JP2013036759A - Tactile sensor element, tactile sensor device, grasping apparatus, and electronic device - Google Patents

Tactile sensor element, tactile sensor device, grasping apparatus, and electronic device Download PDF

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友亮 中村
Kenji Murakami
謙二 村上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile sensor element capable of measuring shear force with a simple structure.SOLUTION: A tactile sensor element 10 comprises: a substrate 11 having a first opening 111A and a second opening 111B; a support film 12 covering the first opening 111A and the second opening 111B; a first detection section 13A located on the support film 12 and above the first opening 111A; a second detection section 13B located on the support film 12 and above the second opening 111B; and an elastic member 16 located on the first detection section 13A and the second detection section 13B. Each of the first detection section 13A and the second detection section 13B has a piezoelectric laminated part 14. The elastic member 16 covers at least the first detection section 13A, the second detection section 13B, and an area of the support film 12 between the first detection section 13A and the second detection section 13B in a plan view from the thickness direction of the substrate 11. A surface of the elastic member 16 is in parallel with a surface of the substrate 11.

Description

本発明は、触覚センサー素子、この触覚センサー素子を備えた触覚センサー装置、この触覚センサー装置を備えた把持装置およびこの触覚センサー装置を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to a tactile sensor element, a tactile sensor device including the tactile sensor element, a gripping device including the tactile sensor device, and an electronic apparatus including the tactile sensor device.

従来、ロボットのアームなどにより、重量や摩擦係数が未知である対象物を把持して持ち上げる把持装置が知られている。このような把持装置では、対象物を破損することなく、かつ対象物を滑り落とすことなく把持するためには、把持面に対して直交する方向に作用する力(正圧)と、把持面の面方向(剪断方向)に作用する力(剪断力)を検出する必要があり、これらの力を検出するセンサーが知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a gripping device that grips and lifts an object whose weight or friction coefficient is unknown using a robot arm or the like is known. In such a gripping device, in order to grip the object without damaging the object and without slipping off, the force (positive pressure) acting in the direction perpendicular to the gripping surface and the gripping surface It is necessary to detect forces (shearing forces) acting in the surface direction (shearing direction), and sensors that detect these forces are known (see, for example, Patent Document 1).

この特許文献1に記載の触覚センサーは、センサー基板に開設される開口の縁部から延伸するカンチレバー構造の構造体を有し、この構造体は、平板状の感応部と、感応部とセンサー基板とを連結するヒンジ部とから構成される。そして、この構造体の感応部には導電性磁性体膜が形成され、ヒンジ部には、ピエゾ抵抗膜が形成され、導電性磁性体膜とピエゾ抵抗膜とが導通している。また、ヒンジ部には電極が設けられ、圧力によりヒンジ部が曲がることで、ヒンジ部のピエゾ抵抗で発生する電流が電極から流れる構成となっている。そして、この触覚センサーは、センサー基板上に上記のような構造体が複数形成され、これらの構造体のうち一部がセンサー基板に対して起立し、他の一部がセンサー基板に対して平行に保持されている。また、このセンサー基板上には、弾性体が配置され、起立した構造体は、弾性体に埋め込まれている。そして、起立した構造体により剪断力が測定可能となり、基板面に平行な構造体により正圧が測定可能となる。   The tactile sensor described in Patent Document 1 has a cantilever structure that extends from an edge of an opening formed in a sensor substrate. The structure includes a flat plate-like sensitive portion, a sensitive portion, and a sensor substrate. And a hinge portion connecting the two. A conductive magnetic film is formed on the sensitive portion of the structure, and a piezoresistive film is formed on the hinge portion, and the conductive magnetic film and the piezoresistive film are electrically connected. In addition, an electrode is provided in the hinge portion, and the hinge portion is bent by pressure, so that a current generated by the piezoresistance of the hinge portion flows from the electrode. In this tactile sensor, a plurality of structures as described above are formed on the sensor substrate, and some of these structures stand up with respect to the sensor substrate and the other part is parallel to the sensor substrate. Is held in. An elastic body is disposed on the sensor substrate, and the upright structure is embedded in the elastic body. The shearing force can be measured by the standing structure, and the positive pressure can be measured by the structure parallel to the substrate surface.

このような触覚センサーを製造するためには、センサー基板の表面に熱拡散法などによりP型抵抗領域を形成し、スパッタリングにより導電性磁性体層をパターニングする。そして、導電性磁性体層をマスクとして、イオンエッチングにより不純物層およびSi層を除去し、さらにヒンジ部の表面に形成される導電性磁性体膜をエッチングし、この後、反応性イオンエッチングなどにより、構造体の外形を成形する開口を形成する。そして、センサー基板の裏面側から磁場を加えることで、複数の構造体の一部を起立させ、触覚センサーを製造する。   In order to manufacture such a tactile sensor, a P-type resistance region is formed on the surface of the sensor substrate by a thermal diffusion method or the like, and the conductive magnetic layer is patterned by sputtering. Then, using the conductive magnetic layer as a mask, the impurity layer and the Si layer are removed by ion etching, and further, the conductive magnetic film formed on the surface of the hinge portion is etched. Thereafter, reactive ion etching or the like is performed. An opening for forming the outer shape of the structure is formed. Then, by applying a magnetic field from the back side of the sensor substrate, a part of the plurality of structures is erected to manufacture a tactile sensor.

また、特許文献2には、カンチレバーを含むセンサー素子を複数備える触覚センサーが記載されている。特許文献2の触覚センサーの当該カンチレバーは、結晶シリコン膜にホウ素をドーピングして当該結晶シリコン膜にドープ層とノンドープ層とを形成し、両層の境界面において格子定数の差に起因して生ずる歪みを緩和させる際に当該シリコン膜が湾曲する性質を利用して形成される。   Patent Document 2 describes a tactile sensor including a plurality of sensor elements including cantilevers. The cantilever of the tactile sensor of Patent Document 2 is generated due to a difference in lattice constant at the interface between both layers by doping boron into the crystalline silicon film to form a doped layer and a non-doped layer in the crystalline silicon film. The silicon film is formed by utilizing the property that the silicon film is curved when the strain is alleviated.

特開2006−208248号公報JP 2006-208248 A 特開2009−294140号公報JP 2009-294140 A

ところで、上述の特許文献1や特許文献2に記載のような触覚センサーでは、カンチレバー構造の構造体を起立させた複雑な立体構造を有している。そして、その製造においても、特許文献1では、磁場を加えてカンチレバー構造の構造体を湾曲させたり、特許文献2では、ドーピングによって結晶シリコン膜を湾曲させたりするなど、複雑な製造工程を有し、生産性が悪いという問題がある。   By the way, the tactile sensor as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above has a complicated three-dimensional structure in which a cantilever structure is erected. Also in the production, Patent Document 1 has a complicated manufacturing process such as applying a magnetic field to bend the structure of the cantilever structure, or Patent Document 2 to bend the crystalline silicon film by doping. There is a problem that productivity is bad.

本発明は、上記のような問題に鑑みて、簡略な構成で剪断力の測定が可能な触覚センサー素子、この触覚センサー素子を備えた触覚センサー装置、この触覚センサー装置を備えた把持装置およびこの触覚センサー装置を備えた電子機器を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a tactile sensor element capable of measuring a shearing force with a simple configuration, a tactile sensor device including the tactile sensor element, a gripping apparatus including the tactile sensor device, and the An object is to provide an electronic device including a tactile sensor device.

本発明の触覚センサー素子は、第一の開口部および第二の開口部を有する基板と、前記第一の開口部および前記第二の開口部を覆う支持膜と、前記支持膜上、かつ前記第一の開口部の上方に配置された第一の検出部と、前記支持膜上、かつ前記第二の開口部の上方に配置された第二の検出部と、前記第一の検出部および前記第二の検出部の上に配置された弾性変形する弾性部材と、を備え、前記第一の検出部および前記第二の検出部のそれぞれは、前記支持膜側から順に下部電極、圧電体および上部電極が積層されて構成された圧電積層部を備え、前記弾性部材は、前記基板の厚み方向で見た平面視において、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部とに挟まれる領域の支持膜の上を覆い、前記弾性部材の表面は、前記基板面と平行に形成されていることを特徴とする。   The tactile sensor element of the present invention includes a substrate having a first opening and a second opening, a support film covering the first opening and the second opening, the support film, and the A first detector disposed above the first opening, a second detector disposed on the support film and above the second opening, the first detector, and An elastic member that is elastically deformed and disposed on the second detection unit, and each of the first detection unit and the second detection unit includes a lower electrode and a piezoelectric body in order from the support film side. And the piezoelectric laminated portion formed by laminating the upper electrode, and the elastic member includes at least the first detection portion, the second detection portion, and the like in a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate, and On the support film in the region sandwiched between the first detection unit and the second detection unit There, the surface of the elastic member is characterized by being formed parallel to the substrate surface.

この発明では、触覚センサー素子に対して、弾性部材側から押圧力が付与され、その状態からさらに前記基板面に沿う方向に剪断力が付与されると、弾性部材は、当該剪断力の方向に弾性変形する。この際、弾性部材には、基板厚さ方向の断面視で、基板とは反対方向に引っ張られる引張力が加わる領域や、基板方向へさらに押し下げられる圧縮力が加わる領域が、当該剪断力の加わる向きに応じて生じる。ここで、当該剪断力の加わる向きを+X方向、それとは反対の向きを−X方向とすると、+X方向側の弾性部材の領域には、圧縮力が加わり、−X方向側の弾性部材の領域には、引張力が生じる。
引張力が加わる領域で弾性部材に覆われている検出部では、支持膜にも引張力が加わり、支持膜が押圧されていない状態に戻ろうとする。一方、圧縮力が加わる領域で弾性部材に覆われている別の検出部では、支持膜にも圧縮力が加わり、支持膜がさらに撓もうとする。
このように弾性部材の領域に応じて各検出部の支持膜の変位方向が反対方向になるので、各検出部の圧電積層部から出力される電気信号(電圧)の極性の正負が逆の関係になる。検出部ごとに電気信号を出力させ、当該電気信号の極性の正負を読み取ることで、剪断力の方向を判定することができる。
In this invention, when a pressing force is applied to the tactile sensor element from the elastic member side and a shearing force is further applied in the direction along the substrate surface from that state, the elastic member is moved in the direction of the shearing force. Elastically deforms. At this time, the elastic member has a region where a tensile force that is pulled in a direction opposite to the substrate in a cross-sectional view in the substrate thickness direction and a region where a compressive force that is further pushed down toward the substrate is applied. It occurs depending on the direction. Here, when the direction in which the shearing force is applied is the + X direction and the opposite direction is the −X direction, a compressive force is applied to the elastic member region on the + X direction side, and the elastic member region on the −X direction side. In this case, a tensile force is generated.
In the detection unit covered with the elastic member in the region where the tensile force is applied, the tensile force is also applied to the support film, and the support film is about to return to a state where it is not pressed. On the other hand, in another detection unit covered with an elastic member in a region where the compressive force is applied, the compressive force is also applied to the support film, and the support film tends to bend further.
As described above, the displacement direction of the support film of each detection unit is opposite depending on the area of the elastic member, so that the polarity of the polarity of the electrical signal (voltage) output from the piezoelectric laminated portion of each detection unit is reversed. become. The direction of the shearing force can be determined by outputting an electric signal for each detection unit and reading the polarity of the electric signal.

さらに、この発明では、基板の厚み方向で見た平面視において、第一の検出部および第二の検出部の上に配置された弾性部材は、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部とに挟まれる領域の支持膜の上を覆う。そのため、弾性部材の弾性変形に伴う引張力又は圧縮力が、当該弾性部材に覆われている検出部に対して加わり易くなる。特に、第一の検出部と第二の検出部とを結ぶ線分方向に剪断力が付与されると、当該線分上の検出部に対して引張力又は圧縮力が加わり易いので、支持膜の変位が大きくなり、当該電気信号の出力が大きくなる。
また、本発明の触覚センサー素子において、弾性部材の表面は、基板面と平行に形成されているので、弾性部材が押圧されて剪断力が加わった時に、当該弾性部材が当該基板面と平行を維持して変形するようになる。そのため、検出部に対して弾性部材から局所的に引張力又は圧縮力が加わるのを防止できる。なお、本発明において、当該弾性部材の表面が当該基板面と平行というときは、厳密に平行である場合に限られない。弾性部材の変形時に検出部に対して局所的に引張力又は圧縮力が加わるのを防止できるような角度で形成されている場合も当該平行に含まれる。例えば、基板面と弾性部材の表面とが10度程度の角度を成している場合も、当該平行に含まれる。
Further, in the present invention, in a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate, the elastic members disposed on the first detection unit and the second detection unit are at least the first detection unit and the second detection unit. And a support film in a region sandwiched between the first detection unit and the second detection unit. Therefore, the tensile force or the compressive force accompanying the elastic deformation of the elastic member is easily applied to the detection unit covered with the elastic member. In particular, when a shearing force is applied in the direction of the line segment connecting the first detection unit and the second detection unit, a tensile force or a compressive force is easily applied to the detection unit on the line segment. And the output of the electrical signal increases.
In the tactile sensor element of the present invention, since the surface of the elastic member is formed parallel to the substrate surface, when the elastic member is pressed and a shearing force is applied, the elastic member becomes parallel to the substrate surface. Maintain and become deformed. Therefore, it is possible to prevent a tensile force or a compressive force from being locally applied to the detection unit from the elastic member. In the present invention, when the surface of the elastic member is parallel to the substrate surface, it is not limited to being strictly parallel. A case where the elastic member is formed at an angle that can prevent a tensile force or a compressive force from being locally applied to the detection unit when the elastic member is deformed is also included in parallel. For example, the case where the substrate surface and the surface of the elastic member form an angle of about 10 degrees is also included in the parallel.

したがって、このような触覚センサー素子を、対象物が接触する接触面に設けることで、触覚センサー素子から出力される電気信号により、接触した対象物から接触面に付与される剪断力の方向を判定できる。また、電気信号の大きさから、剪断力の大きさを演算することができる。
よって、本発明の触覚センサー素子は、基板上に支持膜、圧電積層部、および弾性部材を積層するだけの構成であるため、簡略な構成でありながら剪断力の測定が可能である。
さらに、本発明の触覚センサー素子は、例えば磁場を加えて一部の構成を加工するなどの煩雑な製造工程が不要であり、各構成を積層するだけの簡単な方法により製造できる。それゆえ、触覚センサー素子の生産性が良好となり、製造に要するコストも低減できる。
また、例えばカンチレバー形状の構造体を立設させる構成では、構造体を立設させる分、厚み寸法が増大する。しかし、本発明では、基板上に支持膜、圧電積層部、および弾性部材を積層する構成であるため、厚み寸法の増大を抑えることができ、触覚センサー素子の小型化を図ることができる。
Therefore, by providing such a tactile sensor element on the contact surface with which the object comes into contact, the direction of the shearing force applied to the contact surface from the contacted object is determined based on the electrical signal output from the tactile sensor element. it can. Further, the magnitude of the shearing force can be calculated from the magnitude of the electric signal.
Therefore, since the tactile sensor element of the present invention has a configuration in which the support film, the piezoelectric layered portion, and the elastic member are simply stacked on the substrate, the shear force can be measured with a simple configuration.
Furthermore, the tactile sensor element of the present invention does not require a complicated manufacturing process such as processing a part of the configuration by applying a magnetic field, and can be manufactured by a simple method of simply stacking the components. Therefore, the productivity of the tactile sensor element is improved, and the manufacturing cost can be reduced.
For example, in a configuration in which a cantilever-shaped structure is erected, the thickness dimension increases as the structure is erected. However, in the present invention, since the support film, the piezoelectric laminated portion, and the elastic member are laminated on the substrate, an increase in the thickness dimension can be suppressed, and the tactile sensor element can be downsized.

本発明の触覚センサー素子では、前記基板の厚み方向で見た平面視における前記弾性部材の重心は、前記平面視における前記第一の開口部の重心と前記第二の開口部の重心とを結ぶ線分を直径とする円の内部に位置していることが好ましい。   In the tactile sensor element of the present invention, the center of gravity of the elastic member in a plan view viewed in the thickness direction of the substrate connects the center of gravity of the first opening and the center of gravity of the second opening in the plan view. It is preferable to be located inside a circle whose diameter is a line segment.

この発明では、基板の厚み方向で見た平面視において、弾性部材の重心は、第一の開口部の重心と第二の開口部の重心とを結ぶ線分を直径とする円の内部に位置している。そのため、弾性部材の重心を通るある直線であって、第一の開口部の重心と第二の開口部の重心とを結ぶ線分とは重ならない直線を挟んで、第一の開口部上の第一の検出部および第二の開口部上の第二の検出部が位置する。そうすると、当該直線の手前側から奥側へと向かう剪断力に対して、圧縮力が加わる弾性部材の領域と引張力が加わる弾性部材の領域に検出部がそれぞれ配置されていることになり、より明確な反対符号の極性を有する電気信号を取り出すことができる。その結果、触覚センサー素子の剪断力の測定精度が向上する。   In the present invention, in a plan view viewed in the thickness direction of the substrate, the center of gravity of the elastic member is located inside a circle whose diameter is a line segment connecting the center of gravity of the first opening and the center of gravity of the second opening. doing. Therefore, a straight line passing through the center of gravity of the elastic member and on the first opening across a straight line that does not overlap the line connecting the center of gravity of the first opening and the center of gravity of the second opening A first detector and a second detector on the second opening are located. Then, with respect to the shearing force from the near side to the far side of the straight line, the detection unit is arranged in the elastic member region where the compressive force is applied and the elastic member region where the tensile force is applied, respectively. An electrical signal having a clearly opposite polarity can be extracted. As a result, the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor element is improved.

本発明の触覚センサー素子では、前記第一の開口部および前記第二の開口部は、前記基板の厚み方向で見た平面視において前記弾性部材の重心を通る直線に対して線対称に配置されていることが好ましい。   In the tactile sensor element of the present invention, the first opening and the second opening are arranged symmetrically with respect to a straight line passing through the center of gravity of the elastic member in a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate. It is preferable.

この発明では、第一の開口部および第二の開口部が、基板の厚み方向で見た平面視における当該弾性部材の重心を通る直線に対して、線対称に配置されている。そのため、圧縮力が加わる弾性部材の領域と引張力が加わる弾性部材の領域に検出部がそれぞれバランスよく配置されていることになる。その結果、第一の検出部の電気信号の極性と第二の検出部の電気信号の極性との判別がより明確になり、触覚センサー素子の剪断力の測定精度が向上する。   In this invention, the first opening and the second opening are arranged symmetrically with respect to a straight line passing through the center of gravity of the elastic member in a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate. Therefore, the detection units are arranged in a well-balanced manner in the region of the elastic member to which the compressive force is applied and the region of the elastic member to which the tensile force is applied. As a result, the discrimination between the polarity of the electrical signal of the first detection unit and the polarity of the electrical signal of the second detection unit becomes clearer, and the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor element is improved.

本発明の触覚センサー素子では、前記基板は、さらに第三の開口部および第四の開口部を有し、前記支持膜は、さらに前記第三の開口部および前記第四の開口部を覆い、前記支持膜上、かつ前記第三の開口部の上方に配置された第三の検出部と、前記支持膜上、かつ前記第四の開口部の上方に配置された第四の検出部と、をさらに備え、前記第三の検出部および前記第四の検出部のそれぞれは、前記支持膜側から順に下部電極、圧電体および上部電極が積層されて構成された圧電積層部を備え、前記基板の厚み方向で見た平面視において、前記第一の開口部、前記第二の開口部、前記第三の開口部および前記第四の開口部は、前記第一の開口部の重心および前記第二の開口部の重心を結ぶ第一の線分と前記第三の開口部の重心および前記第四の開口部の重心を結ぶ第二の線分とが交差するように配置され、前記弾性部材は、前記平面視において、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、前記第三の検出部、前記第四の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部と前記第三の検出部と前記第四の検出部とを頂点とする4角形領域の支持膜の上を覆い、前記平面視における前記弾性部材の重心は、前記平面視における前記第一の線分と前記第二の線分との交点に位置していることが好ましい。   In the tactile sensor element of the present invention, the substrate further includes a third opening and a fourth opening, and the support film further covers the third opening and the fourth opening, A third detection unit disposed on the support film and above the third opening; a fourth detection unit disposed on the support film and above the fourth opening; Each of the third detection unit and the fourth detection unit includes a piezoelectric laminate unit in which a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode are laminated in order from the support film side, and the substrate In the plan view as viewed in the thickness direction, the first opening, the second opening, the third opening, and the fourth opening are the center of gravity of the first opening and the first opening. A first line connecting the center of gravity of the second opening, the center of gravity of the third opening, and the fourth The elastic member is disposed so as to intersect with a second line segment that connects the center of gravity of the opening, and the elastic member includes at least the first detection unit, the second detection unit, and the third detection unit in the plan view. A detection unit, a fourth detection unit, and a support film in a quadrangular region whose apexes are the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, and the fourth detection unit. It is preferable that the center of gravity of the elastic member in the plan view is located at the intersection of the first line segment and the second line segment in the plan view.

この発明では、第一の開口部、第二の開口部、第三の開口部および第四の開口部の4つの開口部について、第一の線分および第二の線分が交差するように配置されている。弾性部材は、このような4つの開口部の上方に形成されている、第一の検出部、第二の検出部、第三の検出部および第四の検出部に対して、上記所定の位置関係でこれらを覆うように配置されている。そのため、弾性部材の弾性変形に伴う引張力又は圧縮力が、4つの検出部に対して加わり易くなる。
さらに、平面視における弾性部材の重心は、前記平面視における、前記第一の線分と、前記第二の線分との交点に位置している。そのため、4つの検出部が、上下左右および斜め方向の剪断力を検出可能な位置に配置されている。
よって、この発明では、斜め方向を含む多方向の剪断力を測定できる。
In the present invention, the first line segment and the second line segment intersect with each other with respect to the four openings of the first opening, the second opening, the third opening, and the fourth opening. Is arranged. The elastic member is located above the predetermined position with respect to the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, and the fourth detection unit formed above the four openings. It is arranged so as to cover these in relation. Therefore, the tensile force or the compressive force accompanying the elastic deformation of the elastic member is easily applied to the four detection units.
Furthermore, the center of gravity of the elastic member in plan view is located at the intersection of the first line segment and the second line segment in plan view. For this reason, the four detection units are arranged at positions at which shear forces in the up / down / left / right and diagonal directions can be detected.
Therefore, in this invention, the multidirectional shear force including the oblique direction can be measured.

本発明の触覚センサー素子では、前記基板は、さらに第三の開口部および第四の開口部を有し、前記支持膜は、さらに前記第三の開口部および第四の開口部を覆い、前記支持膜上、かつ前記第三の開口部の上方に配置された第三の検出部と、前記支持膜上、かつ前記第四の開口部の上方に配置された第四の検出部と、をさらに備え、前記第三の検出部および第四の検出部のそれぞれは、前記支持膜側から順に下部電極、圧電体および上部電極が積層されて構成された圧電積層部を備え、前記基板の厚み方向で見た平面視において、前記第一の開口部、前記第二の開口部、前記第三の開口部および前記第四の開口部は、前記第一の開口部の重心および前記第三の開口部の重心を結ぶ第三の線分と、前記第二開口部の重心および前記第四の開口部の重心を結ぶ第四の線分とが離間するように配置され、前記弾性部材は、前記平面視において、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、前記第三の検出部、前記第四の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部と前記第三の検出部と前記第四の検出部とを頂点とする4角形領域の支持膜の上を覆い、前記平面視における前記弾性部材の重心は、前記平面視における前記4角形領域に位置し、前記第一の検出部および前記第三の検出部は、電気的に直列に接続され、かつ前記第二の検出部および前記第四の検出部は、電気的に直列に接続されていることが好ましい。   In the tactile sensor element of the present invention, the substrate further includes a third opening and a fourth opening, and the support film further covers the third opening and the fourth opening, A third detector disposed on the support film and above the third opening; and a fourth detector disposed on the support film and above the fourth opening. Further, each of the third detection unit and the fourth detection unit includes a piezoelectric stacked unit configured by stacking a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode in order from the support film side, and the thickness of the substrate In the plan view seen in the direction, the first opening, the second opening, the third opening, and the fourth opening are the center of gravity of the first opening and the third opening. A third line connecting the center of gravity of the opening, the center of gravity of the second opening and the fourth opening The fourth line connecting the center of gravity is arranged so as to be spaced apart, and the elastic member is at least the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit in the plan view, Covers the support film in the quadrangular region whose apexes are the fourth detection unit, the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, and the fourth detection unit. The center of gravity of the elastic member in the plan view is located in the quadrangular region in the plan view, the first detection unit and the third detection unit are electrically connected in series, and the first It is preferable that the second detector and the fourth detector are electrically connected in series.

この発明では、第一の開口部、第二の開口部、第三の開口部および第四の開口部の4つの開口部について、第三の線分および第四の線分が離間するように配置されている。弾性部材は、このような4つの開口部の上方に形成されている、第一の検出部、第二の検出部、第三の検出部および第四の検出部に対して、上記所定の位置関係でこれらを覆うように配置されている。そのため、弾性部材の弾性変形に伴う引張力又は圧縮力が、4つの検出部に対して加わり易くなる。
さらに、第一の検出部および第三の検出部は、電気的に直列に接続され、かつ第二の検出部および第四の検出部は、電気的に直列に接続されている。そのため、第一の検出部および第三の検出部から出力される電気信号、並びに第二の検出部および第四の検出部から出力される電気信号は、どちらも加算値となる。よって、1つずつの検出部から出力される場合と比べて、電気信号が大きくなり、触覚センサー素子の剪断力の測定精度が向上する。
In the present invention, the third line segment and the fourth line segment are separated from each other with respect to the four openings of the first opening, the second opening, the third opening, and the fourth opening. Has been placed. The elastic member is located above the predetermined position with respect to the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, and the fourth detection unit formed above the four openings. It is arranged so as to cover these in relation. Therefore, the tensile force or the compressive force accompanying the elastic deformation of the elastic member is easily applied to the four detection units.
Furthermore, the first detection unit and the third detection unit are electrically connected in series, and the second detection unit and the fourth detection unit are electrically connected in series. Therefore, the electrical signals output from the first detection unit and the third detection unit and the electrical signals output from the second detection unit and the fourth detection unit are both added values. Therefore, compared with the case where each is output from each detection unit, the electrical signal is increased, and the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor element is improved.

本発明の触覚センサー素子では、前記弾性部材の表面に前記基板面と平行な表面を有し、前記弾性部材よりも剛性が大きい剛性層が配置されていることが好ましい。   In the tactile sensor element of the present invention, it is preferable that a rigid layer having a surface parallel to the substrate surface and having a rigidity higher than that of the elastic member is disposed on the surface of the elastic member.

この発明では、弾性部材の表面に剛性層が配置されているので、剛性層に対して接触物が接触して剪断力が加わると、その剪断力が弾性部材に対して局所的に伝達されることを防止できる。つまり、弾性部材における上述の圧縮力又は引張力が各検出部に対してより確実に加わるようにすることができる。その結果、触覚センサー素子の剪断力の測定精度が向上する。   In this invention, since the rigid layer is disposed on the surface of the elastic member, when a contact object comes into contact with the rigid layer and a shearing force is applied, the shearing force is locally transmitted to the elastic member. Can be prevented. That is, the above-described compressive force or tensile force in the elastic member can be more reliably applied to each detection unit. As a result, the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor element is improved.

本発明の触覚センサー装置は、上述の本発明の触覚センサー素子と、前記第一の検出部および前記第二の検出部の各々から電気信号を受信して当該電気信号の極性に基づいて、前記弾性部材に作用する剪断力を検出する処理部と、を備えることを特徴とする。   The tactile sensor device of the present invention receives the electrical signal from each of the above-described tactile sensor element of the present invention and the first detection unit and the second detection unit, and based on the polarity of the electrical signal, And a processing unit for detecting a shearing force acting on the elastic member.

この発明では、上述したように、本発明の触覚センサー素子は、簡略な構成でありながら剪断力の検出が可能である。そして、触覚センサー装置では、処理部が検出部ごとの電気信号に基づき、前記弾性部材に作用する剪断力を判定するので、簡略な構成でありながら、正確な剪断力の測定が可能となる。   In the present invention, as described above, the tactile sensor element of the present invention can detect a shearing force with a simple configuration. In the tactile sensor device, since the processing unit determines the shearing force acting on the elastic member based on the electric signal for each detection unit, the shearing force can be accurately measured with a simple configuration.

また、本発明の触覚センサー装置は、前記第一の検出部、前記第二の検出部、前記第三の検出部および前記第四の検出部の各々から電気信号を受信して当該電気信号の極性に基づいて、前記弾性部材に作用する剪断力を検出する処理部と、を備えることが好ましい。   The tactile sensor device of the present invention receives an electrical signal from each of the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, and the fourth detection unit, and It is preferable to include a processing unit that detects a shearing force acting on the elastic member based on polarity.

この発明では、4つの検出部が多方向の剪断力を検出可能に配置されており、処理部が、4つの検出部からの電気信号を個別に受信する。そのため、この発明では、斜め方向を含む多方向の剪断力を正確に測定できる。   In the present invention, the four detection units are arranged so as to be able to detect multi-directional shear forces, and the processing unit individually receives electrical signals from the four detection units. Therefore, in this invention, the multidirectional shear force including the oblique direction can be accurately measured.

また、本発明の触覚センサー装置は、前記第一の検出部および前記第三の検出部からの電気信号と、前記第二の検出部および前記第四の検出部からの電気信号とを受信して当該電気信号の極性に基づいて、前記弾性部材に作用する剪断力を検出する処理部と、を備えることが好ましい。   Further, the tactile sensor device of the present invention receives the electrical signals from the first detection unit and the third detection unit, and the electrical signals from the second detection unit and the fourth detection unit. And a processing unit for detecting a shearing force acting on the elastic member based on the polarity of the electrical signal.

この発明では、検出部は、電気的に直列に接続され、処理部が、第一の検出部および第三の検出部から出力される電気信号の加算値および第二の検出部および第四の検出部から出力される電気信号の加算値を個別に受信する。そのため、この発明では、加算されて大きくなった電気信号の極性に基づいて、剪断力をより正確に測定できる。   In the present invention, the detection unit is electrically connected in series, and the processing unit is configured to add the electric signal output from the first detection unit and the third detection unit, the second detection unit, and the fourth detection unit. The addition value of the electrical signal output from the detection unit is individually received. Therefore, in the present invention, the shearing force can be measured more accurately based on the polarity of the electric signal that is increased by the addition.

本発明の把持装置は、上述の本発明の触覚センサー装置を備えて、対象物を把持する把持装置であって、前記対象物を把持するとともに、前記対象物に接触する接触面に前記触覚センサー装置が設けられる少なくとも一対の把持アームと、前記触覚センサー装置から出力される前記電気信号に基づいて、前記対象物のすべり状態を検出する把持検出手段と、前記すべり状態に基づいて、前記把持アームの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。   The gripping device of the present invention is a gripping device that includes the above-described tactile sensor device of the present invention and grips an object, and grips the object and touches the tactile sensor on a contact surface that contacts the object. At least a pair of grip arms provided with a device, grip detection means for detecting a slip state of the object based on the electrical signal output from the tactile sensor device, and the grip arm based on the slip state Drive control means for controlling the driving of the motor.

この発明では、上述したように、触覚センサー装置により、把持の対象物を把持した際の剪断力を計測することで、対象物が把持アームから滑り落ちている状態であるか、把持されている状態であるかを計測することが可能となる。すなわち、対象物を把持する動作において、対象物を十分に把持できていない状態では、動摩擦力に応じた剪断力が働き、把持力を強めるほど、この剪断力も大きくなる。一方、把持力を強め、静摩擦力に応じた剪断力が検出される状態では、対象物の把持が完了した状態であり、把持力を強めた場合でも静摩擦力は一定であるため、剪断力も変化しない。したがって、例えば、対象物の把持力を徐々に増加させ、剪断力が変化しなくなった時点を検出することで、対象物を破損させることなく、最低限の把持力のみで対象物を把持することができる。
また、上述したように、把持装置を構成する触覚センサー装置は、複数の検出部を弾性部材で覆った構成を有するものであり、簡略な構成で、かつ容易に製造可能であるため、このような触覚センサー装置を用いた把持装置においても、同様に簡略な構成とすることができ、製造も容易となる。
In the present invention, as described above, by measuring the shearing force when the object to be grasped is measured by the tactile sensor device, the object is in a state of being slipped off from the grasping arm or being grasped. It is possible to measure whether it is in a state. That is, in the operation of gripping the target object, in a state where the target object is not sufficiently gripped, a shearing force corresponding to the dynamic friction force works, and the shearing force increases as the gripping force increases. On the other hand, when the gripping force is increased and the shearing force corresponding to the static frictional force is detected, the gripping of the object is completed, and the static frictional force is constant even when the gripping force is increased, so the shearing force also changes. do not do. Therefore, for example, by gradually increasing the gripping force of the object and detecting when the shearing force no longer changes, the object can be gripped with a minimum gripping force without damaging the object. Can do.
In addition, as described above, the tactile sensor device that constitutes the gripping device has a configuration in which a plurality of detection units are covered with an elastic member, and can be easily manufactured with a simple configuration. A gripping device using such a tactile sensor device can similarly have a simple configuration and can be easily manufactured.

本発明の電子機器は、上述の本発明の触覚センサー装置を備えたことを特徴とする。   An electronic apparatus according to the present invention includes the above-described tactile sensor device according to the present invention.

この発明では、上述の触覚センサー装置により、接触物が当該接触センサーに接触した際の押圧力や剪断力を測定できる。したがって、本発明の電子機器は、上述の触覚センサー装置により検出される正確な情報に基づいて各種動作を実施することができ、高性能化を図ることができる。
また、上述したように、電子機器が備える触覚センサー装置は、複数の検出部を弾性部材で覆った構成を有するものであり、簡略な構成で、かつ容易に製造可能であるため、このような触覚センサーを用いた電子機器においても、同様に簡略な構成とすることができ、製造も容易となる。
In this invention, the pressing force and the shearing force when the contact object contacts the contact sensor can be measured by the above-described tactile sensor device. Therefore, the electronic device of the present invention can perform various operations based on accurate information detected by the above-described tactile sensor device, and can achieve high performance.
In addition, as described above, the tactile sensor device included in the electronic device has a configuration in which a plurality of detection units are covered with an elastic member, and has a simple configuration and can be easily manufactured. Similarly, an electronic device using a tactile sensor can have a simple configuration and can be easily manufactured.

本発明の第一実施形態に係る触覚センサー装置を示す平面図。The top view which shows the tactile sensor apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. (A)剪断力が付与される前の第一実施形態に係る触覚センサー装置を示す一部断面図。 (B)剪断力が付与された状態の第一実施形態に係る触覚センサー装置を示す一部断面図。(A) The partial cross section figure which shows the tactile sensor device which concerns on 1st embodiment before a shear force is provided. (B) Partial sectional view showing the tactile sensor device according to the first embodiment in a state where shearing force is applied. 第一実施形態に係る触覚センサーの平面視における弾性部材の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the elastic member in planar view of the tactile sensor which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係る触覚センサーの平面視における弾性部材の外周位置を示す平面図。The top view which shows the outer peripheral position of the elastic member in planar view of the tactile sensor which concerns on 1st embodiment. 第二実施形態に係る触覚センサー素子を示す平面図。The top view which shows the tactile sensor element which concerns on 2nd embodiment. 第三実施形態に係る触覚センサー素子を示す平面図。The top view which shows the tactile sensor element which concerns on 3rd embodiment. 第四実施形態に係る把持装置の概略構成を示す装置ブロック図。The apparatus block diagram which shows schematic structure of the holding | gripping apparatus which concerns on 4th embodiment. 第四実施形態に係る把持装置の把持動作における触覚センサーに作用する正圧力および剪断力の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the positive pressure and shear force which act on the tactile sensor in the holding | grip operation | movement of the holding | gripping apparatus which concerns on 4th embodiment. 第四実施形態に係る制御装置の制御による把持装置の把持動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the holding | grip operation | movement of the holding | grip apparatus by control of the control apparatus which concerns on 4th embodiment. 第四実施形態に係る把持装置の把持動作時において、アーム駆動部への駆動制御信号、触覚センサーから出力される検出信号の発信タイミングを示すタイミング図。The timing diagram which shows the transmission timing of the detection signal output from the drive control signal to an arm drive part, and a tactile sensor at the time of holding | grip operation | movement of the holding | gripping apparatus which concerns on 4th embodiment. 第五実施形態に係る触覚センサー装置を示す平面図。The top view which shows the tactile sensor apparatus which concerns on 5th embodiment. 第五実施形態に係る近接センサーの概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the proximity sensor which concerns on 5th embodiment. 第五実施形態に係るアイロンの概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the iron which concerns on 5th embodiment. 第五実施形態に係るアイロンの動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of the iron which concerns on 5th embodiment. 第六実施形態に係るノート型パソコンの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the notebook type personal computer which concerns on 6th embodiment. 参考形態に係る触覚センサー素子を示す平面図。The top view which shows the tactile sensor element which concerns on a reference form. (A)実施形態の変形に係る触覚センサー素子を示す平面図。 (B)実施形態の別の変形に係る触覚センサー素子を示す平面図。(A) The top view which shows the tactile sensor element which concerns on the deformation | transformation of embodiment. (B) The top view which shows the tactile sensor element which concerns on another deformation | transformation of embodiment.

[第一実施形態]
以下、本発明に係る第一実施形態の触覚センサーについて、図面に基づいて説明する。
図1は、第一実施形態の触覚センサー装置1の概略構成を示す平面図である。図2は、触覚センサー素子10の概略構成を示す断面図であり、図2(A)は、触覚センサー素子10に対して剪断力が付与されていない状態を示し、図2(B)は、触覚センサー素子10に対して剪断力が付与された状態を示す。
[First embodiment]
Hereinafter, a tactile sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a tactile sensor device 1 of the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the tactile sensor element 10, FIG. 2A illustrates a state where no shear force is applied to the tactile sensor element 10, and FIG. A state in which a shearing force is applied to the tactile sensor element 10 is shown.

〔1.触覚センサーの構成〕
触覚センサー装置1は、触覚センサー素子10と処理部20(図1参照)と、を備えて構成されている。
触覚センサー素子10は、図1および図2に示すように、基板11上に、支持膜12、検出部13、出力部15、弾性部材16、および剛性層17を備える。触覚センサー素子10は、剛性層17に接触物が接触した際に加わる正圧力、および剪断力の検出センサーである。
[1. (Configuration of tactile sensor)
The tactile sensor device 1 includes a tactile sensor element 10 and a processing unit 20 (see FIG. 1).
As shown in FIGS. 1 and 2, the tactile sensor element 10 includes a support film 12, a detection unit 13, an output unit 15, an elastic member 16, and a rigid layer 17 on a substrate 11. The tactile sensor element 10 is a sensor for detecting a positive pressure applied when a contact object comes into contact with the rigid layer 17 and a shearing force.

(1−1.基板の構成)
基板11は、例えばSiにより形成され、厚み寸法が例えば200μmに形成されている。この基板11には、図1および図2に示すように、開口部111が複数形成されている。具体的には、図1に示すように、第一の開口部111Aおよび第二の開口部111Bが形成されている。基板11の厚み方向から当該基板11を見る平面視(以下、センサー平面視という。)において、四角形状の弾性部材16の各辺近傍の位置に形成されている。より具体的には、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kに対して、左右両側にそれぞれ1つずつ開口部111が形成されている。
(1-1. Configuration of substrate)
The substrate 11 is made of, for example, Si and has a thickness dimension of, for example, 200 μm. As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of openings 111 are formed in the substrate 11. Specifically, as shown in FIG. 1, a first opening 111A and a second opening 111B are formed. In a plan view (hereinafter referred to as a sensor plan view) in which the substrate 11 is viewed from the thickness direction of the substrate 11, the elastic member 16 is formed at a position in the vicinity of each side. More specifically, one opening 111 is formed on each of the left and right sides of the center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view.

図3は、弾性部材16と開口部111との位置関係を説明するための平面図であって、センサー平面視と同じ視点から見た状態である。なお、図3において、弾性部材16および開口部111以外の部材や部位は省略している。
弾性部材16の重心Kは、図3に示すように、第一の開口部111Aの重心k1と前記第二の開口部111Bの重心k2とを結ぶ線分を直径とする円C1の内部に位置している。
FIG. 3 is a plan view for explaining the positional relationship between the elastic member 16 and the opening 111 and is a state viewed from the same viewpoint as the sensor plan view. In FIG. 3, members and parts other than the elastic member 16 and the opening 111 are omitted.
As shown in FIG. 3, the center of gravity K of the elastic member 16 is located inside a circle C1 whose diameter is a line segment connecting the center of gravity k1 of the first opening 111A and the center of gravity k2 of the second opening 111B. doing.

また、第一の開口部111Aおよび第二の開口部111Bは、図1に示すように、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kを通る直線L1に対して線対称に配置されている。
また、第一の開口部111Aおよび第二の開口部111Bは、図1に示すように、センサー平面視において、弾性部材16の上下方向の略中間に位置する。
Further, as shown in FIG. 1, the first opening 111 </ b> A and the second opening 111 </ b> B are arranged symmetrically with respect to a straight line L <b> 1 passing through the center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view.
Further, as shown in FIG. 1, the first opening 111A and the second opening 111B are located approximately in the vertical direction of the elastic member 16 in the sensor plan view.

なお、この開口部111は、センサー平面視において、円形状に形成されているが、例えば多角形状などに形成されていてもよい。また、基板11厚み方向を貫通する開口部111を例示したが、例えば、基板11の弾性部材16側の面(図2(A)、(B)における上側)にエッチング等により凹状溝を形成して開口部111とする構成としてもよい。さらには、基板11上に支持膜12を形成する構成を例示したが、基板11の弾性部材16とは反対側の面(図2の下側)からエッチング等により凹状溝を形成し、溝底部を支持膜12とし溝内部を開口部111とする構成としてもよい。   The opening 111 is formed in a circular shape in the sensor plan view, but may be formed in a polygonal shape, for example. Moreover, although the opening part 111 penetrating the board | substrate 11 thickness direction was illustrated, the concave groove | channel is formed in the surface (upper side in FIG. 2 (A), (B)) of the board | substrate 11 by the etching etc., for example. The opening 111 may be configured. Furthermore, although the structure which forms the support film 12 on the board | substrate 11 was illustrated, the concave groove | channel is formed by the etching etc. from the surface (lower side of FIG. 2) on the opposite side to the elastic member 16 of the board | substrate 11, and a groove bottom part The support film 12 may be used, and the inside of the groove may be the opening 111.

支持膜12は、基板11上に形成されるとともに、第一の開口部111Aおよび第二の開口部111Bを覆う。
支持膜12は、図示は省略するが、基板11上に例えば厚み寸法が3μmに成膜されるSiO層と、このSiO層上に積層される厚み寸法が例えば400nmのZrO層との2層構造により形成されている。ここで、ZrO層は、後述する検出部13の焼成形成時に、後述する圧電体141の剥離を防止するために形成される層である。すなわち、圧電体141が例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛:lead zirconate titanate)により形成される場合、焼成時にZrO層が形成されていないと、圧電体141に含まれるPbがSiO層に拡散して、SiO層の融点が下がり、SiO層の表面に気泡が生じ、この気泡によりPZTが剥離してしまう。また、ZrO層がない場合、圧電体141の歪みに対する撓み効率が低下するなどの問題もある。これに対して、ZrO層がSiO層上に形成される場合、圧電体141の剥離、撓み効率の低下などの不都合を回避することが可能となる。
また、以降の説明において、図1に示すようなセンサー平面視において、支持膜12のうち、第一の開口部111Aおよび第二の開口部111Bを閉塞する領域をメンブレン121と称する。
The support film 12 is formed on the substrate 11 and covers the first opening 111A and the second opening 111B.
Although not shown in the figure, the support film 12 is composed of an SiO 2 layer formed on the substrate 11 with a thickness of 3 μm, for example, and a ZrO 2 layer with a thickness of 400 nm stacked on the SiO 2 layer, for example. It is formed by a two-layer structure. Here, the ZrO 2 layer is a layer formed in order to prevent peeling of the piezoelectric body 141 described later at the time of firing formation of the detection unit 13 described later. That is, when the piezoelectric body 141 is formed of, for example, PZT (lead zirconate titanate), if the ZrO 2 layer is not formed during firing, Pb contained in the piezoelectric body 141 diffuses into the SiO 2 layer. to, lowers the melting point of the SiO 2 layer, air bubbles on the surface of the SiO 2 layer is produced, PZT peels by the bubbles. Further, when there is no ZrO 2 layer, there is a problem that the bending efficiency with respect to the distortion of the piezoelectric body 141 is lowered. On the other hand, when the ZrO 2 layer is formed on the SiO 2 layer, it is possible to avoid inconveniences such as peeling of the piezoelectric body 141 and a decrease in bending efficiency.
In the following description, a region of the support film 12 that closes the first opening 111A and the second opening 111B in the sensor plan view as shown in FIG.

(1−2.検出部の構成)
検出部13は、支持膜12上に配置されている。本実施形態では、検出部13は、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bという2つの検出部で構成される。
第一の検出部13Aは、図2に示すように、メンブレン121上、かつ第一の開口部111Aの上方に配置され、第二の検出部13Bは、メンブレン121上、かつ第二の開口部111Bの上方に配置されている。
第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bの上には、弾性部材16が配置されている。第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bは、共通の弾性部材16で覆われている。
(1-2. Configuration of detection unit)
The detection unit 13 is disposed on the support film 12. In the present embodiment, the detection unit 13 includes two detection units, a first detection unit 13A and a second detection unit 13B.
As shown in FIG. 2, the first detection unit 13A is disposed on the membrane 121 and above the first opening 111A, and the second detection unit 13B is on the membrane 121 and the second opening. It is arranged above 111B.
An elastic member 16 is disposed on the first detection unit 13A and the second detection unit 13B. The first detection unit 13 </ b> A and the second detection unit 13 </ b> B are covered with a common elastic member 16.

各検出部13は、図2に示すように、支持膜12側から順に下部電極142、圧電体141および上部電極143が積層されて構成された圧電積層部14を備える。なお、圧電積層部14は、メンブレン121の下側に接触して形成されていてもよい。   As shown in FIG. 2, each detection unit 13 includes a piezoelectric laminate unit 14 configured by laminating a lower electrode 142, a piezoelectric body 141, and an upper electrode 143 in order from the support film 12 side. The piezoelectric laminated portion 14 may be formed in contact with the lower side of the membrane 121.

圧電体141は、例えばPZTを厚み寸法が例えば500nmとなる膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電体141としてPZTを用いるが、膜の応力変化により電荷を発生することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよい。このような素材としては、例えば、チタン酸鉛(PbTiO)、ジルコン酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb、La)TiO)、窒化アルミ(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が挙げられる。 The piezoelectric body 141 is formed, for example, by forming PZT into a film shape with a thickness dimension of, for example, 500 nm. In the present embodiment, PZT is used as the piezoelectric body 141. However, any material may be used as long as it is a material capable of generating an electric charge due to a change in the stress of the film. Examples of such materials include lead titanate (PbTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), aluminum nitride (AlN), and zinc oxide (ZnO). And polyvinylidene fluoride (PVDF).

下部電極142、および上部電極143は、圧電体141の膜厚み方向を挟んで形成される電極であり、下部電極142は、圧電体141のメンブレン121に対向する面に形成され、メンブレン121と接触している。上部電極143は、圧電体141の下部電極142が形成される面とは反対側の面に形成されている。   The lower electrode 142 and the upper electrode 143 are electrodes formed across the film thickness direction of the piezoelectric body 141, and the lower electrode 142 is formed on the surface of the piezoelectric body 141 facing the membrane 121 and is in contact with the membrane 121. doing. The upper electrode 143 is formed on the surface opposite to the surface on which the lower electrode 142 of the piezoelectric body 141 is formed.

下部電極142は、厚み寸法が例えば200nmに形成される膜状の電極であり、メンブレン121上に形成される。下部電極142としては、導電性を有する導電薄膜であれば、いかなるものであってもよいが、本実施形態では、例えば、Ti/Ir/Pt/Tiの積層構造膜を用いる。
また、上部電極143は、厚み寸法が例えば50nmに形成される膜状の電極である。この上部電極143は、圧電体141の上面を覆って形成される。上部電極143としても、導電性薄膜であれば、いかなる素材を用いてもよいが、本実施形態では、Ir薄膜を用いる。
The lower electrode 142 is a film-like electrode having a thickness dimension of, for example, 200 nm, and is formed on the membrane 121. The lower electrode 142 may be any conductive thin film having conductivity, but in the present embodiment, for example, a laminated structure film of Ti / Ir / Pt / Ti is used.
The upper electrode 143 is a film-like electrode having a thickness dimension of, for example, 50 nm. The upper electrode 143 is formed so as to cover the upper surface of the piezoelectric body 141. Any material may be used for the upper electrode 143 as long as it is a conductive thin film, but in this embodiment, an Ir thin film is used.

出力部15は、弾性部材16の弾性変形に応じて各検出部13から電気信号を取り出して出力するためのものである。出力部15は、例えば、基板11の外周部に検出部13毎に配置されている。
上述の支持膜12上には、下部電極142の外周部から延出する電極線142Aが形成されている。出力部15は、端子パッドとして形成され、電極線142Aは、当該端子パッドまで引き出され、当該端子パッドから後述する処理部20に接続される。
さらに、支持膜12上には、上部電極143の外周部から延出する電極線(図示略)が形成されている。電極線は、例えば基板11の外周部に検出部13毎に配置される別の端子パッド(図示略)まで引き出され、この別の端子パッドから後述する処理部20に接続される。よって、本実施形態では、出力部は、電極線142A用の端子パッドと、上部電極143の外周部から延出する電極線用の別の端子パッドとで、一対の端子パッドが構成される。そして、一対の端子パッドが、各検出部13のそれぞれに対して配置されている。そのため、触覚センサー素子10では、各検出部13のそれぞれから個別に電気信号が取り出される。
The output unit 15 is for taking out and outputting an electrical signal from each detection unit 13 in accordance with the elastic deformation of the elastic member 16. For example, the output unit 15 is disposed on the outer periphery of the substrate 11 for each detection unit 13.
On the support film 12, the electrode wire 142A extending from the outer peripheral portion of the lower electrode 142 is formed. The output unit 15 is formed as a terminal pad, and the electrode line 142A is led out to the terminal pad and connected to the processing unit 20 described later from the terminal pad.
Furthermore, an electrode wire (not shown) extending from the outer periphery of the upper electrode 143 is formed on the support film 12. For example, the electrode wire is led to another terminal pad (not shown) arranged for each detection unit 13 on the outer peripheral portion of the substrate 11, and is connected to the processing unit 20 described later from this other terminal pad. Therefore, in the present embodiment, the output unit includes a pair of terminal pads including the terminal pad for the electrode wire 142 </ b> A and another terminal pad for the electrode wire extending from the outer peripheral portion of the upper electrode 143. A pair of terminal pads is arranged for each of the detection units 13. Therefore, in the tactile sensor element 10, an electric signal is individually taken out from each detection unit 13.

弾性部材16は、基板11上に配置され、各検出部13を覆う部材である。
弾性部材16は、直方体状に形成され、センサー平面視において四角形状に形成されている。弾性部材16は、センサー平面視において、少なくとも、第一の検出部13A、第二の検出部13B、並びに第一の検出部13Aと第二の検出部13Bとに挟まれる領域の支持膜12の上を覆う。そのため、弾性部材16は、センサー平面視において、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13B上だけでなく、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13B同士を結ぶ線分上も覆っている。
弾性部材16の表面は、基板11面と平行に形成されている。なお、ここでの平行についても、上述の説明と同様の考え方である。
弾性部材16は、検出部13の保護膜として機能するとともに、当該弾性部材16に加わる押圧力や剪断力をメンブレン121に伝達して撓ませる。そして、この弾性部材16の撓みにより、メンブレン121が撓むことで、検出部13も撓み、その撓み量に応じた電気信号が出力される。
この弾性部材16としては、本実施形態では、例えばシリコーンゴムを用いるが、これに限定されず、弾性を有する合成樹脂など、その他の弾性素材により形成されるものであってもよい。また、弾性部材16の厚み寸法としては、特に限定されないが、例えば300μmに形成されている。
弾性部材16と基板11とは、図示しない接着層などで接着されていることが好ましい。
The elastic member 16 is a member that is disposed on the substrate 11 and covers each detection unit 13.
The elastic member 16 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and is formed in a quadrangular shape in the sensor plan view. The elastic member 16 has at least the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, and the support film 12 in the region sandwiched between the first detection unit 13A and the second detection unit 13B in the sensor plan view. Cover the top. Therefore, the elastic member 16 is not only on the first detection unit 13A and the second detection unit 13B but also on a line segment connecting the first detection unit 13A and the second detection unit 13B in the sensor plan view. Covering.
The surface of the elastic member 16 is formed in parallel with the surface of the substrate 11. The parallelism here is also the same concept as described above.
The elastic member 16 functions as a protective film of the detection unit 13 and transmits a pressing force or shear force applied to the elastic member 16 to the membrane 121 to bend. Then, when the membrane 121 is bent by the bending of the elastic member 16, the detection unit 13 is also bent, and an electric signal corresponding to the amount of bending is output.
In the present embodiment, for example, silicone rubber is used as the elastic member 16, but the elastic member 16 is not limited thereto, and may be formed of other elastic materials such as elastic synthetic resin. Further, the thickness dimension of the elastic member 16 is not particularly limited, but is formed to 300 μm, for example.
The elastic member 16 and the substrate 11 are preferably bonded by an adhesive layer (not shown).

剛性層17は、弾性部材16の表面を覆い、弾性部材16よりも剛性が大きい層である。この剛性層17は、接触物が接触して剪断方向に変位した際、その剪断力が弾性部材16に対して局所的に伝達されることを防ぐための層である。
剛性層17の表面は、基板11面と平行に形成されている。なお、ここでの平行についても、上述の説明と同様の考え方である。
剛性層17としては、本実施形態では、例えば、アクリル板を用いるが、これに限定されず、剛性を有する合成樹脂や金属など、その他の剛性を有する素材により形成されるものであってもよい。例えば、コーティングを施して、弾性部材16表面に剛性を有する合成樹脂からなる剛性層17を形成しても良い。
また、剛性層17の厚み寸法としては、特に限定されないが、例えば、100μmに形成されている。
弾性部材16と剛性層17とは、図示しない接着層などで接着されていることが好ましい。
The rigid layer 17 is a layer that covers the surface of the elastic member 16 and has higher rigidity than the elastic member 16. The rigid layer 17 is a layer for preventing the shearing force from being locally transmitted to the elastic member 16 when the contact object comes into contact and is displaced in the shearing direction.
The surface of the rigid layer 17 is formed in parallel with the surface of the substrate 11. The parallelism here is also the same concept as described above.
In the present embodiment, for example, an acrylic plate is used as the rigid layer 17, but the present invention is not limited to this, and the rigid layer 17 may be formed of a material having other rigidity such as a synthetic resin or metal having rigidity. . For example, a rigid layer 17 made of a synthetic resin having rigidity may be formed on the surface of the elastic member 16 by coating.
In addition, the thickness dimension of the rigid layer 17 is not particularly limited, but is, for example, 100 μm.
The elastic member 16 and the rigid layer 17 are preferably bonded by an adhesive layer (not shown) or the like.

処理部20は、各検出部13から出力される電気信号を受信し、これに基づいて触覚センサー装置1に付与される押圧力および剪断力を検出する。処理部20は、上述のように各検出部13のそれぞれに対して配置されている一対の端子パッドと接続され、各検出部13のそれぞれから電気信号を受信する。
処理部20は、記憶部21と、演算部22と、を備えている。
記憶部21は、剪断力方向および押圧方向に応じた出力電圧極性パターンや演算部22の各種処理を実施するための各種プログラム等を記憶する。
演算部22は、受信した各検出部13の電気信号(電圧)と、記憶部21に記憶された当該出力電圧極性パターンに基づいて剪断力の方向を判定する。
ここで、出力される電圧の大きさに対する剪断力および押圧力の関係を予め算出しておき、記憶部21に記憶させておくことで、演算部22は、剪断力および押圧力も演算することができる。
The processing unit 20 receives the electrical signal output from each detection unit 13 and detects the pressing force and the shear force applied to the tactile sensor device 1 based on the electrical signal. The processing unit 20 is connected to the pair of terminal pads arranged for each of the detection units 13 as described above, and receives an electrical signal from each of the detection units 13.
The processing unit 20 includes a storage unit 21 and a calculation unit 22.
The storage unit 21 stores an output voltage polarity pattern corresponding to the shearing force direction and the pressing direction, various programs for performing various processes of the calculation unit 22, and the like.
The calculation unit 22 determines the direction of the shearing force based on the received electrical signal (voltage) of each detection unit 13 and the output voltage polarity pattern stored in the storage unit 21.
Here, the calculation unit 22 calculates the shearing force and the pressing force by calculating in advance the relationship between the shearing force and the pressing force with respect to the magnitude of the output voltage and storing the relationship in the storage unit 21. Can do.

(2.触覚センサー素子の動作)
次に、上述の触覚センサー素子10の動作について、図面に基づいて説明する。
検出部13においては、剛性層17に押圧力が付与され、さらにその状態で剪断力が所定方向に付与されると、弾性部材16が弾性変形し、メンブレン121がその膜厚方向に変位する。
図2は、触覚センサー素子10に接触物が接触し、矢印P1の方向に応力(剪断力)が加えられた状態を示す図であり、図2(A)は、剪断力が付与される前の状態を示す図であり、図2(B)は、剪断力が付与されて弾性部材16が変形した状態を示す図である。
(2. Operation of the tactile sensor element)
Next, the operation of the tactile sensor element 10 will be described with reference to the drawings.
In the detection unit 13, when a pressing force is applied to the rigid layer 17 and further a shearing force is applied in a predetermined direction in that state, the elastic member 16 is elastically deformed and the membrane 121 is displaced in the film thickness direction.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which a contact object is in contact with the tactile sensor element 10 and stress (shearing force) is applied in the direction of the arrow P1, and FIG. 2 (A) is a state before the shearing force is applied. FIG. 2B is a diagram illustrating a state in which the elastic member 16 is deformed by applying a shearing force.

触覚センサー素子10は、図2(B)に示すように、第一の検出部13A側から第二の検出部13B側へ向かう方向(矢印P1の方向)に剪断力が加えられると、メンブレン121が撓んで変位する。
すなわち、剛性層17に矢印P1の方向に剪断力が加えられると、弾性部材16に圧縮力および引張力が発生する。ここで、当該剪断力の矢印P1の先端へ向かう方向を+X方向、それとは反対の向きを−X方向とする。
弾性部材16の第一の検出部13A側(−X方向側)は、矢印P1の方向に向かって伸ばされ、第一の検出部13Aのメンブレン121には、押圧力で下方に押されていた状態から、押圧力が加えられてない状態の位置に戻ろうとする引張力が発生する。つまり、第一の検出部13Aのメンブレン121は、矢印M1方向に変位する。
また、弾性部材16の第二の検出部13B側(+X方向側)は、さらに下方に押圧され、第二の検出部13Bのメンブレン121には、下方への圧縮力が発生する。つまり、第二の検出部13Bのメンブレン121は、矢印M2方向に変位する。
As shown in FIG. 2B, the tactile sensor element 10 has a membrane 121 when a shearing force is applied in the direction from the first detection unit 13A side to the second detection unit 13B side (the direction of the arrow P1). Bends and displaces.
That is, when a shearing force is applied to the rigid layer 17 in the direction of the arrow P1, a compressive force and a tensile force are generated in the elastic member 16. Here, the direction toward the tip of the arrow P1 of the shearing force is the + X direction, and the opposite direction is the -X direction.
The first detection unit 13A side (−X direction side) of the elastic member 16 is extended in the direction of the arrow P1, and is pressed downward by the membrane 121 of the first detection unit 13A with a pressing force. A tensile force is generated from the state to return to a position where no pressing force is applied. That is, the membrane 121 of the first detection unit 13A is displaced in the arrow M1 direction.
Further, the second detection unit 13B side (+ X direction side) of the elastic member 16 is further pressed downward, and a downward compressive force is generated on the membrane 121 of the second detection unit 13B. That is, the membrane 121 of the second detection unit 13B is displaced in the direction of the arrow M2.

このように矢印M1や矢印M2の方向にメンブレン121が変位すると、圧電体141の下部電極142側の面と上部電極143側の面とで電位差が発生し、下部電極142および上部電極143から圧電体141の変位量に応じた電気信号(電圧)が出力される。ここで、第一の検出部13Aと第二の検出部13Bとでは、メンブレン121の変位方向が逆となるため、第一の検出部13Aから出力される電圧と第二の検出部13Bから出力される電圧は、正負が逆の関係になる。
したがって、触覚センサー素子10では、出力電圧の大きさから剪断力の大きさを検出し、出力電圧の極性の関係から剪断力の向きを検出できる。図2(B)に示す矢印P1方向の剪断力を開放すると、第一の検出部13Aから出力される電圧と第二の検出部13Bから出力される電圧は、剪断力を加えたときのそれぞれの電圧と正負が逆転する。
When the membrane 121 is displaced in the direction of the arrows M1 and M2 in this way, a potential difference is generated between the surface of the piezoelectric body 141 on the lower electrode 142 side and the surface of the upper electrode 143 side, and the lower electrode 142 and the upper electrode 143 cause a piezoelectric difference. An electric signal (voltage) corresponding to the amount of displacement of the body 141 is output. Here, since the displacement direction of the membrane 121 is reversed between the first detection unit 13A and the second detection unit 13B, the voltage output from the first detection unit 13A and the output from the second detection unit 13B. The applied voltage has a reverse relationship between positive and negative.
Therefore, in the tactile sensor element 10, the magnitude of the shearing force can be detected from the magnitude of the output voltage, and the direction of the shearing force can be detected from the relationship of the polarity of the output voltage. When the shearing force in the direction of the arrow P1 shown in FIG. 2B is released, the voltage output from the first detection unit 13A and the voltage output from the second detection unit 13B are the same when the shearing force is applied. The voltage and positive / negative are reversed.

さらに、触覚センサー素子10に付与する剪断力の方向を種々変化させた場合の、各検出部13の出力信号の極性パターンを表1に示す。
図4は、センサー平面視における弾性部材16の外周位置を示すための平面図である。
ここで、図4に示すように、センサー平面視における弾性部材16の外周位置をD1〜D8とし、剪断力の方向を表1に示す。例えば、上述の矢印P1方向は、右方向、つまり、D1からD5へ向かう方向に相当する。また、D1からD5へ向かう方向を、D1⇒D5と表記し、他の方向についても同様とする。
表1中、検出部13からの出力電圧極性について、「+」は正の極性、「−」は負の極性、「0」は出力が微量もしくは無い状態であることを示す。各検出部13のメンブレン121に引張力が発生する場合には、「+」となり、圧縮力が発生する場合には、「−」となる。
また、触覚センサー素子10に押圧力を付与した場合の各検出部13の出力信号の極性も表1に示す。
Further, Table 1 shows the polarity pattern of the output signal of each detector 13 when the direction of the shearing force applied to the tactile sensor element 10 is variously changed.
FIG. 4 is a plan view illustrating the outer peripheral position of the elastic member 16 in the sensor plan view.
Here, as shown in FIG. 4, the outer peripheral positions of the elastic member 16 in the sensor plan view are D1 to D8, and the direction of the shearing force is shown in Table 1. For example, the arrow P1 direction described above corresponds to the right direction, that is, the direction from D1 to D5. The direction from D1 to D5 is expressed as D1⇒D5, and the same applies to other directions.
In Table 1, regarding the output voltage polarity from the detection unit 13, “+” indicates a positive polarity, “−” indicates a negative polarity, and “0” indicates that the output is in a minute amount or not. When a tensile force is generated on the membrane 121 of each detection unit 13, “+” is indicated, and when a compressive force is generated, “−” is indicated.
Table 1 also shows the polarities of the output signals of the detectors 13 when a pressing force is applied to the tactile sensor element 10.

表1に示すように、剪断力方向に応じて、各検出部13から出力される電圧の極性が異なるので、処理部20にてこれらの極性に基づいて剪断力方向を判定できる。
D5⇒D1方向は、表1に示すように、D1⇒D5方向と出力電圧極性が反対になる。
D3⇒D7方向やD7⇒D3方向のように、図1における上下方向への剪断力が付与された場合、表1に示すように、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bから出力される電圧極性は、「0」になる。これは、図1に示す、弾性部材16の上下方向の略中間位置では、弾性部材16に圧縮力および引張力が生じないためである。左右方向の略中間位置でも同様である。
As shown in Table 1, the polarity of the voltage output from each detection unit 13 differs depending on the direction of the shear force, so the processing unit 20 can determine the direction of the shear force based on these polarities.
As shown in Table 1, the output voltage polarity of the D5⇒D1 direction is opposite to that of the D1⇒D5 direction.
When a shearing force in the vertical direction in FIG. 1 is applied as in the D3⇒D7 direction or D7⇒D3 direction, as shown in Table 1, output from the first detection unit 13A and the second detection unit 13B The applied voltage polarity is “0”. This is because the compression force and the tensile force are not generated in the elastic member 16 at a substantially intermediate position in the vertical direction of the elastic member 16 shown in FIG. The same applies to the substantially intermediate position in the left-right direction.

ここで、処理部20における剪断力方向の判定について、例を挙げて説明する。
第一の検出部13Aから正の極性の電圧が出力され、第二の検出部13Bから負の極性の電圧が出力され、検出部13Bおよび検出部13Dから微量な電圧が出力された場合、処理部20の演算部22は、入力されたこれらの電気信号の極性と、記憶部21に記憶された出力電圧極性パターンに基づいて剪断力の方向を判定する。この例の場合、出力電圧極性パターンの表1より、D1⇒D5方向、すなわち、矢印P1方向に剪断力が付与されていると判定できる。
Here, the determination of the shearing force direction in the processing unit 20 will be described with an example.
When a positive polarity voltage is output from the first detection unit 13A, a negative polarity voltage is output from the second detection unit 13B, and a small amount of voltage is output from the detection unit 13B and the detection unit 13D, processing is performed. The calculation unit 22 of the unit 20 determines the direction of the shearing force based on the polarities of these input electrical signals and the output voltage polarity pattern stored in the storage unit 21. In this example, it can be determined from Table 1 of the output voltage polarity pattern that shear force is applied in the direction D1⇒D5, that is, in the direction of the arrow P1.

なお、触覚センサー素子10に対する押圧力が付与されると、各検出部13のメンブレン121は、下方に撓むので、出力電圧の極性は、いずれも負となる。よって、このような出力電圧極性パターンとなった場合には、処理部20は、押圧力が付与されたと判定できる。   When a pressing force is applied to the tactile sensor element 10, the membrane 121 of each detection unit 13 bends downward, so that the polarity of the output voltage is negative. Therefore, when it becomes such an output voltage polarity pattern, the process part 20 can determine with the pressing force having been provided.

〔第一実施形態の作用効果〕
触覚センサー装置1は、触覚センサー素子10と、処理部20と、を備え、触覚センサー素子10は、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bを備え、各検出部13は、圧電積層部14を備える。
各検出部13を覆う弾性部材16が剪断力の方向へ弾性変形すると、各検出部13の各メンブレン121は、弾性部材16に対する各検出部13の位置に応じて、上方向又は下方向に変位する。そして、各メンブレン121の変位量に応じた電気信号(電圧)が出力され、その極性は、剪断力の方向に対する各検出部13の位置に応じて正負が異なる。そして、処理部20は、出力部15を介して受信した各検出部13の電気信号に基づいて、剪断力の方向を判定するとともに、剪断力の大きさを演算できる。また、弾性部材16が押圧された際も、各検出部13の各メンブレン121が下方向に変位する。その際の各検出部13の電気信号により、処理部20は、押圧力付与を判定するとともに、押圧力の大きさを演算できる。
よって、本実施形態によれば、従来技術のような複雑な立体構造と比べてより簡略な構造でありながら押圧力および剪断力の測定が可能な触覚センサー装置1を提供できる。
[Operational effects of the first embodiment]
The tactile sensor device 1 includes a tactile sensor element 10 and a processing unit 20, and the tactile sensor element 10 includes a first detection unit 13A and a second detection unit 13B, and each detection unit 13 includes a piezoelectric laminate. The unit 14 is provided.
When the elastic member 16 covering each detection unit 13 is elastically deformed in the direction of the shearing force, each membrane 121 of each detection unit 13 is displaced upward or downward depending on the position of each detection unit 13 with respect to the elastic member 16. To do. And the electrical signal (voltage) according to the displacement amount of each membrane 121 is output, The polarity differs according to the position of each detection part 13 with respect to the direction of a shear force. The processing unit 20 can determine the direction of the shearing force and calculate the magnitude of the shearing force based on the electrical signal of each detection unit 13 received via the output unit 15. Also, when the elastic member 16 is pressed, each membrane 121 of each detection unit 13 is displaced downward. The processing unit 20 can determine the application of the pressing force and can calculate the magnitude of the pressing force based on the electrical signal of each detection unit 13 at that time.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the tactile sensor device 1 that can measure the pressing force and the shearing force while having a simpler structure as compared with the complicated three-dimensional structure as in the related art.

また、第一実施形態では、センサー平面視において、弾性部材16は、少なくとも、第一の検出部13A、第二の検出部13B、並びに第一の検出部13Aと第二の検出部13Bとに挟まれる領域の支持膜の上を覆う。そのため、弾性部材16の弾性変形に伴う引張力又は圧縮力が、当該弾性部材16に覆われている検出部に対して加わり易くなる。特に、第一の開口部111Aの重心と第二の開口部111Bとを結ぶ線分方向に剪断力が付与されると、当該線分上の検出部に対して引張力又は圧縮力が加わり易いので、メンブレン121の変位が大きくなり、電気信号の出力値が大きくなる。その結果、触覚センサー装置1の剪断力の測定精度が向上する。   In the first embodiment, in the sensor plan view, the elastic member 16 includes at least the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, and the first detection unit 13A and the second detection unit 13B. Cover the support membrane in the area to be sandwiched. Therefore, the tensile force or the compressive force accompanying the elastic deformation of the elastic member 16 is easily applied to the detection unit covered with the elastic member 16. In particular, when a shearing force is applied in the direction of a line segment connecting the center of gravity of the first opening 111A and the second opening 111B, a tensile force or a compressive force is easily applied to the detection unit on the line segment. As a result, the displacement of the membrane 121 increases and the output value of the electrical signal increases. As a result, the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor device 1 is improved.

また、第一実施形態では、弾性部材16の重心Kは、第一の開口部111Aの重心k1と前記第二の開口部111Bの重心k2とを結ぶ線分を直径とする円C1の内部に位置する。弾性部材16の重心Kを通る直線L1は、重心k1および重心k2を結ぶ線分とは重ならない。この直線L1を挟んで、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bが位置する。そうすると、直線L1を挟んで一方側から他方側へと向かう矢印P1方向の剪断力に対して、圧縮力が加わる弾性部材16の領域と引張力が加わる弾性部材16の領域に各検出部13がそれぞれ配置されていることになる。その結果、より明確な反対符号の極性を有する電気信号を取り出すことができる。よって、触覚センサー装置1の剪断力の測定精度が向上する。   In the first embodiment, the center of gravity K of the elastic member 16 is located inside a circle C1 whose diameter is a line segment connecting the center of gravity k1 of the first opening 111A and the center of gravity k2 of the second opening 111B. To position. A straight line L1 passing through the center of gravity K of the elastic member 16 does not overlap with a line segment connecting the center of gravity k1 and the center of gravity k2. The first detector 13A and the second detector 13B are located across the straight line L1. Then, each detection unit 13 is located in the region of the elastic member 16 to which the compressive force is applied and the region of the elastic member 16 to which the tensile force is applied with respect to the shearing force in the direction of the arrow P1 from one side to the other side across the straight line L1. Each will be placed. As a result, it is possible to extract an electric signal having a clearer polarity with the opposite sign. Therefore, the measurement accuracy of the shear force of the touch sensor device 1 is improved.

また、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kを通る直線L1に対して、第一の検出部13Aと第二の検出部13Bとが線対称に配置されている。そのため、圧縮力が加わる弾性部材16の領域と引張力が加わる弾性部材16の領域に、各検出部13がバランスよく配置されていることになる。その結果、電気信号の極性の判別がより明確になり、触覚センサー装置1の剪断力の測定精度が向上する。   Further, in the sensor plan view, the first detection unit 13A and the second detection unit 13B are arranged in line symmetry with respect to a straight line L1 passing through the center of gravity K of the elastic member 16. Therefore, each detection part 13 is arrange | positioned with sufficient balance in the area | region of the elastic member 16 to which a compressive force is applied, and the area | region of the elastic member 16 to which a tensile force is applied. As a result, the determination of the polarity of the electric signal becomes clearer, and the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor device 1 is improved.

第一実施形態では、弾性部材16の表面に剛性層17が配置されているので、剛性層17に対して接触物が接触して剪断力が加わると、その剪断力が弾性部材16に対して局所的に伝達されることを防止できる。つまり、弾性部材16における上述の圧縮力又は引張力が各検出部13に対してより確実に加わるようにすることができる。その結果、触覚センサー装置1の剪断力の測定精度が向上する。   In the first embodiment, since the rigid layer 17 is disposed on the surface of the elastic member 16, when a contact object comes into contact with the rigid layer 17 and a shearing force is applied, the shearing force is applied to the elastic member 16. Local transmission can be prevented. That is, the above-described compressive force or tensile force in the elastic member 16 can be more reliably applied to each detection unit 13. As a result, the measurement accuracy of the shear force of the tactile sensor device 1 is improved.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る触覚センサー装置1Aについて説明する。
図5は、第二実施形態に係る触覚センサー装置1Aを示す平面図である。
なお、第二実施形態以降の説明にあたり、第一実施形態と同一の構成については、同符号を付し、その説明を省略または簡略する。
第二実施形態に係る触覚センサー装置1Aは、触覚センサー素子10Aを備え、この触覚センサー素子10Aは、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bの他、さらに第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dを備える点等で、第一実施形態の触覚センサー素子10と異なる。
[Second Embodiment]
Next, a tactile sensor device 1A according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a plan view showing a tactile sensor device 1A according to the second embodiment.
In the description of the second and subsequent embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
A tactile sensor device 1A according to the second embodiment includes a tactile sensor element 10A. The tactile sensor element 10A includes a first detection unit 13A and a second detection unit 13B, as well as a third detection unit 13C and It differs from the tactile sensor element 10 of the first embodiment in that it includes a fourth detection unit 13D.

触覚センサー素子10Aの基板11は、図5に示すように、さらに、第三の開口部111Cおよび第四の開口部111Dを有する。4つの開口部111は、センサー平面視において、弾性部材16の各辺近傍の位置に形成されている。より具体的には、センサー平面視において、図5に示すように、弾性部材16の重心Kに対して、左側に、第一の開口部111A、右側に、第二の開口部111B、下側に、第三の開口部111C、上側に、第四の開口部111Dが形成されている。そして、センサー平面視において、第一の開口部111Aの重心および第二の開口部111Bの重心を結ぶ第一の線分と第三の開口部111Cの重心および第四の開口部111Dの重心を結ぶ第二の線分とが交差する。   As shown in FIG. 5, the substrate 11 of the touch sensor element 10A further includes a third opening 111C and a fourth opening 111D. The four openings 111 are formed at positions near each side of the elastic member 16 in the sensor plan view. More specifically, in the sensor plan view, as shown in FIG. 5, with respect to the center of gravity K of the elastic member 16, the first opening 111A on the left side, the second opening 111B on the right side, and the lower side In addition, a third opening 111C is formed, and a fourth opening 111D is formed on the upper side. Then, in the sensor plan view, the first line segment connecting the center of gravity of the first opening 111A and the center of gravity of the second opening 111B, the center of gravity of the third opening 111C, and the center of gravity of the fourth opening 111D. The second line to connect intersects.

第二実施形態においては、各開口部111は、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kを通る直線L1または直線L2に対して線対称に配置されている。具体的には、図5に示すように、第一の開口部111Aと第二の開口部111Bとが直線L2に対して線対称に配置され、第三の開口部111Cと第四の開口部111Dとが直線L3に対して線対称に配置されている。
第二実施形態において、支持膜12は、基板11上に形成されるとともに、4つの開口部111を覆う。また、第一実施形態と同様に、図5に示すように、4つの開口部111を閉塞する領域をメンブレン121と称する。
In the second embodiment, the openings 111 are arranged symmetrically with respect to the straight line L1 or the straight line L2 passing through the center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view. Specifically, as shown in FIG. 5, the first opening 111A and the second opening 111B are arranged symmetrically with respect to the straight line L2, and the third opening 111C and the fourth opening are arranged. 111D is arranged symmetrically with respect to the straight line L3.
In the second embodiment, the support film 12 is formed on the substrate 11 and covers the four openings 111. Similarly to the first embodiment, as shown in FIG. 5, a region that closes the four openings 111 is referred to as a membrane 121.

第二実施形態において、検出部13は、上述の通り、第一の検出部13A、第二の検出部13B、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dを備える。これら4つの検出部13は、センサー平面視において、開口部111の内側領域に配置されている。各検出部13は、共通の弾性部材16で覆われている。
ここで、第一の検出部13Aは、第一の開口部111Aに対応する位置に配置され、第二の検出部13Bは、第二の開口部111Bに対応する位置に配置され、第3の検出部13Cは、第三の開口部111Cに対応する位置に配置され、第四の検出部13Dは、第四の開口部111Dに対応する位置に配置されている。
4つの検出部13は、いずれも第一実施形態と同様の圧電積層部14を備える。
第二実施形態における出力部15は、4つの検出部13に対してそれぞれ設置されている。
In the second embodiment, the detection unit 13 includes the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, the third detection unit 13C, and the fourth detection unit 13D as described above. These four detection units 13 are arranged in an inner region of the opening 111 in the sensor plan view. Each detection unit 13 is covered with a common elastic member 16.
Here, the first detector 13A is arranged at a position corresponding to the first opening 111A, the second detector 13B is arranged at a position corresponding to the second opening 111B, and the third The detection unit 13C is disposed at a position corresponding to the third opening 111C, and the fourth detection unit 13D is disposed at a position corresponding to the fourth opening 111D.
Each of the four detection units 13 includes the same piezoelectric laminate unit 14 as in the first embodiment.
The output unit 15 in the second embodiment is installed for each of the four detection units 13.

第二実施形態の弾性部材16は、センサー平面視において、少なくとも、第一の検出部13A、第二の検出部13B、第三の検出部13C、第四の検出部13D、並びに第一の検出部13Aと第二の検出部13Bと第三の検出部13Cと第四の検出部13Dとを頂点とする4角形領域の支持膜12の上を覆う。
さらに、弾性部材16の重心Kは、第一の線分と第二の線分との交点に位置する。
また、弾性部材16の表面には、剛性層17が形成されている。
The elastic member 16 of the second embodiment includes at least the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, the third detection unit 13C, the fourth detection unit 13D, and the first detection in the sensor plan view. Covering the support film 12 in the quadrangular region having the part 13A, the second detection part 13B, the third detection part 13C, and the fourth detection part 13D as vertices.
Furthermore, the center of gravity K of the elastic member 16 is located at the intersection of the first line segment and the second line segment.
A rigid layer 17 is formed on the surface of the elastic member 16.

次に、第二実施形態における触覚センサー素子10Aの動作について説明する。
第二実施形態において、第一の検出部13A側から第二の検出部13B側へ向かう方向は、第一実施形態における矢印P1の方向に相当し、この方向の剪断力が加えられると、第一実施形態と同様に動作する。
第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dは、第一の検出部13A側から第二の検出部13B側へ向かう方向において弾性部材16の中間付近に位置する。このような位置では、当該方向に剪断力が加えられても弾性部材16に圧縮力および引張力がほとんど生じない。そのため、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dの各メンブレン121の変位もほとんど生じず、第三の検出部13Cから出力される電圧と第四の検出部13Dから出力される電圧は、微量であるか、もしくは出力されない。微量な電圧の出力が得られても、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dから出力される電圧極性は同じである。
Next, the operation of the touch sensor element 10A in the second embodiment will be described.
In the second embodiment, the direction from the first detection unit 13A side to the second detection unit 13B side corresponds to the direction of the arrow P1 in the first embodiment, and when a shearing force in this direction is applied, It operates similarly to one embodiment.
The third detection unit 13C and the fourth detection unit 13D are located near the middle of the elastic member 16 in the direction from the first detection unit 13A side to the second detection unit 13B side. In such a position, even if a shearing force is applied in the direction, almost no compressive force and tensile force are generated in the elastic member 16. For this reason, the membranes 121 of the third detection unit 13C and the fourth detection unit 13D are hardly displaced, and the voltage output from the third detection unit 13C and the voltage output from the fourth detection unit 13D are as follows. Trace amount or not output. Even if a very small voltage output is obtained, the voltage polarities output from the third detection unit 13C and the fourth detection unit 13D are the same.

また、センサー平面視において、第三の検出部13C側から第四の検出部13D側に向かう剪断力が加えられた場合にも、触覚センサー素子10Aは、当該剪断力の大きさと方向を検出できる。この場合、第一の検出部13A側から第二の検出部13B側へ向かう方向への剪断力付与の場合と同様、第三の検出部13Cから出力される電圧と第四の検出部13Dから出力される電圧は、正負が逆の関係になる。一方、第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bは、この場合の剪断方向において弾性部材16の中間付近に位置するので、第一の検出部13Aから出力される電圧と第二の検出部13Bから出力される電圧は、微量であるか、もしくは出力されない。   In addition, when a shearing force is applied from the third detection unit 13C side to the fourth detection unit 13D side in the sensor plan view, the tactile sensor element 10A can detect the magnitude and direction of the shearing force. . In this case, the voltage output from the third detection unit 13C and the fourth detection unit 13D are the same as in the case of applying the shearing force in the direction from the first detection unit 13A side to the second detection unit 13B side. The output voltage has a reverse relationship between positive and negative. On the other hand, since the first detection unit 13A and the second detection unit 13B are located in the vicinity of the middle of the elastic member 16 in the shear direction in this case, the voltage output from the first detection unit 13A and the second detection The voltage output from the unit 13B is very small or not output.

さらに、触覚センサー素子10Aに付与する剪断力の方向を種々変化させた場合の、各検出部13の出力信号の極性パターンを表2に示す。表2における剪断力の方向についても、図4に基づく。   Further, Table 2 shows the polarity pattern of the output signal of each detector 13 when the direction of the shearing force applied to the tactile sensor element 10A is variously changed. The direction of the shear force in Table 2 is also based on FIG.

表2に示すように、触覚センサー素子10Aにおいても、剪断力方向に応じて各検出部13から出力される電圧の極性が異なる。そのため、処理部20は、これらの電圧の極性に基づいて、剪断力方向を判定できる。特に、触覚センサー素子10Aでは、各検出部13が、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kに対して、上下左右側にそれぞれ1つずつ設置されている。そのため、斜め方向に剪断力が付与された場合でも、表2に示すような極性の関係性から処理部20にて剪断力の方向を判定できる。   As shown in Table 2, also in the tactile sensor element 10A, the polarity of the voltage output from each detection unit 13 differs according to the shearing force direction. Therefore, the processing unit 20 can determine the shearing force direction based on the polarities of these voltages. In particular, in the tactile sensor element 10 </ b> A, each detection unit 13 is installed one by one on the upper, lower, left, and right sides with respect to the center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view. Therefore, even when a shearing force is applied in an oblique direction, the processing unit 20 can determine the direction of the shearing force from the polarity relationship as shown in Table 2.

第二実施形態における処理部20による剪断力方向の判定は、4つの検出部13からの出力に基づく点で、第一実施形態と異なる。
第一の検出部13Aから正の極性の電圧が出力され、第二の検出部13Bから負の極性の電圧が出力され、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dから微量な電圧が出力された場合、処理部20の演算部22は、入力されたこれらの電気信号の極性と、記憶部21に記憶された出力電圧極性パターンに基づいて剪断力の方向を判定する。この例の場合、出力電圧極性パターンの表1より、D1⇒D5方向の剪断力が、触覚センサー素子10Aに対して付与されていると判定できる。
別の例として、第一の検出部13Aおよび第三の検出部13Cから正の極性の電圧が出力され、第二の検出部13Bおよび第四の検出部13Dから負の極性の電圧が出力された場合で考える。この場合、出力電圧極性パターンの表2より、D2⇒D6方向、すなわち、図5のセンサー平面視において右上方向の剪断力が、触覚センサー素子10Aに対して付与されていると判定できる。
The determination of the shearing force direction by the processing unit 20 in the second embodiment is different from the first embodiment in that it is based on the outputs from the four detection units 13.
A positive polarity voltage is output from the first detection unit 13A, a negative polarity voltage is output from the second detection unit 13B, and a small amount of voltage is output from the third detection unit 13C and the fourth detection unit 13D. When output, the calculation unit 22 of the processing unit 20 determines the direction of the shearing force based on the polarities of these input electrical signals and the output voltage polarity pattern stored in the storage unit 21. In the case of this example, it can be determined from Table 1 of the output voltage polarity pattern that shear force in the direction D1⇒D5 is applied to the tactile sensor element 10A.
As another example, a positive polarity voltage is output from the first detection unit 13A and the third detection unit 13C, and a negative polarity voltage is output from the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D. Think in case. In this case, from Table 2 of the output voltage polarity pattern, it can be determined that a shearing force in the D2⇒D6 direction, that is, the upper right direction in the sensor plan view of FIG. 5 is applied to the tactile sensor element 10A.

なお、触覚センサー素子10Aに対する押圧力が付与されると、各検出部13のメンブレン121は、下方に撓むので、出力電圧の極性は、いずれも負となる。よって、このような出力電圧極性パターンとなった場合には、処理部20は、押圧力が付与されたと判定できる。   When a pressing force is applied to the tactile sensor element 10A, the membrane 121 of each detection unit 13 bends downward, so that the polarity of the output voltage is negative. Therefore, when it becomes such an output voltage polarity pattern, the process part 20 can determine with the pressing force having been provided.

〔第二実施形態の作用効果〕
第二実施形態では、第一実施形態で説明した効果に加えて、次のような効果を奏する。
第二実施形態では、センサー平面視において、第一の開口部111Aの重心および第二の開口部111Bの重心を結ぶ第一の線分と第三の開口部111Cの重心および第四の開口部111Dの重心を結ぶ第二の線分とが交差するように、4つのセンサーが配置されている。弾性部材16は、このように配置されている4つの検出部および4つの検出部を頂点とする4角形領域の支持膜12を覆う。さらに、センサー平面視における弾性部材16の重心Kは、センサー平面視における、上記第一の線分と、上記第二の線分との交点に位置している。
そのため、弾性部材16の弾性変形に伴う引張力又は圧縮力が、4つの検出部13に対して加わり易くなる。さらに、表2に示すような出力電圧極性パターンに基づいて、上下方向や左右方向に加え、斜め方向の剪断力についても測定できる。
よって、第二実施形態によれば、付与される3軸方向の力を検出できる。ここで、3軸方向の力は、触覚センサー装置に対する押圧力および触覚センサー装置の基板11面方向の剪断力である。
[Effects of Second Embodiment]
The second embodiment has the following effects in addition to the effects described in the first embodiment.
In the second embodiment, the first line segment connecting the center of gravity of the first opening 111A and the center of gravity of the second opening 111B and the center of gravity of the third opening 111C and the fourth opening in the sensor plan view. Four sensors are arranged so that the second line connecting the center of gravity of 111D intersects. The elastic member 16 covers the four detection units and the support film 12 in the quadrangular region having the four detection units as apexes. Further, the center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view is located at the intersection of the first line segment and the second line segment in the sensor plan view.
Therefore, the tensile force or the compressive force accompanying the elastic deformation of the elastic member 16 is easily applied to the four detection units 13. Further, based on the output voltage polarity pattern as shown in Table 2, it is possible to measure the shearing force in the oblique direction in addition to the vertical direction and the horizontal direction.
Therefore, according to the second embodiment, the applied triaxial force can be detected. Here, the forces in the three axial directions are the pressing force on the tactile sensor device and the shearing force in the direction of the substrate 11 surface of the tactile sensor device.

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態に係る触覚センサー素子について説明する。
図6は、第三実施形態に係る触覚センサー素子10Bを示す平面図である。
第三実施形態に係る触覚センサー素子10Bは、検出部13同士が、電気的に直列に接続されている点で、上記実施形態の触覚センサー素子と異なる。触覚センサー素子10Bを上述の処理部20と接続させることで、触覚センサー装置が構成される。
[Third embodiment]
Next, a tactile sensor element according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a plan view showing a tactile sensor element 10B according to the third embodiment.
The tactile sensor element 10B according to the third embodiment is different from the tactile sensor element of the above embodiment in that the detection units 13 are electrically connected in series. A tactile sensor device is configured by connecting the tactile sensor element 10B to the processing unit 20 described above.

触覚センサー素子10Bの基板11は、図6に示すように、第一の開口部111A、第二の開口部111B、第三の開口部111Cおよび第四の開口部111Dを有する。4つの開口部111は、図6に示すように、センサー平面視において、左下側に第一の開口部111A、右下側に第二の開口部111B、左上側に第三の開口部111C、右上側に第四の開口部111Dが形成されている。そして、センサー平面視において、第一の開口部111Aの重心および第三の開口部111Cを結ぶ第三の線分と、第二の開口部111Bの重心および第四の開口部111Dの重心を結ぶ第四の線分とが離間する。   As shown in FIG. 6, the substrate 11 of the tactile sensor element 10B includes a first opening 111A, a second opening 111B, a third opening 111C, and a fourth opening 111D. As shown in FIG. 6, the four openings 111 have a first opening 111A on the lower left side, a second opening 111B on the lower right side, and a third opening 111C on the upper left side in the sensor plan view. A fourth opening 111D is formed on the upper right side. Then, in sensor plan view, the third line segment connecting the center of gravity of the first opening 111A and the third opening 111C, and the center of gravity of the second opening 111B and the center of gravity of the fourth opening 111D are connected. The fourth line segment is separated.

第三実施形態においては、図6に示すように、センサー平面視において、第一の開口部111Aと第二の開口部111Bとが直線L4に対して線対称に配置され、第三の開口部111Cと第四の開口部111Dとが直線L4に対して線対称に配置されている。
第三実施形態において、支持膜12は、4つの開口部111を覆う。また、上記実施形態と同様に、図6に示すように、4つの開口部111を閉塞する領域をメンブレン121と称する。
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, the first opening 111 </ b> A and the second opening 111 </ b> B are arranged symmetrically with respect to the straight line L <b> 4 in the sensor plan view, and the third opening 111C and the fourth opening 111D are arranged in line symmetry with respect to the straight line L4.
In the third embodiment, the support film 12 covers the four openings 111. Similarly to the above embodiment, as shown in FIG. 6, a region that closes the four openings 111 is referred to as a membrane 121.

触覚センサー素子10Bは、図6に示すように、第一の検出部13A、第二の検出部13B、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dを備える。4つの検出部13は、いずれも第一実施形態と同様の圧電積層部14を備える。
第三実施形態において、第一の検出部13Aと第三の検出部13Cとが、電気的に直列に接続され、第二の検出部13Bと第四の検出部13Dとが、電気的に直列に接続されている。このような電気的接続は、図6に示すように、検出部13同士を、電極線142Aにて接続することでなされる。
第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bは、それぞれ出力部15に接続されている。出力部15は、図示しない上述の処理部20に接続されている。なお、第三実施形態においても、出力部15は、圧電積層部14の下部電極に対応するものであり、上部電極に対応する出力部は、第一実施形態と同様に図示を省略する。
各出力部15は、上記実施形態の処理部20と同様の図示しない処理部に接続されている。
As shown in FIG. 6, the tactile sensor element 10B includes a first detection unit 13A, a second detection unit 13B, a third detection unit 13C, and a fourth detection unit 13D. Each of the four detection units 13 includes the same piezoelectric laminate unit 14 as in the first embodiment.
In the third embodiment, the first detection unit 13A and the third detection unit 13C are electrically connected in series, and the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D are electrically connected in series. It is connected to the. As shown in FIG. 6, such electrical connection is made by connecting the detectors 13 to each other with an electrode wire 142A.
The first detection unit 13A and the second detection unit 13B are connected to the output unit 15, respectively. The output unit 15 is connected to the processing unit 20 (not shown). Also in the third embodiment, the output unit 15 corresponds to the lower electrode of the piezoelectric laminate unit 14, and the output unit corresponding to the upper electrode is not shown in the same manner as in the first embodiment.
Each output unit 15 is connected to a processing unit (not shown) similar to the processing unit 20 of the above embodiment.

第三実施形態の弾性部材16は、センサー平面視において、少なくとも、第一の検出部13A、第二の検出部13B、第三の検出部13C、第四の検出部13D、並びに第一の検出部13Aと第二の検出部13Bと第三の検出部13Cと第四の検出部13Dとを頂点とする4角形領域の支持膜12の上を覆う。
また、センサー平面視における弾性部材16の重心Kは、センサー平面視における前記4角形領域に位置する。
弾性部材16の表面には、剛性層17が形成されている。
The elastic member 16 of the third embodiment includes at least the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, the third detection unit 13C, the fourth detection unit 13D, and the first detection in the sensor plan view. Covering the support film 12 in the quadrangular region having the part 13A, the second detection part 13B, the third detection part 13C, and the fourth detection part 13D as vertices.
The center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view is located in the quadrangular region in the sensor plan view.
A rigid layer 17 is formed on the surface of the elastic member 16.

次に、第三実施形態における触覚センサー素子10Bの動作について説明する。
まず、第一の検出部13Aから第二の検出部13Bへ向かう方向、すなわち、図6の矢印P2方向の剪断力の場合で説明する。矢印P2方向の剪断力の場合、第一の検出部13Aおよび第三の検出部13Cでは、正の極性の電気信号が発生し、第二の検出部13Bおよび第四の検出部13Dでは、負の極性の電気信号が発生する。そうすると、第一の検出部13Aおよび第三の検出部13Cの電気信号は、加算されて一方の出力部15から出力され、第二の検出部13Bおよび第四の検出部13Dの電気信号は、加算されて他方の出力部15から出力される。
Next, the operation of the touch sensor element 10B in the third embodiment will be described.
First, the direction from the first detection unit 13A toward the second detection unit 13B, that is, the case of the shearing force in the direction of the arrow P2 in FIG. 6 will be described. In the case of the shearing force in the direction of the arrow P2, the first detection unit 13A and the third detection unit 13C generate an electric signal having a positive polarity, and the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D are negative. An electrical signal of the polarity is generated. Then, the electrical signals of the first detection unit 13A and the third detection unit 13C are added and output from one output unit 15, and the electrical signals of the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D are Addition and output from the other output unit 15.

一方で、第一の検出部13Aから第三の検出部13Cへ向かう方向やその反対方向(図6においては、上下方向)に付与される剪断力は、検出され難い。この場合、図6における下側の第一の検出部13Aおよび第二の検出部13Bでは、正の極性の電気信号が発生し、上側の第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dでは、負の極性の電気信号が発生する。ここで、上述の通り、検出部13が電気的に接続されていることにより、第一の検出部13Aおよび第三の検出部13Cの電気信号は、加算されて、微量であるか、または検出されない。また、第二の検出部13Bおよび第四の検出部13Dの電気信号も同様に、加算の結果、微量であるか、または検出されない。   On the other hand, the shearing force applied in the direction from the first detection unit 13A to the third detection unit 13C or in the opposite direction (the vertical direction in FIG. 6) is difficult to detect. In this case, the first detection unit 13A and the second detection unit 13B on the lower side in FIG. 6 generate a positive polarity electrical signal, and the upper third detection unit 13C and the fourth detection unit 13D on the upper side. A negative polarity electrical signal is generated. Here, as described above, since the detection unit 13 is electrically connected, the electrical signals of the first detection unit 13A and the third detection unit 13C are added to be a minute amount or detected. Not. Similarly, the electrical signals of the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D are also minute or not detected as a result of the addition.

〔第三実施形態の作用効果〕
第三実施形態では、第一実施形態で説明した効果に加えて、次のような効果を奏する。
第三実施形態では、触覚センサー素子10Bの検出部13は、上述の通り、2つずつ電気的に直列に接続されているので、各検出部13から出力される電気信号を加算して出力部15から出力させることができる。そのため、1つずつの検出部13から電気信号を出力させる場合に比べて、電気信号が大きくなり、剪断力の測定精度が向上する。
[Operational effects of the third embodiment]
In addition to the effects described in the first embodiment, the third embodiment has the following effects.
In the third embodiment, since the detection units 13 of the tactile sensor element 10B are electrically connected in series two by two as described above, the electrical signals output from the detection units 13 are added to output the output unit. 15 can be output. Therefore, compared with the case where an electric signal is output from each detection unit 13 one by one, the electric signal becomes larger and the measurement accuracy of the shearing force is improved.

[第四実施形態]
次に、上述した触覚センサー装置1を用いた装置の応用例として、触覚センサー装置1を備えた把持装置について、図面に基づいて説明する。
[Fourth embodiment]
Next, as an application example of the device using the touch sensor device 1 described above, a gripping device including the touch sensor device 1 will be described with reference to the drawings.

図7は、本発明に係る第四実施形態の把持装置の概略構成を示す装置ブロック図である。
図7において、把持装置50は、少なくとも一対の把持アーム51を備え、この把持アーム51により、把持対象物Zを把持する装置である。この把持装置50としては、例えば製品を製造する製造工場などにおいて、ベルトコンベアーなどにより搬送された対象物を把持して持ち上げる装置である。そして、この把持装置50は、前記把持アーム51と、把持アーム51を駆動するアーム駆動部52と、アーム駆動部52の駆動を制御する制御装置54と、を備えて構成されている。
FIG. 7 is an apparatus block diagram showing a schematic configuration of a gripping apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 7, the gripping device 50 is a device that includes at least a pair of gripping arms 51 and grips the gripping target object Z by the gripping arms 51. The gripping device 50 is a device that grips and lifts an object conveyed by a belt conveyor or the like, for example, in a manufacturing factory that manufactures products. The gripping device 50 includes the gripping arm 51, an arm driving unit 52 that drives the gripping arm 51, and a control device 54 that controls the driving of the arm driving unit 52.

一対の把持アーム51は、それぞれ先端部に接触面である把持面53を備え、この把持面53を把持対象物Zに当接させて把持することで把持対象物Zを把持し、持ち上げる。ここで、本実施形態において、把持アーム51が一対設けられる構成を例示するが、これに限定されず、例えば3本の把持アーム51により、把持対象物Zを3点支持により把持する構成などとしてもよい。   Each of the pair of gripping arms 51 includes a gripping surface 53 that is a contact surface at the tip, and grips and lifts the gripping object Z by gripping the gripping surface 53 against the gripping object Z. Here, in the present embodiment, a configuration in which a pair of gripping arms 51 is provided is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which the gripping target object Z is gripped by three-point support by the three gripping arms 51 is used. Also good.

把持アーム51に設けられる把持面53は、表面には、第一実施形態において説明した触覚センサー装置1が設けられており、触覚センサー装置1の剛性層17が露出されている。そして、把持アーム51は、この剛性層17を把持対象物Zに接触させ、把持対象物Zに所定の圧力(正圧力)を印加することで、把持対象物Zを把持する。このような把持アーム51では、把持面53に設けられる触覚センサー装置1により、把持対象物Zに印加する正圧力、および把持した際に把持対象物Zが把持面53から滑り落ちようとする剪断力を検出し、正圧力や剪断力に応じた電気信号を制御装置54に出力する。具体的には、触覚センサー装置1の処理部20にて、各検出部13から出力される電気信号を受信して、演算部22にて正圧力や剪断力を算出する。処理部20は、この算出結果を剪断力検出信号、および正圧力検出信号として制御装置54へと出力する。   The grip surface 53 provided on the grip arm 51 is provided with the tactile sensor device 1 described in the first embodiment on the surface, and the rigid layer 17 of the tactile sensor device 1 is exposed. The gripping arm 51 grips the gripping target object Z by bringing the rigid layer 17 into contact with the gripping target object Z and applying a predetermined pressure (positive pressure) to the gripping target object Z. In such a gripping arm 51, the tactile sensor device 1 provided on the gripping surface 53 causes a positive pressure applied to the gripping target Z and shearing that the gripping target Z tends to slide down from the gripping surface 53 when gripped. The force is detected, and an electric signal corresponding to the positive pressure or shear force is output to the control device 54. Specifically, the processing unit 20 of the tactile sensor device 1 receives an electrical signal output from each detection unit 13, and the calculation unit 22 calculates a positive pressure and a shearing force. The processing unit 20 outputs the calculation result to the control device 54 as a shear force detection signal and a positive pressure detection signal.

アーム駆動部52は、一対の把持アーム51を互いに近接する方向、又は離隔する方向に移動させる装置である。このアーム駆動部52としては、把持アーム51を移動可能に保持する保持部材55と、把持アーム51を移動させる駆動力を発生する駆動源56と、駆動源の駆動力を把持アーム51に伝達させる駆動伝達部57を備えている。
保持部材55は、例えば把持アーム51の移動方向に沿う案内溝を備え、この案内溝内で把持アーム51を保持することで、把持アーム51を移動可能に保持する。また、保持部材55は、鉛直方向に移動可能に設けられている。
駆動源56は、例えば駆動モーターであり、制御装置54から入力される駆動制御信号に応じて駆動力を発生させる。
駆動伝達部57は、例えば複数のギアにより構成され、駆動源56で発生した駆動力を把持アーム51および保持部材55に伝達させ、把持アーム51および保持部材55を移動させる。
なお、本実施形態では、一例として上記構成を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、把持アーム51を保持部材55の案内溝に沿って移動させる構成に限らず、把持アームを回動可能に保持する構成などとしてもよい。駆動源56としても駆動モーターに限られず、例えば油圧ポンプなどにより駆動される構成としてもよく、駆動伝達部57としても、例えば駆動力を歯車により伝達する構成に限らず、ベルトやチェーンにより伝達する構成、油圧などにより駆動されるピストンを備えた構成などとしてもよい。
The arm drive unit 52 is a device that moves the pair of gripping arms 51 in a direction toward or away from each other. The arm driving unit 52 includes a holding member 55 that holds the gripping arm 51 movably, a drive source 56 that generates a driving force that moves the gripping arm 51, and a driving force of the driving source that is transmitted to the gripping arm 51. A drive transmission unit 57 is provided.
The holding member 55 includes, for example, a guide groove along the moving direction of the grip arm 51, and holds the grip arm 51 in a movable manner by holding the grip arm 51 in the guide groove. The holding member 55 is provided so as to be movable in the vertical direction.
The drive source 56 is, for example, a drive motor, and generates a driving force in accordance with a drive control signal input from the control device 54.
The drive transmission unit 57 is configured by, for example, a plurality of gears, transmits the driving force generated by the drive source 56 to the grip arm 51 and the holding member 55, and moves the grip arm 51 and the holding member 55.
In the present embodiment, the above configuration is shown as an example, but the present invention is not limited to this. That is, the configuration is not limited to the configuration in which the grip arm 51 is moved along the guide groove of the holding member 55, and the configuration may be such that the grip arm is rotatably held. The drive source 56 is not limited to a drive motor, and may be configured to be driven by, for example, a hydraulic pump. The drive transmission unit 57 is not limited to a configuration in which a drive force is transmitted by a gear, but is transmitted by a belt or a chain. It is good also as a structure provided with the piston driven by a structure, hydraulic pressure, etc.

制御装置54は、把持アーム51の把持面53に設けられる触覚センサー装置1、およびアーム駆動部52に接続され、把持装置50における把持対象物Zの把持動作の全体を制御する。
具体的には、制御装置54は、図7に示すように、アーム駆動部52および触覚センサー装置1に接続され、把持装置50の全体動作を制御する。この制御装置54は、触覚センサー装置1から入力される剪断力検出信号、および正圧力検出信号を読み取る信号検出手段541、把持対象物Zの滑り状態を検出する把持検出手段542、およびアーム駆動部52に把持アーム51の駆動を制御するための駆動制御信号を出力する駆動制御手段543を備えている。また、この制御装置54としては、例えばパーソナルコンピューターなどの汎用コンピューターを用いることもでき、例えばキーボードなどの入力装置や、把持対象物Zの把持状態を表示させる表示部などを備える構成としてもよい。
また、信号検出手段541、把持検出手段542、および駆動制御手段543は、プログラムとして例えばメモリーなどの記憶部に記憶され、CPUなどの演算回路により適宜読み出されて実行されるものであってもよく、例えばICなどの集積回路により構成され、入力された電気信号に対して所定の処理を実施するものであってもよい。
The control device 54 is connected to the tactile sensor device 1 provided on the gripping surface 53 of the gripping arm 51 and the arm driving unit 52, and controls the entire gripping operation of the gripping object Z in the gripping device 50.
Specifically, as shown in FIG. 7, the control device 54 is connected to the arm driving unit 52 and the tactile sensor device 1 and controls the entire operation of the gripping device 50. The control device 54 includes a signal detection unit 541 that reads a shearing force detection signal and a positive pressure detection signal input from the tactile sensor device 1, a grip detection unit 542 that detects a slipping state of the grip target Z, and an arm driving unit. 52 is provided with drive control means 543 for outputting a drive control signal for controlling the drive of the gripping arm 51. Moreover, as this control apparatus 54, general purpose computers, such as a personal computer, can also be used, for example, it is good also as a structure provided with the display apparatus etc. which display input devices, such as a keyboard, and the holding state of the holding object Z, for example.
The signal detection unit 541, the grip detection unit 542, and the drive control unit 543 may be stored in a storage unit such as a memory as a program, and may be appropriately read and executed by an arithmetic circuit such as a CPU. For example, it may be constituted by an integrated circuit such as an IC and perform predetermined processing on the input electric signal.

信号検出手段541は、触覚センサー装置1に接続され、触覚センサー装置1から入力される正圧力検出信号や剪断力検出信号などを取得する。この信号検出手段541にて認識された検出信号は、例えば図示しないメモリーなどの記憶部に出力されて記憶されるとともに、把持検出手段542に出力される。   The signal detection unit 541 is connected to the tactile sensor device 1 and acquires a positive pressure detection signal, a shear force detection signal, and the like input from the tactile sensor device 1. The detection signal recognized by the signal detection unit 541 is output to and stored in a storage unit such as a memory (not shown), and is output to the grip detection unit 542.

把持検出手段542は、剪断力検出信号に基づいて、把持アーム51により把持対象物Zを把持したか否かを判断する。
ここで、図8に、把持装置50の把持動作における触覚センサーに作用する正圧力および剪断力の関係を示す図を示す。
図8において、正圧力が所定値に達するまでは、正圧力の増加に応じて剪断力が増加する。この状態は、把持対象物Zと把持面53との間に動摩擦力が作用している状態であり、把持検出手段542は、把持対象物Zが把持面53から滑り落ちている滑り状態で、把持が未完了であると判断する。一方、正圧力が所定値以上となると、正圧力を増大させても剪断力が増加しない状態となる。この状態は、把持対象物Zと把持面53との間に静摩擦力が作用している状態であり、把持検出手段542は、把持対象物Zが把持面53により把持された把持状態であると判断する。
具体的には、剪断力検出信号の値が、静摩擦力に対応した所定の閾値を越える場合に、把持が完了したと判断する。
The grip detection unit 542 determines whether or not the grip target Z is gripped by the grip arm 51 based on the shearing force detection signal.
Here, FIG. 8 shows a diagram showing the relationship between the positive pressure and the shearing force acting on the tactile sensor in the gripping operation of the gripping device 50.
In FIG. 8, until the positive pressure reaches a predetermined value, the shear force increases as the positive pressure increases. This state is a state in which a dynamic friction force is acting between the gripping object Z and the gripping surface 53, and the gripping detection means 542 is a slipping state in which the gripping target object Z slides down from the gripping surface 53. It is determined that gripping is incomplete. On the other hand, when the positive pressure exceeds a predetermined value, the shear force does not increase even if the positive pressure is increased. This state is a state in which a static friction force is acting between the gripping object Z and the gripping surface 53, and the gripping detection means 542 is in a gripping state in which the gripping object Z is gripped by the gripping surface 53. to decide.
Specifically, when the value of the shearing force detection signal exceeds a predetermined threshold corresponding to the static friction force, it is determined that the gripping has been completed.

駆動制御手段543は、把持検出手段542にて検出された電気信号に基づいてアーム駆動部52の動作を制御する。   The drive control unit 543 controls the operation of the arm drive unit 52 based on the electrical signal detected by the grip detection unit 542.

次に、制御装置54の動作について図面に基づいて説明する。
図9は、制御装置54の制御による把持装置50の把持動作を示すフローチャートである。図10は、把持装置50の把持動作時において、アーム駆動部52への駆動制御信号、触覚センサー装置1から出力される検出信号の発信タイミングを示すタイミング図である。
Next, operation | movement of the control apparatus 54 is demonstrated based on drawing.
FIG. 9 is a flowchart showing the gripping operation of the gripping device 50 under the control of the control device 54. FIG. 10 is a timing diagram illustrating the transmission timing of the drive control signal to the arm drive unit 52 and the detection signal output from the touch sensor device 1 during the gripping operation of the gripping device 50.

把持装置50で把持対象物Zを把持するためには、まず制御装置54の駆動制御手段543は、各把持アーム51を互いに近接させる方向に移動させる旨の駆動制御信号をアーム駆動部52に出力する(把持動作)。これにより、把持アーム51の把持面53が把持対象物Zに近接する(図9:ステップS11)。   In order to grip the object Z to be gripped by the gripping device 50, first, the drive control means 543 of the control device 54 outputs a drive control signal to the arm driving unit 52 to move the gripping arms 51 in the direction of approaching each other. (Gripping operation) Thereby, the gripping surface 53 of the gripping arm 51 comes close to the gripping object Z (FIG. 9: Step S11).

次に、制御装置54の把持検出手段542は、把持対象物Zが把持面53に接触したか否かを判断する(図9:ステップS12)。具体的には、制御装置54は、信号検出手段541で正圧力検出信号の入力が検知されたか否かを判断する。ここで、正圧力検出信号が検出されない場合は、把持面53が把持対象物Zに接触していないと判断し、駆動制御手段543は、ステップS11を継続して、駆動制御信号を出力し、把持アーム51をさらに駆動させる。   Next, the grip detection unit 542 of the control device 54 determines whether or not the gripping object Z is in contact with the gripping surface 53 (FIG. 9: Step S12). Specifically, the control device 54 determines whether or not an input of a positive pressure detection signal is detected by the signal detection unit 541. Here, when the positive pressure detection signal is not detected, it is determined that the gripping surface 53 is not in contact with the gripping object Z, and the drive control unit 543 continues step S11 and outputs a drive control signal, The grip arm 51 is further driven.

一方、把持面53が把持対象物Zに接触する(図10:タイミングT1)と、触覚センサー装置1の弾性部材16が歪み、その歪み量に基づいて算出された正圧力に対応する正圧力検出信号が出力される。
駆動制御手段543は、把持検出手段542において、正圧力検出信号を検出すると、把持アーム51の近接移動(把持対象物Zへの押圧)を停止させる(図9:ステップS13、図10:タイミングT2)。また、駆動制御手段543は、アーム駆動部52に駆動制御信号を出力し、把持アーム51を上方に持ち上げる動作(持上げ微動作)を実施させる(図9:ステップS14、図10:タイミングT2〜T3)。
On the other hand, when the gripping surface 53 comes into contact with the gripping object Z (FIG. 10: timing T1), the elastic member 16 of the tactile sensor device 1 is distorted, and positive pressure detection corresponding to the positive pressure calculated based on the strain amount. A signal is output.
When the grip detection unit 542 detects a positive pressure detection signal, the drive control unit 543 stops the proximity movement of the grip arm 51 (press on the gripping object Z) (FIG. 9: Step S13, FIG. 10: Timing T2). ). Further, the drive control means 543 outputs a drive control signal to the arm drive unit 52 to perform an operation (lifting fine operation) for lifting the grip arm 51 upward (FIG. 9: step S14, FIG. 10: timings T2 to T3). ).

ここで、把持対象物Zを持ち上げる際に、弾性部材16が剪断力により剪断方向に歪み、触覚センサー装置1では、その歪み量に応じた剪断力が算出され、その剪断力に対応する剪断力検出信号が出力される。
把持検出手段542は、信号検出手段541に入力される剪断力検出信号に基づいて、滑りがあるか否かを判断する(ステップS15)。
Here, when lifting the grasped object Z, the elastic member 16 is distorted in the shearing direction by the shearing force, and the tactile sensor device 1 calculates a shearing force corresponding to the amount of strain, and the shearing force corresponding to the shearing force is calculated. A detection signal is output.
The grip detection unit 542 determines whether or not there is a slip based on the shearing force detection signal input to the signal detection unit 541 (step S15).

この時、把持検出手段542において、滑りがあると判断されると、駆動制御手段543は、アーム駆動部52を制御して、把持アーム51を、把持面53を把持対象物Zに押し付ける方向に移動させて、把持力(正圧力)を増大させる(図9:ステップS16)。
すなわち、制御装置54は、図10におけるタイミングT3において、駆動制御手段543にて把持動作を実施させ、把持対象物Zへの正圧力を増大させ、信号検出手段541にて、再び触覚センサー装置1から出力される剪断力検出信号を検出する。以上のような滑り検知動作(タイミングT2〜T6)を繰り返し、剪断力検出信号が、所定の閾値A1以上となった場合(タイミングT6)に、ステップS15において、滑りがない、すなわち把持が完了したと判断し、滑り検知動作を停止させる。
At this time, if the grip detection unit 542 determines that there is a slip, the drive control unit 543 controls the arm driving unit 52 to push the grip arm 51 in the direction of pressing the grip surface 53 against the grip target Z. It is moved to increase the gripping force (positive pressure) (FIG. 9: Step S16).
That is, the control device 54 causes the drive control unit 543 to perform a gripping operation at timing T3 in FIG. 10 to increase the positive pressure on the gripping target Z, and the signal detection unit 541 again performs the tactile sensor device 1. The shearing force detection signal output from is detected. When the slip detection operation (timing T2 to T6) as described above is repeated and the shear force detection signal becomes equal to or greater than the predetermined threshold A1 (timing T6), there is no slip, that is, gripping is completed in step S15. The slip detection operation is stopped.

〔第四実施形態の作用効果〕
上述したような第四実施形態の把持装置50では、上記第一実施形態の触覚センサー装置1を備えている。このような触覚センサー装置1は、上述したように、簡略な構造であっても剪断力および正圧力を検出することができるものであるため、把持装置50においても剪断力検出信号および正圧力検出信号に基づいて、正確な把持動作を実施することができる。
[Effects of the fourth embodiment]
The gripping device 50 according to the fourth embodiment as described above includes the tactile sensor device 1 according to the first embodiment. As described above, the tactile sensor device 1 can detect the shearing force and the positive pressure even with a simple structure. Therefore, the gripping device 50 can detect the shearing force detection signal and the positive pressure. Based on the signal, an accurate gripping operation can be performed.

第四実施形態では、触覚センサー装置1を用いたが、これに換えて触覚センサー装置1Aを用いることもできる。触覚センサー装置1Aは、上述したように、センサー平面視において上下方向だけでなく、左右方向や斜め方向の剪断力を検出することができる。したがって、触覚センサー装置1Aを用いれば、把持対象物Zを持ち上げる際の剪断力に限らず、例えばベルトコンベアー上で搬送される対象物に対して把持を実施する際に、搬送方向への剪断力をも測定することができる。   Although the tactile sensor device 1 is used in the fourth embodiment, the tactile sensor device 1A may be used instead. As described above, the tactile sensor device 1 </ b> A can detect not only the vertical direction but also the shearing force in the horizontal direction and the diagonal direction in the sensor plan view. Therefore, when the tactile sensor device 1A is used, not only the shearing force when lifting the gripping object Z, but also the shearing force in the transport direction when gripping the object transported on the belt conveyor, for example. Can also be measured.

[第五実施形態]
上記第四実施形態では、触覚センサー装置1が設けられた把持装置を例示したが、これに限定されない。
第五実施形態では、触覚センサー装置1を用いた装置の他の応用例として、アイロンについて、図面に基づいて説明する。
ここで、第五実施形態では、図13に示すような概略構成を備えるアイロン60が、接触物との距離を検出する近接センサー70(図11参照)を備えた触覚センサー装置1Bを用いる。
[Fifth embodiment]
In the fourth embodiment, the gripping device provided with the tactile sensor device 1 is exemplified, but the present invention is not limited to this.
In the fifth embodiment, an iron will be described based on the drawings as another application example of the device using the tactile sensor device 1.
Here, in 5th embodiment, the iron 60 provided with schematic structure as shown in FIG. 13 uses the tactile sensor apparatus 1B provided with the proximity sensor 70 (refer FIG. 11) which detects the distance with a contact thing.

図11は、触覚センサー装置1Bの概略構成を示す平面図である。
触覚センサー装置1Bは、第二実施形態で説明した触覚センサー装置1Aが、さらに近接センサー70を備えた構成を有する。近接センサー70は、基板11上に設置され、近接検出用超音波素子71と、制御部80と、を備えている。
この近接検出用超音波素子71は、図11に示すように、基板11に形成される開口部711と、開口部711を閉塞する支持膜72(メンブレン721)と、メンブレン721の内部領域に配置される圧電積層部73と、により構成されている。この圧電積層部73は、上述の第一実施形態の圧電積層部14と同様に、圧電体と、当該圧電体を挟んで配置される下部電極および上部電極と、により構成されている。
近接検出用超音波素子71上には、弾性部材16は形成されない。したがって、近接検出用超音波素子71に交流電圧を印加すると、超音波は、触覚センサー装置1B直上に空気を伝搬して発信される。具体的には、制御部80(図12参照)から、圧電積層部73の下部電極および上部電極間に交流電圧が印加されると、圧電体が印加電圧に応じて伸縮する。これにより、メンブレン721が振動し、超音波が接触物側に発信される。
触覚センサー装置1Bの直上に接触物が近接すると、近接検出用超音波素子71から発信された超音波は、接触物で反射され、近接検出用超音波素子71で受信される。
FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration of the touch sensor device 1B.
The tactile sensor device 1B has a configuration in which the tactile sensor device 1A described in the second embodiment further includes a proximity sensor 70. The proximity sensor 70 is installed on the substrate 11 and includes a proximity detection ultrasonic element 71 and a control unit 80.
As shown in FIG. 11, the proximity detecting ultrasonic element 71 is disposed in an opening 711 formed in the substrate 11, a support film 72 (membrane 721) closing the opening 711, and an inner region of the membrane 721. And a piezoelectric laminated portion 73 to be formed. Similar to the piezoelectric laminate portion 14 of the first embodiment described above, the piezoelectric laminate portion 73 includes a piezoelectric body, and a lower electrode and an upper electrode that are disposed with the piezoelectric body interposed therebetween.
The elastic member 16 is not formed on the proximity detecting ultrasonic element 71. Accordingly, when an AC voltage is applied to the proximity detecting ultrasonic element 71, the ultrasonic wave is transmitted by propagating air directly above the tactile sensor device 1B. Specifically, when an AC voltage is applied from the control unit 80 (see FIG. 12) between the lower electrode and the upper electrode of the piezoelectric laminate unit 73, the piezoelectric body expands and contracts according to the applied voltage. As a result, the membrane 721 vibrates and ultrasonic waves are transmitted to the contact object side.
When a contact object approaches immediately above the touch sensor device 1B, the ultrasonic wave transmitted from the proximity detection ultrasonic element 71 is reflected by the contact object and received by the proximity detection ultrasonic element 71.

図12は、触覚センサー装置1Bにおける制御部80の概略構成を示すブロック図である。制御部80は、図12に示すように、送受信切替回路81と、送受信切替制御部82と、超音波信号発信回路83と、時間計測部84と、記憶部85と、演算処理部86と、を備えている。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the control unit 80 in the tactile sensor device 1B. As shown in FIG. 12, the control unit 80 includes a transmission / reception switching circuit 81, a transmission / reception switching control unit 82, an ultrasonic signal transmission circuit 83, a time measurement unit 84, a storage unit 85, an arithmetic processing unit 86, It has.

送受信切替回路81は、送受信切替制御部82から入力されるモード切替信号に基づいて、接続状態を切り替えるスイッチング回路である。
具体的には、送受信切替制御部82から超音波発信モードに切り替える旨の制御信号が入力された場合、送受信切替回路81は、超音波信号発信回路83から入力された駆動信号を、触覚センサー装置1Bの近接検出用超音波素子71に出力可能なスイッチング状態に切り替わる。
一方、送受信切替回路81は、送受信切替制御部82から超音波受信モードに切り替える旨の制御信号が入力された場合、触覚センサー装置1Bの近接検出用超音波素子71から入力される受信信号を時間計測部84に出力可能なスイッチング状態に切り替わる。
The transmission / reception switching circuit 81 is a switching circuit that switches a connection state based on a mode switching signal input from the transmission / reception switching control unit 82.
Specifically, when a control signal for switching to the ultrasonic transmission mode is input from the transmission / reception switching control unit 82, the transmission / reception switching circuit 81 uses the drive signal input from the ultrasonic signal transmission circuit 83 as a tactile sensor device. It switches to the switching state which can be output to the ultrasonic element 71 for proximity detection of 1B.
On the other hand, when a control signal for switching to the ultrasonic reception mode is input from the transmission / reception switching control unit 82, the transmission / reception switching circuit 81 converts the reception signal input from the proximity detection ultrasonic element 71 of the tactile sensor device 1B to the time. It switches to the switching state which can be output to the measurement part 84. FIG.

送受信切替制御部82は、近接検出用超音波素子71から超音波を発信させる超音波発信モードと、近接検出用超音波素子71にて超音波を受信させる超音波受信モードと、を切り替える。
具体的には、送受信切替制御部82は、例えば、アイロン60に電源が入り、触覚センサー装置1Bの電源がON状態に切り替わると、まず、超音波発信モードに切り替える処理を実施する。
この処理では、送受信切替制御部82は、送受信切替回路81に超音波発信モードに切り替える旨の制御信号を出力し、超音波信号発信回路83から駆動信号を出力させる旨の制御信号を出力する。
また、送受信切替制御部82は、図示しない計時部(タイマー)により計測される時間を監視し、超音波発信モードから所定の発信時間経過後に、超音波受信モードに切り替える処理を実施する。ここで発信時間は、近接検出用超音波素子71から例えば1〜2周波数のバースト波が発信される時間程度に設定されていればよい。
超音波受信モードでは、送受信切替制御部82は、送受信切替回路81に超音波受信モードに切り替える旨の制御信号を出力して、送受信切替回路81を、近接検出用超音波素子71から入力される受信信号を時間計測部84に入力可能な接続状態にスイッチングさせる。
The transmission / reception switching control unit 82 switches between an ultrasonic transmission mode in which ultrasonic waves are transmitted from the proximity detection ultrasonic element 71 and an ultrasonic reception mode in which ultrasonic waves are received by the proximity detection ultrasonic element 71.
Specifically, for example, when the iron 60 is turned on and the tactile sensor device 1B is turned on, the transmission / reception switching control unit 82 first performs a process of switching to the ultrasonic transmission mode.
In this processing, the transmission / reception switching control unit 82 outputs a control signal for switching to the ultrasonic transmission mode to the transmission / reception switching circuit 81, and outputs a control signal for outputting a drive signal from the ultrasonic signal transmission circuit 83.
The transmission / reception switching control unit 82 monitors the time measured by a timer (not shown), and performs a process of switching from the ultrasonic transmission mode to the ultrasonic reception mode after a predetermined transmission time has elapsed. Here, the transmission time may be set to about the time for which a burst wave of, for example, 1 to 2 frequencies is transmitted from the proximity detecting ultrasonic element 71.
In the ultrasonic reception mode, the transmission / reception switching control unit 82 outputs a control signal for switching to the ultrasonic reception mode to the transmission / reception switching circuit 81, and the transmission / reception switching circuit 81 is input from the proximity detection ultrasonic element 71. The received signal is switched to a connection state that can be input to the time measuring unit 84.

超音波信号発信回路83は、発信モードにおいて、送受信切替制御部82から駆動信号を出力させる旨の制御信号が入力されると、近接検出用超音波素子71を駆動させるための駆動信号(駆動パルス)を送受信切替回路81に出力する。   When a control signal for outputting a drive signal is input from the transmission / reception switching control unit 82 in the transmission mode, the ultrasonic signal transmission circuit 83 drives a drive signal (drive pulse) for driving the proximity detection ultrasonic element 71. ) To the transmission / reception switching circuit 81.

時間計測部84は、計時部にて計測される時間を監視し、超音波が受信されるまでの時間を計測する。
具体的には、時間計測部84は、送受信切替制御部82が超音波発信モードに切り替える処理を実施した超音波発信タイミング、すなわち近接検出用超音波素子71から超音波が発信されてからの時間をカウントする。
なお、送受信切替制御部82は、超音波発信タイミングで、計時部でカウントされる時間をリセットする。そして、送受信切替制御部82が超音波受信モードに切り替える処理を実施し、近接検出用超音波素子71で受信された反射超音波に応じた受信信号が送受信切替回路81から時間計測部84に入力されると、時間計測部84は、その入力されたタイミングでの時間(TOFデータ:Time Of Flightデータ)を取得する。また、取得したTOFデータは、演算処理部86に入力される。
The time measuring unit 84 monitors the time measured by the time measuring unit and measures the time until the ultrasonic wave is received.
Specifically, the time measurement unit 84 performs the ultrasonic transmission timing when the transmission / reception switching control unit 82 performs the process of switching to the ultrasonic transmission mode, that is, the time from when the ultrasonic wave is transmitted from the proximity detection ultrasonic element 71. Count.
The transmission / reception switching control unit 82 resets the time counted by the time measuring unit at the ultrasonic wave transmission timing. Then, the transmission / reception switching control unit 82 performs a process of switching to the ultrasonic wave reception mode, and a reception signal corresponding to the reflected ultrasonic wave received by the proximity detection ultrasonic element 71 is input from the transmission / reception switching circuit 81 to the time measurement unit 84. Then, the time measuring unit 84 acquires the time (TOF data: Time Of Flight data) at the input timing. The acquired TOF data is input to the arithmetic processing unit 86.

記憶部85は、演算処理部86の各種処理を実施するための各種プログラムや各種データなどを記憶する。
具体的には、記憶部85には、空気中の音速や、演算処理部86により実施される各種プログラムなどが予め記憶される。また、演算処理部86で算出された各種データが記憶される構成などとしてもよい。
The storage unit 85 stores various programs and various data for performing various processes of the arithmetic processing unit 86.
Specifically, the storage unit 85 stores sound speeds in the air, various programs executed by the arithmetic processing unit 86, and the like. Moreover, it is good also as a structure etc. which the various data calculated by the arithmetic process part 86 are memorize | stored.

演算処理部86は、距離算出部861を備えている。
この距離算出部861は、近接検出用超音波素子71から出力される受信信号に基づいて、時間計測部84でTOFデータが取得されると、触覚センサー装置1Bと接触物との距離を算出する。具体的には、時間計測部84は、取得したTOFデータと記憶部85から読み出した空気中の音速とに基づいて、触覚センサー装置1Bと接触物との距離を算出する。
The arithmetic processing unit 86 includes a distance calculation unit 861.
The distance calculation unit 861 calculates the distance between the tactile sensor device 1B and the contact object when the time measurement unit 84 acquires the TOF data based on the reception signal output from the proximity detection ultrasonic element 71. . Specifically, the time measurement unit 84 calculates the distance between the tactile sensor device 1B and the contact object based on the acquired TOF data and the sound velocity in the air read from the storage unit 85.

図13は、本実施形態のアイロンの概略構成を示すブロック図である。
図13に示すように、アイロン60は、ヒーター61と、ベース部62と、ベース部62に設けられた温度センサー63と、ベース部62に設けられた触覚センサー装置1Bと、ヒーター駆動回路64と、を備えている。このアイロン60のヒーター駆動回路64は、温度センサー63および触覚センサー装置1Bからの信号に基づいてヒーター61に印加する電圧を制御し、ベース部62を対象布地に対して最適な温度に加熱する。
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of the iron of the present embodiment.
As shown in FIG. 13, the iron 60 includes a heater 61, a base portion 62, a temperature sensor 63 provided on the base portion 62, a tactile sensor device 1 </ b> B provided on the base portion 62, and a heater drive circuit 64. It is equipped with. The heater drive circuit 64 of the iron 60 controls the voltage applied to the heater 61 based on the signals from the temperature sensor 63 and the tactile sensor device 1B, and heats the base portion 62 to an optimum temperature for the target fabric.

ヒーター61は、ヒーター駆動回路64から印加された電圧により発熱し、ベース部62を加熱する。
ベース部62は、対象布地に接触して、対象布地の皺を伸ばす部分であり、ヒーター61により加熱される。そして、このベース部62の一部には、図13に示すように、触覚センサー装置1Bが設けられ、触覚センサー装置1Bの剛性層17が、対象布地に接触可能に露出されている。
また、ベース部62には、温度センサー63が設けられており、この温度センサー63は、ベース部62の温度を検出してヒーター駆動回路64に出力する。
The heater 61 generates heat by the voltage applied from the heater drive circuit 64 and heats the base portion 62.
The base portion 62 is a portion that comes into contact with the target fabric and stretches the wrinkles of the target fabric, and is heated by the heater 61. And as shown in FIG. 13, the tactile sensor device 1B is provided in a part of this base part 62, and the rigid layer 17 of the tactile sensor device 1B is exposed so as to be in contact with the target fabric.
The base unit 62 is provided with a temperature sensor 63, and this temperature sensor 63 detects the temperature of the base unit 62 and outputs it to the heater drive circuit 64.

ヒーター駆動回路64は、触覚センサー装置1B、温度センサー63、およびヒーター61に接続され、触覚センサー装置1および温度センサー63からの信号に基づいてヒーター61に印加する電圧を制御する。このヒーター駆動回路64は、図13に示すように、記憶部としてのメモリー641と、信号検出部642と、布地判別部643と、温度制御部644と、を備えている。
このヒーター駆動回路64としては、例えばCPU等の演算回路や、記憶回路を備えたコンピューターとして構成され、布地判別部643や温度制御部644が、演算回路による演算処理により実行されるソフトウェアとして機能される構成としてもよい。例えば、ヒーター駆動回路64としては、ICなどの集積回路により構成され、入力された電気信号に対して所定の処理を実施するものであってもよい。
The heater drive circuit 64 is connected to the tactile sensor device 1B, the temperature sensor 63, and the heater 61, and controls the voltage applied to the heater 61 based on signals from the tactile sensor device 1 and the temperature sensor 63. As shown in FIG. 13, the heater drive circuit 64 includes a memory 641 as a storage unit, a signal detection unit 642, a fabric determination unit 643, and a temperature control unit 644.
The heater drive circuit 64 is configured, for example, as a computer having a calculation circuit such as a CPU or a storage circuit, and the fabric determination unit 643 and the temperature control unit 644 function as software executed by calculation processing by the calculation circuit. It is good also as a structure to be. For example, the heater driving circuit 64 may be configured by an integrated circuit such as an IC, and may perform a predetermined process on the input electric signal.

メモリー641は、相関データである応力−粗さ値データを記憶している。この応力−粗さ値データには、触覚センサー装置1Bにより検出された応力に応じた、対象布地の粗さ値が記録されているデータであり、例えば、剪断力に対応する粗さ値が、正圧力毎に記録されている。
また、メモリー641には、粗さ値に対応したベース部62の最適温度が記録された粗さ−温度データが記憶されていてもよい。
The memory 641 stores stress-roughness value data that is correlation data. The stress-roughness value data is data in which the roughness value of the target fabric is recorded according to the stress detected by the tactile sensor device 1B. For example, the roughness value corresponding to the shearing force is Recorded for each positive pressure.
The memory 641 may store roughness-temperature data in which the optimum temperature of the base unit 62 corresponding to the roughness value is recorded.

信号検出部642は、触覚センサー装置1Bに接続され、触覚センサー装置1Bから入力される正圧力検出信号や剪断力検出信号などを取得する。具体的には、触覚センサー装置1Bの処理部20にて、各検出部13から出力される電気信号を受信して、演算手段にて正圧力や剪断力を算出し、この算出結果を剪断力検出信号、および正圧力検出信号として信号検出部642へと出力する。
この信号検出部642にて検出された検出信号は、メモリー641に出力されて記憶されるとともに、布地判別部643に出力される。
The signal detection unit 642 is connected to the tactile sensor device 1B, and acquires a positive pressure detection signal, a shear force detection signal, and the like input from the tactile sensor device 1B. Specifically, the processing unit 20 of the tactile sensor device 1B receives the electrical signal output from each detection unit 13, calculates the positive pressure and shear force by the calculation means, and calculates the calculation result as the shear force. It outputs to the signal detection part 642 as a detection signal and a positive pressure detection signal.
The detection signal detected by the signal detection unit 642 is output and stored in the memory 641 and also output to the fabric discrimination unit 643.

布地判別部643は、信号検出部642から入力された剪断力および正圧力、およびメモリー641に記憶された応力−粗さ値データに基づいて、対象布地の種別を判別する。
例えば、本実施形態では、応力−粗さ値データとして、正圧力毎に、剪断力に対応する粗さが記憶されている。この場合では、布地判別部643は、正圧力に対応した応力−粗さ値データをメモリー641から読み出し、この応力−粗さ値データから剪断力に対応した粗さ値を取得する。
そして、布地判別部643は、取得した粗さ値を温度制御部644に出力する。
The fabric discrimination unit 643 discriminates the type of the target fabric based on the shearing force and positive pressure input from the signal detection unit 642 and the stress-roughness value data stored in the memory 641.
For example, in this embodiment, the roughness corresponding to the shearing force is stored for each positive pressure as the stress-roughness value data. In this case, the fabric discriminating unit 643 reads out the stress-roughness value data corresponding to the positive pressure from the memory 641 and acquires the roughness value corresponding to the shearing force from the stress-roughness value data.
Then, the fabric discrimination unit 643 outputs the acquired roughness value to the temperature control unit 644.

温度制御部644は、布地判別部643から入力された粗さ値、および温度センサー63により検出されるベース部62の温度に基づいて、ヒーター61への印加電圧を制御する。
具体的には、温度制御部644は、メモリー641から粗さ−温度データを読み出し、布地判別部643から入力された粗さ値に応じたベース部62の最適温度を取得する。そして、温度制御部644は、温度センサー63から入力された検出温度と最適温度との差分値から、ベース部62を最適温度に設定するために必要なヒーター61への印加電圧値を算出して、ヒーター61に印加する。
The temperature control unit 644 controls the voltage applied to the heater 61 based on the roughness value input from the fabric determination unit 643 and the temperature of the base unit 62 detected by the temperature sensor 63.
Specifically, the temperature control unit 644 reads roughness-temperature data from the memory 641 and acquires the optimum temperature of the base unit 62 according to the roughness value input from the fabric determination unit 643. Then, the temperature control unit 644 calculates an applied voltage value to the heater 61 necessary for setting the base unit 62 to the optimum temperature from the difference value between the detected temperature and the optimum temperature input from the temperature sensor 63. Apply to heater 61.

〔アイロンの動作〕
次に、上記のようなアイロン60の動作について説明する。
図14は、第五実施形態のアイロンの動作を示すフローチャートである。
利用者によりアイロン60に電力が供給されると、近接センサー70の近接検出用超音波素子71が駆動される。時間計測部84において近接検出用超音波素子71から出力された受信信号に基づくTOFデータが取得されると、距離算出部861は、記憶部85から読み出した空気中の音速とに基づいて、対象布地と触覚センサー装置1B(ベース部62)との距離を算出する。そして、対象布地とベース部62との距離が予め設定された距離以内になると、触覚センサー装置1Bは、駆動モードに移行する(ステップS21)。駆動モードでは、処理部20は、各検出部13から出力される電気信号を処理可能な状態となる。
[Operation of iron]
Next, the operation of the iron 60 as described above will be described.
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the iron of the fifth embodiment.
When power is supplied to the iron 60 by the user, the proximity detecting ultrasonic element 71 of the proximity sensor 70 is driven. When the TOF data based on the reception signal output from the proximity detection ultrasonic element 71 is acquired in the time measurement unit 84, the distance calculation unit 861 determines the target based on the sound velocity in the air read from the storage unit 85. The distance between the fabric and the touch sensor device 1B (base portion 62) is calculated. When the distance between the target fabric and the base portion 62 falls within a preset distance, the touch sensor device 1B shifts to the drive mode (step S21). In the drive mode, the processing unit 20 is in a state where the electric signal output from each detection unit 13 can be processed.

この後、アイロン60のヒーター駆動回路64は、対象布地がベース部62に接触したか否かを判断する(ステップS22)。具体的には、ヒーター駆動回路64は、信号検出部642で正圧力検出信号の入力が検知されたか否かを判断する。ここで、正圧力検出信号が検出されない場合は、ベース部62に対象布地が接触していないと判断する。この場合は、ヒーター駆動回路64は、ステップS22を継続し、対象布地とベース部62との接触判断処理を継続する。   Thereafter, the heater drive circuit 64 of the iron 60 determines whether or not the target fabric has contacted the base portion 62 (step S22). Specifically, the heater drive circuit 64 determines whether or not the signal detection unit 642 detects the input of a positive pressure detection signal. Here, when the positive pressure detection signal is not detected, it is determined that the target fabric is not in contact with the base portion 62. In this case, the heater drive circuit 64 continues step S22 and continues the contact determination process between the target fabric and the base portion 62.

また、ステップS22において、信号検出部642が正圧力検出信号の入力を検知した場合、さらに、剪断力検出信号の入力を検出し、剪断力の大きさが0より大きいか否かを判断する(ステップS23)。
つまり、正圧力の大きさは、利用者がアイロン60を対象布地に押し付ける強さにより変化するため、正圧力のみでは対象布地の種別を判別することはできない。したがって、剪断力の大きさが0である場合は、継続してステップS23の処理を実行する。
一方、ステップS23により、剪断力検出信号により検出された剪断力の大きさが0より大きい場合、布地判別部643は、メモリー641から、正圧力に対応した応力−粗さ値データを読み出し、剪断力に対応した粗さ値を取得する(ステップS24)。
In step S22, when the signal detection unit 642 detects the input of the positive pressure detection signal, the input of the shear force detection signal is further detected to determine whether or not the magnitude of the shear force is greater than zero ( Step S23).
That is, since the magnitude of the positive pressure changes depending on the strength with which the user presses the iron 60 against the target fabric, the type of the target fabric cannot be determined only by the positive pressure. Therefore, when the magnitude of the shearing force is 0, the process of step S23 is continued.
On the other hand, when the magnitude of the shearing force detected by the shearing force detection signal is greater than 0 in step S23, the fabric determination unit 643 reads the stress-roughness value data corresponding to the positive pressure from the memory 641, and shears. A roughness value corresponding to the force is acquired (step S24).

この後、温度制御部644は、メモリー641から粗さ−温度データを読み出し、ステップS24で取得された粗さ値に対応した温度を取得し、最適温度として設定する(ステップS25)。
さらに、温度制御部644は、温度センサー63により検出された検出温度と、ステップS25により設定された最適温度との差分値から、ベース部62を最適温度に設定するために必要なヒーター61への印加電圧値を算出し、ヒーター61にその電圧値を印加する(ステップS26)。
これにより、アイロン60は、対象布地の種別に応じて、ベース部62の温度を、自動で設定することが可能となる。
Thereafter, the temperature control unit 644 reads the roughness-temperature data from the memory 641, acquires the temperature corresponding to the roughness value acquired in step S24, and sets it as the optimum temperature (step S25).
Furthermore, the temperature control unit 644 applies the difference between the detected temperature detected by the temperature sensor 63 and the optimum temperature set in step S25 to the heater 61 necessary for setting the base unit 62 to the optimum temperature. An applied voltage value is calculated, and the voltage value is applied to the heater 61 (step S26).
Thereby, the iron 60 can automatically set the temperature of the base portion 62 according to the type of the target fabric.

(第五実施形態の作用効果)
上述したような第五実施形態のアイロン60では、上述の触覚センサー装置1Bを備えており、この触覚センサー装置1Bは、第二実施形態の触覚センサー装置1Aの構成を備えている。触覚センサー装置1Aは、上述したように、簡略な構造であっても剪断力および正圧力を検出することができるため、アイロン60においても、ベース部62に対象布地が接触した際の正圧力および剪断力を検出することができる。
(Operational effects of the fifth embodiment)
The iron 60 of the fifth embodiment as described above includes the touch sensor device 1B described above, and the touch sensor device 1B includes the configuration of the touch sensor device 1A of the second embodiment. As described above, the tactile sensor device 1A can detect the shearing force and the positive pressure even with a simple structure. Therefore, even in the iron 60, the positive pressure and the pressure when the target fabric comes into contact with the base portion 62 are detected. Shear force can be detected.

そして、アイロン60のヒーター駆動回路64は、布地判別部643により、検出された正圧力および剪断力に対応した、対象布地の粗さを判別することができる。したがって、判断された対象布地の粗さから、対象布地の種別を判断することができ、温度制御部644は、布地の種別に対応してベース部62の温度を設定することができる。したがって、アイロン60において、布地に対応してベース部62の温度を自動で設定することができ、対象布地の種別に応じて、温度設定を変更する煩雑な作業を省略することができる。   And the heater drive circuit 64 of the iron 60 can discriminate the roughness of the target fabric corresponding to the detected positive pressure and shearing force by the fabric discriminating unit 643. Therefore, the type of the target fabric can be determined from the determined roughness of the target fabric, and the temperature control unit 644 can set the temperature of the base unit 62 corresponding to the type of the fabric. Therefore, in the iron 60, the temperature of the base part 62 can be automatically set corresponding to the fabric, and the complicated work of changing the temperature setting according to the type of the target fabric can be omitted.

なお、上記第五実施形態では、メモリー641に、正圧力および剪断力に応じた粗さ値が記録された応力−粗さ値データを記憶する例を示したが、例えば、正圧力および剪断力に応じた対象布地の種類を記録した応力−布地種別データがメモリー641に記憶される構成などとしてもよい。この場合では、布地判別部643は、正圧力および剪断力に応じて、対象布地の種別を直接判別し、温度制御部644は、判別された布地の種別に対応した温度を取得する。
また、相関データとして、正圧力および剪断力に対応したベース部62の最適温度が記憶された応力−温度データが記憶されていてもよく、この場合では、粗さ−温度データを記憶する必要がなくなり、より少ないデータ量で、ベース部62の温度を自動で設定可能なアイロン60を提供することができる。
In the fifth embodiment, an example in which the stress-roughness data in which the roughness value corresponding to the positive pressure and the shearing force is recorded is stored in the memory 641 is described. However, for example, the positive pressure and the shearing force are stored. The memory 641 may be configured to store the stress-fabric type data in which the type of the target fabric corresponding to the data is recorded. In this case, the fabric determination unit 643 directly determines the type of the target fabric according to the positive pressure and the shearing force, and the temperature control unit 644 acquires a temperature corresponding to the determined type of fabric.
Further, as the correlation data, stress-temperature data in which the optimum temperature of the base portion 62 corresponding to the positive pressure and the shearing force is stored may be stored. In this case, it is necessary to store the roughness-temperature data. Thus, it is possible to provide the iron 60 capable of automatically setting the temperature of the base portion 62 with a smaller amount of data.

さらに、上記アイロン60では、ヒーター駆動回路64により自動でベース部62の温度が設定される例を示したが、例えば、ベース部62の温度を自動設定する自動モードと、手動により温度を設定する手動モードと、を適宜切り替え可能な構成としてもよい。   Further, in the iron 60, an example in which the temperature of the base portion 62 is automatically set by the heater driving circuit 64 has been shown. However, for example, an automatic mode in which the temperature of the base portion 62 is automatically set and a temperature is set manually. The manual mode may be switched as appropriate.

[第六実施形態]
次に、本発明の第六実施形態として、上述したような触覚センサーを備えた電子機器について説明する。この第六実施形態では、電子機器としてのノート型パソコン90を例示する。
[Sixth embodiment]
Next, as a sixth embodiment of the present invention, an electronic apparatus provided with the tactile sensor as described above will be described. In the sixth embodiment, a notebook personal computer 90 as an electronic device is illustrated.

図15は、第六実施形態のノート型パソコン90の構成を模式的に示す斜視図である。
図15において、ノート型パソコン90は、装置本体91と、表示部92と、第一の入力部93と、第二の入力部94とを備えている。
表示部92は、例えば液晶パネルや有機パネルなどにより構成され、装置本体91の内部に収容された図示略の演算制御部に接続され、この演算制御部により、種々の操作画像やその他の情報を表示するように構成されている。
FIG. 15 is a perspective view schematically showing the configuration of the notebook computer 90 of the sixth embodiment.
In FIG. 15, the notebook personal computer 90 includes an apparatus main body 91, a display unit 92, a first input unit 93, and a second input unit 94.
The display unit 92 is composed of, for example, a liquid crystal panel or an organic panel, and is connected to an unillustrated calculation control unit housed in the apparatus main body 91. The calculation control unit displays various operation images and other information. It is configured to display.

第一の入力部93は、キーボードやテンキー等で構成される。
第二の入力部94は、第一の入力部93よりも手前側の位置に設けられており、この第二の入力部94に、上述の触覚センサー装置1が用いられている。図15に示されるように第二の入力部94の表面には、触覚センサー装置1の剛性層17の表面を露出させておき、この剛性層17の表面上で、利用者が指を動かしたり、タッチペンなどを動かしたりすると、これらの動きにより剪断力や正圧力が発生する。この剪断力および正圧力を触覚センサー装置1により検出することで、利用者の指やタッチペンの接触位置座標、移動方向を検出して電気信号として出力することができる。そして、出力された電気信号に基づいて、利用者が所望する入力操作の内容を正確に認識することができ、ノート型パソコン90の操作性を向上させることができる。
The first input unit 93 includes a keyboard, a numeric keypad, and the like.
The second input unit 94 is provided at a position closer to the front side than the first input unit 93, and the above-described tactile sensor device 1 is used for the second input unit 94. As shown in FIG. 15, the surface of the rigid layer 17 of the tactile sensor device 1 is exposed on the surface of the second input unit 94, and the user moves his / her finger on the surface of the rigid layer 17. When a touch pen or the like is moved, shearing force or positive pressure is generated by these movements. By detecting the shearing force and the positive pressure with the tactile sensor device 1, it is possible to detect the contact position coordinates and the moving direction of the user's finger or touch pen and output them as electrical signals. And based on the output electric signal, the content of the input operation which a user desires can be recognized correctly, and the operativity of the notebook type personal computer 90 can be improved.

[参考形態]
次に、参考形態に係る触覚センサー素子について説明する。
図16は、本参考形態に係る触覚センサー素子10Cを示す平面図である。
[Reference form]
Next, the tactile sensor element according to the reference embodiment will be described.
FIG. 16 is a plan view showing a tactile sensor element 10C according to the present embodiment.

本参考形態に係る触覚センサー素子10Cは、上記第二実施形態の構成と上記第三実施形態の構成とを組み合わせた構成である。具体的には、上記第三実施形態における第一の検出部13A、第二の検出部13B、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dの4つの検出部13並びに検出部15で構成されるまとまりを1ブロックとみなし、本参考形態では、4つのブロックが配置されている。これは、図16において、検出部ブロックB1,B2,B3,B4として示されている。これら検出部ブロックB1,B2,B3,B4を、第二実施形態における、第一の検出部13A、第二の検出部13B、第三の検出部13Cおよび第四の検出部13Dのそれぞれの配置関係で配置したものが本参考形態の触覚センサー素子10Cに当たる。   A tactile sensor element 10C according to the present embodiment has a configuration combining the configuration of the second embodiment and the configuration of the third embodiment. Specifically, the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, the third detection unit 13C, and the fourth detection unit 13D in the third embodiment include the four detection units 13 and the detection unit 15. A set of blocks is regarded as one block, and four blocks are arranged in this embodiment. This is shown as detector block B1, B2, B3, B4 in FIG. These detection unit blocks B1, B2, B3, B4 are arranged in the first detection unit 13A, the second detection unit 13B, the third detection unit 13C, and the fourth detection unit 13D in the second embodiment. What is arranged in the relationship corresponds to the tactile sensor element 10C of the present embodiment.

触覚センサー素子10Cでは、各検出部ブロックB1〜B4を構成する各検出部13が、弾性部材16で覆われており、弾性部材16の表面には、剛性層17が設置されている。
本参考形態において、各検出部ブロックB1〜B4は、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kに対して、上下左右側にそれぞれ配置されている。
また、本参考形態において、各検出部ブロックB1〜B4を構成する各検出部13は、センサー平面視において、弾性部材16の重心Kを通る直線L5,L6に対して線対称に設置されている。図16に示すように、各検出部ブロックB1〜B4を構成する第一の検出部13Aと第二の検出部13Bとが直線L5または直線L6に対して線対称に配置され、第三の検出部13Cと第四の検出部13Dとが直線L5または直線L6に対して線対称に配置されている。直線L5と直線L6とは、直行している。
In the tactile sensor element 10 </ b> C, each detection unit 13 constituting each detection unit block B <b> 1 to B <b> 4 is covered with an elastic member 16, and a rigid layer 17 is provided on the surface of the elastic member 16.
In the present embodiment, the detection unit blocks B1 to B4 are arranged on the upper, lower, left, and right sides with respect to the center of gravity K of the elastic member 16 in the sensor plan view.
Moreover, in this reference form, each detection part 13 which comprises each detection part block B1-B4 is installed in line symmetry with respect to the straight lines L5 and L6 which pass through the gravity center K of the elastic member 16 in sensor planar view. . As shown in FIG. 16, the first detection unit 13A and the second detection unit 13B constituting each of the detection unit blocks B1 to B4 are arranged symmetrically with respect to the straight line L5 or the straight line L6, and the third detection is performed. The part 13C and the fourth detection part 13D are arranged symmetrically with respect to the straight line L5 or the straight line L6. The straight line L5 and the straight line L6 are orthogonal.

各検出部ブロックB1〜B4を構成する各検出部13は、上記第三実施形態と同様に出力部15に接続されており、加算された電気信号が出力部15によって出力される。出力部15は、図示しない上述の処理部20に接続されている。なお、本参考形態においても、出力部15は、圧電積層部14の下部電極に対応するものであり、上部電極に対応する出力部は、第一実施形態と同様に図示を省略する。
各出力部15は、上記実施形態の処理部20と同様の図示しない処理部に接続されている。
Each detection part 13 which comprises each detection part block B1-B4 is connected to the output part 15 similarly to the said 3rd embodiment, and the added electrical signal is output by the output part 15. FIG. The output unit 15 is connected to the processing unit 20 (not shown). In the present embodiment, the output unit 15 corresponds to the lower electrode of the piezoelectric laminate unit 14, and the output unit corresponding to the upper electrode is not shown in the same manner as in the first embodiment.
Each output unit 15 is connected to a processing unit (not shown) similar to the processing unit 20 of the above embodiment.

触覚センサー素子10Cにおいて、弾性部材16に対して直線L5に沿う方向に剪断力が付与されると、検出部ブロックB1を構成する検出部13から出力される電気信号と検出部ブロックB2を構成する検出部13から出力される電気信号との電気信号の極性が反対符号となる。このとき、検出部ブロックB3や検出部ブロックB4は、弾性部材16の直線L5方向において中間付近に位置するので、電気信号が微量である。
また、触覚センサー素子10Cにおいて、弾性部材16に対して直線L6方向に剪断力が付与されると、検出部ブロックB3を構成する検出部13から出力される電気信号と検出部ブロックB4を構成する検出部13から出力される電気信号の極性が反対符号となる。このとき、検出部ブロックB1や検出部ブロックB2は、弾性部材16の直線L6方向において中間付近に位置するので、電気信号が微量である。
In the tactile sensor element 10C, when a shearing force is applied to the elastic member 16 in a direction along the straight line L5, an electric signal output from the detection unit 13 configuring the detection unit block B1 and the detection unit block B2 are configured. The polarity of the electrical signal with respect to the electrical signal output from the detector 13 is opposite. At this time, the detection unit block B3 and the detection unit block B4 are located in the vicinity of the middle in the direction of the straight line L5 of the elastic member 16, so that the electrical signal is very small.
In addition, in the tactile sensor element 10C, when a shearing force is applied to the elastic member 16 in the direction of the straight line L6, the electrical signal output from the detection unit 13 configuring the detection unit block B3 and the detection unit block B4 are configured. The polarity of the electrical signal output from the detection unit 13 has the opposite sign. At this time, the detection unit block B1 and the detection unit block B2 are located in the vicinity of the middle in the direction of the straight line L6 of the elastic member 16, so that the electrical signal is very small.

なお、本参考形態では、各検出部ブロックB1〜B4を構成する各検出部13は、重心Kを通る直線L5または直線L6上に設置されていない。しかしながら、図16に示すように、センサー平面視において、第二の検出部13Bおよび第四の検出部13Dは、直線L5と平行な直線L7上に配置されている。さらに直線L7の中間位置Sを挟んで両側に、検出部ブロックB1の第二の検出部13Bおよび第四の検出部13D、検出部ブロックB2の第二の検出部13Bおよび第四の検出部13Dがそれぞれ設置されている。この場合でも、直線L7方向の剪断力に対して、弾性部材16の検出部ブロックB1側では引張力が加われば、検出部ブロックB2側では圧縮力が加わるようになる。そのため、検出部ブロックB1を構成する検出部13と検出部ブロックB2を構成する検出部13とから互いに反対符号の極性の電気信号が出力される。検出部ブロックB3と検出部ブロックB4との関係においても同様である。   In this reference embodiment, each detection unit 13 constituting each detection unit block B1 to B4 is not installed on a straight line L5 or a straight line L6 that passes through the center of gravity K. However, as shown in FIG. 16, in the sensor plan view, the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D are arranged on a straight line L7 parallel to the straight line L5. Further, on both sides of the intermediate position S of the straight line L7, the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D of the detection unit block B1, and the second detection unit 13B and the fourth detection unit 13D of the detection unit block B2 are provided. Are installed. Even in this case, if a tensile force is applied on the detection unit block B1 side of the elastic member 16 to the shearing force in the direction of the straight line L7, a compression force is applied on the detection unit block B2 side. For this reason, electrical signals having opposite polarities are output from the detection unit 13 configuring the detection unit block B1 and the detection unit 13 configuring the detection unit block B2. The same applies to the relationship between the detection unit block B3 and the detection unit block B4.

〔参考形態の作用効果〕
触覚センサー素子10Cでは、直線L5方向の剪断力および直線L6方向の剪断力が付与された場合でも、各検出部ブロックB1〜B4を構成する各検出部13から極性の符号が反対となる電気信号を出力させることができる。そのため、処理部において第一実施形態と同様に出力電圧極性パターンに基づいて、上下、左右、斜め方向の剪断力を検出できる。すなわち、触覚センサー素子10Cは、3軸方向の力を測定できる。
さらに、触覚センサー素子10Cでは、検出部ブロックB1〜B4を構成する各検出部13が電気的に直列に接続されている。そのため、触覚センサー素子10Cは、上述の第三実施形態の触覚センサー素子10Bのように、出力される電気信号を大きくして、測定精度を向上させることができる。
[Effects of reference form]
In the tactile sensor element 10C, even when a shearing force in the direction of the straight line L5 and a shearing force in the direction of the straight line L6 are applied, the electrical signals whose polarity signs are reversed from the respective detection units 13 constituting the detection unit blocks B1 to B4. Can be output. Therefore, the processing unit can detect the shearing forces in the vertical, horizontal, and diagonal directions based on the output voltage polarity pattern as in the first embodiment. That is, the tactile sensor element 10C can measure a force in three axial directions.
Further, in the tactile sensor element 10C, the detection units 13 constituting the detection unit blocks B1 to B4 are electrically connected in series. Therefore, the tactile sensor element 10C can increase the output electrical signal and improve the measurement accuracy, like the tactile sensor element 10B of the third embodiment described above.

〔その他の実施形態〕
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
[Other Embodiments]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The deformation | transformation in the range which can achieve the objective of this invention, improvement, etc. are included in this invention.

上述の実施形態では、触覚センサー装置1の弾性部材16の表面に剛性層17が配置されている構成について説明したが、剛性層17が配置されていない構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the rigid layer 17 is disposed on the surface of the elastic member 16 of the tactile sensor device 1 has been described. However, a configuration in which the rigid layer 17 is not disposed may be employed.

上述の実施形態では、弾性部材16が、センサー平面視で、四角形状のものを例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、センサー平面視で、円形状や楕円形状、その他多角形状の弾性部材16であってもよい。
円形状の弾性部材16Bとした場合の例を挙げる。上述の実施形態では、検出部13を偶数箇所配置した例を挙げて説明したが、これに限られない。例えば、図17(A)に示す触覚センサー素子10Dように、検出部13を3つ設け、これを弾性部材16Bで覆う構成としてもよい。このとき、各検出部13同士を結んで三角形となるように配置されていることが好ましい。このような構成とすることで、多方向の剪断力を検出できる。
また、別の例として、図17(B)に示す触覚センサー素子10Eのように、円形状の弾性部材16Bとし、その円周に沿って複数の検出部13が配置されている構成としてもよい。このような構成とすることで、多方向の剪断力を検出できる。
In the above-described embodiment, the elastic member 16 has been described by taking a rectangular shape as an example in the sensor plan view, but is not limited thereto. For example, the elastic member 16 may have a circular shape, an elliptical shape, or other polygonal shape in the sensor plan view.
The example at the time of setting it as the circular-shaped elastic member 16B is given. In the above-described embodiment, the example in which the detection unit 13 is arranged at an even number has been described. For example, like the tactile sensor element 10D shown in FIG. 17A, three detection units 13 may be provided and covered with the elastic member 16B. At this time, it is preferable that the detectors 13 are connected to each other so as to form a triangle. With such a configuration, multidirectional shear forces can be detected.
As another example, a configuration may be adopted in which a circular elastic member 16B is provided and a plurality of detectors 13 are arranged along the circumference thereof, like a tactile sensor element 10E shown in FIG. . With such a configuration, multidirectional shear forces can be detected.

また、開口部を覆う支持膜は、各々の開口部の間で分離した形態の支持膜であっても良い。例えば、第一の開口部を覆う支持膜と、第二の開口部を覆う支持膜とが、連続していなくても良い。ただし、この場合、弾性部材16は、支持膜が形成されていない領域の基板上、かつ第一の開口部と第二の開口部とで挟まれる領域を連続して覆うように配置される。   Further, the support film covering the opening may be a support film in a form separated between the openings. For example, the support film that covers the first opening and the support film that covers the second opening may not be continuous. However, in this case, the elastic member 16 is disposed on the substrate in a region where the support film is not formed and continuously covers a region sandwiched between the first opening and the second opening.

また、検出すべき剪断力の方向が予め決まっており、その方向が一方向のみである場合では、上述の第一実施形態のような3軸方向の検出可能な触覚センサー素子10Aでなくてもよい。例えば、上述の第三実施形態のような特定の方向について良好に検出可能な触覚センサー素子10,10Bを用いて、剪断力の方向と触覚センサー素子10,10Bの検出可能な方向とを合わせて、上述の把持装置などに組み込めばよい。   Further, in the case where the direction of the shearing force to be detected is determined in advance and the direction is only one direction, the tactile sensor element 10A that can detect in the three-axis directions as in the first embodiment described above may be used. Good. For example, using the tactile sensor elements 10 and 10B that can be satisfactorily detected in a specific direction as in the above-described third embodiment, the direction of the shear force and the detectable direction of the tactile sensor elements 10 and 10B are combined. The above-described gripping device may be incorporated.

さらに、第四実施形態において、把持装置50として、一対の把持アーム51が設けられる構成を例示したが、3本以上の把持アームを互いに近接離間する方向に移動させて把持対象物Zを把持する構成としてもよい。また、アーム駆動部により駆動される駆動アームと、駆動しない固定アームまたは固定壁とを備え、駆動アームを固定アーム(固定壁)側に移動させて対象物を把持する構成などとしてもよい。   Furthermore, in the fourth embodiment, the configuration in which a pair of gripping arms 51 is provided is illustrated as the gripping device 50. However, the gripping target object Z is gripped by moving three or more gripping arms in the direction of approaching and separating from each other. It is good also as a structure. Moreover, it is good also as a structure etc. which are provided with the drive arm driven by an arm drive part, and the fixed arm or fixed wall which is not driven, and moves a drive arm to the fixed arm (fixed wall) side.

また、第五実施形態では、接触物判別部として、メモリー641に記憶された応力−粗さ値データに基づいて、布地の種別(粗さ値)を判別する布地判別部643を例示したが、これに限らない。例えば、触覚センサー装置1,1A,1Bを、パン製造装置に設け、パン生地の柔らかさ(捏ね状態)を判断する接触物判別部を設ける構成としてもよい。この場合、接触部判別部は、パン生地に対して加えた応力と、その応力に対して最適弾性力との関係データをメモリーに記憶する。そして、接触物判別部は、触覚センサー装置1,1A,1Bで検出された正圧力や剪断力が、最適弾性力を中心とした所定閾値以内であれば、捏ね状態が最適であると判断する。このような構成のパン製造装置では、パン生地の捏ね状態を一定に維持することができ、安定した品質のパン生地を製造することができる。   In the fifth embodiment, the fabric discrimination unit 643 that discriminates the type of fabric (roughness value) based on the stress-roughness value data stored in the memory 641 is exemplified as the contact object discrimination unit. Not limited to this. For example, the touch sensor devices 1, 1 </ b> A, and 1 </ b> B may be provided in the bread manufacturing device and provided with a contact object determination unit that determines the softness (kneading state) of the bread dough. In this case, the contact part determination part stores in the memory the relationship data between the stress applied to the bread dough and the optimum elastic force against the stress. Then, the contact object determination unit determines that the kneading state is optimal if the positive pressure or shearing force detected by the tactile sensor devices 1, 1A, 1B is within a predetermined threshold value centered on the optimal elastic force. . In the bread manufacturing apparatus having such a configuration, the kneaded state of the dough can be kept constant, and a stable quality dough can be manufactured.

そして、上述の圧電積層部14,圧電積層部73として、膜上の圧電体、下部電極、上部電極を備える構成を例示したが、膜状に限られず、例えばバルク状の圧電体や、電極を用いてもよい。   In addition, the piezoelectric laminated portion 14 and the piezoelectric laminated portion 73 described above are exemplified by the configuration including the piezoelectric body on the film, the lower electrode, and the upper electrode. However, the configuration is not limited to the film shape. It may be used.

また、上述の実施形態で説明した電子機器は、ノート型パソコンを例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、PDA(Personal Data Assistance)や携帯ゲーム機や携帯電話、パーソナルコンピューターや電子辞書などにおける入力装置として、本発明の触覚センサーを適用することも可能である。   Further, although the electronic device described in the above embodiment has been described using a notebook personal computer as an example, it is not limited thereto. For example, the tactile sensor of the present invention can be applied as an input device in a PDA (Personal Data Assistance), a portable game machine, a mobile phone, a personal computer, an electronic dictionary, or the like.

上述のとおり説明した、触覚センサー素子10A,10B,10C,10D,10Eは、いずれも上述の説明で示した例に限定されず、その他の形態に対しても適用することができる。   The tactile sensor elements 10A, 10B, 10C, 10D, and 10E described above are not limited to the examples described in the above description, and can be applied to other forms.

以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形および改良を加えることができるものである。   Although the best configuration for carrying out the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to this. That is, the present invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described above without departing from the scope of the technical idea and object of the present invention. Various modifications and improvements can be made by a trader.

1,1A,1B…触覚センサー装置、10,10A〜10E…触覚センサー素子、11…基板、12…支持膜、13,13A〜13D…検出部、14…圧電積層部、15…出力部、16,16B…弾性部材、17…剛性層、20…処理部、50…把持装置、51…把持アーム、90…ノート型パソコン(電子機器)、111,111A〜111D…開口部、542…把持検出手段、543…駆動制御手段、Z…把持対象物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A, 1B ... Tactile sensor device, 10, 10A-10E ... Tactile sensor element, 11 ... Substrate, 12 ... Support film, 13, 13A-13D ... Detection part, 14 ... Piezoelectric lamination part, 15 ... Output part, 16 , 16B ... elastic member, 17 ... rigid layer, 20 ... processing unit, 50 ... gripping device, 51 ... gripping arm, 90 ... notebook computer (electronic device), 111, 111A to 111D ... opening, 542 ... gripping detection means 543: Drive control means, Z: gripping object.

Claims (11)

第一の開口部および第二の開口部を有する基板と、
前記第一の開口部および前記第二の開口部を覆う支持膜と、
前記支持膜上、かつ前記第一の開口部の上方に配置された第一の検出部と、
前記支持膜上、かつ前記第二の開口部の上方に配置された第二の検出部と、
前記第一の検出部および前記第二の検出部の上に配置された弾性変形する弾性部材と、を備え、
前記第一の検出部および前記第二の検出部のそれぞれは、前記支持膜側から順に下部電極、圧電体および上部電極が積層されて構成された圧電積層部を備え、
前記弾性部材は、前記基板の厚み方向で見た平面視において、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部とに挟まれる領域の支持膜の上を覆い、
前記弾性部材の表面は、前記基板面と平行に形成されている
ことを特徴とする触覚センサー素子。
A substrate having a first opening and a second opening;
A support film covering the first opening and the second opening;
A first detector disposed on the support membrane and above the first opening;
A second detection unit disposed on the support film and above the second opening;
An elastic member that is elastically deformed and disposed on the first detection unit and the second detection unit,
Each of the first detection unit and the second detection unit includes a piezoelectric stacked unit configured by stacking a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode in order from the support film side,
The elastic member is sandwiched between at least the first detection unit, the second detection unit, and the first detection unit and the second detection unit in a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate. Covering the support membrane in the area
The surface of the elastic member is formed in parallel with the substrate surface.
請求項1に記載の触覚センサー素子において、
前記基板の厚み方向で見た平面視における前記弾性部材の重心は、前記平面視における前記第一の開口部の重心と前記第二の開口部の重心とを結ぶ線分を直径とする円の内部に位置している
ことを特徴とする触覚センサー素子。
The tactile sensor element according to claim 1,
The center of gravity of the elastic member in plan view as viewed in the thickness direction of the substrate is a circle whose diameter is a line segment connecting the center of gravity of the first opening and the center of gravity of the second opening in plan view. A tactile sensor element characterized by being located inside.
請求項1または請求項2に記載の触覚センサー素子において、
前記第一の開口部および前記第二の開口部は、前記基板の厚み方向で見た平面視において前記弾性部材の重心を通る直線に対して線対称に配置されている
ことを特徴とする触覚センサー素子。
The tactile sensor element according to claim 1 or 2,
The first opening and the second opening are arranged in line symmetry with respect to a straight line passing through the center of gravity of the elastic member in a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate. Sensor element.
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の触覚センサー素子において、
前記基板は、さらに第三の開口部および第四の開口部を有し、
前記支持膜は、さらに前記第三の開口部および前記第四の開口部を覆い、
前記支持膜上、かつ前記第三の開口部の上方に配置された第三の検出部と、
前記支持膜上、かつ前記第四の開口部の上方に配置された第四の検出部と、をさらに備え、
前記第三の検出部および前記第四の検出部のそれぞれは、前記支持膜側から順に下部電極、圧電体および上部電極が積層されて構成された圧電積層部を備え、
前記基板の厚み方向で見た平面視において、前記第一の開口部、前記第二の開口部、前記第三の開口部および前記第四の開口部は、前記第一の開口部の重心および前記第二の開口部の重心を結ぶ第一の線分と前記第三の開口部の重心および前記第四の開口部の重心を結ぶ第二の線分とが交差するように配置され、
前記弾性部材は、前記平面視において、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、前記第三の検出部、前記第四の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部と前記第三の検出部と前記第四の検出部とを頂点とする4角形領域の支持膜の上を覆い、
前記平面視における前記弾性部材の重心は、前記平面視における前記第一の線分と前記第二の線分との交点に位置していることを特徴とする触覚センサー素子。
In the tactile sensor element according to any one of claims 1 to 3,
The substrate further has a third opening and a fourth opening,
The support film further covers the third opening and the fourth opening,
A third detector disposed on the support membrane and above the third opening;
A fourth detector disposed on the support membrane and above the fourth opening, and
Each of the third detection unit and the fourth detection unit includes a piezoelectric laminate unit configured by laminating a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode in order from the support film side,
In a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate, the first opening, the second opening, the third opening, and the fourth opening are the center of gravity of the first opening and The first line connecting the center of gravity of the second opening and the second line connecting the center of gravity of the third opening and the center of the fourth opening are arranged to intersect,
The elastic member includes at least the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, the fourth detection unit, and the first detection unit and the first detection unit in the plan view. Covering the support film of the quadrangular region having the second detector, the third detector, and the fourth detector as vertices,
The tactile sensor element according to claim 1, wherein a center of gravity of the elastic member in the plan view is located at an intersection of the first line segment and the second line segment in the plan view.
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の触覚センサー素子において、
前記基板は、さらに第三の開口部および第四の開口部を有し、
前記支持膜は、さらに前記第三の開口部および第四の開口部を覆い、
前記支持膜上、かつ前記第三の開口部の上方に配置された第三の検出部と、
前記支持膜上、かつ前記第四の開口部の上方に配置された第四の検出部と、をさらに備え、
前記第三の検出部および第四の検出部のそれぞれは、前記支持膜側から順に下部電極、圧電体および上部電極が積層されて構成された圧電積層部を備え、
前記基板の厚み方向で見た平面視において、前記第一の開口部、前記第二の開口部、前記第三の開口部および前記第四の開口部は、前記第一の開口部の重心および前記第三の開口部の重心を結ぶ第三の線分と、前記第二の開口部の重心および前記第四の開口部の重心を結ぶ第四の線分とが離間するように配置され、
前記弾性部材は、前記平面視において、少なくとも、前記第一の検出部、前記第二の検出部、前記第三の検出部、前記第四の検出部、並びに前記第一の検出部と前記第二の検出部と前記第三の検出部と前記第四の検出部とを頂点とする4角形領域の支持膜の上を覆い、
前記平面視における前記弾性部材の重心は、前記平面視における前記4角形領域に位置し、
前記第一の検出部および前記第三の検出部は、電気的に直列に接続され、かつ
前記第二の検出部および前記第四の検出部は、電気的に直列に接続されている
ことを特徴とする触覚センサー素子。
In the tactile sensor element according to any one of claims 1 to 3,
The substrate further has a third opening and a fourth opening,
The support film further covers the third opening and the fourth opening,
A third detector disposed on the support membrane and above the third opening;
A fourth detector disposed on the support membrane and above the fourth opening, and
Each of the third detection unit and the fourth detection unit includes a piezoelectric stacked unit configured by stacking a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode in order from the support film side,
In a plan view as viewed in the thickness direction of the substrate, the first opening, the second opening, the third opening, and the fourth opening are the center of gravity of the first opening and The third line connecting the center of gravity of the third opening and the fourth line connecting the center of gravity of the second opening and the center of gravity of the fourth opening are arranged so as to be separated from each other.
The elastic member includes at least the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, the fourth detection unit, and the first detection unit and the first detection unit in the plan view. Covering the support film of the quadrangular region having the second detector, the third detector, and the fourth detector as vertices,
The center of gravity of the elastic member in the plan view is located in the quadrangular region in the plan view,
The first detection unit and the third detection unit are electrically connected in series, and the second detection unit and the fourth detection unit are electrically connected in series. Characteristic tactile sensor element.
請求項1から請求項5までのいずれかに記載の触覚センサー素子において、
前記弾性部材の表面に前記基板面と平行な表面を有し、前記弾性部材よりも剛性が大きい剛性層が配置されている
ことを特徴とする触覚センサー素子。
In the tactile sensor element according to any one of claims 1 to 5,
A tactile sensor element having a surface parallel to the substrate surface on the surface of the elastic member, and a rigid layer having rigidity higher than that of the elastic member.
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の触覚センサー素子と、
前記第一の検出部および前記第二の検出部の各々から電気信号を受信して当該電気信号の極性に基づいて、前記弾性部材に作用する剪断力を検出する処理部と、を備える
ことを特徴とする触覚センサー装置。
A tactile sensor element according to any one of claims 1 to 3,
A processing unit that receives an electrical signal from each of the first detection unit and the second detection unit and detects a shearing force acting on the elastic member based on the polarity of the electrical signal. A tactile sensor device.
請求項4に記載の触覚センサー素子と、
前記第一の検出部、前記第二の検出部、前記第三の検出部および前記第四の検出部の各々から電気信号を受信して当該電気信号の極性に基づいて、前記弾性部材に作用する剪断力を検出する処理部と、を備える
ことを特徴とする触覚センサー装置。
A tactile sensor element according to claim 4,
An electric signal is received from each of the first detection unit, the second detection unit, the third detection unit, and the fourth detection unit, and acts on the elastic member based on the polarity of the electric signal. A tactile sensor device, comprising: a processing unit configured to detect a shearing force.
請求項5に記載の触覚センサー素子と、
前記第一の検出部および前記第三の検出部からの電気信号と、前記第二の検出部および前記第四の検出部からの電気信号とを受信して当該電気信号の極性に基づいて、前記弾性部材に作用する剪断力を検出する処理部と、を備える
ことを特徴とする触覚センサー装置。
A tactile sensor element according to claim 5;
Based on the polarity of the electrical signal by receiving the electrical signal from the first detection unit and the third detection unit, and the electrical signal from the second detection unit and the fourth detection unit, A tactile sensor device comprising: a processing unit that detects a shearing force acting on the elastic member.
請求項7から請求項9までのいずれかに記載の触覚センサー装置を備えて、対象物を把持する把持装置であって、
前記対象物を把持するとともに、前記対象物に接触する接触面に前記触覚センサー装置が設けられる少なくとも一対の把持アームと、
前記触覚センサー装置から出力される前記電気信号に基づいて、前記対象物のすべり状態を検出する把持検出手段と、
前記すべり状態に基づいて、前記把持アームの駆動を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする把持装置。
A gripping device comprising the tactile sensor device according to any one of claims 7 to 9, and gripping an object,
At least a pair of gripping arms that grips the object and is provided with the tactile sensor device on a contact surface that contacts the object;
Grip detection means for detecting a slip state of the object based on the electrical signal output from the tactile sensor device;
Drive control means for controlling the drive of the gripping arm based on the sliding state;
A gripping device comprising:
請求項7から請求項9までのいずれかに記載の触覚センサー装置を備えたことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the tactile sensor device according to any one of claims 7 to 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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