JP7331557B2 - 触覚センサ - Google Patents

Description

本発明は、接触圧（押圧力）及びずり力のうち、少なくともずり力を検知する検知部を備えた触覚センサに関する。

触覚センサは、例えば、２個の電極を、導電樹脂層などからなる検知層を介して対向配置した構造となっている。その触覚センサは、入力された荷重（力）による検知層の変形に伴って発生する一対の電極間の物理量（抵抗値や静電容量など）を検出することで、接触圧やずり力を測定する（特許文献１参照）。

特許第３６６４６２２号公報

ここで、触覚センサは、電極や検知装置を構成する樹脂の選択によっては、生体内のモニタリングなどに応用できる可能性がある。
生体内のセンシング等の用途においては、センサの寸法を小さくすることで、センサの埋め込みなどで被測定対象に掛かる負担を少なくすることができる。また、センサにおける一定面積当たりの力の測定精度を上げるためには、検出部を小型化し、高集積とすることが有効である。
更に、検知部（センサ素子）を薄くすることで、触覚センサが、取り付けた生体の曲げなどの動きに追従しやすくなり、より高精度な測定が出来る。
以上のように、一部の分野では、触覚センサに使用する電極の微細化や検出部の薄型化が求められている。

ここで、触覚センサは検知層を挟んで２個の電極が対向されており、電極からは信号入出力を行うリードが接続されている。検知層は、検出する物理量によって導電層や絶縁層が選択される。物理量として例えば抵抗値変化を検出する場合、検知層として、対向した２個の電極間に導電性を持つゴムを挟む、又は検知層を構成する導電層に直接電極を印刷する、あるいは電極に検知層を構成する導電層を印刷したものを二つ作りそれらの導電層同士を重ね合わせることで構成される。

このような構成の触覚センサの場合には、対向した電極間に介在する導電層が最も厚い層となる。そのため、生体の曲げ動作等に追従するために触覚センサを薄くする場合、導電層を薄くするのが有効な手段である。
しかしながら、先行文献１に記載のような触覚センサでは、検知層を上下の電極で挟む構造であるため、ずりの入力に対する変化の出力は検知層の厚みに依存する。また、検知層は、厚ければ入力に対し変形しやすく、薄くなれば変形しづらくなる。

ここで、ずりの入力に対し検知層を入力方向に変形させるためには、少なくとも厚みと幅の比が１以上は必要である。これは、検知する物理量が抵抗値変化の検出に限らず静電容量の変化の検出においても同様である。
また、検知層はノイズ等を防ぐため挟まれる上下の電極付近に限局して形成されることが望ましい。しかし上下の電極は、小型化や薄型化のためにパターンの狭幅化や複雑化することが考えられる。そのようなパターンに対応しながら厚み方向に厚く形成するのは困難である。
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、検知層を薄くしてもずり量を十分に検出可能な触覚センサを提供することを目的とする。

課題解決のために、本発明の一態様によれば、基材の一方の面側に、第１電極と第２電極とが樹脂からなる第１検知層を介して連結された検知部を備え、上記第１電極と上記第２電極は、上記一方の面に沿った方向に離隔して配置され、上記第２電極及び上記第１検知層が、上記第１電極に対し、上記一方の面に沿った方向へ相対変位可能な構成となっていることを要旨とする。
このとき、本発明の一態様が、上記第１電極を２個有し、上記２個の第１電極は、平面視において、上記第２電極を挟んで対向配置し、各第１電極は、個別の上記樹第１脂層によって上記２電極に連結していることが好ましい。

また、本発明の他の態様は、基材の一方の面側に第１電極と第２電極とが樹脂からなる第１検知層を介して連結された検知部を備える触覚センサの製造方法であって、上記基材の一方の面に第１電極を形成する工程と、上記基材の一方の面に、上記第１検知層よりも剛性が低い樹脂からなる支持層を形成する工程と、上記形成した支持層の上に対し、平面視において、上記第１電極から離隔した位置に上記第２電極を形成する工程と、上記第１電極と上記第２電極とにそれぞれ接触するようにして上記支持層上に上記第１検知層を形成する工程と、を備えることを要旨とする。

本発明の態様によれば、ずり量を検知するための一対の電極とその間の検知層を基材の面方向に配置することにより、検知層が薄くても、一対の電極の離隔距離を大きくするほど、検知層の変形量を稼ぐことが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る触覚センサを示す平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 第１電極を形成後の構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 支持層を形成後の構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 第１検知層及び第２検知層を形成後の構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 ずり量の検出動作を説明する模式図であり、（ａ）はずり発生前であり、（ｂ）はずり発生時の状態を示す。 第１検知層にスリットを形成した場合の構成例を示す平面図である。 第１検知層にスリットを形成した場合の構成例を示す平面図であり、（ａ）は波状のスリットの場合の例であり、（ｂ）は折れ線状のスリットの場合の例である。 第１検知層にスリットを部分的に形成した場合の構成例を示す平面図である。 第１検知層に溝を形成する場合の例を示す平面図である。 ずり量検出用検知部の他の構成例を示す断面図である。 本発明に基づく実施形態に係る他の触覚センサを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、電極の形状や力の測定を行う電極の数は一例であり、本説明の内容に限定されるものではない。また、説明の簡単化のため実寸法と異なる比で図が描かれているが、本発明を損なうものではない。
本実施形態の触覚センサは、図１及び図２に示すように、基材１の一方の面１ａ側に、４個のずり検知用検知部１０と、１個の接触圧検知用検知部１１を設けた構成となっている。
接触圧検知用検知部１１は、一方の面１ａの中央部に配置されている。４個のずり検知用検知部１０は、接触圧検知用検知部１１の外周側に接触圧検知用検知部１１を囲むように配置されることで、基材１の一方の面１ａにおける端部付近に配置されている。

（基材１）
基材１は、可撓性を有するものであればよく、ＰＥＴやＰＥＮ、ポリイミドなどのプラスチックフィルムや、紙でもよい。印刷用のインキ、フォトリソグラフィーで形成する電極の条件やセンサとしての用途に合わせて適宜選択できる。
基材１の弾性率は、例えば、１０００ＭＰａ～２００００ＭＰａの範囲であり、好ましくは１０００ＭＰａ～５０００ＭＰａである。

（ずり検知用検知部１０）
各ずり検知用検知部１０は、基材１の一方の面１ａ側に形成されている。
４個のずり検知用検知部１０は、主として、接触圧検知用検知部１１を挟んで横方向で対向する２個のずり検知用検知部１０が縦方向のずり量を検出し、接触圧検知用検知部１１を挟んで縦方向で対向する２個のずり検知用検知部１０が横方向のずり量を検出する構成となっている。ずりは、基材１の面方向（一方の面１ａに沿った方向）の力成分である。少なくとも２方向のずり量の成分が検出されれば、面に沿った方向のずり力及びその方向が検出可能である
ずり検知用検知部１０はそれぞれ、図１に示すように、第１電極２と、支持層３と、第１検知層４と、第２電極５とを備える。

＜第１電極２＞
ずり検知用検知部１０は、図３に示すように、一対の第１電極２（２個の第１電極）を備える。一対の第１電極２は、基材１の一方の面１ａに形成されている。一対の第１電極２は、一方の面１ａ方向に沿って離隔して対向配置される。各ずり検知用検知部１０は、主として、一対の電極の対向方向に直交する面方向を、ずりの検出方向となる。
本実施形態では、一対の第１電極２がそれぞれ、当該一対の第１電極２の対向方向に直交する方向（ずり検出方向に相当）に向けて延在する直方体形状などの棒形状の場合を例示している。その棒形状の断面形状や長さは特に限定されるものではない。すなわち、平面視で、一対の第１電極２間に矩形の空間が形成される。

ここで、ずり検知用検知部１０の数を増やすことでより詳細にずりを測定することが出来る。このとき、ずり検知用検知部１０のずり検出方向を互いに違えることが好ましい。本実施形態では、各方向（縦方向及び横方向）へのずりを精度良く検出するため、同方向にそれぞれ２組ずつ設けた例である。また、複数のずり検知用検知部１０の配置間隔は等間隔であっても良いし、不等間隔であって良い。複数のずり検知用検知部１０を、基材１上の特定の部分のみ近づけ又は離して形成してもよい。すなわち、ずり検知用検知部１０の形成する場所も特に限定されない。ずり検知用検知部１０が１個でも良いし複数個あっても構わない。なお、同方向を検出するずり検知用検知部１０同士は離して設けることが好ましい。

図１では、ずり検知用検知部１０が、一対の第１電極２を有する場合を例示している。ずり検知用検知部１０が有する第１電極２が１個でも構わない。その例を図１２に示す。
第１電極２の形成は、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷など公知の印刷方法を用いて形成することが出来る。また、めっき、スパッタリングされた膜をエッチングして形成しても構わない。
電極印刷に用いるインキは、導電性があるものが求められる。数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いるのが一般的であるが、カーボンやアルミなどでも構わないし、合金や混合物であってもよい。
なお、図示しないが、各第１電極２にはそれぞれ信号を取り出すためのリードが接続されている。リードの経路は途中で接触しない限りどのような引き回しでも許容されるが、小型化のためには基材１の端部一箇所に集約するよう引き回すことが好ましい。リード線も印刷など公知の印刷方法を用いて形成することが出来る。

＜支持層３＞
支持層３は、図４に示すように、基材１の一方の面１ａに対し、対向する第１電極２間に形成される。支持層３は、請求項における第１支持層及び第２支持層を構成する。具体的には、図２における、第１検知層４の下層に位置する支持層３が、第１支持層を構成し、第２電極５の下層に位置する支持層３が、第２支持層を構成する。この第１支持層と第２支持層が別体でも構わない。又は、第１支持層及び第２支持層の一方を省略しても構わない。

支持層３は、第１検知層４及び第２電極５が、ずりの入力により第１電極２に比べ相対的に変位しやすくする目的で形成される。このため、支持層３は、基材１よりも変形しやすい樹脂素材、すなわち剛性が低い材料で形成する必要がある。例えば、入力するずりの大きさを考慮して、支持層３の弾性率を０．１ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下の範囲で設定する。支持層３の弾性率が０．１ＭＰａを下回ると、わずかな力で支持層３が破損してしまうため取扱いが難しくなる。また、支持層３の弾性率が５０００ＭＰａを超えると、基材１の弾性率に近づく、若しくは超えてしまい、ずりに対して変形ができなくなるおそれがある。
支持層３の形成には、第１電極２と同様に、公知の印刷方法を用いることが出来る。支持層３の材料は、例えば、加硫剤により硬度の調整が出来ることからジメチルポリシロキサンが好適に用いられる。支持層３の形成は、第１電極２のパターン形状に合わせ、印刷法等によりパターニング出来ることが望ましい。

図２では、支持層３の厚みを第１電極２の層と同じ厚みで形成した場合を例示している。すなわち、第１電極２の上面と支持層３の上面が面一となる場合を例示している。このとき、支持層３の厚みは、第１電極２の層の厚みの±５μｍ以内であればよい。また、第１電極２の上面と支持層３の上面とを面一としなくても良い。
また、本実施形態では、支持層３の寸法を、平面視で、ずり検出方向の長さを第１電極２よりも長く形成する場合を例示している。

＜第１検知層４＞
第１検知層４は、図５に示すように、支持層３の上に第１電極２層と接触するようにして形成される。
第１検知層４の材料は、検出に使用する物理量に応じて材質を使い分ける。
物理量として抵抗値変化を検出する場合は、第１検知層４の材料として、導電性樹脂を用いる。物理量として静電容量を検出する場合は、第１検知層４として絶縁樹脂を用いる。第１検知層４の材料は、ずりに対し変形する必要があるため、樹脂材料を採用する。

導電性樹脂としては、電極よりも抵抗が高く、負荷される力によって変形することで自身の抵抗値が低下する材料を用いる。そのような材料としては、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子や、グラファイトやカーボンナノチューブを用いたカーボンペーストが好適に使用される。
絶縁樹脂としては、天然ゴム、ＩＲ、ＢＲ、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム等の反発弾性が高く圧縮永久歪の少ない材質が使用できる。更に誘電率を上げるために、チタン酸バリウムなどを添加して用いても構わない。
このとき、第１検知層４と支持層３とは同じ材質のものを用いても構わない。
第１検知層４の弾性率は、例えば、０．１ＭＰａ～５０００ＭＰａの範囲であり、より好ましくは、０．１ＭＰａ～５００ＭＰａの範囲である。

第１検知層４における一対の電極間の大きさ（変形に寄与する大きさ）は、平面視において、図５に示すように、第１電極２と第２電極５との対向方向の長さをＬとし、Ｌに直交する方向の長さをＤとした場合、Ｄ：Ｌ＝１：１～１：１００を満足することが好ましい。長さＤは、第１電極２及び第２電極５に連結（接続）する長さに相当する。
ここで、後述するように、ずりの検出は、ずりの入力によって第２電極５と共に第１検知層４が変形することによる物理量の変化を検出することによって行う。第１検知層４をずり入力方向に対し十分に変形させるためには、上記の比の範囲とすることが好ましい。Ｄ：Ｌが１：１よりも幅Ｄが広いと変形しづらくなり、Ｄ：Ｌが１：１００より長さＬが長いとセンササイズが必要以上に大きくなってしまうおそれがある。

第１検知層４の形成は、支持層３と同様に、公知の印刷方法を用いることが出来る。第１検知層４は、各第１電極２層毎に形成され、一端部側が第１電極２層の上に形成されるようにパターニングする。第１検知層４の他端部は、第２電極５の形成部分を開けて対向するように形成される。なお、第２電極５を支持層３上に形成してから第１検知層４を形成しても良い。

＜第２電極５＞
第２電極５は、図１のように、支持層３上であって且つ一対の電極の対向方向中央位置に、第１電極２と平行に延在するように形成される。なお、第２電極５を形成してから支持層３を形成するようにしても良い。
第２電極５の形成は、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷など公知の印刷方法を用いて形成することが出来る。また、めっき、スパッタリングされた膜をエッチングして形成しても構わない。

電極印刷に用いるインキは、導電性があるものが求められる。数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いるのが一般的であるが、カーボンやアルミなどでも構わないし、合金や混合物であってもよい。
なお、図示しないが、各第２電極５にはそれぞれ信号を取り出すためのリードが接続されている。リードの経路は途中で接触しない限りどのような引き回しでも許容されるが、小型化のためには基材１の端部一箇所に集約するよう引き回すことが好ましい。

以上のように、ずり検知用検知部１０は、基材１の一方の面１ａに第１電極２を形成する工程と、基材１の一方の面１ａに、基材１よりも剛性が低い樹脂からなる支持層３を形成する工程と、形成した支持層３の上に対し、平面視において、第１電極２から離隔した位置に第２電極５を形成する工程と、第１電極２と２電極とにそれぞれ接触するようにして支持層３上に第１検知層４を形成する工程と、を有して形成される。

（接触圧検知用検知部１１）
接触圧検知用検知部１１は、図１及び図２に示すように、基材１の一方の面１ａ側に第３電極６と第４電極８とが樹脂からなる第２検知層７を介して積層されて構成される。
第３電極６は、図３に示すように、基材１の一方の面１ａに形成される。図示しないが、第３電極６にはそれぞれ信号を取り出すためのリードが接続されている。
第３電極６の形成は、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷など公知の印刷方法を用いて形成することが出来るし、めっき、スパッタリングされた膜をエッチングして形成しても構わない。電極印刷に用いるインキは、導電性があるものが求められる。数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いるのが一般的であるが、カーボンやアルミなどでも構わないし、合金や混合物であってもよい。

第２検知層７は、図５に示すように、第３電極６を覆うようにして、第３電極６の上に形成される。
第２検知層７の材料や形成方法は、第１検知層４と同様とすれば良い。
第４電極８は、図１及び図２に示すように、第１検知層４の上に形成する。第４電極８の材料や形成方法は第３電極６と同様とする。
図２では、相対的に第２電極５よりも第４電極８が高くなるように構成した場合を例示している。

（動作その他）
押圧（接触圧）は、接触圧検知用検知部１１によって測定される。
触覚センサに押圧方向の荷重が負荷されると、第２検知層７が圧縮する方向に変形することで、相対的に第４電極８が第３電極６側に近づくように変位する。この変位による第３電極６と第４電極８との間の物理量（電位や抵抗値、静電容量）の変化を、接触圧力として出力する。

ずり応力は、ずり検知用検知部１０によって測定される。
各ずり検知用検知部１０は、その検知部１０が検出するずり検出方向である面内方向の力Ｆが入力されると、図６に示すように、第１検知部がずり方向に変形することで、第１電極２に対し、第２電極５が延在方向に変位する。
このとき、第１電極２と第２電極５の対向方向における重なり部分が減少することで、電極間の距離が広がる。この結果、ずり検知用検知部１０は、第１検知層４の変形前と比べて電極間の電気抵抗値や電極間に流れる電流量、あるいは電極間の静電容量が減少する。この変化をずり応力値として出力する。

このとき、本実施形態では、図６に示すように、対向電極とずり応力により変形する第１検知層４が基材１面厚み方向ではなく面方向に配置する構成であるため、第１検知層４を変形させるために必要なパラメータは面方向の距離となる。対向する電極の離隔距離の変更や小型化による幅の変更は、従来の印刷技術で容易に達成できるため、小型化しても変形に必要な対向電極間の距離を確保することが出来る。更に対向電極のうち一方は基材１よりも柔らかい樹脂層の上に形成されているため、ずりの入力により移動しやすい。

ここで、第１電極２と第２電極５とを基材１厚さ方向に対向配置した場合、単位面積当たりのセンサ数を増やして解像度を上げる、動体に貼り付けて使用するためにフレキシブル性を持たせるなどを想定した場合、センサ自体の小型化や薄型化が必要であり、樹脂層の厚みも減少させる必要がある。しかし、電極間にはさまれる第１検知層４の厚みを減少させると、ずり方向の剛性が相対的に上がってしまい変形しづらくなる。また、センサの小型化によって検出電極と共に、樹脂層も幅と長さを小さく形成する必要がある。しかしながら、印刷によるダレやパターンの倒れがあるため幅や長さに対して厚みだけを突出させて厚く形成することは困難である。

（変形例）
（１）図７に示すように、第１検知層４は、第１電極２から第２電極５に向かってスリットが入った形状であってもよい。この場合、第１検知層４は、複数本の帯状体４Ａから構成される。
また、スリットは、直線状のものだけでなく、図８の例のように、波状のスリットを設け第１検知層４を複数本の波状の帯状体４Ｂとしたり（図８（ａ））、ジグザグの形状のスリットを設けて第１検知層４をジグザグ状の帯状体４Ｃとしたり（図８（ｂ））してもよい。また、スリットの間隔（帯状体４Ａの幅）に制限はない。これにより、ずりの入力によって第２電極５をより動きやすくすることが出来る。

図７や図８に示すようなスリットを入れた構成の場合、第１検知層４は、スリットにより分割された複数本の帯状体から構成され、各帯状体の幅Ｄ１と長さの比が上記の比の範囲に入っていればよい。
また、スリット４ａは、図９に示すように、第１電極２側から第２電極５側に向けて延びる部分的な形状であっても良い。この場合、第１、第２電極２，５と第１検知層４の連結部を、スリット４ａを設けても強固とすることが可能となる。
また、スリットの代わりに、図１０に示すように、第１電極２側から第２電極５側に向けて延びる溝４ｂを設けても良い。

（２）支持層３を省略しても良い。この場合、例えば、図１１に示すように、第１検知層４及び第２電極５と、基材１の一方の面１ａとの間を縁切りして、第１検知層４及び第２電極５が、基材１上をスライド可能に構成する。

（効果）
本実施形態は、次のような効果を奏する。
（１）本実施形態の触覚センサは、基材１の一方の面１ａ側に、第１電極２と第２電極５とが樹脂からなる第１検知層４を介して連結された検知部を備え、第１電極２と第２電極５は、一方の面１ａに沿った方向に離隔して配置され、第２電極５及び第１検知層４が、第１電極２に対し、一方の面１ａに沿った方向へ相対変位可能な構成となっている。
この構成は、例えば、基材１の一方の面１ａに第１電極２を形成する工程と、基材１の一方の面１ａに、基材１よりも剛性が低い樹脂からなる支持層３を形成する工程と、上記形成した支持層３の上に対し、平面視において、第１電極２から離隔した位置に第２電極５を形成する工程と、第１電極２と第２電極５とにそれぞれ接触するようにして支持層３上に第１検知層４を形成する工程と、を備える製造方法で形成する。
この構成によれば、ずり量を検知するための一対の電極とその間の第１検知層４を基材１の面方向に配置することになる。この結果、検知層が薄くても、一対の電極の離隔距離を大きくするほど、検知層の変形量を稼ぐことが可能となる。また、検知層が薄くても、一対の電極の離隔距離を大きく設定できるので、リード線の取り周しにも有利な構成となる。

（２）本実施形態の触覚センサは、第１電極２を２個有し、２個の第１電極２は、平面視において、第２電極５を挟んで対向配置し、各第１電極２は、個別の第１検知層によって第２電極と連結している。
この構成によれば、図６のように、第２電極５の両側に第１検知層４が配置されることで、第２電極５のずり検出方向への変位がより安定化する。
なお、この場合、各第１電極２と第２電極５とが検出した２個の物理量の平均値を、ずり量の相当する物理量とする。

（３）本実施形態の触覚センサは、第１検知層４と一方の面１ａと間に基材１よりも剛性が低い樹脂からなる第１支持層３を有する。
この構成によれば、簡易な構成で、より確実に第１検知層４が面方向に変形可能となる。
（４）本実施形態の触覚センサは、第２電極５と一方の面１ａとの間に基材１よりも剛性が低い樹脂からなる第２支持層３を有する。
この構成によれば、簡易な構成で、より確実に第２電極５が面方向に変位可能となる。
（５）本実施形態の触覚センサは、検知部を複数組有し、平面視において、各検知部における第１電極２と第２電極５の対向方向が、互いに異なる。
この構成によれば、２次元方向のずり量を検出可能となる。

（６）本実施形態の触覚センサは、基材１の一方の面１ａ側に第３電極６と第４電極８とが樹脂からなる第２検知層７を介して積層された押圧検出用検知部を有する。
押圧検出用検知部は、例えば、基材１の一方の面１ａ側に第３電極６を形成する工程と、第３電極６の上に樹脂からなる第２検知層７を構成する工程と、第２検知層７の上に第４電極８を形成する工程と、を備える触覚センサの製造方法で形成する。
この構成によれば、ずり量の測定と共に接触圧も検出可能となる。
（７）本実施形態の触覚センサは、第１検知層４には、第１電極２側から第２電極５側に向けて延びる複数のスリット４ａ若しくは溝４ｂが形成されている。
この構成によれば、第１検知層４が目的とするずり検出方向に変位しやすくなる。

（８）本実施形態の触覚センサは、第１電極２と第２電極５とが一方の面１ａに沿って同方向に延在し、第１検知層４は、平面視において、第１電極２と第２電極５との対向方向の長さをＬとし、Ｌに直交する方向の長さをＤとした場合、Ｄ：Ｌ＝１：１～１：１００を満足する。
この構成によれば、検出部でのずり検知をより確実なものとすることができる。
（９）本実施形態の触覚センサは、第１検知層４の弾性率が、０．１ＭＰａ以上５０００Ｍｐａ以下である。
この構成によれば、より確実にずり検知のための第１検知層４を変形可能となる。

次に、本発明の実施例について説明する。
実施例の触覚センサの形状は、図１に示す形状に準じた構成とする。
（実施例１）
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備した。図３に示す第１電極２を、銀ペーストを用いて１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲内に印刷法で作製した。第３電極６は基材１中央に１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形状で作製した。第１電極２は１組を構成する２個の電極をそれぞれ長方形状で作製し、短辺の寸法を０．５ｍｍ、長辺の寸法を３ｍｍとし、対をなす第１電極２の間隔を２．５ｍｍあけての配置とした。対をなす第１電極２を、図３のように、第３電極６を囲むように４組配置した。また各電極と同時に配線部分も幅０．０３ｍｍで、互いに交わることがないように配置した。

次に、対をなす第１電極２間に、支持層３として東レ・ダウコーニング社のＳＩＬＰＯＴ１８４を印刷法で塗布した。
次いで、支持層３上及び第３電極６上に第１検知層４及び第２検知層７を形成した。第１検知層４及び第２検知層７として、十条ケミカル製のカーボンインキＣＨ－Ｎを印刷法で形成した。支持層３上に形成する第１検知層４のパターンは、一つあたり幅Ｄ１＝０．２ｍｍ、長さＬ＝１．５ｍｍの短冊状（Ｄ１ ： Ｌ ＝ １ ： ７．５）とし、図７に示すように、第１電極２を構成する長方形電極の一部に接触するように位置合わせを行い、長方形電極からなる第１電極２の長辺方向に０．１ｍｍ間隔で片側あたり１０本ずつ、計２０本形成した。第３電極６上には、第２検知層７を２ｍｍ×２ｍｍの正方形状に形成した。

更に、第１検知層４及び第２検知層７の上に、銀ペーストを用いて第２電極５、第４電極８を印刷法で形成し、図１、図２のような形状のセンサを得た。第１検知層４上の第２電極５は、第１電極２の第１電極２と同じ大きさとし、対をなす第１電極２間のちょうど中央に位置を合わせて形成した。第２検知層７上の第４電極８は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形状とした。

以上のように形成した触覚センサ全体に、指で厚み方向に圧力をかけたところ、圧力検出電極において抵抗値の変化が確認された。また指で面方向にずり力をかけたところ、力を入れた方向に対応するずり検出電極が大きく抵抗値変し、センサとして圧力とずりが検出できることを確認した。

（実施例２）
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備し、図３に示す第１電極２を、銀ペーストを用いて１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲内に印刷法で作製した。第３電極６は基材１中央に１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形状で作製した。第１電極２は１組を構成する２個の電極をそれぞれ長方形状で作製し、短辺の寸法を０．５ｍｍ、長辺の寸法を３ｍｍとし、対をなす第１電極２の間隔を２．５ｍｍあけての配置とした。対をなす第１電極２を、第３電極６を囲むように４組配置した。また、各電極と同時に配線部分も幅０．０３ｍｍで、互いに交わることが無いように配置した。

次に、対をなす第１電極２間に、支持層３として東レ・ダウコーニング社のＳＩＬＰＯＴ１８４に硬化剤を混ぜたものを印刷法で塗布し硬化させた。
次いで、支持層３上及び第３電極６上に、第１検知層４、第２検知層７を形成した。第１検知層４、第２検知層７としてアサヒ化学研究所製の絶縁ペーストＦＲ－１Ｔ－ＮＳＤ９を印刷法で形成した。このとき、支持層３上には幅Ｄ＝１．４ｍｍ、長さＬ＝１．５ｍｍのパターン（Ｄ ： Ｌ ＝ １ ： １）を第１電極２２Ａ、２Ｂを構成する長方形電極の一部に接触するように位置合わせを行い、長方形電極長辺方向に０．１ｍｍ間隔で片側あたり２個、計４個形成した。第３電極６上には２ｍｍ×２ｍｍの正方形状に形成した。

更に、第１検知層４及び第２検知層７の上に、銀ペーストを用いて第２電極５、第４電極８を印刷法で形成し、図１のような形状の触覚センサを得た。第１検知層４上の第２電極５は第１電極２の第１電極２と同じ大きさとし、対をなす第１電極２間のちょうど中央に配置した。第２検知層７上の第４電極８は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形状とした。
そして、触覚センサの各電極に電圧をかけ、全体に指で厚み方向に圧力をかけたところ、圧力検出電極において静電容量値の増加が確認された。また指で面方向にずり力をかけたところ、力を入れた方向に対応するずり検出電極の静電容量値が増減し、センサとして圧力とずりが検出できることを確認した。

（比較例１）
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備し、図３に示す第１電極２を、銀ペーストを用いて１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲内に印刷法で作製した。第３電極６は、基材１中央に１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形状で作製した。第１電極２をそれぞれ長方形状で作製し、短辺の寸法を０．５ｍｍ、長辺の寸法を３ｍｍとし、対をなす第１電極２の間隔を２．５ｍｍあけての配置とした。第１電極２２Ａ、２Ｂを 第３電極６を囲むように４組配置した。また、各電極と同時に配線部分も幅０．０３ｍｍで、互いに交わることが無いように配置した。

次に対をなす第１電極２間に支持層３として東レ・ダウコーニング社のＳＩＬＰＯＴ１８４に硬化剤を混ぜたものを印刷法で塗布し硬化させた。
次いで、支持層３上及び第３電極６上に第１検知層４及び第２検知層７を形成した、第１検知層４及び第２検知層７として十条ケミカル製のカーボンインキＣＨ－Ｎを印刷法で形成した。支持層３上に形成する第１検知層４のパターンは幅Ｄ１＝３ｍｍ、長さＬ＝１．５ｍｍの短冊（Ｄ１ ： Ｌ ＝ １ ： ０．５）とし、第１電極２を構成する長方形電極の一部に接触するように位置合わせを行い、片側あたり１本ずつ、計２本形成した。第３電極６上には２ｍｍ×２ｍｍの正方形状に形成した。

更に、第１検知層４及び第２検知層７の上に、銀ペーストを用いて第２電極５、第４電極８を印刷法で形成し、図１のような形状の触覚センサを得た。第１検知層４上の第２電極５は第１電極２の第１電極２と同じ大きさとし、対をなす第１電極２間のちょうど中央に位置を合わせて形成した。第２検知層７上の第４電極８は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形状とした。
この触覚センサ全体に指で厚み方向に圧力をかけたところ、圧力検出電極において抵抗値の変化が確認された。しかし指で面方向にずり力をかけたところ、力を入れた方向に対応するずり検出電極が抵抗値変化せず、ずりの検出ができなかった。

（比較例２）
基材１として１２５μｍのポリイミドフィルム（東レ：カプトン５００Ｖ）を準備し、図３に示す第１電極２を、銀ペーストを用いて１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲内に印刷法で作製した。第３電極６は基材１中央に１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形状で作製した。第１電極２は１組を構成する２個の電極をそれぞれ長方形状で作製し、短辺の寸法を０．５ｍｍ、長辺の寸法を３ｍｍとし、対をなす第１電極２の間隔を２．５ｍｍあけての配置とした。第１電極２を、第３電極６を囲むように４組配置した。また、各電極と同時に配線部分も幅０．０３ｍｍで、互いに交わることが無いように配置した。

次に、対をなす第１電極２間に支持層３として東レ・ダウコーニング社のＳＩＬＰＯＴ１８４に硬化剤を混ぜたものを印刷法で塗布し硬化させた。
次いで、支持層３上及び第３電極６上に第１検知層４、第２検知層７を形成した。第１検知層４、第２検知層７としてアサヒ化学研究所製の絶縁ペーストＦＲ－１Ｔ－ＮＳＤ９を印刷法で形成した。このとき、支持層３上には幅Ｄ＝３ｍｍ、長さＬ＝１．５ｍｍのパターン（Ｄ ： Ｌ ＝ １ ： ０．５）を第１電極２２Ａ、２Ｂを構成する長方形電極の一部に接触するように位置合わせを行い、長方形電極長辺方向に０．１ｍｍ間隔で片側あたり１個、計２個形成した。第３電極６上には２ｍｍ×２ｍｍの正方形状に形成した。

更に、第１検知層４及び第２検知層７の上に、銀ペーストを用いて第２電極５、第４電極８を印刷法で形成し、図１のような形状の触覚センサを得た。第１検知層４上の第２電極５は第１電極２の第１電極２と同じ大きさとし、対をなす第１電極２のちょうど中央に位置を合わせて形成した。第２検知層７上の第４電極８は、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形状とした。
この触覚センサ全体に指で厚み方向に圧力をかけたところ、圧力検出電極において静電容量の変化が確認された。しかし指で面方向にずり力をかけたところ、力を入れた方向に対応するずり検出電極の静電容量が変化せず、ずりの検出ができなかった。
以上のように、本発明に基づく触覚センサは、薄いにも関わらず有効にずり量を検知できることが分かる。

１ 基材
１ａ 一方の面
２ 第１電極
３ 支持層（第１支持層、第２支持層）
４ 第１検知層
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 帯状体（第１検知層）
４ａ スリット
４ｂ 溝
５ 第２電極
６ 第３電極
７ 第２検知層
８ 第４電極
１０ ずり検知用検知部
１１ 接触圧検知用検知部
Ｆ 面内方向の力

Claims (8)

1. 基材の一方の面側に、第１電極と第２電極とが樹脂からなる第１検知層を介して連結された検知部を備え、
   上記第１電極と上記第２電極は、上記一方の面に沿った方向に離隔して配置され、
   上記第２電極及び上記第１検知層が、上記第１電極に対し、上記一方の面に沿った方向へ相対変位可能な構成となっており、
   上記第１電極を２個有し、
   上記２個の第１電極は、平面視において、上記第２電極を挟んで対向配置し、
   各第１電極は、個別の上記第１検知層によってそれぞれ上記第２電極に連結している、
   ことを特徴とする触覚センサ。
2. 上記第１検知層は、上記一方の面に上記基材よりも剛性が低い樹脂からなる第１支持層を介して設けられていることを特徴とする請求項１に記載した触覚センサ。
3. 上記第２電極は、上記一方の面に上記基材よりも剛性が低い樹脂からなる第２支持層を介して設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した触覚センサ。
4. 上記検知部を複数有し、少なくとも２個の上記検知部は、平面視において、各検知部における上記第１電極と上記第２電極の離隔方向が、互いに異なることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載した触覚センサ。
5. 上記基材の一方の面側に第３電極と第４電極とが樹脂からなる第２検知層を介して積層された接触圧検知用検知部を有することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載した触覚センサ。
6. 上記第１検知層には、上記第１電極側から第２電極側に向けて延びる複数のスリット若しくは溝が形成されていることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか１項に記載した触覚センサ。
7. 上記第１電極と上記第２電極とが、上記一方の面に沿って同方向に延在し、
   上記第１検知層は、平面視において、上記第１電極と上記第２電極との離隔方向の長さをＬとし、Ｌに直交する方向の長さをＤとした場合、Ｄ：Ｌ＝１：１～１：１００を満足することを特徴とする請求項１～請求項６のいずれか１項に記載した触覚センサ。
8. 上記第１検知層の弾性率が、０．１ＭＰａ以上５０００Ｍｐａ以下であることを特徴する請求項１～請求項７のいずれか１項に記載した触覚センサ。

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