JP3380996B2 - 静電容量式力覚センサ - Google Patents
静電容量式力覚センサInfo
- Publication number
- JP3380996B2 JP3380996B2 JP24747699A JP24747699A JP3380996B2 JP 3380996 B2 JP3380996 B2 JP 3380996B2 JP 24747699 A JP24747699 A JP 24747699A JP 24747699 A JP24747699 A JP 24747699A JP 3380996 B2 JP3380996 B2 JP 3380996B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode plate
- movable electrode
- capacitance
- substrate
- variable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Position Input By Displaying (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式力覚
センサに関するものである。
センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の静電容量式力覚センサとしては、
例えば図14に示す如く、固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ
＋，Ｄｙ−を有した基板90と、操作軸91ａを有し且つ導
電性を有した皿状の金属ダイヤフラム91とをリベット92
により一体化して成るものがある。この力覚センサで
は、前記操作軸91ａを傾倒させると金属ダイヤフラム91
が変形して、前記金属ダイヤフラム91と固定電極Ｄｘ
＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−との間の静電容量が変化す
るようになっている。
例えば図14に示す如く、固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ
＋，Ｄｙ−を有した基板90と、操作軸91ａを有し且つ導
電性を有した皿状の金属ダイヤフラム91とをリベット92
により一体化して成るものがある。この力覚センサで
は、前記操作軸91ａを傾倒させると金属ダイヤフラム91
が変形して、前記金属ダイヤフラム91と固定電極Ｄｘ
＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−との間の静電容量が変化す
るようになっている。
【０００３】しかしながら、従来の静電容量式力覚セン
サではに示すような問題がある。 金属ダイヤフラム91への操作軸91ａとの結合（カシ
メ止め等）や、金属ダイヤフラム91と基板90とのリベッ
ト結合等の面倒な組み立て作業が必要であり、コスト高
となってしまう。 金属ダイヤフラム91と基板90との間に水等が侵入し
やすく、用途によっては防水対策用のシール部材が別途
必要になってしまう。
サではに示すような問題がある。 金属ダイヤフラム91への操作軸91ａとの結合（カシ
メ止め等）や、金属ダイヤフラム91と基板90とのリベッ
ト結合等の面倒な組み立て作業が必要であり、コスト高
となってしまう。 金属ダイヤフラム91と基板90との間に水等が侵入し
やすく、用途によっては防水対策用のシール部材が別途
必要になってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、面倒な組み立て作業が少なく且つ部品点数を増やす
ことなく容易に防水及び防塵対策ができる静電容量式力
覚センサを提供することを課題とする。
は、面倒な組み立て作業が少なく且つ部品点数を増やす
ことなく容易に防水及び防塵対策ができる静電容量式力
覚センサを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（請求項１記載の発明）
この発明は、９０°間隔で電極が配置された固定電極群
が形成された基板と、全体が弾性を有するゴム又は樹脂
により一体成形され且つ少なくとも前記固定電極群と対
向する面が導電性ゴム又は導電性樹脂により構成されて
いる可動電極板とを具備すると共に、前記固定電極群と
可動電極板とから複数の可変静電容量部を構成し、一方
の直線上で対向する可変静電容量部の静電容量の変化に
より操作部に作用したＸ軸方向の力の大きさ及び正負方
向が検出でき、他方の直線上で対向する可変静電容量部
の静電容量の変化により操作部に作用したＹ軸方向の力
の大きさ及び正負方向が検出できるようにしてある静電
容量式センサにおいて、９０°間隔で配置された四つの
電極で囲まれた基板部分に独立する接点用ランドを形成
すると共に、前記接点用ランドと対向する可動電極板部
分に電気接点となる突起を形成し、前記突起と接点用ラ
ンドとによりスイッチを構成させてある。 （請求項２記載の発明） この発明は、９０°間隔で電極が配置された固定電極群
が形成された基板と、全体がエラストマーにより一体成
形され且つ少なくとも前記固定電極群と対向する面が導
電性エラストマーにより構成されている可動電極板とを
具備すると共に、前記固定電極群と可動電極板とから複
数の可変静電容量部を構成し、一方の直線上で対向する
可変静電容量部の静電容量の変化により操作部に作用し
たＸ軸方向の力の大きさ及び正負方向が検出でき、他方
の直線上で対向する可変静電容量部の静電容量の変化に
より操作部に作用したＹ軸方向の力の大きさ及び正負方
向が検出できるようにしてある静電容量式センサにおい
て、９０°間隔で配置された四つの電極で囲まれた基板
部分に独立する接点用ランドを形成すると共に、前記接
点用ランドと対向する可動電極板部分に電気接点となる
突起を形成し、前記突起と接点用ランドとによりスイッ
チを構成させてある。 （請求項３記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１又は２記
載の発明に関し、９０°間隔で配置された四つの電極で
囲まれた基板部分に独立する電極を形成してあり、前記
した独立する電極と可動電極板とにより構成される可変
静電容量部の静電容量の変化により操作部に作用したＺ
軸方向の力の大きさ及び正負方向が検出できるようにし
てある。 （請求項４記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明に関し、可動電極板には、ゴム又
は樹脂より成る凸状の操作部が一体成形されている。 （請求項５記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明に関し、可動電極板には、エラス
トマーより成る凸状の操作部が一体成形されている。 （請求項６記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１乃至５の
いずれかに記載の発明に関し、可動電極板には操作部を
囲む態様で周凸部が形成されており、前記周凸部を取付
部材に押圧する態様で可動電極板を取り付けたときに
は、周凸部の弾性復帰力により取付部材と可動電極板と
の間のシール性が確保されるようにしてある。 （請求項７記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１又は２記
載の発明に関し、基板と可動電極板とを金属フレームで
包み込むと共に前記金属フレームの一部を折り曲げて可
動電極板が基板及び金属フレームに対して圧接する態様
で固定してあり、前記可動電極板の弾性復帰力によって
生じるシール性により可変静電容量部に異物が外部から
侵入しないようにしてある。 （請求項８記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項７記載の発
明に関し、金属フレームが導電性を有するものであり、
前記金属フレームを介して可動電極板を特定の電圧に保
持するようにしてある。 （請求項９記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項４又は５記
載の発明に関し、操作部に空間部を設けてある。
が形成された基板と、全体が弾性を有するゴム又は樹脂
により一体成形され且つ少なくとも前記固定電極群と対
向する面が導電性ゴム又は導電性樹脂により構成されて
いる可動電極板とを具備すると共に、前記固定電極群と
可動電極板とから複数の可変静電容量部を構成し、一方
の直線上で対向する可変静電容量部の静電容量の変化に
より操作部に作用したＸ軸方向の力の大きさ及び正負方
向が検出でき、他方の直線上で対向する可変静電容量部
の静電容量の変化により操作部に作用したＹ軸方向の力
の大きさ及び正負方向が検出できるようにしてある静電
容量式センサにおいて、９０°間隔で配置された四つの
電極で囲まれた基板部分に独立する接点用ランドを形成
すると共に、前記接点用ランドと対向する可動電極板部
分に電気接点となる突起を形成し、前記突起と接点用ラ
ンドとによりスイッチを構成させてある。 （請求項２記載の発明） この発明は、９０°間隔で電極が配置された固定電極群
が形成された基板と、全体がエラストマーにより一体成
形され且つ少なくとも前記固定電極群と対向する面が導
電性エラストマーにより構成されている可動電極板とを
具備すると共に、前記固定電極群と可動電極板とから複
数の可変静電容量部を構成し、一方の直線上で対向する
可変静電容量部の静電容量の変化により操作部に作用し
たＸ軸方向の力の大きさ及び正負方向が検出でき、他方
の直線上で対向する可変静電容量部の静電容量の変化に
より操作部に作用したＹ軸方向の力の大きさ及び正負方
向が検出できるようにしてある静電容量式センサにおい
て、９０°間隔で配置された四つの電極で囲まれた基板
部分に独立する接点用ランドを形成すると共に、前記接
点用ランドと対向する可動電極板部分に電気接点となる
突起を形成し、前記突起と接点用ランドとによりスイッ
チを構成させてある。 （請求項３記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１又は２記
載の発明に関し、９０°間隔で配置された四つの電極で
囲まれた基板部分に独立する電極を形成してあり、前記
した独立する電極と可動電極板とにより構成される可変
静電容量部の静電容量の変化により操作部に作用したＺ
軸方向の力の大きさ及び正負方向が検出できるようにし
てある。 （請求項４記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明に関し、可動電極板には、ゴム又
は樹脂より成る凸状の操作部が一体成形されている。 （請求項５記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明に関し、可動電極板には、エラス
トマーより成る凸状の操作部が一体成形されている。 （請求項６記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１乃至５の
いずれかに記載の発明に関し、可動電極板には操作部を
囲む態様で周凸部が形成されており、前記周凸部を取付
部材に押圧する態様で可動電極板を取り付けたときに
は、周凸部の弾性復帰力により取付部材と可動電極板と
の間のシール性が確保されるようにしてある。 （請求項７記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項１又は２記
載の発明に関し、基板と可動電極板とを金属フレームで
包み込むと共に前記金属フレームの一部を折り曲げて可
動電極板が基板及び金属フレームに対して圧接する態様
で固定してあり、前記可動電極板の弾性復帰力によって
生じるシール性により可変静電容量部に異物が外部から
侵入しないようにしてある。 （請求項８記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項７記載の発
明に関し、金属フレームが導電性を有するものであり、
前記金属フレームを介して可動電極板を特定の電圧に保
持するようにしてある。 （請求項９記載の発明） この発明の静電容量式センサは、上記請求項４又は５記
載の発明に関し、操作部に空間部を設けてある。
【０００６】なお、上記発明の静電容量式力覚センサの
機能については、以下の発明の実施の形態の欄で詳述す
る。
機能については、以下の発明の実施の形態の欄で詳述す
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。 （実施形態１）図１は、この発明の実施形態１の静電容
量式力覚センサＳの断面図を示している。
面に従って説明する。 （実施形態１）図１は、この発明の実施形態１の静電容
量式力覚センサＳの断面図を示している。
【０００８】この静電容量式力覚センサＳは、基本的に
は図１に示すように、基板１と、前記基板１上に配置さ
れた可動電極板２とを具備するものであり、図１の二点
鎖線に示される如くケーシングＫの上壁ｋにビスＢによ
り取り付けるようにして形成されている。
は図１に示すように、基板１と、前記基板１上に配置さ
れた可動電極板２とを具備するものであり、図１の二点
鎖線に示される如くケーシングＫの上壁ｋにビスＢによ
り取り付けるようにして形成されている。
【０００９】基板１は、図１や図２に示すように、その
上面に接点用ランドＬ、及びレジスト膜Ｒで覆われた固
定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋が形成
されていると共に、下面に静電容量／電圧変換用の電子
部品Ｅが配置されており、また、四隅には上記ビスＢを
挿通するための貫通孔ｈを穿設してある。なお、固定電
極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋をレジスト
膜Ｒで覆ってあるのは、後述する導電性ゴム層部21と直
接接触するようなことがないようにするためである。
上面に接点用ランドＬ、及びレジスト膜Ｒで覆われた固
定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋が形成
されていると共に、下面に静電容量／電圧変換用の電子
部品Ｅが配置されており、また、四隅には上記ビスＢを
挿通するための貫通孔ｈを穿設してある。なお、固定電
極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋をレジスト
膜Ｒで覆ってあるのは、後述する導電性ゴム層部21と直
接接触するようなことがないようにするためである。
【００１０】可動電極板２は、図１に示すように、全体
が弾性ゴムにより一体成形されており、具体的には上側
のシリコンゴム部20（樹脂で構成されたものでもよい）
と下側の導電性ゴム部21（導電性樹脂で構成されたもの
でもよい）とから構成されている。この可動電極板２の
材料は常温付近で大きなゴム弾性を示す高分子物質（エ
ラストマー）であればよく、例えば、架橋した天然ゴム
や合成ゴム、熱可塑性ウレタンゴム、スパンデックスや
ポリカーボネート弾性樹脂、スポンジゴムなどが採用で
きる。
が弾性ゴムにより一体成形されており、具体的には上側
のシリコンゴム部20（樹脂で構成されたものでもよい）
と下側の導電性ゴム部21（導電性樹脂で構成されたもの
でもよい）とから構成されている。この可動電極板２の
材料は常温付近で大きなゴム弾性を示す高分子物質（エ
ラストマー）であればよく、例えば、架橋した天然ゴム
や合成ゴム、熱可塑性ウレタンゴム、スパンデックスや
ポリカーボネート弾性樹脂、スポンジゴムなどが採用で
きる。
【００１１】前記シリコンゴム部20は、図１に示すよう
に、その上面に短軸状の操作部20ａを立設してあり、外
周部には上記した上壁ｋとの圧接によりシール性を発揮
する周凸部20ｂを設けてあると共に前記操作部20と周凸
部20ｂとの間を真円状のダイヤフラム部20ｃとしてあ
る。他方、導電性ゴム部21は、図１に示すように、その
下面に上記固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，
Ｄｚ＋が入る程度の大きさの平面視円形状の凹み部21ａ
を設けてある。
に、その上面に短軸状の操作部20ａを立設してあり、外
周部には上記した上壁ｋとの圧接によりシール性を発揮
する周凸部20ｂを設けてあると共に前記操作部20と周凸
部20ｂとの間を真円状のダイヤフラム部20ｃとしてあ
る。他方、導電性ゴム部21は、図１に示すように、その
下面に上記固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，
Ｄｚ＋が入る程度の大きさの平面視円形状の凹み部21ａ
を設けてある。
【００１２】なお、上記可動電極板２は操作部20ａに力
を加えるとダイヤフラム部20ｃに応力が集中して変形す
る起歪体を形成しており、導電性ゴム部21の固定電極と
対向する部分は、後述するように固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ
−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との関係で可変静電容量部
Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋を構成する電
極Ｄとして機能する。
を加えるとダイヤフラム部20ｃに応力が集中して変形す
る起歪体を形成しており、導電性ゴム部21の固定電極と
対向する部分は、後述するように固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ
−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との関係で可変静電容量部
Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋を構成する電
極Ｄとして機能する。
【００１３】ここで、この静電容量式力覚センサＳは、
図１に示すケーシングＫへの取り付け状態では以下に示
す機能が発揮されている。 周凸部20ｂが上壁ｋからの押圧力により弾性変形し
て、導電性ゴム部21と接点用ランドＬとが圧接状態とな
り、可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，
Ｃｚ＋への液体やゴミの侵入が阻止（シール性が発揮）
され、他方、上壁ｋの下面と周凸部20ｂとが圧接状態と
なり、上壁ｋに形成された孔Ｈからの液体やゴミの侵入
が阻止される。つまり、このセンサＳの構成を採用した
場合、板状シート部材を特別に設けなくとも各所のシー
ル性が確保できる。 上記した導電性ゴム部21と接点用ランドＬとの接触に
より可動電極板２の導電性ゴム部21全体がＧＮＤ電位と
なる。よって、接点用ランドＬと固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ
−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との間に電位差を設けるこ
とにより上記した可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ
＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋を発生させることができる。 なお、このセンサＳの構成を採用した場合、従来の技
術の欄で記載したような面倒な組み立て作業がない。
図１に示すケーシングＫへの取り付け状態では以下に示
す機能が発揮されている。 周凸部20ｂが上壁ｋからの押圧力により弾性変形し
て、導電性ゴム部21と接点用ランドＬとが圧接状態とな
り、可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，
Ｃｚ＋への液体やゴミの侵入が阻止（シール性が発揮）
され、他方、上壁ｋの下面と周凸部20ｂとが圧接状態と
なり、上壁ｋに形成された孔Ｈからの液体やゴミの侵入
が阻止される。つまり、このセンサＳの構成を採用した
場合、板状シート部材を特別に設けなくとも各所のシー
ル性が確保できる。 上記した導電性ゴム部21と接点用ランドＬとの接触に
より可動電極板２の導電性ゴム部21全体がＧＮＤ電位と
なる。よって、接点用ランドＬと固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ
−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との間に電位差を設けるこ
とにより上記した可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ
＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋を発生させることができる。 なお、このセンサＳの構成を採用した場合、従来の技
術の欄で記載したような面倒な組み立て作業がない。
【００１４】この静電容量式力覚センサＳは上記のよう
な構成であるから、操作部20ａを操作すると以下に示す
ように機能する。
な構成であるから、操作部20ａを操作すると以下に示す
ように機能する。
【００１５】先ず、図３に示すように、操作部20ａにＸ
軸方向の力Ｆｘ又はモーメントＭｘを加えると、電極Ｄ
と固定電極Ｄｘ＋との間のギャップが小さくなり、可変
静電容量部Ｃｘ＋の静電容量が大きくなる。他方、電極
Ｄと固定電極Ｄｘ−との間のギャップは変化しないか又
は大きくなり、可変静電容量部Ｃｘ＋の静電容量は変化
しないか又は小さくなる。このことは対称性によりＹ軸
方向の力Ｆｙ又はモーメントＭｙを加えた場合も固定電
極Ｄｙ＋，Ｄｙ−について同様のことが言える。つま
り、ＸＹ平面では、加える力の大きさと方向に応じて電
極Ｄを構成する導電性ゴム部21が変形し、それに対応し
て可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃ
ｚ＋の静電容量が変化する。なお、上記した操作部20ａ
への力又はモーメントが無くなると、元の状態に復帰す
る。
軸方向の力Ｆｘ又はモーメントＭｘを加えると、電極Ｄ
と固定電極Ｄｘ＋との間のギャップが小さくなり、可変
静電容量部Ｃｘ＋の静電容量が大きくなる。他方、電極
Ｄと固定電極Ｄｘ−との間のギャップは変化しないか又
は大きくなり、可変静電容量部Ｃｘ＋の静電容量は変化
しないか又は小さくなる。このことは対称性によりＹ軸
方向の力Ｆｙ又はモーメントＭｙを加えた場合も固定電
極Ｄｙ＋，Ｄｙ−について同様のことが言える。つま
り、ＸＹ平面では、加える力の大きさと方向に応じて電
極Ｄを構成する導電性ゴム部21が変形し、それに対応し
て可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃ
ｚ＋の静電容量が変化する。なお、上記した操作部20ａ
への力又はモーメントが無くなると、元の状態に復帰す
る。
【００１６】次に、図４に示すように、操作部20ａにＺ
軸方向の力Ｆｚを加えると、電極Ｄと固定電極Ｄｚ＋と
の間のギャップが小さくなり、可変静電容量部Ｃｚ＋の
静電容量は大きくなる。また、電極Ｄと固定電極Ｄｘ
＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との間のギャップ
は均等に小さくなり可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃ
ｙ＋，Ｃｙ−の静電容量はほぼ等しく大きくなる。
軸方向の力Ｆｚを加えると、電極Ｄと固定電極Ｄｚ＋と
の間のギャップが小さくなり、可変静電容量部Ｃｚ＋の
静電容量は大きくなる。また、電極Ｄと固定電極Ｄｘ
＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との間のギャップ
は均等に小さくなり可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃ
ｙ＋，Ｃｙ−の静電容量はほぼ等しく大きくなる。
【００１７】以上のことから、可変静電容量部Ｃｘ＋，
Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋の静電容量は三次空間
に加える力の大きさに対応して変化することが判った。
したがって、図５に示すような回路を構成すれば、操作
部20ａに加える力の大きさと方向を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向
の成分の電圧変化として検出することができる。なお、
図５に示した回路にかえて図６に示した回路（Ｙ及びＺ
軸の回路は省略している）を採用しても同様の効果を得
ることができる。図６中、Ｖｘ1 ，Ｖｘ2 は周期的に変
化するものとする。 （実施形態２）図７は、この発明の実施形態２の静電容
量式力覚センサＳの断面図を示しており、図８は前記静
電容量式力覚センサＳの外観斜視図を示している。
Ｃｘ−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋の静電容量は三次空間
に加える力の大きさに対応して変化することが判った。
したがって、図５に示すような回路を構成すれば、操作
部20ａに加える力の大きさと方向を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向
の成分の電圧変化として検出することができる。なお、
図５に示した回路にかえて図６に示した回路（Ｙ及びＺ
軸の回路は省略している）を採用しても同様の効果を得
ることができる。図６中、Ｖｘ1 ，Ｖｘ2 は周期的に変
化するものとする。 （実施形態２）図７は、この発明の実施形態２の静電容
量式力覚センサＳの断面図を示しており、図８は前記静
電容量式力覚センサＳの外観斜視図を示している。
【００１８】この実施形態では単独での組み立てを考慮
しており、静電容量式力覚センサＳは、図７や図８に示
すように、基板１と可動電極板２とを金属フレームＦ内
に収容すると共に、前記金属フレームＦにおける上壁ｆ
１と折曲片ｆ２とにより基板１と可動電極板２とを積層
した状態で挟圧保持したものである。したがって、上記
実施形態１と同様にこの可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ
−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋への液体やゴミの侵入が阻
止（シール性が発揮）され、また、導電性ゴム部21と接
点用ランドＬとの接触により可動電極板２の導電性ゴム
部21全体がＧＮＤ電位となっている。ここで、図７や図
８に示した符号ｆ３はハンダ付きリード端子であり、こ
れを介して接点用ランドＬと固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，
Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との間に電位差が付与される。
しており、静電容量式力覚センサＳは、図７や図８に示
すように、基板１と可動電極板２とを金属フレームＦ内
に収容すると共に、前記金属フレームＦにおける上壁ｆ
１と折曲片ｆ２とにより基板１と可動電極板２とを積層
した状態で挟圧保持したものである。したがって、上記
実施形態１と同様にこの可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ
−，Ｃｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋への液体やゴミの侵入が阻
止（シール性が発揮）され、また、導電性ゴム部21と接
点用ランドＬとの接触により可動電極板２の導電性ゴム
部21全体がＧＮＤ電位となっている。ここで、図７や図
８に示した符号ｆ３はハンダ付きリード端子であり、こ
れを介して接点用ランドＬと固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，
Ｄｙ＋，Ｄｙ−，Ｄｚ＋との間に電位差が付与される。
【００１９】なお、上記可動電極板２は、操作部20ａも
含めて全体を導電性ゴムにより構成するようにしてもよ
い。
含めて全体を導電性ゴムにより構成するようにしてもよ
い。
【００２０】また、導電性ゴム部21をＧＮＤ（グラン
ド）電位にする手段として上記実施形態において接点用
ランドＬを設けることなく、図９に示す如く、導電性ゴ
ム部21を金属フレームＦと接触させ、前記金属フレーム
Ｆのリード端子ｆ３をＧＮＤに接続するようにしてもよ
い。 （実施形態３）この実施形態３の静電容量式力覚センサ
Ｓは、図10に示すように、基板１にレジスト膜Ｒで覆わ
れた固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−のみを配
設し、これら固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−
で囲まれる部分（図１や図７でＤｚ＋が存在していた部
分）と対向する導電性ゴム部21部分に突起21ｄを垂下さ
せて構成してある。このセンサＳでは前記突起21ｄの下
端を基板１側に接触させてあり、突起21ｄがテコの支点
の如く機能するようにしてある。したがって、この構造
のセンサＳをジョイスティックとして使用した場合、操
作性が安定するという効果がある。 （実施形態４）この実施形態４の静電容量式力覚センサ
Ｓは、図11に示すように、レジスト膜Ｒで覆われた固定
電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−で囲まれた基板部
分に独立する接点用ランドＬ１（レジスト膜Ｒ無し）を
形成すると共に、前記接点用ランドＬ１と対向する導電
性ゴム部21部分に電気接点となる突起21ｅを形成してあ
り、前記突起21ｅと接点用ランドＬ１とによりスイッチ
を構成させたものである。 （実施形態５）この実施形態４の静電容量式力覚センサ
Ｓは、図12や図13に示すように、操作感を向上させるた
めに操作部20ａの内部に空間部ｔ（中空）とすることが
できる。 （その他の実施形態）上記実施形態１〜５に示された静
電容量式力覚センサＳに関し、操作性を向上させるため
に操作部20ａの先端を凸又は凹にしても良い。
ド）電位にする手段として上記実施形態において接点用
ランドＬを設けることなく、図９に示す如く、導電性ゴ
ム部21を金属フレームＦと接触させ、前記金属フレーム
Ｆのリード端子ｆ３をＧＮＤに接続するようにしてもよ
い。 （実施形態３）この実施形態３の静電容量式力覚センサ
Ｓは、図10に示すように、基板１にレジスト膜Ｒで覆わ
れた固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−のみを配
設し、これら固定電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−
で囲まれる部分（図１や図７でＤｚ＋が存在していた部
分）と対向する導電性ゴム部21部分に突起21ｄを垂下さ
せて構成してある。このセンサＳでは前記突起21ｄの下
端を基板１側に接触させてあり、突起21ｄがテコの支点
の如く機能するようにしてある。したがって、この構造
のセンサＳをジョイスティックとして使用した場合、操
作性が安定するという効果がある。 （実施形態４）この実施形態４の静電容量式力覚センサ
Ｓは、図11に示すように、レジスト膜Ｒで覆われた固定
電極Ｄｘ＋，Ｄｘ−，Ｄｙ＋，Ｄｙ−で囲まれた基板部
分に独立する接点用ランドＬ１（レジスト膜Ｒ無し）を
形成すると共に、前記接点用ランドＬ１と対向する導電
性ゴム部21部分に電気接点となる突起21ｅを形成してあ
り、前記突起21ｅと接点用ランドＬ１とによりスイッチ
を構成させたものである。 （実施形態５）この実施形態４の静電容量式力覚センサ
Ｓは、図12や図13に示すように、操作感を向上させるた
めに操作部20ａの内部に空間部ｔ（中空）とすることが
できる。 （その他の実施形態）上記実施形態１〜５に示された静
電容量式力覚センサＳに関し、操作性を向上させるため
に操作部20ａの先端を凸又は凹にしても良い。
【００２１】手で操作する力以外の力を測定する場合
は、用途に合わせて操作部の形状を変更しても良い。例
えば操作部の先端をベアリング等の取り付けが可能な形
状にし、糸の張力を測定する用途にも供することができ
る。
は、用途に合わせて操作部の形状を変更しても良い。例
えば操作部の先端をベアリング等の取り付けが可能な形
状にし、糸の張力を測定する用途にも供することができ
る。
【００２２】
【発明の効果】この発明は上記構成を有するものである
から以下の効果を奏する。
から以下の効果を奏する。
【００２３】発明の実施の形態段の欄の説明から明らか
なように、面倒な組み立て作業が少なく且つ部品点数を
増やすことなく容易に防水及び防塵対策ができる静電容
量式力覚センサを提供できた。
なように、面倒な組み立て作業が少なく且つ部品点数を
増やすことなく容易に防水及び防塵対策ができる静電容
量式力覚センサを提供できた。
【図１】この発明の実施形態１の静電容量式力覚センサ
の組み立て断面図。
の組み立て断面図。
【図２】前記力覚センサの基板及び固定電極の平面図。
【図３】前記力覚センサの操作部にＸ軸方向の力又はモ
ーメントが生じたときの断面図。
ーメントが生じたときの断面図。
【図４】前記力覚センサの操作部にＺ軸方向の力が生じ
たときの断面図。
たときの断面図。
【図５】前記力覚センサに採用される回路図。
【図６】前記力覚センサに採用される他の実施形態の回
路図。
路図。
【図７】この発明の実施形態２の静電容量式力覚センサ
の断面図。
の断面図。
【図８】この発明の実施形態２の静電容量式力覚センサ
の外観斜視図。
の外観斜視図。
【図９】前記発明の実施形態２の静電容量式力覚センサ
に関連する力覚センサの断面図。
に関連する力覚センサの断面図。
【図10】この発明の実施形態３の静電容量式力覚センサ
の断面図。
の断面図。
【図11】この発明の実施形態４の静電容量式力覚センサ
の断面図。
の断面図。
【図12】この発明の実施形態５の静電容量式力覚センサ
の断面図。
の断面図。
【図13】この発明の実施形態５の静電容量式力覚センサ
に関連する力覚センサの断面図。
に関連する力覚センサの断面図。
【図14】先行技術の静電容量式力覚センサの断面図。
Ｓ 静電容量式力覚センサ
Ｄ 可動電極板
Ｄｘ＋ 固定電極
Ｄｘ− 固定電極
Ｄｙ＋ 固定電極
Ｄｙ− 固定電極
Ｄｚ＋ 固定電極
Ｃｘ＋ 可変静電容量部
Ｃｘ− 可変静電容量部
Ｃｙ＋ 可変静電容量部
Ｃｙ− 可変静電容量部
Ｃｚ＋ 可変静電容量部
１ 基板
２ 可動電極板
20 シリコンゴム部
20ａ 操作部
21 導電性ゴム部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０６Ｆ 3/033 ３３０ Ｇ０１Ｄ 5/24 Ｂ
(56)参考文献 特開2000−193538（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−200164（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−91333（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−324801（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−151623（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 7/00
G01B 7/16
G01D 5/24
G01L 1/14
G01L 5/16
G06F 3/033 330
Claims (9)
- 【請求項１】 ９０°間隔で電極が配置された固定電極
群が形成された基板と、全体が弾性を有するゴム又は樹
脂により一体成形され且つ少なくとも前記固定電極群と
対向する面が導電性ゴム又は導電性樹脂により構成され
ている可動電極板とを具備すると共に、前記固定電極群
と可動電極板とから複数の可変静電容量部を構成し、一
方の直線上で対向する可変静電容量部の静電容量の変化
により操作部に作用したＸ軸方向の力の大きさ及び正負
方向が検出でき、他方の直線上で対向する可変静電容量
部の静電容量の変化により操作部に作用したＹ軸方向の
力の大きさ及び正負方向が検出できるようにしてある静
電容量式センサにおいて、９０°間隔で配置された四つ
の電極で囲まれた基板部分に独立する接点用ランドを形
成すると共に、前記接点用ランドと対向する可動電極板
部分に電気接点となる突起を形成し、前記突起と接点用
ランドとによりスイッチを構成させてあることを特徴と
する静電容量式センサ。 - 【請求項２】 ９０°間隔で電極が配置された固定電極
群が形成された基板と、全体がエラストマーにより一体
成形され且つ少なくとも前記固定電極群と対向する面が
導電性エラストマーにより構成されている可動電極板と
を具備すると共に、前記固定電極群と可動電極板とから
複数の可変静電容量部を構成し、一方の直線上で対向す
る可変静電容量部の静電容量の変化により操作部に作用
したＸ軸方向の力の大きさ及び正負方向が検出でき、他
方の直線上で対向する可変静電容量部の静電容量の変化
により操作部に作用したＹ軸方向の力の大きさ及び正負
方向が検出できるようにしてある静電容量式センサにお
いて、９０°間隔で配置された四つの電極で囲まれた基
板部分に独立する接点用ランドを形成すると共に、前記
接点用ランドと対向する可動電極板部分に電気接点とな
る突起を形成し、前記突起と接点用ランドとによりスイ
ッチを構成させてあることを特徴とする静電容量式セン
サ。 - 【請求項３】 ９０°間隔で配置された四つの電極で囲
まれた基板部分に独立する電極を形成してあり、前記し
た独立する電極と可動電極板とにより構成される可変静
電容量部の静電容量の変化により操作部に作用したＺ軸
方向の力の大きさ及び正負方向が検出できるようにして
あることを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量式
センサ。 - 【請求項４】 可動電極板には、ゴム又は樹脂より成る
凸状の操作部が一体成形されていることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量式センサ。 - 【請求項５】 可動電極板には、エラストマーより成る
凸状の操作部が一体成形されていることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の静電容量式センサ。 - 【請求項６】 可動電極板には操作部を囲む態様で周凸
部が形成されており、前記周凸部を取付部材に押圧する
態様で可動電極板を取り付けたときには、周凸部の弾性
復帰力により取付部材と可動電極板との間のシール性が
確保されるようにしてあることを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載の静電容量式センサ。 - 【請求項７】 基板と可動電極板とを金属フレームで包
み込むと共に前記金属フレームの一部を折り曲げて可動
電極板が基板及び金属フレームに対して圧接する態様で
固定してあり、前記可動電極板の弾性復帰力によって生
じるシール性により可変静電容量部に異物が外部から侵
入しないようにしてあることを特徴とする請求項１又は
２記載の静電容量式センサ。 - 【請求項８】 金属フレームが導電性を有するものであ
り、前記金属フレームを介して可動電極板を特定の電圧
に保持するようにしてあることを特徴とする請求項７記
載の静電容量式センサ。 - 【請求項９】 操作部に空間部を設けてあることを特徴
とする請求項４又は５記載の静電容量式センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24747699A JP3380996B2 (ja) | 1999-02-02 | 1999-09-01 | 静電容量式力覚センサ |
| US09/497,065 US6373265B1 (en) | 1999-02-02 | 2000-02-02 | Electrostatic capacitive touch sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-25128 | 1999-02-02 | ||
| JP2512899 | 1999-02-02 | ||
| JP24747699A JP3380996B2 (ja) | 1999-02-02 | 1999-09-01 | 静電容量式力覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000292271A JP2000292271A (ja) | 2000-10-20 |
| JP3380996B2 true JP3380996B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=26362726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24747699A Expired - Lifetime JP3380996B2 (ja) | 1999-02-02 | 1999-09-01 | 静電容量式力覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3380996B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014070985A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Denso Corp | 作用力検出装置 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3413464B2 (ja) * | 1999-07-13 | 2003-06-03 | ニッタ株式会社 | 静電容量式力覚センサ |
| JP3380997B2 (ja) * | 1999-09-17 | 2003-02-24 | ニッタ株式会社 | 静電容量式センサ |
| JP3380998B2 (ja) * | 1999-10-13 | 2003-02-24 | ニッタ株式会社 | 静電容量式力覚センサ |
| WO2002044649A1 (fr) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | Nitta Corporation | Capteur capacitif |
| DE60230600D1 (de) | 2001-04-19 | 2009-02-12 | Asahi Kasei Emd Corp | Zeigeeinrichtung |
| JP4342122B2 (ja) * | 2001-06-01 | 2009-10-14 | 株式会社豊田中央研究所 | 静電容量型物理量センサと検出装置 |
| KR100499807B1 (ko) * | 2002-10-30 | 2005-07-08 | 에이디반도체(주) | 정전용량 스위치 |
| US8054291B2 (en) | 2003-01-20 | 2011-11-08 | Asahi Kasei Emd Corporation | Pointing device |
| JP4280600B2 (ja) * | 2003-06-12 | 2009-06-17 | 株式会社ニフコ | 移動装置 |
| JP5248221B2 (ja) * | 2008-06-30 | 2013-07-31 | 株式会社ワコー | 力覚センサおよびその組立方法 |
| JP7222729B2 (ja) * | 2019-01-30 | 2023-02-15 | シチズン電子株式会社 | 感圧スイッチ |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3579771B2 (ja) * | 1993-05-13 | 2004-10-20 | ニッタ株式会社 | 操作装置 |
| JP3378922B2 (ja) * | 1993-11-29 | 2003-02-17 | ニッタ株式会社 | 静電容量式センサー |
| JPH07200164A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Nitta Ind Corp | 静電容量式センサー |
| JP3151603B2 (ja) * | 1996-09-19 | 2001-04-03 | ニッタ株式会社 | 座標入力装置 |
| JP2000193538A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Nitta Ind Corp | 静電容量式力覚センサ |
-
1999
- 1999-09-01 JP JP24747699A patent/JP3380996B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014070985A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Denso Corp | 作用力検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000292271A (ja) | 2000-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6373265B1 (en) | Electrostatic capacitive touch sensor | |
| US7391411B2 (en) | Capacitance type sensor | |
| JP3380996B2 (ja) | 静電容量式力覚センサ | |
| US6530283B2 (en) | Force sensor | |
| US7398587B2 (en) | Method for manufacturing a capacitance type sensor with a movable electrode | |
| US20030151103A1 (en) | Pressing direction sensor and input device using the same | |
| US20060267598A1 (en) | Capacitance type sensor | |
| US8079272B2 (en) | Tactile sensor | |
| US10067014B1 (en) | Force sensor | |
| KR20010092325A (ko) | 정전용량의 변화를 이용한 입력장치 및 검출장치 | |
| JP3413464B2 (ja) | 静電容量式力覚センサ | |
| JP3380998B2 (ja) | 静電容量式力覚センサ | |
| US11262852B2 (en) | Input device | |
| JP3380997B2 (ja) | 静電容量式センサ | |
| JP2003083819A (ja) | 可変抵抗要素を用いた力検出装置 | |
| JP3421783B2 (ja) | 静電容量式センサ | |
| US20080018347A1 (en) | Capacitance type sensor | |
| JP4459428B2 (ja) | 操作量検出装置 | |
| JP3275120B2 (ja) | 静電容量式力センサー | |
| JP3971079B2 (ja) | 入力装置ならびに検出装置 | |
| JP4476511B2 (ja) | 電子機器用入力装置 | |
| JP3297887B2 (ja) | 静電容量式センサー | |
| WO2019230517A1 (ja) | 入力装置 | |
| JP3451362B2 (ja) | 静電容量式センサー | |
| JP3331388B2 (ja) | 静電容量式センサー |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3380996 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071220 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081220 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081220 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101220 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111220 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121220 Year of fee payment: 10 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131220 Year of fee payment: 11 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S201 | Request for registration of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R370 |
|
| S201 | Request for registration of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314803 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S804 | Written request for registration of cancellation of exclusive licence |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314803 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |