(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイス（１００）であって、コーティング構造（１０８）によって少なくとも部分的に覆われた少なくとも一つの三軸力センサ（１０４）を備え、前記コーティング構造（１０８）が、前記センサ（１０４）に対して配置された少なくとも一つの第一の部分（１１０）と、前記第一の部分（１１０）に対して配置された少なくとも一つの第二の部分（１１２）とを備え、前記第一の部分（１１０）が、前記センサ（１０４）と前記第二の部分（１１２）との間に配置されていて、前記第二の部分（１１２）が、前記第一の部分（１１０）の反対側に配置された少なくとも一つの凸部（１１４）と、前記センサ（１０４）に対して配置された前記第一の部分（１１０）の第二の面（１２２）の反対側に配置された前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）の第一の面（１２０）に対して配置された肩部（１１８）とを備え、前記第一の部分（１１０）の物質の硬度が、前記第二の部分（１１２）の物質の硬度よりも低い、デバイス（１００）。
【請求項２】
前記コーティング構造（１０８）の前記第二の部分（１１２）の前記凸部（１１４）が、略シリンダー状であり、及び／又は、略半球形の先端（１１６）を備え、及び／又は、略１に等しいアスペクト比を有する、請求項１に記載のデバイス（１００）。
【請求項３】
前記肩部（１１８）が、前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）の前記第一の面（１２０）を完全に覆い、及び／又は、略切頂円錐の形状であり、該切頂円錐が、一方の側において前記凸部（１１４）の断面と略同じ断面を有し、且つ該一方の側の反対側の第二の側において前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）の前記第一の面（１２０）の断面と略同じ断面を有する、請求項１又は２に記載のデバイス（１００）。
【請求項４】
前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）が、略シリンダー状であり、及び／又は、前記第二の部分（１１２）に接触する前記第一の部分（１１０）の面（１２０）に平行な平面内における断面を有し、該断面が、該断面に垂直な軸に沿った前記第一の部分（１１０）の寸法よりも大きな寸法を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
【請求項５】
前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）が略シリンダー状であり、該シリンダーの断面の半径Ｒｂが
【数１】
0005443515.tif 000005
となり、
ＦＮｍａｘが、表面テクスチャの特性評価中に前記デバイス（１００）に印加される最大圧力であり、
Ｐｍａｘが、前記センサ（１０４）によってサポートされる最大圧力である、請求項４に記載のデバイス（１００）。
【請求項６】
前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１０８）及び／又は前記コーティング構造（１０８）の前記第二の部分（１１２）が形成される物質が、エラストマ製である、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
【請求項７】
前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１００）が形成される物質の硬度及び／又は前記コーティング構造（１０８）の前記第二の部分（１１２）が形成される物質の硬度が、略１０から１００ショアＡの間であり、及び／又は、これらの硬度の差が略２０から３０ショアＡの間である、請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
【請求項８】
前記センサ（１０４）が支持体（１０６）に対して配置されているか、又は前記支持体（１０６）内部に埋め込まれていて、前記支持体（１０６）が、前記コーティング構造（１０８）の物質の硬度よりも大きな硬度を有する物質製である、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
【請求項９】
前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）が、前記センサ（１０４）を完全に覆い、且つ、前記支持体（１０６）の少なくとも一部を覆っている、請求項８に記載のデバイス（１００）。
【請求項１０】
前記力センサ（１０４）が、少なくとも一つの可変膜（１２４）と、該可変膜（１２４）に機械的に接続されたロッド（１２６）とを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
【請求項１１】
前記センサ（１０４）の前記ロッド（１２６）が、前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）内に少なくとも部分的に配置されている、請求項１０に記載のデバイス（１００）
【請求項１２】
掴むのに適したボディ（１０２）を更に備え、前記センサ（１０４）及び前記コーティング構造（１０８）が、前記掴むのに適したボディ（１０２）の一端に配置されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス（１００）。
【請求項１３】
表面テクスチャの特性評価用のデバイス（１００）を製造するための方法であって、三軸力センサ（１０４）を少なくとも部分的に覆うコーティング構造（１０８）の少なくとも一つの第一の部分（１１０）を、前記第一の部分（１１０）が前記センサ（１０４）に対して配置されるように、モールディングするステップと、前記第一の部分（１１０）に対して配置された前記コーティング構造（１０８）の少なくとも一つの第二の部分（１１２）を、前記第一の部分（１１０）が前記センサ（１０４）と前記第二の部分（１１２）との間に配置されるように、モールディングするステップとを備え、前記第二の部分（１１２）が、前記第一の部分（１１０）の反対側に配置された少なくとも一つの凸部（１１４）と、前記センサ（１０４）に対して配置された前記第一の部分（１１０）の第二の面（１２２）の反対側に配置された前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）の第一の面（１２０）に対して配置された肩部（１１８）とを備え、前記第一の部分（１１０）の物質の硬度が、前記第二の部分（１１２）の物質の硬度よりも低い、方法。
【請求項１４】
前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）がモールディングされる前に、前記コーティング構造（１０８）の前記第二の部分（１１２）がモールディングされ、これらのモールディングが、少なくとも
‐  前記コーティング構造（１０８）の形状に対応する形状のモールドの一部を、液体状の前記第二の部分（１１２）の物質で充填するステップと、
‐  前記コーティング構造（１０８）の前記第二の部分（１１２）を部分的に凝固させるステップと、
‐  部分的に凝固した前記第二の部分（１１２）の上の前記モールドの残りの部分を、液体状の前記第一の部分（１１０）の物質で充填するステップと、
‐  前記センサ（１０４）に対して前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）を配置するステップと、を適用することによって得られる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記コーティング構造（１０８）の前記第二の部分（１１２）がモールディングされる前に、前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）がモールディングされ、これらのモールディングが、少なくとも
‐  前記コーティング構造（１０８）の形状に対応する形状のモールドであって、前記センサ（１０４）の上に配置されたモールドの一部又は全部を、液体状の前記第一の部分（１１０）の物質で充填するステップと、
‐  前記モールド内に既に注がれている物質を部分的に凝固させるステップと、
‐  部分的に凝固した物質を切断して、前記コーティング構造（１０８）の前記第一の部分（１１０）を形成するステップと、
‐  前記モールドの残りの部分を、液体状の前記第二の部分（１１２）の物質で充填するステップと、を適用することによって得られる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記モールドに注がれる物質を、乾燥オーブンで凝固させる、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
モールディングされる物質が、エラストマ製であり、モールディングするステップを行う前に真空チャンバ内でガス抜きされる、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦な又は非平坦な表面テクスチャの調査及び特性評価を可能にするための表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイスに関する。本発明は、触覚特性が重要である製品の製造に関係するあらゆる分野に応用可能である。例えば、本発明は、紙、織物、自動車、食品処理、更には化粧品業界において応用可能であり、
‐  新製品に対して消費者が感じる感覚を評価し（品質管理）、
‐  製造後の製品の触覚特性を検証し、
‐  多様な構成又は製造方法の関数として触覚の変化を評価することができる。
【０００２】
また、本発明は、触覚を備えたロボットを製造するためにロボット産業又はバイオミメティクスにおいても応用可能であり、例えば、アクティブなプロテーゼが製造され、又は、遠隔医療手術のために、外科医が、遠隔手術中に触覚を有することを可能にする。
【背景技術】
【０００３】
非特許文献１には、軟らかいエラストマ（４０ショア（Ｓｈｏｒｅ）Ａ）から成る平行六面体層でコーティングされた力センサを備えた表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイスが開示されている。このエラストマ層は、センサを機械的に保護する一方で、その表面調査中に知覚される緩和を伝達する。
【０００４】
このようなデバイスの主な欠点の一つは、調査試験片とセンサのコーティング層との間の接触領域が、悪く決定されて、また、試験片の粗さに大きく依存することである。従って、調査表面のテクスチャの正確な分析を行うことが難しい。更に、このコーティングの磨耗は、時間内における測定の再現性の問題を生じさせて、また、コーティングが磨耗した際の取替えが簡単ではない。
【０００５】
非特許文献２には、表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイス中の半球形三軸力センサのコーティングが開示されている。デバイスと試験片との間の接触領域は、上記デバイスよりも簡単に決定される。しかしながら、デバイスが数回使用された後においては、コーティングの大きな曲率半径に起因して、試験片とコーティングとの間の接触領域に大きな変化が生じるので、このデバイスは、試験片の表面のテクスチャの特性評価中のコーティング層の磨耗に関係する全ての問題を解決していない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂ．Ｊ．Ｋａｎｅ等、“Ａ  ｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｒｒａｙ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃ  Ｔａｃｔｉｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ”、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２０００年、第９巻、第４号
【非特許文献２】Ｊ．Ｓｃｈｅｉｂｅｒｔ等、“Ｔｈｅ  Ｒｏｌｅ  ｏｆ  Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｃｏｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｂｅｄ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒ”、Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｒｅｐｏｒｔ、２００９年１月２９日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的の一つは、あらゆるタイプの表面に適応して、表面の調査中に圧力及び摩擦力測定を行う一方で、時間内における測定の優れた再現性を提供し、測定がセンサの磨耗に依存しないような、表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイスを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明は、表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイスを開示する。本デバイスは、コーティング構造によって少なくとも部分的に覆われた少なくとも一つの三軸力センサを備える。コーティング構造は、センサに対して（面して、対向して）配置された少なくとも一つの第一の部分と、第一の部分に対して配置された少なくとも一つの第二の部分とを備えて、第一の部分がセンサと第二の部分との間に配置されるようにする。第二の部分は、第一の部分の反対側に配置された少なくとも一つの凸部と、センサに対して配置された第一の部分の第二の面の反対側に配置されたコーティング構造の第一の部分の第一の面に対して配置された肩部とを備える。第一の部分の物質の硬度は、第二の部分の物質の硬度よりも低い。
【０００９】
従って、本デバイスは、あらゆるタイプの表面の調査及び特性評価を行うのに使用可能である。また、二部分のコーティング構造は、コーティング構造と調査表面との間の接触領域からセンサへと力を伝えることができて、調査表面の性質及び粗さの関数としてセンサの感度に対して制御及び適合可能である。
【００１０】
また、このようなコーティング構造は、センサに対する優れた保護を提供する一方で、
調査表面と接触する部分である凸部によって、調査表面とセンサとの間の最適な界面を形成することができる。凸部に対しては、形状及び寸法が完璧に定義されている。従って、凸部が磨耗した際に、接触領域がデバイスに印加される圧力の関数として決定可能であることを考慮すると、接触領域が、凸部の断面のサイズに関係無く、一定であることができる。その結果は、行われる測定の非常に優れた再現性である。
【００１１】
更に、コーティング構造の二つの部分が形成される物質の硬度の差（調査表面と接触する部分が最も硬い）は、センサに対する優れた力の伝達、及びデバイスによって調査される表面の“触覚”の優れたシミュレーションを与えることができる。
【００１２】
第二の部分、特に凸部の物質の硬度は、第一の部分の物質の硬度よりも大きく、コーティング構造（特に凸部）の磨耗を最小化するように選択される。凸部の高さ全体にわたって断面が一定の場合、例えば、凸部が略シリンダー状である場合、凸部の磨耗に関係無く、一定の接触領域を保つことができる。
【００１３】
最後に、コーティング構造の第一の部分の硬度がコーティング構造の第二の部分の硬度よりも低いことを考慮すると、第一の部分は、例えば、デバイスが調査表面と接触した際にデバイスに印加され得る衝撃を減衰させることができる。
【００１４】
従って、本発明を用いて、あらゆるタイプの表面を調査することができ、センサに対する力の伝達を最大化する一方で、センサを保護し磨耗の効果を最小化して、測定のより良い再現性を可能にする。
【００１５】
力センサは三軸であるので、凸部に対して印加されてセンサに伝えられる垂直力及び接線力を検出することができて、空間内における向きに関係無く、凸部に印加される接触力を検出することができる。
【００１６】
また、肩部は、凸部からセンサへの力（特に接線力）の伝達を最適化するのに役立つ。
【００１７】
また、表面テクスチャの特性評価用の触覚デバイスも開示される。本デバイスは、コーティング構造で少なくとも部分的に覆われた少なくとも一つの力センサを備える。コーティング構造は、センサに対して配置された少なくとも一つの第一の部分と、第一の部分に対して配置された少なくとも一つの第二の部分とを備え、第一の部分がセンサと第二の部分との間に配置されるようにされる。第二の部分は、第一の部分の反対側に配置された少なくとも一つの凸部を備える。第一の部分の物質の硬度は、第二の部分の物質の硬度よりも低い。
【００１８】
コーティング構造の第二の部分の凸部は、略シリンダー状であり、及び／又は、略半シリンダー状の先端を備え、及び／又は、略１に等しいアスペクト比を有し得る。略半球形の先端の接触領域は、調査表面に対するデバイスの接触圧力の関数として更に良く定義され得る。また、凸部のアスペクト比は、特性評価される表面上をその凸部が変位させられる際に凸部が偏向しないように選択され得て、コーティングの表面における力の成分と、センサによって行われる測定との間にある程度の線形性を得ることができるようにされる。
【００１９】
コーティング構造の第二の部分は、センサに対して配置される第一の部分の第二の面の反対側に配置されたコーティング構造の第一の部分の第一の面に対して配置された肩部を備え得る。
【００２０】
肩部は、コーティング構造の第一の部分の第一の面を完全に覆い得て、及び／又は、略切頂円錐の形状であり得る。その切頂円錐は、一方の側において凸部の断面と略同じ断面を備え、その第一の側の反対側の第二の側においてコーティング構造の第一の部分の第一の面の断面と略同じ断面を備える。肩部がコーティング構造の第一の部分の第一の面を完全に覆う場合、その結果は、凸部からコーティング構造の第一の部分への、従ってセンサへのより良い応力の伝達となる。
【００２１】
コーティング構造の第一の部分は略シリンダー状であり得て、及び／又は、第二の部分に接触する第一の部分の面に平行な平面内におけるコーティング構造の断面の寸法が、その断面に垂直な軸に沿った第一の部分の寸法よりも大きくなり得る。
【００２２】
コーティング構造の第一の部分の形状が略シリンダー状である場合、シリンダーの断面の半径Ｒｂは、
【数１】
0005443515.tif 000002
となるものであり、ここで、
ＦＮｍａｘ：  表面テクスチャの特性評価中にデバイスに対して印加される最大圧力；
Ｐｍａｘ：  センサによってサポートされる最大圧力。
【００２３】
コーティング構造の第一の部分及び／又はコーティング構造の第二の部分が形成される物質は、エラストマ製であり得て、例えばポリウレタンである。更に、同じ物質（例えばポリウレタン）からコーティング構造の二つの部分を形成することによって、その結果が、二つの部分の互いに対する優れた結合となり、デバイスの使用時における二つの部分の分離の問題を防止することができる。
【００２４】
コーティング構造の第一の部分が形成される物質の硬度及び／又はコーティング構造の第二の部分が形成される物質の硬度は、略１０から１００ショアＡの間であり得て、及び／又は、略１０ショアＡ以上であり得て、及び／又は、両者の差が略２０から３０ショアＡの間であり得る。
【００２５】
センサは、支持体に対して配置され、又は支持体の中に埋め込まれ得て、その支持体は、コーティング構造の物質の硬度よりも大きなものであり得る硬度の物質製である。
【００２６】
コーティング構造の第一の部分は、センサを完全に覆い、且つ支持体の少なくとも一部を覆い得る。
【００２７】
力線センサは三軸力センサであり得る。
【００２８】
力センサは、少なくとも一つの可変膜と、その可変膜に機械的に接続された一つのロッドとを備え得る。
【００２９】
この場合、センサのロッドは、コーティング構造の第一の部分内に少なくとも部分的に配置され得て、センサへの力の伝達を改善することができる。
【００３０】
また、デバイスは、掴むのに適したボディも備え得て、センサ及びコーティング構造が、その掴むのに適したボディの一端に配置され得る。
【００３１】
また、本発明は、表面テクスチャの特性評価用のデバイスを製造するための方法にも関する。本方法は、三軸力センサを少なくとも部分的に覆うコーティング構造の少なくとも一つの第一の部分（第一の部分はセンサに対して配置される）をモールディングするステップと、第一の部分に対して配置されたコーティング構造の少なくとも一つの第二の部分をモールディングするステップとを備え、第一の部分がセンサと第二の部分との間に在るようにする。第二の部分は、第一の部分の反対側に配置された少なくとも一つの凸部と、センサに対して第一の部分の第二の面の反対側に配置されたコーティング構造の第一の部分の第一の面に対して配置された肩部とを備える。第一の部分の物質の硬度は、第二の部分の物質の硬度よりも低い。
【００３２】
また、表面テクスチャの特性評価用のデバイスを製造する方法も開示される。本方法は、力センサを少なくとも部分的に覆うコーティング構造の少なくとも一つの第一の部分（第一の部分はセンサに対して配置される）をモールディングするステップと、第一の部分に対してコーティング構造の少なくとも一つの第二の部分をモールディングするステップとを備え、第一の部分がセンサと第二の部分との間に在るようにする。第二の部分は、第一の部分の反対側に配置された少なくとも一つの凸部を備える。第一の部分の物質の硬度は、第二の部分の物質の硬度よりも低い。
【００３３】
コーティング構造の第一の部分がモールディングされる前に、コーティング構造の第二の部分がモールディングされ得る。これらのモールディングを、少なくとも
‐  コーティング構造の形状に対応した形状のモールドの一部を、液体状の第二の部分の物質で充填するステップと、
‐  コーティング構造の第二の部分を部分的に凝固させるステップと、
‐  部分的に凝固した第二の部分の上のモールドの残りの部分を、液体状の第一の部分の物質で充填するステップと、
‐  センサに対してコーティング構造の第一の部分を配置するステップと、を適用することによって得ることができる。
【００３４】
一変形例では、コーティング構造の第二の部分がモールディングされる前に、コーティング構造の第一の部分がモールディングされ得る。これらのモールディングを、少なくとも
‐  コーティング構造の形状に対応する形状のモールド（センサの上に配置されている）の一部又は全部を、液体状の第一の部分の物質で充填するステップと、
‐  モールド内に既に注がれている物質を部分的に凝固させるステップと、
‐  部分的に凝固した物質を切断して、コーティング構造の第一の部分を形成するステップと、
‐  モールドの残りの部分を、液体状の第二の部分の物質で充填するステップと、を適用することによって得ることができる。
【００３５】
モールドに注がれる物質は、乾燥オーブン内で凝固され得る。
【００３６】
モールディングされる物質は、エラストマ製であり得て、モールディングするステップが行われる前に真空チャンバ内でガス抜きされ得る。
【００３７】
本発明は、添付図面を参照して、純粋に説明目的であって限定的なものではない実施形態の例の説明を読んだ後により良く理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る表面テクスチャの触覚特性評価用のデバイスの特定の実施形態を示す。
【図２】図１に示される本発明の特定に実施形態に係る触覚表面テクスチャ特性評価デバイスに使用されるセンサのコーティング構造を示す。
【図３】本発明に係る触覚表面テクスチャ特性評価デバイスの三軸センサの例を示す。
【図４】本発明に係る触覚表面テクスチャ特性評価デバイスの三軸センサの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下で説明される異なる図面の同一、同様又は等価な部分は、図面間の対応を容易にするために同じ参照番号を有する。
【００４０】
図をより理解し易くするため、図に示される異なる部分は、必ずしも全て、同一の縮尺で示されているものではない。
【００４１】
多様な可能性（変形例及び実施形態）は、互いに非排他的なものであると理解されるものであり、互いに組み合わせ可能である。
【００４２】
まず、図１を参照すると、特定の実施形態の触覚表面テクスチャ特性評価デバイス１００の断面図が示されている。
【００４３】
この場合、デバイス１００は、人工フィンガであり、掴むのに適したボディ１０２を備える。
【００４４】
デバイス１００は、三軸力センサ１０４（例えばＭＥＭＳ型）を備え、シリコン製である。本実施形態では、センサ１０４は、硬質物質（例えばエポキシ樹脂）から成る平坦な支持体１０６の一方の面に埋め込まれる。センサ１０４は、コーティング構造１０８によって覆われ、そのコーティング構造１０８は、センサ１０４及び平坦な支持体１０６に隣接する第一の部分１１０と、コーティング構造１０８の第一の部分１１０を覆う第二の部分１１２とを備える。
【００４５】
次に、図２を参照すると、コーティング構造１０８の詳細な断面図が示されている。コーティング構造１０８の第二の部分１１２は、略シリンダー状の凸部１１４から成り、その凸部１１４は、先端部を形成し、図２に示される（Ｘ，Ｚ）平面内においてディスク状の断面を備える。凸部１１４は、丸みを帯びた先端１１６（例えば半球形）を備える。
【００４６】
凸部１１４、特に凸部１１４の先端１１６は、調査試験片の表面と接触し、調査試験片との接触領域を画定する部分である。
【００４７】
また、コーティング構造１０８の第二の部分１１２は肩部１１８も備え、その肩部１１８の上に、凸部１１４が位置する。この場合、肩部１１８は円錐形、凹状、漸近的なシリンダー状であり、凸部１１４とコーティング構造１０８の第一の部分１１０との間の接合部を形成し、凸部１１４によって印加される力をコーティング構造１０８の第一の部分１１０に伝える。この肩部１１８は、コーティング構造１０８の第一の部分１１０の第一の面１２０の全表面にわたって延在し、第一に、凸部１１４からコーティング構造１０８の第一の部分１１０への応力の伝達を最適化し、第二に、調査サンプルの表面上におけるデバイス１００の変位中に生じ得る凸部１１４のねじれ又は曲げ問題を最小化する。
【００４８】
コーティング構造１０８の第二の部分１１２は、調査試験片の表面との摩擦に耐えるデバイス１００の部分である。従って、第二の部分１１２の物質は、磨耗を最小化するのに十分な硬さを有する一方で、接触領域が点にならず、調査試験片の調査中にセンサ１０４上に摩擦力を生じさせることができるのに十分軟らかいように選択される。
【００４９】
凸部１１４の丸みを帯びた先端１１６は、デバイス１００に印加される接触圧力の関数として明確に定義された接触領域を有する。従って、所定の圧力（その圧力の値は、コーティング構造１０８の第二の部分１１２が形成される物質の硬度に依存する）から開始すると、凸部１１４の先端１１６と調査試験片の表面との間の接触領域は、凸部１１４の断面のサイズに関わりなく、一定のままである。凸部１１４、従って先端１１６の断面の寸法は、例えば、調査試験片の表面の粗さの大きさの関数として選択される。更に、シリンダーの形状の凸部１１４に対して、アスペクト比は例えば１であり得て（この場合、（Ｘ，Ｚ）平面内のシリンダーの直径は、シリンダーの高さに略等しい）、凸部１１４が、試験片の表面と接触した際に、又は試験片の表面にわって動かされた際に曲げを防止するのに十分な機械的強度を有する。最後に、（Ｘ，Ｚ）平面内の凸部１１４の断面の寸法が、凸部１１４の全高さ（Ｙ軸に沿った寸法）に対して略同じであるとすると、凸部１１４が磨耗した場合（この場合、磨耗は凸部１１４の高さを効果的に低下させる）であっても一定の接触領域を維持することができる。
【００５０】
一般的に、コーティング構造１０８の第一の部分１１０及び第二の部分１１２に対して、その部分の幅（（Ｘ，Ｚ）平面内の寸法、例えば直径）は、その部分の高さ（Ｙ軸に沿った寸法）よりも大きいことが好ましくなり得る。第一の部分１１０のアスペクト比（幅／高さ）は、例えば略５に等しくなり得る。
【００５１】
コーティングが圧縮された更に生じる凸部１１４のコンタクト領域のサイズは、この領域のサイズ（例えば直径１ｍｍのオーダ）よりも大きな粗さを検出するのに十分小さくなるように選択され得る。また、例えば、粗さが、略３ｍｍよりも大きくて、略１ｍｍよりも深くて、例えば鋭い縁を備える場合には、他の部分（凸部の側面や底）ではなくて凸部１１４の先端が試験片に接触するように、その凸部１１４のサイズが調査粗さに適合される。
【００５２】
図３は、デバイス１００のセンサ１０４の一例の詳細を示す。このセンサ１０４は、その中心にロッドの備わった可変膜１２４を備える。ロッド１２６は、コーティング構造１０８の第一の部分１１０の第二の面１２２に対して配置され又はその内部に配置され、コーティング構造１０８は、受けた接触力をロッド１２６に伝える。好ましくは、ロッド１２６は、コーティング構造１０８の第一の部分１１０内に“モールディング”され、言い換えると、第一の部分１１０の内部に配置されて、コーティング構造１０８からセンサ１０４への力の伝達を最適化する。コーティング構造１０８の表面に印加される接触力に起因してそのコーティング構造１０８に印加される変形を考慮すると、ロッド１２６は、この印加される力に耐えて、ロッド１２６によって膜１２４の中心に誘起される応力及び変位に起因して、膜１２４を変形させる。ロッド１２６による膜１２４の変形は、膜１２４の上に配置されたピエゾ抵抗歪みゲージ又は容量変化検出器等の変換手段１２８によって測定される。
【００５３】
この特定の実施形態では、歪みゲージ１２８（八個存在する）は、図４の例に示されるような二つのホイートストンブリッジを形成する。図４において、上面図に示される膜１２４は、（Ｘ，Ｚ）平面内にディスクを形成する。四つの第一の歪みゲージ１２８は、膜１２４によって形成されたディスクの中心を通る水平軸（Ｘ軸に平行）に沿って配置されて、第一の方向に沿って配列される。これら四つの第一の歪みゲージ１２８は、相互接続部によって互いに接続されて、第一のホイートストンブリッジを形成する。また、他の相互接続部が、これら四つの第一の歪みゲージ１２８を四つの電気コンタクトに接続して、第一のホイートストンブリッジの入力部及び出力部を形成する。四つの第二の歪みゲージ１２８は、膜１２４によって形成されたディスクの中心を通る垂直軸（Ｚ軸に平行）に沿って配置されて、第一の方向に垂直な第二の方向に沿って配列される。これら四つの第二の歪みゲージ１２８は、相互接続部を介して互いに接続されて、第二のホイートストンブリッジを形成する。また、他の相互接続部が、これら四つの第二の歪みゲージ１２８を三つの他の電気コンタクトに接続して、第二のホイートストンブリッジ用の入力部及び出力部を形成する。例えば、歪みゲージ１２８は、直方体であり、その最大寸法は、第一又は第二の方向に平行である。
【００５４】
本願で説明される特定の実施形態では、コーティング構造１０８の第一の部分１１０は略シリンダー状である。コーティング構造１０８の第一の部分１１０の第二の面１２２は、センサ１０４と接触し、その寸法は、センサ１０４の寸法よりも大きく、特に、センサ１０４の可変膜１２４の寸法よりも大きい。従って、コーティング構造１０８の第一の部分１１０は、センサ１０４を覆い、また、センサ１０４周囲の支持体１０６の一部を覆う。（Ｘ，Ｚ）平面内のセンサ１０４の膜１２４の断面積Ｓｃと、（Ｘ，Ｚ）平面内のコーティング構造１０８の第一の部分１１０の断面積Ｓｂとの間の比は、図３に示されるような膜１２４の平面に垂直なＹ軸に平行にセンサ１０４が受ける力ＦＮｃと、力ＦＮｃと同じ方向に沿って（つまりＹ軸と平行に）凸部１１４に印加される力ＦＮｂとの間の比例定数を定めるのに役立ち、ＦＮｃ＝（Ｓｃ／Ｓｂ）ＦＮｂ、又はＰ＝ＦＮｃ／Ｓｃ＝ＦＮｂ／Ｓｂとなり、ここで、Ｐは、センサ１０４とコーティング構造１０８との間の界面における圧力である。
【００５５】
同様に、膜１２４の平面に平行な（Ｘ，Ｚ）平面内における軸に沿ってセンサ１０４が受ける接線力ＦＴｃと、ＦＴｃと同じ方向に沿って（つまり（Ｘ，Ｚ）平面に平行に）凸部１１４に印加される力ＦＴｂとの間の比例定数を定めることができて、ＦＴｃ＝ｋ×（Ｓｃ／Ｓｂ）ＦＴｂ、又はσ＝ＦＴｃ／Ｓｃ＝ｋ×ＦＴｂ／Ｓｂとなり、ここで、σは、センサ１０４とコーティング構造１０８との間の界面における接線応力であり、ｋは、レバーアームとして使用されるロッドの高さ、及びコーティング構造の第一の部分１１０と第二の部分１１２との硬度の比によって定められる増倍率である。
【００５６】
コーティング構造１０８の第一の部分１１０に使用される物質は、その硬度が、コーティング構造１０８の第二の部分１１２に使用される物質の硬度よりも低くなるように選択され、特に、例えば、凸部１１４が調査試験片と接触する際に、凸部１１４に印加され得る衝撃を減衰させて、センサ１０４に衝撃を伝えないようにされる。コーティング構造１０８の第一の部分１１０が形成される物質の硬度は、コーティング構造１０８の第二の部分１１２が形成される物質の硬度よりも低いものであり、コーティング構造１０８の第二の部分１１２に起因する横変形を増幅して、力センサ１０４のロッド１２６に伝えられる接線力の知覚を増大させる。コーティング構造１０８の第一の部分１１０及び第二の部分１１２は、例えば、ポリウレタン等のエラストマ製であり得て、その硬度は、例えば略１０から１００ショアＡの間であり得る。更に、それらの物質は、コーティング構造１０８の第一の部分１１０及びコーティング構造１０８の第二の部分１１２が形成される物質の硬度の差が略２０から３０ショアＡの間であるように選択されることが好ましい。
【００５７】
これから、１ｍｍのオーダのメッシュサイズの織物の表面を特性評価するデバイス１００の例示的な一実施形態について説明する。凸部１１４の直径は、その凸部１１４が織物のメッシュに捕らわれないように、略３ｍｍに等しい。凸部が形成される物質、つまりこの場合、コーティング構造１０８の第二の部分１１２の物質は、硬度略８０ショアＡのポリウレタン製であり、このタイプの試験片上で凸部が動かされる際の凸部１１４の磨耗を低減する。コーティング構造１０８の第一の部分１１０もポリウレタン製であるが、その硬度は略５０ショアＡに等しくて、コーティング構造１０８の第二の部分１１２の物質の硬度よりも低い。コーティング構造１０８の二つの部分１１０及び１１２を形成するのに同じ性質の物質（ポリウレタン）を選択することによって、これらの素子間の優れた結合という結果が得られ、織物上でのデバイス１００の変位中におけるこれら二つの部分１１０の分離の可能性を回避することができる。一変形例では、コーティング構造１０８の第一の部分１１０及び第二の部分１１２を形成するのに使用される物質は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ，ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）製であり得て、より一般的には少なくとも一の適切なエラストマ製であり得る。
【００５８】
コーティング構造１０８の寸法、特に第一の部分１１０の寸法は、コーティング構造１０８に印加される力の関数として選択される。最大垂直抗力ＦＮｍａｘ（Ｙ軸に平行な向きの力）が、試験片の調査中にコーティング構造１０８上に（従って凸部１１４上に）印加されるような場合、第一の部分１１０の断面積Ｓｂ（第一の部分１１０の面１２０及び１２２の表面に対応）は、
ＦＮｍａｘ／Ｓｂ  ＜  Ｐｍａｘ
となるように選択され、具体的には、ディスク状の第一の部分１１０の断面の半径に対して、
【数２】
0005443515.tif 000003
となるように選択される。
【００５９】
この場合に使用される三軸力センサ１０４は、最大圧力Ｐｍａｘ＝１０バール＝１０６Ｎ／ｍ２に耐える。従って、最大力ＦＮｍａｘ＝１０Ｎに対して、Ｒｂ＞１．８ｍｍとなるように選択する。
【００６０】
同様に、最大接線力ＦＴｍａｘが、コーティング構造１０８上に（従って凸部１１４上に）印加されるような場合、ディスク状の第一の部分１１０の半径Ｒｂは、
【数３】
0005443515.tif 000004
となるように選択される。
【００６１】
デバイス１００の一変形例では、センサ１０４が三軸力センサではなくて、例えば、試験片上で変位された際に凸部１１４によって印加される接線力を少なくとも測定することができる二軸力センサであり得る。更に、測定される力が非常に小さい場合、コーティング構造のサイズを減少させて、コーティング構造１０８の第一の部分１１０によってセンサ１０４全体を覆わないコーティング構造を得ることができる。
【００６２】
コーティング構造１０８の素子（第一の部分１１０及び第二の部分１１２）は、例えば、モールディングによって形成可能である。これらの素子がエラストマ製の場合、最初のステップは、エラストマを得るために使用される二つの液体成分（樹脂＋硬化剤）を混合することである。次のステップは、真空チャンバ内で混合物のガス抜きをして、エラストマの機械的性質を変更する混合物中の泡の形成を防止することである。
【００６３】
コーティング構造１０８の第一の部分１１０及び第二の部分１１２は、同じモールドで形成可能である。この場合、初めに、例えばシリンジを用いて、第二の部分１１２を形成する正味の量の物質をモールド内に注入することによって、第二の部分１１２を形成する。第二の部分が架橋し始めたら、第一の部分１１０が形成される物質を、完全な重合を待たずにモールド内に既に存在している第二の部分１１２の上に注ぎ、センサ１０４が埋め込まれる支持体１０６の上方に配置して、モールドを閉じる。そして、コーティング構造１０８の凝固後に、モールドを外す。
【００６４】
一変形例の実施形態では、コーティング構造１０８の第一の部分１１０が形成される物質であるエラストマでセンサ１０４が覆われるように、第一のモールディングが行われる。第一の物質が架橋すると、余分な物質（つまり、得られた構造の上端）を切断して、コーティング構造１０８の第一の部分１１０を形成する。モールドの残りの部分は、コーティング構造１０８の第二の部分１１２の物質で充填される。そして、コーティング構造１０８の凝固後に、モールドが外される。この方法は、特に、コーティング構造１０８の第二の部分１１２を交換する際（例えば、凸部１１４が完全に消失する程度にまで磨耗した場合）に、使用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１００  デバイス
１０２  ボディ
１０４  センサ
１０６  支持体
１０８  コーティング構造
１１０  第一の部分
１１２  第二の部分
１１４  凸部
１１６  先端
１１８  肩部
１２０  第一の面
１２２  第二の面
１２４  可変膜
１２６  ロッド
１２８  変換手段
【図１】
0005443515.tif 000006
【図２】
0005443515.tif 000007
【図３】
0005443515.tif 000008
【図４】
0005443515.tif 000009