JP4074840B2 - Force sensor - Google Patents
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Description
この発明は力の方向及び大きさを検出することができる力センサに関する。 The present invention relates to a force sensor that can detect the direction and magnitude of a force.
測定器や制御盤、携帯情報機器等の入力部品として、スイッチの他に力センサあるいは力覚センサと呼ばれるセンサがある。この種のセンサはスイッチと異なり、ON、OFF以外の中間的な力を検出することができるので、より細かな制御入力が可能となる。また、1つのセンサで2方向以上の力成分を検出することができるため、機器の小型化や検出場所の制約が減る等の利点がある。
大型の機器では例えば操作軸を支える金属の構造物にひずみゲージ等を貼ることにより、操作軸の曲がりを力として検出するものや、バネにより支えられた操作軸の動きをポテンショメータ(可変抵抗器)等の角度/位置センサで検出するものがある。しかし、機器の小型化・普及により、入力部品もさらに小型、低価格化が要求され、感圧ゴムや静電容量の変化を利用した力センサが多く使われている。
As input parts for measuring instruments, control panels, portable information devices, and the like, there are sensors called force sensors or force sensors in addition to switches. Unlike a switch, this type of sensor can detect an intermediate force other than ON and OFF, so that finer control input is possible. In addition, since a force component in two or more directions can be detected by one sensor, there are advantages such as downsizing of the apparatus and reduction of restrictions on detection locations.
For large equipment, for example, a strain gauge is attached to a metal structure that supports the operating shaft, and the bending of the operating shaft is detected as a force, or the movement of the operating shaft supported by a spring is a potentiometer (variable resistor). Some of them are detected by an angle / position sensor. However, due to the downsizing and widespread use of devices, input components are required to be smaller and less expensive, and force sensors that utilize pressure-sensitive rubber and capacitance changes are often used.
図14Aはこのような静電容量の変化を利用した力センサの従来構成例を示したものであり、図中、11は基板、12は固定電極、13は可動電極板、14は枠体、15は操作軸を示す。
固定電極12はこの例では円周の中心と、その円周上に90°間隔で位置されて計5つ、基板11上に設けられ、可動電極板13はこれら固定電極12と所定の間隙を介して対向するように、周縁が枠体14に支持されて配置されている。可動電極板13は可撓性を有するものとされ、操作軸15はこの可動電極板13の上面中央に取り付けられている。
FIG. 14A shows an example of a conventional configuration of a force sensor using such a change in capacitance. In the figure, 11 is a substrate, 12 is a fixed electrode, 13 is a movable electrode plate, 14 is a frame,
In this example, the
図14Bは上記のような構成を有する力センサの操作軸15が操作された状態の一例を示したものであり、操作軸15に例えば矢印で示した方向に力が作用すると、操作軸15は傾き、かつ可動電極板13が図に示したように撓んで変位し、これにより固定電極12との間隔が変化して静電容量が変化する。
5つの固定電極12と可動電極板13とによって構成される5箇所の静電容量は力の方向及び大きさに応じて変化し、よってこれら静電容量の変化から力の方向と大きさを検出することができるものとなっている(例えば、特許文献1参照)。
The capacitances at the five locations constituted by the five
ところで、この図14に示したような構成とされた力センサでは、操作軸15の軸方向は基板11の板面に対して直交する方向とされており、つまり操作軸15の軸方向と直交する面に固定電極12が所要数配列され、かつそれらと対向する大きさとされた可動電極板13が枠体14に支持されて位置されているため、例えば機器の側面に操作軸15を配し、側面から操作軸15が突出するような構成を採用しようとすると、基板11は機器の側面に平行となり、よって少なくとも静電容量を構成する固定電極12及び可動電極板13が占有する面の大きさだけ、機器の厚さ(高さ)が必要となり、その分機器の小型化が阻害されるものとなっていた。
By the way, in the force sensor configured as shown in FIG. 14, the axial direction of the
また、機器に内蔵される配線・部品実装用基板は一般に機器の設置面(水平面)に対して平行に配置され、つまり側面に対して垂直に配置される場合が多く、よって力センサの基板11はこのような機器の基板を兼用することができないため、基板11用として機器の側面に平行な専用基板を用意しなければならず、その分コストがかかるものとなっていた。
この発明の目的はこのような問題に鑑み、操作軸を機器の側面に配置する場合でも従来のような機器の厚さを必要とせず、よって機器の小型化を図ることができ、かつ機器の側面に平行な専用基板も必要としない力センサを提供することにある。
Further, the wiring / component mounting board built in the device is generally arranged in parallel to the installation surface (horizontal plane) of the device, that is, is often arranged perpendicular to the side surface. Since such a device cannot be used as a substrate, a dedicated substrate parallel to the side surface of the device must be prepared for the substrate 11, which increases the cost.
In view of such a problem, the object of the present invention is not to require the thickness of the conventional device even when the operation shaft is arranged on the side surface of the device, so that the size of the device can be reduced, and An object of the present invention is to provide a force sensor that does not require a dedicated substrate parallel to the side surface.
請求項1の発明によれば、複数の柱状体が互いにずれる程度に束ねられて操作軸が構成
され、柱状体の互いの対向面に、互いに対向して静電容量を構成し、柱状体の長手方向に
互いにずれることにより、その静電容量が変化するように構成された電極がそれぞれ形成
され、操作軸は一端が固定され、他端が自由端とされて、その自由端に力が作用すること
により撓むと共に、柱状体が互いにずれて静電容量が変化し、その静電容量の変化によっ
て上記力の方向と大きさを検出する力センサにおいて、柱状体の互いの対向面の間に隔壁を挟み、その隔壁の両面に、上記静電容量の変化の差動検出を可能とする電極を設ける。
According to the first aspect of the present invention, the operation shaft is configured by bundling a plurality of columnar bodies so as to be displaced from each other, and the capacitance is formed on the opposed surfaces of the columnar bodies so as to face each other. Electrodes configured to change their capacitances by shifting each other in the longitudinal direction are formed, the operation shaft is fixed at one end, the other end is a free end, and a force acts on the free end. In the force sensor that detects the direction and the magnitude of the force by the change in capacitance, the columnar bodies are displaced from each other, and the columnar bodies are displaced from each other. sandwiching the septum, on both sides of the partition wall, Keru set the electrodes to allow differential detection of a change in the electrostatic capacitance.
請求項2の発明では請求項1の発明において、上記電極が櫛歯が上記長手方向に
配列されてなる櫛歯電極とされる。
請求項3の発明では請求項1の発明において、柱状体が四角柱形状とされ、4本
の柱状体が直交2面を挟むように束ねられて操作軸が構成されているものとされる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electrode is a comb-shaped electrode in which comb teeth are arranged in the longitudinal direction.
According to the invention of claim 3, in the invention of claim 1 , the columnar body has a quadrangular columnar shape, and the four columnar bodies are bundled so as to sandwich two orthogonal planes to constitute the operation shaft.
この発明によれば、操作軸の内部に操作軸に作用した力の方向及び大きさに応じて変化
する静電容量が構成されており、操作軸が力を受けて撓むことにより、その力の方向及び
大きさを静電容量変化の差動検出によって検出することができるものとなっている。
従って、静電容量の変化を利用した従来の力センサのように、操作軸の軸方向と直交す
る面に静電容量検出用の所要数の電極を配置しなくてもよく、その分操作軸の軸方向と直
交する方向における大きさを大幅に小さくすることができ、極めて小型な力センサを得る
ことができる。
According to the present invention, the capacitance that changes in accordance with the direction and magnitude of the force acting on the operation shaft is configured inside the operation shaft, and the force is deflected by the operation shaft receiving the force. Can be detected by differential detection of capacitance change .
Therefore, unlike the conventional force sensor using the change in capacitance, it is not necessary to arrange the required number of electrodes for detecting capacitance on the surface orthogonal to the axial direction of the operation axis. The size in the direction perpendicular to the axial direction of the first and second axes can be greatly reduced, and an extremely small force sensor can be obtained.
よって、例えば操作軸を機器の側面に配置するような場合であっても機器の厚さを必要とせず、機器の小型化を図ることができ、また従来の力センサのような機器の側面に平行な専用基板も必要としないことから、取り付けを簡易に行え、かつ安価に構成できるものとなる。 Therefore, for example, even when the operation shaft is arranged on the side surface of the device, the thickness of the device is not required, the device can be reduced in size, and the side surface of the device such as a conventional force sensor can be reduced. Since a parallel dedicated substrate is not required, the attachment can be performed easily and can be configured at low cost.
この発明を実施するための最良の形態を図面を参照して実施例により説明する。
図1はこの発明に先立ち、検討した力センサの一検討例を示したものであり、この例では操作軸21は4本の柱状体22が互いにずれる程度に束ねられて構成されたものとされる。図2Aはこの操作軸21の外観概略を示したものであり、図2Bは操作軸21を構成する4本の柱状体22の詳細を個々に分離して示したものである。まず、図2を参照して操作軸21の構成について説明する。
4本の柱状体22はこの例では四角柱形状とされ、直交2面を挟むように束ねられて操
作軸21が構成されている。これら柱状体22は例えば樹脂製とされ、絶縁体とされる。
The best mode for carrying out the present invention will be described by way of example with reference to the drawings.
Figure 1 is prior to the present invention, which shows one study example of the force sensor discussed, the
In this example, the four
各柱状体22の長手方向に延びる隣接2面には図2Bに示すように、櫛歯23aがその長手方向に配列されてなる櫛歯電極23がそれぞれ形成されており、櫛歯電極23の連結部23bは柱状体22の基端側に延長されている。櫛歯電極23は例えば導電性ペーストの印刷や金属膜の蒸着によって形成される。なお、図には示していないが、各櫛歯電極23の表面には樹脂コーティング等により絶縁処理が施されている。
各柱状体22の櫛歯電極23は4本の柱状体22を束ねることにより、それら柱状体22の互いの対向面に位置され、つまり操作軸21の内部に位置され、互いに対向する櫛歯電極23によって静電容量が構成される。静電容量は4組の櫛歯電極23により90°間隔で4つ構成される。
As shown in FIG. 2B, comb-
The comb-
なお、互いに対向して静電容量を構成する櫛歯電極23はこの例ではそれらの櫛歯23aの位置が柱状体22の長手方向において櫛歯23aの幅の半分ずれるように、また連結部23bが櫛歯23aの重なり部分に対して互いに反対側に位置するように形成されている。
上記のような櫛歯電極23を具備する柱状体22が束ねられてなる操作軸21はその一端(基端)が固定端とされて図1Aに示したようにケース24に収容されて固定支持され、他端は自由端とされる。
In this example, the comb-
The
ケース24は例えば樹脂製とされて、この例では内部に静電容量−電圧変換回路を具備するものとされ、各櫛歯電極23の連結部23bはこの回路に接続され、静電容量の変化を電圧変化として検出することができるものとなっている。図1A中、25は端子を示し、この例では一部隠れて見えないが、5つの端子25を有するものとなっている。
操作軸21の自由端には操作部26が取り付けられ、また操作軸21の長手方向中間部にはこの例では鞘27が取り付けられている。
操作部26はこの例では円柱形状をなすものとされ、その一端面に設けられた角穴28に操作軸21の自由端が図1Bに示したように挿入されて接着固定されている。図1B中、29は接着剤を示し、図に示したように操作軸21はその端部の周囲が操作部26に接着されており、先端面と角穴28の底面との間には所定の間隙(空間)が設けられている。
The
An
In this example, the
接着剤29には例えばシリコーン系接着剤等の硬化しない柔軟な接着剤が用いられ、鞘27も同様の接着剤により接着されて操作軸21の中間位置に位置されている。4本の柱状体22はこの鞘27によって束ねられた状態が安定に維持されるものとなっている。なお、操作部26及び鞘27は例えば樹脂製とされる。
次に、上記のような構成を有する力センサの動作について説明する。
この力センサは図3Aに矢印で示したように直交2軸方向の力を検出するものとされ、操作部26に力が作用すると、操作軸21はその力を受けて図3Bに示した状態から例えば図3Cに示したように撓む。
For the adhesive 29, for example, a soft adhesive that does not harden such as a silicone-based adhesive is used, and the
Next, the operation of the force sensor having the above configuration will be described.
This force sensor detects a force in two orthogonal axes as shown by arrows in FIG. 3A. When a force is applied to the
各柱状体22は互いにずれる程度に、つまりずれが許容されて束ねられていることから撓むと共に互いにずれ、図3Cに示した状態では上側2本の柱状体22と下側2本の柱状体22とにずれが生じる。従って、これら上側2本の柱状体22と下側2本の柱状体22との互いの対向面に形成されている櫛歯電極23の位置が相対的に長手方向にずれることになる。
図4は互いに対向して静電容量を構成する一組の櫛歯電極23の初期状態及びずれた状態の例を示したものであり、この図4において例えば櫛歯電極23−Lを図3Cにおける下側の柱状体22の上面に形成されている櫛歯電極とし、櫛歯電極23−Uを上側の柱状体22の下面に形成されている櫛歯電極とすると、これら櫛歯電極23−L,23−Uは初期状態(図3Bの状態)において図4Aに示したように互いの櫛歯23aが半分重なっている状態から、操作軸21が図3Cに示したように撓むことにより図4Bに示したように相対的に位置がずれて櫛歯23aの重なりが減少し、よってこの場合静電容量が減少することになる。
Each
FIG. 4 shows an example of an initial state and a shifted state of a pair of comb-
一方、例えば図3Cにおける矢印と逆方向に力が作用すると、操作軸21は逆方向に撓み、この場合は櫛歯電極23−Lと23−Uは相対的に図4Bとは逆方向にずれて図4Cに示したような、より重なる状態となり、この場合、静電容量が増大することになる。
従って、このような静電容量の変化を電圧変化として検出することにより、操作部26に作用した力の方向と大きさを検出することができる。
図5は操作部26に力が作用することによって操作軸21が撓む方向(曲がる方向)と4組の櫛歯電極23によって構成される4つの静電容量の変化の関係を示したものであり、図5AにおいてC1〜C4は柱状体22の互いの対向面に櫛歯電極23によって構成されている静電容量を示す。
On the other hand, for example, when a force acts in the direction opposite to the arrow in FIG. 3C, the
Therefore, the direction and magnitude of the force acting on the
FIG. 5 shows the relationship between the direction in which the operating
図5Bは図5Aに矢印で示したように操作軸21が45°間隔で8方向に同等の力を受けてそれぞれ撓んだ時の各静電容量C1〜C4の変化を正規化して示したものであり、例えばθ=0°の時にはC1及びC3は変化せず、0.00と示している。一方、C2及びC4は変化し、この場合の変化量を最大変化量として1.00としている。なお、C2とC4では符号が逆になっているが、これは例えばC2とC4とで対向する櫛歯電極23の配置を変え、柱状体22が互いにずれた場合にC2では櫛歯23aがより重なる方向にずれ、C4では櫛歯23aが離れる方向にずれるといった構成とすることによって実現できる。なお、回路側で符号が逆になるようにすることもできる。
FIG. 5B shows a normalized change in each of the capacitances C1 to C4 when the
この図5Bに示したように、各静電容量C1〜C4は操作軸21が撓む方向に応じて、つまり操作部26に作用する力の方向に応じて変化し、よって例えばこの図5Aに示したように45°間隔の8方向の力であっても、その力の方向及び大きさを検出することができる。
以上、説明したようにこの例では操作軸21は互いにずれる程度に束ねられた4本の柱状体22によって構成され、外力を受けて操作軸21が撓むと柱状体22が互いにずれ、そのずれに応じて柱状体22の互いの対向面に櫛歯電極23によって構成されている計4つの静電容量が変化し、この静電容量の変化によって作用した力の方向と大きさを検出することができるものとなっている。
As shown in FIG. 5B, each of the capacitances C1 to C4 changes according to the direction in which the
As described above, in this example, the
従って、操作軸21は入力及び検出の両機能を有するものであって、力センサ全体は図1Aに示したような構成となり、つまり図14に示した従来の力センサのように操作軸の軸方向と直交する面に静電容量検出用の所要数の電極を配置しなくてもよく、操作軸の軸方向と直交する方向において必要とする(占有する)領域を大幅に削減することができる。
よって、例えば操作軸を機器の側面に配置し、機器の側面から操作軸が突出するような構成とする場合であっても、従来の力センサにおいて必要としたような機器の厚さ(高さ)は必要とせず、操作軸を支持するケース(部材)の分だけの高さがあればよく、機器の小型化に大いに寄与できるものとなる。
Therefore, the
Therefore, for example, even when the operation shaft is arranged on the side surface of the device and the operation shaft protrudes from the side surface of the device, the thickness (height) of the device as required in the conventional force sensor is obtained. ) Is not necessary, and the height of the case (member) that supports the operation shaft is sufficient, which can greatly contribute to downsizing of the device.
加えて、操作軸を支持するケースは例えば機器自体の基板に簡易に実装することができ、従来のように機器の基板とは別の専用基板を必要としないため、その分取り付けが簡単となり、コストを削減することができる。
なお、図1Aに示した構成では操作軸21の長手方向中間部に樹脂製の鞘27が柔軟な接着剤によって接着されて取り付けられたものとなっているが、このような鞘27の接着による取り付けに替え、図6に示したように鞘27′を操作軸21の回りに成形して設ける構成とすることもできる。鞘27′の成形は例えばシリコーンゴム等を用いて行われ、その軸方向の長さはこの図6に示したように長くしてもよく、あるいは操作軸21の全長にわたって設けてもよく、任意の長さに選定することができる。
In addition, the case that supports the operating shaft can be easily mounted on, for example, the board of the device itself, and does not require a dedicated board different from the board of the device as in the prior art, so that the installation becomes easier. Cost can be reduced.
In the configuration shown in FIG. 1A, the
一方、図7は鞘27の接着による取り付けに替えて、ゴムチューブ31を操作軸21の回りにはめ込んだ構成を示したものであり、このような構成を採用することもできる。なお、このような鞘27,27′やゴムチューブ31は必ずしも操作軸21の回りに設けなくてもよく、なしとすることもできる。
櫛歯電極23は上述した例では櫛歯23aのピッチ及び幅が全長にわたって一定とされており、このような櫛歯電極23の組によって静電容量を構成することにより、柱状体22の長手方向の互いのずれを静電容量の変化として検出できるものとなっているが、検出感度は例えば櫛歯23aの幅を狭くして数を増やした方が向上する。
On the other hand, FIG. 7 shows a configuration in which the rubber tube 31 is fitted around the
In the above-described example, the pitch and width of the
しかるに、例えばずれが櫛歯23aの幅を超えてしまうと、ずれ量と静電容量変化が対応しなくなり、検出精度の悪化を招く。
図8Bはこれらの点から櫛歯電極23の形状の改善を図った例を示したものであり、図8Aに示したように操作軸21が撓んだ場合の柱状体22間に生じるずれは操作軸21の固定端では0で、自由端に向うに従い、増大することから、このようなずれに合わせて操作軸21の固定端側では櫛歯23aの幅を狭くし、自由端側では固定端側に比べ、櫛歯23aの幅を広くしたものとなっている。このような形状とすることにより、検出感度及び精度に優れた櫛歯電極23′とすることができる。
However, for example, if the deviation exceeds the width of the
FIG. 8B shows an example in which the shape of the
なお、柱状体22の互いの対向面に形成する電極は上述したような櫛歯電極に限らず、例えば図9Aに示したような形状の電極とすることもできる。
この例では柱状体22の互いの対向面に形成されて静電容量を構成する2つの電極を三角形電極32,33としたものであり、図中、32a,33aは柱状体22の基端(操作軸21の固定端)側に伸びる延長部を示す。
三角形電極32と33とは柱状体22が束ねられた状態で図9Bに示したような状態で重なって対向する。従って、矢印で示した方向(柱状体22の長手方向)に互いにずれることにより、重なり合う面積が変化し、これにより静電容量が変化し、ずれを検出できるものとなっている。なお、この例のように完全な三角形とするのではなく、例えば三角形の斜辺を曲線で構成するようにしてもよい。
The electrodes formed on the opposing surfaces of the
In this example, the two electrodes that are formed on the mutually opposing surfaces of the
The
次に、操作軸を上述した例のように4本の柱状体を束ねて構成するのではなく、3本の柱状体を束ねて構成した例について説明する。
図10A,Bはそれぞれ柱状体が3本束ねられて構成された操作軸の外観概略を示したものであり、図10Aでは柱状体34は断面扇形とされ、この柱状体34が3本束ねられて円柱形状の操作軸35が構成されたものとなっている。
一方、図10Bでは柱状体36は三角柱形状とされ、この柱状体36が3本束ねられて正三角柱形状の操作軸37が構成されたものとなっている。
Next, an example will be described in which the operation shaft is not configured by bundling four columnar bodies as in the example described above, but by bundling three columnar bodies.
FIGS. 10A and 10B each show an outline of the appearance of an operation shaft configured by bundling three columnar bodies. In FIG. 10A, the columnar body 34 has a sectional fan shape, and the three columnar bodies 34 are bundled. Thus, a cylindrical operation shaft 35 is configured.
On the other hand, in FIG. 10B, the columnar body 36 has a triangular prism shape, and three columnar bodies 36 are bundled to form an operation shaft 37 having a regular triangular prism shape.
いずれの操作軸35,37においても、各柱状体34,36の互いの対向面には例えば図2に示した操作軸21と同様、互いに対向して静電容量を構成する櫛歯電極23が形成されており、これら操作軸35,37は外力を受けて撓み、柱状体34,36が長手方向に互いにずれることにより変化する3つの静電容量を具備するものとなっている。
図11はこのような3本の柱状体よりなる操作軸を有する力センサにおいて、操作軸が撓む方向と3つの静電容量の変化の関係を、操作軸35を例に図5と同様に示したものであり、図11AにおいてC1〜C3は柱状体34の互いの対向面に構成されている静電容量を示す。
In any of the operation shafts 35 and 37, the comb-
FIG. 11 shows the relationship between the direction in which the operation axis bends and the change in the three capacitances in the force sensor having the operation axis composed of three columnar bodies as in FIG. In FIG. 11A, C <b> 1 to C <b> 3 indicate the capacitances configured on the opposing surfaces of the columnar body 34.
図11Bは図11Aに矢印で示したように操作軸35が45°間隔で8方向に同等の力を受けてそれぞれ撓んだ時の各静電容量C1〜C3の変化を図5Bと同様に正規化して示したものである。
操作軸35がこのように3本の柱状体34よりなる場合においても各静電容量C1〜C3は操作軸35が撓む方向に応じて変化し、よってこれら静電容量C1〜C3の変化から図1Aに示した力センサと同様、操作軸35に取り付けられた操作部36に作用した力の方向及び大きさを検出することができ、力の方向は4方向に限らず、8方向であっても検出することができる。
FIG. 11B shows the changes in the capacitances C1 to C3 when the operation shaft 35 is bent by receiving the same force in eight directions at 45 ° intervals as indicated by arrows in FIG. 11A, as in FIG. 5B. It is shown normalized.
Even when the operation shaft 35 is composed of the three columnar bodies 34 as described above, the capacitances C1 to C3 change in accordance with the direction in which the operation shaft 35 bends. Therefore, from the change in the capacitances C1 to C3. Similar to the force sensor shown in FIG. 1A, the direction and magnitude of the force acting on the operation unit 36 attached to the operation shaft 35 can be detected, and the direction of the force is not limited to four directions but eight directions. Can be detected.
次に、このように柱状体の互いの対向面に、互いに対向する電極(櫛歯電極)によって
構成された静電容量の、操作軸が外力を受け、柱状体が互いにずれることによって生じる
変化を差動検出できるようにした、この発明の実施例の構成について説明する。
図12Aは図2に示した四角柱形状の4本の柱状体22が束ねられてなる操作軸21に
対して、各柱状体22間に構成されている4つの静電容量をそれぞれ差動検出可能とした
例を示したものであり、この例では操作軸41は断面十字形状をなす柱状体42を挟んで
4つの柱状体22が束ねられて構成され、つまり柱状体22の互いの対向面の間に柱状体
42によって構成された隔壁43がそれぞれ挟み込まれた構造とされる。
Next, on the opposing surfaces of the columnar bodies, the change in capacitance formed by the electrodes (comb electrodes) facing each other is caused by the operation shaft receiving external force and the columnar bodies being displaced from each other. A configuration of an embodiment of the present invention capable of differential detection will be described.
12A differentially detects the four capacitances formed between the
4つの隔壁43よりなる断面十字形状の柱状体42は図12Bに示したような構成とされ、各隔壁43の両面には柱状体22に形成されている櫛歯電極23と対向して静電容量を構成する櫛歯電極44がそれぞれ形成されている。
これら櫛歯電極44は基準電極(グランド電極)をなすもので、このような構成を採用することにより、静電容量の変化を差動検出することが可能となる。なお、柱状体42は例えば樹脂製とされて絶縁体とされ、また櫛歯電極44の表面には樹脂コーティング等により絶縁処理が施されており、4本の柱状体22と柱状体42とは互いにずれる程度に束ねられている。このような柱状体22と42とによって構成される操作軸41は操作軸21と同様、外力を受けることによって撓むものとなっている。
A columnar body 42 having a cross-shaped cross section made up of four
These comb-teeth electrodes 44 form reference electrodes (ground electrodes). By adopting such a configuration, it is possible to differentially detect changes in capacitance. The columnar body 42 is made of, for example, a resin and is an insulator, and the surface of the comb-teeth electrode 44 is insulated by resin coating or the like. The four
次に、上述した力センサのように4方向あるいは8方向といった多軸に作用する力を検
出するのではなく、1軸2方向に作用する力を検出する構成とされた力センサについて説
明する。
図13Aはこのような1軸2方向の力の方向と大きさを検出する構成とされた力センサの検討例を示したものであり、この例では操作軸51は図13Bに示したように四角柱形状をなす2本の柱状体52が束ねられて構成されており、互いの対向面に、互いに対向して静電容量を構成し、柱状体52の長手方向にずれることにより、その静電容量が変化するように構成された電極(櫛歯電極)が形成されたものとなっている。この例においても図12と同様、両面に電極が形成された隔壁を2本の柱状体52間に挟み込むことで静電容量変化を差動検出することができる。用途に応じてこのような構成の力センサも用いることができる。
Next, a description will be given of a force sensor configured not to detect forces acting in multiple axes such as four directions or eight directions as in the above-described force sensor, but to detect forces acting in one axis and two directions.
FIG. 13A shows an example of studying a force sensor configured to detect the direction and magnitude of the force in one axis and two directions. In this example, the
Claims (3)
上記柱状体の互いの対向面に、互いに対向して静電容量を構成し、上記柱状体の長手方
向に互いにずれることにより、その静電容量が変化するように構成された電極がそれぞれ
形成され、
上記操作軸は一端が固定され、他端が自由端とされて、その自由端に力が作用すること
により撓むと共に、上記柱状体が互いにずれて上記静電容量が変化し、その静電容量の変
化によって上記力の方向と大きさを検出する力センサにおいて、
上記柱状体の互いの対向面の間に隔壁を挟み、
その隔壁の両面に、上記静電容量の変化の差動検出を可能とする電極を設けたことを特
徴とする力センサ。 The operation shaft is configured by bundling a plurality of columnar bodies so as to be displaced from each other,
Electrodes are formed on the opposing surfaces of the columnar bodies so as to oppose each other and are configured to change their capacitances by shifting from each other in the longitudinal direction of the columnar bodies. ,
One end of the operation shaft is fixed and the other end is a free end. The operation shaft is bent by a force acting on the free end, and the columnar bodies are displaced from each other to change the electrostatic capacity. in the force sensor that detect the direction and magnitude of the force by the change in capacitance,
A partition wall is sandwiched between the opposing surfaces of the columnar body,
A force sensor characterized in that electrodes capable of differential detection of the change in capacitance are provided on both surfaces of the partition wall.
上記電極は櫛歯が上記長手方向に配列されてなる櫛歯電極とされていることを特徴とす
る力センサ。 In the force sensor of claim 1 Symbol mounting,
The force sensor according to claim 1, wherein the electrode is a comb-teeth electrode in which comb teeth are arranged in the longitudinal direction.
上記柱状体は四角柱形状とされ、4本の柱状体が直交2面を挟むように束ねられて上記
操作軸が構成されていることを特徴とする力センサ。 In the force sensor of claim 1 Symbol placement,
The columnar body has a quadrangular prism shape, and the columnar body is bundled so as to sandwich two orthogonal surfaces to constitute the operation shaft.
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