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静電容量型センサ NEW 新技術説明会

国内特許コード P200017180
掲載日 2020年9月8日
出願番号 特願2017-179511
公開番号 特開2019-056570
出願日 平成29年9月19日(2017.9.19)
公開日 平成31年4月11日(2019.4.11)
発明者
  • 岩田 史郎
  • 今若 直人
  • 野村 健一
  • 堀井 美徳
  • 鍛冶 良作
  • 山本 典孝
  • 牛島 洋史
出願人
  • 島根県
  • 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 静電容量型センサ NEW 新技術説明会
発明の概要 【課題】本発明は、物体の接近や生体信号について、より遠方から、より精度良く検出するために、従来よりも検出感度を向上させた静電容量型センサを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る静電容量型センサは、高周波電源、静電容量形成部、抵抗及びコイルが直列又は並列接続されており、静電容量型センサのインピーダンス、レジスタンス、リアクタンス、アドミタンス、コンダクタンス及びサセプタンスを含むパラメータのグループのうちの少なくとも1つのパラメータを測定する測定部と、測定部が測定したパラメータの測定値の所定期間内の変化量に基づいて、検出対象となる動作がなされたか否かを判定する処理部と、をさらに備えたことを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要 空間内の導電物質の存否又は導電物質の動きの情報を検出する近接センサ、パック内の内容物の有無を検出する内包センサ、温度又は湿度を検出する温湿度センサとして、静電容量型センサが利用されている。このような静電容量型センサにおいては、製造コストを低減するために、製造プロセスに印刷技術を適用したものが実現されている。また、基材の片面のみに検出電極層等の積層構造を印刷した場合には、製造バラツキが生じるため、これを防止するために、薄膜基材の両面に薄膜電極を配置した静電容量型センサも現れている(例えば、特許文献1及び2参照)。

図1(a)は、特許文献1に示されるような、両面に薄膜電極を配置した従来の静電容量型センサを示し、図1(b)はその断面図を示す。図1(a)及び(b)には、基材11と、基材11の第1の表面に形成された第1の印刷電極12と、基材11の第1の表面とは反対側の第2の表面に形成された第2の印刷電極13と、第1の表面において引き出されて第1の印刷電極12に電圧を印加する第1の引き出し印刷配線14と、第2の表面において引き出されて第2の印刷電極13に電圧を印加する第2の引き出し印刷配線15と、を備えた静電容量型センサ10が示されている。

第1の印刷電極12、第2の印刷電極13、第1の引き出し印刷配線14及び第2の引き出し印刷配線15は、例えば、スクリーン印刷法などの印刷法を用いて基材11上に形成されている。基材11としては、例えば、薄膜フィルムを用いることができる。例えば第1の印刷電極12をシグナル電極とし、第2の印刷電極13をグラウンド電極とした場合、グラウンド電極として機能する第2の印刷電極13の方がシグナル電極として機能する第1の印刷電極12よりも面積が大きくなるように構成されている。

図1に示されるような従来の静電容量型センサ10では、第1の印刷電極12及び第2の印刷電極13は、それぞれ、第1の引き出し印刷配線14及び第2の引き出し印刷配線15を介して所定の周波数及び所定の振幅の交流電圧が印加されている。それにより、第1の印刷電極12及び第2の印刷電極13間の電流及び電圧を測定し、当該測定値に基づいて静電容量型センサ10のインピーダンスZ、レジスタンスR、リアクタンスX、アドミタンスY、コンダクタンスG、サセプタンスB、静電容量値などを算出している。

静電容量型センサ10では、第1の印刷電極12及び第2の印刷電極13の一方から他
方に向かう電気力線を利用して検出範囲を定めている。静電容量型センサ10の検出範囲内に物体が入ると、当該物体により電気力線の一部が吸収されて静電容量型センサ10の静電容量値が減少する。静電容量値の減少量は、物体が静電容量型センサ10に近づくほど増加する。このように、静電容量型センサ10の静電容量値の変化を検出することにより、物体の存否や動き情報を取得することができる。
産業上の利用分野 本発明は、従来よりも検出感度を向上させた静電容量型センサに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
検出対象となる動作がなされたか否かに応じて静電容量値が変化する静電容量型センサ部であって、
静電容量形成部と、
抵抗と、
コイルと、
を含む、静電容量型センサ部と、
所定の周波数で、前記静電容量形成部、前記抵抗及び前記コイルに交流電圧を印加する高周波電源と、
を備えた静電容量型センサであって、
前記高周波電源と、前記静電容量形成部と、前記抵抗と、前記コイルとが並列接続されることにより共振回路を構成し、
前記静電容量型センサは、前記静電容量型センサのインピーダンス、レジスタンス、リアクタンス、アドミタンス、コンダクタンス及びサセプタンスを含むパラメータのグループのうちの少なくとも1つのパラメータを測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記パラメータの測定値の変化量に基づいて、前記検出対象となる動作がなされたか否かを判定する処理部と、
をさらに備えたことを特徴とする静電容量型センサ。

【請求項2】
検出対象となる動作がなされたか否かに応じて静電容量値が変化する静電容量型センサ部であって、
静電容量形成部と、
抵抗と、
コイルと、
を含む、静電容量型センサ部と、
所定の周波数で、前記静電容量形成部、前記抵抗及び前記コイルに交流電圧を印加する高周波電源と、
を備えた静電容量型センサであって、
前記高周波電源と、前記静電容量形成部と、前記抵抗と、前記コイルとが直列接続されることにより共振回路を構成し、
前記静電容量型センサは、前記静電容量型センサのインピーダンス、レジスタンス、リアクタンス、アドミタンス、コンダクタンス及びサセプタンスを含むパラメータのグループのうちの少なくとも1つのパラメータを測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記パラメータの測定値の変化量に基づいて、前記検出対象となる動作がなされたか否かを判定する処理部と、
をさらに備えたことを特徴とする静電容量型センサ。

【請求項3】
前記処理部は、
前記測定部が測定した前記パラメータの測定値のいずれかの前記変化量の絶対値が、予め設定された所定の閾値を超えているか否かを判定し、
前記変化量の絶対値が前記所定の閾値を超えている場合に前記検出対象の動作がなされたと判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の静電容量型センサ。

【請求項4】
前記処理部は、
前記測定部が測定した前記パラメータの測定値を高速フーリエ変換して、当該算出結果に基づいて検出対象となる動作がなされたか否かを判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の静電容量型センサ。

【請求項5】
前記静電容量形成部は、
基材の第1の表面に形成された第1の印刷電極と、
前記基材の前記第1の表面とは反対側の第2の表面に形成され、前記第1の印刷電極とは面積が異なる第2の印刷電極と、を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電容量型センサ。

【請求項6】
前記抵抗は、前記基材の前記第1の表面に形成された印刷抵抗であることを特徴とする請求項5に記載の静電容量型センサ。

【請求項7】
前記コイルは、前記基材の前記第1の表面に形成された印刷コイルであることを特徴とする請求項5又は6に記載の静電容量型センサ。

【請求項8】
前記パラメータのグループは、前記静電容量型センサ部の共振周波数をさらに含むことを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の静電容量型センサ。
画像

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thum_JPA 501056570_i_000002.jpg
出願権利状態 公開
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