触觉传感器 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及触觉传感器。更详细地讲，本发明涉及以人感觉的触觉的定量化为目的的触觉传感器。背景技术：2.据称人的指尖能够识别出100μm左右的微细的凹凸和100μn左右的微小的力。因为具有这样的高空间分别率、高灵敏度的触觉，人能够感知碰触到的物体的质感/手感。在医疗领域，利用该触觉，医生进行通过直接用手指触摸来诊断患部的状态的触诊。但是，内视镜手术及机器人手术中不能进行触诊。所以，要求在内视镜等上安装触觉传感器，将体内的触觉信息提示给医生。3.作为工学地模拟人的触觉的触觉传感器，开发了各种结构。例如，在专利文献1中公开了具有微小的触头的触觉传感器。一边将触觉传感器推抵在测量对象物上一边使其滑动，通过测量触头的位移，能够检测出测量对象物表面的微细的凹凸及微小区域的摩擦力。4.现有技术文献5.专利文献6.专利文献1：国际公开第2015/133113号7.专利文献2：日本特开2011－85435号技术实现要素：8.发明要解决的课题9.但是，专利文献1的触觉传感器其微细的机械构造露出。如果使这样的触觉传感器接触于体内的内脏，则血液进入到机械构造的间隙中而凝固，机械构造的运动被阻碍。在测量内脏以外的对象物的情况下也是同样的。如果附着在测量对象物的表面上的粉尘进入到间隙中，则机械构造的运动被阻碍。此外，也有因为附着在测量对象物的表面上的液体而检测电路短路的情况。因此，为了做成能够承受实用的触觉传感器，需要从液体及粉尘中保护触觉传感器。10.在专利文献2中，公开了将传感器元件埋入在树脂块的内部中的触觉传感器。如果做成这样的结构，则能够将传感器元件从液体及粉尘保护。但是，在将传感器元件埋入在树脂块的内部中的结构中，由于从测量对象物受到的力被树脂块分散，所以触觉传感器的空间分别率及灵敏度都变低。因此，对于得到代替触诊的触觉信息的目的并不适合。11.本发明鉴于上述情况，目的是提供一种能够抑制传感器元件的空间分别率及灵敏度的下降并具有防水性及防尘性的触觉传感器。12.用来解决课题的手段13.第1技术方案的触觉传感器的特征在于，具备：传感器元件；以及壳体，收容上述传感器元件；上述传感器元件具备：基部；触头，具有接触端；支承体，将上述触头相对于上述基部能够位移地支承；以及位移检测器，检测上述触头相对于上述基部的位移；上述壳体具备将上述传感器元件中的至少上述接触端覆盖的有柔性的膜；上述接触端被固定在上述膜的内表面。14.第2技术方案的触觉传感器在第1技术方案中，其特征在于，上述膜在内表面具有粘着层，由该粘着层将上述接触端粘接在上述膜上。15.第3技术方案的触觉传感器在第1或第2技术方案中，其特征在于，上述接触端具有钉，该钉咬入在上述膜中。16.第4技术方案的触觉传感器在第1～第3技术方案的任一项中，其特征在于，上述壳体还具备壳体主体，所述壳体主体具有开口部；上述开口部被上述膜封堵；上述接触端被配置在上述开口部；上述基部相对于上述壳体主体被固定。17.第5技术方案的触觉传感器在第4技术方案中，其特征在于，上述壳体主体具备：框架，具有上述开口部，在该开口部所在的粘贴面粘贴上述膜；以及外装体，将上述膜中的与上述开口部对应的部分以外的部分覆盖。18.第6技术方案的触觉传感器在第5技术方案中，其特征在于，上述开口部其扫掠方向的端部是半椭圆形或半圆形。19.第7技术方案的触觉传感器在第5或第6技术方案中，其特征在于，上述框架在扫掠方向的端部上具有倾斜面。20.发明效果21.根据第1技术方案，由于传感器元件被收容在壳体中，所以液体及粉尘不侵入到传感器元件中。因此，触觉传感器具有防水性及防尘性。此外，由于接触端被固定在膜的内表面，所以触头追随于与测量对象物直接接触的膜的运动而运动。因此，能够抑制传感器元件的空间分别率及灵敏度的下降。22.根据第2技术方案，由于接触端被粘接在膜上，所以膜从测量对象物受到的力容易被传递给触头。23.根据第3技术方案，由于通过钉将接触端固定在膜上，所以膜从测量对象物受到的力容易被传递给触头。24.根据第4技术方案，由于是在壳体主体上设有膜的结构，所以膜的固定较容易。25.根据第5技术方案，由于由外装体将膜的一部分覆盖，所以膜与测量对象物接触的面积变小。因此，能够抑制膜与测量对象物擦碰而破裂的情况。26.根据第6技术方案，由于开口部的端部是半椭圆形或半圆形，所以能够缓和在扫掠时在膜上发生的应力集中，能够抑制膜的破裂。27.根据第7技术方案，由于框架的端部倾斜，所以即使在扫掠时触觉传感器前倾，也不易发生在膜的一部分上作用较强的力的情况，能够抑制膜的破裂。附图说明28.图1是有关第1实施方式的传感器元件的俯视图。29.图2的(a)是在支承体的横梁中没有应变的情况下的第1、第2应变检测元件的说明图。图2的(b)是在支承体的横梁中有应变的情况下的第1、第2应变检测元件的说明图。30.图3是表示应变检测电路的电路图。31.图4的(a)是在支承体的纵梁中没有应变的情况下的第3、第4应变检测元件的说明图。图4的(b)是在支承体的纵梁中有应变的情况下的第3、第4应变检测元件的说明图。32.图5是将传感器元件单独使用的情况下的触觉测量方法的说明图。33.图6是例示从传感器元件得到的各种信号的曲线图。34.图7是有关第1实施方式的触觉传感器的纵剖视图。35.图8是传感器元件、框架及膜的分解图。36.图9是传感器元件、框架及外装体的分解图。37.图10是触觉传感器的立体图。38.图11是触头前端部的放大图。39.图12的(a)是将粘着膜粘接在触头上的情况下的放大图。图12的(b)是使接触端的钉咬入在膜中的情况的放大图。40.图13的(a)是一形态的开口部的放大图。图13的(b)是另一形态的开口部的放大图。41.图14是触觉传感器的触觉测量方法的说明图。42.图15是触觉传感器前倾的情况下的说明图。43.图16是有关第2实施方式的传感器元件的立体图。44.图17是有关第2实施方式的触觉传感器的触觉测量方法的说明图。45.图18的(a)是表示与z轴方向的位移对应的反作用力的曲线图。图18的(b)是表示与x轴方向的位移对应的反作用力的曲线图。46.图19是表示测量约250μm间距的粗糙度标准片的结果的曲线图。47.图20是表示测量32μm间距的粗糙度标准片的结果的曲线图。48.图21的(a)是在空气中测量z轴方向的灵敏度的曲线图。图21的(b)是在水中测量z轴方向的灵敏度的曲线图。49.图22是表示在空气中、水中、甘油中测量的玻璃板的摩擦系数的曲线图。50.图23是表示测量模拟内脏的触觉的结果的曲线图。具体实施方式51.接着，基于附图说明本发明的实施方式。52.〔第1实施方式〕53.(传感器元件)54.有关本发明的第1实施方式的触觉传感器具有传感器元件。传感器元件的结构没有被特别限定，例如可以做成以下的结构。55.如图1所示，传感器元件1是将半导体基板用半导体微细加工技术加工而形成的。通过将半导体基板用规定的图案蚀刻而将不需要部分除去，形成了传感器元件1的机械构造。因而，传感器元件1整体上是平板状。传感器元件1的整体的尺寸没有特别限定，例如是1～20mm四方形。56.传感器元件1将其一侧面作为接受来自测量对象物的力的感测面。在本实施方式中，将传感器元件1的侧面中的图1中的上侧的侧面作为感测面。57.传感器元件1具有大致矩形的基部10。在基部10的中央部分处形成有空间部11。此外，基部10的感测面侧的边缘部12在中央形成有间隙13。空间部11经由间隙13与基部10的外部连通。58.将边缘部12的侧面中的构成感测面的一部分的侧面称作基准面14。基准面14被间隙13分割为两个。另外，一方的基准面14被配置在将另一方的基准面14延长的面内。59.以下，以基准面14为基准定义x轴、y轴、z轴。x轴及y轴是与基准面14平行的轴。y轴相对于x轴垂直。x轴沿着传感器元件1的宽度方向，y轴沿着传感器元件1的厚度方向。z轴是相对于基准面14垂直的轴。x－z平面与平板状的传感器元件1具有的表背面的主面平行。将沿着x轴的方向称作x轴方向，将沿着y轴的方向称作y轴方向，将沿着z轴的方向称作z轴方向。60.在基部10的间隙13中配置有多个触头20a～20f。触头20a～20f的数量没有特别限定，本实施方式的传感器元件1具有6个触头20a～20f。另外，也可以将触头20a～20f的数量设为1个。61.各触头20a～20f是棒状的部件，其中心轴沿着z轴配置。此外，多个触头20a～20f沿着x轴排列而配置。触头20a～20f排列配置在两个基准面14、14(边缘部12、12)之间。62.优选的是使触头20a～20f的前端部从基准面14向外方突出。将各触头20a～20f的前端部称作接触端21。接触端21的侧面构成感测面的一部分。接触端21的形状没有特别限定，只要做成半圆形或扇形即可。63.通常将全部的触头20a～20f的接触端21设计为相同的形状、相同的尺寸。此外，通常将触头20a～20f沿着x轴等间隔地排列。相邻的触头20a、20b的间隔(中心间距离)没有特别限定，优选的是300～700μm，例如是500μm。这与构成人的指纹的棱线的间隔为相同的程度。如果这样，则可以想到传感器元件1能够进行接近于人的触觉的检测。64.从实现接近于人的触觉的检测的观点，接触端21优选的是具有与构成指纹的隆起线的截面同样的形状、尺寸。具体而言，优选的是将接触端21做成半圆形，将其直径设为100～500μm。65.在触头20a～20f之间设有间隙。因而，各触头20a～20f的宽度尺寸比相邻的触头20a、20b的间隔小。各触头20a～20f的宽度尺寸例如是200～600μm。由于在触头20a～20f之间设有间隙，所以触头20a～20f能够独立地位移。66.在基部10的空间部11中配置有多个支承体30a～30f。支承体30a～30f将多个触头20a～20f分别相对于基部10支承。支承体30a～30f的数量与触头20a～20f的数量相等。本实施方式的传感器元件1具有6个支承体30a～30f。各触头20a～20f被与其对应的支承体30a～30f支承。67.例如，第1触头20a与基部10经由第1支承体30a连接。支承体30a由一或多个横梁31、一或多个纵梁32和连接部33构成。横梁31架设在触头20a与连接部33之间。纵梁32架设在连接部33与基部10之间。另外，也可以将纵梁32架设在触头20a与连接部33之间，将横梁31架设在连接部33与基部10之间。68.横梁31具有弹性，具有与板簧同样的性质。此外，横梁31沿着x轴配置。因而，横梁31容许触头20a的z轴方向的位移。纵梁32具有弹性，具有与板簧同样的性质。此外，纵梁32沿着z轴配置。因而，纵梁32容许触头20a的x轴方向的位移。即，触头20a相对于基准面14以可在x轴方向及z轴方向上位移的方式被支承。69.构成支承体30a的横梁31及纵梁32的根数及尺寸(长度、宽度)没有被特别限定。只要设定横梁31及纵梁32的根数及尺寸以便作为支承体30a能得到需要的弹性即可。70.其他的支承体30b～30f是与第1支承体30a同样的结构。其他的触头20b～20f也相对于基准面14能够在x轴方向及z轴方向上位移地被支承。另外，支承体30a～30f只要能得到希望的弹性即可，也可以由梁以外的部件构成。71.如果在传感器元件1的感测面上作用法线力(z轴方向的力)，则触头20a～20f在z轴方向上位移。此外，如果在传感器元件1的感测面上作用切线力(x轴方向的力)，则触头20a～20f在x轴方向上位移。为了检测这样的触头20a～20f的位移，设有多个位移检测器40a～40f。72.位移检测器40a～40f的数量与触头20a～20f的数量相等。本实施方式的传感器元件1具有6个位移检测器40a～40f。能够由位移检测器40a～40f独立地检测触头20a～20f各自的相对于基准面14的位移。各位移检测器40a～40f设在与其对应的支承体30a～30f。73.例如，第1位移检测器40a设在第1支承体30。能够由第1位移检测器40a检测第1触头20a相对于基准面14的位移。位移检测器40a由检测触头20a的z轴方向的位移的纵位移检测器41和检测触头20a的x轴方向的位移的横位移检测器42构成。74.如图2的(a)所示，纵位移检测器41由检测横梁31的应变的第1、第2应变检测元件43、44构成。作为第1、第2应变检测元件43、44可以使用压电电阻元件。压电电阻元件可以通过杂质扩散、离子注入等的集成电路制造工艺、金属布线形成技术等形成在半导体基板的表面。75.在构成支承体30a的多个横梁31中的一个横梁31的表面上形成有第1应变检测元件43。此外，在另一个横梁31的表面上形成有第2应变检测元件44。第1、第2应变检测元件43、44分别被形成为台阶状，具有从横梁31的一端到中央沿着一方的侧部、从中央到另一端沿着另一方的侧部的形状。此外，形成在一方的横梁31上的第1应变检测元件43和形成在另一方的横梁31上的第2应变检测元件44具有彼此线对称的形状。76.如图2的(b)所示，如果触头20a在z轴方向上位移，则在横梁31中发生应变。此时，如果第1、第2应变检测元件43、44是呈现正的压电电阻系数的材料，则第1应变检测元件43通过拉伸应力而电阻变大，第2应变检测元件44通过压缩应力而电阻变小。如果触头20a的位移方向为相反，则第1应变检测元件43通过压缩应力而电阻变小，第2应变检测元件44通过拉伸应力而电阻变大。77.如图3所示，在传感器元件1的表面上形成有检测横梁31的应变的应变检测电路(在图1及图2中未图示)。应变检测电路是将第1、第2应变检测元件43、44串联连接而在两端施加电压vdd、将第1应变检测元件43与第2应变检测元件44之间的电压vout读取的电路。电压vout通过第1、第2应变检测元件43、44的差动而变化。通过将电压vout读取，能够检测横梁31的应变量。由此，能够用纵位移检测器41检测触头20a相对于基准面14的z轴方向的位移。78.如图4的(a)所示，横位移检测器42由检测纵梁32的应变的第3、第4应变检测元件45、46构成。作为第3、第4应变检测元件45、46可以使用压电电阻元件。79.在构成支承体30a的多个纵梁32中的一个纵梁32的表面上形成有第3应变检测元件45。此外，在另一个纵梁32的表面上形成有第4应变检测元件46。第3、第4应变检测元件45、46被形成为对称的台阶状。80.如图4的(b)所示，如果触头20a在x轴方向上位移，则在纵梁32中发生应变。此时，如果第3、第4应变检测元件45、46是呈现正的压电电阻系数的材料，则第3应变检测元件45通过拉伸应力而电阻变大，第4应变检测元件46通过压缩应力而电阻变小。如果触头20a的位移方向相反，则第3应变检测元件45通过压缩应力而电阻变小，第4应变检测元件46通过拉伸应力而电阻变大。81.在传感器元件1的表面上形成有检测纵梁32的应变的应变检测电路(在图1及图4中未图示)。该电路是在图3所示的电路中将第1应变检测元件43替换为第3应变检测元件45、将第2应变检测元件44替换为第4应变检测元件46的结构。由应变检测电路检测纵梁32的应变。由此，能够由横位移检测器42检测触头20a相对于基准面14的x轴方向的位移。82.其他的位移检测器40b～40f是与第1位移检测器40a同样的结构。另外，第1～第4应变检测元件43～46并不限定于压电电阻元件。例如，也可以利用通过触头20a～20f的位移而触头20a～20f与基部10的距离变化，将位移检测器40a～40f做成检测触头20a～20f与基部10之间的静电电容的结构。83.传感器元件1例如可以通过以以下的次序将soi基板加工来制造。这里，soi基板具有支承基板(硅)、氧化膜层(二氧化硅)、活性层(硅)的3层构造，其厚度例如是300μm。84.首先，将基板清洗，进行氧化处理，形成表面氧化膜。接着，将表面氧化膜加工，形成作为电路部的扩散层图案，进行磷扩散。接着，通过磷的离子注入及热退火形成压电电阻元件。接着，在基板的背面上溅镀铬薄膜，将铬薄膜加工为将可动构造部(触头20a～20f及支承体30a～30f)脱模的图案。接着，将表面氧化膜除去，以icp－rie进行蚀刻，形成可动构造部。在所形成的可动构造部的周边填充抗蚀剂而进行保护后，将背面以icp－rie进行蚀刻。最后，将中间氧化膜和抗蚀剂除去，将可动构造部脱模。85.另外，传感器元件1的制造方法并不限定于半导体微细加工技术。例如，也可以通过3d打印的造形技术形成传感器元件1的整体或一部分。86.接着，说明单独使用传感器元件1的情况下的触觉测量方法。87.当使用传感器元件1进行测量时，一边将传感器元件1的感测面推抵在测量对象物上一边进行扫掠。如果这样，则触头20a～20f在x轴方向及z轴方向上位移。基于其位移，能够测量出测量对象物的表面形状、摩擦力等。以下，说明其原理。88.在图5中表示单一的触头20的运动。如果将传感器元件1的感测面推抵在测量对象物o上，则基准面14被配置在将测量对象物o的表面的凹凸的尖峰连结的平面上。并且，触头20被传感器元件1的推抵力的反作用力推入，在z轴方向上位移。89.在将传感器元件1的感测面推抵在测量对象物o上的原状下，沿着测量对象物o的表面扫掠。另外，将扫掠在x轴方向上进行。因而，也将x轴方向称作扫掠方向。如果将传感器元件1扫掠，则触头20沿着测量对象物o的表面的凹凸在z轴方向上位移。此外，触头20通过作用在接触端21与测量对象物o之间的摩擦力在x轴方向上位移。90.在图6中表示通过上述操作从传感器元件1得到的各种信号的例子。91.(1)的曲线图中，横轴是时间，纵轴是由纵位移检测器41检测到的触头20的z轴方向的位移。在将传感器元件1沿着测量对象物o的表面以固定的速度扫掠的情况下，横轴与测量对象物o的表面的位置坐标是同义的。触头20的z轴方向的位移意味着测量对象物o的表面的凹凸量。因而，(1)的曲线图再现了测量对象物o的表面的表面形状(空间波形)。92.(2)的曲线图中，横轴是时间，纵轴是由横位移检测器42检测到的触头20的x轴方向的位移。触头20的x轴方向的位移意味着作用在接触端21与测量对象物o之间的摩擦力。这里，由于接触端21与测量对象物o的接触面积较小，所以触头20的x轴方向的位移意味着微小区域的摩擦力。93.根据触头20的x轴方向及z轴方向的位移，能够求出测量对象物o的表面的微小区域的动摩擦系数μ。由于横梁31的弹性率是已知的，所以根据触头20的z轴方向的位移能够计算出作用在触头20上的垂直载荷fz。此外，由于纵梁32的弹性率是已知的，所以根据触头20的x轴方向的位移能够计算出作用在触头20上的摩擦力fx。按照下述的式(1)，能够根据垂直载荷fz及摩擦力fx计算出测量对象物o的表面的微小区域的动摩擦系数μ。94.[数式1][0095]μ＝fx/fy…(1)[0096]如以上这样，通过检测触头20的x轴方向及z轴方向的位移，能够检测出测量对象物o的表面的微细的特性、即微细的凹凸及微小区域的摩擦力。[0097]本实施方式的传感器元件1具有多个触头20a～20f，能够检测触头20a～20f各自的位移。因此，如果使用传感器元件1进行上述操作，则能够同时进行多处的测量。由此，能够对测量对象物o的表面的特性以较高的空间分别率进行多点检测。[0098](壳体)[0099]如图1所示，传感器元件1其微细的机械构造露出。因此，如图5所示，如果使感测面与测量对象物o直接接触而将传感器元件1扫掠，则附着在测量对象物o的表面上的液体或粉尘进入到机械构造的间隙中。如果这样，则机械构造的运动被阻碍，测量精度变低。[0100]所以，如图7所示，本实施方式的触觉传感器aa具有收容传感器元件1的壳体2。由于传感器元件1被收容在壳体2中，所以液体及粉尘不侵入到传感器元件1中。即，触觉传感器aa具有防水性及防尘性。[0101]壳体2具有由框架51和外装体52构成的壳体主体50。在壳体主体50上形成有开口部53。开口部53被膜60封堵。传感器元件1其感测面被配置在开口部53，与膜60密接。当由触觉传感器aa测量触觉时，膜60与测量对象物o直接接触，传感器元件1的感测面经由膜60间接地与测量对象物o接触(参照图14)。因而，通过膜60从液体及粉尘中保护传感器元件1。[0102]如图8所示，框架51是大致板状的部件。框架51的表面(一方的主面)呈中央部分向外方突出的四角锥台形。将该四角锥台形的面称作粘贴面54。在框架51的内部，形成有从粘贴面54(表面)通到背面的狭缝55。狭缝55在粘贴面54的中央部即最突出的部分处开口。位于该粘贴面54的开口是开口部53。狭缝55及开口部53为横长，其x轴方向的尺寸比传感器元件1的宽度尺寸稍长。此外，狭缝55及开口部53的y轴方向的尺寸比传感器元件1的厚度稍长。[0103]在框架51的粘贴面54上粘贴着膜60。因此，开口部53被膜60封堵。另外，膜60只要将开口部53封堵即可，不需要粘贴到粘贴面54的整体。[0104]传感器元件1被从框架51的背面插入到狭缝55中。被插入到狭缝55中，传感器元件1其感测面到达膜60。[0105]如图9所示，框架51及传感器元件1被插入在外装体52的内部中。外装体52是具有内部空间的大致长方体的部件。在外装体52的一面上形成有将内部与外部连通的窗56。窗56是比开口部53大一圈的开口。[0106]如图10所示，如果将框架51与外装体52组合，则突出到外方的粘贴面54的中央部被配置在窗56内。即，开口部53的整体被配置在窗56内。此外，膜60的与开口部53及其周围对应的部分从窗56露出，其以外的部分被外装体52覆盖。[0107]如图7所示，框架51相对于外装体52被固定。框架51和外装体52的固定方法没有被特别限定，既可以将框架51卡止到设在外装体52的突起上，也可以用螺栓、螺母等的紧连工具紧连。[0108]此外，传感器元件1的基部10相对于壳体主体50被固定。基部10只要以相对于壳体主体50不运动的方式被固定即可，既可以直接固定也可以经由其他部件间接地固定到壳体主体50。固定方法没有特别限定。另外，传感器元件1的可动构造部(触头20a～20f及支承体30a～30f)能够相对于壳体主体50运动。[0109]传感器元件1的触头20a～20f的接触端21也可以配置在与开口部53相同的平面内，但优选的是从开口部53突出到外方。如果这样，则如图11所示，膜60被推抵在触头20a～20f的前端部，沿着接触端21的形状而一部分伸长。由此，在膜60的外表面上呈现出接触端21的形状。另外，膜60优选的是也与基准面14密接。[0110]膜60只要是具有柔性的膜即可。作为膜60可以使用聚氨酯、胶乳等的树脂膜。从品质的稳定性及耐久性的观点，优选的是使用被作为创可贴或医疗用手套等的原材料使用的医疗用膜作为膜60。[0111]在测量触觉时，膜60夹在触头20a～20f与测量对象物o之间(参照图14)。为了不使从测量对象物受到的力分散、衰减而传递给触头20a～20f，膜60优选为较薄。另一方面，膜60需要即使与测量对象物擦碰也不破裂之程度的耐久性。即，膜60只要具有某种程度的耐久性，优选的是较薄。例如，如果是8μm厚的医疗用膜(聚氨酯膜)，则充分薄，此外具有充分的耐久性。[0112]膜60的厚度优选的是与接触端21的直径相比充分薄。具体而言，膜60的厚度优选的是接触端21的直径以下，更优选的是直径的1/2以下，更加优选的是直径的1/3以下。例如，如果接触端21的直径是500μm，则膜60的厚度优选的是500μm以下，更优选的是250μm以下，更加优选的是170μm以下。如果这样，则从测量对象物受到的力不怎么被分散、衰减，能够维持传感器元件1的性能(空间分别率及灵敏度)。[0113]各触头20a～20f的接触端21被固定在膜60的内表面。在膜60的外表面在与测量对象物之间作用摩擦力。接触端21被固定，以使接触端21不会抵抗该摩擦力而相对于膜60偏移。接触端21与膜60的固定方法没有特别限定，例如可以采用以下的方法。[0114]如图12的(a)所示，作为膜60只要使用具有基层61和粘着层62的层构造的膜、即粘着膜即可。膜60以粘着层62为内表面而设置。由粘着层62将接触端21粘接在膜60上。另外，如果作为膜60而使用粘着膜，则向框架51的粘贴也较容易。[0115]如图12的(b)所示，也可以在接触端21上设置钉22，使钉22咬入到膜60中。钉22的数量没有特别限定，既可以是1个也可以是多个。为了抑制由钉22造成的膜60的破裂，钉22的长度优选的是设为膜60的厚度的一半以下。此外，也可以在接触端21上设置钉22并且作为膜60而使用粘着膜。[0116]这样，通过将接触端21粘接在膜60上，或者通过用钉22将接触端21固定在膜60上，接触端21相对于膜60不再偏移。因此，膜60从测量对象物受到的力容易被传递给触头20a～20f。[0117]本实施方式的传感器元件1具有横长的感测面。因此，如图13的(a)所示，开口部53只要做成在传感器元件1的宽度方向(x轴方向)上较长的长方形即可。在测量触觉时，膜60在扫掠方向(x轴方向)上与测量对象物擦碰。因此，在开口部53的扫掠方向的端部容易在膜60上发生褶皱。以该褶皱成为原因而膜60有可能破裂。[0118]所以，如图13的(b)所示，开口部53优选的是将扫掠方向的端部做成半椭圆形或半圆形。如果这样，则能够抑制在扫掠时在膜60上发生的应力集中，能够抑制膜60的破裂。[0119]另外，壳体2并不限定于上述结构。壳体主体50也可以不是由框架51及外装体52的两个部件构成的结构。也可以将壳体主体50构成为1个部件，也可以做成由3个以上的部件构成的结构。总之，只要在具有开口部53的壳体主体50上设置膜60，用膜60将开口部53封堵即可。如果这样，则膜60的固定较容易。[0120]此外，也可以将传感器元件1装入到内视镜、机械手臂等的装置中。在此情况下，也可以使用装入了传感器元件1的装置的壳体作为壳体主体50或外装体52。即，只要在装置的壳体上形成开口部53，将开口部53用膜60封堵即可。[0121]进而，壳体2也可以不具有壳体主体50。在能够防止液体及粉尘向传感器元件1的机械构造的间隙的侵入的形态中，只要以至少将感测面或接触端21覆盖的方式设置膜60即可。例如，也可以做成将传感器元件1的整体用膜60包裹的结构。[0122](触觉测量方法)[0123]接着，说明使用触觉传感器aa的触觉测量方法。[0124]触觉测量中的触觉传感器aa的操作基本上与单独使用传感器元件1的情况相同。即，如图14所示，一边将触觉传感器aa推抵在测量对象物o上一边进行扫掠。这里，传感器元件1的感测面经由膜60与测量对象物o接触。[0125]由于外装体52将膜60的一部分覆盖，所以相应地膜60与测量对象物o接触的面积变小。即，膜60仅在与开口部53及其周围对应的部分上与测量对象物o接触。此外，由于测量对象物o也与外装体52接触，所以触觉传感器aa的推抵力不是仅作用于膜60，也被外装体52分散。因此，能够抑制膜60与测量对象物o擦碰而破裂的情况。[0126]如果一边将触觉传感器aa推抵在测量对象物o上一边进行扫掠，则触头20a～20f在x轴方向及z轴方向上位移。基于该位移，能够测量测量对象物o的表面形状、摩擦力等。其原理与单独使用传感器元件1的情况相同。[0127]与单独使用传感器元件1的情况相比，触觉传感器aa在触头20a～20f经由膜60与测量对象物o间接接触这一点上不同。这里，如果触头20a～20f没有被固定在膜60上，则特别在受到切线力的情况下，膜60仅在横向上偏移，触头20a～20f不位移。但是，在本实施方式中，由于接触端21被固定在膜60的内表面上，所以触头20a～20f追随于与测量对象物o直接接触的膜60的运动而运动。因此，能够抑制传感器元件1的空间分别率及灵敏度的下降。[0128]如果一边将触觉传感器aa推抵在测量对象物o上一边进行扫掠，则如图15所示，有触觉传感器aa在扫掠方向上前倾的情况。在此情况下，如果框架51的粘贴面54是与开口部53同面的平面，则框架51的扫掠方向的端部咬入到测量对象物o中。于是，膜60中的与框架51的扫掠方向的端部对应的部分较强地擦碰而有可能破裂。[0129]对于这一点，本实施方式的框架51其粘贴面54为四角锥台形。即，框架51的扫掠方向的端部为倾斜面。该倾斜面以随着在扫掠方向上远离开口部53而从测量对象物o离开的方式倾斜。因此，即使在扫掠时触觉传感器aa前倾，也不易在膜60的一部分上作用较强的力，能够抑制膜60的破裂。[0130]如以上这样，触觉传感器aa能够兼顾传感器元件1具有的较高的空间分别率及灵敏度和防水性及防尘性。因此，在医疗、照护、美容健康领域等有可能附着汗或血液等的环境中也能够测量触觉。此外，在有可能附着粉尘或液滴等的工业领域中也能够测量触觉。[0131]〔第2实施方式〕[0132]传感器元件的结构并不限定于上述实施方式。例如，也可以使用图16所示的结构的传感器元件3。[0133]传感器元件3主要具有基部10、触头20及隔膜30。基部10具有圆柱状的空间部。该空间部的下侧开口部被隔膜30封堵。在隔膜30的中央立设有圆柱状的触头20。即，在基部10具有的圆柱状的空间部的中央设有触头20。此外，隔膜30是将触头20相对于基部10支承的支承体。[0134]传感器元件3将其上表面作为承受来自测量对象物的力的感测面。因而，基部10的上表面是基准面14，触头20的上表面是接触端21。[0135]在基部10与触头20之间设有触头20能够摆动的间隙。隔膜30通过触头20因外力在x轴方向、y轴方向上倾斜或在z轴方向上位移等而应变。为了检测这样的隔膜30的变形，在隔膜30上形成有位移检测器。[0136]如图17所示，本实施方式的触觉传感器bb其传感器元件3被收容在壳体4中。壳体4由具有开口部53的壳体主体50和将开口部53封堵的膜60构成。传感器元件3其感测面与膜60的内表面密接。基部10相对于壳体主体50被固定，接触端21被固定在膜60的内表面上。[0137]在由触觉传感器bb测量触觉时，一边将触觉传感器bb推抵在测量对象物o上一边进行扫掠。这里，传感器元件3的感测面经由膜60与测量对象物o接触。[0138]如果一边将触觉传感器bb推抵在测量对象物o上一边进行扫掠，则触头20在x轴方向、y轴方向及z轴方向上位移。基于该位移，能够测量测量对象物o的表面形状、摩擦力等。[0139]实施例[0140]接着，说明实施例。[0141]制作与第1实施方式的触觉传感器aa同样的结构的触觉传感器。传感器元件是将半导体基板加工而形成的。此外，通过3d打印机制作壳体主体。作为膜，使用厚度8μm的医疗用聚氨酯膜(日东电工股份公司制薄型膜敷料、优肌perme-roll lite(yuki perme-roll lite))。[0142]在有膜的情况和无膜的情况下，分别测量触头的z轴方向及x轴方向的弹簧常数。在测量中使用具有nn量程的力分别率的微机械测试仪(femtotools公司制ft－mta03)。将计测探头抵接在传感器元件的触头前端或由膜覆盖的触头前端上，通过精密地计测在传感器元件的z轴方向上连续地赋予了微小的位移的情况下的载荷变化(来自触头的支承体的反作用力的变化)，求出z轴方向的弹簧常数。同样，通过用计测探头在传感器元件的x轴方向上连续地赋予微小的位移并计测载荷变化，求出x轴方向的弹簧常数。将其结果表示在图18的(a)及图18的(b)中。图18的(a)的曲线图的横轴是触头的z轴方向的位移，纵轴是触头的反作用力。图18的(b)的曲线图的横轴是触头的x轴方向的位移，纵轴是触头的反作用力。[0143]z轴方向的弹簧常数在无膜的情况下是49.2n/m，在有膜的情况下是59.6n/m。x轴方向的弹簧常数在无膜的情况下是205.6n/m，在有膜的情况下是212.1n/m。这样，通过设置膜，z轴方向的弹簧常数增加21.1％，x轴方向的弹簧常数增加3.2％。这是因为，与触头密接的膜具有弹性。[0144]如果触头的弹簧常数增加，则与输入对应的触头的位移变小。这意味着，如果设置膜，则传感器元件的灵敏度以一定的比例下降。但是，根据图18的(a)及图18的(b)的曲线图可以确认，即使设置膜，也能够充分地维持响应的线性。[0145]接着，使用粗糙度标准片进行触觉的测量。使用的粗糙度标准片是三角形的凹凸以规定的间距连续的表面形状。将触觉传感器在横截凹凸的方向上扫掠，得到测量信号。[0146]在图19中表示测量约250μm间距的粗糙度标准片的情况。在凹凸量的信号中未确认有因膜的有无带来的影响。另一方面，关于摩擦力的信号，与无膜的情况相比，在有膜的情况下波形变得平滑。考虑这是因为，通过膜缓冲了触头对于粗糙度标准片的凹凸的接触。[0147]在图20中表示测量32μm间距的粗糙度标准片的情况。与无膜的情况相比，在有膜的情况下确认了凹凸量的振幅下降。但是，能够进行凹凸的识别。因而，确认了即使设置膜也能够维持50μm以下的空间分别率。[0148]如以上这样，可以说通过设置膜而传感器元件的机械特性变化。但是，与较硬的触头的端部相比，具有柔性的膜更接近于人的皮肤。因而，也可以认为设置膜更能够在接近于人的触觉的条件下测量触觉。[0149]接着，测量空气中及水中的触觉传感器的灵敏度。图21的(a)是测量与在空气中从测量对象物受到的z轴方向的力对应的灵敏度的曲线图。[0150]图21的(b)是测量与在水中从测量对象物受到的z轴方向的力对应的灵敏度的曲线图。图21的(a)及图21的(b)的曲线图的横轴是触头的z轴方向的位移，纵轴是由纵位移检测器测量出的电阻值的变化率。根据各曲线图的斜率求出灵敏度。[0151]空气中的灵敏度是739ppm/μm，水中的灵敏度是735ppm/μm。由此，确认了在空气中及水中灵敏度都没有变化。此外，即使是水中的测量，也没有水对传感器元件的侵入，没有发生检测电路的短路等。[0152]接着，在空气中、水中、甘油中，用触觉传感器扫掠表面平坦的玻璃板的表面，求出摩擦系数。将其结果表示在图22中。由图22可知，甘油中的摩擦系数比其他情况低。这是由甘油的作为润滑剂的作用带来的。这样，确认了也能够正确地测量液体中的摩擦力。[0153]接着，对于在手术训练等中使用的模拟内脏的表面用触觉传感器进行测量。使用的模拟内脏包含70％以上的水分，在表面上存在微细的凹凸。此外，在模拟内脏的一部分中埋入了比周边的组织硬的模拟血管。将触觉传感器在横截模拟血管的方向上扫掠，测量触觉。[0154]将其结果表示在图23中。确认了能够用触觉传感器以较高的分别率检测模拟内脏表面的微细的凹凸和摩擦力。此外，根据凹凸及摩擦力的波形，能够识别出被埋入在模拟内脏中的模拟血管的位置。由此确认，通过触觉传感器能够测量湿的测量对象物的触觉，也能够应用于医疗用途。[0155]标号说明[0156]aa、bb触觉传感器[0157]1、3ꢀꢀꢀꢀ传感器元件[0158]2、4ꢀꢀꢀꢀ壳体[0159]10ꢀꢀꢀꢀꢀ基部[0160]20a～20f触头[0161]21接触端[0162]30a～30f支承体[0163]40a～40f位移检测器[0164]50ꢀꢀꢀꢀꢀ壳体主体[0165]51ꢀꢀꢀꢀꢀ框架[0166]52ꢀꢀꢀꢀꢀ外装体[0167]53ꢀꢀꢀꢀꢀ开口部[0168]54ꢀꢀꢀꢀꢀ粘贴面[0169]60ꢀꢀꢀꢀꢀ膜









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