JP5626744B2 - Pressure detection device - Google Patents
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Description
この発明は、弾力性を有するスペーサを一対の検知体間に設け、一対の板状検知体間の変位量を検出することにより検知体に掛かる圧力を検出する圧力検出装置に関する。 The present invention relates to a pressure detection device that detects a pressure applied to a detection body by providing an elastic spacer between the pair of detection bodies and detecting a displacement amount between the pair of plate-like detection bodies.
対向配置される一対の板状の検知体と、検知体の対向面間に介在する弾力性を有するスペーサと、一対の検知体における対向面間の変位量(対向面間の距離の変化量)を検出する検出手段とを備え、該検出手段が上記変位量を検出することにより、スペーサの弾力性との相関関係から検知体に掛かる圧力を検出する特許文献1,2に示す圧力検出装置が公知になっている。
しかし、上記文献の圧力検出装置は、スペーサにおける検知体の対向面との接触部分が対向面と略平行な水平面をなすように成形され、検知体の対向面とスペーサとが面状に接触しており、スペーサ全体を変形させるような大きさの圧力を検知体に掛けることにより検知体間(検知体の対向面間)の距離が大きく変化するため、小さな圧力を検出する精度が低いという課題がある。
本発明は、上記課題を解決し、弾力性を有するスペーサを一対の検知体間に設け、一対の板状検知体間の変位量を検出することにより検知体に掛かる圧力を検出する圧力検出装置において、小さな圧力を検出する精度を向上させた圧力検出装置を提供することを目的としている。
However, the pressure detection device of the above document is formed so that the contact portion of the spacer with the opposing surface of the detection body forms a horizontal plane substantially parallel to the opposing surface, and the opposing surface of the detection body and the spacer are in planar contact. Because the distance between the detection bodies (between the opposing surfaces of the detection bodies) changes greatly by applying pressure on the detection bodies so as to deform the entire spacer, the accuracy of detecting small pressure is low. There is.
The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a pressure detection device that detects the pressure applied to the detection body by providing a resilient spacer between the pair of detection bodies and detecting the amount of displacement between the pair of plate-like detection bodies. An object of the present invention is to provide a pressure detection device with improved accuracy for detecting a small pressure.
上記課題を解決するため本発明の圧力検出装置は、第1に、対向させて配置される一対の板状の検知体13と、検知体13の対向面13a間に介在する弾力性を有するスペーサ6と、一対の検知体13における対向面13a間の変位量を検出する検出手段とを備え、該検出手段が、上記変位量とスペーサ6の弾性力との相関関係から、検知体13に掛かる圧力を検出する圧力検出装置において、前記スペーサ6を、板状の検知体13に沿って接触する断面視略円形又は楕円形をなす円柱状に成形することにより、該スペーサ6における検知体13の対向面13aとの接触部分が断面視円弧状の凸状曲面をなすように成形され、該球状又は円柱状のスペーサ6は、中心側を応答性の低い素材6aとし、その外側を応答性の高い素材6bとしたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a pressure detection device according to the present invention firstly includes a pair of plate-
第2に、複数のスペーサ6を検知体13の積層方向に重ねるように設けてなることを特徴としている。Second, a plurality of
第3に、複数のスペーサ6内、加圧時の変位量が小さいスペーサ6を上下に配置し、その間に加圧時の変位量が大きいスペーサ6を配置したことを特徴としている。
Thirdly, the
以上のように構成される本発明の圧力検出装置によれば、検知体の対向面とスペーサとが点状又は帯状に接触するため、検知体に掛かる圧力が小さい場合でも、スペーサにおける対向面との接触部分及びその付近の形状が変形して一対の検知体間の距離が変化する。このことにより、小さな圧力を検出する精度が向上するという効果がある。 According to the pressure detection device of the present invention configured as described above, since the opposing surface of the detection body and the spacer contact each other in a dotted or band shape, even if the pressure applied to the detection body is small, The contact portion and the shape in the vicinity thereof are deformed to change the distance between the pair of detection bodies. This has the effect of improving the accuracy of detecting a small pressure.
また、断面視略円形又は楕円形になるように中心部分から外側に向かって異なる材質の部材を重ね合わせることにより、球状又は円柱状のスペーサを成形すれば、スペーサに所望の特性を持たせることが可能になるという効果がある。 In addition, if a spherical or cylindrical spacer is formed by overlapping members of different materials from the central portion toward the outside so as to have a substantially circular or elliptical shape in cross section, the spacer can have desired characteristics. Has the effect of becoming possible.
複数のスペーサ内、一部のスペーサを他のスペーサと異なる材質から構成することにより、検知体に掛ける圧力の大きさに対する検知体間の変位量を目的に合わせて容易に変更することができるという効果がある。 By constructing a part of the spacers from a material different from that of the other spacers, it is possible to easily change the amount of displacement between the sensing bodies relative to the pressure applied to the sensing bodies according to the purpose. effective.
一対の検知体を平面的に複数並列配置することにより、圧力分布を検出することが可能になるという効果がある。 By arranging a plurality of pairs of detection bodies in parallel in a plane, there is an effect that the pressure distribution can be detected.
図1及び2に基づき、本発明の実施形態につき、説明する。
図1は、本発明を適用した圧力検出装置の構成を示す分解斜視図であり、図2は、本圧力検出装置の構成を模式的に示す斜視図である。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of a pressure detection device to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the pressure detection device.
圧力検出装置1は、積層配置される3枚の方形状ベースプレート(下層プレート2,中層プレート3,上層プレート4)と、ベースプレート2,3,4間に設けられてベースプレート2,3,4の間隔を所定距離に保つスペーサ6(クッション材)と、3枚のベースプレート2,3,4における所定部分間の変位量(距離の変化量)を検出する変位量検出手段(検出手段)とを備えている。なお、上層プレート4の下面(対向面7)は中層プレート3の上面(対向面8)と略平行に対向し、中層プレート3の下面(対向面9)は下層プレート2の上面(対向面11)と略平行に対向している。
The pressure detection device 1 is provided between three base plates (
上記各ベースプレート2,3,4は、加圧時にその圧力をスペーサ6に伝えるように、所定量弾性的に撓み変形可能な部材により構成されており、各ベースプレート2,3,4の上面には帯状の複数(図示する例では5枚)の電極板12(電極,電極体)が互いに平行となるように設けられている。
Each of the
電極板12も、加圧時にその圧力をスペーサ6に伝えるように、所定量弾性的に撓み変形可能な部材により構成されている。中層プレート3に配置される電極板12は、上層プレート4及び下層プレート2に配置される電極板12に対して平面視交差方向(図示する例では直交方向)に配列されている。以上により積層方向に重ねられた電極12の平面視で重複する部分(交差部)がマトリックス状に並列配置形成された状態になり、この交差部分及びベースプレート2,3,4における交差部分との当接部分(キャパシタ構成部分)がそれぞれキャパシタを構成している。なお上層プレート4上の電極12及び中層プレート3上の電極12による交差部と、中層プレート3上の電極12及び下層プレート2上の電極12による交差部とが、平面視で略同一位置に配置形成されるように、各電極12が構成されている。すなわち、上記キャパシタは、上層プレート4、中層プレート3及び下層プレート2により、3層構造をなしている。
The
上記スペーサ6は、弾力性を有する絶縁体(誘電体)物質で構成されており、断面視で略円形又は略楕円形の円柱状に成形されている。複数のスペーサ6が互いに平行になるようにベースプレート2,3,4形成方向に並列に配置されている。
The
上記変位量検出手段は、加圧時、前述した電極間12における静電容量の変化量を検知することにより、ベースプレート2,3,4間における上記キャパシタ構成部分の距離の変化量を検出(測定)し、上記部分間の変化量とスペーサ6の弾性力との相関から、その部分に掛かる圧力を検出するものである。すなわち、前述した電極の交差部と、ベースプレート2,3,4のキャパシタ構成部分とにより、圧力を検知する板状の検知体13(検知部)を構成しており、3枚のベースプレート2,3,4の前述した各対向面7,8,9,11側に検知体13同士が対向する面(対向面13a)が複数形成される。
The displacement detection means detects (measures) the change in the distance of the capacitor component between the
ちなみに、図示する例では、上層プレート4及び中層プレート3のそれぞれに電極12が5列に配置され、上層プレート4の電極12と中層プレート3の電極12が平面視直交しているため、図2に示すように、一対の検知体13が5×5で25組構成される。このように、一対の検知体13が複数組設けられ、平面的に並列配置された状態になるため、上昇プレート4上面14(検知面)に掛かる圧力の分布等を検出することも可能になる。
Incidentally, in the illustrated example, the
以上のようにキャパシタの静電容量の変化量を検出するため、この変位量検出手段は、上層プレート4及び下層プレート2の電極12に交流電圧を入力信号として印加する発振器16と、静電容量を検出する可変量検出手段17とを備えている。
In order to detect the amount of change in the capacitance of the capacitor as described above, this displacement amount detection means includes an
この可変量検出手段17には上記入力信号が入力されるとともに入力電圧に基づく中層プレート3の電圧変化が出力信号として入力されるため、入力信号と出力信号との比較することによりインピーダンスとしてキャパシタの静電容量を検出(測定)することが可能になり、この静電容量検出を所定時間経過毎に行うことにより静電容量の変化量が検出される。 Since the input signal is input to the variable amount detection means 17 and the voltage change of the intermediate layer plate 3 based on the input voltage is input as an output signal, the impedance of the capacitor can be obtained as an impedance by comparing the input signal with the output signal. Capacitance can be detected (measured), and the amount of change in capacitance is detected by performing this capacitance detection every predetermined time.
さらに、変位量検出手段は、発振器16からの入力信号を上層プレート4上における複数の電極12の何れに入力するかを切替える上層側入力切替手段18(入力切替手段,切替手段)と、発振器16からの入力信号を下層プレート2上における複数の電極12の何れに入力するかを切替える下層側入力切替手段19(入力切替手段,切替手段)と、発振器16から入力信号を反転させて下層プレート2上の電極12に入力する反転アンプ21と、中層プレート3上における複数の電極12の何れを可変量検出手段17に出力するかを切替える出力切替手段22(切替手段)と、中層プレート3上の電極12からの出力信号を増幅させて可変量検出手段17に入力するアンプ23とを備えている。
Further, the displacement amount detection means includes an upper layer side input switching means 18 (input switching means, switching means) for switching to which of the plurality of
上記2つの入力切替手段18,19は同期しており、同一列の電極12に入力電圧を入力するように構成されている。例えば図示する例では、上層プレート4及び下層プレート2ともに、図1における前側から2列面の電極12に発信器16からの信号を入力される状態になっている。これによって検出対象のキャパシタが前述したように3層構造になり、空気中の電荷の影響を受けにくくなり、選択した中層プレート3上の電極12からの出力信号に含まれるノイズ量が減少する。くわえて、入力信号を反転アンプ21により反転させて下層プレート2の電極12に入力することによっても、出力信号に含まれるノイズ量を減少させることができる。
The two input switching means 18 and 19 are synchronized, and are configured to input an input voltage to the
なお、下層プレート2及び下層プレート2と中層プレート3の間のスペーサ6を省略して、検出対象のキャパシタを通常の2層構造としてもよい。この場合には、ノイズの低減は図れないが、構造を簡略化することが可能になる。
In addition, the
また、上記3つの切替手段18,19,22の切替作用によって、通常、一対の検知体13,13毎に設ける必要がある変位量検出手段を、本圧力検出装置毎に1つ設ければよくなり、その構成を簡略化することが可能になる。例えば、図示する例では、上層プレート4及び下層プレート2の図1における前側から2列(行)面の電極12に入力信号を入力し、中層プレート3の図1における左側から2列面の電極12の出力信号を可変量検出手段17に出力しているため、図2における左側から2番目且つ下側から2番目のキャパシタの静電容量を検出している。
In addition, it is only necessary to provide one displacement detection means, which is usually required for each pair of
さらに、発振器16からの入力信号が入力されない状態の上層プレート4及び下層プレート2の電極12は、上記2つの入力切替手段18,19によってアースされ、余計なノイズが出力信号に含まれないようになっている。
Further, the
次に、一対の検知体13とスペーサ6の構成について詳述する。
図3は、一対の検知体13の間にスペーサ6を介在させた状態の模式図である。一対の検知体13の対向面13a間に一又は複数のスペーサ6を設ける。複数のスペーサ6を設ける場合、同一ピッチ、同一姿勢で検知体13間にスペーサ6を設けることが望ましい。このことにより、加圧位置を変えることによる圧力検出の誤差を最小限に抑制できる。
Next, the configuration of the pair of
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the
各スペーサ6は、前述したように断面視円状又は楕円状に成形されているため、検知体13の対向面13aとの接触部分が断面視円弧状の凸状曲面をなしている。このことにより、スペーサ6は検知体13の対向面13aに対して帯状に接触した状態になる。この際、隣接するスペーサ6同士及びスペーサ6とベースプレート2,3,4側は、接着剤等によって固着されており、これによって、スペーサ6が一対の検知体13,13間に保持される。
Since each
以上のように、検知体13とスペーサ6が帯状に部分接触し、検知体13に加える圧力が小さい場合でも、スペーサ6がすぐに変形するように構成されているため、小さな圧力の検出精度が向上するとともに、加圧時の変形量が少ない耐久性の高い素材によりスペーサ6を構成することが可能になる。具体的には、短時間で元の形状に復元する収縮及び膨張の応答性が良い連続発泡部材によりスペーサを構成している。
As described above, even when the
次に、スペーサの6変形例について、上記実施形態と異なる構成について説明する。
図4は、スペーサ6の他の例を示す斜視図である。断面形状が略円形又は楕円形の球状のスペーサが複数平面状に密接状態で配置されている。このようにスペーサ6を略球状に形成することで、スペーサ6とベースプレート2,3,4側が点状に接触するため、ベースプレート2,3,4に掛かる圧力が小さい場合でも、スペーサ6を変形させることができる。
Next, a configuration different from the above-described embodiment will be described with respect to six modified examples of the spacer.
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the
図5は、スペーサ6の他の例を示す斜視図である。断面形状が略円形又は楕円形をなす円柱状又は球状のスペーサ6を、中心部分から外側に向かって異なる材質の部材を重ね合わせることにより二層構造にしてもよい。この例では内部を応答性の低い(変位量が小さい)素材6aにし、外周部を応答性の高い(変位量が大きい)素材6bにして、スペーサ6に検出対象物に応じた所望の特性を持たせることができる。なお二層構造に限らず多層構造にしても良い。
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the
図6は、スペーサ6の他の例を示す斜視図である。円柱状のスペーサ6を積層方向に重ね合わせてもよい。この例ではスペーサ6をそれぞれ3層ずつ重ね合わせ、真中のスペーサ6とその上下に積層されたスペーサ6とが互いに交差するように配置されている。このようにスペーサ6を積層方向に重ね合わせることによって、加圧時の変形量がより小さい部材をスペーサ6として用いることが可能になる。
FIG. 6 is a perspective view showing another example of the
図7は、スペーサ6の他の例を示す斜視図である。複数のスペーサ6の内、一部のスペーサ6を他のスペーサ6とは異なる部材により構成し、これを積層配置してもよい。この例ではベースプレート2,3,4間において、加圧時の変位量が小さい球状のスペーサ6を上下に配置し、その間に加圧時の変位量が大きいスペーサ6を配置している。但しこの場合のスペーサ6は円柱状であっても略球状であっても構わない。くわえて、この場合にベースプレート2,3,4間で、スペーサ6を積層化させなくてもよい。
FIG. 7 is a perspective view showing another example of the
図8は、電極板とスペーサの他の固着方法を示す斜視図である。ベースプレート2,3,4を介さずにスペーサ6に直接電極12を接着剤等により固着してもよい。この場合には、電極12の前述した交差部のみによって検知体13が構成されるとともに、一の電極12の交差部における他の電極12の交差部との対向面側に検知体13の対向面13aが形成される。
FIG. 8 is a perspective view showing another fixing method of the electrode plate and the spacer. The
次に、図9及び10に基づき、他の実施形態について上記実施形態と異なる構成について説明する。
図9は、本発明の他の実施形態を示す概略図であり、図10は図9のA−A断面図である。圧力検出装置1は、積層配置される2枚の方形状ベースプレート24,26と、一対のベースプレート24,26を所定間隔に保持する前述したスペーサ6と備えている。
Next, based on FIGS. 9 and 10, a configuration different from the above embodiment will be described for another embodiment.
FIG. 9 is a schematic view showing another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The pressure detection device 1 includes two
一方のベースプレート24(加圧プレート)は、導体や磁性体(強磁性体,常磁性体,反磁性体)等で構成されており、圧力が加えられる検知面14が上面側に形成される。他方のベースプレート26(検出プレート)はPET部材等の可撓性を有する絶縁体から構成されている。検出プレート26の下面側に発振器16からの交流電圧(入力信号)がアンプ33により増幅されて印加される一次コイル31(印加コイル)が、上面側にこの一次コイル31からの磁界変化により起電する二次コイル32(検出コイル)がそれぞれ設けられている。
One base plate 24 (pressure plate) is made of a conductor, a magnetic material (ferromagnetic material, paramagnetic material, diamagnetic material), or the like, and a
そして、加圧時、検出プレート24が検出プレート26側に撓むことにより、一次コイル31からの磁界が変化し、上記一次コイル31と二次コイル32の相互インダクタンスに変化が生じる。この相互インダクタンスの変化量を検出することにより、変位量検出手段がベースプレート24,26間の距離の変化量を検出(測定)し、上記部分間の変化量とスペーサ6の弾性力との相関から、その部分に掛かる圧力を検出するものである。具体的には、変位量検出手段を構成する可変量検出手段17に、発振器16からの入力信号と、二次コイル32の起電力による交流電圧(出力信号)とを入力し、この2つの信号を比較することにより、相互インダクタンスを検出する。なお、上記出力信号は前述のアンプ23で増幅されて可変量検出手段17に入力される。
When the pressure is applied, the
以上により、検出プレート24と検出プレート26とが前述した一対の検知体13,13を構成している。ちなみに、前述の実施例と同様に、一対の検知体13、13を同一平面に面状配置して、圧力分布を検出できるように本圧力検出装置1を構成してもよい。
As described above, the
なお、以上の説明では圧力検出装置1の検知面14を上方に向ける例につき説明したが、検知面14がそれ以外の方向を向くように圧力検出装置1の姿勢を変更してもよい。
In the above description, the example in which the
6 スペーサ(クッション材)
13 検知体
13a 対向面
6 Spacer (cushion material)
13
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