JPH0750689Y2 - 感圧センサー - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、感圧導電性エラストマ
ーの有する特性を利用したセンサーの改良技術に関し、
特に、圧力が作用する部分の形状に改良を加えて従来に
は存在しなかった特殊機能を所有させるための技術であ
り、例えば食品用ロボット、医療用ロボット、産業用ロ
ボット、機械装置用の感圧センサー等の触覚部分を有す
る装置への利用に供し得るセンサーに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、無加圧時には高電気抵抗値を
示して絶縁性を有し且つ加圧時には圧縮変形することに
より低電気抵抗値を示して導電性を有するようになる材
料として、感圧導電性ゴムに代表される感圧導電性エラ
ストマーがあり、この種の材料は、例えば特公昭５６−
９１８７号公報、特公昭５６−５４０１９号公報、特公
昭６０−７２２号公報、特公昭６０−７２３号公報等に
より、既に公知となっている。この感圧導電性エラスト
マーは、ゴム又はエラストマーでなる絶縁体の中に金属
や造粒カーボン等の導電性粒子を混合分散させたもので
あり、その特性は、無加圧時には導電性粒子が互いに離
れているために絶縁性を示すのであるが、圧力を加えて
いくことにより導電性粒子が互いに接近し或いは接触し
て電気抵抗値が次第に低下し、これに伴って導電性を示
すようになるものである。

【０００３】このような感圧導電性エラストマーの有す
る特性を利用して実際にセンサーに適用した従来例とし
て、図８に示すように、感圧導電性エラストマー１００
の上面及び下面にフィルム状のフレキシブルプリント基
板１０１、１０２を配設し、この双方のプリント基板１
０１、１０２に上面側と下面側とで互いに直交する方向
に延びる多数列の電極１０１ａ…１０１ａ、１０２ａ…
１０２ａを所定のピッチで列設したものである。このセ
ンサーによれば、特定の一箇所に圧力が加えられて感圧
導電性エラストマーシート１００が圧縮変形を来たした
場合には、当該一箇所に存在する上面側プリント基板１
０１の電極１０１ａと下面側プリント基板１０２の電極
１０２ａとの間が導通状態となり、この導通状態となっ
ている電極１０１ａのＸ方向位置と電極１０２ａのＹ方
向位置とから圧力が加えられている箇所のＸ−Ｙ座標が
特定できるものであり、また導通時の通電量から圧力の
大きさを知得できるものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記例
示した従来のセンサーは、以下に示すような問題点があ
った。即ち、感圧導電性エラストマーシート１００の上
面側に配設されたフレキシブルプリント基板１０１は、
ポリエステルやポリアミド等のプラスチックでなるフィ
ルムに銅箔或いはアルミ箔等の電極を貼着したものであ
るため、上方からの加圧力は感圧導電性エラストマーシ
ート１００に直接的に作用するものではなく、フレキシ
ブルプリント基板１０１を介して間接的に作用すること
となり、このため加圧力はフレキシブルプリント基板１
０１によって分散されてしまい、感圧導電性エラストマ
ーシート１００が本来的に有している特性よりも分解能
が低下するという問題がある。

【０００５】更に、上記のセンサーが検出可能な圧力の
方向は、感圧導電性エラストマーシート１００の上面を
指向する方向のみであって、当該上面と平行な方向を指
向する圧力は感知できず、また当該上面に対して傾斜状
に作用する圧力であっても傾斜角が小さい場合には圧力
を殆ど感知できず、触覚としての機能を果し得ないとい
う問題がある。

【０００６】本考案は上記諸事情に鑑みてなされたもの
であり、分解能の低下の問題点や検知可能な圧力方向制
限の問題点等を総合的に検討することにより、分解能が
良く而も検知可能な圧力方向が多方向であって、触覚と
しての機能を充分に発揮し得る感圧センサーを提供する
ことを技術的課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の技術的課題を達成
するために、本願考案は、その手段として、感圧導電性
エラストマー部材と、該感圧導電性エラストマー部材の
表面側に設けられた圧力検出用凸部と、該圧力検出用凸
部に位置する前記感圧導電性エラストマー部材の裏面側
に配設された電極とを有する感圧センサーにおいて、前
記圧力検出用凸部が隆起した平坦状でない基部と、該基
部の表面より更に突出する棒状の先端部とから形成され
て前記感圧導電性エラストマー部材と一体成形されたこ
とにあり、更に、前記圧力検出用凸部が所定の規則性を
もって複数形成されたことにある。

【０００８】

【作用】上記手段によると、感圧導電性エラストマー部
材の表面側に形成されている圧力検出用凸部に加圧力が
作用した場合には、この圧力検出用凸部の形成箇所周辺
が表面側から裏面側にわたって変形を来し、この変形に
起因する電気抵抗変化が圧力検出用凸部の裏面側に配設
されている電極より取り出される。この場合、上記加圧
力は圧力検出用凸部に集中して作用するものであるが、
この圧力が周囲に向かって分散されることなく、而も、
該圧力検出用凸部は隆起する基部と先端部とからなるも
のであるので、感圧導電性エラストマー部材の表面と平
行な方向の圧力や傾斜角の小さい斜め方向の圧力は、こ
れら圧力検出用凸部の基部と先端部より作用して該圧力
検出用凸部を変位させると共に、この変位に連動して感
圧導電性エラストマー部材の表面側から裏面側に至る部
位を変形させることになる。この圧力検出用凸部の隆起
する基部の形状としては、半球状、四角錐等の多角錐
状、円筒状、直方体状等が挙げられる。また、感圧導電
性エラストマー部材の表面に所定の規則性をもって（例
えば縦横に一定のピッチで）、複数の圧力検出用凸部を
形成し、且つこれら夫々対応する電極により、電気抵抗
変化が取り出された電極の位置を認識することができ、
当該平面内におけるどの位置に圧力が作用しているのか
を容易に知得できることとなる。

【０００９】

【実施例】以下、本考案に係る感圧センサーの実施例
を、図面に基づいて説明する。図１に示すように、本考
案に係る感圧センサー１は、表面に圧力検出用凸部２が
一体的に形成された感圧導電性エラストマーシート３
と、該感圧導電性エラストマーシート３の裏面側に配設
されたプリント基板４と、該プリント基板４の上面に設
けられて前記感圧導電性エラストマーシート３の裏面が
当接する電極６（電極パターン）と、前記プリント基板
４の上面における電極６の側方に設けられて保護膜７に
より覆われたＩＣやＬＳＩ等でなる制御手段８とを有す
る。

【００１０】前記感圧導電性エラストマーシート３とし
ては、従来のものを用いることができ、中でもシリコー
ンゴム中に造粒カーボン或いは球状炭素粒子を混合分散
させたものが好適であると共に、該感圧導電性エラスト
マーシート３の圧力検出用凸部２の形成箇所の丁度裏面
側に相当する位置に電極６が配設されている。また、前
記制御手段８は、電極６からの電気信号を処理するため
に設けられたものである。

【００１１】そして、図２に示すように、感圧導電性エ
ラストマーシート３の表面には、所定の規則をもって、
具体的にはこの実施例においては縦横に一定のピッチ
で、隆起する複数の圧力検出用凸部２…２が一体的に形
成されており、而も、各圧力検出用凸部２の裏面側には
夫々、各電極６が配設されている。前記圧力検出用凸部
２は、半球状の基部２ａと、該基部２ａより更に表面側
に突出する棒状（針状）の先端部２ｂとから構成されて
おり、基部２ａ及び先端部２ｂのいずれに圧力が作用し
た場合においても、その表面部から裏面部にわたって変
形が生じ、この変形に伴う電気抵抗変化が電極６より取
り出されるようになっている。

【００１２】前記電極６としては、一対の平行電極或い
は櫛歯状電極を用いてもよいが、圧力検出用凸部２に作
用する圧力の方向性を感知することが可能となるよう
に、圧力検出用凸部２の周縁部下方に複数の電極を配設
することが好ましい。その一例を述べると、図３に示す
ように、中心電極Ｘ１と、その周囲を取り囲む共通電極
Ｘ２と、該共通電極Ｘ２の周囲に９０度の角度間隔で配
置された外方電極Ｘ３…Ｘ３とで構成し、圧力検出用凸
部２の中心部下方に前記中心電極Ｘ１を配置させて、圧
力検出用凸部２の中心部から下方に作用する圧力を中心
電極Ｘ１と共通電極Ｘ２との間から取り出し、圧力検出
用凸部２の周縁部から下方に作用する個々の圧力を共通
電極Ｘ２と外方電極Ｘ３…Ｘ３との間から取り出すよう
にするのである。そして、電極の形状は上記のものに限
定されるわけではなく、例えば図４或いは図５に示す形
状としても同様の作用効果が得られ、更には図６に示す
ように外方電極Ｘ３…Ｘ３の個数を８個或いはその他の
個数としてもよく、また中心電極Ｘ１を廃止するように
してもよい。

【００１３】以上のような構成によれば、図１に示す状
態から感圧導電性エラストマーシート３の圧力検出用凸
部２に圧力が加えられた場合には、該圧力検出用凸部２
から裏面側にわたって感圧導電性エラストマーシート３
が圧縮変形を来たし、その電気抵抗値が低下することに
なるが、この電気抵抗値の変化は電極６より取り出さ
れ、電気信号として制御手段８に送出される。そして、
制御手段８は、この電気信号に基づいて、加圧力の大き
さを演算する。この場合、圧力検出用凸部２に対して、
図１に矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示すようないかなる圧
力が加えられても、上記のように感圧導電性エラストマ
ーシート３が変形を来たし、電気抵抗変化が電極６より
取り出される。

【００１４】そして、電極６を、図３乃至図６に例示し
たような構成としておけば、圧力検出用凸部２に斜め方
向からの圧力や水平方向からの圧力が作用することによ
り、感圧導電性エラストマーシート３を電極６の中心に
対して不均一に変形させた場合には、共通電極Ｘ２と個
々の外方電極Ｘ３…Ｘ３との間から異なる複数種の電気
信号が取り出されることとなり、制御手段８は、これら
の複数種の電気信号に基づいて、圧力がいかなる方向か
ら作用しているかを判別する。尚、制御手段８に温度補
正処理を行わせるようにしておけば、高精度の圧力検出
が行えることとなる。

【００１５】更に、図２に示すように所定の規則性をも
って複数の圧力検出用凸部２及びこれに対応する電極６
…６を設けておけば、例えば一箇所の圧力検出用凸部２
にのみ圧力が作用した場合には、これに対応する一の電
極６より電気抵抗変化が取り出され、制御手段８は、こ
れに基づいていかなる位置にどの程度の大きさの圧力が
作用しているかを検出する。従って、圧力検出用凸部２
の配設ピッチを小さくしておけば、位置検出を高精度に
行えることとなる。

【００１６】図７は、本考案の変形例を示すものであっ
て、感圧導電性エラストマーシート３の表面を柔軟性の
良いゴム等でなる絶縁性外皮１０で覆ったものである。
これによれば、絶縁性外皮１０の作用により感圧導電性
エラストマーシート３に対する内部保護がなされるばか
りなく、この絶縁性外皮１０の表面に色付けや模様付け
等の装飾を施しておけば、感圧センサー１の外観性の向
上が図られる。

【００１７】

【考案の効果】以上のように本考案に係る感圧センサー
によれば、感圧導電性エラストマー部材の表面側に隆起
する基部と突出した棒状の先端部からなる圧力検出用凸
部を一体的に形成しているので、加圧力は圧力検出用凸
部に集中して作用して周囲に分散されることがなくな
り、分解能が向上すると共に、水平方向や傾斜角の小さ
い斜め方向の圧力をも検出できることとなり、検出可能
な圧力方向の範囲が拡大することになる。また、感圧導
電性エラストマー部材の表面側に所定の規則性をもって
複数の圧力検出用凸部を形成し且つこれらに夫々対応す
る電極によって、どの位置にどの程度の大きさの圧力が
作用しているかを検出できることとなり、而もその検出
精度は極めて高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る感圧センサーを示す要部縦断正面
図である。

【図２】本考案に係る感圧センサーの全体構成を示す斜
視図である。

【図３】電極の第１の例を示す平面図である。

【図４】電極の第２の例を示す平面図である。

【図５】電極の第３の例を示す平面図である。

【図６】電極の第４の例を示す平面図である。

【図７】本考案に係る感圧センサーの他の例を示す要部
縦断正面図である。

【図８】従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 感圧センサー ２ 圧力検出用凸部２ａ 基部 ２ｂ 先端部 ３ 感圧導電性エラストマー部材 ６ 電極

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 感圧導電性エラストマー部材と、該感圧
   導電性エラストマー部材の表面側に設けられた圧力検出
   用凸部と、該圧力検出用凸部に位置する前記感圧導電性
   エラストマー部材の裏面側に配設された電極とを有する
   感圧センサーにおいて、前記圧力検出用凸部が隆起した
   平坦状でない基部と、該基部の表面より更に突出する棒
   状の先端部とから形成されて前記感圧導電性エラストマ
   ー部材と一体成形されたことを特徴とする感圧センサ
   ー。
2. 【請求項２】 前記圧力検出用凸部が所定の規則性をも
   って複数形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
   感圧センサー。