JP2013068503A - 触覚センサ及び多軸触覚センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多軸触覚センサ1は、基板6の表面と略同一の面内に設けられたセンサ素子2と、前記センサ素子2の周囲を覆い、当該センサ素子2に外力を伝達する外装材42とを備える。前記センサ素子2は、少なくとも一端が前記基板6に支持される可撓性の梁7(8)を有する。前記センサ素子2は、前記基板6の表面に対し平行方向の前記梁7(8)の変形を検出する。
【選択図】図2
Description
そこで、本発明は上記した問題点に鑑み、さらなる薄形の構造でせん断力を検出することができる触覚センサ及び多軸触覚センサを提供することを目的とする。
を備え、前記センサ素子は、少なくとも一端が前記基板に支持される可撓性の梁を有し、
前記基板の表面に対し平行方向の前記梁の変形を検出することを特徴とする。
(全体構成)
図1に示すように本実施形態に係る多軸触覚センサ1は、異なる方向に配置された複数のセンサ素子を備える。本図の場合、多軸触覚センサ1には、センサ素子としての第1のセンサ素子2、第2のセンサ素子3が基板の表面と略同一の面内に設けられており、センサ素子2、3全体が外装材(本図には図示せず)により覆われている。多軸触覚センサ1は、外装材に加えられたx方向、y方向の力を各センサ素子2、3により計測し得るように構成されている。なお、本明細書では、図中xをx方向、yをy方向、zをz方向と呼ぶ。
次に、第1及び第2のセンサ素子2、3の構成について説明する。第1及び第2のセンサ素子2、3は、配置される方向が異なるのみで構成は同じであるため、第1のセンサ素子2についてのみ説明することとする。
次に、第1のセンサ素子2の製造方法について説明する。まず基板6上にSiO2からなる絶縁層25を形成し、さらにその絶縁層25上にSiからなる梁形成層26を形成することにより、基板6と絶縁層25と梁形成層26とからなるSOIを形成する。次いで、図4に示すように、矩形状の穴68を梁形成層26に一対形成する。この矩形状の穴68の隣り合う内面は第1及び第2の抵抗層9、10が第1及び第2の梁7、8に形成される表面となる。また、第1〜第4の検出部36〜39の上面に相当する部分69にSiO2等の保護膜(図示しない)を形成しておく。
次に上記のように構成された多軸触覚センサ1の動作及び効果について説明する。まず、外装材42にx方向のせん断力が生じた場合について説明する。
(全体構成)
次に、多軸触覚センサを構成する第1及び第2のセンサ素子において梁の形状が上記第1実施形態と異なる第2実施形態について説明する。図2と同様の構成について同様の符号を付した図15を参照して説明する。なお、第1及び第2のセンサ素子は、配置される方向が異なるのみで構成は同じであるため、第1のセンサ素子についてのみ説明することとする。
第1のセンサ素子70は、上記第1実施形態と同様に抵抗比出力回路を構成するので、外装材42に何ら外力が生じていない場合、出力電極から得られる出力電圧VoutはV/2となる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
上記実施形態の場合、第1の抵抗層及び第2の抵抗層の2つの抵抗層がある場合について説明したが、抵抗層が1つでもかまわない。
また、本発明の実施形態は多軸触覚センサに限られず、1つのセンサ素子と当該センサ素子を覆う外装材からなる触覚センサに適用してもよい。
2 :第1のセンサ素子(センサ素子)
2A :触覚センサ
3 :第2のセンサ素子(センサ素子)
6 :基板
7 :第1の梁(梁)
8 :第2の梁(梁)
9 :第1の抵抗層
10 :第2の抵抗層
12 :第1の導電層(導電層)
13 :第2の導電層(導電層)
36 :第1の検出部(第1の変形部)
37 :第2の検出部(第1の変形部)
38 :第3の検出部(第2の変形部)
39 :第4の検出部(第2の変形部)
42 :外装材
43 :充填部
Claims (13)
- 基板の表面と略同一の面内に設けられたセンサ素子と、
前記センサ素子の周囲を覆い、当該センサ素子に外力を伝達する外装材と
を備え、
前記センサ素子は、少なくとも一端が前記基板に支持される可撓性の梁を有し、
前記基板の表面に対し平行方向の前記梁の変形を検出する
ことを特徴とする触覚センサ。 - 前記梁は、外力により伸張又は圧縮変形する表面に抵抗層が形成された変形部を有することを特徴とする請求項1に記載の触覚センサ。
- 前記変形部は、
前記外力によって伸張又は圧縮変形する表面に第1の抵抗層が形成された第1の変形部と、
前記外力によって前記第1の変形部とは逆に圧縮又は伸張変形する表面に第2の抵抗層が形成された第2の変形部とを有し、
前記第1及び第2の抵抗層の抵抗値の比に相当する電圧を測定することを特徴とする請求項2に記載の触覚センサ。 - 前記梁は、前記第1及び第2の変形部を除き前記第1及び第2の抵抗層に導通するように形成された導電層を有することを特徴とする請求項3に記載の触覚センサ。
- 前記梁は、前記第1及び第2の変形部が他の部分より細く形成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の触覚センサ。
- 前記第1及び第2の抵抗層のうち一方が固定抵抗層で構成されていることを特徴とする請求項3〜5のうちいずれか1項に記載の触覚センサ。
- 前記外装材は、前記基板の表面に対向する表面が前記基板の表面と略平行に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の触覚センサ。
- 前記外装材は、
前記センサ素子の周囲を覆う充填部と、
前記充填部の表面を覆う前記充填部と異なる弾性係数を有する材料からなる表面部と
を有することを特徴とする請求項1に記載の触覚センサ。 - 前記外装材は、
前記センサ素子の周囲を覆う第1の充填部と、
前記第1の充填部と異なる体積弾性係数を有する材料からなる第2の充填部と
を有することを特徴とする請求項1に記載の触覚センサ。 - 前記センサ素子の梁は、
前記外装材の表面に加えられたせん断力により変形することを特徴とする請求項7に記載の触覚センサ。 - 前記センサ素子は、
互いに平行に、かつ、前記基板に対し水平方向に配置され、両端において前記基板に支持される2本の前記梁を有し、
一方の前記梁に前記第1の変形部が設けられ、
他方の前記梁に前記第2の変形部が設けられ、
前記第1及び第2の変形部が前記外装材の表面に加えられたせん断力によって伸張又は圧縮変形する
ことを特徴とする請求項3に記載の触覚センサ。 - 前記センサ素子は、
互いに平行に、かつ、前記基板に対し水平方向に配置され、一端において前記基板に支持される3本の前記梁と、当該梁の他端同士を連結する連結部とを有し、
前記3本の梁のうち両側に配置された一方の梁に前記第1の変形部が設けられ、前記3本の梁のうち両側に配置された他方の梁に前記第2の変形部が設けられ、
前記第1及び第2の変形部が前記外装材の表面に加えられたせん断力によって伸張又は圧縮変形する
ことを特徴とする請求項3に記載の触覚センサ。 - 基板の表面と略同一の面内に設けられた複数のセンサ素子と、
前記センサ素子の周囲を覆い、当該センサ素子に外力を伝達する外装材と
を備え、
前記センサ素子は、少なくとも一端が前記基板に支持される可撓性の梁を有し、
前記基板の表面に対し平行方向の前記梁の変形を検出する
ことを特徴とする多軸触覚センサ。
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