JP6546368B2 - 力覚センサ - Google Patents

Description

本発明は、操作部材に対する操作によって加えられた荷重を検知可能な力覚センサに関する。

特許文献１に記載の荷重検出装置は、突起状の受圧部を有する荷重センサと、受圧部を上面側に向けて荷重センサを収納するケースと、荷重センサの上面側に配置され、荷重を受けて荷重センサを高さ方向に押圧する弾性体とを有している。これにより、良好なハンドリング性と小型化を実現でき、良好なセンサ感度を備えた荷重検出装置を提供できるとしている。

特開２０１５−１６１５３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の荷重検出装置では、荷重センサによって高さ方向における押圧力を検出することはできるものの、弾性体に対して加えられた荷重の向き・範囲・分布などの状況を検出することはできなかった。よって、この荷重検出装置を、例えば、遠隔操作される構造体に組み込んだとしても、この構造体に加えられる荷重の状況が明らかでないため、この検出結果に基づいて行う感触伝達は細かさに欠け、リアルな感触を再現することは困難であった。

そこで本発明は、加えられた荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知できる力覚センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の力覚センサは、基材と、基材上の第１領域に固定された第１電極と、基材において第１領域と異なる第２領域に固定され、第１電極よりも高い位置まで延びる第２電極と、第１電極と第２電極との間の距離に対応する静電容量を検知する静電容量検知部と、第２電極と接触する接触領域を有する操作部材とを備え、第１電極と第２電極の少なくとも一方は複数設けられ、第２電極は、操作部材に対する操作によって荷重が加えられると弾性変形を生じ、この弾性変形によって第２電極と第１電極との距離が変化することを特徴としている。

これにより、操作部材に加えられた荷重の向き・大きさ・分布などの状況を精度良く検知することができる。

本開示の力覚センサにおいて、第１電極は基材上において１つの環状をなしており、第２電極は、第１電極の環の内側において基材に固定され、さらに、第１電極の上方へ湾曲して延びることが好ましい。

これにより、検知精度を確保しつつ、第１電極と第２電極を効率良く配置することができる。

本開示の力覚センサにおいては、静電容量検知部からの出力情報に基づいて操作部材へ加わった荷重の状況を検知する演算部を備えることが好ましい。

これにより、操作部材に加えられた荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を正確に算出することができる。

本開示の力覚センサにおいて、第２電極は、環状の第１電極の平面中心に関して対称となるように４つに分割されていることが好ましい。

これにより、種々の向きや範囲について荷重の状況を検知することが可能となる。

本開示の力覚センサにおいて、操作部材は、第２電極を覆うように基材に装着されることが好ましい。

これにより、操作部材に対する操作によって加わる荷重を複数の電極で検知できるため、複雑に加えられた荷重の状況を検知することができる。

本開示によると、操作部材に加えられた荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知できる力覚センサを提供することができる。

第１実施形態に係る力覚センサの構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る力覚センサの構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る力覚センサの機能ブロック図である。 第１実施形態に係る力覚センサの適用例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は第１実施形態に係る力覚センサに加えられた外力の方向を示す図である。 第２実施形態に係る力覚センサの構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る力覚センサの構成を示す平面図である。 第２実施形態に係る力覚センサの機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態に係る力覚センサについて図面を参照しつつ詳しく説明する。＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る力覚センサ１０の構成を示す断面図、図２は力覚センサ１０の構成を示す平面図、図３は力覚センサ１０の機能ブロック図である。図４は力覚センサ１０の適用例を示す図である。図１は、図２のＡ−Ａ'線における断面から見た正面図に対応する。操作部材１２は、図１においては破線で仮想的に示し、図２では省略している。各図には、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。Ｚ方向は上方向であり、Ｘ−Ｙ面はＺ方向に直交する面である。以下の説明において、Ｚ方向に沿って見た状態を平面視ということがある。

図１又は図２に示すように、第１実施形態に係る力覚センサ１０は基材１１を備え、基材１１上には、操作部材１２と、第１電極２０と、４つの第２電極３１、３２、３３、３４とが設けられている。

なお、第１実施形態では、第２電極が４つの例を示しているが、第２電極の数は２つ、３つ、又は、５つ以上でもよく、その数と配置は、力覚センサの仕様等に応じて任意に設定できる。

基材１１は、ガラス、プラスチック等からなる非導電性の板材であって、例えば回路基板であり、図３に示す演算部５１と制御部５２を構成する集積回路、これに接続される配線等が配置されている。制御部５２はインターフェース部を有しており、例えば演算部５１による演算結果を外部の表示装置５３へ与えて表示させる。

操作部材１２は、非導電性で弾性を有する材料、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの合成ゴムからなり、４つの第２電極３１、３２、３３、３４の上部をＺ方向上側から覆うように配置されており、Ｘ−Ｙ面方向の端部１２ａが基材１１に対して接着によって固定されている。操作部材１２は、その内面１２ｂが、４つの第２電極３１、３２、３３、３４の上部に接触する接触領域を構成する。

操作部材１２は、例えば図４に示すような人体モデルの指Ｆの表皮Ｆ１を構成する。この構成においては、基材１１や、基材１１上に固定された４つの第２電極３１、３２、３３、３４は、指Ｆの内部に配置される。

図２に示すように、第１電極２０は、平面中心２０ｃを中心とする環状の第１領域Ｒ１上において、第１領域Ｒ１と同一の１本の環をなすように基材１１の表面１１ａ上に設けられている。上記平面中心２０ｃは、平面視正方形の基材１１の中心と一致する。第１電極２０は、導電性材料で形成されている。第１電極２０は、例えば、薄板状の金属材料、例えばりん青銅を基材１１の表面１１ａ上に接着等によって固定したり、銅箔のエッチング、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）のスパッタリング、ＰＶＤ（物理気相成長）、ＣＶＤ（化学気相成長）によって形成される。

図１に示すように、第２電極３１は、その下部が基材１１の表面１１ａ上の第２領域Ｒ２上に固定されている。ここで、第２領域Ｒ２は、図２において斜線を付して示すように、環状の第１電極２０の径方向において、第１電極２０よりも内側、すなわち第１電極２０の平面中心２０ｃ側に配置されており、かつ、第１電極２０の円周方向において等角度間隔で４つに分割されている。第２電極３１は、第２領域Ｒ２のうち、Ｘ−Ｙ面の第２象限に対応する領域Ｒ２２と同一に重なるように配置されている。さらに、第２電極３１は、基材１１の表面１１ａから上へ延びており、第２電極３１の下部の外周面３１ａは第１電極２０の内周面２２に対向する。

第２電極３１は、導電性と弾性を有する材料、例えばりん青銅、導電性プラスチック、又は、導電性ゴムで構成される。または、弾性変形可能な絶縁性のプラスチックで形成され、第１電極２０に対向する部分に導電体が形成されていてもよい。第２電極３１は、その外側に位置する第１電極２０の上方に、上部（先端部）の端面３１ｃが位置するように湾曲されている。ここで、図１に示すように、前記端面３１ｃは、第１電極２０の径方向において、第１電極２０の外周面２１と内周面２２の中間の位置まで延びている。また、第２電極３１と第１電極２０は互いに離れており、かつ、第２電極３１に接触する操作部材１２に対する操作によって荷重が加えられると第２電極３１は弾性変形する。この弾性変形によって、第２電極３１と第１電極２０との距離が変化する。

第１電極２０と第２電極３１、３２、３３、３４は、一方が接地電位に設定され、他方が図４に示す静電容量検知部４１、４２、４３、４４に接続されている。

図３に示す第１実施形態では、第１電極２０が接地電位に設定され、第２電極３１、３２、３３、３４が静電容量検知部４１、４２、４３、４４にそれぞれ接続されている。

ただし、図６以下に基づいて後に説明する第２実施形態のように、４分割されている第１電極２０が、静電容量検知部４１、４２、４３、４４に個別に接続され、第２電極３１、３２、３３、３４が接地電位に設定されていてもよい。この場合に、第２電極を、変形可能な導電性材料で形成し、円周方向に連続するようにドーナツ状に形成することもできる。

第１実施形態では、図３に示すように、第２電極３１が静電容量検知部４１に接続されている。第２電極３１に荷重が加わっていないときは、第２電極３１からの検知出力は、第２電極３１と第１電極２０の初期の対向距離の寄生容量に応じた値となる。第２電極３１に荷重が加わって弾性変形すると、第２電極３１と第１電極２０との対向距離が変化し、対向距離の変化に応じて静電容量が変化する。静電容量検知部４１では、前記対向距離の変動に基づく静電容量の変化を、第２電極３１からの自己容量の変化出力として検知する。

第２電極３１以外の３つの第２電極３２、３３、３４も、第２電極３１と同様の構成を備え、Ｘ−Ｙ面の各象限のそれぞれに配置される。具体的には、図２に示すように、４つの第２電極３１、３２、３３、３４は、第１電極２０の平面中心２０ｃに関して互いに対称となるように、又は、平面中心２０ｃの周りに等角度間隔となるように、平面視環状の電極が４つに分割され、かつ、互いに離間された構成を備える。したがって、第２電極３１、３２、３３、３４は互いに電気的に導通していない。また、基材１１の表面１１ａに固定されている、それぞれの下部の外周面３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び内周面３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂは、第１電極２０の内周面２２にそれぞれ沿うように配置されている。

上記３つの第２電極３２、３３、３４も、第２電極３１と同様に、導電性と弾性を有する材料で構成され、それぞれが対向する位置の第１電極２０の上方に、上部の端面３２ｃ、３３ｃ、３４ｃがそれぞれ位置するように湾曲させている。第２電極３１と同様に、ほかの３つの第２電極３２、３３、３４のそれぞれと第１電極２０とは互いに離れて配置されている。操作部材１２に対する操作によって、操作部材１２に接触する第２電極３２、３３、３４に荷重が加えられると、第２電極３２、３３、３４はそれぞれ弾性変形し、この弾性変形によって、それぞれと第１電極２０との距離が変化する。この距離の変化に対応して、第２電極３２、３３、３４がそれぞれ接続される、静電容量検知部４２、４３、４４において、第２電極３１の弾性変形による静電容量の変化に対応する出力として検知される。ここで、第１電極２０の周方向における、第２電極３１、３２、３３、３４の相互の間隔や、弾性変形していない状態の第１電極２０と第２電極３１、３２、３３、３４との間隔は、用途、仕様などに応じて任意に設定できる。

図３に示すように、静電容量検知部４１、４２、４３、４４からの検知出力は、演算部５１にそれぞれ与えられる。演算部５１は、静電容量検知部４１、４２、４３、４４から与えられた出力情報に基づいて、操作部材１２へ加わった荷重の状況を検知する。

以上の構成の力覚センサ１０では、例えば図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すような外力によって加えられた荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知することができる。ここで、図５（Ａ）〜（Ｅ）は図１に対応する断面図であり、力覚センサ１０に加えられた外力の方向を示す図であり、操作部材１２の図示は省略している。図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すのは一部の例であり、これ以外の荷重、例えば、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す外力が組み合わさった力による荷重の状況も検知することができる。また、図５（Ａ）〜（Ｅ）についての以下の説明では、Ｚ方向が鉛直方向に沿うように力覚センサ１０を載置した場合を想定して述べるが、力覚センサ１０の載置方向はこれに限定されない。

まず、図５（Ａ）に示すように、操作部材１２（図５（Ａ）では不図示）を上方向から下向きに押したときは、４つの第２電極３１、３２、３３、３４のすべてに下向きの力Ｄ１が作用し、４つの第２電極３１、３２、３３、３４に、これらに対応する第１電極２０に向けて接近する弾性変形が生じる。また、操作部材１２を上方向と左方向から押しつぶそうとするような操作が行われると、前記力Ｄ１に加えて、水平方向の力としてＸ方向に沿った力Ｄ２が作用する。この場合には、平面視右側に位置する２つの第２電極３２、３３が、対応する第１電極２０に向けてさらに接近するように弾性変形が重畳される。あるいは、平面視左側に位置する第２電極３１、３４が、これらに対向する第１電極２０から離れるように変形する。このような弾性変形による、それぞれの第２電極３１、３２、３３、３４と第１電極２０との距離の変化に対応して、静電容量検知部４１、４２、４３、４４のそれぞれで検知される静電容量に変化が生じ、この変化に基づいて、演算部５１は操作部材１２へ加わった荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知することができる。

図５（Ｂ）では、左右両方向からの力として、Ｘ方向のプラス方向とマイナス方向に沿った２つの力Ｄ３、Ｄ４が示されている。このような外力が加わるようなケースとしては、操作部材１２を左右方向からつまむような動作が想定される。このような力Ｄ３、Ｄ４が同時に加わるような操作が行われたとき、４つの第２電極３１、３２、３３、３４のすべてにおいて、対応する第１電極２０からそれぞれ遠ざかるような弾性変形が生じる。このような弾性変形による第１電極２０との距離の変化に対応して、静電容量検知部４１、４２、４３、４４のそれぞれで検知される静電容量に変化が生じ、この変化に基づいて、演算部５１は操作部材１２へ加わった荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知することができる。

図５（Ｃ）では、左右両方向に沿った力として、Ｘ方向のマイナス方向とプラス方向に沿った２つの力Ｄ５、Ｄ６が示されている。このような外力が加わるようなケースとしては、操作部材１２を左右方向に広げるような動作が想定される。このような力Ｄ５、Ｄ６が同時に加わるような操作が行われたとき、４つの第２電極３１、３２、３３、３４のすべてにおいて、対応する第１電極２０にそれぞれ接近するような弾性変形が生じる。このような弾性変形による第１電極２０との距離の変化に対応して、静電容量検知部４１、４２、４３、４４のそれぞれで検知される静電容量に変化が生じ、この変化に基づいて、演算部５１は操作部材１２へ加わった荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知することができる。

図５（Ｄ）では、Ｘ−Ｙ面に平行な面内で回転する力Ｄ７が示されている。このような外力が加わるようなケースとしては、操作部材１２を、鉛直軸を中心にひねるような動作が想定される。または、操作部材１２に対して４つの第２電極３１、３２、３３、３４に順に押圧力が作用するような回転力が与えられる動作が想定される。このような力Ｄ７が加わるような操作が行われたとき、４つの第２電極３１、３２、３３、３４において、力Ｄ７による回転方向に応じて、対応する第１電極２０に接近又は遠ざかる弾性変形が順番に生じる。このような弾性変形による第１電極２０との距離の変化に対応して、静電容量検知部４１、４２、４３、４４のそれぞれで検知される静電容量に変化が生じ、この変化に基づいて、演算部５１は操作部材１２へ加わった荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知することができる。

図５（Ｅ）では、互いに異なる方向の力Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０が示されている。このような外力が加わるようなケースとしては、操作部材１２に対して、ひねりながら押す動作や、複数の指で異なる動きを与える動作などが想定される。このような力Ｄ８〜Ｄ１０が同時に加わるような操作が行われたとき、４つの第２電極３１、３２、３３、３４において、力Ｄ８〜Ｄ１０の方向に応じて、対応する第１電極２０に接近又は遠ざかる弾性変形が生じる。このような弾性変形による第１電極２０との距離の変化に対応して、静電容量検知部４１、４２、４３、４４のそれぞれで検知される静電容量に変化が生じ、この変化に基づいて、演算部５１は操作部材１２へ加わった荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知することができる。

なお、上述の図５（Ａ）〜（Ｅ）に関する説明において、４つの第２電極が弾性変形すると述べたが、弾性変形するのが３つ以下の第２電極であっても、操作部材１２へ加わった荷重の状況を検知することができる。

以上のように構成されたことから、第１実施形態の力覚センサによれば、操作部材１２に加えられた荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を精度良く検知することができる。

第１電極２０は基材１１上において１つの環状をなしており、４つの第２電極３１、３２、３３、３４は、第１電極２０の環の内側において基材１１に固定され、さらに、第１電極２０の上方へ湾曲して延びている。この構成により、検知精度を確保しつつ、第１電極２０と第２電極３１、３２、３３、３４を効率良く配置することができる。

第１電極２０の平面中心２０ｃに関して対称となるように４つの第２電極３１、３２、３３、３４を分割配置している。このため、種々の向きや範囲について荷重の状況を検知することが可能となる。

４つの第２電極３１、３２、３３、３４を覆うように、操作部材１２を基材１１に装着しているため、操作部材１２に対する操作によって加わる荷重を４つの第２電極で検知できるようになることから、複雑に加えられた荷重の状況を検知することができる。

また、操作部材１２が弾性を有することにより、操作者にリアルな感触を与えつつ、加えられた荷重の状況を精度良く検知することができる。

以下に変形例について説明する。

上記第１実施形態では、第１領域Ｒ１に第１電極２０を設け、第１領域Ｒ１よりも内側の第２領域Ｒ２に第２電極３１、３２、３３、３４を設けていたが、これに代えて、第１電極の外側に４つの第２電極を設け、第２電極の先端部が第１電極の上方へ至るように湾曲させる構成も可能である。

また、第１実施形態では、第１電極２０を接地させ、第２電極３１、３２、３３、３４の変形によって変化する静電容量（自己容量）を検知していたが、これに代えて、前述のように、第１電極２０を駆動電極とするとともに、第２電極３１、３２、３３、３４を検知電極とする構成も可能である。この構成では、駆動電極と検知電極にそれぞれ所定の波形の電流を印加し、第２電極の変形によって変化する、駆動電極と検知電極の間の相互容量の変化を検知する。

＜第２実施形態＞
つづいて、第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４のそれぞれに対応するように第１電極も４つに分割しており、さらに、第２電極１３１、１３２、１３３、１３４を導通板１３５で互いに導通させている点が第１実施形態と異なる。第２実施形態においては、第１実施形態と同様の構成については、その詳細な説明は省略する。

図６は第２実施形態に係る力覚センサ１１０の構成を示す断面図、図７は力覚センサ１１０の構成を示す平面図、図８は力覚センサ１１０の機能ブロック図である。図６は、図７のＢ−Ｂ'線における断面から見た正面図に対応する。操作部材１１２は、図６においては破線で仮想的に示し、図７では省略している。図６と図７には、図１、図２、及び図５と同様に、基準座標としてＸ−Ｙ−Ｚ座標が示されている。

図６又は図７に示すように、第２実施形態に係る力覚センサ１１０は基材１１１を備え、基材１１１上には、操作部材１１２と、４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４と、４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４と、導通板１３５とが設けられている。

基材１１１は、第１実施形態の基材１１と同様の構成を有する。この基材１１１には、図８に示す演算部１５１と制御部１５２を構成する集積回路、これに接続される配線等が配置されている。制御部１５２はインターフェース部を有しており、例えば演算部１５１による演算結果を外部の表示装置１５３へ与えて表示させる。

操作部材１１２は、第１実施形態の操作部材１２と同様の構成を有する。この操作部材１１２は、４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４の上部をＺ方向上側から覆うように配置されており、Ｘ−Ｙ面方向の端部１１２ａが基材１１１に対して接着によって固定されている。操作部材１１２は、その内面１１２ｂが、４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４の上部に接触する接触領域を構成する。

図７に示すように、４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４は、平面中心１２０ｃを中心とする環状の第１領域Ｒ１１上において、等角度間隔で４つに分割され、平面中心１２０ｃに関して互いに対称に配置されている。上記平面中心１２０ｃは、平面視正方形の基材１１１の中心と一致する。これらの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４は、第１実施形態の第１電極２０と同様に導電性材料で形成される。

４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４は、第１実施形態の第２電極３１、３２、３３、３４と同様の構成であり、下部が基材１１１の表面１１１ａ上の第２領域Ｒ１２上に固定されている。第２領域Ｒ１２は、図７において斜線を付して示すように、環状の４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４の径方向において、４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４よりも内側に配置されており、かつ、４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４のそれぞれに対向するように、円周方向において等角度間隔で４つに分割されている。

４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４は、その外側に位置する４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４の上方に、上部（先端部）の端面１３１ｃ、１３２ｃ、１３３ｃ、１３４ｃがそれぞれ位置するように湾曲されている。図６に一部を示すように、前記端面１３１ｃ、１３２ｃ、１３３ｃ、１３４ｃは、４つの第１電極１２１、１２２、１２３、１２４の径方向において、対応する第１電極の外周面１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２４ａと内周面１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ、１２４ｂとの中間の位置まで延びている。また、第２電極１３１、１３２、１３３、１３４と、それぞれに対応する第１電極１２１、１２２、１２３、１２４とは互いに離れており、操作部材１１２に対する操作によって、これに接触する第２電極１３１、１３２、１３３、１３４に荷重が加えられると、第２電極１３１、１３２、１３３、１３４はそれぞれ弾性変形する。この弾性変形によって、各第２電極と、それぞれに対応する第１電極１２１、１２２、１２３、１２４との距離が変化する。

基材１１１の平面中心には、同心状に、円板状の導通板１３５が設けられている。導通板１３５は、４つの第２電極１３１、１３２、１３３、１３４の内周面１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ、１３４ｂと電気的に導通するように設けられており、不図示の配線によって接地される。導通板１３５は、導電性材料で形成され、例えば、薄板状の金属材料、例えばりん青銅を基材１１１の表面１１１ａ上に接着等によって固定したり、銅箔のエッチング、ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）のスパッタリング、ＰＶＤ（物理気相成長）、ＣＶＤ（化学気相成長）によって形成される。また、第２電極１３１、１３２、１３３、１３４と導通板１３５とを成形によって一体に製造してもよい。

図８に示すように、第１電極１２１、１２２、１２３、１２４は、静電容量検知部１４１、１４２、１４３、１４４にそれぞれ接続されている。第２電極１３１、１３２、１３３、１３４に荷重が加わっていないときは、対応する第１電極１２１、１２２、１２３、１２４との間の寄生容量に応じて、第１電極１２１、１２２、１２３、１２４のそれぞれに電流が流れる。ここで、第２電極１３１、１３２、１３３、１３４のいずれかに荷重が加わって弾性変形すると、変形した第２電極と、これに対応する第１電極の距離が変化するため、この距離の変化に応じて静電容量（自己容量）が変化し、これにより、その第１電極に流れる電流も変化する。第１電極に対応する静電容量検知部では、第２電極の弾性変形による電流の変化を静電容量の変化として検知する。静電容量検知部１４１、１４２、１４３、１４４からの出力は、演算部１５１にそれぞれ与えられる。演算部１５１は、静電容量検知部１４１、１４２、１４３、１４４から与えられた出力情報に基づいて、操作部材１１２へ加わった荷重の状況を検知する。

なお、その他の構成、作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る力覚センサは、操作部材に加えられた荷重の向き・大きさ・範囲・分布などの状況を検知できる点で有用である。

本国際出願は２０１７年３月２５日に出願された日本国特許出願２０１７−０６０２４２号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容をここに援用する。

１０ 力覚センサ
１１ 基材
１２ 操作部材
２０ 第１電極
２０ｃ 平面中心
３１、３２、３３、３４ 第２電極
４１、４２、４３、４４ 静電容量検知部
５１ 演算部
５２ 制御部
５３ 表示装置
１１０ 力覚センサ
１１１ 基材
１１２ 操作部材
１２０ｃ 平面中心
１２１、１２２、１２３、１２４ 第１電極
１３１、１３２、１３３、１３４ 第２電極
１３５ 導通板
１４１、１４２、１４３、１４４ 静電容量検知部
１５１ 演算部
１５２ 制御部
１５３ 表示装置
Ｒ１、Ｒ１１ 第１領域
Ｒ２、Ｒ１２ 第２領域

Claims (4)

1. 基材と、
   前記基材上の第１領域に固定された第１電極と、
   前記基材において前記第１領域と異なる第２領域に固定され、前記第１電極よりも高い位置まで延びる第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間の距離に対応する静電容量を検知する静電容量検知部と、
   前記第２電極と接触する接触領域を有する操作部材とを備え、
   前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方は複数設けられ、
   前記第２電極は、前記操作部材に対する操作によって荷重が加えられると弾性変形を生じ、この弾性変形によって前記第２電極と前記第１電極との距離が変化するとともに、前記第１電極は前記基材上において１つの環状をなしており、前記第２電極は、前記第１電極の環の内側において前記基材に固定され、さらに、前記第１電極の上方へ湾曲して延びることを特徴とする力覚センサ。
2. 前記静電容量検知部からの出力情報に基づいて前記操作部材へ加わった荷重の状況を検知する演算部を備える請求項１に記載の力覚センサ。
3. 前記第２電極は、環状の前記第１電極の平面中心に関して対称となるように４つに分割されている請求項１に記載の力覚センサ。
4. 前記操作部材は、前記第２電極を覆うように前記基材に装着される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の力覚センサ。
   

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