特開 2024-51461 感圧センサーおよび感圧センサーの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024051461

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】感圧センサーおよび感圧センサーの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/20 20060101AFI20240404BHJP

【ＦＩ】

G01L1/20 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022157649

(22)【出願日】2022-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】米村 貴幸

(57)【要約】

【課題】受圧面内の圧力分布を検出可能であり、電極の剥離に伴う不具合が生じにくい感圧センサーおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】互いに表裏の関係を持つ第１面および第２面を有するシート状をなし、押圧されることにより電気抵抗値が変化する感圧導電体と、前記第１面に設けられている塗布膜である複数の第１電極と、前記第２面に設けられている塗布膜である複数の第２電極と、を備え、前記第１電極は、第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向において互いに離間しており、前記第２電極は、前記第２方向に延在し、前記第１方向において互いに離間していることを特徴とする感圧センサー。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに表裏の関係を持つ第１面および第２面を有するシート状をなし、押圧されることにより電気抵抗値が変化する感圧導電体と、
前記第１面に設けられている塗布膜である複数の第１電極と、
前記第２面に設けられている塗布膜である複数の第２電極と、
を備え、
前記第１電極は、第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向において互いに離間しており、
前記第２電極は、前記第２方向に延在し、前記第１方向において互いに離間していることを特徴とする感圧センサー。

【請求項2】

前記第１電極および前記第２電極は、平均厚さが１０μｍ以下である請求項１に記載の感圧センサー。

【請求項3】

前記感圧導電体は、感圧導電性エラストマーまたは感圧導電性ゴムである請求項１または２に記載の感圧センサー。

【請求項4】

互いに表裏の関係を持つ第１面および第２面を有するシート状をなし、押圧されることにより電気抵抗値が変化する感圧導電体を用意する準備工程と、
前記第１面に導電性粒子を含む塗布液を印刷することにより、第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向において互いに離間する、複数の第１電極を形成する第１電極形成工程と、
前記第２面に導電性粒子を含む塗布液を印刷することにより、前記第２方向に延在し、前記第１方向において互いに離間する、複数の第２電極を形成する第２電極形成工程と、
を有することを特徴とする感圧センサーの製造方法。

【請求項5】

前記第１電極形成工程および前記第２電極形成工程は、インクジェット印刷機により、前記塗布液を印刷する請求項４に記載の感圧センサーの製造方法。

【請求項6】

前記導電性粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下である請求項５に記載の感圧センサーの製造方法。

【請求項7】

前記第１電極形成工程および前記第２電極形成工程は、前記塗布液を複数回重ねて印刷する請求項５または６に記載の感圧センサーの製造方法。

【請求項8】

前記第１電極形成工程および前記第２電極形成工程は、印刷された前記塗布液を、温度１００℃以上１４０℃以下で、１分以上１２０分以下加熱する乾燥処理を含む請求項４または５に記載の感圧センサーの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、感圧センサーおよび感圧センサーの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロボットハンドで対象物を把持する場合、対象物からロボットハンドが受ける荷重を検出することが望まれている。例えば、ロボットハンドが対象物を押さえる力や、対象物がロボットハンドからずれ落ちようとする力を測定すれば、測定した力を把持力に反映させることができ、対象物を的確に把持することができる。

【0003】

例えば、特許文献１には、多点の感圧部を有する感圧センサーが開示されている。この感圧センサーは、一対のシート基材と、一方のシート基材に銀印刷してなる印加側電極と、他方のシート基材に銀印刷してなるレシーブ側電極と、印加側電極上に印刷形成されている感圧導電性インクと、レシーブ側電極上に印刷形成されている感圧導電性インクと、を備えている。印加側電極およびレシーブ側電極は、対向配置されており、交差部が感圧部になっている。シート基材には、ポリエチレンナフタレート製のシートが用いられている。また、感圧導電性インクは、導電性カーボンブラックと、シリコーンエラストマーと、を含むインクである。

【0004】

このような感圧センサーによれば、多数の感圧部を備えているため、これらの感圧部からの出力をセンシングに利用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－２７４５４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の感圧センサーは、前述したように、シート基材に銀印刷された電極を用いている。ところが、シート基材には、樹脂材料が用いられるため、電極との密着性を高めることが容易ではない。このため、シート基材と電極との剥離を防ぐことが課題となっている。特に、感圧センサーに受圧面に対して平行な成分を含む方向に力が加わった場合、剥離が生じやすい。このような力としては、例えば感圧センサーをロボットハンドに用いた場合、把持している対象物にかかる重力に伴って感圧センサーが受ける力が挙げられる。

【0007】

そこで、電極の剥離に伴う不具合が生じにくい感圧センサーの実現が課題となっている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の適用例に係る感圧センサーは、
互いに表裏の関係を持つ第１面および第２面を有するシート状をなし、押圧されることにより電気抵抗値が変化する感圧導電体と、
前記第１面に設けられている塗布膜である複数の第１電極と、
前記第２面に設けられている塗布膜である複数の第２電極と、
を備え、
前記第１電極は、第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向において互いに離間しており、
前記第２電極は、前記第２方向に延在し、前記第１方向において互いに離間している。

【0009】

本発明の適用例に係る感圧センサーの製造方法は、
互いに表裏の関係を持つ第１面および第２面を有するシート状をなし、押圧されることにより電気抵抗値が変化する感圧導電体を用意する準備工程と、
前記第１面に導電性粒子を含む塗布液を印刷することにより、第１方向に延在し、前記第１方向と交差する第２方向において互いに離間する、複数の第１電極を形成する第１電極形成工程と、
前記第２面に導電性粒子を含む塗布液を印刷することにより、前記第２方向に延在し、前記第１方向において互いに離間する、複数の第２電極を形成する第２電極形成工程と、
を有する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る感圧センサーを示す分解斜視図である。

【図2】図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図3】図１に示す感圧センサーと対象物とが接触したとき、対象物の硬さの違いが弾性体に加わる力の分布に及ぼす影響を説明するための概念図である。

【図4】図１に示す感圧センサーと対象物とが接触したとき、対象物の硬さの違いが弾性体に加わる力の分布に及ぼす影響を説明するための概念図である。

【図5】センサー出力回路の構成例を示す回路図である。

【図6】図１に示す感圧センサーの製造方法を説明するための工程図である。

【図7】第１電極形成工程において、感圧導電体の第１面に形成した複数の第１電極の例を示す平面図である。

【図8】第２電極形成工程において、感圧導電体の第２面に形成した複数の第２電極の例を示す平面図である。

【図9】弾性体配置工程において、第１面に配置される弾性体の位置を示す平面図である。

【図10】実施形態に係るロボットを示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の感圧センサーおよび感圧センサーの製造方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0012】

１．感圧センサー
まず、実施形態に係る感圧センサーについて説明する。

【0013】

図１は、実施形態に係る感圧センサー１００を示す分解斜視図である。図２は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。なお、本願の各図では、互いに直交する３つの軸としてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定している。各軸を矢印で表し、先端側を「プラス」、基端側を「マイナス」とする。以下の説明で、例えば「Ｘ軸方向」とは、Ｘ軸のプラス方向およびマイナス方向の双方を含む。

【0014】

感圧センサー１００は、図１に示すように、感圧導電体１１０と、弾性体１２０と、複数の第１電極１３０と、複数の第２電極１４０と、演算部１７０と、を有する。感圧導電体１１０は、押圧されることにより電気抵抗値が変化する部材である。弾性体１２０は、弾性を有し、対象物と接触すると、対象物から受ける接触力によって変形する。

【0015】

１．１．感圧導電体
感圧導電体１１０は、図１に示すようにシート状をなしており、互いに表裏の関係を持つ第１面１１１および第２面１１２を有する。

【0016】

感圧導電体１１０の平均厚さは、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であるのが好ましく、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるのがより好ましい。感圧導電体１１０の平均厚さが前記範囲内であれば、圧力の有無で生じる電気抵抗率の差を十分に大きく確保することができるとともに、感圧センサー１００が必要以上に厚くなるのを避けることができる。

【0017】

なお、感圧導電体１１０の平均厚さは、感圧導電体１１０の厚さを１０か所で測定したとき、得られた測定値の平均値である。

【0018】

感圧導電体１１０の構成材料としては、例えば、感圧導電性エラストマー、感圧導電性ゴム、感圧導電性樹脂等が挙げられる。このうち、良好な弾性を有し、受けた圧力の変化に対する電気抵抗値の変化幅が大きいという観点で、感圧導電性エラストマーまたは感圧導電性ゴムが好ましく用いられる。感圧導電体１１０は、マトリックスであるエラストマー、ゴムまたは樹脂に、導電性物質を分散させた材料である。

【0019】

導電性物質としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維のような炭素系材料、酸化スズ、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウムのような金属酸化物材料、銅、銀、ニッケルのような金属材料等が挙げられる。また、導電性物質の形態としては、例えば、粉末、顆粒、繊維片等が挙げられる。

【0020】

エラストマーとしては、例えば、熱可塑性エラストマーが挙げられる。熱可塑性エラストマーとは、加熱により軟化して流動性を示すが、常温ではゴム弾性を示す材料を指す。熱可塑性エラストマーとしては、例えば、エチレン－プロピレン共重合体（ＥＰＭ）やエチレン－プロピレン－ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）のようなオレフィン系エラストマー、スチレン－ブタジエン共重合体（ＳＢＳ）やスチレン－エチレン－ブタジエン共重合体（ＳＥＢＳ）のようなスチレン系エラストマー、シリコン系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ブタジエン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ナイロン系エラストマー、エステル系エラストマー、フッ素系エラストマー、およびそれらのエラストマーに反応部位（二重結合、無水カルボキシル基等）を導入した変性物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【0021】

ゴムとしては、例えば、架橋ゴムが挙げられる。架橋ゴムとしては、例えば、天然ゴム、合成イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル－ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム等の各種架橋化物が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【0022】

樹脂としては、例えば、ポリエチレンが挙げられる。ポリエチレンとしては、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、密度０．９０未満の超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）およびエチレンと他のα－オレフィン、不飽和カルボン酸またはその誘導体の中から選ばれる２種以上の化合物の共重合体、例えばエチレン－ブテン－１共重合体、エチレン－アクリル酸共重合体、エチレン－アクリル酸エステル共重合体、エチレン－メタクリル酸共重合体、エチレン－メタクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。

【0023】

導電性物質の含有量は、感圧導電体１１０の１質量％以上４０質量％以下であるのが好ましく、５質量％以上３０質量％以下であるのがより好ましい。

【0024】

導電性物質が粉末である場合、粉末の平均粒径は、特に限定されないが、５ｎｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましく、２０ｎｍ以上５μｍ以下であるのがより好ましい。なお、平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒子径分布測定装置により、体積基準の粒度分布を取得し、小径側からの累積頻度が５０％になるときの粒径である。

【0025】

感圧導電体１１０は、例えば、導電性物質およびマトリックスの構成材料を含む組成物を混練し、シート状に延伸することによって作製される。

【0026】

１．２．電極
第１電極１３０は、感圧導電体１１０の第１面１１１に設けられた塗布膜である。また、第２電極１４０は、感圧導電体１１０の第２面１１２に設けられた塗布膜である。塗布膜とは、液相成膜法によって形成された膜のことである。したがって、塗布膜は、導電性粒子を含む液状被膜が形成された後、液状被膜の固化または硬化を経て作製されている。これにより、感圧導電体１１０に対して強固に密着した第１電極１３０および第２電極１４０が得られる。その結果、感圧センサー１００に対し、例えば第１面１１１や第２面１１２に平行な成分の力が加わっても、第１電極１３０および第２電極１４０の剥離が抑制され、剥離に伴う不具合が生じにくくなる。これにより、信頼性の高い感圧センサー１００が得られる。

【0027】

なお、本明細書において「面に設けられる」とは、その面に直接配置される場合に加え、任意の介在物を介して配置される場合も含む。

【0028】

第１電極１３０および第２電極１４０の各構成材料は、前述した導電性粒子が金属粒子である場合、金属粒子同士が融着した融着物を含んでいる。融着とは、金属粒子同士の少なくとも一部が融合または焼結した状態をいう。融合には、ナノサイズの金属粒子に特有の自発的な融合も含む。また、前述した粒径の金属粒子は、第１面１１１や第２面１１２の凹部に容易に侵入できるため、金属粒子同士が融着するとき、機械的アンカー効果が生じる。このため、第１電極１３０および第２電極１４０は、感圧導電体１１０に対して強固に密着する。

【0029】

導電性粒子の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ等の単体またはこれらの金属元素を含む合金、酸化スズ、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウムまたはこれらの複合物のような金属酸化物等が挙げられる。

【0030】

第１電極１３０および第２電極１４０の各平均厚さは、特に限定されないが、１０μｍ以下であるのが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下であるのがより好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１電極１３０および第２電極１４０の導通抵抗を十分に低く抑えつつ、第１電極１３０および第２電極１４０の剛性を下げることができる。これにより、第１電極１３０および第２電極１４０の剥離をより確実に抑制することができる。

【0031】

なお、第１電極１３０および第２電極１４０の各平均厚さは、１０か所以上の厚さの測定値を平均した値である。また、厚さの測定には、切断面を拡大観察し、画像上で行う方法を用いることができる。

【0032】

図１に示す感圧センサー１００は、３本の第１電極１３０と、３本の第２電極１４０と、を有する。

【0033】

第１電極１３０は、それぞれ、電極部１３１と、配線部１３２と、を含んでいる。電極部１３１は、Ｘ軸方向（第１方向）に延在し、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）において互いに離間している。配線部１３２は、一方の端部が、電極部１３１のＸ軸プラス側の端部に接続され、他方の端部が、感圧導電体１１０のＹ軸プラス側の端部まで引き回されている。

【0034】

第２電極１４０は、それぞれ、電極部１４１と、配線部１４２と、を含んでいる。電極部１４１は、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向において互いに離間している。配線部１４２は、一方の端部が、電極部１４１のＹ軸プラス側の端部に接続され、他方の端部が、感圧導電体１１０のＹ軸プラス側の端部まで引き回されている。

【0035】

このように、配線部１３２、１４２は、いずれも、他方の端部が、感圧導電体１１０のＹ軸プラス側の端部まで引き出されているため、図１に示す別の配線１４５との接続作業に適している。

【0036】

なお、第２方向は、第１方向と交差していればよいが、その交差角は、４５°以上９０°以下であるのが好ましく、６０°以上９０°以下であるのがより好ましい。交差角とは、第１方向と第２方向とがなす角度のうち、９０°以下となる角度である。本実施形態では、第１方向と第２方向とが直交している。

【0037】

感圧導電体１１０をＺ軸方向、つまり第１面１１１の法線上から平面視したとき、電極部１３１および電極部１４１は、互いに交差している。これらの交差部と、それに対応する感圧導電体１１０の部分とで、感圧部１５０が構成される。感圧部１５０は、弾性体１２０に加わった力が伝搬したとき、押圧力の変化を検出する。

【0038】

図１に示す感圧センサー１００は、９個の感圧部１５０を有している。９個の感圧部１５０は、Ｚ軸方向から見たとき、格子状に並んでいる。このため、感圧センサー１００は、受圧面内の圧力分布を検出することができる。受圧面とは、例えば、第１面１１１に平行な面である。

【0039】

また、電極部１３１、１４１は、それぞれ互いに幅が等しく、かつ、直線状に延在しているのが好ましい。これにより、Ｚ軸方向から見て電極部１３１と電極部１４１とを交差させたとき、交差部同士の面積を一定に制御しやすくなる。具体的には、電極部１３１、１４１が前記条件を満たしている場合、電極部１３１および電極部１４１の配置が、設計上の位置からずれたとしても、交差部同士の面積は一定になる。ずれ方には、Ｘ軸方向の並進ずれ、Ｙ軸方向の並進ずれ、Ｚ軸まわりの回転ずれ等があるが、いずれの場合も同様である。このため、９個の感圧部１５０から出力される検出信号の強度は、感圧部１５０に印加される力の大きさを精度よく反映したものとなる。その結果、力の分布をより精度よく検出することができる。また、感圧センサー１００の製造難易度を下げることができる。特に、感圧導電体１１０をロール・ツー・ロールで繰り出しながら印刷法で電極を形成する場合、表面と裏面との位置ずれの許容幅を大きくできる。これにより、製造コストの削減、製造効率の向上を図りやすくなる。

【0040】

なお、第１電極１３０の本数および第２電極１４０の本数は、それぞれ複数であれば、特に限定されず、２本であっても、４本以上であってもよい。また、感圧部１５０の数も、特に限定されないが、力の分布を精度よく検出するためには、６個以上であるのが好ましく、９個以上であるのがより好ましい。

【0041】

１．３．弾性体
弾性体１２０は、弾性を有し、９個の感圧部１５０を覆うように第１面１１１に配置されている。なお、弾性体１２０は、第１面１１１に直接配置されていてもよいし、任意の介在物を介して配置されていてもよい。弾性とは、力が加えられたときには、力に応じて変形し、力が除かれると元の形状に戻ろうとする性質のことをいう。したがって、弾性体１２０に力が加わると、弾性体１２０が変形し、力が伝搬する。

【0042】

また、弾性体１２０は、図２に示すように、凸曲面１２１を有している。凸曲面１２１は、第１面１１１から遠ざかる方向に突出する球面状または非球面状の曲面である。なお、凸曲面１２１の形状は、特に限定されない。

【0043】

図２に示す凸曲面１２１は、Ｚ軸プラス側へ最も突出している部位である頂部１２２と、頂部１２２の周囲にあって突出量が頂部１２２よりも小さい周縁部１２３と、を有する。つまり、凸曲面１２１では、頂部１２２から周縁部１２３に向かって突出量が小さくなっている。

【0044】

なお、本明細書では、凸曲面１２１を有する物体の形状を「円蓋形状」という。円蓋形状をなす弾性部材は、加えられた力を効率よく伝搬できる特性を持っているため、感圧センサー１００に用いる弾性体１２０として有用である。

【0045】

弾性体１２０の構成材料としては、例えば、ゴム、エラストマー、発泡樹脂等が挙げられる。このうち、ゴムとしては、例えば、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。

【0046】

図３および図４は、それぞれ、図１に示す感圧センサー１００と対象物とが接触したとき、対象物の硬さの違いが弾性体１２０に加わる力の分布に及ぼす影響を説明するための概念図である。なお、図３および図４では、前述した格子状に並ぶ９個の感圧部１５０のうち、中央の１個を感圧部１５０ａとし、それ以外の８個を感圧部１５０ｂとしている。

【0047】

図３では、鉄塊のような硬い対象物Ｗｈに、感圧センサー１００の弾性体１２０を押し付けたとき、対象物Ｗｈから弾性体１２０に加わる接触力Ｆ１を示している。また、図４では、スポンジのような柔らかい対象物Ｗｓに、感圧センサー１００の弾性体１２０を押し付けたとき、対象物Ｗｓから弾性体１２０に加わる接触力Ｆ１、Ｆ２を示している。

【0048】

図３に示す例では、対象物Ｗｈが弾性体１２０よりも硬いため、弾性体１２０が対象物Ｗｈにめり込む量が小さい。このため、頂部１２２に接触力Ｆ１が生じる。その結果、感圧部１５０ａにおいて圧力の変化を検出できる一方、感圧部１５０ｂでは圧力の変化をほとんど検出できない。

【0049】

図４に示す例では、対象物Ｗｓが弾性体１２０よりも柔らかいため、弾性体１２０が対象物Ｗｓにめり込む量が大きくなる。このため、頂部１２２に接触力Ｆ１が生じるだけでなく、周縁部１２３に接触力Ｆ２が生じる。その結果、感圧部１５０ａ、１５０ｂの双方で圧力の変化を検出できるとともに、感圧部１５０ａで検出される圧力の変化が、感圧部１５０ｂで検出される圧力の変化よりも大きくなる。

【0050】

したがって、感圧部１５０ａから出力される検出信号と、感圧部１５０ｂから出力される検出信号と、を比較することにより、接触力Ｆ１、Ｆ２の印加状態を捉えることができる。これにより、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さを評価することができる。また、対象物Ｗｈ、Ｗｓの硬さが互いに同じである場合には、凹凸の有無といった形状的な違いや部分的な材質の違い等を、対象物Ｗｈ、Ｗｓ間で評価することができる。

【0051】

また、感圧センサー１００を例えばロボットの把持部に適用した場合、感圧センサー１００を介して把持する物体の情報を取得することが可能になる。例えば、９個の感圧部１５０で検出された力の分布に基づいて、物体から弾性体１２０に加えられた力の方向等を取得することができる。これらの情報を把持力に反映させることにより、物体をより安定して把持することができ、把持を伴う各種作業の効率や成功率を高めることができる。

【0052】

以上、弾性体１２０について説明したが、弾性体１２０は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよいし、他の部材で代替されていてもよい。他の部材としては、例えば、弾性体１２０とは異なる形状を有する弾性体が挙げられる。

【0053】

１．４．演算部
演算部１７０は、図１に示す配線１４５を介して、第１電極１３０および第２電極１４０と電気的に接続されている。演算部１７０は、３本の第１電極１３０から１本を選択するとともに、３本の第２電極１４０から１本を選択し、選択された電極間の電気抵抗値に基づく検出信号を取得する機能を有する。演算部１７０は、選択する電極の組み合わせを変えることにより、９個の感圧部１５０の全てについて、検出信号を取得することができる。

【0054】

演算部１７０は、図５に示すセンサー出力回路１６０を有していてもよい。図５は、センサー出力回路１６０の構成例を示す回路図である。

【0055】

センサー出力回路１６０は、固定抵抗ＲＬと、感圧部１５０に相当する感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃと、を有している。固定抵抗ＲＬは、電気抵抗値が一定の抵抗素子である。感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃは、感圧部１５０に加わる力に応じて電気抵抗値が変化する抵抗素子である。固定抵抗ＲＬおよび感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃは、センサー用電源電圧ＶｉｎとグランドＧＮＤとの間に、この順で直列に接続されている。そして、固定抵抗ＲＬと感圧素子抵抗ＶＲ＿Ｃとの間からセンサー出力信号Ｖｏｕｔが出力されるように構成されている。

【0056】

このようなセンサー出力回路１６０では、下記式に基づいてセンサー出力信号Ｖｏｕｔが求められる。
Ｖｏｕｔ＝ＶＲ＿Ｃ／（ＲＬ＋ＶＲ＿Ｃ）×Ｖｉｎ

【0057】

得られるセンサー出力信号Ｖｏｕｔの強度は、検出対象の感圧部１５０の電気抵抗値に対応している。

【0058】

なお、センサー出力回路１６０は、必要に応じて、図５に示す回路構成に対して任意の要素が追加または置換されたものであってもよい。

【0059】

演算部１７０は、センサー出力信号Ｖｏｕｔをアナログ／デジタル変換した後、得られた信号に基づいて、対象物の硬さやその他の情報を算出する機能を有していてもよい。

【0060】

なお、感圧センサー１００は、演算部１７０による演算結果を出力する図示しない出力部、演算部１７０にデータを入力する図示しない入力部等を備えていてもよい。出力部としては、例えば、液晶表示装置等が挙げられる。また、入力部としては、例えば、キーボード、タッチパネル等が挙げられる。

【0061】

２．感圧センサーの製造方法
次に、実施形態に係る感圧センサーの製造方法について説明する。以下の説明では、前述した感圧センサー１００の製造方法を例にして説明する。

【0062】

図６は、図１に示す感圧センサー１００の製造方法を説明するための工程図である。
図６に示す製造方法は、準備工程Ｓ１０２と、第１電極形成工程Ｓ１０４と、第２電極形成工程Ｓ１０６と、弾性体配置工程Ｓ１０８と、を有する。

【0063】

２．１．準備工程
準備工程Ｓ１０２では、シート状をなす感圧導電体１１０を用意する。感圧導電体１１０は、前述したように、互いに表裏の関係を持つ第１面１１１および第２面１１２を有し、押圧されることにより電気抵抗値が変化する部材である。

【0064】

感圧導電体１１０には、必要に応じて、後述する工程で電極を形成するための下地処理が施されていてもよい。下地処理としては、例えば、プラズマ処理、紫外線照射処理、電子線照射処理、粗面化処理、カップリング剤処理等が挙げられる。

【0065】

２．２．第１電極形成工程
図７は、第１電極形成工程Ｓ１０４において、感圧導電体１１０の第１面１１１に形成した複数の第１電極１３０の例を示す平面図である。

【0066】

第１電極形成工程Ｓ１０４では、第１面１１１に導電性粒子を含む塗布液を印刷する。これにより、図７に示すように、塗布膜である複数の第１電極１３０を形成する。

【0067】

印刷には、各種の印刷機が用いられる。印刷機の例としては、スクリーン印刷機、スクリーンオフセット印刷機、インクジェット印刷機、凸版印刷機、グラビア印刷機、グラビアオフセット印刷機、フレキソオフセット印刷機、反転転写印刷機、マイクロコンタクト印刷機等が挙げられる。このうち、インクジェット印刷機が好ましく用いられる。インクジェット印刷機は、凸版、凹版、孔版等の印刷版を使う必要がないため、塗布膜に印刷版の跡が残らず、精度の高い塗布膜を低コストで形成することができる。

【0068】

印刷後の塗布膜には、必要に応じて乾燥処理を行う。乾燥処理は、使用する塗布液の組成に応じて適宜選択される。乾燥処理を行うことにより、溶媒の除去を促進するとともに、第１電極１３０の下地に対する密着性をより高めることができる。

【0069】

例えば、インクジェット印刷用の塗布液を用いた場合、好ましくは、温度１００℃以上１４０℃以下で、１分以上１２０分以下加熱すればよい。インクジェット印刷機に用いられる塗布液（インク）には、沸点の低い溶媒、つまり、粘度の低い溶媒を用いることができる。このため、印刷後の乾燥条件を比較的低温または短時間にすることができる。その結果、乾燥処理に伴う感圧導電体１１０の変性、劣化等を抑制することができる。なお、この乾燥条件は、より好ましくは、温度１１０℃以上１３０℃以下で、時間５分以上６０分以下とされる。

【0070】

また、インクジェット印刷機によれば、他の印刷機に比べてより薄い第１電極１３０を形成することが可能になる。これにより、前述したように、第１電極１３０の剛性を下げることができるので、第１電極１３０が剥離しにくくなる。また、第１電極１３０の剛性が下がることにより、第１電極１３０を介した機械的クロストークの発生を抑制することができる。機械的クロストークとは、１つの感圧部１５０が力を受けたとき、その力が第１電極１３０や第２電極１４０を介して隣り合う感圧部１５０で検出されてしまう現象である。

【0071】

第１電極１３０をより薄くすることができれば、剛性を下げられるため、機械的クロストークを抑制することができる。これにより、力の分布をより精度よく検出することができる。

【0072】

一方、インクジェット印刷機によれば、同じ領域に対して塗布液を複数回印刷することにより、塗布膜を重ねることができる。これにより、１回の印刷では実現できない厚さの塗布膜を得ることができる。その結果、導通抵抗が低い第１電極１３０を効率よく製造することができる。なお、インクジェット印刷機では、塗布膜が乾燥する前に、別の塗布膜を重ねることが可能である。このため、複数回の印刷を行う場合でも、乾燥処理を挟む必要がなく、高速化が容易である。

【0073】

また、第１電極形成工程Ｓ１０４では、従来のように基板に対して電極を形成した後、電極と感圧導電体とを接触させるのではなく、感圧導電体１１０に直接、第１電極１３０を形成している。これにより、基板を介した機械的クロストークの発生も抑制することができる。それに加え、従来技術では、電極と感圧導電体との接触抵抗がバラついて、力の検出精度が低下するおそれがあった。これに対し、本実施形態では、感圧導電体１１０に直接、第１電極１３０を形成する。このため、本実施形態では、接触抵抗がバラつくという課題を解消することができる。

【0074】

塗布液に含まれる導電性粒子としては、例えば、金属粒子、金属酸化物粒子等が挙げられる。金属粒子の構成材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ等の単体またはこれらの金属元素を含む合金等が挙げられる。また、金属酸化物粒子の構成材料としては、例えば、酸化スズ、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウムまたはこれらの複合物等が挙げられる。

【0075】

導電性粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましく、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。このような粒径の導電性粒子を含む塗布液を用いることにより、薄くてパターン精度の高い第１電極１３０および第２電極１４０を形成することができる。また、このような粒径の導電性粒子には、ナノサイズに特有の自発的な融合が起こりやすく、それによって導通抵抗が低く、かつ、感圧導電体１１０への密着性に優れた第１電極１３０および第２電極１４０を形成することができる。さらに、塗布膜に乾燥処理を行う場合には、より温和な乾燥条件を採用することが可能になる。

【0076】

なお、導電性粒子の平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒子径分布測定装置により、体積基準の粒度分布を取得し、小径側からの累積頻度が５０％になるときの粒径である。

【0077】

２．３．第２電極形成工程
図８は、第２電極形成工程Ｓ１０６において、感圧導電体１１０の第２面１１２に形成した複数の第２電極１４０の例を示す平面図である。

【0078】

第２電極形成工程Ｓ１０６では、第２面１１２に導電性粒子を含む塗布液を印刷する。これにより、図８に示すように、塗布膜である複数の第２電極１４０を形成する。なお、第２電極形成工程Ｓ１０６における第２電極１４０の形成方法は、第１電極形成工程Ｓ１０４における第１電極１３０の形成方法と基本的には同様である。

【0079】

なお、第１電極１３０と第２電極１４０とで、印刷条件は同じであっても、異なっていてもよい。例えば、第１電極１３０と第２電極１４０とで、厚さや幅を互いに同じにしてもよいし、互いに異ならせてもよい。

【0080】

２．４．弾性体配置工程
図９は、弾性体配置工程Ｓ１０８において、第１面１１１に配置される弾性体１２０の位置を示す平面図である。

【0081】

弾性体配置工程Ｓ１０８では、９個の感圧部１５０を覆うように弾性体１２０を配置する。なお、本工程は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。

【0082】

その後、必要に応じて、図１に示す演算部１７０を接続する。以上のようにして感圧センサー１００が得られる。

【0083】

３．ロボット
次に、前述した感圧センサーを備える把持装置およびロボットについて説明する。

【0084】

図１０は、実施形態に係るロボット１を示す概略構成図である。
図１０に示すロボット１は、把持装置２と、ロボットアーム３と、カメラ４（撮像部）と、第２制御部５と、を備える。

【0085】

３．１．把持装置
把持装置２は、ハンド部２０と、第１制御部２８と、を備える。このうち、ハンド部２０は、把持部２２と、駆動部２４と、感圧センサー１００の一部と、対向部２７と、を備える。

【0086】

把持部２２は、開閉可能な一対の指部２２１、２２２を備える。指部２２１、２２２は、図１０に示す移動方向Ａにおいて互いに接近または離間するように、駆動部２４によって駆動される。これにより、把持部２２は、対象物Ｗを挟んで把持したり、把持を解除したりすることができる。

【0087】

指部２２１には、感圧センサー１００が取り付けられている。感圧センサー１００は、対象物Ｗから受ける接触力を検出し、検出信号を出力する。対向部２７は、感圧センサー１００と対向する位置に設けられ、感圧センサー１００との間で対象物Ｗを挟持する。

【0088】

駆動部２４は、例えば、図示しないラック・アンド・ピニオン機構と、図示しない１つのモーターと、を有する。このような駆動機構を備えることにより、指部２２１、２２２を並進させることができる。なお、駆動部２４が備える駆動機構は、これに限定されない。例えば、２つのモーターで指部２２１、２２２を独立して並進させるようになっていてもよい。また、把持部２２は、指部２２１と指部２２２とがなす角度が変化するように開閉してもよい。

【0089】

第１制御部２８は、図１０に示すように演算部１７０を含んでいる。そして、演算部１７０から出力される検出信号に基づいて、駆動部２４の動作を制御する。具体的には、第１制御部２８は、把持部２２と対象物Ｗとが接触するまで、把持部２２と対象物Ｗとの距離を狭めることにより、把持部２２に対象物Ｗを把持させるように駆動部２４の動作を制御する。なお、本明細書において「把持部２２と対象物Ｗとの距離」とは、感圧センサー１００の弾性体１２０と、対象物Ｗの重心と、の距離のことをいう。

【0090】

このような構成を有する把持装置２では、感圧センサー１００が対象物Ｗから受ける接触力に基づいて、第１制御部２８が駆動部２４の動作を制御するように構成されていてもよい。これにより、カメラ４で撮像された画像から対象物Ｗの形状を取得することなく、対象物Ｗの把持動作が可能になる。その結果、把持装置２の構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。また、第１制御部２８は、感圧センサー１００によって検出された対象物Ｗの情報を踏まえて把持部２２の動作を制御してもよい。これにより、作業成功率および作業効率が高い把持装置２を実現することができる。

【0091】

対向部２７は、弾性体１２０と同様の部材である。対象物Ｗは、感圧センサー１００と対向部２７との間に挟まれることで把持される。なお、対向部２７も、感圧センサー１００と同様の部材であってもよい。

【0092】

３．２．ロボットアーム
図１０に示すロボットアーム３は、水平多関節ロボット用のアームである。ロボットアーム３には、ハンド部２０が取り付けられている。これにより、ロボットアーム３は、ハンド部２０の位置や姿勢を変更することができる。水平多関節ロボットは、アームの回動面が水平であるため、回動速度を高めやすい。このため、水平多関節ロボットを用いることにより、ハンド部２０の位置や姿勢を速やかに変更することができ、把持装置２による作業効率を高めることができる。なお、ロボットアーム３の形態は、これに限定されず、垂直多関節ロボット用のアームであってもよい。

【0093】

３．３．カメラ
カメラ４は、対象物Ｗを撮像し、撮像した画像を第２制御部５に送信する。第２制御部５は、後述するように、取得した画像に基づいて、ロボットアーム３の動作を制御する。これにより、対象物Ｗの位置に合わせて把持部２２を移動させることができる。

【0094】

なお、カメラ４は、対象物Ｗの外形を撮像可能であれば、カラーカメラであっても、モノクロカメラであってもよい。また、対象物Ｗの位置を検出可能であれば、カメラ４以外のセンサー等で代替されてもよい。

【0095】

３．４．第２制御部
第２制御部５は、ロボットアーム３の動作を制御する機能、カメラ４で撮像した画像に基づいて対象物Ｗの位置を算出する機能、対象物Ｗの位置および把持部２２の位置に基づいて、把持部２２を移動させる軌道を算出する機能等を有する。

【0096】

４．前記実施形態が奏する効果
以上のように、前記実施形態に係る感圧センサー１００は、シート状をなす感圧導電体１１０と、複数の第１電極１３０と、複数の第２電極１４０と、を備える。感圧導電体１１０は、互いに表裏の関係を持つ第１面１１１および第２面１１２を有し、押圧されることにより電気抵抗値が変化する。第１電極１３０は、第１面１１１に設けられている塗布膜である。第２電極１４０は、第２面１１２に設けられている塗布膜である。

【0097】

また、第１電極１３０は、Ｘ軸方向（第１方向）に延在し、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）において互いに離間している。第２電極１４０は、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向において互いに離間している。

【0098】

このような感圧センサー１００によれば、格子状に並んだ複数の感圧部１５０が形成されるため、受圧面内の圧力分布を検出可能であり、かつ、感圧導電体１１０に直接設けられた塗布膜で第１電極１３０および第２電極１４０が構成されるため、第１電極１３０や第２電極１４０の剥離に伴う不具合の発生を抑制することができる。これにより、例えば感圧センサー１００に押し付けられる対象物の硬さや感圧センサー１００に加わる力の方向等を精度よく取得可能であり、かつ、信頼性の高い感圧センサー１００を実現することができる。

【0099】

また、第１電極１３０および第２電極１４０は、平均厚さが１０μｍ以下であることが好ましい。これにより、第１電極１３０および第２電極１４０の導通抵抗を十分に低く抑えつつ、第１電極１３０および第２電極１４０の剛性を下げることができる。これにより、第１電極１３０および第２電極１４０の剥離をより確実に抑制することができる。また、第１電極１３０や第２電極１４０を介した機械的クロストークの発生を抑制することができる。

【0100】

また、感圧導電体１１０は、感圧導電性エラストマーまたは感圧導電性ゴムであることが好ましい。これにより、良好な弾性を有し、受けた圧力の変化に対する電気抵抗値の変化幅が大きい感圧導電体１１０が得られる。

【0101】

また、感圧センサーの製造方法は、準備工程Ｓ１０２と、第１電極形成工程Ｓ１０４と、第２電極形成工程Ｓ１０６と、を有する。準備工程Ｓ１０２では、互いに表裏の関係を持つ第１面１１１および第２面１１２を有するシート状をなし、押圧されることにより電気抵抗値が変化する感圧導電体１１０を用意する。第１電極形成工程Ｓ１０４では、第１面１１１に導電性粒子を含む塗布液を印刷することにより、Ｘ軸方向（第１方向）に延在し、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）において互いに離間する、複数の第１電極１３０を形成する。第２電極形成工程Ｓ１０６では、第２面１１２に導電性粒子を含む塗布液を印刷することにより、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向において互いに離間する、複数の第２電極１４０を形成する。

【0102】

このような感圧センサーの製造方法によれば、感圧導電体１１０に塗布液を印刷して第１電極１３０および第２電極１４０を形成するため、第１電極１３０や第２電極１４０の剥離に伴う不具合の発生を抑制可能な信頼性の高い感圧センサー１００を製造することができる。また、第１電極１３０および第２電極１４０を延在方向が交差するように形成することで、格子状に並んだ複数の感圧部１５０を形成することができる。これにより、受圧面内の圧力分布を検出可能な高い感圧センサー１００を製造することができる。

【0103】

また、第１電極形成工程Ｓ１０４および第２電極形成工程Ｓ１０６では、インクジェット印刷機により、塗布液を印刷することが好ましい。インクジェット印刷機では、塗布膜に印刷版の跡が残らず、精度の高い塗布膜を低コストで形成することができる。また、インクジェット印刷機に用いられる塗布液には、沸点の低い溶媒、つまり、粘度の低い溶媒を用いることができる。このため、印刷後の乾燥条件を比較的低温または短時間にすることができる。その結果、乾燥処理に伴う感圧導電体１１０の変性、劣化等を抑制することができる。さらに、インクジェット印刷機によれば、他の印刷機に比べてより薄い第１電極１３０および第２電極１４０を形成することが可能になる。

【0104】

また、導電性粒子は、平均粒径が１００ｎｍ以下の金属粒子であることが好ましい。このような導電性粒子を含む塗布液を用いることにより、薄くてパターン精度の高い第１電極１３０および第２電極１４０を形成することができる。また、導通抵抗が低く、かつ、感圧導電体１１０への密着性に優れた第１電極１３０および第２電極１４０を形成することができる。さらに、より温和な乾燥条件を採用することが可能になる。

【0105】

また、第１電極形成工程Ｓ１０４および第２電極形成工程Ｓ１０６では、塗布液を複数回重ねて印刷するようにしてもよい。これにより、塗布膜を重ねることができるので、１回の印刷では実現できない厚さの塗布膜を得ることができる。その結果、導通抵抗が低い第１電極１３０および第２電極１４０を効率よく製造することができる。

【0106】

また、第１電極形成工程Ｓ１０４および第２電極形成工程Ｓ１０６は、印刷された塗布液を、温度１００℃以上１４０℃以下で、１分以上１２０分以下加熱する乾燥処理を含むことが好ましい。これにより、乾燥処理に伴う感圧導電体１１０の変性、劣化等を抑制することができる。

【0107】

以上、本発明に係る感圧センサーおよび感圧センサーの製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0108】

例えば、本発明に係る感圧センサーは、前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。また、本発明に係る感圧センサーの製造方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が付加されたものであってもよい。

【符号の説明】

【0109】

１…ロボット、２…把持装置、３…ロボットアーム、４…カメラ、５…第２制御部、２０…ハンド部、２２…把持部、２４…駆動部、２７…対向部、２８…第１制御部、１００…感圧センサー、１１０…感圧導電体、１１１…第１面、１１２…第２面、１２０…弾性体、１２１…凸曲面、１２２…頂部、１２３…周縁部、１３０…第１電極、１３１…電極部、１３２…配線部、１４０…第２電極、１４１…電極部、１４２…配線部、１４５…配線、１５０…感圧部、１５０ａ…感圧部、１５０ｂ…感圧部、１６０…センサー出力回路、１７０…演算部、２２１…指部、２２２…指部、Ａ…移動方向、Ｆ１…接触力、Ｆ２…接触力、ＧＮＤ…グランド、ＲＬ…固定抵抗、Ｓ１０２…準備工程、Ｓ１０４…第１電極形成工程、Ｓ１０６…第２電極形成工程、Ｓ１０８…弾性体配置工程、ＶＲ＿Ｃ…感圧素子抵抗、Ｖｉｎ…センサー用電源電圧、Ｖｏｕｔ…センサー出力信号、Ｗ…対象物、Ｗｈ…対象物、Ｗｓ…対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】