JP3303079B2 - 静電容量式センサー - Google Patents

静電容量式センサー

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はセンサー、特に、静電
容量式センサーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】静電容量式センサーとしては、既に、図
14に示すような形式のものを開発し、出願(特願平5
−150365号)している。このセンサーは、同図に
示すように、操作軸90を有する電極板91と、これと
対向配置された電極板92と、電極板91,92との間
に介在させた薄い弾性体93と、電極板91の外周部に
90°間隔で垂設された複数の支持軸94とを有し、こ
の支持軸94の下端を電極板92側に設けた貫通孔95
に抜止め状態に遊挿すると共に、前記支持軸94が電極
板92に対して抜止め位置にあるときには弾性体93が
電極板91,92と密着するようにしている。
【0003】上記電極板91と電極板92との対向面に
はそれぞれ電極部を設けてあり、具体的には、図15に
示す如く電極板91側に電極部Cを、図16に示す如く
電極板92側に電極部Cx+,Cx−Cy+,Cy−,
Czを、それぞれ設けてある。また、このセンサーで
は、電極板91,92相互間のギャップdの変化に伴う
電極部Cと電極部Cx+相互間,電極部Cと電極部
Cx−相互間,電極部Cと電極部Cy+相互間,電
極部Cと電極部Cy−相互間,電極部Cと電極部Cz
相互間における静電容量の変化を電圧の変化に変換する
電子装置を具備させてある。
【0004】したがって、このセンサーではその構成上
比較的小型化でき、従来の操作軸90に作用する力の大
きさ及び方向を電圧として検出できる。しかしながら、
この形式のセンサーでは、電極板91,92を直径10
mm以下、即ち、蓄電面積を小さくすると、配線による浮
遊容量によって外乱の影響を受ける割合が大きくなり、
その結果感度が悪くなってしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、小型で且つ優れた感度を有する静電容量式センサー
を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決する為の手段】この発明の静電容量式セン
サーは、固定配設された中間電極板3と、前記中間電極
板3の一面側に設けられている電極板1と、前記中間電
極板3の他面側に設けられている電極板2と、前記電極
板1,2のうち少なくとも一方に設けられた入力部11
と、前記電極板1と中間電極板3相互間及び、電極板2
と中間電極板3相互間に、それぞれ介在させた薄い弾性
体4とを有し、前記電極板1の外周部に等角度間隔で立
設した支持軸5を、中間電極板3に設けた貫通孔30に
遊挿すると共に電極板2に設けた貫通孔20に抜止め状
態に遊挿し、前記支持軸5が電極板2に対して抜止め位
置にあるときには上記弾性体4が電極板1,2及び中間
電極板3と密着している。
【0007】また、この発明の静電容量式センサーは、
固定配設された中間電極板3と、前記中間電極板3の一
面側に設けられている電極板1と、前記中間電極板3の
他面側に設けられている電極板2と、前記電極板1,2
のうち少なくとも一方に設けられた入力部11と、前記
電極板1と中間電極板3相互間及び、電極板2と中間電
極板3相互間に、それぞれ介在させた薄い弾性体4と、
前記電極板1,2相互をこれらの外周部で繋ぐ支持軸5
とを有し、前記支持軸5が、中間電極板3に設けた貫通
孔30に遊挿されていると共に、その一端が電極板1に
抜止め状態に、他端が電極板2に抜止め状態に、それぞ
れ遊挿されており、支持軸5が電極1,2に対して抜止
め位置にあるときには上記弾性体4が電極板1,2及び
中間電極板3と密着している。
【0008】
【作用】この発明は次のように作用する。電極板1と中
間電極板3により、電極板2と中間電極板3により、そ
れぞれコンデンサが形成されるから、全体の蓄電面積が
先行技術のものと比較すると大きくなり、このため配線
による浮遊容量によって外乱の影響を受ける割合が小さ
くなる。したがって、小型のものでもセンサーとしての
感度は良好になる。
【0009】
【実施例】この発明の構成を実施例として示した図面に
従って説明する。この実施例では中間電極板3をプリン
ト基板で形成させてあり、センサーは基本的には、図1
や図2に示すように、プリント基板3’と、前記プリン
ト基板3’の上方に設けられた電極板1と、前記プリン
ト基板3’の下方に設けられた電極板2と、前記電極板
1とプリント基板3’相互間及び、電極板2とプリント
基板3’相互間に、介在させた薄い弾性体4a,4b
と、前記プリント基板3’に設けられた電子装置(図示
せず)とから構成されている。
【0010】電極板1は円形状板により構成されてお
り、図1や図2に示すように、その上面中央部に入力軸
11’を設けると共に、エッチングによりその下面に、
図2や図3に示すような円形状の電極部C1 を形成させ
てある。また、この電極板1の外周部分には90°角度
間隔でビス50を螺合してあり、これにより手段の欄の
支持軸5を構成させてある。
【0011】プリント基板3’は、図2や図4に示すよ
うに、上記したそれぞれのビス50と対応する位置にこ
れの軸体部よりも少し大径の貫通孔30を設けてあり、
前記貫通孔30が囲む上面部分に図4に示すような電極
部群C1'(電極部C1x+、電極部C1x−、電極部C1y
+、電極部C1y−、電極部C1z+から成る)をエッチン
グにより形成すると共に前記貫通孔30が囲む下面部分
に図5に示すような電極部群C2'(電極部C2x+、電極
部C2x−、電極部C2y+、電極部C2y−、電極部C2z−
から成る)をエッチングにより形成してある。
【0012】電極板2は、図1や図2に示すように、電
極板1と同径の円形状板により構成されており、同図や
図6に示すように上記したそれぞれのビス50と対応す
る位置にこれの軸体部よりも少し大径の貫通孔20を設
けると共に、前記貫通孔20が囲む上面部分にエッチン
グにより円形状の電極部C2 を形成させてある。 弾性
体4a,4bは、平面視円形状のゴム板(0.2mm 〜1.0m
m 程度)により構成されており、その外径は図1に示す
ように、電極部C1 ,C2 等と同径としている。
【0013】電子装置は、(1)電極部C1 と電極部C1x
+相互間,(2)電極部C1 と電極部C 1x−相互間,(3)電
極C1 と電極部C1y+相互間,(4)電極部C1 と電極部
1y−相互間,(5)電極部C1 と電極部C1z+相互間,
(6)電極部C2 と電極部C2x+相互間,(7)電極部C2
電極部C2x−相互間,(8)電極C2 と電極部C2y+相互
間,(9)電極部C2 と電極部C2y−相互間,(10)電極部
2 と電極部C2z−相互間における静電容量の変化をそ
れぞれ電圧V1x+,V1x−,V1y+,V1y−,V1z+,
2x+,V2x−,V2y+,V2y−,V2z−に変換するも
のとしてある。
【0014】そして、このセンサーでは、図1に示す組
立状態では、ビス50の軸体部をプリント基板3’に設
けた貫通孔30及び電極部2に設けた貫通孔20に挿入
し、貫通孔30から貫通突出したビス50部分を電極部
1に螺合するようにして、弾性体4aが電極板1の下面
及びプリント基板3’の上面と、弾性体4bが電極板2
の上面とプリント基板3’の下面と、それぞれ密着する
ようにしてある。尚、この実施例では、上記ビス50の
頭部の存在により、プリント基板3’及び基板2がビス
50から抜けない構造になっている。
【0015】この実施例の静電容量デンサーは上記のよ
うな構成としてあるから、以下に示すような働きをす
る。〔入力軸11’がX−X方向の外力Fを受けた場合〕
えば、図7に示すように、弾性体4a,4bが変形(双
方の厚みが部分的にd−Δdに変形)すべく電極板1,
2がプリント基板3’に対して移動せしめられると、図
3〜図6に示すような、電極部C1 と電極部C1x+相互
間及び電極部C2 と電極部C2x+相互間における静電容
量は増加し、電極部C1 と電極部C1x−相互間及び電極
部C2 と電極部C2x−相互間における静電容量は減少す
る。
【0016】そして、プラス側の静電容量とマイナス側
の静電容量をC/V変換し、その差を求めれば、外力F
の大きさ及び方向を示す電圧として得ることができる。〔入力軸11’がY−Y方向の外力Fを受けた場合〕
の場合も上記と同様であり、X−X方向の外力Fと同様
に電圧として得ることができる。〔入力軸11’がZ方向の外力Fを受けた場合〕 例え
ば、入力軸11’に押込み力が作用し、図8に示すよう
に、弾性体4aの弾性力に抗して電極板1,2がプリン
ト基板3’に対して移動せしめられると、電極部C1
電極部C1z+相互間の静電容量は増加し、電極部C2
電極部C2z−相互間の静電容量の減少する。
【0017】そして、これらの静電容量の差がC/V変
換され、外力Fの大きさ及び方向をこれと対応する電圧
として得ることができる。また、入力軸11’に引張り
力が作用した場合には電極部C1 と電極部C1z+相互間
の静電容量は減少し、電極部C2 と電極部C2z−相互間
の静電容量は増加し、両電極部間の静電容量は増減は逆
になる。したがって、上記した得られる電圧は入力軸1
1’に押込み力が作用した場合と逆に変化し、その結
果、外力Fの引張り力であると判断できる。
【0018】即ち、このセンサーでは、入力軸11’に
作用するZ方向の押込み力及び引張りの力が検出でき
る。このように、この実施例の静電容量のセンサーで
は、小型で且つ優れた感度を有し、更に、入力部である
入力軸11’に作用するZ方向の押込み力及び引張りの
力が検出できる。
【0019】尚、上記実施例の構成態様を以下のように
かえることもできる。 〔支持軸5関連の他の態様について〕 支持軸5を樹脂で構成させ、図9に示すように、その
下端部を溶融させて拡げるようにした構成を採用するこ
ともできる。 図10に示すように、電極板1に貫通孔10を設け、
この貫通孔10に支持軸5の上端部を遊挿する構成とし
てもよく、また、図11に示すように、電極板1,2に
それぞれ、貫通孔10,20を設け、支持軸5の上端部
を貫通孔10に、下端部を貫通孔20に、それぞれ遊挿
する構成としてもよい。 〔電極板1,2関連の他の態様〕 電極部C1,2 を導電性を有する薄い金属板で構成さ
せてもよい。 電極板1,2側に電極部群C1',C2'を設け、プリン
ト基板3’側に電極部C 1 ,C2 を設ける構成としても
よく、更に、前記電極部群C1',C2'が電極部C 1z+や
電極部C2z−を有さない構成としてもよい。 電極部群C1',C2'を図12、図13に示すような構
成としてもよい。
【0020】
【発明の効果】作用の欄に記載した内容から、小型で且
つ優れた感度を有する静電容量式センサーを提供でき
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の静電容量式センサーの外観
斜視図。
【図2】前記静電容量式センサーの断面図。
【図3】前記静電容量式センサーの平面図。
【図4】前記静電容量式センサーにおけるプリント基板
の上面側電極部と貫通孔とを示す平面図。
【図5】前記静電容量式センサーにおけるプリント基板
の下面側電極部と貫通孔とを示す平面図。
【図6】前記静電容量式センサーの下側電極板の平面
図。
【図7】前記静電容量式センサーの軸部にX−X方向に
外力が作用したときの状態を示す正面図。
【図8】前記静電容量式センサーの軸部にZ−Z方向に
外力が作用したときの状態を示す正面図。
【図9】この発明の他の実施例の要部断面図。
【図10】この発明の他の実施例の要部断面図。
【図11】この発明の他の実施例の要部断面図。
【図12】この発明の他の実施例におけるX方向の外力
を検知するための電極部の平面図。
【図13】この発明の他の実施例におけるY方向の外力
を検知するための電極部の平面図。
【図14】先行技術の静電容量式センサーの部分断面
図。
【図15】前記静電容量式センサーにおける上側電極板
の平面図。
【図16】前記静電容量式センサーにおける下側電極板
の平面図。
【符号の説明】
1 電極部 C2 電極部 C1' 電極部群 C2' 電極部群 1 電極板 2 電極板 3 中間電極板 4 弾性体 5 支持軸 10 貫通孔 11 入力部 20 貫通孔 30 貫通孔 50 ビス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−201491(JP,A) 特開 平3−123814(JP,A) 特開 昭61−164129(JP,A) 特開 昭62−226030(JP,A) 実開 昭58−24044(JP,U) 実開 昭61−115941(JP,U) 実開 昭52−12646(JP,U) 米国特許4719538(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 1/14 G01L 5/16 G06F 3/033 330 G01N 27/22 G01L 9/12 G01L 13/06 G01D 5/24 G01P 15/125

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定配設された中間電極板(3)と、前
    記中間電極板(3)の一面側に設けられている電極板
    (1)と、前記中間電極板(3)の他面側に設けられて
    いる電極板(2)と、前記電極板(1)(2)のうち少
    なくとも一方に設けられた入力部(11)と、前記電極
    板(1)と中間電極板(3)相互間及び、電極板(2)
    と中間電極板(3)相互間に、それぞれ介在させた薄い
    弾性体(4)とを有し、前記電極板(1)の外周部に等
    角度間隔で立設した支持軸(5)を、中間電極板(3)
    に設けた貫通孔(30)に遊挿すると共に電極板(2)
    に設けた貫通孔(20)に抜止め状態に遊挿し、前記支
    持軸(5)が電極板(2)に対して抜止め位置にあると
    きには上記弾性体(4)が電極板(1)(2)及び中間
    電極板(3)と密着していることを特徴とする静電容量
    式センサー。
  2. 【請求項2】 固定配設された中間電極板(3)と、前
    記中間電極板(3)の一面側に設けられている電極板
    (1)と、前記中間電極板(3)の他面側に設けられて
    いる電極板(2)と、前記電極板(1)(2)のうち少
    なくとも一方に設けられた入力部(11)と、前記電極
    板(1)と中間電極板(3)相互間及び、電極板(2)
    と中間電極板(3)相互間に、それぞれ介在させた薄い
    弾性体(4)と、前記電極板(1)(2)相互をこれら
    の外周部で繋ぐ支持軸(5)とを有し、前記支持軸
    (5)が、中間電極板(3)に設けた貫通孔(30)に
    遊挿されていると共に、その一端が電極板(1)に抜止
    め状態に、他端が電極板(2)に抜止め状態に、それぞ
    れ遊挿されており、支持軸(5)が電極(1)(2)に
    対して抜止め位置にあるときには上記弾性体(4)が電
    極板(1)(2)及び中間電極板(3)と密着している
    ことを特徴とする静電容量式センサー。
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