(57)【要約】【課題】簡単な構成のもとに感圧分布を高い分解能で検出する。【解決手段】フレキシブルプリント基板１２上の複数の位置に感圧センサ素子１１を配置した第１センサユニット１と、フレキシブルプリント基板２２上の複数の位置に感圧センサ素子２１を配置した第２センサユニット２２とが多層構造で配置された多層型触覚センサにおいて、第１センサユニット１の感圧検出不能領域に第２センサユニット２の感圧検出領域が位置するとともに、第１センサユニット１の感圧検出領域と第２センサユニット２の感圧検出領域の一部分が重なり合うように、第２センサユニット２を第１センサユニット１に対してずらして配置することで、感圧検出領域の拡大と感圧分布の分解能を向上を図る。【選択図】図１
2006038480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルプリント基板上の複数の位置に感圧センサ素子を配置した第１センサユニットと、フレキシブルプリント基板上の複数の位置に感圧センサ素子を配置した第２センサユニットとが多層構造で配置された多層型触覚センサであって、前記第１センサユニットの感圧検出不能領域に前記第２センサユニットの感圧検出領域が位置し、かつ、前記第１センサユニットの感圧検出領域と前記第２センサユニットの感圧検出領域の一部分が重なり合うように、前記第２センサユニットが前記第１センサユニットに対してずらして配置されていることを特徴とする多層型触覚センサ。
【請求項２】
前記第２センサユニットが前記第１センサユニットと同じ構造であることを特徴とする請求項１記載の多層型触覚センサ。
【請求項３】
１枚のフレキシブルプリント基板の上部に感圧センサ素子を配置することにより前記第１センサユニットが形成されているとともに、その１枚のフレキシブル基板の下部に感圧センサ素子を配置することにより前記第２センサユニットが形成されていることを特徴とする請求項１記載の多層型触覚センサ。
【請求項４】
前記第１センサユニット及び第２センサユニットにそれぞれ１枚のシート状感圧センサ素子が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の多層型触覚センサ。
【請求項５】
前記１枚のフレキシブルプリント基板の上部と下部にそれぞれ１枚のシート状感圧センサ素子が配置されていることを特徴とする請求項３または４記載の多層型触覚センサ。
【請求項６】
前記１枚のシート状感圧センサ素子の上部と下部にそれぞれフレキシブルプリント基板が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多層型触覚センサ。
【請求項７】
上層部に複数のＸラインの電極パターンが形成されたフレキシブルプリント基板が配置され、中間部にシート状感圧センサ素子が配置され、下層部に複数のＹラインの電極パターンが形成されたフレキシブルプリント基板が配置されてなるマトリクス型感圧センサを第１センサユニットとし、前記第１センサユニットと同じ構造のものを第２センサユニットとして、それら第１センサユニットと第２センサユニットとを多層構造で配置するとともに、前記第１センサユニットの感圧検出不能な領域に前記第２センサユニットの感圧検出領域が位置し、かつ、前記第１センサユニットの感圧検出領域と第２センサユニットの感圧検出領域が一部分が重なり合うように、前記第２センサユニットを前記第１センサユニットに対してずらして配置していることを特徴とする多層型触覚センサ。
【請求項８】
前記感圧センサ素子の検出領域が円形であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多層型触覚センサ。
【請求項９】
前記感圧センサ素子の検出領域が多角形であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の多層型触覚センサ。
【請求項１０】
前記第１センサユニットの感圧センサ素子の検出感度と前記第２センサユニットの感圧センサ素子の検出感度とが異なることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の多層型触覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に押し当てたときの感圧検出と圧力分布とを検出する触覚センサに関し、特に多層型触覚センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の単体の触覚センサの代表的な構造を図１４に示す。
【０００３】
図１４に示す触覚センサは、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）８０２上に感圧ゴム等の感圧センサ素子８０１を配置し、その上に感圧センサ素子８０１を保護するための保護シート８０４を積層するとともに、フレキシブルプリント基板８０２と感圧センサ素子８０１との間にセンサ用電極８０３ａ，８０３ｂを配置した構造となっている。なお、センサ用電極８０３ａ，８０３ｂは、圧力がかからない初期状態では、感圧センサ素子８０１と接触しない状態となるように、わずかな隙間をあけて配置されている。
【０００４】
このような触覚センサの動作原理を説明する。まず、触覚センサに対して圧力検出方向Ｚの押し圧の力が加わると、保護シート８０４及び感圧センサ素子８０１が変形し、センサ用電極８０３ａ，８０３ｂに接触する。ここで、感圧ゴム等の感圧センサ素子８０１は圧力が加わると抵抗値が変化する特性があり、従って、センサ用電極８０３ａ，８０３ｂ間の抵抗値を測定することにより、触覚センサにかかる圧力を検出することができる。また、このような触覚センサを複数配置することにより、平面上の感圧分布を検出することが可能となる。なお、この原理を利用してデジタル的に２値化し、触覚センサをスイッチとして利用している応用例として、テレビ等のリモコンに広く利用されている。
【０００５】
一方、従来の触覚センサの別構造として、図１５に示すようなマトリクス型触覚センサがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図１５に示すマトリクス型触覚センサは、上層部に、複数のＸラインの配線パターン８１３ａ〜８１３ｃとその各配線パターン８１３ａ〜８１３ｃ上に配置された電極パターン８１４ａ〜８１４ｄを有するフレキシブルプリント基板８１２が配置され、下層部に、複数のＹラインの配線パターン８２３ａ〜８２３ｄとその各配線パターン８２３ａ〜８２３ｄ上に配置された電極パターン８２４ａ〜８２４ｃを有するフレキシブルプリント基板８２２が配置されており、さらに、それら上下のフレキシブルプリント基板８１２とフレキシブルプリント基板８２２との間にシート状感圧センサ素子８１１が挟み込まれた構造となっている。なお、電極パターン８１４ａ〜８１４ｄと電極パターン８２４ａ〜８２４ｃは、シート状感圧センサ素子８１１と接触できるように各フレキシブルプリント基板８１２，８２２の面方向に配置されている。
【０００７】
以上の構造のマトリクス型接触センサの動作原理を説明する。まず、上層部のフレキシブルプリント基板８１２のＸラインの複数の配線パターン８１３ａ〜８１３ｃのうちの１つの電線パターン、例えば電線パターン８１３ａに電圧を印加した状態で、電極パターン８１４ａ〜８１４ｄ上に圧力を加えると、感圧センサ素子８１１を通して下層部のフレキシブルプリント基板８２２の配線パターン８２３ａ〜８２３ｄ上に配置された電極パターン８２４ａ〜８２４ｃに接触する。このとき、各分部に加えられた圧力に応じて感圧センサ素子８１１の抵抗値が変化するため、電線パターン８２３ａ〜８２３ｄの各々の電圧を測定することによりＸラインの感圧を検出することができる。同様に、電線パターン８１３ｂ及び８１３ｃについて電圧を印加して、電線パターン８２３ａ〜８２３ｄの各分部の電圧を測定すれば、センサ全体の感圧分布を検出することができる。
【特許文献１】特開昭６２−８０５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、被測定物に触覚センサを押し当てて各接触圧部分の分布圧を検出する場合、感圧センサ素子を平面上に複数配置し、その各感圧センサ素子で感圧を検出することで実現している。しかしながら、同一平面上に感圧センサ素子を複数配置した場合、各感圧センサ素子の配線パターンや各感圧センサ素子の取付け構造・形状から、各感圧センサ素子間を密接に配置することは難しく、各感圧センサ素子間の配置の隙間部分で感圧を検出できない領域が発生する。また、感圧センサ素子を小型化し、数多くのセンサ検出部を配置することにより、圧力分布の分解能を高める方法があるが、製造方法が難しくなる上、その製造方法の複雑さからコストアップの要因となる。
【０００９】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、感圧センサ素子の小型化などを行うことなく、簡単な構造のもとに検出分解能の向上を容易に実現することが可能な多層型触覚センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の多層型触覚センサは、フレキシブルプリント基板上の複数の位置に感圧センサ素子を配置した第１センサユニットと、フレキシブルプリント基板上の複数の位置に感圧センサ素子を配置した第２センサユニットとが多層構造で配置された多層型触覚センサであって、前記第１センサユニットの感圧検出不能領域に前記第２センサユニットの感圧検出領域が位置し、かつ、前記第１センサユニットの感圧検出領域と前記第２センサユニットの感圧検出領域の一部分が重なり合うように、前記第２センサユニットが前記第１センサユニットに対してずらして配置されていることを特徴としている。
【００１１】
この発明の多層型触覚センサによれば、第１センサユニットにおいて感圧検出不能な領域を第２センサユニットで検出することが可能となるので、検出不能領域を大幅に削減することができる。しかも、第１センサユニットと第２センサユニットとの感圧検出領域が重なっているので、第１センサユニットの感圧検出データと第２センサユニットの感圧検出データを合成することにより、感圧検出部を小型化することなく、感圧分布の検出分解能を向上させることができる。また、感圧検出部の小型化を行う必要がないので、従来の製造技術を用いて検出分解能の向上を容易に実現できる。
【００１２】
この発明の多層型触覚センサにおいて、第２センサユニットが第１センサユニットと同じ構造であることが好ましい。このように第１センサユニットと第２センサユニットとを同じ構造とすると、第１センサユニットと第２センサユニットとを単にずらして貼り合わせるだけで、上記したような効果を達成できるとともに、製造工程の簡略化とコストダウンを図ることができる。
【００１３】
この発明の多層型触覚センサにおいて、１枚のフレキシブルプリント基板の上部に感圧センサ素子を配置することにより第１センサユニットを形成するとともに、そのフレキシブルプリント基板の下部に感圧センサ素子を配置することにより第２センサユニットを形成するという構成を採用してもよい。このような構成を採用すると、同一構造のセンサユニットを２枚貼り合せる場合と比べてセンサユニットの厚みを薄くすることができる。また、１枚のフレキシブルプリント基板で感圧センサ素子の検出位置を特定しているため、センサユニットを２枚貼り合せるための位置決めが不要となる。
【００１４】
この発明の多層型触覚センサにおいて、第１センサユニット及び第２センサユニットにそれぞれ１枚のシート状感圧センサ素子を配置した構造としてもよい。このように、第１センサユニット及び第２センサユニットの感圧検出素子をそれぞれ１枚のシート状で配置することにより、単体の感圧センサ素子を複数配置する場合に比べて貼り合せ工程の簡素化を図ることができる。
【００１５】
この発明の多層型触覚センサにおいて、１枚のフレキシブルプリント基板の両面にそれぞれ１枚のシート状感圧センサ素子を配置しておいてもよい。このように、１枚のフレキシブルプリント基板の上部及び下部に感圧検出素子を各々１枚のシート状で配置することにより、製造工程をより一層簡素化することができる。また、この場合、１枚のシート状感圧センサ素子の上部と下部にそれぞれフレキシブルプリント基板を配置した構造とすれば、シート状感圧センサ素子を２枚使用する場合に比べ、薄型化を図ることができる。しかも、シート状感圧センサ素子が１枚であるので、２枚を用いる場合に比べ、感圧センサ素子のバラツキが少なく、相対的な経年変化量を抑えることができる。
【００１６】
本発明の多層型触覚センサは、上層部に複数のＸラインの電極パターンが形成されたフレキシブルプリント基板が配置され、中間部にシート状感圧センサ素子が配置され、下層部に複数のＹライン電極パターンが形成されたフレキシブルプリント基板が配置されてなるマトリクス型感圧センサを第１センサユニットとし、前記第１センサユニットと同じ構造のものを第２センサユニットとして、それら第１センサユニットと第２センサユニットとを多層構造で配置するとともに、第１センサユニットの感圧検出不能な領域に第２センサユニットの感圧検出領域が位置し、かつ、前記第１センサユニットの感圧検出領域と第２センサユニットの感圧検出領域の一部分が重なり合うように、第２センサユニットを前記第１センサユニットに対してずらして配置していることを特徴としている。
【００１７】
この発明の多層型触覚センサによれば、マトリクス型電極の特徴から、単体の感圧検出部を複数配置する場合に比べ、更に高密度の感圧分布を検出することができる。
【００１８】
本発明の多層型触覚センサにおいて、各感圧センサ素子の感圧検出領域を円形形状とすることが好ましい。検出領域を円形形状とすると、フレキシブルプリント基板の絶縁層（カバーレイ部）の孔加工がドリル等で加工できるため、他の形状に比べて製造加工を簡素化できる。
【００１９】
本発明の多層型触覚センサにおいて、各感圧センサ素子の感圧検出領域を多角形形状としてもよい。検出領域を多角形形状とすると、第１センサユニットと第２センサユニットの重なり合う部分の検出領域の特定と検出領域の重なり量の設定の各処理が円形形状に比べ容易となる。
【００２０】
本発明の多層型触覚センサにおいて、第１センサユニットの感圧検出感度と第２センサユニットとの感圧検出感度が異なるようにすると、第１センサユニットと第２センサユニットの感圧センサの感度を同等にしたり、第１センサユニットと第２センサユニットとが重なる部分と重ならない部分の感圧検出を強調して分離することが容易となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の多層型触覚センサによれば、第１センサユニットと第２センサユニットとを備え、その第１センサユニットの感圧検出不能領域に第２センサユニットの感圧検出領域が位置し、かつ、第１センサユニットの感圧検出領域と第２センサユニットの感圧検出領域の一部分が重なり合うように、第２センサユニットが第１センサユニットに対してずらして配置しているので、第１センサユニットにおいて感圧検出不能な領域を第２センサユニットで検出することができ、検出不能領域を大幅に削減できる。また、第１センサユニットと第２センサユニットとの検出領域が重なっているので、感圧検出部を小型化することなく、第１センサユニットの感圧検出データと第２センサユニットの感圧検出データを合成することにより、感圧分布の検出分解能を向上させることができ、また、従来の製造技術を用いることができる。
【００２２】
本発明の多層型触覚センサによれば、上層部に複数のＸラインの電極パターンが形成されたフレキシブルプリント基板を配置し、中間部にシート状感圧センサ素子を配置し、下層部に複数のＹライン電極パターンが形成されたフレキシブルプリント基板を配置したマトリクス型感圧センサを第１センサユニットとし、この第１センサユニットと同じ構造のものを第２センサユニットとしており、その第２センサユニットの感圧検出部が第１センサユニットの感圧検出不能な領域に位置し、かつ、第１センサユニットの感圧検出領域と第２センサユニットの感圧検出領域が重なり合うように、第２センサユニットを第１センサユニットに対してずらして配置しているので、マトリクス型電極の特徴から、単体の感圧検出部を複数配置する場合に比べ、更に高密度の感圧分布を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施例１＞
まず、上述したように、同一平面状に感圧センサ素子を複数配置した場合、各感圧センサ素子の配線パターンや感圧センサ素子の取付け構造・形状から、各感圧センサ素子間を密接に配置することは難しく、各感圧センサ素子間の隙間部分で感圧を検出できない領域が発生する。つまり、センサ検出範囲を円形形状とした場合、図２に示すように、実線円の領域Ａ１ａ，Ａ１ｂ，Ａ１ｃのみでしか感圧検出が行えず、検出不能領域が多数発生する。本発明は、そのような課題を解決するためになされたもので、従来の製造技術を用いて検出不能領域の大幅な削減と感圧分布の検出分解能の向上を図っている。
【００２５】
その具体的な例を図１に示す。図１は本発明の多層型触覚センサの一例を模式的に示す断面図である。
【００２６】
この例の多層型触覚センサＳ１は、第１センサユニット１、第２センサユニット２及び保護シート３などを備えている。
【００２７】
第１センサユニット１は、感圧センサ素子１１・・１１、フレキシブルプリント基板１２及び感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂ・・１３ａ，１３ｂ等の電極などによって構成されている。フレキシブルプリント基板１２には、各感圧検出位置に対応する部分に凹部１２ａが形成されており、その各凹部１２ａにそれぞれ感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂ等の電極が配置されている。各感圧センサ素子１１は、感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂ上に所定の間隔をあけて対向した状態で配置されている。
【００２８】
これら感圧センサ素子１１と感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂの配置に関して説明すると、感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂは、フレキシブルプリント基板１２の絶縁層が形成されていない凹部１２ａに配置され、感圧センサ素子１１に圧力が加わらない初期状態では、各感圧センサ素子１１との間にわずかな隙間が形成されるように配置されている。なお、第１センサユニット１の感圧センサ素子１１の上部にはセンサ保護用の保護シート３が配置されている。
【００２９】
第２センサユニット２は、感圧センサ素子２１・・２１、フレキシブルプリント基板２２及び感圧センサ用電極２３ａ，２３ｂ・・２３ａ，２３ｂ等の電極などによって構成されている。フレキシブルプリント基板２２には、各感圧検出位置に対応する部分に凹部２２ａが形成されており、その各凹部２２ａにそれぞれ感圧センサ用電極２３ａ，２３ｂ等の電極が配置されている。各感圧センサ素子２１は、感圧センサ用電極２３ａ，２３ｂ上に所定の間隔をあけて対向した状態で配置されている。
【００３０】
これら感圧センサ素子２１と感圧センサ用電極２３ａ，２３ｂの配置に関して説明すると、感圧センサ用電極２３ａ，２３ｂは、フレキシブルプリント基板２２の絶縁層が形成されていない凹部２２ａに配置され、各感圧センサ素子２１に圧力が加わらない初期状態では、各感圧センサ素子２１との間にわずかな隙間が形成されるように配置されている。
【００３１】
なお、この例で使用する感圧センサ素子１１・・１１及び感圧センサ素子２１・・２１の代表例としては、感圧ゴムのようにセンサ素子部分に圧力を加えて押し当てると抵抗値が変化するものを挙げることができる。
【００３２】
そして、以上の構造の第１センサユニット１及び第２センサユニット２の各感圧検出範囲は、それぞれ、感圧センサ素子１１・・１１及び感圧センサ素子２１・・２１を配置した領域となるが、この例では、第１センサユニットと第２センサユニットに単純に積層するのではなく、図１のように第１センサユニット１で感圧が検出されない領域（感圧検出不能な領域）に第２センサユニット２の感圧センサ素子２１・・２１を配置するとともに、第１センサユニット１の感圧センサ素子１１・・１１の感圧検出範囲と第２センサユニット２の感圧センサ素子２１・・２１の感圧検出範囲の一部分が重なり合うように、第２センサユニット２を第１センサユニット１に対してずらして配置することで、検出不能領域の大幅な削減と感圧分布の検出分解能の向上を図っている点に特徴がある。その具体的な構成を図２を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、図２において、実線円の領域Ａ１ａ〜Ａ１ｄ等は、感圧センサ素子の検出範囲が円形形状である場合の第１センサユニット１の各感圧検出部の検出範囲を示しており、斜線円の領域Ａ２ａ〜Ａ２ｆ等は、第２センサユニット２の各感圧検出部の検出範囲を示している。この図２に示すように、第１センサユニット１の感圧検出範囲（実線円の領域Ａ１ａ〜Ａ１ｄ等）では検出が不能な領域を、第２センサユニット２の感圧検出範囲（斜線円）で補完するように第２センサユニット２を第１センサユニット１に対してずらした位置に配置することで、検出不能領域を削減することができる。
【００３４】
次に、第１センサユニット１の領域Ａ１ｄの感圧検出部に注目してみると、第２センサユニット２の領域Ａ２ｂ，Ａ２ｃ，Ａ２ｅ，Ａ２ｆの各感圧検出部と重なる部分が形成され、領域Ａ１ｄの感圧検出部は、領域Ａ２０ａ〜Ａ２０ｅの５つの領域に分割される。つまり、領域Ａ１ｄと領域Ａ２ｂ，Ａ２ｃ，Ａ２ｅ，Ａ２ｆの感圧検出部のセンサ出力を合成することにより、最低でも５つの感圧分布を検出することが可能となる。また、各々の領域計算を更に最適化することにより、Ａ２０ａの領域を更に５つの領域に分割して合計９つの領域、つまり、３×３の領域として検出することが可能となる。
【００３５】
以上のことから、第１センサユニット１と第２センサユニット２の検出領域が重なる構造を採用することにより、感圧検出部を小型化しなくても、第１センサユニット１の感圧検出データと第２センサユニット２の感圧検出データを合成することにより、感圧分布の検出分解能を向上させることができる。また、従来の製造技術を用いて分解能の向上を実現することできる。
【００３６】
なお、以上の実施例では、２層構造の実施例を記載したが、原理的には３層以上の構造であっても実施可能である。
【００３７】
ここで、図１の構造では、感圧検出部の数などが異なる第１センサユニット１と第２センサユニット２を用いているが、本発明はこれに限れることなく、図１に示す感圧センサ素子１１・・１１、フレキシブルプリント基板１２及び感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂ・・１３ａ，１３ｂ等の電極などによって１つのセンサユニットとして構成し、そのセンサユニットを２組使用してそれぞれを上層部の第１センサユニットと下層部の第２センサユニットとし、それら２つのセンサユニットを、検出不能領域を単純に補完するようにずらして積層配置するという構造を採用してもよい。
【００３８】
このような構造を採ると、感圧分布の検出分解能を向上させることができ、また、従来の製造技術を用いて分解能の向上を実現することできるという効果に加えて、センサユニットを単純に貼り合せて製作することができるので、製造工程の簡略化と設計・製造費のコストダウンを図ることができるという効果を達成できる。
【００３９】
＜実施例２＞
図３は本発明の多層型触覚センサの他の例を模式的に示す断面図である。
【００４０】
この例の多層型触覚センサＳ２は、第１センサユニット１０１と第２センサユニット１０２の基板を１枚のフレキシブルプリント基板１１０で共用した点に特徴がある。
【００４１】
具体的には、１枚のフレキシブプリント基板１１０の上部に、各感圧検出位置に対応する部分に凹部１１０ａが形成されている。各凹部１１０ａにはそれぞれ第１センサユニット１０１の感圧センサ用電極１１３ａ，１１３ｂ等の電極が配置されており、その感圧センサ用電極１１３ａ，１１３ｂに感圧センサ素子１１１が所定の間隔をあけて対向した状態で配置されている。さらに、１枚のフレキシブルプリント基板１１０には下部にも凹部１１０ｂが各感圧検出位置に対応する部分に形成されている。各凹部１１０ｂにはそれぞれ第２センサユニット１０２の感圧センサ用電極１２３ａ，１２３ｂ等の電極が配置されており、その感圧センサ用電極１２３ａ，１２３ｂに感圧センサ素子１２１が所定の間隔をあけて対向した状態で配置されている。なお、第１センサユニット１０１の感圧センサ素子１１１の上部にセンサ保護用の保護シート１３１が配置されており、第２センサユニット１０２の感圧センサ素子１２１の下部にセンサ保護用の保護シート１３３が配置されている。
【００４２】
そして、この例においても、第１センサユニット１０１と第２センサユニット１０２との感圧検出部が、各々のセンサユニット１０１，１０２で互いに検出不能な領域を補完する位置に配置されている。従って、この例の多層型触覚センサＳ２によれば、同一構造のセンサユニットを単純に２枚貼り合せる場合と比べて、センサユニットの厚みを薄くすることができる。しかも、１枚のフレキシブルプリント基板でセンサの検出位置を特定しているので、センサユニットを２枚貼り合せる場合に必要な位置決めが不要となる。
【００４３】
＜実施例３＞
図４は本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【００４４】
この例の多層型触覚センサＳ３は、前記した図１の構造において、複数の感圧センサ素子１１・・１１、及び、複数の感圧センサ素子２１・・２１に替えて、それぞれ、シート状感圧センサ素子２１１及びシート状感圧センサ素子２２１を配置して、第１センサユニット２０１と第２センサユニット２０２を構成した点に特徴がある。それ以外の構造は、図１の多層型触覚センサＳ１と同じである。この例のように、シート状感圧センサ素子２１１，２２１を配置する構造とすることで、単体の感圧センサ素子を複数配置する場合と比べて、貼り合せ工程の簡素化を図ることができる。
【００４５】
＜実施例４＞
図５は本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【００４６】
この例の多層型触覚センサＳ４は、前記した図３の構造において、複数の感圧センサ素子１１１・・１１１、及び、複数の感圧センサ素子１２１・・１２１に替えて、それぞれ、シート状感圧センサ素子３１１及びシート状感圧センサ素子３２１を配置して、第１センサユニット３０１と第２センサユニット３０２を構成した点に特徴がある。それ以外の構造は、図３の多層型触覚センサＳ２と同じである。この例のように、シート状感圧センサ素子３１１，３２１を配置する構造とすることで、単体の感圧センサ素子を複数配置する場合と比べて、貼り合せ工程の簡素化を図ることができる。
【００４７】
＜実施例５＞
図６は本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【００４８】
この例の多層型触覚センサＳ５は、第１センサユニット４０１と第２センサユニット４０２の感圧センサ素子を、１枚のシート状感圧センサ素子４１１で共用した点に特徴がある。具体的には、１枚のシート状感圧センサ素子４１１の上層部に、図１に示した構成のプリント配線基板１２を、感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂを下方に向けて配置するとともに、その１枚のシート状感圧センサ素子４１１の下層部に、図１に示した構成のプリント配線基板２２を、感圧センサ用電極２３ａ，２３ｂを上方に向けて配置している点に特徴がある。
【００４９】
このように、上層部に感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂ等の電極を有するフレキシブルプリント基板１２、中間部に１枚のシート状感圧センサ素子４１１、下層部に感圧センサ用電極１３ａ，１３ｂ等の電極を有するフレキシブルプリント基板１２を配置した構造とすることにより、シート状感圧センサ素子を２枚使用する場合と比べて、薄型化を図ることができる。しかも、シート状感圧センサ素子を１枚とすることにより、２枚のシート状感圧センサ素子を用いる場合と比べて、感圧センサ素子のバラツキが少なくなり、相対的な経年変化量を抑えることができる。
【００５０】
＜実施例６＞
図７は本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【００５１】
この例の多層型触覚センサＳ６は、上層部に、複数のＸラインの配線パターン５１３ａ〜５１３ｃとその各配線パターン５１３ａ〜５１３ｃ上に配置された電極パターン５１４ａ〜５１４ｄを有するフレキシブルプリント基板５１２が配置され、中間部に、シート状感圧センサ素子５１１が配置され、下層部に、配線パターン５２３ａ〜５２３ｄとその各配線パターン５２３ａ〜５２３ｄ上に配置された電極パターン５２４ａ〜５２４ｃを有するフレキシブルプリント基板５２２が配置されてなるマトリクス型感圧センサを第１センサユニット５０１とし、この第１センサユニット５０１と同じ構造のものを第２センサユニット５０２として、それら第１センサユニット５０１と第２センサユニット５０２とを多層構造で配置している。そして、第２センサユニット５０２を第１センサユニット５０１の感圧検出不能な領域に配置するとともに、第１センサユニット５０１の感圧検出領域と第２センサユニット５０２の感圧検出領域が重なり合うように、第２センサユニット５０２を第１センサユニット５０１に対してずらして配置している点に特徴がある。
【００５２】
この例の多層型触覚センサＳ６によれば、マトリクス型電極の特徴から、単体の感圧検出部を複数配置する場合に比べ、更に高密度の感圧分布を検出することができる。
【００５３】
なお、第１センサユニット５０１及び第２センサユニット５０２は、それぞれ図１５に示したマトリクス型感圧センサと基本的に同様な構造であり、上述した動作原理によりセンサ全体の感圧分布を検出することができる。
【００５４】
＜他の実施例＞
本発明において、第１センサユニットと第２センサユニットの各感圧検出部の形状は、特に限定されないが、図２に示すように、各感圧検出部を円形形状とすると、感圧センサを製造する際の加工性が良好となる。その理由を以下に説明する。
【００５５】
まず、一般に使用されている両面タイプのフレキシブルプリント基板の場合、例えば図８に示すように、ポリイミド１６０を中心として上層部と下層部が対称形状となり、その上層部のみの構造を説明すると、中心部のポリイミド１６０、接着剤１６３ａ、銅箔等の配線パターン１６４ａ，１６４ｂ、及び、カバーレイと称される絶縁層１６２ａ，１６２ｂによって構成されている。また、図８の上部中心部に示すように、配線パターン１６４ａ，１６４ｂのうち、絶縁層１６２ａ，１６２ｂに覆われていない部分は、センサ用の電極パターン６１ａ，６１ｂとして利用される。ここで、電極パターン１６１ａ，１６１ｂを絶縁層１６２ａ，１６２ｂから露出させるためには、電極パターン部分周辺の絶縁層１６２ａ，１６２ｂを孔加工する必要がある。通常、孔加工する方法として、孔加工用の金型を押付けてあける方法と、工作機械のドリル加工によりあける方法があるが、後者の方が安価で簡単に行うことができる。
【００５６】
以上のことから、各感圧センサ素子での検出領域を円形形状にすることにより、フレキシブルプリント基板の絶縁層の孔加工をドリル等で行うことが可能になるので、他の形状に比べ製造加工が簡素化できる。
【００５７】
また、感圧検出部の形状の他の例として、多角形形状を挙げることができる。特に、図９に示すように、感圧検出部の検出領域Ａ１１ａ〜Ａ１１ｃ，Ａ１２ａ〜Ａ１２ｄを正方形とすると、センサ検出領域の形状を自由に設定することができるため、円形形状に比べ第１センサユニットと第２センサユニットの感圧検出不能領域をより少なくすることができる。さらに、第１センサユニットと第２センサユニットの検出領域の重なり量を設定しやすくなって、重なり合う部分の検出領域の特定が円形形状に比べ容易となる。
【００５８】
なお、２層構造のセンサユニットを想定した場合、各感圧検出部の重なり量としては、５％〜２５％程度を想定することができるが、第１センサユニットと第２センサユニットの５つの領域、つまり、図９の領域Ａ２１ａ〜Ａ２１ｅにおける約２０％の重なりの場合と、Ａ２１ａの領域を、更に５つ分の領域と考えた合計９つの領域の場合、つまり約１１％前後の重なりがある場合、適切な感圧分布を検出することが容易となる。
【００５９】
また、本発明において、第１センサユニットの感圧検出感度と第２センサユニットの感圧検出感度とが異なるようにすると、次のようの効果を得ることができる。
【００６０】
すなわち、第２センサユニットは、通常、第１センサユニットよりも下層部に配置されるため、第２センサユニットの感圧検出が低下する可能性があるが、これを補正する手段として、第２センサユニットの検出感度を第１センサユニットよりも高くするという方法を採ることにより、センサユニットのどの位置であっても同一の感圧分布を検出することができる。また、逆に、センサ感度を大きく差をつけることにより、第１センサユニットと第２センサユニットとが重なる部分と重ならない部分の感圧検出を強調して分離することも可能となる。
【００６１】
ここで、本発明の多層型触覚センサＳ１〜Ｓ６等は、具体的には、複数の指機構部で物体の把持を行うロボットハンドの指機構部や指先部等に用いることができる。
【００６２】
人の手と同様の構造を有するロボットハンドは、手のひらに相当するベースに複数の指機構部が装着され、その各指機構部は複数の関節部を介して複数のフレーム部を順次連結させて構成されている。そして、各関節部を作動させるアクチュエータが、適宜の箇所に設けられている。このようなロボットハンドは、複数の指機構部で物体の把持を行うだけでなく、本発明の多層型触覚センサＳ１〜Ｓ６等を搭載することで、硬度・材質・形状等の異なる多種多様な物体の把持を実現することができる。
【００６３】
図１０〜図１３は、ロボットハンドの一例を示しており、図１０はロボットハンドを手の甲側から見た平面図（上面図）、図１１は親指側から見た側面図、図１２は小指側から見た側面図、図１３は手のひら側から見た平面図（下面図）である。
【００６４】
ロボットハンドは、手のひらに相当するベース７０１と、ベース７０１に装着されている複数本（この例では人間の指と同じ５本）の指機構部７０２，７０３，７０４，７０５，７０６と、各指機構部７０２，７０３，７０４，７０５，７０６を駆動する駆動部とを備えている。駆動部は、アクチュエータとしての複数のモータと、各モータの駆動力を指機構部７０２，７０３，７０４，７０５，７０６に伝達する動力伝達部としてワイヤー（図示せず）とを備えている。
【００６５】
駆動部であるモータは、ベース７０１部分において３平面に納められている。第１の平面上に親指用指機構部７０２を駆動する親指用モータ７１２，７１３，７１４が配置されており、第２の平面上に人差指用指機構部７０３を駆動する人差指用モータ７１６，７１７，７１８と、薬指用指機構部７０４及び小指用指機構部７０５を駆動する薬指・小指用モータ７２１とが配置されている。また、第３平面上に、親指用指機構部７０２を手のひらと平行に駆動するモータ７１１と、人差指用指機構部７０３を手のひらと平行に駆動するモータ７１５とが配置されているとともに、中指用指機構部７０４を駆動する中指用モータ７１９，７２０が配置されている。
【００６６】
各指機構部７０２，７０３，７０４，７０５，７０６は、３つの関節部７２３，７２４，７２５と、この関節部７２３，７２４，７２５によって連結された２つのフレーム部７２６，７２７及び１つの指先部７２８とからなり、各関節部７２３，７２４，７２５はそれぞれ上記の対応するモータで駆動される。
【００６７】
このような構造のロボットハンドにおいて、本発明の多層型触覚センサＳ１〜Ｓ６等を各指機構部７０２，７０３，７０４，７０５，７０６のフレーム部７２６，７２７及び指先部７２８などに装着することで、硬度・材質・形状などが異なる多種多様な物体のスムーズな把持が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の多層型触覚センサは、感圧分布を高い分解能で検出することができるので、例えば、複数の指機構部で物体の把持を行うロボットハンドの指機構部や指先等に装着して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の多層型触覚センサの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の多層型触覚センサにおいて上層部と下層部に配置したセンサユニットの感圧検出部の検出範囲の一例を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の多層型触覚センサの他の例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の多層型触覚センサの別の例を模式的に示す分解斜視図である。
【図８】フレキシブルプリント基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の多層型触覚センサにおいて上層部と下層部に配置したセンサユニットの感圧検出部の検出範囲の他の例を模式的に示す平面図である。
【図１０】ロボットハンドを手の甲側から見た上面図である。
【図１１】ロボットハンドを親指側から見た側面図である。
【図１２】ロボットハンドを小指側から見た側面図である。
【図１３】ロボットハンドを手のひら側からみた下面図である。
【図１４】単体の触覚センサの代表的な構造を模式的に示す断面図である。
【図１５】マトリクス型触覚センサの一例を模式的に示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｓ１  多層型触覚センサ
１  第１センサユニット
２  第２センサユニット
１１，２１  感圧センサ素子
１２，２２  フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
１３ａ，１３ｂ、２３ａ，２３ｂ  感圧センサ用電極
３  保護シート
Ａ１ａ〜Ａ１ｄ  第１センサユニットの各感圧検出部の検出領域
Ａ２ａ〜Ａ２ｆ  第２センサユニットの各感圧検出部の検出領域
Ｓ２  多層型触覚センサ
１０１  第１センサユニット
１０２  第２センサユニット１０２
１１１，１２１  感圧センサ素子
１１３ａ，１１３ｂ、１２３ａ，１２３ｂ  感圧センサ用電極
１１０  フレキシブルプリント基板
１３１，１３２  保護シート
Ｓ３  多層型触覚センサ
２０１  第１センサユニット
２０２  第２センサユニット
２１１，２２１  シート状感圧センサ素子
Ｓ４  多層型触覚センサ
３０１  第１センサユニット
３０２  第２センサユニット
３１１，３２１  シート状感圧センサ素子
Ｓ５  多層型触覚センサ
４０１  第１センサユニット
４０２  第２センサユニット
４１１  シート状感圧センサ素子
Ｓ６  多層型触覚センサ
５０１  第１センサユニット
５０２  第２センサユニット
５１１  シート状感圧センサ素子
５１２  フレキシブルプリント基板
５１３ａ〜５１３ｃ，５２３ａ〜５２３ｄ  配線パターン
５１４ａ〜５１４ｄ，５２４ａ〜５２４ｃ  電極パターン
Ｚ  圧力検出方向
【図１】
2006038480.tif 000003
【図２】
2006038480.tif 000004
【図３】
2006038480.tif 000005
【図４】
2006038480.tif 000006
【図５】
2006038480.tif 000007
【図６】
2006038480.tif 000008
【図７】
2006038480.tif 000009
【図８】
2006038480.tif 000010
【図９】
2006038480.tif 000011
【図１０】
2006038480.tif 000012
【図１１】
2006038480.tif 000013
【図１２】
2006038480.tif 000014
【図１３】
2006038480.tif 000015
【図１４】
2006038480.tif 000016
【図１５】
2006038480.tif 000017