JP2024065854A - 触覚センサ - Google Patents

Abstract

【課題】破損の恐れの少ない触覚センサを提供する。
【解決手段】第１基材側から順に、第１電極と、導電性を有する第１樹脂層とが積層された第１積層体と、第１基材の一方面に、第１積層体を取り囲み、かつ、第１積層体と離間して設けられる第１絶縁層と、第１基材の一方面と対向する第２基材と、第２基材の第１基材と対向する面の第１積層体と対向する位置に設けられ、第２基材側から順に、第２電極と、導電性を有する第２樹脂層とが積層された第２積層体と、第２基材の第１基材と対向する面に、第２積層体を取り囲み、かつ、第２積層体と離間して設けられる第２絶縁層と、を備え、第１絶縁層は、第１積層体を取り囲む内側絶縁層、及び、内側絶縁層を取り囲み、内側絶縁層から所定距離離間して設けられる外側絶縁層とを含み、第２絶縁層は、内側絶縁層と外側絶縁層との間に位置する、触覚センサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ずり力を検知する触覚センサに関するものである。

圧力やせん断応力を検出する感圧センサとして、対向させた２つの電極の間に導電体層や樹脂層を挟み込んだ構造を有するものが知られている。この感圧センサは、外力によって導電体層や樹脂層が変形することによって電極間の物理量を変化させ、電極間の物理量変化に基づいて圧力やずり力（せん断応力）を検出することができる。

例えば、特許文献１には、対向する２枚の基板間に、一対の導電体層と、導電体層のそれぞれを覆う一対の抵抗体層とを設け、力の入力で導電層が変形することにより電極間抵抗値が変化することを利用した抵抗式感圧センサが記載されている。
れている。

また、特許文献２には、２枚の矩形の電極の間に、導電性及び可撓性を有する磁性ゴム体を取り付け、磁性ゴム体の変形に応じて変化する電極間の電流量変化に基づいて、接触面に平行な方向（ずり方向）に加えられたずり力を検出する触覚センサが記載されている。

抵抗値変化を検出する場合、対向した２つの電極間に導電性を持つゴムを挟む、または導電層に直接電極を印刷する、あるいは、電極に導電層を印刷したものを二つ作りそれらの導電層同士を重ね合せることで、検知層を構成する。

しかし、電極間に導電性ゴムを挟む方式は導電性ゴムと電極の接触状態がセンサ検出時のノイズとなりうる。また、導電層に直接電極を印刷する方式は、原理上導電層が変形することで信号検出を行うが、センサの小型化を目的として導電層を薄くした場合、加えられた外力に対して十分な変形ができず、検出精度が劣る。

そのため、電極に導電層を印刷したものを二つ作りそれらの導電層同士を重ね合せる方法が着目されている。この構成の場合、製造が簡単であり、さらに、外力により対向する電極の距離が変化することで抵抗値が変化するため検出がしやすいという利点がある。

特許第３６６４６２２号公報 特開２０１３－２３２２９３号公報

このような触覚センサは、ずり力の入力前後において、上下で対向する電極同士が相対的に移動することでずり力を測定できる。しかし、加えられるずり力が大きくなると上下の電極の重複部分がなくなり、抵抗値の変化を検出することができない。また、大きなずり力が加えられた場合、センサが破損し、上下の電極が初期位置（ずり力が入力されていない状態における理想的な位置）に戻らない恐れがあった。

それ故に、本願発明は、破損の恐れの少ない触覚センサを提供することを目的とする。

第１基材と、第１基材の一方面に設けられ、第１基材側から順に、第１電極と、導電性を有する第１樹脂層とが積層された第１積層体と、第１基材の一方面に、第１積層体を取り囲み、かつ、第１積層体と離間して設けられる第１絶縁層と、第１基材の一方面と対向する第２基材と、第２基材の第１基材と対向する面の第１積層体と対向する位置に設けられ、第２基材側から順に、第２電極と、導電性を有する第２樹脂層とが積層された第２積層体と、第２基材の第１基材と対向する面に、第２積層体を取り囲み、かつ、第２積層体と離間して設けられる第２絶縁層と、を備え、第１樹脂層及び第２樹脂層の重なり面積に応じた第１電極及び第２電極間の電気抵抗値の変化に基づいて、加えられたずり力の検出が可能であり、第１絶縁層は、第１積層体を取り囲む内側絶縁層、及び、内側絶縁層を取り囲み、内側絶縁層から所定距離離間して設けられる外側絶縁層とを含み、第２絶縁層は、内側絶縁層と外側絶縁層との間に位置する、触覚センサ。

本発明によれば、再現性に優れ、破損の恐れの少ない触覚センサを提供することができる。

本発明の実施形態に係る触覚センサの概略構成を示す模式図。 第１基材上における積層体の配置例を示す模式図。 第２基材上における積層体の配置例を示す模式図。 ずり力測定時における感圧センサの断面図。 本発明の実施形態に係る触覚センサの概略構成を示す断面図。

以下、本発明の実施形態について説明する。電極の形状や数は一例であり、本説明の具体例に限定されるものではない。また、説明の簡単化のため、実寸法と異なる比で図を描いているが、本発明に係る技術の主旨を損なうものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る触覚センサの概略構成を示す模式図であり、より詳細には、図１（ａ）は、触覚センサの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ’線に沿う断面図である。図１（ａ）は便宜上、第２基板２及び樹脂層が透過した状態で記載している。また、図２は、第１基材上における積層体の配置例を示す模式図であり、より詳細には、図２（ａ）は、平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＢ－Ｂ’線に沿う断面図である。図３は、第２基材上における積層体の配置例を示す模式図であり、より詳細には、図３（ａ）は、平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＣ－Ｃ’線に沿う断面図である。

触覚センサ１００は、第１基材１と、第１基材１に対向する第２基材２と、第１基材１及び第２基材２の間に設けられる第１積層体１１及び第２積層体１２と、第１絶縁層１５と、第２絶縁層１６とを備える。触覚センサ１００は基材に加えられたずり力を検出可能なセンサである。ずりとは基材の面方向の力成分を示す。

（基材）
第１基材１及び第２基材２は、可撓性を有していればよく、例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリイミドなどのプラスチックフィルムや、紙など、印刷用のインキ、フォトリソグラフィーで形成する電極の条件やセンサとしての用途に合わせて適宜選択できる。また、第１基材１と第２基材２とで種類や厚みが異なるものを用いてもよい。

（積層体）
第１積層体１１は、第１基材１の一方面（第２基材２と対向する面）上に設けられており、第１基材１側から順に第１電極１１ａと、第１電極１１ａ上に積層された第１樹脂層１１ｂとを有する。第２積層体１２は、第２基材２の一方面（第１基材１と対向する面）上に設けられており、第２基材２側から順に第２電極１２ａと、第２電極上に積層された第２樹脂層１２ｂとを有する。第１積層体１１及び第２積層体１２は、第１基材１及び第２基材２の間においてそれぞれが互いに対向している。

第１積層体１１及び第２積層体１２は、それぞれ１つ以上設けられていればよいが、図１に示すように２つ設けてもよい。２つの場合は、二軸方向のずり力を検出可能となる。具体的には、第１積層体１１の一方（第１積層体１１Ｘ）及びこれに対向する第２積層体の一方（第２積層体１２Ｘ）を用いて第１方向（図１におけるＸ軸方向）のずり力の検出が可能であり、第１積層体の他方（第１積層体１１Ｙ）及びこれに対向する第２積層体の他方（第２積層体１２Ｙ）を用いて第１方向と直交する第２方向（図１におけるＹ軸方向）のずり力の検出が可能となる。検出するずりの方向が１方向に決まっている場合、第１積層体１１及び第２積層体１２は１つでよい。また、積層体を増やすことでより精度よくずり力を測定することが可能になる。例えば、精度向上のために第１、第２方向と直交しない第３方向にさらに積層体を設けてもよい。積層体を増やすことは、測定対象のずり検出方向が完全に特定されている場合でも、測定解像度を上げたい場合などに有効である。

（電極）
第１電極１１ａ及び第２電極１２ａは、長方形の小電極を２つ並べた形状（コの字形状）を有する。具体的には、Ｘ軸方向のずり力の検出が可能な第１積層体１１Ｘ及び第２積層体１２Ｘの第１電極１１ａと第２電極１２ａは、Ｙ軸方向に延びる一対の小電極と、当該一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する。また、Ｙ軸方向のずり力の検出が可能な第１積層体１１Ｙ及び第２積層体１２Ｙの第１電極１１ａと第２電極１２ａは、Ｘ軸方向に延びる一対の小電極と、当該一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する。各対の小電極は所定の間隔を空けて平行に配置されている。これにより、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａのそれぞれを１つの正方形で形成する場合に比べ、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａが上下でずれた時の面積変化が大きくなり、検出感度を向上させることができる。また、触覚センサ１００を指に貼って使用することを想定した場合、各小電極が４ｍｍ×４ｍｍを超えない大きさにすると小電極を指の腹に複数配置することができるため好ましい。なお、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａ形状やその大きさは、測定対象の大きさにより自由に選択でき、例えば正方形でもよい。この場合、基材に対する第１電極１１ａ及び第２電極１２ａの位置合わせが単純化できるため製造難易度を下げることができる。また、上下で対向する第１電極１１ａと第２電極１２ａは、ずり力を入力していない状態において、図１に示すように、検出可能なずり力の方向に対して互いにずれており（一部重複しない）、ずり力が入力されると、その方向に応じて重複面積が増加または減少するように配置される。これにより、ずり力の方向を検出することができる。ずれ量は各小電極の幅の半分が望ましい。これにより、電極の重なりの増加と減少の幅が同じになり対称な測定ができる。

第１電極１１ａ及び第２電極１２ａは、数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いて形成されるのが一般的であるが、カーボンやアルミ、或いは合金やこれらの混合物を用いてもよい。第１電極１１ａ及び第２電極１２ａは、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷など公知の印刷方法を用いて形成することができる。また、めっき、スパッタリングされた膜をエッチングして形成してもかまわない。また図示しないが、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａの形成のために、基材上に位置合わせ用のマークを付してもよい。マークの形状や大きさは特に限定されない。

第１電極１１ａ及び第２電極１２ａには配線（リード）が接続されており、リードの端部から信号を取り出す（図においてリード端部は図示しない）。リードの形成される経路は、リード同士が途中で交わらない限りどのような引き回しでも許容されるが、触覚センサ１００の小型化を考慮すると、基材の端部の一箇所に集約することが好ましい。

（樹脂層）
第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂは、検知層としての役割を果たすものであり、触覚センサ１００の検出は対向電極間の抵抗値変化を検出するため導電性を持つ材料が選択される。第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂは、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａのそれぞれを完全に覆うように、かつ、同一基板に形成された他の樹脂層と離間するように形成される。同一基板上の樹脂層同士が接触すると、ノイズが発生し、検出精度が低下するため好ましくない。第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂは、同じ大きさで形成される。これにより、第１基材１と第２基材２とが相対的にずれた時に一方の基板上の電極が他方の基板の電極上に形成された樹脂層からはみ出してしまうのを抑制でき、信号検出が安定化する。

第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂには、導電性を有し、かつ、第１電極１１ａ及び第２電極１２ａよりも高い抵抗率を有する材料が用いられる。抵抗率が小さすぎると、信号変化を捉えることが難しく、抵抗率が大きくなると検出信号にノイズが多くなる。抵抗率はより好ましくは５Ωｃｍ以上５００Ωｃｍ以下であることが好ましい。具体的には、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子や、グラファイトやカーボンナノチューブを用いたカーボンペースト及びこれらにメジウムなどの調整剤を混ぜて抵抗率を調整した材料を用いることができる。

第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂは、スクリーン印刷などの公知の印刷方法やスプレー塗布などの公知の塗工方法を使用して形成できるが、各電極付近にのみ選択的に形成するためには、一度の印刷により形成できる印刷法を採用するのが望ましい。

触覚センサ１００は、上下で対向する第１樹脂層１１ｂと第２樹脂層１２ｂとが、ずり力が加えられた方向に相対的にずれることで電極間の抵抗値が変化し、当該抵抗値変化に基づいてずり力を検出する。そのため、第１樹脂層１１ｂと第２樹脂層１２ｂとのずれに対して、ずり力の入力によって生じる第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂの変形が大きい場合は、変形に依存したノイズも大きくなり、検出精度も低下する。そのため、第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂの縦弾性係数は１０００ＭＰａ～５０００ＭＰａであることが好ましい。縦弾性係数が１０００ＭＰａを下回るとずりの入力により無視できないほど変形が生じる可能性がある。一方、５０００ＭＰａを超える材料では硬すぎるため基材や電極との密着が取れない可能性がある。縦弾性係数は、２０００ＭＰａ～５０００ＭＰａであることがより好ましい。

（第１絶縁層）
第１絶縁層１５は、後述する第２絶縁層１６と組み合わせることにより、ずり力が入力された際に、第１基板１と第２基板２との相対的なずれ量を制限するための部材である。第１基材１の一方面に設けられ、第１積層体１１を取り囲み、かつ、第１積層体１１と所定距離離間して設けられる内側絶縁層１５ａと、内側絶縁層１５ａを取り囲み、内側絶縁層１５ａから所定距離離間して設けられる外側絶縁層１５ｂとを備える。図において、第１絶縁層１５は、平面視において正方形状を有しているが円形形状などでもよく、電極の配置等に応じてずり力の入力が基材に対して均一になるような形状を適宜選択すればよい。

第１積層体１１と内側絶縁層１５ａとの離間距離をｄ１、内側絶縁層１５ａと外側絶縁層１５ｂとの離間距離をｄ２とする（図１（ｂ）参照）。距離ｄ１は、ずり力の入力時に発生する第１基材１と第２基材２との相対的なずれの量に基づいて決定される。距離ｄ１は、第１電極１１ａと対向する第２電極１２ａの平面視における重なり幅の０．５～２倍の範囲が好ましく、さらに、１倍であることが好ましい。また、距離ｄ２はｄ１の２倍が望ましい。ずり力の入力により第１電極１１ａ及び第２電極１２ａに対して重なり幅が増加する方向に第１積層体１１がずれると、上下電極間の抵抗値が減少するため、対向する第１積層体１１と第２積層体１２とが完全に重なるまでは信号が増加するが、それ以上ずれると重なりが減少するため信号が減少に転じてしまい、ずり力との対応が取れなくなる。対向する第１電極１１ａ及び第２電極１２ａの重複が減少に転じない距離をｄ２とすることで、ずり力と信号変化を対応させることができる。

第１絶縁層１５の縦弾性係数は１０００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下が望ましい。さらに、基材と同じ弾性係数を有し、かつ、第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂよりも低いことが好ましい。触覚センサ１００は、第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂの界面がずれるため、ずれが発生した際に樹脂層が変形すると変形分の抵抗値変化がノイズとなり測定精度が低下する。そのため、絶縁層は第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂよりも低い弾性率であることが好ましい。また、ずりをかけるときに基材厚み方向に押してからずりをかけるため、その際に絶縁層が基材の厚み方向に変形しないように基材と同じ弾性率であることが好ましい。また、絶縁層は基材から柱状に延び、基材でのみ固定されている状態である。そのため、ずりの際には絶縁層端部に基材と平行な力がかかる。このとき絶縁層の弾性係数が高すぎると、ずり力印加の際に絶縁層が変形できず力を逃がせないため固定部分である基材との界面に大きな負荷がかかり基材表面からはがれてしまう恐れがある。例えば、ポリイミドを基材とする場合では、基材を３０００ＭＰａ程度、絶縁層を３０００ＭＰａ程度、樹脂層を４０００ＭＰａ程度とするのがよい。

第２絶縁層１６は、第２基材２の一方面に設けられ、第１絶縁層１５と同一の材料及び形成方法を用いて形成される。第２絶縁層１６は、内側絶縁層１５ａ及び外側絶縁層１５ｂと同一形状に形成され、内側絶縁層１５ａと外側絶縁層１５ｂとの間であって、距離ｄ２を二等分する位置に設けられる。ただし、第２絶縁層１６と内側絶縁層１５ａ及び外側絶縁層１５ｂとの位置関係はこれに限定されるものではなく、例えば、部分的に内側絶縁層１５ａと接するように第２絶縁層１６を形成することで、接触している方向へのずれを抑制できるため誤検出を防ぐことができる。これは、重たいものを持ち上げるときのずり力の解析など、ずれる方向が一方向に決まっている場合などに有効である。

第２絶縁層１６の幅及び高さ（厚み）は使用する材料の縦弾性係数によって適宜変更される。一例として、第２絶縁層１６の幅は、ずり量の０．１５倍以上０．５倍未満、好ましくは０．１５倍以上０．２倍以下とすることができる。幅をずり量に対して０．１５倍未満にしてしまうと形成が困難となり、０．５倍以上にしてしまうと、ずらせる量が少なくなってしまう。また、第２絶縁層１６の高さは幅の０．０５倍～０．１倍とすることができる。高さを幅の０．１倍を超える設計にしてしまうと、ダレなどが起こり形成が難しくなる。例として、ずり力２Ｎを入力した場合に０．５ｍｍのずり量が発生する設定の触覚センサにおいては、高さ０．０１ｍｍ、幅０．２ｍｍで形成するとよい。

第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６の厚みは特に制限がないが第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂよりも厚いことが望ましい。各樹脂層より厚く形成することで、第１積層体１１、第２積層体１２を対向させたときに、第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６が支点となって、第２基材２が垂れることにより第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂが接触した状態となる。この状態であれば第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂに余計な応力が作用せず、ずりによって第１樹脂層１１ｂと第２樹脂層１２ｂとをずらすことが可能となる。垂れ量は第１絶縁層１５および第２絶縁層１６を支点とした梁のたわみとして近似でき、基材の厚みや硬さ、支点の距離で変わる。たわみ量Ｄは、固定端の距離Ｌ、荷重Ｗ（この場合基材の重さ）、断面二次モーメントＩ、縦弾性係数Ｅとして
Ｄ＝ＷＬ＾３／４８ＥＩ
と表すことができる。たわみ量Ｄが第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６の厚みを超える場合、上下基材は接触していることを意味する。

第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６には、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性が高く硬い熱硬化性樹脂などの材料を用いることができる。

触覚センサ１００は、図１に示す第１基材１と第２基材同士を貼り合わせた状態において、さらに貼り合わせた基材がばらばらにならないよう、全体をテープなどで封止してもよい。

図４は、ずり力測定時における触覚センサの積層体近傍の断面図である。より具体的には、図４（ａ）はずり力が入力されていない状態の触覚センサ１００の状態を示し、図４（ｂ）はずり力が入力された状態の触覚センサ１００の状態を示している。

図４（ａ）の状態において、平面視において第１電極１１ａと第２電極１２ａとは一部のみ重複するようにずらして設置されている。そして、図４（ａ）の状態から、紙面右方向にずり力を入力すると、第１電極１１ａと第２電極１２ａとの重複領域が増加し、電極間の電気抵抗値が減少する一方、紙面左方向にずり力を入力すると、第１電極１１ａと第２電極１２ａとの重複領域が減少し、電極間の電気抵抗値が増加する。そのため、この抵抗値の変化に基づいてずり力の向きと大きさを検出することができる。なお、ずり力の向きを検出する必要がない場合は、第１電極１１ａと第２電極１２ａの初期位置を、第１電極１１ａと第２電極１２ａとが完全に重複している状態としてもよい。

なお、触覚センサ１００には、第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６の外側に、両面テープや接着層などで構成される固定層１７を更に設けてもよい（図５）。固定層１７が設けられることで、第１基材１と第２基材２との位置関係を固定することができ、ずり力による第１樹脂層１１ｂと第２樹脂層１２ｂとのずれが、基材全体の移動ではなく、基材のひずみに起因したものとなる。この場合、ずり力がなくなると生じているひずみが元に戻るため、固定層１７がない場合に比べて信号検出の再現性が向上する。

固定層１７を設ける場合、固定層１７は第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６以上の厚みとなる。これは固定層１７により基材に余計な応力が生じないようにするためである。固定層１７の厚みは、第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６の厚みに対して１．０倍～１０倍であることが好ましい。第１絶縁層１５及び第２絶縁層１６より薄くした場合、基材に応力が生じ、ずれを阻害する。また、１０倍より厚くした場合、第１積層体１１と第２積層体１２よりはるかに厚くなるため、使用する際に第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂに掛けるべき力を固定層１７が受け止めてしまい、第１樹脂層１１ｂ及び第２樹脂層１２ｂに十分な力がかからず検出不良が起こる。また、第２絶縁層１６から固定層１７までの距離が、距離ｄ１の２倍となることが好ましい。固定層１７と第２絶縁層１６との距離が距離ｄ１の２倍未満の場合、固定層１７によって基材に応力が生じてしまう。また２倍を超える場合、触覚センサ１００において検知に関わらない部分が増え、センサが大きくなってしまう。

以上説明したように、本実施形態に係る触覚センサ１００は、第１絶縁層１５と第２絶縁層とを備える。これにより、ずりによって対向する第１積層体１１及び第２積層体１２がずれた時に、第１絶縁層１５と第２絶縁層とがぶつかることでずれ量を拘束することができ、ずらした時のセンサの破損を抑止できる。

また、固定層１７を設けることで、ずり力が加えられた後でも上下の電極が初期位置に戻りやすくなり、測定の再現性を向上させることができる。

（実施例１）
第１基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を使用し、銀ペーストを用いて、図２に示す第１電極１１ａを７ｍｍ×７ｍｍの範囲内に印刷法で作製した。このとき、第１電極１１ａはそれぞれコの字形状で作製し、長方形の小電極寸法は幅それぞれ０．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍとし、小電極間の距離を２．５ｍｍとした。また第１電極１１ａと同時にリードも幅０．０３ｍｍで、互いに交わることが無いように配置した。

次に、第１電極１１ａの各小電極の上に、十条ケミカル製のカーボンインキＪＥＬＣＯＮ ＣＨ－Ｎを印刷して第１樹脂層１１ｂを形成し、第１積層体１１を作製した。ＣＨ－Ｎの膜厚は平均６μｍであった。

第１電極１１ａを含む７ｍｍ×７ｍｍの範囲から各辺２５０μｍ隔てたところに外側絶縁層１５ｂが形成されるように、アサヒ化学研究所の絶縁性樹脂ＦＲ－１Ｔ－ＮＳＤ９をスクリーン印刷により正方形状に形成して第１絶縁層１５を作製した。この時、幅は１５０μｍであり、内側絶縁層１５ａと外側絶縁層１５ｂとの距離は５００μｍであった。また、膜厚は１５μｍであった

第２基材２として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を使用し、銀ペーストを用いて、図３に示す第２電極１２ａおよびリードを印刷法で作製した。

次に、第２電極１２ａの各小電極の上に、十条ケミカル性のカーボンインキＪＥＬＣＯＮ ＣＨ－Ｎを印刷して第２樹脂層１２ｂを形成し、第２積層体１２を作製した。ＣＨ－Ｎの膜厚は平均６μｍであった。

第１基材１と第２基材２とを貼り合わせたときに、内側絶縁層１５ａと外側絶縁層１５ｂとの間に位置するように、アサヒ化学研究所の絶縁性樹脂ＦＲ－１Ｔ－ＮＳＤ９をスクリーン印刷により正方形状に形成して第２絶縁層１６を作製した。この時、印刷線幅は１５０μｍであり、膜厚は１５μｍであった。

第１積層体１１及び第２積層体１２を対向させて第１基材１と第２基材２との間に厚み５０μｍの両面テープを配置して基材を固定することで、実施例１に係る触覚センサ１００を得た（図５）。このとき、第１電極１１ａの小電極と第２電極１２ａの小電極とは、平面視における重なり幅が２５０μｍであった。固定位置は触覚センサ１００を構成する基材の一番外側とした。

このセンサに指でずり力をかけたところ、ずりの方向に基材がずれ、対応する電極の抵抗値変化が確認された。ずりをかけ続けると、基材のずれが止まったところで抵抗値変化も止まった。

（比較例１）
第１基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を使用し、銀ペーストを用いて、図２に示す第１電極１１ａを７ｍｍ×７ｍｍの範囲内に印刷法で作製した。このとき、第１電極１１ａはそれぞれコの字形状で作製し、長方形の小電極寸法は幅それぞれ０．５ｍｍ、長さ３．２ｍｍとし、小電極間の距離を２．５ｍｍとした。また第１電極１１ａと同時にリードも幅０．０３ｍｍで、互いに交わることが無いように配置した。

次に、第１電極１１ａの各小電極の上に、十条ケミカル製のカーボンインキＪＥＬＣＯＮ ＣＨ－Ｎを印刷して第１樹脂層１１ｂを形成し、第１積層体１１を作製した。ＣＨ－Ｎの膜厚は平均６μｍであった。

第２基材２として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を使用し、銀ペーストを用いて、図３に示す第２電極１２ａおよびリードを印刷法で作製した。

次に、第２電極１２ａの各小電極の上に、十条ケミカル性のカーボンインキＪＥＬＣＯＮ ＣＨ－Ｎを印刷して第２樹脂層１２ｂを形成し、第２積層体１２を作製した。ＣＨ－Ｎの膜厚は平均６μｍであった。

第１積層体１１及び第２積層体１２を対向させて第１基材１と第２基材２との間に厚み１０μｍの両面テープを配置して基材を固定することで、比較例１に係る触覚センサを得た。固定位置は触覚センサ１００を構成する基材の一番外側とした。

このセンサに指でずり力をかけたところ、ずりの方向に基材がずれ、対応する電極の抵抗値変化が確認された。しかしずりをかけ続けると基材がずれているにもかかわらず抵抗値変化取れなくなった。確認すると、上下の検出層が完全にずれていた。

本発明は、圧力とせん断応力を測定する感圧センサに適用できる。

１ 第１基材
２ 第２基材
１１ 第１積層体
１１Ｘ 第１積層体
１１Ｙ 第１積層体
１１ａ ：第１電極
１１ｂ 第１樹脂層
１２ 第２積層体
１２Ｘ 第２積層体
１２Ｙ 第２積層体
１２ａ 第２電極
１２ｂ 第２樹脂層
１５ 第１絶縁層
１５ａ 内側絶縁層
１５ｂ 外側絶縁層
１６ 第２絶縁層
１７ 固定層
１００ 触覚センサ
ｄ１ ：距離
ｄ２ ：距離

Claims (6)

1. 第１基材と、
   前記第１基材の一方面に設けられ、前記第１基材側から順に、第１電極と、導電性を有する第１樹脂層とが積層された第１積層体と、
   前記第１基材の前記一方面に、前記第１積層体を取り囲み、かつ、前記第１積層体と離間して設けられる第１絶縁層と、
   前記第１基材の前記一方面と対向する第２基材と、
   前記第２基材の前記第１基材と対向する面の前記第１積層体と対向する位置に設けられ、前記第２基材側から順に、第２電極と、導電性を有する第２樹脂層とが積層された第２積層体と、
   前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第２積層体を取り囲み、かつ、前記第２積層体と離間して設けられる第２絶縁層と、を備え、
   前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層の重なり面積に応じた前記第１電極及び前記第２電極間の電気抵抗値の変化に基づいて、加えられたずり力の検出が可能であり、
   前記第１絶縁層は、前記第１積層体を取り囲む内側絶縁層、及び、前記内側絶縁層を取り囲み、前記内側絶縁層から所定距離離間して設けられる外側絶縁層とを含み、
   前記第２絶縁層は、前記内側絶縁層と前記外側絶縁層との間に位置する、触覚センサ。
2. 前記第１積層体及び前記第２積層体を用いて、第１方向に加えられたずり力の検出が可能であり、
   前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１方向と直交する第２方向に延びる一対の小電極と、前記一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する、請求項１に記載の触覚センサ。
3. ２つの前記第１積層体と、２つの前記第２積層体とを備え、
   前記第１積層体の一方及びこれに対向する前記第２積層体の一方を用いて前記第１方向のずり力の検出が可能であり、前記第１積層体の他方及びこれに対向する前記第２積層体の他方を用いて前記第１方向と直交する第２方向のずり力の検出が可能である、請求項１に記載の触覚センサ。
4. 前記第１積層体の前記一方の前記第１電極及び前記第２積層体の前記一方の前記第２電極は、前記第２方向に延びる一対の小電極と、前記一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有し、
   前記第１積層体の前記他方の前記第１電極及び前記第２積層体の前記他方の前記第２電極は、前記第１方向に延びる一対の小電極と、前記一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する、請求項３に記載の触覚センサ。
5. 前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層の縦弾性係数が１０００ＭＰａ～５０００ＭＰａである、請求項１に記載の触覚センサ。
6. 前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の縦弾性係数が１０００ＭＰａ～５０００ＭＰａである、請求項１に記載の触覚センサ。

Images