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公開番号2025112498
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024006754
出願日2024-01-19
発明の名称応力センサ
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人弁理士法人小笠原特許事務所
主分類G01L 5/1623 20200101AFI20250725BHJP(測定;試験)
要約【課題】本願発明は、圧力及びせん断力の検出精度に優れた応力センサを提供する。
【解決手段】圧力及びせん断力を検出可能な応力センサであって、第1基材と、第2基材と、第1基材及び第2基材の間に配置された4つの検知部と、第1基材及び第2基材を接着し、4つの検知部を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、検知部のそれぞれは、加えられた荷重に応じて抵抗値が変化する素子であり、検知部の2つは、応力センサの検知領域の幾何中心に対して点対称となるように第1直線上に配置され、検知部の残りの2つは、検知領域の幾何中心に対して点対称、かつ、第1直線と直交する第2直線上に配置され、検知領域の幾何中心には検知部が配置されていない、応力センサ。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
圧力及びせん断力を検出可能な応力センサであって、
第１基材と、
第２基材と、
前記第１基材及び前記第２基材の間に配置された４つの検知部と、
前記第１基材及び前記第２基材を接着し、前記４つの検知部を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、
前記検知部のそれぞれは、加えられた荷重に応じて抵抗値が変化する素子であり、
前記検知部の２つは、前記応力センサの検知領域の幾何中心に対して点対称となるように第１直線上に配置され、
前記検知部の残りの２つは、前記検知領域の幾何中心に対して点対称、かつ、前記第１直線と直交する第２直線上に配置され、
前記検知領域の幾何中心には検知部が配置されていない、応力センサ。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記検知部のそれぞれは、
前記第１基材の一方面に設けられる第１電極と、前記第１電極に積層される第１感圧層とを有する第１検知部構成物と、
前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１電極のそれぞれと対向して設けられる第２電極と、前記第２電極に積層される第２感圧層とを有する第２検知部構成物とを含み、
前記第１電極のそれぞれは、前記第１基材の前記一方面に所定方向に間隔を空けて配列されるｎ個（ただし、ｎは正の偶数）の第１小電極から構成され、
前記第１感圧層のそれぞれは、対応する前記第１検知部構成物を構成する前記第１小電極のそれぞれに積層される第１小感圧層から構成され、
前記第２電極のそれぞれは、前記第２基材の前記第１基材と対向する面に、前記第１小電極のそれぞれを対向するように配列されるｎ個の第２小電極から構成され、
前記第２感圧層のそれぞれは、対応する前記第２検知部構成物を構成する前記第２小電極のそれぞれに積層される第２小感圧層から構成され、
前記第１基材には更に
前記所定方向の一端に配置される前記第１小電極に接続される共通配線と、
前記所定方向の他端に配置される前記第１小電極に接続される信号配線と、
前記所定方向の両端に配置される前記第１小電極以外の前記第１小電極のうち、隣接する２個の前記第１小電極を接続する（ｎ／２－１）本の第１接続配線と、が設けられ、
前記第２基材には更に、
隣接する２個の前記第２小電極を接続するｎ／２本の第２接続配線が設けられ、
前記第１基材と前記第２基材とが近付く方向に荷重が加わった場合、対向する一対の前記第１検知部構成物と前記第２検知部構成物において、対向する前記第１小感圧層と前記第２小感圧層とが接触し、前記共通配線が接続される前記第１小電極と、前記信号配線が接続される前記第１小電極とを両端とし、前記第２小電極を経由する直列の電流経路が形成され、
前記共通配線に接続される共通電極及び前記信号配線に接続される検出電極のいずれもが前記第１基材の前記一方面に設けられている、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項３】
前記第１小感圧層の、平面視において前記第１小電極が存在する領域の表面の算術平均粗さ、及び、前記第２小感圧層の、平面視において前記第２小電極が存在する領域の表面の算術平均粗さが、０．０８μｍ以上１．５μｍ以下である、請求項２に記載の応力センサ。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれは、円環を周方向に分割した形状である、請求項２に記載の応力センサ。
【請求項５】
前記接着層は、円環状である請求項１に記載の応力センサ。
【請求項６】
前記接着層の幾何中心と前記検知領域の幾何中心とが一致する、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項７】
前記第２基材の前記第１基材と反対側の面には、平面視において前記検知領域を包含するように緩衝材が設けられる、請求項１に記載の応力センサ。
【請求項８】
対向する一対の前記第１検知部構成物と前記第２検知部構成物において、前記共通配線が接続される前記第１小電極と、前記信号配線が接続される前記第１小電極との間の合成した抵抗値を出力するブリッジ回路を備える、請求項２に記載の応力センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力及びせん断応力を検出可能な応力センサに関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
圧力やせん断応力を検出する応力センサとして、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。この応力センサは、外力によって導電体層や樹脂層が変形することで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せん断力を検出することができる。
【０００３】
上述のような応力センサは、ロボットハンドの指や人の指等の被測定物に取り付け、被測定物に印加される圧力やせん断力を検出する用途に用いることが検討されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１５－１５８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
指で柔らかいものを担持することを想定した場合、指の担持部に印加される荷重は０．５Ｎ以下と非常に小さくなることがわかっている。そのため、応力センサをロボットハンドの指や人の指に取り付けて使用する場合、低荷重帯であっても圧力やせん断力を精度よく検出可能であることが求められる。
【０００６】
それ故に、本願発明は、圧力及びせん断力の検出精度に優れた応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】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一局面は、圧力及びせん断力を検出可能な応力センサであって、第１基材と、第２基材と、第１基材及び第２基材の間に配置された４つの検知部と、第１基材及び第２基材を接着し、４つの検知部を取り囲むように設けられた接着層と、を備え、検知部のそれぞれは、加えられた荷重に応じて抵抗値が変化する素子であり、検知部の２つは、応力センサの検知領域の幾何中心に対して点対称となるように第１直線上に配置され、検知部の残りの２つは、検知領域の幾何中心に対して点対称、かつ、第１直線と直交する第２直線上に配置され、検知領域の幾何中心には検知部が配置されていない、応力センサである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、本願発明は、圧力及びせん断力の検出精度に優れた応力センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態に係る応力センサの概略構成を示す模式図。
応力センサの第１基材側の部分模式図。
応力センサの第２基材側の部分模式図。
圧力測定時における応力センサの部分断面図。
圧力測定時における検知部周辺の拡大断面図。
せん断力測定時における応力センサの断面図。
ｎ＝４の場合の小電極及び配線の接続を説明する図。
ｎ＝６の場合の小電極及び配線の接続を説明する図。
第２小電極の数がｎ／２個の場合の小電極及び配線の接続を説明する図
小電極の他の形状を説明する図。
参考例に掛かる応力センサの第１基材側の模式図。
参考例に掛かる応力センサの第２基材側の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。なお、実施形態に係る応力センサを構成する各構成物の形状や数は一例であり、本発明を限定するものではない。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。
（【００１１】以降は省略されています）

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