JP2012122790A - センサー装置及びセンサー装置アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】せん断方向の応力変化を検出するセンサー装置において製造し易いセンサー装置を提供する。
【解決手段】センサー装置は、弾性部材１１と弾性部材１１の内部に配置されたセンサー部１２を有し、センサー部１２は、圧電性を有するシート状基板と該シート状基板の表面に形成された第１配線層と該シート状基板の裏面に形成された第２配線層とで構成されているトランスデューサー素子（Ａ）１３１及びトランスデューサー素子（Ｂ）１３２を有し、該トランスデューサー素子（Ａ）１３１と該トランスデューサー素子（Ｂ）１３２は、該シート状基板よって連結されており、該トランスデューサー素子（Ａ）１３１に接する第１仮想接平面と該トランスデューサー素子（Ｂ）１３２に接する第２仮想接平面が交差する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサー装置及びセンサー装置アレイに関する。

ロボットに求められる多種多様な機能を実現するために各種のセンサーが用いられている。ロボット用のセンサーの１つに触覚センサーがある。触覚センサーはセンサーがある物体をなでるときの滑り具合を検出するセンサーである。

触覚センサーを用いたセンサー装置が非特許文献１に開示されている。触覚センサーは指紋に相当する凸部をもつ弾性体を備えている。該弾性体中にはポリフッ化ビニリデン（以下ＰＶＤＦと記載する）フィルムを用いたトランスデューサーの一対が埋め込まれている。一対のトランスデューサーの出力電圧の差分を検出することによって、触覚センサーは弾性材料の凸部に掛かるせん断方向の応力変化を捉える。触覚センサーを複数１方向に並べて配置し、センサー装置はすべり予兆信号を検出している。

藤本他「PVDFフィルムを用いたヒトの指に学ぶ静摩擦覚を有するフィンガスキンの開発」日本ロボット学会誌 Ｖｏｌ．２２ Ｎｏ．６，ｐｐ．８０６−８１４，２００４

しかし、非特許文献１のようなセンサー装置アレイでは、指紋に相当する弾性材料凸部の下部に２個ずつのトランスデューサー素子を精度良く埋め込む必要があり製造が難しい構造となっている。さらに、１方向のすべり予兆信号しか検出できないといった問題がある。特に触覚センサーとして平面状のセンサー装置アレイを構成しようとすると配線が非常に多くなる。従って、センサー装置アレイの製造が難しくなり、製造されたセンサー装置アレイの信頼性低下を招く。このために、製造し易い構造のセンサー装置が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかるセンサー装置は、弾性部材と前記弾性部材の内部に配置されたセンサー部とを有し、前記センサー部は、圧電性を有するシート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第１トランスデューサー素子と、前記シート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第２トランスデューサー素子と、を有し、前記第１トランスデューサー素子における接平面と前記第２トランスデューサー素子における接平面とが交差するように前記第１トランスデューサー素子と前記第２トランスデューサー素子とが設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、第１トランスデューサー素子は圧電性を有するシート状基板を一対の配線層が挟んだ構造となっている。弾性部材に力が加わってシート状基板が変形するとき、一対の配線層の間に電圧が生じる。従って、第１トランスデューサー素子に加わる力を検出することができる。第２トランスデューサー素子は第１トランスデューサー素子と同様の構造となっている。そして、弾性部材に力が加わってシート状基板が変形するとき、一対の配線層の間に電圧が生じる。従って、第２トランスデューサー素子に加わる力を検出することができる。

第１トランスデューサー素子における接平面と第２トランスデューサー素子における接平面とは交差している。第１トランスデューサー素子における接平面と交差する方向に加わる力は第１トランスデューサー素子が検出する。そして、第２トランスデューサー素子における接平面と交差する方向に加わる力は第２トランスデューサー素子が検出する。従って、センサー装置に加わる力は第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とのいずれかによって検出することができる。

第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とは同じシート状基板上に配置され、センサー部として一体となっている。従って、弾性部材内部へ第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とを別々に配置するときに比べて、トランスデューサー素子の配置が容易になる。その結果、センサー装置は製造し易い構造にすることができる。

［適用例２］上記適用例に記載のセンサー装置において、前記第１トランスデューサー素子における接平面と前記第２トランスデューサー素子における接平面とのなす角度が垂直となるように前記第１トランスデューサー素子と前記第２トランスデューサー素子とが設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、第１トランスデューサー素子の接平面と第２トランスデューサー素子の接平面とのなす角度が垂直となっている。第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とはそれぞれの素子の面と垂直の方向のせん断応力に対して高い感度をもっている。従って、第１トランスデューサー素子の面と垂直の方向のせん断応力と第２トランスデューサー素子の面と垂直の方向のせん断応力とを高感度に検出することができる。そして２つのトランスデューサー素子の面が垂直になっているので、直交する２方向の剪断力を感度良く検出できる。さらに、２方向の剪断力の情報から剪断力が作用する方向を検出することができる。

［適用例３］上記適用例に記載のセンサー装置において、前記シート状基板は切れ込みを有し、該切れ込みの隙間が広げられていて、前記シート状基板のうち、前記切れ込みによって分割される一方側に前記第１トランスデューサー素子を有し、他方側に前記第２トランスデューサー素子を有することを特徴とする。

本適用例によれば、シート状基板に切れ込みが設置され、切れ込みの隙間が広げられている。これにより、シート状基板は切れ込みを挟むシート状基板の面の向きを異なる向きにすることができる。そして、切れ込みを挟んで第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とが設置されている。従って、第１トランスデューサー素子の面と第２トランスデューサー素子の面とが異なる向きになるようにして第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とを容易に設置することができる。

［適用例４］本適用例にかかるセンサー装置は、弾性部材と前記弾性部材の内部に配置されたセンサー部とを有し、前記センサー部は、圧電性を有するシート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第１トランスデューサー素子と、前記シート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第２トランスデューサー素子と、を有し、前記第１トランスデューサー素子における接平面と前記第２トランスデューサー素子における接平面とが同じ向きを向くように前記第１トランスデューサー素子と前記第２トランスデューサー素子とが設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、第１トランスデューサー素子の接平面と第２トランスデューサー素子の接平面が同じ向きを向いている。そして、第１トランスデューサー素子の出力と第２トランスデューサー素子の出力との差分を算出する。該差分は、第１トランスデューサー素子及び第２トランスデューサー素子の接平面に平行な方向の応力に対する出力を相殺することができる。従って、第１トランスデューサー素子及び第２トランスデューサー素子の接平面に垂直な向きのせん断応力のみを抽出して検出することができる。

［適用例５］上記適用例に記載のセンサー装置において、前記シート状基板は切れ込みを有し、該切れ込みの隙間が広げられていて、前記シート状基板のうち、前記切れ込みによって分割される一方側に前記第１トランスデューサー素子を有し、他方側に前記第２トランスデューサー素子を有することを特徴とする。

本適用例によれば、シート状基板に切れ込みが設置され、切れ込みの隙間が広げられている。そして、切れ込みを挟んで第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とが設置されている。これにより、切れ込みを挟む場所の接平面が平行で且つ接平面と垂直の方向に離れて位置するようにシート状基板を配置することができる。従って、第１トランスデューサー素子の接平面と第２トランスデューサー素子の接平面とが同じ向きを向いて且つ接平面と垂直な方向の異なる場所に位置するように第１トランスデューサー素子と第２トランスデューサー素子とを容易に設置することができる。

［適用例６］本適用例にかかるセンサー装置アレイは、上記適用例に記載のセンサー装置を有するセンサー装置アレイであって、前記センサー部が前記シート状基板に複数設置されたことを特徴とする。

本適用例によれば、センサー装置アレイにはセンサー部が複数設置されている。これにより、複数のセンサー部が各場所における剪断力を検出することができるので、剪断力の分布を知ることができる。そして、センサー部がシート状基板に複数設置されている。従って、シート状基板を弾性部材に配置することにより、複数のセンサー部をセンサー装置アレイに設置することができる。その結果、センサー部を１つずつ設置するときに比べて生産性良くセンサー装置アレイを製造することができる。

第１の実施形態にかかわるセンサー装置の構成を示す概略斜視図。 （ａ）は、センサー部を展開した模式平面図、（ｂ）は、センサー部を展開した模式断面図。 センサー部の形状を示す概略斜視図。 第２の実施形態にかかわるセンサー部の形状を示す概略斜視図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は、センサー部の形状を示す概略斜視図、（ｂ）は、センサー部を展開した模式平面図。 第４の実施形態にかかわるセンサー装置の構成を示す概略斜視図。 センサー部の形状を示す概略斜視図。 第５の実施形態にかかわり、（ａ）は、センサー部の形状を示す概略斜視図、（ｂ）は、センサー部を展開した模式平面図。 第６の実施形態にかかわるセンサー部の形状を示す概略斜視図。 センサーアレイ部を展開した模式平面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（第１の実施形態）
本実施形態では、剪断力を検出する特徴的なセンサー装置の例について、図１〜図３に従って説明する。図１は、センサー装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、センサー装置１は弾性部材１１を備え、該弾性部材の内部にはセンサー部１２が設置されている。センサー部１２は長尺のシートを中央にて湾曲させて折り曲げた形状に形成されている。そして、センサー部１２の一端に第１トランスデューサー素子としてのトランスデューサー素子（Ａ）１３１が設置され、他端に第２トランスデューサー素子としてのトランスデューサー素子（Ｂ）１３２が設置されている。

弾性部材１１は弾性変形する材料であれば良く、例えば、シリコーンゴム、樹脂等の材料を用いることができる。弾性部材１１は対象物と接触し変形することによって、内部に配置されたセンサー部１２に対象物との接触状態の情報を伝達する役割を持つ。また、すべり予兆信号等の対象物との接触状態の情報検出能力を向上させるために、対象物と接触する面には、例えば、半球形等の凸部を設けると良い。

図２（ａ）は、センサー部を展開した模式平面図であり、図２（ｂ）は、センサー部を展開した模式断面図である。図２に示すように、センサー部１２は圧電性を有するシート状基板１２０を備えている。そして、シート状基板１２０の一端にトランスデューサー素子（Ａ）１３１が設置され、他端にトランスデューサー素子（Ｂ）１３２が設置されている。

トランスデューサー素子（Ａ）１３１が位置する場所ではシート状基板１２０の表面１２０ａに配線層としての第１配線層１２１が形成され、シート状基板１２０の裏面１２０ｂに配線層としての第２配線層１２２が形成されている。つまり、第１配線層１２１と第２配線層１２２とは対向する場所に位置し、シート状基板１２０を挟んで設置されている。第１配線層１２１及び第２配線層１２２はトランスデューサー素子（Ａ）１３１の電極として機能し、シート状基板１２０が生じる電圧を出力する。従って、トランスデューサー素子（Ａ）１３１は圧電変換素子として機能する。

同様に、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２が位置する場所ではシート状基板１２０の表面１２０ａに第１配線層１２１が形成され、シート状基板１２０の裏面１２０ｂに第２配線層１２２が形成されている。第１配線層１２１及び第２配線層１２２はトランスデューサー素子（Ｂ）１３２の電極として機能し、シート状基板１２０が生じる電圧を出力する。従って、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２は圧電変換素子として機能する。

シート状基板１２０の材質は、例えばＰＶＤＦ（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅ ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ）等の強誘電性ポリマーや窒化アルミニウム（以下ＡｌＮと記載する）、酸化亜鉛（以下ＺｎＯと記載する）等の圧電性材料薄膜及びチタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと記載する）等の強誘電性材料薄膜等を用いることができる。第１配線層１２１及び第２配線層１２２は、導電性を有する薄膜であり、その薄膜の材質は、導電体の薄膜を形成できれば良く、特に限定されない。例えば、銅（以下Ｃｕと記載する）、アルミニウム（以下Ａｌと記載する）、銀（以下Ａｇと記載する）等の金属や合金、銀ペースト等の導電性樹脂材料等を用いることができる。

センサー部１２のトランスデューサー素子領域以外には、第１配線層１２１及び第２配線層１２２をパターニングして電気回路配線や外部配線を接続する電極領域としてもよい。また電気信号検出やその処理を行うための電子回路素子や半導体集積回路等を実装してもよい。

図３は、センサー部の形状を示す概略斜視図である。図３に示すように、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の領域内に接点１５１をもつ接平面を第１仮想接平面１４１とする。同様に、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２の領域内に接点１５２をもつ接平面を第２仮想接平面１４２とする。このとき、第１仮想接平面１４１と第２仮想接平面１４２とが交差するようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とが設置されている。

トランスデューサー素子（Ａ）１３１は圧電性を有するシート状基板１２０を第１配線層１２１と第２配線層１２２とが挟んだ構造となっている。弾性部材１１に力が加わってトランスデューサー素子（Ａ）１３１のシート状基板１２０が変形するとき、第１配線層１２１と第２配線層１２２との間に電圧が生じる。従って、トランスデューサー素子（Ａ）１３１に加わる力を検出することができる。トランスデューサー素子（Ｂ）１３２はトランスデューサー素子（Ａ）１３１と同様の構造となっており、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２に加わる力を検出することができる。

そして、第１仮想接平面１４１と第２仮想接平面１４２とは交差している。第１仮想接平面１４１と交差する方向に加わる力はトランスデューサー素子（Ａ）１３１が検出する。そして、第２仮想接平面１４２と交差する方向に加わる力はトランスデューサー素子（Ｂ）１３２が検出する。従って、センサー装置に加わる力はトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とのいずれかによって検出する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とがシート状基板１２０上に設置され、センサー部１２として一体となっている。従って、弾性部材１１の内部へトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とを別々に配置するときに比べて、トランスデューサー素子の配置が容易になる。その結果、センサー装置は製造し易い構造にすることができる。

（２）本実施形態によれば、トランスデューサー素子（Ａ）１３１に接する第１仮想接平面１４１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２に接する第２仮想接平面１４２は交差している。トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とがそれぞれ交差する方向のせん断応力に対して感度をもっている。これにより、トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とを通る平面上のせん断応力を検出することができる。

（第２の実施形態）
次に、センサー装置の一実施形態について図４のセンサー部の形状を示す概略斜視図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、第１仮想接平面１４１と第２仮想接平面１４２とのなす角度が垂直となっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図４に示すように、センサー装置３はセンサー部１３を備え、センサー部１３はトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とを備えている。トランスデューサー素子（Ａ）１３１と接する接平面を第１仮想接平面１４１とする。そして、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２と接する接平面を第２仮想接平面１４２とする。このとき、第１仮想接平面１４１と第２仮想接平面１４２とが垂直になるようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１及びトランスデューサー素子（Ｂ）１３２が配置されている。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１仮想接平面１４１と第２仮想接平面１４２のなす角度が垂直となっている。トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とはそれぞれの素子の面と垂直の方向のせん断応力に対して高い感度をもっている。従って、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の面と垂直の方向のせん断応力とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２の面と垂直の方向のせん断応力とを高感度に検出することができる。そして２つのトランスデューサー素子の面が垂直になっているので、直交する２方向の剪断力を感度良く検出できる。さらに、２方向の剪断力の情報から剪断力が作用する方向を検出することができる。

（第３の実施形態）
次に、センサー装置の一実施形態について図５（ａ）のセンサー部の形状を示す概略斜視図と図５（ｂ）のセンサー部を展開した模式平面図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、センサー部の形状が異なっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、センサー装置４はセンサー部１４を備え、センサー部１４は１方向に長いシート状基板１２５を備えている。シート状基板１２５には長手方向に延在する切れ込み１２９が形成され、切れ込み１２９の隙間が広げられている。これにより、シート状基板１２５は輪状となっている。シート状基板１２５のうち切れ込み１２９によって分割される一方側にトランスデューサー素子（Ａ）１３１が設置され、他方側にトランスデューサー素子（Ｂ）１３２が設置されている。そして、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の接平面とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２の接平面とが交差するようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とが配置されている。

図５（ｂ）に示すように、シート状基板１２５の長手方向の両端でシート状基板１２５の中央を向く方向を第１方向１２５ａと第２方向１２５ｂとする。そして、第１方向１２５ａと第２方向１２５ｂとに力を加えてシート状基板１２５を変形させる。これにより、シート状基板１２５が屈曲して切れ込み１２９の隙間が広がるため、センサー部１４の立体的な形状を容易に形成することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、シート状基板１２５に切れ込み１２９をいれて、シート状基板１２５を長手方向に縮めるだけでセンサー部１４の形状を形成している。従って、生産性良くセンサー部１４を製造できる。

（２）本実施形態によれば、切れ込み１２９を挟んでトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とが設置されている。従って、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の面とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２の面とが異なる向きになるようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とを容易に設置することができる。

（第４の実施形態）
次に、センサー装置の一実施形態について図６のセンサー装置の構成を示す概略斜視図と図７のセンサー部の形状を示す概略斜視図を用いて説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、一対のトランスデューサー素子がなす角度が異なっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

センサー装置２は弾性部材１１を備え、弾性部材１１の内部にはセンサー部１５が設置されている。センサー部１５は長尺のシートを中央にて湾曲するように折り曲げてＵ字形状に形成されている。センサー部１５の形状はＵ字に限定されるものではなく、例えばコの字形状にシートを折り曲げても良い。そして、センサー部１５の一端にトランスデューサー素子（Ａ）１３１が設置され、他端に第２トランスデューサー素子としてのトランスデューサー素子（Ｃ）１３３が設置されている。

図７に示すように、センサー部１５は圧電性を有するシート状基板１２０を備えている。そして、シート状基板１２０の一端にトランスデューサー素子（Ａ）１３１が設置され、他端にトランスデューサー素子（Ｃ）１３３が設置されている。

トランスデューサー素子（Ｃ）１３３が位置する場所ではシート状基板１２０の表面１２０ａに第１配線層１２１が形成され、シート状基板１２０の裏面１２０ｂに第２配線層１２２が形成されている。つまり、第１配線層１２１と第２配線層１２２とは対向する場所に位置し、シート状基板１２０を挟んで設置されている。第１配線層１２１及び第２配線層１２２はトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の電極として機能し、シート状基板１２０が生じる電圧を出力する。従って、トランスデューサー素子（Ｃ）１３３はトランスデューサー素子（Ａ）１３１と同様に圧電変換素子として機能する。

トランスデューサー素子（Ａ）１３１の領域内に接点１５１をもつ接平面を第１仮想接平面１４１とする。同様に、トランスデューサー素子（Ｃ）１３３の領域内に接点１５３をもつ接平面を第３仮想接平面１４３とする。このとき、第１仮想接平面１４１と第３仮想接平面１４３とが平行となるようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とが設置されている。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１仮想接平面１４１と第３仮想接平面１４３とが平行となっている。そして、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の出力電圧とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の出力電圧との差分を算出する。該差分は、第１仮想接平面１４１及び第３仮想接平面１４３に平行な方向の応力に対する出力電圧を相殺することができる。第１仮想接平面１４１に対して垂直な方向を第３方向１４１ａとする。従って、第１仮想接平面１４１及び第３仮想接平面１４３に垂直な方向である第３方向１４１ａのせん断応力のみを抽出して検出することができる。

（第５の実施形態）
次に、センサー装置の一実施形態について図８（ａ）のセンサー部の形状を示す概略斜視図と図８（ｂ）のセンサー部を展開した模式平面図を用いて説明する。本実施形態が第４の実施形態と異なるところは、センサー部の形状が異なっている点にある。尚、第４の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図８（ａ）に示すように、センサー装置５はセンサー部１６を備え、センサー部１６は１方向に長いシート状基板１２５を備えている。シート状基板１２５には長手方向に延在する切れ込み１２９が形成され、切れ込み１２９の隙間が広げられている。これにより、シート状基板１２５は輪状となっている。シート状基板１２５のうち切れ込み１２９によって分割される一方側にトランスデューサー素子（Ａ）１３１が設置され、他方側にトランスデューサー素子（Ｃ）１３３が配置されている。そして、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の接平面とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の接平面とが同じ向きを向くようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とが配置されている。

図８（ｂ）に示すように、第１方向１２５ａと第２方向１２５ｂとに力を加えてシート状基板１２５を変形させる。これにより、シート状基板１２５が屈曲して切れ込み１２９の隙間が広がるため、センサー部１６の立体的な形状が容易に形成できる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、シート状基板１２５に切れ込み１２９を形成してシート状基板１２５を長手方向に縮めるだけでセンサー部１６の形状ができる。従って、生産性良くセンサー部１６を製造できる。

（２）本実施形態によれば、切れ込み１２９を挟んでトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とが設置されている。従って、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の面とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の面とが同じ向きになるようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とを容易に設置することができる。

（第６の実施形態）
次に、センサー装置の一実施形態について図９のセンサー部の形状を示す概略斜視図と図１０のセンサーアレイ部を展開した模式平面図を用いて説明する。本実施形態が第３の実施形態及び第５の実施形態と異なるところは、センサー部が複数設置されている点にある。尚、第３の実施形態及び第５の実施形態と同じ点については説明を省略する。

図９に示すように、センサー装置アレイ９は弾性部材１７を備え、弾性部材１７の内部にセンサーアレイ部９２が設置されている。センサーアレイ部９２は圧電性を有するシート状基板１２６を備えている。シート状基板１２６は第３の実施形態におけるシート状基板１２５と同じ材質を採用している。

シート状基板１２６には切れ込み１２９が格子状に配置され、切れ込み１２９の隙間が広げられている。これにより、シート状基板１２６の切れ込み１２９は方形が変形した形状となっている。そして、シート状基板１２６のうち切れ込み１２９の周囲には、トランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４が配置されている。トランスデューサー素子（Ｄ）１３４はトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｃ）１３３と同じ構造を有している。つまり、シート状基板１２６を第１配線層１２１と第２配線層１２２とが挟むように配置されている。従って、トランスデューサー素子（Ｄ）１３４はトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｃ）１３３と同様に圧電変換素子として機能する。

尚、説明を分かりやすくするためにセンサー装置アレイ９の切れ込み１２９やトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４の数を各４個としている。センサー装置アレイ９の切れ込み１２９やトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４の数は２つ以上有れば良く、特に限定されない。

トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とは隣り合う場所に位置する。そして、トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とで第３の実施形態におけるセンサー部１４を形成している。同様に、トランスデューサー素子（Ｃ）１３３とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４とが隣り合う場所に位置する。そして、トランスデューサー素子（Ｃ）１３３とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４とで第３の実施形態におけるセンサー部１４を形成している。

トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とが対向する場所に位置する。そして、トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とで第５の実施形態におけるセンサー部１６を形成している。同様に、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４とが対向する場所に位置する。そして、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４とで第５の実施形態におけるセンサー部１６を形成している。

トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４とが隣り合う場所に位置する。そして、トランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４とで第１の実施形態におけるセンサー部１２を形成している。同様に、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とが隣り合う場所に位置する。そして、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とで第１の実施形態におけるセンサー部１２を形成している。

第３の実施形態におけるセンサー部１４と弾性部材１７とによりセンサー装置４に相当するセンサー装置となる。第５の実施形態におけるセンサー部１６と弾性部材１７とによりセンサー装置５に相当するセンサー装置となる。第１の実施形態におけるセンサー部１２と弾性部材１７とによりセンサー装置１に相当するセンサー装置となる。従って、センサー装置アレイ９はセンサー装置１，４，５が複数格子状に配列した形態になっている。

シート状基板１２６上にはトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４の各素子から図示しない配線が接続されている。そして、センサー装置アレイ９を駆動する図示しない駆動装置とトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４の各素子とが配線により接続されている。

センサー装置アレイ９に力が作用するとき、力の分布に対応して各トランスデューサー素子が出力する。そして、トランスデューサー素子の出力を分析することにより、センサー装置アレイ９に加わった力の分布を検出することができる。

次に、センサーアレイ部９２の製造方法について説明する。
図１０に示すように、シート状基板１２６に第１配線層１２１及び第２配線層１２２を形成する。第１配線層１２１及び第２配線層１２２はトランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４の各場所でシート状基板１２６を挟むように対向する場所に形成する。トランスデューサー素子（Ａ）１３１〜トランスデューサー素子（Ｄ）１３４を反時計回りでこの順に配置し、４つのトランスデューサー素子を１組のセンサー部１８とする。

そして、センサー部１８を格子状に配置する。図中の４つのセンサー部１８を図中左上から時計回りに第１センサー部１８ａ〜第４センサー部１８ｄとする。配線層は配線層の材料を用いて膜を形成した後でパターニングする。この工程は公知の膜形成技術、フォトリソ技術、エッチング技術を用いて配線層を形成することができるので詳細な説明を省略する。

次に、シート状基板１２６に直線状の切れ込み１２９と外形形状を形成する。切れ込み１２９はトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４との間からトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｂ）１３２との間にかけて形成する。これにより、切れ込み１２９によって分割される一方側にはトランスデューサー素子（Ａ）１３１とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４が配置され、他方側にはトランスデューサー素子（Ｂ）１３２とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３とが配置される。

切れ込み１２９は格子状に形成され、同一方向に真直ぐ延在するように形成される。外形形状は矩形に凸状の第１取手部２１〜第４取手部２４の４箇所の取手部を配置した形状に形成される。取手部は切れ込み１２９が延在する方向と垂直な方向の辺に配置される。そして、第１取手部２１と第２取手部２２とが２つの切れ込み１２９を挟むように配置され、第３取手部２３と第４取手部２４とが２つの切れ込み１２９を挟むように配置される。切れ込み１２９と外形は、刃具、レーザー等を用いて形成することができる。

そして、第１取手部２１と第２取手部２２とを引っ張って第１取手部２１と第２取手部２２との距離を離す。同様に、第３取手部２３と第４取手部２４とを引っ張って第３取手部２３と第４取手部２４との距離を離す。これにより、シート状基板１２６が屈曲して変形し、センサーアレイ部９２の形状が形成される。この状態を保持したまま、弾性部材１７を形成する。このとき、弾性部材１７を形成する金型に変形したシート状基板１２６を配置し、金型に溶融した弾性部材１７の材料を圧入して成形する。その後、弾性部材１７を冷却することにより弾性部材１７を固化する。固化した弾性部材１７を金型から取り出してセンサー装置アレイ９が完成する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、センサー装置アレイ９にはセンサー部１８が複数設置されている。これにより、複数のセンサー部１８が各場所における剪断力を検出することができるので、剪断力の分布を検出することができる。

（２）本実施形態によれば、センサー部１８がシート状基板１２６に複数設置されている。従って、シート状基板１２６を弾性部材１７に配置することにより、複数のセンサー部１８を設置することができる。その結果、センサー部を１つずつ設置するときに比べて生産性良くセンサー装置アレイ９を製造することができる。

（３）本実施形態によれば、各トランスデューサー素子からの配線を第１配線層１２１及び第２配線層１２２を形成する工程と同じ工程にて形成することができる。従って、多数の配線を設置する手間が省ける為、生産性良くセンサー装置アレイ９を製造することができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
第１の実施形態では、センサー部１２はシート状基板１２０を湾曲させて、第１仮想接平面１４１と第２仮想接平面１４２とが交差する形状にした。これに限らず、シート状基板１２０に折り目をつけて折り曲げた形状やそれらを組み合わせたものでも良い。例えばＬ字型に角度をもってシートを折り曲げた形状に形成しても良い。シート状基板１２０を折り曲げることにより、曲げた場所の角度を維持し易くなる。従って、センサー部１２を形成し易くすることができる。同様の内容は、第２の実施形態〜第６の実施形態にて行うことができる。

（変形例２）
第６の実施形態では、センサー部１８を２行２列配置したが、センサー装置の配列数は２行２列に限定されない。例えば、センサー部が一列に連結したセンサーアレイ部を１つだけ有する１次元のセンサー装置アレイでも良い。他にも、１列に連結した該センサーアレイ部を複数配列させて、２次元のセンサー装置アレイにしても良い。用途に応じたレイアウトに配置することができる。

（変形例３）
第６の実施形態では、センサー部１８を平面上に並べた配置とした。曲面上にセンサー部１８を並べた配置にしても良い。用途に応じたレイアウトに配置することができる。

（変形例４）
第６の実施形態では、各切れ込み１２９が平行になるように配置した。各切れ込み１２９が異なる方向に延在するように配置しても良い。これにより、トランスデューサー素子が検出する方向を変えることができる。用途に応じて検出する方向をかえてセンサー部１８を配置することができる。

（変形例５）
第６の実施形態では、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の接平面とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４の接平面とが交差するように配置された。同様に、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２の接平面とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の接平面とが交差するように配置された。これに限らず、トランスデューサー素子（Ａ）１３１の接平面とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４の接平面とが平行となるようにトランスデューサー素子（Ａ）１３１の接平面とトランスデューサー素子（Ｄ）１３４の接平面とを配置しても良い。同様に、トランスデューサー素子（Ｂ）１３２の接平面とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の接平面とが平行となるようにトランスデューサー素子（Ｂ）１３２の接平面とトランスデューサー素子（Ｃ）１３３の接平面とを配置しても良い。このとき、各トランスデューサー素子の接平面と垂直な方向の剪断力の分布を検出することができる。

１，２，３，４，５…センサー装置、９…センサー装置アレイ、１１，１７…弾性部材、１２，１３，１４，１５，１６，１８…センサー部、１２０，１２５，１２６…シート状基板、１２１…配線層としての第１配線層、１２２…配線層としての第２配線層、１２９…切れ込み、１３１…第１トランスデューサー素子としてのトランスデューサー素子（Ａ）、１３２…第２トランスデューサー素子としてのトランスデューサー素子（Ｂ）、１３３…第２トランスデューサー素子としてのトランスデューサー素子（Ｃ）、１３４…トランスデューサー素子（Ｄ）、１４１…第１仮想接平面、１４２…第２仮想接平面、１４３…第３仮想接平面。

Claims (6)

1. 弾性部材と前記弾性部材の内部に配置されたセンサー部とを有し、
   前記センサー部は、
   圧電性を有するシート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第１トランスデューサー素子と、
   前記シート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第２トランスデューサー素子と、を有し、
   前記第１トランスデューサー素子における接平面と前記第２トランスデューサー素子における接平面とが交差するように前記第１トランスデューサー素子と前記第２トランスデューサー素子とが設置されていることを特徴とするセンサー装置。
2. 請求項１に記載のセンサー装置において、
   前記第１トランスデューサー素子における接平面と前記第２トランスデューサー素子における接平面とのなす角度が垂直となるように前記第１トランスデューサー素子と前記第２トランスデューサー素子とが設置されていることを特徴とするセンサー装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサー装置において、
   前記シート状基板は切れ込みを有し、該切れ込みの隙間が広げられていて、
   前記シート状基板のうち、前記切れ込みによって分割される一方側に前記第１トランスデューサー素子を有し、他方側に前記第２トランスデューサー素子を有することを特徴とするセンサー装置。
4. 弾性部材と前記弾性部材の内部に配置されたセンサー部とを有し、
   前記センサー部は、
   圧電性を有するシート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第１トランスデューサー素子と、
   前記シート状基板を挟んで一対の配線層が設置された第２トランスデューサー素子と、を有し、
   前記第１トランスデューサー素子における接平面と前記第２トランスデューサー素子における接平面とが同じ向きを向くように前記第１トランスデューサー素子と前記第２トランスデューサー素子とが設置されていることを特徴とするセンサー装置。
5. 請求項４に記載のセンサー装置において、
   前記シート状基板は切れ込みを有し、該切れ込みの隙間が広げられていて、
   前記シート状基板のうち、前記切れ込みによって分割される一方側に前記第１トランスデューサー素子を有し、他方側に前記第２トランスデューサー素子を有することを特徴とするセンサー装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサー装置を有するセンサー装置アレイであって、
   前記センサー部が前記シート状基板に複数設置されたことを特徴とするセンサー装置アレイ。

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