JP6699954B1 - 静電容量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の静電容量検出装置は、高精度な圧力分布は測定困難な問題があった。さらに、平面に対して平行な面方向(Ｘ軸方向、Ｙ軸方向)の応力、すなわちせん断力の検出はできなかった。【解決手段】真上から見たとき（平面視）において下部電極と上部電極とが交差し、その交差する交点中心間の距離が、上部電極のパターン方向の方が下部電極のパターン方向よりも長くなるようにした。そして、上部電極の線状パターン方向を長辺、下部電極の線状パターン方向を短辺とする長方形のような形態の島状電極を下部電極の下部に形成し、島状電極と下部電極との間の静電容量値および島状電極と上部電極との間の静電容量値を測定して、せん断力を正確に測定しようとした。【選択図】図１

Description

本発明は、平面に対して法線方向(Ｚ軸方向)の圧力分布のみならず、平面に対して平行な面方向(Ｘ軸方向、Ｙ軸方向)のせん断力分布も正確に測定することができる静電容量検出装置に関する。

従来、短冊状のＸ電極とＹ電極が弾性体を介して積層されている構造で、押圧によって弾性体が圧縮され、Ｘ電極とＹ電極が近づき、その静電容量の増加を検出することで押圧力を検出する静電容量面圧分布センサの発明として、特許文献１の発明があった。

すなわち特許文献１の発明は、誘電層（絶縁層）と、表側接続部を有する表側電極(上部電極)と、裏側接続部を有する裏側電極（下部電極）と、表側電極と裏側電極とが交差して形成される検出部と、表側接続部に接続される表側配線と、裏側接続部に接続される裏側配線と、を有する発明であり、演算部は、インピーダンスから、表側接続部から検出部までの電気抵抗と、裏側接続部から検出部までの電気抵抗と、を分離し、検出部の静電容量を抽出し、静電容量からセンサ本体の面圧分布を算出する発明である。

特許第４５６５３５９号公報

しかしながら特許文献１の発明は、表側電極と裏側電極とが平面視においてほぼ正方形の線状パターンであり、表側電極の検出感度とを向上させる必要から、押圧面側の誘電層（絶縁層）をエラストマーのような柔らかい素材にしている。

しかし、エラストマーのような柔らかい誘電層（絶縁層）上に複雑で微細な電極パターンを形成することが技術的に難しいため、高精度な圧力分布は測定困難な問題があった。また、押圧試験中にその下部電極が断線するリスクが高くなる問題もあった。したがって、誘電層面に対して法線方向(Ｚ軸方向)の応力の面内分布を検出できるものの、誘電層面に対して平行な面方向(Ｘ軸方向、Ｙ軸方向)の力、いわゆるせん断力の検出はできなかった。

本発明は、そのような実状に鑑み案出されたもので、真上から見たとき（平面視）において下部電極と上部電極とが交差し、その交差する交点中心間の距離が、上部電極のパターン方向の方が下部電極のパターン方向よりも長くなるようにした。そして、上部電極の線状パターン方向を長辺、下部電極の線状パターン方向を短辺とする長方形のような形態の島状電極を下部電極の下部に形成し、島状電極と下部電極との間の静電容量値および島状電極と上部電極との間の静電容量値を測定して、せん断力を正確に測定しようとする発明である。

すなわち、本発明の第一実施態様は、線状パターンの下部電極が形成され、下部電極上に絶縁層が形成され、絶縁層上に線状パターンの上部電極が形成された静電容量検出装置であって、平面視において前記下部電極と上部電極とが交差し、その交差する交点中心間の距離が、上部電極のパターン方向の方が下部電極のパターン方向よりも長いことを特徴とする静電容量検出装置である。また本発明の第二実施態様は、前記上部電極の上部に加わるせん断力を測定できる静電容量検出装置である。

本発明の静電容量検出装置は、線状パターンの下部電極が形成され、下部電極上に絶縁層が形成され、絶縁層上に線状パターンの上部電極が形成された静電容量検出装置であって、平面視において前記下部電極と上部電極とが交差し、その交差する交点中心間の距離が、上部電極のパターン方向の方が下部電極のパターン方向よりも長いことを特徴とする。

したがって、一般的に静電容量値の検出感度は下部電極に比べて上部電極では低下するが、それをほぼ同じに補正することができる効果がある。

また本発明の第二実施態様は、前記上部電極の上部に加わるせん断力を測定できる静電容量検出装置である。したがって、上部電極の上部におけるあらゆる箇所でのせん断力値を偏りなく測定することができる。したがって、せん断力値の面内分布を正確に測定することができる効果がある。

本発明の一実施形態の静電容量検出装置の断面図である。 本発明の一実施形態の静電容量検出装置の平面図である。 本発明の別の一実施形態の静電容量検出装置の平面図である。 図３の静電容量検出装置において、平面視において島状電極と下部電極とが重なる領域および島状電極と上部電極とが重なる領域を、それぞれグレー色塗りつぶしおよび白色塗りつぶしで表した例を示す。 図４の状態から紙面右から左に力が加わり、上部電極が左に移動した状態の静電容量検出装置の例を示す。 図４の状態から紙面上から下に力が加わり、下部電極が下に移動した状態の静電容量検出装置の例を示す。

以下、本発明の実施の一形態を、図面に基づき説明する。本発明の静電容量検出装置１は、線状パターンの下部電極２０が形成され、下部電極２０上に絶縁層３０が形成され、絶縁層３０上に下部電極２０と交差する線状パターンの上部電極４０が形成された静電容量検出装置であって（図１参照）、平面視において前記下部電極２０と上部電極４０とが交差し、その交差する交点中心間の距離が、上部電極４０のパターン方向の方が下部電極２０のパターン方向よりも長いことを特徴とする（図２参照）。

この場合、本発明の静電容量検出装置１は、前記下部電極２０の上部電極４０形成側と反対側に絶縁層１０を介して長方形のようなパターンの島状電極７０が形成されている方が好ましい。また、平面視において下部電極２０と上部電極４０とが交差する交点端部間の近距離であって上部電極のパターン方向の距離ｄ４０が、平面視において下部電極２０と上部電極４０とが交差する交点中心間の距離であって下部電極のパターン方向の距離ｄ２０以上である方が好ましい(図１、図２参照)。

そして島状電極７０のパターンは長方形で形成する（図３〜図６参照）。この島状電極７０と前記下部電極２０との間の静電容量値の変化およびこの島状電極７０と前記上部電極４０との間の静電容量値の変化を計測することで、それぞれ下部電極２０のパターン方向の押圧力の成分６５と上部電極２０のパターン方向の押圧力の成分６６、すなわち平面に対して平行な面方向(Ｘ軸方向、Ｙ軸方向)の押圧力、すなわちせん断力を測定することができる。

下部電極２０と島状電極７０との間の静電容量値を検出できる領域２００は、平面視においてそれら両者の電極が重なる領域、すなわち図４におけるグレー色塗りつぶし部分である。一方、上部電極４０と島状電極７０との間の静電容量値を検出できる領域４００は平面視においてそれら両者の電極が重なる領域、すなわち図４における白色塗りつぶし部分である。

この図４の状態から紙面右から左にＸ軸方向のせん断力（すなわち、下部電極２０のパターン方向の押圧力の成分）６５が加わると、その力の大きさに比例して図４の上部電極４０は図５の上部電極４１の位置に平行移動し（すなわち紙面左に平行移動し）、せん断力６５が測定できる。

同様に、図４の状態から紙面下から上にＹ軸方向のせん断力（すなわち、上部電極４０のパターン方向の押圧力の成分６６）が加わると、その力の大きさに比例して図４の下部電極２０は図５の下部電極２１の位置に平行移動し（すなわち上に平行移動し）、Ｙ軸方向のせん断力が測定できる。

これらのせん断力による静電容量値の変化の検出感度は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とでほぼ同じなるようにするのが好ましい。

１ 静電容量検出装置
１０，３０ 絶縁層
２０，２１ 下部電極
４０，４１ 上部電極
５０ 保護層
６０ 押圧力
６１ 押圧面
６５ Ｘ軸方向のせん断力
６６ Ｙ軸方向のせん断力
７０ 島状電極
２００ 下部電極と島状電極との間の静電容量検出領域
２０１ Ｘ軸方向のせん断力により増加した分の下部電極と島状電極との間の静電容量検出領域
４００ 上部電極と島状電極との間の静電容量検出領域
４０１ Ｙ軸方向のせん断力により増加した分の下部電極と島状電極との間の静電容量検出領域
ｄ２０ 下部電極と上部電極とが交差する交点中心間の距離であって下部電極のパターン方向の距離
ｄ４０ 下部電極と上部電極とが交差する交点端部間の近距離であって上部電極のパターン方向の距離

Claims (1)

1. 線状パターンの下部電極が形成され、下部電極上に絶縁層が形成され、絶縁層上に線状パターンの上部電極が形成され、平面視において前記下部電極と上部電極とが交差した静電容量検出装置であって、前記下部電極の前記上部電極形成側と反対側に、前記絶縁層とは別の絶縁層を介して長方形パターンの島状電極が形成され、前記下部電極と前記島状電極とは平面視において重なる領域を有し、前記上部電極と前記島状電極とは平面視において重なる領域を有しており、前記下部電極と上部電極とが交差する交点中心間の距離が、前記上部電極のパターン方向の方が前記下部電極のパターン方向よりも長いことを特徴とする静電容量検出装置。

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