JP2006184098A - Pressure-sensitive sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外力の作用により抵抗値が変化する導電性感圧部材を用いた感圧センサに関する。 The present invention relates to a pressure-sensitive sensor using a conductive pressure-sensitive member whose resistance value changes due to the action of an external force.
この種の従来の装置としては、例えば特許文献1、2に記載されたものがある。特許文献1の圧力センサでは、短冊状の各導電性感圧ゴムを柔軟な電極板上に一定間隔で配列して、各導電性感圧ゴム及び電極板を一対の粘着テープ間に挟み込み、これにより該圧力センサを曲面柔軟体に装着することを可能にし、かつ曲がりによる導電性感圧ゴムの導電性の変化を防止している。
As this type of conventional apparatus, for example, there are those described in
また、特許文献2の装置では、感圧エラストマシートの表裏に一対のフレキシブル基板を貼り付け、各フレキシブル基板の電極を通じて、感圧エラストマシートにおけるX−Y座標の圧力を検出している。
しかしながら、特許文献1の様に各導電性感圧ゴム及び電極板を一対の粘着テープ間に挟み込んだ場合は、各粘着テープの挟み込みにより各導電性感圧ゴム全体に圧縮力が作用して、各導電性感圧ゴム全体に歪が生じ、初期状態(無負荷状態)でありながら各導電性感圧ゴムの抵抗値が既に変化してしまうので、各導電性感圧ゴムの抵抗値の変化範囲が狭くなり、検出圧力のダイナミックレンジ(検出範囲)が低下した。
However, when each conductive pressure-sensitive rubber and the electrode plate are sandwiched between a pair of adhesive tapes as in
また、各粘着テープの接着剤の硬化に伴って、圧力センサそのものの硬度が上昇してしまい、このために圧力が加わっても、導電性感圧ゴムが歪み難くなり、圧力センサの検出感度が低下した。 Also, as the adhesive of each adhesive tape hardens, the hardness of the pressure sensor itself increases, so even if pressure is applied, the conductive pressure-sensitive rubber becomes difficult to distort and the detection sensitivity of the pressure sensor decreases. did.
一方、特許文献2の様に感圧エラストマシートの表裏に一対のフレキシブル基板を貼り付ける場合も、各フレキシブル基板の貼り付けに用いられる接着剤が硬化すると、感圧エラストマシートの硬度が上昇してしまい、圧力が加わっても、感圧エラストマシートが歪み難くなり、その検出感度が低下した。
On the other hand, even when a pair of flexible substrates is attached to the front and back of the pressure-sensitive elastomer sheet as in
また、硬化した接着剤近傍にフレキシブル基板の電極が存在する場合は、この硬化した接着剤近傍での感圧エラストマシートの検出感度が低下するため、この電極の位置での検出精度が低下し、これが検出感度のバラツキの原因となった。 In addition, when there is an electrode of a flexible substrate in the vicinity of the cured adhesive, the detection sensitivity of the pressure sensitive elastomer sheet in the vicinity of the cured adhesive is reduced, so the detection accuracy at the position of this electrode is reduced, This caused variations in detection sensitivity.
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、検出圧力のダイナミックレンジが広く、検出感度も良好で正確な感圧センサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an accurate pressure-sensitive sensor having a wide detection pressure dynamic range, good detection sensitivity, and the like.
上記課題を解決するために、本発明は、外力の作用により抵抗値が変化する導電性感圧部材と、この導電性感圧部材を支持する支持体とを備え、外力の検出のために該導電性部材の抵抗値を検出する感圧センサにおいて、外力が作用する前記導電性感圧部材の箇所から離間した該導電性感圧部材の部分を前記支持体に接続して、この導電性感圧部材を支持しており、前記支持体に接続される導電性感圧部材の部分は、前記導電性感圧部材の箇所に外力が作用しても、形質が実質的に変化しない部分である。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a conductive pressure-sensitive member whose resistance value changes due to the action of an external force, and a support that supports the conductive pressure-sensitive member. In a pressure-sensitive sensor that detects a resistance value of a member, a portion of the conductive pressure-sensitive member that is separated from a portion of the conductive pressure-sensitive member on which an external force acts is connected to the support body to support the conductive pressure-sensitive member. The portion of the conductive pressure-sensitive member connected to the support is a portion where the character does not substantially change even if an external force acts on the conductive pressure-sensitive member.
また、本発明においては、前記導電性感圧部材の部分の形質とは、該導電性感圧部材の部分の抵抗値である。 In the present invention, the character of the portion of the conductive pressure-sensitive member is the resistance value of the portion of the conductive pressure-sensitive member.
更に、本発明においては、前記導電性感圧部材の部分の形質とは、該導電性感圧部材の部分の厚さである。 Furthermore, in the present invention, the character of the portion of the conductive pressure-sensitive member is the thickness of the portion of the conductive pressure-sensitive member.
また、本発明においては、前記導電性感圧部材は、導電性感圧ゴムである。 In the present invention, the conductive pressure-sensitive member is a conductive pressure-sensitive rubber.
更に、本発明においては、前記導電性感圧部材は、導電性ゲルである。 Furthermore, in the present invention, the conductive pressure sensitive member is a conductive gel.
また、本発明においては、前記導電性感圧部材は、ゲル又はエラストマにカーボンマイクロコイルを混入したものである。 In the present invention, the conductive pressure-sensitive member is a gel or elastomer mixed with carbon microcoils.
更に、本発明においては、前記導電性感圧部材は、感圧導電性インクを封入した部材である。 Furthermore, in the present invention, the conductive pressure-sensitive member is a member enclosing pressure-sensitive conductive ink.
また、本発明においては、前記導電性感圧部材の箇所に外力が作用しても、形質が実質的に変化しない該導電性感圧部材の部分は、この導電性感圧部材の端部であって、接着剤により前記支持体に接続されている。 Further, in the present invention, even if an external force acts on the conductive pressure-sensitive member, the portion of the conductive pressure-sensitive member whose trait does not substantially change is an end of the conductive pressure-sensitive member, It is connected to the support by an adhesive.
本発明の感圧センサによれば、外力が作用する導電性感圧部材の箇所から離間した該導電性感圧部材の部分を支持体に接続して、この導電性感圧部材を支持しており、支持体に接続される導電性感圧部材の部分は、導電性感圧部材の箇所に外力が作用しても、形質が実質的に変化しない部分である。従って、支持体に接続される導電性感圧部材の部分が、外力を受ける導電性感圧部材の箇所に影響を与えることはなく、このために初期状態(無負荷状態)では、外力を受ける導電性感圧部材の箇所が歪まず、該箇所の抵抗値が変せず、検出圧力のダイナミックレンジを広く、検出感度を良好に保ち、検出結果のバラツキを抑えることができる。 According to the pressure-sensitive sensor of the present invention, the conductive pressure-sensitive member portion that is separated from the portion of the conductive pressure-sensitive member on which an external force acts is connected to the support, and the conductive pressure-sensitive member is supported. The portion of the conductive pressure-sensitive member connected to the body is a portion where the character does not substantially change even when an external force is applied to the conductive pressure-sensitive member. Therefore, the portion of the conductive pressure-sensitive member connected to the support does not affect the portion of the conductive pressure-sensitive member that receives external force. Therefore, in the initial state (no load state), the conductive pressure-sensitive member that receives external force is not affected. The portion of the pressure member does not distort, the resistance value of the portion does not change, the dynamic range of the detection pressure is wide, the detection sensitivity is kept good, and the variation in detection results can be suppressed.
導電性感圧部材の部分の形質とは、該導電性感圧部材の部分の抵抗値である。あるいは、該部分の抵抗値に対応する該部分の厚さである。 The character of the portion of the conductive pressure-sensitive member is the resistance value of the portion of the conductive pressure-sensitive member. Alternatively, the thickness of the portion corresponding to the resistance value of the portion.
導電性感圧部材としては、導電性感圧ゴム、導電性ゲル、あるいはゲル又はエラストマにカーボンマイクロコイルを混入したもの、及び感圧導電性インクを封入した部材等がある。 Examples of the conductive pressure-sensitive member include a conductive pressure-sensitive rubber, a conductive gel, a material in which a carbon microcoil is mixed in a gel or an elastomer, and a member in which pressure-sensitive conductive ink is sealed.
また、形質が実質的に変化しない導電性感圧部材の部分は、例えば導電性感圧部材の端部であって、接着剤により支持体に接続される。この様に導電性感圧部材の端部を接着剤により支持体に接続すると、この端部が、つまり支持体に接続される導電性感圧部材の部分が、外力が作用する導電性感圧部材の箇所から離間する。 Moreover, the part of the electroconductive pressure sensitive member in which a character does not change substantially is an edge part of an electroconductive pressure sensitive member, for example, Comprising: It connects to a support body with an adhesive agent. When the end of the conductive pressure-sensitive member is connected to the support with an adhesive in this way, the end, that is, the portion of the conductive pressure-sensitive member connected to the support, is the location of the conductive pressure-sensitive member on which an external force acts. Separate from.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態を上方から透視して示す平面図である。本実施形態では、基板1に複数の円形凹部1aを行列方向に配列形成して、各円形凹部1aの底面に一対の渦巻き状電極2、3をそれぞれ設けている。そして、行方向に並ぶ3個の円形凹部1aを1組として、組毎に、3個の円形凹部1aの上側を短冊状の導電性感圧ゴム4により覆い、導電性感圧ゴム4の上下端4a、4bを接着剤5により基板1に接着して、導電性感圧ゴム4を基板1上に支持している。これにより、円形凹部1a毎に、一対の渦巻き状電極2、3、及び導電性感圧ゴム4を有する感圧センサ10が形成される。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention as seen through from above. In this embodiment, a plurality of
また、行毎に、3個の感圧センサ10の渦巻き状電極2を行信号線6により共通接続し、列毎に、3個の感圧センサ10の渦巻き状電極3を列信号線7により共通接続している。
Further, for each row, the
各渦巻き状電極2、3は、それぞれが渦巻き状でありながら、相互に平行に配置されている。
The
導電性感圧ゴム4は、例えばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム等の合成ゴムや、ゴム弾性を示す熱可塑性エラストマ等の非導電性エラストマの中に、金属粒子、カーボンブラック、黒鉛粒子等の導電性粒子を混合分散させてなる。この導電性感圧ゴム4は、外力により圧縮変形されて歪むと、この歪み箇所で各導電性粒子が接近もしくは接触して抵抗値が低下する。従って、導電性感圧ゴム4の抵抗値の低下変動分を検出すれば、導電性感圧ゴム4にどの程度の外力が作用したかを知ることができる。
The conductive pressure-
図2は、単一の感圧センサ10を示す断面図である。この図2から明らかな様に初期状態(無負荷状態)では、円形凹部1aの上側を覆う導電性感圧ゴム4が平板状であるため、この導電性感圧ゴム4が該円形凹部1aの底面の各渦巻き状電極2、3から離間している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a
また、例えば図3に示す様に物体Jが感圧センサ10に圧接して、感圧センサ10に外力が作用すると、この感圧センサ10の箇所で導電性感圧ゴム4が下方に撓んで円形凹部1aの底面の各渦巻き状電極2、3に接触する。
Further, for example, as shown in FIG. 3, when the object J comes into pressure contact with the
そして、この感圧ゴムセンサ10に作用した外力に応じて導電性感圧ゴム4が圧縮されて歪み、導電性感圧ゴム4の歪み量に応じて導電性感圧ゴム4の抵抗値が低下する。従って、この感圧センサ10の箇所での導電性感圧ゴム4の抵抗値の低下変動分を検出すれば、この箇所にどの程度の外力が作用したかを知ることができる。
Then, the conductive pressure-
尚、導電性感圧ゴム4の上下端4a、4bを接着剤5により基板1に接着していることから、導電性感圧ゴム4の平板状を良好に維持することができ、かつ導電性感圧ゴム4と各渦巻き状電極2、3が良好に密接する。
Since the upper and
感圧センサ10の箇所での導電性感圧ゴム4の抵抗値の検出は、行信号線6及び列信号線7を通じて、該感圧センサ10の各渦巻き状電極2、3間でなされる。例えば、各渦巻き状電極2、3のいずれか一方に固定抵抗を接続しておき(図示せず)、各列信号線7を順次選択し、列信号線7を選択する度に、各行信号線6を順次選択し、このときに固定抵抗、選択した行信号線6の渦巻き状電極2、及び選択した列信号線7の渦巻き状電極3に生じる信号電圧(電圧降下)を検出し、この信号電圧に基づいて感圧ゴム4の箇所での導電性感圧ゴム4の抵抗値を検出する。図2に示す様な初期状態での導電性感圧ゴム4の抵抗値を検出し、また図3に示す様に感圧センサ10に外力が作用したときの導電性感圧ゴム4の抵抗値を検出し、両者の抵抗値の差を求めれば、導電性感圧ゴム4の抵抗値の低下変動分を検出することができ、この抵抗値の低下変動分に基づいて感圧ゴムセンサ10の箇所に作用した外力を求めることができる。
The resistance value of the conductive pressure-
この様な外力の検出は、感圧センサ10毎に行われる。従って、本実施形態では、各感圧センサ10のいずれに、どの程度の外力が作用したかを検出することができる。
Such detection of the external force is performed for each pressure-
ところで、感圧センサ10においては、図2に示す様に円形凹部1aの直径が3mmであり、各渦巻き状電極2、3表面から円形凹部1aの上縁までの高さが0.03mmであり、各渦巻き状電極2、3の幅が0.2mmであり、各渦巻き状電極2、3間の離間距離が0.2mmであり、導電性感圧ゴム4の厚さが0.5mmである。
By the way, in the pressure-
そして、接着剤5により基板1に固定した導電性感圧ゴム4の上端4aから最も上側に並ぶ円形凹部1aの各渦巻き状電極2、3の部位Paまでの距離Xが0.5mm以上である。同様に、導電性感圧ゴム4の下端4bから最も下側に並ぶ円形凹部1aの各渦巻き状電極2、3までの距離も0.5mm以上である。これらの距離は、距離導電性感圧ゴム4の上下端4a、4bを接着剤5により基板1に接着していることから容易に設定することができる。これにより、導電性感圧ゴム4の上下端4a、4bが、最も近い感圧センサ10の円形凹部1aから十分に離されて固定される。
The distance X from the
ここで、外力が導電性感圧ゴム4に作用すると、この外力が作用した箇所だけではなく、この箇所から離間した該導電性感圧ゴム4の部分も歪み、この箇所から離間する程、歪み量が小さくなり、十分に離間すると、殆ど歪まずに、初期状態(無負荷状態)が維持され、抵抗値や厚さも変化しない。導電性感圧ゴム4の上下端4a、4bは、最も近い感圧センサ10の円形凹部1aから十分に離されて固定されているので、外力が円形凹部1aの導電性感圧ゴム4の箇所に作用しても、上下端4a、4bの初期状態が維持され、上下端4a、4bの抵抗値や厚さが保たれる。逆に、上下端4a、4bは、常に初期状態を維持していることから、接着剤5により固定されていても、外力の作用により圧縮されて歪む導電性感圧ゴム4の箇所(円形凹部1a)に影響を与えることはないと言える。このため、初期状態では、上下端4a、4bが接着剤5により固定されているにもかかわらず、導電性感圧ゴム4の該箇所の抵抗値が変せず、感圧センサ10の検出圧力のダイナミックレンジを広く、検出感度を良好に保ち、検出結果のバラツキを抑えることができる。
Here, when an external force acts on the conductive pressure-
仮に、円形凹部1aの近傍で導電性感圧ゴム4を接着剤により固定したならば、接着剤により固定された導電性感圧ゴム4の部位が硬化し、この硬化した部位が外力の作用により圧縮されて歪む導電性感圧ゴム4の箇所(円形凹部1a)に影響を与える。これは、接着剤により硬化した導電性感圧ゴム4の部位が歪み難く、この近傍である導電性感圧ゴム4の該箇所も歪み難くなって、導電性感圧ゴム4による検出感度が低下し、この箇所での外力の検出誤差が大きくなるためである。
If the conductive pressure-
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、導電性感圧ゴムの代わりに、導電性ゲル、あるいはゲル又はエラストマにカーボンマイクロコイルを混入したもの、及び感圧導電性インクを封入した部材を適用することができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can deform | transform variously. For example, instead of the conductive pressure-sensitive rubber, a conductive gel, or a material in which a carbon microcoil is mixed in gel or elastomer, and a member in which pressure-sensitive conductive ink is sealed can be applied.
本発明の感圧センサは、圧力分布測定装置やロボットハンドに搭載する触覚センサに使用することができる。 The pressure-sensitive sensor of the present invention can be used for a pressure distribution measuring device or a tactile sensor mounted on a robot hand.
1 基板
1a 円形凹部
2、3 渦巻き状電極
4 導電性感圧ゴム
5 接着剤
6行信号線
7 列信号線
10 感圧センサ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
外力が作用する前記導電性感圧部材の箇所から離間した該導電性感圧部材の部分を前記支持体に接続して、この導電性感圧部材を支持しており、
前記支持体に接続される導電性感圧部材の部分は、前記導電性感圧部材の箇所に外力が作用しても、形質が実質的に変化しない部分であることを特徴とする感圧センサ。 In a pressure-sensitive sensor that includes a conductive pressure-sensitive member whose resistance value changes due to the action of an external force, and a support that supports the conductive pressure-sensitive member, and detects the resistance value of the conductive member for detecting external force.
A portion of the conductive pressure sensitive member that is spaced apart from the location of the conductive pressure sensitive member on which an external force acts is connected to the support, and the conductive pressure sensitive member is supported.
The portion of the conductive pressure-sensitive member connected to the support is a portion where the character does not substantially change even when an external force acts on the conductive pressure-sensitive member.
The portion of the conductive pressure-sensitive member whose trait does not substantially change even when an external force is applied to the conductive pressure-sensitive member is an end of the conductive pressure-sensitive member, and is attached to the support by an adhesive. The pressure-sensitive sensor according to claim 1, wherein the pressure-sensitive sensor is connected.
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