JP5037961B2 - Object detection sensor - Google Patents

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Description

本発明は、物体の接触を検知する物体検知センサに関する。   The present invention relates to an object detection sensor that detects contact of an object.

従来から、様々な分野において人や物の接触を検知するためのセンサが広く使用されている。センサを形成するセンサ素子としては、静電容量センサ、静電誘導センサや圧電センサ等が知られている。これらの各種センサにおいては、感度はともかく設置場所の観点からコンパクトである方が望ましい。例えば、特許文献１には、静電容量型の人体検知センサが開示されている。この人体検知センサでは、コンパクトにするために静電容量センサを構成する回路の簡素化が行われている。しかしながら、センサ素子の性質上、センシングを行うための回路や、この回路やセンサを駆動させるための電源が必要となる。   Conventionally, sensors for detecting the contact of a person or an object have been widely used in various fields. As a sensor element forming the sensor, a capacitance sensor, an electrostatic induction sensor, a piezoelectric sensor, and the like are known. In these various sensors, it is desirable that the sensor is compact from the standpoint of installation location, regardless of sensitivity. For example, Patent Document 1 discloses a capacitive human body detection sensor. In this human body detection sensor, the circuit constituting the capacitance sensor is simplified for compactness. However, due to the nature of the sensor element, a circuit for sensing and a power source for driving the circuit and sensor are required.

また、特許文献２にもコンパクト化された静電容量センサが開示されているが、この静電容量センサにはセンシングを行うための発振回路や発振回路を動作させるための電源が必要となる。このように従来のセンサ素子を使用する場合、各種回路や電源を必要とすることからセンサをコンパクトにすることは困難である。   Patent Document 2 also discloses a compact electrostatic capacity sensor, but this electrostatic capacity sensor requires an oscillation circuit for sensing and a power source for operating the oscillation circuit. Thus, when using the conventional sensor element, it is difficult to make the sensor compact because various circuits and a power source are required.

特開２００６−１３３０２９号公報（段落番号００２０等）JP 2006-133029 A (paragraph number 0020, etc.) 特開２００６−１０５９４号公報（段落番号００２９等）JP 2006-10594 A (paragraph number 0029, etc.)

本発明の目的は、上記問題に鑑み、センサを駆動するための回路や電源をコンパクトにできるセンサを提供することである。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sensor that can make a circuit and a power source for driving the sensor compact.

上記目的を達成するための本発明に係る物体検知センサの特徴は、静電誘導作用を利用して物体が接触したことを検知し、前記物体の帯電傾向よりも正または負に帯電し易い帯電傾向を有する誘電体から形成され、一方の面に前記物体に接触させる接触面を設けた検出部と、前記検出部の他方の面と接触するように配設した導体の一部に形成され、前記物体と前記検出部との接触状態からの状態変化に応じて前記静電誘導作用による帯電現象を電気信号として検出する検出電極部と、前記導体の他の部分に形成され、前記電気信号を所定の基準電位に対するセンサ信号として出力する出力部と、を備える点にある。 The feature of the object detection sensor according to the present invention for achieving the above object is that the object is detected by using an electrostatic induction action and is more easily charged positively or negatively than the charge tendency of the object. Formed from a dielectric material having a tendency, formed on a part of a conductor disposed so as to be in contact with the other surface of the detection unit, a detection unit provided with a contact surface to contact the object on one surface, A detection electrode unit that detects a charging phenomenon due to the electrostatic induction action as an electric signal according to a state change from a contact state between the object and the detection unit, and is formed in another part of the conductor, and the electric signal is And an output unit that outputs a sensor signal with respect to a predetermined reference potential.

このような構成とすれば、検出部に生じる静電誘導作用による帯電現象に基づいてセンサ信号を生成しているため、簡単な構成で物体検知センサを形成することができる。したがって、物体検知センサをコンパクトに形成することができ、設置場所の制約にとらわれることのない使用が可能となる。   With such a configuration, the sensor signal is generated based on the charging phenomenon caused by the electrostatic induction effect generated in the detection unit, and thus the object detection sensor can be formed with a simple configuration. Therefore, the object detection sensor can be formed in a compact manner and can be used without being restricted by the installation location.

前記物体検知センサは、前記検出電極部の帯電現象の極性と前記出力部の帯電現象の極性とが相反するものであると好適である。このような構成であれば、検出電極部が静電誘導作用による帯電現象を電気信号として検出する際、出力部の極性が常に相反するように出力されるため、物体と検出部との接触、或いは乖離をセンサ出力の正負の極性により確認することができる。   In the object detection sensor, it is preferable that the polarity of the charging phenomenon of the detection electrode unit and the polarity of the charging phenomenon of the output unit are opposite to each other. With such a configuration, when the detection electrode unit detects the charging phenomenon due to the electrostatic induction action as an electric signal, the polarity of the output unit is output so that it always contradicts, so the contact between the object and the detection unit, Alternatively, the divergence can be confirmed by the positive / negative polarity of the sensor output.

前記物体検知センサは、前記検出部が、シリコーンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、ポリウレタンから選択される少なくとも一種であると好適である。例えば、シリコーンゴムを検出部とすれば、シリコーンゴムは他の物質と比べて負に帯電しやすいために、物体の帯電特性によってセンサ出力の正負が逆転することがないため、物体の接触、或いは乖離をセンサ出力の極性に基づいて識別することができる。また、例えば、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、ポリウレタンも他の物質に比べて、負に帯電しやすい特性を備えているため、物体の接触、或いは乖離をセンサ出力の極性に基づいて識別することができる。   In the object detection sensor, it is preferable that the detection unit is at least one selected from silicone rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, fluorine rubber, and polyurethane. For example, if silicone rubber is used as the detection unit, the silicone rubber is more easily charged negatively than other substances, so that the sensor output does not reverse the polarity of the sensor output. The deviation can be identified based on the polarity of the sensor output. In addition, for example, nitrile rubber, chloroprene rubber, fluororubber, and polyurethane also have characteristics that are more easily negatively charged than other substances, so that contact or deviation of an object is identified based on the polarity of the sensor output. be able to.

前記物体検知センサは、前記出力部が、外部にセンサ信号を出力する端子電極と、前記端子電極と前記検出電極部とを接続する配線とを有すると好適である。このような構成とすれば、センサ出力を外部に出力する際に使用する端子電極と検出電極部とを分けて構成して配線することができるため、検出電極部を必要以上に大きくしなくて良く、必要な箇所のみに設ければ良いこととなる。したがって、低コストで物体検知センサを形成することが可能となる。   In the object detection sensor, it is preferable that the output unit includes a terminal electrode that outputs a sensor signal to the outside, and a wiring that connects the terminal electrode and the detection electrode unit. With such a configuration, the terminal electrode and the detection electrode unit used when outputting the sensor output to the outside can be configured and wired separately, so the detection electrode unit does not have to be made larger than necessary. It is good and only needs to be provided at a necessary location. Therefore, an object detection sensor can be formed at low cost.

前記物体検知センサは、前記基準電位が、グランド電位であると好適である。このように基準電位をグランド電位とすれば、物体検知センサを動作させるための他の電源を不要とすることができ、物体検知センサの構成をコンパクトにできる。   In the object detection sensor, it is preferable that the reference potential is a ground potential. If the reference potential is set to the ground potential in this way, another power source for operating the object detection sensor can be eliminated, and the configuration of the object detection sensor can be made compact.

以下、本発明に係る物体検知センサ１の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、物体検知センサ１の全体を示す構成図である。物体検知センサ１は、センサ素子である検出部３を有するが、本実施形態では検出部３としてシリコーンゴム４を利用した場合の例として説明する。シリコーンゴム４は一方の面に接触面５が形成され、物体２０の接触の検出を行う。シリコーンゴム４は、導体からなる検出電極部６と接触するように設けられる。本物体検知センサ１は、接触面５と物体２０が接触した際の帯電現象による静電誘導作用を利用して物体２０の検知を行うが、検出電極部６がこの帯電現象を電気信号として検出する。   Hereinafter, an embodiment of the object detection sensor 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating the entire object detection sensor 1. Although the object detection sensor 1 has the detection part 3 which is a sensor element, in this embodiment, it demonstrates as an example at the time of using the silicone rubber 4 as the detection part 3. FIG. The silicone rubber 4 has a contact surface 5 formed on one surface, and detects contact of the object 20. The silicone rubber 4 is provided so as to be in contact with the detection electrode portion 6 made of a conductor. The object detection sensor 1 detects the object 20 by using an electrostatic induction effect due to a charging phenomenon when the contact surface 5 and the object 20 are in contact, and the detection electrode unit 6 detects the charging phenomenon as an electric signal. To do.

検出電極部６と接続して設けられる出力部７も導体からなり、検出電極部６で検出した電気信号は出力部７に伝達される。ここで、検出電極部６と出力部７とは別々の導体からなり夫々を接続するように構成されても良いし、導体の一部に検出電極部６を形成し、その導体の他の部分に出力部７を形成するような構成としても良い。   An output unit 7 provided in connection with the detection electrode unit 6 is also made of a conductor, and an electrical signal detected by the detection electrode unit 6 is transmitted to the output unit 7. Here, the detection electrode unit 6 and the output unit 7 may be configured to be made of different conductors and connected to each other, or the detection electrode unit 6 may be formed on a part of the conductor, and the other part of the conductor. Alternatively, the output unit 7 may be formed.

これらの検出電極部６や出力部７は、基板１０上に金属配線を行うことにより形成される。ここで、基板はリジッド基板、或いはフレキシブル基板に限定されるわけではない。どちらを使用するかはセンサの用途や使用場所や設置場所等によって選択可能である。また、この金属配線は銅や銀、或いは金に限るものではなく、導体であれば良い。シリコーンゴム４と検出電極部６とは貼り合わせるように形成される。この貼り合わせは接着剤等の材料を介して貼り合わせるものではなく、単に接触していれば良い。例えば、検出電極部６上にシリコーンゴム４を被せただけのような接触で良い。したがって、シリコーンゴム４が有する接触面５は、検出電極部６と貼り合わされる面とは異なる他の面に形成される。   The detection electrode unit 6 and the output unit 7 are formed by performing metal wiring on the substrate 10. Here, the substrate is not limited to a rigid substrate or a flexible substrate. Which one to use can be selected depending on the application, use place, installation place, etc. of the sensor. The metal wiring is not limited to copper, silver, or gold, but may be a conductor. The silicone rubber 4 and the detection electrode unit 6 are formed so as to be bonded together. This bonding is not performed by using a material such as an adhesive, but may be simply in contact. For example, the contact may be such that the detection electrode unit 6 is covered with the silicone rubber 4. Accordingly, the contact surface 5 of the silicone rubber 4 is formed on another surface different from the surface to be bonded to the detection electrode unit 6.

物体２０の検出に応じて検出電極部６が検出する電気信号をセンサ信号として出力部７から出力するために、物体検知センサ１は基準電位を確定するための電位確定部１１を備える。この電位確定部１１は少なくとも２つの端子を備え、第１端子１５は出力部７に接続され、第２端子１７はグランド電位に接続される。このように接続されることにより、検出電極部６が検出する電気信号を出力部７がグランド電位に対するセンサ出力として出力することが可能となる。   In order to output the electric signal detected by the detection electrode unit 6 in response to the detection of the object 20 from the output unit 7 as a sensor signal, the object detection sensor 1 includes a potential determination unit 11 for determining a reference potential. The potential determination unit 11 includes at least two terminals, the first terminal 15 is connected to the output unit 7, and the second terminal 17 is connected to the ground potential. By being connected in this way, it becomes possible for the output unit 7 to output an electrical signal detected by the detection electrode unit 6 as a sensor output with respect to the ground potential.

次に、本物体検知センサ１の物体検出の原理に関して説明する。本物体検知センサ１は、シリコーンゴム４と検出電極部６との間で生じる静電誘導作用を利用している。通常、物体はその物体に固有の電荷を有している。電荷には正負の２種類があり、その特性は、例えば、一方に対して反発力が働けば他方に対しては吸引力が働く。平衡状態にある物体の電荷は正負双方の電荷が一様に分布しており帯電状態にはない。平衡状態において別の正又は負に帯電した物体が接触、或いは乖離すると、平衡状態にある物体の電荷の分布状態が変化する。この時、物体に対向する部位が正に帯電するか、或いは負に帯電するかは自身の帯電傾向と接触する物体の帯電傾向とにより相対的に決まる。すなわち、帯電傾向の中間の物体は正に帯電しやすい物体が接触すれば負に帯電するが、負に帯電しやすい物体が接触すれば正に帯電する。   Next, the principle of object detection of the object detection sensor 1 will be described. The object detection sensor 1 uses an electrostatic induction effect generated between the silicone rubber 4 and the detection electrode unit 6. Usually, an object has a charge inherent to the object. There are two types of charge, positive and negative, and for example, if the repulsive force acts on one, the attractive force acts on the other. The charge of an object in an equilibrium state is not in a charged state because both positive and negative charges are uniformly distributed. When another positively or negatively charged object contacts or separates in the equilibrium state, the charge distribution state of the object in the equilibrium state changes. At this time, whether the portion facing the object is positively charged or negatively charged is relatively determined by its own charging tendency and the charging tendency of the contacting object. That is, an object that is in the middle of a charging tendency is negatively charged when an object that is easily charged positively comes into contact with it, but is positively charged when an object that is easily charged negatively comes into contact with it.

図２（ａ）のような正に帯電した物体Ａと、帯電していない物体Ｂを考える。図２（ｂ）のように物質Ａと物質Ｂとを接近させると、物体Ｂの負電荷は物体Ａ側に引き寄せられ、正電荷は反対側に移動する。この時、物体Ｂが有する正負夫々の電荷量は等しく、全体としては電気的に中性を保つが、電荷の空間的偏りが生じる。このような現象を静電誘導という。   Consider a positively charged object A and an uncharged object B as shown in FIG. When the substance A and the substance B are brought close to each other as shown in FIG. 2B, the negative charge of the object B is attracted to the object A side, and the positive charge moves to the opposite side. At this time, the positive and negative charge amounts of the object B are equal, and as a whole, it is electrically neutral, but there is a spatial bias in charge. Such a phenomenon is called electrostatic induction.

本物体検知センサ１はこのような静電誘導作用を利用しているが、上述の通り正負いずれに帯電するかは、接触面５が有する帯電傾向と近づく物体２０が有する帯電傾向とによって決まる。このため検出部３に使用する物質によっては、物体２０によりセンサ出力の正負が逆転してしまう可能性がある。しかしながら、シリコーンゴム４は他の物質と比較し、負に帯電しやすい性質を備える。したがって、物体２０によりセンサ出力が正になったり負になったりする可能性が低いため、センサ出力の符号から物体２０が接触したのか、或いは離れたのかを簡単に識別することが可能となる。   The present object detection sensor 1 uses such an electrostatic induction action. As described above, whether the object is charged positively or negatively depends on the charging tendency of the contact surface 5 and the charging tendency of the object 20 approaching. For this reason, depending on the substance used for the detection unit 3, the positive / negative of the sensor output may be reversed by the object 20. However, the silicone rubber 4 has a property of being easily negatively charged as compared with other substances. Therefore, since it is unlikely that the sensor output becomes positive or negative due to the object 20, it is possible to easily identify whether the object 20 is in contact with or away from the sign of the sensor output.

この静電誘導作用を本物体検知センサ１に適用した例に関して図３を使用して説明する。図３（ａ）は、物体２０を検知する前の状態である。この状態では、シリコーンゴム４と検出電極部６と出力部７とは一様に電荷が分布し電気的中性状態を保っている。検知対象物となる物体２０が有する帯電傾向とシリコーンゴム４が有する帯電傾向とが異なり、シリコーンゴム４の方が負に帯電しやすい場合には、物体２０が接触面５に接触すると、図３（ｂ）のようにシリコーンゴム４は負に帯電する。しかしながら、この状態では、物体２０とシリコーンゴム４との双方においては、正負の電荷量が等しいため、電気的に中和され、検出電極部６と出力部７とには静電誘導は起こらない。   An example in which this electrostatic induction action is applied to the object detection sensor 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows a state before the object 20 is detected. In this state, the silicone rubber 4, the detection electrode unit 6, and the output unit 7 are uniformly distributed in electric charge and are kept in an electrically neutral state. When the charging tendency of the object 20 to be detected is different from the charging tendency of the silicone rubber 4 and the silicone rubber 4 is more likely to be negatively charged, when the object 20 comes into contact with the contact surface 5, FIG. As shown in (b), the silicone rubber 4 is negatively charged. However, in this state, since both the object 20 and the silicone rubber 4 have the same positive and negative charge amounts, they are electrically neutralized and no electrostatic induction occurs in the detection electrode unit 6 and the output unit 7. .

次に、物体２０が、接触面５から離れると、図３（ｃ）のようにシリコーンゴム４に負電荷が残留するため検出電極部６と出力部７とにおいて静電誘導が起こり、シリコーンゴム４の直下の部分は正電荷が集まり、その他の部分（図３（ｃ）では出力部７）は負電荷が集まる。この状態から平衡状態に遷移しようとするが、抵抗器１２を介してグランドへ負電荷が放出されるまでは、センサ信号として負電圧を発生する。負電荷が放出されると図３（ｄ）のように検出電極部６と出力部７とにおいて正負の電荷が一様に分布し、出力電圧は０ボルトとなるが、シリコーンゴム４は負電荷で帯電されたままとなる。ここで、正に帯電した物体２０を近づけると図３（ｅ）のように静電誘導の発生に応じて出力部７側に正電荷が集まり、センサ信号として正電圧を発生する。更に、物体２０とシリコーンゴム４が接触した後、抵抗値１２を介してグランドと電荷の受け渡しが完了すると、図３（ｆ）のように静電誘導はなくなり、検出電極部６と出力部７とにおいて正負の電荷が一様に分布し、出力電圧は０ボルトとなる。したがって、物体２０の接触や乖離と共にセンサ信号の出力が可能となる。ここで、図３において、＋及び−の符号で電荷を記載したが、帯電状態を示すために使用したものであり、電荷量とは無関係であることを付記する。   Next, when the object 20 moves away from the contact surface 5, negative charges remain in the silicone rubber 4 as shown in FIG. 3C, and electrostatic induction occurs in the detection electrode portion 6 and the output portion 7, and the silicone rubber. Positive charge is collected in the portion immediately below 4, and negative charge is collected in the other portion (the output unit 7 in FIG. 3C). An attempt is made to transition from this state to an equilibrium state, but a negative voltage is generated as a sensor signal until a negative charge is released to the ground via the resistor 12. When the negative charge is released, positive and negative charges are uniformly distributed in the detection electrode unit 6 and the output unit 7 as shown in FIG. 3D, and the output voltage becomes 0 volt. However, the silicone rubber 4 has a negative charge. Will remain charged. Here, when the positively charged object 20 is brought closer, positive charges are collected on the output unit 7 side in response to the occurrence of electrostatic induction as shown in FIG. 3E, and a positive voltage is generated as a sensor signal. Further, after the object 20 and the silicone rubber 4 are in contact with each other, when the transfer of the electric charge to the ground is completed via the resistance value 12, there is no electrostatic induction as shown in FIG. 3 (f), and the detection electrode unit 6 and the output unit 7 The positive and negative charges are uniformly distributed in and the output voltage is 0 volts. Accordingly, it is possible to output a sensor signal together with the contact or separation of the object 20. Here, in FIG. 3, charges are described with signs of + and −, but it is used to indicate a charged state, and it is added that it is irrelevant to the amount of charge.

本発明に係る物体検知センサ１の特性確認用のサンプルを図４に示す。検出部３としてシリコーンゴム４を使用し、基板１０に銀ペーストにより検出電極部６を形成している。この形成は、本発明者により公知技術となっているシリコーンゴムの配線技術（出願番号２００６−３２０８０６）を使用することも当然に可能である。検出電極部６は一定の間隔をもって形成され、出力部７は物体の検出に応じてセンサ信号を外部に出力するための出力端子８と、この出力端子８と検出電極部６とを接続する配線９からなる。また、基準電位確定用のグランド端子１３を備え、出力端子８とグランド端子１３との間には抵抗器１２を有する。   FIG. 4 shows a sample for confirming the characteristics of the object detection sensor 1 according to the present invention. Silicone rubber 4 is used as the detection unit 3, and the detection electrode unit 6 is formed on the substrate 10 with silver paste. This formation can naturally also be performed by using a silicone rubber wiring technique (application number 2006-320806) which has been publicly known by the present inventors. The detection electrode unit 6 is formed at a constant interval, the output unit 7 is an output terminal 8 for outputting a sensor signal to the outside in response to detection of an object, and wiring for connecting the output terminal 8 and the detection electrode unit 6 It consists of nine. In addition, a ground terminal 13 for determining a reference potential is provided, and a resistor 12 is provided between the output terminal 8 and the ground terminal 13.

図４に示す物体検知センサ１のサンプルを使用して行った実験結果に関して以下に示す。図５は、指で接触面５を触った場合と離した場合の出力端子８から得られた出力を示したものである。図５のように接触面５を触った場合には正電圧を出力し、離した場合には負電圧を出力していることがわかる。したがって、本物体検知センサ１により物体２０の接触、及び乖離の検出が可能である。   The results of an experiment conducted using the sample of the object detection sensor 1 shown in FIG. 4 are shown below. FIG. 5 shows the output obtained from the output terminal 8 when the contact surface 5 is touched with a finger and when it is released. As shown in FIG. 5, when the contact surface 5 is touched, a positive voltage is output, and when it is released, a negative voltage is output. Therefore, the object detection sensor 1 can detect the contact and divergence of the object 20.

図６は、接触面５の上に予め物体２０を置き、物体２０の上から加重した場合のセンサ出力を示したものである。図６より時間的変化によるセンサ出力に変化はなく、また、図示はしないが加重の大きさを変化させた場合にもセンサ出力は得られなかった。この結果より、本物体検知センサ１が圧力に起因して動作していないことがわかる。   FIG. 6 shows the sensor output when the object 20 is placed on the contact surface 5 in advance and weighted from above the object 20. As shown in FIG. 6, there is no change in the sensor output due to temporal changes, and no sensor output is obtained when the weight is changed although not shown. From this result, it can be seen that the present object detection sensor 1 is not operating due to pressure.

図７は、接触面５に物体２０を所定の高さから落とした場合のセンサ出力の変化を示したものである。本実験では、物体２０は同じものを使用し、高さは１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍの４パターンとし、それぞれ１０回落とした場合の平均と標準偏差から求めたものである。この結果より、高い場所から落とした方が出力が大きくなっており、センサ出力は物体２０が接触面５に接触する際の速度に依存することがわかる。   FIG. 7 shows a change in sensor output when the object 20 is dropped from the predetermined height onto the contact surface 5. In this experiment, the same object 20 was used, and the height was 4 patterns of 10 mm, 30 mm, 50 mm, and 70 mm, which were obtained from the average and standard deviation when dropped 10 times. From this result, it can be seen that the output is higher when dropped from a higher place, and the sensor output depends on the speed at which the object 20 contacts the contact surface 5.

図８は、面積１８ｍｍ2、５０ｍｍ2、１００ｍｍ2、１５０ｍｍ2、２２５ｍｍ2の天然ゴムシートを高さ２０ｍｍから落とし、その時のセンサ出力を示したものである。実験は夫々の面積ごとに１０回繰り返して行い、その平均と標準偏差から求めたものである。この結果より、面積が広い方が大きな出力が得られることがわかる。 FIG. 8 shows the sensor output at the time when a natural rubber sheet having an area of 18 mm 2 , 50 mm 2 , 100 mm 2 , 150 mm 2 , and 225 mm 2 is dropped from a height of 20 mm. The experiment was repeated 10 times for each area, and was obtained from the average and standard deviation. From this result, it can be seen that a larger output can be obtained with a larger area.

図９は、同じ高さから異なる材料の物体を落とした場合におけるセンサ出力を示したものである。使用した物体は、アルミニウムの円柱、アクリル円柱の底面にコピー用紙、ポリエチレン、天然ゴムを貼ったものである。実験は、夫々の物体について１０回繰り返して行い、その平均と標準偏差から求めたものである。この結果より、接触させる物体によって出力が変化していることから、本物体検知センサ１が接触、或いは乖離を識別するだけでなく、物体の種別も識別できる可能性があることを示している。   FIG. 9 shows the sensor output when an object of a different material is dropped from the same height. The object used is one in which copy paper, polyethylene, and natural rubber are pasted on the bottom of an aluminum cylinder or acrylic cylinder. The experiment was repeated 10 times for each object, and was obtained from the average and standard deviation. From this result, since the output changes depending on the object to be contacted, it is indicated that the present object detection sensor 1 may not only identify contact or deviation but also identify the type of the object.

上記実験結果から、シリコーンゴム４を検出部３として使用することにより物体検知センサ１を作成することが可能であるといえる。シリコーンゴム４で物体検知センサ１を構成することにより、特殊な素子を必要とせず配線するだけでセンサとして機能することが可能となり、例えば、フレキシブル基板等に配線することによりセンサ自体を引き伸ばすことも可能となる。   From the above experimental results, it can be said that the object detection sensor 1 can be created by using the silicone rubber 4 as the detection unit 3. By configuring the object detection sensor 1 with the silicone rubber 4, it becomes possible to function as a sensor by simply wiring without requiring a special element. For example, the sensor itself may be stretched by wiring on a flexible substrate or the like. It becomes possible.

〔その他の実施例〕
上記実施形態において、基板１０をリジッド基板でもフレキシブル基板でも可能として説明したが、基板を使用しなくても良い。例えば、検出電極部６を単体で形成したものとシリコーンゴム４とにより本物体検知センサ１を形成することも当然に可能である。 [Other Examples]
In the above embodiment, the substrate 10 has been described as being either a rigid substrate or a flexible substrate, but the substrate may not be used. For example, it is naturally possible to form the object detection sensor 1 by using the detection electrode unit 6 formed alone and the silicone rubber 4.

上記実施形態において、基準電位はグランド電位として説明したが、これに限らない。例えば、所定の正電圧とすることも可能であるし、負電圧とすることも当然に可能である。このように形成すれば、センサ信号の出力レベルにより物体２０の接触、或いは乖離を識別することができると共に、センサ出力が入力される外部素子の絶対最大定格をどちらか一方の符号の定格とすることができ、低コストで利用できる。   In the above embodiment, the reference potential is described as the ground potential, but the present invention is not limited to this. For example, a predetermined positive voltage can be used, or a negative voltage can be used as a matter of course. If formed in this way, the contact or divergence of the object 20 can be identified by the output level of the sensor signal, and the absolute maximum rating of the external element to which the sensor output is input is set as the rating of one of the signs. Can be used at low cost.

上記原理説明において、物体２０と接触面５との接触（状態甲）後の乖離（状態乙）と、その乖離（状態乙）後の接触（状態丙）とでセンサ信号を出力するとして説明したが、これに限らない。物体２０或いは接触面５のいずれか一方が、正負いずれかの帯電状態にあれば、乖離（状態乙）前の接触（状態甲）においても、センサ信号を出力することは、当然に可能である。   In the above description of the principle, it has been described that the sensor signal is output by the divergence (state B) after the contact (state A) between the object 20 and the contact surface 5 and the contact (state 丙) after the divergence (state B). However, it is not limited to this. If either the object 20 or the contact surface 5 is in a positive or negative charged state, it is naturally possible to output a sensor signal even in contact (state A) before the separation (state B). .

上記実施形態において、検出電極部６は図４に示すように、一定の間隔をもって形成されるとして説明したが、これに限らない。例えば、図１０（ａ）のように間隔をなくし枠のみとすることも可能であるし、図１０（ｂ）のように間隔を広くすることも可能である。更には、図１０（ｃ）のように間隔を設けずにいわゆるべたパターンとすることも当然に可能である。図示はしないが、べたパターンの方がセンサ出力が大きくなることがわかっている。   In the above embodiment, the detection electrode unit 6 has been described as being formed at a constant interval as shown in FIG. 4, but is not limited thereto. For example, it is possible to eliminate the interval as shown in FIG. 10A and to make only the frame, or it is possible to increase the interval as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 10C, it is naturally possible to form a so-called solid pattern without providing a space. Although not shown, it is known that the sensor output is larger for the solid pattern.

上記実施形態において、物体２０の検出を接触として説明したが、これに限らない。所定の距離まで、接近した場合においても検出することは可能であることから、接近センサとして利用することも可能である。   In the above embodiment, the detection of the object 20 has been described as contact, but the present invention is not limited to this. Since it is possible to detect even when approaching a predetermined distance, it can also be used as an approach sensor.

上記実施形態において、検出部３をシリコーンゴム４として説明したが、これに限らない。図示はしないが、天然ゴムを検出部３、アクリルを物体２０として実験した場合において、上述の実施形態と同様の実験結果が得られた。また、ニトリルゴムやクロロプレンゴムやフッ素ゴムやポリウレタン等を検出部３として使用することも可能である。更には、検出部３として負に帯電しやすいものを使用するだけでなく、正に帯電しやすいものを使用して物体検知センサ１を構成することも当然に可能である。このような構成であれば、物体２０の接近、又は乖離に対してセンサ信号の正負がシリコーンゴムの場合と比べて逆に出力されるので読み替えるだけでよい。   In the above embodiment, the detection unit 3 has been described as the silicone rubber 4, but is not limited thereto. Although not shown, in the case where an experiment was performed using natural rubber as the detection unit 3 and acrylic as the object 20, the same experimental results as in the above-described embodiment were obtained. Further, nitrile rubber, chloroprene rubber, fluorine rubber, polyurethane, or the like can be used as the detection unit 3. Furthermore, it is naturally possible to configure the object detection sensor 1 using not only a detector that is easily charged negatively but also a detector that is easily charged positively. With such a configuration, the positive / negative of the sensor signal with respect to the approach or divergence of the object 20 is output in reverse as compared with the case of the silicone rubber, so that it only needs to be read.

上記実施形態において、検出電極部６の形状を図示して説明したが、これに限らない。本説明で使用した形状は単なる一例であり、設計変更をすることは当然に可能である。   In the said embodiment, although the shape of the detection electrode part 6 was illustrated and demonstrated, it is not restricted to this. The shape used in this description is merely an example, and it is naturally possible to change the design.

上記実施形態において、物体２０に関して特に記載しなかったが物体２０が人であっても検知することは当然に可能であり、人の指に対して検知することも確認されている。したがって、人や指で反応する本センサをスイッチ等に転用することは、当然に本発明の権利範囲である。   In the above embodiment, the object 20 is not particularly described. However, even if the object 20 is a person, it is naturally possible to detect the object 20, and it is also confirmed that the object 20 is detected with respect to a human finger. Accordingly, it is naturally within the scope of the present invention to divert this sensor that reacts with a person or a finger to a switch or the like.

その他の実施形態として図１１に図示するような構造で物体検知センサ１を構成することも可能である。図１１に図示される物体検知センサ１は、検出部３上に保持部３０を配設すると共に、この保持部３０により第２検出部４０を保持する構造で構成される。物体２１が物体検知センサ１に接触していない場合には、図１１（ａ）に示されるように検出部３の検出面５と第２検出部４０の検出面４１とが、直接接触しないように空隙を作る。物体２１と物体検知センサ１とが接触すると、図１１（ｂ）のように第２検出部４０が変形し、検出面５と第２検出面４１とが接触する。この接触により検出部３が帯電し、検出電極部６と出力部７とにおいて静電誘導が生じセンサ信号として出力電圧を発生する。この場合に検出部３と第２検出部４０とは、相反する帯電傾向を有する物質であると好適である。例えば、検出部３がシリコーンゴム４であれば、シリコーンゴムは負に帯電しやすい性質を有しているため、第２検出部４０は正に帯電しやすい性質を有する物質であれば良い。このような物質の一つとして、アクリル系材料（例えば、アクリルエラストマ等）やナイロン系材料（例えば、ナイロンエラストマ等）を使用すると好適である。このような構成とすれば、物体２１が帯電しているか否かに関わらず、接触を検知することが可能となる。更には、検出面５を構造体３０と第２検出部４０とで覆うことにより検出面５を清浄に保つことができるため、汚れや濡れの影響を受けることなく安定したセンサ出力を得ることが可能となる。   As another embodiment, the object detection sensor 1 can be configured with a structure as shown in FIG. The object detection sensor 1 illustrated in FIG. 11 has a structure in which a holding unit 30 is disposed on the detection unit 3 and the second detection unit 40 is held by the holding unit 30. When the object 21 is not in contact with the object detection sensor 1, the detection surface 5 of the detection unit 3 and the detection surface 41 of the second detection unit 40 are not in direct contact with each other as shown in FIG. Create a gap in If the object 21 and the object detection sensor 1 contact, the 2nd detection part 40 will deform | transform like FIG.11 (b), and the detection surface 5 and the 2nd detection surface 41 will contact. By this contact, the detection unit 3 is charged, and electrostatic induction occurs in the detection electrode unit 6 and the output unit 7 to generate an output voltage as a sensor signal. In this case, it is preferable that the detection unit 3 and the second detection unit 40 are substances having opposite charging tendencies. For example, if the detection unit 3 is the silicone rubber 4, since the silicone rubber has a property of being easily negatively charged, the second detection unit 40 may be a substance having a property of being easily positively charged. As one of such substances, it is preferable to use an acrylic material (for example, acrylic elastomer) or a nylon material (for example, nylon elastomer). With such a configuration, it is possible to detect contact regardless of whether or not the object 21 is charged. Furthermore, since the detection surface 5 can be kept clean by covering the detection surface 5 with the structure 30 and the second detection unit 40, a stable sensor output can be obtained without being affected by dirt or wetting. It becomes possible.

本発明に係る、物体検知センサの全体を示す構成図The block diagram which shows the whole object detection sensor based on this invention 接触電気を示す図Diagram showing contact electricity 物体検知センサの動作原理を示す図Diagram showing the operating principle of the object detection sensor 本実施形態に係る、物体検知センサのサンプルを示す図The figure which shows the sample of the object detection sensor based on this embodiment 指で触った場合のセンサ出力の関係を示す図Diagram showing the relationship of sensor output when touched with a finger 加重した場合のセンサ出力の関係を示す図Diagram showing the relationship of sensor output when weighted 接触速度とセンサ出力の関係を示す図Diagram showing the relationship between contact speed and sensor output 接触面積とセンサ出力の関係を示す図Diagram showing the relationship between contact area and sensor output 接触させる物体の違いによるセンサ出力を示す図The figure which shows the sensor output by the difference in the object to contact 検出電極部の一例を示す図The figure which shows an example of a detection electrode part その他の実施形態に係る、物体検知センサの応用例を示す図The figure which shows the application example of the object detection sensor based on other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１：物体検知センサ
３：検出部
４：シリコーンゴム
５：接触面
６：検出電極部
７：出力部
８：出力端子
９：配線
１０：基板
１１：電位確定部
１２：抵抗器
１３：グランド端子
１５：第１端子
１７：第２端子
２０：物体
３０：構造体
４０：第２検出部
４１：第２検出面 1: Object detection sensor 3: Detection unit 4: Silicone rubber 5: Contact surface 6: Detection electrode unit 7: Output unit 8: Output terminal 9: Wiring 10: Substrate 11: Potential determination unit 12: Resistor 13: Ground terminal 15 : 1st terminal 17: 2nd terminal 20: Object 30: Structure 40: 2nd detection part 41: 2nd detection surface

Claims (5)

静電誘導作用を利用して物体が接触したことを検知する物体検知センサであって、
前記物体の帯電傾向よりも正または負に帯電し易い帯電傾向を有する誘電体から形成され、一方の面に前記物体に接触させる接触面を設けた検出部と、
前記検出部の他方の面と接触するように配設した導体の一部に形成され、前記物体と前記検出部との接触状態からの状態変化に応じて前記静電誘導作用による帯電現象を電気信号として検出する検出電極部と、
前記導体の他の部分に形成され、前記電気信号を所定の基準電位に対するセンサ信号として出力する出力部と、を備える物体検知センサ。 An object detection sensor for detecting contact of an object using electrostatic induction,
A detection unit formed of a dielectric having a charging tendency that is more easily charged positively or negatively than the charging tendency of the object, and provided with a contact surface that contacts the object on one surface;
It is formed on a part of a conductor disposed so as to be in contact with the other surface of the detection unit, and the charging phenomenon due to the electrostatic induction action is electrically changed according to a change in state from the contact state between the object and the detection unit. A detection electrode section to detect as a signal;
An object detection sensor comprising: an output unit that is formed in another part of the conductor and outputs the electrical signal as a sensor signal with respect to a predetermined reference potential. 前記検出電極部の帯電現象の極性と前記出力部の帯電現象の極性とが相反するものである請求項１に記載の物体検知センサ。   The object detection sensor according to claim 1, wherein the polarity of the charging phenomenon of the detection electrode portion and the polarity of the charging phenomenon of the output portion are opposite to each other. 前記検出部が、シリコーンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、ポリウレタンから選択される少なくとも一種である請求項１又は２に記載の物体検知センサ。   The object detection sensor according to claim 1, wherein the detection unit is at least one selected from silicone rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, fluororubber, and polyurethane. 前記出力部が、外部にセンサ信号を出力する端子電極と、前記端子電極と前記検出電極部とを接続する配線とを有する請求項１から３のいずれか一項に記載の物体検知センサ。   The object detection sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the output unit includes a terminal electrode that outputs a sensor signal to the outside, and a wiring that connects the terminal electrode and the detection electrode unit. 前記基準電位が、グランド電位である請求項１から４のいずれか一項に記載の物体検知センサ。   The object detection sensor according to claim 1, wherein the reference potential is a ground potential.
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