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電極拡張型静電容量式センサ NEW 新技術説明会

国内特許コード P200017181
掲載日 2020年9月8日
出願番号 特願2017-226313
公開番号 特開2019-095356
出願日 平成29年11月24日(2017.11.24)
公開日 令和元年6月20日(2019.6.20)
発明者
  • 岩田 史郎
  • 今若 直人
  • 野村 健一
  • 堀井 美徳
  • 牛島 洋史
  • 鍛冶 良作
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 電極拡張型静電容量式センサ NEW 新技術説明会
発明の概要 【課題】従来よりも検出領域の設計自由度を向上させた電極拡張型静電容量式センサを提供すること。
【解決手段】本発明に係る静電容量式センサは、被検出対象の接近に応じて静電容量値が変化する静電容量式センサであって、静電容量を形成する静電容量式センサ部と、グラウンドに接地接続されておらず、導電性を有する拡張電極と、を備え、前記拡張電極は、前記静電容量式センサ部の初期検出領域内に少なくとも一部が存在するように配置されていることを特徴とする。
【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、静電容量式センサが利用されている。

このような静電容量式センサとして、基材の片面のみに互いの櫛歯が対向するように2つの櫛歯型の検出電極を配置した静電容量式センサが知られている。また、基材の片面のみに検出電極を配置した場合には、製造バラツキが生じるため、これを防止するために、薄膜基材の両面に検出電極を配置した静電容量式センサも知られている(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、両面に検出電極を配置した従来の静電容量式センサを示し、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の電極13と、第1の表面において引き出されて第1の電極12に電圧を印加する第1の引き出し配線14と、第2の表面において引き出されて第2の電極13に電圧を印加する第2の引き出し配線15と、を備えた静電容量式センサ10が示されている。

第1の電極12、第2の電極13、第1の引き出し配線14及び第2の引き出し配線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の電極12をシグナル電極とし、第2の電極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の電極13の方がシグナル電極として機能する第1の電極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式センサ10では、第1及び第2の電極12及び13は、それぞれ、第1及び第2の引き出し配線14及び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及び第2の電極12及び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式センサ10の静電容量値を算出している。

静電容量式センサ10では、第1及び第2の電極12及び13の一方から他方に向かう電気力線を利用して検出領域を定めている。静電容量式センサ10の検出領域内に物体が入ると、当該物体により電気力線の一部が吸収されて静電容量式センサ10の静電容量値が減少する。静電容量値の減少量は、物体が静電容量式センサ10に近づくほど増加する。このように、静電容量式センサ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、従来よりも検出領域の設定自由度を向上させた電極拡張型静電容量式センサに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
被検出対象の接近に応じて静電容量値が変化する静電容量式センサであって、
静電容量を形成する静電容量式センサ部と、
グラウンドに接地接続されておらず、導電性を有する拡張電極と、
を備え、
前記拡張電極は、前記静電容量式センサ部の初期検出領域内に少なくとも一部が存在するように配置されていることを特徴とする静電容量式センサ。

【請求項2】
前記静電容量式センサ部は、
基材と、
前記基材の第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に記載の静電容量式センサ。

【請求項3】
前記静電容量式センサ部の静電容量値、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をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の静電容量式センサ。

【請求項4】
前記静電容量式センサは、前記静電容量式センサ部に直列又は並列接続されたコイルをさらに含み、
前記パラメータのグループは、前記静電容量式センサ部と前記コイルとで構成するLC共振回路における共振周波数をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の静電容量式センサ。

【請求項5】
前記静電容量式センサは、前記パラメータの測定値が設定検出閾値範囲を超えた場合に、前記被検出対象を検出するように構成され、
前記設定検出閾値範囲は、前記被検出対象が検出されていない状態であって前記拡張電極の少なくとも一部が前記初期検出領域内に設けられている状態で測定した前記静電容量式センサ部の測定値の平均値(μ)と標本標準偏差(σ)から求まる(μ±3σ)を基準に設定された範囲であることを特徴とする請求項3又は4に記載の静電容量式センサ。

【請求項6】
前記初期検出領域は、前記拡張電極が設けられていない状態において、前記静電容量式センサ部に向かって前記被検出対象を接近させたときに、前記パラメータの測定値が所定の初期検出閾値範囲を超える領域であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の静電容量式センサ。

【請求項7】
前記所定の初期検出閾値範囲は、前記被検出対象が検出されていない状態であって前記拡張電極が前記初期検出領域内に設けられていない状態で測定した前記パラメータの測定値の平均値(μ)と標本標準偏差(σ)から求まる(μ±3σ)を基準に設定された範囲であることを特徴とする請求項6に記載の静電容量式センサ。
画像

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thum_JPA 501095356_i_000002.jpg
出願権利状態 公開
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