JP3421783B2 - 静電容量式センサ - Google Patents

静電容量式センサ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、静電容量式セン
サに関するものである。
【0002】
【従来の技術】静電容量式センサとして、既に、図9や
図10に示すようなものをわが社で開発し、出願してい
る。
【0003】この静電容量式センサは、図9や図10に示
すように、固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−が
形成された基板90と、少なくとも前記固定電極Dx+,
Dx−,Dy+,Dy−と対向する面が導電性ゴムによ
り構成されている可動電極板Dと、前記可動電極板Dと
一体成形されたシリコンゴム製の操作部92とを具備して
おり、前記固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−と
可動電極板Dとから複数の可変静電容量部Cx+,Cx
−,Cy+,Cy−が構成されていると共に、前記操作
部92に加えた力の大きさと方向に対応して各可変静電容
量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−の静電容量が変化
するようにしてある。
【0004】しかしながら、上記静電容量式センサを、
ジョイスティック又はポインティングディバイスの操作
部92として使用した場合、個人の操作癖により出力の方
向性(例えば、ディスプレイ上のカーソルの移動方向)
が安定しないという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、個人の操作癖に関係なく出力の方向性が安定してい
る静電容量式センサを提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】(請求項1記載の発明) この発明の静電容量式センサは、基板上に90°間隔で
形成された4個の固定電極と、導電性エラストマーから
構成され且つ各固定電極と対向配置されて所定の電圧に
保持した可動電極板とを具備し、対向する固定電極と可
動電極板によりX軸上及びY軸上にそれぞれ独立した2
個の可変静電容量を構成させて、これらの可変静電容量
が互いに干渉を受けにくい構造としてあり、可動電極板
に加えた力の強さに対応して可変静電容量部の静電容量
が変化するようにしてあり、各軸上の可変静電容量部の
静電容量の変化に対応してそれぞれの各軸の出力信号又
は出力電圧が連続的に変化するようにしてある。 (請求項2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記載の発
明に関し、操作部が、可動電極板と別体であり、硬質部
材より構成してある。 (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記載の発
明に関し、操作部が、可動電極板と一体であり、エラス
トマーにより構成してある。 (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、基板上に、可動電極板と
電気的接続状態となるランドを設けてある。
【0007】なお、上記発明の静電容量式センサの機能
については、以下の発明の実施の形態の欄で詳述する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例として示
した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
量式センサSの断面図を示している。
【0009】この静電容量式センサSは、基本的には図
1に示すように、基板1と、前記基板1上に配置され且
つ可動電極板20x+,20x−,20y+,20y−を有する
導電性ゴム板2と、前記可動電極板20x+,20x−,20
y+,20y−上に操作部30x+,30x−,30y+,30y
−が配置されるべく導電性ゴム板2と一体化されたゴム
板3とを具備するものであり、同図に示す如く最下位置
にある基板1をケーシング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。
【0010】基板1は、図1や図3に示すように、その
上面に環状の接点用ランドL、及びレジスタ膜Rで覆わ
れた固定電極Dx+,Dx−,Dy+,Dy−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−をレジスタ膜Rで覆っ
てあるのは、可動電極板20x+,20x−,20y+,20y
−と直接接触することを回避するためである。
【0011】導電性ゴム板2は、導電性を付加したシリ
コンゴムにより成形されており、図1に示すように、そ
の下面に、レジスタ膜Rで覆われた部分が入る程度の大
きさの円形状の凹み21を四個設ける態様で、四つの可動
電極板20x+,20x−,20y+,20y−を形成してあ
る。また、この導電性ゴム板2には、図1に示すよう
に、四つの可動電極板20x+,20x−,20y+,20y−
に囲まれた中央部分に支え柱22を形成してある。
【0012】ゴム板3は、図1に示すように、その上面
における上記凹み21と対応する位置にそれぞれ凹み31を
設けてあり、前記凹み31の中央に押しボタン型の操作部
30x+,30x−,30y+,30y−を突設してある。そし
て、前記操作部30x+,30x−,30y+,30y−の上端
部を、図1や図2に示すように上板kに形成した円孔kh
から少し突出させている。
【0013】ここで、この静電容量式センサ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の〜
の機能が発揮されている。 上記した導電性ゴム板2の外周凸部と接点用ランドL
との圧接により可動電極板20x+,20x−,20y+,20
y−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−との間に電位差
を設けることにより可変静電容量部Cx+,Cx−,C
y+,Cy−を発生させることができる。 導電性ゴム板2及びゴム板3を、図1に示すように、
上板kと基板1により挟み込むようにしてあるから、可
動電極板20x+,20x−,20y+,20y−と固定電極D
x+,Dx−,Dy+,Dy−とにより構成される可変
静電容量部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−にゴミや水
分が外部から侵入するようなことがない(防塵・防水効
果)。 導電性ゴム板2及びゴム板3を上板kと基板1との間
で挟み込み、前記上板kに基板1をビスBで止めるだけ
で簡単に組み上がる。 導電性ゴム板2の中央部分には支え柱22が形成されて
いると共に、四つの凹み21はそれぞれ独立しているか
ら、例えば、図4に示す如く操作部30x+を押し込み操
作した場合には、可変静電容量部Cx+の静電容量が変
化するのみで可変静電容量部Cx−,Cy+,Cy−の
静電容量が変化することは無い。つまり、可変静電容量
部Cx+,Cx−,Cy+,Cy−の静電容量は構造的
に分離しており、互いに他の可変静電容量部には影響を
及ぼさない。
【0014】次に、可変静電容量部Cx+,Cx−,C
y+,Cy−を図5に示すような回路構成(ブロック
図)にすると、操作部30x+,30x−,30y+,30y−
の押された状態に応じたX軸、Y軸の出力電圧Vx,V
yが得られる。
【0015】例えば、ジョイスティックに応用した場
合、各操作部30x+,30x−,30y+,30y−の押し方
の強さに応じてX軸、Y軸のそれぞれの出力が変化す
る。方向列に操作部が独立していることは、従来の技術
の欄に記載したものと比較して、方向性が明確であり、
個人の操作上の癖が入り込む余地が少ないことを意味
し、ゲーム機の操作ボタンとして適切である。
【0016】ここで、図6に、図5の回路と対応する具
体的な回路を示す(Y軸の回路は省略している)。図6
中、符号R1, R2, R3は固定抵抗を示し、符号EXは排他的
論理回路、符号C1は固定容量を示している。 (他の実施形態) 図7に示す実施形態のセンサSでは、可動電極板20x
+,20x−,20y+,20y−と一体の操作部30x+,30
x−,30y+,30y−に代えて、前記可動電極板とは別
体の樹脂製の操作ボタン32x+,32x−,32y+,32y
−を設けている。前記操作ボタン32x+,32x−,32y
+,32y−は、図7に示すように、鍔部33が形成されて
おり、この周鍔33と上壁kとの係止により抜け止め状態
となっている。なお、操作ボタン32x+,32x−,32y
+,32y−としては金属製のものも使用できるが、導電
性金属である場合には可動電極板の上に非導電性エラス
トマー層を形成しておく必要がある。 上記した平面視円形状の操作ボタン32x+,32x−,
32y+,32y−に代えて、図8に示すような平面視形状
とすることができる。 上記実施形態のセンサはX軸及びY軸方向の出力を得
るためのものであるが、X軸だけ、Y軸だけの構成とし
てもよい(図3参照)。 可動電極板20x+,20x−,20y+,20y−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。
【0017】
【発明の効果】この発明は上記のような構成であるから
次の効果を有する。
【0018】発明の実施形態の欄の説明から明らかなよ
うに、個人の操作癖に関係なく出力の方向性が安定して
いる静電容量式センサを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態1の静電容量式センサの断
面図。
【図2】前記静電容量式センサの操作部が、ケーシング
の上壁から突出した状態を示す斜視図。
【図3】前記静電容量式センサの基板の平面図。
【図4】前記静電容量式センサの操作部を押し込み操作
した状態を示す断面図。
【図5】前記静電容量式センサに採用されている静電容
量−電圧変換回路のブロック図。
【図6】前記静電容量−電圧変換回路の具体的回路を示
す図。
【図7】この発明の実施形態2の静電容量式センサの断
面図。
【図8】前記静電容量式センサを構成する操作ボタンの
他の形態の平面図。
【図9】先行技術の静電容量式センサの断面図。
【図10】先行技術の静電容量式センサを構成する固定電
極の平面図。
【符号の説明】
S 静電容量式センサ Dx+ 固定電極 Dx− 固定電極 Dy+ 固定電極 Dy− 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 1 基板 2 導電性ゴム板 3 ゴム板 20x+ 可動電極板 20x− 可動電極板 20y+ 可動電極板 20y− 可動電極板 30x+ 操作部 30x− 操作部 30y+ 操作部 30y− 操作部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01H 36/00 G01D 5/24 B (56)参考文献 特開 昭49−89872(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 G01D 5/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に90°間隔で形成された4個の
    固定電極と、導電性エラストマーから構成され且つ各固
    定電極と対向配置されて所定の電圧に保持した可動電極
    板とを具備し、対向する固定電極と可動電極板によりX
    軸上及びY軸上にそれぞれ独立した2個の可変静電容量
    を構成させて、これらの可変静電容量が互いに干渉を受
    けにくい構造としてあり、可動電極板に加えた力の強さ
    に対応して可変静電容量部の静電容量が変化するように
    してあり、各軸上の可変静電容量部の静電容量の変化に
    対応してそれぞれの各軸の出力信号又は出力電圧が連続
    的に変化するようにしてあることを特徴とする静電容量
    式センサ。
  2. 【請求項2】 操作部が、可動電極板と別体であり、硬
    質部材より構成してあることを特徴とする請求項1記載
    の静電容量式センサ。
  3. 【請求項3】 操作部が、可動電極板と一体であり、エ
    ラストマーにより構成してあることを特徴とする請求項
    1記載の静電容量式センサ。
  4. 【請求項4】 基板上に、可動電極板と電気的接続状態
    となるランドを設け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。
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