JP3013626B2 - 電気式感圧センサ - Google Patents

電気式感圧センサ

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JP3013626B2 JP4235037A JP23503792A JP3013626B2 JP 3013626 B2 JP3013626 B2 JP 3013626B2 JP 4235037 A JP4235037 A JP 4235037A JP 23503792 A JP23503792 A JP 23503792A JP 3013626 B2 JP3013626 B2 JP 3013626B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は機械的圧力をデジタルに
検出する電気式感圧センサの構成に係り、特に検出デー
タをデジタル化すると共に検出精度の向上を図った電気
式感圧センサに関する。
【0002】機械的圧力を電気的に安価に検出する感圧
センサには加圧導電ゴムを使用したものが一般的であ
り、該圧力をデジタルに検出する場合にもかかるセンサ
を使用することが多い。
【0003】
【従来の技術】図4は従来の電気式感圧センサの一例を
示す原理構成断面図であり、図5は検出データの一例を
示す図である。
【0004】図4で電気式感圧センサ(以下単に感圧セ
ンサとする)1は、表面に2個の対向する電極11a,11b
がパターン形成されている回路基板11と上記電極11a,11
b 間の間隔を少なくともカバーし得る大きさの例えばシ
リコンラバー12a 中に導電体としてのカーボン(C)粒
子12b が混入して形成されている加圧導電ゴム12および
その上面に添着された押圧板13とを主要構成部材として
構成されている。
【0005】そして上記加圧導電ゴム12は、自然状態す
なわち圧力がかかっていない状態では各カーボン粒子12
b 間の接触がないため絶縁体としての性質を持つが圧力
がかかった状態では該各カーボン粒子12b 間の接触によ
って導体化する性質を持っており、その圧力の大きさに
よって導電率が変化するように形成されている。
【0006】なおこの場合の圧力の変動に対する導電率
の変化は、カーボン粒子の大きさや混入率等によって直
線的または非直線的に変化し得るようになっている。ま
た、上記電極11a,11b はその外側両端部が図示されない
回路に接続されており、該電極11a,11b 間の抵抗値が検
出し得るようになっている。
【0007】そこで、該感圧センサ1を圧力を検出しよ
うとする被検体に当接せしめると上記押圧板13が押圧さ
れることになるので、結果的に被検体の圧力を上記電極
11a,11b 間の抵抗値として検出することができる。
【0008】検出データの一例を示す図5は、横軸Xを
被検体の圧力Pとし縦軸Yを上記電極11a,11b 間の抵抗
値Rとしたときの被検体の圧力と該電極11a,11b 間の抵
抗値との関係をプロットして示したものである。
【0009】すなわち、被検体の圧力が“0”で電極11
a,11b 間の抵抗値∞のときのa1点と被検体の最大圧力が
“p”で電極11a,11b 間の抵抗値rのときのa2点との間
が、例えばカーブAではほぼ直線的に変化する場合を示
しカーブBは上向きカーブにカーブCは下向きカーブに
なっている場合をそれぞれ示している。
【0010】従って使用する加圧導電ゴム12に対応する
これらのカーブを予め入手しておくことで、例えばカー
ブAの場合では検出された抵抗値r1からそのときの被検
体の圧力p1が検知できる感圧センサ1を構成することが
できる。
【0011】かかる感圧センサ1では特別な技術を要す
ることなく簡易な構成で被検体の圧力を検出することが
できる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし上述した構成に
なる感圧センサ1では、加圧導電ゴム12に混入されるカ
ーボン粒子12b の分布密度が検出される抵抗値に大きく
影響するため該抵抗値に不安定性やバラツキが生じ易く
またシリコンゴム自体の特性も検出される抵抗値に大き
く影響することとなる。
【0013】従って被検体の圧力を安価に且つデジタル
に検出する場合でも、抵抗値の検出精度に誤差が生じ易
いと共に再現性が乏しくなり易いと言う問題があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題は、機械的圧力
をデジタル化して検出する電気式感圧センサであって、
グランド線に繋がる長方形状のグランド電極とその長手
方向片側端辺に沿っ複数の信号電極と該各信号電極
個別の抵抗器を介して1個の電源線に繋げる回路とが上
面に形成されている回路基板と、前記グランド電極と信
号電極配置領域との中間点近傍を中心として伏せた状態
前記回路基板上面に配設される角形皿状でその天井壁
内面にグランド電極と信号電極配置領域をほぼカバ
ーする大きさ押圧電極が形成されている絶縁性弾性体
からなるアクチュエータと、前記アクチュエータ上方
に配設されて前記中間点近傍を中心軸として上下動し得
る押圧具と、前記各信号電極のそれぞれに繋がる出力端
子とを、少なくとも具えて構成されている電気式感圧セ
ンサによって解決される。
【0015】
【作用】弾性体の球面状突起を平坦面に押圧すると押圧
力を大きくするにつれて該球面状突起の平坦面に対する
接触面積を広くすることができる。
【0016】また、回路基板上に例えば長方形状のグラ
ンド電極とその長手方向片側端辺近傍の該端辺に沿う位
置に複数の信号電極とを形成し更に該各電極を個別の抵
抗器を介して1個の電源線に接続した後上記グランド電
極と該信号電極とを導通させると、グランド電極に導通
させる信号電極の数によって導通せしめられた信号電極
の電位をデジタルに変えることができる。
【0017】そこで本発明では、上述した如きグランド
電極と複数の信号電極とがパターン形成された回路基板
上に、押圧力が増加するにつれて該回路基板に対する接
触面積が広くなるように形成されている押圧電極を配設
して圧力としての検出データをデジタル化した電気式感
圧センサを構成するようにしている。
【0018】このことは、上記押圧電極をグランド電極
と信号電極配置領域の中間部に位置させることで押圧力
が増加するにつれてグランド電極と導通する信号電極の
数を増やせることを意味しており、結果的に押圧力の変
動によってグランド電極に導通せしめられた信号電極の
電位をデジタルに変化させられると共に回路基板上の電
極と押圧電極とを直接接触させる構成であるため図4で
説明した加圧導電ゴムに見られるような抵抗値の不安定
性やバラツキをなくすことができる。
【0019】従って、特別な技術を要することなく簡易
な構成で被検体の圧力がデジタルに且つ正確に検出でき
る感圧センサを実現することができる。
【0020】
【実施例】図1は本発明になる感圧センサを説明する原
理構成図であり、(1-1) は構成概念図,(1-2)は回路構成
を抽出して表わしたものである。
【0021】図2は動作状態を時系列的に示した図、図
3は感圧センサとしての実施構成例を説明する図であ
る。図1で感圧センサ2は、表面にグランド線21a に繋
がる長方形状のグランド電極21b とその長手方向片側端
辺近傍の該端辺に沿って複数の信号電極(図では5個)
21c1〜21c5とが形成され更に該各信号電極21c1〜21c5
個別の抵抗器21d を介して1個の電源線21e に接続され
ている回路基板21と、角形皿状で天井壁内面に例えば導
電性塗料を塗布した押圧電極22a が形成されているウレ
タンゴム等の絶縁性弾性体からなるアクチュエータ22、
該アクチュエータ22の天井壁外面に添着されている板状
のゴムキャップ23、および該ゴムキャップ23の中心位置
からグランド電極21b の長手方向に僅かにずれた位置す
なわち上記グランド電極21b と複数の信号電極形成領域
との中間中心位置から該グランド電極21b の長手方向に
僅かにずれた位置(例えば図示S点)の上方に位置して
上下動し得る先端が円弧面24a をなす押圧具24とを主要
部材として構成されている。
【0022】そして上述したグランド電極21b と複数の
信号電極21c との全配置領域をほぼカバーし得る大きさ
を持つ上記押圧電極22a は、アクチュエータ22の天井壁
外面のゴムキャップ23を上記押圧具24で押下したときに
ゴムキャップ23と共に該押圧具24の上記円弧面24a に倣
って彎曲しながら降下するように形成されている。
【0023】従って(1-1) で示す図の状態から押圧具24
を徐々に降下させると、該押圧電極22a はグランド電極
21b と各信号電極配置領域を跨ぎながら上記S点を中心
とした円状に拡大しながら該回路基板21と接触する。
【0024】すなわち、例えば円C1ではグランド電極21
b と信号電極21c3が導通し, 円C2ではグランド電極21b
と信号電極21c3, 21c4とが, 円C3ではグランド電極21b
と信号電極21c3, 21c4, 21c2とが, また円C4ではグラン
ド電極21b と信号電極21c3,21c4, 21c4, 21c5とが, 円C
5ではグランド電極21b と信号電極21c3, 21c4, 21c4 , 2
1c5, 21c1とがそれぞれ導通することになる。
【0025】そこで、各信号電極に繋がる出力端子S1
S5のグランド線21a に対する電位を検知することで上記
円の大きさに対応する押圧具24の押圧力をデジタルに検
出することができる。
【0026】図2は上記押圧電極22a と回路基板21上の
各信号電極との接続状態を理解し易くするために側断面
視して示したものであり、(2-1) は図1の(1-1) と対応
する時点を表わし,(2-2)は図1の円C1と対応する時点を
また(2-3) は図1の円C5と対応する時点をそれぞれ表わ
している。
【0027】すなわち、(2-2) ではアクチュエータ22が
ゴムキャップ23と共に押圧具24の円弧面24a に倣って彎
曲しているためその押圧電極22a がグランド電極21b と
信号電極21c3のみに接触している状態にある。
【0028】そこでこの時点での該信号電極21c3の電位
を、図1で説明したように該信号電極21c3に繋がる出力
端子S3とグランド電極21b に繋がるグランド線21a との
間で検出することができる。
【0029】また押圧具24の押圧力が大きいときを示し
た(2-3) では押圧電極22a がグランド電極21b と信号電
極の総てに接触している状態にある。そこでこの時点で
の信号電極の電位を、図1で説明したように例えば信号
電極21c1に繋がる出力端子S1とグランド電極21b に繋が
るグランド線21a との間で検出することができる。
【0030】感圧センサとしての実施構成例を側断面視
して示す図3で感圧センサ3は、図1で説明した回路基
板21, アクチュエータ22, ゴムキャップ23, 押圧具24と
該回路基板21に実装されているマイクロコンピュータ3
1、およびこれらの各部材を位置決めして収容する筐体3
2とで構成されている。
【0031】なお、該筐体32の天井壁所定位置に装着さ
れる上記押圧具24はコイルばね33によって常時該天井壁
内面に押し上げられた状態にあると共に、回路基板21上
のマイクロコンピュータ31には図1で説明した出力端子
S1〜S5から得られるデジタルの電位信号を演算して圧力
に変換する機能を持たせている。
【0032】そこで、かかる感圧センサ3を圧力を検出
しようとする被検体に当接せしめると図1で説明したよ
うに押圧具24が降下するので、結果的に以下図1で説明
した手段で該被検体の圧力を検出することができる。
【0033】
【発明の効果】上述の如く本発明により、圧力としての
検出データをデジタル化すると共に該データの検出精度
の向上を図った電気式感圧センサを提供することができ
る。
【0034】なお、本発明の説明ではアクチュエータの
天井壁内面に形成されている押圧電極が平坦である場合
を例としているが該押圧電極を回路基板側に突出する彎
曲面にしても同等の効果を得ることができる。
【0035】また、本発明の説明ではアクチュエータの
天井壁外面にゴムキャップを添着した場合を例示してい
るが、該アクチュエータの天井壁の厚さを適当に設定し
て該ゴムキャップを削減しても同等の効果を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になる感圧センサを説明する原理構成
図。
【図2】 動作状態を時系列的に示した図。
【図3】 感圧センサとしての実施構成例を説明する
図。
【図4】 従来の電気式感圧センサの一例を示す原理構
成断面図。
【図5】 検出データの一例を示す図。
【符号の説明】
2,3 電気式感圧センサ 21 回路基板 21a グランド線 21b グラント
電極 21c,21c1〜21c5 信号電極 21d 抵抗器 21e 電源線 22 アクチュエータ 22a 押圧電極 23 ゴムキャップ 24 押圧具 24a 円弧面 31 マイクロコンピュータ 32 筐体 33 コイルばね
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 1/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機械的圧力をデジタル化して検出する電
    気式感圧センサであって、 グランド線に繋がる長方形状のグランド電極とその長手
    方向片側端辺に沿っ複数の信号電極と該各信号電極
    個別の抵抗器を介して1個の電源線に繋げる回路とが上
    面に形成されている回路基板と、前記 グランド電極と信号電極配置領域との中間点近傍を
    中心として伏せた状態前記回路基板上面に配設される
    角形皿状でその天井壁内面にグランド電極と信号電極
    配置領域をほぼカバーする大きさ押圧電極が形成さ
    れている絶縁性弾性体からなるアクチュエータと、前記 アクチュエータ上方に配設されて前記中間点近傍
    を中心軸として上下動し得る押圧具と 前記各信号電極のそれぞれに繋がる出力端子と を、少な
    くとも具えて構成されていることを特徴とする電気式感
    圧センサ。
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