(57)【要約】【課題】  特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を向上させることができる指紋型触覚センサを提供する。【解決手段】  指紋型触覚センサ１０は、コイル状炭素繊維がマトリックス樹脂に分散されて構成され、表面に指紋型の起伏１２を有している。指紋型の起伏１２の間隔は０．１〜３ｍｍ及び起伏１２の深さは０．０１〜３ｍｍであることが好ましい。また、触覚センサ１０の表面の粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍであることが好ましい。さらに、コイル状炭素繊維は触覚センサ１０の表面に直交するように配向されていることが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状炭素繊維がマトリックス樹脂に分散されて構成され、表面に指紋型の起伏を有することを特徴とする指紋型触覚センサ。
【請求項２】
前記指紋型の起伏の間隔は０．１〜３ｍｍ及び起伏の深さは０．０１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の指紋型触覚センサ。
【請求項３】
前記表面の粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の指紋型触覚センサ。
【請求項４】
前記コイル状炭素繊維は表面に直交するように配向されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の指紋型触覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療機器用、ロボットハンド用等として利用される指紋型触覚センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミクロンメートル（μｍ）オーダーのコイル状炭素繊維を樹脂材料中に配合した複合材料が知られている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、樹脂中にコイル状炭素繊維を分散した成形体を焼成し、気孔を充填する緻密化処理を行うことにより得られる炭素複合材料である。そして、コイル状炭素繊維がスプリング特性を有し、ミクロメカニカル素子、スイチング素子等として適用することができる旨記載されている。しかし、この特許文献１には、そのような炭素複合材料をセンサとして利用する点については記載されていない。
【０００３】
一方、コイルを用いた触覚センサとして、次のような構成のものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。すなわち、触覚センサは、コイルとコンデンサとが直列接続されているＬＣ直列共振回路を複数備えている。このＬＣ直列共振回路には外部発振器及びスペクトルアナライザが接続され、外部発振器により掃引電気信号等の入力信号がＬＣ直列共振回路に入力された後にスペクトルアナライザに出力されるようになっている。ＬＣ直列共振回路はコイルの固有の周波数に基づく共振周波数を有し、スペクトルアナライザに出力される信号はＬＣ直列共振回路の共振周波数に対応する周波数において信号強度が低下する。
【０００４】
そして、触覚センサに圧力が加わったときには圧力によりコイルのピッチ（巻線間隔）や面積が変化し、この変化に伴いコイルのインダクタンスが変化する。ここで、ＬＣ直列共振回路の共振周波数はコイルのインダクタンスの変化に伴い変動する。よって、スペクトルアナライザに出力された信号において、信号強度が低下する位置はＬＣ直列共振回路の共振周波数の変動に伴い変位するために、ＬＣ直列共振回路の共振周波数の変動を検出することができる。このため、触覚センサにより圧力を検出できるようになっている。
【特許文献１】特開平３−１０４９２７号公報（第２頁及び第３頁）
【特許文献２】特開２００２−２３６０５９号公報（第２頁〜第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献２に記載の触覚センサにおいては、コイルとコンデンサとが直列に接続されたＬＣ直列共振回路は、コイルのインダクタンスの変化のみによりその共振周波数が変動する。このため、例えば触覚センサに微弱な触圧が加わることによりコイルのインダクタンスがほとんど変化しないときには、ＬＣ直列共振回路の共振周波数はほとんど変動しない。よって、触覚センサは、コイルのインダクタンスがほとんど変化しない微弱な触圧を検出することができず、検出感度が低いという問題があった。しかも、触覚センサの表面に加わる触圧は、表面に直交する方向の圧力の場合には十分に検出されるが、表面と平行方向又は斜め方向からの圧力の場合には検出感度が十分ではなかった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を向上させることができる指紋型触覚センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の指紋型触覚センサは、コイル状炭素繊維がマトリックス樹脂に分散されて構成され、表面に指紋型の起伏を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明の指紋型触覚センサは、請求項１に記載の発明において、前記指紋型の起伏の間隔は０．１〜３ｍｍ及び起伏の深さは０．０１〜３ｍｍであることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明の指紋型触覚センサは、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記表面の粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明の指紋型触覚センサは、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記コイル状炭素繊維は表面に直交するように配向されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の発明の指紋型触覚センサでは、コイル状炭素繊維をマトリックス樹脂に分散させて形成され、表面に指紋型の起伏を有するように構成されている。指紋型の起伏は、あらゆる方向に延びていることから、指紋型触覚センサの表面と直交する方向をはじめ、表面と平行な方向及び斜め方向からの圧力も容易に検出することができる。従って、特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明の指紋型触覚センサでは、指紋型の起伏の間隔が０．１〜３ｍｍ及び起伏の深さが０．０１〜３ｍｍに設定され、圧力の検出に足る起伏の間隔と深さとを有していることから、請求項１に係る発明の効果を十分に発揮させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明の指紋型触覚センサでは、表面の粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍに設定され、表面の凹凸が圧力の検出に十分であることから、請求項１又は請求項２に係る発明の効果を一層向上させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明の指紋型触覚センサにおいては、コイル状炭素繊維が表面に直交するように配向されていることから、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明の効果を有効に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態の指紋型触覚センサ（以下、単に触覚センサともいう）は、コイル状炭素繊維がマトリックス樹脂に分散されて構成され、表面に指紋型の起伏を有するものである。触覚センサの表面に指紋型の起伏を有することにより、表面が平坦な場合に比べて特に表面と平行な方向及び斜め方向からの圧力（以下、触圧ともいう。）を受けやすくすることができる。しかも、指紋型の起伏の部分にもコイル状炭素繊維が存在し、そこで受けた圧力を検出することができ、触圧の検出感度を高めることができる。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、触覚センサ１０の表面は、正面から見ると１本の指の指紋１１が多数並んだ形状を有している。図１（ｂ）に示すように、１つの指紋１１は起伏１２による線が先端側（図の左上側）で円弧状に並んで延び、基端側（図の右下側）で直線状に並んで延びている。図１（ｃ）は触覚センサ１０を横から見た図であって、同図に示すように、指紋１１を形成する起伏１２は所定の間隔と深さをもって形成されている。
【００１７】
図２は指紋型の起伏１２の断面を模式的に描いた図であって、同図に示すように、指紋型の起伏１２は山型状をなし、各起伏１２の間隔１３は０．１〜３ｍｍ及び起伏の深さ１４は０．０１〜３ｍｍであることが好ましい。起伏１２の間隔１３が０．１ｍｍ未満又は起伏１２の深さ１４が０．０１ｍｍ未満の場合には、起伏１２の間隔１３が狭くなり過ぎ、又は起伏１２の深さ１４が浅くなり過ぎて表面と平行方向又は斜め方向からの圧力を受けにくくなり、圧力の検出感度が低下する。一方、起伏１２の間隔１３が３ｍｍを越え又は起伏１２の深さ１４が３ｍｍを越える場合には、表面と平行方向又は斜め方向から受けた圧力の触覚センサ１０内部への伝播性が悪くなり、圧力の検出感度が低下する。
【００１８】
また、触覚センサ１０の表面の粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍであることが好ましい。算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５ｍｍ未満の場合には、表面の凹凸が小さくなって圧力の検出を十分に行うことができなくなる。一方、算術平均粗さ（Ｒａ）が２ｍｍを越える場合には、表面の凹凸が大きくなり過ぎて表面と平行方向又は斜め方向から受けた圧力の触覚センサ１０内部への伝播性が悪くなり、圧力の検出感度が低くなる。
【００１９】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、指紋型の触覚センサ１０は、例えばコイル状炭素繊維がマトリックス樹脂に分散され、シート状に成形され、その表面に前記のような指紋型の起伏１２を有している。触覚センサ１０の一側部には一対の電極１５が設けられ、各電極１５にはそれぞれ接続線１６が接続されている。さらに、それらの接続線１６の他端が図示しないＬＣＲ測定装置に接続されている。ＬＣＲ測定装置には交流電源又は直流電源が接続されるとともに、表示装置としてのデジタルオシロスコープに接続され、電気特性としてインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ、キャパシタンス）及び電気抵抗（Ｒ、レジスタンス）の波形を表示すことができるようになっている。
【００２０】
そして、触覚センサ１０の表面に対して水平方向の圧力を検出する場合には、回転軸１７に毛羽１８を備えたブラシ１９を基台２０上に支持された触覚センサ１０の上方位置に配置し、毛羽１８の先端を触覚センサ１０の表面に接触させた状態でブラシ１９を一定速度で回転させ、触覚センサ１０表面に平行に毛羽１８を擦るように力を加える。水平方向への印加応力の値は、毛羽１８と触覚センサ１０の表面が接触する程度を変化させることにより、測定できる。
【００２１】
マトリックス樹脂としては、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂等が用いられる。具体的には、シリコーン樹脂として、信越化学（株）製の商品名、ＫＥ１０３（ＪＩＳ Ａ硬度１８）、ＫＥ１０６（ＪＩＳ Ａ硬度５０）、ＫＥ１２０２（ＪＩＳ Ａ硬度６５）等が挙げられる。スチレンと熱可塑性エラストマーとの共重合樹脂として、（株）クラレの商品名、セプトン樹脂＃４０３３（ＪＩＳ Ａ硬度７６）、＃８１０４（ＪＩＳ Ａ硬度９８）等が挙げられる。液状エポキシ樹脂として大日本インキ化学工業（株）の商品名、EXA-5850-150等が挙げられる。ゲル状形態をなすゲル樹脂として、大場機工（株）の商品名、ゲル-OK-パッキング等が挙げられる。ウレタン樹脂として日本ポリウレタン（株）の商品名、コロネート４３８７等が挙げられる。
【００２２】
マトリックス樹脂の硬さは触覚センサ１０の感度を向上させる上で重要であり、マトリックス樹脂として弾性力の優れたシリコーン樹脂等を用いた場合には、微小な圧力でも伸縮してその圧力を高感度で検出することができる。一方、硬いシリコーン樹脂、ウレタン樹脂、セプトン樹脂等を用いた場合には、大きな圧力でないと伸縮せず、触覚センサ１０の感度は低いが、幅広い圧力範囲を検出することができる。
【００２３】
具体的には、マトリックス樹脂の硬さはＪＩＳ Ａ硬度（ＪＩＳ Ｋ６３０１）で１０〜１００が好ましく、１５〜５０がより好ましい。ＪＩＳ Ａ硬度で１０未満の場合には、マトリックス樹脂が軟らかくなり過ぎて、ノイズの検出が大きくなって好ましくない。一方、ＪＩＳ Ａ硬度が１００を越える場合には、マトリックス樹脂が硬くなり過ぎて、圧力の伝播性が悪く、検出感度が低下する。
【００２４】
次に、前記マトリックス樹脂にはコイル状炭素繊維が分散されるが、そのコイル状炭素繊維としては一重巻きのコイル状炭素繊維、二重巻きのコイル状炭素繊維、超弾性コイル又はそれらの混合物等が用いられる。コイル状炭素繊維は伸縮性（弾力性）があり、その伸縮により電気特性であるインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化するため、それらの変化量に基づいて圧力を検出することができる。例えば、コイル状炭素繊維を伸ばすと上記Ｌ、Ｃ及びＲが増加し、収縮させるとＬ、Ｃ及びＲが減少する。具体的には、所定のコイル状炭素繊維を例えば４ｍｍ伸ばすと、Ｌは０．１ｍＨ増加し、Ｃは６００ｐＦ増加し、Ｒは４．５ｋΩ増加する。そして、コイル状炭素繊維を収縮させて元の長さに戻すと、Ｌ、Ｃ及びＲは元の値まで再現性良く戻る。
【００２５】
コイル状炭素繊維をマトリックス樹脂中に分散させたときには、外部から圧力が加わったとき、まずマトリックス樹脂が伸縮し、次いでコイル状炭素繊維が伸縮するため、マトリックス樹脂を介してコイル状炭素繊維に加わる圧力に基づいて前記Ｌ、Ｃ及びＲの値が変化する。
【００２６】
一重巻きのコイル状炭素繊維としては、１本のコイルの直径が０．０１〜５０μｍ、コイルのピッチが０．０１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。製造の容易性等の観点から、コイルの直径は０．１〜１０μｍであることがより好ましく、ピッチは０．１〜１０μｍであることがより好ましい。このコイル状炭素繊維は、一定の太さを有するコイルが一定のピッチ（間隔）をおいて一重巻きで螺旋状に延びるように形成されている。このため、一重巻きのコイル状炭素繊維は、弾力性に優れ、あらゆる方向からの圧力に対して容易に変形し、従ってあらゆる方向からの圧力を高感度で検出することができる。
【００２７】
一方、二重巻きのコイル状炭素繊維の場合には、２本のコイルが交互に密接した状態で螺旋状に延び、従って全体としてほぼ円筒状をなし、中心には空洞が形成されている。二重巻きのコイル状炭素繊維としては、直径が０．０１〜５０μｍ、ピッチがほぼ０及び長さが０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。二重巻きのコイル状炭素繊維は一重巻きのコイル状炭素繊維に比べて弾力性が乏しく、触圧を受けたときに変位しにくいという性質がある。
【００２８】
また、超弾性コイルはコイルの直径が大きく、線径が小さいものをいい、弾力性がより大きいコイルのことをいう。具体的には、超弾性コイルは、コイルの直径が５〜５０μｍ、コイルのピッチが０．１〜１０μｍ及びコイルの長さが０．３〜５ｍｍとなるように構成されている。なお、コイル状炭素繊維の巻き方向は、コイルの軸線を中心として時計方向（右巻き）又は反時計方向（左巻き）のいずれであってもよい。
【００２９】
コイル状炭素繊維の含有量は、マトリックス樹脂中に０．１〜５０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。この含有量が０．１質量％未満の場合には、マトリックス樹脂中におけるコイル状炭素繊維の割合が少なく、コイル状炭素繊維に基づく触覚センサ１０の感度が低下する。一方、含有量が５０質量％を越える場合には、マトリックス樹脂中におけるコイル状炭素繊維の割合が多くなり過ぎて硬くなり、触覚センサ１０の感度が低下するとともに、成形性等も悪くなる傾向を示す。
【００３０】
コイル状炭素繊維を配向させる場合には、コイル状炭素繊維をマトリックス樹脂中に添加、均一分散させた後、磁場〔例えば１〜１０テスラ（Ｔ）〕を、１〜１０時間程度照射することにより行われる。その場合、コイル状炭素繊維を触覚センサ１０の表面に直交するように配向させることが好ましい。このような配向により、圧力を受ける方向にコイル状炭素繊維が延び、圧力の検出を効果的に行うことができる。コイル状炭素繊維の分散及び配向状態は、顕微鏡により深さ方向の状態（画像処理像）から判断することができる。
【００３１】
前記コイル状炭素繊維の表面には、導電性を高めるために、金、銅等の金属薄膜を形成することにより、触覚センサ１０の感度及び安定性を向上させることができる。また、各層を形成するマトリックス樹脂中には、コイル状炭素繊維以外に気相成長繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノファイバー、炭素粉末、金属粉末、誘電体粉末、圧電体粉末等を配合することもできる。
【００３２】
前記マトリックス樹脂にコイル状炭素繊維を分散させる方法としては、次のような方法が採用される。
１）マトリックス樹脂にコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、脱泡し、鋳型に流し込み、その後プレス成形する方法。この方法は、マトリックス樹脂としてシリコーン樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３３】
２）マトリックス樹脂のペレットに可塑剤を添加した後、加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、マトリックス樹脂としてセプトン樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３４】
３）マトリックス樹脂を加熱溶融し、それにコイル状炭素繊維を添加し、撹拌して均一に分散させた後、鋳型に流し込み、加圧した後、冷却、固化する方法。この方法は、マトリックス樹脂としてゲル樹脂を用いる場合等に採用される。
【００３５】
前記マトリックス樹脂にコイル状炭素繊維が配合されて形成された触覚センサ１０においては、外部から圧力を受けると、マトリックス樹脂が伸縮して静電容量（Ｃ）が変化するとともに、コイル状炭素繊維が伸縮してインダクタンス（Ｌ）、静電容量（Ｃ）及び電気抵抗（Ｒ）が変化する。そして、両者が共振的に共鳴し、触覚センサ１０全体の電気特性が著しく変化して外部からの圧力を検出することができる。
【００３６】
さて、指紋型の触覚センサ１０を医療機器やロボットハンド等として用いる場合には、触覚センサ１０の表面に垂直方向、水平方向又は斜め方向から圧力が加えられる。このとき、触覚センサ１０の表面には指紋型の起伏１２が設けられ、その起伏１２は断面山型状をなし、あらゆる方向に延びていることから、触覚センサ１０の表面と直交する方向をはじめ、表面と平行な方向及び斜め方向からの圧力も受けやすくなっている。さらに、起伏１２の部分にはコイル状炭素繊維が存在していることから、起伏１２の表面で受けた圧力をコイル状炭素繊維で速やかに検出することができる。
【００３７】
すなわち、触覚センサ１０のマトリックス樹脂が圧力を吸収するとともに、マトリックス樹脂中に分散されているコイル状炭素繊維がマトリックス樹脂を介して変位（コイルが変位）する。この場合、触覚センサ１０のマトリックス樹脂は静電容量（Ｃ）成分として作用し、コイル状炭素繊維はＬＣＲ共振回路として作用し、従って機械力学的変動が電気的変動に変換される。このため、ＬＣＲ共振回路の電圧等が変動し、その変動がＬＣＲ測定装置で測定され、デジタルオシロスコープに表示される。よって、触覚センサ１０は、その表面に直交する方向をはじめ、表面と平行方向又は斜め方向からの微小な圧力を十分に検出することができる。
【００３８】
以上の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  実施形態の指紋型触覚センサ１０では、コイル状炭素繊維をマトリックス樹脂に分散させて形成され、表面に指紋型の起伏１２を有するように構成されている。指紋型の起伏１２は、あらゆる方向に延びていることから、指紋型触覚センサ１０の表面と直交する方向のほか、表面と平行な方向及び斜め方向からの圧力も容易に受け、十分に検出することができる。従って、特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を向上させることができる。よって、指紋型触覚センサ１０を医療機器用、ロボットハンド用等として好適に利用することができる。
【００３９】
・  また、指紋型の起伏１２の間隔１３を０．１〜３ｍｍ及び起伏１２の深さ１４を０．０１〜３ｍｍに設定することにより、圧力の検出に足る起伏１２の間隔１３と深さ１４とを有していることから、特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を十分に発揮させることができる。
【００４０】
・  さらに、触覚センサ１０の表面の粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍに設定することにより、表面の凹凸が触圧の検出に十分であることから、特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を一層向上させることができる。
【００４１】
・  加えて、コイル状炭素繊維を触覚センサ１０の表面に直交するように配向することにより、触覚センサ１０の表面に直交方向から加わる圧力等に対する感度を効果的に向上させることができる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例及び比較例を挙げて、前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
（鋳型の作製）
１）一本の指先の指紋又は多数本の指先の指紋を紙にインクを用いて転写し、それを等倍又は適宜の倍率に拡大して下絵とした。
【００４３】
２）１）で得られた下絵をいろいろな倍率に拡大して下絵とした。
これらの下絵の上に、鋳型作成用ガラス（厚さ５〜１０ｍｍ）を載せ、顕微鏡下で、微小グラインダーを用いて下絵のパターンにあわせて彫った。溝の深さは顕微鏡で観察し、測定した。
【００４４】
３）市販の種々の粒度の研磨紙を鋳型とした。
プラスチック製枠を作製し、これを上記手順で作製した鋳型の上に接着剤で固定した。
（指紋型触覚センサ１０の作製）
シリコーン樹脂をマトリックス樹脂とする場合、主剤及び硬化剤の混合液を遠心混合脱泡機を用いて十分に混合し、これに所定量のコイル状炭素繊維を添加し、再度十分に混合、分散、脱泡させた。それを上記の鋳型に流し込み、プレス後、８時間放置して硬化させた。鋳型はガラス製で、縦２０ｍｍ、横３０ｍｍの大きさで、深さは０．１〜３ｍｍとし、種々の厚さの指紋型触覚センサ１０を作製した。コイルの長さは、特に断らない限り５０〜９０μｍのものを用いた。触覚センサ１０中でのコイルの分散、配向状態は、顕微鏡下で深さ方向の画像処理像から判断した。
（コイルの配向法）
上記で、混合液を鋳型に流し込んだ後、これを縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの２枚の白金電極間にセットし、直流（ＤＣ）５０〜５０００Ｖを１〜５時間印加した。２００〜４０００Ｖを５時間印加するとコイル状炭素繊維は触覚センサ１０の表面にほぼ垂直に配向した。
（触覚センサ１０の特性評価法）
センサ特性として、触覚センサ１０に応力を加えた際の電気特性（Ｌ:インダクタンス、Ｃ:キャパシタンス、Ｒ:レジスタンス）の変化量を測定した。測定にはアジレントテクノロジー社の精密インピーダンスアナライザー、E-4991A)を用いた。電極間距離は２．５ｍｍ、触覚センサ１０の標準寸法は、縦２０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの長方形とした。
【００４５】
応力は直径３ｍｍの木製棒で触覚センサ１０の表面に垂直に加えた。微小応力の場合には、微小分銅を用い、これを触覚センサ１０の上に置いて荷重をかけた。いずれの場合も、印加応力の大きさは電子天秤で測定した。応力角度は、最大で触覚センサ１０の表面に水平に印加（すなわち、こすりつけるように）した。ここで、図４に示すように、水平方向に対しては、直径２０〜２００ｍｍのブラシ１９を用い、これを一定速度（１０〜５０ｒｐｍ）で回転させ、触覚センサ１０表面に平行に擦るように断続的に力を加えた。ブラシ１９による水平方向への応力（すべり応力）の値は、電子天秤の下のジャッキを上下し、ブラシ１９と触覚センサ１０表面が接触する程度を変化させることにより、電子天秤で測定した。
（実施例１）
（指紋１型）：人間の指紋とほぼ同じ大きさであり、指紋１１の起伏１２の間隔（起伏１２を形成する突起間の間隔）は０．２〜０．３ｍｍ、起伏１２の深さ（起伏１２を形成する溝の深さ）は０．０５〜０．１ｍｍである。単一の指紋を約６個同じ方向に配列したものである。シリコーン樹脂（信越化学、KE103、ＪＩＳ Ａ硬度：１６）中にコイル状炭素繊維を５質量％添加して得た指紋１型の触覚センサ１０の表面にほぼ平行方向に、ナイロン製のブラシ１９（直径３０ｍｍ）を用い、２０ｒｐｍの回転速度で回転しながら、ＬＣＲパラメータを測定した。平均荷重は９．８ｍＮ（１ｇｆ）とした。コイル状炭素繊維はマトリックス中に３次元的に均一に分散していた。しかし、コイル状炭素繊維同士はマトリックス中で相互に接触しておらず、パーコレーション構造(電気的接触)はとっていない。ＬＣＲのいずれの成分も水平方向へ応力(すべり応力、ずり応力)を印加すると、鋭い信号(ピーク)が観察され、図３（ａ）に示すように、Ｌ成分は約１０ｍＨ増加し、図３（ｂ）に示すように、Ｃ成分は約１０ｐＦ増加し、図３（ｃ）に示すように、Ｒ成分は約１０ｋΩ減少した。
（比較例１）
通常の表面が平滑な触覚センサを用いた以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、指紋型の場合よりはるかに小さく（１／１００以下）、Ｌ成分は０．１ｍＨ増加し、Ｃ成分は０．０５ｐＦ増加し、Ｒ成分は１０Ω減少した。これらの値は、実施例１の指紋型触覚センサ１０の場合に比べて、１／１００〜１／４００に過ぎないものであった。
（実施例２）
直径１００ｍｍのナイロン製のブラシ１９を用いた以外は実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、実施例１とほぼ同一であった。
（実施例３）
直径２００ｍｍのナイロン製のブラシ１９を用いた以外は実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、実施例１とほぼ同一であった。
（実施例４）
触覚センサ１０の表面にほぼ平行方向に０．００９８ｍＮ（１ｍｇｆ）の応力を印加した以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、Ｌ成分は０．５ｍＨ、Ｃ成分は０．５ｐＦ、Ｒ成分は１００Ωであった。
（実施例５）
シリコーン樹脂の代わりに、かなり硬いセプトン樹脂(ポリスチレンをベースとしたエラストマー(クラレ(株)製、＃4055、ＪＩＳ Ａ硬度：７６)を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、Ｌ成分は３ｍＨ、Ｃ成分は３ｐＦ、Ｒ成分は１ｋΩであった。
（実施例６）
（指紋２型）：指紋１型を約２倍に拡大したもので、指紋１１の起伏１２の間隔１３は０．５〜０．７ｍｍ、起伏１２の深さ１４は０．１〜０．２ｍｍで、単一の指紋１１を約６個同じ方向に配列したものである。
【００４６】
指紋２型のコイル状炭素繊維を用いた以外は実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、指紋１型の場合より約２倍大きく、Ｌ成分は２０ｍＨ、Ｃ成分は１７ｐＦ、Ｒ成分は８ｋΩであった。
（実施例７）
（指紋３型）：指紋１型を約４倍に拡大したもので、指紋１１の起伏１２の間隔１３は１．０〜２．０ｍｍ、起伏１２の深さ１４は０．２〜０．５ｍｍで、単一の指紋１１を約６個同じ方向に配列したものである。
【００４７】
指紋３型のコイル状炭素繊維を用いた以外は実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、指紋１型の場合とほぼ同等で、Ｌ成分は１０ｍＨ、Ｃ成分は１０ｐＦ、Ｒ成分は５ｋΩであった。
（実施例８）
種々の番号の研磨用エメリー紙を鋳型として、指紋型の触覚センサ１０を作製した。この場合、表面には２次元方向に均等に凸凹のある粗い表面が形成されていた。この指紋型では、指紋１１の起伏１２を細かく切断された形であり、表面に均一な凸凹が形成されている。
【００４８】
（指紋４型）：起伏１２の深さ１４は、人間の指紋の起伏の深さにほぼ同じ大きさで、約０．０５〜０．１ｍｍ（ＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０２５〜０．０５ｍｍ）である。起伏１２の間隔１３は、人間の指紋の起伏の間隔にほぼ同じである。
【００４９】
（指紋５型）：起伏１２の深さ１４が、人間の指紋の起伏の深さの約３倍で、約０．１５〜０．３ｍｍ(算術平均粗さＲａが０．０７５〜０．１５ｍｍ)である。起伏１２の間隔１３は、人間の指紋の起伏の間隔にほぼ同じである。
【００５０】
（指紋６型）：起伏１２の深さ１４が、人間の指紋の深さの約１０倍で、約０．５〜１．０ｍｍ(算術平均粗さＲａが０．２５〜０．５ｍｍ)である。起伏１２の間隔１３は、人間の指紋の間隔にほぼ同じである。
【００５１】
指紋４型を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、指紋１型の場合より小さく、Ｌ成分は５ｍＨ、Ｃ成分は５ｐＦ、Ｒ成分は２ｋΩであった。
（実施例９）
指紋５型を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、指紋１型の場合より小さく、Ｌ成分は７ｍＨ、Ｃ成分は７ｐＦ、Ｒ成分は３ｋΩであった。
（実施例１０）
指紋６型を用いた以外は、実施例１と同様に実施した。ＬＣＲパラメータの変化量は、指紋１型の場合より小さく、Ｌ成分は２ｍＨ、Ｃ成分は５ｐＦ、Ｒ成分は５００Ωであった。しかし、これらの値は、平滑な表面の触覚センサ１０の場合（Ｌ成分は０．１ｍＨ増加し、Ｃ成分は０．０５ｐＦ増加し、Ｒ成分は１０Ω減少）に比べて、２０〜１００倍高い値であった。
【００５２】
なお、前記実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。
・  コイル状炭素繊維を触覚センサ１０の表面に平行方向又は斜め方向に配向させ、表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を一層向上させるように構成することができる。
【００５３】
・  触覚センサ１０として、起伏１２の間隔１３が０．１〜３ｍｍ及び起伏１２の深さ１４が０．０１〜３ｍｍであり、かつ表面の粗さがＪＩＳ Ｂ０６０１に規定される算術平均粗さ（Ｒａ）として０．００５〜２ｍｍであるように構成することもできる。
【００５４】
・  マトリックス樹脂として、硬さの異なる複数の樹脂を組合せて使用し、硬さを調整することもできる。例えば、指紋型触覚センサ１０の表面側が軟らかく、内部側が硬くなるようにして表面からの圧力の吸収を良くするとともに、内部で機械的強度を保持するように構成することもできる。
【００５５】
・  コイル状炭素繊維として一重巻きのコイル状炭素繊維を指紋型触覚センサ１０の表面側に配合し、二重巻きのコイル状炭素繊維を内部側に配合することもできる。この場合、特に指紋型触覚センサ１０の表面側で圧力を十分に検出することができ、検出感度を高めることができる。
【００５６】
・  コイル状炭素繊維の配合量を指紋型触覚センサ１０の表面側と内部側とで変えることもできる。
・  コイル状炭素繊維として、長さ、コイルの直径、線径等の異なるものを配合することもできる。
【００５７】
・  コイル状炭素繊維として一重巻きのコイル状炭素繊維と二重巻きのコイル状炭素繊維とを混合して使用することもできる。
さらに、前記実施形態又は実施例より把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００５８】
・  前記起伏は断面山型状に連なるものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の指紋型触覚センサ。このように構成した場合、触覚センサの特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を一層向上させることができる。
【００５９】
・  前記起伏は断面山型状に連なるとともに、中間部分に溝が繰り返し設けられているものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の指紋型触覚センサ。このように構成した場合、触覚センサの特に表面と平行方向又は斜め方向からの圧力に対する検出感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）は実施形態における指紋型触覚センサの表面を示す概略平面図、（ｂ）は指紋型触覚センサの表面を拡大して示す概略平面図、（ｃ）は指紋型触覚センサの表面を横から見た状態を示す概略側面図。
【図２】指紋型触覚センサの表面を模式的に示す断面図。
【図３】（ａ）はインダクタンス（Ｌ成分）と時間との関係を示すグラフ、（ｂ）は静電容量（Ｃ成分）と時間との関係を示すグラフ、（ｃ）は電気抵抗（Ｒ成分）と時間との関係を示すグラフ。
【図４】（ａ）は指紋型触覚センサの表面に平行な方向の圧力に対する検出感度を測定するための検出装置を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図。
【符号の説明】
【００６１】
１０…指紋型触覚センサ、１１…指紋、１２…起伏、１３…間隔、１４…深さ。
【図１】
2006208055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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