JPH01312434A - 圧覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧覚センサに関し、詳しくは、複数のセンサ
セルを共同の弾性床上にマトリックス状に配列させ、個
々のセンサセルに蔓圧部を介して加えられた力の検出が
可能な、ロボットハンド等に装着して使用される圧覚セ
ンサに関する。

［従来の技術］ 従半、ロボットハンド等に使用されてきた圧覚センサと
しては、例えば押ボタン式のものや導電性シートの両面
に電極を設けたもの等構造が比較的に簡単なものが多か
フた。このような圧覚せンサは、構造が極めて簡単であ
り、従って把持物から受ける力の伝達手段等については
特別に配慮を要しなかったが、近年では知能ロボットの
開発に伴い、把持対象物に対して人間の指部が手掌に相
当する圧覚機能を備えた圧覚センサが要求されるように
なった。

そこで、このような圧覚センサを実現させるために、小
型、かつｉ’ｉ？　！、’ｒ“１であり柔軟性のあるセ
ンサが水出願人等によって提案されてきた。第５図は従
来のこの種の圧覚センサにおける１つの素子を取出し°
〔示した構成図である。ここで、ｉは弾性床２上に取付
けられたセンサセルであり、単結晶シリコン板で形成さ
れ、その上面には外力を検出するための複数の歪ゲージ
３、これらの歪ゲージ３から電気抵抗値を取出すための
電極４および外力をセンサセルｌに伝達するための受圧
部５等が設けられている。６は受圧部５をセンサセル１
に接着させている接着剤である。

なお、歪ゲージ３は半導体プロセスで形成されるもので
、これらの歪ゲージ３はホイートストンブリッジ回路に
組込まれており、歪ゲージ３に発生するピエゾ効果、す
なわちひずみによって電気抵抗値が変化する現象を利用
して、加えられた力を電気信号として取出すことができ
る。第６図は上述のホーイストンブリッジ回路の構成図
で、図中のＩｌｌ〜旧は実際のセンサセル１に形成され
る歪ゲージ３に対応する回路図上の歪ゲージであり、相
対する頂点間に電圧■が印加され、さらに、その一端が
接地（Ｇ）されており、他方の相対する頂点から引出さ
れた出力線端子間で出力信号Ｅが取出される。また、こ
れらの歪ゲージＲ１〜Ｒ４間に接続された配線は、電極
４を介して不図示のフレキシブル配線基板上の配線とそ
れぞれ接続される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した形態の従来の圧覚センサは弾性
床、センサセルと不図示のフレキシブル配線基板および
センサセルの受圧部上に設けられた表皮等で構成されて
おり、例えば把持物体を把持したときに、受圧部を介し
てセンサセルに伝達される外力の伝達方法に問題がある
。とりわけ、受圧部５とセンサセル１とは第５図に示し
たように接着剤６で取付けられているが、その接合位置
に高精度が要求されるのみならず、受圧部５に加わる外
力に対して十分耐えることのできる接合強度が保持され
なければならない。

しかるに、第５図に示すように、受圧部５の周囲から接
着剤６が食み出して固形化した場合、その塊が受圧部５
の近傍に配設されている歪ゲージ３の上に付着し、この
ため、歪ゲージ３からの出力信号が阻害され圧覚センサ
としての機能に支障をきたす。

また、第７図に示すように、接着剤６が少なすぎると受
圧部５とセンサセル１との間の接合力が不安定となり、
はがれ易い原因ともなる。なおここで、７はセンサセル
１上に形成された金属蒸着層を示す。

更にまた、第８図はこの種の圧覚センサにより１、把持
物体を把持したときの状態を示し、ここで、８は弾性体
の表皮、９は把持物体、ｌＯはフレキシブル配線基板で
ある。このように、把持物体９が２個の受圧部５の中間
で把持された場合、フレキシブル配線基板１０が表皮８
を介して押圧され、そのために該フレキシブル配線基板
１０の下面に設けられた電極４Ａとセンサセル１上に設
けられた電極４とを接合しているはんだ付けがはずれて
しまうことがあり、センサ機能が損なわれるばかりか、
ロボットの誤操作を招く恐れがあった。

本発明の目的は、上述した従来の課題に着目し、その解
決を図るべく、外力を広い範囲で安定して受圧部を介し
センサセルに正確に伝達することができ、歪ゲージを介
して出力信号を取出すことのできる、特にロボットハン
ド向きに好適な信顆性の高い圧覚センサを）是供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明は、上面に複数の
歪ゲージが形成されたセンサセルを共同の弾性床面にマ
トリクス状に配設し、複数のセンサセルの上部に複数の
歪ゲージからの出力信号処理回路が形成されたフレキシ
ブル配線基板を有し、センサセルに受圧部を介して力が
伝達されるようにした圧覚センサにおいて、センサセル
の各々の上面中央部に有底孔を設けて、その周囲に複数
の歪ゲージを配設し、フレキシブル配線基板の有底孔に
対応する位置に受圧部挿入孔を設け、フレキシブル配線
基板上にフレキシブル配線基板を覆蓋する表皮部材を設
け、表皮部材の下面側に当該表皮部材と一体に複数の受
圧部を突設し、複数の受圧部を前記受圧部挿入孔から下
方に貫通させてセンサセルの各々に設けた有底孔に嵌合
させるようにしたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、各センサセルの中央部に設けた有底孔
に、フレキシブル配線基板に設けた受圧部挿入孔を介し
、表皮部材と一体成形した受圧部の先端嵌合部を嵌め合
わせるようにしたことによって、表皮部上面側から把持
物等によって加えられる力を受圧部およびセンサセルの
有底孔を介してセンサセルに無理なく伝達することがで
き、センサセル上の歪ゲージを介して上記の力に関する
正確な出力信号を得ることができる。

［実施例］ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細、かつ具
体的に説明する。

第１図は本発明にかかるセンサセルの一例を示し、セン
サセル１１はその中央部にドライエツチング法等によっ
て形成した有底孔１２を有する。なお、周知の半導体プ
ロセスにより形成される電極４や不図示の配線パターン
および歪ゲージ３等については第５図に示した例と変わ
るところはない。ドライエツチング法は、周知のように
、真空容器内に特殊なガスを導入し、プラズマを発生さ
せて、物理化学的にシリコンの表面をエツチングするも
ので、近年では半導体デバイスの微細加工に広く使用さ
れている。

次に、このようにして構成したセンサセル１１をフレキ
シブル配線基板ｌＯと接合する過程を第２図によって説
明する。

第２図において、１３はフレキシブル配線基板ｌＯを保
持する定盤であり、フレキシブル配線基板１０はその電
極４＾等が設けられている面が上になるようにして定盤
１３上に載置される。ｌＯ＾はフレキシブル配線基板ｌ
Ｏに穿設されている受圧部挿入孔であり、受圧部挿入孔
ｌＯ＾には後述するようにしてここでは不図示の受圧部
をセンサセル１１の有底孔１２に向けて貫通させること
ができる。

また、１４は個々のセンサセル１１をフレキシブル配線
基板ｌＯに対して正確な相対位置に保つための間隔治具
であり、このような間隔治具１４によりその治具孔１４
Ａにセンサセル１１を嵌め合わせたときに電極４と４Ａ
同士、およびセンサセル１１の有底孔１２とフレキシブ
ル配線基板ｌＯの受圧部挿入孔１０Ａとがそれぞれ対向
位置に案内されるようにする。

かくして、第２図に示すように電極４と４Ａとを当接さ
せた状態に保ち、センサセル１１の裏面側、すなわち第
２図で上方からレーザ装置１５ニよりレーザ光１５Ａを
照射して、電極４．４八を溶融接合させることができる
。

次に、第３図および第４図によりユニットとして完成し
た状態の圧覚センサについて説明する。

まず、第２図に示したようにしてフレキシブル配線基板
１０と電気的に接合されたセンサセル１１のマトリクス
状集合体（アレイともいう）を天地してフレキシブル配
線基板１０がセンサセル１１の上方に位置するようにな
し、センサセル１１の下面にそフサセル１１間のすき間
に対応した位置に格子状に薄肉部１７＾が形成されてい
るが、これは表皮の影響をなるたけ少なくして各センサ
セル１１に把持力が有効に伝わるようにしたものである
。

このように構成することにより、従来型の受圧部５より
広い面積で物体を把持できるので、圧覚センサとしての
検出範囲が広くなる。更にまた、受圧部１６と表皮部材
１７の一体化を図ることにより圧覚センサの組立工程が
簡素化される。

さて、上述のようにして構成した受圧部付きの表皮部材
１７の受圧部１６の形成されている側を下向きとなし、
各受圧部１６を第４図に示すようにフレキシブル配線基
板１０の受圧部挿入孔１０＾から下方に貫通させ、更に
各受圧部１６の先端に形成した嵌合部１６Ａを対応する
センサセル１１の有底孔１２にそれぞれ嵌め合わせるこ
とによって第３図に示す完成状態の圧覚センサを得るこ
とができる。

なお、以上説明した実施例では受圧部１６の先端に形成
する嵌合部１６＾を有底孔１２の形状に合わせされて、
表皮部材１７に加えられた力が受圧部１６を介してセン
サセル１１に完全に伝達され、しかも受圧部先端が横ず
れしないような形状であれば嵌合形態はどのような形態
であってもよい。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、センサセル
の上面中央部に有底孔を設けてその周囲に歪ゲージを配
設し、マトリクス状に配設されたセンサセル上に設けら
れるフレキシブル配線基板の有底孔に対応する位置に受
圧部挿入孔を設け、フレキシブル配線基板上を覆蓋する
表皮部材の下面側に表皮部材と一体に形成した受圧部を
突設し、これらの受圧部を受圧部挿入孔から下方に貫通
させて各センサセルに形成した有底孔に嵌合させるよう
にしたので、従来のように衝撃や熱のために受圧部とセ
ンサセルとの間の接合部や電気的接続部が剥離したりす
ることがなくなり、またその間の接着剤による歪ゲージ
からの出力信号障害の恐れがなく、受圧部のセンサセル
への接着工程把持力を検出することのできる圧覚センサ
の提供が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるセンサセルの車体の一例を示す
構成図、 第２図は本発明にかかるセンサセルとフレキシブル配線
基板とを電気的に接続するための組立図、 第３図は本発明圧覚センサの構成を示す断面図、 第４図は本発明圧覚センサを一部分解して示す斜視図、 第５図は従来の圧覚センサにおけるセンサセル単体の一
例を示す構成図、 第６図はそのセンサセル上の歪ゲージ間に形成されるブ
リッジ回路の構成図、 第７図は従来の圧覚センサでのセンサセルと受圧部との
不良接続状態の一例を示す断面図、第８図は従来の圧覚
センサによる把持物の把持３・・・歪ゲージ、 ４．４＾・・・電極、 １０・・・フレキシブル配線基板、 １０Ａ・・・受圧部挿入孔、 １１・・・センサセル、 １２・・・有底孔、 １３・・・定盤、　。 １４・・・間隔治具、 １６・・・受圧部、 １１ｉＡ・・・嵌合部、 １７・・・表皮部材、 １７Ａ・・・薄肉部。 待　日子　出　願え　工業技Ｉ４？院長　介す？　−ケ
二第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 ５ｑ圧ａ ノ 第７図 ７９肥貸物体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　上面に複数の歪ゲージが形成されたセンサセルを共同
   の弾性床面にマトリクス状に配設し、複数の前記センサ
   セルの上部に前記複数の歪ゲージからの出力信号処理回
   路が形成されたフレキシブル配線基板を有し、前記セン
   サセルに受圧部を介して力が伝達されるようにした圧覚
   センサにおいて、 前記センサセルの各々の上面中央部に有底孔を設けて、
   その周囲に前記複数の歪ゲージを配設し、 前記フレキシブル配線基板の前記有底孔に対応する位置
   に受圧部挿入孔を設け、 前記フレキシブル配線基板上に該フレキシブル配線基板
   を覆蓋する表皮部材を設け、該表皮部材の下面側に当該
   表皮部材と一体に複数の受圧部を突設し、 該複数の受圧部を前記受圧部挿入孔から下方に貫通させ
   て前記センサセルの各々に設けた有底孔に嵌合させるよ
   うにしたことを特徴とする圧覚センサ。