JPS62105022A - 電気−機械変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は負荷および移動を測定する変換器に関し、特に
、非常に簡単で最小の移動に対して十分な信号出力を有
する、動作において電気−機械的な、非常に小型の変換
器を提供する。可動接点は必要としない。

種々のディバイスが負荷および／＊たは移動を測定する
ために存在する。あるものは比較的大きな運動を必要と
するばね型のディバイスである。

他のものは、通常は固いジグザグの形で長い抵抗線を具
備し、抵抗が線に供給された圧力に依存して変化する。

これらは正確な位置付けを必要とする。他のディバイス
は信号に誤りを引き起こす摺動接点を有し、わずかな移
動に安定しない。

本発明はエラストマー（ｅｌａｓｔｏｓｅｒｉｃ）材料
の特徴的な形態を使用する。該材料は交互に柔軟な誘電
体の層と導電材料の柔軟な層を構成している。

典型的な例は導電性のインクと誘電体の交互の層であり
、導電性インクの１つの例は薄く分離された銀を含んで
いる。該Ｊｌ＃の厚みは大きく変えることができる。

広い見地において、電気−機械変換器はエラストマー材
料の本体を具備し、該材料は複数の交互に柔軟なｉ電体
材料の層と柔軟な導電体材料の層□　　　　　　を有し
；工２ストマー材料の１つの側に位置付け□　　　　　
　られた２つの電極とエラストマー材料の他の側の１つ
の駆！ｌＩ［ｓ材、該２つの電極は横に間隔を置きエラ
ストマー材料の１−は電極と駆動部材の闇のｖ面に概し
て垂直に延びている。駆動部材の電極に向かう運動は電
極間の並列回路に導電体材料の層の増加をもたらす。電
極はエラストマー材料と支持部材との開にあって、エラ
ストマー材料は支持部材上にマウントされていてもよい
０代わりに、エラストマー材料は駆動部材上にマウント
できる。

層を含む表面は湾曲−凸面−にでき、またエラストマー
材料は湾曲した表面上にマウントされ得る。

本発明は、相当に拡大された寸法の添付の図面と一緒に
、例示の方法によって、以下の実施例で容易に理解され
よう。

第１図、第２図およびｔｌＳ３図は変換器のｌｆｉ様を
示す、電気的な絶縁材料の支持部材１０は支持表面上に
形成された２つの電極１１および１２を有している。該
電極は電極間で小さなギャップ１４のあり、横に間隔が
空けられている。例として、電極１１および１２は支持
部材の側面を回って他の表面に延びている。電気的な接
続がリード１７および１８を介して１５および１６の電
極になされている。エラストマー材料１９の本体は支持
部１３上で電極１１および１２と接触してマウントされ
る。エラストマー材料は、２０および２１で示された、
交互に柔軟なｉ電体層および導電体層を具備する多数の
層を構ｌ友している。　／ｌ！ｌは慨して支持面１３に
垂直であり、層の端は接触面２２にさらされている。

エラストマー材料に向かい合って湾曲面２６を有する駆
動部材２５がある１例として、面２６は球状である。少
なくとも面２６は電気的に導電性である。便宜上、ピス
トン２５は導電性の材料である。駆動部材は支持部材に
垂直な方向で、２７で示されたような層２０，２１に概
して平行な方向に動く。電気的な入力はリード１７およ
ｌ／１８の１つを介して供給され、出力は他のリードか
ら取り出される。

最初に、駆動部材は表面２６がエラストマー材料に触れ
ないように位置付けることができる１代わりに表面２６
がエラストマー材料と接触する配列にされ得る。接触の
径がギャップ１４の距離よりも小さいならば、出力信号
は発生しない。接触領域がダヤップよりも大きいならば
、最初の信号が生成されるであろう、駆動部材がエラス
トマー材料との接触を増しながら動くにつれて、表面２
６は連続的シこ導電ノーの数を増しながら接触して動く
、効果的に、各ＪＯ１ｌは抵抗として振舞い、接触領域
の増加と共に抵抗の数を増加して電気的に並列の関係に
もたらさせるのが効果的である。それ故、入出方間の抵
抗路は減少し、増加する出力信号が得られる。＊た、接
触している層の数の増加に加えて、各層と表面２６との
間の一部１誌口こおけろ紙面に垂直な一接触の長さもま
た増加する。表面２６の曲線は出力信号の曲線を決定す
る。

第４図ないしｔｌＳ９図は表面２６とエラストマー材料
（第４図）との間の初期接触を示し、エラストマー材料
に向かう駆動部材の漸新的な動きの２つの段階（第５図
お上Ｖ第６図）および表面２６とエラストマー材料との
間の接触１１１域の増加する３つの例（第７図、第８図
および第９図）が示されている。　）ｆｌ　２０および
２１の接触端が見られ、接触した層の数の増加および層
と接触する長さの増加が見られる。Ｗ＆檎１１および１
２の間隔を空けて対向した端は破ｍ３０によりて指示さ
れている。

出力信号の曲線はエラストマー材料と接触する電極１１
および１２の形状の変化によって変わることができる。

例えば、電極は、ｆｊＳ３図において鎖線３１および３
２によって指示されているように、お互いに近付くにつ
れて幅を減少させるることができる。形状のこのような
多様性は、ピストンが動くにつれて表面２６と層２０お
よび２１との開の接触浸さの増加を修正する。電極の形
状は直線的な出力曲線を提供する。出力信号は、また層
２０および２１の厚みを変えることによって変わり得る
６例として、複合層の総ての厚み、即ち１つの柔軟な誘
電体層と導１！層は、００５インチになり得る。これは
層のピッチである。しかしながら、この寸法は希望によ
り増加することができる。

上述のように、エラストマー材料の本体は効果的に並列
の複数の抵抗、例えば各層２０が抵抗として振舞っ。ｋ
面２６とエラストマー拐料開の増加した接触は並列に抵
抗数を増加する。また、１つの層と接触する長さの増加
は効果的にその層の抵抗を減少する。出力は普通はブリ
７ノネツＦワークに一定値の抵抗と直列に接続され、出
力４６号はプリラミ１回路から通常の方法で抽出される
。一定値の抵抗は変換器の組み立て部品の一部となるよ
うに配列される。

第１０図は一定値の抵抗を供給する配列が示されている
１例として、エラストマー材料１９の本体は１９ｇに、
横に延長されており、そして、付加電極３５が支持部材
１０から離れた部分１９ａの表面に取り付けられている
。電極は余分の部分１９ａの幅に渡って広がり、端子１
６およびり−ド１８がディバイスへの人力である。もう
ひとつの接点３６は電極３５上に提供され、リード３°
ｌは接、弘３６から延びている０表面２６に接触したエ
ラストマー材料１９の本体の主部分は、ブリツノ回路の
１つの分岐となり、さらに部分１９ａはプリツノ回路の
他の腕となる。

駆動部材と並列にばねが、商い負荷状態のもとでいくら
か負荷を取り去るように提供される。これは第１１図に
示されている。支持部材１０は各地に延びており、延長
３８は支持部材の主部分に関連して減少したＩ嘔である
。突部３９は部材２５のどちらの側にも取り付けられて
おり、ばね４０は突部３９と延長３８との闇に延びてい
る。限界停止（ｌｉｍｉｔ　５ｔｏｐ）もまた提供され
得る。これは第１１図において、突部３９内を延びで延
長３８に向かって調節可能なねじ４１が示されている。

固定した停止が択一的に提供されうる。

電極１１および１２は支持部材１０の他の面に回って延
びる必要がないことが認識されよう、支持部材は、例え
ば側面に延ばしてリードをエラストマー材料を支えてい
る面と同じ面に′ＲＬ極を取り付けられる。

本発明は平面上の、据え付けの支持部材に支持されたエ
ラストマー材料について述べてきたが、本発明は他の方
法においても適用され得る。

このように、第１２図に示されているように、支持部材
１０は湾曲した支持表面１３、例えば球状を有すること
ができる。駆動部材２５は平らな表１ｆｌｉ２６を有す
る。これは、表面２６がある装置の可動部材の一部、ま
たはその上に形成されているとき、便利な配列となり得
る。支持表面１３および表ｌ１ａｉ２６の両方は湾曲さ
れ得る。

さらに代えて、第１３図にはＩＩＪ’動または駆動部材
にマウントされたエラストマー材料を有する。

このように、表面２６は支持表面となり、層が電極と接
触して規則的に１ａｌＪき接触はエラストマー材料と？
ｔｃ極１１およ１１２間でなされる。本実施例において
、エラストマー材料は湾曲した表面上にマウントして示
されているが、表面２６は平らにすることができて電極
１１および１２はエラストマー材料に湾曲表面を表すよ
うに配列される。

他の配列において、接触部材２５は接触表面２１に渡っ
て延びている薄い柔軟な部材であることができる０表面
２６は柔軟な部材上の圧力によって接触表面と接触して
押さえられることができる。

種々の他の配列が見られ、それによってｖ＃電材料のさ
らされた層の端が、電気的に並列な関係にある導電層の
数を規則的に変えるために、導電表面または部材によっ
て接触されている。

本発明は簡単で非常に小さな変換器を提供する。

このように、例えば１．００５インチの層ピッチで、変
換器の寸法は３ｍ輪×３輪曽×５鴫論であり、約０．４
１１Ｉ＋１の駆動部材の移動で約１６Ｘ１０’オームか
ら、４４Ｘ１０’オーム以“ドの抵抗変化を与えること
ができる。典型的なエラストマー材料はゼブラ（Ｚｅｂ
ｒａ）の商標でニューノヤーノイ、クラン７オードの１
’ＥＣＫＮＩＴによって販売されている。

ディバイスはアナログ出力を有し、増幅を必要とせず、
出力信号を妨げる可動接点を有しない０本発明は圧力保
持の測定、わずかな動きおよび類似の特徴の測定のため
のロボット工学に多くの用途を有する。また、ペンの圧
力測定のための手書きｇａディバイスに適用できる。こ
の例では、接触表面は柔軟性がある。

ディバイスはまた初期の接触領域が電極間のギャップ１
４よりも小さいならば、スイッチとして使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は変換器の１！！！！様の側面図。 第２図は第１図の変換器の上部平面図。 第３図は電極を示す、第１図の線１ｌ−Ｉｌｌの断面図
。 第４図は最初の接触状態をボす、概して第２図の線ｆｆ
−ｆＶの断面図。 第５図および１ｊ５６図は駆動部材の漸進的な動作の２
つの段階を示し、第４図と類似の断面図。 第７図、＄８図および第９図は駆動部材の漸進的な動作
での接触領域における漸進的な増加を示す、エラストマ
ー材料の底面図。 第１０図は他の実施例を示す断面図。 ｆｊＳ１１図はさらに他の実施例を示す断面図。 第１２図は代わりの実施例を示す第１図に類似の図。 第１３図はさらに代わりの実施例を示す第１図にＭｔＬ
の図。 １０・・・・・・・支持部材 １１．１２．３５−−ｆｆｉｍ ｌ　７．１８・・・・ｔｔＬ気的気息 接点１９・・・・・エラストマー材料 ２０．２１　　・　　・　　・　　・　ノ９ブ２２・・
・・・・・接触表面 ２５・・・・・・・駆動部材 ２６・・・・・・・導′４１表面 ４０・・・・・・・ばね ４１・・・・・・・停止手段 特許出願人　ノーザン・テレコム・リミテッドＩＧ　　
４ ＦＩＧ、　　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、柔軟な誘電体材料と柔軟な導電体材料の複数の交互
   の層で構成されているエラストマー材料の本体と、 該エラストマー材料の本体の一方の側にあって、軸線の
   回りを横に間隔を置いており、かつ該層の端に対向して
   いる２つの電極と、 １つの電極に対して入力、他の電極に対して出力となる
   該電極への電気的な接続と、 該エラストマー材料の本体の他方の側にあって少なくと
   も該軸線と整合した電気的に導電性の表面を有しており
   、かつ該層の端に対向している駆動部材とを具備してお
   り、 該電極の方へ該駆動部材の動きがエラストマー材料の本
   体を変形させ、かつ連続的に導電表面を通して電極間に
   並列に導電材料の増加した数の層と接触することを特徴
   とする電気−機械変換器。 ２、支持部材、該支持部材の表面にマウントされている
   電極およびエラストマー材料からなる特許請求の範囲第
   １項記載の変換器。 ３、該エラストマー材料が該駆動部材上にマウントされ
   ている特許請求の範囲第１項記載の変換器。 ４、該エラストマー材料が該層の方向に概して垂直に延
   びている平らな接触表面を有し、該駆動部材が該平らな
   接触表面に対向した凸状のアーチ形表面を有する特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の変換器。 ５、該駆動部材が該平らな接触表面に対立した球状の表
   面を有する特許請求の範囲第４項記載の変換器。 ６、該エラストマー材料が凸状のアーチ形接触表面を有
   し、該駆動部材が該層の方向に概して垂直に延びている
   平らな表面を有する特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の変換器。 ７、該エラストマー材料が凸状のアーチ形接触表面を有
   し、電極が交互の層の方向に概して垂直に面に延びてい
   る特許請求の範囲第１項または第３項記載の変換器。 ８、該電極が対向した内部端を有し、該電極は一定の幅
   である特許請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記
   載の変換器。 ９、該電極が対向した内部端を有し、該電極は可変の幅
   である特許請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記
   載の変換器。 １０、該電極の各々が外部端から内部端に向かって幅が
   減少する特許請求の範囲第９項記載の変換器。 １１、該エラストマー材料の横の広がりと、該横の広が
   りの１つの表面と接触する該電極の１つおよび該横の広
   がりの他の表面と接触するもう１つの電極とを具備して
   おり、該横の広がりの表面は該層の方向に垂直な方向に
   間隔を置かれており、該横の広がりは固定の抵抗部材を
   形成する特許請求の範囲第１項記載の変換器。 １２、該電極が支持部材にマウントされ、ばねが該支持
   部材と駆動部材との間に延びている特許請求の範囲第１
   項記載の変換器。 １３、該電極が支持部材上にマウントされ、調節可能な
   停止手段が該支持部材と駆動部材との間に位置ずけられ
   ている特許請求の範囲第１項記載の変換器。 １４、前と後ろの表面を有する支持部材を具備し、該電
   極が該前の表面にマウントされて該支持部材の側部端を
   越えて該後ろの表面に延び、該後ろの表面で該電極上に
   電気的な接続を具備している特許請求の範囲第１項記載
   の変換器。