JP2013142613A - Sensor substrate, detector, electronic apparatus and robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の圧力センサーからなるセンサー基板、当該センサー基板を搭載した検出装置、並びに当該検出装置を搭載した電子機器及びロボットに関するものである。 The present invention relates to a sensor substrate composed of a plurality of pressure sensors, a detection device equipped with the sensor substrate, and an electronic device and a robot equipped with the detection device.
外力を検出する検出装置として、特許文献1に記載の検出装置が知られている。このような検出装置は、タッチパネルやロボットの触覚センサー等への応用が検討されている。
As a detection device for detecting an external force, a detection device described in
特許文献1の検出装置は、変位可能な複数の接触子と、当該複数の接触子を表面に設けた感圧導電ゴムとで構成されている。外力が接触子に作用すると、感圧導電ゴムの接触子に対応する領域が、接触子によって押圧されて電気抵抗が変化する。この感圧導電ゴムの電気抵抗、すなわち感圧素子の出力値から、接触子の変位量(荷重量、モーメントという物理量)が把握でき、更に複数の接触子を設けることにより、接触子全体に働く物理量、すなわち検出装置に作用する外力の大きさ、方向、及び分布などが把握できるとしている。
The detection device disclosed in
しかしながら、上述の検出装置では、接触子の間隔を小さくすると、隣の接触子の変位が感圧導電ゴムに影響し、接触子に作用する外力が誤検出されるという課題を抱えている。詳しくは、接触子に外力が作用する場合に、当該外力は隣の接触子に対応する領域の感圧導電ゴムにも影響し、変形させるために、当該外力が誤検出されるという課題があった。換言すれば、接触子の間隔を小さくし、外力の検出領域を高密度化、小型化することが難しいという課題があった。 However, the above-described detection device has a problem that when the distance between the contacts is reduced, the displacement of the adjacent contact affects the pressure-sensitive conductive rubber, and the external force acting on the contact is erroneously detected. Specifically, when an external force is applied to the contact, the external force also affects the pressure-sensitive conductive rubber in the region corresponding to the adjacent contact, and the external force is erroneously detected to cause deformation. It was. In other words, there is a problem that it is difficult to reduce the distance between the contacts and to increase the density and size of the external force detection area.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係るセンサー基板は、複数の圧力センサーが配置された検出領域を複数有するセンサー基板であって、第1基板と、第2基板と、第1基板と第2基板との間に配置される弾性層と、第1基板と第2基板のうち少なくとも一方に設けられ、複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に形成された隔壁と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 1 A sensor substrate according to this application example is a sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged, and includes a first substrate, a second substrate, a first substrate, and a second substrate. And a partition wall provided between at least one of the plurality of detection regions and between adjacent detection regions, and an elastic layer disposed between the first substrate and the second substrate. It is characterized by.
本適用例によれば、ある検出領域に作用した外力は、隣り合う検出領域の間に形成された隔壁によって遮られるので、当該検出領域の外に伝搬されることが抑制される。よって、当該検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることが抑制される。更に、複数配置された検出領域の間隔を小さくしても、ある検出領域に作用した外力は、隔壁によって当該検出領域の外に伝搬されることが抑制されるので、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることが抑制される。従って、検出領域をより高密度化でき、より高精度に検出可能なセンサー基板を提供できる。 According to this application example, the external force that has acted on a certain detection region is blocked by the partition formed between the adjacent detection regions, so that propagation outside the detection region is suppressed. Therefore, it is suppressed that the external force which acted on the said detection area is misdetected by the pressure sensor arrange | positioned at the detection area adjacent to the said detection area. Furthermore, even if the interval between a plurality of detection areas is reduced, the external force acting on a detection area is prevented from being propagated outside the detection area by the partition wall, so that detection next to the detection area is possible. False detection by the pressure sensor arranged in the area is suppressed. Accordingly, it is possible to provide a sensor substrate capable of increasing the density of the detection region and detecting with higher accuracy.
[適用例2]上記適用例に記載のセンサー基板は、第1基板は第1電極を有し、第2基板は第2電極を有し、弾性層は第1基板の第1電極が形成された面と第2基板の第2電極が形成された面とで挟持され、第1電極と第2電極とは互いに交差し、第1電極と第2電極とが交差する領域で、圧力センサーが形成されていることが好ましい。 Application Example 2 In the sensor substrate according to the application example described above, the first substrate includes the first electrode, the second substrate includes the second electrode, and the elastic layer includes the first electrode of the first substrate. And the surface of the second substrate on which the second electrode is formed, the first electrode and the second electrode intersect each other, and the pressure sensor is in a region where the first electrode and the second electrode intersect. Preferably it is formed.
本適用例によれば、第1基板に形成した縦ストライプ形状の第1電極と、第2基板に形成した横ストライプ形状の第2電極とを弾性層を挟んで交差させ、その交差領域で圧力センサーを形成することによって、マトリクス状に配置された複数の圧力センサー、及び複数の圧力センサーで構成された複数の検査領域を容易に形成することができる。 According to this application example, the vertical stripe-shaped first electrode formed on the first substrate and the horizontal stripe-shaped second electrode formed on the second substrate are crossed with the elastic layer interposed therebetween, and pressure is applied in the crossing region. By forming the sensor, it is possible to easily form a plurality of pressure sensors arranged in a matrix and a plurality of inspection regions each composed of a plurality of pressure sensors.
[適用例3]上記適用例に記載のセンサー基板は、第2基板は第1電極と第2電極とを有し、弾性層は第1基板と、第2基板の第1電極と第2電極とが形成された面とで挟持され、第1電極と隣り合う第2電極との間で圧力センサーが形成されていることが好ましい。 Application Example 3 In the sensor substrate according to the application example described above, the second substrate has the first electrode and the second electrode, and the elastic layer is the first substrate, and the first electrode and the second electrode of the second substrate. It is preferable that a pressure sensor is formed between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode.
本適用例によれば、第1電極と第2電極とを同じ基板に、同一工程で一括形成することによって、第1基板と第2基板とを形成する工程を簡略化できるので、センサー基板をより安価に提供できる。 According to this application example, the process of forming the first substrate and the second substrate can be simplified by collectively forming the first electrode and the second electrode on the same substrate in the same process. It can be provided at a lower cost.
[適用例4]上記適用例に記載のセンサー基板は、圧力センサーが配置された検出領域を複数有するセンサー基板であって、基板と、弾性層と、基板に設けられ複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に形成された隔壁と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 4 The sensor substrate according to the application example described above is a sensor substrate having a plurality of detection regions on which pressure sensors are arranged, and is adjacent to the substrate, the elastic layer, and the plurality of detection regions provided on the substrate. And a partition wall formed between the matching detection regions.
本適用例によれば、センサー基板は、1枚の基板と、弾性層と、及び隔壁という最低限の部品で構成されるので、センサー基板をより安価に形成することができる。更に、ある検出領域に作用した外力は、隔壁によって当該検出領域の外に伝搬されることが抑制されるので、当該検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることが抑制される。従って、より高精度に検出可能なセンサー基板を、より安価に提供できる。 According to this application example, the sensor substrate is configured by the minimum components such as one substrate, the elastic layer, and the partition wall, so that the sensor substrate can be formed at a lower cost. Furthermore, since the external force that has acted on a certain detection region is suppressed from being propagated outside the detection region by the partition wall, the external force that has acted on the detection region is arranged in the detection region adjacent to the detection region. False detection by the pressure sensor is suppressed. Therefore, a sensor substrate that can be detected with higher accuracy can be provided at a lower cost.
[適用例5]上記適用例に記載のセンサー基板は、基板は、第1電極と第2電極とを有し、弾性層は基板の第1電極と第2電極とが形成された面に形成され、第1電極と隣り合う第2電極との間で圧力センサーが形成されていることが好ましい。 Application Example 5 In the sensor substrate according to the application example described above, the substrate has a first electrode and a second electrode, and the elastic layer is formed on a surface of the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed. The pressure sensor is preferably formed between the first electrode and the adjacent second electrode.
本適用例によれば、弾性層の第1電極と第2電極とが形成された側と反対面に外力を作用させることによって、弾性層の外力が作用する側と反対面(第1電極と第2電極とが形成された側の面)の変形を小さくすることができる。従って、外力による第1電極と第2電極との変形(機械的ストレス)が小さくなり、第1電極と第2電極との耐久性(寿命)を向上させることができる。 According to this application example, by applying an external force to the surface of the elastic layer opposite to the side on which the first electrode and the second electrode are formed, the surface opposite to the side on which the external force acts on the elastic layer (the first electrode and The deformation of the side on which the second electrode is formed can be reduced. Therefore, deformation (mechanical stress) between the first electrode and the second electrode due to external force is reduced, and durability (life) of the first electrode and the second electrode can be improved.
[適用例6]上記適用例に記載のセンサー基板は、隔壁の厚さは弾性層の厚さよりも小さいことが好ましい。 Application Example 6 In the sensor substrate according to the application example described above, it is preferable that the thickness of the partition wall is smaller than the thickness of the elastic layer.
本適用例によれば、隔壁の厚さは弾性層の厚さよりも小さいので、ある検出領域に作用した外力は、隔壁によって阻害されることなく、当該検出領域に的確に作用する。更に、隔壁によって、当該外力は当該検出領域の外に伝搬されることが抑制されるので、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることが抑制される。従って、より高精度に検出可能なセンサー基板を提供できる。 According to this application example, since the thickness of the partition wall is smaller than the thickness of the elastic layer, the external force that has acted on a certain detection region acts accurately on the detection region without being inhibited by the partition wall. Further, since the external force is suppressed from being propagated outside the detection area by the partition wall, erroneous detection by the pressure sensor disposed in the detection area adjacent to the detection area is suppressed. Therefore, a sensor substrate that can be detected with higher accuracy can be provided.
[適用例7]上記適用例に記載のセンサー基板は、隔壁の厚さは弾性層の厚さよりも大きく、弾性層から突き出ていることが好ましい。 Application Example 7 In the sensor substrate according to the application example described above, it is preferable that the partition wall has a thickness larger than that of the elastic layer and protrudes from the elastic layer.
本適用例によれば、隔壁の厚さは弾性層の厚さよりも大きく、弾性層から突き出ているので、ある検出領域に作用した外力が、当該検出領域の外に伝搬されることをより強く抑制できる。 According to this application example, the thickness of the partition wall is larger than the thickness of the elastic layer and protrudes from the elastic layer, so that an external force acting on a certain detection region is more strongly transmitted to the outside of the detection region. Can be suppressed.
[適用例8]上記適用例に記載のセンサー基板は、隔壁は検出領域を囲むように連続して形成されていることが好ましい。 Application Example 8 In the sensor substrate described in the application example, it is preferable that the partition wall is continuously formed so as to surround the detection region.
本適用例によれば、外力の伝搬を抑制する隔壁は、検出領域を囲むように連続して形成されているので、隔壁の機械的強度が大きくなる。従って、より大きな外力が作用しても、隔壁が壊れにくくすることができる。 According to this application example, the partition wall that suppresses the propagation of external force is continuously formed so as to surround the detection region, so that the mechanical strength of the partition wall increases. Therefore, even if a larger external force is applied, the partition wall can be made difficult to break.
[適用例9]上記適用例に記載のセンサー基板は、前記隔壁は弾性層よりも弾性率が大きい材料で形成されていることが好ましい。 Application Example 9 In the sensor substrate according to the application example described above, it is preferable that the partition wall is made of a material having a larger elastic modulus than the elastic layer.
本適用例によれば、隔壁は弾性層よりも弾性率が大きく、変形しにくい、硬質な材料で構成されているので、ある検出領域に作用した外力は隔壁によって受け止められ、当該検出領域の外に伝搬されることが抑制される。従って、当該検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることを抑制できる。 According to this application example, the partition wall is made of a hard material having a larger elastic modulus than the elastic layer and is not easily deformed. Therefore, an external force acting on a certain detection region is received by the partition wall, and the outside of the detection region. Propagation is suppressed. Therefore, it can suppress that the external force which acted on the said detection area is misdetected by the pressure sensor arrange | positioned at the detection area adjacent to the said detection area.
[適用例10]本適用例に係るセンサー基板は、複数の圧力センサーが配置された検出領域を複数有するセンサー基板であって、第1電極と第2電極とが形成された基板と、基板の第1電極と前記第2電極とが形成された面に形成され、検出領域毎に離間し島状に形成された弾性層と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 10 A sensor substrate according to this application example is a sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged, the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed, And an elastic layer formed on the surface on which the first electrode and the second electrode are formed and spaced apart for each detection region and formed in an island shape.
本適用例によれば、弾性層は検出領域ごとに離間しているので、ある検出領域に作用した外力によって、当該検出領域の隣の検出領域の弾性層が変形することはない。更に、複数配置された検出領域の間隔を小さくしても、弾性層は検出領域ごとに離間しているので、ある検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域の弾性層を変形させることはなく、検出領域の間隔をより小さくできる。従って、検出領域をより高密度化でき、より高精度に検出可能なセンサー基板を提供できる。 According to this application example, since the elastic layer is separated for each detection region, the elastic layer in the detection region adjacent to the detection region is not deformed by an external force applied to a certain detection region. Furthermore, even if the interval between the plurality of detection areas is reduced, the elastic layer is separated for each detection area. Therefore, an external force acting on a certain detection area causes the elastic layer in the detection area adjacent to the detection area to move. There is no deformation, and the interval between the detection areas can be made smaller. Accordingly, it is possible to provide a sensor substrate capable of increasing the density of the detection region and detecting with higher accuracy.
[適用例11]本適用例に係るセンサー基板は、複数の圧力センサーが配置された検出領域を複数有するセンサー基板であって、センサー基板は弾性層を備え、弾性層には複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に隔壁が形成されていることを特徴とする。 Application Example 11 A sensor substrate according to this application example is a sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged. The sensor substrate includes an elastic layer, and the elastic layer includes a plurality of detection regions. A partition wall is formed between adjacent detection regions.
本適用例によれば、センサー基板の弾性層には、隣り合う検出領域の間に隔壁が形成されているので、ある検出領域に作用した外力は隔壁によって遮られ、当該検出領域の外に伝搬されることが抑制される。よって、当該検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることが抑制される。更に、複数配置された検出領域の間隔を小さくしても、ある検出領域に作用した外力は、隔壁によって当該検出領域の外に伝搬されることが抑制されるので、当該検出領域の隣の検出領域に配置された圧力センサーによって誤検出されることが抑制される。従って、検出領域をより高密度化でき、より高精度に検出可能なセンサー基板を提供できる。 According to this application example, since the partition wall is formed between the adjacent detection regions in the elastic layer of the sensor substrate, the external force acting on a certain detection region is blocked by the partition wall and propagates outside the detection region. Is suppressed. Therefore, it is suppressed that the external force which acted on the said detection area is misdetected by the pressure sensor arrange | positioned at the detection area adjacent to the said detection area. Furthermore, even if the interval between a plurality of detection areas is reduced, the external force acting on a detection area is prevented from being propagated outside the detection area by the partition wall, so that detection next to the detection area is possible. False detection by the pressure sensor arranged in the area is suppressed. Accordingly, it is possible to provide a sensor substrate capable of increasing the density of the detection region and detecting with higher accuracy.
[適用例12]上記適用例に記載のセンサー基板は、弾性層は弾性変形する感圧導電ゴムであることが好ましい。 Application Example 12 In the sensor substrate according to the application example described above, the elastic layer is preferably a pressure-sensitive conductive rubber that is elastically deformed.
本適用例によれば、隣り合う検出領域の間に隔壁を形成すること、または検出領域ごとに弾性層を離間することによって、ある検出領域に作用した外力が当該検出領域の外に伝搬されることが抑制される。従って、ある検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域に配置された、感圧導電ゴムからなる抵抗方式の圧力センサーによって誤検出されることを抑制できる。 According to this application example, by forming a partition wall between adjacent detection areas, or by separating the elastic layer for each detection area, an external force applied to a detection area is propagated outside the detection area. It is suppressed. Therefore, it can be suppressed that an external force acting on a certain detection region is erroneously detected by a resistance type pressure sensor made of a pressure-sensitive conductive rubber disposed in a detection region adjacent to the detection region.
[適用例13]上記適用例に記載のセンサー基板は、弾性層は弾性変形する誘電体であることが好ましい。 Application Example 13 In the sensor substrate according to the application example described above, the elastic layer is preferably a dielectric that elastically deforms.
本適用例によれば、隣り合う検出領域の間に隔壁を形成すること、または検出領域ごとに弾性層を離間させることによって、ある検出領域に作用した外力が当該検出領域の外に伝搬されることが抑制される。従って、ある検出領域に作用した外力が、当該検出領域の隣の検出領域に配置された、誘電体からなる静電容量方式の圧力センサーによって誤検出されることを抑制できる。 According to this application example, an external force applied to a certain detection region is propagated outside the detection region by forming a partition between adjacent detection regions, or by separating the elastic layer for each detection region. It is suppressed. Therefore, it is possible to suppress an external force acting on a certain detection region from being erroneously detected by a capacitance type pressure sensor made of a dielectric disposed in the detection region adjacent to the detection region.
[適用例14]本適用例に係る検出装置は、上記適用例に記載のセンサー基板と外力によって弾性変形する弾性体突起とを備えた検出装置であって、センサー基板の検出領域には検出領域の中心を基準点として基準点の回りに圧力センサーが複数配置され、弾性体突起は基準点と重なる位置に重心が位置する様にセンサー基板に設けられていることを特徴とする。 Application Example 14 A detection device according to this application example is a detection device including the sensor substrate according to the application example described above and an elastic protrusion that is elastically deformed by an external force, and the detection region of the sensor substrate includes a detection region. A plurality of pressure sensors are arranged around the reference point with the center of the reference point as a reference point, and the elastic protrusion is provided on the sensor substrate so that the center of gravity is located at a position overlapping the reference point.
本適用例によれば、センサー基板に作用する外力に滑り方向(センサー基板の表面と平行な方向)の力成分があると、センサー基板に形成された弾性体突起の重心は基準点からずれて、滑り方向に移動する。従って、検出領域の基準点の回りに配置された複数の圧力センサーによって、センサー基板に作用した外力の方向と大きさとを検出することができる。 According to this application example, if the external force acting on the sensor substrate has a force component in the sliding direction (direction parallel to the surface of the sensor substrate), the center of gravity of the elastic protrusion formed on the sensor substrate is shifted from the reference point. Move in the sliding direction. Therefore, the direction and magnitude of the external force acting on the sensor substrate can be detected by a plurality of pressure sensors arranged around the reference point of the detection area.
[適用例15]本適用例に係る検出装置は、上記適用例に記載のセンサー基板と弾性体突起を有する付勢基板とを備えた検出装置であって、センサー基板の検出領域には検出領域の中心を基準点として基準点の回りに圧力センサーが複数配置され、弾性体突起は基準点と重なる位置に重心が位置すると共に、外力によってセンサー基板に当接した状態で弾性変形することを特徴とする。 Application Example 15 A detection device according to this application example is a detection device including the sensor substrate according to the application example described above and an urging substrate having an elastic protrusion, and the detection region of the sensor substrate includes a detection region. A plurality of pressure sensors are arranged around the reference point with the center of the reference point as a reference point, and the elastic protrusion is elastically deformed while being in contact with the sensor substrate by an external force, with the center of gravity located at a position overlapping the reference point. And
本適用例によれば、センサー基板に作用する外力に滑り方向(センサー基板の表面と平行な方向)の力成分があると、付勢基板に形成された弾性体突起の重心は基準点からずれて、センサー基板に当接した状態で滑り方向に移動する。従って、検出領域の基準点の回りに配置された複数の圧力センサーによって、センサー基板に作用した外力の方向と大きさとを検出することができる。 According to this application example, if the external force acting on the sensor substrate has a force component in the sliding direction (a direction parallel to the surface of the sensor substrate), the center of gravity of the elastic protrusion formed on the biasing substrate deviates from the reference point. Then, it moves in the sliding direction in contact with the sensor substrate. Therefore, the direction and magnitude of the external force acting on the sensor substrate can be detected by a plurality of pressure sensors arranged around the reference point of the detection area.
[適用例16]上記適用例に記載の検出装置は、外力によって弾性体突起が弾性変形することにより複数の圧力センサーで検出された圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と外力の大きさとを演算することが好ましい。 [Application Example 16] The detection device according to the application example described above is detected by each pressure sensor arbitrarily combined among pressure values detected by a plurality of pressure sensors due to elastic deformation of the elastic protrusion by an external force. It is preferable to calculate the difference between the pressure values and calculate the direction in which the external force is applied and the magnitude of the external force based on the difference.
本適用例によれば、センサー基板に作用する外力に滑り方向(センサー基板の表面と平行な方向)の力成分があると、弾性体突起の重心は基準点からずれて、滑り方向に移動する。よって、検出領域の基準点の回りに配置された複数の圧力センサーのうち、弾性体突起の重心が移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなり、各圧力センサーで異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起の重心と重なる位置の圧力センサーでは相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起の重心と重ならない位置の圧力センサーでは相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。従って、各圧力センサーで検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて、センサー基板に作用した外力の方向と大きさとを求めることができる。 According to this application example, if the external force acting on the sensor substrate has a force component in the sliding direction (direction parallel to the surface of the sensor substrate), the center of gravity of the elastic protrusion is displaced from the reference point and moves in the sliding direction. . Therefore, among the plurality of pressure sensors arranged around the reference point of the detection area, the ratio of overlapping the portion where the center of gravity of the elastic protrusion has moved is relatively large, and each pressure sensor detects a different pressure value. Is done. Specifically, a relatively large pressure value is detected by the pressure sensor at a position overlapping with the center of gravity of the elastic protrusion, and a relatively small pressure value is detected by a pressure sensor at a position not overlapping with the center of gravity of the elastic protrusion. It will be. Therefore, the difference between the pressure values detected by the pressure sensors can be calculated, and the direction and magnitude of the external force acting on the sensor substrate can be obtained based on the difference.
[適用例17]本適用例に記載の電子機器は、上記適用例に記載の検出装置を備えていることを特徴とする。 Application Example 17 An electronic device described in this application example includes the detection device described in the application example.
本適用例によれば、上記適用例に記載の検出装置を備えているので、外力の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供できる。例えば、情報携帯端末、携帯電話、パーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチルカメラなどのタッチパッドに当該検出装置を搭載することで、外力の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供できる。 According to this application example, since the detection device described in the application example is provided, it is possible to provide an electronic device that can detect the direction and magnitude of the external force with high accuracy. For example, the detection device on a touch pad of information portable terminal, mobile phone, personal computer, video camera monitor, car navigation device, pager, electronic notebook, calculator, word processor, workstation, video phone, POS terminal, digital still camera, etc. It is possible to provide an electronic device that can detect the direction and magnitude of the external force with high accuracy.
[適用例18]本適用例に記載のロボットは、上記適用例に記載の検出装置を備えていることを特徴とする。 [Application Example 18] A robot described in this application example includes the detection device described in the application example.
本適用例によれば、上記適用例に記載の検出装置を備えているので、外力(把持力)の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能なロボットを提供できる。 According to this application example, since the detection device described in the application example is provided, it is possible to provide a robot that can detect the direction and magnitude of the external force (gripping force) with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.
(実施形態)
「センサー基板の概要」
図1は、本実施形態に係るセンサー基板1の構成を示す分解斜視図である。図1を含む各図においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各構成について説明する。XYZ直交座標系は、X軸およびY軸は図1に示す第1基板13に対して平行な方向に設定され、Z軸は第1基板13に対して直交する方向に設定されている。更に、Z軸(+)方向を上、Z軸(−)方向を下、X軸(+)方向を右、及びX軸(−)方向を左とする。
(Embodiment)
"Summary of sensor board"
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the
図1では、センサー基板1の一部が図示されている。図1における符号Pは、詳細を後述する検出領域S(図2参照)の中心が位置するポイント(基準点)を示している。図1における破線は、第1基板13の下面に形成された第1電極14の輪郭を示している。
In FIG. 1, a part of the
図1に示すように、センサー基板1には、上から順に、第1基板13、「弾性層」の一例としての感圧導電ゴム15、第2基板17が積層されている。第1基板13には、第1の方向(Y方向)に延在した第1電極14が形成され、第2基板17には、第2の方向(X方向)に延在した第2電極16と隔壁Wとが形成されている。なお、第1基板13は、外力を受ける部分となる。
As shown in FIG. 1, a
第1基板13と第2基板17とは、熱圧着で感圧導電ゴム15に接着されている。また、第1基板13と第2基板17とを、接着剤または粘着材によって感圧導電ゴム15に接着しても良い。第1電極14と第2電極16とは、感圧導電ゴム15を挟んで互いに交差し、感圧導電ゴム15に電気的に接続されている。
The
第1基板13を構成する材料としては、好適例としてポリイミド樹脂からなる樹脂フィルムを使用している。第1基板13を構成する材料としては、上述のポリイミド樹脂の他に、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、FRP(繊維強化プラスチック)、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、ポリオレフィン樹脂、及びテフロン(登録商標)樹脂などの有機材料であっても良く、シリコン樹脂、ガラス、及びセラミックなどの無機材料であっても良い。第1基板13は外力を受ける部分となるので、第1基板13は外力によって変形可能な可撓性を有することが必要である。
As a material constituting the
第1電極14を構成する材料としては、好適例として銅を使用している。感圧導電ゴム15との電気的な接続を安定化させるために、第1電極14の表面には金メッキを施しても良い。第1電極14は、公知技術を用いて第1基板13に形成される。
As a material constituting the
感圧導電ゴム15は、弾性を有する樹脂に導電性粒子を分散させた弾性体であり、好適例として炭素粒子を分散させた、熱可塑性を有するシリコンゴム(シリコンエラストマー)を使用している。弾性を有する樹脂としては、上述のシリコンゴムの他に、天然ゴム、並びにアクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、及びフッ素ゴムなどの合成ゴムが好ましい。
感圧導電ゴム15は第1基板13の第1電極14が形成された面と、第2基板17の第2電極16が形成された面とで挟持されている。
The pressure-sensitive
The pressure-sensitive
感圧導電ゴム15に外力が作用していない状態では、感圧導電ゴム15の中の導電性粒子は互いに離間し、107Ω以上の非常に大きな抵抗値を示す。感圧導電ゴム15に圧縮方向の外力が作用すると、導電性粒子は互いに接近し、互いに接触する導電性粒子の数が多くなり、導電経路が形成されるので、感圧導電ゴム15の抵抗値は小さくなる。このように感圧導電ゴム15に作用した外力によって、感圧導電ゴム15は変形し、導電性粒子が接触または離間することで感圧導電ゴム15の抵抗値が変化する。
In a state where no external force is applied to the pressure-sensitive
第2基板17を構成する材料としては、好適例としてポリカーボネート樹脂を使用している。第2基板17を構成する材料としては、上述のポリカーボネート樹脂の他に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、FRP(繊維強化プラスチック)、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂、ポリオレフィン樹脂、及びテフロン(登録商標)樹脂などの有機材料であっても良く、シリコン樹脂、ガラス、及びセラミックなどの無機材料であっても良い。
As a material constituting the
第2電極16を構成する材料としては、好適例として銅を使用している。感圧導電ゴム15との電気的な接続を安定化させるために、第1電極14の表面には金メッキを施しても良い。第2電極16は、公知技術を用いて第2基板17に形成される。
As a material constituting the
隔壁Wは第1基板13と第2基板17のうち少なくとも一方に形成される。本実施形態では、隔壁Wは第2電極16を形成した後に第2基板17(第2電極16が形成された側の面)に形成されている。隔壁Wを構成する材料としてはアクリル樹脂であり、感光性アクリル樹脂を用いたフォトリソグラフィ法で形成されている。また、隔壁Wは、インクジェット法、スクリーン印刷法などの方法でも形成することが可能である。
隔壁Wの詳細は、後述する。
The partition wall W is formed on at least one of the
Details of the partition wall W will be described later.
第2電極16は隔壁Wの下に形成されているので、外力によって第1基板13に形成された第1電極14が、第2基板17に形成された第2電極16に接近しても、第1電極14と第2電極16とは短絡することがない。
Since the
「検出領域の概要」
図2は、センサー基板1に複数配置された検出領域の中の1個の検出領域Sと隔壁Wとの関係を示す模式図であり、図1と同じ領域が図示されている。詳しくは、センサー基板1には検出領域がX方向とY方向とにマトリクス状に複数配置されているが、図1及び図2では、1個の検出領域(検出領域S)と当該検出領域(検出領域S)の周辺に配置された検出領域の一部とが図示されている。
図2では、隔壁Wと検出領域Sとの関係を分かりやすくするために、第1基板13、第1電極14、第2電極16及び第2基板17の図示が省略されている。図2において、破線で囲まれた領域は検出領域Sを、網掛け領域は圧力センサー12を、2点鎖線は感圧導電ゴム15内部に配置された隔壁Wの輪郭を、及び符号Pは検出領域Sの中心(基準点)を示している。
以下の説明では、上述した検出領域Sに隣り合う検出領域を「隣の検出領域S」と称す。以下、図1と図2とを参照して、検出領域Sの概要を説明する。
"Overview of detection area"
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relationship between one detection region S and a partition wall W among a plurality of detection regions arranged on the
In FIG. 2, the
In the following description, the detection area adjacent to the above-described detection area S is referred to as “adjacent detection area S”. Hereinafter, the outline of the detection region S will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
検出領域Sには複数の圧力センサー12が配置されている。図2に示すように、本実施形態では4個の圧力センサー12が検査領域Sに配置されている。詳しくは、検出領域Sには符号P(以下、基準点Pと称す)を中心にして4個の圧力センサー12が点対称に配置されている、すなわち、互いに直交する2方向(X方向及びY方向)に縦2行横2列でマトリクス状に配置されている。
A plurality of
圧力センサー12は第1電極14と感圧導電ゴム15と第2電極16とで構成される。圧力センサー12は、Y方向に延在した第1電極14とX方向に延在した第2電極16とが交差する領域に形成される。圧力センサー12は、外力によって感圧導電ゴム15が変形し、感圧導電ゴム15の抵抗値が変化する現象を利用した抵抗方式の圧力センサーである。感圧導電ゴム15の抵抗値の変化は、第1電極14と第2電極16とで検出される。
The
図2において、第1電極14aと第2電極16aとの交差領域(図1参照)が圧力センサーS1、第1電極14bと第2電極16aとの交差領域(図1参照)が圧力センサーS2、第1電極14aと第2電極16bとの交差領域(図1参照)が圧力センサーS3、及び第1電極14bと第2電極16bとの交差領域(図1参照)が圧力センサーS4となる。このように、検出領域Sには4個の圧力センサーS1〜S4が配置されている。
In FIG. 2, the intersection region (see FIG. 1) between the
図2のA−A’線に沿って左側から順に、圧力センサーS2a、圧力センサーS1、圧力センサーS2、及び圧力センサーS1bが配置されている。すなわち、隣の検出領域Sには、圧力センサーS2aとS1bとが配置されている。 A pressure sensor S2a, a pressure sensor S1, a pressure sensor S2, and a pressure sensor S1b are arranged in this order from the left side along the line A-A 'in FIG. That is, in the adjacent detection region S, pressure sensors S2a and S1b are arranged.
なお、以下の説明では、圧力センサーに符号12、S1、S2、S3、S4、S1b、またはS2aというように、説明の都合上異なる符号を附して説明する場合がある。
In the following description, the pressure sensor may be described with
「隔壁の概要」
隔壁Wは、複数の検出領域Sのうち隣り合う検出領域Sの間に形成される。図2に示すように、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間には隔壁Wが形成され、検出領域Sは隔壁Wによって囲まれている。詳しくは、圧力センサーS1と圧力センサーS3とに隣り合って隔壁W1が、圧力センサーS1と圧力センサーS2とに隣り合って隔壁W2が、圧力センサーS2と圧力センサーS4とに隣り合って隔壁W3が、及び圧力センサーS3と圧力センサーS4とに隣り合って隔壁W4が形成されている。
"Outline of bulkhead"
The partition wall W is formed between adjacent detection regions S among the plurality of detection regions S. As shown in FIG. 2, a partition wall W is formed between the detection region S and the adjacent detection region S, and the detection region S is surrounded by the partition wall W. Specifically, the partition wall W1 is adjacent to the pressure sensor S1 and the pressure sensor S3, the partition wall W2 is adjacent to the pressure sensor S1 and the pressure sensor S2, and the partition wall W3 is adjacent to the pressure sensor S2 and the pressure sensor S4. A partition wall W4 is formed adjacent to the pressure sensor S3 and the pressure sensor S4.
隔壁Wは、感圧導電ゴム15を構成する弾性を有する樹脂(シリコンゴム)よりも弾性率が大きく、変形しにくい、硬質な材料によって形成されている。上述したように、隔壁Wを構成する材料としては好適例としてアクリル樹脂を使用している。隔壁Wを形成する材料としては、アクリル樹脂の他に、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、FRP(繊維強化プラスチック)、及びPET(ポリエチレンテレフタレート)などの有機材料であっても良く、またはガラス、セラミックなどの無機材料であっても良い。要は、隔壁Wは感圧導電ゴム15よりも弾性率が大きく、変形しにくい、硬質な材料であれば良い。
The partition wall W is made of a hard material that has a larger elastic modulus than the resin (silicon rubber) having elasticity that constitutes the pressure-sensitive
隔壁Wの厚さは、感圧導電ゴム15の厚さよりも小さく、検出領域Sに外力が作用した場合に、隔壁Wによって検出領域Sの感圧導電ゴム15の変形が阻害されないようになっている。また、隔壁Wの厚さと感圧導電ゴム15の厚さとは、同等であっても良い。
The thickness of the partition wall W is smaller than the thickness of the pressure-sensitive
隔壁Wは、例えば格子形状のように連続した形状としても良い。隔壁Wを格子形状のように連続した形状にすることによって、隔壁Wの機械的強度が大きくなり、より大きな外力が作用しても隔壁Wが壊れにくくすることができる。 The partition wall W may have a continuous shape such as a lattice shape. By making the partition wall W into a continuous shape like a lattice shape, the mechanical strength of the partition wall W increases, and the partition wall W can be made difficult to break even when a larger external force is applied.
図3は、図2のA─A’線に沿った隔壁W(W1)の断面図である。本実施形態では、隔壁Wの断面形状は、図3(a)に示すように略矩形状となっている。隔壁Wの断面形状としては、円錐形状(図3(b))、台形状(図3(c))、及び三角形状(図3(d))であっても良い。また、図3(b)に示すように、隔壁Wの先端部を丸くすることによって、隔壁Wの先端部で感圧導電ゴム15が傷つきにくくすることができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the partition wall W (W1) taken along the line A-A 'of FIG. In the present embodiment, the sectional shape of the partition wall W is substantially rectangular as shown in FIG. The cross-sectional shape of the partition wall W may be a conical shape (FIG. 3B), a trapezoidal shape (FIG. 3C), or a triangular shape (FIG. 3D). Further, as shown in FIG. 3B, by rounding the tip of the partition wall W, the pressure-sensitive
「センサー基板の状態」
図4は、図1のA─A’線(図2のA─A’線)に沿ったセンサー基板1の断面図である。図4(a)は外力が作用していない場合のセンサー基板1の状態(無荷重状態)、図4(b)は矢印で示す圧縮方向(下方向)の外力が作用した場合のセンサー基板1の状態、及び図4(c)は、圧縮方向の外力に加えて滑り方向(右方向)の外力が作用した場合、すなわち矢印で示す斜め方向の外力が作用した場合のセンサー基板1の状態を示している。
また、センサー基板1は剛性を有する支持体(図示省略)の上に設置され、外力が作用する上側の面(第1基板13)が変形するものとする。
"Sensor board condition"
4 is a cross-sectional view of the
The
図4(a)に示すように、無荷重状態ではセンサー基板1の感圧導電ゴム15は、変形していない。また、第1電極14、第2電極16及び隔壁Wは、熱可塑性の感圧導電ゴム15に熱圧着されているので、感圧導電ゴム15の内部に配置されている。
As shown in FIG. 4A, the pressure-sensitive
図4(b)に示すように、検出領域Sに圧縮方向(下方向)の外力が作用すると、検出領域Sの感圧導電ゴム15は圧縮方向に変形する。また、第1基板13は可撓性を有するポリイミドからなる樹脂フィルムで構成されているので、外力によって第1基板13も圧縮方向に変形する。一方、隣の検出領域Sでは、圧力センサーS2aの感圧導電ゴム15と圧力センサーS1bの感圧導電ゴム15とは変形していない。
As shown in FIG. 4B, when an external force in the compression direction (downward) acts on the detection region S, the pressure-sensitive
図4(c)に示すように、検出領域Sに斜め方向の外力が作用すると、検出領域Sの感圧導電ゴム15は、外力が作用する方向(斜め方向)に変形する。一方、隣の検出領域Sでは、圧力センサーS2aの感圧導電ゴム15と圧力センサーS1bの感圧導電ゴム15とは変形していない。
As shown in FIG. 4C, when an external force in an oblique direction is applied to the detection region S, the pressure-sensitive
図5は、公知技術で作成したセンサー基板2(隔壁Wが形成されていないセンサー基板2)に、上述した図4(c)と同じ矢印で示す外力(斜め方向の外力)が作用した場合の状態を示している。センサー基板2の他の構成は、上述したセンサー基板1と同じである。また、図5は、図1のA−A’線(図2のA−A’線)に沿った断面図に相当し、センサー基板2は剛性を有する支持体(図示省略)の上に設置され、外力が作用する上側の面(第1基板13)が変形するものとする。
FIG. 5 illustrates a case where an external force (an external force in an oblique direction) indicated by the same arrow as in FIG. 4C described above is applied to the sensor substrate 2 (
図5に示すように、隔壁Wが形成されていない条件では、図4(c)と同じ方向の外力(斜め方向の外力)が検出領域Sに作用すると、隣の検出領域Sの感圧導電ゴム15も変形する。また、図4(b)と同じ方向の外力(圧縮方向の外力)が検出領域Sに作用した場合も、同様に隣の検出領域Sの感圧導電ゴム15は変形する(図示省略)。
As shown in FIG. 5, under the condition where the partition wall W is not formed, when an external force in the same direction as that in FIG. 4C (an external force in an oblique direction) acts on the detection region S, the pressure-sensitive conductivity of the adjacent detection region S The
以上より、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間に隔壁Wを形成する事によって、検出領域Sに作用した外力は隔壁Wによって遮られ、隣の検出領域Sに伝搬されないことが分かる。一方、隔壁Wが形成されていない場合においては、検出領域Sに作用した外力は隣の検出領域Sに伝搬され、隣の検出領域Sの感圧導電ゴム15を変形させることが分かる。
From the above, it can be seen that by forming the partition wall W between the detection region S and the adjacent detection region S, the external force acting on the detection region S is blocked by the partition wall W and is not propagated to the adjacent detection region S. On the other hand, in the case where the partition wall W is not formed, it can be seen that the external force applied to the detection region S is propagated to the adjacent detection region S and deforms the pressure-sensitive
すなわち、検出領域Sに作用した外力は、隔壁Wが形成されている場合においては隣の検出領域Sの圧力センサー12によって検出されないが、隔壁Wが形成されていない場合においては隣の検出領域Sの圧力センサー12によって検出される(誤検出される)ことが分かる。
That is, the external force applied to the detection region S is not detected by the
以上述べたように、本実施形態に係るセンサー基板1によれば、以下の効果を得ることができる。
検出領域Sと隣の検出領域Sとの間に形成された隔壁Wは、感圧導電ゴム15よりも弾性率の大きく、変形しにくい、硬質な材料で構成されているので、検出領域Sに作用した外力を受け止め、当該外力が隣の検出領域Sに伝搬されることを抑制する。よって、検出領域Sに作用した外力は、隣の検出領域Sの圧力センサー12によって誤検出されることはない。
更に、隔壁Wの厚さは、感圧導電ゴム15の厚さよりも小さいので、検出領域Sに作用した外力は隔壁Wによって阻害されることがなく、検出領域Sに的確に作用する。
As described above, according to the
The partition wall W formed between the detection region S and the adjacent detection region S is made of a hard material having a larger elastic modulus than the pressure-sensitive
Furthermore, since the thickness of the partition wall W is smaller than the thickness of the pressure-sensitive
従って、検出領域Sに作用した外力は、隣の検出領域Sの圧力センサー12によって誤検出されることがなく、検出領域Sの圧力センサー12によって正確に検出することができる。
Therefore, the external force acting on the detection region S is not erroneously detected by the
検出領域Sと隣の検出領域Sとの間隔を小さくしても、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間には隔壁Wが存在するので、検出領域Sに作用した外力は隔壁Wによって遮られ、隣の検出領域Sに伝搬されることが抑制される。従って、複数配置された検出領域Sの間隔をより小さくすることができるので、センサー基板1をより高密度化、より小型化することができる。
Even if the interval between the detection region S and the adjacent detection region S is reduced, the partition wall W exists between the detection region S and the adjacent detection region S. Therefore, the external force acting on the detection region S is caused by the partition wall W. It is blocked and propagated to the adjacent detection area S. Therefore, since the interval between the plurality of detection regions S can be made smaller, the
本実施形態のセンサー基板1は、感圧導電ゴム15の抵抗変化から外力を検出する抵抗方式の圧力センサー12で構成された。感圧導電ゴム15を、弾性を有する樹脂(誘電体)に置き換え、センサー基板1を、弾性を有する樹脂の厚さの変化(静電容量の変化)から外力を検出する静電容量方式の圧力センサーで構成しても良い。このような弾性を有する樹脂としては、例えば、天然ゴム、並びにアクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、シリコンゴム及びフッ素ゴムなどの合成ゴムがある。
なお、上述した弾性を有する樹脂は、「弾性変形する誘電体」の一例である。
The
The resin having elasticity described above is an example of “an elastically deformable dielectric”.
センサー基板1を、弾性を有する樹脂からなる静電容量方式の圧力センサーで構成しても、感圧導電ゴム15からなる抵抗方式の圧力センサー12で構成したセンサー基板1と同様の効果を得ることができる。すなわち、検出領域Sに作用した外力は、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間に形成された隔壁Wによって遮られるので、隣の検出領域Sの静電容量方式の圧力センサー12によって誤検出されることを抑制できる。
Even if the
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。また、以下の説明では、実施形態における図1または図4(図1のA−A’線に沿った断面図)に相当する図面を参照し、実施形態と同一の構成部位に関しては、同一の番号を附し、重複する説明を省略し、実施形態との相違点を中心に説明する。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below. Further, in the following description, with reference to the drawing corresponding to FIG. 1 or FIG. 4 (cross-sectional view along the line AA ′ in FIG. 1) in the embodiment, the same components as those in the embodiment are the same. Numbers are assigned, overlapping descriptions are omitted, and differences from the embodiment will be mainly described.
(変形例1)
図6は、変形例1に係るセンサー基板1の断面図である。実施形態との相違点は隔壁Wの形成位置にある。詳しくは、実施形態に係る隔壁Wは、外力が作用する側と反対側に配置された第2基板17(第2電極16が形成された側の面)に形成されている。本変形例に係る隔壁Wは、外力が作用する側に配置された第1基板13(第1電極14が形成された側の面)に形成されている点が異なり、他の構成は実施形態と同じである。
(Modification 1)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
本変形例では、実施形態と同様の効果を得ることができる。 In this modification, the same effect as the embodiment can be obtained.
隔壁Wは、実勢形態に示すように第2基板17に形成しても良く、本変形例のように第1基板13に形成しても良く、図示を省略するが、第1基板13と第2基板17との両方に、それぞれ異なる位置に形成しても良い。すなわち、隔壁Wは、第1基板13と第2基板17のうちの少なくとも一方に形成されていれば良い。
The partition wall W may be formed on the
(変形例2)
図7は変形例2に係るセンサー基板1の概略構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。図7(b)では、検出領域Sに配置された4個の圧力センサーS1〜S4が、それぞれ破線で図示されている。尚、図7(a)における破線P1,P2は第1電極14と第2電極16とで形成された圧力センサー12を示し、図7(b)における2点鎖線は隔壁W1,W3、符号Pは検出領域Sの中心(基準点)、及び符号Rは第1電極14と第2電極16とで検出される感圧導電ゴム15の抵抗を示している。
(Modification 2)
7A and 7B are diagrams showing a schematic configuration of the
実施形態との主な相違点は、圧力センサー12を形成する第1電極14と第2電極16との形成位置にある。詳しくは、実施形態では、第1電極14は第1基板13に形成され、第2電極16は第2基板17に形成され、第1電極14と第2電極16とが平面的に交差する領域で圧力センサー12が形成されている。本変形例では、第1電極14と第2電極16とは第2基板17に形成され、第1電極14と隣り合う第2電極16との間で圧力センサー12が形成されている点が異なる。すなわち、実施形態の圧力センサー12では感圧導電ゴム15の縦方向(センサー基板1の表面に直交する方向)の抵抗を検出しているが、本変形例の圧力センサー12では感圧導電ゴム15の横方向(センサー基板1の表面に平行な方向)の抵抗を検出している点が異なる。
The main difference from the embodiment is the formation position of the
図7(a)に示すように、第1電極14と第2電極16とは銅であり、公知の技術を用いた工程で第2基板17に同一工程で、一括形成される。隔壁W(W1,W3)は、第2基板17に第1電極14と第2電極16とを形成した後に、感光性アクリル樹脂を用いたフォトリソグラフィ法で第2基板17(第1電極14と第2電極16とが形成された面)に形成される。圧力センサーS1は破線で示す領域P1に形成され、圧力センサーS2は破線で示す領域P2に形成される。
As shown in FIG. 7A, the
図7(b)に示すように、平面視においては、第1電極14と第2電極16とは略矩形状で、ほぼ平行となる様に配置される。第1電極14と第2電極16とに挟まれた、破線で示す四角形が一つの圧力センサー12となる。すなわち、圧力センサー12は第1電極14と隣り合う第2電極16とで形成され、感圧導電ゴム15の電気抵抗Rを計測する。
このようにして、検出領域Sには4個の圧力センサーS1〜S4が、基準点Pを中心として点対称に配置されている。
なお、圧力センサー12の方式については特に限定される事なく、この他に例えば、静電容量方式等を用いる事ができる。
As shown in FIG. 7B, in plan view, the
In this way, four pressure sensors S <b> 1 to S <b> 4 are arranged in the detection region S with point symmetry about the reference point P.
Note that the method of the
圧力センサー12の配線部(図示省略)は、検出領域S間の隙間に設けられている。検出領域Sの数が増えた場合、又は検出領域Sに配置された圧力センサー12の数が増えた場合には、例えば、多層構造のフレキシブルプリント基板を用いて、感圧導電ゴム15の抵抗を検出する電極部(第1電極14、第2電極16)と配線部とを別々の層に形成しても良い。多層構造のフレキシブルプリント基板を用い、配線部を別層に形成することによって、検出領域S又は検出領域Sに配置された圧力センサー12をより高密度に配置することが可能になる。
A wiring portion (not shown) of the
また、本変形例では第1電極14と第2電極16とを交互に配置したが、検出領域Sにおける隣り合う圧力センサー12で、同極性となる電極が隣り合う様に配置しても良い。すなわち、領域Sにおける電極を左側から順に第1電極14、第2電極16、第2電極16、及び第1電極14を配置する構成としても良い。このような構成では、圧力センサーS1と圧力センサーS2との間隔をより小さくすることができる。
Moreover, although the
本変形例では、実施形態での効果に加えて、第1電極と第2電極とは同一工程で、一括形成されているので、第1基板と第2基板とを形成する工程を1工程簡略化でき、センサー基板をより安価に提供できる。 In this modification, in addition to the effects of the embodiment, the first electrode and the second electrode are formed in a single step in the same process, so the process of forming the first substrate and the second substrate is simplified by one process. The sensor substrate can be provided at a lower cost.
更に、第1電極14と第2電極16とは外力が作用する側(第1基板13)と反対側の面(第2基板17)に形成されているので、外力による第1電極14と第2電極16との変形を小さくできる。従って、外力による第1電極14と第2電極16との機械的ストレスが小さくなり、両電極の耐久性が向上し、センサー基板1を長寿命化させることができる。
Furthermore, since the
また、多層構造のフレキシブルプリント基板(以下、FPC基板と称す)を用いて、第1電極14と第2電極16とを有する第2基板17を形成しても良い。詳しくは、第1電極14と第2電極16とを有する第2基板17として、感圧導電ゴム15の抵抗を検出する電極部(第1電極14、第2電極16)と配線部とを別々の層に形成した、多層構造のFPC基板を使用しても良い。このような多層構造のFPC基板を用いることで、上述した電極部(第1電極14、第2電極16)を、実施形態で示した電極部と同程度の密度で形成できる。
Alternatively, the
(変形例3)
図8は、変形例3に係るセンサー基板1の断面図である。上述した変形例2との相違点は、隔壁Wの形成位置にある。詳しくは、変形例2では隔壁Wは第1電極14と第2電極16とを有する第2基板17に形成されていたが、本変形例では隔壁Wは第1基板13に形成されている点が異なる。他の構成は、変形例2と同じである。
(Modification 3)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
本変形例では、上述した変形例2と同様の効果を得ることができる。
In this modification, the same effects as those of
(変形例4)
図9は、変形例4に係るセンサー基板1の断面図である。実施形態との主な相違点は、センサー基板1を構成する部品数、第1電極14と第2電極16との形成位置(圧力センサー12の形成位置)、外力が作用する側の面の状態、及び隔壁Wの厚さにある。
(Modification 4)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
実施形態では、センサー基板1は、第1電極14を有する第1基板13、感圧導電ゴム15、及び第2電極16を有する第2基板17で構成された。本変形例は、感圧導電ゴム15、及び第1電極14と第2電極16とを有する電極基板18で構成され、実施形態よりも基板数が1枚少ない点が異なる。なお、電極基板18は、「基板」の一例である。
In the embodiment, the
更に、第1電極14と第2電極16とは同じ基板(電極基板18)に形成され、第1電極14と隣り合う第2電極16との間で圧力センサー12が形成されている点も、実施形態と異なる。更に、実施形態では外力は第1基板13に作用したが、本変形例では外力は感圧導電ゴム15に作用する点も異なる。更に、図9(b)と図9(c)との隔壁Wの厚さも、実施形態と異なる。すなわち、実施形態では隔壁Wの厚さは感圧導電ゴム15の厚さよりも小さいが、図9(b)では隔壁Wの厚さと感圧導電ゴム15の厚さとは同等であり、図9(c)では隔壁Wの厚さは感圧導電ゴム15の厚さよりも大きく、隔壁Wは感圧導電ゴム15から突き出ている。
Further, the
電極基板18はポリカーボネート樹脂である。電極基板18には、第1電極14と第2電極16とが同一工程で一括形成された後に、隔壁Wが感光性アクリル樹脂を用いたフォトリソグラフィ法で形成される。圧力センサーS1は破線で示す領域P1に形成され、圧力センサーS2は破線で示す領域P2に形成される。
The
本変形例では、実施形態での効果に加えて、実施形態よりもセンサー基板1を構成する基板数が1枚少なく、且つ第1電極14と第2電極16とを形成する工程が1工程少ないので、センサー基板1をより安価に提供できる。
In the present modification, in addition to the effects of the embodiment, the number of substrates constituting the
更に、図9(c)に示すように、隔壁Wの厚さが感圧導電ゴム15の厚さよりも大きくなっているので、検出領域Sに作用した外力が隣の検出領域Sに伝搬されることを、より強く抑制できる。
Further, as shown in FIG. 9C, since the thickness of the partition wall W is larger than the thickness of the pressure-sensitive
(変形例5)
図10は、変形例5に係るセンサー基板1の断面図である。上述した変形例4との相違点は、感圧導電ゴム15の形状、及び隔壁Wが存在しないことにある。変形例4では、感圧導電ゴム15はセンサー基板1のほぼ全面に形成され、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間には隔壁Wが形成されている。本変形例では、感圧導電ゴム15は検出領域S毎に離間し、島状に形成され、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間には、隔壁Wは存在しない。この点が変形例4と異なり、他の構成は同じである。
(Modification 5)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
このような検出領域毎に離間した感圧導電ゴム15は、炭素粒子を分散させた導電性塗料(シリコン樹脂ペースト)を用いたインクジェット法、スクリーン印刷法などによって形成することができる。また、テフロン(登録商標)樹脂ペーストで構成される導電性塗料を用いることで、テフロン(登録商標)ゴムからなる感圧導電ゴム15を形成することもできる。
Such pressure-sensitive
本変形例の構成においては、検出領域Sの感圧導電ゴム15と隣の検出領域Sの感圧導電ゴム15とは互いに離間しているので、検出領域Sの感圧導電ゴム15に作用した外力は、隣の検出領域Sの感圧導電ゴム15に伝搬されることが抑制される。従って、検出領域Sに作用した外力が、隣の検出領域Sの圧力センサー12によって誤検出されることを抑制できる。
In the configuration of this modification, the pressure-sensitive
(変形例6)
図11は、変形例6に係るセンサー基板1の構成を示す分解斜視図である。実施形態との相違点は、隔壁Wの形成位置にある。すなわち、実施形態では第2基板17に隔壁Wを形成しているが、本変形例では感圧導電ゴム15の内部に隔壁Wを形成している点が異なり、他の構成は同じである。
(Modification 6)
FIG. 11 is an exploded perspective view showing the configuration of the
隔壁Wは感圧導電ゴム15の下面(外力が作用する側と反対の面)を基部として、感圧導電ゴム15の内部に、複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に形成されている。この様な内部に隔壁Wを有する感圧導電ゴム15は、例えば、樹脂(アクリル樹脂、シリコン樹脂)との密着性が弱く、樹脂膜を容易に剥離できる支持基板、例えば表面にテフロン(登録商標)を被覆した支持基板(図示省略)を用いて形成することができる。表面にテフロン(登録商標)を被覆した支持基板に、最初に感光性アクリル樹脂を用いたフォトリソグラフィ法で隔壁Wを形成し、次に炭素粒子を分散させた導電性塗料(シリコン樹脂ペースト)を塗布し、熱または光によって導電性塗料を硬化させる。次に、硬化した樹脂膜を支持基板から剥離することによって、内部に隔壁Wを有する感圧導電ゴム15を形成することができる。例えば、隔壁Wを形成する前段階に、上述した支持基板にシリコンオイルなどを薄く塗布することで、感圧導電ゴム15の支持基板からの剥離性を改善できる。
The partition wall W is formed in the pressure-sensitive
本変形例の構成においても、検出領域Sと隣の検出領域Sとの間には隔壁Wが存在するので、検出領域Sに作用した外力は隔壁Wによって遮られるので、隣の検出領域Sに伝搬されることが抑制される。従って、検出領域Sに作用した外力が、隣の検出領域Sの圧力センサー12によって誤検出されることを抑制できる。
Also in the configuration of this modification example, since the partition wall W exists between the detection region S and the adjacent detection region S, the external force acting on the detection region S is blocked by the partition wall W. Propagation is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the external force acting on the detection region S from being erroneously detected by the
更に、第2基板17には隔壁Wを形成する必要がないので、第2電極16を有する第2基板17として、市販されているFPC基板を使用することができる。すなわち、第1電極14を有する第1基板13及び第2電極16を有する第2基板17として、市販されているFPC基板を使用することで、部品調達の多様化及び低コスト化を図ることができる。
Furthermore, since it is not necessary to form the partition wall W on the
隔壁Wを、感圧導電ゴム15の上面(外力が作用する側の面)を基部として形成しても良く。また、隔壁Wを、感圧導電ゴム15の一方の面を基部として形成するのでなく、感圧導電ゴムの内部に内包されるように形成しても良い。
The partition wall W may be formed with the upper surface of the pressure-sensitive conductive rubber 15 (the surface on the side on which the external force acts) as the base. Further, the partition wall W may be formed so as to be enclosed in the pressure-sensitive conductive rubber, instead of being formed using one surface of the pressure-sensitive
また、第1電極14と第2電極16とを同じ基板(例えば、第2基板17)に形成し、第1電極14と隣り合う第2電極16との間で圧力センサー12を形成しても良い。第1電極14と第2電極16とを第2基板17に形成する場合には、第1基板13を省略しても良い。
Alternatively, the
次に、上述した実施形態または変形例に係るセンサー基板1を搭載した検出装置に関して説明する。また、以下の説明においても、実施形態と同一の構成部位に関しては同一の番号を附し、重複する説明を省略する。
Next, a detection apparatus equipped with the
(検出装置A)
「検出装置Aの詳細構成」
図12は、センサー基板1を搭載した検出装置Aの概略構成を示す分解斜視図である。
図12に示すように、検出装置Aは、センサー基板1と、弾性体突起22と、付勢基板20とで構成される。弾性体突起22は付勢基板20に形成され、基準点Pに重なる位置に重心が位置するとともに、外力によって先端部がセンサー基板1に当接した状態で弾性変形する。
(Detection device A)
"Detailed configuration of detection device A"
FIG. 12 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the detection apparatus A on which the
As shown in FIG. 12, the detection device A includes a
なお、基準点Pは検出領域Sの中心が位置するポイントであり、且つ弾性体突起22に滑り方向(検出装置Aに水平な方向)の力が作用していない場合に、弾性体突起22の中心(重心)が位置するポイントである。
Note that the reference point P is a point where the center of the detection region S is located, and the
センサー基板1の検出領域Sには、4個の圧力センサー12が、基準点Pに対して点対称に配置されている(図2参照)。これにより、基準点Pと各圧力センサー12との間の距離が互いに等しくなるので、弾性体突起22の変形と各圧力センサー12とで検出される圧力値との関係が互いに等しくなる。よって、各圧力センサー12の圧力値のうち任意に組み合わされた各圧力センサー12で検出された圧力値の差分を演算することが容易となる。なお、圧力値の差分の演算方法については後述する。
In the detection region S of the
検出領域Sの大きさ(平面視のサイズ)は、縦2.8mm×横2.8mm程度になっている。また、4個の圧力センサー12の各面積はほぼ等しくなっている。隣り合う圧力センサー12との間隔は、0.1mm程度になっている。このため、外乱や静電気等の影響により隣り合う位置の圧力センサー12で検出される圧力値にノイズがのらないようになっている。
The size of the detection area S (size in plan view) is about 2.8 mm long × 2.8 mm wide. Further, the areas of the four
付勢基板20は付勢基板本体21と弾性体突起22とで構成され、付勢基板本体21は外力を受ける部分となる。付勢基板本体21と弾性体突起22とはシリコンゴムであり、金型で一体成型されている。
The urging
付勢基板本体21は、上述したシリコンゴムの他に、例えばガラス、セラミック、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びFRP(繊維強化プラスチック)などの硬質な材料で構成することもできるし、天然ゴム、合成ゴム、テフロン(登録商標)樹脂、及びポリオレフィン樹脂などの軟質な材料で構成することもできる。
In addition to the silicon rubber described above, the biasing
弾性体突起22は、上述したシリコンゴムの他に、天然ゴム、並びにアクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、及びフッ素ゴムなどの合成ゴムで構成することもできる。
In addition to the silicon rubber described above, the
複数の弾性体突起22は、付勢基板本体21上においてX方向及びY方向にマトリクス状に配置されている。弾性体突起22の先端部は、球面の錘状となっており、センサー基板1(センサー基板1上の複数の圧力センサー12)に当接している。弾性体突起22の重心は、初期的に基準点Pと重なる位置に配置されている。また、複数の弾性体突起22は、互いに離間して配置されている。このため、弾性体突起22が弾性変形したときの付勢基板20の面内に平行な方向の変形を許容することができる。
The plurality of
弾性体突起22のサイズは任意に設定することができる。ここでは、弾性体突起22の基部の径(弾性体突起22が付勢基板本体21に接する部分の直径)は1.8mm程度になっている。弾性体突起22の高さ(弾性体突起22のZ方向の距離)は2mm程度になっている。隣り合う弾性体突起22の離間間隔は2mm程度になっている。弾性体突起22のデュロメーター硬さ(タイプA、ISO7619準拠のデュロメーターによる硬さ(測定値)は30程度になっている。
The size of the
「外力検出方法の詳細」
図13は、検出装置Aに係る圧力センサー12による圧力値の変化を示す平面図である。図13には、検出領域Sに配置された4個の圧力センサー12(S1〜S4)と弾性体突起22とが図示されている。図中の実線で囲まれた網掛け領域22aは、弾性体突起22が検出領域Sに当接した領域を示している。図13(a)は付勢基板本体21の表面に外力が付加される前の状態(外力の作用がない状態)、図13(b)は付勢基板本体21の表面に垂直方向(滑り力がない状態)の外力が付加された状態、及び図13(c)は付勢基板本体21の表面に斜め方向(滑り力がある状態)の外力が付加された状態を示している。また、図13(a)〜(c)において、符号Gは弾性体突起22の重心(圧力中心)を示している。
以下、図13を参照して基準点Pに作用する外力の方向と大きさとを検出する方法を説明する。
"Details of external force detection method"
FIG. 13 is a plan view showing a change in pressure value by the
Hereinafter, a method for detecting the direction and magnitude of the external force acting on the reference point P will be described with reference to FIG.
図13(a)に示すように、付勢基板本体21の表面に外力が付加される前においては、弾性体突起22の重心Gは基準点Pと重なる位置に配置され、弾性体突起22は検出領域Sに当接し、検出領域Sと付勢基板20との間の距離は一定に保たれる。このときの各圧力センサー12の圧力値はメモリー(図示省略)に記憶されている。メモリーに記憶された各圧力センサー12の圧力値を基準として外力の作用する方向や大きさが求められる。
As shown in FIG. 13A, before an external force is applied to the surface of the urging
図13(b)に示すように、付勢基板本体21の表面に垂直方向(Z軸(−)方向)の外力が付加されたときには、弾性体突起22は先端部が検出領域Sの表面に配置された複数の圧力センサー12に当接した状態で─Z方向に圧縮変形する。これにより、付勢基板20が−Z方向に撓み、検出領域Sと付勢基板20との間の距離は、外力の作用がないときに比べて小さくなる。このときの圧力センサー12の圧力値は、外力の作用がないときに比べて大きくなる。また、その変化量は各圧力センサー12とも略同じ値となる。
As shown in FIG. 13 (b), when an external force in the vertical direction (Z-axis (−) direction) is applied to the surface of the urging
図13(c)に示すように、付勢基板本体21の表面に斜め方向の外力(垂直方向の力と滑り方向の力との合力)が付加されたときには、弾性体突起22は先端部が検出領域Sの表面に配置された複数の圧力センサー12に当接した状態で斜めに傾いて圧縮変形する。これにより、付勢基板20が−Z方向に撓み、検出領域Sと付勢基板20との間の距離が外力の作用がないときに比べて小さくなる。このとき、弾性体突起22の重心Gは基準点Pから+X方向及び+Y方向にずれる。この場合、弾性体突起22の先端部と4個の圧力センサー12(S1〜S4)との重なる面積(接触面積)は、各圧力センサー(S1〜S4)間で互いに異なる。具体的には、弾性体突起22の先端部と4個の圧力センサー12との重なる面積は、4個の圧力センサー12(S1〜S4)のうち−X方向及び−Y方向に配置された部分と重なる面積よりも+X方向及び+Y方向に配置された部分と重なる面積のほうが大きくなる。
As shown in FIG. 13C, when the external force in the oblique direction (the resultant force of the force in the vertical direction and the force in the sliding direction) is applied to the surface of the urging
弾性体突起22は、斜め方向の外力により変形に偏りが生じる。すなわち、弾性体突起22の重心Gは基準点Pからずれて滑り方向(X方向及びY方向)に移動する。すると、各圧力センサー12で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起22の重心Gと重なる位置の圧力センサー12では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起22の重心と重ならない位置の圧力センサー12では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。そして、後述する差分の演算方法に基づいて外力が作用した方向と大きさとが求められる。
The
次に、検出領域Sに作用した外力の方向と大きさとを求める演算方法の詳細を説明する。
図14は検出領域Sの座標系を、図15は圧力センサー12による垂直方向の外力分布を、及び図16は圧力センサーによる滑り方向の計算例を示している。
Next, details of the calculation method for obtaining the direction and magnitude of the external force applied to the detection region S will be described.
14 shows the coordinate system of the detection region S, FIG. 15 shows the external force distribution in the vertical direction by the
図14に示すように、複数の圧力センサーS1〜S4が、検出領域S当たり縦2行横2列に計4個配置されている。ここで、各圧力センサーS1〜S4が検出する圧力値(検出値)をそれぞれPS1,PS2,PS3,PS4とすると、外力のX方向成分Fx(外力の面内方向成分のうちX方向に作用する分力の割合)は、以下の式(1)で表される。 As shown in FIG. 14, a plurality of pressure sensors S <b> 1 to S <b> 4 are arranged in a total of four rows and two columns per detection region S. Here, when the pressure values (detected values) detected by the pressure sensors S1 to S4 are P S1 , P S2 , P S3 , and P S4 , the X direction component Fx of the external force (X of the in-plane direction components of the external force) The ratio of the component force acting in the direction) is expressed by the following formula (1).
また、外力のY方向成分Fy(外力の面内方向成分のうちY方向に作用する分力の割合)は、以下の式(2)で表される。 Further, the Y direction component Fy of the external force (the ratio of the component force acting in the Y direction among the in-plane direction components of the external force) is expressed by the following equation (2).
また、外力のZ方向成分Fz(外力の垂直方向成分)は、以下の式(3)で表される。 Further, the Z direction component Fz of the external force (vertical direction component of the external force) is expressed by the following equation (3).
式(1)に示すように、外力のX方向成分Fxにおいては、4個の圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち+X方向に配置された圧力センサーS2及びS4で検出された値が組み合わされるとともに、−X方向に配置された圧力センサーS1及びS3で検出された値が組み合わされる。このように、+X方向に配置された圧力センサーS2及びS4の組み合わせによる圧力値と−X方向に配置された圧力センサーS1及びS3の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のX方向成分が求められる。 As shown in Expression (1), in the X direction component Fx of the external force, the values detected by the pressure sensors S2 and S4 arranged in the + X direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4. And the values detected by the pressure sensors S1 and S3 arranged in the −X direction are combined. As described above, the X direction component of the external force is based on the difference between the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S2 and S4 arranged in the + X direction and the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S1 and S3 arranged in the -X direction. Desired.
式(2)に示すように、外力のY方向成分Fyにおいては、4個の圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値のうち+Y方向に配置された圧力センサーS1及びS2で検出された値が組み合わされるとともに、−Y方向に配置された圧力センサーS3及びS4で検出された値が組み合わされる。このように、+Y方向に配置された圧力センサーS1及びS2の組み合わせによる圧力値と−Y方向に配置された圧力センサーS3及びS4の組み合わせによる圧力値との差分に基づいて外力のY方向成分が求められる。 As shown in Expression (2), in the Y direction component Fy of the external force, the values detected by the pressure sensors S1 and S2 arranged in the + Y direction among the pressure values detected by the four pressure sensors S1 to S4. Are combined, and the values detected by the pressure sensors S3 and S4 arranged in the -Y direction are combined. Thus, the Y direction component of the external force is based on the difference between the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S1 and S2 arranged in the + Y direction and the pressure value obtained by the combination of the pressure sensors S3 and S4 arranged in the -Y direction. Desired.
式(3)に示すように、外力のZ方向成分Fzは、4個の圧力センサーS1〜S4の圧力値を足し合わせた合力で求められる。ただし、外力のZ方向成分Fzは、外力のX方向成分Fx及び外力のY方向成分Fy(分力)に比べて検出値が大きく検出される傾向がある。例えば、弾性体突起22の材質として硬いものを用いたり、先端部の形状を先鋭にしたりすると、外力のZ方向成分Fzの検出感度が高くなる。しかしながら、弾性体突起22の材質として硬いものを用いると弾性体突起22が変形しにくくなり外力の面内方向の検出値が小さくなってしまう。また、弾性体突起22の先端部の形状を先鋭にすると接触面を指で触ったときのタッチ感に強い感度(違和感)を与える場合がある。このため、外力のZ方向成分Fzの検出値を、外力のX方向成分Fx及びのY方向成分Fyの検出値と揃えるには、弾性体突起22の材質や形状によって決定される補正係数で検出値を適宜補正する必要がある。
As shown in Expression (3), the Z-direction component Fz of the external force is obtained as a resultant force obtained by adding the pressure values of the four pressure sensors S1 to S4. However, the Z direction component Fz of the external force tends to be detected with a larger detection value than the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy (component force) of the external force. For example, when a hard material is used as the material of the
図15に示すように、検出装置Aの検出面(付勢基板本体21の弾性体突起22が形成されていない面)の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合を考える。検出装置Aには検出領域Sが縦15行×横15列(計225個)マトリクス状に配置されている。すなわち、図15の実線で囲まれた矩形状格子が検出領域Sであり、各検出領域Sには縦2行横2列の4個の圧力センサーS1〜S4(図示省略)が存在する。
As shown in FIG. 15, a case is considered where the upper left position of the detection surface of the detection apparatus A (the surface on which the
このとき、外力の垂直方向の圧力(圧力の電圧換算値)は、外力が作用した部分の中心部が最も大きくなっている(90〜120mV程度)。また、外力の垂直方向の圧力は、中心部に次いでその周辺部(60〜90mV程度)、最外周部(30〜60mV程度)の順に小さくなっている。また、指で押されていない領域は、0〜30mV程度となっている。 At this time, the pressure in the vertical direction of the external force (voltage converted value of the pressure) is the largest at the center of the portion where the external force is applied (about 90 to 120 mV). Further, the vertical pressure of the external force decreases in the order of the peripheral portion (about 60 to 90 mV) and the outermost peripheral portion (about 30 to 60 mV) next to the central portion. Moreover, the area | region which is not pressed with the finger | toe is about 0-30 mV.
図16に示すように、検出装置Aの検出面の中央部より左上寄りの位置を指で斜めに押した場合の外力の面内方向成分(滑り方向)の算出方法を考える。指の押圧力(外力)は、縦15行×横15列に配置された検出領域Sのうち、縦3行×横3列に配置された部分の検出領域Sに作用しているとする。 As shown in FIG. 16, a method for calculating an in-plane direction component (sliding direction) of an external force when the position left upper than the center of the detection surface of the detection apparatus A is obliquely pushed with a finger will be considered. It is assumed that the finger pressing force (external force) acts on the detection region S of the portion arranged in 3 rows × 3 columns in the detection region S arranged in 15 rows × 15 columns.
図16(a)は、外力が作用した検出領域Sにおける4個の圧力センサーS1〜S4の検出値の合計値(PS1+PS2+PS3+PS4)を示している。図16(b)は、上述の検出領域Sの4個の圧力センサーS1〜S4の各検出値(PS1,PS2,PS3,PS4)を、検出領域Sごとに示している。また、図16(b)の実線は検出領域Sの境界、及び破線は圧力センサーS1〜S4の境界を示している。図16(c)は、図16(b)の破線Qで囲んだ検出領域Sに配置されている、4個の圧力センサーS1〜S4のレイアウトと座標系とを示している。また、図16(c)に示すように、圧力センサーS1〜S4の検出値が、PS1〜PS4となる。図16(b)の他の検出領域Sの4個の圧力センサーS1〜S4も、図16(c)と同様のレイアウトと座標系とになっている。図16(d)は、上述した式(1)と式(2)とによって求めた、外力のX方向成分Fxと外力のY方向成分Fyとを、検出領域Sごとに示している。 FIG. 16A shows the total value (P S1 + P S2 + P S3 + P S4 ) of the detection values of the four pressure sensors S1 to S4 in the detection region S where an external force is applied. FIG. 16B shows the detection values (P S1 , P S2 , P S3 , P S4 ) of the four pressure sensors S1 to S4 in the detection area S described above for each detection area S. Moreover, the solid line of FIG.16 (b) has shown the boundary of the detection area S, and the broken line has shown the boundary of pressure sensor S1-S4. FIG. 16C shows the layout and coordinate system of the four pressure sensors S1 to S4 arranged in the detection region S surrounded by the broken line Q in FIG. Moreover, as shown in FIG.16 (c), the detected value of pressure sensor S1- S4 becomes PS1 -PS4. The four pressure sensors S1 to S4 in the other detection regions S in FIG. 16B also have the same layout and coordinate system as in FIG. FIG. 16D shows, for each detection region S, the X-direction component Fx of the external force and the Y-direction component Fy of the external force obtained by the above-described equations (1) and (2).
外力の作用する方向は、例えば図16(d)に示す9つの算出結果の平均値で求める方法、例えば9つの算出結果のうちの最大値(例えば所定のしきい値よりも大きい検出値)で求める方法などを用いて求めることができる。ここでは、図16(d)に示す9つの算出結果を平均することで、外力のX方向成分Fxと外力のY方向成分Fyとを求め、外力は+X方向を基準として左回りに約123°の方向に作用していることが分かる。 The direction in which the external force acts is, for example, a method of obtaining an average value of nine calculation results shown in FIG. 16D, for example, a maximum value (for example, a detection value larger than a predetermined threshold value) among the nine calculation results. It can be obtained using a method for obtaining it. Here, the nine calculation results shown in FIG. 16D are averaged to obtain the X direction component Fx of the external force and the Y direction component Fy of the external force. The external force is about 123 ° counterclockwise with respect to the + X direction. It can be seen that it is acting in the direction of.
このように、縦3行×横3列に配置された各検出領域Sは、それぞれ4個の圧力センサーS1〜S4を有しており、各圧力センサーS1〜S4で検出された検出値のうち任意に組み合わされた各圧力センサーS1〜S4の検出値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と大きさとが演算される。 In this way, each detection region S arranged in 3 rows × 3 columns has four pressure sensors S1 to S4, and among the detection values detected by the pressure sensors S1 to S4, The difference between the detection values of the pressure sensors S1 to S4 arbitrarily combined is calculated, and the direction and magnitude in which the external force is applied are calculated based on the difference.
以上述べたように検出装置Aによれば、以下の効果を得ることができる。
検出装置Aはセンサー基板1を有し、センサー基板1の各検出領域Sの周囲には隔壁Wが形成されているので、検出領域Sに作用した外力は隣の検出領域Sに伝搬されることが抑制される。よって、検出領域Sに作用した外力が、隣の検出領域Sの圧力センサー12によって誤検出されることが抑制される。従って、作用した外力の大きさを高い精度で検出可能な検出装置Aを提供できる。
As described above, according to the detection apparatus A, the following effects can be obtained.
Since the detection apparatus A includes the
検出装置Aは、付勢基板20に形成した弾性体突起22の先端部が検出領域S(センサー基板1)に当接した状態で滑り方向(検出装置Aに水平な方向)に変形することが可能であるので、作用した外力の方向と大きさとを高い精度で検出することができる。
The detection device A may be deformed in a sliding direction (a direction horizontal to the detection device A) in a state where the tip of the
詳しくは、付勢基板20の表面に外力が付加されると、弾性体突起22は先端部が検出領域S(センサー基板1)に配置された複数の圧力センサー12に当接した状態で圧縮変形する。このとき、面内の所定の方向の滑り力成分がある場合、弾性体突起22の変形には偏りが生じる。すなわち、弾性体突起22の重心Gは基準点Pからずれて所定方向(滑り方向)に移動する。すると、複数の圧力センサー12のうち弾性体突起22の重心Gが移動した部分と重なる割合が相対的に大きくなる。つまり、各圧力センサーS1〜S4で異なる値の圧力値が検出される。具体的には、弾性体突起22の重心Gと重なる位置の圧力センサー12では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起22の重心と重ならない位置の圧力センサー12では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。よって、各圧力センサーS1〜S4で検出された圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向を求めることができる。従って、作用した外力の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な検出装置Aを提供できる。
Specifically, when an external force is applied to the surface of the urging
(検出装置B)
次に、図17に示すセンサー基板1を搭載した検出装置Bを説明する。以下の説明では、上述した検出装置Aとの相違点を中心に説明し、検出装置Aと重複する説明は省略する。
図17は検出装置Bの概略構成を示す分解斜視図である。図17における符号Pは、検出領域の中心(基準点)を、符号Gは弾性体突起22の重心(圧力中心)を示している。
(Detection device B)
Next, the detection apparatus B on which the
FIG. 17 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the detection apparatus B. FIG. In FIG. 17, the symbol P indicates the center (reference point) of the detection region, and the symbol G indicates the center of gravity (pressure center) of the
図17に示すように、検出装置Bは、センサー基板1と、弾性体突起22とで構成される。また、検出領域Sには基準点Pを中心として4個の圧力センサー12が点対称に配置されている(図2参照)。
As shown in FIG. 17, the detection device B includes a
上述した検出装置Aとの相違点は、付勢基板20が無いこと、及び弾性体突起22の形成位置にある。詳しくは、検出装置Aはセンサー基板1と弾性体突起22と付勢基板20とで形成されているが、本検出装置Bには付勢基板20が無く、弾性体突起22はセンサー基板1の第1基板13の感圧導電ゴム(弾性体)15と接する側と反対の面に形成されている点が異なる。また、第1基板13の弾性体突起22が形成された側の面は、外力を受ける部分となる。
The difference from the detection device A described above is that there is no urging
弾性体突起22の形状は略半球状であり、弾性体突起22の先端部は外力が作用する側に向いてセンサー基板1(第1基板13)に形成されている。弾性体突起22の重心Gは、基準点Pに重なる位置に位置する。第1基板13の弾性体突起22が形成された側の面に外力が作用し、当該外力に滑り方向(検出装置Bに水平な方向)の力成分があると、弾性体突起22の重心Gは基準点Pからずれて、外力が作用する方向(滑り方向)に移動する。すると、複数の圧力センサー12のうち弾性体突起22の重心Gと重なる位置の圧力センサー12では相対的に大きい圧力値が検出され、弾性体突起22の重心と重ならない位置の圧力センサー12では相対的に小さい圧力値が検出されることとなる。よって、各圧力センサー12で検出される圧力値の差分を演算し、その差分に基づいて外力が作用した方向と大きさとを求めることができる。
The shape of the
以上述べたように検出装置Bによれば、検出装置Aでの効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
略半球状の弾性体突起22はセンサー基板1に形成されているので、滑り方向の力が作用しても、センサー基板1と弾性体突起22との接触面の水平位置には、ずれが生じにくい。詳しくは、滑り方向の力が除荷された後において、弾性体突起22の重心Gの位置を元の位置(基準点Pに重なる位置)に戻す必要がある。このとき、弾性体突起22はセンサー基板1に形成されているので、弾性体突起22の重心Gの位置と基準点Pの位置とにずれが生じにくい。従って、より安定して外力が作用した方向と大きさとを検出できる検出装置を提供できる。
As described above, according to the detection apparatus B, in addition to the effects of the detection apparatus A, the following effects can be obtained.
Since the substantially hemispherical
さらに、付勢基板20を無くすことで、外力が作用した方向と大きさとを検出できる検出装置をより安価に提供できる。
Furthermore, by eliminating the urging
また、図17の破線で示した付勢基板20を検出装置Bに付加しても良い。すなわち、検出装置Bを、センサー基板1と、弾性体突起22と、付勢基板20とで構成しても良い。
次に、上述した検出装置Aまたは検出装置Bを搭載した電子機器(図18)及びロボット(図19)に関して説明する。
Further, the urging
Next, an electronic device (FIG. 18) and a robot (FIG. 19) equipped with the above-described detection device A or detection device B will be described.
(電子機器)
図18は、上述した検出装置Aまたは検出装置Bを搭載した電子機器としての携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistants)2000の概略構成を示す模式図である。携帯情報端末2000は、複数の操作ボタン2002、電源スイッチ2003、及び表示部として上述した検出装置Aまたは検出装置Bを搭載した液晶パネル2001を備えている。電源スイッチ2003を操作すると、液晶パネル2001にはメニューボタン(図示省略)が表示される。例えば、メニューボタンを指で触れると電話帳が表示されたり、電話番号が表示されたりする。
(Electronics)
FIG. 18 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a personal digital assistant (PDA) 2000 as an electronic apparatus equipped with the detection device A or the detection device B described above. The
このような電子機器によれば、上述した検出装置Aまたは検出装置Bを備えているので、外力の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能な電子機器を提供できる。 According to such an electronic device, since the above-described detection device A or detection device B is provided, an electronic device capable of detecting the direction and magnitude of the external force with high accuracy can be provided.
なお、電子機器としては、情報携帯端末以外にも、例えば携帯電話、パーソナルコンピューター、ビデオカメラのモニター、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、デジタルスチルカメラなどのタッチパネルを備えた機器等が挙げられる。これらの電子機器に対しても、上述した検出装置Aまたは検出装置Bを搭載することができる。 In addition to information portable terminals, electronic devices include, for example, cellular phones, personal computers, video camera monitors, car navigation devices, pagers, electronic notebooks, calculators, word processors, workstations, videophones, POS terminals, digital stills. Examples of the device include a touch panel such as a camera. The above-described detection device A or detection device B can also be mounted on these electronic devices.
(ロボット)
図19は、上述した検出装置Aまたは検出装置Bを搭載したロボットとしてのロボットハンド3000の概略構成を示す模式図である。図19(a)に示すように、ロボットハンド3000は、本体部3003及び一対のアーム部3002、並びに検出装置Aまたは検出装置Bを搭載した把持部3001を備えている。例えば、リモコン等の制御装置によりアーム部3002に駆動信号を送信すると、一対のアーム部3002が開閉動作する。
(robot)
FIG. 19 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図19(b)に示すように、ロボットハンド3000でコップ等の対象物3010を把持する場合を考える。このとき、対象物3010に作用する力は把持部3001で圧力として検出される。ロボットハンド3000は、把持部3001として上述した検出装置Aまたは検出装置Bを備えているので、対象物3010の表面(接触面)に垂直な方向の力と併せて重力Mgですべる方向の力(滑り力の成分)を検出することが可能である。例えば、柔らかい物体を変形させたり、滑りやすい物体を落としたりしないよう、対象物3010の質感に応じて力を加減しながら持つことができる。
As shown in FIG. 19B, consider a case where a
このロボットによれば、上述した検出装置Aまたは検出装置Bを備えているので、外力(把持力)の方向と大きさとを高い精度で検出することが可能なロボットを提供ができる。 According to this robot, since the detection device A or the detection device B described above is provided, a robot capable of detecting the direction and magnitude of the external force (gripping force) with high accuracy can be provided.
1,2…センサー基板、12,S1,S2,S3,S4,S1b,S2a…圧力センサー、13…第1基板、14,14a,14b…第1電極、15…感圧導電ゴム、16,16a,16b…第2電極、17…第2基板、18…電極基板、20…付勢基板、22…弾性体突起、W,W1,W2,W3,W4…隔壁、S…検出領域、P…基準点、G…弾性体突起22の重心、A,B…検出装置、2000…携帯情報端末、3000…ロボットハンド。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置される弾性層と、
前記第1基板と前記第2基板のうち少なくとも一方に設けられ、前記複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に形成された隔壁と、
を備えていることを特徴とするセンサー基板。 A sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged,
A first substrate;
A second substrate;
An elastic layer disposed between the first substrate and the second substrate;
A partition wall provided between at least one of the plurality of detection regions, the partition wall being provided on at least one of the first substrate and the second substrate;
A sensor substrate comprising:
前記第2基板は、第2電極を有し、
前記弾性層は、前記第1基板の前記第1電極が形成された面と、前記第2基板の前記第2電極が形成された面とで挟持され、
前記第1電極と前記第2電極とは互いに交差し、前記第1電極と前記第2電極とが交差する領域で、前記圧力センサーが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のセンサー基板。 The first substrate has a first electrode;
The second substrate has a second electrode;
The elastic layer is sandwiched between a surface of the first substrate on which the first electrode is formed and a surface of the second substrate on which the second electrode is formed,
2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode intersect with each other, and the pressure sensor is formed in a region where the first electrode and the second electrode intersect. Sensor board.
前記弾性層は、前記第1基板と、前記第2基板の第1電極と前記第2電極とが形成された面とで挟持され、
前記第1電極と隣り合う前記第2電極との間で、前記圧力センサーが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のセンサー基板。 The second substrate has a first electrode and a second electrode,
The elastic layer is sandwiched between the first substrate and the surface on which the first electrode and the second electrode of the second substrate are formed,
The sensor substrate according to claim 1, wherein the pressure sensor is formed between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode.
基板と、
弾性層と、
前記基板に設けられ、前記複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に形成された隔壁と、
を備えていることを特徴とするセンサー基板。 A sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged,
A substrate,
An elastic layer;
A partition provided on the substrate and formed between adjacent detection regions of the plurality of detection regions,
A sensor substrate comprising:
前記弾性層は、前記基板の前記第1電極と前記第2電極とが形成された面に形成され、
前記第1電極と隣り合う前記第2電極との間で、前記圧力センサーが形成されていることを特徴とする請求項4に記載のセンサー基板。 The substrate has a first electrode and a second electrode,
The elastic layer is formed on a surface of the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed,
The sensor substrate according to claim 4, wherein the pressure sensor is formed between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode.
第1電極と第2電極とが形成された基板と、
前記基板の第1電極と前記第2電極とが形成された面に形成され、前記検出領域毎に離間し、島状に形成された弾性層と、
を備えていることを特徴とするセンサー基板。 A sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged,
A substrate on which a first electrode and a second electrode are formed;
An elastic layer formed on the surface of the substrate on which the first electrode and the second electrode are formed, spaced apart for each detection region, and formed in an island shape;
A sensor substrate comprising:
前記センサー基板は弾性層を備え、
前記弾性層には、前記複数の検出領域のうち隣り合う検出領域の間に隔壁が形成されていることを特徴とするセンサー基板。 A sensor substrate having a plurality of detection regions in which a plurality of pressure sensors are arranged,
The sensor substrate includes an elastic layer,
In the elastic layer, a partition wall is formed between adjacent detection regions among the plurality of detection regions.
前記センサー基板の前記検出領域には、前記検出領域の中心を基準点として、前記基準点の回りに前記圧力センサーが複数配置され、
前記弾性体突起は、前記基準点と重なる位置に重心が位置する様に、前記センサー基板に設けられていることを特徴とする検出装置。 A detection device comprising the sensor substrate according to any one of claims 1 to 13 and an elastic protrusion that is elastically deformed by an external force,
In the detection area of the sensor substrate, with the center of the detection area as a reference point, a plurality of the pressure sensors are arranged around the reference point,
The detection device, wherein the elastic protrusion is provided on the sensor substrate such that a center of gravity is located at a position overlapping the reference point.
前記センサー基板の前記検出領域には、前記検出領域の中心を基準点として、前記基準点の回りに前記圧力センサーが複数配置され、
前記弾性体突起は、前記基準点と重なる位置に重心が位置すると共に、外力によって前記センサー基板に当接した状態で弾性変形することを特徴とする検出装置。 A detection device comprising the sensor substrate according to any one of claims 1 to 13 and a biasing substrate having an elastic protrusion,
In the detection area of the sensor substrate, with the center of the detection area as a reference point, a plurality of the pressure sensors are arranged around the reference point,
The detecting device according to claim 1, wherein the elastic protrusion is elastically deformed in a state where the center of gravity is located at a position overlapping the reference point and is in contact with the sensor substrate by an external force.
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