JPS60168028A - 二次元感圧センサ - Google Patents

二次元感圧センサ

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JPS60168028A
JPS60168028A JP2275784A JP2275784A JPS60168028A JP S60168028 A JPS60168028 A JP S60168028A JP 2275784 A JP2275784 A JP 2275784A JP 2275784 A JP2275784 A JP 2275784A JP S60168028 A JPS60168028 A JP S60168028A
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Akira Nomura
野村 彰
Ichimatsu Abiko
安孫子 一松
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JAPAN ELECTRONIC IND DEV ASSOC<JEIDA>
Oki Electric Industry Co Ltd
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JAPAN ELECTRONIC IND DEV ASSOC<JEIDA>
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/247Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using distributed sensing elements, e.g. microcapsules
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/226Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
    • G01L5/228Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors

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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】 (技術分野) この発明は面状に加えられた圧力分布を精度よく検出で
きる二次元感圧センサに関する。
(背に目★術) 従来の二次元感圧センサとして、シリコーンゴム中に金
属粒子等を混入した加圧導電ゴムを用いたものが代表的
である。しかし、加圧導電ゴムは加圧力と抵抗値変化の
関係が急激に変化するスイッチ特性を示し、圧力のアナ
ログ検出に適さないばかりでなく、金属粒子等をゴムに
混入するため、弾性力の履歴現象や弾性力の劣化が起き
やすい等の欠点があった。
また上記欠点を除去するものとして、[特願昭58−0
27058 Jに示すように、複数個の発光素子からの
光をそれぞれ受光素子の光透過窓および透明な柔軟部を
透過させて、光反射面からの反射光を各発光素子に対応
する受光素子で受光し、柔軟部の受圧部に加わる圧力の
変化に基づく発光素子と受光素子間のminの変化から
受光々4)の変化に対応した圧力の変化に相当する電気
信号を得るようにした構成のものが提案されている。
しかし、この技術は受圧感度が低いという欠点がある。
(発明の課題) 本発明は]1記欠点を改善するもので、−I−記構成部
品の内、柔軟部を改良することにより、受圧感度を大幅
に改良した高精度二次元感圧センサを提供するもので、
その要点は、柔軟部として凹凸形状を設けた弾性体を使
用し、好ましくは、光反射して白色のりi性薄板を使用
することにある。
(発明の構成および作用) 第1図は本発明による二次元感圧センサの一実施例の構
成を示す略図的分解斜視図、第2図(a)及び(b)は
本発明の断面図であり、第2図(a)は物体接触による
外圧が無い場合、第2図(b)は物体による圧力を受け
た場合のものである。
これら図において、■は光源基板であって、多数の光源
2を例えばマトリクス状または他の所望のパターンに従
って、この基板l上に配列するかまたは基板l中に埋設
して配列する。3はこの先0:す、(板lに対向配設さ
れるセンサ基板で、光々;!2から放射される光に対し
て透明であっても不透明であっても良い、4はこのセン
サ基板3の上にまたはこの基板3の中に埋設して光源2
と等ピンチで設けた受光素子であって、これら受光素子
4は、この基板3が透明である場合には光の通過(この
場合には透過)領域の周囲に、また不透明の場合には各
光源に夫夫対向するようにしてセンサ基板3に設けた光
通過用の孔5の周囲に、夫々設ける。この場合、受光素
子を任意の形状の受光素子とし各光源に対し複数のこれ
ら素子を設は得るが、単一のリング状半導体受光素子と
するのが好適である。
6は柔軟部であり、透明シリコーンゴムなどが使用でき
る。該柔軟部にはマトリクス状に一体形成された突起部
7を有している。
8は光反射膜であり、受圧部弾性特性−し、板厚方向に
対しては変形しにくく、板面に沿う方向に対しては伸縮
性が大きいものが望ましく、例えば比較的硬度が高く厚
さの薄い白色のシリコーンゴム等が適している。該光反
射膜8は突起部7とド流により一体化されるか、または
シリコーンコム系接着剤にて接着されている。このよう
に形成した各板1,3,6.8を第2図に示すようにこ
の順序で組合せ配置して一体となす。この場合、光源基
板lとセンサ基板3とを密着させてもよいし或いは適当
なスペ・−サ(図示せず)を用いて離間配設さゼてもよ
い。
次に本発明による二次元感圧センサの動作について説明
する。
光源2かう出た放射光9はセンサノ、(板3の光通過領
域5および柔軟部6を通り光反射膜8で反射されて受光
素子4に入射し、ここで光電変換されて電気信号となる
今、物体IOにより矢印Aで示す方向から圧力が加わる
と、その範囲における突起部7が圧縮され変形する。第
3図に加圧力に対する光反射膜8の圧力方向(矢印A方
向)への変位量の測定結果の一例を示す。
また光反射面と受光素子4との距離に対する受光素子4
の出力信号特性はwS4図に示す通りである。ここで距
#Aは圧力が加わらず反射膜の変位がない場合の位置を
示し、距111Bは物体による圧力によって反射膜が受
光素子に近づいた場合の位置を示している。この図から
れかるように、一定圧力に対する反射膜の変位量が大き
い程、受光素−fの出力変化が大きく、センサの圧力感
度を高めることができる。
本発明のよるセンサは柔軟部に突起部を設け、この突起
部で外圧を受けるため、実効受圧面積が物体の加圧面積
より小さくなっている。そのため、平板状の柔軟部に比
べて一定圧力に対する反Q4nQの変位ti1.を大き
くすることができるものである。尚、第5図に、実効受
圧面積比率に対する反射膜変位績:の測定結果例を示す
。ここで実効受圧面積比率100%は平板状の場合であ
って、突起部面積を減少するに従い、反射膜の変位tt
が増大していくことがわかる。
尚、柔軟部の突起部7と受光素−f4との相対位置関係
はtjSB図に示すように重なって配置してもよい。こ
の」↓1合、光源からの光は柔軟部中だけを通過するた
め余分な反射、屈折は起きないが、突起部と反射膜との
接触面を平坦に保つ必要がある。第2の実施例として柔
軟部を第7図(a)に示すように一枚の弾性体にマトリ
クス状に多数の穴があいた構造にすることもできる。第
7図(b)の構成断面図で明らかなように柔軟性の穴の
部分を光が通過するため、光の減衰が生じない。また柔
軟部を透明にする必要がなく弾性性能の設計自由)■か
向上する効果がある。
第3の実施例として柔軟部および反射膜の部分を第8図
(a)に示すように白色シリコーンコムの薄板下面に突
起部を一体的に形成してもよい。第8図(b)の構成断
面図でわかるように光の減衰が生じない効果ばかりでな
く、更に部品点数が減り、第1の実施例における柔軟部
7と反射膜8との接着上程が必要無くなりコストを低減
できる効果がある。
(発明の効果) 上述したところから明らかのように、本発明の構成によ
れば、光源と受光素−fとを対となしこれらを一次元的
に配列させ、しかも、光源からの光を反射膜で反射させ
て受光素子に入射させるようにした構成で、特に受圧部
に凹凸形状を有する柔軟部を用いることにより、第5図
に示した通り、圧力に対する受圧部変形量を増大したも
ので圧力−電気信号変換効率を向上した二次元感圧セン
サを得ることができる。
尚、受光素子から得られた信号はアナログ信号であるか
ら、この信号なA/D変換器を経て中央処理装置に供給
しそこで所望の処理を行えば接触する物体の形状や位置
を判断出来るので、本発明をロボットのハンドの感圧セ
ンサ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す分解斜視図、第2図(
a)及び(b)は本発明による感圧センサの組)γてた
状態の断面図、第3図は圧力と反射膜変位111の関係
を示す図、第4図は反射面と受光素子間距離に対する受
光素子出力の関係を示す曲線図、第5図は実効受圧面積
比率と反射膜変位績との関係を示す図、第6図は本発明
の別の実施例の断面図、第7図(a)、 (b)及び第
8図(a)、(b)はその他の実施例を示す図である。 1−m−光源基板、 2−m−光源、 3−一一センサノ1(板、4−m−受光素子、5−m−
光透過用孔、6一−−柔軟部、7一−−突起部、 8−
一一光反射11Q0第1図 第2図 (a) 距 離 第5図 矢効受反面積、ル率〔%] 第6図 第7図 (a) 第8図 手続補正書(自発) 昭和59年8月23日 特許庁長官 志賀 手段 1 事件の表示 昭和59年 特許願 第22757号 2 発明の名称 二次元感圧センサ 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 (0’29)沖電気工業株式会社 (杷1ん)
4代理人 明細書の特許請求の範囲の欄及び発明の詳細な説明の冊
並びに図面 6 補正の内容 (1)明細用のJFM許請求の範囲を別紙の通り補正す
る。 (2)明細用第3頁第20行の「光反射」を「光反射膜
と」と補正する。 (3)同第5頁第12行〜第13行の「下流」を「加硫
」と補正ずろ。 (4)同第6頁第20行の「本発明のよる」を「本発明
による」と補正′1−る。 (5)同第7頁第18行の「柔軟性」を「柔軟部」と補
正する。 (6)図面の第5図を別紙の通り補正する。 以 上 特許請求の範囲 (11複数の光源の配列を有する光源基板と、該光源の
光を通過させると共に眩光の通過領域の周囲に夫々配列
した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部による受圧
部と、光反射膜とを積層し、1)IJ記光源からの光が
前記光反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光
素子に入射する二次元感圧センサにおいて、柔軟部が前
Ne受光素子と対応して形成される突起部を有する透明
弾性体により構成されることを/I’、h徴とする二次
元感圧センサ。 (2)前記受圧部と曲間光反射膜とが光反射tト弾(’
I:体により一体形成され、該弾性体が受光素子+/C
対応して形成される突起をイ〕し、該突起の間の凹部が
受光素子に対向するごとく構成されることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の二次元感圧センサ。 (3)複数の光源の配列を有する光源基板と、該光源の
光を通過させると共に眩光の通過領域の周囲に夫々配列
した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部による受圧
部と、光反射膜とを積層し、前記光源からの光が前記光
反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光素子に
入射する二次元感圧センサにおいて、前記柔軟部が前記
受光素子と対応して形成される穴を有する弾性体により
構成され、該穴が受光素子に対向ずろことを特徴とする
二次元感圧センサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (+)複数の光源の配列を有する光源基板と、該光源の
    光を通過させると共に該尤の通過領域の周囲に夫々配列
    した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部による受圧
    部と、光反射膜とを積層し、前記光源からの光が前記光
    反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光素子に
    入射する二次元感圧センサにおいて、柔軟部が前記受光
    素子と対応して形成される突起部を有する透明弾性体に
    より構成されることを特徴とする二次元感圧センサ。 (2)前記受圧部と前記光反射膜とが光反射性弾性体に
    より一体形成され、該弾性体が受光素子に対応して形成
    される突起を有し、該突起の間の凹部が受光素子に対向
    するごとく構成されることを特徴とする特許請求の範囲
    第1ダ1記載の二次元感圧センサ。 (3)複数の光源の配列を有する光源基板と、該光源の
    光を通過させると共に該尤の通過領域の周囲に夫々配列
    した受光素子を有するセンサ基板と、柔軟部による受圧
    部と、光反射膜とを積層し、前記光源からの光が前記光
    反射膜で反射して受圧部の変形に従って前記受光素子に
    入射する二次元感圧センサにおいて、前記柔軟部が前記
    受光素子と対応して形成される穴を有する透明弾性体に
    より構成され、該穴が受光素子に対向することを4¥徴
    とする二次元感圧センサ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5209126A (en) * 1991-01-04 1993-05-11 Bonneville Scientific Force sensor
EP2034287A1 (en) * 2007-09-10 2009-03-11 Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Optical sensor for measuring a force distribution
WO2023002866A1 (ja) * 2021-07-21 2023-01-26 株式会社村田製作所 センサ装置

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WO2023002866A1 (ja) * 2021-07-21 2023-01-26 株式会社村田製作所 センサ装置

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