JP3380998B2 - 静電容量式力覚センサ - Google Patents
静電容量式力覚センサInfo
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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、前記固定電極群と対向する面に導
電性インク又は導電性塗料を付着又は含浸させて成る可
動電極を有したエラストマー製の可動板とを具備すると
共に、前記固定電極群と可動電極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、前記固定電極群と対向する面に導
電性金属を蒸着させて成る可動電極を有したエラストマ
ー製の可動板とを具備すると共に、前記固定電極群と可
動電極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、可動板には、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又は２記
載の発明に関し、基板と可動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５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との間の隙間があま
り小さくならないようにしてある。 （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３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、前記固定電極群と対向する面に導
電性インク又は導電性塗料を付着又は含浸させて成る可
動電極を有したエラストマー製の可動板とを具備すると
共に、前記固定電極群と可動電極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、前記固定電極群と対向する面に導
電性金属を蒸着させて成る可動電極を有したエラストマ
ー製の可動板とを具備すると共に、前記固定電極群と可
動電極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、可動板には、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又は２記
載の発明に関し、基板と可動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５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との間の隙間があま
り小さくならないようにしてある。 （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３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、後述する導電性インク層21と電
気的に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、後述する導電性インク層21と電
気的に接触するようなことがないようにするためであ
る。
【００１０】可動板２は、図１に示すように、エラスト
マー部20とこれの下面側にシルク印刷した導電性インク
層21とから構成されている。前記エラストマー部20の材
料は常温付近で大きなゴム弾性を示す高分子物質であれ
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。また、この実
施形態では導電性インク層21をエラストマー部20の下面
に印刷形成してあるが、その他、エラストマー部20の下
面に、導電性塗料を印刷して形成したものや、導電性金
属を蒸着したものとしてもよい。
マー部20とこれの下面側にシルク印刷した導電性インク
層21とから構成されている。前記エラストマー部20の材
料は常温付近で大きなゴム弾性を示す高分子物質であれ
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。また、この実
施形態では導電性インク層21をエラストマー部20の下面
に印刷形成してあるが、その他、エラストマー部20の下
面に、導電性塗料を印刷して形成したものや、導電性金
属を蒸着したものとしてもよい。
【００１１】前記エラストマー部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20ａ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、導電性インク層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20ａ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、導電性インク層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、上記導電性インク層21における固
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
成する可動電極Ｄとして機能する。
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、上記導電性インク層21における固
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
成する可動電極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、導電性インク層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。 上記した導電性インク層21と接点用ランドＬとの接触
により可動板２の導電性インク層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、導電性インク層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。 上記した導電性インク層21と接点用ランドＬとの接触
により可動板２の導電性インク層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、可動電
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、
可動電極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
応じて可動電極Ｄを構成する導電性インク層21が変形
し、それに対応して可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃ
ｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋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、可動電
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、
可動電極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
応じて可動電極Ｄを構成する導電性インク層21が変形
し、それに対応して可変静電容量部Ｃｘ＋，Ｃｘ−，Ｃ
ｙ＋，Ｃｙ−，Ｃｚ＋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、可動電極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、可動電極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
−，Ｃｙ＋，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、可動電極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、可動電極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
−，Ｃｙ＋，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、導電性インク層21と
接点用ランドＬとの接触により可動板２の導電性インク
層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、導電性インク層21と
接点用ランドＬとの接触により可動板２の導電性インク
層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】また、導電性インク層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、導電性イ
ンク層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−
で囲まれる部分と対向する可動板２部分に下方に突出す
る突起21ｄ（導電性インク層21により覆われている）を
設けて構成してある。このセンサＳでは上記突起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と対向する可動
板２部分に電気接点となる突起21ｅ（導電性インク層21
により覆われている）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、導電性イ
ンク層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−
で囲まれる部分と対向する可動板２部分に下方に突出す
る突起21ｄ（導電性インク層21により覆われている）を
設けて構成してある。このセンサＳでは上記突起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と対向する可動
板２部分に電気接点となる突起21ｅ（導電性インク層21
により覆われている）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。
【００２０】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。
【００２１】
【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。
【００２２】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
ｔ 空間部
Ｆ 金属フレーム
１ 基板
２ 可動板
20 エラストマー部
20ａ 操作部
20ｂ 周凸部
21 導電性インク層
21ｄ 突起
21ｅ 突起
─────────────────────────────────────────────────────
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 平７−200164（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−324801（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−151623（ＪＰ，Ａ)
特開2001−27570（ＪＰ，Ａ)
特開2000−292271（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 7/00
G01B 7/16
G01D 5/24
G01L 5/16
G01L 1/14
G06F 3/033 330
Claims (7)
- 【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、前記固定電極群と対向する面に
導電性インク又は導電性塗料を付着又は含浸させて成る
可動電極を有したエラストマー製の可動板とを具備する
と共に、前記固定電極群と可動電極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、前記固定電極群と対向する面に
導電性金属を蒸着させて成る可動電極を有したエラスト
マー製の可動板とを具備すると共に、前記固定電極群と
可動電極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】 可動板には、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又は２記載の静電容量式センサ。 - 【請求項４】 可動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３のいずれ
かに記載の静電容量式センサ。 - 【請求項５】 基板と可動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６】 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との間の隙間が
あまり小さくならないようにしてあることを特徴とする
請求項５記載の静電容量式センサ。 - 【請求項７】 操作部に空間部を設けてあることを特徴
とする請求項３記載の静電容量式センサ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP29042599A JP3380998B2 (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 静電容量式力覚センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29042599A JP3380998B2 (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 静電容量式力覚センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108541A JP2001108541A (ja) | 2001-04-20 |
| JP3380998B2 true JP3380998B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=17755878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29042599A Expired - Lifetime JP3380998B2 (ja) | 1999-10-13 | 1999-10-13 | 静電容量式力覚センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1999
- 1999-10-13 JP JP29042599A patent/JP3380998B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP2001108541A (ja) | 2001-04-20 |
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