(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の凹所を有する磁性材料からなる下型と、
この曲面状の凹所よりやや小径で略相補的形状の凸部を有する磁性材料からなる上型と、
これら下型と上型とを非接触状態に位置決めする非磁性材料からなる補助上型とにより、略半球状で外郭形状のキャビティ用クリアランスを画成するとともに、このキャビティ用クリアランス内に、導電粒子が混練された、絶縁性で、未架橋の高分子物質からなる成形材料を注入し、さらに、前記上型と前記下型との間に、一方がＮ極、他方がＳ極となる定磁場、あるいは交互磁場を与えつつ前記成形材料を加熱硬化させることにより、前記キャビティ用クリアランス内に、絶縁性で弾性を有する高分子物質をシート状で任意の曲面に沿った形状に成形し、前記高分子物質の内部に曲面の法線方向に沿って導電粒子が並ぶ導電部を形成することを特徴とする導電性シートの製造方法。
【請求項２】
請求項１の製造方法により製造されたことを特徴とする導電性シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば工業用ロボットハンドや３次元位置・姿勢のポインティングデバイス等の触覚センサとして使用して最適な導電性シートの製造方法およびこの方法で製造された導電性シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、工業用ロボットハンドにおいては、そのフィンガ部に各種センサを設けておき、これらのセンサを介してロボットが物品を確実に掴んだか否かの判断やこの時の物品の形状の把握等を行うことが広く行われている。
【０００３】
この種のセンサとしては、各種の歪ゲージやピエゾ素子、マクロスイッチ等を利用したものの他に、例えば図６に示すように、平板シート状で複数の導通部を平面上にマトリクス状に配設した、いわゆる触覚センサ（タクタイルセンサ）が一般に知られている。
【０００４】
即ち、この触覚センサ１は、例えばポリエステル等からなる一対の平板状のベースシート２，２′を備え、この一方のベースシート２の片面に所定の幅で直線状に延びる行電極３を所定のピッチｐ１  （例えば、ｐ１  ＝２．５４ｍｍ）で、他方のベースシート２′の片面に所定の幅で前記行電極３と直交する方向に直線状に延びる列電極４を所定のピッチｐ２  （例えば、ｐ２  ＝２．５４ｍｍ）でそれぞれ平行に形成し、これらの各電極３，４の表面を圧力を加えると導通する感圧インク５で各行及び列毎に被覆して、両電極３，４を感圧インク５を介在させつつサンドイッチ状に挟み込んで構成したものである。
【０００５】
この触覚センサ１の場合、行電極３と列電極４との各交叉部に矩形状の導通部がベースシート２，２’のほぼ全域に亘ってマトリクス状に形成され、触覚センサ１の一部にこの厚さ方向から圧力が加えられると、この圧力が加えられた部位に位置する導通部、即ち行電極３と列電極４との交叉部が感圧インク５を介して導通し、かつこの加えられた圧力に対応した導通部の抵抗値から、この時の位置及び圧力を電気信号として捕らえるようになっている。
【０００６】
ここに、前記平板シート状の触覚センサ１を使用して、例えば曲面上の圧力分布を検出しようとすると、触覚センサ１を被検出物の曲面形状に合わせた形状に成形する必要がある。また３次元位置姿勢のポインティングデバイス（３次元マウス）として使用する場合には、最適には球面形状に成形する必要がある。
【０００７】
一方、例えばプリント回路基板等の検査用として、シリコーンゴム等の高分子物質と導電粒子からなるシート状の複合導電材料で構成された異方導電性シートが知られている。
【０００８】
この導電性シートは、シートの厚み方向に沿って導電粒子が並ぶ導電部がシート面上に平均して、または検査電極のパターンに合わせて偏在して形成され、シートの厚み方向の加圧により励起されるシートの歪みによって、この加圧された部位に位置する前記導電部の各導電粒子同士が互いに接触してシートの厚み方向に選択的に導電するようにしたものである（例えば、特公昭５６−４８９５１号公報、特開昭５１−９３３９３号公報、特開昭５３−１４７７７２号公報、特開昭５４−１４６８７３号公報等参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記触覚センサにおいて、例えば円筒状の形状に成形することは、円柱状部材に平板シート状の触覚センサを巻き付けることによって比較的容易に行うことができるものの、球形や複雑な曲面を作り出す場合に、継ぎ目や皺が生じてしまったり、期待する形状が得られない等、任意の曲面に沿った形状を有するように成形することが困難であるといった問題点があった。
【００１０】
また、前記導電性シートは、主にプリント回路基板やＩＣ等の検査用に使用され、平面状に拡がった平板シート状に成形されており、弾性を有するものの、これを球形や任意の複雑な形状に成形しようとすると、上記と同様な困難性が生じると考えられる。
【００１１】
本発明は上記に鑑み、例えば球形或いは複雑な曲面等に対応した曲面形状をそのまま有し、しかも一部に圧力が加えられた時に、その圧力が加えられた部位を確実に検出できるようにしたものを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る導電性シートの製造方法は、
曲面状の凹所を有する磁性材料からなる下型と、
この曲面状の凹所よりやや小径で略相補的形状の凸部を有する磁性材料からなる上型と、
これら下型と上型とを非接触状態に位置決めする非磁性材料からなる補助上型とにより、略半球状で外郭形状のキャビティ用クリアランスを画成するとともに、このキャビティ用クリアランス内に、導電粒子が混練された、絶縁性で、未架橋の高分子物質からなる成形材料を注入し、さらに、前記上型と前記下型との間に、一方がＮ極、他方がＳ極となる定磁場、あるいは交互磁場を与えつつ前記成形材料を加熱硬化させることにより、前記キャビティ用クリアランス内に、絶縁性で弾性を有する高分子物質をシート状で任意の曲面に沿った形状に成形し、前記高分子物質の内部に曲面の法線方向に沿って導電粒子が並ぶ導電部を形成することを特徴とするものである。
また、本発明に係る導電性シートは、上記の方法により製造されたことを特徴とする導電性シートである。
【００１３】
【作用】
上記のように構成した本発明による製造方法によれば、導電性シート自体を曲面形状に沿った形状に成形することにより、平板シート状のものを無理に屈曲させて縫い合わせたりする必要をなくして任意の形状に形成することができる。
また、この方法により製造された導電性シートによれば、湾曲形状に沿った形状のシートの一部に圧力が加わった時に、曲面の法線方向に沿って導電粒子が並ぶ導電部を介して、そのシート上の加圧位置を確実に検出することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例を示す一部切断の正面図で、この実施例は、導電性シートを半球状の形状に成形した例を示すものである。
【００１５】
即ち、同図において、付番１０は導電性シートで、この導電性シート１０は、絶縁性で弾性を有する高分子物質１１と、この高分子物質１１の内部に配置された導電粒子１２とからなり、半球状の外殻形状に成形されている。そして、前記導電粒子１２は、導電性シート１０の厚さ方向である曲面の法線方向、即ち球の中心Ｏを向く方向に沿って放射状に並び、これによってシート面上にほぼ等密度に分布する導電部１３が構成されている。
【００１６】
導電性シート１０の厚さＤは、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、特に０．５ｍｍ程度が好ましい。導電シート１０の厚さＤがこの範囲にあれば、小さな圧力でも有効な導電性を確実に得ることができる。
【００１７】
このように、導電性シート１０自体を曲面形状に沿った形状に成形することにより、平板シート状のものを無理に屈曲させて縫い合わせたりする必要をなくして、球面や複雑な曲面等、任意の形状に形成することができる。
【００１８】
前記導電部１３は、導電性シート１０の一部に圧力が加わった時に、導電性シート１０の厚み方向の加圧により励起される該導電性シート１０の歪みによって、この加圧された部位に位置する導電部１３に並ぶ各導電粒子１２同士が互いに接触して導電性シート１０の厚み方向に選択的に導電するようにしたものである。
【００１９】
前記高分子物質１１としては、架橋構造の高分子物質が好ましく、かかる架橋物質の高分子物質を得るために用いることができる未架橋の高分子材料としては、シリコーンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム、スチレン−プロピレン共重合体ゴム、ウレタンゴム、ポリエステル系ゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴムなどを挙げることができる。
【００２０】
また、前記導電粒子１２としては、例えばニッケル、鉄、コバルトなどの磁性を示す金属の粒子もしくはこれらの合金の粒子、またはこれらの粒子に金、銀、パラジウム、ロジウムなどのメッキを施したもの、非磁性金属粒子もしくはガラスビーズなどの無機質粒子またはポリマー粒子にニッケル、コバルトなどの導電性磁性体のメッキを施したものなどを挙げることができる。
【００２１】
製造コストの低減化を図る観点からは、特にニッケル、鉄またはこれらの合金の粒子が好ましく、また接触抵抗が小さいなどの電気的特性の点で金メッキされた粒子を好ましく用いることができる。
【００２２】
導電粒子１２の粒径は、導電部１３において、導電粒子１２間の電気的な接触を十分なものとし、かつ導電部１３の接触安定性を十分に保つ観点から、１０〜４００μｍ程度が好ましく、特に２０〜１００μｍが好ましい。
【００２３】
次に、上記導電性シート１０の製造例を図２を参照して説明する。
同図に示すように、所望の形状に合ったクリアランス２０を有する下型２１と上型２２とを用意する。この場合、下型２１には、半径Ｒの半球状の凹部が、上型２２には、半径ｒの半球状の凸部がそれぞれ形成され、両半径の差Ｒ−ｒによって、半球状で外殻形状の所望の厚さｄを有するクリアランス２０が形成されるようになっている。
【００２４】
前記下型２１及び上型２２は、共に例えば軟鉄や特殊鋼などの磁性体材料によって構成され、互いに対面して前記クリアランス２０を形成する面が互いに異なる極性を持つ電磁石として作用するよう構成されている。
【００２５】
そして、前記上型２２の周囲は、例えば黄銅などの非磁性材料によって構成された補助上型２３で囲撓されて、上型２２と下型２１とが直接当接することなく、この補助上型２３と下型２１とが当接するよう構成されているとともに、下型２１の内部を挿通して前記補助上枠２３に達する、例えばＳＵＳ３０４などの非磁性材料によって構成されたガイドピン２４が備えられている。
【００２６】
前記補助上型２３は、下型２１と上型２２との合わせ面近傍での磁場の乱れを防止するとともに、下型２１と上型２２との間のクリアランス２０を一定に保つようにするためのものであり、またガイドピン２４は、補助上型２３、ひいては上型２２と下型２１との位置合わせを行うためのものである。
【００２７】
そして、前記上型２１と下型２２との間のクリアランス２０内に、前記導電粒子１２を混練させた高分子物質材料からなる成形材料を注入し、下型２１と上型２２との間に一方がＮ極、他方がＳ極となる定磁場、或いは交互磁場を与えつつ前記成形材料を加熱硬化させる。
【００２８】
すると、前記磁場は、互いに対面するＮ極（例えば下型２１）とＳ極（同じく上型２２）とを結ぶ最短距離であるクリアランス２０の厚さ方向、即ち曲線の法線方向に作用するため、クリアランス２０内に注入された高分子物質材料に混練された導電粒子１２も、この磁場の方向に沿って並び、これによって加熱硬化後に図１に示す導電性シート１０を得ることができる。
【００２９】
ここに、前記成形材料の高分子物質材料中における導電粒子１２の割合は、例えば５体積％以上２０体積％以下、好ましくは８体積％以上１５体積％以下である。この範囲にあれば、導電部１３における信頼性の高い電気的接続を確保することができる。
【００３０】
また、この時、高分子物質材料として熱硬化型のシリコーンゴムを使用し、例えば電磁石の磁場強度を、０．１〜０．１５（Ｔ）とした場合、温度８０〜１５０℃の雰囲気下で５〜３０分放置することによって、所望の形状に成形することができる。
【００３１】
なお、複雑な曲面形状を有する導電性シートを作製する場合には、この形状に沿ったクリアランスを備えた下型と上型とを用意し、このクリアランス内に導電粒子を混練させた高分子物質材料からなる成形材料を注入し、下型と上型との間に一方がＮ極、他方がＳ極となる定磁場、或いは交互磁場を与えつつ前記成形材料を加熱硬化させることによって、容易に作製することができる。
【００３２】
図３は、上記導電性シート１０の第１の使用例を示すもので、この使用例は、半球状で２つの導電性シート１０，１０をその開口端で繋ぎ合わせて球形となすとともに、緯度及び経度に沿って所定のピッチでマトリクス状に内部電極３０を埋設した絶縁材料からなる球状体３１の表面に、前記一対の導電性シート１０，１０を被せ、前記各内部電極３０に個々に配線３２を施し、更にこの導電性シート１０，１０の表面に金属製の被膜３３を設けて該被膜３３を共通の外部電極としたものである。
【００３３】
金属製の被膜３３は、スパッターなどの方法により容易に形成することが可能である。
この使用例の場合、球状体３１の一部を加圧すると、導電性シート１０の一部が歪み、この加圧された部位に位置する前記導電部１３の直線状に並ぶ各導電粒子１２，１２…同士が互いに接触して導電性シート１０の厚み方向に選択的に導電して、一部の内部電極３１と外部電極３３とが該導電性シート１０の導電部１３を介して導通し、この導通した内部電極３０に接続された配線３２を介してこの位置が電気的に検出されるようになっている。
【００３４】
図４は、第２の使用例を示すもので、この使用例は、絶縁体からなる球状体４１の表面に緯度に沿って検出分解能に合わせた所定のピッチで金属製の内部電極４０を形成し、この球状体４１の表面に一対の導電性シート１０，１０を被せるとともに、この導電性シート１０，１０の表面に経度に沿って所定のピッチで絶縁体層４４で互いに分離された金属製の外部電極４３を設け、内部電極４０と外部電極４３との各交叉部を矩形状の導通部となしたものである。
【００３５】
なお、図示していないが、直線状に延びる各内部電極４０及び各外部電極４３は、個々に配線に接続されている。
前記球状体４１は、例えば図５に示すように、円筒管５０の上端に絶縁体層５１と前記内部電極４０を構成する金属層５２とを交互に積層し、この表面を球状に加工することによって得ることができる。
【００３６】
また導電性シート１０の表面への外部電極４３の形成は、例えばスパッタリング等により導電性シート１０の表面に金属の薄膜を形成した後、エッチングを施すことによって行うことができる。
【００３７】
この使用例は、球状体４１の一部を加圧すると、この圧力が加えられた部位に位置する導通部、即ち内部電極４０と外部電極４３との交叉部が前述と同様にして導電性シート１０の導電部１３を介して導通し、かつこの加えられた圧力に対応した導通部の抵抗値から、この時の位置及び圧力を電気信号として捕らえるようにしたものである。
【００３８】
この場合、内部電極４０と外部電極４３間を時系列で走査しながら電圧をかけることによって、加圧された位置を検出することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、導電性シート自体を曲面形状に沿った形状に成形することができる。したがって、平板シート状のものを無理に屈曲させて縫い合わせたりする必要をなくし、これによって、任意の曲面形状に合った縫い目や皺のない導電性シートを得ることができる。
また、本発明の製造方法で製造された導電性シートによれば、曲面形状の導電性シートの一部に圧力が加わった時に、曲面の法線方向に沿って導電粒子が直線状に並ぶ導電部を介して、そのシート上の位置を確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す一部切断の正面図。
【図２】図１に示す実地例の製造例の説明に付する断面図。
【図３】図１に示す実施例の第１の使用例を示す一部切断の正面図。
【図４】同じく、第２の使用例を示す一部切断の正面図。
【図５】図４における球状体を示す一部切断の正面図。
【図６】従来の触覚センサの一例を示す斜視図。
【符号の説明】
１０  導電性シート
１１  高分子物質
１２  導電粒子
１３  導電部
２０  クリアランス
２１  下型
２２  上型
３０，４０  内部電極
３１，４１  球状体
３３，４３  外部電極
【図１】
0003601541.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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