JPH0536331U - 感圧センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 感圧導電性エラストマー部材の表面の形状に
加良を加えることにより、分解能を高めると共に、検知
可能な圧力の方向を多方向とし、これにより従来は不可
能であった感圧導電性エラストマー部材の表面と平行な
方向の圧力や該表面に対する傾斜角の小さい方向の圧力
をも検知可能にし、使用用途の拡大を図ると共に、触覚
としての機能を充分に発揮できるようにする。 【構成】 感圧導電性エラストマーシート３の表面に圧
力検出用凸部２を形成すると共に、この圧力検出用凸部
２の形成箇所の裏面側に電極６を配設する。そして、所
定の規則性をもって複数の圧力検出用凸部２…２及びこ
れらに対応する電極６…６を設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、感圧導電性エラストマーの有する特性を利用したセンサーの改良技 術に関し、特に、圧力が作用する部分の形状に改良を加えて従来には存在しなか った特殊機能を所有させるための技術であり、例えば食品用ロボット、医療用ロ ボット、産業用ロボット、機械装置用の感圧センサー等の触覚部分を有する装置 への利用に供し得るセンサーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、無加圧時には高電気抵抗値を示して絶縁性を有し且つ加圧時には圧 縮変形することにより低電気抵抗値を示して導電性を有するようになる材料とし て、感圧導電性ゴムに代表される感圧導電性エラストマーがあり、この種の材料 は、例えば特公昭５６−９１８７号公報、特公昭５６−５４０１９号公報、特公 昭６０−７２２号公報、特公昭６０−７２３号公報等により、既に公知となって いる。 この感圧導電性エラストマーは、ゴム又はエラストマーでなる絶縁体の中に金 属や造粒カーボン等の導電性粒子を混合分散させたものであり、その特性は、無 加圧時には導電性粒子が互いに離れているために絶縁性を示すのであるが、圧力 を加えていくことにより導電性粒子が互いに接近し或いは接触して電気抵抗値が 次第に低下し、これに伴って導電性を示すようになるものである。

【０００３】 このような感圧導電性エラストマーの有する特性を利用して実際にセンサーに 適用した従来例として、図８に示すように、感圧導電性エラストマー１００の上 面及び下面にフィルム状のフレキシブルプリント基板１０１、１０２を配設し、 この双方のプリント基板１０１、１０２に上面側と下面側とで互いに直交する方 向に延びる多数列の電極１０１ａ…１０１ａ、１０２ａ…１０２ａを所定のピッ チで列設したものである。このセンサーによれば、特定の一箇所に圧力が加えら れて感圧導電性エラストマーシート１００が圧縮変形を来たした場合には、当該 一箇所に存在する上面側プリント基板１０１の電極１０１ａと下面側プリント基 板１０２の電極１０２ａとの間が導通状態となり、この導通状態となっている電 極１０１ａのＸ方向位置と電極１０２ａのＹ方向位置とから圧力が加えられてい る箇所のＸ−Ｙ座標が特定できるものであり、また導通時の通電量から圧力の大 きさを知得できるものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記例示した従来のセンサーは、以下に示すような問題点があ った。 即ち、感圧導電性エラストマーシート１００の上面側に配設されたフレキシブ ルプリント基板１０１は、ポリエステルやポリアミド等のプラスチックでなるフ ィルムに銅箔或いはアルミ箔等の電極を貼着したものであるため、上方からの加 圧力は感圧導電性エラストマーシート１００に直接的に作用するものではなく、 フレキシブルプリント基板１０１を介して間接的に作用することとなり、このた め加圧力はフレキシブルプリント基板１０１によって分散されてしまい、感圧導 電性エラストマーシート１００が本来的に有している特性よりも分解能が低下す るという問題がある。

【０００５】 更に、上記のセンサーが検出可能な圧力の方向は、感圧導電性エラストマーシ ート１００の上面を指向する方向のみであって、当該上面と平行な方向を指向す る圧力は感知できず、また当該上面に対して傾斜状に作用する圧力であっても傾 斜角が小さい場合には圧力を殆ど感知できず、触覚としての機能を果し得ないと いう問題がある。

【０００６】 本考案は上記諸事情に鑑みてなされたものであり、分解能の低下の問題点や検 知可能な圧力方向制限の問題点等を総合的に検討することにより、分解能が良く 而も検知可能な圧力方向が多方向であって、触覚としての機能を充分に発揮し得 る感圧センサーを提供することを技術的課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る感圧センサーは、上記技術的課題を達成すべく、以下に示すよう に構成したことを特徴とする。 即ち、感圧導電性エラストマー部材と、該感圧導電性エラストマー部材の裏面 側に配設され且つその変形に伴う電気抵抗変化を取り出す電極とを有する感圧セ ンサーにおいて、前記感圧導電性エラストマー部材の表面側に圧力検出用凸部を 形成すると共に、該圧力検出用凸部が形成されている箇所の裏面側に電極を配設 したものである。 そして、更なる特殊機能を所有させるために、感圧導電性エラストマー部材の 表面側に所定の規則性をもって複数の圧力検出用凸部を形成し、各圧力検出用凸 部の夫々の形成箇所の裏面側に電極を配設することが好ましいものである。

【０００８】

【作用】

上記手段によると、感圧導電性エラストマー部材の表面側に形成されている圧 力検出用凸部に加圧力が作用した場合には、この圧力検出用凸部の形成箇所周辺 が表面側から裏面側にわたって変形を来たし、この変形に起因する電気抵抗変化 が圧力検出用凸部の裏面側に配設されている電極より取り出される。この場合、 上記加圧力は圧力検出用凸部に集中して作用するものであるから、この加圧力が 周囲に向かって分散されることはなく、而も、該圧力検出用凸部は部分的に外方 に突出しているので、感圧導電性エラストマー部材の表面と平行な方向の圧力や 傾斜角の小さい斜め方向の圧力は、圧力検出用凸部の側方より作用して該圧力検 出用凸部を変位させると共に、この変位に連動して感圧導電性エラストマー部材 の表面側から裏面側に至る部位を変形させることになる。この圧力検出用凸部の 形状としては、半球状，四角錐等の多角錐状，円筒状，直方体状等が挙げられる 。 また、感圧導電性エラストマー部材の表面に所定の規則性をもって（例えば縦 横に一定のピッチで）、複数の圧力検出用凸部を形成し、且つこれらに夫々対応 する電極を設けておけば、電気抵抗変化が取り出された電極の位置を認識するこ とにより、当該平面内におけるどの位置に圧力が作用しているかを容易に知得で きることとなる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案に係る感圧センサーの実施例を、図面に基づいて説明する。 図１に示すように、本考案に係る感圧センサー１は、表面に圧力検出用凸部２ が一体的に形成された感圧導電性エラストマーシート３と、該感圧導電性エラス トマーシート３の裏面側に配設されたプリント基板４と、該プリント基板４の上 面に設けられて前記感圧導電性エラストマーシート３の裏面が当接する電極６（ 電極パターン）と、前記プリント基板４の上面における電極６の側方に設けられ て保護膜７により覆われたＩＣやＬＳＩ等でなる制御手段８とを有する。

【００１０】 前記感圧導電性エラストマーシート３としては、従来のものを用いることがで き、中でもシリコーンゴム中に造粒カーボン或いは球状炭素粒子を混合分散させ たものが好適であると共に、該感圧導電性エラストマーシート３の圧力検出用凸 部２の形成箇所の丁度裏面側に相当する位置に電極６が配設されている。また、 前記制御手段８は、電極６からの電気信号を処理するために設けられたものであ る。

【００１１】 そして、図２に示すように、感圧導電性エラストマーシート３の表面には、所 定の規則性をもって、具体的にはこの実施例においては縦横に一定のピッチで、 複数の圧力検出用凸部２…２が一体的に形成されており、而も、各圧力検出用凸 部２の裏面側には夫々、各電極６が配設されている。前記圧力検出用凸部２は、 半球状の基部２ａと、該基部２ａより更に表面側に突出する棒状（針状）の先端 部２ｂとから構成されており、基部２ａ及び先端部２ｂのいずれに圧力が作用し た場合においても、その表面部から裏面部にわたって変形が生じ、この変形に伴 う電気抵抗変化が電極６より取り出されるようになっている。この場合、必要な らば、先端部２ｂを廃止して、基部２ａのみで圧力検出用凸部２を構成してもよ い。また、単一の圧力検出用凸部２及びこれに対応する電極６を有する構造のみ で単一の感圧センサー１とすることも可能である。

【００１２】 前記電極６としては、一対の平行電極或いは櫛歯状電極を用いてもよいが、圧 力検出用凸部２に作用する圧力の方向性を感知することが可能となるように、圧 力検出用凸部２の周縁部下方に複数の電極を配設することが好ましい。その一例 を述べると、図３に示すように、中心電極Ｘ１と、その周囲を取り囲む共通電極 Ｘ２と、該共通電極Ｘ２の周囲に９０度の角度間隔で配置された外方電極Ｘ３… Ｘ３とで構成し、圧力検出用凸部２の中心部下方に前記中心電極Ｘ１を配置させ て、圧力検出用凸部２の中心部から下方に作用する圧力を中心電極Ｘ１と共通電 極Ｘ２との間から取り出し、圧力検出用凸部２の周縁部から下方に作用する個々 の圧力を共通電極Ｘ２と外方電極Ｘ３…Ｘ３との間から取り出すようにするので ある。そして、電極の形状は上記のものに限定されるわけではなく、例えば図４ 或いは図５に示す形状としても同様の作用効果が得られ、更には図６に示すよう に外方電極Ｘ３…Ｘ３の個数を８個或いはその他の個数としてもよく、また中心 電極Ｘ１を廃止するようにしてもよい。

【００１３】 以上のような構成によれば、図１に示す状態から感圧導電性エラストマーシー ト３の圧力検出用凸部２に圧力が加えられた場合には、該圧力検出用凸部２から 裏面側にわたって感圧導電性エラストマーシート３が圧縮変形を来たし、その電 気抵抗値が低下することになるが、この電気抵抗値の変化は電極６より取り出さ れ、電気信号として制御手段８に送出される。そして、制御手段８は、この電気 信号に基づいて、加圧力の大きさを演算する。この場合、圧力検出用凸部２に対 して、図１に矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示すようないかなる圧力が加えられても 、上記のように感圧導電性エラストマーシート３が変形を来たし、電気抵抗変化 が電極６より取り出される。

【００１４】 そして、電極６を、図３乃至図６に例示したような構成としておけば、圧力検 出用凸部２に斜め方向からの圧力や水平方向からの圧力が作用することにより、 感圧導電性エラストマーシート３を電極６の中心に対して不均一に変形させた場 合には、共通電極Ｘ２と個々の外方電極Ｘ３…Ｘ３との間から異なる複数種の電 気信号が取り出されることとなり、制御手段８は、これらの複数種の電気信号に 基づいて、圧力がいかなる方向から作用しているかを判別する。尚、制御手段８ に温度補正処理を行わせるようにしておけば、高精度の圧力検出が行えることと なる。

【００１５】 更に、図２に示すように所定の規則性をもって複数の圧力検出用凸部２及びこ れに対応する電極６…６を設けておけば、例えば一箇所の圧力検出用凸部２にの み圧力が作用した場合には、これに対応する一の電極６より電気抵抗変化が取り 出され、制御手段８は、これに基づいていかなる位置にどの程度の大きさの圧力 が作用しているかを検出する。従って、圧力検出用凸部２の配設ピッチを小さく しておけば、位置検出を高精度に行えることとなる。

【００１６】 図７は、本考案の変形例を示すものであって、感圧導電性エラストマーシート ３の表面を柔軟性の良いゴム等でなる絶縁性外皮１０で覆ったものである。これ によれば、絶縁性外皮１０の作用により感圧導電性エラストマーシート３に対す る内部保護がなされるばかりなく、この絶縁性外皮１０の表面に色付けや模様付 け等の装飾を施しておけば、感圧センサー１の外観性の向上が図られる。

【００１７】

【考案の効果】

以上のように本考案に係る感圧センサーによれば、感圧導電性エラストマー部 材の表面側に圧力検出用凸部を形成し且つ該圧力検出用凸部の裏面側に電極を配 設するようにしたから、加圧力は圧力検出用凸部に集中して作用して周囲に分散 されることがなくなり、分解能が向上すると共に、水平方向や傾斜角の小さい斜 め方向の圧力をも検出できることとなり、検出可能な圧力方向の範囲が拡大する ことになる。 また、感圧導電性エラストマー部材の表面側に所定の規則性をもって複数の圧 力検出用凸部を形成し且つこれらに夫々対応する電極を設けておげば、どの位置 にどの程度の大きさの圧力が作用しているかを検出できることとなり、而もその 検出精度は極めて高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る感圧センサーを示す要部縦断正面
図である。

【図２】本考案に係る感圧センサーの全体構成を示す斜
視図である。

【図３】電極の第１の例を示す平面図である。

【図４】電極の第２の例を示す平面図である。

【図５】電極の第３の例を示す平面図である。

【図６】電極の第４の例を示す平面図である。

【図７】本考案に係る感圧センサーの他の例を示す要部
縦断正面図である。

【図８】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 感圧センサー ２ 圧力検出用凸部 ３ 感圧導電性エラストマー部材 ６ 電極

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 感圧導電性エラストマー部材と、該感圧
   導電性エラストマー部材の裏面側に配設され且つその変
   形に伴う電気抵抗変化を取り出す電極とを有する感圧セ
   ンサーにおいて、前記感圧導電性エラストマー部材の表
   面側に圧力検出用凸部を形成すると共に、該圧力検出用
   凸部が形成されている箇所の裏面側に電極を配設したこ
   とを特徴とする感圧センサー。
2. 【請求項２】 感圧導電性エラストマー部材の表面側に
   所定の規則性をもって複数の圧力検出用凸部を形成し、
   各圧力検出用凸部の夫々の形成箇所の裏面側に電極を配
   設したことを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ
   ー。