WO2018174164A1 - 触覚センサおよびこの触覚センサを構成する触覚センサユニット - Google Patents

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WO2018174164A1
WO2018174164A1 PCT/JP2018/011431 JP2018011431W WO2018174164A1 WO 2018174164 A1 WO2018174164 A1 WO 2018174164A1 JP 2018011431 W JP2018011431 W JP 2018011431W WO 2018174164 A1 WO2018174164 A1 WO 2018174164A1
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WO
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tactile sensor
external force
electrode
sensor unit
force acting
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PCT/JP2018/011431
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English (en)
French (fr)
Inventor
唯 沢田
小掠　哲義
祐太 森浦
忍 増田
啓二 野稲
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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Priority to US16/577,297 priority patent/US11137297B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays

Definitions

  • the present disclosure relates to a tactile sensor and a tactile sensor unit constituting the tactile sensor.
  • Tactile sensors useful for robot hands and robot arms used in factories and the like are pressure-sensitive sensors that detect shear force.
  • a robot hand provided with a tactile sensor can grasp and carry the structure without applying a force more than necessary and dropping the structure with various shapes and weights.
  • sensors having various structures are conventionally known (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • the tactile sensor system disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of vertical stress detection sensor units and a sheet layer portion.
  • the sheet layer portion includes an exterior sheet layer portion, a force detection sheet layer portion incorporating a vertical stress detection unit, and a mediation layer sandwiched between the exterior sheet layer portion and the force detection sheet layer portion.
  • the exterior sheet layer portion and the force detection sheet layer portion have a plurality of projections protruding in opposite directions, and the exterior sheet layer portion and the force detection sheet layer portion have the projection portions in between the intermediate layers. Oppositely arranged to mesh.
  • the detection device disclosed in Patent Document 2 is disposed to face the first substrate with a first substrate having a plurality of first capacitance electrodes arranged around the reference point P and the first capacitance electrode interposed therebetween.
  • the center of gravity is located at the position overlapping the second substrate, the second capacitor electrode disposed opposite to the first capacitor electrode with the dielectric interposed between the first substrate and the second substrate, and the reference point P, and by the external pressure
  • a third substrate formed with an elastic protrusion that is elastically deformed in a state in which the tip portion is in contact with the second substrate.
  • the tactile sensor disclosed in Patent Document 3 includes a first substrate provided with a plurality of first electrodes, a second substrate provided with a plurality of second electrodes corresponding to the plurality of first electrodes, A dielectric provided between the first substrate and the second substrate, and the second electrode corresponding to the first electrode is spaced apart in one direction with respect to any one of the plurality of first electrodes.
  • a second electrode corresponding to the other first electrode that is disposed and is adjacent to any one of the plurality of first electrodes is disposed away in the other direction.
  • the detection device disclosed in Patent Document 4 includes a pressure sensor that deforms due to an external load and causes stress dispersion, and calculates a pressure center position using the pressure value detected by the pressure sensor. Based on the pressure center position, a movement value is calculated to detect slippage. Further, for example, in the tactile sensor disclosed in Patent Document 5, the detection elements are interconnected by a crank-shaped connecting portion.
  • tactile sensors are expanding with the development of sensing technology, and with this, stretchability is required.
  • the inventors of the present disclosure have found that a conventional tactile sensor, in particular, a tactile sensor unit constituting the tactile sensor has a complicated structure, and therefore the tactile sensor itself cannot sufficiently expand and contract.
  • This disclosure is intended to provide a tactile sensor capable of detecting a shearing force with a simple structure and a tactile sensor unit constituting the tactile sensor.
  • a first substrate having a first electrode; A second electrode disposed opposite the first electrode; A plurality of pressure-sensitive elements having a dielectric disposed between the first electrode and the second electrode; and an external force acting portion disposed over the plurality of pressure-sensitive elements; Including
  • the present invention relates to a tactile sensor unit in which a capacitance between electrodes is changed in at least some pressure-sensitive elements by applying a shearing force to the external force acting portion.
  • the present disclosure also relates to a tactile sensor having a plurality of the tactile sensor units.
  • the tactile sensor unit of the present disclosure and the tactile sensor composed of the tactile sensor unit can detect a shearing force with a simple structure.
  • the tactile sensor unit of the present disclosure and the tactile sensor composed of the tactile sensor unit can also be expanded and contracted more sufficiently.
  • FIG. 1C shows a schematic cross-sectional view of the tactile sensor unit of FIG. 1A.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view for explaining a shearing force detection mechanism in the tactile sensor unit of FIG. 1A.
  • 1C is a schematic plan view of an external force acting part and a pressure sensitive element in the tactile sensor unit of FIG. 1C.
  • FIG. It is a graph which shows the electrostatic capacitance of each pressure-sensitive element when the shear force of the arrow direction is applied in the tactile sensor unit of FIG. 1D.
  • the typical sectional view of the tactile sensor unit with the low elasticity modulus of a spacer is shown. It is a typical top view which shows an example of the formation form (plan view shape) of a spacer. It is a partially expanded view which shows the behavior of the electroconductive member vicinity at the time of external force application in an example of the tactile sensor unit which concerns on 1st embodiment of this indication. It is a partially expanded view which shows the behavior of the electroconductive member vicinity at the time of external force application in an example of the tactile sensor unit which concerns on 1st embodiment of this indication. It is a partially expanded view which shows the behavior of the electroconductive member vicinity at the time of external force application in an example of the tactile sensor unit which concerns on 1st embodiment of this indication.
  • the typical sectional view of the tactile sensor unit concerning the 3rd embodiment is shown. It is a typical top view showing an example of formation form (plan view shape) of the 1st electrode in the 3rd embodiment. It is a typical sectional view showing a process in a manufacturing method of a tactile sensor unit concerning this indication. It is a typical sectional view showing a process in a manufacturing method of a tactile sensor unit concerning this indication. It is a typical sectional view showing a process in a manufacturing method of a tactile sensor unit concerning this indication. It is a typical sectional view showing a process in a manufacturing method of a tactile sensor unit concerning this indication. It is a typical sectional view showing a process in a manufacturing method of a tactile sensor unit concerning this indication. It is a typical top view of the external force action part net
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing an example of wiring drawn from the first electrode when the first electrode shown in FIG. 10B is formed on the first substrate shown in FIG. 14.
  • FIG. 15 is a schematic plan view showing an example of wiring drawn from the first electrode when the first electrode shown in FIG. 11B is formed on the first substrate shown in FIG. 14.
  • the tactile sensor unit of the present disclosure is a minimum unit sensing structure constituting the tactile sensor.
  • the tactile sensor unit of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings according to some embodiments, but various elements in the drawings are merely schematically and exemplarily shown for understanding of the present disclosure.
  • the appearance and dimensional ratio may differ from the actual product.
  • the “vertical direction”, “left / right direction”, and “front / back direction” used directly or indirectly in this specification correspond to directions corresponding to the vertical direction, left / right direction, and front / back direction on the drawing sheet, respectively.
  • the same reference numerals or symbols denote the same members or the same meaning contents except that the shapes are different.
  • one tactile sensor unit 100A includes a plurality of pressure-sensitive elements 200 and one external force acting portion arranged over the plurality of pressure-sensitive elements 200. 300 is included. Since the single external force acting part 300 is arranged over the plurality of pressure sensitive elements 200, all the pressure sensitive elements constituting the tactile sensor unit 100A are applied by applying a shearing force to the external force acting part 300. Among 200, the capacitance between the electrodes changes in at least some of the pressure sensitive elements.
  • a shear force when a shear force is applied, the external force acting unit 300 of at least one tactile sensor unit 100A among the plurality of tactile sensor units 100A is applied.
  • a shearing force F1 is applied.
  • at least a part of the external force acting part 300 is lowered according to the magnitude of the shearing force F1.
  • This phenomenon can be considered to be caused by a rotational force (moment force) acting on the external force acting part 300.
  • at least some of the pressure sensitive elements 200 constituting the touch sensor unit 100A are based on capacitance change characteristics described later.
  • the capacitance between the electrodes changes.
  • the capacitance between the electrodes changes in at least some of the pressure sensitive elements according to the magnitude of the shearing force.
  • the pressure-sensitive elements 200a and 200c on the downstream side in the application direction of the shearing force F1 exhibit a relatively large capacitance as shown in FIG. 1E.
  • the upstream pressure-sensitive elements 200b and 200d in the application direction of the shearing force F1 have a relatively small capacitance as shown in FIG. 1E.
  • the magnitude of the shearing force is detected from the magnitude of the change in capacitance in the pressure-sensitive element whose capacitance has changed.
  • FIG. 1A and 1B respectively show a schematic perspective view and a schematic cross-sectional view of a tactile sensor unit constituting a tactile sensor according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1A the protrusion 321 that FIG. 1B has on the second electrode 3 is omitted.
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view for explaining a shearing force detection mechanism in the tactile sensor unit of FIG. 1A.
  • FIG. 1D is a schematic plan view of an external force acting part and a pressure sensitive element in the tactile sensor unit of FIG. 1C.
  • FIG. 1E is a graph showing the capacitance of each pressure-sensitive element when a shearing force in the direction of the arrow is applied in the tactile sensor unit of FIG. 1D.
  • the shearing force is a component in a direction parallel to the surface to which the external force is applied among the applied external forces.
  • the application surface is a surface in contact with a site (position) to which an external force is applied.
  • a shearing force but also a normal stress of an external force (that is, a component of the external force in a direction perpendicular to the application surface) can be detected.
  • the magnitude of the vertical stress can be detected from the capacitances of the pressure sensitive elements 200a, 200b, 200c and 200d.
  • each tactile sensor unit 100A one external force acting unit 300 straddles over a plurality of pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit 100A. Specifically, the one external force application unit 300 overlaps at least a part of each of all the pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit 100A as shown in FIGS. 2A to 2F in plan view. (Overlapping arrangement relationship). More specifically, the one external force application unit 300 is at least a part (one) of each of the pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit 100A in plan view, as shown in FIGS. 2A to 2F. Part or all) are arranged so as to overlap.
  • FIGS. 2A to 2F are schematic plan perspective views for explaining the positional relationship between a plurality of pressure sensitive elements and one external force acting portion in the tactile sensor unit.
  • the plan view means a plan view when viewed from above, for example, when the tactile sensor unit 100A of FIG. 1B is viewed from the outermost surface 301 side (upward direction in FIG. 1B) of the external force acting unit 300.
  • FIG. The plan perspective view means a perspective view when viewed from above, and is a plan view particularly when the pressure-sensitive element is viewed through the external force acting portion.
  • the plurality of pressure-sensitive elements 200 constituting each tactile sensor unit has a mutually complementary shape between adjacent pressure-sensitive elements in a plan view from the viewpoint of further improving the detection accuracy of shear force.
  • the entire area occupied by the pressure sensitive element preferably forms one circular or polygonal shape.
  • the entire area occupied by the plurality of pressure sensitive elements 200 is an entire area occupied by all the pressure sensitive elements 200 in each tactile sensor unit, and also includes a gap area 201 between adjacent pressure sensitive elements. is there.
  • Polygonal shapes include polygonal shapes that are equal to or greater than triangular shapes, and examples include triangular shapes, quadrangular shapes, pentagonal shapes, hexagonal shapes, heptagonal shapes, and octagonal shapes.
  • the complementary shape is a shape having a relationship of fitting with each other, such as a relationship between a concave portion and a convex portion. For this reason, the entire region occupied by all the pressure sensitive elements has a single circular shape or a polygonal shape. Can be configured.
  • the tactile sensor unit 100A includes four pressure-sensitive elements 200 having a rectangular shape in plan view, and the entire region occupied by the four pressure-sensitive elements 200 has a rectangular shape.
  • the one external force application unit 300 is arranged so as to overlap a part of each of the four pressure sensitive elements 200.
  • the tactile sensor unit 100B includes six pressure-sensitive elements 200 having a triangular shape in plan view, and the entire region occupied by the six pressure-sensitive elements 200 has a hexagonal shape.
  • the one external force application unit 300 is arranged so as to overlap a part of each of the six pressure sensitive elements 200.
  • the tactile sensor unit 100 ⁇ / b> C includes three pressure-sensitive elements 200 having a parallelogram shape in plan view, and the entire region occupied by the three pressure-sensitive elements 200 has a hexagonal shape.
  • the one external force application unit 300 is disposed so as to overlap a part of each of the three pressure sensitive elements 200.
  • the tactile sensor unit 100D includes four pressure-sensitive elements 200 having a donut quadrant shape in plan view and one pressure-sensitive element 200 having a circular shape, and all of them.
  • the entire area occupied by the five pressure sensitive elements 200 has a circular shape.
  • the one external force application unit 300 overlaps a part of each of the four pressure-sensitive elements 200 having a donut quadrant shape, and overlaps all of the one pressure-sensitive element 200 having a circular shape.
  • the tactile sensor unit 100E includes three pressure-sensitive elements 200 having a fan shape in plan view, and the entire region occupied by the three pressure-sensitive elements 200 has a circular shape.
  • the one external force application unit 300 is disposed so as to overlap a part of each of the three pressure sensitive elements 200.
  • the tactile sensor unit 100F includes three pressure-sensitive elements 200 having a triangular shape in plan view, and the entire region occupied by the three pressure-sensitive elements 200 has a triangular shape.
  • the one external force application unit 300 is disposed so as to overlap a part of each of the three pressure sensitive elements 200.
  • Each of the plurality of pressure-sensitive elements 200 and one external force acting part 300 in the tactile sensor units 100B to 100F shown in FIGS. 2B to 2F has a plurality of shapes in the tactile sensor unit 100A shown in FIG. This is the same as the pressure-sensitive element 200 and one external force acting unit 300.
  • the “external force acting part” means a member (for example, a plate) on which an external force acts and a member (for example, a plate) on which an external force acts.
  • the external force acting part is not only a member (for example, a plate) that is intentionally pressed in various applications of the tactile sensor, but is not intentionally pressed.
  • a member (for example, a plate) (a member or a plate to which a force is applied from the outside) pushed as a result is included in order to transport the human body without dropping.
  • the shape of the external force acting unit 300 in plan view is not particularly limited as long as it overlaps at least a part of each of the pressure sensitive elements 200 constituting each tactile sensor unit.
  • Examples of the plan view shape of the external force acting unit 300 include a circular shape and a polygonal shape. Specifically, for example, a rectangular shape as shown in FIG. 2A, a hexagonal shape as shown in FIGS. 2B and 2C, a circular shape as shown in FIGS. 2D and 2E, and a triangular shape as shown in FIG. Can be mentioned.
  • one external force application unit 300 is configured to cover the entire region occupied by the plurality of pressure sensitive elements 200 in plan view, as shown in FIGS. 2A to 2F, from the viewpoint of further improving the accuracy of detecting the shearing force. It is preferable that the size is smaller than the size. That is, in plan view, the area of the external force acting part 300 is preferably smaller than the area of the entire region occupied by the plurality of pressure sensitive elements 200. From a similar viewpoint, in plan view, one external force acting unit 300 in each tactile sensor unit has an entire occupied area (outline range) of the entire area occupied by the plurality of pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit. It is preferable that they are arranged so as to be positioned within the range.
  • the cross-sectional shape of one external force acting unit 300 is preferably a plate shape from the viewpoint of a simpler structure of the tactile sensor unit.
  • the cross-sectional view shape of the external force acting part 300 is preferably a chamfered shape in which the width dimension is gradually reduced toward the outermost surface 301 as shown in FIG. .
  • the chamfered shape may be a flattened shape as shown in FIG. 1B or a round chamfered shape.
  • the external force acting part may have a truncated cone shape such as a truncated cone and a polygonal truncated cone as a whole.
  • polygonal frustum examples include a triangular frustum, a quadrangular frustum, a pentagonal frustum, a hexagonal frustum, a heptagonal frustum, and an octagonal frustum.
  • the cross sectional view means a cross sectional view when the cross section is viewed.
  • the external force acting part 300 is at least one resin material selected from the group consisting of styrene resins, silicone resins (for example, polydimethylpolysiloxane (PDMS)), acrylic resins, rotaxane resins and urethane resins. (Especially polymeric materials).
  • the material of the external force acting part 300 is desirably an elastic modulus of 10 5 Pa or more, and may be a rigid body such as a glass plate, for example. It is desirable that the external force acting part 300 has higher rigidity and higher elastic modulus than the second electrode 3 and the spacer 4.
  • the width (particularly the maximum width) p of the external force acting part 300 is not particularly limited as long as the applied external force is transmitted to the pressure-sensitive element, and may be appropriately determined according to the use of the tactile sensor.
  • the width (particularly the maximum width) p of the external force acting unit 300 is usually 1 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm.
  • the thickness t of the external force application unit 300 is not particularly limited as long as the applied external force is transmitted to the pressure-sensitive element, and may be appropriately determined according to the use of the tactile sensor.
  • the thickness t of the external force acting unit 300 is usually 100 ⁇ m to 1 mm, preferably 500 ⁇ m to 1 mm.
  • the plurality of pressure-sensitive elements 200 are configured so that the entire region occupied by the plurality of pressure-sensitive elements 200 has a symmetrical shape in plan view from the viewpoint of further improving the detection accuracy of shearing force.
  • Symmetry includes at least one of point symmetry and line symmetry.
  • a circular shape and a regular polygonal shape can be given as the overall shape having symmetry. Specifically, for example, a square shape as shown in FIG. 2A, a regular hexagonal shape as shown in FIGS. 2B and 2C, a circular shape as shown in FIGS. 2D and 2E, and a regular triangle as shown in FIG. 2F. Shape.
  • the number of pressure sensitive elements 200 in each tactile sensor unit is two or more, usually three or more, particularly 3 to 10.
  • the number of pressure-sensitive elements 200 in each tactile sensor unit may be four as shown in FIG. 2A, six as shown in FIG. 2B, or FIGS. 2C, 2E, and 2F. There may be three as shown in FIG. 5 or five as shown in FIG. 2D.
  • one external force acting unit 300 is arranged as follows: As shown in FIGS. 2A to 2F, the single external force acting part 300 is arranged such that the center of the external force acting part 300 overlaps the center of the overall shape having symmetry of the plurality of pressure sensitive elements 200 in plan view. Is arranged.
  • the overlap between the centers does not necessarily mean a strict overlap. For example, when the width (especially the maximum width) of the external force acting part 300 is p (mm), the deviation of ⁇ 0.2 ⁇ p is Permissible.
  • the center of the external force acting part in plan view is the center of gravity of the external force acting part in the plan view.
  • the center of gravity of the external force acting part is the point when a homogeneous material (for example, paper) is cut at the contour of the external force acting part and balanced and supported by a point.
  • the center of the overall shape having symmetry of the plurality of pressure sensitive elements in plan view is the center of gravity of the overall shape of the plurality of pressure sensitive elements in the plan view.
  • the center of gravity of the overall shape of the plurality of pressure sensitive elements is the point when a homogeneous material (for example, paper) is cut at the outline of the overall shape of the plurality of pressure sensitive elements and balanced and supported by the points. is there.
  • one external force acting unit 300 has a plurality of contour lines of the external force acting unit in plan view as shown in FIGS. 2A to 2F from the viewpoint of further improving the detection accuracy of shearing force.
  • the pressure elements 200 are preferably disposed so as to pass through the respective centers.
  • the fact that the contour line of the external force acting part passes through the respective centers of the plurality of pressure-sensitive elements 200 means that the contour line must necessarily pass through the respective centers of the plurality of pressure-sensitive elements 200.
  • FIG. 1B when the width (in particular, the maximum width) of one pressure-sensitive element 200 is w (mm), a deviation of ⁇ 0.2 ⁇ w is allowed.
  • the center of the pressure sensitive element in plan view is the center of gravity of the pressure sensitive element in the plan view.
  • the center of gravity of the pressure-sensitive element is the point when a homogeneous material (for example, paper) is cut at the outline of the pressure-sensitive element and balanced and supported by the point.
  • one external force acting part 300 does not necessarily have to be fixed to all the pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit, but from the viewpoint of further improving the detection accuracy of the shear force. It is preferably fixed. Fixing may be achieved by an electrically insulating adhesive conventionally used in the field of tactile sensors and pressure sensitive elements.
  • Each of the plurality of pressure-sensitive elements 200 constituting each tactile sensor unit includes a first substrate 10 having a first electrode 1, a second electrode 3 disposed opposite to the first electrode 1, a first electrode 1, and a second electrode 2. And a dielectric 2 disposed between the electrodes 3.
  • the width (particularly the maximum width) w (see FIG. 1B) of each pressure-sensitive element 200 is not particularly limited as long as the change in capacitance is measured, and may be appropriately determined according to the use of the tactile sensor.
  • the width (particularly the maximum width) w of each pressure-sensitive element 200 is usually 2 to 8 mm, preferably 2 to 5 mm. More preferred.
  • the first electrode 1 may be made of any material as long as it has at least the property of “conductive characteristics”.
  • the first electrode 1 may be composed of a conductive layer, a resin structure, or a conductive filler dispersed in the resin structure.
  • the conductive layer is made of Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In 2 O 3 (indium (III) oxide) and SnO 2 (tin oxide (IV)).
  • the resin structure is made of at least one resin material selected from the group consisting of a styrene resin, a silicone resin (for example, polydimethylpolysiloxane (PDMS)), an acrylic resin, a rotaxane resin, and a urethane resin. It may comprise.
  • the conductive filler may comprise at least one material selected from the group consisting of the same materials described above as examples of materials that can form the conductive layer.
  • the first electrode 1 may also be an electrode in which a conductive layer is provided on the surface of the resin structure by applying conductive ink or the like.
  • the material of the first electrode 1 has an elastic modulus of, for example, 10 8 Pa or more.
  • the first electrode 1 only needs to have a resistivity sufficiently smaller than the impedance of the capacitance in a desired frequency band.
  • the first electrode 1 is normally formed independently for each pressure sensitive element among all the pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit.
  • the first electrode 1 may be formed continuously in a plurality of pressure sensitive elements. It is sufficient that at least one of the first electrode 1 and the second electrode 3 described later is formed independently for each pressure sensitive element.
  • the thickness of the first electrode 1 is not particularly limited as long as the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 3 is changed by an external force (pressing force from the outside), and is usually 1 to 100 ⁇ m, preferably For example, 30 ⁇ m is more preferable.
  • the first substrate 10 is a member having the first electrode 1.
  • substrate 10 should just be comprised from the material which can support a 1st electrode.
  • resin materials particularly polymer materials
  • such materials include resin materials (particularly polymer materials) such as polyimide resins, polyolefin resins (for example, polypropylene resins), polyester resins (for example, polyethylene terephthalate resins), polycarbonate resins, and polyphenylene sulfide resins. .
  • the first substrate 10 is made of a stretchable material such as silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, ethylene propylene rubber, from the viewpoint of stretchability of the tactile sensor. It may comprise at least one material selected from the group consisting of rubber materials such as chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber and urethane rubber.
  • the first substrate 10 is usually formed continuously between all the pressure sensitive elements constituting the tactile sensor unit.
  • the first substrate 10 may be continuously formed between all the tactile sensor units constituting the tactile sensor, or may be formed independently for each tactile sensor unit.
  • the thickness of the first substrate 10 is not particularly limited as long as it can support the first electrode, and is usually 10 to 200 ⁇ m, and preferably 30 to 100 ⁇ m from the viewpoint of stretchability of the tactile sensor. For example, one is 40 ⁇ m. Is more preferable.
  • the first substrate 10 is usually formed continuously in all the pressure sensitive elements constituting each tactile sensor unit.
  • the dielectric 2 may be made of any material as long as it has at least the property of “dielectric”.
  • the dielectric 2 may include a resin material, a ceramic material, and / or a metal oxide material.
  • the dielectric 2 may have rigidity characteristics or may have elasticity characteristics.
  • the rigidity characteristic means a characteristic that resists deformation caused by an external force.
  • the elastic property is a property that is deformed by an external force and returns to its original shape when the force is removed.
  • the dielectric 2 may have a higher elastic modulus than that of the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) so that the dielectric 2 is not deformed more than the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) when an external force is applied.
  • the elastic modulus of the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) is about 10 4 Pa to 10 8 Pa
  • the dielectric 2 may have a higher elastic modulus.
  • the dielectric 2 is a film having a thickness smaller than the amount of deformation of the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) so that the dielectric 2 is not deformed more than the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) when an external force is applied. It may have a form.
  • the dielectric 2 may include a material having a resistance value higher than the impedance of the capacitor in a desired frequency band.
  • the dielectric 2 may be formed in a layer shape (layer form) on the first surface 1 s of the first electrode 1 facing the second electrode 3.
  • the dielectric 2 is continuously formed in all the pressure sensitive elements constituting the tactile sensor unit as shown in FIG. 3A.
  • FIG. It may be formed independently.
  • 3A and 3B are both schematic plan views showing examples of the formation form (planar shape) of the dielectric.
  • the dielectric 2 may be continuously formed between two or more pressure-sensitive elements among all the pressure-sensitive elements constituting the tactile sensor unit, or may be formed independently for each pressure-sensitive element. It may be. In the tactile sensor, the dielectric 2 may be formed continuously between all the tactile sensor units constituting the tactile sensor, or may be formed independently for each tactile sensor unit.
  • the thickness of the dielectric 2 is not particularly limited as long as the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 3 is changed by an external force (pressing force from the outside), and usually 0.1 to 50 ⁇ m, preferably Is 1 to 20 ⁇ m. For example, one is more preferably 7.5 ⁇ m.
  • the second electrode 3 includes a conductive member 32, and the conductive member 32 is provided on the first electrode 1 and the dielectric 2 side with the first surface 320 facing each other.
  • the conductive member 32 may have a plurality of protrusions 321 on the first surface 320.
  • the protruding portion 321 has a form protruding from the base portion of the conductive member 32 toward the first electrode 1.
  • the conductive member 32 has a concavo-convex shape that locally protrudes from the base portion toward the installation direction of the first electrode 1.
  • the number of the protrusions 321 of the conductive member 32 is usually at least one.
  • the conductive member 32 may have a plurality of protrusions 321. Due to the aspect in which the plurality of protrusions 321 are provided, the conductive member 32 has an uneven shape as a whole, and the protrusions in the uneven shape correspond to the protrusions 321.
  • the protrusion 321 of the conductive member 32 may have a tapered shape. Specifically, the protrusion 321 of the conductive member 32 may have a tapered shape in which the width dimension is gradually reduced toward the first electrode 1 (see FIG. 1B). As shown in FIG. 1B, for example, the protruding portion 321 may have a truncated cone shape such as a truncated cone or a square truncated pyramid as a whole.
  • the height dimension of the protrusion 321 may be any dimension as long as the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 3 is changed by an external force (pressing force from the outside).
  • the plurality of protrusions 321 may be regularly arranged.
  • the pitch dimension of the plurality of protrusions 321 is not particularly limited as long as the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 3 is changed by an external force (pressing force from the outside).
  • the thickness of the conductive member 32 is not particularly limited as long as the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 3 is changed by an external force (pressing force from the outside). It is ⁇ 500 ⁇ m, preferably 50 to 200 ⁇ m. For example, one is more preferably 150 ⁇ m.
  • the conductive member 32 is formed independently for each pressure-sensitive element in FIGS. 1A and 1B, but in two or more pressure-sensitive elements among all the pressure-sensitive elements constituting the tactile sensor unit. It may be formed continuously. For example, as shown in FIG. 4, two pressure-sensitive elements among the four pressure-sensitive elements constituting the tactile sensor unit may be formed continuously. From the viewpoint of the simple structure of the tactile sensor unit, the conductive member 32 is preferably formed continuously in all the pressure sensitive elements constituting the tactile sensor unit.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of the formation form (planar shape) of the second electrode 3 (conductive member 32).
  • the conductive member 32 is formed with a width equivalent to that of the tactile sensor unit 100A, but is not limited to this, and is formed in a wider area than the tactile sensor unit 100A. Also good. Specifically, for example, in a plan view of a tactile sensor including a plurality of tactile sensor units 100A, the conductive member 32 may be continuously formed over the entire surface of the tactile sensor. At this time, in the tactile sensor, a portion where the conductive member 32 and the first base material 10 are in direct contact may be generated.
  • the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) may have an elastic characteristic or may have a rigid characteristic. From the viewpoint of stretchability of the tactile sensor, the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) preferably has elastic characteristics.
  • the conductive member 32 When the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) has elastic characteristics, the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) corresponds to an elastic electrode member and can also be referred to as a stretchable member.
  • the elastic conductive member 32 may be made of any material as long as it has both “elastic characteristics (particularly“ elastic characteristics of the protrusions 321 ”)” and “conductive characteristics”.
  • the elastic conductive member 32 (particularly the protrusion 321) may be made of a conductive resin composed of a resin material (particularly a rubber material) and a conductive filler dispersed in the resin material.
  • a preferred elastic conductive member 32 (particularly the protrusion 321) is made of a conductive rubber made of a rubber material and a conductive filler dispersed in the rubber material.
  • the resin material include at least one resin selected from the group consisting of styrene resins, silicone resins (for example, polydimethylpolysiloxane (PDMS)), acrylic resins, rotaxane resins, and urethane resins. It may be a material.
  • rubber materials include silicone rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene / butadiene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, polyisobutylene, ethylene propylene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, fluorine rubber, epichlorohydrin rubber, and urethane rubber. It may be at least one rubber material selected from the group consisting of and the like.
  • the conductive fillers are Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In 2 O 3 (indium (III) oxide) and SnO 2 (tin oxide (IV) It may comprise at least one material selected from the group consisting of:
  • a conductive layer may be used instead of or in addition to the conductive filler.
  • it may be a conductive member 32 in which a conductive layer is provided on the surface of a resin structure (particularly a rubber structure material) by applying conductive ink or the like. When the conductive member 32 has the protruding portion 321, the conductive member 32 is used in a concept including the protruding portion 321.
  • the elastic modulus of the elastic conductive member 32 is determined by the protrusion 321 by a normal pressing force applied to the tactile sensor (for example, a pressing force of about 1 N to 10 N). It may be about 10 4 to 10 8 Pa so as to be gradually deformed.
  • a normal pressing force applied to the tactile sensor for example, a pressing force of about 1 N to 10 N. It may be about 10 4 to 10 8 Pa so as to be gradually deformed.
  • Such elastic modulus can be adjusted by changing the relative proportion of the conductive filler and the resin material (rubber material).
  • the resistivity of the conductive member 32 may be sufficiently smaller than the impedance of the capacitor in a desired frequency band. Such resistivity can also be adjusted by changing the relative proportions of the conductive filler and the resin material (rubber material).
  • the protruding portion 321 having elasticity has a tapered shape, the protruding portion 321 is preferably elastically deformed. Therefore, an increase in the contact area between the protruding portion 321 and the dielectric 2 is preferably brought about. Become.
  • the conductive member 32 can correspond to a rigid electrode member.
  • the rigid conductive member 32 may be made of any material as long as it has both “rigidity characteristics (particularly,“ rigidity characteristics in the protruding portion 321 ”)” and “conductive characteristics”. .
  • the rigid conductive member 32 (particularly the protrusion 321) is, for example, more than about 10 8 Pa so as not to be deformed by a normal pressing force applied to the tactile sensor (for example, a pressing force of about 1 N to 10 N).
  • the elastic modulus may be more than 10 8 Pa and not more than 10 11 Pa, for example, an elastic modulus of about 5 ⁇ 10 8 Pa, for example.
  • the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) only needs to have a resistivity sufficiently smaller than the impedance of the capacitance in a desired frequency band.
  • the rigid conductive member 32 (particularly the protruding portion 321) may be made of, for example, a metal body, or may be dispersed in the glass body and the conductive layer formed on the surface thereof. It may be composed of a conductive filler, or may be composed of a resin body and a conductive layer formed on the surface thereof and / or a conductive filler dispersed in the resin body.
  • the metal body is an electrode member made of metal, that is, the conductive member 32 (particularly the protrusion 321) may be substantially made of metal.
  • the metal body examples include Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), C (carbon), ZnO (zinc oxide), In 2 O 3 (indium (III) oxide), and SnO 2 (tin oxide ( IV)) comprising at least one metal selected from the group consisting of:
  • the glass body is not particularly limited as long as it has a network structure of silicon oxide.
  • the resin body includes at least one resin material selected from the group consisting of styrene resins, silicone resins (for example, polydimethylpolysiloxane (PDMS)), acrylic resins, rotaxane resins, urethane resins, and the like. It may consist of.
  • the conductive layer of the glass body and the resin body may be a layer formed by vapor-depositing at least one metal selected from the group of metals similar to the metal that can constitute the metal body, or of the conductive ink. It may be a layer formed by coating or the like.
  • the conductive filler of the glass body and the resin body may comprise at least one metal selected from the group of metals similar to the metal that can constitute the metal body.
  • the elastic modulus is usually within the above range. It is.
  • the rigid conductive member 32 (particularly the protrusion 321) is composed of a resin body and a conductive layer and / or a conductive filler, its elastic modulus depends on the degree of polymerization of the resin material constituting the resin body and the chemistry. It can be adjusted by changing the design of the structure and the relative proportions of the resin material and the conductive filler.
  • the resistivity is usually in a desired frequency band.
  • the resistivity is sufficiently smaller than the impedance of the capacitor.
  • the resistivity is the glass material or resin that constitutes the glass body. It can be adjusted by changing the relative proportion of material and conductive filler.
  • the tactile sensor unit 100A of this embodiment has the spacer 4 between the first electrode 1 (particularly the dielectric 2), the second electrode 3, and the (conductive member 32), but it must always be present. Not that. From the viewpoint of further improving the detection accuracy of the shear force, the tactile sensor unit preferably has the spacer 4.
  • the tactile sensor unit 100A according to the present embodiment has the spacer 4 on the dielectric 2, but has the spacer 4 on other members (for example, the first electrode 1 and the first base material 10). You may do it. Further, for example, when the conductive member 32 is formed in a wider area than the tactile sensor unit 100A as described above, the spacer 4 can be replaced with another member as long as the gap 31 can be secured by contact with the conductive member 32. It may be formed.
  • the tactile sensor unit 100A of the present embodiment preferably includes the spacer 4. With the spacer 4, a gap (air part) 31 can be secured between the dielectric 2 and the second electrode 3.
  • the material constituting the spacer can be used from an elastic body to a rigid body.
  • a flexible material having an elastic modulus of 0.006 GPa or more is preferably used, more preferably an elastic modulus of 0.006 to 650 GPa, and still more preferably 0.1
  • a flexible material having an elastic modulus of ⁇ 5 GPa is used.
  • a preferable flexible material constituting the spacer for example, polyethylene, polypropylene, polyester or the like can be used.
  • the elastic modulus of the spacer is 0.006 GPa or more, since the spacer is not deformed excessively when pressed, the moment can be detected effectively, and as a result, the detection sensitivity of the shear force is further improved.
  • the elastic modulus of the spacer is less than 0.006 GPa, the spacer is excessively deformed as shown in FIG.
  • the tactile sensor unit 100A of the present embodiment preferably has a gap 31 between the second electrode 3 and the dielectric 2 as shown in FIGS. 1A and 1B. You don't have to do that. That is, the topmost portion of the protrusion 321 of the conductive member 32 may be in contact with the dielectric 2.
  • the tactile sensor unit 100A has the gap 31, the contact between the dielectric 2 and the second electrode 3 can be avoided even when the tactile sensor is affixed to the curved surface, thereby preventing erroneous detection due to affixing. .
  • FIG. 5B is a schematic plan view showing an example of the formation form (planar shape) of the spacer 4.
  • the spacer 4 may be made of any material as long as it does not affect the capacitance change between the first electrode 1 and the second electrode 3.
  • the spacer 4 may comprise, for example, an insulating resin material (insulating resin material such as polyimide resin, polyester resin, and epoxy resin).
  • the spacer 4 may be formed in a column shape (dot shape), or may be formed in a wall shape (plate shape) in which the column shape is continuous in a predetermined direction as shown in FIG. 5B.
  • the thickness (height) of the spacer 4 is not particularly limited as long as the capacitance between the first electrode 1 and the second electrode 3 is changed by an external force (pressing force from the outside), and usually 10 to 500 ⁇ m,
  • the thickness is preferably 20 to 100 ⁇ m, for example, one is more preferably 50 ⁇ m.
  • the tactile sensor unit 100A may further include a cover material (second substrate) 50 on the outermost surface 301 side of the external force acting part 300, as shown in FIG. 1C.
  • the cover material 50 contributes to further improvement in the accuracy of detecting the shear force).
  • one external force acting part 300 in each tactile sensor unit is fixed to the cover material 50 and not fixed to all the pressure sensitive elements 200 constituting the touch sensor unit. Is more preferable from the viewpoint of further improving the accuracy of detecting the shear force.
  • the cover material 50 may be made of a material that can transmit an external force (pressing force from the outside) between the first electrode 1 and the second electrode 3.
  • a material for example, at least one selected from the group consisting of polyimide resin, polyolefin resin (for example, polypropylene resin), polyester resin (for example, polyethylene terephthalate resin), polycarbonate resin, polyphenylene sulfide resin, and the like. Materials.
  • the thickness of the cover member 50 is not particularly limited as long as an external force (pressing force from the outside) can be transmitted between the first electrode 1 and the second electrode 3, and is usually 10 to 100 ⁇ m. From the viewpoint of adhesion to a dimensional curved surface, it is preferably 30 to 50 ⁇ m. For example, one is more preferably 40 ⁇ m.
  • the detection of the capacitance change is usually detected by each pressure sensitive element 200.
  • the measurement is performed by a measurement system electrically connected between the wiring drawn from the first electrode 1 and the wiring drawn from the second electrode 3.
  • the detection of the capacitance change may employ either the self-capacitance method or the mutual capacitance method.
  • other known methods may alternatively be employed for detecting a change in capacity. That is, an appropriate method may be adopted as appropriate depending on the use of the tactile sensor unit. Also, any known method may be adopted as a method for deriving the load from the capacitance change of the tactile sensor unit.
  • the tactile sensor unit can be used with a control device.
  • a control device may have a function of, for example, storing a capacitance change or a derived load distribution in the tactile sensor unit or outputting the same to an external device such as a PC.
  • an external device such as a PC.
  • Such a control device may be provided separately from the tactile sensor unit. Therefore, for example, the tactile sensor unit may be controlled by an arithmetic processing device such as an external PC.
  • the external force application unit 300 side of the touch sensor unit 100A is the pressing side (external force application side) of the touch sensor unit.
  • the “X side” of the tactile sensor unit 100A that is, the “X side” (upper side in the figure) and the “Y side” (lower side in the figure) facing each other. Is the pressing side (external force application side).
  • the tactile sensor unit 100A of the present embodiment is applied with an external force on the “X side” to detect a shearing force or the like.
  • the elastic force is generated as shown in FIGS. 6A to 6C.
  • the projecting portion 321 having the shape is deformed by gradually increasing the width dimension while reducing the height dimension.
  • the contact area S between the elastic protrusion 321 and the dielectric 2 increases, and the gap 31 is deformed to reduce its thickness d.
  • the capacitance C [pF] of the capacitor and the load F [N] applied to the tactile sensor unit are expressed by the following equations, respectively.
  • ⁇ [pF / m] is the dielectric constant of the dielectric
  • S [m 2 ] is the contact area between the protrusion 321 and the dielectric 2
  • d [m] is the thickness of the gap 31, and E [Pa]. Is Young's modulus and e is strain. ]
  • the portion including the first electrode 1, the dielectric 2 and the second electrode 3 can be regarded as a capacitor.
  • the capacitance of the first capacitor portion is referred to.
  • the capacitances of the second capacitor portion and the second capacitor portion behave as shown in FIGS. 7A and 7B, respectively. Specifically, as shown in FIG. 7A, the capacitance of the first capacitor portion decreases as the applied load F increases. As shown in FIG. 7B, the capacitance of the second capacitor portion increases as the load F applied increases.
  • the tactile sensor unit can exhibit high linearity characteristics in the low load region and the high load region. Specifically, in the tactile sensor unit, the ratio between the “first capacitor unit” and the “second capacitor unit” is adjusted, so that the sensitivity in the low load region and the high load region is adjusted. High linearity characteristics are realized.
  • the tactile sensor unit can exhibit high linearity characteristics in the low load region and the high load region as described above.
  • the second electrode 3 (particularly the protrusion 321) has rigidity characteristics and the dielectric 2 has elastic characteristics
  • the dielectric 2 is elastically deformed so that at least a part of the protrusion 321 bites into the dielectric 2.
  • the contact area S between the protrusion 321 and the dielectric 2 increases, and the gap 31 is deformed so as to reduce its thickness d. Therefore, even in such a case, the tactile sensor unit can exhibit high linearity characteristics in the low load region and the high load region as described above.
  • the first electrode 1 may have either an elastic characteristic or a rigid characteristic.
  • the first electrode 1 also has an “elastic characteristic” and is applied with an external force. Accordingly, as shown in FIG. 9C, the dielectric 2 and the first electrode 1 may be elastically deformed.
  • the tactile sensor unit is within the scope of the present disclosure.
  • the area S of the contact region between the protrusion 321 and the dielectric 2 is difficult to increase, the linearity of the capacitance change characteristic is not improved so much, but the capacitance change caused by the decrease in the thickness d. Therefore, the shearing force can be detected with a simple structure.
  • the tactile sensor unit 100G according to the second embodiment is the same as the tactile sensor unit 100A according to the first embodiment except that it has the following configuration.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of a tactile sensor unit constituting the tactile sensor according to the second embodiment.
  • the second electrode 3 (conductive member 32) is continuously formed in the two or more pressure sensitive elements 200, a wiring (not shown) is drawn from the second electrode 3 for each pressure sensitive element 200. There is no need. For this reason, the number of wirings can be reduced, and the measurement system can have a simple structure.
  • FIG. 10A as shown in FIG. 4, the second electrode 3 (conductive member 32) is continuously formed by two pressure sensitive elements among the four pressure sensitive elements constituting the tactile sensor unit. ing.
  • the first electrode 1 is formed independently for each pressure sensitive element as shown in FIG. 10B among all the pressure sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit.
  • FIG. 10B is a schematic plan view showing an example of a formation form (planar shape) of the first electrode 1 in the second embodiment.
  • the dielectric 2 is formed independently for each pressure-sensitive element as shown in FIG. 10A among all the pressure-sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit. As shown in FIG. 2, two or more pressure-sensitive elements 200 may be continuously formed.
  • the capacity change characteristic of the tactile sensor unit of the present embodiment is the same as the capacity change characteristic of the tactile sensor unit of the first embodiment.
  • the tactile sensor unit 100H according to the third embodiment is the same as the tactile sensor unit 100G according to the second embodiment, except that it has the following configuration.
  • FIGS. 11A and 11B the first electrode 1 is not only independently formed for each pressure-sensitive element among all the pressure-sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit.
  • the pressure sensitive elements are formed separately in two.
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view of a tactile sensor unit constituting a tactile sensor according to a third embodiment.
  • FIG. 11B is a schematic plan view illustrating an example of a formation form (planar shape) of the first electrode 1 in the third embodiment.
  • the first electrode 1 is formed by being separated into two in each pressure sensitive element, and therefore, wiring (not shown) is provided from each of the two first electrodes 1 in each pressure sensitive element.
  • wiring (not shown) is provided from each of the two first electrodes 1 in each pressure sensitive element.
  • the structure in which the wiring is drawn from each of the two first electrodes 1 in each pressure-sensitive element is achieved with the same work efficiency as the structure in which the wiring is drawn from one first electrode 1 in each pressure-sensitive element. It is.
  • the measurement system has a simpler structure than that of the second embodiment by the amount that wiring (not shown) from the second electrode 3 (conductive member 32) is not required. it can.
  • the capacity change characteristic of the tactile sensor unit of the present embodiment is the same as the capacity change characteristic of the tactile sensor unit of the first embodiment.
  • the tactile sensor unit has a single form including one external force acting portion per one tactile sensor unit, but two or more external force acting portions are included. May be included. That is, the tactile sensor unit may have a multi form including two or more external force acting parts. The number of external force acting portions in the tactile sensor unit having a multi form is two or more, and may be 2 to 10, for example.
  • each of the two or more external force acting parts has a single form of the tactile sensor unit between a plurality of pressure sensitive elements overlapping with each external force acting part. It is only necessary to have an overlapping arrangement relationship between one external force acting portion and a plurality of pressure sensitive elements.
  • the external force acting part and the pressure sensitive element in the multi-type tactile sensor unit are the same as the external force acting part and the pressure sensitive element in the single form tactile sensor unit, respectively.
  • each of the two or more external force acting parts may be disposed across a plurality of pressure sensitive elements.
  • each external force action part of two or more external force action parts should just be arrange
  • each of the two or more external force acting parts is preferably smaller than the entire area occupied by a plurality of pressure-sensitive elements overlapping with each external force acting part in plan view.
  • a plurality of pressure-sensitive elements that overlap with each of the two or more external force acting parts has an overall shape in which the entire region occupied by the plurality of pressure-sensitive elements is symmetrical in plan view.
  • the external force acting portions are arranged so that the center of the external force acting portions overlaps the center of the overall shape having the symmetry in plan view.
  • each of the two or more external force acting parts has a center line of each of the plurality of pressure-sensitive elements in which the outline of each external force acting part overlaps with each external force acting part in plan view. It is preferable that it is arranged to pass through.
  • FIG. 12A to FIG. 12D schematically show schematic steps of the manufacturing method of the tactile sensor unit according to the first embodiment according to one preferred embodiment.
  • the respective processes are tactile sense according to the first embodiment except that the shape and size of each member are different. It is the same as each process in the manufacturing method of a sensor unit.
  • a first electrode sheet (for example, metal foil) is attached to one side of the first substrate 10, and the first electrode 1 is formed by a wet etching method to obtain an intermediate 620 as shown in FIG. 12A. Specifically, a resist layer is formed on the surface of the first electrode sheet, the exposed portion is dissolved and removed with an etching solution, and then the resist layer is removed. Adhesion may be achieved with an electrically insulating adhesive that is conventionally used in the field of tactile sensors and pressure sensitive elements.
  • a dielectric 2 is formed on the first electrode 1 of the intermediate 620 to obtain an intermediate 630 as shown in FIG. 12B.
  • the intermediate 620 is immersed in an electrodeposition coating solution, a voltage is applied using the first electrode and the solution bath as an electrode, and the electrodeposition layer is deposited, thereby forming a dielectric.
  • a resist layer may be used.
  • the spacer 4 is formed on the dielectric side of the intermediate 630 to obtain an intermediate 640 as shown in FIG. 12C.
  • the intermediate 630 is subjected to a photoetching method. Specifically, a spacer sheet is attached to the dielectric side of the intermediate 630, and the spacer portion is exposed to produce a polymer (for example, polyimide). Thereafter, the unexposed portion is dissolved and removed with an organic solvent or the like. Also in this step, the sticking may be achieved by an electrically insulating adhesive conventionally used in the field of tactile sensors and pressure sensitive elements. This step is an optional step.
  • the conductive member 32 as the second electrode is placed on the dielectric 2 and the spacer 4 of the intermediate 640 to obtain an intermediate 650 as shown in FIG. 12D.
  • the installation method is not particularly limited, and examples thereof include a method of simply placing and a method of attaching. Also in this step, the sticking may be achieved by an electrically insulating adhesive conventionally used in the field of tactile sensors and pressure sensitive elements.
  • the conductive member 32 can be manufactured by, for example, nanoimprint technology, photolithography etching technology, and development / peeling technology.
  • nanoimprint technology is used.
  • the nanoimprint technique is a technique in which a mold having a concavo-convex pattern is pressed against a resin body of a material to be transferred, and a pattern formed on the mold in nano order is transferred to the resin body.
  • the external force application unit 300 is installed on the conductive member 32 of the intermediate body 650 to obtain a tactile sensor unit 100A as shown in FIG. 1B.
  • the installation method is not particularly limited, and examples thereof include a method of simply placing and a method of attaching.
  • the sticking may be achieved by an electrically insulating adhesive conventionally used in the field of tactile sensors and pressure sensitive elements.
  • the tactile sensor of the present disclosure includes a plurality of tactile sensor units 100 (including 100A to 100H) described above. From the viewpoint of stretchability of the tactile sensor, it is preferable that adjacent touch sensor units among the plurality of touch sensor units are connected by a stretchable member.
  • the stretchable member that connects the adjacent tactile sensor units may be a stretchable member that connects the external force acting units 300 to each other, a stretchable member that connects the first substrates 10 to each other, or Both of these may be used.
  • the plurality of tactile sensor units 100 constituting the tactile sensor of the present disclosure at least the external force acting units 300 are connected by an elastic member between adjacent tactile sensor units from the viewpoint of the elasticity of the tactile sensor. Preferably it is.
  • the plurality of tactile sensor units 100 connect not only the external force acting units 300 but also the first substrates 10 with stretchable members between adjacent touch sensor units. It is preferable that
  • the stretchable member responsible for the connection between the external force acting parts 300 may exhibit stretchability depending on its structure, or may exhibit stretchability depending on its material. That is, the stretchable member of the external force acting part 300 may be a member having a stretchable structure or a member made of a stretchable material.
  • the member having a stretchable structure responsible for the connection between the external force acting parts 300 is connected to the outer periphery of each external force acting part 300 as a central part, and extends along the outer periphery of the central part.
  • This is a bending member 300a provided to be curved so as to extend.
  • the other end of the bending member 300a is connected to the other end of the bending member 300a of the external force acting unit 300 in the adjacent tactile sensor unit.
  • elasticity is developed due to a change in the curvature of the bending member 300a.
  • the tactile sensor exhibits elasticity.
  • FIG. 13A is a schematic plan view of an external force action part net in which a plurality of external force action parts are connected by a bending member.
  • the plan view shape of the external force application unit 300 is a circle.
  • the bending member 300a may be made of any material as long as it can withstand the change in curvature.
  • Specific examples of the constituent material of the bending member 300a include, for example, the same resin material (particularly the polymer material) exemplified as the constituent material of the external force acting unit 300, and the same rubber material exemplified as the constituent material of the first substrate 10. It is done.
  • the number of bending members 300a connected to one external force action part 300 may be determined according to the arrangement of the tactile sensor units and the number of adjacent external force action parts 300.
  • the member made of a stretchable material that bears the connection between the external force acting portions 300 is an elastic sheet member 300b made of an elastomer material, as shown in FIG. 13B.
  • a plurality of external force acting portions 300 are connected by the elastic sheet member 300b.
  • the external force acting part sheet 450 in which a plurality of external force acting parts 300 are connected by the elastic sheet member 300b as a member made of such a stretchable material elasticity is exhibited due to the elastic characteristics of the elastic sheet member 300b. As a result, elasticity is developed in the tactile sensor. As the elastic sheet member 300b as the elastic member expands and contracts, the tactile sensor can expand and contract.
  • FIG. 13B is a schematic plan view of an external force acting part sheet in which a plurality of external force acting parts are connected by an elastic sheet member.
  • the elastic sheet member 300b may be made of any material having elasticity. Specific examples of the constituent material of the elastic sheet member 300b include the same rubber material exemplified as the constituent material of the first substrate 10.
  • the stretchable member responsible for the connection between the external force acting portions 300 is a member having a stretchable structure, that is, a bending member 300a.
  • a shearing force is applied to the external force acting part 300 connected by the bending member 300a, a further rotational force acts on the external force acting part 300, and the pressure-sensitive element 200 uses the rotational force to generate a capacitance.
  • the change is detected, and the accuracy of detecting the shear force is further improved.
  • the stretchability of the tactile sensor is further improved.
  • the stretchable member responsible for the connection between the first substrates 10 may also exhibit stretchability depending on its structure, or the stretchability depending on the material thereof, similarly to the stretchable member responsible for the connection between the external force acting portions 300. It may be expressed. That is, the stretchable member of the first substrate 10 may be a member having a stretchable structure or a member made of a stretchable material.
  • the member having the stretchable structure responsible for the connection between the first substrates 10 is a curved member similar to the member having the stretchable structure responsible for the connection between the external force acting parts 300. That is, as shown in FIG. 14, the member having the stretchable structure responsible for the connection between the first substrates 10 is connected to the outer periphery of each first substrate 10 as the central portion, and on the outer periphery of the central portion. This is a bending member 10a provided to be curved so as to extend along. The other end of the bending member 10a is connected to the other end of the bending member 10a of the first substrate 10 in the adjacent tactile sensor unit.
  • FIG. 14 is a schematic plan view of a first substrate having a bending member.
  • the bending member 10a may be made of any material as long as it can withstand the change in curvature.
  • Specific examples of the constituent material of the bending member 10a include the same resin materials (particularly polymer materials) and rubber materials exemplified as the constituent material of the first substrate 10.
  • the number of bending members 10a connected to one first substrate 10 may be determined according to the arrangement of the tactile sensor units and the number of adjacent first substrates 10.
  • the member made of an elastic material responsible for the connection between the first substrates 10 is an elastic sheet member made of an elastomer material like the member made of the elastic material responsible for the connection between the external force acting parts 300.
  • the plurality of first substrates 10 are connected by the elastic sheet member.
  • the stretchability is developed due to the elastic characteristics of the elastic sheet member.
  • the tactile sensor Due to this, further stretchability is exhibited.
  • the elastic sheet member as the stretchable member expands and contracts, the tactile sensor becomes extendable.
  • the elastic sheet member responsible for connection between the first substrates 10 may be made of any material having elasticity.
  • Specific examples of the constituent material of the elastic sheet member include the same rubber material exemplified as the constituent material of the first substrate 10.
  • the stretchable member responsible for connection between the first substrates 10 is preferably a member having a stretchable structure, that is, a curved member 10a. While using the bending member 10a as the elastic member responsible for the connection between the first substrates 10 and using the bending member 300a as the elastic member responsible for the connection between the external force acting parts 300, the elasticity of the tactile sensor is further increased. It is for improving.
  • the stretchability of the stretchable member of the first substrate 10 is approximately the same as the stretchability of the stretchable member of the external force acting unit 300.
  • the stretchability of the stretchable member of the first substrate 10 is about the same as the stretchability of the stretchable member of the external force acting portion 300.
  • the stretch of the first substrate 10 and the external force acting portion 300 is when the tactile sensor is stretched. It means that the degree is approximate.
  • the stretchability of the stretchable member of the first substrate 10 is approximately the same as the stretchability of the stretchable member of the external force acting part 300, the following aspects are exemplified. Aspect 1 and aspect 2 are preferred, and aspect 2 is more preferred.
  • Aspect 1 an aspect in which the elastic member of the first substrate 10 is the bending member 10a and the elastic member of the external force acting part 300 is the bending member 300a;
  • Aspect 2 In Aspect 1, the constituent material of the bending member 10a of the first substrate 10 and the constituent material of the bending member 300a of the external force acting unit 300 are the same type of material;
  • Aspect 3 Aspect in which the stretchable member of the first substrate 10 is an elastic sheet member and the stretchable member of the external force acting part 300 is the elastic sheet member 300b;
  • Aspect 4 The aspect in which the constituent material of the elastic sheet member of the first substrate 10 and the constituent material of the elastic sheet member 300b of the external force acting unit 300 are the same type of material in aspect 3.
  • the wiring for each pressure sensitive element can be easily pulled out.
  • the first electrode 1 is independent of each pressure-sensitive element among all the pressure-sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit on the first substrate 10 shown in FIG. 14 as shown in FIG. 10B. If formed, wiring is formed on the bending member 10a of the first substrate 10, and the wiring 1a shown in FIG. 15A is obtained.
  • FIG. 15A is a schematic plan view showing an example of wiring drawn from the first electrode when the first electrode shown in FIG. 10B is formed on the first substrate shown in FIG.
  • the first electrode 1 is independent for each pressure-sensitive element among all the pressure-sensitive elements 200 constituting the tactile sensor unit on the first substrate 10 shown in FIG. 14 as shown in FIG. 11B.
  • each pressure sensitive element is formed to be separated into two pieces, two wirings are formed on one bending member 10a of the first substrate 10, The wiring 1a shown in FIG. 15B is obtained.
  • FIG. 15B is a schematic plan view showing an example of wiring drawn from the first electrode when the first electrode shown in FIG. 11B is formed on the first substrate shown in FIG. 14.
  • the dielectric 2 may be formed continuously between a plurality of tactile sensor units constituting the tactile sensor, or may be formed independently for each tactile sensor unit.
  • the dielectric 2 can be selectively formed on the 1st electrode 1 and its wiring by using the 1 electrode 1 and its wiring, and the bath of a solution as an electrode.
  • the dielectric on the wiring can function as an insulating coating layer for the wiring.
  • the second electrode 3 may be formed continuously between a plurality of tactile sensor units constituting the tactile sensor, or may be formed independently for each tactile sensor unit. . From the viewpoint of the simple structure of the tactile sensor, the second electrode 3 (conductive member 32) is preferably formed continuously between all tactile sensor units constituting the tactile sensor.
  • the external force acting portion 300 is curved in the second electrode 3 (conductive member 32). As in the case of being connected by the member 300a and having the form of an external force acting part net, it is preferable to be connected by a bending member made of the same material as that of the second electrode 3 (conductive member 32).
  • FIG. 16A is a schematic perspective view of the tactile sensor when the second electrode 3 (conductive member 32) is connected by a bending member between the tactile sensor units and has the form of a second electrode net.
  • a tactile sensor 500 shown in FIG. 16A is connected to a tactile sensor unit 100 as a central portion by a curved member that is curved along the outer periphery thereof.
  • the bending member 150 that connects the tactile sensor unit 100 includes a bending member of the external force acting part net, a bending member of the first substrate net, and a bending member that connects the second electrode 3 (conductive member 32). It may be integrated with an electrically insulating adhesive.
  • the electrically insulating adhesive may be an electrically insulating adhesive conventionally used in the field of tactile sensors and pressure sensitive elements.
  • the bending member 150 may further include a dielectric.
  • the tactile sensor 500 is excellent in elasticity, it can be adapted to those having complicated shapes such as human fingers and robot fingers and arms as shown in FIG. 16B. Specifically, the present invention can also be applied to sensing that is in close contact with the human body and wearable devices that are required to be attached to joints and movable parts other than the wrist.
  • a first substrate sheet having such a size that a desired number (plurality) of tactile sensor units can be formed is used.
  • Each member is formed and unnecessary portions are removed.
  • the some tactile sensor unit part and the bending member of each above-mentioned member are cut out by laser cutting. Thereby, a tactile sensor in which a plurality of tactile sensor units are connected by the bending member is obtained.
  • the tactile sensor of the present disclosure is not limited to the category of typical electronics devices, but in the field of robots, the field of input devices, the field of steering devices, the field of wearable devices, the healthcare field, the medical field, the nursing field, and the like. Is also available.
  • the tactile sensor of the present disclosure can be used as a tactile sensor useful for a robot hand and a robot arm used in a factory or the like.
  • a robot hand and a robot arm provided with a tactile sensor of the present disclosure can be applied to various structures and human bodies having different shapes and weights without applying unnecessary force and dropping the structures and human bodies. Can be grabbed and transported.
  • the tactile sensor of the present disclosure can be used in a screen-embedded cross key or the like in an input device such as a game. Further, for example, the tactile sensor of the present disclosure can detect hand grip pressure and slip and changes thereof in a steering device such as a handle. Thereby, a person's sleepiness, feelings, etc. can be estimated and a person's state (for example, a driver's state) can be sensed.
  • a person's sleepiness, feelings, etc. can be estimated and a person's state (for example, a driver's state) can be sensed.
  • First electrode 1a Curved member 2: Dielectric 3: Second electrode 32: Conductive member 4: Spacer 10: First substrate 10a: Curved member 50: Cover material 100: 100A: 100B: 100C: 100D: 100E : 100F: 100G: 100H: Tactile sensor unit 150: Curved member connecting the tactile sensor unit 200: 200a: 200b: 200c: 200d: Pressure sensitive element 300: External force acting unit 500: Tactile sensor

Abstract

本発明は、簡便な構造で、剪断力を検出できる触覚センサおよび該触覚センサを構成する触覚センサユニットを提供することを目的とする。本発明は、第１電極１を有する第１基板１０と、前記第１電極に対向配置された第２電極３と、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された誘電体２と、を有する複数の感圧素子２００；および該複数の感圧素子の上にまたがって配置された外力作用部３００；を含み、前記外力作用部に剪断力が印加されることにより、少なくとも一部の感圧素子で電極間の静電容量が変化する、触覚センサユニット１００Ａ、および該センサユニットを複数で有する触覚センサを提供する。

Description

触覚センサおよびこの触覚センサを構成する触覚センサユニット
　本開示は触覚センサおよびこの触覚センサを構成する触覚センサユニットに関する。
　工場等で用いられるロボットハンドおよびロボットアームに有用な触覚センサは、剪断力を検出する感圧センサである。触覚センサを備えたロボットハンドは、異なる形状および重量の様々な構造物に対して、必要以上の力を加えることなく、かつ落下させることなく、当該構造物を掴み、運搬することができる。このような触覚センサとして、従来から、種々の構造のものが知られている（例えば、特許文献１～３）。
　例えば、特許文献１に開示の触覚センサシステムは、複数の垂直応力検出センサユニットと、シート層部と、を備えている。シート層部は、外装シート層部と、垂直応力検出ユニットを内蔵する力検知シート層部と、外装シート層部と力検知シート層部との間に挟持された媒介層と、を有する。外装シート層部と力検知シート層部とは互いに対向方向に突起した突起部を複数有し、かつ、外装シート層部と力検知シート層部とは互いの突起部が媒介層を間にして噛み合うように対向配置されている。
　また例えば、特許文献２に開示の検出装置は、基準点Ｐの周りに複数配置された第１容量電極、を有する第１基板と、第１容量電極を挟んで第１基板と対向配置された第２基板と、第１基板と第２基板との間において誘電体を挟んで第１容量電極と対向配置された第２容量電極と、基準点Ｐと重なる位置に重心が位置するとともに外圧によって先端部が第２基板に当接した状態で弾性変形する弾性体突起、が形成された第３基板と、を備えている。
　また例えば、特許文献３に開示の触覚センサは、複数の第１電極が備えられる第１基板と、前記複数の第１電極それぞれに対応する複数の第２電極が備えられる第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に提供される誘電体とを含み、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に対して、これに対応する第２電極は一方向に離れて配置され、前記複数の第１電極のいずれか１つの電極に隣接する他の第１電極に対して、これに対応する第２電極は他方向に離れて配置されている。
　また例えば、特許文献４に開示の検出装置は、外部からの荷重により変形し、応力分散を生じさせる圧力センサを備え、前記圧力センサにより検出された圧力値を用いて、圧力中心位置を演算し、前記圧力中心位置に基づいて、移動値を演算し、滑りを検出する。
　また例えば、特許文献５に開示の触覚センサは、検出素子間をクランク状の接続部で相互接続する。
国際公開第２０１１／０４５８３７号明細書 特開２０１２－４７７２８号公報 特開２０１４－１１５２８２号公報 特開２００９－３４７４２号公報 特開２０１５－１１４３０８号公報
　触覚センサは、センシング技術の発展とともに、用途が拡大しており、これに伴い伸縮性が求められている。本開示の発明者等は、従来の触覚センサ、特に触覚センサを構成する触覚センサユニットは構造が複雑であり、それゆえに触覚センサ自体が十分に伸縮できないことを見い出した。
　本開示は、簡便な構造で、剪断力を検出できる触覚センサおよび該触覚センサを構成する触覚センサユニットを提供することを目的とする。
　本開示はまた、簡便な構造で、剪断力を検出でき、より十分な伸縮が可能な触覚センサおよび該触覚センサを構成する触覚センサユニットを提供することを目的とする。
　本開示は、
　第１電極を有する第１基板と、
　前記第１電極に対向配置された第２電極と、
　前記第１電極と前記第２電極との間に配置された誘電体と、を有する複数の感圧素子；および
　該複数の感圧素子の上にまたがって配置された外力作用部；
を含み、
　前記外力作用部に剪断力が印加されることにより、少なくとも一部の感圧素子で電極間の静電容量が変化する、触覚センサユニットに関する。
　本開示はまた、上記触覚センサユニットを複数で有する触覚センサに関する。
　本開示の触覚センサユニットおよび該触覚センサユニットから構成される触覚センサは、簡便な構造で、剪断力を検出することができる。
　本開示の触覚センサユニットおよび該触覚センサユニットから構成される触覚センサはまたより十分な伸縮が可能である。
本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットの模式的斜視図を示す。 図１Ａの触覚センサユニットの模式的断面図を示す。 図１Ａの触覚センサユニットにおける剪断力の検出メカニズムを説明するための模式的断面図を示す。 図１Ｃの触覚センサユニットにおける外力作用部および感圧素子の模式的平面図を示す。 図１Ｄの触覚センサユニットにおいて矢印方向の剪断力が印加されたときの各感圧素子の静電容量を示すグラフである。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係の一例を説明するための模式的平面透視図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係の一例を説明するための模式的平面透視図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係の一例を説明するための模式的平面透視図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係の一例を説明するための模式的平面透視図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係の一例を説明するための模式的平面透視図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係の一例を説明するための模式的平面透視図である。 誘電体の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。 誘電体の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。 第２電極（導電性部材）の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。 スペーサーの弾性率が低い触覚センサユニットの模式的断面図を示す。 スペーサーの形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットの一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットの一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットの一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける第１コンデンサ部分の外力印加時の容量変化特性を示す模式図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットにおける第２コンデンサ部分の外力印加時の容量変化特性を示す模式図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニット全体における外力印加時の容量変化特性を示す模式図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットの別の一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットのさらに別の一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットのさらに別の一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 本開示の第１実施態様に係る触覚センサユニットのさらに別の一例の別の一例における外力印加時の導電性部材近傍の挙動を示す一部拡大図である。 第２実施態様に係る触覚センサユニットの模式的断面図を示す。 第２実施態様における第１電極の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。 第３実施態様に係る触覚センサユニットの模式的断面図を示す。 第３実施態様における第１電極の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。 本開示に係る触覚センサユニットの製造方法における工程を示す模式的断面図である。 本開示に係る触覚センサユニットの製造方法における工程を示す模式的断面図である。 本開示に係る触覚センサユニットの製造方法における工程を示す模式的断面図である。 本開示に係る触覚センサユニットの製造方法における工程を示す模式的断面図である。 湾曲部材により複数の外力作用部が接続された外力作用部ネットの模式的平面図である。 弾性シート部材により複数の外力作用部が接続された外力作用部シートの模式的平面図である。 湾曲部材を有する第１基板の模式的平面図である。 図１４に示す第１基板上に図１０Ｂに示す第１電極を形成したときに、当該第１電極から引き出される配線の一例を示す模式的平面図である。 図１４に示す第１基板上に図１１Ｂに示す第１電極を形成したときに、当該第１電極から引き出される配線の一例を示す模式的平面図である。 本開示の触覚センサの一例の模式的斜視図である。 図１６Ａの触覚センサを人の指に適合させた際の伸縮状態を示した模式的斜視図である。
［触覚センサユニット］
　本開示の触覚センサユニットは触覚センサを構成する最小単位のセンシング構造体である。
　以下、本開示の触覚センサユニットについて、幾つかの実施態様により、図面を用いて詳しく説明するが、図面における各種の要素は、本開示の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、外観および寸法比などは実物と異なり得る。尚、本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”、“左右方向”および“表裏方向”はそれぞれ、図面紙上における、上下方向、左右方向および表裏方向に対応した方向に相当する。また特記しない限り、同じ符号または記号は、形状が異なること以外、同じ部材または同じ意味内容を示すものとする。
＜第１実施態様＞
　本実施態様に係る１つの触覚センサユニット１００Ａは、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、複数の感圧素子２００および当該複数の感圧素子２００の上にまたがって配置された１つの外力作用部３００を含む。当該１つの外力作用部３００は複数の感圧素子２００の上にまたがって配置されるため、外力作用部３００に剪断力が印加されることにより、触覚センサユニット１００Ａを構成する全ての感圧素子２００のうち、少なくとも一部の感圧素子で電極間の静電容量が変化する。詳しくは、複数の触覚センサユニット１００Ａを備えた触覚センサにおいて、剪断力が印加されると、当該複数の触覚センサユニット１００Ａのうち、少なくとも１つの触覚センサユニット１００Ａの外力作用部３００に対して、図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、剪断力Ｆ１が印加される。このとき、剪断力Ｆ１の大きさに応じて、外力作用部３００の少なくとも一部が降下する。この現象は外力作用部３００に回転力（モーメント力）が働いていることに起因するものと考えることができる。これに伴い、当該触覚センサユニット１００Ａを構成する全ての感圧素子２００のうち、少なくとも一部の感圧素子（図１Ｄ中、２００ａ、２００ｂ、２００ｃおよび２００ｄ）で、後述の容量変化特性に基づいて、電極間の静電容量が変化する。結果として、剪断力の大きさに応じて、少なくとも一部の感圧素子で電極間の静電容量が変化する。例えば、剪断力Ｆ１の印加方向について下流側の感圧素子２００ａおよび２００ｃでは、図１Ｅに示すように、比較的大きな静電容量を示すようになる。また例えば、剪断力Ｆ１の印加方向について上流側の感圧素子２００ｂおよび２００ｄでは、図１Ｅに示すように、比較的小さな静電容量を示すようになる。静電容量が変化した感圧素子における静電容量の変化の大きさから、剪断力の大きさが検出される。また静電容量が変化した感圧素子における静電容量の変化の大きさおよび当該感圧素子の配置から、剪断力の印加方向が検出される。図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、本開示の第１実施態様に係る触覚センサを構成する触覚センサユニットの模式的斜視図および模式的断面図を示す。図１Ａにおいて、図１Ｂが第２電極３に有する突起部３２１は省略されている。図１Ｃは、図１Ａの触覚センサユニットにおける剪断力の検出メカニズムを説明するための模式的断面図を示す。図１Ｄは、図１Ｃの触覚センサユニットにおける外力作用部および感圧素子の模式的平面図を示す。図１Ｅは、図１Ｄの触覚センサユニットにおいて矢印方向の剪断力が印加されたときの各感圧素子の静電容量を示すグラフである。
　剪断力とは、印加された外力のうち、当該外力の印加面に対して平行方向の成分のことである。印加面とは、外力が印加された部位（位置）に接する面のことである。本開示においては、剪断力だけでなく、外力の垂直応力（すなわち、外力のうち、印加面に対して垂直な方向の成分）も検出することができる。例えば、感圧素子２００ａ、２００ｂ、２００ｃおよび２００ｄの静電容量から、垂直応力の大きさを検出することができる。
　各触覚センサユニット１００Ａにおいて１つの外力作用部３００は、当該触覚センサユニット１００Ａを構成する複数の感圧素子２００の上にまたがっている。詳しくは、当該１つの外力作用部３００は、平面視において、図２Ａ～図２Ｆに示すように、当該触覚センサユニット１００Ａを構成する全ての感圧素子２００のそれぞれの少なくとも一部と重複するように配置されている（重複配置関係）。より詳しくは、当該１つの外力作用部３００は、平面視において、図２Ａ～図２Ｆに示すように、当該触覚センサユニット１００Ａを構成する全ての感圧素子２００のそれぞれと、少なくとも一部（一部または全部）が重複するように配置されている。図２Ａ～図２Ｆはそれぞれ、触覚センサユニットおける、複数の感圧素子と１つの外力作用部との配置関係を説明するための模式的平面透視図である。平面視とは、上面から見たときの平面図という意味であり、例えば、図１Ｂの触覚センサユニット１００Ａを、外力作用部３００の最表面３０１側（図１Ｂ中、上方向）から見たときの平面図である。平面透視図とは、上面から見たときの透視図という意味であり、特に外力作用部を透視して、感圧素子を見たときの平面図のことである。
　各触覚センサユニットを構成する複数の感圧素子２００は、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、平面視において、隣接する感圧素子間で相互に相補的形状を有し、当該複数の感圧素子が占める領域全体は１つの円形状または多角形状を構成することが好ましい。複数の感圧素子２００が占める領域全体とは、各触覚センサユニットにおける全ての感圧素子２００により占有される全体領域であって、隣接する感圧素子間の間隙領域２０１も含む領域のことである。多角形状は、三角形状以上の多角形状を包含し、例えば、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、七角形状および八角形状等が挙げられる。当該複数の感圧素子が占める領域全体があらゆる形状を有する場合においても、１つの外力作用部３００は当該全ての感圧素子２００の上にまたがっていることが好ましい。相補的形状とは、凹部と凸部との関係など、相互に嵌合する関係を有する形状のことであり、このため当該全ての感圧素子が占める領域全体は１つの円形状または多角形状を構成することができる。
　例えば、触覚センサユニット１００Ａは、図２Ａに示すように、平面視において矩形形状を有する４つの感圧素子２００を含み、かつ当該４つの感圧素子２００が占める領域全体は矩形形状を有する。この場合、当該１つの外力作用部３００は当該４つの感圧素子２００のそれぞれの一部と重複するように配置されている。
　また例えば、触覚センサユニット１００Ｂは、図２Ｂに示すように、平面視において三角形状を有する６つの感圧素子２００を含み、かつ当該６つの感圧素子２００が占める領域全体は六角形状を有する。この場合、当該１つの外力作用部３００は当該６つの感圧素子２００のそれぞれの一部と重複するように配置されている。
　また例えば、触覚センサユニット１００Ｃは、図２Ｃに示すように、平面視において平行四辺形状を有する３つの感圧素子２００を含み、かつ当該３つの感圧素子２００が占める領域全体は六角形状を有する。この場合、当該１つの外力作用部３００は当該３つの感圧素子２００のそれぞれの一部と重複するように配置されている。
　また例えば、触覚センサユニット１００Ｄは、図２Ｄに示すように、平面視においてドーナツ四等分形状を有する４つの感圧素子２００および円形状を有する１つの感圧素子２００を含み、かつこれらの全５つの感圧素子２００が占める領域全体は円形状を有する。この場合、当該１つの外力作用部３００は、ドーナツ四等分形状を有する４つの感圧素子２００のそれぞれの一部と重複し、かつ円形状を有する１つの感圧素子２００の全部と重複するように配置されている。
　また例えば、触覚センサユニット１００Ｅは、図２Ｅに示すように、平面視において扇形状を有する３つの感圧素子２００を含み、かつ当該３つの感圧素子２００が占める領域全体は円形状を有する。この場合、当該１つの外力作用部３００は、当該３つの感圧素子２００のそれぞれの一部と重複するように配置されている。
　また例えば、触覚センサユニット１００Ｆは、図２Ｆに示すように、平面視において三角形状を有する３つの感圧素子２００を含み、かつ当該３つの感圧素子２００が占める領域全体は三角形状を有する。この場合、当該１つの外力作用部３００は、当該３つの感圧素子２００のそれぞれの一部と重複するように配置されている。
　図２Ｂ～図２Ｆに示す触覚センサユニット１００Ｂ～１００Ｆにおける複数の感圧素子２００および１つの外力作用部３００はそれぞれ、平面視形状が異なること以外、図２Ａに示す触覚センサユニット１００Ａにおける、複数の感圧素子２００および１つの外力作用部３００と同様である。
　各触覚センサユニットにおいて「外力作用部」とは、外部からの力が作用する部材（例えば、板）および外部からの力が働く部材（例えば、板）という意味である。具体的には、外力作用部は、触覚センサの各種用途において、意図的に押される部材（例えば、板）だけでなく、意図的に押されるわけではないが、被運搬物（例えば、構造物または人体）を落下させることなく、運搬するために、結果として押される部材（例えば、板）（外部から力が作用する部材または板）も包含する。
　外力作用部３００の平面視形状は、各触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のそれぞれの少なくとも一部と重複する限り特に限定されない。外力作用部３００の平面視形状として、円形状および多角形状が挙げられる。具体的には、例えば、図２Ａに示すような四角形状、図２Ｂおよび図２Ｃに示すような六角形状、図２Ｄおよび図２Ｅに示すような円形状、および図２Ｆに示すような三角形状が挙げられる。
　各触覚センサユニットにおいて１つの外力作用部３００は、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、平面視で、図２Ａ～図２Ｆに示すように、複数の感圧素子２００が占める領域全体の大きさよりも小さいことが好ましい。すなわち、平面視において、外力作用部３００の面積は複数の感圧素子２００が占める領域全体の面積よりも小さいことが好ましい。同様の観点から、平面視において、各触覚センサユニットにおける１つの外力作用部３００は、その占有領域（輪郭範囲）の全体が当該触覚センサユニットを構成する複数の感圧素子２００が占める領域全体の範囲内に位置付けられるように配置されていることが好ましい。
　各触覚センサユニットにおいて１つの外力作用部３００の断面視形状は、触覚センサユニットのより簡便な構造の観点から、板形状であることが好ましい。外力作用部３００の断面視形状は、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、図１Ｂに示すように、その幅寸法が最表面３０１に向かって漸次減じられた面取り形状であることが好ましい。面取り形状は、図１Ｂに示すような平面取り形状であってもよいし、または丸面取り形状であってもよい。外力作用部は、全体として円錐台および多角錐台などの錐台形状を有していてもよい。多角錐台として、例えば、三角錐台、四角錐台、五角錐台、六角錐台、七角錐台および八角錐台等が挙げられる。断面視とは、断面を見たときの断面図という意味である。
　外力作用部３００は、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（例えば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ））、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂およびウレタン系樹脂等から成る群から選択される少なくとも１種の樹脂材料（特にポリマー材料）を含んで成るものであってよい。外力作用部３００の材料としては、弾性率が１０５Ｐａ以上であることが望ましく、例えば、ガラス板などの剛体であってもよい。外力作用部３００は、第２電極３およびスペーサー４よりも剛性が高く、弾性率が高いことが望ましい。
　外力作用部３００の幅（特に最大幅）ｐは、作用した外力が感圧素子に伝達される限り特に限定されず、触覚センサの用途に応じて適宜、決定されてよい。例えば、ロボットハンドおよびロボットアーム用途の触覚センサにおいて、外力作用部３００の幅（特に最大幅）ｐは通常、１～１０ｍｍであり、好ましくは１～５ｍｍである。
　外力作用部３００の厚みｔは、作用した外力が感圧素子に伝達される限り特に限定されず、触覚センサの用途に応じて適宜、決定されてよい。例えば、ロボットハンドおよびロボットアーム用途の触覚センサにおいて、外力作用部３００の厚みｔは通常、１００μｍ～１ｍｍであり、好ましくは５００μｍ～１ｍｍである。
　各触覚センサユニットにおいて複数の感圧素子２００は、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、平面視で、当該複数の感圧素子２００が占める領域全体が対称性を有する形状を示すように、配置されていることが好ましい。対称性は点対称性または線対称性の少なくとも一方を含む。複数の感圧素子２００が占める領域全体の形状について、対称性を有する全体形状として、円形状および正多角形状が挙げられる。具体的には、例えば、図２Ａに示すような正方形状、図２Ｂおよび図２Ｃに示すような正六角形状、図２Ｄおよび図２Ｅに示すような円形状、および図２Ｆに示すような正三角形状が挙げられる。
　各触覚センサユニットにおける感圧素子２００の数は２つ以上であり、通常は３個以上、特に３～１０個である。各触覚センサユニットにおける感圧素子２００の数は、図２Ａに示すように４つであってよいし、図２Ｂに示すように６つであってもよいし、図２Ｃ、図２Ｅおよび図２Ｆに示すように３つであってもよいし、または図２Ｄに示すように５つであってもよい。
　各触覚センサユニットにおいて複数の感圧素子２００が、平面視で、当該複数の感圧素子２００が占める領域全体が対称性を有する全体形状を示すように、配置されている場合、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、１つの外力作用部３００は以下のように配置されていることが好ましい：
　当該１つの外力作用部３００は、図２Ａ～図２Ｆに示すように、平面視において、当該外力作用部３００の中心が当該複数の感圧素子２００の対称性を有する全体形状の中心と重なるように配置されている。中心と中心との重なりは、必ずしも厳密な重なりを意味するものではなく、例えば、外力作用部３００の幅（特に最大幅）をｐ（ｍｍ）としたとき、±０．２×ｐのずれは許容される。
　平面視における外力作用部の中心とは、平面図における外力作用部の重心である。外力作用部の重心とは、等質の材料（例えば、紙）を当該外力作用部の輪郭で切り取り、均衡をとって点で支えたときの当該点である。平面視における複数の感圧素子の対称性を有する全体形状の中心とは、平面図における当該複数の感圧素子の全体形状の重心である。当該複数の感圧素子の全体形状の重心とは等質の材料（例えば、紙）を当該複数の感圧素子の全体形状の輪郭で切り取り、均衡をとって点で支えたときの当該点である。
　各触覚センサユニットにおいて１つの外力作用部３００は、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、図２Ａ～図２Ｆに示すように、平面視において、当該外力作用部の輪郭線が複数の感圧素子２００のそれぞれの中心を通るように配置されていることが好ましい。外力作用部の輪郭線が複数の感圧素子２００のそれぞれの中心を通るとは、必ずしも厳密に、当該輪郭線が複数の感圧素子２００のそれぞれの中心を通らなければならないことを意味するものではなく、例えば、図１Ｂに示すように、１つの感圧素子２００の幅（特に最大幅）をｗ（ｍｍ）としたとき、±０．２×ｗのずれは許容される。なお、図１Ｂは、平面視における感圧素子２００の中心を通る断面図である。平面視における外力作用部３００の輪郭線の位置は、図１Ｂの断面図において、符号「３０２」の位置に相当する。平面視における感圧素子の中心とは、平面図における感圧素子の重心である。感圧素子の重心とは等質の材料（例えば、紙）を当該感圧素子の輪郭で切り取り、均衡をとって点で支えたときの当該点である。
　各触覚センサユニットにおいて１つの外力作用部３００は、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００に対して必ずしも固定されていなくてもよいが、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、固定されていることが好ましい。固定は、従来から触覚センサおよび感圧素子の分野で使用されている電気絶縁性の接着剤により達成されてよい。
　各触覚センサユニットを構成する複数の感圧素子２００はそれぞれ、第１電極１を有する第１基板１０と、第１電極１に対向配置された第２電極３と、第１電極１と第２電極３との間に配置された誘電体２と、を有する。各感圧素子２００の幅（特に最大幅）ｗ（図１Ｂ参照）は、静電容量の変化が測定される限り特に限定されず、触覚センサの用途に応じて適宜、決定されてよい。例えば、ロボットハンドおよびロボットアーム用途の触覚センサにおいて、各感圧素子２００の幅（特に最大幅）ｗは通常、２～８ｍｍであり、好ましくは２～５ｍｍであり、例えば１つ例示すると４ｍｍがより好ましい。
　第１電極１は、「導電特性」の性質を少なくとも有するのであれば、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、第１電極１は、導電層、樹脂構造体、またはその樹脂構造体内に分散した導電性フィラーから構成されたものであってよい。導電層は、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））から成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってよい。樹脂構造体は、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（例えば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ））、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂およびウレタン系樹脂等から成る群から選択される少なくとも１種の樹脂材料を含んで成るものであってよい。導電性フィラーは、導電層を構成し得る材料として例示した同様の上記材料から成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってよい。第１電極１はまた、樹脂構造体の表面に導電性インクの塗布などによって導電層が設けられて成る電極であってもよい。第１電極１の材質は、例えば１０８Ｐａ以上の弾性率を有している。「導電特性」について、第１電極１は、所望の周波数帯域において容量のインピーダンスよりも十分に小さい抵抗率を有していればよい。
　本実施態様において、第１電極１は通常、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、各感圧素子ごとに独立して形成されている。第１電極１は複数の感圧素子において連続して形成されていてもよい。第１電極１および後述の第２電極３の少なくとも一方が各感圧素子ごとに独立して形成されていればよい。第１電極１の厚みは、外力（外部からの押圧力）により第１電極１と第２電極３との間の静電容量が変化する限り特に限定されず、通常は１～１００μｍ、好ましくは１０～５０μｍであり、例えば１つ例示すると３０μｍがより好ましい。
　第１基板１０は第１電極１を有する部材である。第１基板１０は第１電極を支持できる材料から構成されていればよい。そのような材料として、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂（例えば、ポリプロピレン樹脂）、ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフテレート樹脂）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の樹脂材料（特にポリマー材料）が挙げられる。
　第１基板１０は、触覚センサの伸縮性の観点から、伸縮性を有する材料、例えば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、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、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料から成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってもよい。
　第１基板１０は通常、触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子間で連続して形成されている。触覚センサにおいて、第１基板１０は当該触覚センサを構成する全ての触覚センサユニット間で連続して形成されていてもよいし、または各触覚センサユニットごとに独立して形成されていてもよい。第１基板１０の厚みは、第１電極を支持できる限り特に限定されず、通常は１０～２００μｍであり、触覚センサの伸縮性の観点から好ましくは３０～１００μｍであり、例えば１つ例示すると４０μｍがより好ましい。
　第１基板１０は通常、各触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子において連続して形成されている。
　誘電体２は、少なくとも「誘電体」としての性質を有していれば、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、誘電体２は、樹脂材、セラミック材および／または酸化金属材などを含んで成るものであってよい。あくまでも例示にすぎないが、誘電体２は、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフテレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、Ａｌ２Ｏ３、およびＴａ２Ｏ５などから成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってよい。
　誘電体２は、剛性特性を有するものであってよく、あるいは、弾性特性を有するものであってもよい。本明細書中、剛性特性とは、外力による変形に対して抵抗する特性をいう。弾性特性とは、外力によって変形し、除力すると元の形状へと戻る特性をいう。
　誘電体２は、外力印加時にて導電性部材３２（特に突起部３２１）よりも変形しないように、導電性部材３２（特に突起部３２１）よりも高い弾性率を有していてもよい。例えば、導電性部材３２（特に突起部３２１）の弾性率が約１０４Ｐａ～１０８Ｐａである場合、それよりも高い弾性率を誘電体２が有していてもよい。同様にして、誘電体２は、外力印加時に導電性部材３２（特に突起部３２１）よりも変形しないように、導電性部材３２（特に突起部３２１）の変形量の値よりも厚みが薄い膜形態を有するものであってもよい。誘電体２は、所望の周波数帯域において、容量のインピーダンスよりも高い抵抗値を有する材料を含んでいてもよい。
　誘電体２は、第１電極１における第２電極３と対向する第１の面１ｓに層形状（層形態）で形成されていてもよい。誘電体２は、図１Ａおよび図１Ｂ中、図３Ａに示すように触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子において連続して形成されているが、図３Ｂに示すように各感圧素子ごとに独立して形成されていてもよい。図３Ａおよび図３Ｂはいずれも、誘電体の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。
　誘電体２は、触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子のうち、２つ以上の感圧素子間で連続して形成されていてもよいし、各感圧素子ごとに独立して形成されていてもよい。触覚センサにおいて、誘電体２は当該触覚センサを構成する全ての触覚センサユニット間で連続して形成されていてもよいし、または各触覚センサユニットごとに独立して形成されていてもよい。誘電体２の厚みは、外力（外部からの押圧力）により第１電極１と第２電極３との間の静電容量が変化する限り特に限定されず、通常は０．１～５０μｍ、好ましくは１～２０μｍであり、例えば１つ例示すると７．５μｍがより好ましい。
　第２電極３は導電性部材３２を含み、当該導電性部材３２は第１電極１および誘電体２の側に第１の面３２０を対向させて設けられている。導電性部材３２は、第１の面３２０に複数の突起部３２１を有してもよい。突起部３２１は、例えば図１Ｂに示すように、導電性部材３２のベース部分から第１電極１に向かって突出する形態を有している。換言すれば、導電性部材３２は、そのベース部分から第１電極１の設置方向に向かって局所的に隆起した凹凸形態を有している。導電性部材３２の突起部３２１の個数は通常、少なくとも１つである。突起部３２１が２つ以上設けられており、それゆえ、導電性部材３２は複数の突起部３２１を有していてもよい。複数の突起部３２１が設けられている態様に起因して、導電性部材３２が全体として凹凸形態を有することになり、その凹凸形態における凸部が突起部３２１に相当する。
　導電性部材３２の突起部３２１はテーパ形状を有していてもよい。具体的には、導電性部材３２の突起部３２１は、その幅寸法が第１電極１に向かって漸次減じられたテーパ形状を有していてもよい（図１Ｂ参照）。図１Ｂに示すように、例えば突起部３２１は、全体として円錐台、四角錐台などの錐台形態を有していてもよい。
　突起部３２１の高さ寸法は、外力（外部からの押圧力）により第１電極１と第２電極３との間の静電容量が変化する限り、いずれの寸法であってよい。また、複数の突起部３２１は規則正しく配列されていてもよい。複数の突起部３２１のピッチ寸法もまた、外力（外部からの押圧力）により第１電極１と第２電極３との間の静電容量が変化する限り、特に制限はない。
　導電性部材３２（特にベース部分）の厚みは、外力（外部からの押圧力）により第１電極１と第２電極３との間の静電容量が変化する限り特に限定されず、通常は１０～５００μｍ、好ましくは５０～２００μｍであり、例えば１つ例示すると１５０μｍがより好ましい。
　導電性部材３２は、図１Ａおよび図１Ｂ中、各感圧素子ごとに独立して形成されているが、触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子のうち、２つ以上の感圧素子において連続して形成されていてもよい。例えば、図４に示すように、触覚センサユニットを構成する４つの感圧素子のうち、２つずつの感圧素子において連続して形成されていてもよい。触覚センサユニットの簡便な構造の観点からは、導電性部材３２は触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子において連続して形成されていることが好ましい。図４は第２電極３（導電性部材３２）の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。
　導電性部材３２は、図１Ａおよび図１Ｂ中、触覚センサユニット１００Ａと同等の幅で形成されているが、これに限定されるものではなく、触覚センサユニット１００Ａよりも広い領域で形成されていてもよい。詳しくは、例えば、複数の触覚センサユニット１００Ａを含む触覚センサの平面視において、当該触覚センサの全面にわたって、導電性部材３２が連続して形成されていてもよい。このとき、触覚センサにおいて、導電性部材３２と第１基材１０とが直接的に接触する部分が生じてもよい。
　導電性部材３２（特に突起部３２１）は、弾性特性を有するものであってよく、あるいは、剛性特性を有するものであってもよい。触覚センサの伸縮性の観点から、導電性部材３２（特に突起部３２１）は弾性特性を有することが好ましい。
　導電性部材３２（特に突起部３２１）が弾性特性を有する場合、当該導電性部材３２（特に突起部３２１）は弾性電極部材に相当し、伸縮性部材とも称されうる。弾性型導電性部材３２は、「弾性特性（特に「突起部３２１における弾性特性」）」と「導電特性」との双方の性質を有していれば、いずれの材質から成るものであってよい。例えば、弾性型導電性部材３２（特に突起部３２１）は、樹脂材料（特にゴム材料）およびその樹脂材料内に分散した導電性フィラーからなる導電性樹脂から構成されたものであってよい。好ましい弾性型導電性部材３２（特に突起部３２１）は、ゴム材料およびそのゴム材料内に分散した導電性フィラーからなる導電性ゴムから構成される。弾性型導電性部材３２が導電性ゴムから構成されることにより、外力（押圧力）を効果的に検出でき、また外力印加時の押圧感を演出できる。樹脂材料としては、例えば、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（例えば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ））、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂およびウレタン系樹脂等から成る群から選択される少なくとも１種の樹脂材料であってよい。ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、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、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム等から成る群から選択される少なくとも１種のゴム材料であってよい。導電性フィラーは、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））から成る群から選択される少なくとも１種の材料を含んで成るものであってよい。また、尚、導電性フィラーに代えて又はそれに加えて、導電層を用いてもよい。具体的には、樹脂構造体（特にゴム構造材）の表面に導電性インクの塗布などによって導電層が設けられて成る導電性部材３２であってもよい。導電性部材３２が突起部３２１を有する場合、導電性部材３２は突起部３２１を包含する概念で用いるものとする。
　弾性型導電性部材３２の弾性率、特に、弾性を有する突起部３２１の弾性率は、触覚センサに対して加えられる通常の押圧力（例えば約１Ｎ～１０Ｎの押圧力）によって、突起部３２１が徐々に変形することになるように、約１０４～１０８Ｐａであってもよい。かかる弾性率は導電性フィラーと樹脂材料（ゴム材料）との相対的割合を変更することによって調整できる。また、導電性部材３２の抵抗率は、所望の周波数帯域において容量のインピーダンスよりも十分に小さくてもよい。かかる抵抗率もまた導電性フィラーと樹脂材料（ゴム材料）との相対的割合を変更することによって調整できる。
　弾性を有する突起部３２１がテーパ形状を有することによって、突起部３２１が好適に弾性変形することになり、それゆえ、突起部３２１と誘電体２との接触領域の増加が好適にもたらされることになる。
　導電性部材３２（特に突起部３２１）が剛性特性を有する場合、当該導電性部材３２（特に突起部３２１）は剛性電極部材に相当し得る。剛性型導電性部材３２は、「剛性特性（特に「突起部３２１における剛性特性」）」と「導電特性」との双方の性質を有していれば、いずれの材質から成るものであってよい。剛性型導電性部材３２（特に突起部３２１）は、例えば、触覚センサに対して加えられる通常の押圧力（例えば約１Ｎ～１０Ｎの押圧力）によっても変形しないような、約１０８Ｐａ超、特に１０８Ｐａ超１０１１Ｐａ以下の弾性率、例えば１つ例示すると約５×１０８Ｐａの弾性率、を有していればよい。「導電特性」について、導電性部材３２（特に突起部３２１）は、所望の周波数帯域において容量のインピーダンスよりも十分に小さい抵抗率を有していればよい。
　剛性型導電性部材３２（特に突起部３２１）は、例えば、金属体から構成されたものであってもよいし、ガラス体およびその表面に形成された導電層および／またはその中に分散された導電性フィラーから構成されたものであってもよいし、または樹脂体およびその表面に形成された導電層および／またはその樹脂体内に分散された導電性フィラーから構成されたものであってよい。金属体は、金属からなる電極部材であり、すなわち導電性部材３２（特に突起部３２１）は実質的に金属からなるものでよい。金属体は、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｃ（カーボン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム（III））およびＳｎＯ２（酸化スズ（IV））から成る群から選択される少なくとも１種の金属を含んで成る。ガラス体は、酸化ケイ素の網目状構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等から成る群から選択される少なくとも１種のガラス材料を含んで成るものであってよい。樹脂体は、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂（例えば、ポリジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ））、アクリル系樹脂、ロタキサン系樹脂およびウレタン系樹脂等から成る群から選択される少なくとも１種の樹脂材料を含んで成るものであってよい。ガラス体および樹脂体の導電層は、金属体を構成し得る金属と同様の金属の群から選択される少なくとも１種の金属を蒸着させてなる層であってもよいし、または導電性インクの塗布などによって形成されてなる層であってもよい。ガラス体および樹脂体の導電性フィラーは、金属体を構成し得る金属と同様の金属の群から選択される少なくとも１種の金属を含んで成るものであってよい。
　例えば、剛性型導電性部材３２（特に突起部３２１）が金属体から構成される場合、またはガラス体および導電層および／または導電性フィラーから構成される場合、その弾性率は通常、上記範囲内である。また例えば、剛性型導電性部材３２（特に突起部３２１）が樹脂体および導電層および／または導電性フィラーから構成される場合、その弾性率は、樹脂体を構成する樹脂材料の重合度および化学構造の設計、当該樹脂材料と導電性フィラーの相対的割合を変更することによって調整できる。
　また例えば、剛性型導電性部材３２（特に突起部３２１）が金属体から構成される場合、またはガラス体または樹脂体および導電層から構成される場合、その抵抗率は通常、所望の周波数帯域において容量のインピーダンスよりも十分に小さい抵抗率を有している。また例えば、剛性型導電性部材３２（特に突起部３２１）がガラス体または樹脂体および導電性フィラーから構成される場合、その抵抗率は、ガラス体を構成するガラス材料または樹脂体を構成する樹脂材料と導電性フィラーとの相対的割合を変更することによって調整できる。
　本実施態様の触覚センサユニット１００Ａは第１電極１（特に誘電体２）と第２電極３と（導電性部材３２）との間にスペーサー４を有しているが、必ずしも有さなければならないというわけではない。剪断力の検出精度のさらなる向上の観点からは、触覚センサユニットはスペーサー４を有することが好ましい。本実施態様の触覚センサユニット１００Ａはスペーサー４を誘電体２の上に有しているが、誘電体２以外の他の部材（例えば、第１電極１、第１基材１０）の上に有していてもよい。また例えば、導電性部材３２が前述のように触覚センサユニット１００Ａよりも広い領域で形成される場合、スペーサー４は、導電性部材３２との接触により空隙部３１を確保できる限り、他の部材に形成されてもよい。触覚センサの曲面への貼付時において誘電体２と第２電極３との接触を回避する観点からは、本実施態様の触覚センサユニット１００Ａはスペーサー４を有することが好ましい。スペーサー４により、誘電体２と第２電極３との間に空隙部（空気部）３１を確保することができる。
　本実施態様において、スペーサーを構成する材料としては弾性体から剛体まで使用できる。本実施態様におけるスペーサーの構成材料としては、０．００６ＧＰａ以上の弾性率を有する可撓性材料を用いることが好ましく、より好ましくは０．００６～６５０ＧＰａの弾性率であり、さらに好ましくは０．１～５ＧＰａの弾性率を有する可撓性材料を用いる。スペーサーを構成する好ましい可撓性材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等を用いることができる。スペーサーの弾性率が０．００６ＧＰａ以上の場合は、押圧時にスペーサーが大きく変形しすぎないため、効果的にモーメントを検出することができ、結果として剪断力の検出感度がより一層、向上する。スペーサーの弾性率が０．００６ＧＰａ未満の場合は、図５Ａに示すように、スペーサーが大きく変形しすぎるため、剪断力の検出が難しくなる。
　本実施態様の触覚センサユニット１００Ａは、好ましくは図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第２電極３と誘電体２との間に空隙部３１を有しているが、必ずしも空隙部３１を有さなければならないというわけではない。すなわち、導電性部材３２の突起部３２１の最頂部分が誘電体２と接触していてもよい。触覚センサユニット１００Ａが当該空隙部３１を有することにより、触覚センサを曲面に貼付したときでも、誘電体２と第２電極３との接触を回避することができるため、貼付による誤検知を防止できる。
　スペーサー４は、図１Ａおよび図１Ｂ中、図５Ｂに示すように各感圧素子２００の両端部に配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば、各感圧素子２００の中央部に配置されていてもよい。図５Ｂはスペーサー４の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。
　スペーサー４は、第１電極１と第２電極３との間の容量変化に影響を与えない限り、あらゆる材料から成っていてもよい。スペーサー４は、例えば、絶縁性樹脂材（ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材）を含んで成るものであってよい。スペーサー４は、柱状（ドット状）に形成されてもよいし、または図５Ｂに示すように当該柱状が所定の方向に連なってなる壁状（板状）に形成されてもよい。
　スペーサー４の厚み（高さ）は、外力（外部からの押圧力）により第１電極１と第２電極３との間の静電容量が変化する限り特に限定されず、通常は１０～５００μｍ、好ましくは２０～１００μｍであり、例えば１つ例示すると５０μｍがより好ましい。
　触覚センサユニット１００Ａは、図１Ｃに示すように、外力作用部３００の最表面３０１側にカバー材（第２基板）５０をさらに有していてもよい。カバー材５０は剪断力の検出精度のさらなる向上に寄与する）。カバー材５０を用いる場合、各触覚センサユニットにおいて１つの外力作用部３００は、当該カバー材５０に対して固定され、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００に対しては固定されないことが、剪断力の検出精度のさらなる向上の観点から、より好ましい。
　カバー材５０は、外力（外部からの押圧力）を第１電極１と第２電極３との間に伝達できる材料から構成されていればよい。そのような材料として、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂（例えば、ポリプロピレン樹脂）、ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフテレート樹脂）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等から成る群から選択される少なくとも１種の材料が挙げられる。
　カバー材５０の厚みは、外力（外部からの押圧力）を第１電極１と第２電極３との間に伝達できる限り特に限定されず、通常は１０～１００μｍであり、感圧素子の３次元曲面への密着性の観点から好ましくは３０～５０μｍであり、例えば１つ例示すると４０μｍがより好ましい。
　図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１電極１および第２電極３の両方が各感圧素子２００ごとに独立して形成されている場合、容量変化の検出は通常、各感圧素子２００ごとに、第１電極１から引き出された配線と第２電極３から引き出された配線との間に電気的に接続された計測系により行われる。容量変化の検出は、自己容量方式または相互容量方式のいずれを採用してもよい。あるいは、別法にてその他の既知の方式を容量変化の検出のために採用してもよい。すなわち、触覚センサユニットの用途等に応じて適当な方式を適宜採用すればよい。また、触覚センサユニットの静電容量変化からの荷重の導出方法も、既知のいずれかの手法を採用すればよい。
　触覚センサユニットは制御装置と共に使用され得る。かかる制御装置は、例えば、触覚センサユニットにおける静電容量変化もしくは導出した荷重分布を記憶するか、あるいは、外部のＰＣ等の機器へと出力する機能を有してもよい。このような制御装置は、触覚センサユニットとは別体に設けられるものであってよく、それゆえ、例えば触覚センサユニットが外部のＰＣ等の演算処理装置によって制御されるものであってもよい。
（容量変化特性）
　本実施態様では、触覚センサユニット１００Ａの外力作用部３００側が触覚センサユニットの押圧側（外力印加側）となっている。例えば、図１Ｂに示すように、触覚センサユニット１００Ａの「Ｘ側」（図中の上側）および「Ｙ側」（図中の下側）という互いに対向する側部でいえば、「Ｘ側」が押圧側（外力印加側）となる。かかる態様において本実施態様の触覚センサユニット１００Ａは「Ｘ側」で外力が印加され、剪断力等が検出される。
　例えば、第２電極３（特に突起部３２１）が弾性特性を有し、かつ誘電体２が剛性特性を有する場合、Ｘ側で外力が印加されると、図６Ａ～図６Ｃに示すように弾性を有する突起部３２１はその高さ寸法を減じつつも幅寸法を徐々に大きくして変形することになる。その結果、弾性を有する突起部３２１と誘電体２との接触面積Ｓが増加すると共に、空隙部３１はその厚みｄを減じるように変形する。
　一方、コンデンサの容量Ｃ〔ｐＦ〕および触覚センサユニットに加えられる荷重Ｆ〔Ｎ〕は、それぞれ以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ［式中、ε〔ｐＦ／ｍ〕は誘電体の誘電率、Ｓ〔ｍ２〕は突起部３２１と誘電体２との接触面積、ｄ〔ｍ〕は空隙部３１の厚み、Ｅ〔Ｐａ〕はヤング率、ｅはひずみである。］
　他方、第１電極１、誘電体２および第２電極３（導電性部材３２）を含む部分はコンデンサと見なすことができる。このようなコンデンサにおいて、突起部３２１と誘電体２との接触領域を含む部分を第１コンデンサ部、当該接触領域を含まない部分を第２コンデンサ部と呼ぶとき、第１コンデンサ部の静電容量および第２コンデンサ部の静電容量はそれぞれ図７Ａおよび図７Ｂに示すような挙動を示す。詳しくは、第１コンデンサ部の静電容量は、図７Ａに示すように、加えられる荷重Ｆが大きくなるにつれて、容量Ｃの増加率が小さくなる。第２コンデンサ部の静電容量は、図７Ｂに示すように、加えられる荷重Ｆが大きくなるにつれて、容量Ｃの増加率が大きくなる。それゆえ、図７Ｃに示すように、当該触覚センサユニットは低荷重領域および高荷重領域において高いリニアリティ特性を呈することができる。具体的には、触覚センサユニットにおいて、「第１コンデンサ部」と「第２コンデンサ部」との割合が調整されることにより、低荷重領域および高荷重領域での感度が調整され、触覚センサユニットの高いリニアリティ特性が実現される。
　また例えば、第２電極３（特に突起部３２１）が弾性特性を有し、かつ誘電体２が弾性特性を有する場合、Ｘ側で外力が印加されると、図８に示すように、弾性を有する突起部３２１の少なくとも一部が誘電体２に食い込むように誘電体２が変形すると共に、弾性を有する突起部も変形する。その結果、弾性を有する突起部３２１と誘電体２との接触面積Ｓが増加すると共に、空隙部３１はその厚みｄを減じるように変形する。そのため、このような場合においても、上記と同様に、当該触覚センサユニットは低荷重領域および高荷重領域において高いリニアリティ特性を呈することができる。
　また例えば、第２電極３（特に突起部３２１）が剛性特性を有し、かつ誘電体２が弾性特性を有する場合、Ｘ側で外力が印加されると、図９Ａ～図９Ｂに示すように、突起部３２１の一部が少なくとも誘電体２に食い込むように誘電体２が弾性変形する。その結果、突起部３２１と誘電体２との接触面積Ｓが増加すると共に、空隙部３１はその厚みｄを減じるように変形する。そのため、このような場合においても、上記と同様に、当該触覚センサユニットは低荷重領域および高荷重領域において高いリニアリティ特性を呈することができる。このとき、第１電極１は弾性特性または剛性特性のいずれの特性を有していてもよいが、リニアリティ特性の向上の観点から、第１電極１も「弾性特性」を有し、外力の印加により、図９Ｃに示すように、誘電体２および第１電極１が弾性変形してもよい。
　また例えば、第２電極３（特に突起部３２１）が剛性特性を有し、誘電体２が剛性特性を有する場合においても、当該触覚センサユニットは本開示の範囲内である。但し、この場合においては、突起部３２１と誘電体２との接触領域の面積Ｓが増加し難いため、容量変化特性についてリニアリティはあまり向上するものではないが、厚みｄの減少に起因する容量変化は認められるため、簡便な構造で、剪断力を検出することができる。
＜第２実施態様＞
　第２実施態様に係る触覚センサユニット１００Ｇは、以下の構成を有すること以外、第１実施態様に係る触覚センサユニット１００Ａと同様である。
　第２電極３（導電性部材３２）は、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、図１０Ａに示すように、２つ以上の感圧素子２００において連続して形成されている。図１０Ａは第２実施態様に係る触覚センサを構成する触覚センサユニットの模式的断面図を示す。
　第２電極３（導電性部材３２）は２つ以上の感圧素子２００において連続して形成されているため、各感圧素子２００ごとに、第２電極３から配線（図示せず）を引き出す必要はない。このため、配線の数を低減することができ、計測系を簡便な構造とすることができる。図１０Ａにおいて、第２電極３（導電性部材３２）は、図４に示すように、触覚センサユニットを構成する４つの感圧素子のうち、２つずつの感圧素子において連続して形成されている。
　本実施態様において、第１電極１は、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、図１０Ｂに示すように、各感圧素子ごとに独立して形成されている。図１０Ｂは第２実施態様における第１電極１の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。
　本実施態様において、誘電体２は、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、図１０Ａに示すように、各感圧素子ごとに独立して形成されているが、図１Ｂに示すように、２つ以上の感圧素子２００において連続して形成されていてもよい。
　本実施態様の触覚センサユニットの容量変化特性は、第１実施態様の触覚センサユニットの容量変化特性と同様である。
＜第３実施態様＞
　第３実施態様に係る触覚センサユニット１００Ｈは、以下の構成を有すること以外、第２実施態様に係る触覚センサユニット１００Ｇと同様である。
　第１電極１は、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、当該触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、各感圧素子ごとに独立して形成されているだけでなく、各感圧素子において２つずつに分離されて形成されている。図１１Ａは第３実施態様に係る触覚センサを構成する触覚センサユニットの模式的断面図を示す。図１１Ｂは第３実施態様における第１電極１の形成形態（平面視形状）の一例を示す模式的平面図である。
　本実施態様においては、第１電極１は、各感圧素子において２つずつに分離されて形成されているため、各感圧素子において当該２つの第１電極１それぞれから配線（図示せず）を引き出すことにより、第２電極３（導電性部材３２）から配線（図示せず）を引き出す必要はない。各感圧素子において当該２つの第１電極１それぞれから配線を引き出す構造は、各感圧素子において１つの第１電極１から配線を引き出す構造と同等の作業効率で達成されるため、簡便な構造である。このため、本実施態様は、第２電極３（導電性部材３２）からの配線（図示せず）の引き出し不要の分だけ、第２実施態様よりも、計測系を簡便な構造とすることができる。
　本実施態様の触覚センサユニットの容量変化特性は、第１実施態様の触覚センサユニットの容量変化特性と同様である。
　上記した第１実施態様～第３実施態様において、触覚センサユニットは、当該触覚センサユニット１つあたり、１つの外力作用部を含むシングル形態を有しているが、２つ以上の外力作用部を含んでもよい。すなわち、触覚センサユニットは、２つ以上の外力作用部を含むマルチ形態を有していてもよい。マルチ形態を有する触覚センサユニットにおける外力作用部の数は２個以上であり、例えば、２～１０個であってもよい。
　触覚センサユニットがマルチ形態を有する場合、２つ以上の外力作用部のうちの各外力作用部が、当該各外力作用部と重複する複数の感圧素子との間で、シングル形態の触覚センサユニットにおける前記した１つの外力作用部と複数の感圧素子との間の重複配置関係を有していればよい。マルチ形態の触覚センサユニットにおける外力作用部および感圧素子はそれぞれ、シングル形態の触覚センサユニットにおける外力作用部および感圧素子と同様である。
　例えば、２つ以上の外力作用部のうちの各外力作用部は、複数の感圧素子の上にまたがって配置されていればよい。詳しくは、２つ以上の外力作用部のうちの各外力作用部は、平面視において、複数の感圧素子のそれぞれの少なくとも一部と重複するように配置されていればよい。
　また例えば、２つ以上の外力作用部のうちの各外力作用部は、平面視において、当該各外力作用部と重複する複数の感圧素子が占める領域全体の大きさよりも小さいことが好ましい。
　また例えば、２つ以上の外力作用部のうちの各外力作用部と重複する複数の感圧素子は、平面視において、当該複数の感圧素子が占める領域全体が対称性を有する全体形状を示すように、配置されていることが好ましい。このとき、当該各外力作用部は、平面視において、当該各外力作用部の中心が当該対称性を有する全体形状の中心と重なるように配置されていることが好ましい。
　また例えば、２つ以上の外力作用部のうちの各外力作用部は、平面視において、当該各外力作用部の輪郭線が、当該各外力作用部と重複する複数の感圧素子のそれぞれの中心を通るように配置されていることが好ましい。
［触覚センサユニットの製造方法］
　本開示に係る触覚センサユニットの製造方法について説明する。図１２Ａ～図１２Ｄにはある１つの好適な態様に従った第１実施態様に係る触覚センサユニットの製造方法の概略工程を模式的に示している。以下、第１実施態様に係る触覚センサユニットの製造方法における各工程について経時的に説明するが、当該各工程は、各部材の形状および大きさ等が異なること以外、第１実施態様に係る触覚センサユニットの製造方法における各工程と同様である。
〈第１電極の形成工程〉
　第１基板１０の片面に第１電極用シート（例えば、金属箔）を貼着し、ウェットエッチング法により第１電極１を形成し、図１２Ａに示すような中間体６２０を得る。詳しくは、第１電極用シート表面にレジスト層を形成し、露出部分をエッチング液により溶解および除去した後、レジスト層を除去する。貼着は、従来から触覚センサおよび感圧素子の分野で使用されている電気絶縁性の接着剤により達成されてよい。
〈誘電体の形成工程〉
　中間体６２０の第１電極１の上に誘電体２を形成し、図１２Ｂに示すような中間体６３０を得る。詳しくは、例えば電着法において、中間体６２０を電着塗料溶液に浸漬させ、第１電極と溶液の浴槽を電極として電圧を加え、電着層を析出させることにより誘電体を形成する。誘電体２が各感圧素子ごとに独立して形成される場合には、レジスト層を用いれば良い。
〈スペーサーの形成工程〉
　中間体６３０の誘電体側にスペーサー４を形成し、図１２Ｃに示すような中間体６４０を得る。例えば、中間体６３０をフォトエッチング法に供する。具体的には、中間体６３０の誘電体側にスペーサー用シートを貼着し、スペーサー部分を露光することにより、ポリマー（例えばポリイミド）を生成させる。その後、非露光部分を有機溶剤等により溶解および除去する。本工程においても、貼着は、従来から触覚センサおよび感圧素子の分野で使用されている電気絶縁性の接着剤により達成されてよい。本工程は任意の工程である。
〈第２電極（導電性部材）の設置工程〉
　第２電極としての導電性部材３２を、中間体６４０の誘電体２およびスペーサー４の上に設置し、図１２Ｄに示すような中間体６５０を得る。設置方法は特に限定されず、例えば、単に載置する方法および貼着する方法が挙げられる。本工程においても、貼着は、従来から触覚センサおよび感圧素子の分野で使用されている電気絶縁性の接着剤により達成されてよい。
　導電性部材３２は例えば、ナノインプリント技術、フォトリソエッチング技術および現像・剥離技術により製造することができる。好ましくはナノインプリント技術が使用される。ナノインプリント技術とは、凹凸パターンを有したモールドを被転写材料の樹脂体に押し付け、ナノオーダーでモールドに形成されたパターンを樹脂体に転写する技術である。
〈外力作用部の設置工程〉
　外力作用部３００を、中間体６５０の導電性部材３２の上に設置し、図１Ｂに示すような触覚センサユニット１００Ａを得る。本工程においても、設置方法は特に限定されず、例えば、単に載置する方法および貼着する方法が挙げられる。本工程においても、貼着は、従来から触覚センサおよび感圧素子の分野で使用されている電気絶縁性の接着剤により達成されてよい。
［触覚センサ］
　本開示の触覚センサは上記した触覚センサユニット１００（１００Ａ～１００Ｈを包含する）を複数個で含む。触感センサの伸縮性の観点から、当該複数の触覚センサユニットのうち隣接する触覚センサユニットは伸縮性部材で接続されていることが好ましい。隣接する触覚センサユニットを接続する伸縮性部材は、外力作用部３００同士を接続する伸縮性部材であってもよいし、第１基板１０同士を接続する伸縮性部材であってもよいし、またはこれらの両方であってもよい。詳しくは、本開示の触覚センサを構成する複数の触覚センサユニット１００は、触感センサの伸縮性の観点から、隣接する触覚センサユニット間で、少なくとも外力作用部３００同士が伸縮性部材で接続されていることが好ましい。触感センサの伸縮性のさらなる向上の観点から、当該複数の触覚センサユニット１００は、隣接する触覚センサユニット間で、外力作用部３００同士だけでなく、第１基板１０同士も、伸縮性部材で接続されていることが好ましい。
　外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性部材は、その構造により伸縮性を発現してもよいし、またはその材質により伸縮性を発現してもよい。すなわち、外力作用部３００の伸縮性部材は、伸縮性構造を有する部材であってもよいし、または伸縮性材料からなる部材であってもよい。
　外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性構造を有する部材は、図１３Ａに示すように、一端が中心部としての各外力作用部３００の外周に接続されて、当該中心部の外周に沿って延在するように湾曲して設けられている湾曲部材３００ａである。当該湾曲部材３００ａの他端は隣接する触覚センサユニットにおける外力作用部３００の湾曲部材３００ａの他端と接続されている。このような伸縮性構造を有する部材としての湾曲部材３００ａにより複数の外力作用部３００が接続された外力作用部ネット４００においては、湾曲部材３００ａの曲率の変化により、伸縮性が発現し、結果として触覚センサに伸縮性が発現する。伸縮性部材としての湾曲部材３００ａにおいて、伸縮時に曲率が変化することにより、触覚センサは伸縮自在となる。本開示の触覚センサにおいて、隣接する感圧素子の外力作用部３００が湾曲部材（すなわち渦巻き配線）３００ａで接続されていると、当該湾曲部材３００ａは多方向に湾曲しているため、外力作用部３００は、上下左右方向だけでなく、斜め方向の引っ張りにも強く、外力作用部３００の剥離強度がより一層、高くなる。図１３Ａは、湾曲部材により複数の外力作用部が接続された外力作用部ネットの模式的平面図である。図１３Ａにおいて外力作用部３００の平面視形状は円形である。
　湾曲部材３００ａは、曲率の変化に耐え得る限りあらゆる材料からなっていてもよい。湾曲部材３００ａの構成材料の具体例として、例えば、外力作用部３００の構成材料として例示した同様の樹脂材料（特にポリマー材料）、および第１基板１０の構成材料として例示した同様のゴム材料が挙げられる。
　外力作用部ネット４００において、１つの外力作用部３００に対して接続される湾曲部材３００ａの数は、触覚センサユニットの配置および隣接する外力作用部３００の数に応じて決定されればよい。
　外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性材料からなる部材は、図１３Ｂに示すように、エラストマー材料からなる弾性シート部材３００ｂである。当該弾性シート部材３００ｂにより、複数の外力作用部３００が接続されている。このような伸縮性材料からなる部材としての弾性シート部材３００ｂにより複数の外力作用部３００が接続された外力作用部シート４５０においては、弾性シート部材３００ｂの弾性特性により、伸縮性が発現し、結果として触覚センサに伸縮性が発現する。伸縮性部材としての弾性シート部材３００ｂが伸縮することにより、触覚センサは伸縮自在となる。図１３Ｂは、弾性シート部材により複数の外力作用部が接続された外力作用部シートの模式的平面図である。
　弾性シート部材３００ｂは、弾性を有するあらゆる材料からなっていてもよい。弾性シート部材３００ｂの構成材料の具体例として、例えば、第１基板１０の構成材料として例示した同様のゴム材料が挙げられる。
　外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性部材は、伸縮性構造を有する部材、すなわち湾曲部材３００ａであることが好ましい。湾曲部材３００ａにより接続された外力作用部３００に剪断力が印加されると、より一層の回転力が外力作用部３００に働き、この回転力を利用して、感圧素子２００において静電容量の変化が検出され、剪断力の検出精度がさらに向上する。しかも触覚センサの伸縮性がさらに向上する。
　第１基板１０同士の接続を担う伸縮性部材も、外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性部材と同様に、その構造により伸縮性を発現してもよいし、またはその材質により伸縮性を発現してもよい。すなわち、第１基板１０の伸縮性部材は、伸縮性構造を有する部材であってもよいし、または伸縮性材料からなる部材であってもよい。
　第１基板１０同士の接続を担う伸縮性構造を有する部材は、外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性構造を有する部材と同様に湾曲部材である。すなわち、第１基板１０同士の接続を担う伸縮性構造を有する部材は、図１４に示すように、一端が中心部としての各第１基板１０の外周に接続されて、当該中心部の外周に沿って延在するように湾曲して設けられている湾曲部材１０ａである。当該湾曲部材１０ａの他端は隣接する触覚センサユニットにおける第１基板１０の湾曲部材１０ａの他端と接続されている。このような伸縮性構造を有する部材としての湾曲部材１０ａにより複数の第１基板１０が接続された第１基板ネットにおいては、湾曲部材１０ａの曲率の変化により、伸縮性が発現し、結果として触覚センサにより一層の伸縮性が発現する。伸縮性部材としての湾曲部材１０ａにおいて、伸縮時に曲率が変化することにより、触覚センサは伸縮自在となる。図１４は、湾曲部材を有する第１基板の模式的平面図である。
　湾曲部材１０ａは、曲率の変化に耐え得る限りあらゆる材料からなっていてもよい。湾曲部材１０ａの構成材料の具体例として、例えば、第１基板１０の構成材料として例示した同様の樹脂材料（特にポリマー材料）およびゴム材料が挙げられる。
　第１基板ネットにおいて、１つの第１基板１０に対して接続される湾曲部材１０ａの数は、触覚センサユニットの配置および隣接する第１基板１０の数に応じて決定されればよい。
　第１基板１０同士の接続を担う伸縮性材料からなる部材は、外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性材料からなる部材のように、エラストマー材料からなる弾性シート部材である。当該弾性シート部材により、複数の第１基板１０が接続されている。このような伸縮性材料からなる部材としての弾性シート部材により複数の第１基板１０が接続された第１基板シートにおいては、弾性シート部材の弾性特性により、伸縮性が発現し、結果として触覚センサにより一層の伸縮性が発現する。伸縮性部材としての弾性シート部材が伸縮することにより、触覚センサは伸縮自在となる。
　第１基板１０同士の接続を担う弾性シート部材は、弾性を有するあらゆる材料からなっていてもよい。弾性シート部材の構成材料の具体例として、例えば、第１基板１０の構成材料として例示した同様のゴム材料が挙げられる。
　第１基板１０同士の接続を担う伸縮性部材は、伸縮性構造を有する部材、すなわち湾曲部材１０ａであることが好ましい。第１基板１０同士の接続を担う伸縮性部材として湾曲部材１０ａを用いるとともに、外力作用部３００同士の接続を担う伸縮性部材として湾曲部材３００ａを用いることにより、触覚センサの伸縮性がより一層、向上するためである。
　触覚センサの伸縮性のさらなる向上の観点からは、第１基板１０の伸縮性部材の伸縮性は外力作用部３００の伸縮性部材の伸縮性と同程度であることが好ましい。第１基板１０の伸縮性部材の伸縮性が外力作用部３００の伸縮性部材の伸縮性と同程度であるとは、触覚センサの伸縮時において、第１基板１０と外力作用部３００の伸縮の程度が近似しているという意味である。第１基板１０の伸縮性部材の伸縮性が外力作用部３００の伸縮性部材の伸縮性と同程度である態様として、以下の態様が挙げられる。好ましくは態様１および態様２であり、より好ましくは態様２である。
　態様１：第１基板１０の伸縮性部材が湾曲部材１０ａであり、かつ外力作用部３００の伸縮性部材が湾曲部材３００ａである態様；
　態様２：態様１において、第１基板１０の湾曲部材１０ａの構成材料と、外力作用部３００の湾曲部材３００ａの構成材料とが同種類の材料である態様；
　態様３：第１基板１０の伸縮性部材が弾性シート部材であり、かつ外力作用部３００の伸縮性部材が弾性シート部材３００ｂである態様；
　態様４：態様３において、第１基板１０の弾性シート部材の構成材料と、外力作用部３００の弾性シート部材３００ｂの構成材料とが同種類の材料である態様。
　第１基板１０同士が湾曲部材１０ａにより接続される場合、当該湾曲部材１０ａ上に第１電極１からの配線を形成することが好ましい。このような構成により、各感圧素子ごとの配線の引き出しが容易になる。
　例えば、第１電極１が、図１４に示す第１基板１０の上で、図１０Ｂに示すように、触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、各感圧素子ごとに独立して形成されている場合、第１基板１０の湾曲部材１０ａの上に配線が形成されて、図１５Ａに示す配線１ａが得られる。図１５Ａは、図１４に示す第１基板上に図１０Ｂに示す第１電極を形成したときに、当該第１電極から引き出される配線の一例を示す模式的平面図である。
　また例えば、第１電極１が、図１４に示す第１基板１０の上で、図１１Ｂに示すように、触覚センサユニットを構成する全ての感圧素子２００のうち、各感圧素子ごとに独立して形成されているだけでなく、各感圧素子において２つずつに分離されて形成されている場合、第１基板１０の１つの湾曲部材１０ａの上に２本の配線が形成されて、図１５Ｂに示す配線１ａが得られる。図１５Ｂは、図１４に示す第１基板上に図１１Ｂに示す第１電極を形成したときに、当該第１電極から引き出される配線の一例を示す模式的平面図である。
　誘電体２は触覚センサを構成する複数の触覚センサユニット間で連続して形成されていてもよいし、または各触覚センサユニットごとに独立して形成されていてもよい。複数の第１基板１０が湾曲部材１０ａにより接続され、かつ第１基板１０および湾曲部材１０ａそれぞれの上に、第１電極１およびその配線が形成されている場合、例えば、電着法において、第１電極１およびその配線と溶液の浴槽とを電極として用いることにより、第１電極１およびその配線の上に選択的に誘電体２を形成することができる。配線の上の誘電体は配線の絶縁被覆層として機能し得る。
　第２電極３（導電性部材３２）は触覚センサを構成する複数の触覚センサユニット間で連続して形成されていてもよいし、または各触覚センサユニットごとに独立して形成されていてもよい。触覚センサの簡便な構造の観点からは、第２電極３（導電性部材３２）は触覚センサを構成する全ての触覚センサユニット間において連続して形成されていることが好ましい。第２電極３（導電性部材３２）が触覚センサを構成する各触覚センサユニットごとに独立して形成されている場合、当該第２電極３（導電性部材３２）は、外力作用部３００が湾曲部材３００ａにより接続されて外力作用部ネットの形態を有する場合のように、当該第２電極３（導電性部材３２）と同様の材料からなる湾曲部材により接続されていることが好ましい。
　外力作用部３００が触覚センサユニット間で湾曲部材により接続されて外力作用部ネットの形態を有し、第１基板１０が触覚センサユニット間で湾曲部材により接続されて第１基板ネットの形態を有し、かつ第２電極３（導電性部材３２）が触覚センサユニット間で湾曲部材により接続されて第２電極ネットの形態を有する場合における、触覚センサの模式的斜視図を図１６Ａに示す。図１６Ａに示す触覚センサ５００は、中心部としての触覚センサユニット部１００がその外周に沿って湾曲した湾曲部材により接続されている。ここで、触覚センサユニット部１００を接続する湾曲部材１５０は、外力作用部ネットの湾曲部材、第１基板ネットの湾曲部材、および第２電極３（導電性部材３２）を接続する湾曲部材を含み、電気絶縁性の接着剤により一体化されてよい。電気絶縁性の接着剤は、従来から触覚センサおよび感圧素子の分野で使用されている電気絶縁性の接着剤であってよい。湾曲部材１５０は誘電体をさらに含んでもよい。
　触覚センサ５００は、伸縮性に優れているので、図１６Ｂに示すように、人の指ならびにロボットの指および腕等の複雑な形状を有したものにも適合することができる。具体的には、人体に密着したセンシング、および手首以外の関節や可動部に無理なく装着することが求められるウェアラブル機器にも適用することが可能である。
［触覚センサの製造方法］
　本開示の触覚センサの製造方法は、以下に特記すること以外、上記した触覚センサユニットの製造方法と同様である。
　第１基板１０として、所望の数（複数）の触覚センサユニットが形成され得る程度の大きさの第１基板用シートを用い、その上に、第１電極１、誘電体２、スペーサー４等の各部材を形成し、不要部分を除去する。例えば、各部材が形成された第１基板用シートにおいて、複数の触覚センサユニット部および上記した各部材の湾曲部材をレーザーカットにより切り抜く。これにより、複数の触覚センサユニットが湾曲部材により接続された触覚センサが得られる。
　本開示の触覚センサは、典型的なエレクトロニクス機器の分野の範疇に留まらず、ロボットの分野、入力機器の分野、操舵機器の分野、ウェアラブル機器の分野、ヘルスケア分野、医療分野および介護分野などにおいても利用可能である。
　具体的には、例えば、本開示の触覚センサは、工場等で用いられるロボットハンドおよびロボットアームに有用な触覚センサとして使用可能である。本開示の触覚センサを備えたロボットハンドおよびロボットアームは、異なる形状および重量の様々な構造物および人体に対して、必要以上の力を加えることなく、かつ落下させることなく、当該構造物および人体を掴み、運搬することができる。
　また例えば、本開示の触覚センサは、ゲーム等の入力装置において、画面埋め込み型の十字キー等において使用可能である。
　また例えば、本開示の触覚センサは、ハンドル等の操舵機器において、手の握り圧および滑りならびにそれらの変化を検知することができる。これにより、人の眠気および感情等を推定し、人の状態（例えば、ドライバーの状態）をセンシングできる。
　　１：第１電極
　　１ａ：湾曲部材
　　２：誘電体
　　３：第２電極
　　３２：導電性部材
　　４：スペーサー
　　１０：第１基板
　　１０ａ：湾曲部材
　　５０：カバー材
　　１００：１００Ａ：１００Ｂ：１００Ｃ：１００Ｄ：１００Ｅ：１００Ｆ：１００Ｇ：１００Ｈ：触覚センサユニット
　　１５０：触覚センサユニット部を接続する湾曲部材
　　２００：２００ａ：２００ｂ：２００ｃ：２００ｄ：感圧素子
　　３００：外力作用部
　　５００：触覚センサ

Claims (20)

  1. 　第１電極を有する第１基板と、
    　前記第１電極に対向配置された第２電極と、
    　前記第１電極と前記第２電極との間に配置された誘電体と、を有する複数の感圧素子；および
    　該複数の感圧素子の上にまたがって配置された外力作用部；
    を含み、
    　前記外力作用部に剪断力が印加されることにより、少なくとも一部の感圧素子で電極間の静電容量が変化する、触覚センサユニット。
  2. 　前記外力作用部は、平面視において、前記複数の感圧素子のそれぞれの少なくとも一部と重複するように配置されている、請求項１に記載の触覚センサユニット。
  3. 　前記外力作用部は、平面視において、前記複数の感圧素子が占める領域全体の大きさよりも小さい、請求項１または２に記載の触覚センサユニット。
  4. 　前記複数の感圧素子は、平面視において、該複数の感圧素子が占める領域全体が対称性を有する全体形状を示すように、配置されており、
    　前記外力作用部は、平面視において、該外力作用部の中心が前記対称性を有する全体形状の中心と重なるように配置されている、請求項１～３のいずれかに記載の触覚センサユニット。
  5. 　前記外力作用部は、平面視において、該外力作用部の輪郭線が前記複数の感圧素子のそれぞれの中心を通るように配置されている、請求項１～４のいずれかに記載の触覚センサユニット。
  6. 　前記複数の感圧素子が前記第１電極と前記第２電極との間にスペーサーをさらに有し、
    　該スペーサーが０．００６～６５０ＧＰａの弾性率を有する、請求項１～５のいずれかに記載の触覚センサユニット。
  7. 　前記複数の感圧素子が３個以上の前記感圧素子である、請求項１～６のいずれかに記載の触覚センサユニット。
  8. 　前記外力作用部は、断面視において、その幅寸法が最表面に向かって漸次減じられた面取り形状を有する、請求項１～７のいずれかに記載の触覚センサユニット。
  9. 　前記第２電極は、前記第１電極と対向する第１の面に、複数の突起部を有し、
    　前記第２電極は導電性ゴムからなる導電性部材である、請求項１～８のいずれかに記載の触覚センサユニット。
  10. 　請求項１～９のいずれかに記載の触覚センサユニットを複数で有する触覚センサ。
  11. 　前記複数の触覚センサユニットのうち隣接する触覚センサユニットが伸縮性部材で接続されている、請求項１０に記載の触覚センサ。
  12. 　前記複数の触覚センサユニットは、隣接する触覚センサユニット間で、前記外力作用部同士が伸縮性部材で接続されている、請求項１０または１１に記載の触覚センサ。
  13. 　前記外力作用部を接続する伸縮性部材が伸縮性構造を有する部材であるか、または伸縮性材料からなる部材である、請求項１２に記載の触覚センサ。
  14. 　前記伸縮性構造を有する部材は、一端が中心部としての各外力作用部の外周に接続されて、該中心部の外周に沿って延在するように湾曲して設けられている湾曲部材であり、
    　該湾曲部材の他端は隣接する触覚センサユニットにおける外力作用部の湾曲部材の他端と接続されており、
    　該湾曲部材の曲率の変化により、触覚センサに伸縮性が発現する、請求項１３に記載の触覚センサ。
  15. 　前記伸縮性材料からなる部材はエラストマー材料からなる弾性シート部材であり、該弾性シート部材が有する弾性により、触覚センサに伸縮性が発現する、請求項１３に記載の触覚センサ。
  16. 　前記複数の触覚センサユニットは、隣接する触覚センサユニット間で、前記第１基板同士が伸縮性部材で接続されている、請求項１０～１５のいずれかに記載の触覚センサ。
  17. 　前記第１基板を接続する伸縮性部材が伸縮性構造を有する部材であるか、または伸縮性材料からなる部材である、請求項１６に記載の触覚センサ。
  18. 　前記伸縮性構造を有する部材は、一端が中心部としての各第１基板の外周に接続されて、該中心部の外周に沿って延在するように湾曲して設けられている湾曲部材であり、
    　該湾曲部材の他端は隣接する触覚センサユニットにおける第１基板の湾曲部材の他端と接続されており、
    　該湾曲部材の曲率の変化により、触覚センサに伸縮性が発現する、請求項１７に記載の触覚センサ。
  19. 　前記伸縮性材料からなる部材はエラストマー材料からなり、該エラストマー材料が有する弾性により伸縮性を発現する、請求項１７に記載の触覚センサ。
  20. 　前記複数の触覚センサユニットは、隣接する触覚センサユニット間で、前記外力作用部同士および第１基板同士が伸縮性部材で接続されており、
    　前記第１基板の伸縮性部材の伸縮性は前記外力作用部の伸縮性部材の伸縮性と同程度である、請求項１０～１９のいずれかに記載の触覚センサ。
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