JP2007309658A - 接触圧検知センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検知物の表面が汚れていた場合でも精度よく接触圧を検知できる接触圧検知センサを提供することを目的としている。
【解決手段】基板１０と、この基板１０の上面に形成した接触圧検知部１２と、基板１０の下面に形成し接触圧検知部１２を振動させる振動部１４とを設けており、この接触圧検知部１２は、第１の圧電体１６の圧電効果に起因して発生する電気を検出して接触圧を検知するものであって、上部検知用電極１８および下部検知用電極２０の形状は格子形状にしており、上部振動用電極２２および下部振動用電極２４に電圧を印加することによって第２の圧電体１７を歪ませ、振動部１４を一定方向に振動させる構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、人間の手足等、検知物の接触圧を検知する接触圧検知センサに関するものである。

従来の接触検知センサは、人間の手足等、検知物の接触圧を検知する接触圧検知部を備えており、静電容量の変化に基づき接触圧を検知したり、ダイヤフラム構造であって基板上の圧電体に発生する電荷の変化に基づき接触圧を検知したりするものがある。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。
特開平１１−２４８４１０号公報 特開２００４−６９４８１号公報

上記従来の構成では、接触圧が付加された際に、静電容量が変化したり、圧電体に発生する電荷が変化したりするが、これらの変化は特に接触圧が付加された瞬間に発生するもので、接触の印加時間の長さに対応した検知信号を得ることができない。このため、検知感度は、接触圧が付加される瞬間の接触圧検知部と検知物との接触状態に左右されて誤検知されやすく、検知感度を向上することが難しいという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので検知感度を向上した接触圧検知センサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、互いに対向する電極を有し、前記電極に係る接触圧を検知する接触圧検知部を備え、前記接触圧検知部を振動させる振動部を設けるとともに前記接触圧検知部を振動させた状態で接触圧を検知する構成である。

上記構成により、接触圧検知部は検知物に対して、振動部の振動数に同調しながら接触するため、単位時間あたり、検知物には何度も接触圧検知部が接触し、その接触回数分、接触圧の検知が可能となるので検知感度を向上できる。

以下、本発明の全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における接触圧検知センサの斜視図、図２は同接触圧検知センサの断面図、図３は接触圧検知センサの動作状態を示す動作状態図、図４は接触圧と検知信号の関係を示す特性図、図５は同接触圧検知センサの工程図である。

図１、図２において、本発明の一実施の形態における接触圧検知センサは、基板１０と、この基板１０の上面に形成した接触圧検知部１２と、基板１０の下面に形成し接触圧検知部１２を振動させる振動部１４とを設けている。この接触圧検知部１２は、第１の圧電体１６の圧電効果に起因して発生する電荷を検出して接触圧を検知するものであって、上部検知用電極１８と下部検知用電極２０の間に配置した第１の圧電体１６を有し、外部出力用端子２１に接続されている。特に、上部検知用電極１８および下部検知用電極２０の形状は格子形状にしている。

また、振動部１４は、上部振動用電極２２と下部振動用電極２４との間に配置した第２の圧電体１７を有し、接触圧検知部１２と対向配置させるとともに振動部１４の外形を接触圧検知部１２の電極の外形よりも大きくしている。

さらに、基板１０には下部検知用電極２０の交差部２６と対向する対向部に貫通孔２８を設けるとともに振動部１４の周囲部に溝部３０を形成している。この溝部３０の外側は、この接触圧検知センサを実装する際の台座３２となる。

そして、図３に示すように、上部振動用電極２２および下部振動用電極２４に電圧を印加することによって第２の圧電体１７を歪ませ、振動部１４を一定方向（矢印方向）に振動させている。そうすると、この振動部１４による振動に同調して基板１０を介して接触圧検知部１２が振動するとともに、この振動数分だけ検知物３３に接触する。

この際、検知物３３に対する接触圧検知部１２の接触圧と検知信号の関係は図４に示す通りである。図４の上段に示すように、接触圧が加わった際、従来の接触圧センサでは、図４の中段に示すように、接触圧が加わった瞬間から急激に検知信号の出力が低下するが、上記構成の接触圧センサでは、図４の下段に示すように、接触圧が加わった瞬間から接触圧がなくなるまで、接触圧検知部１２の振動数分だけ検知信号が出力される。

上記構成の接触圧検知センサの製造工程は図５に示す通りである。

第１に、図５（ａ）に示すように、Ｓｉからなる基板１０を熱酸化させて基板１０の表面にＳｉＯ₂からなる熱酸化膜３４を形成する。

第２に、この熱酸化膜３４を形成した基板１０上には、スパッタにより１００ÅのＴｉ膜を成膜して、そのＴｉ膜上にスパッタにより０．２μｍのＰｔ膜を成膜して、下部検知用電極２０を形成する。

第３に、下部検知用電極２０上にスパッタにより２．５μｍのチタン酸・ジルコン酸鉛の酸化物（ＰＺＴ）を成膜して第１の圧電体１６を形成する。

第４に、図５（ｂ）に示すように、第１の圧電体１６は、フォトレジスト工法によりウェットエッチングして、格子形状に形成する。

第５に、図５（ｃ）に示すように、格子形状の第１の圧電体１６には樹脂を被覆して絶縁体３６を形成する。この際、絶縁体３６の表面と第１の圧電体１６の表面とが同一面になるようにして、第１の圧電体１６の表面が絶縁体３６より露出するようにしている。

第６に、図５（ｄ）に示すように、この絶縁体３６より露出した第１の圧電体１６の表面上にスパッタにより１００ÅのＴｉ膜を成膜して、このＴｉ膜上にスパッタにより０．３μｍのＡｕを成膜して、上部検知用電極１８を形成する。この上部検知用電極１８は格子形状に形成している。

第７に、基板１０には、格子形状の上部検知用電極１８の交差部２６と対向する対向部に、フォトレジスト工法とドライエッチング加工にて貫通孔２８を形成するとともに、この貫通孔２８を取り囲むように貫通孔２８の最外側に溝部３０を形成している。

第８に、図５（ｅ）に示すように、基板１０の裏面にＡｇからなる上部振動用電極２２を形成し、この上部振動用電極２２の下面に第２の圧電体１７を形成し、この第２の圧電体１７の下面に下部振動用電極２４を形成し、第２の圧電体１７を上部振動用電極２２と下部振動用電極２４で挟んでいる。

上記構成により、接触圧検知部１２は検知物３３に対して、振動部１４の振動数に同調しながら接触するため、単位時間あたり、検知物３３には何度も接触圧検知部１２が接触し、その接触回数分、接触圧の検知が可能となるので検知感度を向上できる。この際、接触圧検知部１２の電極形状を格子形状にしているので、検知物３３が接触圧検知部１２の上部検知用電極１８に接触した際、第１の圧電体１６に付加される圧力が格子形状に沿って局所的に付加されるので、圧力が分散されにくく、その接触状態を感度よく検知できる。

特に、互いに対向する上部検知用電極１８と下部検知用電極２０の間に第１の圧電体１６を介在させ、この第１の圧電体１６の圧電効果に起因して発生する電荷を検出して接触圧を検知するので、的確な検知が可能である。

また、基板１０には電極の交差部２６と対向する対向部に貫通孔２８を設けているので、基板１０を振動させやすくし、接触圧検知部１２に検知物３３が接触した際、第１の圧電体１６が受ける変位量を大きくして感度を向上できる。

さらに、振動部１４は基板１０を介して接触圧検知部１２と対向配置させ、かつ、振動部１４の外形を接触圧検知部１２の電極の外形よりも大きくしているので、不要信号を取り込みにくく、感度を向上できる。特に、基板１０には振動部１４の周囲部に溝部３０を形成しているので、この溝部３０を境界として不要信号を取り込みにくくなり感度を向上できる。

なお、接触圧検知部１２は基板１０上に形成し、電極の交差部２６と対向する対向部における基板１０の厚みを薄くしても、振動部１４による振動をさせやすくし、接触圧検知部１２に検知物３３が接触した際、第１の圧電体１６が受ける変位量を大きくして感度を向上できる。

また、図６に示すように、上部検知用電極１８上に突起部３８を設ければ、検知物３３の表面が湿潤していたとしても、検知感度を劣化させない。一般的には湿潤層が約１０μｍ以下なので、突起部３８の突起長（Ｈ）が約１０μｍを超えるものであればよい。ただし、突起長が２０μｍを超えると接触圧検知部１２の振動に負荷がかかり、振幅に悪影響を与えるので、２０μｍ以下が望ましい。

さらに、上部検知用電極１８と下部検知用電極２０の間に第１の圧電体１６を介在させ、圧電効果に起因して発生する電荷を検出して接触圧を検知することに替え、上部検知用電極１８と下部検知用電極２０の間の静電容量の変化を検出して接触圧を検知してもよい。

以上のように本発明にかかる接触圧検知センサは、検知物の表面が汚れていた場合でも精度よく接触圧を検知でき、各種センサ機器に適用できる。

本発明の一実施の形態における接触圧検知センサの斜視図 同接触圧検知センサの断面図 同接触圧検知センサの動作状態を示す動作状態図 接触圧と検知信号の関係を示す特性図 同接触圧検知センサの工程図 本発明の他の実施の形態における接触圧検知センサの断面図

符号の説明

１０ 基板
１２ 接触圧検知部
１４ 振動部
１６ 第１の圧電体
１７ 第２の圧電体
１８ 上部検知用電極
２０ 下部検知用電極
２１ 外部出力用端子
２２ 上部振動用電極
２４ 下部振動用電極
２６ 交差部
２８ 貫通孔
３０ 溝部
３２ 台座
３３ 検知物
３４ 熱酸化膜
３６ 絶縁体
３８ 突起部

Claims (9)

1. 互いに対向する電極を有し、前記電極に接触し付加される接触圧を検知する接触圧検知部を備え、前記接触圧検知部を振動させる振動部を設けるとともに前記接触圧検知部を振動させた状態で接触圧を検知する接触圧検知センサ。
2. 前記電極の形状を格子形状にした請求項１記載の接触圧検知センサ。
3. 互いに対向する前記電極の間に圧電体を介在させ、前記圧電体の圧電効果に起因して発生する電荷を検出した接触圧を検知する請求項１記載の接触圧検知センサ。
4. 互いに対向する前記電極間の静電容量を検出して接触圧を検知する請求項１記載の接触圧検知センサ。
5. 前記接触圧検知部は基板上に形成し、前記電極の交差部と対向する対向部における前記基板の厚みを薄くした請求項１記載の接触圧検知センサ。
6. 前記接触圧検知部は基板上に形成し、前記基板には前記電極の交差部と対向する対向部に貫通孔を設けた請求項１記載の接触圧検知センサ。
7. 前記接触圧検知部は基板上に形成し、前記振動部は前記基板を介して前記接触圧検知部と対向配置させ、かつ、前記振動部の外形を前記接触圧検知部の電極の外形よりも大きくした請求項１記載の接触圧検知センサ。
8. 前記接触圧検知部は基板上に形成し、前記基板には前記振動部の周囲部に溝部を形成した請求項１記載の接触圧検知センサ。
9. 前記電極上に突起部を設けた請求項１記載の接触圧検知センサ。

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