JP2012073051A - Detector, electronic apparatus, and robot - Google Patents
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Description
本発明は、検出装置、電子機器及びロボットに関するものである。 The present invention relates to a detection device, an electronic device, and a robot.
外力を検出する検出装置として、特許文献1及び特許文献2に記載の検出装置が知られている。このような検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。
As detection devices for detecting an external force, detection devices described in
特許文献1の検出装置は、裏面に錐状突起が略均一に配置された受圧シートを用い、その突起の変形量から圧力分布を検出する構成となっている。しかしながら、特許文献1の検出装置では、測定面にかかる圧力の面内方向の力(すべり力)を測定することができない。
特許文献2の検出装置は、受圧シートの表面に複数の柱状突起を格子状に配置し、これら表面突起の周辺部を等分した個所の裏面に円錐状の突起を設けた構成となっている。特許文献2の検出装置では、外圧を3次元の力ベクトルとして検出することは可能であるが、突起の変形の度合いで外圧の検出限界が決まってしまう。
以上のように、特許文献1及び特許文献2の検出装置では、いずれも外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することができなかった。
The detection device of
The detection device of
As described above, none of the detection devices of
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な検出装置、電子機器、及びロボットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a detection device, an electronic apparatus, and a robot capable of detecting the direction and magnitude of external pressure with high accuracy.
上記の課題を解決するため、本発明の検出装置は、基準点に加えられた外圧の方向と大きさとを検出する検出装置であって、基準点の周りに複数配置された圧力センサーを有する第1基板と、前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が前記第1基板に当接した状態で弾性変形する単位突起が形成された第2基板と、を備え、前記単位突起は、硬度の異なる2種類以上の弾性材料から形成されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a detection device of the present invention is a detection device that detects the direction and magnitude of an external pressure applied to a reference point, and includes a plurality of pressure sensors arranged around the reference point. A first substrate, and a second substrate on which a unit protrusion is formed that is elastically deformed in a state where a center of gravity is located at a position overlapping the reference point and a tip portion is in contact with the first substrate by external pressure, The protrusion is formed of two or more kinds of elastic materials having different hardnesses.
この検出装置によれば、単位突起の先端部が第1基板(複数の圧力センサー)に当接した状態ですべり方向(圧力センサー表面に平行な方向)に変形することが可能であるので、外圧の方向と大きさの検出精度を高めることができる。第2基板の表面に外圧が付加されると、単位突起は先端部が第1基板に当接した状態で圧縮変形する。このとき、面内の所定の方向のすべり力成分がある場合、単位突起の変形には偏りが生じる。すなわち、単位突起の重心は基準点からずれて所定方向(すべり方向)に移動する。すると、複数の圧力センサーのうち単位突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、単位突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい圧力値が検出され、単位突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。よって、各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と大きさを求めることができる。したがって、外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な検出装置を提供することができる。本発明では、単位突起が硬度の異なる2種類以上の弾性材料を用いて形成されるので、すべり方向の外圧に対しては、単位突起のうち、硬度の低い弾性材料で形成された領域の変形がより大きくなる。具体的には、単位突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に非常に大きい圧力値が検出され、単位突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出され、その差が非常に大きいこととなる。従って、外圧の方向を精度よく検出できる。 According to this detection device, the tip of the unit protrusion can be deformed in a sliding direction (a direction parallel to the pressure sensor surface) in a state where the tip of the unit protrusion is in contact with the first substrate (a plurality of pressure sensors). The detection accuracy of the direction and the size of can be improved. When an external pressure is applied to the surface of the second substrate, the unit protrusion is compressed and deformed with the tip portion in contact with the first substrate. At this time, when there is a sliding force component in a predetermined direction in the plane, the unit protrusion is biased in deformation. That is, the center of gravity of the unit protrusion is shifted from the reference point and moves in a predetermined direction (slip direction). As a result, the ratio of the plurality of pressure sensors that overlap with the portion where the center of gravity of the unit protrusion has moved becomes relatively large. That is, different pressure values are detected by each pressure sensor. Specifically, a relatively large pressure value is detected by the pressure sensor at a position overlapping with the center of gravity of the unit protrusion, and a relatively small pressure value is detected by a pressure sensor at a position not overlapping with the center of gravity of the unit protrusion. Become. Therefore, the difference between the pressure values detected by the pressure sensors can be calculated, and the direction and magnitude in which the external pressure is applied can be obtained based on the difference. Therefore, it is possible to provide a detection device that can detect the direction and magnitude of the external pressure with high accuracy. In the present invention, since the unit protrusion is formed using two or more kinds of elastic materials having different hardnesses, the deformation of the region formed of the elastic material having low hardness in the unit protrusion with respect to the external pressure in the sliding direction. Becomes larger. Specifically, a relatively very large pressure value is detected by the pressure sensor at a position overlapping with the center of gravity of the unit protrusion, and a relatively small pressure value is detected by a pressure sensor at a position not overlapping with the center of gravity of the unit protrusion, The difference is very large. Therefore, the direction of the external pressure can be detected with high accuracy.
上記に記載の検出装置は、前記単位突起が、第1の弾性材料から成る弾性体突起と、該弾性体突起を覆うように形成された弾性体層を有し、該弾性体層は前記第1の弾性材料よりも硬度が低い第2の弾性材料から成ることを特徴とする。
さらに、前記弾性体層は、前記弾性体突起の側面部に形成されるとともに、前記弾性体突起の先端部には形成されない構造でもよい。
In the detection device described above, the unit protrusion includes an elastic protrusion made of a first elastic material, and an elastic body layer formed so as to cover the elastic protrusion, and the elastic body layer includes the first protrusion. It consists of the 2nd elastic material whose hardness is lower than 1 elastic material.
Furthermore, the elastic body layer may be formed on the side surface portion of the elastic protrusion and not on the tip portion of the elastic protrusion.
この検出装置によれば、単位突起の中心部分(弾性体突起)は硬度の高い弾性材料で形成され、単位突起を覆うように形成された外周部分(弾性体層)は硬度の低い弾性材料で形成されているので、すべり方向の外圧に対しては、単位突起のうち、外周部分を構成する硬度の低い弾性材料で形成された領域の変形が、中心部分を構成する硬度の高い弾性材料で形成された領域の変形よりも大きくなる。そのため、単位突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に非常に大きい圧力値が検出され、単位突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出され、その差が非常に大きいこととなる。従って、外圧の方向を精度よく検出できる。さらに、前記弾性体層は、前記弾性体突起の側面部に形成され、前記弾性体突起の先端部には形成されない構造の場合には、すべり力が印加された状態では、単位突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは単位突起の変形が非常に小さく、相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。 According to this detection apparatus, the central portion (elastic protrusion) of the unit protrusion is formed of an elastic material having high hardness, and the outer peripheral portion (elastic body layer) formed so as to cover the unit protrusion is formed of an elastic material having low hardness. Therefore, for external pressure in the sliding direction, deformation of the region formed of the elastic material having low hardness constituting the outer peripheral portion of the unit protrusion is caused by the elastic material having high hardness constituting the central portion. It becomes larger than the deformation of the formed region. Therefore, the pressure sensor at a position that overlaps the center of gravity of the unit protrusion detects a relatively large pressure value, and the pressure sensor at a position that does not overlap with the center of gravity of the unit protrusion detects a relatively small pressure value. It will be very big. Therefore, the direction of the external pressure can be detected with high accuracy. Further, in the case where the elastic body layer is formed on the side surface portion of the elastic protrusion and is not formed on the tip end portion of the elastic protrusion, the center of gravity of the unit protrusion is determined in a state where a sliding force is applied. In the pressure sensor at a position where they do not overlap, the deformation of the unit protrusion is very small, and a relatively small pressure value is detected.
上記に記載の検出装置において、外圧によって前記単位突起が弾性変形することにより、複数の前記圧力センサーで検出された圧力値のうち、任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と外圧の大きさとを演算する演算装置を備えていてもよい。 In the detection device described above, a difference between the pressure values detected by the pressure sensors arbitrarily combined among the pressure values detected by the plurality of pressure sensors by elastically deforming the unit protrusion by an external pressure. And a computing device that computes the direction in which the external pressure is applied and the magnitude of the external pressure based on the difference.
上記に記載の検出装置において、前記複数の圧力センサーは、前記基準点に対して点対称に配置されていてもよい。 In the detection apparatus described above, the plurality of pressure sensors may be arranged point-symmetrically with respect to the reference point.
この検出装置によれば、基準点と各圧力センサーとの間の距離が互いに等しくなるので、前記単位突起の変形量と各圧力センサーで検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。例えば、複数の圧力センサーが基準点から互いに異なる距離に配置される場合、単位突起の変形量が同じであっても、各圧力センサーで検出される圧力値は互いに異なることとなる。このため、検出値の差分を演算する際に各圧力センサーの配置位置に応じた補正係数が必要となる。しかしながら、この構成によれば、単位突起の変形量と各圧力センサーが検出する圧力値との関係が互いに等しくなるので、前記補正係数は不要となる。したがって、各圧力センサーで検出された圧力値から外圧の方向と大きさとを演算することが容易となり、外圧を効率よく検出することができる。 According to this detection apparatus, since the distance between the reference point and each pressure sensor becomes equal to each other, the relationship between the deformation amount of the unit protrusion and the pressure value detected by each pressure sensor becomes equal to each other. For example, when a plurality of pressure sensors are arranged at different distances from the reference point, even if the deformation amount of the unit protrusion is the same, the pressure values detected by the pressure sensors are different from each other. For this reason, when calculating the difference between the detection values, a correction coefficient corresponding to the arrangement position of each pressure sensor is required. However, according to this configuration, the relationship between the deformation amount of the unit protrusion and the pressure value detected by each pressure sensor becomes equal to each other, and thus the correction coefficient is not necessary. Therefore, it becomes easy to calculate the direction and magnitude of the external pressure from the pressure value detected by each pressure sensor, and the external pressure can be detected efficiently.
上記に記載の検出装置において、前記複数の圧力センサーは、互いに直交する2方向にマトリックス状に配置されていてもよい。 In the detection apparatus described above, the plurality of pressure sensors may be arranged in a matrix in two directions orthogonal to each other.
この検出装置によれば、各圧力センサーの圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーの圧力値の差分から外圧の方向と大きさとを演算することが容易となる。 According to this detection device, it becomes easy to calculate the direction and magnitude of the external pressure from the difference between the pressure values of the pressure sensors arbitrarily combined among the pressure values of the pressure sensors.
上記に記載の検出装置において、前記複数の圧力センサーは、互いに直交する2方向に少なくとも4行4列に配置されていてもよい。 In the above-described detection device, the plurality of pressure sensors may be arranged in at least 4 rows and 4 columns in two directions orthogonal to each other.
この検出装置によれば、配置される圧力センサーの数が多くなる。このため、多数の圧力センサーで検出される圧力値に基づいて各圧力センサーの検出結果を積算して外圧の作用する方向を求めることができる。したがって、外圧の方向を高い精度で検出することができる。 According to this detection device, the number of arranged pressure sensors increases. For this reason, the direction in which the external pressure acts can be obtained by integrating the detection results of the pressure sensors based on the pressure values detected by a large number of pressure sensors. Therefore, the direction of the external pressure can be detected with high accuracy.
上記に記載の検出装置において、前記単位突起は前記第2基板に複数形成されており、前記複数の単位突起は、互いに離間して配置されていてもよい。 In the detection device described above, a plurality of the unit protrusions may be formed on the second substrate, and the plurality of unit protrusions may be arranged apart from each other.
この検出装置によれば、単位突起が弾性変形したときの第2基板本体の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。例えば、一方の単位突起が変形したときに他方の単位突起に変形の影響を及ぼすことを抑制することができる。このため、複数の単位突起が互いに接触して配置されている場合に比べて、外圧を正確に各圧力センサーに伝達することができる。したがって、外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することができる。 According to this detection apparatus, it is possible to allow a deformation amount in a direction parallel to the plane of the second substrate body when the unit protrusion is elastically deformed. For example, when one unit projection is deformed, it is possible to suppress the deformation of the other unit projection. For this reason, compared with the case where the plurality of unit protrusions are arranged in contact with each other, the external pressure can be accurately transmitted to each pressure sensor. Therefore, the direction and magnitude of the external pressure can be detected with high accuracy.
前記検出装置において、応用例として前記第2基板の前記単位突起が形成された側と反対の側には、前記第2基板よりも高い剛性を有する補強部材が配置されていてもよい。 In the detection device, as an application example, a reinforcing member having rigidity higher than that of the second substrate may be disposed on a side opposite to the side on which the unit protrusion is formed of the second substrate.
前記応用例のような検出装置によれば、例えば、外圧が2つの隣り合う単位突起の間の領域に作用する場合、補強部材が無いときに比べて2つの隣り合う単位突起が互いに反対の方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。つまり、外圧の加えられた方向と反対の方向を検出するといった誤検出を抑制することができる。したがって、外圧の方向を高い精度で検出することができる。 According to the detection device as in the application example, for example, when the external pressure acts on a region between two adjacent unit protrusions, the two adjacent unit protrusions are in directions opposite to each other compared to the case where there is no reinforcing member. It is possible to suppress the compression deformation. That is, it is possible to suppress erroneous detection such as detecting a direction opposite to the direction in which the external pressure is applied. Therefore, the direction of the external pressure can be detected with high accuracy.
本発明の電子機器は、上記に記載の検出装置を備えることを特徴とする。 An electronic apparatus according to the present invention includes the detection device described above.
この電子機器によれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供することができる。 According to this electronic apparatus, since the above-described detection device is provided, it is possible to provide an electronic apparatus that can detect the direction and magnitude of the external pressure with high accuracy.
本発明のロボットは、上記に記載の検出装置を備えることを特徴とする。 A robot according to the present invention includes the detection device described above.
このロボットによれば、上述した検出装置を備えているので、外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能なロボットを提供することができる。 According to this robot, since the above-described detection device is provided, it is possible to provide a robot capable of detecting the direction and magnitude of the external pressure with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
また、本実施形態において、第1基板の「表面」とは、第1基板本体の複数の圧力センサー形成面を指す。第2基板の「表面」とは、第2基板本体の単位突起形成面の反対面を指し、つまりは、外圧を受ける面を指す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.
In the present embodiment, the “surface” of the first substrate refers to a plurality of pressure sensor formation surfaces of the first substrate body. The “surface” of the second substrate refers to a surface opposite to the unit protrusion forming surface of the second substrate body, that is, a surface that receives external pressure.
(第1実施形態)
本実施形態の検出装置の単位領域について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る検出装置において、複数配置された圧力センサーを有する第1基板の上に、弾性変形する単位突起が形成された第2基板が配置された状態の代表例を示す断面図である。図1では、検出装置の単位領域を図示している。
(First embodiment)
A unit area of the detection device of the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a state in which a second substrate having unit protrusions that are elastically deformed is arranged on a first substrate having a plurality of pressure sensors arranged in the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows a representative example. FIG. 1 illustrates a unit region of the detection device.
図1に示すように、検出装置1は、第1基板10と第2基板20とを含み構成されている。第1基板10は、第1基板本体11上に、複数の圧力センサー12が形成されて成る。第2基板20は、矩形板状の第2基板本体21上に、圧力センサーに対応して複数の単位突起24が配置されて成る。
そして、検出装置1の単位領域は、第1基板本体11上に配置された圧力センサー12と、単位突起24の先端部とが接するように形成されて成る。
単位突起24は、中心部を構成する弾性体突起22と、該弾性体突起22を覆うように外周部を構成する弾性体層23と、を備えて成る。また、弾性体突起22を形成する第1の弾性材料と、弾性体層23を形成する第2の弾性材料とは硬度が異なる。本実施形態では、第2の弾性材料の硬度が第1の弾性材料の硬度よりも低い構成となる。
As shown in FIG. 1, the
The unit region of the
The
なお、弾性体突起22および単位突起24の形状は、半球状でもよいし、錐状あるいは柱状でもよい。
The shapes of the
以下の説明においては、図2中に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びY軸が第1基板10に対して平行な方向に設定され、Z軸が第1基板10に対して直交する方向に設定されている。
In the following description, the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 2 is set, and each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Y axis are set in a direction parallel to the
図2は、本発明の第1実施形態に係る検出装置1の概略構成を示す分解斜視図である。図2において、符号Pは基準点、符号Sは1つの単位突起24に対応して配置された複数の圧力センサー12が検出する単位検出領域を示している。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the
検出装置1は、基準点Pに加えられた外圧の方向と大きさとを検出する圧力センサー方式のタッチパッドであり、例えばノートパソコン等の電子機器においてマウスの代わりのポインティングデバイスとして用いられるものである。なお、「基準点」とは、すべり力が作用していない場合に単位突起24の中心(重心)が平面視で位置するポイントである。
The
図2に示すように、検出装置1は、基準点Pの周りに複数配置された圧力センサー12、を有する第1基板10と、基準点Pに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第1基板10に当接した状態で弾性変形する単位突起24、が形成された第2基板20と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
検出装置1は、外圧によって単位突起24が弾性変形することにより複数の圧力センサー12で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向と大きさとを演算する演算装置(図示略)を備えている。
The
第1基板10は、例えばガラス、石英及びプラスチック等の材料で構成された矩形板状の第1基板本体11と、第1基板本体11に配置された複数の圧力センサー12と、を具備して構成されている。例えば、第1基板本体11の大きさ(平面視のサイズ)は、縦56mm×横56mm程度になっている。
The
複数の圧力センサー12は、基準点Pに対して点対称に配置されている。例えば、複数の圧力センサー12は、互いに直交する2方向(X方向及びY方向)にマトリックス状に配置されている。これにより、基準点Pと各圧力センサー12との間の距離が互いに等しくなるので、単位突起24の変形と各圧力センサー12で検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各圧力センサー12の圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー12で検出された圧力値の差分を演算することが容易となる。なお、圧力値の差分の演算方法については後述する。
The plurality of
隣り合う圧力センサー12の間隔は、0.1mm程度になっている。このため、外乱や静電気等の影響により、隣り合う位置の圧力センサー12で検出される圧力値にノイズがのらないようになっている。
The interval between the
複数の圧力センサー12は、単位検出領域S当たり縦2行、横2列に計4つ配置されている。4つの圧力センサー12の中心(単位検出領域Sの中心)が基準点Pとなっている。例えば、単位検出領域Sの大きさ(平面視のサイズ)は、縦2.8mm×横2.8mm程度になっている。また、4つの圧力センサー12の各面積がほぼ等しくなっている。
The plurality of
圧力センサー12としては、例えばダイアフラムゲージ等の感圧素子を用いることができる。この場合には、接触面に外圧が作用したときにダイアフラムに加わる圧力を電気信号に変換する。
As the
そのほかにも、圧力センサー12としては、抵抗値変化型の感圧素子を用いることが出来る。例えば、感圧導電性ゴム等で構成された感圧素子が知られている。感圧導電性ゴムシートの上側表面と下側表面に上下電極を設けた場合、外圧が作用すると、感圧導電性ゴムシートの膜厚方向の抵抗値変化を感知して外圧を検出することが出来る。また、感圧導電性ゴムシートのどちらか一方の表面に平行電極あるいは櫛歯状電極を設けた場合、外圧が作用すると、感圧導電性ゴムシートの水平方向の抵抗値変化を感知して外圧を検出することが出来る。
In addition, as the
そのほかにも、圧力センサー12としては、静電容量値変化型の感圧素子を用いることが出来る。この場合、外圧が作用すると静電容量値の変化を感知して外圧を検出することが出来る。
In addition, as the
第2基板20は、矩形板状の第2基板本体21と、第2基板本体21に配置された複数の単位突起24と、を具備して構成されている。単位突起24は、中心部を構成する弾性体突起22と、該弾性体突起22の外周部を構成する弾性体層23と、を備えて成る。さらに、弾性体突起22を形成する第1の弾性材料と、前記弾性体層23を形成する第2の弾性材料とは硬度が異なる。本実施形態では、前記第2の弾性材料の硬度が前記第1の弾性材料の硬度よりも低い構成となる。
The
第2基板本体21は、外圧を直接受ける部分である。第2基板本体21は、例えばガラス、石英、及びプラスチック等の材料で構成することもできるし、発泡ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂材料で構成することもできる。本実施形態では、第2基板本体21及び弾性体突起22の形成材料として樹脂材料を用い、第2基板本体21、及び弾性体突起22を金型で一体形成している。次に、弾性体突起22の外周部に弾性体層23を形成する。例えば、弾性体突起22を形成する第1の弾性材料よりも硬度の低い第2の弾性材料の溶液を、弾性体突起22の表面に塗布、あるいはスプレー塗布、またはディッピングする事により形成することが出来る。
The
複数の単位突起24は、第2基板本体21上においてX方向及びY方向にマトリックス状に配置されている。単位突起24の先端部は、球面を有する半球状となっており、第1基板10(第1基板本体11上の複数の圧力センサー12)に当接している。単位突起24の重心は、初期的に基準点Pと重なる位置に配置されている。また、複数の単位突起24は、互いに離間して配置されている。このため、単位突起24が弾性変形したときの第2基板本体21の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。
The plurality of
単位突起24のサイズは任意に設定することができる。ここでは、単位突起24の基部の径(単位突起24が第1基板10に接する部分の直径)は1.8mm程度になっている。弾性体突起22の基部の径(弾性体突起22が弾性体層23を介して第1基板10に接する部分の直径)は1.8mm以下になっている。例えば0.5mmから1.6mm程度の大きさでもよい。一方、単位突起24の高さ(単位突起24のZ方向の距離)は2mm程度になっている。また、弾性体突起22の高さ(弾性体突起22のZ方向の距離)は2mm以下になっている。例えば0.5mmから1.9mm程度の大きさでもよい。さらに、隣り合う単位突起24の離間間隔は1mm程度になっている。弾性体突起22のデュロメータ硬さ(タイプA、ISO 7619準拠のデュロメータによる硬さ測定値)は30〜60程度になっている。また、前記弾性体層23のデュロメータ硬さは前記弾性体突起22のデュロメータ硬さよりも小さな値の材料を用いる。例えば、10〜30程度でもよい。
The size of the
図3及び図4は、基準点Pに作用する外圧の方向を検出する方法の説明図である。
図3(a)〜(c)は、第1実施形態に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す断面図である。図4(a)〜(c)は、図3(a)〜(c)に対応した、第1実施形態に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す平面図である。なお、図3(a)及び図4(a)は第2基板20の表面に外圧が付加される前の状態(外圧の作用がないとき)を示している。図3(b)及び図4(b)は第2基板20の表面に垂直方向(すべり力がない状態)の外圧が付加された状態を示している。図3(c)及び図4(c)は第2基板20の表面に斜め方向(すべり力がある状態)の外圧が付加された状態を示している。また、図4(a)〜(c)において、符号Gは単位突起24の重心(圧力中心)、符号G1は弾性体突起22の重心、符号G2は弾性体層23の重心、を示している。以下ではそれぞれの重心が重なるように単位突起24が形成されている場合を例として実施形態の説明を進めることとする。本発明においては、それぞれの重心G1と重心G2が必ずしも重ならなくてもよい。
3 and 4 are explanatory diagrams of a method for detecting the direction of the external pressure acting on the reference point P. FIG.
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating changes in pressure values by the pressure sensor according to the first embodiment. FIGS. 4A to 4C are plan views showing changes in the pressure value by the pressure sensor according to the first embodiment, corresponding to FIGS. 3A to 3C. 3A and 4A show a state before external pressure is applied to the surface of the second substrate 20 (when there is no external pressure action). FIG. 3B and FIG. 4B show a state in which an external pressure in the vertical direction (in the absence of sliding force) is applied to the surface of the
図3(a)及び図4(a)に示すように、第2基板20の表面に外圧が付加される前においては、単位突起24は変形しない。すなわち、弾性体突起22及び弾性体層23も変形しない。これにより、第1基板10と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。
このとき、単位突起24の重心G、及び弾性体突起22の重心G1、及び弾性体層23の重心G2、は基準点Pと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー12の圧力値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー12の圧力値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
As shown in FIGS. 3A and 4A, before the external pressure is applied to the surface of the
At this time, the center of gravity G of the
外圧が付加されない状態における、複数の圧力センサー12や基準点Pに対する単位突起24の基部の相対的な位置30、第1基板10と単位突起24とが接する領域40、を図4(a)に示す。この状態では弾性体層23のみが変形して第1基板10と接する場合が多い。従って、図4(a)においては、第1基板10と単位突起24とが接する領域40は、第1基板10と弾性体層23とが接する領域と同等である。また、各重心の位置G,G1,G2と基準点Pの位置は重なっている。
FIG. 4A shows a
図3(b)及び図4(b)に示すように、第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、単位突起24は先端部が第1基板10の表面に配置された複数の圧力センサー12に当接した状態でZ方向に圧縮変形する。垂直方向の外力のため、それぞれの重心G,G1,G2の位置は重なったままでずれない。これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー12の圧力値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー12ともほぼ同じ値となる。本実施形態によれば、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されているので、弾性体層23の変形量が大きくなる。従って、単位突起24が単一の材料で形成された場合に比べて、外圧の大きさの検出感度が向上するという効果が得られる。
As shown in FIG. 3B and FIG. 4B, when the external pressure in the vertical direction is applied to the surface of the
第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加された場合には、単位突起24が大きく変形し、弾性体層23ばかりでなく弾性体突起22も弾性体層23を介して第1基板10に接する。この状態における、複数の圧力センサー12や基準点Pに対する単位突起24の基部の相対的な位置30、第1基板10と弾性体層23とが接する領域40、第1基板と弾性体突起22とが弾性体層23を介して接する領域50を図4(b)に示す。弾性体層23のほうが弾性体突起22よりも硬度が低いので変形しやすく、第1基板10と弾性体層23とが接する領域40は大きくなる。なお、この場合にも各重心G,G1,G2の位置と基準点Pの位置は重なっている。
When an external pressure in the vertical direction is applied to the surface of the
図3(c)及び図4(c)に示すように、第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、単位突起24は先端部が第1基板10の表面に配置された複数の圧力センサー12に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板10と第2基板20との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。このとき、単位突起24の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。この場合、単位突起24の先端部と4つの各圧力センサー12との重なる面積はそれぞれ異なる。具体的には、単位突起24の先端部と4つの各圧力センサー12との重なる面積は、4つの圧力センサー12のうち−X方向及び−Y方向に配置された圧力センサー12と重なる面積よりも+X方向及び+Y方向に配置された圧力センサー12と重なる面積のほうが大きくなる。
As shown in FIG. 3C and FIG. 4C, when an external pressure is applied to the surface of the
単位突起24は、斜め方向の外圧により変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起22の重心は基準点Pからずれてすべり方向(X方向及びY方向)に移動する。すると、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起22の重心G1と重なる位置の圧力センサー12では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起22の重心G1と重ならない位置の圧力センサー12では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて加えられた外圧の方向が求められる。
The
本実施形態では、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されているので、弾性体層23の変形量は弾性体突起22の変形量よりも大きい。したがって、それぞれの重心G1,G2の位置のずれる量が異なる。単位突起24の重心Gの位置は、弾性体突起22の重心G1の位置のずれと、弾性体層23の重心G2の位置のずれと、が加算されたものとなる。したがって、単位突起24が単一の材料で形成された場合に比べて、外圧の方向の検出感度が向上するという効果が得られる。
In the present embodiment, the
第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加された場合には、単位突起24が大きく変形し、単位突起24が第1基板10に接した状態で、単位突起24の基部の相対的な位置30がずれる。図4(c)は、センサー12や基準点Pに対する単位突起24の基部の相対的な位置30が外力の方向にずれることを示している。
また、第1基板10と弾性体層23とが接する領域40、及び、第1基板10と弾性体突起22とが弾性体層23を介して接する領域50、とが斜め方向の外圧により偏りが生じていることを示している。さらに、弾性体突起22の重心G1と弾性体層23の重心G2と単位突起24の重心Gとが基準点Pに対してずれることを示している。弾性体層23のほうが弾性体突起22よりも硬度が低いので変形しやすいため、第1基板10と弾性突起22とが弾性体層23を介して接する領域50の変形の偏りよりも、第1基板10と弾性体層23とが接する領域40の変形の偏りが大きくなる。
When an external pressure in an oblique direction is applied to the surface of the
Further, the
図5は、第1実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。図6は、第1実施形態に係る圧力センサーによる垂直方向の圧力分布を示す図である。図7は、第1実施形態に係る圧力センサーによるすべり方向の計算例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a coordinate system of the sensing area according to the first embodiment. FIG. 6 is a view showing a pressure distribution in the vertical direction by the pressure sensor according to the first embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating a calculation example of the slip direction by the pressure sensor according to the first embodiment.
図5に示すように、複数の圧力センサーS1〜S4は、単位検出領域S当たり縦2行、横2列に計4つ配置されている。
ここで、各圧力センサーS1〜S4が検出する圧力値(検出値)をそれぞれPS1,PS2,PS3,PS4とすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力の割合)は以下の式(1)で表される。
また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力の割合)は以下の式(2)で表される。
また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分、Z軸は図5の図中省略)は以下の式(3)で表される。
As shown in FIG. 5, the plurality of pressure sensors S1 to S4 are arranged in a total of four rows per unit detection region S in two rows and two columns.
Here, when the pressure values (detected values) detected by the pressure sensors S1 to S4 are P S1 , P S2 , P S3 , and P S4 , the X direction component Fx of the external force (X of the in-plane direction components of the external force) The ratio of the component force acting in the direction) is expressed by the following equation (1).
Further, the Y direction component Fy of the external force (the ratio of the component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (2).
Further, the Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force, the Z axis is omitted in FIG. 5) is expressed by the following equation (3).
本実施形態では、外圧によって単位突起24が弾性変形することにより4つの圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向が演算される。
In the present embodiment, the
式(1)に示すように、外圧のX方向成分Fxにおいては、4つの圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち+X方向に配置された圧力センサーS2、及び圧力センサーS4で検出された値が組み合わされるとともに、−X方向に配置された圧力センサーS1、及び圧力センサーS3で検出された値が組み合わされる。このように、+X方向に配置された圧力センサーS2、及び圧力センサーS4の組み合わせによる圧力値と−X方向に配置された圧力センサーS1、及び圧力センサーS3の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のX方向成分が求められる。 As shown in Expression (1), the X direction component Fx of the external pressure is detected by the pressure sensor S2 disposed in the + X direction and the pressure sensor S4 among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4. The values detected by the pressure sensor S1 and the pressure sensor S3 arranged in the −X direction are combined. Thus, based on the difference between the pressure value obtained by the combination of the pressure sensor S2 and the pressure sensor S4 arranged in the + X direction and the pressure value obtained by the combination of the pressure sensor S1 and the pressure sensor S3 arranged in the -X direction. The X direction component of the external pressure is obtained.
式(2)に示すように、外圧のY方向成分Fyにおいては、4つの圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち+Y方向に配置された圧力センサーS1、及び圧力センサーS2で検出された値が組み合わされるとともに、−Y方向に配置された圧力センサーS3及び圧力センサーS4で検出された値が組み合わされる。このように、+Y方向に配置された圧力センサーS1及び圧力センサーS2の組み合わせによる圧力値と−Y方向に配置された圧力センサーS3及び圧力センサーS4の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のY方向成分が求められる。 As shown in Expression (2), the Y-direction component Fy of the external pressure is detected by the pressure sensor S1 and the pressure sensor S2 arranged in the + Y direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4. The values detected by the pressure sensor S3 and the pressure sensor S4 arranged in the -Y direction are combined. Thus, the external pressure is based on the difference between the pressure value obtained by the combination of the pressure sensor S1 and the pressure sensor S2 arranged in the + Y direction and the pressure value obtained by the combination of the pressure sensor S3 and the pressure sensor S4 arranged in the -Y direction. A Y direction component is obtained.
式(3)に示すように、外圧のZ方向成分Fzにおいては、4つの圧力センサーS1〜S4の圧力値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外圧のZ方向成分Fzは、外圧のX方向成分Fx及び外圧のY方向成分Fy(分力)に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、単位突起24の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外圧のZ方向成分Fzの検出感度が高くなる。しかしながら、単位突起24の材質として硬いものを用いると単位突起24が変形しにくくなり外圧の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、単位突起24の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときのタッチ感に強い感度(違和感)を与える場合がある。このため、外圧のZ方向成分Fzの検出値を、外圧のX方向成分Fx及び外圧のY方向成分Fyの検出値と揃えるには、単位突起24の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
As shown in Expression (3), the Z direction component Fz of the external pressure is obtained by a resultant force obtained by adding the pressure values of the four pressure sensors S1 to S4. However, the detected value of the Z direction component Fz of the external pressure tends to be detected larger than the X direction component Fx of the external pressure and the Y direction component Fy (component force) of the external pressure. For example, when a hard material is used as the material of the
図6に示すように、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。このとき、外圧の垂直方向の圧力は、外圧が作用した部分の中心部が最も大きくなっている(圧力センサーS1〜S4の出力電圧90〜120mV程度)。また、外圧の垂直方向の圧力は、中心部に次いでその周辺部(圧力センサーS1〜S4の出力電圧60〜90mV程度)、最外周部(圧力センサーS1〜S4の出力電圧30〜60mV程度)の順に小さくなっている。また、指で押されていない領域は、圧力センサーS1〜S4の出力電圧が0〜30mV程度となっている。なお、タッチパッドには単位検出領域(圧力センサーS1〜S4が縦2行、横2列に計4つ配置された領域)がマトリックス状(例えば縦15行×横15列に計225個)に配置されているとする。 As shown in FIG. 6, consider a case where a position on the upper left side of the center of the detection surface of the touchpad is pushed diagonally with a finger. At this time, the pressure in the vertical direction of the external pressure is the largest at the center of the portion where the external pressure is applied (the output voltage of the pressure sensors S1 to S4 is about 90 to 120 mV). In addition, the vertical pressure of the external pressure is next to the peripheral part (the output voltage of the pressure sensors S1 to S4 is about 60 to 90 mV) and the outermost part (the output voltage of the pressure sensors S1 to S4 is about 30 to 60 mV) next to the central part. It becomes smaller in order. Moreover, the output voltage of the pressure sensors S1 to S4 is about 0 to 30 mV in the region not pressed by the finger. The touchpad has a unit detection area (area in which four pressure sensors S1 to S4 are arranged in two rows and two columns) in a matrix (for example, 225 in a total of 15 rows x 15 columns). Suppose it is placed.
図7に示すように、タッチパッドの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外圧の面内方向成分(すべり方向)の算出方法を考える。このとき、指の押圧力(外力)は、縦15行×横15列に配置されたものうち縦3行×横3列に配置された部分に作用しているとする。ここで、外圧の垂直方向の圧力は、図6と同様に外圧が作用した部分の中心部がもっとも大きくなっている(110mV)。 As shown in FIG. 7, a method for calculating the in-plane direction component (slip direction) of the external pressure when the position on the upper left side of the center of the detection surface of the touchpad is obliquely pressed with a finger will be considered. At this time, it is assumed that the finger pressing force (external force) acts on the portion arranged in the vertical 3 rows × horizontal 3 columns among the vertical rows 15 × horizontal 15 columns. Here, the pressure in the vertical direction of the external pressure is the largest at the central portion of the portion where the external pressure is applied as in FIG. 6 (110 mV).
縦3行×横3列に配置された各単位検出領域は、それぞれ4つの圧力センサーS1〜S4を有しており、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向が演算される。つまり、各単位検出領域では、上述した式(1)及び式(2)に基づいて外圧のX方向成分Fx及び外圧のY方向成分Fyが算出される。ここでは、+X方向を基準として左回りに約123°の方向に外圧が作用していることが分かる。なお、外圧の作用する方向の算出にあっては、9つの算出結果の平均値で求める方法、あるいは9つの算出結果のうちの最大値(例えば所定のしきい値よりも大きい検出値)により求める方法を用いることができる。 Each unit detection area arranged in 3 rows x 3 columns has four pressure sensors S1 to S4, which are arbitrarily combined among the pressure values detected by the pressure sensors S1 to S4. The difference between the pressure values detected by each pressure sensor is calculated, and the direction in which the external pressure is applied is calculated based on the difference. That is, in each unit detection region, the X-direction component Fx of the external pressure and the Y-direction component Fy of the external pressure are calculated based on the above formulas (1) and (2). Here, it can be seen that the external pressure acts in the direction of about 123 ° counterclockwise with respect to the + X direction. In calculating the direction in which the external pressure acts, the calculation is performed by the average value of the nine calculation results or the maximum value (for example, a detection value larger than a predetermined threshold value) of the nine calculation results. The method can be used.
本実施形態の検出装置1によれば、単位突起24の先端部が第1基板10(複数の圧力センサー12)に当接した状態ですべり方向(圧力センサー12表面に平行な方向)に変形するので、外圧の方向の検出精度を高めることができる。第2基板20の表面に所定の方向の外圧が付加されると、単位突起24は先端部が第1基板10に配置された複数の圧力センサー12に当接した状態で圧縮変形する。このとき、単位突起24の変形には偏りが生じる。すなわち、単位突起24の重心は基準点Pからずれて所定方向(すべり方向)に移動する。すると、複数の圧力センサー12のうち単位突起24の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーS1〜S4で異なる値の圧力値が検出される。
具体的には、単位突起24の重心Gと重なる位置の圧力センサー12では相対的に大きい圧力値が検出され、単位突起24の重心Gと重ならない位置の圧力センサー12では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。よって、演算装置により、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向を求めることができる。本実施形態では、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されているので、弾性体層24の変形量は弾性体突起22の変形量よりも大きい。したがって、それぞれの重心の位置がずれる。単位突起24の重心Gの位置は、弾性体突起22の重心G1の位置のずれと、弾性体層23の重心G2の位置のずれと、が加算されたものとなる。よって、単位突起24が単一の材料で形成された場合に比べて、外圧の方向の検出感度が向上するという効果が得られる。したがって、外圧の方向を高い精度で検出することが可能な検出装置1を提供することができる。
According to the
Specifically, a relatively large pressure value is detected by the
この構成によれば、複数の圧力センサー12が基準点Pに対して点対称に配置されているので、基準点Pと各圧力センサー12との間の距離が互いに等しくなる。このため、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値が互いに等しくなる。例えば、複数の圧力センサーが基準点から互いに異なる距離に配置される場合、各圧力センサーで検出された圧力値は互いに異なることとなる。このため、検出値の差分を演算する際に各圧力センサーS1〜S4の配置位置に応じた補正係数が必要となる。しかしながら、この構成によれば、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値が互いに等しくなるので、前記補正係数は不要となる。したがって、各圧力センサーS1〜S4の圧力値の差分を演算することが容易となり、外圧を効率よく検出することができる。
According to this configuration, since the plurality of
この構成によれば、複数の圧力センサー12が互いに直交する2方向にマトリックス状に配置されているので、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー12で検出された圧力値の差分を演算することが容易となる。例えば、面内方向成分のうちX方向成分を演算する場合、複数の圧力センサー12が複数の方向にランダムに配置されている場合に比べて、相対的に+X方向に配置された圧力センサーS2及び圧力センサーS4の組み合わせと相対的に−X方向に配置された圧力センサーS1及び圧力センサーS3の組み合わせとを区分けして選出しやすくなる。したがって、外圧を効率よく検出することができる。
According to this configuration, since the plurality of
この構成によれば、複数の単位突起24が互いに離間して配置されているので、単位突起24が弾性変形したときの第2基板本体21の面内に平行な方向の変形量を許容することができる。例えば、一方の単位突起24が変形したときに他方の単位突起24に変形の影響を及ぼすことを抑制することができる。このため、複数の単位突起24が互いに接触して配置されている場合に比べて、外圧を効率良く各圧力センサーS1〜S4に伝達することができる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することができる。
According to this configuration, since the plurality of
なお、本実施形態においては、圧力センサー12が単位検出領域S当たり縦2行、横2列に計4つ配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。圧力センサー12は、単位検出領域S当たり3つ以上配置されていればよい。
In the present embodiment, an example in which a total of four
(第2実施形態)
図8は、図2に対応した、本発明の第2実施形態に係る検出装置2の概略構成を示す分解斜視図である。図8において、符号Pは基準点、符号Sは1つの単位突起24に対応して配置された複数の圧力センサー112が検出する単位検出領域を示している。
本実施形態の検出装置2は、複数の圧力センサー112が互いに直交する2方向に少なくとも縦4行、横4列に配置されている点で、上述の第1実施形態で説明した検出装置1と異なる。図8において、図2と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図8においては、便宜上、複数の圧力センサー112が単位検出領域S当たり縦4行、横4列に配置されているが、実際には図9及び図10に示すように複数の圧力センサー112が単位検出領域S当たり縦4行、横4列以上に配置されていてもよいものとする。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the
The
図8に示すように、検出装置2は、基準点Pの周りに複数配置された圧力センサー112、を有する第1基板110と、基準点Pに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第1基板110に当接した状態で弾性変形する単位突起24、が形成された第2基板20と、を備えている。
As shown in FIG. 8, the
複数の圧力センサー112は、互いに直交する2方向(X方向及びY方向)に少なくとも縦4行、横4列に計16個配置されている。具体的には、複数の圧力センサー112は、単位検出領域S当たり少なくとも縦4行、横4列に計16個配置されている。これら16個の圧力センサー112の中心(単位検出領域Sの中心)が基準点Pとなっている。
The plurality of
図9(a)〜(c)は、図3(a)〜(c)に対応した、第2実施形態に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す断面図である。図10(a)〜(c)は、図4(a)〜(c)に対応した、第2実施形態に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す平面図である。
なお、図9(a)及び図10(a)は第2基板20の表面に外圧が付加される前の状態(外圧の作用がないとき)を示している。図9(b)及び図10(b)は第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加された状態を示している。図9(c)及び図10(c)は第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加された状態を示している。また、図10(a)〜(c)において、符号Gは単位突起24の重心(圧力中心)、符号G1は弾性体突起22の重心、符号G2は弾性体層23の重心、を示している。以下ではそれぞれの重心が重なるように単位突起24が形成されている場合を例として実施形態の説明を進めることとする。本発明においては、それぞれの重心G1とG2が必ずしも重ならなくてもよい。図9及び図10において、図3及び図4と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing changes in pressure values by the pressure sensor according to the second embodiment, corresponding to FIGS. 3A to 3C. FIGS. 10A to 10C are plan views showing changes in the pressure value by the pressure sensor according to the second embodiment, corresponding to FIGS. 4A to 4C.
9A and 10A show a state before external pressure is applied to the surface of the second substrate 20 (when no external pressure is applied). FIG. 9B and FIG. 10B show a state in which a vertical external pressure is applied to the surface of the
図9(a)及び図10(a)に示すように、第2基板20の表面に外圧が付加される前においては、単位突起24は変形しない。すなわち、弾性体突起22及び弾性体層23も変形しない。これにより、第1基板110と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。このとき、単位突起24の重心G、及び弾性体突起22の重心G1、及び弾性体層23の重心G2、は基準点Pと重なる位置に配置されている。このときの各圧力センサー112の圧力値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー112の圧力値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
As shown in FIGS. 9A and 10A, the
外圧が付加されない状態における、複数の圧力センサー112や基準点Pに対する単位突起24の基部の相対的な位置30、第1基板110と単位突起24とが接する領域40、を図10(a)に示す。この状態では弾性体層23のみが変形して第1基板110と接する場合が多い。したがって、図10(a)においては、第1基板110と単位突起24とが接する領域40は、第1基板110と弾性体層23とが接する領域と同等である。また、各重心G,G1,G2の位置と基準点Pの位置は重なっている。
FIG. 10A shows a
図9(b)及び図10(b)に示すように、第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、単位突起24は先端部が第1基板110の表面に配置された複数の圧力センサー112に当接した状態でZ方向に圧縮変形する。垂直方向の外力のため、それぞれの重心G,G1,G2の位置は重なったままでずれない。これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板110と第2基板20との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー112の圧力値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー112ともほぼ同じ値となる。
本実施形態によれば、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されているので、弾性体層23の変形量が大きくなる。したがって、単位突起24が単一の材料で形成された場合に比べて、外圧の大きさの検出感度が向上するという効果が得られる。
As shown in FIGS. 9B and 10B, when the external pressure in the vertical direction is applied to the surface of the
According to the present embodiment, the
第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加された場合には、単位突起24が大きく変形し、弾性体層23ばかりでなく弾性体突起22も弾性体層23を介して第1基板110に接する。この状態における、複数の圧力センサー112や基準点Pに対する単位突起24の基部の相対的な位置30、第1基板110と弾性体層23とが接する領域40、第1基板110と弾性体突起22とが弾性体層23を介して接する領域50を図10(b)に示す。弾性体層23のほうが弾性体突起22よりも硬度が低いので変形しやすく、第1基板110と弾性体層23とが接する領域40は大きくなる。
When a vertical external pressure is applied to the surface of the
図9(c)及び図10(c)に示すように、第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、単位突起24は先端部が第1基板110の表面に配置された複数の圧力センサー112に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板110と第2基板20との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。このとき、単位突起24の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。この場合、単位突起24の先端部と複数の圧力センサー112との重なる面積は互いに異なる。具体的には、単位突起24の先端部と複数の圧力センサー112との重なる面積は、複数の圧力センサー112のうち−X方向及び−Y方向に配置された圧力センサー112と重なる面積よりも+X方向及び+Y方向に配置された圧力センサー112と重なる面積のほうが大きくなる。
As shown in FIGS. 9C and 10C, when the external pressure in the oblique direction is applied to the surface of the
単位突起24は、斜め方向の外圧により変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起22の重心は基準点Pからずれてすべり方向(X方向及びY方向)に移動する。すると、各圧力センサー112で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起22の重心と重なる位置の圧力センサー112では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起22の重心と重ならない位置の圧力センサー112では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて外圧が加えられた方向が求められる。
本実施形態では、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されているので、弾性体層23の変形量は弾性体突起22の変形量よりも大きい。したがって、それぞれの重心の位置がずれる。単位突起24の重心Gの位置は、弾性体突起22の重心G1の位置のずれと、弾性体層23の重心G2の位置のずれと、が加算されたものとなる。したがって、単位突起24が単一の材料で形成された場合に比べて、外圧の方向の検出感度が向上するという効果が得られる。
The
In the present embodiment, the
第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加された場合には、単位突起24が大きく変形し、単位突起24が第1基板110に接した状態で、単位突起24の基部の相対的な位置30がずれる。図10(c)は、圧力センサー112や基準点Pに対する単位突起24の基部の相対的な位置30が外力の方向にずれることを示している。また、第1基板110と弾性体層23とが接する領域40、及び、第1基板110と弾性体突起22とが弾性体層23を介して接する領域50、とが斜め方向の外圧により偏りが生じていることを示している。さらに、弾性体突起22の重心G1と弾性体層23の重心G2と単位突起24の重心Gとが基準点Pに対してずれることを示している。弾性体層23のほうが弾性体突起22よりも硬度が低いので変形しやすいため、第1基板110と弾性体突起22とが弾性体層23を介して接する領域50の変形の偏りよりも、第1基板110と弾性体層23とが接する領域40の変形の偏りが大きくなる。
When the external pressure in the oblique direction is applied to the surface of the
図11は、図5に対応した、第2実施形態に係るセンシング領域の座標系を示す図である。なお、図11において、複数の圧力センサーSi(100個)がマトリックス状に配置されており、このうちの25個の圧力センサーSiがそれぞれ−X方向及び+Y方向に区画された領域、+X方向及び+Y方向に区画された領域、−X方向及び−Y方向に区画された領域、+X方向及び−Y方向に区画された領域に配置されている。また、図11においては、便宜上、100個の圧力センサーSiを図示しているが、圧力センサーSiの配置数はこれに限らず任意に変更することができる。 FIG. 11 is a diagram showing a coordinate system of the sensing area according to the second embodiment, corresponding to FIG. In FIG. 11, a plurality of pressure sensors S i (100) are arranged in a matrix, and 25 of these pressure sensors S i are divided into −X direction and + Y direction, respectively, + X And a region partitioned in the + Y direction, a region partitioned in the −X direction and the −Y direction, and a region partitioned in the + X direction and the −Y direction. Further, in FIG. 11, for convenience, 100 pressure sensors S i are illustrated, but the number of pressure sensors S i is not limited to this and can be arbitrarily changed.
図11に示すように、複数の圧力センサーSiは、単位検出領域S当たり縦10行、横10列に計100個配置されている。ここで、各圧力センサーSiが検出する圧力値(検出値)をそれぞれPi(i=1〜100)、基準点Pと各圧力センサーSiとの間の距離の面内方向成分をri(i=1〜100)とする。
また、面内方向成分のうちX方向成分をrxi(i=1〜100)、面内方向成分のうちY方向成分をryi(i=1〜100)とすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力の割合)は以下の式(4)で表される。
また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力の割合)は以下の式(5)で表される。
また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は以下の式(6)で表される。
As shown in FIG. 11, a plurality of pressure sensors S i are arranged in a total of 100 per unit detection region S in 10 rows and 10 columns. Here, the pressure value (detected value) detected by each pressure sensor S i is P i (i = 1 to 100), and the in-plane direction component of the distance between the reference point P and each pressure sensor S i is r. i (i = 1 to 100).
Further, if the X direction component of the in-plane direction component is r xi (i = 1 to 100), and the Y direction component of the in-plane direction component is r yi (i = 1 to 100), the X direction component Fx of the external force. (The ratio of the component force acting in the X direction out of the in-plane direction component of the external force) is expressed by the following equation (4).
Further, the Y direction component Fy of the external force (the ratio of the component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (5).
Further, the Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force) is expressed by the following formula (6).
本実施形態では、外圧によって単位突起24が弾性変形することにより変化する100個の圧力センサーSiの圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーSiの圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外圧が加えられた方向が演算される。
In the present embodiment, the difference between the pressure values of the pressure sensors S i arbitrarily combined among the pressure values of the 100 pressure sensors S i that change due to the elastic deformation of the
式(4)に示すように、外圧のX方向成分Fxにおいては、100個の圧力センサーSiで検出された圧力値のうち相対的に+X方向に配置された圧力センサーSiで検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−X方向に配置された圧力センサーSiで検出された値が組み合わされる。このように、相対的に+X方向に配置された圧力センサーSiの組み合わせによる圧力値と相対的に−X方向に配置された圧力センサーSiの組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のX方向成分が求められる。 As shown in Expression (4), in the X direction component Fx of the external pressure, the pressure values detected by the pressure sensors S i arranged relatively in the + X direction among the pressure values detected by the 100 pressure sensors S i are detected. The values are combined, and the values detected by the pressure sensor S i arranged relatively in the −X direction are combined. Thus, external pressure on the basis of the difference between the pressure value by a combination of pressure values relatively -X direction arranged pressure sensors S i by a combination of disposed relatively + X direction pressure sensors S i An X direction component is obtained.
式(5)に示すように、外圧のY方向成分Fyにおいては、100個の圧力センサーSiの圧力値のうち相対的に+Y方向に配置された圧力センサーSiで検出された値が組み合わされるとともに、相対的に−Y方向に配置された圧力センサーSiで検出された値が組み合わされる。このように、相対的に+Y方向に配置された圧力センサーSiの組み合わせによる圧力値と相対的に−Y方向に配置された圧力センサーSiの組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外圧のY方向成分が求められる。 As shown in the equation (5), in the Y direction component Fy of the external pressure, the values detected by the pressure sensors S i arranged in the + Y direction are combined among the pressure values of the 100 pressure sensors S i. At the same time, the values detected by the pressure sensor S i relatively arranged in the −Y direction are combined. Thus, external pressure on the basis of the difference between the pressure value due to the combination of a relatively + Y pressure is arranged in a direction sensor S i pressure sensor S i arranged relatively -Y direction and pressure values of a combination of A Y direction component is obtained.
式(6)に示すように、外圧のZ方向成分Fzにおいては、100個の圧力センサーSiで検出された圧力値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外圧のZ方向成分Fzは、外圧のX方向成分Fx及び外圧のY方向成分Fy(分力)に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、単位突起24の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外圧のZ方向成分Fzの検出感度が高くなる。しかしながら、単位突起24の材質として硬いものを用いると単位突起24が変形しにくくなり外圧の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、単位突起24の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときのタッチ感に強い感度(違和感)を与える場合がある。このため、外圧のZ方向成分Fzの検出値を、外圧のX方向成分Fx及び外圧のY方向成分Fyの検出値と揃えるには、単位突起24の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
As shown in Expression (6), the Z direction component Fz of the external pressure is obtained by a resultant force obtained by adding the pressure values detected by the 100 pressure sensors S i . However, the detected value of the Z direction component Fz of the external pressure tends to be detected larger than the X direction component Fx of the external pressure and the Y direction component Fy (component force) of the external pressure. For example, when a hard material is used as the material of the
なお、外圧の作用する方向の算出にあっては、100個の圧力センサーSiで検出された圧力値の算出結果の平均値で求める方法、あるいは100個の圧力センサーSiで検出された圧力値の算出結果のうちの最大値(例えば、所定のしきい値よりも大きい検出値)により求める方法を用いることができる。 Incidentally, in the calculation of the direction of action of the external pressure, 100 of the pressure sensor S method for determining the average value of the calculation result of the pressure value detected by the in i or 100 of the pressure sensor S i in the detected pressure, A method of obtaining a maximum value (for example, a detection value larger than a predetermined threshold value) among the calculation results of values can be used.
本実施形態の検出装置2によれば、複数の圧力センサー112が互いに直交する2方向に少なくとも縦4行、横4列に配置されているので、配置される圧力センサー112の数が多くなる。このため、多数の圧力センサー112で検出された圧力値に基づいて各圧力センサー112の検出結果を積算して外圧の作用する方向と大きさとを求めることができる。したがって、外圧の方向を高い精度で検出することができる。
According to the
本実施形態では、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されているので、弾性体層23の変形量は弾性体突起22の変形量よりも大きい。したがって、それぞれの重心の位置がずれる。単位突起24の重心Gの位置は、弾性体突起22の重心G1の位置のずれと、弾性体層23の重心G2の位置のずれと、が加算されたものとなる。よって、単位突起24が単一の材料で形成された場合に比べて、外圧の方向の検出感度が向上するという効果が得られる。したがって、外圧の方向と大きさを高い精度で検出することが可能な検出装置2を提供することができる。
In the present embodiment, the
(応用例)
図12は、図8に対応した、本発明の応用例に係る検出装置3の概略構成を示す分解斜視図である。なお、図12において、符号Pは基準点、符号Sは1つの単位突起24に対応して配置された複数の圧力センサー112が検出する単位検出領域を示している。本応用例の検出装置3は、第2基板20の表面に第2基板本体21よりも高い剛性を有する補強部材51が配置されている点で、上述の第2実施形態で説明した検出装置2と異なる。図12において、図8と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
(Application examples)
FIG. 12 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the
図12に示すように、検出装置3は、基準点Pの周りに複数配置された圧力センサー112、を有する第1基板110と、基準点Pに重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第1基板110に当接した状態で弾性変形する単位突起24、が形成された第2基板20と、第2基板20の単位突起24が配置された側と反対の側に配置された補強部材51と、を備えている。本応用例では、単位突起24は中心部が硬度の高い弾性体突起22で形成され、外周部が弾性体突起22よりも硬度の低い弾性体層23で形成されている。
As shown in FIG. 12, the
補強部材51は、矩形板状となっており、平面視において第2基板本体21と同じサイズに形成されている。この補強部材51は、第2基板本体21よりも高い剛性を有している。例えば、第2基板本体21の材質が弾性体突起22の材質と同様に発泡ウレタン樹脂(デュロメータ硬さ30程度)の場合、補強部材51の形成材料としては、エポキシ樹脂を用いたりウレタン樹脂(デュロメータ硬さ60程度)を用いたりすることができる。このため、接触面に弾性体突起22の配置間隔よりも小さい対象物(例えば先鋭なスタイラスペン)によって外力が加えられた場合であっても、外圧を正確に検出することができる。
さらに、本応用例では、弾性体突起22の外周部に硬度の低い弾性体層23が形成されているので、弾性体層23の変形量は弾性体突起22の変形量よりも大きい。したがって、前述の通り、外圧の方向を正確に検出することができる。
The reinforcing
Furthermore, in this application example, since the
図13(a)〜(c)は、図9(a)〜(c)に対応した、上記応用例に係る圧力センサーによる圧力値の変化を示す断面図である。なお、図13(a)は第2基板20の表面(補強部材51の表面)に外圧が付加される前の状態(外圧の作用がないとき)を示している。図13(b)は第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加された状態を示している。図13(c)は第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加された状態を示している。図13において、図9と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
FIGS. 13A to 13C are cross-sectional views showing changes in pressure values by the pressure sensor according to the application example, corresponding to FIGS. 9A to 9C. FIG. 13A shows a state before external pressure is applied to the surface of the second substrate 20 (surface of the reinforcing member 51) (when no external pressure is applied). FIG. 13B shows a state in which a vertical external pressure is applied to the surface of the
図13(a)に示すように、第2基板20の表面に外圧が付加される前においては、単位突起24は変形しない。これにより、第1基板110と第2基板20との間の距離は一定に保たれる。このときの各圧力センサー112で検出された圧力値は図示略のメモリーに記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー112で検出された圧力値を基準として外圧の作用する方向や大きさが求められる。
As shown in FIG. 13A, the
図13(b)に示すように、第2基板20の表面に垂直方向の外圧が付加されたときには、単位突起24は先端部が第2基板20の表面に当接した状態でZ方向に圧縮変形する。これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板110と第2基板20との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー112で検出された圧力値は、外圧の作用がないときに比べて大きくなる。
As shown in FIG. 13B, when vertical external pressure is applied to the surface of the
また、外圧は2つの隣り合う単位突起24の間の領域に作用している。本応用例では第2基板20の表面に第2基板本体21よりも高い剛性を有する補強部材51を備えているので、例えば、指で検出装置3を垂直方向に押した場合、2つの隣り合う単位突起24は互いに垂直方向に圧縮変形することとなる。このように、補強部材51が無い場合に比べて外力により2つの隣り合う単位突起24が互いに反対方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。
Further, the external pressure acts on a region between two adjacent unit protrusions 24. In this application example, since the reinforcing
図13(c)に示すように、第2基板20の表面に斜め方向の外圧が付加されたときには、単位突起24は先端部が第1基板110の表面に配置された複数の圧力センサー112に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、第2基板20が−Z方向に撓み、第1基板110と第2基板20との間の距離が外圧の作用がないときに比べて小さくなる。また、第2基板20の撓み量は−X方向成分よりも+X方向成分の方が大きくなる。このとき、単位突起24の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。
As shown in FIG. 13C, when the external pressure in the oblique direction is applied to the surface of the
また、外圧は2つの隣り合う単位突起24の間の領域に作用している。本応用例では第2基板20の表面に第2基板本体21よりも高い剛性を有する補強部材51を備えているので、例えば、指で検出装置3を斜め方向に押した場合、2つの隣り合う単位突起24は互いに斜め方向に圧縮変形することとなる。このように、補強部材51が無い場合に比べて外力により2つの隣り合う単位突起24が互いに反対方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。
Further, the external pressure acts on a region between two adjacent unit protrusions 24. In this application example, since the reinforcing
本応用例の検出装置3によれば、第2基板20の単位突起24が形成された側と反対の側に第2基板本体21よりも高い剛性を有する補強部材51が配置されているので、外圧の方向を高い精度で検出することができる。例えば、外圧が2つの隣り合う単位突起24の間の領域に作用する場合、補強部材51が無いときに比べて2つの隣り合う単位突起24が互いに反対の方向に圧縮変形してしまうことを抑制することができる。つまり、外圧の加えられた方向と反対の方向を検出するといった誤検出を抑制することができる。したがって、外圧の方向を高い精度で検出することができる。
According to the
なお、本応用例においては、補強部材51が第2基板20の表面に配置されているが、これに限らない。例えば、補強部材51を設けずに、第2基板本体21自体を弾性体突起22よりも高い剛性を有する材質で形成してもよい。これにより、補強部材51を設ける構成に比べて装置の薄型化を図ることができる。
In this application example, the reinforcing
図14(a)〜(c)は、本発明において提案する第2基板20の代表的な3種類の構造を示す断面図である。
14A to 14C are cross-sectional views showing three typical structures of the
図14(a)は第1実施形態及び第2実施形態の説明において用いられた第2基板20の構造を示す断面図である。単位突起24は、弾性体突起22と弾性体突起22の外周部に形成された弾性体層23とにより構成されている。弾性体層23は弾性体突起22よりも硬度の低い弾性材料によって形成されている。なお、弾性体突起22の形状は、半球状の場合を例として説明しているが、錐状あるいは柱状でもよい。
FIG. 14A is a cross-sectional view showing the structure of the
図14(b)は、図14(a)の構造において、弾性体突起22の間の領域にも弾性体層23が形成されている実施例を示す構造断面図である。塗布やディッピングで弾性体層23を形成できるので、工程の簡素化、短縮、あるいは信頼性向上等の効果が得られる。
FIG. 14B is a structural cross-sectional view showing an embodiment in which the
図14(c)は、図14(a)の構造において、弾性体突起22の先端部の領域に弾性体層23が形成されていない実施例を示す構造断面図である。すなわち単位突起24の先端部は単位突起24の側面部よりも硬度が高い弾性材料で形成されている。この構造により、第2基板20にななめ方向の外力が加わったときの単位突起24の変形量が大きいので、外力の方向の検出感度が向上する。
FIG. 14C is a structural cross-sectional view showing an embodiment in which the
図15(a)〜(c)は、本発明における第2基板20の別の3種類の構造を示す断面図である。図14(a)〜(c)における弾性体突起22の形状が、円筒あるいは円柱状のような柱状の場合の変形実施例である。本実施例のように弾性体突起22が柱状構造を有することにより、ななめ方向の外力が加わった場合の変形量が、半球状の場合の変形量に比べて大きくなるので、外力の方向の検出感度が向上する。また、本発明は図示された形状だけにとらわれるものではない。
FIGS. 15A to 15C are cross-sectional views showing other three types of structures of the
(電子機器)
図16は、上記実施形態に係る検出装置1〜3を適用した携帯電話機1000の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯電話機1000は、複数の操作ボタン1003及びコントロールパッド1002、並びに表示部としての液晶パネル1001を備えている。コントロールパッド1002を操作することによって、液晶パネル1001に表示される画面がスクロールされる。液晶パネル1001にはメニューボタン(図示略)が表示される。例えば、メニューボタンにカーソル(図示略)を合わせてコントロールパッド1002を強く押すことで、電話帳が表示されたり、携帯電話機1000の電話番号が表示されたりする。
(Electronics)
FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図17は、上記実施形態に係る検出装置1〜3を適用した携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)2000の概略構成を示す模式図である。電子機器の一例としての携帯情報端末2000は、複数の操作ボタン2002及びコントロールパッド2003、並びに表示部としての液晶パネル2001を備えている。コントロールパッド2003を操作すると、液晶パネル2001に表示されたメニューを操作できる。例えば、メニュー(図示略)にカーソル(図示略)を合わせてコントロールパッド2003を強く押すことで、住所録が表示されたり、スケジュール帳が表示されたりする。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a personal digital assistant (PDA) 2000 to which the
このような電子機器によれば、上述した検出装置1〜3のいずれかをコントロールパッド1002、2003に備えているので、外圧の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供することができる。
According to such an electronic device, since any one of the
なお、電子機器としては、この他にも、例えばパーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチールカメラ、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、本発明に係る検出装置を適用させることができる。 Other electronic devices include personal computers, video camera monitors, car navigation devices, pagers, electronic notebooks, calculators, word processors, workstations, videophones, POS terminals, digital still cameras, and touch panels. Equipment and the like. The detection apparatus according to the present invention can also be applied to these electronic devices.
(ロボット)
図18は、上記実施形態に係る検出装置1〜3を適用したロボットハンド3000の概略構成を示す模式図である。図18(a)に示すように、ロボットの一例としてのロボットハンド3000は、本体部3003及び一対のアーム部3002、並びに上記検出装置を適用した把持部3001を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部3002に駆動信号を送信すると、一対のアーム部3002が開閉動作する。
(robot)
FIG. 18 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図18(b)に示すように、ロボットハンド3000でコップ等の対象物3010を把持する場合を考える。このとき、対象物3010に作用する力は把持部3001で圧力として検出される。ロボットハンド3000は、把持部3001として上述した検出装置を備えているので、対象物3010の表面(接触面)に垂直な方向の力と併せて重力Mgですべる方向の力(すべり力の成分)を検出することが可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたりすべりやすい物体を落としたりしないよう、対象物3010の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。
As shown in FIG. 18B, consider a case where a
このようなロボットによれば、上述した検出装置1〜3のいずれかを備えているので、外圧の方向を高い精度で検出することが可能なロボットを提供することができる。
According to such a robot, since any one of the
1,2,3…検出装置、10,110…第1基板、12,112,S1,S2,S3,S4,Si…圧力センサー、20…第2基板、22…弾性体突起、23…弾性体層、24…単位突起、30…複数の圧力センサーや基準点Pに対する単位突起の基部の相対的な位置、40…第1基板と単位突起とが接する領域、50…第1基板と弾性体突起とが弾性体層を介して接する領域、51…補強部材、1000…携帯電話機(電子機器)、2000…携帯情報端末(電子機器)、3000…ロボットハンド(ロボット)、P…基準点、G…単位突起の重心位置、G1…弾性体突起の重心位置、G2…弾性体層の重心位置。 1,2,3 ... detector, 10, 110 ... first substrate, 12,112, S1, S2, S3 , S4, S i ... pressure sensor, 20 ... second substrate, 22 ... elastic projection, 23 ... elastic Body layer, 24... Unit protrusion, 30... Relative position of the base of the unit protrusion with respect to the plurality of pressure sensors and reference point P, 40... Region where the first substrate and unit protrusion are in contact, 50. Area in which the protrusion contacts with the elastic layer, 51 ... reinforcing member, 1000 ... mobile phone (electronic device), 2000 ... portable information terminal (electronic device), 3000 ... robot hand (robot), P ... reference point, G ... centroid position of unit protrusion, G1 ... centroid position of elastic body protrusion, G2 ... centroid position of elastic body layer.
Claims (10)
前記基準点の周りに複数配置された圧力センサーを有する第1基板と、
前記基準点と重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が前記第1基板に当接した状態で弾性変形する単位突起が形成された第2基板と、を備え、
前記単位突起は、硬度の異なる2種類以上の弾性材料から形成されることを特徴とする検出装置。 A detection device that detects the direction and magnitude of external pressure applied to a reference point,
A first substrate having a plurality of pressure sensors arranged around the reference point;
A second substrate on which a unit protrusion is formed that has a center of gravity located at a position overlapping with the reference point and elastically deforms in a state where the tip portion is in contact with the first substrate by external pressure;
The unit projection is formed of two or more kinds of elastic materials having different hardnesses.
第1の弾性材料から成る弾性体突起と、
該弾性体突起を覆うように形成された弾性体層と、を有し、
該弾性体層は、前記第1の弾性材料よりも硬度が低い第2の弾性材料から成ることを特徴とする請求項1に記載の検出装置。 The unit protrusion is
An elastic protrusion made of a first elastic material;
An elastic layer formed so as to cover the elastic protrusion,
The detection device according to claim 1, wherein the elastic layer is made of a second elastic material having a hardness lower than that of the first elastic material.
前記弾性体突起の側面部に形成されるとともに、前記弾性体突起の先端部には形成されないことを特徴とする請求項1または2に記載の検出装置。 The elastic layer is
The detection device according to claim 1, wherein the detection device is formed on a side surface portion of the elastic protrusion and is not formed on a tip portion of the elastic protrusion.
前記複数の単位突起は、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の検出装置。 A plurality of the unit protrusions are formed on the second substrate;
The detection unit according to claim 1, wherein the plurality of unit protrusions are arranged apart from each other.
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Cited By (4)
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JP2016133450A (en) * | 2015-01-21 | 2016-07-25 | 株式会社デンソー | Load sensor |
CN114593857A (en) * | 2022-02-14 | 2022-06-07 | 泉州装备制造研究所 | Three-dimensional pressure measurement method |
JP2022113772A (en) * | 2018-06-22 | 2022-08-04 | ソニーグループ株式会社 | Robot system, control method, and program |
KR20230094779A (en) * | 2021-12-21 | 2023-06-28 | 충북대학교 산학협력단 | Elastic tactile sensor having bump structure and manufactuing method thereof |
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2010
- 2010-09-28 JP JP2010216560A patent/JP2012073051A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016133450A (en) * | 2015-01-21 | 2016-07-25 | 株式会社デンソー | Load sensor |
JP2022113772A (en) * | 2018-06-22 | 2022-08-04 | ソニーグループ株式会社 | Robot system, control method, and program |
KR20230094779A (en) * | 2021-12-21 | 2023-06-28 | 충북대학교 산학협력단 | Elastic tactile sensor having bump structure and manufactuing method thereof |
KR102635584B1 (en) * | 2021-12-21 | 2024-02-08 | 충북대학교 산학협력단 | Elastic tactile sensor having bump structure and manufactuing method thereof |
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