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JP2024065854A - Tactile Sensor - Google Patents

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JP2024065854A
JP2024065854A JP2022174923A JP2022174923A JP2024065854A JP 2024065854 A JP2024065854 A JP 2024065854A JP 2022174923 A JP2022174923 A JP 2022174923A JP 2022174923 A JP2022174923 A JP 2022174923A JP 2024065854 A JP2024065854 A JP 2024065854A
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JP
Japan
Prior art keywords
insulating layer
laminate
electrode
base material
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022174923A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
隆憲 大原
Takanori Ohara
和彦 笹川
Kazuhiko Sasagawa
和弘 藤崎
Kazuhiro Fujisaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hirosaki University NUC
Toppan Holdings Inc
Original Assignee
Hirosaki University NUC
Toppan Holdings Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hirosaki University NUC, Toppan Holdings Inc filed Critical Hirosaki University NUC
Priority to JP2022174923A priority Critical patent/JP2024065854A/en
Publication of JP2024065854A publication Critical patent/JP2024065854A/en
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Abstract

To provide a tactile sensor having less possibility of being damaged.SOLUTION: A tactile sensor includes: a first laminate obtained by laminating a first electrode and a conductive first resin layer in order from a first base material side; a first insulating layer surrounding the first laminate and provided to be separated from the first laminate on one surface of the first base material; a second base material facing the one surface of the first base material; a second laminate provided at a position facing the first laminate on the surface facing the first base material, of the second base material and obtained by laminating a second electrode and a conductive second resin layer in order from a second base material side; and a second insulating layer surrounding the second laminate and provided to be separated from the second laminate on the surface facing the first base material, of the second base material. The first insulating layer includes an inner insulating layer surrounding the first laminate and an outer insulating layer surrounding the inner insulating layer and provided to be separated at a predetermined distance from the inner insulating layer; and the second insulating layer is positioned between the inner and outer insulating layers.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ずり力を検知する触覚センサに関するものである。 The present invention relates to a tactile sensor that detects shear force.

圧力やせん断応力を検出する感圧センサとして、対向させた2つの電極の間に導電体層や樹脂層を挟み込んだ構造を有するものが知られている。この感圧センサは、外力によって導電体層や樹脂層が変形することによって電極間の物理量を変化させ、電極間の物理量変化に基づいて圧力やずり力(せん断応力)を検出することができる。 A pressure sensor that detects pressure or shear stress is known to have a structure in which a conductive layer or a resin layer is sandwiched between two opposing electrodes. In this pressure sensor, the conductive layer or the resin layer changes its physical quantity between the electrodes when an external force is applied, and the pressure or shear force (shear stress) can be detected based on the change in the physical quantity between the electrodes.

例えば、特許文献1には、対向する2枚の基板間に、一対の導電体層と、導電体層のそれぞれを覆う一対の抵抗体層とを設け、力の入力で導電層が変形することにより電極間抵抗値が変化することを利用した抵抗式感圧センサが記載されている。
れている。
For example, Patent Document 1 describes a resistive pressure sensor that has a pair of conductive layers and a pair of resistor layers covering each of the conductive layers between two opposing substrates, and utilizes the fact that the inter-electrode resistance value changes as the conductive layers deform when a force is input.
It is being done.

また、特許文献2には、2枚の矩形の電極の間に、導電性及び可撓性を有する磁性ゴム体を取り付け、磁性ゴム体の変形に応じて変化する電極間の電流量変化に基づいて、接触面に平行な方向(ずり方向)に加えられたずり力を検出する触覚センサが記載されている。 Patent document 2 also describes a tactile sensor in which a conductive and flexible magnetic rubber body is attached between two rectangular electrodes, and the sensor detects a shear force applied in a direction parallel to the contact surface (shear direction) based on the change in the amount of current between the electrodes that changes in response to the deformation of the magnetic rubber body.

抵抗値変化を検出する場合、対向した2つの電極間に導電性を持つゴムを挟む、または導電層に直接電極を印刷する、あるいは、電極に導電層を印刷したものを二つ作りそれらの導電層同士を重ね合せることで、検知層を構成する。 When detecting changes in resistance, the detection layer is formed by sandwiching conductive rubber between two opposing electrodes, or by printing electrodes directly onto the conductive layer, or by creating two electrodes with conductive layers printed on them and overlapping the conductive layers.

しかし、電極間に導電性ゴムを挟む方式は導電性ゴムと電極の接触状態がセンサ検出時のノイズとなりうる。また、導電層に直接電極を印刷する方式は、原理上導電層が変形することで信号検出を行うが、センサの小型化を目的として導電層を薄くした場合、加えられた外力に対して十分な変形ができず、検出精度が劣る。 However, when sandwiching conductive rubber between electrodes, the contact state between the conductive rubber and the electrodes can become noise during sensor detection. Also, when printing electrodes directly on the conductive layer, in principle the conductive layer detects signals by deforming, but if the conductive layer is made thin in order to reduce the size of the sensor, it cannot deform sufficiently in response to an applied external force, resulting in poor detection accuracy.

そのため、電極に導電層を印刷したものを二つ作りそれらの導電層同士を重ね合せる方法が着目されている。この構成の場合、製造が簡単であり、さらに、外力により対向する電極の距離が変化することで抵抗値が変化するため検出がしやすいという利点がある。 For this reason, attention has been focused on a method in which two electrodes are printed with conductive layers and then these conductive layers are stacked together. This configuration is easy to manufacture, and has the advantage that it is easy to detect because the resistance value changes when the distance between the opposing electrodes changes due to an external force.

特許第3664622号公報Japanese Patent No. 3664622 特開2013-232293号公報JP 2013-232293 A

このような触覚センサは、ずり力の入力前後において、上下で対向する電極同士が相対的に移動することでずり力を測定できる。しかし、加えられるずり力が大きくなると上下の電極の重複部分がなくなり、抵抗値の変化を検出することができない。また、大きなずり力が加えられた場合、センサが破損し、上下の電極が初期位置(ずり力が入力されていない状態における理想的な位置)に戻らない恐れがあった。 This type of tactile sensor can measure shear force by the relative movement of the upper and lower opposing electrodes before and after the input of shear force. However, when a large shear force is applied, the overlap between the upper and lower electrodes disappears, making it impossible to detect changes in resistance value. Furthermore, when a large shear force is applied, there is a risk that the sensor will be damaged and the upper and lower electrodes will not return to their initial positions (the ideal positions when no shear force is being input).

それ故に、本願発明は、破損の恐れの少ない触覚センサを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a tactile sensor that is less susceptible to damage.

第1基材と、第1基材の一方面に設けられ、第1基材側から順に、第1電極と、導電性を有する第1樹脂層とが積層された第1積層体と、第1基材の一方面に、第1積層体を取り囲み、かつ、第1積層体と離間して設けられる第1絶縁層と、第1基材の一方面と対向する第2基材と、第2基材の第1基材と対向する面の第1積層体と対向する位置に設けられ、第2基材側から順に、第2電極と、導電性を有する第2樹脂層とが積層された第2積層体と、第2基材の第1基材と対向する面に、第2積層体を取り囲み、かつ、第2積層体と離間して設けられる第2絶縁層と、を備え、第1樹脂層及び第2樹脂層の重なり面積に応じた第1電極及び第2電極間の電気抵抗値の変化に基づいて、加えられたずり力の検出が可能であり、第1絶縁層は、第1積層体を取り囲む内側絶縁層、及び、内側絶縁層を取り囲み、内側絶縁層から所定距離離間して設けられる外側絶縁層とを含み、第2絶縁層は、内側絶縁層と外側絶縁層との間に位置する、触覚センサ。 A first substrate, a first laminate provided on one side of the first substrate, in which a first electrode and a first resin layer having electrical conductivity are laminated in this order from the first substrate side, a first insulating layer provided on one side of the first substrate, surrounding the first laminate and spaced apart from the first laminate, a second substrate facing one side of the first substrate, a second laminate provided on a surface of the second substrate facing the first substrate at a position facing the first laminate, in which a second electrode and a second resin layer having electrical conductivity are laminated in this order from the second substrate side, and a first substrate of the second substrate. A tactile sensor comprising a second insulating layer on the opposing surface, surrounding the second laminate and spaced apart from the second laminate, capable of detecting applied shear force based on a change in electrical resistance between the first electrode and the second electrode depending on the overlapping area of the first resin layer and the second resin layer, the first insulating layer including an inner insulating layer surrounding the first laminate and an outer insulating layer surrounding the inner insulating layer and spaced a predetermined distance from the inner insulating layer, and the second insulating layer located between the inner insulating layer and the outer insulating layer.

本発明によれば、再現性に優れ、破損の恐れの少ない触覚センサを提供することができる。 The present invention provides a tactile sensor that is highly reproducible and has a low risk of breakage.

本発明の実施形態に係る触覚センサの概略構成を示す模式図。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention. 第1基材上における積層体の配置例を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of a laminate on a first substrate. 第2基材上における積層体の配置例を示す模式図。FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of a laminate on a second substrate. ずり力測定時における感圧センサの断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of the pressure sensor when measuring a shear force. 本発明の実施形態に係る触覚センサの概略構成を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について説明する。電極の形状や数は一例であり、本説明の具体例に限定されるものではない。また、説明の簡単化のため、実寸法と異なる比で図を描いているが、本発明に係る技術の主旨を損なうものではない。 The following describes an embodiment of the present invention. The shape and number of electrodes are merely examples, and are not limited to the specific examples described here. In addition, to simplify the explanation, the figures are drawn at ratios different from the actual dimensions, but this does not detract from the gist of the technology related to the present invention.

図1は、本発明の実施形態に係る触覚センサの概略構成を示す模式図であり、より詳細には、図1(a)は、触覚センサの平面図であり、図1(b)は、図1(a)に示すA-A’線に沿う断面図である。図1(a)は便宜上、第2基板2及び樹脂層が透過した状態で記載している。また、図2は、第1基材上における積層体の配置例を示す模式図であり、より詳細には、図2(a)は、平面図であり、図2(b)は、図2(a)に示すB-B’線に沿う断面図である。図3は、第2基材上における積層体の配置例を示す模式図であり、より詳細には、図3(a)は、平面図であり、図3(b)は、図3(a)に示すC-C’線に沿う断面図である。 1 is a schematic diagram showing the general configuration of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention, and more specifically, FIG. 1(a) is a plan view of the tactile sensor, and FIG. 1(b) is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 1(a). For convenience, FIG. 1(a) shows the second substrate 2 and the resin layer in a see-through state. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of a laminate on a first substrate, and more specifically, FIG. 2(a) is a plan view, and FIG. 2(b) is a cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 2(a). FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of a laminate on a second substrate, and more specifically, FIG. 3(a) is a plan view, and FIG. 3(b) is a cross-sectional view taken along line C-C' in FIG. 3(a).

触覚センサ100は、第1基材1と、第1基材1に対向する第2基材2と、第1基材1及び第2基材2の間に設けられる第1積層体11及び第2積層体12と、第1絶縁層15と、第2絶縁層16とを備える。触覚センサ100は基材に加えられたずり力を検出可能なセンサである。ずりとは基材の面方向の力成分を示す。 The tactile sensor 100 includes a first substrate 1, a second substrate 2 facing the first substrate 1, a first laminate 11 and a second laminate 12 provided between the first substrate 1 and the second substrate 2, a first insulating layer 15, and a second insulating layer 16. The tactile sensor 100 is a sensor capable of detecting a shear force applied to the substrate. Shear refers to a force component in the surface direction of the substrate.

(基材)
第1基材1及び第2基材2は、可撓性を有していればよく、例えば、PET、PEN、ポリイミドなどのプラスチックフィルムや、紙など、印刷用のインキ、フォトリソグラフィーで形成する電極の条件やセンサとしての用途に合わせて適宜選択できる。また、第1基材1と第2基材2とで種類や厚みが異なるものを用いてもよい。
(Base material)
The first substrate 1 and the second substrate 2 may be made of any material as long as they are flexible, and may be selected appropriately according to the conditions of the electrodes formed by printing ink, photolithography, and the application as a sensor, such as plastic films, e.g., PET, PEN, and polyimide, and paper. The first substrate 1 and the second substrate 2 may be made of different types or thicknesses.

(積層体)
第1積層体11は、第1基材1の一方面(第2基材2と対向する面)上に設けられており、第1基材1側から順に第1電極11aと、第1電極11a上に積層された第1樹脂層11bとを有する。第2積層体12は、第2基材2の一方面(第1基材1と対向する面)上に設けられており、第2基材2側から順に第2電極12aと、第2電極上に積層された第2樹脂層12bとを有する。第1積層体11及び第2積層体12は、第1基材1及び第2基材2の間においてそれぞれが互いに対向している。
(Laminate)
The first laminate 11 is provided on one surface (the surface facing the second substrate 2) of the first substrate 1, and has, in order from the first substrate 1 side, a first electrode 11a and a first resin layer 11b laminated on the first electrode 11a. The second laminate 12 is provided on one surface (the surface facing the first substrate 1) of the second substrate 2, and has, in order from the second substrate 2 side, a second electrode 12a and a second resin layer 12b laminated on the second electrode. The first laminate 11 and the second laminate 12 face each other between the first substrate 1 and the second substrate 2.

第1積層体11及び第2積層体12は、それぞれ1つ以上設けられていればよいが、図1に示すように2つ設けてもよい。2つの場合は、二軸方向のずり力を検出可能となる。具体的には、第1積層体11の一方(第1積層体11X)及びこれに対向する第2積層体の一方(第2積層体12X)を用いて第1方向(図1におけるX軸方向)のずり力の検出が可能であり、第1積層体の他方(第1積層体11Y)及びこれに対向する第2積層体の他方(第2積層体12Y)を用いて第1方向と直交する第2方向(図1におけるY軸方向)のずり力の検出が可能となる。検出するずりの方向が1方向に決まっている場合、第1積層体11及び第2積層体12は1つでよい。また、積層体を増やすことでより精度よくずり力を測定することが可能になる。例えば、精度向上のために第1、第2方向と直交しない第3方向にさらに積層体を設けてもよい。積層体を増やすことは、測定対象のずり検出方向が完全に特定されている場合でも、測定解像度を上げたい場合などに有効である。 The first laminate 11 and the second laminate 12 may each be provided in one or more units, but two units may be provided as shown in FIG. 1. In the case of two units, it is possible to detect shear forces in two axial directions. Specifically, it is possible to detect shear forces in a first direction (X-axis direction in FIG. 1) using one of the first laminates 11 (first laminate 11X) and one of the second laminates facing it (second laminate 12X), and it is possible to detect shear forces in a second direction (Y-axis direction in FIG. 1) perpendicular to the first direction using the other of the first laminate (first laminate 11Y) and the other of the second laminate facing it (second laminate 12Y). When the direction of shear to be detected is determined to be one direction, one first laminate 11 and one second laminate 12 are sufficient. In addition, by increasing the number of laminates, it is possible to measure the shear force more accurately. For example, in order to improve accuracy, an additional laminate may be provided in a third direction that is not perpendicular to the first and second directions. Increasing the number of layers is effective when you want to increase the measurement resolution, even if the shear detection direction of the object being measured is perfectly specific.

(電極)
第1電極11a及び第2電極12aは、長方形の小電極を2つ並べた形状(コの字形状)を有する。具体的には、X軸方向のずり力の検出が可能な第1積層体11X及び第2積層体12Xの第1電極11aと第2電極12aは、Y軸方向に延びる一対の小電極と、当該一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する。また、Y軸方向のずり力の検出が可能な第1積層体11Y及び第2積層体12Yの第1電極11aと第2電極12aは、X軸方向に延びる一対の小電極と、当該一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する。各対の小電極は所定の間隔を空けて平行に配置されている。これにより、第1電極11a及び第2電極12aのそれぞれを1つの正方形で形成する場合に比べ、第1電極11a及び第2電極12aが上下でずれた時の面積変化が大きくなり、検出感度を向上させることができる。また、触覚センサ100を指に貼って使用することを想定した場合、各小電極が4mm×4mmを超えない大きさにすると小電極を指の腹に複数配置することができるため好ましい。なお、第1電極11a及び第2電極12a形状やその大きさは、測定対象の大きさにより自由に選択でき、例えば正方形でもよい。この場合、基材に対する第1電極11a及び第2電極12aの位置合わせが単純化できるため製造難易度を下げることができる。また、上下で対向する第1電極11aと第2電極12aは、ずり力を入力していない状態において、図1に示すように、検出可能なずり力の方向に対して互いにずれており(一部重複しない)、ずり力が入力されると、その方向に応じて重複面積が増加または減少するように配置される。これにより、ずり力の方向を検出することができる。ずれ量は各小電極の幅の半分が望ましい。これにより、電極の重なりの増加と減少の幅が同じになり対称な測定ができる。
(electrode)
The first electrode 11a and the second electrode 12a have a shape (U-shape) in which two rectangular small electrodes are arranged side by side. Specifically, the first electrode 11a and the second electrode 12a of the first laminate 11X and the second laminate 12X capable of detecting the shear force in the X-axis direction have a pair of small electrodes extending in the Y-axis direction and a connection part that electrically connects the pair of small electrodes. In addition, the first electrode 11a and the second electrode 12a of the first laminate 11Y and the second laminate 12Y capable of detecting the shear force in the Y-axis direction have a pair of small electrodes extending in the X-axis direction and a connection part that electrically connects the pair of small electrodes. Each pair of small electrodes is arranged in parallel with a predetermined interval. As a result, compared to the case in which each of the first electrode 11a and the second electrode 12a is formed as a single square, the area change when the first electrode 11a and the second electrode 12a are shifted up and down is large, and the detection sensitivity can be improved. In addition, assuming that the tactile sensor 100 is attached to a finger for use, it is preferable that each small electrode is sized not to exceed 4 mm x 4 mm, since multiple small electrodes can be arranged on the pad of the finger. The shape and size of the first electrode 11a and the second electrode 12a can be freely selected according to the size of the measurement object, and may be, for example, a square. In this case, the alignment of the first electrode 11a and the second electrode 12a with respect to the substrate can be simplified, so that the difficulty of manufacturing can be reduced. In addition, the first electrode 11a and the second electrode 12a, which face each other vertically, are shifted from each other (partially not overlapping) in the direction of the detectable shear force as shown in FIG. 1 when no shear force is input, and are arranged so that the overlap area increases or decreases depending on the direction when a shear force is input. This makes it possible to detect the direction of the shear force. The amount of shift is preferably half the width of each small electrode. This makes the width of the increase and decrease in the overlap of the electrodes the same, allowing symmetrical measurement.

第1電極11a及び第2電極12aは、数マイクロメートルから数十ナノメートルの貴金属粉末を熱硬化性樹脂に混合したペーストを用いて形成されるのが一般的であるが、カーボンやアルミ、或いは合金やこれらの混合物を用いてもよい。第1電極11a及び第2電極12aは、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷など公知の印刷方法を用いて形成することができる。また、めっき、スパッタリングされた膜をエッチングして形成してもかまわない。また図示しないが、第1電極11a及び第2電極12aの形成のために、基材上に位置合わせ用のマークを付してもよい。マークの形状や大きさは特に限定されない。 The first electrode 11a and the second electrode 12a are generally formed using a paste in which a precious metal powder of several micrometers to several tens of nanometers is mixed with a thermosetting resin, but carbon, aluminum, an alloy, or a mixture of these may also be used. The first electrode 11a and the second electrode 12a can be formed using a known printing method such as screen printing or gravure offset printing. They may also be formed by etching a plated or sputtered film. Although not shown, alignment marks may be provided on the substrate in order to form the first electrode 11a and the second electrode 12a. There are no particular limitations on the shape or size of the marks.

第1電極11a及び第2電極12aには配線(リード)が接続されており、リードの端部から信号を取り出す(図においてリード端部は図示しない)。リードの形成される経路は、リード同士が途中で交わらない限りどのような引き回しでも許容されるが、触覚センサ100の小型化を考慮すると、基材の端部の一箇所に集約することが好ましい。 Wiring (leads) are connected to the first electrode 11a and the second electrode 12a, and signals are taken from the ends of the leads (the lead ends are not shown in the figure). Any routing is acceptable for the path along which the leads are formed as long as the leads do not cross each other along the way, but considering the miniaturization of the tactile sensor 100, it is preferable to concentrate the leads in one place at the end of the substrate.

(樹脂層)
第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bは、検知層としての役割を果たすものであり、触覚センサ100の検出は対向電極間の抵抗値変化を検出するため導電性を持つ材料が選択される。第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bは、第1電極11a及び第2電極12aのそれぞれを完全に覆うように、かつ、同一基板に形成された他の樹脂層と離間するように形成される。同一基板上の樹脂層同士が接触すると、ノイズが発生し、検出精度が低下するため好ましくない。第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bは、同じ大きさで形成される。これにより、第1基材1と第2基材2とが相対的にずれた時に一方の基板上の電極が他方の基板の電極上に形成された樹脂層からはみ出してしまうのを抑制でき、信号検出が安定化する。
(Resin Layer)
The first resin layer 11b and the second resin layer 12b serve as detection layers, and conductive materials are selected for the tactile sensor 100 to detect changes in resistance between opposing electrodes. The first resin layer 11b and the second resin layer 12b are formed so as to completely cover the first electrode 11a and the second electrode 12a, respectively, and to be separated from other resin layers formed on the same substrate. If the resin layers on the same substrate come into contact with each other, noise will be generated and the detection accuracy will decrease, which is not preferable. The first resin layer 11b and the second resin layer 12b are formed to have the same size. This makes it possible to prevent the electrodes on one substrate from protruding from the resin layer formed on the electrodes of the other substrate when the first substrate 1 and the second substrate 2 are displaced relative to each other, stabilizing signal detection.

第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bには、導電性を有し、かつ、第1電極11a及び第2電極12aよりも高い抵抗率を有する材料が用いられる。抵抗率が小さすぎると、信号変化を捉えることが難しく、抵抗率が大きくなると検出信号にノイズが多くなる。抵抗率はより好ましくは5Ωcm以上500Ωcm以下であることが好ましい。具体的には、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子や、グラファイトやカーボンナノチューブを用いたカーボンペースト及びこれらにメジウムなどの調整剤を混ぜて抵抗率を調整した材料を用いることができる。 The first resin layer 11b and the second resin layer 12b are made of a material that is conductive and has a resistivity higher than that of the first electrode 11a and the second electrode 12a. If the resistivity is too small, it is difficult to capture signal changes, and if the resistivity is large, the detection signal will have a lot of noise. The resistivity is more preferably 5 Ωcm or more and 500 Ωcm or less. Specifically, conductive polymers such as polyethylenedioxythiophene, polyaniline, and polypyrrole, carbon pastes using graphite and carbon nanotubes, and materials whose resistivity is adjusted by mixing these with an adjuster such as medium can be used.

第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bは、スクリーン印刷などの公知の印刷方法やスプレー塗布などの公知の塗工方法を使用して形成できるが、各電極付近にのみ選択的に形成するためには、一度の印刷により形成できる印刷法を採用するのが望ましい。 The first resin layer 11b and the second resin layer 12b can be formed using a known printing method such as screen printing or a known coating method such as spray coating, but in order to selectively form them only near each electrode, it is preferable to use a printing method that allows formation by a single printing step.

触覚センサ100は、上下で対向する第1樹脂層11bと第2樹脂層12bとが、ずり力が加えられた方向に相対的にずれることで電極間の抵抗値が変化し、当該抵抗値変化に基づいてずり力を検出する。そのため、第1樹脂層11bと第2樹脂層12bとのずれに対して、ずり力の入力によって生じる第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bの変形が大きい場合は、変形に依存したノイズも大きくなり、検出精度も低下する。そのため、第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bの縦弾性係数は1000MPa~5000MPaであることが好ましい。縦弾性係数が1000MPaを下回るとずりの入力により無視できないほど変形が生じる可能性がある。一方、5000MPaを超える材料では硬すぎるため基材や電極との密着が取れない可能性がある。縦弾性係数は、2000MPa~5000MPaであることがより好ましい。 In the tactile sensor 100, the resistance between the electrodes changes as the first resin layer 11b and the second resin layer 12b, which face each other vertically, shift relative to one another in the direction in which a shear force is applied, and the shear force is detected based on the change in resistance. Therefore, if the deformation of the first resin layer 11b and the second resin layer 12b caused by the input of the shear force is large relative to the shift between the first resin layer 11b and the second resin layer 12b, the noise dependent on the deformation also increases, and the detection accuracy also decreases. Therefore, it is preferable that the Young's modulus of the first resin layer 11b and the second resin layer 12b is 1000 MPa to 5000 MPa. If the Young's modulus is less than 1000 MPa, there is a possibility that the input of shear will cause deformation to a degree that cannot be ignored. On the other hand, a material with a Young's modulus of more than 5000 MPa is too hard and may not be able to adhere to the substrate or the electrodes. It is more preferable that the Young's modulus is 2000 MPa to 5000 MPa.

(第1絶縁層)
第1絶縁層15は、後述する第2絶縁層16と組み合わせることにより、ずり力が入力された際に、第1基板1と第2基板2との相対的なずれ量を制限するための部材である。第1基材1の一方面に設けられ、第1積層体11を取り囲み、かつ、第1積層体11と所定距離離間して設けられる内側絶縁層15aと、内側絶縁層15aを取り囲み、内側絶縁層15aから所定距離離間して設けられる外側絶縁層15bとを備える。図において、第1絶縁層15は、平面視において正方形状を有しているが円形形状などでもよく、電極の配置等に応じてずり力の入力が基材に対して均一になるような形状を適宜選択すればよい。
(First insulating layer)
The first insulating layer 15 is a member for limiting the relative amount of displacement between the first substrate 1 and the second substrate 2 when a shear force is applied, by combining with the second insulating layer 16 described later. The first base material 1 includes an inner insulating layer 15a provided on one side thereof, surrounding the first laminate 11 and spaced a predetermined distance from the first laminate 11, and an outer insulating layer 15b surrounding the inner insulating layer 15a and spaced a predetermined distance from the inner insulating layer 15a. In the figure, the first insulating layer 15 has a square shape in a plan view, but may have a circular shape or the like, and a shape may be appropriately selected so that the input of the shear force to the base material is uniform depending on the arrangement of the electrodes, etc.

第1積層体11と内側絶縁層15aとの離間距離をd1、内側絶縁層15aと外側絶縁層15bとの離間距離をd2とする(図1(b)参照)。距離d1は、ずり力の入力時に発生する第1基材1と第2基材2との相対的なずれの量に基づいて決定される。距離d1は、第1電極11aと対向する第2電極12aの平面視における重なり幅の0.5~2倍の範囲が好ましく、さらに、1倍であることが好ましい。また、距離d2はd1の2倍が望ましい。ずり力の入力により第1電極11a及び第2電極12aに対して重なり幅が増加する方向に第1積層体11がずれると、上下電極間の抵抗値が減少するため、対向する第1積層体11と第2積層体12とが完全に重なるまでは信号が増加するが、それ以上ずれると重なりが減少するため信号が減少に転じてしまい、ずり力との対応が取れなくなる。対向する第1電極11a及び第2電極12aの重複が減少に転じない距離をd2とすることで、ずり力と信号変化を対応させることができる。 The distance between the first laminate 11 and the inner insulating layer 15a is d1, and the distance between the inner insulating layer 15a and the outer insulating layer 15b is d2 (see FIG. 1(b)). The distance d1 is determined based on the amount of relative displacement between the first substrate 1 and the second substrate 2 that occurs when a shear force is input. The distance d1 is preferably in the range of 0.5 to 2 times the overlap width of the first electrode 11a and the second electrode 12a facing each other in a planar view, and more preferably 1 time. The distance d2 is preferably twice d1. When the first laminate 11 is displaced in a direction in which the overlap width increases with respect to the first electrode 11a and the second electrode 12a due to the input of a shear force, the resistance value between the upper and lower electrodes decreases, so that the signal increases until the opposing first laminate 11 and second laminate 12 completely overlap, but if it is displaced further, the overlap decreases, so the signal starts to decrease, and it becomes impossible to correspond to the shear force. By setting the distance at which the overlap between the opposing first electrode 11a and second electrode 12a does not decrease to d2, it is possible to correspond the shear force to the signal change.

第1絶縁層15の縦弾性係数は1000MPa以上5000MPa以下が望ましい。さらに、基材と同じ弾性係数を有し、かつ、第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bよりも低いことが好ましい。触覚センサ100は、第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bの界面がずれるため、ずれが発生した際に樹脂層が変形すると変形分の抵抗値変化がノイズとなり測定精度が低下する。そのため、絶縁層は第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bよりも低い弾性率であることが好ましい。また、ずりをかけるときに基材厚み方向に押してからずりをかけるため、その際に絶縁層が基材の厚み方向に変形しないように基材と同じ弾性率であることが好ましい。また、絶縁層は基材から柱状に延び、基材でのみ固定されている状態である。そのため、ずりの際には絶縁層端部に基材と平行な力がかかる。このとき絶縁層の弾性係数が高すぎると、ずり力印加の際に絶縁層が変形できず力を逃がせないため固定部分である基材との界面に大きな負荷がかかり基材表面からはがれてしまう恐れがある。例えば、ポリイミドを基材とする場合では、基材を3000MPa程度、絶縁層を3000MPa程度、樹脂層を4000MPa程度とするのがよい。 The modulus of longitudinal elasticity of the first insulating layer 15 is preferably 1000 MPa or more and 5000 MPa or less. Furthermore, it is preferable that the modulus of elasticity is the same as that of the substrate and is lower than that of the first resin layer 11b and the second resin layer 12b. In the tactile sensor 100, the interface between the first resin layer 11b and the second resin layer 12b is displaced, and when the resin layer is deformed when the displacement occurs, the change in resistance value of the deformation becomes noise, and the measurement accuracy decreases. Therefore, it is preferable that the insulating layer has a modulus of elasticity lower than that of the first resin layer 11b and the second resin layer 12b. In addition, when shearing, the insulating layer is pressed in the thickness direction of the substrate before shearing, so it is preferable that the insulating layer has the same modulus of elasticity as the substrate so that the insulating layer does not deform in the thickness direction of the substrate. In addition, the insulating layer extends from the substrate in a columnar shape and is fixed only by the substrate. Therefore, during shearing, a force parallel to the substrate is applied to the end of the insulating layer. If the elastic modulus of the insulating layer is too high at this time, the insulating layer cannot deform when a shear force is applied and cannot release the force, so a large load is applied to the interface with the substrate, which is the fixed portion, and it may peel off from the substrate surface. For example, if the base material is polyimide, it is recommended that the base material be approximately 3000 MPa, the insulating layer be approximately 3000 MPa, and the resin layer be approximately 4000 MPa.

第2絶縁層16は、第2基材2の一方面に設けられ、第1絶縁層15と同一の材料及び形成方法を用いて形成される。第2絶縁層16は、内側絶縁層15a及び外側絶縁層15bと同一形状に形成され、内側絶縁層15aと外側絶縁層15bとの間であって、距離d2を二等分する位置に設けられる。ただし、第2絶縁層16と内側絶縁層15a及び外側絶縁層15bとの位置関係はこれに限定されるものではなく、例えば、部分的に内側絶縁層15aと接するように第2絶縁層16を形成することで、接触している方向へのずれを抑制できるため誤検出を防ぐことができる。これは、重たいものを持ち上げるときのずり力の解析など、ずれる方向が一方向に決まっている場合などに有効である。 The second insulating layer 16 is provided on one side of the second substrate 2 and is formed using the same material and forming method as the first insulating layer 15. The second insulating layer 16 is formed in the same shape as the inner insulating layer 15a and the outer insulating layer 15b, and is provided between the inner insulating layer 15a and the outer insulating layer 15b at a position that bisects the distance d2. However, the positional relationship between the second insulating layer 16 and the inner insulating layer 15a and the outer insulating layer 15b is not limited to this. For example, by forming the second insulating layer 16 so that it is partially in contact with the inner insulating layer 15a, it is possible to suppress the shift in the contact direction and prevent erroneous detection. This is effective in cases where the shift direction is fixed, such as analysis of the shear force when lifting a heavy object.

第2絶縁層16の幅及び高さ(厚み)は使用する材料の縦弾性係数によって適宜変更される。一例として、第2絶縁層16の幅は、ずり量の0.15倍以上0.5倍未満、好ましくは0.15倍以上0.2倍以下とすることができる。幅をずり量に対して0.15倍未満にしてしまうと形成が困難となり、0.5倍以上にしてしまうと、ずらせる量が少なくなってしまう。また、第2絶縁層16の高さは幅の0.05倍~0.1倍とすることができる。高さを幅の0.1倍を超える設計にしてしまうと、ダレなどが起こり形成が難しくなる。例として、ずり力2Nを入力した場合に0.5mmのずり量が発生する設定の触覚センサにおいては、高さ0.01mm、幅0.2mmで形成するとよい。 The width and height (thickness) of the second insulating layer 16 are appropriately changed depending on the modulus of longitudinal elasticity of the material used. As an example, the width of the second insulating layer 16 can be 0.15 times or more and less than 0.5 times the amount of shear, preferably 0.15 times or more and 0.2 times or less. If the width is less than 0.15 times the amount of shear, it becomes difficult to form, and if it is 0.5 times or more, the amount of shear becomes small. In addition, the height of the second insulating layer 16 can be 0.05 to 0.1 times the width. If the height is designed to exceed 0.1 times the width, sagging and the like will occur, making it difficult to form. As an example, in a tactile sensor set to generate a shear amount of 0.5 mm when a shear force of 2 N is input, it is recommended to form it with a height of 0.01 mm and a width of 0.2 mm.

第1絶縁層15及び第2絶縁層16の厚みは特に制限がないが第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bよりも厚いことが望ましい。各樹脂層より厚く形成することで、第1積層体11、第2積層体12を対向させたときに、第1絶縁層15及び第2絶縁層16が支点となって、第2基材2が垂れることにより第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bが接触した状態となる。この状態であれば第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bに余計な応力が作用せず、ずりによって第1樹脂層11bと第2樹脂層12bとをずらすことが可能となる。垂れ量は第1絶縁層15および第2絶縁層16を支点とした梁のたわみとして近似でき、基材の厚みや硬さ、支点の距離で変わる。たわみ量Dは、固定端の距離L、荷重W(この場合基材の重さ)、断面二次モーメントI、縦弾性係数Eとして
D=WL^3/48EI
と表すことができる。たわみ量Dが第1絶縁層15及び第2絶縁層16の厚みを超える場合、上下基材は接触していることを意味する。
The thickness of the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16 is not particularly limited, but it is desirable that they are thicker than the first resin layer 11b and the second resin layer 12b. By forming them thicker than each resin layer, when the first laminate 11 and the second laminate 12 are opposed to each other, the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16 become the fulcrums, and the second base material 2 sags, so that the first resin layer 11b and the second resin layer 12b come into contact with each other. In this state, no extra stress acts on the first resin layer 11b and the second resin layer 12b, and it is possible to shift the first resin layer 11b and the second resin layer 12b by shear. The amount of sagging can be approximated as the deflection of a beam with the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16 as the fulcrums, and varies depending on the thickness and hardness of the base material and the distance of the fulcrum. The amount of deflection D is expressed as follows, where L is the distance between the fixed ends, W is the load (the weight of the base material in this case), I is the second moment of area, and E is the modulus of longitudinal elasticity: D = WL^3/48EI
When the deflection amount D exceeds the thickness of the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16, it means that the upper and lower base materials are in contact with each other.

第1絶縁層15及び第2絶縁層16には、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性が高く硬い熱硬化性樹脂などの材料を用いることができる。 The first insulating layer 15 and the second insulating layer 16 can be made of materials such as highly insulating and hard thermosetting resins, such as polyurethane resin, phenolic resin, epoxy resin, urea resin, melamine resin, and polyimide resin.

触覚センサ100は、図1に示す第1基材1と第2基材同士を貼り合わせた状態において、さらに貼り合わせた基材がばらばらにならないよう、全体をテープなどで封止してもよい。 In the state where the first substrate 1 and the second substrate 1 shown in FIG. 1 are bonded together, the tactile sensor 100 may be further sealed with tape or the like to prevent the bonded substrates from coming apart.

図4は、ずり力測定時における触覚センサの積層体近傍の断面図である。より具体的には、図4(a)はずり力が入力されていない状態の触覚センサ100の状態を示し、図4(b)はずり力が入力された状態の触覚センサ100の状態を示している。 Figure 4 is a cross-sectional view of the tactile sensor near the laminate when measuring shear force. More specifically, Figure 4(a) shows the state of the tactile sensor 100 when no shear force is applied, and Figure 4(b) shows the state of the tactile sensor 100 when a shear force is applied.

図4(a)の状態において、平面視において第1電極11aと第2電極12aとは一部のみ重複するようにずらして設置されている。そして、図4(a)の状態から、紙面右方向にずり力を入力すると、第1電極11aと第2電極12aとの重複領域が増加し、電極間の電気抵抗値が減少する一方、紙面左方向にずり力を入力すると、第1電極11aと第2電極12aとの重複領域が減少し、電極間の電気抵抗値が増加する。そのため、この抵抗値の変化に基づいてずり力の向きと大きさを検出することができる。なお、ずり力の向きを検出する必要がない場合は、第1電極11aと第2電極12aの初期位置を、第1電極11aと第2電極12aとが完全に重複している状態としてもよい。 In the state of FIG. 4(a), the first electrode 11a and the second electrode 12a are shifted so that they overlap only partially in a plan view. When a shear force is input from the state of FIG. 4(a) to the right of the paper, the overlapping area between the first electrode 11a and the second electrode 12a increases, and the electrical resistance between the electrodes decreases. On the other hand, when a shear force is input to the left of the paper, the overlapping area between the first electrode 11a and the second electrode 12a decreases, and the electrical resistance between the electrodes increases. Therefore, the direction and magnitude of the shear force can be detected based on this change in resistance. Note that, if it is not necessary to detect the direction of the shear force, the initial positions of the first electrode 11a and the second electrode 12a may be set to a state in which the first electrode 11a and the second electrode 12a completely overlap.

なお、触覚センサ100には、第1絶縁層15及び第2絶縁層16の外側に、両面テープや接着層などで構成される固定層17を更に設けてもよい(図5)。固定層17が設けられることで、第1基材1と第2基材2との位置関係を固定することができ、ずり力による第1樹脂層11bと第2樹脂層12bとのずれが、基材全体の移動ではなく、基材のひずみに起因したものとなる。この場合、ずり力がなくなると生じているひずみが元に戻るため、固定層17がない場合に比べて信号検出の再現性が向上する。 The tactile sensor 100 may further include a fixing layer 17 made of double-sided tape, an adhesive layer, or the like, on the outside of the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16 (FIG. 5). By providing the fixing layer 17, the positional relationship between the first substrate 1 and the second substrate 2 can be fixed, and any deviation between the first resin layer 11b and the second resin layer 12b caused by shear force is due to distortion of the substrate, not to the movement of the entire substrate. In this case, the distortion returns to normal when the shear force is removed, improving the reproducibility of signal detection compared to the case where the fixing layer 17 is not provided.

固定層17を設ける場合、固定層17は第1絶縁層15及び第2絶縁層16以上の厚みとなる。これは固定層17により基材に余計な応力が生じないようにするためである。固定層17の厚みは、第1絶縁層15及び第2絶縁層16の厚みに対して1.0倍~10倍であることが好ましい。第1絶縁層15及び第2絶縁層16より薄くした場合、基材に応力が生じ、ずれを阻害する。また、10倍より厚くした場合、第1積層体11と第2積層体12よりはるかに厚くなるため、使用する際に第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bに掛けるべき力を固定層17が受け止めてしまい、第1樹脂層11b及び第2樹脂層12bに十分な力がかからず検出不良が起こる。また、第2絶縁層16から固定層17までの距離が、距離d1の2倍となることが好ましい。固定層17と第2絶縁層16との距離が距離d1の2倍未満の場合、固定層17によって基材に応力が生じてしまう。また2倍を超える場合、触覚センサ100において検知に関わらない部分が増え、センサが大きくなってしまう。 When the fixing layer 17 is provided, the fixing layer 17 has a thickness equal to or greater than the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16. This is to prevent the fixing layer 17 from causing unnecessary stress to the substrate. The thickness of the fixing layer 17 is preferably 1.0 to 10 times the thickness of the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16. If the fixing layer 17 is thinner than the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16, stress is generated in the substrate, which inhibits misalignment. If the fixing layer 17 is made thicker than 10 times, the fixing layer 17 will be much thicker than the first laminate 11 and the second laminate 12, and therefore the fixing layer 17 will receive the force that should be applied to the first resin layer 11b and the second resin layer 12b during use, and the first resin layer 11b and the second resin layer 12b will not be subjected to sufficient force, resulting in detection failure. In addition, it is preferable that the distance from the second insulating layer 16 to the fixing layer 17 is twice the distance d1. If the distance between the fixing layer 17 and the second insulating layer 16 is less than twice the distance d1, the fixing layer 17 will cause stress to be generated in the substrate. Furthermore, if it exceeds two times, the parts of the tactile sensor 100 that are not involved in detection will increase, and the sensor will become larger.

以上説明したように、本実施形態に係る触覚センサ100は、第1絶縁層15と第2絶縁層とを備える。これにより、ずりによって対向する第1積層体11及び第2積層体12がずれた時に、第1絶縁層15と第2絶縁層とがぶつかることでずれ量を拘束することができ、ずらした時のセンサの破損を抑止できる。 As described above, the tactile sensor 100 according to this embodiment includes a first insulating layer 15 and a second insulating layer. As a result, when the opposing first laminate 11 and second laminate 12 are displaced due to shear, the first insulating layer 15 and the second insulating layer collide with each other to restrict the amount of displacement, thereby preventing damage to the sensor when displaced.

また、固定層17を設けることで、ずり力が加えられた後でも上下の電極が初期位置に戻りやすくなり、測定の再現性を向上させることができる。 In addition, by providing the fixing layer 17, the upper and lower electrodes can easily return to their initial positions even after a shear force is applied, improving the reproducibility of the measurement.

(実施例1)
第1基材1として125μmのポリイミドフィルム(東レ:カプトン500V)を使用し、銀ペーストを用いて、図2に示す第1電極11aを7mm×7mmの範囲内に印刷法で作製した。このとき、第1電極11aはそれぞれコの字形状で作製し、長方形の小電極寸法は幅それぞれ0.5mm、長さ3.2mmとし、小電極間の距離を2.5mmとした。また第1電極11aと同時にリードも幅0.03mmで、互いに交わることが無いように配置した。
Example 1
A 125 μm polyimide film (Toray: Kapton 500V) was used as the first substrate 1, and the first electrodes 11a shown in FIG. 2 were produced by printing within a range of 7 mm × 7 mm using silver paste. At this time, the first electrodes 11a were each produced in a U-shape, and the dimensions of the rectangular small electrodes were each 0.5 mm wide and 3.2 mm long, with a distance between the small electrodes of 2.5 mm. In addition, the leads were also 0.03 mm wide and arranged so as not to cross each other, at the same time as the first electrodes 11a.

次に、第1電極11aの各小電極の上に、十条ケミカル製のカーボンインキJELCON CH-Nを印刷して第1樹脂層11bを形成し、第1積層体11を作製した。CH-Nの膜厚は平均6μmであった。 Next, a carbon ink JELCON CH-N manufactured by Jujo Chemical was printed on each of the small electrodes of the first electrode 11a to form a first resin layer 11b, thereby producing the first laminate 11. The film thickness of the CH-N was 6 μm on average.

第1電極11aを含む7mm×7mmの範囲から各辺250μm隔てたところに外側絶縁層15bが形成されるように、アサヒ化学研究所の絶縁性樹脂FR-1T-NSD9をスクリーン印刷により正方形状に形成して第1絶縁層15を作製した。この時、幅は150μmであり、内側絶縁層15aと外側絶縁層15bとの距離は500μmであった。また、膜厚は15μmであった The first insulating layer 15 was made by forming an insulating resin FR-1T-NSD9 made by Asahi Chemical Laboratory into a square shape by screen printing so that the outer insulating layer 15b would be formed 250 μm away from each side from the 7 mm x 7 mm area including the first electrode 11a. At this time, the width was 150 μm, and the distance between the inner insulating layer 15a and the outer insulating layer 15b was 500 μm. The film thickness was also 15 μm.

第2基材2として125μmのポリイミドフィルム(東レ:カプトン500V)を使用し、銀ペーストを用いて、図3に示す第2電極12aおよびリードを印刷法で作製した。 A 125 μm polyimide film (Toray: Kapton 500V) was used as the second substrate 2, and the second electrode 12a and lead shown in FIG. 3 were produced by printing using silver paste.

次に、第2電極12aの各小電極の上に、十条ケミカル性のカーボンインキJELCON CH-Nを印刷して第2樹脂層12bを形成し、第2積層体12を作製した。CH-Nの膜厚は平均6μmであった。 Next, Jujo Chemical's carbon ink JELCON CH-N was printed on each of the small electrodes of the second electrode 12a to form the second resin layer 12b, producing the second laminate 12. The average thickness of the CH-N was 6 μm.

第1基材1と第2基材2とを貼り合わせたときに、内側絶縁層15aと外側絶縁層15bとの間に位置するように、アサヒ化学研究所の絶縁性樹脂FR-1T-NSD9をスクリーン印刷により正方形状に形成して第2絶縁層16を作製した。この時、印刷線幅は150μmであり、膜厚は15μmであった。 The second insulating layer 16 was produced by screen printing Asahi Chemical Laboratory's insulating resin FR-1T-NSD9 into a square shape so that it would be located between the inner insulating layer 15a and the outer insulating layer 15b when the first substrate 1 and the second substrate 2 were bonded together. At this time, the printed line width was 150 μm and the film thickness was 15 μm.

第1積層体11及び第2積層体12を対向させて第1基材1と第2基材2との間に厚み50μmの両面テープを配置して基材を固定することで、実施例1に係る触覚センサ100を得た(図5)。このとき、第1電極11aの小電極と第2電極12aの小電極とは、平面視における重なり幅が250μmであった。固定位置は触覚センサ100を構成する基材の一番外側とした。 The first laminate 11 and the second laminate 12 were placed opposite each other, and a 50 μm-thick double-sided tape was placed between the first substrate 1 and the second substrate 2 to fix the substrates, thereby obtaining the tactile sensor 100 according to Example 1 (FIG. 5). At this time, the overlap width between the small electrodes of the first electrode 11a and the small electrodes of the second electrode 12a in a plan view was 250 μm. The fixing position was the outermost side of the substrate constituting the tactile sensor 100.

このセンサに指でずり力をかけたところ、ずりの方向に基材がずれ、対応する電極の抵抗値変化が確認された。ずりをかけ続けると、基材のずれが止まったところで抵抗値変化も止まった。 When a shear force was applied to this sensor with a finger, the base material shifted in the direction of the shear, and a corresponding change in the resistance value of the electrode was observed. When the shear force was continued, the resistance change also stopped when the base material stopped shifting.

(比較例1)
第1基材1として125μmのポリイミドフィルム(東レ:カプトン500V)を使用し、銀ペーストを用いて、図2に示す第1電極11aを7mm×7mmの範囲内に印刷法で作製した。このとき、第1電極11aはそれぞれコの字形状で作製し、長方形の小電極寸法は幅それぞれ0.5mm、長さ3.2mmとし、小電極間の距離を2.5mmとした。また第1電極11aと同時にリードも幅0.03mmで、互いに交わることが無いように配置した。
(Comparative Example 1)
A 125 μm polyimide film (Toray: Kapton 500V) was used as the first substrate 1, and the first electrodes 11a shown in FIG. 2 were produced by printing within a range of 7 mm × 7 mm using silver paste. At this time, the first electrodes 11a were each produced in a U-shape, and the dimensions of the rectangular small electrodes were 0.5 mm wide and 3.2 mm long, and the distance between the small electrodes was 2.5 mm. In addition, the leads were also 0.03 mm wide and arranged so as not to cross each other, at the same time as the first electrodes 11a.

次に、第1電極11aの各小電極の上に、十条ケミカル製のカーボンインキJELCON CH-Nを印刷して第1樹脂層11bを形成し、第1積層体11を作製した。CH-Nの膜厚は平均6μmであった。 Next, a carbon ink JELCON CH-N manufactured by Jujo Chemical was printed on each of the small electrodes of the first electrode 11a to form a first resin layer 11b, thereby producing the first laminate 11. The film thickness of the CH-N was 6 μm on average.

第2基材2として125μmのポリイミドフィルム(東レ:カプトン500V)を使用し、銀ペーストを用いて、図3に示す第2電極12aおよびリードを印刷法で作製した。 A 125 μm polyimide film (Toray: Kapton 500V) was used as the second substrate 2, and the second electrode 12a and lead shown in FIG. 3 were produced by printing using silver paste.

次に、第2電極12aの各小電極の上に、十条ケミカル性のカーボンインキJELCON CH-Nを印刷して第2樹脂層12bを形成し、第2積層体12を作製した。CH-Nの膜厚は平均6μmであった。 Next, Jujo Chemical's carbon ink JELCON CH-N was printed on each of the small electrodes of the second electrode 12a to form the second resin layer 12b, producing the second laminate 12. The average thickness of the CH-N was 6 μm.

第1積層体11及び第2積層体12を対向させて第1基材1と第2基材2との間に厚み10μmの両面テープを配置して基材を固定することで、比較例1に係る触覚センサを得た。固定位置は触覚センサ100を構成する基材の一番外側とした。 The first laminate 11 and the second laminate 12 were placed opposite each other, and a 10 μm-thick double-sided tape was placed between the first substrate 1 and the second substrate 2 to fix the substrates, thereby obtaining a tactile sensor according to Comparative Example 1. The fixing position was the outermost side of the substrate constituting the tactile sensor 100.

このセンサに指でずり力をかけたところ、ずりの方向に基材がずれ、対応する電極の抵抗値変化が確認された。しかしずりをかけ続けると基材がずれているにもかかわらず抵抗値変化取れなくなった。確認すると、上下の検出層が完全にずれていた。 When a shearing force was applied to this sensor with a finger, the base material shifted in the direction of the shearing, and a change in the resistance value of the corresponding electrode was observed. However, when the shearing continued, no change in the resistance value was observed, even though the base material was shifting. Upon checking, it was found that the upper and lower detection layers were completely misaligned.

本発明は、圧力とせん断応力を測定する感圧センサに適用できる。 The present invention can be applied to pressure sensors that measure pressure and shear stress.

1 第1基材
2 第2基材
11 第1積層体
11X 第1積層体
11Y 第1積層体
11a :第1電極
11b 第1樹脂層
12 第2積層体
12X 第2積層体
12Y 第2積層体
12a 第2電極
12b 第2樹脂層
15 第1絶縁層
15a 内側絶縁層
15b 外側絶縁層
16 第2絶縁層
17 固定層
100 触覚センサ
d1 :距離
d2 :距離
1 First substrate 2 Second substrate 11 First laminate 11X First laminate 11Y First laminate 11a: First electrode 11b First resin layer 12 Second laminate 12X Second laminate 12Y Second laminate 12a Second electrode 12b Second resin layer 15 First insulating layer 15a Inner insulating layer 15b Outer insulating layer 16 Second insulating layer 17 Fixing layer 100 Touch sensor d1: Distance d2: Distance

Claims (6)

第1基材と、
前記第1基材の一方面に設けられ、前記第1基材側から順に、第1電極と、導電性を有する第1樹脂層とが積層された第1積層体と、
前記第1基材の前記一方面に、前記第1積層体を取り囲み、かつ、前記第1積層体と離間して設けられる第1絶縁層と、
前記第1基材の前記一方面と対向する第2基材と、
前記第2基材の前記第1基材と対向する面の前記第1積層体と対向する位置に設けられ、前記第2基材側から順に、第2電極と、導電性を有する第2樹脂層とが積層された第2積層体と、
前記第2基材の前記第1基材と対向する面に、前記第2積層体を取り囲み、かつ、前記第2積層体と離間して設けられる第2絶縁層と、を備え、
前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層の重なり面積に応じた前記第1電極及び前記第2電極間の電気抵抗値の変化に基づいて、加えられたずり力の検出が可能であり、
前記第1絶縁層は、前記第1積層体を取り囲む内側絶縁層、及び、前記内側絶縁層を取り囲み、前記内側絶縁層から所定距離離間して設けられる外側絶縁層とを含み、
前記第2絶縁層は、前記内側絶縁層と前記外側絶縁層との間に位置する、触覚センサ。
A first substrate;
a first laminate provided on one surface of the first base material, in which a first electrode and a first resin layer having electrical conductivity are laminated in this order from the first base material side;
a first insulating layer provided on the one surface of the first base material so as to surround the first stack and to be spaced apart from the first stack;
a second base material facing the one surface of the first base material;
a second laminate provided on a surface of the second base material facing the first base material at a position facing the first laminate, the second laminate including, in this order from the second base material side, a second electrode and a second resin layer having electrical conductivity;
a second insulating layer provided on a surface of the second base material facing the first base material, the second insulating layer surrounding the second stack and spaced apart from the second stack;
a shear force applied can be detected based on a change in electrical resistance between the first electrode and the second electrode according to an overlapping area of the first resin layer and the second resin layer;
the first insulating layer includes an inner insulating layer surrounding the first laminate, and an outer insulating layer surrounding the inner insulating layer and spaced a predetermined distance from the inner insulating layer;
The second insulating layer is located between the inner insulating layer and the outer insulating layer.
前記第1積層体及び前記第2積層体を用いて、第1方向に加えられたずり力の検出が可能であり、
前記第1電極及び前記第2電極は、前記第1方向と直交する第2方向に延びる一対の小電極と、前記一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する、請求項1に記載の触覚センサ。
A shear force applied in a first direction can be detected using the first stack and the second stack,
The tactile sensor according to claim 1 , wherein the first electrode and the second electrode each have a pair of small electrodes extending in a second direction perpendicular to the first direction, and a connection portion that electrically connects the pair of small electrodes.
2つの前記第1積層体と、2つの前記第2積層体とを備え、
前記第1積層体の一方及びこれに対向する前記第2積層体の一方を用いて前記第1方向のずり力の検出が可能であり、前記第1積層体の他方及びこれに対向する前記第2積層体の他方を用いて前記第1方向と直交する第2方向のずり力の検出が可能である、請求項1に記載の触覚センサ。
Two of the first stacks and two of the second stacks,
2. The tactile sensor of claim 1, wherein a shear force in the first direction can be detected using one side of the first laminate and one side of the second laminate opposing it, and a shear force in a second direction perpendicular to the first direction can be detected using the other side of the first laminate and the other side of the second laminate opposing it.
前記第1積層体の前記一方の前記第1電極及び前記第2積層体の前記一方の前記第2電極は、前記第2方向に延びる一対の小電極と、前記一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有し、
前記第1積層体の前記他方の前記第1電極及び前記第2積層体の前記他方の前記第2電極は、前記第1方向に延びる一対の小電極と、前記一対の小電極を電気的に接続する接続部とを有する、請求項3に記載の触覚センサ。
the first electrode of the first stacked body and the second electrode of the second stacked body each have a pair of small electrodes extending in the second direction and a connection portion electrically connecting the pair of small electrodes,
The tactile sensor according to claim 3 , wherein the other first electrode of the first laminate and the other second electrode of the second laminate have a pair of small electrodes extending in the first direction and a connection portion electrically connecting the pair of small electrodes.
前記第1樹脂層及び前記第2樹脂層の縦弾性係数が1000MPa~5000MPaである、請求項1に記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to claim 1, wherein the first resin layer and the second resin layer have a modulus of elasticity of 1000 MPa to 5000 MPa. 前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層の縦弾性係数が1000MPa~5000MPaである、請求項1に記載の触覚センサ。 The tactile sensor according to claim 1, wherein the first insulating layer and the second insulating layer have a modulus of elasticity of 1000 MPa to 5000 MPa.
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