JP2007309658A - Contact pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人間の手足等、検知物の接触圧を検知する接触圧検知センサに関するものである。 The present invention relates to a contact pressure detection sensor for detecting a contact pressure of a detected object such as a human limb.
従来の接触検知センサは、人間の手足等、検知物の接触圧を検知する接触圧検知部を備えており、静電容量の変化に基づき接触圧を検知したり、ダイヤフラム構造であって基板上の圧電体に発生する電荷の変化に基づき接触圧を検知したりするものがある。 A conventional contact detection sensor includes a contact pressure detection unit that detects the contact pressure of a detected object such as a human limb, and detects a contact pressure based on a change in capacitance. Some contact pressures are detected based on a change in electric charge generated in the piezoelectric body.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1や特許文献2が知られている。
上記従来の構成では、接触圧が付加された際に、静電容量が変化したり、圧電体に発生する電荷が変化したりするが、これらの変化は特に接触圧が付加された瞬間に発生するもので、接触の印加時間の長さに対応した検知信号を得ることができない。このため、検知感度は、接触圧が付加される瞬間の接触圧検知部と検知物との接触状態に左右されて誤検知されやすく、検知感度を向上することが難しいという問題点を有していた。 In the above conventional configuration, when contact pressure is applied, the capacitance changes or the electric charge generated in the piezoelectric body changes, but these changes occur particularly at the moment when the contact pressure is applied. Therefore, a detection signal corresponding to the length of the contact application time cannot be obtained. For this reason, the detection sensitivity is affected by the contact state between the contact pressure detection unit and the detected object at the moment when the contact pressure is applied, so that it is easy to be erroneously detected, and it is difficult to improve the detection sensitivity. It was.
本発明は上記問題点を解決するもので検知感度を向上した接触圧検知センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a contact pressure detection sensor with improved detection sensitivity.
上記目的を達成するために本発明は、互いに対向する電極を有し、前記電極に係る接触圧を検知する接触圧検知部を備え、前記接触圧検知部を振動させる振動部を設けるとともに前記接触圧検知部を振動させた状態で接触圧を検知する構成である。 In order to achieve the above object, the present invention has electrodes that face each other, includes a contact pressure detection unit that detects a contact pressure related to the electrode, and includes a vibrating unit that vibrates the contact pressure detection unit and the contact. It is the structure which detects a contact pressure in the state which vibrated the pressure detection part.
上記構成により、接触圧検知部は検知物に対して、振動部の振動数に同調しながら接触するため、単位時間あたり、検知物には何度も接触圧検知部が接触し、その接触回数分、接触圧の検知が可能となるので検知感度を向上できる。 With the above configuration, the contact pressure detection unit contacts the detected object while synchronizing with the frequency of the vibration unit. Therefore, the contact pressure detection unit contacts the detected object many times per unit time. Therefore, the detection sensitivity can be improved.
以下、本発明の全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, the invention described in all claims of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態における接触圧検知センサの斜視図、図2は同接触圧検知センサの断面図、図3は接触圧検知センサの動作状態を示す動作状態図、図4は接触圧と検知信号の関係を示す特性図、図5は同接触圧検知センサの工程図である。 1 is a perspective view of a contact pressure detection sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the contact pressure detection sensor, FIG. 3 is an operation state diagram showing an operation state of the contact pressure detection sensor, and FIG. FIG. 5 is a process diagram of the contact pressure detection sensor, showing the relationship between the contact pressure and the detection signal.
図1、図2において、本発明の一実施の形態における接触圧検知センサは、基板10と、この基板10の上面に形成した接触圧検知部12と、基板10の下面に形成し接触圧検知部12を振動させる振動部14とを設けている。この接触圧検知部12は、第1の圧電体16の圧電効果に起因して発生する電荷を検出して接触圧を検知するものであって、上部検知用電極18と下部検知用電極20の間に配置した第1の圧電体16を有し、外部出力用端子21に接続されている。特に、上部検知用電極18および下部検知用電極20の形状は格子形状にしている。
1 and 2, a contact pressure detection sensor according to an embodiment of the present invention includes a
また、振動部14は、上部振動用電極22と下部振動用電極24との間に配置した第2の圧電体17を有し、接触圧検知部12と対向配置させるとともに振動部14の外形を接触圧検知部12の電極の外形よりも大きくしている。
The
さらに、基板10には下部検知用電極20の交差部26と対向する対向部に貫通孔28を設けるとともに振動部14の周囲部に溝部30を形成している。この溝部30の外側は、この接触圧検知センサを実装する際の台座32となる。
Further, the
そして、図3に示すように、上部振動用電極22および下部振動用電極24に電圧を印加することによって第2の圧電体17を歪ませ、振動部14を一定方向(矢印方向)に振動させている。そうすると、この振動部14による振動に同調して基板10を介して接触圧検知部12が振動するとともに、この振動数分だけ検知物33に接触する。
Then, as shown in FIG. 3, by applying a voltage to the
この際、検知物33に対する接触圧検知部12の接触圧と検知信号の関係は図4に示す通りである。図4の上段に示すように、接触圧が加わった際、従来の接触圧センサでは、図4の中段に示すように、接触圧が加わった瞬間から急激に検知信号の出力が低下するが、上記構成の接触圧センサでは、図4の下段に示すように、接触圧が加わった瞬間から接触圧がなくなるまで、接触圧検知部12の振動数分だけ検知信号が出力される。
At this time, the relationship between the contact pressure of the
上記構成の接触圧検知センサの製造工程は図5に示す通りである。 The manufacturing process of the contact pressure detection sensor having the above configuration is as shown in FIG.
第1に、図5(a)に示すように、Siからなる基板10を熱酸化させて基板10の表面にSiO2からなる熱酸化膜34を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the
第2に、この熱酸化膜34を形成した基板10上には、スパッタにより100ÅのTi膜を成膜して、そのTi膜上にスパッタにより0.2μmのPt膜を成膜して、下部検知用電極20を形成する。
Second, a 100-nm Ti film is formed on the
第3に、下部検知用電極20上にスパッタにより2.5μmのチタン酸・ジルコン酸鉛の酸化物(PZT)を成膜して第1の圧電体16を形成する。
Third, a first
第4に、図5(b)に示すように、第1の圧電体16は、フォトレジスト工法によりウェットエッチングして、格子形状に形成する。
Fourth, as shown in FIG. 5B, the first
第5に、図5(c)に示すように、格子形状の第1の圧電体16には樹脂を被覆して絶縁体36を形成する。この際、絶縁体36の表面と第1の圧電体16の表面とが同一面になるようにして、第1の圧電体16の表面が絶縁体36より露出するようにしている。
Fifthly, as shown in FIG. 5C, the lattice-shaped first
第6に、図5(d)に示すように、この絶縁体36より露出した第1の圧電体16の表面上にスパッタにより100ÅのTi膜を成膜して、このTi膜上にスパッタにより0.3μmのAuを成膜して、上部検知用電極18を形成する。この上部検知用電極18は格子形状に形成している。
Sixth, as shown in FIG. 5D, a 100-thick Ti film is formed on the surface of the first
第7に、基板10には、格子形状の上部検知用電極18の交差部26と対向する対向部に、フォトレジスト工法とドライエッチング加工にて貫通孔28を形成するとともに、この貫通孔28を取り囲むように貫通孔28の最外側に溝部30を形成している。
Seventh, a
第8に、図5(e)に示すように、基板10の裏面にAgからなる上部振動用電極22を形成し、この上部振動用電極22の下面に第2の圧電体17を形成し、この第2の圧電体17の下面に下部振動用電極24を形成し、第2の圧電体17を上部振動用電極22と下部振動用電極24で挟んでいる。
Eighth, as shown in FIG. 5E, the
上記構成により、接触圧検知部12は検知物33に対して、振動部14の振動数に同調しながら接触するため、単位時間あたり、検知物33には何度も接触圧検知部12が接触し、その接触回数分、接触圧の検知が可能となるので検知感度を向上できる。この際、接触圧検知部12の電極形状を格子形状にしているので、検知物33が接触圧検知部12の上部検知用電極18に接触した際、第1の圧電体16に付加される圧力が格子形状に沿って局所的に付加されるので、圧力が分散されにくく、その接触状態を感度よく検知できる。
With the above configuration, the contact
特に、互いに対向する上部検知用電極18と下部検知用電極20の間に第1の圧電体16を介在させ、この第1の圧電体16の圧電効果に起因して発生する電荷を検出して接触圧を検知するので、的確な検知が可能である。
In particular, the first
また、基板10には電極の交差部26と対向する対向部に貫通孔28を設けているので、基板10を振動させやすくし、接触圧検知部12に検知物33が接触した際、第1の圧電体16が受ける変位量を大きくして感度を向上できる。
Further, since the
さらに、振動部14は基板10を介して接触圧検知部12と対向配置させ、かつ、振動部14の外形を接触圧検知部12の電極の外形よりも大きくしているので、不要信号を取り込みにくく、感度を向上できる。特に、基板10には振動部14の周囲部に溝部30を形成しているので、この溝部30を境界として不要信号を取り込みにくくなり感度を向上できる。
Further, since the
なお、接触圧検知部12は基板10上に形成し、電極の交差部26と対向する対向部における基板10の厚みを薄くしても、振動部14による振動をさせやすくし、接触圧検知部12に検知物33が接触した際、第1の圧電体16が受ける変位量を大きくして感度を向上できる。
Note that the contact
また、図6に示すように、上部検知用電極18上に突起部38を設ければ、検知物33の表面が湿潤していたとしても、検知感度を劣化させない。一般的には湿潤層が約10μm以下なので、突起部38の突起長(H)が約10μmを超えるものであればよい。ただし、突起長が20μmを超えると接触圧検知部12の振動に負荷がかかり、振幅に悪影響を与えるので、20μm以下が望ましい。
Further, as shown in FIG. 6, if the
さらに、上部検知用電極18と下部検知用電極20の間に第1の圧電体16を介在させ、圧電効果に起因して発生する電荷を検出して接触圧を検知することに替え、上部検知用電極18と下部検知用電極20の間の静電容量の変化を検出して接触圧を検知してもよい。
Further, the first
以上のように本発明にかかる接触圧検知センサは、検知物の表面が汚れていた場合でも精度よく接触圧を検知でき、各種センサ機器に適用できる。 As described above, the contact pressure detection sensor according to the present invention can accurately detect the contact pressure even when the surface of the detected object is dirty, and can be applied to various sensor devices.
10 基板
12 接触圧検知部
14 振動部
16 第1の圧電体
17 第2の圧電体
18 上部検知用電極
20 下部検知用電極
21 外部出力用端子
22 上部振動用電極
24 下部振動用電極
26 交差部
28 貫通孔
30 溝部
32 台座
33 検知物
34 熱酸化膜
36 絶縁体
38 突起部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006136055A JP2007309658A (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Contact pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006136055A JP2007309658A (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Contact pressure sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007309658A true JP2007309658A (en) | 2007-11-29 |
Family
ID=38842665
Family Applications (1)
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JP2006136055A Pending JP2007309658A (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Contact pressure sensor |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2007309658A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015066350A1 (en) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Self-powered tactile pressure sensors |
-
2006
- 2006-05-16 JP JP2006136055A patent/JP2007309658A/en active Pending
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WO2015066350A1 (en) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Self-powered tactile pressure sensors |
US20160258829A1 (en) * | 2013-11-01 | 2016-09-08 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Self-powered tactile pressure sensors |
US10018525B2 (en) * | 2013-11-01 | 2018-07-10 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Self-powered tactile pressure sensors |
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