JP3150685B2 - 可変容量コンデンサ - Google Patents

可変容量コンデンサ

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、外部より加わる圧力又は変位に従って容量
値が変化する可変容量コンデンサ及びこれを使用した位
置指示器に関するものである。
（従来の技術） 従来より、位置指示器から指定位置の情報とともにそ
の使用状態の変化情報をタブレット側に伝達して座標値
以外のパラメータ、例えば線の太さ、指定位置あるいは
指定領域の色相や濃度（明度）等を変化させるようにな
した座標入力装置が種々知られている。
出願人は特願昭62−208293号（特開昭64−53223号公
報参照）（以下、先願と称す。）において、タブレット
と位置指示器との間で電波をやりとりすることにより、
位置指示器による指定位置を検出するとともに該位置指
示器に対する使用状態の変化を検出し得る装置について
提案した。
先願の内容を簡単に説明すると、タブレットのループ
コイルより所定の周波数の電波を送信させ、該電波を位
置指示器に設けた同調回路に受信させる。この際、該電
波を受信した同調回路より発信される電波を前述した電
波の送信を停止したタブレットのループコイルに受信さ
せ、誘導電圧を発生させる。これを複数のループコイル
について順次切替えて繰返し、各ループコイルに発生し
た誘導電圧のレベルに基づいて位置指示器による指定位
置の座標値を検出する。
また、前記位置指示器の同調回路はフェライトチップ
を備えた芯体をペン軸方向に変位並びに復旧自在に収納
したコイルとコンデンサとを直列に接続したものであっ
て、該位置指示器に対する使用状態、ここでは筆圧の変
化に応じて前記芯体が変位しコイルのインダクタンスが
変化してその同調周波数が変化するが、該同調周波数の
変化を前記誘導電圧の位相角の変化として検出し、これ
によって、位置指示器に対する使用状態の変化を検出す
る如くなしたものであった。
ところが、前述したフェライトチップをコイルに対し
て変位させるものではないその構造上、どうしてもある
程度のストロークが生じてしまうとともに、同調周波数
の変化幅をあまり大きくすることができないという問題
があった。
一方、同調回路における同調周波数を変化させる場
合、コイルのインダクタンスを変化させる代りにコンデ
ンサの容量値を変化させても良い。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来より提案もしくは実用化されてい
る可変容量コンデンサは、一の軸回りの大きな回転変位
に基いて容量値が変化するバリコンのみしかなく、前述
したペン状の位置指示器に適用可能なものは全くなかっ
た。
本発明は前記問題点に鑑み、圧力又は極く微小な変位
（数10ミクロン程度以下）に基いて容量値を大きく変化
させ得る可変容量コンデンサと、これを使用した位置指
示器とを実現することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明では前記目的を達成するため、請求項（１）と
して、誘電体と、該誘電体の一の面に取付けられた第１
の電極と、前記誘電体の他の面側に配置された可撓性を
有する第２の電極と、該第２の電極と前記誘電体の他の
面との間をその一部を除いてわずかな間隔だけ離隔する
手段と、前記第２の電極と前記誘電体との間に相対的な
圧力又は変位を加える手段とを備えた可変容量コンデン
サにおいて、第２の電極と誘電体の他の面との間をその
一部を除いてわずかな間隔だけ離隔する手段として、リ
ング状のスぺーサを用いた可変容量コンデンサ、また、
請求項（２）として、誘電体と、該誘電体の一の面に取
付けられた第１の電極と、前記誘電体の他の面側に配置
された可撓性を有する第２の電極と、該第２の電極と前
記誘電体の他の面との間をその一部を除いてわずかな間
隔だけ離隔する手段と、前記第２の電極と前記誘電体と
の間に相対的な圧力又は変位を加える手段とを備えた可
変容量コンデンサにおいて、第２の電極と誘電体との間
に相対的な圧力又は変位を加える手段を、誘電体並びに
第１及び第２の電極を収納するハウジングと、該ハウジ
ングの外部に突出する一端及びハウジングの内部にて第
２の電極に当接する他端を有し、誘電体の２つの面に直
交する方向に移動自在に保持された押圧体とから構成す
るとともに、第２の電極と押圧体の他端との間に弾性体
を配置したことを特徴とする可変容量コンデンサを提案
する。
（作 用） 本発明の請求項（１）によれば、当初、第２の電極と
誘電体と他の面との間は、リング状のスペーサにより、
その周辺部を除いてわずかな間隔だけ離隔しており、そ
の容量値は極めて小さいが、所定の圧力又は変位が加わ
ると、該第２の電極と誘電体の他の面とが接触して所定
の容量値を有するようになり、その後、さらに圧力又は
変位が加わると、接触する面積が増加し容量値も増加す
る。
また、請求項（２）によれば、当初、第２の電極と誘
電体と他の面との間はわずかな間隔だけ離隔しており、
その容量値は極めて小さいが、押圧体に圧力又は変位が
加わると、該押圧体に加わった圧力又は変位が緩やかに
ハウジング内の第２の電極に伝達され、該第２の電極と
誘電体の他の面とが接触して所定の容量値を有するよう
になり、その後、さらに圧力又は変位が加わると、接触
する面積が増加し容量値も増加する。
（実施例） 第１図乃至第３図は本発明の可変容量コンデンサの一
実施例を示すもので、図中、１は誘電体、２は第１の電
極、３は第２の電極、４はスぺーサ、５は弾性体、６は
ハウジング、７は押圧体、8,9は端子である。
誘電体１は互いに平行な２つの面1a及び1bを有する略
円盤状の固い素材からなるもので、ここでは厚さ2mm、
直径4.6mm、比誘電率7000のセラミックスを用いてい
る。第１の電極２は厚さ0.2mm、直径4.0mmの略円盤状の
銀板からなるもので、誘電体１の一の面1aに焼結されて
取付けられている。第２の電極３は可撓性を有する絶縁
フィルム、ここでは厚さ75μｍのポリイミドフィルム上
にニクロムを厚さ1000オングストローム蒸着してなるも
ので、直径4.6mmの円盤状の電極部3aと、これより舌状
に延びた端子部3bとから構成されている。スペーサ４は
厚さ40μｍ、比誘電率3.5のポリイミドフィルムからな
るもので、外径4.6mm及び内径3.3mmのリング状の本体部
4aと、これより舌状に延びた係止部4bとから構成されて
いる。弾性体５は厚さ0.35mmのシリコンゴムからなるも
ので、直径4.6mmの円盤状の本体部5aと、その径方向に
対向する２つの位置より舌状に延びた係止部5b及び5cと
から構成されている。なお、誘電体１の他の面1bはその
表面精度がRa＝0.1μｍ以下となるように滑らかに研磨
仕上げされている。
ハウジング６は第１のハウジング部材61及び第２のハ
ウジング部材62からなるもので、これらはいずれも剛性
が高い合成樹脂、ここではガラス繊維入りのポリアミド
から構成されている。
前記ハウジング部材61は略有底円筒状をなし、その側
壁611の径方向に対向する２つの位置には開口部612から
底部613に向って、所定の長さを有する２つの切込み61
4,615がそれぞれ設けられている。該切込み614,615の開
口部612近傍にはそれぞれ係合凹部614a,615aが２つずつ
設けられている。また、底部613の中央には端子８引出
し用の透孔616が設けられ、また、底部613と切込み614
との間には端子９引出し用の透孔617が設けられてい
る。
また、ハウジング部材62はハウジング部材61の内部に
収容可能な略円柱状の本体621の側面に前記切込み614,6
15にそれぞれ対応した凸条622,623を、また、該本体621
の軸方向の一端にハウジング部材61と同一径を有する環
状の鍔体624を一体的に設けてなるものである。また、
凸条622,623の鍔体624近傍には前記係合凹部614a,615a
にそれぞれ対応した係合凸条622a,623aが２つずつ設け
られている。また、本体621には貫通孔625が設けられて
いるが、該貫通孔625はそれぞれ内径の異なる３つの部
分625a,625b,625cからなっている。
なお、本体621の外径は誘電体１又は電極３の電極部3
aあるいはスペーサ４及び弾性体５の本体部4a及び5aの
外径と同じであり、凸条622,623の端面形状は電極３の
端子部3b又はスペーサ４及び弾性体５の係止部4b及び5
b,5cと同様な形状を備えている。
押圧体７は芯体71及びキャップ体72からなるもので、
これらはそれぞれ硬い素材及び剛性が高い素材、ここで
はセラミック及びガラス繊維入りのポリアミドから構成
されている。
前記芯体71は前記ハウジング部材62の貫通孔625の部
分625bよりやや小さい外径を有し、その一端71aは半球
状に形成されている。また、キャップ体72は前記ハウジ
ング部材62の貫通孔625の部分625aよりやや小さい外径
及び該部分625aとほぼ同様な長さ並びに芯体71の外径よ
りわずかに小さい内径を有する略有底円筒状をなしてい
る。また、該キャップ体72の側壁721の径方向に等間隔
な３つの位置には開口部722から底部723に向って３つの
切込み724,725,726がそれぞれ設けられており、また、
底部723の外側は球面状に形成されている。
端子8,9はそれぞれ円盤状の電極部8a,9aの一の面の略
中央より前記ハウジング部材61の透孔616,617の内径と
ほぼ同様な外径を有する円柱状のリード部8b,9bを延設
してなるもので、ここでは黄銅上にニッケルメッキ及び
金メッキを施してなっている。
次に、前記可変容量コンデンサの組立て方について説
明する。
まず、ハウジング部材61の透孔616,617に端子8,9をそ
の電極部8a,9aが内側となるように取付ける。次に、ハ
ウジング部材61の内部に誘電体1,スペーサ4,電極３及び
弾性体５を表記の順に積層収納する。この際、誘電体１
はその一の面1a側、即ち電極２が端子８の電極部8aに当
接し、また、電飾３はその蒸着面側がスペーサ４を介し
て誘電体１の他の面1bに当接する如く配置される。な
お、電極３の端子部3bは切込み614に、また、スペーサ
４の係止部4bは切込み615に、さらにまた、弾性体５の
係止部5b及び5cは切込み614及び615にそれぞれ係止され
る如く配置され、電極３の端子部3bは端子９の電極部9a
に当接する如くなる。
次に、ハウジング部材62の貫通孔625の部分625a内に
キャップ体72をその底部723が表出する如く収納した
後、該ハウジング部材62をハウジング部材61の開口部61
2よりその内部に嵌込む。この際、ハウジング部材61及
び62は凸条622及び623が切込み614及び615にそれぞれ挿
入される如く組合わされ、さらに係合凸部622a及び623a
が係合凹部614a及び615aにそれぞれ係合することにより
互いに固定される。
なお、この状態において、各部品間、特に電極２と端
子８の電極部8aとの間、並びに電極３の端子部3bと端子
９の電極部9aとの間に所定の力がかかる如く、ハウジン
グ部材61及び62の各部の寸法が設定されているものとす
る。
最後に、芯体71の他端71bをハウジング部材62の貫通
孔625の部分625c,625bを通してキャップ体72の内部に挿
入・固定する。
なお、予め芯体71とキャップ体72とを組合わせてお
き、これらをハウジング部材62に収納してから、該ハウ
ジング部材62をハウジング部材61に嵌込んでも良い。
前記構成によれば、誘電体１及びスペーサ４を挟んで
その両側に電極２及び３が配置されることになり、これ
らによってコンデンサが形成されることになる。
前記コンデンサにおいて、芯体71に圧力又は変位が全
く加わらない状態（初期状態）では、誘電体１の他の面
1bと電極３とはスペーサ４により、第３図（ａ）に示す
ようにその周辺部を除いて該スペーサ４の厚みに相当す
る間隔だけ離れ、その間には空気層10が形成されること
になる。従って、この時の端子8,9間の容量値（初期容
量）はほぼ誘電体１による容量と比誘電率1.0の空気層1
0による容量との直列合成容量となり、かなり小さいも
のとなる。
一方、芯体71に圧力又は変位が加わってキャップ体72
が弾性体５を介して電極３を誘電体１側へ湾曲させる
と、前記空気層10の厚さはスペーサ４の厚みより小さく
なるが、該空気層10による容量は空気層10の厚みに反比
例して大きくなり、その分、端子8,9間の容量値も大き
くなる。
その後、芯体71に加わる圧力又は変位が増加し、第３
図（ｂ）に示すように該電極３が誘電体１の他の面1bに
接触すると、該接触部分においては誘電体１による容量
のみとなり、端子8,9間の容量値は接触面積にほぼ比例
して増加することになる。
このように本実施例の可変容量コンデンサによれば、
押圧体７の一端に加わる圧力又は極く微小な変位に対応
して大きく変化する容量値が端子8,9より取出される。
また、スペーサ４を設けたことにより、初期状態にお
いて誘電体１の他の面1bと電極３とを一定の間隔だけ隔
てることができ、これによって、初期容量のばらつきを
一定の範囲に収めることができるとともに、反復使用や
誘電体１の他の面1bに付着する水分等に基づく初期容量
の変動を小さくすることができ、また、該誘電体１の他
の面1bと電極３との間を密閉構造とすることができ、こ
れによって、ゴミや水分の侵入を防ぐことができ、長期
に亘って安定した性能を得ることができる。
また、各部品を収納するハウジング６を一対の嵌込み
式のハウジング部材61及び62で構成したため、各部品に
常時、一定の力を加えることができ、衝撃や振動に対し
て初期容量の変動を極力小さくすることができるととも
に、製造が簡単となり、製造コストを低くすることがで
きる。
また、押圧体７の他端、即ちキャップ体72の底部を球
面状となしたことにより、押圧体７の一端、即ち芯体71
の一端71aに加わる圧力又は変位に対して誘電体１と電
極３とを常にその中央部から接触させることができ、該
圧力又は変位に対する接触面積の変化をより直線的にす
ることができ、従って、容量値の変化もより直線的にす
ることができるとともに、圧力又は変位に対する容量値
の変化特性のばらつきを小さくすることができる。
また、誘電体１の他の面1bを滑らかに仕上げたことに
より、誘電体１の他の面1bと電極３とを高い精度で面接
触させることができ、その接触面積を圧力又は変位に対
して常に一定の関係をもって変化させることができ、こ
れによって、さらに容量値の変化特性のばらつきを小さ
くすることができるとともに、誘電体１の他の面1bの耐
久性を向上させることができる（なお、特にセラミック
スの誘電体は通常、焼結体であり、その表面精度は結晶
粒の大きさに依存して、一般的に、数10μｍであるた
め、前記効果が著しい。）。
なお、スペーサ４を設ける代りに誘電体１の他の面1b
の一部をスペーサ４を設けた時と同様な形に突出させて
も良く、又は誘電体１の他の面あるいは電極３の蒸着面
にスペーサ４と同様な形状を有する凸条を周知の印刷技
術等により形成しても良い。また、前記実施例では弾性
体５を介して第２の電極３を押圧体７で押圧するように
なしたが、ハウジング６内の各部品の向きを逆にして誘
電体１を押圧体７で押圧するように構成しても良い。ま
た、押圧体７の他端側は多面体状としても良い。
第４図は前述した可変容量コンデンサを用いた本発明
の位置指示器の一実施例を示すもので、図中、11はペン
軸、12はコイル、13は前述した可変容量コンデンサ、14
は基板、15はコンデンサである。
ペン軸11は合成樹脂等の非金属素材からなっており、
その先端側には芯体71を挿通し得る透孔を備えている。
コイル12は芯体71を摺動自在に挿通し得る透孔を備えた
フェライトコア上に高周波抵抗の少ないリッツ線を巻回
してなるもので、ペン軸１の先端側と可変容量コンデン
サ13との間に保持されている。なお、詳しくいえば、可
変容量コンデンサ13を構成するハウジング部材62の貫通
孔625の部分625c内にコイル12の一端が収納・保持され
ている。
基板14はコンデンサ15を搭載するとともに可変容量コ
ンデンサ13を固定するためのもので、その一側は可変容
量コンデンサ13のハウジング部材61の底部613に固定さ
れ、他側はペン軸１の底部に当接する如くなっている。
なお、ハウジング部材61の底部613には該基板14との固
定用の突出片を予め一体的に設けておいても良い。
コンデンサ15は周知のチップコンデンサ等であり、該
コンデンサ15は可変容量コンデンサ13とともにコイル３
に並列に接続され、周知の共振（同調）回路を構成する
如くなっている。
前記位置指示器では芯体71の一端71aをタブレットの
入力面（図示せず）等に一定以上の圧力をもって押付け
ない限り、可変容量コンデンサ13における容量値がコン
デンサ15に比べて極めて小さく、従って、同調回路の同
調周波数はコイル12及びコンデンサ15の値でほぼ決定さ
れる。一方、芯体71の一端71aを一定以上の圧力をもっ
て押付けると、可変容量コンデンサ13における容量値が
同調回路の同調周波数に影響を与える程度の値を有する
ようになり、該同調回路の同調周波数が変化する。その
後、さらに芯体71の一端71aに加える圧力を増していく
と、可変容量コンデンサ13における容量値が該芯体71に
加わる圧力に比例して変化し、同調回路の同調周波数も
該圧力に比例して変化する。
このように前記位置指示器によれば、一定以上の圧力
を加えていない状態と加えた状態とで同調回路の同調周
波数を明確に変化させることができ、スイッチ的な情報
を伝送することが可能になるとともに、その後は圧力に
比例して同調周波数を連続的に変化させることができ、
連続的な筆圧情報をタブレット側に伝送することができ
る。また、前述したような電源を持たない同調回路では
該回路中を流れる電流が極く微量であるため、従来の機
械的スイッチを用いた場合、そのセルフクリーニング作
用による性能の維持が期待できず、耐久性に乏しかった
が、前記可変容量コンデンサ13を用いたことにより、長
期に亘って安定した情報をタブレット側に伝送すること
ができる。また、可変容量コンデンサ13は前述したよう
に誘電体及び電極間のわずかな間隔の変化に基づいて容
量値が変化するものであり、変位量はごくわずか（数10
μｍ程度以下）であるため、なめらかで自然な操作感が
得られる。
なお、前記実施例では可変容量コンデンサの押圧体の
移動方向をペン軸方向に一致させたが、これをペン軸方
向と直交させて側面に設けた操作ボタン等を介して指で
押圧し得る如く構成しても良い。
（発明の効果） 以上説明したように本発明の請求項（１）によれば、
誘電体と、該誘電体の一の面に取付けられた第１の電極
と、前記誘電体の他の面側に配置された可撓性を有する
第２の電極と、該第２の電極と前記誘電体の他の面との
間をその一部を除いてわずかな間隔だけ離隔する手段
と、前記第２の電極と前記誘電体との間に相対的な圧力
又は変位を加える手段とを備えた可変容量コンデンサに
おいて、第２の電極と誘電体の他の面との間をその一部
を除いてわずかな間隔だけ離隔する手段として、リング
状のスベーサを用いたため、第２の電極と誘電体の他の
面との間をその周辺部を除いて該スペーサの厚みに相当
するわずかな間隔だけ離隔することができ、初期容量の
ばらつきを一定の範囲に収めることができるとともに、
反復使用や誘電体の他の面に付着する水分等に基づく初
期容量の変動を小さくすることができ、また、該誘電体
の他の面と第２の電極との間を密閉構造とすることがで
き、これによって、ゴミや水分の侵入を防ぐことがで
き、長期に亘って安定した性能を得ることができる。
また、本発明の請求項（２）によれば、誘電体と、該
誘電体の一の面に取付けられた第１の電極と、前記誘電
体の他の面側に配置された可撓性を有する第２の電極
と、該第２の電極と前記誘電体の他の面との間をその一
部を除いてわずかな間隔だけ離隔する手段と、前記第２
の電極と前記誘電体との間に相対的な圧力又は変位を加
える手段とを備えた可変容量コンデンサにおいて、第２
の電極と誘電体との間に相対的な圧力又は変位を加える
手段を、誘電体並びに第１及び第２の電極を収納するハ
ウジングと、該ハウジングの外部に突出する一端及びハ
ウジングの内部にて第２の電極に当接する他端を有し、
誘電体の２つの面に直交する方向に移動自在に保持され
た押圧体とから構成するとともに、第２の電極と押圧体
の他端との間に弾性体を配置したため、押圧体に加わっ
た圧力又は変位を緩やかに第２の電極に加えることがで
きるとともに、押圧体の他端が球面状の場合、第２の電
極と誘電体の他の面とを面接触させることができ、大き
な容量値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の可変容量コンデンサの一実施例を示す
断面図、第２図は第１図の可変容量コンデンサの分解斜
視図、第３図（ａ）（ｂ）は第１図の可変容量コンデン
サの動作のようすを示す説明図、第４図は本発明の位置
指示器の一実施例を示す断面図である。 １……誘電体、２……第１の電極、３……第２の電極、
４……スペーサ、５……弾性体、６……ハウジング、７
……押圧体、8,9……端子、10……空気層、11……ペン
軸、12……コイル、13……可変容量コンデンサ、14……
基板、15……コンデンサ、61……第１のハウジング部
材、62……第２のハウジング部材、71……芯体、72……
キャップ体。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】誘電体と、 該誘電体の一の面に取付けられた第１の電極と、 前記誘電体の他の面側に配置された可撓性を有する第２
    の電極と、 該第２の電極と前記誘電体の他の面との間をその一部を
    除いてわずかな間隔だけ離隔する手段と、 前記第２の電極と前記誘電体との間に相対的な圧力又は
    変位を加える手段とを備えた可変容量コンデンサにおい
    て、 第２の電極と誘電体の他の面との間をその一部を除いて
    わずかな間隔だけ離隔する手段として、リング状のスぺ
    ーサを用いた ことを特徴とする可変容量コンデンサ。
  2. 【請求項２】誘電体と、 該誘電体の一の面に取付けられた第１の電極と、 前記誘電体の他の面側に配置された可撓性を有する第２
    の電極と、 該第２の電極と前記誘電体の他の面との間をその一部を
    除いてわずかな間隔だけ離隔する手段と、 前記第２の電極と前記誘電体との間に相対的な圧力又は
    変位を加える手段とを備えた可変容量コンデンサにおい
    て、 第２の電極と誘電体との間に相対的な圧力又は変位を加
    える手段を、誘電体並びに第１及び第２の電極を収納す
    るハウジングと、該ハウジングの外部に突出する一端及
    びハウジングの内部にて第２の電極に当接する他端を有
    し、誘電体の２つの面に直交する方向に移動自在に保持
    された押圧体とから構成するとともに、 第２の電極と押圧体の他端との間に弾性体を配置した ことを特徴とする可変容量コンデンサ。
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