JP2001289722A

JP2001289722A - 圧覚センサ

Info

Publication number: JP2001289722A
Application number: JP2000108170A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tosaka; 裕司登坂
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】センサに対する対象物の接触角度に関わらず接
触を正確に検知できる圧覚センサを提供する。【解決手段】弾性部材層（シリコンゴム層２２０２）
と、弾性部材層の上に形成された薄膜基板（シリコン薄
膜２２０３）と、薄膜基板に形成され、この薄膜基板の
たわみを検出する拡散抵抗歪みゲージと、薄膜基板の一
部または全体を覆う、接触圧を受ける受圧部２２０４と
を有する圧覚センサであり、受圧部２２０４は、薄膜基
板の基準方向の略両端位置に突出部が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧覚センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、血管のような生体体腔内や工業
用微細構造管のような管内に挿入したり、被検体に差し
込んだり、開口部から挿入することによって、その内部
の診断、治療に用いる圧力検出手段を有した挿入管、お
よびこれに用いられる圧覚センサが従来より知られてい
る。

【０００３】例えば、学会誌「Micro Electro Mechanic
al Systems」の１９９９年度ダイジェストには「DEVELO
PMENT OF A MICROFINE ACTIVE BENDING CATHETER EQUIP
PEDWITH MIF TACTILE SENSORS」(p412-417)が記載され
ている。以下にこの文献に開示されている圧覚センサに
ついて図１４を用いて説明する。本文献ではセンサ実装
部１０１上にシリコンゴム層１０２を形成し、上記シリ
コンゴム層１０２の上に薄膜化シリコン１０３を張り付
け、上記薄膜化シリコン１０３を覆うようにシリコンゴ
ム製の受圧部１０４を形成している。また、上記薄膜化
シリコン１０３中には拡散抵抗歪みゲージ１０５が一体
に形成されている。上記受圧部１０４の形状はセンサの
機構の一部を担っている。

【０００４】以下に上記した圧覚センサの動作原理につ
いて図１４におけるセンサ部分の模式図である図１５を
用いて説明する。上記受圧部１０４の中央部が周囲より
も高くなっていることにより接触対象物１６０４が上記
受圧部１０４に接触した際には上記薄膜化シリコン１０
３の中央部分を特に強く圧迫し、上記薄膜化シリコン１
０３を上記センサ実装部１０１側に凸の形に変形させ
る。この変形量を上記拡散抵抗歪みゲージ１０５の抵抗
値変化量として測定することで上記接触対象物１６０４
による押圧力を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来例においては図１
５のように前記接触対象物１６０４が前記圧覚センサに
正対して接触した時には前記薄膜化シリコン１０３に前
記センサ実装面１０１側に凸の変形を生じさせるが、図
１６のように接触対象物１７０４が前記圧覚センサに対
してある角度以上傾いた方向から接触した時には前記受
圧部１０４の端の部分１０４ａを特に強く圧迫するた
め、前記薄膜化シリコン１０３は前記センサ実装面１０
１側に凹の変形を生じる。このように接触対象物１７０
４の接触する角度により前記薄膜化シリコン１０３の変
形の方向が変わり、センサ出力の正負が変わってしま
う。

【０００６】さらには、ある接触対象物が前記接触対象
物１６０４および前記接触対象物１７０４それぞれの接
触角度の中間的な角度で接触した場合には、接触してい
るにもかかわらずセンサが反応しない角度領域が存在す
る。以上のように従来技術においては、広い角度範囲か
らの接触に対して十分な考慮がなされていなかった。

【０００７】本発明はこのような課題に着目してなされ
たものであり、その目的とするところは、センサに対す
る対象物の接触角度に関わらず接触を正確に検知できる
圧覚センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明は、弾性部材層と、上記弾性部材層の
上に形成された薄膜基板と、上記薄膜基板に形成され、
この薄膜基板のたわみを検出する検出手段と、上記薄膜
基板の一部または全体を覆う、接触圧を受ける受圧部と
を有する圧覚センサであり、上記受圧部は、上記薄膜基
板の基準方向の略両端位置に突出部が形成されている。

【０００９】また、第２の発明は、弾性部材層と、上記
弾性部材層の上に形成された薄膜基板と、この薄膜基板
に形成され、この薄膜基板のたわみを検出する検出手段
とを有する圧覚センサであり、上記弾性部材層は固さが
不均一であり、上記薄膜基板の中央近傍に対応する部位
が最も硬い。

【００１０】また、第３の発明は、体腔や血管などに挿
入するための挿入管に備え付けられ、体腔や血管内壁な
どと挿入管との接触状態を検知するための圧覚センサで
あって、ゴム状の弾性部材層と、上記ゴム状の弾性部
材層の上に形成された、配線手段を備えた半導体基板
と、上記配線手段を備えた半導体基板中に形成され、上
記半導体基板の変形を検出するための検出手段と、上記
配線手段を備えた半導体基板の一部または全体を覆うよ
うに形成され、接触圧力を上記半導体基板に伝達するた
めの受圧部とを具備し、上記配線手段を備えた半導体基
板が略長方形であり、その長辺にそった略両端位置に上
記受圧部の突出部が形成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１２】（第１実施形態）図１（Ａ）、（Ｂ）は本
発明の第１実施形態に係る圧覚センサの構成を説明する
ための図であり、図１（Ａ）は圧覚センサの断面図、図
１（Ｂ）は圧覚センサの上面図である。

【００１３】センサ実装部土台２２０１の上面２２０１
ａには、弾性部材層としてのシリコンゴム層２２０２が
形成され、その上にはシリコン薄膜（薄膜基板又は半導
体基板）２２０３が貼り付けられている。また、上記シ
リコン薄膜２２０３は図示しない拡散抵抗歪みゲージお
よび図示しない配線手段を備えている。

【００１４】上記拡散抵抗歪みゲージは上記シリコン薄
膜２２０３のたわみ変形の検出を行なう検出手段であ
り、上記配線手段は上記シリコン薄膜２２０３のたわみ
変形の量を外部へ出力することを可能にしている。上記
シリコン薄膜２２０３は上面から見た形状が略長方形を
しており、その長辺方向の略両端位置にシリコンゴム製
の受圧部２２０４ａおよび２２０４ｂの突出部が形成さ
れている。以上のように構成されたものを以降では圧覚
センサ２２１０と呼ぶ。

【００１５】本圧覚センサにおいては、上方又は斜め上
方から対象物が圧覚センサの受圧部２２０４ａ又は２２
０４ｂの少なくとも一方に接触して、この受圧部を圧迫
し、薄膜シリコンゴム２２０３を変形させるようになっ
ている。図の座標軸によると、シリコン薄膜２２０３の
表面は変形前はｘ−ｙ平面と一致しているが、対象物の
圧迫によりｚ方向に変形して、シリコン薄膜２２０３の
表面はｘ−ｙ平面から解離して曲面になる（変形の様子
は図２に例示）。

【００１６】図１の圧覚センサでは、シリコン薄膜２２
０３の上記変形のうち、ｘ−ｚ断面での変形は検出可能
であるが、ｙ−ｚ断面における変形は検出しないように
なっている。

【００１７】このように、薄膜の変形のうち、薄膜表面
に沿った１つの方向（ｘに相当）と薄膜に垂直の方向
（ｚに相当）で作る断面での検出が可能な場合、上記１
つの方向を基準方向と呼び、上記垂直方向を変形方向と
呼ぶことにする。図１の圧覚センサにおいては、薄膜の
長辺方向が基準方向であり、これはｘ軸に沿った方向に
なっている。

【００１８】また、図１の圧覚センサにおいては、薄膜
シリコンゴム２２０３の基準方向（長辺方向）の両端位
置に受圧部２２０４ａ、ｂが形成されている。

【００１９】次に本圧覚センサ２２１０の動作について
図２及び図３を参照して説明する。図２は、対象物２３
０１が上記圧覚センサ２２１０に対して正面から接触し
た状態の断面図である。この状態においては上記受圧部
２２０４ａ及び２２０４ｂはそれぞれ上記対象物２３０
１に接触するため、上記シリコン薄膜２２０３の両端部
を圧迫し、上記シリコン薄膜２２０３は全体として上に
凸の変形をする。

【００２０】図３は、対象物２４０１が上記圧覚センサ
２２１０に対して斜め方向から接触した状態の断面図で
ある。この状態では上記受圧部２２０４ａのみが上記対
象物２４０１に接触するため、上記シリコン薄膜２２０
３の左端部のみを圧迫し、この結果上記シリコン薄膜２
２０３は全体として上に凸の変形をする。

【００２１】以上の説明からわかるように、図２及び図
３のいずれの場合においても本実施形態における上記シ
リコン薄膜２２０３は全体として上に凸の変形をし、対
象物の接触の状態によって変形の方向が変化することは
ない。

【００２２】次に、対象物が接触したときの接触圧力の
検出方法について説明する。図示しない拡散抵抗歪みゲ
ージが上記シリコン薄膜２２０３の例えば上面側に配置
されていた場合には、上記拡散抵抗歪みゲージは引っ張
り歪みを受けて伸ばされ、その抵抗値が変化する。この
ときの抵抗値の変化量を電気的に計測することで対象物
２３０１（２４０１）との接触圧力量を検出するように
する。

【００２３】なお、本実施形態の圧覚センサの各部の形
状、材料について各種の変更が可能であることは言うま
でもない。例えば、上記拡散抵抗歪みゲージでは上記シ
リコン薄膜２２０３における上に凸のいかなる変形もす
べて等価なものとして検出しているが、上記拡散抵抗歪
みゲージを複数設け、上記シリコン薄膜２２０３の変形
の分布を検出することもできる。このことを利用する
と、例えば図３のように上記シリコン薄膜２２０３の左
側のみが変形していることを検出することができるので
対象物が左にあることを認識でき、接触方向検出機能を
付加することができる。

【００２４】上記拡散抵抗歪みゲージの抵抗値が変化す
る方向や変化率は、その抵抗の導電型や不純物濃度、拡
散抵抗が形成されたシリコン中の面方位に依存するもの
であるが、歪みに対して抵抗の変化率が一意に定まるも
のであればどのようなものであっても良い。

【００２５】さらにまた、本実施形態においては、半導
体基板の変形を検出する手段として上記拡散抵抗歪みゲ
ージを用いているが、他の検出方法、例えばＭＯＳトラ
ンジスタのチャネル電流の歪みによる変化を測定する方
法などであってもよい。さらにまた、上記拡散抵抗歪み
ゲージは本実施形態では上記シリコン薄膜２２０３の上
面に配置されているが、上記シリコン薄膜２２０３の下
面に配置するようにしてもよい。この場合には上記シリ
コン薄膜２２０３の上に凸の変形によって上記拡散抵抗
歪みゲージは圧縮歪みを受けるため、前記した実施形態
と比べて出力の方向が逆になるが、センサの機能上にお
いて全く問題はない。

【００２６】また、本実施形態においては、ゴム状の弾
性部材層として上記シリコンゴム層２２０２を用いてい
るが、これはシリコンゴム以外の他の弾性材料例えば各
種の合成ゴム等であっても構わない。また、受圧部の材
料についてもゴム状の弾性部材層について上で述べたの
と同様のことが言える。

【００２７】さらにまた、受圧部２２０４ａおよび２２
０４ｂとして、本実施形態では図１（Ａ）、（Ｂ）に示
すような略半球状のものを用いているが、本実施形態に
おける受圧部の形状は半球状に限るものではない。

【００２８】図４（Ａ）、（Ｂ）及び図５（Ａ）、
（Ｂ）はそれぞれ本実施形態の第１および第２の変形例
を説明するための図である。これら変形例においては上
記センサ実装部土台２２０１および上記シリコンゴム層
２２０２および上記シリコン薄膜２２０３の構成は上記
した実施形態と同一である。

【００２９】図４に示す第１の変形例では受圧部３６０
４ａ，３６０４ｂの形状が４角錐をしているが、その突
出部が上記シリコン薄膜２２０３の略両端位置にあるた
め、受圧部３６０４ａ，３６０４ｂは上記した受圧部２
２０４ａ，２２０４ｂと同様の作用を有する。このよう
に、本発明においては受圧部の突出部の形状については
何ら限定されることはなく、どのような形状であっても
よい。

【００３０】また、図５に示す第２の変形例における受
圧部３７０４は、上記シリコン薄膜２２０３の全面を覆
いつつ上記シリコン薄膜２２０３の略両端位置に突出部
３７０４ａ，３７０４ｂを形成したものである。本第２
の変形例によれば本実施形態の効果に加えて、上記シリ
コン薄膜２２０３が対象物の角部などに直接接触して破
断する可能性が少なくなり、センサの信頼性を向上させ
ることができる。

【００３１】以下に第３の変形を説明する。上記した実
施形態においては上記シリコン薄膜２２０３の上面から
見た形状が長方形をしているが、上面から見て長軸方向
および短軸方向をもち、それが互いに直交する平面形状
であればどのような形状であっても構わない。

【００３２】図６（Ａ）、（Ｂ）は第３の変形例につい
て説明するための図であり、図６（Ａ）は圧覚センサの
断面図、図６（Ｂ）は圧覚センサの上面図である。第３
の変形例においては上記センサ実装部土台２２０１およ
び上記シリコンゴム層２２０２および上記受圧部２２０
４ａ、ｂの構成は上記した実施形態と同一である。ここ
では、センサ上面から見たときのシリコン薄膜３８０３
の形状が楕円形であることを特徴としているが、このよ
うな構成であっても上記した実施形態と同等の効果が得
られる。

【００３３】以下に第４の変形例を説明する。以下に述
べるように２つの圧覚センサをその中央部で互いに交差
させて結合した構成であっても同様な効果を得ることが
できる。

【００３４】図７（Ａ）、（Ｂ）は第４の変形例につい
て説明するための図であり、図７（Ｂ）は本変形例にお
ける圧覚センサ４０１０の上面図であり、図７（Ａ）は
図７（Ｂ）上の破線Ａ−Ａ′における断面図である。こ
の変形例は以下のように構成されている。

【００３５】センサ実装部土台４００１の上面４００１
ａにはシリコンゴム層４００２が形成され、その上には
シリコン薄膜４００３が貼り付けられている。また、上
記シリコン薄膜４００３は図示しない拡散抵抗歪みゲー
ジおよび図示しない配線手段を備えており、上記拡散抵
抗歪みゲージは上記シリコン薄膜４００３のたわみ変形
の検出を可能とし、上記配線手段は上記シリコン薄膜４
００３のたわみ変形の量を外部へ出力することを可能に
している。上記シリコン薄膜４００３は上面から見た形
状が略十字型をしており、その各略端部にはシリコンゴ
ム製の受圧部４００４ａ，４００４ｂ，４００４ｃ，４
００４ｄが形成されている。以上のように構成されたも
のを以降では圧覚センサ４０１０と呼ぶ。

【００３６】以上のように構成された第４の変形例の圧
覚センサにおいても第１実施形態と同様な原理に基づき
接触センサとしての使用が可能である。さらに、上記各
受圧部４００４ａ，４００４ｂ，４００４ｃ，４００４
ｄごとに対応する半導体歪みゲージを設置し、上記受圧
部４００４ａ，４００４ｂ，４００４ｃ，４００４ｄの
うちどれが接触状態にあるのかを検出することで接触方
向検出機能を付加することができる。また、本変形例と
同様な原理に基づき、本実施形態のセンサを３つ、４
つ、…と複数個交差させてもよい。

【００３７】以上のような構成により、従来例において
は考慮されていなかった圧覚センサの正面以外の方向か
らの物体の接触を検知できるようになる。

【００３８】（第２実施形態）以下に本発明の第２実施
形態を説明する。図８（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実
施形態に係る圧覚センサの構成を説明するための図であ
り、図８（Ａ）は圧覚センサの断面図、図８（Ｂ）は圧
覚センサの上面図である。

【００３９】第２実施形態の圧覚センサは次のように構
成されている。センサ実装部土台３００１の上面３００
１ａにはシリコンゴム層３００２が形成され、その上に
はシリコン薄膜３００３が貼り付けられている。また、
上記シリコン薄膜３００３は図示しない拡散抵抗歪みゲ
ージおよび図示しない配線手段を備えており、上記拡散
抵抗歪みゲージは上記シリコン薄膜３００３のたわみ変
形の検出を可能とし、上記配線手段は上記シリコン薄膜
３００３のたわみ変形の量を外部へ出力することを可能
にしている。上記シリコン薄膜３００３は上面から見た
形状が略長方形をしている（図８（Ｂ））。

【００４０】本実施形態のシリコンゴム層３００２はそ
の弾性率がすべて一様ではない。上記シリコンゴム層３
００２はその弾性率の違いによって、上記シリコン薄膜
３００３の長手方向中央部の下に位置する部分である中
央部シリコンゴム層３００２ａと、上記シリコン薄膜３
００３の長手方向両端部の下に位置する部分である両端
部シリコンゴム層３００２ｂとに分けられる。上記中央
部シリコンゴム層３００２ａは、上記両端部シリコンゴ
ム層３００２ｂと比べて弾性率の高いシリコンゴム材料
によって構成されている。以上のように構成されたもの
を以降では圧覚センサ３０１０と呼ぶ。

【００４１】次に本実施形態の圧覚センサの動作につい
て図９及び図１０を参照して説明する。

【００４２】図９は対象物３１０１が上記圧覚センサ３
０１０に対して正面から接触した状態の断面図である。
上記圧覚センサ３０１０は上記シリコンゴム層３００２
の弾性率分布によって、上記シリコン薄膜３００３の両
端部付近が中央部付近に比べて下方向に変位しやすいと
いう特徴を有している。このため、対象物３１０１がた
とえば生体の体腔内壁のようにそれ自身も変形しやすい
弾性体である場合には、上記圧覚センサ３０１０と対象
物３１０１は互いに押し合いつつ上記薄膜化シリコン３
００３の両端部を中央部に比べてより大きく上記上面３
００１ａ方向に押しやり、この結果上記シリコン薄膜３
００３は全体として上に凸の変形をする。

【００４３】図１０は、対象物３２０１が上記圧覚セン
サ３０１０に対して斜め方向から接触した状態の断面図
である。この状態では上記シリコン薄膜３００３の左端
部が上記対象物３２０１に接触するため、上記シリコン
薄膜３００３の左端部のみが上記上面３００１ａ方向に
押しやられ、上記シリコン薄膜３００３は全体として上
に凸の変形をする。

【００４４】以上のように、図９および図１０のいずれ
の場合においても本実施形態における上記シリコン薄膜
３００３は全体として上に凸の変形をし、対象物の接触
の状態によって変形の方向が変化することはない。そし
て上記シリコン薄膜３００３の変形をセンサ出力として
電気信号に変換する手段は前述した第１実施形態と同様
である。

【００４５】さらにまた、上記図示しない拡散抵抗ひず
みゲージのバリエーションや、半導体基板の変形を検出
する手段についてのバリエーションについても第１実施
形態と同様の変更が可能であることはいうまでも無い。
さらにまた、第１実施形態における第３の変形例のよう
に、上記シリコン薄膜３００３のセンサ上面からみた形
状は厳密に長方形である必要はない。

【００４６】さらにまた、第１実施形態における第４の
変形例のように、本実施形態のセンサをその中央部で２
つもしくはそれ以上交差させて互いに結合した構成にお
いても本実施形態のセンサと同等な効果を得ることがで
きる。

【００４７】さらにまた、この実施形態で示した上記シ
リコンゴム層３００２では、その硬さが中央部シリコン
ゴム層３００２ａおよび両端部シリコンゴム層３００２
ｂのように２段階に異なっているが、中央部がもっとも
硬く、両端になるにつれて柔らかいような構成であれ
ば、例えば３、４、５…のようにより複数段階に分かれ
ていたり、さらにまた、硬さが連続的に変化するような
構成であっても良い。また、ゴム状の弾性部材層の材質
は本実施形態のようにシリコンゴムである必要はなく、
その他各種の合成樹脂などであっても良い。

【００４８】以上のような構成により、従来例において
は考慮されていなかった圧覚センサの正面以外の方向か
らの物体の接触を検知できるようになる。

【００４９】（第３実施形態）以下に本発明の第３実施
形態を説明する。図１１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第３
実施形態に係る圧覚センサの構成を説明するための図で
あり、図１１（Ａ）は圧覚センサの断面図、図１１
（Ｂ）は圧覚センサの上面図である。

【００５０】図１１（Ａ）、（Ｂ）において、センサ実
装部土台３３０１の上面３３０１ａにはシリコンゴム層
３３０２が形成され、その上にはシリコン薄膜３３０３
が貼り付けられている。また、上記シリコン薄膜３３０
３は図示しない拡散抵抗歪みゲージおよび図示しない配
線手段を備えており、上記拡散抵抗歪みゲージは上記シ
リコン薄膜３３０３のたわみ変形の検出を可能とし、上
記配線手段は上記シリコン薄膜３３０３のたわみ変形の
量を外部へ出力することを可能にしている。

【００５１】図１１（Ｂ）に示すように、上記シリコン
薄膜３３０３は上面から見た形状が略長方形をしてお
り、その長辺方向の略両端部にシリコンゴム製の受圧部
３３０４ａおよび３３０４ｂが形成されている。上記シ
リコンゴム層３３０２はその弾性率がすべて一様ではな
い。

【００５２】上記シリコンゴム層３３０２はその弾性率
の違いによって、上記シリコン薄膜３３０３の長手方向
中央部の下に位置する部分である中央部シリコンゴム層
３３０２ａと、上記シリコン薄膜３３０３の長手方向両
端部の下に位置する部分である両端部シリコンゴム層３
３０２ｂとに分けられ、上記中央部シリコンゴム層３３
０２ａは、上記両端部シリコンゴム層３３０２ｂと比べ
て弾性率の高いシリコンゴム材料によって構成されてい
る。以上のように構成されたものを以降では圧覚センサ
３３１０と呼ぶ。

【００５３】次に本圧覚センサの動作について図１２及
び図１３を参照して説明する。図１２は、対象物３４０
１が上記圧覚センサ３３１０に対して正面から接触した
状態の断面図である。この状態においては上記受圧部３
３０４ａおよび３３０４ｂはそれぞれ上記対象物３４０
１に接触するため、上記シリコン薄膜３３０３の両端部
を圧迫し、上記シリコン薄膜３３０３は全体として上に
凸の変形をする。さらにまた、上記シリコン薄膜３３０
３の両端部の下に位置する上記シリコンゴム層３３０２
すなわち上記両端部シリコンゴム層３３０２ｂは上記中
央部シリコンゴム層３３０２ａよりも弾性率が低いこと
は上記シリコン薄膜３３０３の変形をより容易にする。

【００５４】図１３は、対象物３５０１が上記圧覚セン
サ３３１０に対して斜め方向から接触した状態の断面図
である。この状態では上記受圧部３３０４ａのみが上記
対象物３５０１に接触するため、上記シリコン薄膜３３
０３の左端部のみを圧迫し、この結果上記シリコン薄膜
３３０３は全体として上に凸の変形をする。さらにま
た、上記シリコンゴム層３３０２の弾性率の分布が上記
シリコン薄膜３３０３の変形をより容易にすることは言
うまでも無い。

【００５５】以上のように、図１２及び図１３のいずれ
の場合においても本実施形態における上記シリコン薄膜
３３０３は全体として上に凸の変形をし、対象物の接触
の状態によって変形の方向が変化することはない。そし
て上記シリコン薄膜３３０３の変形をセンサ出力として
電気信号に変換する手段は前述した第１実施形態と同様
である。

【００５６】さらにまた上記図示しない拡散抵抗ひずみ
ゲージのバリエーションや半導体基板の変形を検出する
手段のバリエーションについても第１実施形態と同様の
変更が可能であることはいうまでも無い。

【００５７】さらにまた受圧部３３０４に関するバリエ
ーションは前述した第１実施形態における第１および第
２の変形例と同様である。

【００５８】さらにまた、第１実施形態における第３の
変形例のように、上記シリコン薄膜３００３のセンサ上
面からみた形状は厳密に長方形である必要はない。

【００５９】さらにまた、第１実施形態における第４の
変形例のように、本実施形態のセンサをその中央部で２
つもしくはそれ以上交差させて互いに結合した構成にお
いても本実施形態のセンサと同等な効果を得ることがで
きる。

【００６０】さらにまた、上記シリコンゴム層３３０２
についても第２実施形態で上記シリコンゴム層３００２
について述べたと同様のバリエーションの変化が可能で
あることも言うまでも無い。

【００６１】以上のような構成により、従来例において
は考慮されていなかった圧覚センサの正面以外の方向か
らの物体の接触を検知できるようになる。

【００６２】なお、上記した具体的実施形態から以下の
ような構成の発明が抽出可能である。

【００６３】１．体腔や血管などに挿入するための挿
入管に備え付けられ、体腔や血管内壁などと挿入管との
接触状態を検知することのできる挿入管用圧覚センサで
あって、ゴム状の弾性部材層と、上記ゴム状の弾性部材
層の上に形成された、配線手段を備えた半導体基板と、
上記配線手段を備えた半導体基板中に形成され、上記半
導体基板の変形を検出する検出手段と、上記配線手段を
備えた半導体基板の一部または全体を覆うように形成さ
れ、接触圧力を上記半導体基板に伝達するための受圧部
と、を具備し、上記配線手段を備えた半導体基板が略長
方形であり、その長辺にそった略両端位置に上記受圧部
の突出部が形成されていることを特徴とする挿入管用圧
覚センサ。

【００６４】（対応する発明の実施の形態）この発明は
上記した第１実施形態に対応する。構成中の「圧覚セン
サ」という用語は何らかの対象と接触したとき、その接
触力を検出するセンサという意味で用いている。構成中
の「受圧部」という用語は上記圧覚センサ上に形成され
る、接触対象物との接触を積極的に行うための部材のこ
とである。構成中の「ゴム状の弾性部材層」として、こ
こでは上記のシリコンゴム層２２０２が該当するが、そ
の他の合成樹脂であっても構わない。

【００６５】（作用・効果）前記圧覚センサが何かに接
触するときには前記受圧部の前記突出部が最初に接触す
る。このときの接触力は前記半導体基板のうち、前記突
出部の下の部分、すなわち前記半導体基板の端部を特に
強く圧迫せしめ、前記ゴム状の弾性部材層ごと前記半導
体基板を変形させる。この変形は前記半導体基板の端部
が前記圧覚センサの実装される場所に近づき、前記半導
体基板の中央部が端部の移動量に比して動きの小さな変
形であるため、前記半導体基板は全体として前記圧覚セ
ンサを実装される場所に向かって凹の変形をする。この
変形の度合いは前記半導体基板の変形を検出する手段に
よって検出され、この検出結果は前記配線手段によって
前記圧覚センサ外部に出力される。以上の構成により前
記圧覚センサへの接触力を正確に測定することができ
る。

【００６６】２．体腔や血管などに挿入するための挿入
管に備え付けられ、体腔や血管内壁などと挿入管との接
触状態を検知するための挿入管用圧覚センサであって、
ゴム状の弾性部材層と、上記ゴム状の弾性部材層の上に
形成された、配線手段を備えた半導体基板と、上記配線
手段を備えた半導体基板中に形成され、上記半導体基板
の変形を検出するための検出手段と、を具備し、上記配
線手段を備えた半導体基板が略長方形であり、その長辺
にそった方向において上記ゴム状の弾性部材層の硬さに
違いが設けられていて、前記長辺方向の略中央部がもっ
とも硬く形成されている事を特徴とする挿入管用圧覚セ
ンサ。

【００６７】（対応する発明の実施の形態）この発明は
上記した第２実施形態に対応する。構成中の「圧覚セン
サ」という用語は何らかの対象と接触したとき、その接
触力を検出するセンサという意味で用いている。構成中
の「ゴム状の弾性部材層」として、ここでは上記のシリ
コンゴム層３００２が該当するが、その他の合成樹脂で
あっても構わない。

【００６８】（作用・効果）前記圧覚センサが何かある
程度やわらかな物体に接触し、この物体と前記圧覚セン
サとが相互に押し合うとき、この物体と前記半導体基板
は相互に変形する。前記ゴム状の弾性部材層の硬さは、
前記配線手段を備えた半導体基板の両端位置において中
央位置よりも柔らかいので、前記半導体基板はとくにそ
の両端部において下方向に変位しやすい。前記半導体基
板の変形は前記半導体基板の端部が前記圧覚センサの実
装される場所に近づき、前記半導体基板の中央部が端部
の移動量に比して動きの小さな変形であるため、前記半
導体基板は全体として前記圧覚センサが実装される場所
に向かって凹の変形をする。この変形の度合いは前記半
導体基板の変形を検出する手段によって検出され、この
検出結果は前記配線手段によって前記圧覚センサ外部に
出力される。以上の構成により前記圧覚センサへの接触
力を正確に測定することができる。

【００６９】３．体腔や血管などに挿入するための挿入
管に備え付けられ、体腔や血管内壁などと挿入管との接
触状態を検知するための挿入管用圧覚センサであって、
ゴム状の弾性部材層と、上記ゴム状の弾性部材層の上に
形成された、配線手段を備えた半導体基板と、上記配線
手段を備えた半導体基板中に形成され、上記半導体基板
の変形を検出するための検出手段と、上記配線手段を備
えた半導体基板の一部または全体を覆うように形成さ
れ、接触圧力を上記半導体基板に伝達するための受圧部
と、を具備し、上記配線手段を備えた半導体基板が略長
方形であり、その長辺にそった略両端位置に上記受圧部
の突出部が形成されており、上記配線手段を備えた半導
体基板の長辺にそった方向において上記ゴム状の弾性部
材層の硬さに違いが設けられていて長辺方向の略中央部
がもっとも硬く形成されていることを特徴とする挿入管
用圧覚センサ。

【００７０】（対応する発明の実施の形態）この発明は
上記した第３実施形態に対応する。構成中の「圧覚セン
サ」という用語は何らかの対象と接触したとき、その接
触力を検出するセンサという意味で用いている。構成中
の「受圧部」という用語は上記圧覚センサ上に形成され
る、接触対象物との接触を積極的に行うための部材のこ
とである。構成中の「ゴム状の弾性部材層」として、こ
こでは上記したシリコンゴム層３３０２が該当するが、
その他の合成樹脂であっても構わない。

【００７１】（作用・効果）前記圧覚センサが何かに接
触するときには前記受圧部の前記突出部が最初に接触す
る。このときの接触力は前記半導体基板のうち、前記突
出部の下の部分、すなわち前記半導体基板の端部を特に
強く圧迫せしめ、前記ゴム上の弾性部材層ごと前記半導
体基板を変形させる。この変形は前記半導体基板の端部
が前記圧覚センサの実装される場所に近づき、前記半導
体基板の中央部が端部の移動量に比して動きの小さな変
形である。さらにまた、前記ゴム状の弾性部材層の硬さ
は前記配線手段を備えた半導体基板の両端位置において
中央位置よりも柔らかいので、前記半導体基板はとくに
両端部において下方向に変位しやすい。以上の結果、前
記半導体基板は全体として前記圧覚センサが実装される
場所に向かって凹の変形をする。この変形の度合いは前
記半導体基板の変形を検出する手段によって検出され、
この検出結果は前記配線手段によって前記圧覚センサ外
部に出力される。以上の構成により前記圧覚センサへの
接触力を正確に測定することができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、センサに対する対象物
の接触角度に関わらず接触を正確に検知できる圧覚セン
サを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る圧覚センサの構成
を説明するための図である。

【図２】圧覚センサの動作を説明するための図であり、
対象物が圧覚センサに対して正面から接触した状態の断
面図である。

【図３】圧覚センサの動作を説明するための図であり、
対象物が圧覚センサに対して斜め方向から接触した状態
の断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態の第１の変形例を説明す
るための図である。

【図５】本発明の第２実施形態の第２の変形例を説明す
るための図である。

【図６】本発明の第２実施形態の第３の変形例を説明す
るための図である。

【図７】本発明の第２実施形態の第４の変形例を説明す
るための図である。

【図８】本発明の第２実施形態に係る圧覚センサの構成
を説明するための図である。

【図９】第２実施形態の圧覚センサの動作について説明
するための図であり、対象物が圧覚センサに対して正面
から接触した状態の断面図である。

【図１０】第２実施形態の圧覚センサの動作について説
明するための図であり、対象物が圧覚センサに対して斜
め方向から接触した状態の断面図である。

【図１１】本発明の第３実施形態に係る圧覚センサの構
成を説明するための図である。

【図１２】第３実施形態の動作について説明するための
図であり、対象物が圧覚センサに対して正面から接触し
た状態の断面図である。

【図１３】第３実施形態の動作について説明するための
図であり、対象物が圧覚センサに対して斜め方向から接
触した状態の断面図である。

【図１４】従来の圧覚センサの構成を説明するための図
である。

【図１５】図１４に示す圧覚センサの動作原理について
説明するための図である。

【図１６】従来の圧覚センサの問題点を説明するための
図である。

【符号の説明】

２２０１センサ実装部土台２２０１ａ上面２２０２シリコンゴム層２２０３シリコン薄層２２０４（２２０４ａ、２２０４ｂ）受圧部２２１０圧覚センサ２３０１対象物２４０１対象物３００１センサ実装部土台３００１ａ上面３００２（３００２ａ、３００２ｂ）シリコンゴム層３００３シリコン薄膜３０１０圧覚センサ３１０１対象物３２０１対象物３３０１センサ実装部土台３３０１ａ上面３３０２（３３０２ａ、３３０２ｂ）シリコンゴム層３３０３シリコン薄膜３３０４（３３０４ａ、３３０４ｂ）受圧部３３１０圧覚センサ３３１０ａ上面３４０１対象物３５０１対象物３６０４（３６０４ａ、３６０４ｂ）受圧部３７０４（３７０４ａ、３７０４ｂ）受圧部３８０３シリコン薄膜４００１センサ実装部土台４００１ａ上面４００２シリコンゴム層４００３シリコン薄膜４００４（４００４ａ、４００４ｂ）受圧部４０１０圧覚センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性部材層と、上記弾性部材層の上に形成された薄膜基板と、上記薄膜基板に形成され、この薄膜基板のたわみを検出
する検出手段と、上記薄膜基板の一部または全体を覆う、接触圧を受ける
受圧部とを有する圧覚センサであり、上記受圧部は、上記薄膜基板の基準方向の略両端位置に
突出部が形成されていることを特徴とする圧覚センサ。
【請求項２】弾性部材層と、上記弾性部材層の上に形成された薄膜基板と、この薄膜基板に形成され、この薄膜基板のたわみを検出
する検出手段と、を有する圧覚センサであり、上記弾性部材層は固さが不均一であり、上記薄膜基板の
中央近傍に対応する部位が最も硬いことを特徴とする圧
覚センサ。
【請求項３】体腔や血管などに挿入するための挿入管
に備え付けられ、体腔や血管内壁などと挿入管との接触
状態を検知するための圧覚センサであって、ゴム状の弾性部材層と、上記ゴム状の弾性部材層の上に形成された、配線手段を
備えた半導体基板と、上記配線手段を備えた半導体基板中に形成され、上記半
導体基板の変形を検出するための検出手段と、上記配線手段を備えた半導体基板の一部または全体を覆
うように形成され、接触圧力を上記半導体基板に伝達す
るための受圧部と、を具備し、上記配線手段を備えた半導体基板が略長方形であり、そ
の長辺にそった略両端位置に上記受圧部の突出部が形成
されていることを特徴とする圧覚センサ。