JP2013156662A - 圧力センサおよびデータ入力装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 円形の可動電極11と円形のプリント基板14の一面に形成された第1分割電極15a〜第4分割電極15dとの間に、スペーサとなる両面テープ13を介在させてわずかなギャップで対向させる。スティック100でパッド10を叩いた際に、可動電極11と第1分割電極15a〜第4分割電極15dとのギャップが変化して、その間の容量が変化して第1分割電極15a〜第4分割電極15dから信号が出力される。第1分割電極15a〜第4分割電極15dは、アースされた可動電極11とアースされたシールド電極16とに挟まれているため、外乱の影響を受けないようになる。
【選択図】 図1
Description
そして、検出された打撃位置と打撃強度の情報に基づいて図示しない音源を制御して、打撃強度及び打撃位置に応じた楽音を発生させる。この楽音は増幅されてスピーカより拡声される。
ところで、抵抗値変化に替えて容量の変化を利用した圧力センサが考えられる。容量変化を利用する圧力センサにおいては、抵抗面や感圧抵抗素子を不要とすることができる。また、打撃強度と打撃位置の情報を検出する方法が抵抗値変化で演奏情報を入力する場合と原理的に異なることから、上記した抵抗値変化で演奏情報を入力する従来の圧力センサの問題点を解消することができる。なお、容量変化を利用する圧力センサにおける利用する容量は、電極を対向させることにより生じた容量とされ、演奏情報を入力した際に電極間のギャップが変化することにより容量が変化するようになる。しかしながら、このような容量変化を利用する圧力センサでは、電極に人体や金属等を近づけると容量が変化してしまうことから、その性質上外乱に弱くなることが避けられず、そのため感度を下げておく必要があることから感度が低いという問題点があった。
これらの図に示す第1実施例の圧力センサ1は、電子ドラム等の電子打楽器に適用して好適な演奏情報入力装置である。第1実施例の圧力センサ1は上面にスティック100等で叩かれる打面を形成する円板状のパッド10が配置されている。パッド10を独立気泡が含まれる発泡性樹脂により形成することによりアコースティックなドラムを叩いたときと同じ様な感触を得ることができる。パッド10の下面には、可動電極11が上面に形成された薄い円形とされた面状の樹脂フィルム12が貼着されている。絶縁性の樹脂フィルム12の材質は、例えばPET(Polyethylene Terephthalate)とされ、可動電極11が樹脂フィルム12の上面の全面に蒸着等により形成されている。
図5に示す電子打楽器2においては、圧力センサ1についてはプリント基板14のみを示している。プリント基板14の一面にリング状に形成されている固定電極15を構成する第1分割電極15a〜第4分割電極15dのそれぞれからラインが端子部14aまで延伸されている。端子部14aにおいて第1分割電極15aから延伸されたラインは抵抗R1を介して電源+Vに接続されると共に第1アンプA1に接続され、第2分割電極15bから延伸されたラインは抵抗R2を介して電源+Vに接続されると共に第2アンプA2に接続され、第3分割電極15cから延伸されたラインは抵抗R3を介して電源+Vに接続されると共に第3アンプA3に接続され、第4分割電極15dから延伸されたラインは抵抗R4を介して電源+Vに接続されると共に第4アンプA4に接続されている。このように、第1分割電極15a〜第4分割電極15dは抵抗R1ないし抵抗R4により電源+Vにプルアップされていることから、第1分割電極15a〜第4分割電極15dと可動電極11との間の静電容量が変化した際に、変化した容量に応じた電気信号が固定電極15から出力されるようになる。
図7に示す電子打楽器2は電子ドラムの例であり、木製や金属製とされた円筒状の胴30の上部に圧力センサ1が配置されており、胴30の下部には円形の底板31が固着されている。胴30における内周面の上部にはいくつかのL型金具33が内向きに固着されており、L型金具33における内側に突出した部分がゴム等のリング状の緩衝材32に設けられた溝に嵌挿されて取り付けられている。この場合、リング状の緩衝材32の外側面のほぼ半ばに溝が形成されており、この溝内にL型金具33の突出した部分が嵌挿されている。また、圧力センサ1の最下層を構成しているシールド電極16は数mmの厚さの金属板とすることができ、このシールド電極16の下面にいくつかのZ型金具34がL型金具33に対応して固着されている。Z型金具34の外側を向いた下片により緩衝材32の下面が支持されて、この結果緩衝材32はL型金具33とZ型金具34とにより挟持されるようになる。胴30の上縁と圧力センサ1の下面とは若干の間隙を持って対向するよう支持されており、圧力センサ1をスティック100により叩いた際でも、圧力センサ1と胴30とは緩衝材32の作用により接触しないようにされている。逆に、胴30に与えられた何らかの衝撃も緩衝材32の作用により圧力センサ1に与えられることはない。なお、底板31は3脚等のドラムを支持する支持脚に取り付けることができる。
図8は圧力センサ1の一部を拡大して示す図であり、第1分割電極15aと第2分割電極15bとの境界の部分がスティック100により叩かれた態様が示されている。圧力センサ1のパッド10をスティック100によりA,B,C,D,Eの位置で叩いたとする。位置A,B,C,D,Eは第2分割電極15bから隣接する第1分割電極15aに至るまでの位置とされる。この時の叩かれて変形する可動電極11の第1分割電極15aおよび第2分割電極15b上の部位がa,b,c,d,eの範囲で示されている。変形する部位a,b,c,d,eは、頭が丸いスティック100で叩かれることからほぼ円形に拡がる範囲となる。ここで、位置Aおよび位置Bで叩いた場合は可動電極11が変形する部位a、bが第2分割電極15b上に限られることから、第2分割電極15bのみから信号が出力される。出力される信号のレベルは打撃強度に比例する。
これらの図に示す第2実施例の圧力センサ3は、電子ドラム等の電子打楽器に適用して好適な演奏情報入力装置である。第2実施例の圧力センサ3は上面にスティック100等で叩かれる打面を形成する円板状のパッド40が配置されている。パッド40を独立気泡が含まれる発泡性樹脂により形成することによりアコースティックなドラムを叩いたときと同じ様な感触を得ることができる。パッド40の下面には、第1可動電極41が上面の全面に形成された薄い円形とされた面状の樹脂フィルム42が貼着されている。絶縁性の樹脂フィルム42の材質は、例えばPETとされ、第1可動電極41が樹脂フィルム42の上面の全面に蒸着等により形成されている。
これらの図に示すように、プリントフィルム54を構成しているフィルム基板59の表面にはリング状に分割された4つの分割電極57−1,57−2,57−3,57−4からなる第2可動電極57が形成されており、フィルム基板51の裏面にはリング状に分割された4つの分割電極58−1,58−2,58−3,58−4からなる第3可動電極58が蒸着またはプリントにより形成されている。分割電極57−1〜57−4と分割電極58−1〜58−4における対応するリング状の分割電極の形状は同形状とされており、図13のA部拡大図で示すように正方形の矩形パッチを繋いで形成されている。リング状の分割電極57−1〜57−4からそれぞれ信号を出力する端子と、リング状の分割電極58−1〜58−4からそれぞれ信号を出力する端子が端子部54aの表面と裏面とに設けられている。第2可動電極57と第3可動電極58とにおいて、対応する位置のリング状の分割電極同士が電気的に接続されている。すなわち、分割電極57−1と分割電極58−1とが、分割電極57−2と分割電極58−2とが、分割電極57−3と分割電極58−3とが、分割電極57−4と分割電極58−4とが電気的に接続されている。この接続は、端子部54aにおいて対応する端子同士を接続したり、フィルム基板59にスルーホールを設けて接続すればよい。分割電極57−1〜57−4および分割電極58−1〜58−4における各リング状の分割電極の面積は等しく形成することが好適とされているが、等しく形成することができない場合はこれを補正する上記した補正テーブルを処理部に備えるようにする。
図16に示す第3実施例の圧力センサ4の外形の形状は円形や矩形とされ、上面にアースされた第1可動電極61が配置され、第1可動電極61は第1スペーサ62の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第1スペーサ62の下面には出力電極とされる第2可動電極63が配置され、第2可動電極63は第2スペーサ64の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第2スペーサ64の下面には例えば金属製とされた導電性のシールド電極65が貼着されている。シールド電極65は、第1可動電極61と同様にアースされている。なお、第1可動電極61が形成されている第1スペーサ62の下面は、第2可動電極63の上面と貼着されている。また、第1スペーサ62および第2スペーサ64は可撓性のエラストマーや多孔質の柔軟なスポンジ等から構成され、第1スペーサ62と第2スペーサ64との硬さを変えることができる。第3実施例の圧力センサ4においては、第1スペーサ62は軟質スペーサとされ、第2スペーサ64は第1スペーサ62より堅い硬質スペーサとされている。第3実施例の圧力センサ4においては、第1スペーサ62を介して対向する第1可動電極61と第2可動電極63とにより第1容量手段が構成され、第2スペーサ64を介して対向する第2可動電極63とシールド電極65とにより第2容量手段が構成されるようになる。そして、軟質スペーサとされた第1容量手段の剛性は小さくなり、硬質スペーサとされた第2容量手段の剛性は大きくなっている。
なお、第2実施例の圧力センサ3あるいは第3実施例の圧力センサ4を電子ドラム等の電子打楽器の演奏情報入力装置に適用した場合は、打撃強度に応じた第1容量手段および第2容量手段の変化を利用していることから、出力信号のダイナミックレンジをより大きくすることができ、より演奏表現力を向上することができる。
第2実施例の圧力センサ3を電子打楽器に適用した際の構造は、圧力センサ1が圧力センサ3に置き換わるだけで図7に示す構造とほぼ同様となる。また、第2可動電極47および第3可動電極48における分割電極毎に異なる楽器を割り当てて、圧力センサ3により、複数の楽器の演奏情報を入力するようにしても良い。
図22に示す圧力センサ5は、上面にアースされた第1可動電極61が配置され、第1可動電極61は第1スペーサ62の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第1スペーサ62の下面には出力電極とされる第2可動電極63が配置され、第2可動電極63はプリントフィルム66の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。プリントフィルム66は、例えばPET等の樹脂フィルムとされており、下面の全面に貼着あるいは蒸着等により第3可動電極67が形成されている。第3可動電極67の下面には、第2スペーサ64の上面が貼着されており、第2スペーサ64の下面には例えば金属製とされた導電性のシールド電極65が貼着されている。シールド電極65は、第1可動電極61と同様にアースされている。
このように構成された第3実施例の変形例の圧力センサ5においても、第3実施例の圧力センサ4と同様の図21の実線で示す圧力−出力特性を得ることができる。従って、圧力センサ5でも、ダイナミックレンジをさらに大きくした高感度の圧力センサとすることができる。しかも、出力電極である第2可動電極63および第3可動電極67は、アースされた第1可動電極61とシールド電極65とに挟まれているため、感度を高くしても外乱を受けることを防止することができる。
これらの図に示す第4実施例の圧力センサ6は、上面にアースされた第1可動電極71が配置され、第1可動電極71は第1スペーサ72の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されている。第1スペーサ72の下面には出力電極とされる第2可動電極73が配置されている。この第2可動電極73は、第2スペーサ74の上面の全面に貼着あるいは蒸着等により形成されているマトリクス状に配置されたパッチ電極とされている。例えば、第2可動電極73は4×4の16個のパッチ電極m11,m12,m13,・・・,m44から構成されており、それぞれのパッチ電極m11〜m44からの端子が8本ずつ第2スペーサ74の左側と右側から引き出されている。すなわち、図24に示すように第2スペーサ74の左側に端子c11,c12,c21,・・・,c42が設けられ、第2スペーサ74の右側に端子c14,c13,c24,・・・,c43が設けられている。
さらにまた、分割電極をリング状の形状で分割する場合は、その分割数は任意の数とすることができ、分割数を増やすことにより打撃位置の精度を向上することができる。そして、中心点から所定の角度範囲で分割する場合も、任意の角度範囲で任意の分割数に分割することができる。
さらにまた、本発明にかかる圧力センサおよびデータ入力装置においては、分割されている分割電極毎に異なる楽器を割り当てるようにしても良い。これにより、マルチパッドを実現することができる。
さらにまた、本発明にかかる圧力センサおよびデータ入力装置の形状は、円形に限るものではなく矩形としてもよいものである。圧力センサの形状を矩形とすることによりゲーム機やゲーム機のコントローラ、および、マルチパッド等のデータ入力装置に適用しやすくなる。
Claims (6)
- アースされた面状の第1可動電極と、
該第1可動電極と可撓性の第1スペーサを隔てて対向するよう配設され、面状とされている可撓性の絶縁材の表面に形成されている第2可動電極と、
前記絶縁材の裏面に形成されている第3可動電極と、
該第3可動電極と可撓性の第2スペーサを隔てて対向するよう配設されているアースされたシールド導体とを備え、
前記第1可動電極と前記第1スペーサと前記第2可動電極とにより第1容量手段が構成されると共に、前記第3可動電極と前記第2スペーサと前記シールド導体とにより第2容量手段が構成され、前記第1可動電極に印加された圧力に応じて前記第1容量手段のみが変位、あるいは、前記第1容量手段および前記第2容量手段が変位し、前記第1容量手段における容量の変化情報に基づいて、前記第2可動電極から第1信号が出力されると共に、前記第2容量手段における容量の変化情報に基づいて、前記第3可動電極から第2信号が出力され、前記第1信号と前記第2信号とが加算されて出力されるようにしたことを特徴とする圧力センサ。 - 前記第1容量手段と前記第2容量手段とでは、圧力に対する剛性が異なっていることを特徴とする請求項1記載の圧力センサ。
- 前記第1スペーサおよび前記第2スペーサの硬さを変えることにより、前記第1容量手段と前記第2容量手段とでは、圧力に対する剛性を異ならせていることを特徴とする請求項2記載の圧力センサ。
- 前記第1スペーサおよび前記第2スペーサには所定のピッチで切欠が設けられており、該切欠が設けられるピッチを変化させることにより、前記第1容量手段と前記第2容量手段とでは、圧力に対する剛性を異ならせていることを特徴とする請求項2記載の圧力センサ。
- 前記第1容量手段における圧力に対する剛性が、前記第2容量手段における圧力に対する剛性より小さくされていることを特徴とする請求項3あるいは4記載の圧力センサ。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか記載の圧力センサを操作することにより、操作情報を入力するようにしたことを特徴とするデータ入力装置。
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