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公開番号2025052679
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-07
出願番号2023161512
出願日2023-09-25
発明の名称力センサ
出願人本田技研工業株式会社,ザユニバーシティオブブリティッシュコロンビア
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01L 5/165 20200101AFI20250328BHJP(測定;試験)
要約【課題】電極数及び配線数の増大を抑制することができる3軸力センサを提供する。
【解決手段】力センサ10は、誘電性の弾性基材11と、弾性基材11を厚さ方向の両側から挟み込む第1電極13及び3つの第2電極15とを備える。厚さ方向に沿って見た平面視にて、3つの第2電極15は第1電極13の互いに異なる部位と重なるように配置される。所定方向に直交する平面上で所定角度を成す第1方向及び第2方向の各々に沿って弾性基材11に外力が作用する各場合に、3つの第2電極15の各々と第1電極13とが重なり合う部位の面積のうち、少なくともいずれか2つの第2電極15に対応する面積が変化する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
誘電性の弾性基材と、
前記弾性基材を所定方向の両側から挟み込む第１電極及び３つの第２電極と
を備え、
前記所定方向に沿って見た平面視にて、
前記３つの前記第２電極は前記第１電極の互いに異なる部位と重なるように配置され、
前記所定方向に直交する平面上で所定角度を成す第１方向及び第２方向の各々に沿って前記弾性基材に外力が作用する各場合に、前記３つの前記第２電極の各々と前記第１電極とが重なり合う部位の面積のうち、少なくともいずれか２つの前記第２電極に対応する前記面積が変化する
力センサ。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
誘電性の弾性基材と、
前記弾性基材を所定方向の両側から挟み込む第１電極及び３つの第２電極の組み合わせを１つの電極要素として、一体に配列される複数の前記電極要素と
を備え、
前記所定方向に沿って見た平面視にて、
複数の前記電極要素の各々で前記３つの前記第２電極は前記第１電極の互いに異なる部位と重なるように配置され、
複数の前記電極要素での前記３つの前記第２電極の各々は、互いに平行な３つの異なる直線に沿って配列される
力センサ。
【請求項３】
前記３つの前記第２電極の各々と前記第１電極とが重なり合う部位の面積に応じて、前記３つの前記第２電極のうちのいずれか１つを基準として他の２つに対して静電容量の補正係数を設定し、
前記補正係数と、前記３つの前記第２電極の各々の静電容量とに基づいて、前記弾性基材に作用する外力を取得する処理部を備える
請求項１又は請求項２に記載の力センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、力センサに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、弾性変形する誘電体を厚さ方向の両側から挟み込む４つの第１電極（周囲電極）と１つの第２電極（共通電極）とを備える柔軟性の静電容量型の３軸力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１１１４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えばロボットハンド等のようにレイアウトスペースが制限される部位に装着されるセンサデバイスの場合、電極数及び配線数を削減することが望まれる。例えば、電極数及び配線数が多い場合、省スペースでのレイアウトが困難になるという問題が生じる。例えば、配線数が多い場合、配線間のクロストークの増大によってセンサのＳ／Ｎ比を増大させることが困難になるという問題が生じる。例えば、センサアレイを構成する複数のセンサエレメントの各々当たりの電極数が多い場合、各電極の容量値を計測する回数が増大することによって、処理時間が増大するという問題が生じる。例えば、柔軟な配線数が多い場合、回路での接合強度の低さに起因して異常発生の可能性が増大するという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、電極数及び配線数の増大を抑制することができる力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）：本発明の一態様に係る力センサ（例えば、実施形態での力センサ１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ）は、誘電性の弾性基材（例えば、実施形態での弾性基材１１，５１）と、前記弾性基材を所定方向の両側から挟み込む第１電極（例えば、実施形態での第１電極１３，６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ）及び３つの第２電極（例えば、実施形態での第２電極１５，６３，６５）とを備え、前記所定方向に沿って見た平面視にて、前記３つの前記第２電極は前記第１電極の互いに異なる部位と重なるように配置され、前記所定方向に直交する平面上で所定角度を成す第１方向及び第２方向の各々に沿って前記弾性基材に外力が作用する各場合に、前記３つの前記第２電極の各々と前記第１電極とが重なり合う部位の面積のうち、少なくともいずれか２つの前記第２電極に対応する前記面積が変化する。
【０００７】
（２）：本発明の一態様に係る力センサ（例えば、実施形態での力センサ３０，３０Ａ，３０Ｂ）は、誘電性の弾性基材（例えば、実施形態での弾性基材１１，５１）と、前記弾性基材を所定方向の両側から挟み込む第１電極（例えば、実施形態での第１電極１３，６１Ｃ）及び３つの第２電極（例えば、実施形態での第２電極１５，６５）の組み合わせを１つの電極要素（例えば、実施形態での電極要素Ｅ，Ｅａ、第１電極要素Ｅ１、第２電極要素Ｅ２）として、一体に配列される複数の前記電極要素とを備え、前記所定方向に沿って見た平面視にて、複数の前記電極要素の各々で前記３つの前記第２電極は前記第１電極の互いに異なる部位と重なるように配置され、複数の前記電極要素での前記３つの前記第２電極の各々は、互いに平行な３つの異なる直線（例えば、実施形態での第２直線）に沿って配列される。
【０００８】
（３）：上記（１）又は（２）に記載の力センサは、前記３つの前記第２電極の各々と前記第１電極とが重なり合う部位の面積（例えば、実施形態での変位前の各面積Ｓａ０，Ｓｂ０，Ｓｃ０、変位後の各面積Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ）に応じて、前記３つの前記第２電極のうちのいずれか１つを基準として他の２つに対して静電容量（例えば、実施形態での各静電容量Ｃａ，Ｃｂ）の補正係数（例えば、実施形態での各補正係数ηａ，ηｂ）を設定し、前記補正係数と、前記３つの前記第２電極の各々の静電容量（例えば、実施形態での各静電容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ）とに基づいて、前記弾性基材に作用する外力を取得する処理部（例えば、実施形態での処理部２０）を備えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
上記（１）によれば、第１電極と３つの第２電極との組み合わせにより、３次元的な外力の作用を静電容量変化によって検知することができ、例えば４つ以上の第２電極を備える場合等に比べて、電極数及び配線数の増大を抑制することができる。
【００１０】
上記（２）によれば、複数の電極要素では、３つの第２電極の各々は、互いに平行に直線状に配置されることにより、例えば３つの第２電極が互いに交差する直線に沿って配置される場合等に比べて、配線間のクロストークの増大を抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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