CN102809451A - 应力检测元件、传感器组件以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应力检测元件，传感器组件以及电子设备。该应力检测元件具备：传感器基板，具备具有相互平行的第一直线部及第二直线部的开口部；支撑膜，用于封闭开口部；第一压电元件，在俯视图中，以沿第一直线部且跨开口部的内外的方式设置在支撑膜上；第一弹性部，在俯视图中，以沿第一直线部且跨开口部的内外的方式设置在支撑膜上；第二弹性部，在俯视图中，以沿第二直线部且跨开口部的内外的方式设置在支撑膜上，第一弹性部的第一弹性端部以及第二弹性部的第二弹性端部之间存在间隔。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测作用于剪切方向的剪切力及作用于与剪切方向正交的方向的按压力这两者的应力检测元件、具备有应力检测元件的传感器组件以及具备有传感器组件的电子设备。
背景技术
目前，已知有通过自动装置(robot)的臂等来把持并举起重量、摩擦系数未知的对象物的把持装置。在这样的把持装置中，为了以不损坏对象物且不滑落对象物的方式来进行把持，需要检测作用于与把持面正交的方向的力(按压力)和作用于把持面的面方向(剪切方向)的力(剪切力)，并公知有检测这些力的传感器(例如，参照专利文献1)。
该专利文献1中记载的触觉传感器具有从开设于传感器基板的开口的边缘部延伸的悬臂构造的构造体，该构造体由平板状的感应部以及连接感应部和传感器基板的铰链部构成。而且，在该构造体的感应部形成有导电性磁体膜，在铰链部形成有压电电阻膜，且导电性磁体膜和压电电阻膜导通。此外，构成为：在铰链部设置有电极，利用压力使铰链部弯曲，从而铰链部的压电电阻所产生的电流从电极流出。此外，该触觉传感器在传感器基板上形成有多个上述那样的构造体，这些构造体中的一部分相对于传感器基板立起，另一部分相对于传感器基板保持平行。而且，在该传感器基板上设置有弹性体，立起的构造体被埋入弹性体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-208248号公报
然而，在上述专利文献1记载的触觉传感器中，具有使悬臂构造的构造体立起的复杂的立体构造，在其制造过程中，也具有施加磁场使悬臂构造的构造体弯曲等复杂的制造工序，存在生产性差的问题。
与此相对，正在研究如下所述的应力检测元件，即、在具有开口部的基板上，设置有用于封闭开口部的膜片(membrane)，并以跨该膜片内外的方式配置压电元件，用弹性膜覆盖其上部。这样的应力检测元件由于是层积在形成有开口部的基板上形成膜片的膜部件、压电元件以及弹性膜而形成的元件，因此，容易制造，也能够实现小型化。
但是，在这样的应力检测元件中，在施加于弹性膜时，如果膜片的弯曲量小，则会存在从压电元件输出的信号值变小，检测精度降低的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供生产性良好且应力检测精度高的应力检测元件、传感器组件以及电子设备。
根据本发明的一个方面，提供一种应力检测元件，用于检测剪切力，所述应力检测元件具备：支撑体，具备具有相互平行的第一直线部及第二直线部的开口部；支撑膜，形成在所述支撑体上，用于封闭所述开口部；第一压电元件，在从膜厚方向观察所述支撑膜的俯视图中，以沿所述第一直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号；第一弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第一直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上；以及第二弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第二直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，其中，所述第一弹性部被配置为在第一弹性端部与第二弹性端部之间存在间隔，所述第一弹性端部为所述第一弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘，所述第二弹性端部为所述第二弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘。
这里，本发明中的“相互平行的第一直线部及第二直线部”是指，允许微小的误差，除第一直线部及第二直线部完全平行的构成之外，也包含例如第二直线部相对于第一直线部稍微倾斜而大致平行的构成。
在本发明中，应力检测元件在设置了具有第一直线部及第二直线部的开口部的支撑体上，以堵塞开口部的状态形成支撑膜，在该支撑膜上，跨开口部的第一直线部的内外而层积第一压电元件。而且，在支撑体上，层积有跨第一直线部的第一弹性部和跨第二直线部的第二弹性部。这里，在以下的说明中，将开口部内的区域的支撑膜称为膜片。
在这样的应力检测元件中，如果对第一弹性部及第二弹性部施加剪切力，则第一弹性部及第二弹性部沿施加了该剪切力的方向(剪切力检测方向)发生弹性变形，并在膜片上发生翘曲。在本发明中，通过第一压电元件检测这样的膜片的弯曲量，从而能够测定剪切力。
这里，为了提高检测精度，需要使膜片正弦波状地弯曲。例如，在剪切力作用于从第一直线部朝向第二直线部的方向的情况下，变形为膜片的第一直线部侧进入开口部侧、膜片的第二直线部侧向离开开口部的方向浮起。另一方面，在剪切力作用于从第二直线部朝向第一直线部的方向的情况下，变形为膜片的第一直线部侧浮起、膜片的第二直线部侧进入开口部。通过检测这样的膜片的变形，除剪切力的大小之外，也能够检测出剪切力的作用方向。
然而，在以覆盖膜片整体的方式设置弹性体的构成的情况下，在形成膜片的第一直线部侧的弯曲和第二直线部侧的弯曲之间的反弯点的位置附近，由于弹性体的刚性而阻碍变形，弯曲量变小。在这种情况下，从第一压电元件输出的信号值也变小，因此，剪切力的检测精度降低。
与此相对，根据本发明，在第一弹性部和第二弹性部之间设置弹性部间隔。也就是说，在膜片的中央部存在既不层积第一弹性部也不层积第二弹性部的部位。在这样的构成中，第一弹性部及第二弹性部之间由于在支撑膜上未层积有弹性部，因此不会阻碍膜片的变位。因此，能够在由第一弹性部形成的膜片的弯曲与由第二弹性部形成的膜片的弯曲之间适当地形成反弯点。由此，例如，在向第一弹性部及第二弹性部施加了从第一弹性部朝向第二弹性部的剪切力的情况下，膜片的设置了第一弹性部的位置大幅地向开口侧位移，设置了第二弹性部的位置大幅地向离开开口部的方向位移，其结果是，能够形成振幅大的正弦波状的弯曲。因此，从第一压电元件输出的信号值也变大，能够提高检测精度。
而且，本发明的应力检查元件具有仅在支撑体上层积支撑膜、第一压电元件、第一弹性部及第二弹性部的简单的构成，因此，易于制造，且能够降低制造成本。
优选在本发明的应力检测元件中，所述第一弹性部的所述第一弹性端部以及所述第二弹性部的所述第二弹性端部在所述俯视图中，与所述第一直线部及所述第二直线部平行。
此外，在本发明中，“第一弹性端部及第二弹性端部与第一直线部及第二直线部平行”与上述发明相同，除完全平行的状态之外，还包括第一弹性端部及第二弹性端部的至少一方相对于第一直线部及第二直线部稍微倾斜的大致平行状态。
在本发明中，第一弹性端部及第二弹性端部被设置为与第一直线部及第二直线部平行。
这里，在第一弹性端部与第二弹性端部不平行的情况下，膜片的弯曲恐怕会因位置的不同而形成不同的形状。例如，在沿从第一直线部朝向第二直线部的+X方向施加剪切力，并沿与X方向正交的Y方向观察膜片的弯曲状态时，在第一弹性端部及第二弹性端部不平行的情况下，会存在膜片上的Y＝a的位置上的弯曲形状与Y＝b(b≠a)的位置上的弯曲形状为不同形状的情况。在这种情况下，无法检测出正确的剪切力。此外，即使第一弹性端部及第二弹性端部平行，在不与第一直线部(第二直线部)平行的情况下，同样存在因在膜片上所处位置不同，而弯曲形状成为不同形状的情况。
与此相对，如上所述，在本发明中，由于第一弹性端部、第二弹性端部、第一直线部及第二直线部平行，因此，无论Y坐标如何，朝向X方向的膜片的弯曲形状相同，能够检测出正确的剪切力。
优选在本发明的应力检测元件中，在所述俯视图中，从所述开口部的所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离与从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离相等。
在本发明中，由于从第一直线部到第一弹性端部的距离与从第二直线部到第二直线端部的距离相等，因此，第一弹性部施加于膜片的应力与第二弹性部施加于膜片的应力是方向不同但大小大致相同的应力。因此，膜片的第一直线部侧的弯曲量与第二直线部侧的弯曲量是大致相同的弯曲量，且弯曲方向相反。因此，能够使该膜片弯曲成以膜片的中心点为反弯点的正弦波状，能够进一步提高剪切力的检测精度。
优选在本发明的应力检测元件中，从所述开口部的所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离是从所述第一直线部到所述第二直线部的距离的10％～30％。
在本发明中，以从所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离是从所述第一直线部到所述第二直线部的距离的10％～30％范围内的方式来设置第一弹性部及第二弹性部。为了增大膜片的弯曲量，需要使膜片正弦波状地弯曲。也就是说，在将膜片上的从第一直线部朝向第二直线部的方向设定为+X方向、第一直线部的X坐标设定为0、第二直线部的X坐标设定为T的情况下，在X＝T/4、3T/4时，膜片的振幅最大，优选X＝T/2为反弯点。
这里，在从所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离小于从所述第一直线部到所述第二直线部的距离的10％的情况下，来自第一弹性部及第二弹性部的应力不能适当地传递到膜片，膜片的弯曲量变小。另一方面，在从所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离大于从所述第一直线部到所述第二直线部的距离的30％的情况下，膜片的振幅成为最大的X＝T/4、3T/4的位置由于层积有第一弹性部及第二弹性部，因此无法充分地产生振幅，膜片的弯曲量变小。与此相对，如本发明这样，在从所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离是从所述第一直线部到所述第二直线部的距离的10％～30％的情况下，膜片的弯曲不会被阻碍，且能够从第一弹性部及第二弹性部充分地将应力传递到膜片。特别是，通过从所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离是20％～25％左右、即在膜片的振幅成为最大的X＝T/4、3T/4的位置附近设置第一弹性端部及第二弹性端部的构成，能够使膜片的弯曲量最大。在这种情况下，能够从第一压电元件输出更强的信号，能够进一步提高检测精度。
优选在本发明的应力检测元件中，所述第一弹性部被设置为覆盖所述第一压电元件。
在第一弹性部仅层积于第一压电元件的一部分的构成中，在第一压电元件中未层积有第一弹性部的部分的弯曲量减小。在这种情况下，第一压电元件的弯曲变小，输出的信号变弱。与此相对，在本发明中，由于是第一弹性部覆盖第一压电元件整体的构成，因此，第一压电元件的弯曲变大，能够增强信号强度，能够进一步提高检测精度。
优选在本发明的应力检测元件中，还具备：第二压电元件，在所述俯视图中，沿所述第二直线部且以从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号。
在本发明中，沿第二直线部设置第二压电元件，因此，能够通过第一压电元件及第二压电元件两者的信号值的加法值来检测剪切力，能够进一步提高检测精度。
优选在本发明的应力检测元件中，所述开口部具有相对于所述第一直线部及所述第二直线部正交的第三直线部及第四直线部，所述应力检测元件还具备：第三压电元件，在所述俯视图中，以沿所述第三直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号；第三弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第三直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上；以及第四弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第四直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，其中，所述第三弹性部被设置为在第三弹性端部与第四弹性端部之间存在间隔，所述第三弹性端部为所述第三弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘，所述第四弹性端部为所述第四弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘。
在本发明中，开口部具有相对于第一直线部及第二直线部正交的第三直线部及第四直线部，沿第三直线部设置第三压电元件，并设置有跨第三直线部的内外的第三弹性部及跨第四直线部的内外的第四弹性部。在这样的构成中，除检测从第一直线部朝向第二直线部的X方向的剪切力之外，还能够通过第三压电元件检测从第三直线部朝向第四直线部的Y方向的剪切力。
此外，如果根据来自第一压电元件及第三压电元件的信号，算出沿X方向的剪切力的方向、大小及沿Y方向的剪切力的方向、大小，则对它们进行矢量运算，从而能够算出在二维平面内作用的剪切力的方向及大小。
优选在本发明的应力检测元件中，还具备：第四压电元件，在所述俯视图中，以沿所述第四直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号。
在本发明中，与上述发明相同，根据从第三压电元件及第四压电元件两者输出的信号值，能够更加正确地检测从第三直线部朝向第四直线部的Y方向的剪切力。
优选在本发明的应力检测元件中，所述第一弹性部、所述第二弹性部、所述第三弹性部以及所述第四弹性部一体地形成。
根据本发明，一体地形成第一弹性部、第二弹性部、第三弹性部以及第四弹性部。在这样的构成中，为形成弹性部间的间隔，在这些一体形成的弹性部上设置窄缝状的空隙，从而能够容易地形成上述构成的应力检测元件，能够提高制造效率并简化构成。
此外，在本发明的传感器组件中具备传感器阵列，所述传感器阵列具备多个权利要求1所述的应力检测元件，同时，这些所述应力检测元件排列成阵列状。
在本发明中，传感器组件具备将应力检测元件排列成阵列状而成的传感器阵列。这里，如上所述，应力检测元件易于制造，且具有高剪切力检测精度，因此，对于传感器组件来说，也易于制造，且能够进行使用了多个应力检测元件的高精度的剪切力检测。
此外，在本发明的电子设备中，具备：如上所述的传感器组件；以及信号处理部，根据从所述传感器组件输出的信号，实施信号处理。
本发明的电子设备具备上述传感器组件。因此，在信号处理中，能够根据从传感器组件输出的高精度的剪切力检测信号实施各种处理。
附图说明
图1是示出本发明涉及的第一实施方式的应力检测元件的概略结构的俯视图。
图2是示出第一实施方式的应力检测元件的概略结构的截面图。
图3是示出对象物接触到应力检测元件的状态的图，图3的(A)是示出膜片变形前的状态的图，图3的(B)是示出膜片基于剪切力而发生了变形的状态的图。
图4是示出对象物接触到应力检测元件的状态的图，图4的(A)是示出膜片基于正压力而发生了变形的状态的图，图4的(B)是示出膜片基于剪切力及正压力两者而发生了变形的状态的图。
图5是示意性地示出在压电膜产生的电位差的图，图5的(A)示出了压电膜未变形的状态，图5的(B)示出了压电膜被拉伸后的状态，图5的(C)示出了压电膜被压缩后的状态。
图6是放大了第二实施方式的触觉传感器的一部分的俯视图。
图7是对第二实施方式的触觉传感器的一部分进行截面后的截面图。
图8是示出第三实施方式的把持装置的概略结构的装置框图。
图9是示出在把持装置的把持动作中作用于触觉传感器的按压力及剪切力的关系的图。
图10是示出第四实施方式的熨斗(iron)的概略结构的框图。
图11是示出第五实施方式的笔记本型电脑的概略结构的立体图。
图12是示出其他实施方式中的应力检测元件的俯视图。
具体实施方式
第一实施方式
以下，根据附图对本发明涉及的第一实施方式的应力检测元件进行说明。
1、应力检测元件的构成
图1是示出第一实施方式的应力检测元件100的概略构成的俯视图，图2是应力检测元件100的截面图。
如图1所示，应力检测元件100通过在作为本发明的支撑体的传感器基板11上层积支撑膜12、压电元件13以及构成本发明的第一弹性部、第二弹性部、第三弹性部及第四弹性部的弹性体14而构成。该应力检测元件100是用于检测对象物接触到弹性体14时所施加的剪切力及正压力的元件。此外，在图1中，为了有助于理解压电元件13的构造，一部分用实线来表示，但是，如图2所示，压电元件13配置在弹性体14之下。
传感器基板的构成
传感器基板11例如由Si形成，厚度尺寸形成为例如200μm。如图1及图2所示，在该传感器基板11上形成有开口部111。在从传感器基板11的厚度方向观察该传感器基板11的俯视图(传感器俯视图)中，该开口部111形成为正方形，该正方形的各边构成第一直线部111A、第二直线部111B、第三直线部111C、第四直线部111D。在本实施方式中，该开口部111例如一条边的长度尺寸L形成为500μm。
支撑膜的构成
虽然省略了图示，但支撑膜12是通过在传感器基板11上成膜例如厚度尺寸为3μm的SiO2层和层积在该SiO2层上的厚度尺寸例如为400nm的ZrO2层的双层构造来形成的。这里，ZrO2层是为了在后述的压电元件13的烧制形成时防止压电膜132剥离而形成的层。也就是说，在通过例如PZT来形成压电膜132时，如果在烧制时未形成有ZrO2层，则压电膜132中含有的Pb扩散到SiO2层，SiO2层的熔点下降，在SiO2层的表面产生气泡，由于该气泡而导致PZT剥离。此外，在没有ZrO2层的情况下，也存在对于压电膜132的翘曲的挠性效率降低等问题。与此相对，在ZrO2层形成于SiO2层上的情况下，能够避免压电膜132的剥离、挠性效率降低等不当的情况。
而且，在以后的说明中，在图1所示的传感器俯视图中，将支撑膜12中用于封闭开口部111的区域称为膜片121。
压电元件的构成
压电元件13(第一压电元件13A～第四压电元件13D)在膜片121上沿开口部111的各直线部111A～111D形成为矩形形状，该矩形形状以与各直线部111A～111D的直线方向相同的方向为长边。而且，在传感器俯视图中，压电元件13被配置为隔着开口部111的各直线部111A～111D，从开口部111的内侧区域跨至外侧区域。这里，在本实施方式中，沿第一直线部111A设置的压电元件13是第一压电元件13A，沿第二直线部111B设置的压电元件13是第二压电元件13B，沿第三直线部111C设置的压电元件13是第三压电元件13C，沿第四直线部111D设置的压电元件13是第四压电元件13D。
这些压电元件13通过层积下部电极131、压电膜132以及上部电极133而构成。
压电膜132通过将例如PZT(锆钛酸铅：lead zirconate titanate)成膜为厚度尺寸例如为500nm的膜状而形成。另外，在本实施方式中，作为压电膜132虽然使用了PZT，但如果是可以通过膜的应力变化而产生电荷的原料，则可以使用任何原料，例如，也可以使用钛酸铅(PbTiO3)、锆酸铅(PbZrO3)、钛酸铅镧((Pb、La)TiO3)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。如果支撑膜基于剪切力而弯曲，该压电膜132根据其弯曲量在下部电极131及上部电极133之间产生电位差。由此，来自压电膜132的电流在下部电极131及上部电极133中流动，输出电信号。
下部电极131及上部电极133是隔着压电膜132的膜厚方向形成的电极，下部电极131形成于压电膜132的与膜片121相对的面上，上部电极133形成于与形成有下部电极131的面相反侧的面上。
下部电极131是厚度尺寸形成为例如200nm的膜状的电极，沿与形成有压电元件13的各直线部111A～111D正交的方向，以跨膜片121内外的方式而形成。作为该下部电极131，如果是具有导电性的导电薄膜，则可以是任意物质，但在本实施方式中，使用例如Ti/Ir/Pt/Ti的层积构造膜。
而且，上部电极133是厚度尺寸形成为例如50nm的膜状的电极。该上部电极133覆盖压电膜132的长边方向的端部之间，与形成有各压电元件13的各直线部111A～111D平行地形成。而且，在该上部电极133的长边方向的端部形成有引出部133A。通过这样的电极图案，不存在下部电极131及上部电极133直接接触的部分，也不利用绝缘膜等覆盖电极，能够容易地获取从压电元件13输出的电信号。
而且，作为该上部电极133，与下部电极131同样，如果是导电性薄膜，则可以使用任意原料，但在本实施方式中使用Ir薄膜。
在这样的压电元件13中，下部电极131、压电膜132及上部电极133沿膜方向重合的部分构成用于检测支撑膜的弯曲量的压电层积部134。
弹性体的构成
弹性体14是覆盖上述那样的支撑膜12、压电元件13而形成的膜。作为该弹性体14，在本实施方式中，例如使用PDMS(polydimethylsiloxane)，但并不限定于此，也可以是由具有弹性的合成树脂等其他弹性原料形成的弹性体。而且，作为弹性体14的厚度尺寸，没有特别限定，例如形成为300μm。
在传感器俯视图中，该弹性体14在开口部111的中心区域形成正方形状的窄缝(slit)141。也就是说，弹性体14具备沿第一直线部111A且以跨开口部111的内外的方式而设置的第一弹性部141A、以跨第二直线部111B的开口部111的内外的方式而设置的第二弹性部141B、以跨第三直线部111C的开口部111的内外的方式而设置的第三弹性部141C、以跨第四直线部111D的开口部111的内外的方式而设置的第四弹性部141D。此外，由第一弹性部141A的在开口部111的内周侧端部(第一弹性端部143A)、第二弹性部141B的在开口部111的内周侧端部(第二弹性端部143B)、第三弹性部141C的在开口部111的内周侧端部(第三弹性端部143C)以及第四弹性部141D的在开口部111的内周侧端部(第四弹性端部143D)形成窄缝141。
这里，第一弹性端部143A及第二弹性端部143B与第一直线部111A(第二直线部111B)平行，并隔着弹性部间的间隔Gx而彼此相对。此外，第三弹性端部143C及第四弹性端部143D与第三直线部111C(第四直线部111D)平行，并隔着弹性部间的间隔Gy(第二弹性部间的间隔)而彼此相对。
此外，在第一弹性部141A(第二弹性部141B)中，优选从第一直线部111A(第二直线部111B)到第一弹性端部143A(第二弹性端部143B)的距离L形成为开口部111的开口尺寸(从第一直线部111A到第二直线部111B)Lw的10％～30％左右，更加优选为20％～25％。
在从第一直线部111A(111B)到第一弹性端部143A(第二弹性端部143B)的距离L小于开口尺寸Lw的10％的情况下，在剪切力、应力作用于弹性体14而发生了弹性变形时，弹性变形所对应的应力没有充分地从第一弹性部141A(第二弹性部141B)传导至膜片121，膜片121的弯曲量变小。另一方面，在从第一直线部111A(第二直线部111B)到第一弹性端部143A(第二弹性端部143B)的距离L大于开口尺寸Lw的30％的情况下，中空部144的尺寸变小。此时，与设置有中空部144的部分对应的膜片121的弯曲被第一弹性部141A、第二弹性部141B所阻碍，膜片121的弯曲量变小。如上所述，如果膜片121的弯曲变小，则从第一压电元件13A、第二压电元件13B输出的信号值也变小，检测精度变差。
与此相对，在从第一直线部111A(第二直线部111B)到第一弹性端部143A(第二弹性端部143B)的距离L为开口尺寸Lw的10％～30％、更加优选的在20～25％的范围内的情况下，第一弹性端部143A、第二弹性端部143B位于膜片121弯曲最大的部位的附近，且膜片121的弯曲量变大。因此，从第一压电元件13A、第二压电元件13B输出的信号也变大，能够提高检测精度。
此外，基于相同的理由，对于第三弹性部141C、第四弹性部141D，优选形成为从第三直线部111C(第四直线部141D)到第三弹性端部143C(第四弹性端部143D)的距离L形成为开口部111的开口尺寸(从第三直线部111C到第四直线部111D)Lw的10％～30％左右，更加优选为20％～25％。
另外，在本实施方式中，开口部111的一边的长度尺寸(从第一直线部111A到第二直线部111B的距离、从第三直线部到第四直线部的距离)Lw为500μm，从开口部的各直线部111A～111D到窄缝141的距离L为100μm。
2、应力检测元件的动作
下面，根据附图，对上述的应力检测元件100的动作进行说明。
在应力检测元件100中，在沿X方向施加了剪切力时，通过第一压电元件13A及第二压电元件13B检测其剪切力，在沿Y方向施加了剪切力时，通过第三压电检测元件13C及第四压电检测元件13D检测其剪切力。而且，在施加了相对于传感器基板11正交的按压力时，通过第一压电元件13A、第二压电元件13B、第三压电元件13C、第四压电元件13D检测其按压力。
这里，作为一个例子，针对施加了朝向膜片121的X方向的剪切力的情况以及除了剪切力之外还施加了正压力的情况下的剪切力的检测方向进行说明。另外，关于朝向Y方向施加了剪切力的情况，通过同样的动作来检测剪切力，因此省略其说明。
图3是示出对象物Z接触到应力检测元件100的状态的图，图3的(A)是示出膜片变形前的状态的图，图3的(B)是膜片121基于剪切力而发生了变形的状态的图。而且，图4的(A)是示出由图3的(A)的状态施加了正压力时的膜片121的变形状态的图，图4的(B)是示出从图3的(A)的状态向+X方向施加了剪切力和正压力两者时的膜片121的变形状态的图。
在应力检测元件100中，如图3的(A)所示，如果对象物Z接触弹性体14，并向箭头P1的方向施加剪切力，则如图3的(B)所示在膜片121上发生弯曲。
也就是说，如果在弹性体14上发生剪切力，则膜片121的-X侧的面被第一弹性部141A压入开口部111侧，因此，如箭头M1所示，产生进入开口部111内的力矩(moment of force)。另一方向，在+X侧的面中，膜片121D+X侧的面被第二弹性部141B向从开口部111离开的方向拉开，如箭头M2所示，产生将要从开口部111上浮的力矩。
由此，设置有窄缝141的位置、更具体而言在膜片121的中心点出现反弯点，该膜片121正弦波状地弯曲。
此外，在仅向弹性体14施加了正压力的情况下，如图4的(A)所示，第一弹性部141A及第二弹性部141B将膜片121压入开口部侧，因此，膜片121以沉入开口部111侧的方式弯曲。
此外，在向弹性体14施加了剪切力和正压力两者的情况下，图3的(B)所示的膜片121的变形状态和图4的(A)所示的膜片121的变形状态同时发生，其结果是，如图4的(B)所示，膜片121整体沉入开口部111内，且发生正弦波状的弯曲。
如果膜片121如上所述地弯曲，在各压电元件13中，输出对应于膜片121的弯曲方向及弯曲量的电信号。
图5是示意性地示出在压电膜132中发生的电位差的图，图5的(A)示出了压电膜132未发生变形的状态，图5的(B)示出了压电膜132被拉伸后的状态，图5的(C)示出了压电膜132被压缩后的状态。
为了通过上述的应力检测元件100检测按压力及剪切力，预先在上部电极133及下部点击131之间施加电压，如图5的(A)所示，预先施加电压并使其极化。在该状态下，如果在膜片121上发生弯曲，则在压电膜132上产生电位差。
这里，在压电元件13在开口部111侧弯曲的情况下，如图5的(B)所示，在压电膜132上发生向压电膜132的面内方向拉伸的应力，膜厚也变小。由此，在压电膜132上，极化力矩量降低，在与上部电极133的接触面上产生抵消初始的极化值的正电荷，在与下部电极131的接触面上产生负电荷。因此，电流在从下部电极131朝向上部电极133的方向上流动，并作为电信号输出。
另一方面，在压电元件13向从开口部111离开的方向弯曲的时候，如图5的(C)所示，在压电膜132上产生压缩应力，压电膜132的膜厚变大。由此，在压电膜132中，极化力矩量增大，并在上部电极133产生负电荷、在下部电极131产生正电荷。因此，电流在从上部电极133朝向下部电极131的方向上流动，并作为电信号输出。
3、应力检测元件中的应力计算方法
下面，针对应力检测元件100如上所述进行动作时的正压力及剪切力的算出方法进行说明。
在本实施方式的应力检测元件100中，例如在制造该应力检测元件100时，对弹性体14只施加按压力，并使按压力改变，测出相对于各按压力的从压电元件13输出的信号值(基准正压信号值(Vtop))。这里，膜片121形成为均匀膜，各压电元件13分别设置在位于与膜片121的中心等距离的位置，且各压电元件13形成为相同形状，因此，在仅施加了正压力的情况下，从各压电检测元件13输出的基准正压信号值Vtop为相同的值。
此外，对于弹性体14仅施加X方向的剪切力，并使所施加的剪切力发生变化，测出相对于各剪切力的从各第一压电元件13A及第二压电元件13B输出的信号值(基准X剪切信号值(VA0、VB0))。同样地，对于弹性体14仅施加Y方向的剪切力，并使所施加的剪切力发生变化，测出相对于各剪切力的从各第三压电元件13C及第四压电元件13D输出的信号值(基准Y剪切信号值(VC0、VD0))。而且，此时，算出沿X方向的相对于剪切力的信号差分值的绝对值、即基准X差分绝对值(|VA0-VB 0|)以及沿Y方向的相对于剪切力的信号差分值的绝对值、即基准Y差分绝对值(|VC0-VD0|)。
而且，测定对象物Z接触弹性体14并如图4的(B)及图5所示地膜片121发生了变形时的从各压电元件13(13A、13B、13C、13D)输出的信号输出值(VA、VB、VC、VD)。
这里，第一压电元件13A及第二压电元件13B输出基于X方向的剪切力和正压力的合计的信号值，第三压电元件13C及第四压电元件13D输出基于Y方向的剪切力和正压力的合计的信号值。也就是说，如下式(1)～(4)所示，各压电元件13的信号输出值(VA、VB、VC、VD)用基准正压信号值Vtop及基准X剪切信号值(VA0、VB0)的合成来表示、或者用基准正压信号值Vtop及基准Y剪切信号值(VC0、VD0)的合成来表示。
【数1】
VA＝Vtop+VA0 (1)
VB＝Vtop+VB0 (2)
VC＝Vtop+VC0 (3)
VD＝Vtop+VD0 (4)
因此，利用式(1)与式(2)的差来消去“Vtop”，从而能够判断X方向的剪切力的方向，能够基于差分值的绝对值判断X方向的剪切力的大小。此外，“VA0”及“VB0”正负号相反且绝对值几乎相同，因此，能够基于式(1)或式(2)算出“Vtop”，能够求出正压力的大小。
同样，基于式(3)和式(4)的差能够求出Y方向的剪切力的方向及大小，将求出的“VC0”、“VD0”代入式(3)或式(4)，从而能够求出与正压力的大小对应的“Vtop”。
4、第一实施方式的作用效果
如上所述，上述第一实施方式的应力检测元件100具备：设置有具有第一直线部111A及第二直线部111B的开口部111的传感器基板11、具备有用于封闭开口部111的膜片121的支撑膜12、以沿第一直线部111A且跨该第一直线部111A并覆盖膜片121内外的方式而设置的压电元件13、以跨该第一直线部111A并覆盖膜片121内外的方式而设置的第一弹性部141A、以及以跨该第二直线部111B并覆盖膜片121内外的方式而设置的第二弹性部141B。在上述这样的构成中，如果沿X方向，对象物Z接触第一弹性部141A及第二弹性部141B并施加有剪切力，则例如在施加了朝向+X方向的剪切力的情况下，第一弹性部141A将膜片121压入开口部111侧，第二弹性部141B沿着从开口部111离开的方向使膜片121分离。此外，在向-X方向施加了剪切力的情况下，第一弹性部141A使膜片121从开口部111分离，第二弹性部141B将膜片121压入开口部111。如上所述，如果第一弹性部141A及第二弹性部141B向膜片121施加彼此为反方向的力，则膜片121的中心位置(与弹性部间的间隔G对应的位置)形成反弯点，膜片121整体正弦波状地弯曲。
此时，在第一弹性部141A的第一弹性端部143A及第二弹性部141B的第二弹性端部143B之间，设置有弹性部间的间隔Gx，在弹性部间的间隔Gx中由于，在膜片121上未设置弹性体14，所以膜片121的变形不会被弹性体14阻碍，从而成为容易变形的状态，膜片121的弯曲量变大。因此，第一压电元件13A的弯曲也变大，从第一压电元件13A输出的信号值也变大，能够进一步提高检测精度。
此外，如上所述，应力检测元件100通过使支撑膜12、压电元件13、弹性体14层积在传感器基板11上而容易地形成，因此，制造效率良好，也能够减少制造成本。
此外，在本实施方式的应力检测元件100中，第一弹性部141A的第一弹性端部143A、第二弹性部141B的第二弹性端部143B、第一直线部111A以及第二直线部111B分别平行。进而，第一直线部111A到第一弹性端部143A的距离L与第二直线部111B到第二弹性端部143B的距离L相同。
因此，在使X方向的剪切力作用于弹性体14时，无论Y坐标如何，能够使膜片121的弯曲形状一样，能够实施高精度的剪切力及正压力的检测。
而且，上述的距离L形成为开口部111的一边的长度尺寸(从第一直线部111A到第二直线部111B的距离Lw)的20％。也就是说，距离L形成为在距离Lw的10％～30％的范围内。
因此，能够使为了使膜片121弯曲所需要的充分的应力从第一弹性部141A及第二弹性部141B传递至该膜片121，且在反弯点附近的膜片121的中心区域不形成膜片121，因此，不会阻碍膜片121的弯曲。因此，通过第一弹性部141A及第二弹性部141B能够使膜片121适当地弯曲，且能够使检测精度进一步提高。
此外，第一弹性部141A、第二弹性部141B、第三弹性部141C及第四弹性部141D形成为分别覆盖第一压电元件13A、第二压电元件13B、第三压电元件13C以及第四压电元件13D。
在这样的构成中，能够通过第一弹性部141A、第二弹性部141B、第三弹性部141C及第四弹性部141D来保护各压电元件13，且能够使各压电元件13稳定地弯曲。
此外，在本实施方式中，对应于开口部111的第一直线部111A～第四直线部111D，分别设置有第一压电元件13A、第二压电元件13B、第三压电元件13C以及第四压电元件13D。
因此，利用从第一压电元件13A及第二压电元件13B两者输出的信号能够更加高精度地检测X方向的剪切力，利用从第三压电元件13C及第四压电元件13D两者输出的信号能够更加高精度地检测Y方向的剪切力。
而且，通过使用应力检测元件100，根据从这些各压电元件13输出的信号值(VA、VB、VC、VD)算出VA0及VB0的差分值、VC0及VD0的差分值，从而能够容易地算出剪切力的方向及大小，同时，也能够容易地算出正压力。
而且，第一弹性部141A、第二弹性部141B、第三弹性部141C及第四弹性部141D形成为在弹性体14中、在传感器俯视图中与膜片121的中心区域重合的位置形成正方形的窄缝141，并为一体地形成。通过这样的构成，能够容易地进行弹性体14的成膜，能够使应力检测元件100的制造效率提高，制造成本降低。
第二实施方式
接着，作为上述的应力检测元件100的应用例，根据附图，针对具备有应力检测元件100的作为传感器组件(module)的触觉传感器进行说明。
图6是放大了第二实施方式的触觉传感器的一部分的俯视图。
图7是对触觉传感器的一部分进行截面后的截面图。
如图6所示，触觉传感器200具有多个上述第一实施方式的应力检测元件100。这些应力检测元件100在构成本发明的支撑体的传感器基板11上具有配置成矩阵状的传感器阵列210。这里，在这些传感器检测元件100中，传感器基板11、支撑膜12及弹性体14由通用的部件构成。也就是说，在一个传感器基板11上形成有被配置成矩阵状的多个开口部111，在该传感器基板11的一面侧的整个面上形成有连续的支撑膜12。由此，形成覆盖各开口部111的膜片121。而且，设置在支撑膜12上的弹性体14在各应力检测元件100中也是通用的，以覆盖支撑膜12的整个面的方式形成弹性体14，在各应力检测元件100的开口部111的中心区域形成窄缝141。
此外，在各应力检测元件100间，如图7所示，弹性体14形成有限制槽142。该限制槽142从对象物所接触的弹性体14的表面向支撑膜12以规定的深度尺寸而形成。在这样的触觉传感器200中，通过限制槽142来分离各应力检测元件100的弹性体14，应力检测元件100的弹性体14的弯曲不会被传递到相邻的应力检测元件100的弹性体14。
此外，在图7中，虽然示出了弹性体14的限制槽142形成为从可接触对象物的接触面的深度尺寸形成为例如弹性体14的膜厚的3/4左右这样的示例，但是，并不限定于此，也可以是限制槽142形成为直至支撑膜12表面的构成等。
而且，在图6所示的传感器俯视图中，虽然示出了限制槽142形成为包围各应力检测元件100的矩形环状，但不限定于此，例如也可以在传感器俯视图中，形成为包围各应力检测元件100的大致圆环状的构成等。
第二实施方式的作用效果
上述第二实施方式的触觉传感器200具备多个应力检测元件100，并构成为这些应力检测元件100矩阵状配置的二维阵列构造。
因此，通过将该触觉传感器200设置在与对象物接触的例如传感器面上，能够检测对象物施加到传感器面的剪切力及按压力。
而且，在相邻的应力检测元件100间，在弹性体14上形成有限制槽142。因此，即使是仅在规定的应力检测元件100的弹性体14上施加剪切力、按压力等的应力继而弹性体14发生弯曲的情况下，也能够抑制其弹性体14的弯曲被传递到相邻的应力检测元件100的弹性体14的不良情况。因此，能够正确地检测作用于触觉传感器200的任意位置的剪切力及应力。
第三实施方式
下面，作为使用了上述触觉传感器200的电子设备的一个例子，参照附图对把持装置的构成进行说明。
图8是示出本发明涉及的第三实施方式的把持装置的概略构成的装置框图。
在图8中，把持装置300具备至少一对把持臂310，是通过该把持臂310来把持对象物Z的装置。作为该把持装置300，是例如在制造产品的制造工厂等中，把持并拿起由带式输送机等所输送的对象物的装置。而且，该把持装置300构成为具有所述把持臂310、驱动把持臂310的臂驱动部320、控制臂驱动部320的驱动的控制装置330(信号处理部)。
一对把持臂310分别在前端部具备作为接触面的把持面311，通过使该把持面311抵接并把持对象物Z，从而把持并拿起对象物Z。这里，在本实施方式中，虽然示出了设置一对把持臂310的构成的例子，但并不限定于此，也可以是通过例如三根把持臂310以三点支撑的方式来把持对象物Z的构成等。
设置于把持臂310的把持面311在表面上设置有第二实施方式中说明的触觉传感器200，并露出触觉传感器200的表面部的弹性体14。而且，把持臂310通过使对象物Z与该弹性体14接触并对对象物Z施加规定的压力(正压力)来把持对象物Z。在这样的把持臂310中，通过设置于把持面311的触觉传感器200来检测施加于对象物Z的正压力、以及进行把持时对象物Z要从把持面311滑落的剪切力，并将正压力、剪切力对应的电信号输出至控制装置330。
臂驱动部320是使一对把持臂310在相互接近分离的方向上移动的装置。作为该臂驱动部320，具备：可移动地保持把持臂310的保持部件321、产生使把持臂310移动的驱动力的驱动源322、以及使驱动源的驱动力传递到把持臂310的驱动传达部323。
保持部件321具备例如沿把持臂310的移动方向的引导槽，通过在该引导槽内保持把持臂310，从而可移动地保持把持臂310。而且，保持部件321被设置为可在垂直方向上移动。
驱动源322例如是驱动马达，对应于从控制装置输入的驱动控制信号而产生驱动力。
驱动传达部323例如由多个齿轮构成，使在驱动源322产生的驱动力传递到把持臂310及保持部件321，并使把持臂310及保持部件321移动。
另外，在本实施方式中，作为例子示出了上述构成，但并不限定于此。也就是说，不限于使把持臂310沿保持部件321的引导槽移动的构成，也可以是可旋转地保持把持臂等的构成。作为驱动源322也不限于驱动马达，也可以是通过例如油压泵等来驱动的构成，作为驱动传达部323也不限于例如通过齿轮来传递驱动力的构成，也可以是通过带、链来进行传递的构成、具备通过油压等来进行驱动的活塞的构成等。
控制装置330与设置于把持臂310的把持面311的触觉传感器200及臂驱动部320连接，并控制把持装置300中的对象物Z的把持动作的整体。
具体而言，如图8所示，控制装置330与臂驱动部320及触觉传感器200连接，控制把持装置300的整体动作。该控制装置300具备：读取从触觉传感器200的各应力检测元件100中的各压电元件13输入的检测信号的信号获取单元331、算出剪切力及正压力的应力计算单元332、检测对象物Z的滑动状态的把持检测单元333、以及向臂驱动部320输入用于控制把持臂310的驱动的驱动控制信号的驱动控制单元334。而且，控制装置330具备存储在应力检测元件100的制造时计测的、关联了正压力与基准正压信号值(Vtop)的正压关系数据以及关联了剪切力与基准X剪切信号值(VA0、VB0)、基准Y剪切信号值(VC0、VD0)、基准X差分绝对值(|VA0-VB0|)、基准Y差分绝对值(|VC0-VD0|)的剪切关系数据的存储单元(省略图示)。
作为该控制装置330，可以使用例如个人计算机等普遍使用的计算机，也可以是具备例如键盘等输入装置、显示对象物Z的把持状态的显示部等的构成。
此外，信号获取单元331、把持检测单元333及驱动控制单元334可以是作为程序存储在例如存储器等存储部并通过CPU等运算电路适当读出并执行，也可以由例如IC等集成电路构成，并对输入的电信号实施规定的处理。
信号获取单元331与触觉传感器200连接，并获取从触觉传感器200的各应力检测元件100中的各压电元件13输入的检测信号。该信号获取单元331所识别的检测信号被输出并存储于存储单元，同时，被输出至把持检测单元333。
应力算出单元332算出信号获取单元331获取的各检测信号VA、VB的差分值(VA-VB)，并判断其为正值还是负值。这里，例如在差分值为正值的情况下，判断为在弹性体14上剪切力作用于+X方向，在为负值的情况下，判断为剪切力作用于-X方向。
此外，如上所述，根据式(1)及式(2)能够导出|VA-VB|＝|VA 0-VB0|。因此，应力计算单元332能够根据算出的信号差分值的绝对值(|VA-VB|)和剪切关系数据求出剪切力的大小、基准X剪切信号值VA0、VB0。
而且，应力计算单元332通过将基准X剪切信号值VA0、VB0代入式(1)或式(2)，从而算出基准正压信号值Vtop，并根据正压关系数据求出与基准正压信号值Vtop对应的正压力。
把持检测单元333根据由应力计算单元332算出的正压力及剪切力判断把持臂310是否把持了对象物Z。
这里，在图9中示出了示出把持装置300的把持动作中作用于触觉传感器的正压力及剪切力的关系的图。
在图9中，在正压力达到规定值前，剪切力对应于正压力的增加而增加。该状态是动摩擦力作用于对象物Z和把持面311之间的状态，把持检测单元333处于对象物Z从把持面311滑落的滑动状态，并判断为把持未完成。另一方面，如果正压力为规定值以上，则是即使正压力增加，正压力也不增加的状态。该状态是静摩擦力作用于对象物Z和把持面311之间的状态，把持检测单元333判断为对象物Z被把持面311把持的把持状态。
具体而言，在剪切力的值超过静摩擦力所对应的规定阈值的情况下，判断为把持完成。
驱动控制单元334根据把持检测单元333检测出的电信号控制臂控制部320的动作。
第三实施方式的作用效果
在上述的第三实施方式的把持装置300中，具有上述第二实施方式的触觉传感器200。如上所述，这样的触觉传感器200能够容易且高精度地检测剪切力和正压力，因此，在把持装置300中，根据高精度的剪切力检测信号及正压力检测信号能够实施正确的把持动作。
此外，在这样的触觉传感器200中，能够对X方向和Y方向两者检测剪切力。因此，在第三实施方式中，虽然是测量了拿起对象物Z时的剪切力，但对例如在带式输送机上输送的对象物实施把持时，也能够测量朝向输送方向的剪切力。
第四实施方式
在上述第三实施方式中，作为电子设备列举了设置有触觉传感器200的把持装置，但并不限定于此。
在第四实施方式中，作为使用了触觉传感器200的装置的其他应用例，参照附图，针对具备触觉传感器200的熨斗400进行说明。
图10是示出第四实施方式的熨斗的概略构成的框图。
熨斗400具备加热器410、基底部420、设置于基底部420的温度传感器430、设置于基底部420的触觉传感器200、以及加热器驱动电路440(信号处理部)。该熨斗400的加热器驱动电路440根据来自温度传感器430及触觉传感器200的信号来控制施加于加热器410的电压，并以相对于对象布料的最佳温度来加热基底部420。
加热器410基于由加热器驱动电路440施加的电压而发热，并对基底部420进行加热。
基底部420是与对象布料接触并拉伸对象布料的褶皱的部分，通过加热器410来加热。而且，如图10所示，在该基底部420的一部分上设置有触觉传感器200，触觉传感器200的弹性体14以能够与对象布料接触的方式而露出。
这里，在基底部420设置有温度传感器430，该温度传感器430检测基底部420的温度，并向加热器驱动电路440输出。
加热器驱动电路440与触觉传感器200、温度传感器430及加热器410连接，并根据来自触觉传感器200及温度传感器430的信号控制施加到加热器410的电压。如图10所示，该加热器驱动电路440具备存储器441、信号检测部442、布料判别部443以及温度控制部444。
作为该加热器驱动电路440，构成为具备例如CPU等运算电路、存储电路的计算机，布料判别部443、温度控制部444也可以是作为基于运算电路的运算处理而执行的软件来发挥作用的构成，也可以由例如IC等集成电路构成，并对所输入的电信号实施规定的处理。
存储部441与上述第三实施方式的存储单元一样，存储有正压关系数据、剪切关系数据。而且，存储器441存储有与触觉传感器200检测出的应力对应的、记录有对象布料的粗糙度值的应力-粗糙度值数据。作为该应力-粗糙度值数据，例如对应于每个正压力，存储有与剪切力对应的粗糙度值。
此外，在存储器441中也存储有记录了与粗糙度值对应的基底部420的最佳温度的粗糙度-温度数据。
信号检测部442与触觉传感器200连接，并获取从触觉传感器200输入的检测信号(VA、VB、VC、VD)。此外，信号检测部442利用与第三实施方式的应力计算单元332同样的方法，根据所获取的检测信号及正压关系数据、剪切关系数据以及式(1)～式(4)算出正压力及剪切力。
布料判别部443根据信号检测部442算出的剪切力及正压力、以及存储在存储器441中的应力-粗糙度值数据来判别对象布料的类别。
例如，在本实施方式中，作为应力-粗糙度值数据，以对应于每个正压力的方式存储有与剪切力对应的粗糙度。在这种情况下，布料判别部443从存储器441读出与正压力对应的应力-粗糙度值数据，并根据该应力-粗糙度值数据获取与剪切力对应的粗糙度值。
然后，布料判别部443向温度控制部444输出所获取的粗糙度值。
温度控制部444根据从布料判别部443输入的粗糙度值以及由温度传感器430检测的基底部420的温度控制向加热器410的施加电压。
具体而言，温度控制部444从存储器441读出粗糙度-温度数据，并获取与从布料判别部443输入的粗糙度值对应的基底部420的最佳温度。而且，温度控制部444根据从温度传感器430输入的检测温度和最佳温度的差分值算出用于将基底部420设定为最佳温度所需要的向加热器410施加的电压值，并施加于加热器410。
第四实施方式的作用效果
在上述的第四实施方式的熨斗400中，具有上述第三实施方式的触觉传感器200。如上所述，这样的触觉传感器200能够容易且高精度地检测剪切力及正压力，因此，在熨斗400中也能够高精度地检测对象布料接触到基底部420时的正压力及剪切力。
而且，熨斗400的加热器驱动电路440能够通过布料判别部443判别与检测到的正压力及剪切力对应的对象布料的粗糙度。因此，能够根据判断出的对象布料的粗糙度判断对象布料的类别，温度控制部444能够对应于布料的类别来设定基底部420的温度。因此，在熨斗400中，能够对应于布料自动地设定基底部420的温度，能够省略根据对象布料的类别来变更温度设定的复杂作业。
此外，在上述第四实施方式中，虽然示出了在存储器441中存储记录了与正压力及剪切力对应的粗糙度值的应力-粗糙度值数据的例子，但也可以是例如在存储器441中存储记录了与正压力及剪切力对应的对象布料的类别的应力-布料类别数据的构成等。在这种情况下，布料判别部443根据正压力及剪切力直接判别对象布料的类别，温度控制部444获取与判定的布料类别对应的温度。
而且，作为相关数据，也可以存储有存储了与正压力及剪切力对应的基底部420的最佳温度的应力-温度数据，在这种情况下，不需要存储粗糙度-温度数据，可以提供能够以更少的数据量自动设定基底部420的温度的熨斗400。
而且，在上述熨斗400中，虽然示出了通过加热器驱动电路440自动地设定基底部420的温度的例子，但也可以是能够适当切换自动设定基底部420的温度的自动模式和手动设定温度的手动模式的构成。
第五实施方式
下面，根据附图，对第五实施方式进行说明。
在第五实施方式中，作为本发明的电子设备的其他例子，示出了设置有触觉传感器200的笔记本型个人电脑500。
图11是模式地示出第五实施方式的笔记本型个人电脑500的构成的立体图。
在图11中，笔记本型个人电脑500具有装置主体510、显示部520、第一输入部530以及第二输入部540。
显示部520由例如液晶面板、有机面板等构成，与收容在装置主体510内部的省略了图示的运算控制部连接，并构成为通过该运算控制部来显示各种操作图像、其他信息。
第一输入部530由键盘、数字键等构成。
第二输入部540设置在比第一输入部530更靠前侧的位置，该第二输入部540可以使用上述触觉传感器200。如图11所示，使触觉传感器200的弹性体14的表面露出于第二输入部540的表面，如果使用者在该弹性体14的表面上移动手指、移动触摸笔等，则通过这些移动产生剪切力、正压力。通过检测该剪切力及正压力，从而能够检测使用者的手指、触摸笔的接触位置坐标、移动方向，并作为电信号输出。而且，能够根据输出的电信号，正确地识别使用者想要输入操作的内容，能够提高笔记本型个人计算机500的操作性。
其他实施方式
另外，本发明并不限定于上述实施方式，在能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等均包含于本发明。
例如，在上述第一实施方式中，虽然示出了能够检测X方向的剪切力及Y方向的剪切力两者的应力检测元件100，但是，例如如图12所示，也可以是检测X方向的剪切力及正压力的应力检测元件。此外，在图1中，为了有助于理解压电元件13A、13B的构造，一部分用实线来表示，但是，如图2所示，压电元件13A、13B配置在弹性体14之下。
在图12中，应力检测元件100A是检测X方向的剪切力和按压力的检测元件，具有：具备具有相互平行的一对直线部(第一直线部111A、第二直线部111B)的开口部111的传感器基板11、支撑膜12、压电元件13(第二压电元件13B)、弹性体14。此外，在图12中，虽然示出了开口部111形成为矩形形状的例子，但在向X方向施加剪切力时，也可以是使膜片121发生正弦波状弯曲的形状。因此，例如，也可以形成为具有第一直线部111A、第二直线部111B以及连接这些第一直线部111A、第二直线部111B的两端部之间的半圆形状的曲线部的开口部111。
此外，虽然示出了在应力检测元件100、100A中，通过第一压电元件13A及第二压电元件13B两者来检测X方向的剪切力及正压力的构成，但是，也可以是仅沿第一直线部111A设置第一压电元件13A而不在另一个的第二直线部111B设置压电元件的构成。
而且，在上述应力检测装置100、100A中，虽然是由窄缝141形成的中空部144与外部连通且膜片121的一部分露出到外部的构成，通过对象物与各弹性部141A、141B、141C、141D接触，来自对象物的剪切力被传递到膜片121的构成，但并不限定于此。例如，也可以是在各弹性部141A、141B、141C、141D的上部设置与对象物接触的接触膜，并通过该接触膜来封闭窄缝141的构成。作为这样的接触膜，利用与各弹性部141A、141B、141C、141D相同的材料来形成。通过设置这样的接触膜，能够防止膜片121与对象物的接触，能够保护膜片121。
而且，在第二实施方式中，虽然如图9和图10所示，示出了在相邻的应力检测元件100间，在弹性体14上形成限制槽142的构成，但并不限定于此。例如可以不形成限制槽142，在这种情况下，通过确保应力检测元件100间的距离，能够减少来自相邻的应力检测元件100的弹性体14的弯曲传递。此外，也可以构成为在相邻的应力检测元件100间设置比弹性体14刚性强的区域分离部件。在这样的构成中，与设置有限制槽142的构成相比，在弹性体14的周围形成刚性强的区域分割部件，因此，虽然弹性体14的弯曲量减少，但能够降低来自相邻的应力检测元件100的弹性体14的弯曲传递。
而且，在第一实施方式中，是上部电极133及下部电极131以彼此不接触的方式在俯视图中设置在互相不重合的位置的构成，但并不限定于此。例如，如果是在上部电极133及下部电极131之间形成绝缘膜等，也可以是在传感器俯视图中，这些上部电极133及下部电极131的一部分部分设置在重合位置上的构成。
而且，作为本发明的支撑体，虽然示出了由一张传感器基板11构成的例子，但是，也可以构成为通过对于各应力检测元件100分别设置一个支撑基板(支撑体)并将这些支撑基板固定在传感器基板上，从而形成触觉传感器200。
以上，针对实施本发明的最佳构成进行了具体说明，但本发明并不限定于此。也就是说，虽然，主要对特定的实施方式进行特别图示并说明，但在不脱离本发明的技术思想及目的范围内，本领域技术人员能够对上述实施方式进行各种变更及改进。
附图标记说明
11 传感器基板(支撑体) 12 支撑膜
13A 第一压电元件 13B 第二压电元件
13C 第三压电元件 13D 第四压电元件
111 开口部 111A 第一直线部
111B 第二直线部 111C 第三直线部
111D 第四直线部 141A 第一弹性部
141B 第二弹性部 141C 第三弹性部
141D 第四弹性部 143A 第一弹性端部
143B 第二弹性端部 Gx 弹性部间的间隔
Gy 弹性部的间隙(第二弹性部的间隔)
200 触觉传感器(传感器组件) 210 传感器阵列
300 把持装置(电子设备) 330 控制装置(信号处理)
400 熨斗(电子设备)
440 加热器驱动电路(信号处理部)
500 笔记本型个人计算机(电子设备)
Claims (11)
1.一种应力检测元件，其特征在于：
所述应力检测元件具备：
支撑体，具备具有相互平行的第一直线部及第二直线部的开口部；
支撑膜，形成在所述支撑体上，用于封闭所述开口部；
第一压电元件，在从膜厚方向观察所述支撑膜的俯视图中，以沿所述第一直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号；
第一弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第一直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上；以及
第二弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第二直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，
其中，所述第一弹性部被配置为在第一弹性端部与第二弹性端部之间存在间隔，所述第一弹性端部为所述第一弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘，所述第二弹性端部为所述第二弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘。
2.根据权利要求1所述的应力检测元件，其特征在于：
所述第一弹性部的所述第一弹性端部以及所述第二弹性部的所述第二弹性端部在所述俯视图中，与所述第一直线部及所述第二直线部平行。
3.根据权利要求2所述的应力检测元件，其特征在于：
在所述俯视图中，从所述开口部的所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离与从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离相等。
4.根据权利要求3所述的应力检测元件，其特征在于：
从所述开口部的所述第一直线部到所述第一弹性端部的距离以及从所述第二直线部到所述第二弹性端部的距离是从所述第一直线部到所述第二直线部的距离的10％～30％。
5.根据权利要求1所述的应力检测元件，其特征在于：
所述第一弹性部被设置为覆盖所述第一压电元件。
6.根据权利要求1所述的应力检测元件，其特征在于：
所述应力检测元件还具备：
第二压电元件，在所述俯视图中，以沿所述第二直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号。
7.根据权利要求1所述的应力检测元件，其特征在于：
所述开口部具有相对于所述第一直线部及所述第二直线部正交的第三直线部及第四直线部，
所述应力检测元件还具备：
第三压电元件，在所述俯视图中，以沿所述第三直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号；
第三弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第三直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上；以及
第四弹性部，在所述俯视图中，以沿所述第四直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，
其中，所述第三弹性部被设置为在第三弹性端部与第四弹性端部之间存在间隔，所述第三弹性端部为所述第三弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘，所述第四弹性端部为所述第四弹性部在所述开口部的内侧区域的端部边缘。
8.根据权利要求7所述的应力检测元件，其特征在于：
所述应力检测元件还具备：
第四压电元件，在所述俯视图中，以沿所述第四直线部且从所述开口部的内侧区域跨至外侧区域的方式设置在所述支撑膜上，通过发生弯曲来输出电信号。
9.根据权利要求7所述的应力检测元件，其特征在于：
所述第一弹性部、所述第二弹性部、所述第三弹性部以及所述第四弹性部一体地形成。
10.一种传感器组件，其特征在于：所述传感器组件具备传感器阵列，所述传感器阵列具备多个权利要求1所述的应力检测元件，同时，这些所述应力检测元件排列成阵列状。
11.一种电子设备，其特征在于：
所述电子设备具备：
权利要求10所述的传感器组件；以及
信号处理部，根据从所述传感器组件输出的信号，实施信号处理。
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