果を得ることができる。
Also in the electrostatic capacitance type sensor according to the second modified example having such a configuration, the same effect as the electrostatic capacitance type sensor 1 of the present embodiment can be obtained.

【0093】次に、本発明の実施の形態の第3の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図12は、第3
の変形例に係る静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。図13は、図12のXIII-XIII線における断
面拡大図である。
Next, a third modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 shows the third
FIG. 10 is a top view of a diaphragm of the capacitance type sensor according to the modified example. FIG. 13 is an enlarged sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.

【0094】図12の第3の変形例に係る静電容量式セ
ンサのダイヤフラム340が、図1の静電容量式センサ
1のダイヤフラム40と異なる点は、ダイヤフラム40
には同一円周上に沿って複数の凹部41〜45が形成さ
れているのに対して、ダイヤフラム340には同心円状
に配置された3つの環状の凹部341〜343が形成さ
れている点である。なお、その他の構成は、図1の静電
容量式センサと同一であるので、詳細な説明は省略す
る。
The diaphragm 340 of the capacitance type sensor according to the third modification of FIG. 12 is different from the diaphragm 40 of the capacitance type sensor 1 of FIG.
Is formed with a plurality of concave portions 41 to 45 along the same circumference, whereas the diaphragm 340 is formed with three annular concave portions 341 to 343 arranged concentrically. is there. Since the other configurations are the same as those of the capacitance type sensor of FIG. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0095】ダイヤフラム340の上面(スティック3
0と同じ側の面)には、スティック30に対応する領域
を内側に含むようなダイヤフラム340の中心位置を中
心とする3つの環状の凹部341〜343が設けられて
いる。また、凹部341〜343は、いずれもダイヤフ
ラム340の中心位置を中心としており、互いに離隔す
るとともに同心円状に設けられている。ここで、凹部3
42は、凹部341の外側において所定間隔だけ離隔し
て形成されており、部343は、凹部342の外側にお
いて所定間隔だけ離隔して形成されている。
The upper surface of the diaphragm 340 (stick 3
On the surface on the same side as 0), three annular recesses 341 to 343 centering on the center position of the diaphragm 340 including the region corresponding to the stick 30 inside are provided. The recesses 341 to 343 are centered on the central position of the diaphragm 340, are spaced apart from each other, and are provided concentrically. Here, the concave portion 3
The portions 42 are formed outside the recess 341 by a predetermined distance, and the portions 343 are formed outside the recess 342 by a predetermined distance.

【0096】このように構成された第3の変形例に係る
静電容量式センサにおいても、本実施の形態の静電容量
式センサ1と同様の効果を得ることができる。さらに、
同心円状に形成された複数の環状の凹部341〜343
のそれぞれの両端部近傍に発生する応力は、同一円周上
に配置された1つの環状の凹部(図11に示すような第
2の変形例における凹部241参照)の両端部近傍に発
生する応力と比較して、分散されることによって小さく
なる。従って、凹部341〜343の両端部近傍の1個
所あたりに発生する応力が低減されるため、ダイヤフラ
ム340の耐久性が向上する。
Also in the electrostatic capacitance type sensor according to the third modified example having such a configuration, the same effect as that of the electrostatic capacitance type sensor 1 of the present embodiment can be obtained. further,
A plurality of annular recesses 341 to 343 formed concentrically
The stress generated in the vicinity of each end of each of the stresses is the stress generated in the vicinity of both ends of one annular recess (see the recess 241 in the second modification as shown in FIG. 11) arranged on the same circumference. Compared to, it becomes smaller by being dispersed. Therefore, the stress generated near one end of the recesses 341 to 343 is reduced, and the durability of the diaphragm 340 is improved.

【0097】なお、ここでは、同じ幅を有する3つの環
状の凹部が形成されている場合について説明している
が、凹部の数は任意に変更することができるとともに、
複数の凹部のそれぞれの幅は、互いに異なっていてもよ
い。
Although the case where three annular recesses having the same width are formed has been described here, the number of recesses can be arbitrarily changed, and
The width of each of the plurality of recesses may be different from each other.

【0098】次に、本発明の実施の形態の第4の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図14は、第4
の変形例に係る静電容量式センサの基板上に形成されて
いる複数の電極の配置を示す図である。
Next, a fourth modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 shows the fourth
It is a figure which shows arrangement | positioning of the some electrode formed on the board | substrate of the electrostatic capacitance type sensor which concerns on the modification.

【0099】図14の第4の変形例に係る静電容量式セ
ンサの基板20上の容量素子用電極E101〜E105
の配置が、図1の静電容量式センサ1の基板20上の容
量素子用電極E1〜E5の配置と異なる点は、図1の静
電容量式センサ1では、容量素子用電極E5の外側に容
量素子用電極E1〜E4が設けられているのに対して、
第4の変形例に係る静電容量式センサでは、容量素子用
電極E1〜E4の外側に容量素子用電極E5が設けられ
ている点である。なお、その他の構成は、図1の静電容
量式センサと同一であるので、詳細な説明は省略する。
Electrodes for capacitance elements E101 to E105 on the substrate 20 of the capacitance type sensor according to the fourth modification of FIG.
1 is different from the arrangement of the capacitive element electrodes E1 to E5 on the substrate 20 of the capacitive sensor 1 in FIG. 1 in that the capacitive sensor 1 in FIG. While the capacitive element electrodes E1 to E4 are provided in
The capacitance type sensor according to the fourth modification is that the capacitance element electrode E5 is provided outside the capacitance element electrodes E1 to E4. Since the other configurations are the same as those of the capacitance type sensor of FIG. 1, detailed description thereof will be omitted.

【0100】基板20上には、図14に示すように、原
点Oを中心とする略扇形の容量素子用電極E101〜E
104と、その外側に配置された原点Oを中心とするリ
ング状の容量素子用電極E5と、さらにその外側に配置
された原点Oを中心とするリング状の基準電極E0とが
形成されている。ここで、一対の容量素子用電極E10
1およびE102は、X軸方向に離隔してY軸に対して
線対称に配置されている。また、一対の容量素子用電極
E103およびE104は、Y軸方向に離隔してX軸に
対して線対称に配置されている。
On the substrate 20, as shown in FIG. 14, the electrodes E101 to E101 for the capacitive element, which are substantially fan-shaped with the origin O as the center, are formed.
104, a ring-shaped capacitive element electrode E5 located outside the center of the origin O, and a ring-shaped reference electrode E0 located outside of the center of the origin O are formed. . Here, a pair of capacitance element electrodes E10
1 and E102 are arranged in line symmetry with respect to the Y axis while being separated in the X axis direction. Further, the pair of capacitive element electrodes E103 and E104 are arranged in line symmetry with respect to the X axis while being separated in the Y axis direction.

【0101】ここで、X軸方向に対応する容量素子用電
極E101、E102、Y軸方向に対応する容量素子用
電極E103、E104およびZ軸方向に対応する容量
素子用電極E105のそれぞれの面積比を変更すること
によって、当該センサの感度を調整することができる。
つまり、本実施の形態および本変形例のいずれにおいて
も、図2および図14に示すように、X軸方向に対応す
る容量素子用電極およびY軸方向に対応する容量素子用
電極のそれぞれの面積は同じになっているため、当該セ
ンサのX軸方向およびY軸方向のそれぞれの感度はほぼ
同じになっている。一方、X軸方向に対応する容量素子
用電極およびY軸方向に対応する容量素子用電極に対す
るZ軸方向に対応する容量素子用電極の面積比は、本実
施の形態よりも本変形例の方が大きくなっている。従っ
て、当該センサのZ軸方向の感度は、本実施の形態より
も本変形例の方が向上すると考えられる。
Here, the area ratios of the capacitance element electrodes E101 and E102 corresponding to the X-axis direction, the capacitance element electrodes E103 and E104 corresponding to the Y-axis direction, and the capacitance element electrode E105 corresponding to the Z-axis direction, respectively. Can be adjusted to adjust the sensitivity of the sensor.
That is, in each of the present embodiment and this modification, as shown in FIGS. 2 and 14, the area of each of the capacitance element electrode corresponding to the X-axis direction and the capacitance element electrode corresponding to the Y-axis direction. Are the same, the sensitivities in the X-axis direction and the Y-axis direction of the sensor are substantially the same. On the other hand, the area ratio of the capacitance element electrode corresponding to the Z-axis direction to the capacitance element electrode corresponding to the X-axis direction and the capacitance element electrode corresponding to the Y-axis direction is larger in this modification than in the present embodiment. Is getting bigger. Therefore, it is considered that the sensitivity of the sensor in the Z-axis direction is higher in this modification than in this embodiment.

【0102】[0102]

【実施例】以下、上述した実施の形態における実施例に
ついて詳細に説明する。
EXAMPLES Examples of the above-described embodiment will be described in detail below.

【0103】ここでは、本発明に係る静電容量式センサ
1についての負荷特性試験およびその試験結果について
説明する。なお、負荷特性とは、静電容量式センサ1の
スティック30に対して外部から負荷(力)が加えられ
た場合において、その負荷の大きさとそのときの出力の
大きさとの関係によって表される。
Here, the load characteristic test and the test result of the capacitance type sensor 1 according to the present invention will be described. The load characteristic is represented by the relationship between the magnitude of the load and the magnitude of the output when a load (force) is applied to the stick 30 of the capacitance type sensor 1 from the outside. .

【0104】負荷特性試験としては、X軸方向、Y軸方
向およびZ軸方向のそれぞれについての所定の負荷が加
えられた場合における出力の各方向成分が検出される。
なお、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向のそれぞれに
ついての負荷を示す数値の符号は、負荷の方向が各軸方
向の正方向または負方向のいずれであるかを示してい
る。また、出力のX軸方向成分を「X軸出力」、出力の
Y軸方向成分を「Y軸出力」、出力のZ軸方向成分を
「Z軸出力」と称することにする。
In the load characteristic test, each direction component of the output when a predetermined load is applied in each of the X-axis direction, the Y-axis direction and the Z-axis direction is detected.
The numerical signs indicating the loads in each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction indicate whether the load direction is the positive direction or the negative direction of each axial direction. Further, the X-axis direction component of the output will be referred to as "X-axis output", the Y-axis direction component of the output will be referred to as "Y-axis output", and the Z-axis direction component of the output will be referred to as "Z-axis output".

【0105】本実施の形態において、例えばY軸方向の
負荷特性試験では、まず負荷が加えられていない状態か
ら、Y軸正方向への4.41(N・cm)、8.82(N・cm)、13.23(N・
cm)、8.82(N・cm)、4.41(N・cm)の負荷が順に加えられ、
元の負荷が加えられていない状態に戻される。そして、
各負荷が加えられた状態におけるX軸出力、Y軸出力お
よびZ軸出力がそれぞれ検出される。
In the present embodiment, for example, in a load characteristic test in the Y-axis direction, first, 4.41 (N.cm), 8.82 (N.cm), 13.23 (N.cm), 8.23 (N.cm) in the positive Y-axis direction from the state where no load is applied. (N
cm), 8.82 (Ncm), 4.41 (Ncm) load is added in order,
The original load is restored. And
The X-axis output, the Y-axis output, and the Z-axis output in the state where each load is applied are detected.

【0106】引き続き、上述と同様にして、負荷が加え
られていない状態から、Y軸負方向への-4.41(N・cm)、-
8.82(N・cm)、-13.23(N・cm)、-8.82(N・cm)、-4.41(N・cm)
の負荷が順に加えられ、元の負荷が加えられていない状
態に戻される。そして、各負荷が加えられた状態におけ
るX軸出力、Y軸出力およびZ軸出力がそれぞれ検出さ
れる。
Subsequently, in the same manner as described above, from the state where no load is applied, in the negative direction of the Y-axis, -4.41 (N · cm),-
8.82 (N ・ cm), -13.23 (N ・ cm), -8.82 (N ・ cm), -4.41 (N ・ cm)
The loads are sequentially added to restore the original unloaded state. Then, the X-axis output, the Y-axis output, and the Z-axis output in the state where each load is applied are detected.

【0107】このようにして得られた試験結果に基づい
て、Y軸方向の負荷とそのときの出力の各軸方向成分と
の関係であるY軸方向の負荷特性が導かれる。また、X
軸方向およびZ軸方向の負荷特性についても、上述と同
様の負荷特性試験を行うことによって導くことができ
る。なお、本実施例では、Y軸方向の負荷特性について
の試験結果だけを示すことにする。ここで、図15およ
び図16では、Y軸方向の負荷が加えられたときのX軸
出力、Y軸出力およびZ軸出力が、それぞれ丸(○)、
四角(□)、三角(△)で示されている。
Based on the test results obtained in this way, the Y-axis load characteristic, which is the relationship between the Y-axis load and each axial component of the output at that time, is derived. Also, X
The load characteristics in the axial direction and the Z-axis direction can also be derived by performing the same load characteristic test as described above. In this embodiment, only the test result of the load characteristic in the Y-axis direction will be shown. Here, in FIGS. 15 and 16, the X-axis output, the Y-axis output, and the Z-axis output when a load in the Y-axis direction is applied are circles (◯),
It is indicated by a square (□) and a triangle (△).

【0108】(実施例)本実施例における静電容量式セ
ンサ1は、図4に示すような凹部41〜45が形成され
たダイヤフラム40を有している。なお、ダイヤフラム
40の厚さは0.25(mm)であって、凹部41〜45の深さ
は0.125(mm)である。(比較例)本比較例における静電
容量式センサは、凹部が形成されていない平板状のダイ
ヤフラムを有している。なお、ダイヤフラムの厚さは0.
2(mm)である。
(Embodiment) The capacitance type sensor 1 in this embodiment has a diaphragm 40 having recesses 41 to 45 as shown in FIG. The diaphragm 40 has a thickness of 0.25 (mm), and the recesses 41 to 45 have a depth of 0.125 (mm). (Comparative Example) The capacitance type sensor in this comparative example has a flat plate-shaped diaphragm in which no recess is formed. The diaphragm thickness is 0.
It is 2 (mm).

【0109】ここで、実施例および比較例においては、
同じ負荷特性(定格)のセンサ同士で比較するために、
各ダイヤフラムの厚さは異なっている。つまり、凹部4
1〜45が形成されたダイヤフラム40では、剛性が比
較的低くなり、一方、凹部が形成されていないダイヤフ
ラムでは、剛性が比較的高くなるため、それぞれを同じ
負荷特性にするためには、それぞれの厚さを変えて調整
することが好ましい。
Here, in Examples and Comparative Examples,
To compare sensors with the same load characteristics (rating),
The thickness of each diaphragm is different. That is, the recess 4
The diaphragm 40 in which Nos. 1 to 45 are formed has a relatively low rigidity, while the diaphragm in which no recess is formed has a relatively high rigidity. It is preferable to adjust the thickness by changing it.

【0110】以上の負荷特性についての試験により得ら
れた試験結果を図15および図16に示す。
The test results obtained by the above-mentioned load characteristic test are shown in FIGS.

【0111】以上の試験結果から、次のようなことが分
かる。まず、比較例においては、図16に示すように、
Y軸出力が、Y軸方向の負荷の増減に対して、ほぼ直線
的に(比例するように)変化している。つまり、Y軸正
方向の負荷が増加するのに伴ってY軸出力は減少し(負
の値であってその絶対値が大きくなり)、Y軸負方向の
負荷が増加するのに伴ってY軸出力は増加しており(正
の値であってその絶対値が大きくなり)、Y軸正方向の
負荷が増加する場合のY軸出力の減少率(傾き)とY軸
負方向の負荷が増加する場合のY軸出力の増加率(傾
き)がほぼ同じになっている。
From the above test results, the following can be understood. First, in the comparative example, as shown in FIG.
The Y-axis output changes almost linearly (in proportion) to the increase / decrease of the load in the Y-axis direction. In other words, the Y-axis output decreases as the Y-axis positive direction load increases (a negative value and its absolute value increases), and the Y-axis negative-direction load increases as the Y-axis output increases. The axis output is increasing (positive value and its absolute value is increasing), and the Y-axis output decrease rate (slope) and the Y-axis negative direction load when the Y-axis positive direction load increases. The increasing rate (slope) of the Y-axis output when increasing increases is almost the same.

【0112】一方、X軸出力およびZ軸出力は、いずれ
もY軸方向の負荷の増減に対して、直線的に変化してい
ない。X軸出力については、Y軸正方向の負荷が増加す
るのに伴ってX軸出力は減少し、Y軸負方向の負荷が増
加するのに伴ってX軸出力は増加しているが、Y軸正方
向の負荷が増加する場合のX軸出力の減少率とY軸負方
向の負荷が増加する場合のX軸出力の増加率が同じにな
っていない。また、Z軸出力については、Y軸正方向の
負荷が増加するのに伴ってZ軸出力は減少するととも
に、Y軸負方向の負荷が増加するのに伴ってZ軸出力は
減少している。
On the other hand, neither the X-axis output nor the Z-axis output changes linearly with the increase or decrease of the load in the Y-axis direction. Regarding the X-axis output, the X-axis output decreases as the Y-axis positive direction load increases, and the X-axis output increases as the Y-axis negative direction load increases. The decrease rate of the X-axis output when the load in the positive axis direction increases and the increase rate of the X-axis output when the load in the negative Y-axis direction increases are not the same. Regarding the Z-axis output, the Z-axis output decreases as the load in the Y-axis positive direction increases, and the Z-axis output decreases as the load in the Y-axis negative direction increases. .

【0113】これに対して、実施例においては、図15
に示すように、Y軸出力が、比較例と同様に、Y軸方向
の負荷の増減に対して、ほぼ直線的に変化している。一
方、X軸出力およびZ軸出力は、Y軸出力と同様に、Y
軸方向の負荷の増減に対して、ほぼ直線的に変化してい
る。X軸出力については、Y軸正方向の負荷が増加する
のに伴ってX軸出力は減少し、Y軸負方向の負荷が増加
するのに伴ってX軸出力は増加しており、Y軸正方向の
負荷が増加する場合のX軸出力の減少率とY軸負方向の
負荷が増加する場合のX軸出力の増加率がほぼ同じにな
っている。また、Z軸出力については、Y軸正方向の負
荷が増加するのに伴ってX軸出力は増加し、Y軸負方向
の負荷が増加するのに伴ってX軸出力は減少しており、
Y軸正方向の負荷が増加する場合のX軸出力の増加率と
Y軸負方向の負荷が増加する場合のX軸出力の減少率が
ほぼ同じになっている。
On the other hand, in the embodiment, FIG.
As shown in, the Y-axis output changes substantially linearly as the load increases or decreases in the Y-axis direction, as in the comparative example. On the other hand, the X-axis output and the Z-axis output are the same as the Y-axis output.
It changes almost linearly as the axial load increases and decreases. Regarding the X-axis output, the X-axis output decreases as the Y-axis positive direction load increases, and the X-axis output increases as the Y-axis negative direction load increases. The decrease rate of the X-axis output when the load in the positive direction increases and the increase rate of the X-axis output when the load in the Y-axis negative direction increases are almost the same. Regarding the Z-axis output, the X-axis output increases as the Y-axis positive direction load increases, and the X-axis output decreases as the Y-axis negative direction load increases.
The increase rate of the X-axis output when the load in the Y-axis positive direction increases and the decrease rate of the X-axis output when the load in the Y-axis negative direction increases are almost the same.

【0114】このように、図4に示すような凹部41〜
45が形成されたダイヤフラム40を有している静電容
量式センサ1では、Y軸方向の負荷が加えられた場合に
おいては、Y軸出力だけでなく、Y軸方向と直交する方
向のX軸出力およびZ軸出力も同様に、Y軸方向の負荷
の増減に対して、ほぼ直線的に変化する。なお、このよ
うな特性は、Y軸方向の負荷特性に限られず、X軸方向
の負荷特性およびZ軸方向の負荷特性においても、同様
の特性を得ることができる。
Thus, the recesses 41 to 41 as shown in FIG.
In the capacitance type sensor 1 having the diaphragm 40 in which 45 is formed, when a load in the Y-axis direction is applied, not only the Y-axis output but also the X-axis in the direction orthogonal to the Y-axis direction Similarly, the output and the Z-axis output change substantially linearly as the load in the Y-axis direction increases and decreases. It should be noted that such characteristics are not limited to the load characteristics in the Y-axis direction, and similar characteristics can be obtained in the load characteristics in the X-axis direction and the load characteristics in the Z-axis direction.

【0115】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様
々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、
上述の実施の形態では、凹部41〜45が、ダイヤフラ
ム40の上面(基板20と対向する面と反対側の面)に
おいて、基板20上の容量素子用電極E1〜E4に対応
するように設けられている場合について説明している
が、これに限らず、凹部は、ダイヤフラムの下面(基板
と対向する面)に形成されていてもよいし、ダイヤフラ
ムの上面または下面において、基板上の容量素子用電極
に対応しないで、容量素子用電極の外側の領域に対応す
るように形成されていてもよい。但し、凹部が、ダイヤ
フラムの下面において基板上の容量素子用電極に対応す
るように形成される場合には、凹部の深さの分だけ、ダ
イヤフラムと基板上の容量素子用電極との間の間隔が大
きくなり、その分発生する静電容量が小さくなるため、
本実施の形態のように、凹部がダイヤフラムの上面に形
成されるほうが好ましい。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various design changes can be made within the scope of the claims. Is possible. For example,
In the above-described embodiment, the recesses 41 to 45 are provided on the upper surface of the diaphragm 40 (the surface opposite to the surface facing the substrate 20) so as to correspond to the capacitive element electrodes E1 to E4 on the substrate 20. However, the present invention is not limited to this, and the recess may be formed on the lower surface of the diaphragm (the surface facing the substrate), or on the upper surface or the lower surface of the diaphragm for the capacitive element on the substrate. It may be formed so as not to correspond to the electrode but to correspond to a region outside the capacitor element electrode. However, when the concave portion is formed on the lower surface of the diaphragm so as to correspond to the capacitive element electrode on the substrate, the distance between the diaphragm and the capacitive element electrode on the substrate is reduced by the depth of the concave portion. Becomes larger and the generated electrostatic capacity becomes smaller,
It is preferable that the recess is formed on the upper surface of the diaphragm as in the present embodiment.

【0116】また、上述の実施の形態では、スティック
30に対して外部から加えられた力のX軸方向成分、Y
軸方向成分およびZ軸方向成分の3成分を検出可能な静
電容量式センサ1について説明しているが、これに限ら
ず、上述の3成分のうち必要な2成分または1成分だけ
を検出可能なものであってもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the component of the force applied from the outside to the stick 30 in the X-axis direction, Y-axis.
The capacitance type sensor 1 capable of detecting the three components of the axial direction component and the Z-axis direction component has been described, but the present invention is not limited to this, and only the necessary two components or one component of the above three components can be detected. It may be anything.

【0117】また、上述の実施の形態では、ダイヤフラ
ム40とスペーサ60とがそれぞれ別の部材によって形
成されている場合について説明しているが、ダイヤフラ
ムとスペーサとが同一の部材によって一体に形成されて
いてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the diaphragm 40 and the spacer 60 are formed of different members has been described, but the diaphragm and the spacer are integrally formed of the same member. May be.

【0118】また、上述の実施の形態では、ダイヤフラ
ム40が、接地された基準電極に対してスペーサ60を
介して電気的に接続されている場合について説明してい
るが、これに限らず、ダイヤフラム40と基準電極E0
との間に容量素子が形成され、ダイヤフラム40が、基
準電極E0に直接接触することによってではなく、容量
素子(カップリングコンデンサとしての機能を有してい
る)による容量結合によって接地された基準電極E0と
電気的に結合されてもよい。この場合には、静電容量式
センサの耐電圧特性が向上し、スパーク電流が流れるこ
とによってセンサが破損することがほとんどなくなると
ともに、接続不良などの不具合を防止することができる
ため、信頼性の高い静電容量式センサを得ることができ
る。
In the above-described embodiment, the case where the diaphragm 40 is electrically connected to the grounded reference electrode via the spacer 60 has been described, but the present invention is not limited to this. 40 and reference electrode E0
A capacitance element is formed between the reference electrode and the diaphragm 40, which is grounded not by the direct contact with the reference electrode E0 but by the capacitive coupling by the capacitance element (having a function as a coupling capacitor). It may be electrically coupled to E0. In this case, the withstand voltage characteristic of the capacitance type sensor is improved, the sensor is hardly damaged by the flow of the spark current, and it is possible to prevent a defect such as a connection failure. It is possible to obtain a high capacitance type sensor.

【0119】また、上述の実施の形態では、EX−OR
素子が含まれる信号処理回路が用いられる場合について
説明しているが、これに限らず、信号処理回路の構成は
任意に変更することができる。従って、排他的論理和演
算を行うEX−OR素子の代わりに、論理和演算を行う
OR素子、論理積演算を行うAND素子、論理積演算お
よび否定演算を行うNAND素子のいずれかが含まれる
信号処理回路が用いられてもよい。この場合には、静電
容量式センサの各部材が感度が非常によくなる材料で製
作された場合に、信号処理回路の構成によって、静電容
量式センサの感度を調節する(ここでは、感度を低下さ
せる)ことができる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the EX-OR is used.
Although the case where the signal processing circuit including the element is used has been described, the present invention is not limited to this, and the configuration of the signal processing circuit can be arbitrarily changed. Therefore, instead of the EX-OR element that performs an exclusive OR operation, a signal that includes an OR element that performs an OR operation, an AND element that performs an AND operation, and a NAND element that performs an AND operation and a NOT operation Processing circuitry may be used. In this case, when each member of the capacitance type sensor is made of a material having a very high sensitivity, the sensitivity of the capacitance type sensor is adjusted by the configuration of the signal processing circuit (here, the sensitivity is Can be lowered).

【0120】[0120]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1による
と、導電性部材が、検知部材に対応する領域を内側に含
むような円周上に配置された凹部を有していることによ
って、検知部材に対して所定軸方向の力が加えられた場
合に、出力の他軸方向成分が所定軸方向の力の大きさに
対してほぼ直線的に変化するようになる。また、出力の
他軸方向成分は、所定軸方向の力の大きさに対して直線
的に再現性良く変化する。従って、各方向成分の出力を
利用して演算することによって、作用する力の方向成分
が適正に検出される。これにより、導電性部材の固定状
態の影響を受けにくくなるとともに、当該センサの個体
差を演算によって適正に補償することが可能となる。
As described above, according to the first aspect, the conductive member has the concave portion arranged on the circumference so as to include the region corresponding to the detection member inside, When a force in the predetermined axial direction is applied to the detection member, the other axial component of the output changes substantially linearly with the magnitude of the force in the predetermined axial direction. The other axial component of the output linearly changes with good reproducibility with respect to the magnitude of the force in the predetermined axial direction. Therefore, the directional component of the acting force is properly detected by performing the calculation using the output of each directional component. As a result, the influence of the fixed state of the conductive member is less likely to occur, and the individual difference of the sensor can be appropriately compensated by calculation.

【0121】また、導電性部材は円周上に形成された凹
部を有しているため、検知部材に対して外部から加えら
れる力の方向に拘わらず、どのような方向の力に対して
も、導電性部材は方向性なく変形することができる。従
って、当該センサの感度が、導電性部材の変形の方向性
に起因して検知部材に加えられる力の方向によって異な
るという事態が生じることがほとんどない。その結果、
方向性のないセンサを得ることができる。
Further, since the conductive member has the concave portion formed on the circumference, it can be applied to any direction of force regardless of the direction of the force applied from the outside to the detection member. The conductive member can be deformed without directivity. Therefore, the situation in which the sensitivity of the sensor varies depending on the direction of the force applied to the detection member due to the directionality of the deformation of the conductive member rarely occurs. as a result,
It is possible to obtain a sensor having no directivity.

【0122】請求項2によると、導電性部材には、凹部
が形成されており肉薄である部分と凹部が形成されてお
らず肉厚である部分とが当該円周方向に沿って交互に並
んでいる。従って、検知部材に対して力が加えられた状
態では、上記の2つの部分がねじれた構造になってい
る。そのため、検知部材に対して力が加えられた状態か
ら当該力が加えられなくなった場合には、導電性部材
は、ねじれ構造による復元力によって、凹部が形成され
ていない場合および凹部が環状に形成されている場合と
比較して、元の状態(ねじれのない状態)に戻り易い。
これにより、検知部材に対する反応を素早くすることが
できる。
According to the second aspect of the present invention, the conductive member is provided with recesses and is thin and thin portions and recesses are not formed and is thick, and are alternately arranged along the circumferential direction. I'm out. Therefore, when a force is applied to the detection member, the above two parts have a twisted structure. Therefore, when the force is no longer applied to the detection member from the state in which the force is applied, the conductive member is formed by the restoring force of the twisted structure when the recess is not formed and when the recess is formed in an annular shape. It is easier to return to the original state (state without twisting) as compared with the case of being twisted.
Thereby, the reaction with respect to the detection member can be made quick.

【0123】請求項3によると、同心円状に形成された
複数の環状の凹部のそれぞれの両端部近傍に発生する応
力は、同一円周上に配置された1つの環状の凹部の両端
部近傍に発生する応力と比較して、分散されることによ
って小さくなる。従って、凹部の両端部近傍の1個所あ
たりに発生する応力が低減されるため、導電性部材の耐
久性が向上する。
According to the third aspect of the present invention, the stress generated in the vicinity of each end of each of the plurality of concentric annular recesses is generated in the vicinity of both ends of one annular recess arranged on the same circumference. Compared with the stress that occurs, it becomes smaller by being dispersed. Therefore, the stress generated near one end of the recess is reduced, and the durability of the conductive member is improved.

【0124】請求項4によると、凹部が導電性部材の基
板と対向する面と反対側の面に形成されているため、凹
部が導電性部材の基板と対向する面において容量素子用
電極と対向するように形成されている場合と比較して、
導電性部材と容量素子用電極との間の間隔が小さくな
る。そのため、導電性部材と容量素子用電極との間に構
成される容量素子の静電容量値が比較的大きくなって、
当該センサの感度を向上させることができる。
According to the fourth aspect, since the recess is formed on the surface of the conductive member opposite to the surface facing the substrate, the recess faces the capacitor element electrode on the surface facing the substrate of the conductive member. Compared with the case where it is formed to
The space between the conductive member and the capacitance element electrode is reduced. Therefore, the capacitance value of the capacitive element formed between the conductive member and the capacitive element electrode becomes relatively large,
The sensitivity of the sensor can be improved.

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

【図1】本発明の実施の形態に係る静電容量式センサの
模式的な断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a capacitance type sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の静電容量式センサの基板上に形成されて
いる複数の電極の配置を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an arrangement of a plurality of electrodes formed on a substrate of the capacitance type sensor of FIG.

【図3】図1の静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。
3 is a top view of a diaphragm of the capacitance type sensor of FIG. 1. FIG.

【図4】図1に示す静電容量式センサの構成に対する等
価回路図である。
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram for the configuration of the capacitance type sensor shown in FIG.

【図5】図1に示す静電容量式センサに入力される周期
信号から出力信号を導出する方法を説明するための説明
図である。
5 is an explanatory diagram for explaining a method of deriving an output signal from a periodic signal input to the capacitance type sensor shown in FIG.

【図6】図1に示す静電容量式センサの検知部材にX軸
正方向への操作が施された場合の側面の模式的な断面図
である。
6 is a schematic cross-sectional view of a side surface when the detection member of the capacitance type sensor shown in FIG. 1 is operated in the positive direction of the X axis.

【図7】図1に示す静電容量式センサの信号処理回路を
示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a signal processing circuit of the capacitance type sensor shown in FIG.

【図8】(a)は、図1に示す静電容量式センサのX軸
方向成分についての信号処理回路を示す回路図である。
(b)は、(a)と等価な信号処理回路を示す回路図で
ある。
8A is a circuit diagram showing a signal processing circuit for an X-axis direction component of the capacitance type sensor shown in FIG. 1. FIG.
(B) is a circuit diagram showing a signal processing circuit equivalent to (a).

【図9】図8に示す信号処理回路の各端子および各節点
における周期信号の波形を示す図である。
9 is a diagram showing waveforms of periodic signals at each terminal and each node of the signal processing circuit shown in FIG.

【図10】本発明の実施の形態の第1の変形例に係る静
電容量式センサのダイヤフラムの上面図である。
FIG. 10 is a top view of the diaphragm of the capacitance type sensor according to the first modification of the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の形態の第2の変形例に係る静
電容量式センサのダイヤフラムの上面図である。
FIG. 11 is a top view of the diaphragm of the capacitance type sensor according to the second modification of the embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施の形態の第3の変形例に係る静
電容量式センサのダイヤフラムの上面図である。
FIG. 12 is a top view of a diaphragm of a capacitance type sensor according to a third modification of the embodiment of the present invention.

【図13】図12のXIII-XIII線における断面拡大図で
ある。
13 is an enlarged sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.

【図14】本発明の実施の形態の第4の変形例に係る静
電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の
配置を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an arrangement of a plurality of electrodes formed on a substrate of a capacitance type sensor according to a fourth modification of the embodiment of the present invention.

【図15】図1の静電容量式センサのY軸方向について
の負荷特性を示す図である。
15 is a diagram showing load characteristics in the Y-axis direction of the capacitance type sensor of FIG.

【図16】従来の静電容量式センサのY軸方向について
の負荷特性を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a load characteristic in the Y-axis direction of a conventional capacitance sensor.

【図17】従来の静電容量式センサの模式的な断面図で
ある。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a conventional capacitance type sensor.

【図18】図17の静電容量式センサの基板上に形成さ
れている複数の電極の配置を示す図である。
18 is a diagram showing an arrangement of a plurality of electrodes formed on a substrate of the capacitance type sensor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 静電容量式センサ 20 基板 30 スティック(検知部材) 40、140、240、340 ダイヤフラム(導電性
部材) 41〜45、141〜145、241、341〜343
凹部 E1〜E5、E101〜E105 容量素子用電極 E0 基準電極 C1〜C5 容量素子
1 Capacitance type sensor 20 Substrate 30 Stick (detection member) 40, 140, 240, 340 Diaphragm (conductive member) 41-45, 141-145, 241, 341-343
Recesses E1 to E5, E101 to E105 Capacitance element electrode E0 Reference electrodes C1 to C5 Capacitance element

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Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 前記基板と対向している検知部材と、 前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材
が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同
じ方向に変位可能であって、前記検知部材に対応する領
域を内側に含むような円周上に凹部が形成されている導
電性部材と、 前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素
子を構成する容量素子用電極と、 前記基板上に形成され、前記導電性部材と電気的に接続
されるとともに、接地または一定の電位に保持された基
準電極とを備えており、 前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して
前記導電性部材と前記容量素子用電極との間隔の変化に
起因する前記容量素子の静電容量値の変化が検出される
ことに基づいて前記検知部材の変位を認識可能であるこ
とを特徴とする静電容量式センサ。
1. A substrate, a detection member facing the substrate, a detection member located between the substrate and the detection member, and the detection member being displaced in a direction perpendicular to the substrate. A conductive member that is displaceable in the same direction and that has a concave portion formed on the circumference so as to include a region corresponding to the detection member inside, and the conductive member that is formed on the substrate. An electrode for a capacitive element that constitutes a capacitive element between, and a reference electrode that is formed on the substrate and electrically connected to the conductive member, and is grounded or held at a constant potential, A change in the capacitance value of the capacitance element due to a change in the distance between the conductive member and the capacitance element electrode is detected by using a signal input to the capacitance element electrode. It is possible to recognize the displacement of the detection member based on Capacitive sensors, characterized in Rukoto.
【請求項2】 前記導電性部材は、前記円周に沿って互
いに離隔するように配置された複数の凹部を有している
ことを特徴とする請求項1に記載の静電容量式センサ。
2. The capacitance type sensor according to claim 1, wherein the conductive member has a plurality of recesses arranged so as to be separated from each other along the circumference.
【請求項3】 前記導電性部材は、同心円状に互いに離
隔するように配置された複数の凹部を有していることを
特徴とする請求項1に記載の静電容量式センサ。
3. The capacitance type sensor according to claim 1, wherein the conductive member has a plurality of recesses that are concentrically arranged so as to be spaced apart from each other.
【請求項4】 前記凹部は、前記導電性部材の前記基板
と対向する面と反対側の面に形成されていることを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電容量式
センサ。
4. The electrostatic discharge according to claim 1, wherein the concave portion is formed on a surface of the conductive member opposite to a surface facing the substrate. Capacitive sensor.
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