JPH03269331A - 圧覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧覚センサに関し、詳しくは、ロボットハン
ド等に装着して、装着面に対して垂直方向に加わる力の
分布を検出することが可能なアレイ状に配設された圧覚
センサに関する。

［従来の技術］ 従来このような圧覚センサとして検出素子に導電性を有
するゴムまたはプラスチックの組合せ体を用いたもの等
が提案されている。第４図はその１例で、細い導電性ゴ
ム条１５および１６を互いに直交させて２層にし、組み
合わせて構成されたものである。この圧覚センサのゴム
条配列面に対して垂直方向の力が加わると導電性ゴム条
１５と１６との接触部分の面積が増加し電気抵抗が変化
する。したがって、第５図に示すように電圧端子１７に
例えば５ｖの電圧を１０００Ωの抵抗１８を介して印加
し、出力点１９の電圧を測定することにより加えられた
力の大きさを知ることができる。

第６Ａ図および第６Ｂ図は他の従来例で、不図示の半導
体ストレインゲージが形成され、荷重印加部を有する荷
重検出素子２０と、これらの荷重検出素子２０が実装さ
れるプリント配線基板２１とプリント配線基板２１から
の信号を取り出すための配線２２とで構成されアレイ上
に配設された圧覚センサの例である。第８図にその回路
の配線を示す。この従来例ではコントロール配線２３に
よって横１行の荷重検出素子２０の群のうちの１つが選
択されると共に更に、信号線２４によって縦１列の荷重
検出素子２０の群の１つのが選択されることによってそ
の交叉する点に位置する１つの荷重検出素子２０が選択
される方式となっている。

なお、第７Ａ図および第７Ｂ図は第６Ａ図および第６Ｂ
図に示した圧覚センサを更に複数連結配設することによ
り、その検出面積を広げた例である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の技術のうち第４図に示した第１の
例にみられる圧覚センサでは、加えられた力に比例して
接触部分の面積が変化するとは限らず、ために接触部分
の抵抗値変化が力に対して比例せずセンサ出力が非線形
になること、および電源端子、グランド端子、出力端子
をそれぞれのゴム条に接続しなければならないため、力
の分布を高密度に検出しようとすると配線数が多くなっ
てしまう等の欠点がある。

また従来の技術の第６Ａ図、第６Ｂ図等に示した第２の
例にみられる圧覚センサでは、先述の第１の例における
、センサ出力が非線形となることや配線数が多い等の課
題は解決しているが、複数アレイ状圧覚センサを同一平
面上に結合配置するためには、荷重検出素子の実装密度
が減少するばかりでなく、配線数がアレイ数に比例して
増加してしまうと言う欠点がある。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、その
解決を図るべく、アレイ状に配設された圧覚センサを同
一平面上に同一密度で、連結した状態で容易に配置でき
、かつ、配線の数を増加させる必要がなく省スペースが
図れる圧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〕

かかる目的を達成するために、本発明は、荷重を受ける
ために突設された受圧部と、該受圧部からの荷重により
生じた歪を検出するための半導体ストレンゲージとを有
する複数の荷重検出素子をアレイ状に保持すると共に該
複数の荷重検出素子への配線が形成されたフレキシブル
配線基板の素子実装部と、該フレキシブル配線基板から
延在され、前記複数の荷重検出素子からの信号を処理す
る回路が実装された処理回路実装部と、前記素子実装部
と前記処理回路実装部との接続部分に設けられ、双方の
実装部間に段差が形成可能な屈曲自在の屈曲部と、前記
処理回路実装部のフレキシブル配線基板から延在され、
前記処理回路実装部からの配線を外部に接続可能な接続
用配線端子を有する配線接続部とを具えた圧覚センサで
あって、第１の圧覚センサの前記処理回路実装部上に第
２の圧覚センサの素子実装部を重ねて装着可能となし、
その装着状態において、前記第１の圧覚センサの素子実
装部と前記第２の圧覚センサの実装部とが前記屈曲部を
介して同一平面上に連設されるようにしたことを特徴と
するものである。

〔作　用〕

本発明によれば、屈曲部を素子実装部と処理回路実装部
との間に設けたことによって、段差を形成して処理回路
実装部上に次の圧覚センサの素子実装部を重ねた状態で
装着し、しかも双方の素子実装部を同一平面状に連設し
た状態とすることができるもので、このようにして、複
数の圧覚センサを順次重ね合わせるようにして高密度の
圧覚センサアレイを構成することができる。また、この
ような圧覚センサのフレキシブル配線基板に連結用端子
を設けておくことにより２つの圧覚センサを互いにずら
せた状態で重ね合せるようにして装着したときに、一方
のこの連結用端子を他方の接続用配線端子に接続するこ
とができるので、外部への引出しのための配線数を増や
す必要がない。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

まず本発明の構成の要点を分り易くするために、第３Ａ
図および第３Ｂ図によって本発明の適用が可能な基本的
形態のアレイ状圧覚センサの一例を基本単位で示す。こ
れらの図において、圧覚セン（ゴ サｌが複数のセンサ素子２がアレイ状に配列された素子
実装部３と、素子実装部３から延在された不図示の配線
に接続されるシフトレジスタ４を有するシフトレジスタ
実装部５（処理回路実装部）と、このシフトレジスタ実
装部５から更に延在された不図示の配線を有し、図示さ
れていない外部の信号処理装置またはケーブルに接続さ
れる配線接続端子６を具えた配線接続部７とで構成され
ている。

なお、各センサ素子２はそれぞれシリコン板上に受圧部
（メサ）８が突設され、更に不図示の複数の半導体スト
レンゲージや半導体ストレンゲージが組込まれるホイー
トストーンブリッジ回路、回路への電源供給および信号
取出しのための配線ならびにその接続のためのはんだバ
ンブ、グランド、素子選択用スイッチ手段等がシリコン
板上に形成されてなるもので、各センサ素子２はフレキ
シブル配線基板９と電気的に接続されている。１０はシ
フトレジスタ４の装着位置に凹部１１が形成された支持
基板であり、第３Ｂ図に示すようにして素子実装部３と
シフトレジスタ実装部５とを支持し、シフトレジスタ４
を保護している。

本発明では、上述したような構成の圧覚センサ１に対し
、その複数が連続して平面的かつコンパクトに連結され
、素子密度の高いアレイ状の圧覚センサの形態が得られ
るようにするもので、その−例を第１Ａ図および第１Ｂ
図に示す。第１Ａ図においてＩＡおよびＩＢはそれぞれ
基本単位の圧覚センサ（複数のセンサ素子２がアレイ状
に形成された基本単位であることから以下で圧覚センサ
アレイと呼ぶ）であり、第１Ａ図においてその下半に示
す（Ｂ）の状態は第１の圧覚センサアレイｌＡ上に第２
の圧覚センサアレイＩＢが重ね合わされた状態を示す。

また、第１Ｂ図は第１Ａ図の（Ｂ）の状態を上方から見
た平面図である。

まず、個々の圧覚センサアレイＬＡ、　ＩＢの構成につ
いて述べる。圧覚センサアレイはそれぞれ第１Ａ図の（
Ａ）に示すように素子実装部３とシフトレジスタ実装部
５との間に所定の角度をもって二度折りされ、屈曲し易
い形状および厚さとした屈曲部１１を有し、更にシフト
レジスタ実装部５の上面には図示のような断面が梯形を
なすスペーサ１２が取付けられる。更に１３はシフトレ
ジスタ実装部５と配線接続部７との境界部の下面側に形
成された連結用端子である。

そこで、これら２つの圧覚センサアレイＩＡおよびＩＢ
を連結して一体化するには、まず第１の圧覚センサアレ
イＩＡを第１Ａ図の（Ｂ）に示すようにして支持基板ｌ
Ｏ上にスペーサ１２を介して取付ける。次にそのシフト
レジスタ実装部５上面に再びスペーサ１２を配置し、こ
のスペーサ１２上に第２の圧覚センサアレイＩＢの素子
実装部３が位置するように重ね合わせる。この重ね合せ
によって第１圧覚センサアレイＩＡの配線用接続端子６
に第２圧覚センサアレイ１Ｂの連結用端子１３を接続さ
れることができる。

ここで、各圧覚センサアレイＩＡ、　ＩＢにおける屈曲
部１１およびスペーサ１２を設定するにあたっては、そ
の屈曲角度を適切に選択することによって第１Ｂ図に示
すようにこの屈曲部１１を介して隣接する受圧部８同士
の間隔Ｐ２がその他の各受圧部８間の間隔Ｐｌと等しく
なるようにすることが好ましい。か（することによって
２つの素子実装部３にわたって同一ピッチで受圧部８を
分布させることができる。

第２図に上述した圧覚センサアレイＬＡ、　ＩＢにおけ
る回路の構成を示す。本実施例によれば、このように複
数の圧覚センサアレイを連結しても各素子実装部３に対
して配置された４×４個のセンサ素子２に対してその信
号取出し用の接続配線が７本ですむことが分る。かくし
て同一平面上に複数の圧覚センサアレイを次々と連結し
ていくことができ、これらのセンサ素子を同一密度に保
つことができて、しかも特別に配線数を増やす必要がな
くてすむ。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、複数のセン
サ素子がアレイ状に配設される素子実装部とこれに連設
されるシフトレジスタ実装部との間に屈曲自在な二度折
りの屈曲部を設け、素子実装部をスペーサ上に保持させ
るようになして素子実装部とシフトレジスタ実装部との
間に屈曲部により段差が得られるようにしたことにより
、そのシフトレジスタ実装部上に次の素子実装部を重ね
合せて装着するように構成することが可能となり、また
、シフトレジスタ実装部とこれに連設される配線接続部
との間のフレキシブル配線基板に重ね合わされる側の接
続端子と接続可能な連結用端子を設けたことによって複
数の圧覚センサな上述のように次々と重ね合せた状態で
１枚の平板状１ ２ に連結してもこれらから引出される配線の数を増やす必
要がなく、コンパクトで高密度のセンサ素子配列を有す
る圧覚センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の一実施例を連結の過程で示す断面図
、 第１Ｂ図は本発明の一実施例を連結状態で示す平面図、 第２図は本発明によるフレキシブル配線基板上の回路の
構成図、 第３Ａ図および第３Ｂ図は本発明適用前の同一形態の圧
覚センサの構成を示す平面図および断面図、 第４図は従来技術による圧覚センサの構成を示す斜視図
、 第５図は第４図の検出回路の構成図、 第６Ａ図および第６Ｂ図は従来技術による圧覚センサの
第２の例の構成を示す平面図および側面図、 第７Ａ図および第７Ｂ図は第６Ａ図、第６Ｂ図に示す圧
覚センサの連結例を示す平面図および側面図、第８図は
第６Ａ図、第６Ｂ図に示す圧覚センサの素子間の回路図
である。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・圧覚センサ、 ２・・・センサ素子、 ３・・・素子実装部、 ４・・・シフトレジスタ、 ５・・・シフトレジスタ実装部、 ６・・・配線接続用端子、 ７・・・配線接続部、 ８・・・受圧部、 ９・・・フレキシブル配線基板、 １０・・・支持基板、 １１・・・屈曲部、 １２・・・スペーサ、 １３・・・連結用端子。 法 イ也の４足来イ列の禅口茂をホ１平伍Ｈ囚２０ 第６ＡＩ！ｌのイ則ｌｉ］図 第６８図 第６Ａ菌１＝ホ１Ｊ圧寛七ンサの１１浩４大態芝ネす呼
Ａ幻切第７Ａ躬の側面図 第７８図 手続補正書 平成２年４月２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）荷重を受けるために突設された受圧部と、該受圧部
   からの荷重により生じた歪を検出するための半導体スト
   レンゲージとを有する複数の荷重検出素子をアレイ状に
   保持すると共に該複数の荷重検出素子への配線が形成さ
   れたフレキシブル配線基板の素子実装部と、 該フレキシブル配線基板から延在され、前記複数の荷重
   検出素子からの信号を処理する回路が実装された処理回
   路実装部と、 前記素子実装部と前記処理回路実装部との接続部分に設
   けられ、双方の実装部間に段差が形成可能な屈曲自在の
   屈曲部と、 前記処理回路実装部のフレキシブル配線基板から延在さ
   れ、前記処理回路実装部からの配線を外部に接続可能な
   接続用配線端子を有する配線接続部と を具えた圧覚センサであって、 第１の圧覚センサの前記処理回路実装部上に第２の圧覚
   センサの素子実装部を重ねて装着可能となし、その装着
   状態において、前記第１の圧覚センサの素子実装部と前
   記第２の圧覚センサの実装部とが前記屈曲部を介して同
   一平面上に連設されるようにしたことを特徴とする圧覚
   センサ。 ２）前記フレキシブル配線基板は、前記装着状態におい
   て、前記配線接続部の前記接続用配線端子に接続可能な
   連結用端子を有することを特徴とする請求項１に記載の
   圧覚センサ。