JPH11258082A

JPH11258082A - 三軸力センサ

Info

Publication number: JPH11258082A
Application number: JP10059981A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kobata; 英之木幡
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】可撓薄板を有する三軸力センサにおいて、部
品点数が多いため、組付け作業が煩雑で、しかも、組付
け精度が低下する不具合があった。【解決手段】複数の電極からなる電極部７を形成した
配線基板５と、導電性材料からなり電極部７に間隙１７
を有して配設される可撓薄板３１と、間隙１７を形成す
るために、可撓薄板３１と配線基板５との間に介装され
るスペーサ３３と、配線基板５からスペーサ３３及び可
撓薄板３１を貫通したネジ１５に螺合して可撓薄板３１
を配線基板５に固定する固定板３５と、可撓薄板３１の
上面に下端面を接合した円柱状のレバー３９とを具備し
た三軸力センサ５１であって、可撓薄板３１に、スペー
サ３３、固定板３５、及びレバー３９を一体に形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元空間の全方
向についての力を検出する三軸力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、コンピュータの入力手段などに
用いられる力センサには、電極の静電容量変化を利用し
て力を検出するものがある。この種の従来の三軸力セン
サを図３〜図５に基づいて説明する。

【０００３】図３に示すように、回路形成部１、入出力
端子３を備えた配線基板５上には、三軸力センサ用の電
極部７を形成してある。電極部７は、円形状の電極Ｓ５
と、この電極Ｓ５の外側で円周方向に等間隔で配設した
四つの電極Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とからなる。それぞ
れの電極は、不図示の印刷配線などを介して、回路形成
部１の信号処理回路に接続してある。

【０００４】図４に示すように、配線基板５上には、電
極部７の外側に、電極部７を包囲するように複数又は単
体のスペーサ９を配設してある。このスペーサ９の上面
には、電極部７を覆う導電性材料（例えば、ステンレス
薄板）からなる可撓薄板（ダイヤフラム）１１を載置し
てある。

【０００５】ダイヤフラム１１は、上面の周縁に設けた
固定板１３に、配線基板５からスペーサ９、ダイヤフラ
ム１１を貫通したネジ１５を螺合することで、配線基板
５に固定される。従って、ダイヤフラム１１と電極部７
との間には、スペーサ９の厚み分の間隙１７が形成され
ている。このダイヤフラム１１は、接地回路に接続して
ある。ダイヤフラム１１の上面には、中央の電極Ｓ５の
中心に軸線を一致させた棒状のレバー１９を起立状態に
固定してある。

【０００６】このように構成された三軸力センサ２１に
おいて、図５に示すように、例えば、レバー１９に、軸
線に直交する方向の力Ｆが加えられると、レバー１９が
軸線に対して傾斜する。すると、レバー１９に接合され
ているダイヤフラム１１が変形する。ダイヤフラム１１
が変形すると、ダイヤフラム１１と電極部７との間隙１
７が変位する。三軸力センサ２１では、この間隙１７の
変位に応じて変化する電極の静電容量変化を検出するこ
とで、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の力成分を検出することが
できた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の三軸力センサは、電極部に静電容量変化を生じ
させるためのダイヤフラムを、スペーサと固定板とを用
いて配線基板に固定していた。また、レバーは、接着剤
又は溶接により、ダイヤフラムに接合していた。このた
め、部品点数が多くなり、組付け作業に多くの工数を要
していた。また、多数の部品を組付けるため、個々の部
品寸法の誤差や組立て誤差が積み重なる不利があった。
このような誤差により、例えば図６に示すように、電極
部７の中心Ｃ１と、レバー１９の軸線Ｃ２とにずれが生
じると、同じ大きさの力であっても、その方向によっ
て、間隙１７の寸法が等しくならない。即ち、力（Ｆ）
と、逆方向の力（−Ｆ）とでは、間隙寸法が異なるもの
となる。この結果、正負感度や他軸感度の精度を低下さ
せる問題が生じていた。本発明は上記状況に鑑みてなさ
れたもので、組付けが容易であり、しかも、高い検出精
度が得られる三軸力センサを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る三軸力センサの構成は、複数の電極から
なる電極部を形成した配線基板と、導電性材料からなり
前記電極部に間隙を有して配設される可撓薄板と、前記
間隙を形成するために該可撓薄板と前記配線基板との間
に介装されるスペーサと、前記配線基板から前記スペー
サ及び前記可撓薄板を貫通したネジに螺合して前記可撓
薄板を前記配線基板に固定する固定板と、前記可撓薄板
の上面に下端面を接合した棒状のレバーとを具備した三
軸力センサであって、前記可撓薄板に、前記スペーサ、
前記固定板、及び前記レバーを一体に形成したことを特
徴とする。

【０００９】この三軸力センサでは、可撓薄板に、スペ
ーサ、固定板、レバーが一体に形成されるため、組付け
部品点数を大幅に削減できると共に、部品点数が減少す
ることで、個々の部品寸法の誤差や組立て誤差が積み重
なることによる組付け完了後の製品寸法の狂いを極力防
止することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る三軸力センサ
の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る三軸力センサの側面図である。な
お、図３、図４に示した部材と同一の部材には同一の符
号を付して説明する。

【００１１】回路形成部１（図３参照）、入出力端子３
（図３参照）を備えた配線基板５上には、三軸力センサ
用の電極部７を形成してある。電極部７は、円形状の電
極Ｓ５と、この電極Ｓ５の外側で円周方向に等間隔で配
設した四つの電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４（図３参照）
とからなる。それぞれの電極は、不図示の印刷配線など
を介して、回路形成部１（図３参照）の信号処理回路に
接続してある。

【００１２】配線基板５上には、間隙１７を有して電極
部７を覆う可撓薄板（ダイヤフラム）３１を配設してあ
る。ダイヤフラム３１は、導電性材料（例えば、ステン
レス薄板）からなる。ダイヤフラム３１の下面周縁に
は、電極部７を包囲するように配置される複数又は単体
のスペーサ（スペーサ部）３３を一体に形成してある。

【００１３】また、ダイヤフラム３１の上面周縁には、
複数又は単体の固定板（固定部）３５を一体に形成して
ある。スペーサ部３３の下面には、ダイヤフラム３１に
垂直な方向のネジ孔３７を形成してある。ネジ孔３７
は、スペーサ部３３を貫通して固定部３５に達してい
る。ダイヤフラム３１の上面には、棒状のレバー（レバ
ー部）３９を起立状態に一体形成してある。

【００１４】配線基板５には、ネジ１５を挿通する穴４
１を穿設してある。ダイヤフラム３１は、配線基板５か
らスペーサ部３３を貫通したネジ１５を固定部３５に螺
合することで、配線基板５に固定される。従って、ダイ
ヤフラム３１と電極部７との間には、スペーサ部３３の
厚み分の間隙１７が形成される。ダイヤフラム３１は、
ネジ１５に固定部３５が螺合されることで、レバー部３
９の軸線が、中央の電極Ｓ５の中心に一致するように位
置決めされる。このダイヤフラム３１は、接地回路に接
続される。

【００１５】このように、ダイヤフラム３１には、従来
別体として形成されていた図４に示すスペーサ９、固定
板１３、レバー１９が、一体化されたスペーサ部３３、
固定部３５、レバー部３９となって形成されている。

【００１６】このダイヤフラム３１は、ステンレス素材
を切削加工することによって、スペーサ部３３、固定部
３５、レバー部３９を一体に形成することができる。

【００１７】また、ダイヤフラム３１は、ステンレス素
材を切削加工することによって、先ずレバー部３９を一
体に形成しておき、この中間部材を、樹脂材からなるス
ペーサ部３３、固定部３５にインサート成形することに
よって、一体に形成することもできる。

【００１８】ダイヤフラム３１は、スペーサ部３３、固
定部３５、レバー部３９が一体に形成されるものであれ
ば、加工方法を限定しない。従って、切削加工、インサ
ート成形、接着剤による接合、溶接、プレス又はこれら
の組合せなど、いずれの加工方法によって形成されるも
のであってもよい。

【００１９】ダイヤフラム３１と電極部７との位置決め
は、上述のように、配線基板５の穴４１に挿通したネジ
１５を固定部３５に螺合することで行われる。また、こ
れとは別に、スペーサ部３３と配線基板５とに位置規制
用の凹凸部などを設け、これらを嵌合することにより位
置決めを行うものであってもよい。

【００２０】このように構成された三軸力センサ５１の
組付けは、配線基板５の電極部７上にダイヤフラム３１
を載置し、スペーサ部３３のネジ孔３７と、配線基板５
の穴４１とを一致させる。次いで、配線基板５の裏面側
から穴４１にネジ１５を挿入し、ネジ１５を固定部３５
に螺合して締め付ける。これにより、ダイヤフラム３１
は、レバー部３９の軸線が、中央の電極Ｓ５の中心に一
致して、配線基板５に螺着される。

【００２１】このように構成された三軸力センサ５１
は、レバー部３９に、例えば軸線に直交する方向の力が
加えられると、レバー部３９が軸線に対して傾斜する。
すると、レバー部３９に連結されているダイヤフラム３
１が変形する。ダイヤフラム３１が変形すると、ダイヤ
フラム３１と電極部７との間隙１７が変位する。従っ
て、この間隙１７の変位に応じて変化する電極部７の静
電容量変化を検出することで、Ｘ、Ｙ、Ｚの三軸方向の
力成分が検出される。

【００２２】この三軸力センサ５１では、ダイヤフラム
３１に、スペーサ部３３、固定部３５、レバー部３９が
一体に形成されるので、組付け部品点数が少なくなる。
また、部品点数が少なくなることで、個々の部品寸法の
誤差や組立て誤差が積み重なることがなく、誤差の大き
くなることがない。

【００２３】このように、上述の三軸力センサ５１によ
れば、ダイヤフラム３１に、スペーサ部３３、固定部３
５、レバー部３９を一体に形成したため、部品点数を少
なくすることができ、組付け作業を容易にすることがで
きる。

【００２４】また、部品点数が少ないので、個々の部品
寸法の誤差や組立て誤差が積み重ねられることがなく、
高精度に組付けを行うことができる。この結果、検出精
度の高い三軸力センサ５１が得られる。

【００２５】次に、上述の三軸力センサ５１の変形例を
説明する。図２は本発明に係る三軸力センサの変形例を
示す要部拡大図である。第一の変形例は、図２（ａ）に
示すように、ダイヤフラム３１に、固定部３５、レバー
部３９（図１参照）を一体に形成し、スペーサ部３３の
みを別体で形成してある。

【００２６】この変形例による三軸力センサ５１ａで
は、上述の三軸力センサ５１に比べて、部品点数は一つ
増えるが、固定部３５とレバー部３９とをダイヤフラム
３１に一体に形成するので、上述同様に、高精度な組付
けを可能にすることができる。また、ダイヤフラム３１
の下面が平面となるため、加工を容易にすることができ
る。

【００２７】第二の変形例は、図２（ｂ）に示すよう
に、ダイヤフラム３１に、スペーサ部３３、レバー部３
９（図１参照）を一体に形成し、固定部３５のみを別体
で形成してある。スペーサ部３３は、貫通されるネジ１
５によって位置決めされる。即ち、ダイヤフラム３１
は、スペーサ部３３を介して位置決めされる。この変形
例の場合は、上述したように、スペーサ部３３と配線基
板５とに位置規制用の凹凸部などを設けることにより位
置決めが効果的に行える。

【００２８】この変形例による三軸力センサ５１ｂで
は、部品点数は一つ増えるが、スペーサ部３３とレバー
部３９とをダイヤフラム３１に一体に形成し、スペーサ
部３３で位置決めを行うので、上述同様に、高精度な組
付けを可能にできる。また、固定部３５を加工する必要
がなくなるので、その分、加工を容易にすることができ
る。更に、この変形例では、スペーサ部３３のみを用い
て螺着が可能であれば、固定部３５を用いずにダイヤフ
ラム３１を固定できる。従って、少ない部品点数で高精
度な組付けが行えると共に、加工を容易にすることがで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る三軸力センサによれば、複数の電極からなる電極部を
形成した配線基板と、導電性材料からなり電極部に間隙
を有して配設される可撓薄板と、間隙を形成するために
可撓薄板と配線基板との間に介装されるスペーサと、前
記配線基板から前記スペーサ及び前記可撓薄板を貫通し
たネジに螺合して可撓薄板を配線基板に固定する固定板
と、可撓薄板の上面に下端面を接合した棒状のレバーと
を具備した三軸力センサであって、可撓薄板に、スペー
サ、固定板、及びレバーを一体に形成することで、部品
点数を大きく削減することができ、組付けを容易にする
ことができる。また、部品点数が少ないため、個々の部
品寸法の誤差や組立て誤差が積み重ねられることがな
く、高精度に組付けを行うことができる。その結果、検
出精度の高い三軸力センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る三軸力センサの側面図である。

【図２】本発明に係る三軸力センサの変形例を示す要部
拡大図である。

【図３】従来の三軸力センサの配線基板の平面図であ
る。

【図４】従来の三軸力センサの側面図である。

【図５】従来の三軸力センサの動作時の状態を表す側面
図である。

【図６】レバーが偏心して組付けられた従来の三軸力セ
ンサを表す側面図である。

【符号の説明】

５配線基板７電極部１５ネジ１７間隙３１ダイヤフラム（可撓薄板）３３スペーサ部（スペーサ）３５固定部（固定板）３９レバー部（レバー）５１三軸力センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電極からなる電極部を形成した配
線基板と、導電性材料からなり前記電極部に間隙を有し
て配設される可撓薄板と、前記間隙を形成するために該
可撓薄板と前記配線基板との間に介装されるスペーサ
と、前記配線基板から前記スペーサ及び前記可撓薄板を
貫通したネジに螺合して前記可撓薄板を前記配線基板に
固定する固定板と、前記可撓薄板の上面に下端面を接合
した棒状のレバーとを具備した三軸力センサであって、前記可撓薄板に、前記スペーサ、前記固定板、及び前記
レバーを一体に形成したことを特徴とする三軸力セン
サ。