力检测器制造技术

本发明专利技术提供了一种可以降低能量消耗的力检测器。四个电极Ｅ１１至Ｅ１４被放置在基体上，由橡胶薄膜制成的弹性可变形体放在上面。将导电涂层涂到弹性可变形体的下表面上，用以形成移动导电层２６。四个电容元件Ｃ１１至Ｃ１４由电极Ｅ１１至Ｅ１４和与这些电极相对的导电层２６组成。通过Ｃ／Ｖ转换器电路５０将其电容值变为电压值Ｖ１１至Ｖ１４，并根据信号处理电路６０的操作，检测出施加到弹性可变形体上的外力。一对接触电极对Ｅ１５和Ｅ１６位于基体上，当施加了达到或超过预置强度的外力时，弹性可变形体发生变形，移动导电层２６与电极Ｅ１５和Ｅ１６同时接触。从Ｔ５端接收电极Ｅ１６的电势，如果所述电势为Ｖｃｃ，Ｃ／Ｖ转换器电路５０在消耗能量较小的待机模式下运行，如果所述电势为ＧＮＤ，电路在正常模式下运行。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与使用电容元件或可变电阻元件的力检测器有关，更具体地说，与应用于输入装置中的力检测器有关，在诸如便携电话，游戏机，或此类根据预置程序执行预置处理的电子设备中的这些输入装置可以得到表示预置操作量的操作输入。
技术介绍
在诸如便携电话，游戏机的此类电子设备中，用户的预置操作输入被接收，并根据这个操作输入执行程序。通常，在用户观看显示屏上显示的光标或其他物体时，接收操作输入，而且通常还需要一个表示上，下，左，右四方向之一的输入或表示包括对角方向在内的八个方向之一的输入。一种被称为操纵杆的装置用于执行这种带有方向的输入。此类装置通常包括一个内置的2维力检测器，其通过独立地检测X轴方向和Y轴方向的向量分量，来检测所应用的操作输入的方向和操作量。例如，X轴方向的向量分量为+5的操作输入表示一个向右的大小为5的操作量，Y轴方向的向量分量为-8的操作输入表示一个向下的大小为8的操作量。当然，对倾斜(对角线方向)施加的操作输入的检测可以通过将X轴方向的向量分量和Y轴方向的向量分量进行合成，以此类推。在诸如便携电话，游戏机的此类电子设备中，除了上述的带有方向的操作输入，还需要提供点击输入。点击输入主要是表示ON/OFF二元状态的输入，而且通过输入给操作者提供一个点击感也是重要的。因此，当操作者的手指按压到一定程度时，必须有一个反作用力与这个按压力相对应。为了使适合这个ON/OFF输入的开关具有点击感，开关通常使用诸如橡胶，金属等具有弹性的材料，这样力检测器就可以生成预置方向上的操作输入和点击输入。在用于电子设备的相对廉价的输入装置中，力检测器经常使用电容元件。在使用电容元件的力检测器中，采用这样一种结构，通过施加外力改变电极对之间的距离，并通过电子地检测电极对之间的距离测出电容元件的电阻值，就可以确定所施加外力的大小。使用电容元件的力检测器的基本部分就是一对电极，结构简单而且部件的费用低。因此，使用电容的力检测器在诸如便携电话，游戏机的电子设备的输入装置中被广泛使用。众所周知，可以采用C/V转换器电路将电容值C转换为电压值V，或采用C/f转换器电路将电容值C转换为频率值f，以之作为电子地检测出电容元件的电容值C的方法。然而，通用的C/V转换器电路和C/f转换器电路内置有振荡电路，因此运行过程中的能量消耗相对较大。因此，如果将使用这种电容元件的传统力检测器安装到各种电子设备中，总的能量消耗将增加。特别是在诸如便携电话和游戏机这类依靠内置电池运行，并设计为尽可能减小电池消耗的电子设备中，这种情况就尤为突出。因此，虽然使用电容元件的力检测器在制造费用上具有优势，但在能量消耗上就显得不足了。当然，也可以采用间歇地运行消耗能量较大的C/V转换器电路或C/f转换器电路的方法减少总体的能量消耗。例如，采用200毫秒的间歇运行周期，其中20毫秒运行电路，余下180毫秒停止，一秒钟可以进行5次操作，能量消耗减少为1/10。然而，采用这种方法，并不能完全抑制能量的浪费。考虑到便携电话之类设备的实际使用情况，光标移动之类的输入操作的周期非常的短，因此，在操作者不执行操作输入的时候，运行这种具有大能量消耗的电路是完全无效的。而且，在日本专利申请号2000-132012中，提出了使用可变电阻的力检测器。在这种检测器中，使用了一种可变的电阻元件，其阻值随所施加的压力改变，通过检测这个可变的电阻元件的阻值变化就可以检测出所施加的外力的大小。在这种使用可变电阻元件的力检测器中，为了得到所施加外力的检测值，需要对电阻的阻值进行测量。然而，为了测量电阻的阻值，需要使电阻中生成电流，在这个测量过程中就不可避免地要消耗能量。如果在各种电子设备中安装了上述使用可变电阻元件的力检测器，总体的能量消耗将会增加。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，提供一种使用电容元件或可变电阻元件的力检测器，其中能量消耗可以有效地得到抑制。(1)本专利技术的第一个特征是具有检测所施加外力功能的力检测器，包括基体；位于与基体相对位置的弹性可变形体，该弹性可变形体的至少一部分由可弹性变形的材料制成，由于所施加外力引起的弹性变形，该弹性可变形体相对基体移动；位于该基体和该弹性可变形体之间的力检测元件，由于该弹性可变形体的移动，力检测元件按照预置电特性变化；包括一对接触电极并执行转换功能的转换元件，正常的情况下，该接触电极对保持电绝缘状态，当向该弹性可变形体施加了达到或超过预置强度的外力时，由于该弹性可变形体的变形，该接触电极对得到电导通状态；和检测电路，用于将该力检测元件的该电特性变化检测为电信号；其中，检测电路可以选择在检测模式或待机模式这两种模式下运行，当该检测电路在该检测模式下运行时，执行检测功能，用于将电特性的变化输出为电信号，当该检测电路在该待机模式下运行时，保持待机状态，不执行检测功能，等待向该检测模式转换，该待机模式下的能量消耗要比该检测模式下的能量消耗要小；并且其中，当该接触电极对之间的电状态为绝缘时，选择该待机模式，当该接触电极对之间的电状态为导通时，选择该检测模式。(2)本专利技术的第二个特征是具有第一个特征的力检测器其中，转换元件中的接触电极对包括位于基体上的接触固定电极和位于弹性可变形体上的接触移动电极，当向弹性可变形体施加了达到或超过预置强度的外力时，由于弹性可变形体的变形，该接触移动电极和该接触固定电极发生物理接触。(3)本专利技术的第三个特征是具有第一个特征的力检测器其中，转换元件包括基体上的一对接触电极和中介电极，中介电极与该接触电极对中的两个电极同时接触，用以得到该接触电极对的电导通状态，并且该中介电极与该接触电极对中的两个电极都不接触，当向弹性可变形体施加了达到或超过预置强度的外力时，由于弹性可变形体的变形，该中介电极与该接触电极对中的两个电极同时接触。(4)本专利技术的第四个特征是具有第三个特征的力检测器其中，中介电极位于弹性可变形体发生变形的位置。(5)本专利技术的第五个特征是具有第四个特征的力检测器其中，接触电极对由第一个环状电极和紧邻第一个环状电极外面并位于其外侧的第二个环状电极组成，并且中介电极位于可以在任何位置与该第一个环状电极和第二个环状电极同时接触的位置上。(6)本专利技术的第六个特征是具有第四个特征的力检测器其中，接触电极对包括位于基体上的属于第一组的N个电极和属于第二组的N个电极，第一组的第i个(1≤i≤N)电极和第二组的第i个电极彼此相邻，一个电极对由第一组的一个电极和第二组中与它相邻的电极组成，一共有N个接触电极对。(7)本专利技术的第七个特征是具有第六个特征的力检测器其中，属于第一组的电极和属于第二组的电极在基体的圆周上交替放置，并且中介电极放置在弹性可变形体的圆周上，与该基体的圆周相对。(8)本专利技术的第八个特征是具有第三个特征的力检测器其中，提供了半球形结构并被向下放置于基体上的接触电极对附近，该半球形结构具有这样的性质当施加在该顶点附近的向下的压力超过预置强度时，顶点附近产生弹性变形并向下凸出，这个结构还具有一个用作中介电极的导电接触面，当施加在弹性可变形体上的外力超过预置强度时，由于弹性可变形体的变形，该半球形结构形状翻转，该导电接触面同时与接触电极对的两个电极相接触。(9)本专利技术的第九个特征是具有第八个特征的力检测器其中，中介电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有检测所施加外力强度的力检测器，包括：基体；位于与基体相对位置的弹性可变形体，所述弹性可变形体的至少一部分由可弹性变形的材料制成，由于所施加外力引起的弹性变形，所述弹性可变形体相对基体移动；位于所述基体和所述弹性可变形体之 间的力检测元件，由于所述弹性可变形体的移动，力检测元件按照预置电特性变化；包括一对接触电极并执行转换功能的转换元件，正常的情况下，所述接触电极对保持电绝缘状态，当向所述弹性可变形体施加了达到或超过预置强度的外力时，由于所述弹性可变形体的 变形，所述接触电极对得到电导通状态；和检测电路，用于将所述力检测元件的所述电特性变化检测为电信号；其中，检测电路可以选择在检测模式或待机模式这两种模式下运行，当所述检测电路在所述检测模式下运行时，执行检测功能，用于将电特性的变化输出 为电信号，当所述检测电路在所述待机模式下运行时，保持待机状态，不执行检测功能，等待向所述检测模式转换，所述待机模式下的能量消耗要比所述检测模式下的能量消耗要小；并且其中，当所述接触电极对之间的电状态为绝缘时，选择所述待机模式，当所述接触 电极对之间的电状态为导通时，选择所述检测模式。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冈田和广，谷口伸光，
申请(专利权)人：株式会社和广，
类型：发明
国别省市：JP[日本]