JP4226643B2

JP4226643B2 - 起歪体、静電容量式力センサー及び静電容量式加速度センサー

Info

Publication number: JP4226643B2
Application number: JP2007545117A
Authority: JP
Inventors: 伸光谷口; 昌徳水島
Original assignee: アップサイド株式会社
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: EP1956355A1; WO2007057943A1; EP1956355A4; US20090115432A1; JPWO2007057943A1

Description

本発明は、外力が加えられると変形して歪みを起こす起歪体、この起歪体を用いて静電容量の変化に基づいて力の変化を検出する静電容量式力センサー、及び、この起歪体を用いて静電容量の変化に基づいて加速度の変化を検出する静電容量式加速度センサーに関する。

静電容量の変化に基づいて力の変化を検出する力センサーは、例えば体重計等に使用されている。この種の力センサーは、操作入力部をボタンタイプ又はスティックタイプに構成してヒューマンインターフェイスとして使用され、例えば、ノート型パーソナルコンピュータのスティックタイプの入力装置として公知である。

図１及び図２は従来の一般的な力センサーの概要を示しており、図１の（Ａ）は従来の力センサーの平面図、図１の（Ｂ）はそのＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図、図１の（Ｃ）は検出電極の平面図、図２の（Ａ）は従来の他の例の力センサーの平面図、図２の（Ｂ）はそのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図、図２の（Ｃ）は検出電極の平面図をそれぞれ示している。
この力センサー２では、基板４に設置されたシリコンラバー等の絶縁体や導体からなる起歪体６を備え、この起歪体６の天井面部に電極８、この電極８に対向して基板４側に検出電極１０を備えている。図１に示すものが、起歪体６を両持ち梁とし、検出電極１０を円形としており、図２に示すものが、起歪体６を片持ち梁とし、検出電極１０を長方形としている。なお、起歪体６を導体で形成して電極を構成すれば、電極８を別個に設置する必要はない。

このような力センサーについて、図１に示される力センサー２を取って説明すると、図３の（Ａ）に示すように、起歪体６に力ｆを作用させれば、その力ｆによって起歪体６が屈曲変形し、それに伴って電極間距離ｄが減少し、図３の（Ｂ）に示すように、電極８と検出電極１０とが接触することになり、電極間の静電容量Ｃが増加することになる。このように起歪体６に対する入力（力ｆ）と、出力（静電容量Ｃ）との関係は、図４に示すように、なだらかな曲線を描いて増減することになる。ここで、Ｃｏｆｆｓｅｔは、図１の（Ｂ）に示す状態での電極間の静電容量であって、電極間距離ｄが変化していない場合のオフセット出力であり、このオフセット出力は、力ｆが加わっても、その力ｆが構造体６の持つ弾性を越えて変形させない限り、容量変化が生じないこと、即ち、ゼロ点出力を表している。そして、このオフセット出力は、起歪体６が持つ弾性、復元性、へたり等に依存する。このような入出力関係は図２に示す力センサー２についても同様である。

このように加えられた力ｆを静電容量Ｃの変化として取り出す力センサーが知られている。

この文献には、入力部の変位量を大きく設定した静電容量式センサーについて開示され、その構成は、平行移動可能な基板を平行に対向配設させることにより、その対向面側にそれぞれ電極部を備え、各電極部が９０°角度の変位で設けられたものである。

なお、ここでは、一例として力センサーについて説明したが、加速度センサーについても基本的な原理は同じであり、加速度センサーでは、静電容量の変化に基づいて加速度の変化が検出可能となっている。

ところで、このような力センサーや加速度センサーでは、入出力関係の信頼性が重要であり、特に、上記ゼロ点出力（オフセット出力）の安定度が非常に重要である。即ち、操作していない場合に出力がゼロであるか、又は特定のオフセット値を呈し、その値が一定であることが必要である。換言すれば、操作していない場合の出力が変化したり、又はオフセット値が変化すると、ゼロ点を特定することができず、検出装置としての信頼性が損なわれる。

例えば、力センサーを用いたポインティングデバイスでは、ゼロ点やオフセット値が変化すると、換作していないにも拘わらず、微小な出力（残留出力）の発生により、ポインターが動き出す等の不具合を生じる。

ここで、力センサー（図１又は図２）の残留出力について、図５を参照して説明する。図５の（Ａ）において、比較的短い時間で５回の入力ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４、ｆ_５が加えられた場合、各入力ｆ_１〜ｆ_５の大小関係は、ｆ_２＞ｆ_１＞ｆ_３≒ｆ_４≒ｆ_５であって、ｆ_２は最もレベルが高く、ｆ_１及びｆ_２は時間幅が長く、これに対し、ｆ_３、ｆ_４、ｆ_５は微小時間の微小入力である。しかも、巨大入力の後に微小入力が加えられたことを想定している。

このような入力ｆ_１〜ｆ_５について、力センサー２は、図５の（Ｂ）に示すように、入力に追従した出力Ｃ_１１、Ｃ_１２、Ｃ_１３、Ｃ_１４、Ｃ_１５が得られ、入力に応じた静電容量変化を呈するが、最初の入力ｆ_１に対する出力Ｃ_１１の後、ｂ_１部分では入力が無いにも拘らず微小な出力が生じている。即ち、これが残留出力である。また、入力ｆ_２による出力Ｃ_１２の後のｂ_２部分にはより大きな残留出力が生じている。この残留出力に出力Ｃ_１３〜Ｃ_１５が重畳しており、ｂ_３部分以降は入力が小さいため、残留出力が時間の経過とともに減少していることが理解できるであろう。
特願平６−３１４１６３

ところで、このような残留出力は、主として、圧力を受ける起歪体６の復元性に依存するが、起歪体６に一般的に用いられるゴム等のエラストマーは、変形後、原型に完全に復帰しない特性を持っている。一方、起歪体６を金属プレートなどにより形成することもできるが、コスト高になってしまうといった問題点がある。

このような従来の問題点を解消する方法として、例えば、樹脂プレートなどをシリコンラバー上に接着した起歪体が提案されているが、樹脂プレートを確実に接着するためには、接着面の洗浄や接着補助液及び接着剤の塗布などの煩雑な作業が必要とされる。

このような課題に関し、前記先行技術文献にはその開示はなく、その解決手段についても開示や示唆をするものではない。

そこで、本発明は、低コスト化が可能で、変形の安定度が高く復元性に優れている上に、成形が容易な起歪体を提供することを目的とする。

また、本発明は、静電容量の変化に基づいて力の変化を検出する静電容量式力センサーや、静電容量の変化に基づいて加速度の変化を検出する静電容量式加速度センサーに関し、復元性に優れた起歪体を用いることにより、検出精度を高めることが可能な静電容量式の力センサー及び加速度センサーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の起歪体は、導電性を有する第１の起歪部と、該第１の起歪部よりも硬い板状の部材からなり、前記第１の起歪部にインサート成形された第２の起歪部と、を有して構成されている。

斯かる構成とすれば、起歪体全体を金属プレートやアルミの削りだしなどで形成した場合に比べ、コストを削減することができる。又、起歪体全体をシリコンラバーなどで形成した場合に比べ、変形の安定度が高く、復元性に優れている。更に、シリコンラバーに金属プレートを貼り付けて構成された従来の起歪体に比べ、接着面の洗浄や接着補助液及び接着剤の塗布などの接着に伴う煩雑な作業が不要で成形が容易である。

上記目的を達成するため、本発明の静電容量式力センサー及び静電容量式加速度センサーは、上述の起歪体を備えた構成である。斯かる構成とすれば、変形の安定度が高く、復元性に優れた起歪体を備えているため、起歪体に対する外力の変化を高い精度で静電容量の変化に変換することができ、センサーの検出精度を高めることができる。又、成形が容易で、低コスト化が可能な起歪体を備えているため、検出精度の高いセンサーを安価で提供することができる。
上記目的を達成するためには、前記起歪体に対向して配設された検出電極を更に備え、該検出電極における前記起歪体側の表面には、均一な厚みを持った絶縁性フィルムが配設されている静電容量式力センサー及び静電容量式加速度センサーとしてもよい。斯かる構成とすれば、電極間における絶縁層の厚みを一定にすることができ、個々のセンサーにおける静電容量のばらつき（検出感度のばらつき）を小さくすることができる。
上記目的を達成するためには、前記検出電極が形成された基板と、前記起歪体を前記検出電極と対向する位置に固定するためのケースと、を更に備え、該ケースは、前記起歪体を内部に収容した状態で前記基板に溶接で固定されている静電容量式力センサーとしてもよい。斯かる構成とすれば、ケースと基板を強固に固定することができ、起歪体と検出電極の距離（電極間距離）を一定に保つことができる。
上記目的を達成するためには、前記検出電極が形成された基板と、前記起歪体を前記検出電極と対向する位置に固定するためのケースと、を更に備え、前記ケースは、前記起歪体にインサート成形されている静電容量式力センサーとしてもよい。斯かる構成とすれば、起歪体の基板への取り付けが容易になると共に、装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る起歪体は、低コスト化が可能で、変形の安定度が高く復元性に優れている上に、成形が容易であるという優れた効果を有する。

又、本発明に係る静電容量式の力センサー及び加速度センサーは、検出精度を高めることができ、低価格で製造することができるという優れた効果を有する。

以下、本発明の実施形態について説明する。

第１の実施形態

本発明の第１の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、静電容量式力センサー（以下、単に「力センサー」と称す）を示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は検出電極の平面図である。
この力センサー２０には、基板２２の上面に、外力が加えられると変形して歪みを起こす起歪体２４が備えられている。
この起歪体２４は、導電性を有する第１の起歪部２６と、この第１の起歪部２６よりも硬い板状の部材からなり、第１の起歪部２６にインサート成形された第２の起歪部２８と、を有して構成されている。
第１の起歪部２６は、本実施形態では、上記図６（Ｂ）における上下方向に屈曲可能な円筒状の支持部２６Ａと、この支持部２６Ａと一体に形成された平板状の入力部２６Ｂとによって構成されており、入力部２６Ｂの内面の中央部には柱状の起歪体凸部３０が、又、この起歪体凸部３０の周囲には円環状の起歪体凹部３２が形成されている。
又、この第１の起歪部２６は、本実施形態では、導電性シリコンラバーによって形成されている。なお、本発明に係る「第１の起歪部」の材料は本実施形態における導電性シリコンラバーに限定されるものではなく、導電性を有し、且つ、外力が加えられると変形して歪みを起こす材料を適用すればよい。従って、例えば、第１の起歪部２６には、導電性エラストマーなどの導電性を有する樹脂やゴムを適用することができ、又、非導電性のシリコンラバーやエラストマーなどの材料に、導電性材料を印刷又はスパッタリングして第１の起歪部２６を形成することもできる。

一方、第２の起歪部２８は、本実施形態では、円環状の金属プレートによって構成されている。なお、本発明に係る「第２の起歪部」の材料は本実施形態における金属に限定されるものではなく、第１の起歪部２６よりも硬い部材であればよい。従って、例えば、第２の起歪部２８には、樹脂で成形された樹脂プレートなどを適用することもできる。又、本発明に係る「第２の起歪部」の形状も本実施形態における円環状に限定されるものではなく、板状の部材であればよい。従って、例えば、第２の起歪部２８の形状は、円板状や多角形状であってもよく、又、平板のみならず、曲げ（リブ）を有する板状体であってもよい。

又、この第２の起歪部２８は、上記図６（Ｂ）に示されるように、平板状の入力部２６Ｂの厚み方向の略中央位置に、円環状の起歪体凹部３２に沿うようにインサート成形されている。第２の起歪部２８のインサート成形の方法は特に限定されるものではないが、例えば、以下の（１）〜（３）の３つの方法が考えられる。

（１）円環状の第２の起歪部２８の中央開口部を、金型の上型及び下型のいずれか一方に設けられた凸部に挿入して位置決めすると共に、上型及び下型の他方で第２の起歪部２８の円周方向外側を支持し、第２の起歪部２８を金型のキャビティ中央近傍に固定する。そして、例えば導電性シリコンを第１の起歪部２６の材料として金型のキャビティ内（第２の起歪部２８の周囲全体）に注入・硬化させて、第２の起歪部２８を、第１の起歪部２６にインサート成形する。

（２）第２の起歪部２８を円板形状とし、複数の位置決め孔を円周方向に略等間隔に形成する。そして、第２の起歪部２８の位置決め孔を、上型及び下型の対向面に設けられた複数の固定ピンに挿入して位置決めし、第２の起歪部２８を金型のキャビティ中央近傍に固定する。そして、上記（１）と同様に、例えば導電性シリコンを第１の起歪部２６の材料として金型のキャビティ内に注入・硬化させて、第２の起歪部２８を、第１の起歪部２６にインサート成形する。この方法によれば、第２の起歪部２８を精度良く位置決めすることが可能となる。

（３）第２の起歪部２８の一方の面を第１の起歪部２６で覆うように成形した後、全体を裏返し、第２の起歪部２８の他方の面に第１の起歪部２６を成形して、第２の起歪部２８を、第１の起歪部２６にインサート成形する。
以上説明したように、本実施形態に係る起歪体２４によれば、導電性を有する第１の起歪部２６と、この第１の起歪部２６よりも硬い板状の部材からなり、第１の起歪部２６にインサート成形された第２の起歪部２８と、を有して構成されているため、起歪体全体を金属プレートやアルミの削りだしなどで形成した場合に比べ、コストを削減することができる。又、起歪体全体をシリコンラバーなどで形成した場合に比べ、変形の安定度が高く、復元性に優れている。更に、シリコンラバーに金属プレートを貼り付けて構成された従来の起歪体に比べ、接着面の洗浄や接着補助液及び接着剤の塗布などの接着に伴う煩雑な作業が不要で成形が容易である。
又、本実施形態に係る力センサー２０によれば、変形の安定度が高く、復元性に優れた起歪体２４を備えているため、起歪体２４に対する外力の変化を高い精度で静電容量の変化に変換することができ、力センサー２０の検出精度を高めることができる。又、成形が容易で、低コスト化が可能な起歪体２４を備えているため、検出精度の高い力センサー２０を安価で提供することができる。
力センサー２０の基板２２には、検出電極として円環状の検出電極３４が設置されており、この検出電極３４と、これに対向する起歪体凹部３２の部分で第１のセンサー部３６（以下、単に「センサー部３６」と称す場合がある）が構成されている。このセンサー部３６は、起歪体凹部３２及び検出電極３４の対向面積Ｓ_１を一定とすれば、電極間距離ｄ_１が力ｆを受けて変化することにより、力ｆに応じた静電容量Ｃ_１を出力する構成である。なお、本実施形態では、起歪体凹部３２及び検出電極３４を円環状にしているが、矩形状としてもよい。

また、検出電極３４の内側部分には絶縁間隔３８を設けて第２の検出電極として円形の検出電極４０が設置されている。この検出電極４０と、これに対向する起歪体凸部３０の部分で第２のセンサー部４４（以下、単に「センサー部４４」と称す場合がある）が構成されている。このセンサー部４４は、起歪体凸部３０及び検出電極４０の対向面積Ｓ_２を一定とすれば、電極間距離ｄ_２が力ｆを受けて変化することにより、力ｆに応じた静電容量Ｃ_２を出力する構成である。なお、センサー部４４はセンサー部３６の電極間距離ｄ_１に比較し、電極間距離ｄ_２が起歪体凸部の分だけ小さくなっている（ｄ_１＞ｄ_２）。なお、本実施形態では、起歪体凸部３０及び検出電極４０を円形としているが、矩形状としてもよい。

斯かる構成とすれば、力センサー２０の起歪体２４の入力部２６Ｂに指等で力ｆを加えると、起歪体２４はその力ｆに応じて変形し、例えば、図７に示すように、入力部２６Ｂは湾曲するとともに支持部２６Ａも湾曲し、検出電極３４には起歪体凹部３２が近接し、起歪体凸部３０は検出電極４０に近接するとともに密着する。この場合、起歪体凸部３０と検出電極４０との間隔が小さいため、入力部２６Ｂの変位開始の直後に起歪体凸部３０は検出電極４０に接触することになる。このような変位量に対してセンサー部３６には第１のセンサー出力として、対向面積Ｓ_１及び電極間距離ｄ_１に応じた静電容量Ｃ_１、センサー部４４には第２のセンサー出力として、対向面積Ｓ_２及び電極間距離ｄ_２に応じた静電容量Ｃ_２を取り出すことができる。

ここで、センサー部３６の入出力関係は図８に示すように、入力ｆに対してなだらかな静電容量Ｃ_１の変化として現れる。この場合、オフセット出力Ｃｏｆｆｓｅｔは、入力部２６Ｂが変形する前のセンサー部３６の出力である。

これに対し、センサー部４４側の入出力関係は、検出電極４０に起歪体凸部３０が接触することから、図９の（Ａ）に示すように、小さな入力範囲で出力変化を生じており、入力部２６Ｂの変位開始直後に飽和する。図９の（Ａ）に示す入出力関係を拡大して示すと、図９の（Ｂ）に示すように、センサー部４４は、センサー部３６より小さい入力で出力に飽和を生じており、センサー部４４では力ｆの微小部分のみの検出を行うことができる。即ち、センサー部４４の出力は、力センサー２０のゼロ点付近の出力を取り出すことができる。

又、基板２２における起歪体２４側の表面全体には、上記図６（Ｂ）に示されるように、均一な厚みを持った絶縁性フィルム４８が貼り付けられている。なお、同図においては、説明の都合上、絶縁性フィルム４８の厚みを誇張して示している。

斯かる構成とすれば、電極間における絶縁層の厚みを一定にすることができ、個々のセンサーにおける静電容量のばらつき（検出感度のばらつき）を小さくすることができる。
通常、センサーでは、検出電極が露出すると接触による短絡などが生じるおそれがあるため、検出電極の上に絶縁体を塗りつける。従って、検出電極と、これに対向する電極との間には、空気と、絶縁体からなる層（絶縁層）が存在することになるが、空気と絶縁層は夫々誘電率が異なるため、絶縁層の厚みにばらつきがあると、電極間に蓄えられる静電気の量がセンサーによってばらついてしまうといった問題点がある。本発明の発明者は、斯かる従来の問題を解決すべく、均一な厚みを持った絶縁性フィルムを用いて絶縁層の厚みを均一化することを見出した。

なお、本実施形態においては、絶縁性フィルム４８を基板２２の表面全体に貼り付けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁性フィルム４８は、少なくとも検出電極における起歪体側の表面を覆うように配設されていればよい。従って、例えば、絶縁性フィルム４８は、検出電極３４、４０における起歪体２４側の表面にのみ貼り付けてもよい。なお、検出電極３４、４０の表面を除き、その周囲に両面テープを貼り付けて絶縁性フィルム４８を固定すれば、検出電極３４、４０の上方には絶縁性フィルム４８のみが配設される構造となるため、個々のセンサーにおける静電容量のばらつきを更に小さくすることができる。又、絶縁性フィルム４８の貼り付け方法も様々な方法が考えられ、絶縁性フィルム４８に均一な厚みの両面テープを貼り付けておいてもよく、又、基板２２の表面に均一な厚みの両面テープを貼り付けておき、その両面テープに絶縁性フィルム４８を固定してもよい。

又、力センサー２０は、起歪体２４を検出電極３４、４０と対向する位置に固定するためのケース５０を備えており、このケース５０は、起歪体２４を内部に収容した状態で基板２２に溶接で固定されている。

斯かる構成によれば、ケース５０と基板２２を強固に固定することができ、起歪体２４と検出電極３４、４０の距離（電極間距離）を一定に保つことができる。他の固定方法として接着が考えられるが、溶接に比べて強度が低く、基板２２における半田付け作業の際に熱を受けて強度が更に低下するおそれがある。又、ケース５０と基板２２を半田付けすることも考えられるが、基板２２が半田付け作業の際に熱を受けて変形したり、基板２２のパターンが剥がれ落ちるおそれがある。更に、ケース５０を基板２２に機械的にカシメることも考えられるが、基板２２に余計なストレスが加わり、このストレスによる変形でセンサーの検出誤差が増大するおそれがある。
一方、本実施形態のように溶接によってケース５０と基板２２を固定すれば、ケース５０の一部と基板２２のパターンが溶け合って、両者をしっかりと固定することが可能となる。なお、溶接は、従来公知の方法を採用することができ、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接、アーク溶接などを適用することができる。

なお、本発明に係る「ケース」は、本実施形態に係るケース５０の形状に限定されるものではなく、例えば、図１０に示されるケース５２のように、起歪体２４の支持部２６Ａに予めインサート成形してもよい。この場合、起歪体２４の基板２２への取り付けが容易になると共に、装置の小型化を図ることができる。

第２の実施形態

本発明の第２の実施形態について、図１１を参照して説明する。図１１は、静電容量式加速度センサー（以下、単に「加速度センサー」と称す）を示し、（Ａ）はその外観斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿う断面図である。
この加速度センサー６０は、基板６２の上面に、外力が加えられると変形して歪みを起こす起歪体６４が備えられている。
この起歪体６４は、導電性を有する第１の起歪部６６と、この第１の起歪部６６よりも硬い板状の部材からなり、第１の起歪部６６にインサート成形された第２の起歪部６８と、を有して構成されている。

第１の起歪部６６は、本実施形態では、基板６２上に立設された立方体形状の基部６６Ａと、この基部６６Ａの中央部近傍を基端として略水平方向に延出された板状の支持部６６Ｂと、これら基部６６Ａ及び支持部６６Ｂによって片持ち支持された立方体形状の重量部６６Ｃと、によって構成されている。この第１の起歪部６６は、本実施形態では、導電性シリコンラバーによって形成されているが、上述の通り、本発明に係る「第１の起歪部」は導電性シリコンラバーに限定されるものではない。

一方、第２の起歪部６８は、本実施形態では、板状の金属プレートによって構成されており、第１の起歪部６６の支持部６６Ｂの厚み方向の略中央位置に、基部６６Ａ、支持部６６Ｂ、及び重量部６６Ｃに亘ってインサート成形されている。なお、上述の通り、本発明に係る「第２の起歪部」は板状の金属プレートに限定されるものではない。

以上説明したように、本実施形態に係る起歪体６４によれば、導電性を有する第１の起歪部６６と、この第１の起歪部６６よりも硬い板状の部材からなり、第１の起歪部６６にインサート成形された第２の起歪部６８と、を有して構成されているため、起歪体全体を金属プレートやアルミの削りだしなどで形成した場合に比べ、コストを削減することができる。又、起歪体全体をシリコンラバーなどで形成した場合に比べ、変形の安定度が高く、復元性に優れている。更に、シリコンラバーに金属プレートを貼り付けて構成された従来の起歪体に比べ、接着面の洗浄や接着補助液及び接着剤の塗布などの接着に伴う煩雑な作業が不要で成形が容易である。
又、本実施形態に係る加速度センサー６０によれば、変形の安定度が高く、復元性に優れた起歪体６４を備えているため、起歪体６４に対する外力の変化を高い精度で静電容量の変化に変換することができ、加速度センサー６０の検出精度を高めることができる。又、成形が容易で、低コスト化が可能な起歪体６４を備えているため、検出精度の高い加速度センサー６０を安価で提供することができる。
加速度センサー６０の基板６２には、検出電極として矩形状の検出電極７０が設置されており、この検出電極７０と、これに対向する重量部６６Ｃの部分でセンサー部７２が構成されている。このセンサー部７２は、重量部６６Ｃ及び検出電極７０の対向面積を一定とすれば、重量部６６Ｃが図１１（Ｂ）の上下方向（矢印Ａの方向）の加速度を受けて、重量部６６Ｃと検出電極７０の電極間距離が変化することにより、加速度に応じた静電容量を出力する構成である。なお、本実施形態では、重量部６６Ｃの下面及び検出電極７０を矩形状にしているが、円形状としてもよい。

又、検出電極７０における起歪体６４側の表面には、均一な厚みを持った絶縁性フィルム７４（図１１（Ｂ）にのみ図示）が貼り付けられている。なお、同図においては、説明の都合上、絶縁性フィルム７４の厚みを誇張して示している。

斯かる構成とすれば、電極間における絶縁層の厚みを一定にすることができ、個々のセンサーにおける静電容量のばらつき（検出感度のばらつき）を小さくすることができる。

なお、本実施形態に係る加速度センサー６０と同一の構成で、重量センサーを構成することも可能であり、この場合、重量部６６Ｃの上に測定物を載せることによって、重量部６６Ｃが図１１（Ｂ）の下方向の力を受けて、重量部６６Ｃと検出電極７０の電極間距離が変化することにより、測定物の重量に応じた静電容量を出力する構成となる。

第３の実施形態

本発明の第３の実施形態について、図１２を参照して説明する。図１２は、加速度センサーを示し、（Ａ）はその外観斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿う断面図である。
この加速度センサー８０は、上述の第２の実施形態に係る起歪体６４を軸心周りに９０度回転させて基板６２上に取り付けたものである。
加速度センサー８０の基板６２には、検出電極として矩形状の２つの検出電極８２、８４が設置されており、この検出電極８２、８４と、これに対向する重量部６６Ｃの部分でセンサー部８６が構成されている。このセンサー部８６は、重量部６６Ｃが図１２（Ｂ）の上下方向（矢印Ｂの方向）の加速度を受けて、重量部６６Ｃと検出電極８２、８４の対向面積が変化することにより、加速度に応じた静電容量を出力する構成である。なお、本実施形態では、重量部６６Ｃの下面及び検出電極８２、８４を矩形状にしているが、円形状としてもよい。
本実施形態に係る加速度センサー８０によれば、変形の安定度が高く、復元性に優れた起歪体６４を備えているため、起歪体６４に対する外力の変化を高い精度で静電容量の変化に変換することができ、加速度センサー８０の検出精度を高めることができる。又、成形が容易で、低コスト化が可能な起歪体６４を備えているため、検出精度の高い加速度センサー８０を安価で提供することができる。
なお、本実施形態に係る加速度センサー８０では、１次元の加速度変化を検出可能であるが、上記加速度センサー６０との組み合わせによって、２次元或いは３次元の加速度の変化を検出することが可能である。このような加速度センサーは、例えば、携帯電話などに搭載することができ、加速度の変化に基づいて落下を検出し、携帯電話に搭載されたハードディスクのヘッドの破損を防止したり、ＧＰＳにおける位置情報を補正するセンサーとしても用いることができる。

本発明に係る起歪体は、各種のセンサーに適用することができるが、特に、静電容量の変化に基づいて力の変化を検出する力センサー、及び、静電容量の変化に基づいて加速度の変化を検出する加速度センサーに好適である。

（Ａ）は従来の力センサーの平面図、（Ｂ）は同力センサーのＩＢ−ＩＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は同力センサーの検出電極の平面図である。（Ａ）は従来の他の力センサーの平面図、（Ｂ）は同力センサーのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は同力センサーの検出電極の平面図である。入力に対する力センサーの変形状態を示す図であり、（Ａ）は変形初期の状態をした図、（Ｂ）は変形により電極と検出電極が接触した状態を示す図である。同力センサーの入出力関係を示す図である。同力センサーの入出力関係を示す図であり、（Ａ）は比較的短い時間で５回の入力が加えられた例を示した図、（Ｂ）は残留出力を示した図である。（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る力センサーの平面図、（Ｂ）は同力センサーのＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿う断面図、（Ｃ）は同力センサーの検出電極の平面図である。同力センサーの変形を示す図である。同力センサーの入出力関係を示す図である。（Ａ）は同力センサーにおける第２のセンサー部の入出力関係を示す図、（Ｂ）は同図（Ａ）に示す入出力関係の一部を拡大して示した図である本発明の第１の実施形態に係る力センサーに他のケースを適用した例を示した断面図である。（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る加速度センサーの外観斜視図、（Ｂ）は同加速度センサーのＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿う断面図である。（Ａ）は本発明の第３の実施形態に係る加速度センサーの外観斜視図、（Ｂ）は同加速度センサーのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿う断面図である。

符号の説明

２０・・・力センサー
２４、６４・・・起歪体
２６、６６・・・第１の起歪部
２８、６８・・・第２の起歪部
３４、４０、７０、８２，８４・・・検出電極
４８、７４・・・絶縁性フィルム
５０・・・ケース
６０、８０・・・加速度センサー

Claims

導電性を有するラバーまたはエラストマーからなる第１の起歪部と、
該第１の起歪部よりも硬い金属板の部材からなり、前記第１の起歪部にインサート成形された第２の起歪部と、
を有して構成されていることを特徴とする起歪体。
前記第２の起歪部は、前記第１の起歪部の平板状の入力部にインサート成形されていることを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
静電容量の変化に基づいて力の変化を検出する静電容量式力センサーであって、請求項１又は２に記載の起歪体を備えたことを特徴とする静電容量式力センサー。
前記起歪体に対向して配設された検出電極を更に備え、
該検出電極における前記起歪体側の表面には、均一な厚みを持った絶縁性フィルムが配設されていることを特徴とする請求項３記載の静電容量式力センサー。
前記検出電極が形成された基板と、
前記起歪体を前記検出電極と対向する位置に固定するためのケースと、を更に備え、
前記ケースは、前記起歪体を内部に収容した状態で前記基板に溶接で固定されていることを特徴とする請求項３又は４記載の静電容量式力センサー。
前記検出電極が形成された基板と、
前記起歪体を前記検出電極と対向する位置に固定するためのケースと、を更に備え、
前記ケースは、前記起歪体にインサート成形されていることを特徴とする請求項３又は４記載の静電容量式力センサー。
静電容量の変化に基づいて加速度の変化を検出する静電容量式加速度センサーであって、請求項１又は２に記載の起歪体を備えたことを特徴とする静電容量式加速度センサー。
前記起歪体に対向して配設された検出電極を更に備え、
該検出電極における前記起歪体側の表面には、均一な厚みを持った絶縁性フィルムが配設されていることを特徴とする請求項７記載の静電容量式加速度センサー。