JP5448423B2 - Tactile sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、ロボットの人工皮膚などに用いられ、接触対象物から入力される荷重を検出する触覚センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a tactile sensor that is used for artificial skin of a robot and the like and detects a load input from a contact object, and a manufacturing method thereof.
例えばロボットハンドで把持対象物を把持する際、把持力が大きすぎると、把持力により把持対象物が破損してしまうおそれがある。一方、把持力が小さすぎると、ロボットハンドから把持対象物が滑り落ちてしまうおそれがある。このように、ロボットハンドにおいては、把持力の緻密な制御が必要である。ロボットハンドで把持対象物を把持する際、把持対象物からロボットハンドには、把持力の反力として荷重が入力される。当該荷重は、圧縮力と、剪断力（「滑り方向」、あるいは「ずり方向」に加わる力）と、に分解される。圧縮力は、ロボットハンドの表面の略法線方向に、入力される。剪断力は、ロボットハンドの表面の略面展開方向に、入力される。 For example, when a gripping object is gripped with a robot hand, if the gripping force is too large, the gripping object may be damaged by the gripping force. On the other hand, if the gripping force is too small, the gripping target may slide off from the robot hand. Thus, in the robot hand, precise control of the gripping force is necessary. When gripping the gripping object with the robot hand, a load is input from the gripping object to the robot hand as a reaction force of the gripping force. The load is decomposed into a compressive force and a shearing force (force applied in the “sliding direction” or “slipping direction”). The compressive force is input in a substantially normal direction on the surface of the robot hand. The shearing force is input in a substantially plane development direction on the surface of the robot hand.
把持対象物から入力された荷重を、これら圧縮力と剪断力とに分解して検出するため、特許文献１には、荷重による受圧柱の変形を、Ｘ方向用、Ｙ方向用、Ｚ方向用の、三組の歪ゲージにより検出する接触覚センサが開示されている。また、特許文献２には、荷重によるダイアフラムの変形を、ゲージ抵抗により検出する触覚センサが開示されている。また、特許文献３には、荷重によるアクリル板（光導板）の画像変化を、ＣＣＤカメラにより撮像する触覚センサが開示されている。また、特許文献４には、荷重による圧電素子の信号波形の変化を、電気的に検出する触覚センサが開示されている。
しかしながら、特許文献１〜４のセンサによると、いずれも、荷重を検出するための単一のセンサ素子（特許文献１のセンサにおける受圧柱、特許文献２のセンサにおけるダイアフラム、特許文献３のセンサにおけるアクリル板、特許文献４のセンサにおける圧電素子）が、圧縮力検出用および剪断力検出用として、共用されている。このため、把持対象物から入力された荷重を、圧縮力、剪断力に分解するために、別途、特殊な構造（特許文献１のセンサにおける三組の歪ゲージ、特許文献２のセンサにおけるゲージ抵抗、特許文献３のセンサにおける画像処理装置、特許文献４のセンサにおける信号波形処理回路）が必要になる。
However, according to the sensors of
本発明の触覚センサおよびその製造方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、接触対象物から入力された荷重を、圧縮力、剪断力に簡単に分解可能な触覚センサを提供することを目的とする。また、本発明は、当該触覚センサを簡単に製造することができる触覚センサの製造方法を提供することを目的とする。 The tactile sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been completed in view of the above problems. Therefore, an object of the present invention is to provide a tactile sensor that can easily decompose a load input from a contact object into a compressive force and a shear force. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the tactile sensor which can manufacture the said tactile sensor easily.
（１）上記課題を解決するため、本発明の触覚センサは、接触対象物から荷重が入力される入力面を有し、該荷重を、該入力面の略面展開方向に加わる剪断力と、該入力面の略法線方向に加わる圧縮力と、に分解して検出可能な触覚センサであって、剪断力検出用表側電極層と、剪断力検出用裏側電極層と、該剪断力検出用表側電極層と該剪断力検出用裏側電極層との間に介装されるエラストマー製の剪断力検出用誘電層と、を有し、前記剪断力により該剪断力検出用誘電層が弾性変形することで、該剪断力検出用表側電極層と該剪断力検出用裏側電極層とが表裏方向に重複して形成される有効電極面積が変化し、該有効電極面積の変化により静電容量が変化することを利用して、該剪断力の変化を検出可能な剪断力検出部と、圧縮力検出用表側電極層と、圧縮力検出用裏側電極層と、該圧縮力検出用表側電極層と該圧縮力検出用裏側電極層との間に介装されるエラストマー製の圧縮力検出用誘電層と、を有し、前記圧縮力により該圧縮力検出用誘電層が弾性変形することで、該圧縮力検出用誘電層の層厚が変化し、該層厚の変化により静電容量が変化することを利用して、該圧縮力の変化を検出可能な圧縮力検出部と、該剪断力検出部と該圧縮力検出部との間に介装され、該剪断力検出部と該圧縮力検出部との間の絶縁を確保する絶縁層と、を備えてなることを特徴とする。ここで、「エラストマー」とは、母材であるエラストマーに、添加剤、充填材等が配合されている材料を含む。 (1) In order to solve the above-described problem, the tactile sensor of the present invention has an input surface to which a load is input from a contact object, and a shear force applied to the load in a substantially surface deployment direction of the input surface; A tactile sensor which can be detected by being decomposed into a compressive force applied in a substantially normal direction of the input surface, and includes a front electrode layer for detecting a shear force, a back electrode layer for detecting a shear force, and a sensor for detecting the shear force An elastomeric shearing force detection dielectric layer interposed between the front electrode layer and the shearing force detection backside electrode layer, and the shearing force detection dielectric layer is elastically deformed by the shearing force. Thus, the effective electrode area formed by overlapping the front electrode layer for shear force detection and the back electrode layer for shear force detection in the front and back direction changes, and the capacitance changes due to the change in the effective electrode area. A shearing force detection unit capable of detecting a change in the shearing force, and a compression force detection A compressive force detecting dielectric layer interposed between the side electrode layer, the compressive force detecting back electrode layer, the compressive force detecting front electrode layer and the compressive force detecting back electrode layer; The compressive force detecting dielectric layer is elastically deformed by the compressive force, whereby the thickness of the compressive force detecting dielectric layer is changed, and the capacitance is changed by the change of the layer thickness. A compression force detection unit capable of detecting a change in the compression force, and interposed between the shear force detection unit and the compression force detection unit, the shear force detection unit and the compression force detection unit, an insulating layer to ensure insulation between you and characterized in that it comprises a. Here, the “elastomer” includes a material in which an additive, a filler or the like is blended with an elastomer as a base material.
本発明の触覚センサは、剪断力検出部と圧縮力検出部とを、各々独立して備えている。剪断力検出部においては、接触対象物から入力された荷重のうち、剪断力が検出される。具体的には、剪断力検出部に剪断力が加わると、有効電極面積が変化する。有効電極面積が変化すると、剪断力検出部の静電容量が変化する。当該静電容量の変化を基に、剪断力が検出される。また、圧縮力検出部においては、接触対象物から入力された荷重のうち、圧縮力が検出される。具体的には、圧縮力検出部に圧縮力が加わると、圧縮力検出用誘電層の層厚が変化する。層厚が変化すると、圧縮力検出部の静電容量が変化する。当該静電容量の変化を基に、圧縮力が検出される。このように、本発明の触覚センサによると、接触対象物から入力された荷重を、剪断力、圧縮力に簡単に分解することができる。 The tactile sensor of the present invention includes a shearing force detection unit and a compression force detection unit independently. In the shearing force detection unit, the shearing force is detected from the load input from the contact object. Specifically, when a shear force is applied to the shear force detection unit, the effective electrode area changes. When the effective electrode area changes, the capacitance of the shear force detection unit changes. A shear force is detected based on the change in capacitance. Moreover, in the compressive force detection part, compressive force is detected among the loads input from the contact target object. Specifically, when a compressive force is applied to the compressive force detector, the thickness of the compressive force detecting dielectric layer changes. When the layer thickness changes, the capacitance of the compressive force detector changes. A compressive force is detected based on the change in capacitance. Thus, according to the tactile sensor of the present invention, the load input from the contact object can be easily decomposed into a shearing force and a compressive force.
（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記絶縁層は、前記剪断力検出部と前記圧縮力検出部との間の静電容量が大きくなるのを抑制する遮断層を有する構成とする方がよい。 (2) Preferably, in the configuration of (1), the insulating layer includes a blocking layer that suppresses an increase in capacitance between the shearing force detection unit and the compression force detection unit. If it is not good.
例えば、表側に剪断力検出部、裏側に圧縮力検出部が配置されている場合、剪断力検出部の剪断力検出用裏側電極層と、圧縮力検出部の圧縮力検出用表側電極層と、の間に、疑似的にコンデンサーが形成されるおそれがある。同様に、表側に圧縮力検出部、裏側に剪断力検出部が配置されている場合、圧縮力検出部の圧縮力検出用裏側電極層と、剪断力検出部の剪断力検出用表側電極層と、の間に、疑似的にコンデンサーが形成されるおそれがある。この場合、擬似的なコンデンサーに蓄積される静電容量がノイズとして作用し、剪断力、圧縮力の検出精度が低下するおそれがある。この点、本構成によると、絶縁層に遮断層が配置されている。このため、擬似的なコンデンサーに蓄積される静電容量が大きくなるのを抑制することができる。 For example, when a shearing force detection unit is arranged on the front side and a compression force detection unit is arranged on the back side, a shearing force detection backside electrode layer of the shearing force detection unit, and a compressive force detection frontside electrode layer of the compression force detection unit, In the meantime, a capacitor may be formed in a pseudo manner. Similarly, when a compressive force detection unit is arranged on the front side and a shearing force detection unit is arranged on the back side, a compression force detection backside electrode layer of the compression force detection unit, and a shearing force detection front side electrode layer of the shearing force detection unit , There is a possibility that a capacitor is formed in a pseudo manner. In this case, the electrostatic capacity accumulated in the pseudo capacitor acts as noise, and there is a possibility that the detection accuracy of the shearing force and the compressive force is lowered. In this regard, according to the present configuration, the blocking layer is disposed on the insulating layer. For this reason, it is possible to suppress an increase in the capacitance accumulated in the pseudo capacitor.
（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記剪断力検出用誘電層の剪断方向ばね定数は、該剪断力検出用誘電層の圧縮方向ばね定数よりも小さく、かつ、前記圧縮力検出用誘電層の圧縮方向ばね定数は、該剪断力検出用誘電層の圧縮方向ばね定数よりも小さい構成とする方がよい。 (3) Preferably, in the configuration of (1) or (2), the shearing direction spring constant of the shearing force detection dielectric layer is smaller than the compression direction spring constant of the shearing force detection dielectric layer, and the compression direction spring constant of compression force detecting dielectric layer is not good is better to smaller configuration than the compression direction spring constant of the shear force detecting dielectric layer.
コンデンサーの静電容量は、式（１）から算出される。
式（１）中、Ｃは静電容量、εは誘電率、Ｓは対向する電極の面積（本発明における有効電極面積）、ｄは一対の電極間の距離である。 In formula (1), C is a capacitance, ε is a dielectric constant, S is an area of opposing electrodes (effective electrode area in the present invention), and d is a distance between a pair of electrodes.
入力面に斜め方向から荷重が入力される場合、剪断力により、剪断力検出部の有効電極面積Ｓが変化する。すなわち、静電容量Ｃが変化する。並びに、圧縮力により、剪断力検出部の剪断力検出用表側電極層と剪断力検出用裏側電極層との間の距離ｄが小さくなる。すなわち、静電容量Ｃが大きくなる。このため、剪断力検出部の見かけ上の静電容量Ｃの変化が、剪断力に起因するものなのか、圧縮力に起因するものなのか、判別しにくくなる。 When a load is input to the input surface from an oblique direction, the effective electrode area S of the shear force detector changes due to the shear force. That is, the capacitance C changes. In addition, due to the compressive force, the distance d between the shearing force detection front electrode layer and the shearing force detection back electrode layer of the shearing force detection unit is reduced. That is, the capacitance C increases. For this reason, it becomes difficult to determine whether the change in the apparent capacitance C of the shearing force detection unit is caused by the shearing force or the compression force.
この点、本構成によると、剪断力検出用誘電層のばね定数が異方性を有している。すなわち、剪断力検出用誘電層は、剪断方向に変形しやすく、圧縮方向に変形しにくい。このため、剪断力の検出精度が向上する。 In this regard, according to the present configuration, the spring constant of the shearing force detecting dielectric layer has anisotropy. That is, the shearing force detecting dielectric layer is easily deformed in the shearing direction and hardly deformed in the compression direction. For this reason, the detection accuracy of the shear force is improved.
また、圧縮力検出用誘電層の圧縮方向ばね定数は、剪断力検出用誘電層の圧縮方向ばね定数よりも、小さく設定されている。このため、圧縮力検出用誘電層は、剪断力検出用誘電層よりも、圧縮方向に変形しやすい。したがって、圧縮力の検出精度が向上する。 The compression direction spring constant of the compressive force detecting dielectric layer is set to be smaller than the compression direction spring constant of the shearing force detecting dielectric layer. For this reason, the compressive force detecting dielectric layer is more easily deformed in the compressing direction than the shearing force detecting dielectric layer. Therefore, the detection accuracy of the compression force is improved.
（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記剪断力検出用誘電層の表面の面積と、前記圧縮力検出用誘電層の表面の面積と、は略同一であり、該剪断力検出用誘電層の層厚は、該圧縮力検出用誘電層の層厚よりも、薄い構成とする方がよい。 (4) Preferably, in any one of the constitutions (1) to (3), the surface area of the shearing force detecting dielectric layer and the surface area of the compressive force detecting dielectric layer are substantially the same. , and the thickness of the shear force detecting dielectric layer, than the layer thickness of the compressive force detecting dielectric layer, it is not good for a thin structure.
一例として、誘電層が断面正方形状の直方体である場合について説明すると、誘電層の剪断方向ばね定数と圧縮方向ばね定数との比と、誘電層の形状と、の関係は、式（２）で表される。
式（２）において、ｋｓは剪断方向ばね定数、ｋｃは圧縮方向ばね定数、Ｆは形状因子である。 In Equation (2), ks is a shear direction spring constant, kc is a compression direction spring constant, and F is a form factor.
形状因子Ｆは、式（３）から算出される。
式（３）において、ａは直方体の縦方向全長および横方向全長、ｈは誘電層の層厚である。 In Expression (3), a is the full length in the vertical direction and the full length in the horizontal direction of the rectangular parallelepiped, and h is the thickness of the dielectric layer.
式（２）から判るように、形状因子Ｆが大きいほど、圧縮方向ばね定数ｋｃを一定とした場合、剪断方向ばね定数ｋｓが小さくなる。すなわち、誘電層が剪断方向に変形しやすくなる。このため、剪断力検出用誘電層においては、形状因子Ｆが大きい方がよい。 As can be seen from Equation (2), the larger the form factor F, the smaller the shear direction spring constant ks when the compression direction spring constant kc is constant. That is, the dielectric layer is easily deformed in the shear direction. For this reason, it is better that the shape factor F is larger in the dielectric layer for detecting the shear force.
反対に、形状因子Ｆが小さいほど、剪断方向ばね定数ｋｓを一定とした場合、圧縮方向ばね定数ｋｃが小さくなる。すなわち、誘電層が圧縮方向に変形しやすくなる。このため、圧縮力検出用誘電層においては、形状因子Ｆが小さい方がよい。 Conversely, the smaller the form factor F, the smaller the compression direction spring constant kc when the shear direction spring constant ks is constant. That is, the dielectric layer is easily deformed in the compression direction. For this reason, in the compressive force detection dielectric layer, it is preferable that the form factor F is small.
式（３）から判るように、形状因子Ｆを大きくするためには、面積ｓに対して、層厚ｈを薄くすればよい。反対に、形状因子Ｆを小さくするためには、面積ｓに対して、層厚ｈを厚くすればよい。 As can be seen from Equation (3), in order to increase the shape factor F, the layer thickness h may be reduced with respect to the area s. On the contrary, in order to reduce the form factor F, the layer thickness h may be increased with respect to the area s.
この点、本構成によると、剪断力検出用誘電層の層厚は、圧縮力検出用誘電層の層厚よりも、薄い。このため、剪断力検出用誘電層は、優先的に剪断方向に変形することができる。したがって、剪断力の検出精度が向上する。また、圧縮力検出用誘電層は、優先的に圧縮方向に変形することができる。したがって、圧縮力の検出精度が向上する。 In this respect, according to the present configuration, the thickness of the shearing force detecting dielectric layer is thinner than that of the compressive force detecting dielectric layer. For this reason, the dielectric layer for detecting a shear force can be preferentially deformed in the shear direction. Therefore, the detection accuracy of the shear force is improved. The compressive force detecting dielectric layer can be preferentially deformed in the compression direction. Therefore, the detection accuracy of the compression force is improved.
（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、前記剪断力検出用表側電極層と、前記剪断力検出用裏側電極層と、は表裏方向から見てずれて配置されている構成とする方がよい。 (5) Preferably, in any one of the configurations (1) to (4), the front electrode layer for detecting a shear force and the back electrode layer for detecting a shear force are arranged so as to be shifted from each other when viewed from the front and back directions. it is not good to be a configuration that is.
本構成によると、剪断力検出部に加わる剪断力の方向を、簡単に検出することができる。以下、その理由を説明する。 According to this configuration, the direction of the shearing force applied to the shearing force detection unit can be easily detected. The reason will be described below.
図１（ａ）に、剪断力検出用表側電極層と剪断力検出用裏側電極層とが表裏方向から見て完全に重複して配置されている剪断力検出部の無荷重状態における模式図を示す。図１（ｂ）に、同剪断力検出部の左→右方向に剪断力が加わっている状態における模式図を示す。図１（ｃ）に、同剪断力検出部の右→左方向に剪断力が加わっている状態における模式図を示す。なお、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）は、本構成の作用を説明するための模式図であり、剪断力検出部の形状、配置方向、各層の層厚、配置、変形状態などを何等限定するものではない。 FIG. 1A is a schematic diagram in a no-load state of a shear force detection unit in which the front electrode layer for shear force detection and the back electrode layer for shear force detection are completely overlapped when viewed from the front and back directions. Show. FIG. 1B is a schematic diagram showing a state in which a shearing force is applied in the left-to-right direction of the shearing force detection unit. FIG. 1C shows a schematic diagram in a state where a shearing force is applied in the right-to-left direction of the shearing force detection unit. 1A, 1B, and 1C are schematic diagrams for explaining the operation of the present configuration, in which the shape, the arrangement direction, the layer thickness of each layer, The arrangement, deformation state, etc. are not limited at all.
図１（ａ）に示すように、無荷重状態において、剪断力検出用表側電極層１０１と剪断力検出用裏側電極層１０２とは、上下方向（表裏方向）から見て完全に重複している。
As shown in FIG. 1A, in a no-load state, the shearing force detection
図１（ｂ）に示すように、右方向に剪断力が加わると、剪断力検出用誘電層１００が右方向に傾く。このため、剪断力検出用表側電極層１０１が、剪断力検出用裏側電極層１０２に対して、右方向にずれる。したがって、剪断力検出用表側電極層１０１と剪断力検出用裏側電極層１０２とが上下方向に重複して形成される有効電極面積Ｓが小さくなる。前出の式（１）から判るように、有効電極面積Ｓが小さくなると、静電容量Ｃが小さくなる。
As shown in FIG. 1B, when a shearing force is applied in the right direction, the shearing force detecting
これに対して、図１（ｃ）に示すように、左方向に剪断力が加わると、剪断力検出用誘電層１００が左方向に傾く。このため、剪断力検出用表側電極層１０１が、剪断力検出用裏側電極層１０２に対して、左方向にずれる。したがって、剪断力検出用表側電極層１０１と剪断力検出用裏側電極層１０２とが上下方向に重複して形成される有効電極面積Ｓが小さくなる。前出の式（１）から判るように、有効電極面積Ｓが小さくなると、静電容量Ｃが小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 1C, when a shearing force is applied in the left direction, the shearing force detecting
このように、静電容量Ｃの変化から、剪断力検出部に剪断力が加わっていることが判る。しかしながら、剪断力の方向までは判らない。その理由は、剪断力が右方向に加わっても（図１（ｂ））、左方向に加わっても（図１（ｃ））、同じように有効電極面積Ｓ、すなわち静電容量Ｃが小さくなるからである。 Thus, it can be seen from the change in the capacitance C that a shear force is applied to the shear force detector. However, the direction of the shear force is unknown. The reason is that the effective electrode area S, that is, the capacitance C, is small whether the shearing force is applied in the right direction (FIG. 1B) or in the left direction (FIG. 1C). Because it becomes.
この点、本構成によると、剪断力検出用表側電極層と、剪断力検出用裏側電極層と、は表裏方向から見てずれて配置されている。図２（ａ）に、本構成の剪断力検出部の無荷重状態における模式図を示す。図２（ｂ）に、同剪断力検出部の左→右方向に剪断力が加わっている状態における模式図を示す。図２（ｃ）に、同剪断力検出部の右→左方向に剪断力が加わっている状態における模式図を示す。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）は、本構成の作用を説明するための模式図であり、剪断力検出部の形状、配置方向、各層の層厚、配置、変形状態などを何等限定するものではない。 In this respect, according to the present configuration, the shearing force detection front electrode layer and the shearing force detection back electrode layer are arranged so as to be shifted from the front and back directions. FIG. 2A shows a schematic diagram in a no-load state of the shearing force detection unit of this configuration. FIG. 2B shows a schematic diagram in a state where a shearing force is applied in the left-to-right direction of the shearing force detection unit. FIG. 2C shows a schematic diagram in a state where a shearing force is applied in the right-to-left direction of the shearing force detection unit. 2 (a), 2 (b), and 2 (c) are schematic diagrams for explaining the operation of the present configuration. The shape of the shearing force detection unit, the arrangement direction, the layer thickness of each layer, The arrangement, deformation state, etc. are not limited at all.
図２（ａ）に示すように、無荷重状態において、剪断力検出用表側電極層１０１と剪断力検出用裏側電極層１０２とは、上下方向（表裏方向）から見て、左右方向（面展開方向）にずれている。
As shown in FIG. 2A, in a no-load state, the shearing force detection
図２（ｂ）に示すように、右方向に剪断力が加わると、剪断力検出用誘電層１００が右方向に傾く。このため、剪断力検出用表側電極層１０１が、剪断力検出用裏側電極層１０２に対して、右方向に移動する。したがって、剪断力検出用表側電極層１０１と剪断力検出用裏側電極層１０２とが上下方向に重複して形成される有効電極面積Ｓが大きくなる。前出の式（１）から判るように、有効電極面積Ｓが大きくなると、静電容量Ｃが大きくなる。
As shown in FIG. 2B, when a shearing force is applied in the right direction, the shearing force detecting
これに対して、図２（ｃ）に示すように、左方向に剪断力が加わると、剪断力検出用誘電層１００が左方向に傾く。このため、剪断力検出用表側電極層１０１が、剪断力検出用裏側電極層１０２に対して、左方向に移動する。したがって、剪断力検出用表側電極層１０１と剪断力検出用裏側電極層１０２とが上下方向に重複して形成される有効電極面積Ｓが小さくなる。前出の式（１）から判るように、有効電極面積Ｓが小さくなると、静電容量Ｃが小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 2C, when a shearing force is applied in the left direction, the shearing force detecting
このように、静電容量Ｃの変化から、剪断力検出部に剪断力が加わっていることが判る。また、静電容量Ｃが大きくなる場合は、剪断力が右方向に加わっていることが判る。また、静電容量Ｃが小さくなる場合は、剪断力が左方向に加わっていることが判る。すなわち、本構成によると、剪断力検出部に加わる剪断力の方向を、静電容量Ｃの変化（増減）方向から、簡単に検出することができる。 Thus, it can be seen from the change in the capacitance C that a shear force is applied to the shear force detector. Moreover, when the electrostatic capacitance C becomes large, it turns out that the shear force is added to the right direction. Moreover, when the electrostatic capacitance C becomes small, it turns out that the shear force is added to the left direction. That is, according to this configuration, the direction of the shearing force applied to the shearing force detection unit can be easily detected from the change (increase / decrease) direction of the capacitance C.
（６）好ましくは、上記（１）ないし（５）のいずれかの構成において、前記剪断力検出用表側電極層は、前記剪断力のうちＸ方向に加わるＸ方向分力を検出するＸ方向用表側電極層と、該剪断力のうち該Ｘ方向に略直交するＹ方向に加わるＹ方向分力を検出するＹ方向用表側電極層と、を有し、前記剪断力検出用裏側電極層は、該Ｘ方向分力を検出するＸ方向用裏側電極層と、該Ｙ方向分力を検出するＹ方向用裏側電極層と、を有し、該Ｘ方向用表側電極層と該Ｘ方向用裏側電極層とは、Ｘ方向全長よりもＹ方向全長の方が長い長尺状を呈しており、該Ｙ方向用表側電極層と該Ｙ方向用裏側電極層とは、Ｙ方向全長よりもＸ方向全長の方が長い長尺状を呈している構成とする方がよい。 (6) Preferably, in the configuration of any one of (1) to (5), the front electrode layer for detecting a shear force detects an X-direction component force applied to the X direction out of the shear force. A front-side electrode layer, and a Y-direction front-side electrode layer that detects a Y-direction component force applied in the Y-direction substantially orthogonal to the X-direction among the shear forces, and the back-side electrode layer for shear-force detection is An X-direction back electrode layer for detecting the X-direction component force, and a Y-direction back electrode layer for detecting the Y-direction component force, the X-direction front electrode layer and the X-direction back electrode. The layer has an elongated shape in which the Y-direction overall length is longer than the X-direction overall length, and the Y-direction front-side electrode layer and the Y-direction back-side electrode layer are in the X-direction overall length rather than the Y-direction overall length. If you make a configuration in which more of is the shape of a long elongated shape it is not good.
図３（ａ）に、本構成の剪断力検出部の無荷重状態における表裏方向から見た模式図を示す。図３（ｂ）に、同剪断力検出部のＹ方向に剪断力が加わっている状態における表裏方向（Ｘ方向用表側電極層、Ｘ方向用裏側電極層の表裏方向）から見た模式図を示す。図３（ｃ）に、同剪断力検出部のＸ方向に剪断力が加わっている状態における表裏方向から見た模式図を示す。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、本構成の作用を説明するための模式図であり、Ｘ方向用表側電極層、Ｘ方向用裏側電極層の形状、配置、重複状態などを何等限定するものではない。 FIG. 3A is a schematic diagram viewed from the front and back directions of the shearing force detection unit of this configuration in a no-load state. FIG. 3B is a schematic diagram viewed from the front and back directions (front and back directions of the front electrode layer for X direction and the back electrode layer for X direction) in a state where a shear force is applied in the Y direction of the shear force detection unit. Show. FIG. 3C is a schematic diagram viewed from the front and back directions in a state where a shear force is applied in the X direction of the shear force detector. 3A, 3B, and 3C are schematic diagrams for explaining the operation of the present configuration, and the shapes of the front electrode layer for X direction and the back electrode layer for X direction are shown. There is no limitation on the arrangement, overlapping state, and the like.
図３（ａ）に示すように、無荷重状態において、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸとＸ方向用裏側電極層１０２Ｘとは、表裏方向から見て、完全に重複している。すなわち、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸとＸ方向用裏側電極層１０２Ｘとにより、有効電極面積Ｓ（説明の便宜上、ハッチングを施して示す。）が確保されている。有効電極面積Ｓは、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸおよびＸ方向用裏側電極層１０２ＸのＸ方向全長Ａ１と、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸおよびＸ方向用裏側電極層１０２ＸのＹ方向全長Ａ２（＞Ａ１）と、の積である。
As shown in FIG. 3A, in the no-load state, the X-direction
図３（ｂ）に示すように、Ｙ方向に剪断力が加わると、Ｘ方向用表側電極層１０１Ｘが、Ｘ方向用裏側電極層１０２Ｘに対して、Ｙ方向に、変位量ΔＡだけ移動する。したがって、有効電極面積Ｓが小さくなる。
As shown in FIG. 3B, when a shearing force is applied in the Y direction, the X-direction
同様に、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向に剪断力が加わると、Ｘ方向用表側電極層１０１Ｘが、Ｘ方向用裏側電極層１０２Ｘに対して、Ｘ方向に、変位量ΔＡだけ移動する。したがって、有効電極面積Ｓが小さくなる。
Similarly, as shown in FIG. 3C, when a shearing force is applied in the X direction, the
ここで、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸおよびＸ方向用裏側電極層１０２ＸのＹ方向全長Ａ２は、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸおよびＸ方向用裏側電極層１０２ＸのＸ方向全長Ａ１よりも、長い。このため、Ｘ方向、Ｙ方向の変位量が共にΔＡであっても、Ｙ方向に剪断力が加わる場合よりも、Ｘ方向に剪断力が加わる場合の方が、有効電極面積Ｓの変化量が大きい。したがって、Ｘ方向用表側電極層１０１ＸおよびＸ方向用裏側電極層１０２Ｘにより、剪断力のＸ方向分力を、精度よく検出することができる。
Here, the total Y-direction length A2 of the X-direction
一方、Ｙ方向用表側電極層およびＹ方向用裏側電極層においては、図３の座標のＸ方向とＹ方向とを置換すると判るように、Ｘ方向、Ｙ方向の変位量が共にΔＡであっても、Ｘ方向に剪断力が加わる場合よりも、Ｙ方向に剪断力が加わる場合の方が、有効電極面積Ｓの変化量が大きい。したがって、Ｙ方向用表側電極層およびＹ方向用裏側電極層により、剪断力のＹ方向分力を、精度よく検出することができる。 On the other hand, in the front-side electrode layer for Y direction and the back-side electrode layer for Y direction, the displacement amount in both the X direction and the Y direction is ΔA, as can be seen from replacing the X direction and the Y direction of the coordinates in FIG. However, the amount of change in the effective electrode area S is larger when the shear force is applied in the Y direction than when the shear force is applied in the X direction. Therefore, the Y-direction component force of the shearing force can be accurately detected by the Y-direction front electrode layer and the Y-direction back electrode layer.
（６−１）好ましくは、上記（６）の構成と、上記（５）の構成と、を組み合わせた構成とする方がよい。すなわち、Ｘ方向用表側電極層とＸ方向用裏側電極層とを、表裏方向から見て、Ｘ方向にずらして配置すればよい。また、Ｙ方向用表側電極層とＹ方向用裏側電極層とを、表裏方向から見て、Ｙ方向にずらして配置すればよい。こうすると、さらにＸ方向分力、Ｙ方向分力を、精度よく検出することができる。 (6-1) Preferably, the configuration of (6) above and the configuration of (5) above are combined. That is, the front electrode layer for X direction and the back electrode layer for X direction may be arranged so as to be shifted in the X direction when viewed from the front and back directions. Further, the front electrode layer for Y direction and the back electrode layer for Y direction may be shifted in the Y direction when viewed from the front and back directions. In this way, the X direction component force and the Y direction component force can be detected with high accuracy.
（７）好ましくは、上記（１）ないし（６）のいずれかの構成において、前記剪断力検出用表側電極層を外側から覆い、該剪断力検出用表側電極層と外部との絶縁を確保する保護層を有する構成とする方がよい。本構成によると、剪断力検出用表側電極層と外部とが導通するのを、抑制することができる。 (7) Preferably, in any one of the constitutions (1) to (6), the shearing force detection front electrode layer is covered from the outside to ensure insulation between the shearing force detection front electrode layer and the outside. If you configured to have a protective layer is not good. According to this structure, it can suppress that the front side electrode layer for shear force detection and the exterior are conduct | electrically_connected.
（８）好ましくは、上記（１）ないし（７）のいずれかの構成において、前記絶縁層は、エラストマー製であって、前記剪断力検出用表側電極層、前記剪断力検出用裏側電極層は、各々エラストマー製であって、さらに、該剪断力検出用表側電極層に接続されるエラストマー製の剪断力検出用表側配線と、該剪断力検出用裏側電極層に接続されるエラストマー製の剪断力検出用裏側配線と、を有し、該剪断力検出用表側配線と該剪断力検出用裏側配線とから、静電容量の変化を検出する構成とする方がよい。 (8) Preferably, in any one of the constitutions (1) to (7), the insulating layer is made of an elastomer, and the front electrode layer for shear force detection and the back electrode layer for shear force detection are Each of which is made of an elastomer, and further includes an elastomeric shearing force detection surface wiring connected to the shearing force detection front electrode layer, and an elastomeric shearing force connected to the shearing force detection backside electrode layer. It has a detection backside wiring, a, and a the shear force detection front lines and the shear force detection backside wiring, have good better be configured to detect a change in capacitance.
本構成によると、絶縁層、剪断力検出用表側電極層、剪断力検出用裏側電極層、剪断力検出用表側配線、剪断力検出用裏側配線が、全てエラストマー製である。すなわち、これらの部材は、弾性変形しやすい。このため、エラストマー製の剪断力検出用誘電層の弾性変形を、これらの部材が規制するおそれが小さい。 According to this configuration, the insulating layer, the shearing force detection front electrode layer, the shearing force detection backside electrode layer, the shearing force detection front side wiring, and the shearing force detection backside wiring are all made of elastomer. That is, these members are easily elastically deformed. For this reason, there is little possibility that these members will regulate the elastic deformation of the dielectric shear force detection dielectric layer.
（９）また、上記課題を解決するため、本発明の触覚センサの製造方法は、上記（８）の触覚センサの製造方法であって、前記絶縁層の表面に、前記剪断力検出用裏側配線と前記剪断力検出用裏側電極層とを印刷し、該剪断力検出用裏側電極層の表面に前記剪断力検出用誘電層を印刷し、該剪断力検出用誘電層の表面に前記剪断力検出用表側配線と前記剪断力検出用表側電極層とを印刷することにより、前記剪断力検出部を作製する剪断力検出部作製工程を有することを特徴とする。 (9) Moreover, in order to solve the said subject, the manufacturing method of the tactile sensor of this invention is a manufacturing method of the tactile sensor of said (8), Comprising: On the surface of the said insulating layer, the said back side wiring for shear force detection And the back electrode layer for detecting shear force, printing the dielectric layer for detecting shear force on the surface of the back electrode layer for detecting shear force, and detecting the shear force on the surface of the dielectric layer for detecting shear force by printing use front side wiring and the said shearing force detecting surface side electrode layer, you characterized by having a shear force detector producing step of producing said shearing force detector.
本発明の触覚センサの製造方法によると、印刷という簡単な方法により、剪断力検出部を作製することができる。また、剪断力検出用裏側配線と、剪断力検出用裏側電極層と、剪断力検出用誘電層と、剪断力検出用表側配線と、剪断力検出用表側電極層と、の位置合わせを、精度よく行うことができる。 According to the method for manufacturing a tactile sensor of the present invention, the shearing force detection unit can be manufactured by a simple method of printing. In addition, the positioning of the shearing force detection backside wiring, the shearing force detection backside electrode layer, the shearing force detection dielectric layer, the shearing force detection front side wiring, and the shearing force detection front side electrode layer is performed with accuracy. Can be done well.
（９−１）好ましくは、上記（９）の構成と、上記（８）の構成と、上記（４）の構成と、を組み合わせた構成とする方がよい。本構成によると、比較的薄い剪断力検出用誘電層を、印刷により、簡単に作製することができる。また、剪断力検出用誘電層の、剪断力検出用表側電極層と剪断力検出用裏側電極層との間の部分において、層厚がばらつくのを抑制することができる。 (9-1) Preferably, the configuration of (9) above, the configuration of (8) above, and the configuration of (4) above are combined. According to this configuration, a relatively thin dielectric layer for detecting a shearing force can be easily produced by printing. In addition, it is possible to suppress variation in the layer thickness in the portion between the shearing force detection front electrode layer and the shearing force detection back electrode layer of the shearing force detection dielectric layer.
本発明によると、接触対象物から入力された荷重を、圧縮力、剪断力に簡単に分解可能な触覚センサを提供することができる。また、本発明によると、当該触覚センサを簡単に製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tactile sensor which can decompose | disassemble the load input from the contact target object easily into a compressive force and a shearing force can be provided. According to the present invention, the tactile sensor can be easily manufactured.
以下、本発明の触覚センサおよびその製造方法の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the tactile sensor of the present invention and the manufacturing method thereof will be described.
＜第一実施形態＞
［触覚センサの構成］
まず、本実施形態の触覚センサの構成について説明する。図４（ａ）に、本実施形態の触覚センサの上下方向（表裏方向）断面図を示す。図４（ｂ）に、同触覚センサの上面図を示す。図４（ａ）においては、触覚センサの上下方向厚さを、強調して示す。図４（ｂ）においては、上側保護層を透過して示す。また、図４（ｂ）においては、剪断力検出用裏側電極層を点線で示す。また、図４（ｂ）においては、有効電極面積にハッチングを施して示す。また、図４（ｂ）においては、剪断力検出用表側配線２３、圧縮力検出用表側配線３３を省略して示す。
<First embodiment>
[Configuration of tactile sensor]
First, the configuration of the tactile sensor of this embodiment will be described. FIG. 4A shows a cross-sectional view in the vertical direction (front and back direction) of the tactile sensor of the present embodiment. FIG. 4B shows a top view of the tactile sensor. In FIG. 4A, the thickness in the vertical direction of the tactile sensor is shown with emphasis. In FIG.4 (b), it permeate | transmits and shows an upper side protective layer. Moreover, in FIG.4 (b), the back side electrode layer for shear force detection is shown with a dotted line. In FIG. 4B, the effective electrode area is hatched. In FIG. 4B, the shearing force detection
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、本実施形態の触覚センサ１は、剪断力検出部２と、圧縮力検出部３と、絶縁層４と、上側保護層５と、下側保護層６と、を備えている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
絶縁層４は、ポリウレタン製であって、正方形板状を呈している。絶縁層４の上下方向層厚は、２ｍｍである。絶縁層４は、本発明の遮断層に含まれる。
The insulating
剪断力検出部２は、剪断力検出用表側電極層２０と、剪断力検出用裏側電極層２１と、剪断力検出用誘電層２２と、剪断力検出用表側配線２３と、剪断力検出用裏側配線２４と、を備えている。剪断力検出部２は、絶縁層４の上面（表面）に配置されている。
The shearing
剪断力検出用裏側配線２４は、ポリウレタンと銀粒子とを含んで形成されている。剪断力検出用裏側配線２４は、幅１ｍｍの線状を呈している。剪断力検出用裏側配線２４は、絶縁層４の上面に、印刷されている。剪断力検出用裏側配線２４の上下方向層厚は、０．０３ｍｍである。
The shearing force detection back
剪断力検出用裏側電極層２１は、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。剪断力検出用裏側電極層２１は、長方形の薄膜状を呈している。剪断力検出用裏側電極層２１は、剪断力検出用裏側配線２４と一部重なり合うように、絶縁層４の上面に印刷されている。剪断力検出用裏側電極層２１の上下方向層厚は、０．０５ｍｍである。
The shearing force detection back
剪断力検出用誘電層２２は、アクリルゴム製であって、正方形の薄膜状を呈している。剪断力検出用誘電層２２は、剪断力検出用裏側電極層２１の上面、剪断力検出用裏側配線２４の上面（剪断力検出用裏側電極層２１が印刷されている部分を除く）、絶縁層４の上面（剪断力検出用裏側電極層２１および剪断力検出用裏側配線２４が印刷されている部分を除く）に、印刷されている。剪断力検出用誘電層２２の上下方向層厚の最大値は、０．１５ｍｍである。また、剪断力検出用誘電層２２における、剪断力検出用表側電極層２０と剪断力検出用裏側電極層２１との間の上下方向層厚（以下、「電極間層厚」という。）は、０．１ｍｍである。
The shearing force detecting
剪断力検出用表側配線２３は、ポリウレタンと銀粒子とを含んで形成されている。剪断力検出用表側配線２３は、幅１ｍｍの線状を呈している。剪断力検出用表側配線２３は、剪断力検出用誘電層２２の上面に、印刷されている。剪断力検出用表側配線２３の上下方向層厚は、０．０３ｍｍである。
The
剪断力検出用表側電極層２０は、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。剪断力検出用表側電極層２０は、長方形の薄膜状を呈している。剪断力検出用表側電極層２０は、剪断力検出用表側配線２３と一部重なり合うように、剪断力検出用誘電層２２の上面に印刷されている。
The front-
剪断力検出用表側電極層２０と剪断力検出用裏側電極層２１とは、上方から見て、左右方向にずれて配置されている。具体的には、剪断力検出用裏側電極層２１に対して、剪断力検出用表側電極層２０は、右側に所定量だけずれて配置されている。剪断力検出用表側電極層２０の上下方向層厚は、０．０５ｍｍである。剪断力検出用表側電極層２０と剪断力検出用裏側電極層２１とが上下方向に重複している部分が、剪断力検出部２の有効電極面積Ｓ１である。剪断力検出用表側電極層２０と剪断力検出用裏側電極層２１との間には、図示しない電気回路のスイッチを閉成することにより、所定の印加電圧を加えることができる。
The shearing force detection
圧縮力検出部３は、圧縮力検出用表側電極層３０と、圧縮力検出用裏側電極層３１と、圧縮力検出用誘電層３２と、圧縮力検出用表側配線３３と、圧縮力検出用裏側配線３４と、を備えている。圧縮力検出部３は、絶縁層４の下面（裏面）に配置されている。
The
圧縮力検出用誘電層３２は、発泡ウレタン製であって、正方形の薄膜状を呈している。圧縮力検出用誘電層３２の上下方向層厚は、１ｍｍである。
The compressive force detecting
圧縮力検出用表側配線３３は、ポリウレタンと銀粒子とを含んで形成されている。圧縮力検出用表側配線３３は、幅１ｍｍの線状を呈している。圧縮力検出用表側配線３３は、圧縮力検出用誘電層３２の上面に、印刷されている。圧縮力検出用表側配線３３の上下方向層厚は、０．０３ｍｍである。
The compressive force detecting front-
圧縮力検出用裏側配線３４は、ポリウレタンと銀粒子とを含んで形成されている。圧縮力検出用裏側配線３４は、幅１ｍｍの線状を呈している。圧縮力検出用裏側配線３４は、圧縮力検出用誘電層３２の下面に、印刷されている。圧縮力検出用裏側配線３４の上下方向層厚は、０．０３ｍｍである。
The compressive force detection back
圧縮力検出用表側電極層３０は、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。圧縮力検出用表側電極層３０は、正方形の薄膜状を呈している。圧縮力検出用表側電極層３０は、圧縮力検出用表側配線３３と一部重なり合うように、圧縮力検出用誘電層３２の上面に固定されている。並びに、圧縮力検出用表側電極層３０は、絶縁層４の下面に固定されている。圧縮力検出用表側電極層３０の上下方向層厚は、０．０５ｍｍである。
The compressive force detecting
圧縮力検出用裏側電極層３１は、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成されている。圧縮力検出用裏側電極層３１は、正方形の薄膜状を呈している。圧縮力検出用裏側電極層３１は、圧縮力検出用裏側配線３４と一部重なり合うように、圧縮力検出用誘電層３２の下面に固定されている。圧縮力検出用裏側電極層３１の上下方向層厚は、０．０５ｍｍである。圧縮力検出用表側電極層３０と圧縮力検出用裏側電極層３１との間には、図示しない電気回路のスイッチを閉成することにより、所定の印加電圧を加えることができる。
The back
上側保護層５は、アクリルゴムを含んで形成されている。上側保護層５は、正方形の薄膜状を呈している。上側保護層５は、剪断力検出部２を上方から覆っている。上側保護層５は、本発明の保護層に含まれる。上側保護層５の上面には、接触対象物から荷重が入力される入力面５０が配置されている。下側保護層６は、アクリルゴムを含んで形成されている。下側保護層６は、正方形の薄膜状を呈している。下側保護層６は、圧縮力検出部３を下方から覆っている。
The upper
［触覚センサの動き］
次に、本実施形態の触覚センサ１の動きについて説明する。剪断力検出用表側電極層２０と剪断力検出用裏側電極層２１との間には、図示しない電気回路により、所定の印加電圧が加えられている。並びに、圧縮力検出用表側電極層３０と圧縮力検出用裏側電極層３１との間には、図示しない電気回路により、所定の印加電圧が加えられている。
[Tactile sensor movement]
Next, the movement of the
まず、前出図４（ａ）に示すように、接触対象物から入力面５０に、左上から右下に向かう方向に、荷重Ｆ１が入力される場合について説明する。荷重Ｆ１は、入力面５０の面展開方向（左右方向）の剪断力Ｆ１ｓと、入力面５０の法線方向（上下方向）の圧縮力Ｆ１ｃと、に分解することができる。
First, as shown in FIG. 4A, a case where a load F1 is input from the contact target to the
図５（ａ）に、本実施形態の触覚センサの、左上から右下に向かう方向に荷重が入力された状態における上下方向断面図を示す。図５（ｂ）に、同触覚センサの、左上から右下に向かう方向に荷重が入力された状態における上面図を示す。図５（ａ）においては、触覚センサの上下方向厚さを、強調して示す。図５（ｂ）においては、上側保護層を透過して示す。また、図５（ｂ）においては、剪断力検出用裏側電極層を点線で示す。また、図５（ｂ）においては、有効電極面積にハッチングを施して示す。また、図５（ｂ）においては、剪断力検出用表側配線２３、圧縮力検出用表側配線３３を省略して示す。
FIG. 5A is a vertical sectional view of the tactile sensor according to the present embodiment in a state where a load is input in a direction from the upper left to the lower right. FIG. 5B shows a top view of the tactile sensor in a state where a load is input in a direction from the upper left to the lower right. In FIG. 5A, the thickness in the vertical direction of the tactile sensor is shown with emphasis. In FIG.5 (b), it penetrates and shows an upper side protective layer. Moreover, in FIG.5 (b), the back side electrode layer for shear force detection is shown with a dotted line. Further, in FIG. 5B, the effective electrode area is hatched. In FIG. 5B, the shearing force detection
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、剪断力検出用誘電層２２は、剪断力Ｆ１ｓにより、右方向に変形する。具体的には、剪断力検出用誘電層２２の下面に対して、上面が右方向にずれる。このため、剪断力検出用裏側電極層２１に対して、剪断力検出用表側電極層２０が、右方向にずれる。したがって、有効電極面積Ｓ１が小さくなる。有効電極面積Ｓ１が小さくなると、静電容量Ｃが小さくなる（前出の式（１）参照）。当該静電容量Ｃの変化から、図示しない演算部により、剪断力Ｆ１ｓの大きさ、方向を算出する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the shearing force detecting
また、図５（ａ）に示すように、圧縮力検出用誘電層３２は、圧縮力Ｆ１ｃにより、上下方向に圧縮される。このため、圧縮力検出用表側電極層３０と、圧縮力検出用裏側電極層３１と、の間の間隔（以下、「電極間距離」と称す。）Ｔ１が、小さくなる。電極間距離Ｔ１が小さくなると、静電容量Ｃが大きくなる（前出の式（１）参照）。当該静電容量Ｃの変化から、図示しない演算部により、圧縮力Ｆ１ｃの大きさを算出する。
Further, as shown in FIG. 5A, the compressive force detecting
次いで、前出図４（ａ）の荷重Ｆ１に対して、左右反対方向から荷重が入力される場合について説明する。図６（ａ）に、本実施形態の触覚センサの、右上から左下に向かう方向に荷重が入力された状態における上下方向断面図を示す。図６（ｂ）に、同触覚センサの、右上から左下に向かう方向に荷重が入力された状態における上面図を示す。図６（ａ）においては、触覚センサの上下方向厚さを、強調して示す。図６（ｂ）においては、上側保護層を透過して示す。また、図６（ｂ）においては、剪断力検出用裏側電極層を点線で示す。また、図６（ｂ）においては、有効電極面積にハッチングを施して示す。また、図６（ｂ）においては、剪断力検出用表側配線２３、圧縮力検出用表側配線３３を省略して示す。図４同様に、荷重は、入力面５０の面展開方向（左右方向）の剪断力と、入力面５０の法線方向（上下方向）の圧縮力と、に分解することができる。
Next, a case where a load is input from the left and right opposite directions with respect to the load F1 of FIG. FIG. 6A is a vertical cross-sectional view of the tactile sensor according to the present embodiment in a state where a load is input in a direction from the upper right to the lower left. FIG. 6B shows a top view of the tactile sensor in a state where a load is input in a direction from the upper right to the lower left. In FIG. 6A, the thickness in the vertical direction of the tactile sensor is shown with emphasis. In FIG.6 (b), it permeate | transmits and shows an upper side protective layer. Moreover, in FIG.6 (b), the back side electrode layer for shear force detection is shown with a dotted line. Further, in FIG. 6B, the effective electrode area is hatched. In FIG. 6B, the shearing force detection
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、剪断力検出用誘電層２２は、剪断力により、左方向に変形する。具体的には、剪断力検出用誘電層２２の下面に対して、上面が左方向にずれる。このため、剪断力検出用裏側電極層２１に対して、剪断力検出用表側電極層２０が、左方向にずれる。したがって、有効電極面積Ｓ１が大きくなる。有効電極面積Ｓ１が大きくなると、静電容量Ｃが大きくなる（前出の式（１）参照）。当該静電容量Ｃの変化から、図示しない演算部により、剪断力の大きさ、方向を算出する。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the shearing force detecting
また、図６（ａ）に示すように、圧縮力検出用誘電層３２は、圧縮力により、上下方向に圧縮される。圧縮力の演算方法は、上記図５（ａ）の場合（接触対象物から入力面５０に、左上から右下に向かう方向に、荷重Ｆ１が入力される場合）と同様である。したがって、ここでは説明を割愛する。
Further, as shown in FIG. 6A, the compressive force detecting
［触覚センサの製造方法］
次に、本実施形態の触覚センサ１の製造方法について説明する。本実施形態の触覚センサ１の製造方法は、塗料調製工程と、剪断力検出部作製工程と、上側保護層作製工程と、圧縮力検出部作製工程と、下側保護層作製工程と、検出部積層工程と、を有している。
[Manufacturing method of tactile sensor]
Next, a method for manufacturing the
（塗料調整工程）
塗料調製工程においては、配線塗料、電極層塗料、誘電層塗料、保護層塗料を、それぞれ調製する。電極層塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー（アクリルゴム、商品名：ニポール（登録商標）ＡＲ５１、日本ゼオン社製）１００質量部、加硫助剤（ステアリン酸、商品名：ルナック（登録商標）Ｓ３０、花王社製）１．００質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、商品名：ノクセラー（登録商標）ＰＺ、大内新興化学社製）２．５０質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄、商品名：ノクセラーＴＴＦＥ、大内新興化学社製）０．５０質量部を秤量し、ロールを用いてゴム練りを行う。そして、ゴムコンパウンドを調製する。続いて、調製したゴムコンパウンドを有機溶剤（メチルエチルケトン、三協化学社製）１５００質量部に浸漬し、有機溶剤を撹拌し、ゴムコンパウンドを有機溶剤に均一に溶解させた溶液を得る。それから、当該溶液に、導電性カーボンブラック（ケッチェンブラック、商品名：ＥＣ３００Ｊ、ライオン社製）２２．８６質量部を添加する。そして、固形分率約７．８質量％のＭＥＫ（メチルエチルケトン）溶液を得る。それから、当該ＭＥＫ溶液にミル処理を施し、ＭＥＫ溶液中の導電性カーボンブラックの分散性を向上させる。具体的には、ＭＥＫ溶液を３２００ｒｐｍで回転するダイノミルに投入し、４０回程度ＭＥＫ溶液を循環させる。その後、ミル処理後のＭＥＫ溶液に印刷用溶剤（ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、三協化学社製）６８６．７質量部を添加する。それから、印刷用溶剤を添加したＭＥＫ溶液を、大気と接する面積を広くするために、口の広い容器に移し替える。そして、当該ＭＥＫ溶液を、時々撹拌しながら、約一日放置することにより、沸点の低いＭＥＫを充分に蒸発させる。このようにして、電極層塗料を調製する。なお、印刷用溶剤の沸点は２００℃以上である。このため、印刷用溶剤の揮発は無視できる。
(Paint adjustment process)
In the paint preparation step, a wiring paint, an electrode layer paint, a dielectric layer paint, and a protective layer paint are prepared. The electrode layer paint is prepared by the following procedure. First, 100 parts by mass of a polymer (acrylic rubber, trade name: Nipol (registered trademark) AR51, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), a vulcanization aid (stearic acid, trade name: Lunac (registered trademark) S30, manufactured by Kao Corporation) 00 parts by mass, vulcanization accelerator (zinc dimethyldithiocarbamate, trade name: Noxeller (registered trademark) PZ, manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) 2.50 parts by mass, vulcanization accelerator (ferric dimethyldithiocarbamate, commodity Name: Noxeller TTFE (manufactured by Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd.) 0.50 part by mass is weighed and rubber is kneaded using a roll. Then, a rubber compound is prepared. Subsequently, the prepared rubber compound is immersed in 1500 parts by mass of an organic solvent (methyl ethyl ketone, Sankyo Chemical Co., Ltd.), the organic solvent is stirred, and a solution in which the rubber compound is uniformly dissolved in the organic solvent is obtained. Then, 22.86 parts by mass of conductive carbon black (Ketjen Black, trade name: EC300J, manufactured by Lion Corporation) is added to the solution. Then, a MEK (methyl ethyl ketone) solution having a solid content of about 7.8% by mass is obtained. Then, the MEK solution is milled to improve the dispersibility of the conductive carbon black in the MEK solution. Specifically, the MEK solution is put into a dyno mill rotating at 3200 rpm, and the MEK solution is circulated about 40 times. Thereafter, 686.7 parts by mass of a printing solvent (diethylene glycol monobutyl ether acetate, manufactured by Sankyo Chemical Co., Ltd.) is added to the milled MEK solution. Then, the MEK solution to which the printing solvent is added is transferred to a container having a wide mouth in order to widen the area in contact with the atmosphere. Then, the MEK solution is allowed to stand for about one day with occasional stirring to sufficiently evaporate MEK having a low boiling point. Thus, an electrode layer coating material is prepared. The boiling point of the printing solvent is 200 ° C. or higher. For this reason, the volatilization of the printing solvent is negligible.
保護層塗料および誘電層塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー（アクリルゴム、商品名：ニポールＡＲ５１、日本ゼオン社製）１００質量部、加硫助剤（ステアリン酸、商品名：ルナックＳ３０、花王社製）１．００質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、商品名：ノクセラーＰＺ、大内新興化学社製）２．５０質量部、加硫促進剤（ジメチルジチオカルバミン酸第二鉄、商品名：ノクセラーＴＴＦＥ、大内新興化学社製）０．５０質量部を秤量し、ロールを用いてゴム練りを行う。そして、ゴムコンパウンドを調製する。続いて、調製したゴムコンパウンドを印刷用溶剤（エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ダイセル化学工業社製）３００質量部に浸漬し、撹拌して均一化させる。このようにして、保護層塗料および誘電層塗料を調製する。 The protective layer coating and the dielectric layer coating are prepared by the following procedure. First, 100 parts by mass of a polymer (acrylic rubber, trade name: Nipol AR51, manufactured by Nippon Zeon), vulcanization aid (stearic acid, trade name: Lunac S30, manufactured by Kao Corporation), 1.00 parts by weight, vulcanization accelerator (Zinc dimethyldithiocarbamate, trade name: Noxeller PZ, manufactured by Ouchi Shinsei Chemical) 2.50 parts by mass, vulcanization accelerator (Ferric dimethyldithiocarbamate, trade name: Noxeller TTFE, manufactured by Ouchi Shinsei Chemical) 0.50 part by mass is weighed, and rubber kneading is performed using a roll. Then, a rubber compound is prepared. Subsequently, the prepared rubber compound is immersed in 300 parts by mass of a printing solvent (ethylene glycol monobutyl ether acetate, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.), and stirred to make it uniform. In this way, a protective layer coating and a dielectric layer coating are prepared.
配線塗料は、以下の手順で調製する。まず、ポリマー（ポリウレタンをＭＥＫ／トルエン／イソプロピルアルコールに溶解したもの、商品名：ニッポラン（登録商標）５２３０、日本ポリウレタン工業社製）３３３質量部（ポリマーの固形分は３０質量％なので、ポリマー３３３質量部はポリウレタン１００質量部に相当する）、１０μｍフレーク状の銀粒子（商品名：ＦＡ−Ｄ−４、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）４００質量部、１μｍ球状の銀粒子（商品名：ＡＧ２−１Ｃ、ＤＯＷＡエレクトロニクス社製）４００質量部、印刷用溶剤（ブチルカルビトール、三協化学社製）１５０質量部を秤量し、撹拌して均一化させる。そして、撹拌後の溶液を、大気と接する面積を広くするために、口の広い容器に移し替える。そして、当該溶液を、時々撹拌しながら、約一日放置することにより、沸点の低いＭＥＫ、トルエン、イソプロピルアルコールを充分に蒸発させる。このようにして、配線塗料を調製する。 The wiring paint is prepared by the following procedure. First, 333 parts by mass of polymer (polyurethane dissolved in MEK / toluene / isopropyl alcohol, trade name: NIPPOLAN (registered trademark) 5230, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.) (the solid content of the polymer is 30% by mass, so 333 mass of polymer) Part corresponds to 100 parts by mass of polyurethane), 10 μm flaky silver particles (trade name: FA-D-4, manufactured by DOWA Electronics) 400 parts by mass, 1 μm spherical silver particles (trade names: AG2-1C, DOWA) 400 parts by mass of Electronics Co., Ltd.) and 150 parts by mass of a printing solvent (butyl carbitol, Sankyo Chemical Co., Ltd.) are weighed and stirred to homogenize. Then, the solution after stirring is transferred to a container having a wide mouth in order to widen the area in contact with the atmosphere. Then, the solution is allowed to stand for about a day with occasional stirring to sufficiently evaporate MEK, toluene and isopropyl alcohol having a low boiling point. In this way, a wiring paint is prepared.
（剪断力検出部作製工程）
剪断力検出部作製工程においては、塗料調製工程において調製した配線塗料、電極層塗料、誘電層塗料を、印刷により、絶縁層４に対して積層する。図７に、本実施形態の触覚センサの製造方法の剪断力検出部作製工程の第一段階の模式図を示す。図８に、同工程の第二段階の模式図を示す。図９に、同工程の第三段階の模式図を示す。図１０に、同工程の第四段階の模式図を示す。
(Shearing force detector production process)
In the shearing force detection unit manufacturing process, the wiring paint, electrode layer paint, and dielectric layer paint prepared in the paint preparation process are stacked on the insulating
図７に示すように、配線塗料、電極層塗料、誘電層塗料の印刷には、スクリーン印刷機９が用いられる。スクリーン印刷機９は、テーブル９０と、フレーム９１と、スクリーンマスク９２と、スキージ９３と、を備えている。スクリーンマスク９２は、テーブル９０の上方に配置されている。スクリーンマスク９２は、枠状のフレーム９１に、張設されている。スクリーンマスク９２には、剪断力検出用裏側電極層２１の位置に対応して、孔９２０が開設されている。スクリーンマスク９２の上面には、電極層塗料２１ａが盛られている。スキージ９３は、スクリーンマスク９２の上方に配置されている。
As shown in FIG. 7, a
本工程においては、まず、図７に示すように、絶縁層４を、テーブル９０の上面に載置する。なお、絶縁層４の上面には、予め剪断力検出用裏側配線２４が配置されている。剪断力検出用裏側配線２４は、塗料調製工程において調製した配線塗料を絶縁層４の上面に印刷し、加熱し、加硫させることにより、形成されている。次いで、図８に示すように、スキージ９３を下降させ、スキージ９３をスクリーンマスク９２の上面に接触させる。また、スクリーンマスク９２の下面を絶縁層４の上面に押し当てる。それから、図９に示すように、スキージ９３を左右方向に移動させる。スキージ９３を移動させることにより、電極層塗料２１ａは、孔９２０に押し込まれる。押し込まれた電極層塗料２１ａは、絶縁層４の上面の所定の位置に転写される。このようにして、絶縁層４の上面に、剪断力検出用裏側配線２４と一部重なり合うように、剪断力検出用裏側電極層２１を形成する。それから、剪断力検出用裏側電極層２１を加熱し、加硫させる。
In this step, first, the insulating
続いて、上記スクリーン印刷機９を用いて、剪断力検出用裏側電極層２１の上方から、塗料調製工程において調製した誘電層塗料を、印刷する。すなわち、剪断力検出用裏側電極層２１の上面、および絶縁層４の上面（剪断力検出用裏側電極層２１が印刷されている部分を除く）に、剪断力検出用誘電層２２を形成する。それから、剪断力検出用誘電層２２を加熱し、加硫させる。
Subsequently, the dielectric layer coating material prepared in the coating material preparation step is printed from above the shearing force detection
続いて、上記スクリーン印刷機９を用いて、剪断力検出用誘電層２２の上方から、塗料調製工程において調製した配線塗料を、印刷する。すなわち、剪断力検出用誘電層２２の上面に、剪断力検出用表側配線２３を形成する。それから、剪断力検出用表側配線２３を加熱し、加硫させる。
Subsequently, the wiring coating material prepared in the coating material preparation step is printed from above the shearing force detecting
その後、上記スクリーン印刷機９を用いて、剪断力検出用誘電層２２の上方から、塗料調製工程において調製した電極層塗料を、印刷する。すなわち、剪断力検出用誘電層２２の上面に、剪断力検出用表側配線２３と一部重なり合うように、剪断力検出用表側電極層２０を形成する。それから、剪断力検出用表側電極層２０を加熱し、加硫させる。
Then, the electrode layer coating material prepared in the coating material preparation step is printed from above the shearing force detecting
（上側保護層作製工程）
上側保護層作製工程においては、上記スクリーン印刷機９を用いて、剪断力検出用表側電極層２０の上方から、塗料調製工程において調製した保護層塗料を、印刷する。すなわち、剪断力検出用表側電極層２０の上面、剪断力検出用表側配線２３の上面（剪断力検出用表側電極層２０が印刷されている部分を除く）、剪断力検出用誘電層２２の上面（剪断力検出用表側電極層２０および剪断力検出用表側配線２３が印刷されている部分を除く）に、上側保護層５を形成する。それから、上側保護層５を加熱し、加硫させる。
(Upper protective layer manufacturing process)
In the upper protective layer preparation step, the protective layer paint prepared in the paint preparation step is printed from above the shearing force detection
（圧縮力検出部作製工程）
圧縮力検出部作製工程においては、まず、上記スクリーン印刷機９を用いて、圧縮力検出用誘電層３２の上面に、塗料調製工程において調製した配線塗料を、印刷する。すなわち、圧縮力検出用誘電層３２の上面に、圧縮力検出用表側配線３３を形成する。それから、圧縮力検出用表側配線３３を加熱し、加硫させる。続いて、上記スクリーン印刷機９を用いて、圧縮力検出用誘電層３２の上方から、塗料調製工程において調製した電極層塗料を、印刷する。すなわち、圧縮力検出用誘電層３２の上面に、圧縮力検出用表側配線３３と一部重なり合うように、圧縮力検出用表側電極層３０を形成する。それから、圧縮力検出用表側電極層３０を加熱し、加硫させる。
(Compression force detector manufacturing process)
In the compressive force detecting portion manufacturing step, first, the
また、本工程においては、上記スクリーン印刷機９を用いて、圧縮力検出用誘電層３２の下面に、塗料調製工程において調製した配線塗料を、印刷する。すなわち、圧縮力検出用誘電層３２の下面に、圧縮力検出用裏側配線３４を形成する。それから、圧縮力検出用裏側配線３４を加熱し、加硫させる。続いて、上記スクリーン印刷機９を用いて、圧縮力検出用誘電層３２の下方から、塗料調製工程において調製した電極層塗料を、印刷する。すなわち、圧縮力検出用誘電層３２の下面に、圧縮力検出用裏側配線３４と一部重なり合うように、圧縮力検出用裏側電極層３１を形成する。それから、圧縮力検出用裏側電極層３１を加熱し、加硫させる。
In this step, the
（下側保護層作製工程）
下側保護層作製工程においては、上記スクリーン印刷機９を用いて、圧縮力検出用裏側電極層３１の下方から、塗料調製工程において調製した保護層塗料を、印刷する。すなわち、圧縮力検出用裏側電極層３１の下面、圧縮力検出用裏側配線３４の下面（圧縮力検出用裏側電極層３１が印刷されている部分を除く）、圧縮力検出用誘電層３２の下面（圧縮力検出用裏側電極層３１および圧縮力検出用裏側配線３４が印刷されている部分を除く）に、下側保護層６を形成する。それから、下側保護層６を加熱し、加硫させる。
(Lower protective layer manufacturing process)
In the lower protective layer preparation step, the protective layer paint prepared in the paint preparation step is printed from below the compressive force detecting back
（検出部積層工程）
検出部積層工程においては、剪断力検出部作製工程と上側保護層作製工程とを経て作製された、絶縁層４と剪断力検出部２と上側保護層５との積層体と、圧縮力検出部作製工程と下側保護層作製工程とを経て作製された、圧縮力検出部３と下側保護層６との積層体と、を接合する。このようにして、本実施形態の触覚センサ１が製造される。
(Detector stacking process)
In the detection unit laminating step, a laminate of the insulating
［作用効果］
次に、本実施形態の触覚センサ１およびその製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の触覚センサ１は、剪断力検出部２と圧縮力検出部３とを、各々独立して備えている。また、剪断力検出部２と圧縮力検出部３とは、上下方向（表裏方向）に直列に並んでいる。剪断力検出部２においては、接触対象物から入力された荷重Ｆ１のうち、剪断力Ｆ１ｓが検出される。また、圧縮力検出部３においては、接触対象物から入力された荷重Ｆ１のうち、圧縮力Ｆ１ｃが検出される。このため、接触対象物から入力された荷重Ｆ１を、剪断力Ｆ１ｓ、圧縮力Ｆ１ｃに簡単に分解することができる。
[Function and effect]
Next, the effect of the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、絶縁層４が、剪断力検出部２と圧縮力検出部３との間に介装されている。絶縁層４の上下方向層厚は、２ｍｍである。すなわち、絶縁層４の層厚は、剪断力検出用誘電層２２の層厚や圧縮力検出用誘電層３２の層厚と比較して、充分に厚い。このため、剪断力検出部２の剪断力検出用裏側電極層２１と、圧縮力検出部３の圧縮力検出用表側電極層３０と、の間に、疑似的にコンデンサーが形成される場合であっても、当該コンデンサーに蓄積される静電容量が大きくなるのを、抑制することができる。したがって、本実施形態の触覚センサ１によると、剪断力Ｆ１ｓ、圧縮力Ｆ１ｃの検出精度が高い。
Further, according to the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、剪断力検出用誘電層２２の、剪断方向ばね定数ｋｓと圧縮方向ばね定数ｋｃとの比（ｋｓ／ｋｃ）は、剪断力検出用表側電極層２０、剪断力検出用裏側電極層２１の前後方向全長（＝左右方向全長）ａを１０ｍｍ、剪断力検出用誘電層２２の電極間層厚ｈを０．１ｍｍとした場合、２．４×１０−４である（前出の式（２）、式（３）参照）。すなわち、剪断方向ばね定数ｋｓは、圧縮方向ばね定数ｋｃよりも、充分に小さい。このため、剪断力検出用誘電層２２は、剪断方向に変形しやすく、圧縮方向に変形しにくい。したがって、剪断力Ｆ１ｓの検出精度が高い。
Further, according to the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、剪断力検出用誘電層２２の表面の面積と、圧縮力検出用誘電層３２の表面の面積と、は略同一であり、剪断力検出用誘電層２２の層厚は、圧縮力検出用誘電層３２の層厚よりも、薄い。このため、剪断力検出用誘電層２２は、優先的に剪断方向に変形することができる。したがって、剪断力Ｆ１ｓの検出精度が高い。また、圧縮力検出用誘電層３２は、優先的に圧縮方向に変形することができる。したがって、圧縮力Ｆ１ｃの検出精度が高い。
According to the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、剪断力検出用表側電極層２０と、剪断力検出用裏側電極層２１と、は上下方向から見て、左右方向にずれて配置されている。このため、図５と図６とを比較して判るように、剪断力Ｆ１ｓの大きさのみならず、方向も検出することができる。また、剪断力Ｆ１ｓと圧縮力Ｆ１ｃとから、荷重Ｆ１の大きさ、方向を算出することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、上側保護層５が剪断力検出部２を上方から覆っている。このため、剪断力検出用表側電極層２０が外部と導通するのを、抑制することができる。
Moreover, according to the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、下側保護層６が圧縮力検出部３を下方から覆っている。このため、圧縮力検出用裏側電極層３１が外部と導通するのを、抑制することができる。
Moreover, according to the
また、本実施形態の触覚センサ１の製造方法によると、スクリーン印刷により、剪断力検出部２を作製している。このため、剪断力検出用裏側配線２４と、剪断力検出用裏側電極層２１と、剪断力検出用誘電層２２と、剪断力検出用表側配線２３と、剪断力検出用表側電極層２０と、の位置合わせを、精度よく行うことができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the
また、本実施形態の触覚センサ１の製造方法によると、スクリーン印刷により、剪断力検出部２を絶縁層４に配置している。このため、絶縁層４と、剪断力検出用裏側電極層２１と、の位置合わせを、精度よく行うことができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the
また、本実施形態の触覚センサ１の製造方法によると、スクリーン印刷により、圧縮力検出部３を作製している。このため、圧縮力検出用裏側電極層３１と、圧縮力検出用裏側配線３４と、圧縮力検出用誘電層３２と、圧縮力検出用表側配線３３と、圧縮力検出用表側電極層３０と、の位置合わせを、精度よく行うことができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the
また、本実施形態の触覚センサ１の製造方法によると、スクリーン印刷により、上側保護層５を剪断力検出部２に配置している。このため、剪断力検出部２と、上側保護層５と、の位置合わせを、精度よく行うことができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the
また、本実施形態の触覚センサ１の製造方法によると、スクリーン印刷により、下側保護層６を圧縮力検出部３に配置している。このため、圧縮力検出部３と、下側保護層６と、の位置合わせを、精度よく行うことができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the
また、本実施形態の触覚センサ１の剪断力検出用誘電層２２の上下方向層厚は、非常に薄い。本実施形態の触覚センサ１の製造方法によると、剪断力検出用誘電層２２は、スクリーン印刷により、剪断力検出用裏側電極層２１の上面、および絶縁層４の上面（剪断力検出用裏側電極層２１が印刷されている部分を除く）に、配置される。このため、薄い剪断力検出用誘電層２２を、簡単に配置することができる。また、剪断力検出用誘電層２２の、剪断力検出用表側電極層２０と剪断力検出用裏側電極層２１との間の部分において、層厚がばらつくのを抑制することができる。このように、スクリーン印刷は、剪断力検出用誘電層２２の上下方向層厚を薄くするのに好適である。また、スクリーン印刷は、層厚を均一化させるのに好適である。
In addition, the vertical layer thickness of the shearing force detecting
＜第二実施形態＞
本実施形態の触覚センサおよびその製造方法と、第一実施形態の触覚センサおよびその製造方法と、の相違点は、Ｘ方向分力とＹ方向分力とに分解して、剪断力を検出できる点である。したがって、ここでは、主に相違点について説明する。
<Second embodiment>
The difference between the tactile sensor of the present embodiment and the manufacturing method thereof and the tactile sensor of the first embodiment and the manufacturing method thereof is that the shear force can be detected by breaking down into the X direction component force and the Y direction component force. Is a point. Therefore, here, the difference will be mainly described.
［触覚センサの構成］
まず、本実施形態の触覚センサの構成について説明する。図１１に、本実施形態の触覚センサの上下方向断面図を示す。図１２に、同触覚センサの上面図を示す。図１３に、図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ方向断面図を示す。図１１においては、触覚センサの上下方向厚さを、強調して示す。図１２においては、上側保護層を透過して示す。また、図１２においては、剪断力検出用裏側電極層を点線で示す。また、図１２においては、有効電極面積にハッチングを施して示す。図１３においては、圧縮力検出用裏側電極層を点線で示す。また、図１３においては、有効電極面積にハッチングを施して示す。また、図１１〜図１３において、図４（ａ）、図４（ｂ）と対応する部位については、同じ符号で示す。また、図１１以降の図においては、説明の便宜上、剪断力検出用表側配線、剪断力検出用裏側配線、圧縮力検出用表側配線、圧縮力検出用裏側配線を省略して示す。
[Configuration of tactile sensor]
First, the configuration of the tactile sensor of this embodiment will be described. FIG. 11 is a vertical sectional view of the tactile sensor of the present embodiment. FIG. 12 shows a top view of the tactile sensor. FIG. 13 is a cross-sectional view in the XIII-XIII direction of FIG. In FIG. 11, the vertical thickness of the tactile sensor is highlighted. In FIG. 12, the upper protective layer is shown through. Moreover, in FIG. 12, the back side electrode layer for shearing force detection is shown with a dotted line. In FIG. 12, the effective electrode area is hatched. In FIG. 13, the back side electrode layer for compressive force detection is indicated by a dotted line. Further, in FIG. 13, the effective electrode area is shown by hatching. Moreover, in FIGS. 11-13, about the site | part corresponding to FIG. 4 (a) and FIG.4 (b), it shows with the same code | symbol. In FIG. 11 and subsequent figures, for convenience of explanation, the shearing force detection front side wiring, the shearing force detection backside wiring, the compression force detection front side wiring, and the compression force detection backside wiring are omitted.
図１１〜図１３に示すように、本実施形態の触覚センサ１は、剪断力検出部２と、圧縮力検出部３と、絶縁層４と、上側保護層５と、下側保護層６と、を備えている。
As shown in FIGS. 11 to 13, the
剪断力検出部２は、剪断力検出用表側電極層２０と、剪断力検出用裏側電極層２１と、剪断力検出用誘電層２２と、を備えている。
The shearing
剪断力検出用表側電極層２０は、４２個のＸ方向（左右方向）用表側電極層２０Ｘと、４２個のＹ方向（前後方向）用表側電極層２０Ｙと、を備えている。４２個のＸ方向用表側電極層２０Ｘおよび４２個のＹ方向用表側電極層２０Ｙには、各々、剪断力検出用表側配線（図略）が接続されている。Ｘ方向用表側電極層２０Ｘは、前後方向に長い短冊状を呈している。Ｙ方向用表側電極層２０Ｙは、左右方向に長い短冊状を呈している。すなわち、Ｘ方向用表側電極層２０Ｘの長手方向と、Ｙ方向用表側電極層２０Ｙの長手方向と、は互いに略直交している。Ｘ方向用表側電極層２０Ｘと、Ｙ方向用表側電極層２０Ｙと、は格子状に配置されている。すなわち、４２個のＸ方向用表側電極層２０Ｘは、前後方向に並んだ６個のＸ方向用表側電極層２０Ｘから形成される単位列が、左右方向に７列並置された状態で、配置されている。並びに、４２個のＹ方向用表側電極層２０Ｙは、左右方向に並んだ６個のＹ方向用表側電極層２０Ｙから形成される単位列が、前後方向に７列並置された状態で、配置されている。
The shearing force detection
剪断力検出用裏側電極層２１は、４２個のＸ方向（左右方向）用裏側電極層２１Ｘと、４２個のＹ方向（前後方向）用裏側電極層２１Ｙと、を備えている。４２個のＸ方向用裏側電極層２１Ｘおよび４２個のＹ方向用裏側電極層２１Ｙには、各々、剪断力検出用裏側配線（図略）が接続されている。Ｘ方向用裏側電極層２１Ｘの形状、配置は、Ｘ方向用表側電極層２０Ｘの形状、配置と、同様である。また、Ｙ方向用裏側電極層２１Ｙの形状、配置は、Ｙ方向用表側電極層２０Ｙの形状、配置と、同様である。
The shearing force detection back-
Ｘ方向用表側電極層２０ＸとＸ方向用裏側電極層２１Ｘとは、上方から見て、左右方向にずれて配置されている。具体的には、Ｘ方向用裏側電極層２１Ｘに対して、Ｘ方向用表側電極層２０Ｘは左側にずれて配置されている。上方から見て、Ｘ方向用表側電極層２０ＸとＸ方向用裏側電極層２１Ｘとが左右方向に重複する部分が、Ｘ方向分力検出用の有効電極面積Ｓ２に相当する。
The front electrode layer for
Ｙ方向用表側電極層２０ＹとＹ方向用裏側電極層２１Ｙとは、上方から見て、前後方向にずれて配置されている。具体的には、Ｙ方向用裏側電極層２１Ｙに対して、Ｙ方向用表側電極層２０Ｙは後側にずれて配置されている。上方から見て、Ｙ方向用表側電極層２０ＹとＹ方向用裏側電極層２１Ｙとが前後方向に重複する部分が、Ｙ方向分力検出用の有効電極面積Ｓ３に相当する。
The front-
圧縮力検出用表側電極層３０は、前後方向に長い帯状を呈している。圧縮力検出用表側電極層３０は、左右方向に６個並置されている。６個の圧縮力検出用表側電極層３０には、各々、圧縮力検出用表側配線（図略）が接続されている。圧縮力検出用裏側電極層３１は、左右方向に長い帯状を呈している。圧縮力検出用裏側電極層３１は、前後方向に６個並置されている。６個の圧縮力検出用裏側電極層３１には、各々、圧縮力検出用裏側配線（図略）が接続されている。圧縮力検出用表側電極層３０と圧縮力検出用裏側電極層３１とは、上方から見て、格子状に配置されている。圧縮力検出用表側電極層３０と圧縮力検出用裏側電極層３１との交差点は、圧縮力検出用の有効電極面積Ｓ４に相当する。
The compressive force detecting
［触覚センサの動き］
次に、本実施形態の触覚センサ１の動きについて説明する。図１２に示すように、触覚センサ１の右前部分に、右前方向から荷重Ｆ２が入力される場合を想定する。図１４に、図１２の円ＸＩＶ内の拡大図を示す。荷重Ｆ２は、入力面５０（図１１参照）の面展開方向（右前−左後方向）の剪断力Ｆ２ｓと、入力面５０（図１１参照）の法線方向（上下方向）の圧縮力と、に分解することができる。
[Tactile sensor movement]
Next, the movement of the
まず、剪断力Ｆ２ｓのうち、Ｘ方向分力Ｆ２ｓＸの検出方法について説明する。剪断力Ｆ２ｓが入力されると、剪断力検出用誘電層２２が左後方向に変形する。このため、Ｘ方向用表側電極層２０Ｘは、図１４中に一点鎖線枠で示すように、左後方向に移動する。ここで、Ｘ方向用表側電極層２０Ｘは、前後方向に長い短冊状を呈している。このため、Ｘ方向分力検出用の有効電極面積Ｓ２は、前後方向にはほとんど変化しない。有効電極面積Ｓ２は、左右方向に大きく変化する（小さくなる）。したがって、有効電極面積Ｓ２の変化から（具体的にはＸ方向用表側電極層２０ＸとＸ方向用裏側電極層２１Ｘとの間の静電容量の変化から）、剪断力Ｆ２ｓのうち、Ｘ方向分力Ｆ２ｓＸを検出することができる。
First, a method for detecting the X-direction component force F2sX out of the shear force F2s will be described. When the shearing force F2s is input, the shearing force detecting
続いて、剪断力Ｆ２ｓのうち、Ｙ方向分力Ｆ２ｓＹの検出方法について説明する。剪断力Ｆ２ｓが入力されると、剪断力検出用誘電層２２が左後方向に変形する。このため、Ｙ方向用表側電極層２０Ｙは、図１４中に一点鎖線枠で示すように、左後方向に移動する。ここで、Ｙ方向用表側電極層２０Ｙは、左右方向に長い短冊状を呈している。このため、Ｙ方向分力検出用の有効電極面積Ｓ３は、左右方向にはほとんど変化しない。有効電極面積Ｓ３は、前後方向に大きく変化する（小さくなる）。したがって、有効電極面積Ｓ３の変化から（具体的にはＹ方向用表側電極層２０ＹとＹ方向用裏側電極層２１Ｙとの間の静電容量の変化から）、剪断力Ｆ２ｓのうち、Ｙ方向分力Ｆ２ｓＹを検出することができる。
Then, the detection method of Y direction component force F2sY is demonstrated among shearing force F2s. When the shearing force F2s is input, the shearing force detecting
圧縮力の検出方法は、第一実施形態の圧縮力の検出方法（図４〜図６参照）と同様である。したがって、ここでは説明を割愛する。また、触覚センサ１の製造方法は、第一実施形態の触覚センサの製造方法と同様である。したがって、ここでは説明を割愛する。
The compression force detection method is the same as the compression force detection method of the first embodiment (see FIGS. 4 to 6). Therefore, explanation is omitted here. Moreover, the manufacturing method of the
［作用効果］
次に、本実施形態の触覚センサ１およびその製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の触覚センサ１およびその製造方法は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の触覚センサおよびその製造方法と、同様の作用効果を有する。
[Function and effect]
Next, the effect of the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、剪断力Ｆ２ｓのうち、Ｘ方向分力Ｆ２ｓＸと、Ｙ方向分力Ｆ２ｓＹと、を検出することができる。また、Ｘ方向分力Ｆ２ｓＸ、Ｙ方向分力Ｆ２ｓＹから、剪断力Ｆ２ｓの大きさ、方向を算出することができる。また、剪断力Ｆ２ｓと圧縮力とから、荷重Ｆ２の大きさ、方向を算出することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の触覚センサ１によると、４２個の有効電極面積Ｓ２、４２個の有効電極面積Ｓ３、３６個の有効電極面積Ｓ４のうち、どの部分に関する静電容量が変化したかを分析することにより、荷重Ｆ２が入力された位置（座標）、荷重分布を算出することができる。
Further, according to the
＜第三実施形態＞
本実施形態の触覚センサおよびその製造方法と、第一実施形態の触覚センサおよびその製造方法と、の相違点は、上側保護層、下側保護層の代わりに、上側シート、下側シートが配置されている点である。したがって、ここでは、主に相違点について説明する。
<Third embodiment>
The difference between the tactile sensor of this embodiment and the manufacturing method thereof and the tactile sensor of the first embodiment and manufacturing method thereof is that an upper sheet and a lower sheet are arranged instead of the upper protective layer and the lower protective layer. It is a point that has been. Therefore, here, the difference will be mainly described.
［触覚センサの構成］
まず、本実施形態の触覚センサの構成について説明する。図１５に、本実施形態の触覚センサの上下方向断面図を示す。図４（ａ）と対応する部位については、同じ符号で示す。図１５に示すように、本実施形態の触覚センサ１は、剪断力検出部２と、圧縮力検出部３と、絶縁層４と、上側シート７と、下側シート８と、を備えている。下側シート８は、アクリルゴムを含んで形成されている。下側シート８は、長方形の板状を呈している。下側シート８の上面には、圧縮力検出部３が固定されている。
[Configuration of tactile sensor]
First, the configuration of the tactile sensor of this embodiment will be described. FIG. 15 shows a cross-sectional view in the vertical direction of the tactile sensor of this embodiment. Parts corresponding to those in FIG. 4A are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 15, the
上側シート７は、アクリルゴムを含んで形成されている。上側シート７は、長方形の板状を呈している。上側シート７は、下側シート８の上方に配置されている。上側シート７の左右両縁と、下側シート８の左右両縁と、は接合されている。すなわち、上側シート７と下側シート８とは、合体して筒状となるように、接合されている。上側シート７の下面には、剪断力検出部２が固定されている。本実施形態の触覚センサの動きは、第一実施形態の触覚センサの動きと同様である。したがって、ここでは説明を割愛する。
The
［触覚センサの製造方法］
次に、本実施形態の触覚センサ１の製造方法について説明する。本実施形態の触覚センサ１の製造方法は、塗料調製工程と、剪断力検出部作製工程と、圧縮力検出部作製工程と、シート貼り合わせ工程と、を有している。
[Manufacturing method of tactile sensor]
Next, a method for manufacturing the
（塗料調整工程）
塗料調製工程においては、配線塗料、電極層塗料、誘電層塗料を、それぞれ調製する。調整方法は、第一実施形態の触覚センサの製造方法の塗料調整工程と同様である。したがって、ここでは説明を割愛する。
(Paint adjustment process)
In the paint preparation step, a wiring paint, an electrode layer paint, and a dielectric layer paint are prepared. The adjustment method is the same as the paint adjustment step of the manufacturing method of the touch sensor according to the first embodiment. Therefore, explanation is omitted here.
（剪断力検出部作製工程）
剪断力検出部作製工程においては、塗料調製工程において調製した配線塗料、電極層塗料、誘電層塗料を、上側シート７の下面に対して、スクリーン印刷機を用いて、積層させる（図７〜図１０参照）。まず、上側シート７を上下反転させて、スクリーン印刷機のテーブルに載置する。次いで、上側シート７に剪断力検出用表側配線（図略）を印刷し、印刷後の剪断力検出用表側配線を加熱し、加硫させる。続いて、上側シート７に、剪断力検出用表側配線と一部重なり合うように、剪断力検出用表側電極層２０を印刷し、印刷後の剪断力検出用表側電極層２０を加熱し、加硫させる。続いて、剪断力検出用表側電極層２０、剪断力検出用表側配線（剪断力検出用表側電極層２０が配置されていない部分）、上側シート７（剪断力検出用表側配線および剪断力検出用表側電極層２０が配置されていない部分）に、剪断力検出用誘電層２２を印刷し、印刷後の剪断力検出用誘電層２２を加熱し、加硫させる。続いて、剪断力検出用誘電層２２に、剪断力検出用裏側配線を印刷し、印刷後の剪断力検出用裏側配線を加熱し、加硫させる。それから、剪断力検出用誘電層２２に、剪断力検出用裏側配線と一部重なり合うように、剪断力検出用裏側電極層２１を印刷し、印刷後の剪断力検出用裏側電極層２１を加熱し、加硫させる。このようにして、上側シート７の下面に、剪断力検出部２を形成する。
(Shearing force detector production process)
In the shearing force detection unit manufacturing process, the wiring paint, electrode layer paint, and dielectric layer paint prepared in the paint preparation process are laminated on the lower surface of the
（圧縮力検出部作製工程）
圧縮力検出部作製工程においては、第一実施形態の触覚センサの製造方法の圧縮力検出部作製工程と同様の手順で作製した圧縮力検出部３を、下側シート８の上面に固定する。また、圧縮力検出部３の上面に絶縁層４を固定する。
(Compression force detector manufacturing process)
In the compressive force detector manufacturing process, the
（シート貼り合わせ工程）
シート貼り合わせ工程においては、まず、上側シート７の下面の左右両縁と、下側シート８の上面の左右両縁と、を貼り合わせる。貼り合わせることにより、剪断力検出用裏側電極層２１の下面と、絶縁層４の上面と、は上下方向に対向する。続いて、剪断力検出用裏側電極層２１の下面と、絶縁層４の上面と、を接合する。このようにして、本実施形態の触覚センサ１が製造される。
(Sheet bonding process)
In the sheet bonding step, first, the left and right edges of the lower surface of the
［作用効果］
次に、本実施形態の触覚センサ１およびその製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の触覚センサ１およびその製造方法は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態の触覚センサおよびその製造方法と、同様の作用効果を有する。本実施形態の触覚センサ１のように、剪断力検出部２は、絶縁層４上面ではなく、上側シート７下面に印刷してもよい。
[Function and effect]
Next, the effect of the
＜第四実施形態＞
本実施形態の触覚センサは、第三実施形態の触覚センサと構成上同一である。本実施形態の触覚センサの製造方法は、塗料調製工程と、剪断力検出部作製工程と、圧縮力検出用表側電極層形成工程と、圧縮力検出用裏側電極層形成工程と、接合工程と、を有している。以下、各工程について、図１５を援用して説明する。
<Fourth embodiment>
The tactile sensor of this embodiment is the same in structure as the tactile sensor of the third embodiment. The manufacturing method of the tactile sensor of the present embodiment includes a paint preparation step, a shearing force detection unit manufacturing step, a compressive force detection front side electrode layer forming step, a compressive force detection back side electrode layer forming step, a joining step, have. Hereinafter, each step will be described with reference to FIG.
［塗料調整工程］、［剪断力検出部作製工程］
本実施形態の塗料調製工程、剪断力検出部作製工程は、第三実施形態の塗料調製工程、剪断力検出部作製工程と同様である。したがって、ここでは説明を割愛する。
[Paint adjustment process], [Shearing force detector manufacturing process]
The paint preparation process and the shearing force detection unit production process of the present embodiment are the same as the paint preparation process and the shearing force detection part production process of the third embodiment. Therefore, explanation is omitted here.
［圧縮力検出用表側電極層形成工程］
圧縮力検出用表側電極層形成工程においては、スクリーン印刷機により、絶縁層４の下面に、圧縮力検出用表側配線および圧縮力検出用表側電極層３０を印刷する。
[Formation process of front side electrode layer for detecting compressive force]
In the compressive force detection front electrode layer forming step, the compressive force detection front wiring and the compressive force detection
［圧縮力検出用裏側電極層形成工程］
圧縮力検出用裏側電極層形成工程においては、スクリーン印刷機により、下側シート８の上面に、圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１を印刷する。
[Backside electrode layer forming process for compressive force detection]
In the compressive force detection back side electrode layer forming step, the compressive force detection back side wiring and the compressive force detection back
［接合工程］
接合工程においては、まず、剪断力検出部２が配置された上側シート７と、圧縮力検出用表側配線および圧縮力検出用表側電極層３０が配置された絶縁層４と、予め作製した圧縮力検出用誘電層３２と、圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１が配置された下側シート８と、を上下方向に積層し、互いに接合する。次いで、上側シート７の下面の左右両縁と、下側シート８の上面の左右両縁と、を貼り合わせる。このようにして、本実施形態の触覚センサ１が製造される。
[Jointing process]
In the joining step, first, the
［作用効果］
次に、本実施形態の触覚センサ１の製造方法の作用効果について説明する。本実施形態の触覚センサ１の製造方法は、構成が共通する部分に関しては、第三実施形態の触覚センサの製造方法と、同様の作用効果を有する。本実施形態の触覚センサ１のように、絶縁層４下面に圧縮力検出用表側配線および圧縮力検出用表側電極層３０を印刷してもよい。並びに、下側シート８上面に圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１を印刷してもよい。
[Function and effect]
Next, the effect of the manufacturing method of the
＜その他＞
以上、本発明の触覚センサおよびその製造方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
<Others>
The embodiments of the tactile sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above. However, the embodiment is not particularly limited to the above embodiment. Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are also possible.
例えば、上記実施形態の触覚センサ１およびその製造方法においては、絶縁層４の上下方向層厚を厚くすることにより、剪断力検出用裏側電極層２１と圧縮力検出用表側電極層３０との間の疑似的なコンデンサーの静電容量が大きくなるのを、抑制した。しかしながら、絶縁層４の上下方向中間に、導電性の高い導電層を介在させ電荷を逃がすことにより、静電容量が大きくなるのを抑制してもよい。すなわち、本発明の遮断層として、導電層を配置してもよい。例えば、エラストマーに導電性フィラー、金属粉などを配合して導電層を形成してもよい。
For example, in the
絶縁層４の材質は特に限定しない。エラストマー製としてもよい。絶縁層４用のエラストマーとしては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、などが挙げられる。好ましくは、圧縮力検出用表側電極層３０などとの接着性に優れるエラストマーがよい。ウレタンゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴムが好適である。
The material of the insulating
絶縁層４は、好ましくは、接触対象物から入力される荷重により、弾性変形可能である方がよい。その理由は、接触対象物から入力される荷重を、剪断力検出部２から圧縮力検出部３に、あるいは圧縮力検出部３から剪断力検出部２に、伝達しやすいからである。
The insulating
また、剪断力検出用誘電層２２、圧縮力検出用誘電層３２の、剪断方向ばね定数、圧縮方向ばね定数は、誘電層を形成する材料により、すなわち誘電層のヤング率により、調整してもよい。
Further, the shear direction spring constant and the compression direction spring constant of the shear force detecting
また、第二実施形態の触覚センサ１およびその製造方法においては、圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１を、圧縮力検出用誘電層３２の下面に印刷した。しかしながら、圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１を、下側保護層６の上面に印刷してもよい。
In the
また、上記実施形態の触覚センサ１およびその製造方法においては、剪断力検出用表側電極層２０、剪断力検出用裏側電極層２１、圧縮力検出用表側電極層３０、圧縮力検出用裏側電極層３１を、アクリルゴムと、導電性カーボンブラックと、を含んで形成した。しかしながら、アクリルゴム以外のエラストマー、導電性カーボンブラック以外の導電性フィラーを含んで形成してもよい。
Moreover, in the
電極層（剪断力検出用表側電極層２０、剪断力検出用裏側電極層２１、圧縮力検出用表側電極層３０、圧縮力検出用裏側電極層３１）用のエラストマーとしては、例えば、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが挙げられる。
Examples of the elastomer for the electrode layer (shearing force detection
電極層用の導電性フィラーとしては、導電性カーボンブラック以外に、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブの誘導体、グラファイト、導電性炭素繊維などが挙げられる。 Examples of the conductive filler for the electrode layer include carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, graphite, and conductive carbon fibers in addition to the conductive carbon black.
また、上記実施形態の触覚センサ１およびその製造方法においては、剪断力検出用誘電層２２をアクリルゴム製、圧縮力検出用誘電層３２を、発泡ウレタンゴム製とした。しかしながら、剪断力検出用誘電層２２、圧縮力検出用誘電層３２を形成するエラストマーは、特に限定しない。ゴムおよび熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、静電容量を大きくするという観点では、比誘電率が高いものが望ましい。この観点からは、常温における比誘電率が３以上、さらには５以上のものが望ましい。例えば、エステル基、カルボキシル基、水酸基、ハロゲン基、アミド基、スルホン基、ウレタン基、ニトリル基等の極性官能基を有するエラストマー、あるいは、これらの極性官能基を有する極性低分子量化合物を添加したエラストマーを採用すると好適である。エラストマーは架橋されていても、されていなくてもよい。また、エラストマーのヤング率を調整することにより、用途に応じて荷重の検出感度や検出レンジを調整すればよい。特に、接触対象物から入力される荷重が小さい場合は、エラストマーとして、発泡体を用いると好適である。その理由は、発泡体はヤング率が小さいため、測定対象物の荷重が小さい場合であっても、剪断力検出用誘電層２２、圧縮力検出用誘電層３２が充分に変形するからである。すなわち、確実に荷重を検出することができるからである。好適なエラストマーとしては、例えばシリコーンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムなどが挙げられる。
In the
また、上記実施形態の触覚センサ１およびその製造方法においては、上側保護層５、下側保護層６、上側シート７、下側シート８をアクリルゴムを含んで形成した。しかしながら、アクリルゴム以外のエラストマーを含んで形成してもよい。
Moreover, in the
保護層（上側保護層５、下側保護層６）用、シート（上側シート７、下側シート８）用のエラストマーとしては、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレン共重合ゴム、天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンゴムなどが挙げられる。
Examples of the elastomer for the protective layer (upper
電極層用、誘電層（剪断力検出用誘電層２２、圧縮力検出用誘電層３２）用として、同種類のエラストマーを用いてもよい。こうすると、誘電層と電極層との密着性が向上する。このため、耐久性が高くなる。また、誘電層の変形に対する電極層の追従性が向上する。
The same type of elastomer may be used for the electrode layer and the dielectric layer (shearing force detecting
さらに、保護層用、あるいはシート用のエラストマーと、電極層用、誘電層用のエラストマーとを、同種類としてもよい。こうすると、誘電層と電極層と保護層あるいはシートとの密着性が向上する。このため、耐久性が高くなる。また、誘電層の変形に対する電極層、保護層あるいはシートの追従性が向上する。 Furthermore, the elastomer for the protective layer or the sheet and the elastomer for the electrode layer and the dielectric layer may be the same type. This improves the adhesion between the dielectric layer, the electrode layer, and the protective layer or sheet. For this reason, durability becomes high. Further, the followability of the electrode layer, the protective layer or the sheet with respect to the deformation of the dielectric layer is improved.
また、上記実施形態の触覚センサ１およびその製造方法においては、剪断力検出部２の裏側に圧縮力検出部３を配置した。しかしながら、圧縮力検出部３の裏側に剪断力検出部２を配置してもよい。また、剪断力検出部２、圧縮力検出部３の配置数も特に限定しない。
In the
また、第一実施形態の触覚センサ１の製造方法においては、剪断力検出部作製工程、上側保護層作製工程の後から、圧縮力検出部作製工程、下側保護層作製工程を実行した。しかしながら、剪断力検出部作製工程、上側保護層作製工程の前に、圧縮力検出部作製工程、下側保護層作製工程を実行してもよい。また、剪断力検出部作製工程、上側保護層作製工程と、圧縮力検出部作製工程、下側保護層作製工程と、を並行して実行してもよい。すなわち、検出部積層工程の前に、剪断力検出部２と圧縮力検出部３とが作製されていればよい。
Moreover, in the manufacturing method of the
また、上記実施形態の触覚センサ１の製造方法の剪断力検出部作製工程における電極層塗料、誘電層塗料の塗装回数も特に限定しない。塗装回数を増減させることにより、剪断力検出用表側電極層２０、剪断力検出用裏側電極層２１、剪断力検出用誘電層２２の層厚を調整することができる。
In addition, the number of times of applying the electrode layer coating material and the dielectric layer coating material in the shearing force detection unit manufacturing process of the manufacturing method of the
また、上記実施形態の触覚センサ１の製造方法の圧縮力検出部作製工程は、以下の手順で実行することもできる。まず、絶縁層４の下面に、圧縮力検出用表側配線および圧縮力検出用表側電極層３０を印刷する。また、別の絶縁層の上面に、圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１を印刷する。続いて、上方の絶縁層４と、下方の別の絶縁層と、により、上下方向から誘電層３２を挟み込む。このようにして、圧縮力検出部３を作製してもよい。この場合、別の絶縁層により、圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１と、外部と、の導通を遮断することができる。
Moreover, the compression force detection part preparation process of the manufacturing method of the
また、第三実施形態の触覚センサ１の製造方法の圧縮力検出部作製工程は、以下の手順で実行することもできる。まず、上側シート７の下面に剪断力検出用表側配線、剪断力検出用表側電極層２０、剪断力検出用誘電層２２、剪断力検出用裏側電極層２１、剪断力検出用裏側配線を印刷により積層させた上側シート−剪断力検出部積層体を作製する。また、絶縁層４の下面に圧縮力検出用表側配線および圧縮力検出用表側電極層３０を印刷した絶縁層−表側電極層積層体を作製する。また、下側シート８の上面に圧縮力検出用裏側配線および圧縮力検出用裏側電極層３１を印刷した下側シート−裏側電極層積層体を作製する。また、圧縮力検出用誘電層３２を作製する。続いて、これらの部材を、上から下に向かって、上側シート−剪断力検出部積層体、絶縁層−表側電極層積層体、圧縮力検出用誘電層３２、下側シート−裏側電極層積層体の順に積層させ、接合する。このようにして、圧縮力検出部３を作製してもよい。
Moreover, the compression force detection part preparation process of the manufacturing method of the
また、触覚センサ１の製造方法における印刷方法は特に限定しない。スクリーン印刷の他、インクジェット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、リソグラフィーなどを用いてもよい。
Moreover, the printing method in the manufacturing method of the
１：触覚センサ、２：剪断力検出部、３：圧縮力検出部、４：絶縁層（遮断層）、５：上側保護層（保護層）、６：下側保護層、７：上側シート、８：下側シート、９：スクリーン印刷機。
２０：剪断力検出用表側電極層、２０Ｘ：Ｘ方向用表側電極層、２０Ｙ：Ｙ方向用表側電極層、２１：剪断力検出用裏側電極層、２１Ｘ：Ｘ方向用裏側電極層、２１Ｙ：Ｙ方向用裏側電極層、２１ａ：電極層塗料、２２：剪断力検出用誘電層、２３：剪断力検出用表側配線、２４：剪断力検出用裏側配線、３０：圧縮力検出用表側電極層、３１：圧縮力検出用裏側電極層、３２：圧縮力検出用誘電層、３３：圧縮力検出用表側配線、３４：圧縮力検出用裏側配線、５０：入力面、９０：テーブル、９１：フレーム、９２：スクリーンマスク、９３：スキージ。
１００：剪断力検出用誘電層、１０１：剪断力検出用表側電極層、１０１Ｘ：Ｘ方向用表側電極層、１０２：剪断力検出用裏側電極層、１０２Ｘ：Ｘ方向用裏側電極層、９２０：孔。
ΔＡ：変位量、Ａ１：Ｘ方向全長、Ａ２：Ｙ方向全長、Ｆ１：荷重、Ｆ１ｃ：圧縮力、Ｆ１ｓ：剪断力、Ｆ２：荷重、Ｆ２ｓ：剪断力、Ｆ２ｓＸ：Ｘ方向分力、Ｆ２ｓＹ：Ｙ方向分力、Ｓ：有効電極面積、Ｓ１〜Ｓ４：有効電極面積、Ｔ１：電極間距離。
1: tactile sensor, 2: shearing force detecting unit, 3: compressive force detecting unit, 4: insulating layer (blocking layer), 5: upper protective layer (protective layer), 6: lower protective layer, 7: upper sheet, 8: Lower sheet, 9: Screen printer.
20: Front electrode layer for detecting shear force, 20X: Front electrode layer for X direction, 20Y: Front electrode layer for Y direction, 21: Back electrode layer for detecting shear force, 21X: Back electrode layer for X direction, 21Y: Y Back electrode layer for direction, 21a: electrode layer paint, 22: dielectric layer for detecting shear force, 23: front wire for detecting shear force, 24: back wire for detecting shear force, 30: front electrode layer for detecting compressive force, 31 : Back side electrode layer for detecting compressive force, 32: dielectric layer for detecting compressive force, 33: front side wire for detecting compressive force, 34: back side wire for detecting compressive force, 50: input surface, 90: table, 91: frame, 92 : Screen mask, 93: Squeegee.
100: Dielectric layer for detecting shear force, 101: Front electrode layer for detecting shear force, 101X: Front electrode layer for detecting X direction, 102: Back electrode layer for detecting shear force, 102X: Back electrode layer for detecting X direction, 920: Hole .
ΔA: Displacement amount, A1: Total length in X direction, A2: Full length in Y direction, F1: Load, F1c: Compression force, F1s: Shear force, F2: Load, F2s: Shear force, F2sX: Component force in X direction, F2sY: Y Directional component force, S: effective electrode area, S1 to S4: effective electrode area, T1: distance between electrodes.
Claims (15)
剪断力検出用表側電極層と、剪断力検出用裏側電極層と、該剪断力検出用表側電極層と該剪断力検出用裏側電極層との間に介装されるエラストマー製の剪断力検出用誘電層と、を有し、前記剪断力により該剪断力検出用誘電層が弾性変形することで、該剪断力検出用表側電極層と該剪断力検出用裏側電極層とが表裏方向に重複して形成される有効電極面積が変化し、該有効電極面積の変化により静電容量が変化することを利用して、該剪断力の変化を検出可能な剪断力検出部と、
圧縮力検出用表側電極層と、圧縮力検出用裏側電極層と、該圧縮力検出用表側電極層と該圧縮力検出用裏側電極層との間に介装されるエラストマー製の圧縮力検出用誘電層と、を有し、前記圧縮力により該圧縮力検出用誘電層が弾性変形することで、該圧縮力検出用誘電層の層厚が変化し、該層厚の変化により静電容量が変化することを利用して、該圧縮力の変化を検出可能な圧縮力検出部と、
該剪断力検出部と該圧縮力検出部との間に介装され、該剪断力検出部と該圧縮力検出部との間の絶縁を確保する絶縁層と、
を備えてなり、
前記絶縁層は、エラストマー製であって、
前記剪断力検出用表側電極層、前記剪断力検出用裏側電極層は、各々エラストマー製であって、
さらに、該剪断力検出用表側電極層に接続されるエラストマー製の剪断力検出用表側配線と、該剪断力検出用裏側電極層に接続されるエラストマー製の剪断力検出用裏側配線と、を有し、該剪断力検出用表側配線と該剪断力検出用裏側配線とから、静電容量の変化を検出することを特徴とする触覚センサ。 An input surface to which a load is input from a contact object is provided, and the load is decomposed into a shearing force applied in a substantially plane developing direction of the input surface and a compressive force applied in a substantially normal direction of the input surface. A tactile sensor that can be detected
Shear force detection front electrode layer, shear force detection back electrode layer, and shear force detection front electrode layer and elastomeric shear force detection interposed between the shear force detection back electrode layer And the shearing force detection dielectric layer is elastically deformed by the shearing force, so that the shearing force detection front electrode layer and the shearing force detection backside electrode layer overlap in the front-back direction. The effective electrode area formed by the change, and by using the change in capacitance due to the change in the effective electrode area, a shear force detection unit capable of detecting the change in the shear force,
Compressive force detection front electrode layer, compressive force detection back electrode layer, and compression force detection front electrode layer and elastomeric compression force detection interposed between the compressive force detection back electrode layer And the dielectric layer for detecting the compressive force is elastically deformed by the compressive force, whereby the layer thickness of the dielectric layer for detecting the compressive force changes, and the capacitance is changed by the change in the layer thickness. A compressive force detector capable of detecting a change in the compressive force by utilizing the change;
An insulating layer interposed between the shearing force detection unit and the compressive force detection unit to ensure insulation between the shearing force detection unit and the compression force detection unit;
Ri name with a,
The insulating layer is made of an elastomer,
The shear force detection front electrode layer and the shear force detection back electrode layer are each made of elastomer,
In addition, an elastomeric shear force detection front wiring connected to the shear force detection front electrode layer and an elastomer shearing power detection back wiring connected to the shear force detection back electrode layer are provided. A tactile sensor, wherein a change in capacitance is detected from the front-side wiring for shearing force detection and the back-side wiring for shearing force detection .
剪断力検出用表側電極層と、剪断力検出用裏側電極層と、該剪断力検出用表側電極層と該剪断力検出用裏側電極層との間に介装されるエラストマー製の剪断力検出用誘電層と、を有し、前記剪断力により該剪断力検出用誘電層が弾性変形することで、該剪断力検出用表側電極層と該剪断力検出用裏側電極層とが表裏方向に重複して形成される有効電極面積が変化し、該有効電極面積の変化により静電容量が変化することを利用して、該剪断力の変化を検出可能な剪断力検出部と、 Shear force detection front electrode layer, shear force detection back electrode layer, and shear force detection front electrode layer and elastomeric shear force detection interposed between the shear force detection back electrode layer And the shearing force detection dielectric layer is elastically deformed by the shearing force, so that the shearing force detection front electrode layer and the shearing force detection backside electrode layer overlap in the front-back direction. The effective electrode area formed by the change, and by using the change in capacitance due to the change in the effective electrode area, a shear force detection unit capable of detecting the change in the shear force,
圧縮力検出用表側電極層と、圧縮力検出用裏側電極層と、該圧縮力検出用表側電極層と該圧縮力検出用裏側電極層との間に介装されるエラストマー製の圧縮力検出用誘電層と、を有し、前記圧縮力により該圧縮力検出用誘電層が弾性変形することで、該圧縮力検出用誘電層の層厚が変化し、該層厚の変化により静電容量が変化することを利用して、該圧縮力の変化を検出可能な圧縮力検出部と、 Compressive force detection front electrode layer, compressive force detection back electrode layer, and compression force detection front electrode layer and elastomeric compression force detection interposed between the compressive force detection back electrode layer And the dielectric layer for detecting the compressive force is elastically deformed by the compressive force, whereby the layer thickness of the dielectric layer for detecting the compressive force changes, and the capacitance is changed by the change in the layer thickness. A compressive force detector capable of detecting a change in the compressive force by utilizing the change;
該剪断力検出部と該圧縮力検出部との間に介装され、該剪断力検出部と該圧縮力検出部との間の絶縁を確保する絶縁層と、 An insulating layer interposed between the shearing force detection unit and the compressive force detection unit to ensure insulation between the shearing force detection unit and the compression force detection unit;
を備えてなり、With
前記絶縁層は、前記剪断力検出用誘電層および前記圧縮力検出用誘電層よりも、層厚が大きいことを特徴とする触覚センサ。 The tactile sensor according to claim 1, wherein the insulating layer has a larger thickness than the shear force detecting dielectric layer and the compressive force detecting dielectric layer.
該剪断力検出用誘電層の層厚は、該圧縮力検出用誘電層の層厚よりも、薄い請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a layer thickness of the shearing force detecting dielectric layer is thinner than a layer thickness of the compressive force detecting dielectric layer.
前記剪断力検出用裏側電極層は、該Ｘ方向分力を検出するＸ方向用裏側電極層と、該Ｙ方向分力を検出するＹ方向用裏側電極層と、を有し、 The shearing force detection backside electrode layer has an X direction backside electrode layer that detects the X direction component force, and a Y direction backside electrode layer that detects the Y direction component force,
該Ｘ方向用表側電極層と該Ｘ方向用裏側電極層とは、Ｘ方向全長よりもＹ方向全長の方が長い長尺状を呈しており、 The front electrode layer for X direction and the back electrode layer for X direction have a long shape in which the total length in the Y direction is longer than the total length in the X direction,
該Ｙ方向用表側電極層と該Ｙ方向用裏側電極層とは、Ｙ方向全長よりもＸ方向全長の方が長い長尺状を呈している請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の触覚センサ。 The front side electrode layer for Y direction and the back side electrode layer for Y direction have a long shape in which the total length in the X direction is longer than the total length in the Y direction. Tactile sensor.
該無荷重状態において、前記圧縮力検出用表側電極層と前記圧縮力検出用裏側電極層とが表裏方向に重複して形成される前記圧縮力検出用の有効電極面積と、 In the no-load state, the compressive force detecting effective electrode area formed by overlapping the compressive force detecting front electrode layer and the compressive force detecting back electrode layer in the front and back directions;
は、表裏方向に重複しないように配置されている請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の触覚センサ。The tactile sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein the tactile sensor is arranged so as not to overlap in the front and back direction.
前記絶縁層の表面に、前記剪断力検出用裏側配線と前記剪断力検出用裏側電極層とを印刷し、該剪断力検出用裏側電極層の表面に前記剪断力検出用誘電層を印刷し、該剪断力検出用誘電層の表面に前記剪断力検出用表側配線と前記剪断力検出用表側電極層とを印刷することにより、前記剪断力検出部を作製する剪断力検出部作製工程を有することを特徴とする触覚センサの製造方法。 Printing the shearing force detection backside wiring and the shearing force detection backside electrode layer on the surface of the insulating layer; printing the shearing force detection dielectric layer on the surface of the shearing force detection backside electrode layer; Having a shearing force detection unit preparation step of preparing the shearing force detection unit by printing the shearing force detection front side wiring and the shearing force detection front side electrode layer on the surface of the shearing force detection dielectric layer; A method of manufacturing a tactile sensor characterized by the above.
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