JPH06323933A - Force detection device - Google Patents

Force detection device

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JPH06323933A
JPH06323933A JP5132566A JP13256693A JPH06323933A JP H06323933 A JPH06323933 A JP H06323933A JP 5132566 A JP5132566 A JP 5132566A JP 13256693 A JP13256693 A JP 13256693A JP H06323933 A JPH06323933 A JP H06323933A
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displacement
substrate
fixed
electrode
auxiliary
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Kazuhiro Okada
和廣 岡田
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Abstract

PURPOSE:To provide a force detection device which can be mass-produced at comparatively low costs without requiring a high-degree machining operation. CONSTITUTION:A displacement board 20 as a disk-shaped board is arranged at the upper part of a disk-shaped fixed board 10. Fixed electrode layers E1 to E5 are formed on the surface of the fixed board 10, and displacement electrode layers F1 to F5 are formed on the rear surface of the displacement board 20. A disk-shaped filmlike rubber 30 is interposed and inserted between the fixed electrode layers E1 to E5 and the displacement electrode layers F1 to F5. A doughnut disk-shaped filmlike rubber 40 is arranged also on the surface of the displacement board 20. A device as a whole is surrounded by a cylindrical side-part enclosure 50, and it is fixed in a state that pressure claws 51 have pressed the filmlike rubber 40 downward.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は力検出装置、特に、作用
した力を静電容量の変化を利用して検出する力検出装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force detecting device, and more particularly to a force detecting device for detecting an applied force by utilizing a change in capacitance.

【0002】[0002]

【従来の技術】作用した力を電気信号として検出する力
検出装置は、産業機械をはじめとする種々の機械で利用
されている。特に、近年では、作用した力を多次元方向
成分ごとに検出することができる装置の需要が高まって
きている。このように、多次元方向成分についての力検
出を行うことができ、しかも構造が比較的単純な力検出
装置として、静電容量素子を用いた装置が提案されてい
る。
2. Description of the Related Art A force detecting device for detecting an applied force as an electric signal is used in various machines including industrial machines. In particular, in recent years, there has been an increasing demand for a device capable of detecting the applied force for each multidimensional component. As described above, a device using a capacitance element has been proposed as a force detection device capable of performing force detection for multidimensional direction components and having a relatively simple structure.

【0003】たとえば、特開平4−148833号公報
には、2枚の基板を向かい合わせて配置し、各基板の対
向面に複数の電極を配置することにより複数組の静電容
量素子を形成した力検出装置が開示されている。一方の
基板は、検出対象となる力の作用により撓みを生じるよ
うな構造となっている。力の作用によってこの基板に撓
みが生じると、各静電容量素子の静電容量が、作用した
力の方向に基づいて変化することになる。そこで、これ
らの静電容量素子の静電容量の変化を利用して、XYZ
三次元座標系において作用した力を各座標軸方向成分ご
とに検出することができる。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-148833, two substrates are arranged facing each other, and a plurality of electrodes are arranged on opposite surfaces of each substrate to form a plurality of sets of capacitance elements. A force detection device is disclosed. One of the substrates has a structure in which it is bent by the action of a force to be detected. When the substrate is bent by the action of force, the capacitance of each capacitance element changes based on the direction of the applied force. Therefore, by utilizing the change in capacitance of these capacitance elements, XYZ
The force acting in the three-dimensional coordinate system can be detected for each coordinate axis direction component.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した静電容量素子
を利用した力検出装置において、検出精度を左右する重
要な要素は、静電容量素子を形成する一対の電極の距離
と平行度である。電極間距離は、静電容量を直接的に変
化させる重要な要素であるため、この電極間距離に製品
ごとのばらつきが生じていると、製品ごとの感度にばら
つきが生じてしまうことになり、精度良い検出値を得る
ことができなくなる。また、電極対の平行度が失われる
と、一方向成分の検出値へ他軸方向成分の干渉が生じる
という弊害が生じる。
In the force detecting device using the electrostatic capacitance element described above, an important factor that influences the detection accuracy is the distance and parallelism between a pair of electrodes forming the electrostatic capacitance element. . Since the inter-electrode distance is an important element that directly changes the electrostatic capacitance, if the inter-electrode distance varies from product to product, the sensitivity from product to product also varies, It becomes impossible to obtain an accurate detection value. Further, when the parallelism of the electrode pair is lost, there is a problem that the detection value of the one-direction component interferes with the other-axis direction component.

【0005】このような理由から、精度良い検出装置を
実現するためには、製品ごとにばらつきのない一定の電
極間距離を確保し、しかも両電極の平行度を保つ必要が
ある。ところが、電極間距離の精度や平行度を向上させ
るためには、厳しい機械的加工精度が要求される。この
ため、製造コストが高騰してしまう結果になる。
For these reasons, in order to realize a highly accurate detection device, it is necessary to secure a constant distance between the electrodes for each product and to maintain the parallelism of both electrodes. However, in order to improve the accuracy of the distance between the electrodes and the parallelism, strict mechanical processing accuracy is required. As a result, the manufacturing cost increases.

【0006】最近では、この種の力検出装置の需要は、
産業機械だけにとどまらず、コンピュータ関連機器の入
力装置としての需要も高まってきている。たとえば、家
庭向けの遊戯用コンピュータでは、ゲームソフトウエア
に用いるためのいわゆる「ジョイスティック」なる入力
機器が利用されている。このような家電製品の付属品と
して利用される機器には、低コストで量産できるという
条件が非常に重要になるため、高度な機械加工を必要と
する従来の静電容量型の力検出装置は不適当である。
Recently, the demand for this type of force detecting device has been
Demand is increasing not only for industrial machines but also as input devices for computer-related equipment. For example, in a home-use game computer, an input device called a "joystick" for use in game software is used. For devices used as accessories for such home appliances, the condition that mass production is possible at low cost is very important, so conventional capacitive force sensing devices that require advanced machining are Inappropriate.

【0007】そこで本発明は、高度な機械加工を必要と
せず、比較的低コストで量産できる力検出装置を提供す
ることを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a force detecting device which does not require high-level machining and can be mass-produced at a relatively low cost.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1) 本願第1の発明は、装置筐体に固定されるか又は
装置筐体の一部をなす固定基板と、この固定基板の上方
に所定の距離を保って対向するように配置された変位基
板と、固定基板の上面に形成された固定電極と、変位基
板の下面の固定電極に対向する位置に形成された変位電
極と、固定電極と変位電極との間に介挿され、弾力性を
もった材料から構成される第1の弾性体と、変位基板の
上面に設けられ、弾力性をもった材料から構成される第
2の弾性体と、第2の弾性体を、その上面が固定基板に
対して所定の距離を保つように支持する支持部材と、変
位基板に対して力を作用させるための作用体と、により
力検出装置を構成したものである。
(1) The first invention of the present application is arranged so as to face a fixed substrate fixed to the apparatus casing or forming a part of the apparatus casing, above the fixed substrate and keeping a predetermined distance. The displacement substrate, the fixed electrode formed on the upper surface of the fixed substrate, the displacement electrode formed on the lower surface of the displacement substrate at a position facing the fixed electrode, and the elastic electrode inserted between the fixed electrode and the displacement electrode. A first elastic body made of a material having a material, a second elastic body provided on the upper surface of the displacement substrate and made of a material having elasticity, and a second elastic body having an upper surface A force detection device is configured by a support member that supports a fixed substrate so as to maintain a predetermined distance, and an action body that applies a force to the displacement substrate.

【0009】(2) 本願第2の発明は、装置筐体に固定
されるか又は装置筐体の一部をなす固定基板と、この固
定基板の上方に所定の距離を保って対向するように配置
された変位基板と、固定基板の上面に形成された複数の
固定電極と、変位基板の下面の各固定電極のそれぞれに
対向する位置に形成された複数の変位電極と、各固定電
極と各変位電極との間に介挿され、弾力性をもった材料
から構成される第1の弾性板状部材と、変位基板の上面
周囲部分に設けられ、弾力性をもった材料から構成され
る第2の弾性板状部材と、第2の弾性板状部材を、その
上面が固定基板に対して所定の距離を保つように支持す
る支持部材と、変位基板の上面中央部分に取り付けら
れ、変位基板に対して力を作用させるための作用体と、
により力検出装置を構成したものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, a fixed substrate fixed to the device casing or forming a part of the device casing faces a fixed substrate above the fixed substrate at a predetermined distance. The displacement substrate arranged, a plurality of fixed electrodes formed on the upper surface of the fixed substrate, a plurality of displacement electrodes formed on the lower surface of the displacement substrate at positions facing the respective fixed electrodes, each fixed electrode and each A first elastic plate member interposed between the displacement electrode and made of an elastic material, and a first elastic plate member provided at a peripheral portion of the upper surface of the displacement substrate and made of an elastic material. No. 2 elastic plate-shaped member, a support member for supporting the second elastic plate-shaped member so that its upper surface keeps a predetermined distance from the fixed substrate, and a displacement substrate attached to the central portion of the upper surface of the displacement substrate. An action body for exerting a force on
The force detection device is configured by the above.

【0010】(3) 本願第3の発明は、上述の第2の発
明に係る力検出装置において、支持部材を、固定基板の
周囲部分から上方に伸びるように形成された側部筐体
と、この側部筐体の上端から中心に向かってほぼ水平に
伸びるように形成された押圧爪と、によって構成し、押
圧爪によって第2の弾性板状部材を固定基板に対して押
圧しながら支持できるようにしたものである。
(3) A third invention of the present application is the force detection device according to the above-mentioned second invention, wherein a supporting member is formed so as to extend upward from a peripheral portion of the fixed substrate, And a pressing claw formed to extend substantially horizontally from the upper end of the side housing toward the center, and the pressing claw can support the second elastic plate member while pressing it against the fixed substrate. It was done like this.

【0011】(4) 本願第4の発明は、上述の第2の発
明に係る力検出装置において、固定基板の上面に対して
平行な平面上でX軸およびY軸が交わるようなXYZ三
次元座標系を定義し、第1の固定電極および第1の変位
電極をX軸の正の領域に配置し、第2の固定電極および
第2の変位電極をX軸の負の領域に配置し、第3の固定
電極および第3の変位電極をY軸の正の領域に配置し、
第4の固定電極および第4の変位電極をY軸の負の領域
に配置し、第5の固定電極および第5の変位電極を原点
に対応する位置に配置したものである。
(4) The fourth invention of the present application is, in the force detecting device according to the above-mentioned second invention, XYZ three-dimensional such that the X axis and the Y axis intersect on a plane parallel to the upper surface of the fixed substrate. Defining a coordinate system, arranging the first fixed electrode and the first displacement electrode in the positive region of the X-axis, the second fixed electrode and the second displacement electrode in the negative region of the X-axis, The third fixed electrode and the third displacement electrode are arranged in the positive region of the Y axis,
The fourth fixed electrode and the fourth displacement electrode are arranged in the negative region of the Y axis, and the fifth fixed electrode and the fifth displacement electrode are arranged at the positions corresponding to the origin.

【0012】(5) 本願第5の発明は、装置筐体に固定
されるか又は装置筐体の一部をなす固定基板と、この固
定基板の上方に所定の距離を保って対向するように配置
された変位基板と、この変位基板の上方に所定の距離を
保って対向するように配置され、中央部に貫通孔が形成
された上蓋基板と、固定基板の上面に形成された複数の
固定電極と、変位基板の下面の各固定電極のそれぞれに
対向する位置に形成された複数の変位電極と、変位基板
の上面に形成された複数の補助変位電極と、上蓋基板の
下面の各補助変位電極のそれぞれに対向する位置に形成
された複数の補助固定電極と、各固定電極と各変位電極
との間に介挿され、弾力性をもった材料から構成される
第1の弾性板状部材と、各補助固定電極と各補助変位電
極との間に介挿され、弾力性をもった材料から構成さ
れ、中央部に貫通孔を有する第2の弾性板状部材と、上
蓋基板を固定基板に対して押圧しながら支持する支持部
材と、上蓋基板の貫通孔および第2の弾性板状部材の貫
通孔を挿通して変位基板の上面中央部分に取り付けら
れ、変位基板に対して力を作用させるための作用体と、
によって力検出装置を構成したものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, a fixed substrate fixed to the apparatus casing or forming a part of the apparatus casing faces a fixed substrate above the fixed substrate at a predetermined distance. The displacement substrate arranged, the upper substrate which is disposed above the displacement substrate so as to face each other with a predetermined distance and has a through hole formed in the central portion, and a plurality of fixed members formed on the upper surface of the fixed substrate. Electrodes, a plurality of displacement electrodes formed on the lower surface of the displacement substrate at positions facing the respective fixed electrodes, a plurality of auxiliary displacement electrodes formed on the upper surface of the displacement substrate, and respective auxiliary displacements on the lower surface of the upper lid substrate A plurality of auxiliary fixed electrodes formed at positions facing each of the electrodes, and a first elastic plate-shaped member interposed between each fixed electrode and each displacement electrode and made of a material having elasticity. , And is inserted between each auxiliary fixed electrode and each auxiliary displacement electrode, A second elastic plate member made of a material having elasticity and having a through hole in the central portion, a support member for supporting the upper lid substrate while pressing it against the fixed substrate, a through hole of the upper lid substrate, and An action body that is attached to the central portion of the upper surface of the displacement substrate through the through hole of the elastic plate member 2 and applies a force to the displacement substrate;
The force detecting device is configured by the above.

【0013】(6) 本願第6の発明は、上述の第5の発
明に係る力検出装置において、支持部材を、固定基板の
周囲部分から上方に伸びるように形成された側部筐体
と、この側部筐体の上端から中心に向かってほぼ水平に
伸びるように形成された押圧爪と、によって構成し、押
圧爪によって上蓋基板を固定基板に対して押圧しながら
支持できるようにしたものである。
(6) A sixth invention of the present application is the force detecting device according to the fifth invention, wherein a supporting member is formed so as to extend upward from a peripheral portion of the fixed substrate, A pressure claw formed to extend substantially horizontally from the upper end of the side case toward the center, and the pressure claw allows the upper cover substrate to be supported while being pressed against the fixed substrate. is there.

【0014】(7) 本願第7の発明は、上述の第5の発
明に係る力検出装置において、固定基板の上面に対して
平行な平面上でX軸およびY軸が交わるようなXYZ三
次元座標系を定義し、第1の固定電極、第1の変位電
極、第1の補助変位電極、および第1の補助固定電極
を、それぞれX軸の正の領域に配置し、第2の固定電
極、第2の変位電極、第2の補助変位電極、および第2
の補助固定電極を、それぞれX軸の負の領域に配置し、
第3の固定電極、第3の変位電極、第3の補助変位電
極、および第3の補助固定電極を、それぞれY軸の正の
領域に配置し、第4の固定電極、第4の変位電極、第4
の補助変位電極、および第4の補助固定電極を、それぞ
れX軸の負の領域に配置し、第5の固定電極、第5の変
位電極、第5の補助変位電極、および第5の補助固定電
極を、それぞれ原点に対応する位置に配置したものであ
る。
(7) A seventh invention of the present application is the force detecting apparatus according to the fifth invention, wherein the X-axis and the Y-axis intersect on a plane parallel to the upper surface of the fixed substrate. A coordinate system is defined, and the first fixed electrode, the first displacement electrode, the first auxiliary displacement electrode, and the first auxiliary fixed electrode are respectively arranged in the positive region of the X axis, and the second fixed electrode is arranged. A second displacement electrode, a second auxiliary displacement electrode, and a second
The auxiliary fixed electrodes of are arranged in the negative region of the X-axis,
The third fixed electrode, the third displacement electrode, the third auxiliary displacement electrode, and the third auxiliary fixed electrode are arranged in the positive region of the Y axis, and the fourth fixed electrode and the fourth displacement electrode are arranged. , 4th
The auxiliary displacement electrode and the fourth auxiliary fixed electrode are respectively arranged in the negative region of the X axis, and the fifth fixed electrode, the fifth displaced electrode, the fifth auxiliary displaced electrode, and the fifth auxiliary fixed The electrodes are arranged at positions corresponding to the origin.

【0015】(8) 本願第8の発明は、上述の第2〜7
のいずれかの発明に係る力検出装置において、複数の固
定電極または複数の変位電極のいずれか一方を、単一の
電極層によって構成したものである。
(8) The eighth invention of the present application is the above-mentioned second to seventh inventions.
In the force detection device according to any one of the present inventions, any one of the plurality of fixed electrodes or the plurality of displacement electrodes is configured by a single electrode layer.

【0016】(9) 本願第9の発明は、上述の第8の発
明に係る力検出装置において、固定基板または変位基板
を導電性材料によって構成し、この基板自身を単一の電
極層として用いるようにしたものである。
(9) The ninth invention of the present application is the force detecting device according to the eighth invention, wherein the fixed substrate or the displacement substrate is made of a conductive material, and the substrate itself is used as a single electrode layer. It was done like this.

【0017】(10) 本願第10の発明は、上述の第5
〜7のいずれかの発明に係る力検出装置において、複数
の補助変位電極または複数の補助固定電極のいずれか一
方を、単一の電極層によって構成したものである。
(10) The tenth invention of the present application is the above-mentioned fifth invention.
In the force detection device according to any one of the inventions 1 to 7, any one of the plurality of auxiliary displacement electrodes or the plurality of auxiliary fixed electrodes is configured by a single electrode layer.

【0018】(11) 本願第11の発明は、上述の第1
0の発明に係る力検出装置において、変位基板または上
蓋基板を導電性材料によって構成し、この基板自身を単
一の電極層として用いるようにしたものである。
(11) The eleventh invention of the present application is the above-mentioned first invention.
In the force detection device according to the invention of No. 0, the displacement substrate or the upper lid substrate is made of a conductive material, and the substrate itself is used as a single electrode layer.

【0019】[0019]

【作 用】静電容量の変化を利用する力検出装置では、
一対の基板の対向面にそれぞれ電極が形成され、向かい
合った電極により静電容量素子が形成される。本発明の
特徴は、この向かい合った電極間に弾性体を挿入するよ
うにした点にある。平板状の弾性体を用いるようにすれ
ば、一方の電極は弾性体の下面に接触し、他方の電極は
弾性体の上面に接触した状態で支持されるようになる。
このため、両電極間の距離は板状弾性体の厚みによって
支配され、両電極の平行度は板状弾性体の上下両面の平
行度によって支配される。一定の厚みをもち、上下両面
が平行な板状弾性体を量産することは比較的容易である
ので、精度良い力検出装置を低コストで量産することが
可能になる。
[Operation] In a force detection device that uses changes in capacitance,
Electrodes are formed on the opposing surfaces of the pair of substrates, respectively, and the opposing electrodes form a capacitance element. The feature of the present invention resides in that an elastic body is inserted between the electrodes facing each other. If a flat plate-shaped elastic body is used, one of the electrodes is supported in contact with the lower surface of the elastic body and the other electrode is in contact with the upper surface of the elastic body.
Therefore, the distance between both electrodes is governed by the thickness of the plate-like elastic body, and the parallelism between both electrodes is governed by the parallelism between the upper and lower surfaces of the plate-like elastic body. Since it is relatively easy to mass-produce a plate-shaped elastic body having a constant thickness and parallel to each other on the upper and lower sides, it is possible to mass-produce an accurate force detection device at low cost.

【0020】また、変位基板は第2の弾性体を介して固
定基板に対して支持される。別言すれば、変位基板は、
下方からは第1の弾性体により支持され、上方からは第
2の弾性体により支持された状態となっている。このよ
うに、上下から弾性体によって支持されている変位基板
に作用体からの力が加わると、弾性体の弾性変形によ
り、変位基板はある程度の自由度をもって変位すること
が可能になる。そして、この変位は静電容量の変化とし
て電気的に検出され、結果的に、作用した力を検出する
ことが可能になる。また、変位基板は上下から支持され
ているため、作用体から過度の力が加わったとしても、
変位量は一定の範囲内に制限される。したがって、過負
荷に対するストッパーとしての機能が備わることにな
る。
The displacement substrate is supported by the fixed substrate via the second elastic body. In other words, the displacement board
The lower elastic member is supported by the first elastic body and the upper elastic member is supported by the second elastic body. In this way, when a force from the acting body is applied to the displacement substrate supported by the elastic body from above and below, the displacement substrate can be displaced with a certain degree of freedom due to the elastic deformation of the elastic body. Then, this displacement is electrically detected as a change in capacitance, and as a result, it is possible to detect the applied force. Further, since the displacement substrate is supported from above and below, even if excessive force is applied from the acting body,
The displacement amount is limited within a certain range. Therefore, a function as a stopper against overload is provided.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。図1は本発明の一実施例に係る力検出装置の側
断面図、図2はこの装置の上面図である。固定基板10
は、円盤状の基板であり、この装置の筐体の一部をな
す。この固定基板10の上方には、同じく円盤状の基板
である変位基板20が配置されている。固定基板10の
上面には、5枚の固定電極層E1〜E5が形成され、変
位基板20の下面には、5枚の変位電極層F1〜F5が
形成されている(図1には、これら電極層の一部のみが
現れている)。また、固定電極層E1〜E5と変位電極
層F1〜F5との間には、弾性板状部材30が介挿され
ている。この弾性板状部材30は、弾力性をもった材料
から構成された円盤状の板である。変位基板20の上面
には、もうひとつの弾性板状部材40が配置されてい
る。この弾性板状部材40も弾力性をもった材料から構
成されているが、図2に示されているように、変位基板
20の上面周囲部分に配置できるようにいわゆるドーナ
ツ盤状をしている。
The present invention will be described below based on illustrated embodiments. FIG. 1 is a side sectional view of a force detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of this device. Fixed substrate 10
Is a disk-shaped substrate and forms a part of the housing of this device. A displacement substrate 20, which is also a disc-shaped substrate, is arranged above the fixed substrate 10. Five fixed electrode layers E1 to E5 are formed on the upper surface of the fixed substrate 10, and five displacement electrode layers F1 to F5 are formed on the lower surface of the displacement substrate 20 (in FIG. 1, these are shown). Only part of the electrode layer is visible). An elastic plate member 30 is interposed between the fixed electrode layers E1 to E5 and the displacement electrode layers F1 to F5. The elastic plate member 30 is a disk-shaped plate made of a material having elasticity. Another elastic plate member 40 is arranged on the upper surface of the displacement substrate 20. This elastic plate member 40 is also made of a material having elasticity, but as shown in FIG. 2, it has a so-called donut disk shape so that it can be arranged on the peripheral portion of the upper surface of the displacement substrate 20. .

【0022】更に、これら変位基板20、弾性板状部材
30、弾性板状部材40の周囲を囲むように、円筒状の
側部筐体50が設けられている。この側部筐体50の下
端は固定基板10の上面に固着されており、また、上端
には押圧爪51が形成されており、この押圧爪51によ
って弾性板状部材40を固定基板10に対して押圧する
力が加えられている。すなわち、図1の側断面図におい
て、弾性板状部材40は押圧爪51によって図の下方に
押し付けられている。このため、弾性板状部材30およ
び弾性板状部材40には、常に、厚み方向に対して圧力
が加わった状態となっている。また、変位基板20の上
面中央部から上方に向けて、作用体60が取り付けられ
ている。この作用体60は、円柱状をした棒状の部材で
あり、外部から与えられる力を変位基板20へ伝達する
機能を果たす。なお、弾性板状部材40、側部筐体5
0、作用体60の平面的な位置関係は、図2の上面図に
明瞭に示されている(図2において、側部筐体50は一
部を切り欠いた状態で示されている)。
Further, a cylindrical side case 50 is provided so as to surround the displacement board 20, the elastic plate member 30, and the elastic plate member 40. The lower end of the side casing 50 is fixed to the upper surface of the fixed substrate 10, and the upper end is formed with a pressing claw 51. The pressing claw 51 moves the elastic plate member 40 to the fixed substrate 10. Force is applied. That is, in the side sectional view of FIG. 1, the elastic plate member 40 is pressed downward by the pressing claws 51. Therefore, the elastic plate member 30 and the elastic plate member 40 are always in a state in which pressure is applied in the thickness direction. Further, the action body 60 is attached from the center of the upper surface of the displacement substrate 20 upward. The acting body 60 is a cylindrical rod-shaped member, and has a function of transmitting a force applied from the outside to the displacement substrate 20. The elastic plate member 40 and the side housing 5
0, the planar positional relationship of the acting body 60 is clearly shown in the top view of FIG. 2 (in FIG. 2, the side case 50 is shown with a part cut away).

【0023】本明細書では、図1に示すように、作用体
60の上端の中心位置に作用点Pを定義し、この作用点
Pに作用した力を検出する動作について説明を行うこと
にする。ここでは、説明の便宜上、図1および図2に一
点鎖線で示すような3つの座標軸XYZを定め、作用点
Pを原点とするXYZ三次元座標系を定義する。この力
検出装置は、作用点Pに作用した力のX軸方向成分F
x、Y軸方向成分Fy、Z軸方向成分Fzをそれぞれ別
個に検出することが可能である。
In this specification, as shown in FIG. 1, the action point P is defined at the center position of the upper end of the action body 60, and the operation of detecting the force acting on this action point P will be described. . Here, for convenience of description, three coordinate axes XYZ as shown by the one-dot chain lines in FIGS. 1 and 2 are defined, and an XYZ three-dimensional coordinate system having the point of action P as the origin is defined. This force detecting device uses the X-axis direction component F of the force acting on the action point P.
It is possible to separately detect the x-axis direction component Fy and the Z-axis direction component Fz.

【0024】このような各軸方向成分ごとの検出を行う
ためには、特有の電極配置を行う必要がある。図3は、
固定基板10の上面に形成された5枚の固定電極層E1
〜E5の形状および配置を示す図である。固定電極層E
1〜E4は、いずれも扇形をした電極層であり、それぞ
れ、X軸の正の領域および負の領域、ならびにY軸の正
の領域および負の領域に配置されている。また、固定電
極層E5は、円形をした電極層であり、原点に対応する
領域に配置されている。一方、図4は、変位基板20の
下面に形成された5枚の変位電極層F1〜F5の形状お
よび配置を示す図である。変位電極層F1〜F4は、い
ずれも扇形をした電極層であり、それぞれ、X軸の正の
領域および負の領域、ならびにY軸の正の領域および負
の領域に配置されている。また、変位電極層F5は、円
形をした電極層であり、原点に対応する領域に配置され
ている。結局、固定電極層E1〜E5と、変位電極層F
1〜F5とは、互いに対向する位置に配置されているこ
とになる。ここでは、これら5組の対向する電極層対に
よって構成される静電容量素子を、それぞれ容量素子C
1〜C5と呼ぶことにする。たとえば、固定電極層E1
とこれに対向する変位電極層F1とによって構成される
静電容量素子は、容量素子C1と呼ばれることになる。
In order to perform such detection for each axial component, it is necessary to perform a specific electrode arrangement. Figure 3
Five fixed electrode layers E1 formed on the upper surface of the fixed substrate 10.
It is a figure which shows the shape and arrangement of E5. Fixed electrode layer E
1 to E4 are all fan-shaped electrode layers, which are arranged in the positive region and the negative region of the X axis, and in the positive region and the negative region of the Y axis, respectively. The fixed electrode layer E5 is a circular electrode layer and is arranged in the region corresponding to the origin. On the other hand, FIG. 4 is a diagram showing the shape and arrangement of the five displacement electrode layers F1 to F5 formed on the lower surface of the displacement substrate 20. The displacement electrode layers F1 to F4 are all fan-shaped electrode layers, and are arranged in the positive region and the negative region of the X axis, and the positive region and the negative region of the Y axis, respectively. Further, the displacement electrode layer F5 is a circular electrode layer and is arranged in a region corresponding to the origin. After all, the fixed electrode layers E1 to E5 and the displacement electrode layer F
1 to F5 are arranged at positions facing each other. Here, each of the capacitive elements formed by these five pairs of opposing electrode layers is referred to as a capacitive element C.
1 to C5. For example, the fixed electrode layer E1
The electrostatic capacitance element constituted by the displacement electrode layer F1 and the displacement electrode layer F1 opposed to this is called a capacitance element C1.

【0025】さて、各容量素子C1〜C5を構成する電
極対間には、弾性板状部材30が介挿されている。した
がって、この力検出装置に何ら力が作用していない定常
状態における両電極対の距離は、弾性板状部材30の厚
みおよびこの厚み方向に作用している圧力(押圧爪51
による押圧力)によって定まり、両電極対の平行度は、
この弾性板状部材30の上面と下面との平行度によって
定まることになる。このため、弾性板状部材30とし
て、厚みが一様な板状部材を用いれば、電極間距離がば
らつくことがなく、しかも両電極が一定の平行度に保た
れた製品を量産することが可能である。従来製品のよう
な精密な機械加工は要求されないため、量産化に適し、
製造コストを低減することができる。
An elastic plate member 30 is inserted between the pair of electrodes forming each of the capacitive elements C1 to C5. Therefore, the distance between the two electrode pairs in a steady state in which no force acts on the force detection device is determined by the thickness of the elastic plate member 30 and the pressure acting in the thickness direction (the pressing claw 51.
Pressure), the parallelism of both electrode pairs is
It is determined by the parallelism between the upper surface and the lower surface of the elastic plate member 30. Therefore, if a plate-shaped member having a uniform thickness is used as the elastic plate-shaped member 30, it is possible to mass-produce a product in which the distance between the electrodes does not vary and both electrodes are kept in a certain parallelism. Is. Suitable for mass production because it does not require precise machining like conventional products,
The manufacturing cost can be reduced.

【0026】この実施例では、弾性板状部材30および
弾性板状部材40として、市販のフィルム状ゴムを用い
ている。このようなフィルム状ゴムは、厚みがほぼ一様
であり上述の条件を満たす上、比較的安価である。しか
も、ゴムは空気に比べて誘電率が高いため、従来の力検
出装置のように両電極間に空気しか存在しない静電容量
素子に比べて、本願装置の静電容量素子は感度が大幅に
増大する。誘電率は用いるゴムによって異なるが、たと
えば、シリコンゴムの比誘電率は8〜9程度、天然ゴム
の比誘電率は2.4程度、ネオプレンゴムの比誘電率は
5〜7程度であり、いずれも空気に比べてかなり高くな
る。また、図1に示す実施例では、固定基板10および
変位基板20は、セラミックスまたはガラスエポキシ製
の基板であり、各電極層はこれらの基板上に金属を蒸着
することによって形成された層である。また、側部筐体
50および作用体60は、いずれもプラスチック製また
は金属製であり、全体的に低コストで製造することがで
きる。なお、図1における各部の厚みは、説明の便宜
上、実際の寸法比にはなっていない。特に、各電極層お
よび弾性板状部材30の厚みは、実際よりもかなり厚く
示されている。
In this embodiment, as the elastic plate member 30 and the elastic plate member 40, commercially available film rubber is used. Such a film-shaped rubber has a substantially uniform thickness, satisfies the above-mentioned conditions, and is relatively inexpensive. Moreover, since rubber has a higher dielectric constant than air, the capacitance element of the device of the present application has a significantly higher sensitivity than the capacitance element in which only air is present between the electrodes as in the conventional force detection device. Increase. Although the dielectric constant varies depending on the rubber used, for example, the relative permittivity of silicon rubber is about 8 to 9, the relative permittivity of natural rubber is about 2.4, and the relative permittivity of neoprene rubber is about 5 to 7. Is also much higher than air. Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the fixed substrate 10 and the displacement substrate 20 are substrates made of ceramics or glass epoxy, and each electrode layer is a layer formed by depositing a metal on these substrates. . Further, the side case 50 and the working body 60 are both made of plastic or metal, and can be manufactured at low cost as a whole. Note that the thickness of each part in FIG. 1 is not an actual dimensional ratio for convenience of description. In particular, the thickness of each electrode layer and the elastic plate member 30 is shown to be considerably thicker than it actually is.

【0027】続いて、この力検出装置の動作原理を説明
する。いま、たとえば、図5に示すように、この装置の
作用点PにX軸方向の力Fxが作用した場合に、各容量
素子C1〜C5にどのような変化が生じるかを考える。
力Fxが作用すると、図に示すように、弾性板状部材3
0および弾性板状部材40が弾性変形し、電極層E1,
F1間の距離は縮み、電極層E2,F2間の距離は広が
ることになる。このため、電極層E1,F1によって構
成される容量素子C1の静電容量は増加し、電極層E
2,F2によって構成される容量素子C2の静電容量は
減少する。増加/減少の程度は、作用した力の大きさに
応じて大きくなる。また、作用する力の方向が逆転し、
力−Fxが作用した場合、増減の関係が逆転する。した
がって、容量素子C1,C2の静電容量値をモニタして
いれば、X軸方向に作用した力の向きと大きさとを検出
することが可能になる。
Next, the operating principle of this force detecting device will be described. Now, let us consider, for example, as shown in FIG. 5, what kind of change occurs in each of the capacitive elements C1 to C5 when the force Fx in the X-axis direction acts on the point of action P of this device.
When the force Fx acts, as shown in the figure, the elastic plate member 3
0 and the elastic plate member 40 elastically deform, and the electrode layers E1,
The distance between F1 is reduced and the distance between the electrode layers E2 and F2 is increased. Therefore, the capacitance of the capacitive element C1 formed by the electrode layers E1 and F1 increases, and the electrode layer E
The capacitance of the capacitive element C2 formed by 2 and F2 decreases. The degree of increase / decrease increases with the magnitude of the force exerted. Also, the direction of the acting force reverses,
When the force-Fx acts, the increase / decrease relationship is reversed. Therefore, if the capacitance values of the capacitive elements C1 and C2 are monitored, the direction and magnitude of the force acting in the X-axis direction can be detected.

【0028】ところで、図5に示すように、X軸方向の
力Fxのみが作用した状態においては、他の容量素子C
3,C4,C5の静電容量値には変化は生じない。なぜ
なら、電極層E3,F3間の距離、電極層E4,F4間
の距離、電極層E5,F5間の距離、はいずれも部分的
には縮まるが、別な部分では広がることになるため、全
体としての静電容量値には変化が生じないのである。し
たがって、X軸方向の力Fxのみが作用した場合、容量
素子C1,C2についてのみ静電容量値の変化が現れ、
力Fxは他軸に干渉を及ぼすことはない。
By the way, as shown in FIG. 5, when only the force Fx in the X-axis direction is applied, another capacitive element C is applied.
No change occurs in the capacitance values of 3, C4 and C5. This is because the distance between the electrode layers E3 and F3, the distance between the electrode layers E4 and F4, and the distance between the electrode layers E5 and F5 are all partially reduced, but they are widened in other portions, so that As a result, the capacitance value does not change. Therefore, when only the force Fx in the X-axis direction acts, a change in the capacitance value appears only in the capacitive elements C1 and C2,
The force Fx does not interfere with the other axis.

【0029】作用点PにY軸方向の力Fyが作用した場
合も、全く同様の現象が生じる。すなわち、弾性板状部
材30および弾性板状部材40が弾性変形し、電極層E
3,F3間の距離は縮み、電極層E4,F4間の距離は
広がることになる。このため、電極層E3,F3によっ
て構成される容量素子C3の静電容量は増加し、電極層
E4,F4によって構成される容量素子C4の静電容量
は減少する。したがって、容量素子C3,C4の静電容
量値をモニタしていれば、Y軸方向に作用した力の向き
と大きさとを検出することが可能になる。
The same phenomenon occurs when the force Fy in the Y-axis direction acts on the point of action P. That is, the elastic plate member 30 and the elastic plate member 40 are elastically deformed, and the electrode layer E
The distance between 3 and F3 shrinks, and the distance between the electrode layers E4 and F4 increases. Therefore, the capacitance of the capacitive element C3 formed of the electrode layers E3 and F3 increases, and the capacitance of the capacitive element C4 formed of the electrode layers E4 and F4 decreases. Therefore, if the capacitance values of the capacitive elements C3 and C4 are monitored, the direction and magnitude of the force acting in the Y-axis direction can be detected.

【0030】次に、図6に示すように、作用点PにZ軸
方向の力Fzが作用した場合に、各容量素子C1〜C5
にどのような変化が生じるかを考える。力Fzが作用す
ると、図に示すように、弾性板状部材30および弾性板
状部材40が弾性変形し、全電極層間の距離は縮むこと
になる。このため、全容量素子C1〜C5の静電容量は
増加する。ただ、容量素子C1〜C4は、上述したよう
に、力FxおよびFyの検出に利用されるため、力Fz
の検出には容量素子C5が用いられる。かくして、容量
素子C1,C2の容量値により、作用した力のX軸方向
成分Fxが、容量素子C3,C4の容量値により、作用
した力のY軸方向成分Fyが、容量素子C5の容量値に
より、作用した力のZ軸方向成分Fzが、それぞれ別個
独立して検出されることになる。
Next, as shown in FIG. 6, when a force Fz in the Z-axis direction acts on the point of action P, each of the capacitive elements C1 to C5
Think about what kind of change will occur in. When the force Fz acts, as shown in the figure, the elastic plate member 30 and the elastic plate member 40 are elastically deformed, and the distance between all electrode layers is shortened. Therefore, the capacitance of all the capacitance elements C1 to C5 increases. However, since the capacitive elements C1 to C4 are used to detect the forces Fx and Fy as described above, the force Fz
Capacitance element C5 is used for detection of. Thus, due to the capacitance values of the capacitive elements C1 and C2, the X-axis direction component Fx of the applied force is obtained, and the Y-axis direction component Fy of the applied force is obtained due to the capacitance values of the capacitive elements C3 and C4. As a result, the Z-axis direction component Fz of the applied force is detected independently of each other.

【0031】上述した実施例では、5枚の固定電極層E
1〜E5と、5枚の変位電極層F1〜F5とによって、
5組の容量素子C1〜C5を形成していたが、固定電極
または変位電極の一方を、単一の共通電極層で構成する
ことも可能である。たとえば、図7に示す実施例は、5
枚の変位電極層F1〜F5を単一の共通電極層F0によ
って置換した例である。図8は、変位基板20の下面に
形成された共通電極層F0の形状を示す図である。図8
に示されているように、共通電極層F0は円盤状の電極
層であり、図3に示す5枚の固定電極層E1〜E5のす
べてに対向することになる。したがって、共通電極層F
0は物理的には1枚の電極層であるが、図3に示す5枚
の固定電極層E1〜E5のそれぞれに対向する5つの変
位電極として機能することになる。図7に示す実施例と
は逆に、固定電極側を単一の共通電極層とすることも可
能である。
In the above-mentioned embodiment, five fixed electrode layers E are used.
1 to E5 and the five displacement electrode layers F1 to F5,
Although five sets of capacitance elements C1 to C5 are formed, it is also possible to form one of the fixed electrode and the displacement electrode with a single common electrode layer. For example, the embodiment shown in FIG.
In this example, the displacement electrode layers F1 to F5 are replaced by a single common electrode layer F0. FIG. 8 is a view showing the shape of the common electrode layer F0 formed on the lower surface of the displacement substrate 20. Figure 8
3, the common electrode layer F0 is a disk-shaped electrode layer and faces all five fixed electrode layers E1 to E5 shown in FIG. Therefore, the common electrode layer F
Although 0 is physically one electrode layer, it will function as five displacement electrodes facing each of the five fixed electrode layers E1 to E5 shown in FIG. Contrary to the embodiment shown in FIG. 7, the fixed electrode side may be a single common electrode layer.

【0032】このような共通電極層を用いる場合には、
装置の構造を更に単純化することができる。たとえば、
図9に示すように、変位基板20を金属などの導電性の
材料で構成するようにすれば、この変位基板20自身を
共通電極層F0として用いることができるようになり、
特別に変位電極層というものを形成する必要もなくな
る。もちろん、固定電極側を共通にする場合には、固定
基板10を金属などの導電性の材料で構成すればよい。
When using such a common electrode layer,
The structure of the device can be further simplified. For example,
As shown in FIG. 9, when the displacement substrate 20 is made of a conductive material such as metal, the displacement substrate 20 itself can be used as the common electrode layer F0.
There is no need to specially form a displacement electrode layer. Of course, when the fixed electrode side is shared, the fixed substrate 10 may be made of a conductive material such as metal.

【0033】結局、本発明に係る力検出装置のメリット
は、フィルム状ゴムのような弾性体を両電極間に挟む構
造にすることにより、両電極間の距離および平行度が安
定した製品を低コストで量産化することが可能になる点
にある。このため、本発明に係る力検出装置は、高精度
が要求される計測器用として用いるよりも、低コスト、
量産化が要求される分野に用いる方が適している。たと
えば、コンピュータ、ワードプロセッサ、テレビゲーム
機器などの入力装置としてのいわゆる「ジョイスティッ
ク」として用いるのに適している。操作者は、作用体6
0を指でつまみながら、これをX方向あるいはY方向に
倒したり、Z方向に押したりする入力操作を行うことが
できる。また、本発明に係る力検出装置では、変位基板
20が弾性体によって支持されているため、変位基板2
0の変位の自由度が大きい。そのため、過度の力が作用
したときに、変位基板20の変位を制限するためのスト
ッパなどの機構を付加しやすいというメリットも得られ
る。
After all, the merit of the force detecting device according to the present invention is that the structure in which the elastic body such as the film-like rubber is sandwiched between the two electrodes makes it possible to reduce the product in which the distance between both electrodes and the parallelism are stable. It is possible to mass-produce at a cost. Therefore, the force detection device according to the present invention is lower in cost than used for a measuring instrument that requires high accuracy,
It is more suitable for use in fields where mass production is required. For example, it is suitable for use as a so-called "joystick" as an input device for computers, word processors, video game machines and the like. The operator is the operator 6
While pinching 0 with a finger, an input operation such as tilting it in the X direction or the Y direction or pushing it in the Z direction can be performed. Further, in the force detection device according to the present invention, since the displacement substrate 20 is supported by the elastic body, the displacement substrate 2
The degree of freedom of displacement of 0 is large. Therefore, there is an advantage that it is easy to add a mechanism such as a stopper for limiting the displacement of the displacement substrate 20 when an excessive force is applied.

【0034】続いて、検出感度を更に向上させることの
できる実施例を説明する。図10に、この実施例の側断
面図を示す。この実施例における、固定基板10、変位
基板20、弾性板状部材30は、前述の実施例のものと
全く同一である。この実施例の特徴は、変位基板20の
上方に、弾性板状部材45および上蓋基板70を配置
し、新たに、補助変位電極層F6〜F10(図10には
一部のみが示されている)と、補助固定電極層E20
と、を設けた点にある。弾性板状部材45および上蓋基
板70は、いずれも中央部に貫通孔をもったドーナツ状
の板状部材であり、作用体60は、これらの貫通孔を挿
通して変位基板20の上面に取り付けられている。弾性
板状部材45は、弾性板状部材30と同様に弾力性をも
った材料から構成されている。また、上蓋基板70に
は、押圧爪51によって図の下方へ押し付ける方向の力
が加えられている。
Next, an embodiment capable of further improving the detection sensitivity will be described. FIG. 10 shows a side sectional view of this embodiment. The fixed substrate 10, the displacement substrate 20, and the elastic plate member 30 in this embodiment are exactly the same as those in the above-described embodiments. The feature of this embodiment is that the elastic plate member 45 and the upper cover substrate 70 are arranged above the displacement substrate 20, and new auxiliary displacement electrode layers F6 to F10 (only a part is shown in FIG. 10). ) And an auxiliary fixed electrode layer E20
And, there is a point. The elastic plate-shaped member 45 and the upper lid substrate 70 are both donut-shaped plate-shaped members having a through hole in the center, and the acting body 60 is inserted into these through holes and attached to the upper surface of the displacement substrate 20. Has been. The elastic plate member 45 is made of a material having elasticity like the elastic plate member 30. Further, a force in the direction of pressing downward in the figure is applied to the upper cover substrate 70 by the pressing claw 51.

【0035】次に、各電極層の形状および配置について
述べる。固定電極層E0は、固定基板10の上面に形成
された円盤状の共通電極層であり、図3に示す5枚の固
定電極層E1〜E5と同等の機能を果たす電極である。
これに対向する5枚の変位電極層F1〜F5は、図4に
示す形状および配置を有し、前述の実施例のものと同一
である。結局、固定電極層E0と5枚の変位電極層F1
〜F5によって、5組の容量素子C1〜C5が形成さ
れ、これらの5組の容量素子C1〜C5によって、XY
Z各軸方向成分の力を検出することができる点は、前述
の実施例と全く同じである。
Next, the shape and arrangement of each electrode layer will be described. The fixed electrode layer E0 is a disk-shaped common electrode layer formed on the upper surface of the fixed substrate 10, and is an electrode having the same function as the five fixed electrode layers E1 to E5 shown in FIG.
The five displacement electrode layers F1 to F5 facing this have the shapes and arrangements shown in FIG. 4, and are the same as those in the above-described embodiment. After all, the fixed electrode layer E0 and the five displacement electrode layers F1
To F5 form five sets of capacitive elements C1 to C5, and these five sets of capacitive elements C1 to C5 form XY
The point that the force of each Z-axis direction component can be detected is exactly the same as the above-described embodiment.

【0036】この実施例の装置では、更に5組の容量素
子が形成される。図11は、変位基板20の上面に形成
された5枚の補助変位電極層F6〜F10の形状および
配置を示す図である。補助変位電極層F6〜F9は、い
ずれも扇形をした電極層であり、それぞれ、X軸の正の
領域および負の領域、ならびにY軸の正の領域および負
の領域に配置されている。また、補助変位電極層F10
は、中央に貫通孔を有するドーナツ状の電極層であり、
原点に対応する領域に配置されている(図11の破線
は、作用体60の取り付け位置を示す)。一方、図12
は、上蓋基板70の下面に形成された補助固定電極層E
20の形状および配置を示す図である(図12の破線
は、作用体60の挿通位置を示す)。この補助固定電極
層E20は、図11に示す5枚の補助変位電極層F6〜
F10のそれぞれに対向する5枚の電極としての機能を
果たす。結局、これらの電極層によって、5組の容量素
子が形成される。ここでは、これら5組の対向する電極
層対によって構成される容量素子を、それぞれ容量素子
C6〜C10と呼ぶことにする。たとえば、補助変位電
極層F6とこれに対向する補助固定電極層E20とによ
って構成される容量素子は、容量素子C6と呼ばれるこ
とになる。
In the device of this embodiment, five sets of capacitive elements are further formed. FIG. 11 is a diagram showing the shape and arrangement of the five auxiliary displacement electrode layers F6 to F10 formed on the upper surface of the displacement substrate 20. Each of the auxiliary displacement electrode layers F6 to F9 is a fan-shaped electrode layer, and is arranged in a positive region and a negative region of the X axis, and a positive region and a negative region of the Y axis, respectively. In addition, the auxiliary displacement electrode layer F10
Is a donut-shaped electrode layer having a through hole in the center,
It is arranged in a region corresponding to the origin (the broken line in FIG. 11 shows the attachment position of the working body 60). On the other hand, FIG.
Is an auxiliary fixed electrode layer E formed on the lower surface of the upper cover substrate 70.
It is a figure which shows the shape and arrangement | positioning of 20 (the broken line of FIG. 12 shows the insertion position of the effector 60). This auxiliary fixed electrode layer E20 includes five auxiliary displacement electrode layers F6 to F6 shown in FIG.
It functions as five electrodes facing each of F10. Eventually, these electrode layers form five sets of capacitive elements. Here, the capacitive elements formed by these five pairs of opposing electrode layers will be referred to as capacitive elements C6 to C10, respectively. For example, the capacitive element configured by the auxiliary displacement electrode layer F6 and the auxiliary fixed electrode layer E20 facing the auxiliary displacement electrode layer F6 is called a capacitive element C6.

【0037】さて、このようにこの実施例の装置では、
合計で10組の容量素子C1〜C10が形成されている
が、これらの配置を考えると、容量素子C1,C6はX
軸の正の領域に配置され、容量素子C2,C7はX軸の
負の領域に配置され、容量素子C3,C8はY軸の正の
領域に配置され、容量素子C4,C9はY軸の負の領域
に配置され、容量素子C5,C10は原点に対応する位
置に配置されていることになる。しかも、容量素子C6
〜C10は、それぞれ容量素子C1〜C5の真上に配置
されている。このため、容量素子C1の静電容量の変化
と、容量素子C6の静電容量の変化とは全く逆になる。
同様に、容量素子C2,C7の変化も全く逆になり、容
量素子C3,C8の変化も全く逆になり、容量素子C
4,C9の変化も全く逆になり、容量素子C5,C10
の変化も全く逆になる。たとえば、図10において、作
用体60にX軸方向の力Fxを作用させた場合を考える
と、電極層E0−F1間の距離は縮むため、容量素子C
1の静電容量は増加するが、電極層F6−E20間の距
離は逆に広がるため、容量素子C6の静電容量は逆に減
少する。
As described above, in the apparatus of this embodiment,
Although a total of 10 sets of capacitive elements C1 to C10 are formed, considering these arrangements, the capacitive elements C1 and C6 are
The capacitive elements C2 and C7 are located in the positive area of the axis, the capacitive elements C2 and C7 are located in the negative area of the X axis, the capacitive elements C3 and C8 are located in the positive area of the Y axis, and the capacitive elements C4 and C9 are located in the positive area of the Y axis. The capacitive elements C5 and C10 are arranged in the negative region, and are arranged at positions corresponding to the origin. Moreover, the capacitive element C6
To C10 are arranged directly above the capacitive elements C1 to C5, respectively. Therefore, the change in capacitance of the capacitive element C1 and the change in capacitance of the capacitive element C6 are completely opposite.
Similarly, the changes in the capacitance elements C2 and C7 are also completely opposite, and the changes in the capacitance elements C3 and C8 are also completely opposite.
The changes in C4 and C9 are also reversed, and the capacitance elements C5 and C10
The change of is also the opposite. For example, considering the case where a force Fx in the X-axis direction is applied to the acting body 60 in FIG. 10, the distance between the electrode layers E0-F1 is shortened, so that the capacitive element C
Although the capacitance of No. 1 increases, the distance between the electrode layers F6 and E20 widens conversely, so that the capacitance of the capacitive element C6 decreases conversely.

【0038】結局、この実施例の装置では、変位基板2
0の下方に設けられた5組の容量素子C1〜C5によっ
て、作用した力のXYZ各軸方向成分を検出することが
できるとともに、変位基板20の上方に設けられた5組
の容量素子C6〜C10によっても全く同一の検出がで
きることになる。そこで、合計10組の容量素子C1〜
C10を用いた検出を行えば、前述した実施例の2倍の
感度での検出が可能になる。図13は、各軸方向の力F
x,Fy,Fzが作用したときの、これら10組の容量
素子C1〜C10についての静電容量の変化を示す表で
ある。この表で、「+」は容量値が増加することを示
し、「−」は容量値が減少することを示し、「0」は容
量値が変化しないことを示している。図10に示す装置
に各軸方向の力が作用したときの変位基板20の変位状
態を考えれば、図13の表に示す結果が得られることが
理解できよう。なお、この図10に示す実施例では、固
定電極層E0および補助固定電極層E20を共通電極層
としたが、変位電極層F1〜F5あるいは補助変位電極
層F6〜F10を共通電極層としてもかまわない。
After all, in the apparatus of this embodiment, the displacement substrate 2
The five sets of capacitive elements C1 to C5 provided below 0 can detect the XYZ axial components of the applied force, and the five sets of capacitive elements C6 to C6 provided above the displacement substrate 20. The same detection can be performed by C10. Therefore, a total of 10 sets of capacitive elements C1 to
If the detection using C10 is performed, the detection can be performed with twice the sensitivity of the above-described embodiment. FIG. 13 shows the force F in each axial direction.
It is a table which shows the change of the electrostatic capacitance about these 10 sets of capacitive elements C1-C10 when x, Fy, and Fz act. In this table, "+" indicates that the capacitance value increases, "-" indicates that the capacitance value decreases, and "0" indicates that the capacitance value does not change. It can be understood that the results shown in the table of FIG. 13 can be obtained by considering the displacement state of the displacement substrate 20 when a force in each axial direction is applied to the device shown in FIG. Although the fixed electrode layer E0 and the auxiliary fixed electrode layer E20 are the common electrode layers in the embodiment shown in FIG. 10, the displacement electrode layers F1 to F5 or the auxiliary displacement electrode layers F6 to F10 may be the common electrode layers. Absent.

【0039】最後に、図10に示す実施例に適用可能な
検出回路の一例を図14に示す。ここで、C1〜C10
は、10組の容量素子C1〜C10を示している。図1
0における固定電極E0および補助固定電極E20は、
いずれも5枚の電極を兼ねる共通電極であるが、図14
に示す回路を組む上では、この共通電極側を接地すれば
よい。各容量素子の静電容量値は、C/V変換回路81
〜86によって電圧値に変換され、減算器87〜89に
与えられる。そして、減算器87の出力端子Txには、
作用した力のX軸方向成分Fxに対応する電圧値が出力
され、減算器88の出力端子Tyには、作用した力のY
軸方向成分Fyに対応する電圧値が出力され、減算器8
9の出力端子Tzには、作用した力のZ軸方向成分Fz
に対応する電圧値が出力されることになる。この理由
は、図13の表を参照すれば容易に理解できる。たとえ
ば、力Fxの欄を見れば、容量素子C1,C7について
は「+」、容量素子C2,C6については「−」となっ
ている。したがって、容量素子C1,C7の容量値の和
に対応する電圧値(V1+V7)と、容量素子C2,C
6の容量値の和に対応する電圧値(V2+V6)と、の
差を減算器87で求めれば、Fx=(V1+V7)−
(V2+V6)として力Fxを求めることができる。同
様に、Fy=(V3+V9)−(V4+V8)として力
Fyを求めることができ、Fz=(V5−V10)とし
て力Fzを求めることができる。
Finally, FIG. 14 shows an example of the detection circuit applicable to the embodiment shown in FIG. Where C1 to C10
Indicates 10 sets of capacitive elements C1 to C10. Figure 1
The fixed electrode E0 and the auxiliary fixed electrode E20 at 0 are
All are common electrodes that also serve as five electrodes.
In forming the circuit shown in (1), the common electrode side may be grounded. The capacitance value of each capacitance element is the C / V conversion circuit 81.
˜86, it is converted into a voltage value and given to the subtracters 87 to 89. Then, at the output terminal Tx of the subtractor 87,
A voltage value corresponding to the X-axis direction component Fx of the applied force is output, and the output terminal Ty of the subtractor 88 outputs Y of the applied force.
The voltage value corresponding to the axial component Fy is output, and the subtracter 8
The output terminal Tz of 9 has a Z-axis direction component Fz of the applied force.
The voltage value corresponding to is output. The reason for this can be easily understood by referring to the table of FIG. For example, looking at the column of force Fx, “+” is displayed for the capacitive elements C1 and C7, and “−” is displayed for the capacitive elements C2 and C6. Therefore, the voltage value (V1 + V7) corresponding to the sum of the capacitance values of the capacitance elements C1 and C7 and the capacitance elements C2 and C
If the difference between the voltage value (V2 + V6) corresponding to the sum of the capacitance values of 6 and the subtractor 87 is obtained, Fx = (V1 + V7) −
The force Fx can be calculated as (V2 + V6). Similarly, the force Fy can be obtained by Fy = (V3 + V9)-(V4 + V8), and the force Fz can be obtained by Fz = (V5-V10).

【0040】図15は、図10に示す実施例に適用可能
な別な検出回路の例である。この回路では、容量素子C
1〜C10の静電容量値は、C/V変換回路91〜98
および85,86によって電圧値V1〜V10に変換さ
れる。更に、減算器101〜104および89による減
算、ならびに加算器105,106による加算の結果と
して、出力端子Tx,Ty,Tzに力Fx,Fy,Fz
が得られる。ここで、力Fzを得る回路部分について
は、図14に示す回路と全く同一であるが、力Fx,F
yを得る回路部分については、減算を先に行う点が異な
っている。
FIG. 15 shows an example of another detection circuit applicable to the embodiment shown in FIG. In this circuit, the capacitive element C
The capacitance values of 1 to C10 are C / V conversion circuits 91 to 98.
And 85,86 are converted into voltage values V1 to V10. Further, as a result of the subtraction by the subtracters 101 to 104 and 89 and the addition by the adders 105 and 106, forces Fx, Fy, Fz are applied to the output terminals Tx, Ty, Tz.
Is obtained. Here, the circuit portion for obtaining the force Fz is exactly the same as the circuit shown in FIG. 14, but the forces Fx, F
The difference is that the circuit portion for obtaining y is subtracted first.

【0041】以上、本発明をいくつかの実施例に基づい
て説明したが、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではなく、この他にも種々の態様で実施可能であ
る。たとえば、上述の実施例では、押圧爪51による押
圧力によって、変位基板20、弾性板状部材30、弾性
板状部材40などを固定していたが、互いに接触する基
板、電極層、弾性板状部材、などの間を接着するように
してもかまわない。このように相互に接着する構成を採
れば、押圧爪51による押圧力は必ずしも必要なもので
はなくなる。すなわち、押圧爪51は、図1に示す実施
例において、弾性板状部材40の上面が固定基板に対し
て所定の距離を保つように、弾性板状部材40を上方か
ら支持する機能を有すればよく、必ずしも図の下方への
押圧力を常時作用させておく必要はない。同様に、図1
0に示す実施例において、押圧爪51は、上蓋基板70
を固定基板10に対して所定の距離を保った位置に支持
する機能を有すればよく、必ずしも図の下方への押圧力
を常時作用させておく必要はない。
Although the present invention has been described above based on some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various modes other than this. For example, in the above-described embodiment, the displacement substrate 20, the elastic plate-shaped member 30, the elastic plate-shaped member 40, and the like are fixed by the pressing force of the pressing claw 51, but the substrate, the electrode layer, and the elastic plate-shaped member that are in contact with each other. The members and the like may be bonded together. By adopting such a constitution that they are adhered to each other, the pressing force by the pressing claw 51 is not always necessary. That is, in the embodiment shown in FIG. 1, the pressing claw 51 has a function of supporting the elastic plate member 40 from above so that the upper surface of the elastic plate member 40 maintains a predetermined distance from the fixed substrate. However, it is not always necessary to apply a downward pressing force to the drawing. Similarly, FIG.
In the embodiment shown in FIG.
Need only have a function to support the fixed substrate 10 at a position keeping a predetermined distance, and it is not always necessary to constantly apply a downward pressing force in the drawing.

【0042】また、上述の実施例では、弾性板状部材3
0,40,45としてフィルム状ゴムを用いているが、
これらには弾力性をもった材料であればどのようなもの
を用いてもかまわない。特に、弾性板状部材40には、
誘電体としての機能は要求されないので、ばねなどによ
って弾性板状部材40を構成してもかまわない。また、
上述の実施例では、固定基板10は装置筐体の一部を構
成していたが、必ずしもそうする必要はなく、固定基板
10を別な装置筐体に固着するようにしてもよい。
In the above embodiment, the elastic plate member 3 is used.
Film rubber is used as 0, 40, 45,
Any material may be used as long as it has elasticity. In particular, the elastic plate member 40 includes
Since the function as a dielectric is not required, the elastic plate member 40 may be composed of a spring or the like. Also,
Although the fixed substrate 10 constitutes a part of the device housing in the above-described embodiment, it is not always necessary to do so, and the fixed substrate 10 may be fixed to another device housing.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る力検出装置で
は、一対の基板の対向面に形成した電極間に、弾性体を
挿入するようにしたため、両電極間の距離を一定にして
平行度を保つことが容易に行えるようになり、精度良い
力検出装置を低コストで量産することが可能になる。
As described above, in the force detecting device according to the present invention, since the elastic body is inserted between the electrodes formed on the opposing surfaces of the pair of substrates, the distance between both electrodes is kept constant and the parallelism is improved. Can be easily maintained, and the accurate force detection device can be mass-produced at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る力検出装置の側断面図
である。
FIG. 1 is a side sectional view of a force detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施例の上面図である。FIG. 2 is a top view of the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示す実施例の固定基板10の上面に形成
された5枚の固定電極層E1〜E5の形状および配置を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing shapes and arrangements of five fixed electrode layers E1 to E5 formed on the upper surface of a fixed substrate 10 of the embodiment shown in FIG.

【図4】図1に示す実施例の変位基板20の下面に形成
された5枚の変位電極層F1〜F5の形状および配置を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the shape and arrangement of five displacement electrode layers F1 to F5 formed on the lower surface of the displacement substrate 20 of the embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示す実施例の装置にX軸方向の力Fxが
作用した状態を示す側断面図である。
5 is a side sectional view showing a state in which a force Fx in the X-axis direction acts on the device of the embodiment shown in FIG.

【図6】図1に示す実施例の装置にZ軸方向の力Fzが
作用した状態を示す側断面図である。
6 is a side sectional view showing a state in which a force Fz in the Z-axis direction is applied to the device of the embodiment shown in FIG.

【図7】図1に示す実施例における5枚の変位電極層F
1〜F5を単一の共通電極層F0で置換した実施例を示
す側断面図である。
FIG. 7 shows five displacement electrode layers F in the embodiment shown in FIG.
It is a side sectional view showing an example which replaced 1-F5 with a single common electrode layer F0.

【図8】図7に示す実施例の変位基板20の下面に形成
された共通電極層F0の形状および配置を示す図であ
る。
8 is a diagram showing the shape and arrangement of a common electrode layer F0 formed on the lower surface of the displacement substrate 20 of the embodiment shown in FIG.

【図9】図7に示す実施例における共通電極層F0を金
属製の変位基板20によって置換した実施例を示す側断
面図である。
9 is a side sectional view showing an embodiment in which the common electrode layer F0 in the embodiment shown in FIG. 7 is replaced with a displacement substrate 20 made of metal.

【図10】より感度の高い検出を可能にする本発明の別
な一実施例に係る力検出装置の側断面図である。
FIG. 10 is a side sectional view of a force detection device according to another embodiment of the present invention, which enables detection with higher sensitivity.

【図11】図10に示す実施例の変位基板20の上面に
形成された5枚の補助変位電極層F6〜F10の形状お
よび配置を示す図である。
11 is a diagram showing the shape and arrangement of five auxiliary displacement electrode layers F6 to F10 formed on the upper surface of the displacement substrate 20 of the embodiment shown in FIG.

【図12】図10に示す実施例の上蓋基板70の下面に
形成された単一の補助固定電極層E20の形状および配
置を示す図である。
12 is a diagram showing the shape and arrangement of a single auxiliary fixed electrode layer E20 formed on the lower surface of the upper lid substrate 70 of the embodiment shown in FIG.

【図13】図10に示す実施例の装置に、各軸方向の力
Fx,Fy,Fzが作用したときの10組の容量素子C
1〜C10についての静電容量の変化を示す表である。
13 is a diagram showing a configuration of ten sets of capacitive elements C when forces Fx, Fy, Fz in respective axial directions act on the device of the embodiment shown in FIG.
It is a table which shows the change of the electrostatic capacitance about 1-C10.

【図14】図10に示す実施例の装置に適用可能な検出
回路の一例を示す回路図である。
14 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit applicable to the device of the embodiment shown in FIG.

【図15】図10に示す実施例の装置に適用可能な検出
回路の別な一例を示す回路図である。
15 is a circuit diagram showing another example of the detection circuit applicable to the device of the embodiment shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…固定基板 20…変位基板 30…弾性板状部材 40…弾性板状部材 45…弾性板状部材 50…側部筐体 51…押圧爪 60…作用体 70…上蓋基板 81〜86…C/V変換回路 87〜89…減算器 91〜98…C/V変換回路 101〜104…減算器 105,106…加算器 C1〜C10…容量素子 E0,E1〜E5…固定電極層(E0は共通電極層) F0,F1〜F5…変位電極層(F0は共通電極層) F6〜F10…補助変位電極層 E20…補助固定電極層(共通電極層) Tx,Ty,Tz…出力端子 10 ... Fixed substrate 20 ... Displacement substrate 30 ... Elastic plate member 40 ... Elastic plate member 45 ... Elastic plate member 50 ... Side casing 51 ... Pressing claw 60 ... Actuator 70 ... Upper lid substrate 81-86 ... C / V conversion circuit 87-89 ... Subtractor 91-98 ... C / V conversion circuit 101-104 ... Subtractor 105, 106 ... Adder C1-C10 ... Capacitance element E0, E1-E5 ... Fixed electrode layer (E0 is a common electrode) Layer) F0, F1 to F5 ... Displacement electrode layer (F0 is a common electrode layer) F6 to F10 ... Auxiliary displacement electrode layer E20 ... Auxiliary fixed electrode layer (common electrode layer) Tx, Ty, Tz ... Output terminals

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 装置筐体に固定されるか又は装置筐体の
一部をなす固定基板と、 この固定基板の上方に所定の距離を保って対向するよう
に配置された変位基板と、 前記固定基板の上面に形成された固定電極と、 前記変位基板の下面の前記固定電極に対向する位置に形
成された変位電極と、 前記固定電極と前記変位電極との間に介挿され、弾力性
をもった材料から構成される第1の弾性体と、 前記変位基板の上面に設けられ、弾力性をもった材料か
ら構成される第2の弾性体と、 前記第2の弾性体を、その上面が前記固定基板に対して
所定の距離を保つように支持する支持部材と、 前記変位基板に対して力を作用させるための作用体と、 を備えることを特徴とする力検出装置。
1. A fixed substrate fixed to the device casing or forming a part of the device casing; and a displacement substrate arranged above the fixed substrate so as to face each other with a predetermined distance therebetween. A fixed electrode formed on an upper surface of the fixed substrate, a displacement electrode formed on a lower surface of the displacement substrate at a position facing the fixed electrode, and an elastic member inserted between the fixed electrode and the displacement electrode. A first elastic body made of a material having a material, a second elastic body provided on the upper surface of the displacement substrate and made of a material having elasticity, and a second elastic body A force detection device comprising: a support member that supports the upper surface of the fixed substrate so as to maintain a predetermined distance from the fixed substrate; and an action body that applies a force to the displacement substrate.
【請求項2】 装置筐体に固定されるか又は装置筐体の
一部をなす固定基板と、 この固定基板の上方に所定の距離を保って対向するよう
に配置された変位基板と、 前記固定基板の上面に形成された複数の固定電極と、 前記変位基板の下面の前記各固定電極のそれぞれに対向
する位置に形成された複数の変位電極と、 前記各固定電極と前記各変位電極との間に介挿され、弾
力性をもった材料から構成される第1の弾性板状部材
と、 前記変位基板の上面周囲部分に設けられ、弾力性をもっ
た材料から構成される第2の弾性板状部材と、 前記第2の弾性板状部材を、その上面が前記固定基板に
対して所定の距離を保つように支持する支持部材と、 前記変位基板の上面中央部分に取り付けられ、前記変位
基板に対して力を作用させるための作用体と、 を備えることを特徴とする力検出装置。
2. A fixed substrate fixed to the device casing or forming a part of the device casing; a displacement substrate arranged above the fixed substrate so as to face each other with a predetermined distance therebetween; A plurality of fixed electrodes formed on the upper surface of the fixed substrate, a plurality of displacement electrodes formed on the lower surface of the displacement substrate at positions facing the fixed electrodes, respectively, the fixed electrodes and the displacement electrodes A first elastic plate-like member interposed between the first and second elastic plate members, and a second elastic plate member provided around the upper surface of the displacement substrate and made of an elastic material. An elastic plate member, a support member that supports the second elastic plate member so that an upper surface of the second elastic plate member maintains a predetermined distance from the fixed substrate, and the elastic plate member is attached to a central portion of an upper surface of the displacement substrate, An actuator for exerting a force on the displacement substrate , The force detection device characterized in that it comprises a.
【請求項3】 請求項2に記載の力検出装置において、 支持部材を、固定基板の周囲部分から上方に伸びるよう
に形成された側部筐体と、この側部筐体の上端から中心
に向かってほぼ水平に伸びるように形成された押圧爪
と、によって構成し、前記押圧爪によって第2の弾性板
状部材を前記固定基板に対して押圧しながら支持できる
ようにしたことを特徴とする力検出装置。
3. The force detection device according to claim 2, wherein the support member is provided with a side case formed so as to extend upward from a peripheral portion of the fixed substrate, and a support member is centered from an upper end of the side case. And a pressing claw formed so as to extend substantially horizontally toward the second elastic plate member by the pressing claw so as to support the second elastic plate member while pressing it against the fixed substrate. Force detection device.
【請求項4】 請求項2に記載の力検出装置において、 固定基板の上面に対して平行な平面上でX軸およびY軸
が交わるようなXYZ三次元座標系を定義し、 第1の固定電極および第1の変位電極をX軸の正の領域
に配置し、第2の固定電極および第2の変位電極をX軸
の負の領域に配置し、第3の固定電極および第3の変位
電極をY軸の正の領域に配置し、第4の固定電極および
第4の変位電極をY軸の負の領域に配置し、第5の固定
電極および第5の変位電極を原点に対応する位置に配置
したことを特徴とする力検出装置。
4. The force detection device according to claim 2, wherein an XYZ three-dimensional coordinate system is defined in which the X axis and the Y axis intersect on a plane parallel to the upper surface of the fixed substrate, and the first fixed The electrode and the first displacement electrode are arranged in the positive region of the X axis, the second fixed electrode and the second displacement electrode are arranged in the negative region of the X axis, and the third fixed electrode and the third displacement electrode are arranged. The electrode is arranged in the positive region of the Y axis, the fourth fixed electrode and the fourth displacement electrode are arranged in the negative region of the Y axis, and the fifth fixed electrode and the fifth displacement electrode correspond to the origin. A force detection device characterized by being placed in a position.
【請求項5】 装置筐体に固定されるか又は装置筐体の
一部をなす固定基板と、 この固定基板の上方に所定の距離を保って対向するよう
に配置された変位基板と、 この変位基板の上方に所定の距離を保って対向するよう
に配置され、中央部に貫通孔が形成された上蓋基板と、 前記固定基板の上面に形成された複数の固定電極と、 前記変位基板の下面の前記各固定電極のそれぞれに対向
する位置に形成された複数の変位電極と、 前記変位基板の上面に形成された複数の補助変位電極
と、 前記上蓋基板の下面の前記各補助変位電極のそれぞれに
対向する位置に形成された複数の補助固定電極と、 前記各固定電極と前記各変位電極との間に介挿され、弾
力性をもった材料から構成される第1の弾性板状部材
と、 前記各補助固定電極と前記各補助変位電極との間に介挿
され、弾力性をもった材料から構成され、中央部に貫通
孔を有する第2の弾性板状部材と、 前記上蓋基板を前記固定基板に対して所定の距離を保っ
た位置に支持する支持部材と、 前記上蓋基板の貫通孔および前記第2の弾性板状部材の
貫通孔を挿通して前記変位基板の上面中央部分に取り付
けられ、前記変位基板に対して力を作用させるための作
用体と、 を備えることを特徴とする力検出装置。
5. A fixed substrate fixed to the device housing or forming a part of the device housing, and a displacement substrate arranged above the fixed substrate so as to face each other with a predetermined distance therebetween. An upper lid substrate, which is arranged above the displacement substrate so as to face each other with a predetermined distance, and has a through hole formed in the central portion, a plurality of fixed electrodes formed on the upper surface of the fixed substrate, and the displacement substrate of the displacement substrate. A plurality of displacement electrodes formed on the lower surface at positions facing the respective fixed electrodes, a plurality of auxiliary displacement electrodes formed on the upper surface of the displacement substrate, and a plurality of auxiliary displacement electrodes on the lower surface of the upper lid substrate. A plurality of auxiliary fixed electrodes formed at positions facing each other, and a first elastic plate member interposed between the fixed electrodes and the displacement electrodes and made of a material having elasticity. And each auxiliary fixed electrode and each auxiliary A second elastic plate member that is inserted between the upper electrode and the upper electrode and is made of an elastic material and has a through hole in the central portion; A support member that supports the retained position, a through hole of the upper lid substrate, and a through hole of the second elastic plate member are inserted to be attached to the central portion of the upper surface of the displacement substrate, and force applied to the displacement substrate. A force detection device, comprising: an action body for causing
【請求項6】 請求項5に記載の力検出装置において、 支持部材を、固定基板の周囲部分から上方に伸びるよう
に形成された側部筐体と、この側部筐体の上端から中心
に向かってほぼ水平に伸びるように形成された押圧爪
と、によって構成し、前記押圧爪によって上蓋基板を前
記固定基板に対して押圧しながら支持できるようにした
ことを特徴とする力検出装置。
6. The force detection device according to claim 5, wherein the support member is provided with a side case formed so as to extend upward from a peripheral portion of the fixed substrate, and a support member centered from an upper end of the side case. And a pressing claw formed so as to extend substantially horizontally toward the upper cover substrate while pressing the upper cover substrate against the fixed substrate by the pressing claw.
【請求項7】 請求項5に記載の力検出装置において、 固定基板の上面に対して平行な平面上でX軸およびY軸
が交わるようなXYZ三次元座標系を定義し、 第1の固定電極、第1の変位電極、第1の補助変位電
極、および第1の補助固定電極を、それぞれX軸の正の
領域に配置し、 第2の固定電極、第2の変位電極、第2の補助変位電
極、および第2の補助固定電極を、それぞれX軸の負の
領域に配置し、 第3の固定電極、第3の変位電極、第3の補助変位電
極、および第3の補助固定電極を、それぞれY軸の正の
領域に配置し、 第4の固定電極、第4の変位電極、第4の補助変位電
極、および第4の補助固定電極を、それぞれX軸の負の
領域に配置し、 第5の固定電極、第5の変位電極、第5の補助変位電
極、および第5の補助固定電極を、それぞれ原点に対応
する位置に配置したことを特徴とする力検出装置。
7. The force detection device according to claim 5, wherein an XYZ three-dimensional coordinate system is defined such that the X axis and the Y axis intersect on a plane parallel to the upper surface of the fixed substrate, and the first fixed The electrode, the first displacement electrode, the first auxiliary displacement electrode, and the first auxiliary fixed electrode are respectively arranged in the positive region of the X axis, and the second fixed electrode, the second displacement electrode, and the second The auxiliary displacement electrode and the second auxiliary fixed electrode are respectively arranged in the negative region of the X axis, and the third fixed electrode, the third displacement electrode, the third auxiliary displacement electrode, and the third auxiliary fixed electrode. Are respectively arranged in the positive region of the Y-axis, and the fourth fixed electrode, the fourth displacement electrode, the fourth auxiliary displacement electrode, and the fourth auxiliary fixed electrode are arranged in the negative region of the X-axis, respectively. The fifth fixed electrode, the fifth displacement electrode, the fifth auxiliary displacement electrode, and the fifth auxiliary fixed electrode. A force detecting device characterized in that poles are arranged at positions corresponding to respective origins.
【請求項8】 請求項2〜7のいずれかに記載の力検出
装置において、 複数の固定電極または複数の変位電極のいずれか一方
が、単一の電極層によって構成されていることを特徴と
する力検出装置。
8. The force detection device according to claim 2, wherein either one of the plurality of fixed electrodes or the plurality of displacement electrodes is composed of a single electrode layer. Force detection device.
【請求項9】 請求項8に記載の力検出装置において、 固定基板または変位基板を導電性材料によって構成し、
この基板自身を単一の電極層として用いることを特徴と
する力検出装置。
9. The force detection device according to claim 8, wherein the fixed substrate or the displacement substrate is made of a conductive material,
A force detection device characterized by using this substrate itself as a single electrode layer.
【請求項10】 請求項5〜7のいずれかに記載の力検
出装置において、 複数の補助変位電極または複数の補助固定電極のいずれ
か一方が、単一の電極層によって構成されていることを
特徴とする力検出装置。
10. The force detection device according to claim 5, wherein either one of the plurality of auxiliary displacement electrodes or the plurality of auxiliary fixed electrodes is formed of a single electrode layer. Characteristic force detection device.
【請求項11】 請求項10に記載の力検出装置におい
て、 変位基板または上蓋基板を導電性材料によって構成し、
この基板自身を単一の電極層として用いることを特徴と
する力検出装置。
11. The force detection device according to claim 10, wherein the displacement substrate or the upper lid substrate is made of a conductive material,
A force detection device characterized by using this substrate itself as a single electrode layer.
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