人工汗の組成、並びに、人工汗を供給する方法及び人工汗機能を有するセンサおよびセンサ部品
【課題】検出対象物に接触するセンサまたはセンサ部品（センサ周辺材料やセンサ保護材）の、接触にともなう摩擦（激しい振動と摩擦熱）や摩耗や損傷から保護、センサ受容信号のかく乱を防止、センサ受容信号の安定化、接触対象物の識別明瞭化、さらには、接触面の消毒・殺菌・清浄化機能を提供する。
【解決手段】水と、炭素原子と結合した少なくとも１個のＯＨ基を有する少なくとも１種の水溶性化合物の基材成分からなる人工汗７、この各基材成分の濃度と供給量を変化させ、センサ１１またはセンサ部品と検出対象物との接触面間の摩擦をコントロールし、センサまたはセンサ部品の摩擦熱・摩耗・損傷からの保護、センサ受容信号の安定化、接触対象物の識別明瞭化、さらにはセンサ接触面の消毒・殺菌・清浄化する方法。
【解決手段】水と、炭素原子と結合した少なくとも１個のＯＨ基を有する少なくとも１種の水溶性化合物の基材成分からなる人工汗７、この各基材成分の濃度と供給量を変化させ、センサ１１またはセンサ部品と検出対象物との接触面間の摩擦をコントロールし、センサまたはセンサ部品の摩擦熱・摩耗・損傷からの保護、センサ受容信号の安定化、接触対象物の識別明瞭化、さらにはセンサ接触面の消毒・殺菌・清浄化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工汗の組成、並びに、人工汗を供給する方法、人工汗機能を有するセンサ及びセンサ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサが使用される様々な部品において、センシングを行う際、センサまたはセンサが組み込まれた部品が、センシング（検出）する対象物に直接または間接的に接触し発生する高い摩擦（摩擦係数）による摩擦熱や激しい振動がセンサ受容信号をかく乱し、センサまたはセンサ部品を摩耗・損傷させる。これらの課題を解決するため、その可能性のあるセンサまたはセンサ部品（周辺材料を含む）または検出対象物の表面を保護する、あるいはセンサ受容信号を安定化するため、ヒトの感覚器を有する皮膚機能特有の瞬間的かつ流動的な保護膜である汗、これに代わる人工の汗の機能を提案し、提供する必要がある。
【０００３】
例えば、先行技術にあるセンサを保護する固定された材料については、特許文献１に開示されるように、圧力センサ表面に保護膜（シリコン窒化膜を固定）を使用する方法、特許文献２に開示されるように、流量センサ表面に保護膜（ＤＬＣやアルミナ、ＳｉＮを固定）を使用する方法、特許文献３〜４に開示されるように、バイオセンサ表面またはケミカルセンサ表面に保護膜（絶縁性有機物を固定）を使用する方法、特許文献５に開示されるように、超音波センサ表面に保護膜（各種金属、各種合成樹脂、ガラス、ゴムなどを固定）を使用する方法、特許文献６に開示されるように、電気化学センサ表面に保護膜（シリカ含有のエラストマーを固定）を使用する方法、また、先行技術にある潤滑剤を供給するための方法または利用可能な方法として、特許文献７〜９に開示されるように、インクジェット装置により供給する方法、特許文献１０に開示されるように、エアロゾルを生成しオイルミストを噴霧供給する方法、特許文献１１に開示されるように、センサから得た信号をもとに軸受に潤滑油を自動的に給油する方法、特許文献１２に開示されるように、ロボット走行のために潤滑油を自動給油する方法、などが知られている。
【特許文献１】特開２００５−１８１０６６号公報
【特許文献２】特開２００８−８２７６８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０３２１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２０５４６号公報
【特許文献５】特開２００６−９４４５９号公報
【特許文献６】特開平８−１９３９６９号公報
【特許文献７】特開２００４−３５１２６０号公報
【特許文献８】特開２００３−１９７９０号公報
【特許文献９】特開２００２−３７０３８４号公報
【特許文献１０】特開２００９−２２６４０２号公報
【特許文献１１】特開２００４−３１６７０７号公報
【特許文献１２】特開平１０−２１６６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では、センサまたはセンサ表面に固定された保護膜またはセンサを内部に設けるセンサ周辺材料（以下、センサ部品という）が一旦傷つくとなかなか修復が難しく、センサ部品が有機材料の場合、特に、エラストマーのような柔軟性の高い材料の場合、無機材料のように硬い材料に比べ微小荷重の接触状態（例えば、触覚信号など）をセンサで敏感に検知できるが、弾性ヒステリシス損失の発生や、その平滑面においては吸着現象（スティクションやスティック・スリップ）に伴う高い摩擦係数（摩擦熱）の発生と、同時に発生するはげしい振動により、センサ受容信号がかく乱される、またはセンサ部品が損傷する、または摩耗するなどの課題がある。
【０００５】
前記センサ部品が無機材料の場合、特に高硬度の材料は耐摩耗性や耐久性という点で優れているが、センサ部品の接触相手材料が硬い場合には、接触面圧が高くなりやすく、傷（スクラッチ）や凝着摩耗を起こすなどの課題がある。
【０００６】
さらに、前記センサ部品が接触する相手材がセンサ部品よりも柔らかい場合、特に、柔軟性の高いエラストマー系の有機材料では、上述の有機材料のセンサ部品同様の課題がある。
【０００７】
センサ部品が接触した際に発生する高い摩擦係数とそれに伴うはげしい振動は、その摩擦熱により接触部の表面温度が高温となり、センサ部品にダメージを与える、センサ受容信号をかく乱するなどの課題もある。
【０００８】
さらに、センサ部品が接触する対象物によっては、接触した際に有害物質（毒物、微生物、細菌、ウイルスなど）がセンサ部品表面を汚染されるなどの課題もある。
そこで、本発明は、センサ部品と接触相手面との間の摩擦係数を調整し、センサ受容信号の安定化、センサ保護、センサ部品材料および接触相手材料の摩耗と摩擦熱の低減、接触する相手材料の摩擦係数の差を明瞭化し材料の判別を容易にする、センサ部品と接触相手面の相互の接触表面の消毒・殺菌・清浄化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明は、センサ部品またはセンサ機能を有する材料の表面に、水と、炭素原子に結合した少なくとも１個のＯＨ基を有する１種の水溶性化合物（以下、水溶性化合物という）からなる人工の汗（以下、人工汗という）を供給し、かつ人工汗の各基材成分の混合比および／または人工汗の供給量を変化させることで、接触対象物との摩擦係数を流動的にコントロールすることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサ部品の表面に人工汗を供給することで、センサ部品が接触する相手面に対し、センサ部品と接触相手面間の吸着や凝着と、それにともなう高い摩擦係数の発生と摩耗を抑制することができ、同時に、センサ受容信号の安定化とセンサまたはセンサ部品を保護することができる。
【００１１】
センサ部品と平滑な接触相手面との間にあるわずかな水分が、吸着現象（ラプラス圧力）を発生させ、高い摩擦係数の発生と同時に、センサ受容信号をかく乱するはげしい振動を発生するが、このとき人工汗を供給することで、人工汗の十分な流動膜と水溶性化合物の官能基のヒドロキシル基（ＯＨ基）が、水の表面張力（またはラプラス圧力）を低下させ、吸着現象と高い摩擦係数の発生を抑え、安定したセンサ受容信号を提供することができる。
【００１２】
センサ部品と粗い接触相手面との接触においては、前記平滑な接触相手面よりも同一条件化で真実接触面積は減少し、その粗さの効果が前記吸着現象を抑える効果を改善する一方で、例えば、触覚センサでは、接触面積（触覚面積）の減少とともに触覚情報が減少し、結果として不明瞭な（微弱な）触覚センサ受容信号となるが、ここに人工汗を供給することで、本来ならば接触できない、例えば、窪みや溝のような部分に、人工汗が浸透し、人工汗が触覚情報を間接的にセンサ部品へと伝達し、センサ受容信号を明瞭化することができる。
【００１３】
例えば、紙（セルロース繊維）のような粗い表面で、高い吸湿性（または親水性）の接触相手面では、人工汗中の水分が繊維に浸透すると同時に、その接触面間のラプラス圧力を高くし摩擦係数を増加させ、人工汗中の水溶性化合物がその接触相手面の表面に吸着・保護し、摩耗を抑制することができる。
【００１４】
前記特性から、センサ部品が接触する対象物の高吸湿性（または親水性）と低吸湿性（または疎水性）の材料の差を、人工汗を用いることで、対象物表面での人工汗の吸着性または人工汗のぬれ性または人工汗膜の形成能力の差が、接触面間の摩擦の差となって、材料判別を容易にすることができる。
【００１５】
さらに、センサ部品と検出対象物間の人工汗の供給とその蒸発にともなう気化熱により、接触面間の摩擦熱を冷却することができる。
【００１６】
さらに、人工汗の基材成分の水溶性化合物に、消毒・殺菌性のある、例えば、エチルアルコール（エタノール）や酢酸など、を用いることで、センサ部品または接触する相手材表面を消毒・殺菌・清浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。また、図面においては、寸法比率は説明のものとは必ずしも一致していない。
【００１８】
まず、簡単のため単純なセンサ部品の配置と人工汗を供給する回路と方法、人工汗の組成について説明する。
【００１９】
（人工汗供給方法）
図１に基づき、センサ部品の配置と人工汗の供給方法について説明する。人工汗の基材成分である水２、そしてもうひとつの人工汗の基材成分である少なくとも１種類の水溶性化合物３を入れ、人工汗容器の上流に設置されたポンプ（インクジェット式の場合は人工汗容器の下流に設置するのが好ましい）などの加圧装置１あるいは気化装置あるいは毛細管力による負圧による液送などによって、接触をともなうセンサ８表面またはセンサ部品材料９表面に、人工汗の基材成分２、３が人工汗７となって供給される。なお、人工汗容器は、各種水溶性化合物保存のため、複数あってもよい。
【００２０】
（人工汗容器）
人工汗容器は、水２に少なくとも１種の水溶性化合物３を予め０〜１００質量％の範囲内で設定した濃度の混合液を入れてもよく、この場合、人工汗容器は合計で少なくとも１個でよい。
【００２１】
（人工汗の供給量とタイミング）
人工汗の供給のタイミング（または供給量）については、センサ接触部表面に設置されたセンサ８またはセンサ部品内部に設置されたセンサ１０から検知される受容信号が、アンプ１１により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２、マイコンまたはパーソナルコンピュータ１３に送信される。
【００２２】
（センサ部品保護のための人工汗供給のためのループ信号制御・フィードバック信号制御）
コンピュータ１３によって、センサ８またはセンサ部品９が検出対象物との接触にともない発生するセンサ受容信号、例えば、圧力信号など、がセンサ８、１０またはセンサ部品９で高い摩擦を発生する、または損傷または摩耗するレベルの値、例えば、検知された受容信号の大きさ、周波数、信号波形など、に到達したとき、加圧装置１へインバータ制御またはＯＮ−ＯＦＦ制御、または制御バルブ４へバルブ開閉制御など、制御信号が送信され、センサ受容信号が安全な値に復帰するまで、ループまたはフィードバック制御される。
【００２３】
前記制御方法により、人工汗容器より、人工汗７中の水２と少なくとも１種の水溶性化合物３が、個別に複数の配管、または同一配管内へ送られ、人工汗中の固形異物除去のためのろ過フィルタ５を通過し、人工汗を供給する汗孔６へと導かれる。ただし、予め人工汗が十分ろ過されたものが人工汗容器にある場合は、ろ過フィルタ５はなくてもよい。
【００２４】
人工汗７が個別の配管で送られてくる場合、水２と少なくとも１種の水溶性化合物３が、汗孔６の空間で瞬間的に混ざり、センサ部品９またはセンサ８の隙間（またはセンサ内部を貫通する孔）を通過して、センサ部品９またはセンサ８表面へ人工汗７が供給される。
【００２５】
（センサ部品外部より人工汗が供給される場合）
センサ部品９の外部より人工汗７が供給される場合、人工汗基材成分である水２と少なくとも１種の水溶性化合物３は、バルブ４を通過した後、同一配管または個別の配管と前記汗孔６に相当する空間を通過し、センサ８またはセンサ部品９表面に供給される。このとき、孔工６部に噴霧ノズル等を付加するなど、人工汗７の供給状態を調整することが望ましい。
【００２６】
（汗孔の説明）
図２に示すように、汗孔６（ａとｂ）は、センサ部品９の内部または表面に配置し、個別に送られてくる人工汗基材成分の水２と少なくとも１種の水溶性化合物３が、汗孔６の空間汗孔（ｂ）の最大容積１０ｍｌの空間内で混合し、人工汗７としてセンサ部品９表面に汗孔６（ａ）より排出・供給される。このとき人工汗７は、気体、ミスト（噴霧）、液体のいずれかの状態でよく、また、汗孔６内に、親水性材料、例えば、親水性高分子ゲル／ゾル、親水性ファイバなど、を封入または導入してもよい。
【００２７】
図２のセンサ部品９材料が弾性体（エラストマー）の場合、検出対象物との接触の際に発生する圧力による圧迫により、人工汗７がセンサ部品９表面に排出・供給される。
【００２８】
（人工汗機能を有するセンサ部品の応用例）
人工汗機能を有するセンサ部品の応用例として、多指型ロボットハンドに装備されたセンサ部品９と、センサ（８、１０）の配置および人工汗供給孔の部分断面図を、図３に示す。後述の各種センサを装備可能であるロボットハンドの接触部分には、後述の各種センサ部品９材料が使用され、摩擦を調整するための人工汗の供給孔（汗孔６）が装備される。
【００２９】
（センサ部品表面の凹凸またはテクスチャ）
センサ部品９またはセンサ８の表面に人工汗溜まり（汗溝）や、人工汗による不要なすべりを防止するために、センサ部品９の表面に、ドット径またはライン幅が５０ｎｍ〜１０ｍｍで高さ１ｎｍ〜１０ｍｍの少なくとも１個のドットパターンおよび／またはラインパターンの凹凸を形成し、凹部または／および凸部の表面にある少なくとも１個の汗孔６から、人工汗７が分泌・供給される。このとき、汗孔６の孔径は１ｎｍ〜１０ｍｍであり、人工汗の各基材成分（２、３）が孔より別々または一緒に分泌・供給される。
【００３０】
図４平面図に示すように、ドットパターンは、例えば、四角形（ドットパターン１）、円形（ドットパターン２）、三角形、多角形、または不定形の突起または窪みである。
【００３１】
図４平面図に示すように、ラインパターンは、例えば、ストライプパターン１のように縞状、もしくは同心円状のストライプパターン２などの縞状の凹凸形状を形成する。
【００３２】
（人工汗の組成）
人工汗は、水２と、炭素原子に結合した少なくとも１個のヒドロキシル基を有する少なくとも１種の水溶性化合物３を、基材成分とし、水または水溶性化合物を０〜１００質量％の範囲内で濃度を変化させることで、摩擦係数を調整するためのものである。
【００３３】
（水溶性化合物の説明）
水溶性化合物３としては、水溶性かつ炭素原子に結合したＯＨ基を有する化合物であればよい。ここで言う炭素原子に結合したＯＨ基とは、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）やフェノール基等の複雑な官能基に含まれるものも含む概念である。
【００３４】
このような水溶性化合物３としては、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性の炭化水素類の他、水溶性アルコール類（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、アルカンジオール、エリスリトール、グリセリン、ポリグリセリン、キシリトール、ジグリセリン、ヘキサジオール、ヘキシトール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等）、ヒアルロン酸等）、カルボン酸類（例えば、酢酸等）、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性エステル類、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性エーテル類、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性ハロゲン化有機化合物等が挙げられる。これらの中でも、特に、水溶性アルコール類が好ましい。
【００３５】
（人工汗基材成分以外の添加剤）
人工汗機能をさらに改善する目的で、人工汗基材成分２，３中に基材成分以外の添加剤を加えてもよく、このとき添加剤濃度は１質量ｐｐｍ〜１０質量％の範囲内が望ましく、例えば、粒径１ｎｍ〜１００μｍの固体潤滑剤（フッ素系粒子、フッ素添加カーボンやアモルファスカーボンやグラファイトやＣ６０などの炭素粒子、二硫化モリブデン粒子等）を添加するなど好例である。この場合、図１のろ過フィルタ５のろ過精度は、粒径サイズよりも大きくしなくてはならない。
【００３６】
人工汗７は、検出対象物表面に残渣あるいは汚染しないものが望ましく、この場合、例えば、エタノールやメタノールなどが好例である。
【００３７】
高温環境または引火または発火してはならない使用環境では、人工汗の水溶性化合物は、例えば、エチレングリコールなどの難燃性の材料が好ましい。
【００３８】
（センサ部品の説明）
図１に示すセンサ部品９は、センサ検出対象物と直接接触をともなうセンサの保護膜またはセンサまたはセンサを内部に設けるセンサ周辺材料であり、無機材料（セメント、耐火物、磁性材料、金属の製錬加工物、ガラスなど）および／または有機材料（化学合成樹脂、高分子ゲルまたはゾル、ゴム、合成繊維、セルロースなど）である。
【００３９】
（センサの種類）
図１に示すセンサ８またはセンサ１０の種類は、人工汗を用いることが可能な物理センサまたは化学センサの全般で、例えば、力センサでは、圧力センサ、光学的圧力センサ、半導体圧力センサ、ＳＡＷフォースセンサ、ひずみセンサなど、また、光センサでは、例えば、光量センサ、超高速光センサ、ホトトランジスタ、フォトンセンサ、画像センサ、半導体イメージセンサ、色センサ、光の位相センサ、偏光応用のセンサなど、また、温度センサでは、接触式温度センサ、非接触式温度センサ、集電型温度センサ、ＳＡＷ型放射温度センサ、光ファイバ温度センサなど、また、速度センサでは、例えば、光ドップラー速度センサ、光集積化速度センサ、光ファイバジャイロスコープ、集積化加速度センサ、磁気型加速度センサ、流速または流量センサなど、化学物質センサでは、半導体ガスセンサ、固体電解質ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ、公害ガスモニタリングセンサ、非接触式ガスセンサ、レーザーガスセンサ、イオンセンサ、分子認識センサなど、バイオセンサでは、酵素センサ、分子素子、ＤＮＡチップなど、リアクター型バイオセンサ、などである。
【００４０】
（人工汗によるセンサ部品および検出対象物の表面の消毒・殺菌）
図１に示すセンサ部品９またはセンサ８と検出対象物との接触面または表面を消毒・殺菌するには、人工汗７の水溶性化合物３に、例えば、エタノールや酢酸などを使用し、特に、エタノール水溶液の場合、エタノール体積濃度を７０〜９０％（１５℃環境）の範囲内の人工汗７を供給するのが好ましい。
【００４１】
（人工汗によるセンサ部品および検出対象物の表面の清浄化）
図１に示すセンサ部品９またはセンサ８と検出対象物との接触面または表面を清浄化するには、水および／または炭素数１〜３個の水溶性化合物の人工汗が望ましく、このときの人工汗の供給量は１ｃｍ２当り１０ｍｌ／秒以下の流量で、かつ可能な限り高流量で供給（フラッシング）することが好ましい。
【実施例】
【実施例１〜７】
【００４２】
まず、水溶性化合物（ここではエタノール）の水中質量濃度を０〜１００質量％の範囲内で変化させた人工汗を、平滑な（表面粗さＲａ０．０１μｍ）かつ清浄なアクリル樹脂表面に滴下し、各濃度の人工汗の滴形をデジタル・マイクロスコープにより撮影し、その滴形から接触角（人工汗膜の形成能）を確認した。
【００４３】
さらに、図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサ（ひずみゲージ）と前記アクリル樹脂との接触表面に、前記水溶性化合物の人工汗を濃度別に定量（０．０６ｍｌ）供給し、定荷重下（０．２５Ｎ）かつ往復動（０〜０．０２ｍ／ｓ）の範囲内で摩擦係数を測定し、人工汗の有効性を確認した。
【００４４】
（比較例１）
人工汗を供給しない以外は、実施例１〜７同様にして摩擦係数を測定した。
【実施例８】
【００４５】
すべり接触面が紙（ＰＰＣ用紙、粗さＲａ２．３８μｍ）以外は、実施例１〜７同様にして摩擦実験を実施した。
【実施例９】
【００４６】
図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサに、人工汗を定量（０．０６ｍｌ）供給した場合とそうでない場合の、アクリル表面と紙（ＰＰＣ用紙）の差を、内部にある垂直に配置した２つのひずみゲージの信号で比較した。
【００４７】
（評価）
まず、アクリル表面において、エタノール濃度０〜１００質量％範囲内の人工汗の接触角測定結果を図６に示す。
【００４８】
図６に示されるように、人工汗中のエタノール濃度の上昇とともに水の接触角（表面張力）が、瞬時に低下することから、エタノール濃度を意図的に変化させることで、水の接触角を瞬時に調整できることが容易に理解できる。
【００４９】
これは、本発明の最も主要な特徴である人工汗の基材成分である水溶性化合物（ここではエタノール）中の官能基であるヒドロキシル基（ＯＨ基）が、もうひとつの基材成分の水分子と検出対象物（ここではアクリル表面）に吸着し、水の表面張力を弱め、結果として、水溶性化合物またはヒドロキシル基の濃度、すなわち、エタノール濃度の変化とともに、人工汗の膜形成能力を瞬時に変化・調整できることが理解できる。
【００５０】
表１に、実施例１〜７の接触角測定結果と摩擦実験結果を示す。
【表１】
【００５１】
図６に示された人工汗の接触角（膜形成能力あるいは吸着能力）の変化にともない、表１の結果に示すように、摩擦係数も変化させることが可能であることが理解できる。
【００５２】
図５に示されたシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサは、アクリル表面に対し摩擦係数でおおよそ１を越えると、時間の経過とともに、シリコーンゴムは破断し、内部のひずみセンサに大きな損傷を与えることがわかっている。
【００５３】
このようなセンサまたはセンサ部品または検出対象物にダメージを与えるようなセンサ受容信号を検知した際、適切な供給量または水溶性化合物濃度の人工汗が供給されれば、適切な摩擦係数に調整でき、センサまたはセンサ部品または検出対象物を保護できることが容易に理解できる。
【００５４】
図７に、実施例１〜７（人工汗あり）および比較例１（人工汗なし）に係わる摩擦係数と水中エタノール濃度の関係を示す。
【００５５】
図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサのアクリル表面との接触において、センサを保護するためには、図７の近似曲線より、おおよそ水溶性化合物（エタノール）濃度を２０質量％以上にしてやればよい。ただし、図５のようにロボットハンドの“握る”という機能においては、摩擦係数は低すぎても問題であり、できるだけ水溶性化合物（実施例ではエタノール）濃度は低い値に設定することが好ましい。
【００５６】
また、図７に示すように、水溶性化合物（エタノール）濃度の上昇とともに、摩擦係数の変動が小さくなる傾向も理解できる。
【００５７】
すなわち、接触面における吸着現象（スティクション現象）やスティック・スリップのように、センサまたはセンサ部品が検出対象物に吸着したり、離れたりする現象により、激しい振動が発生するため、このような条件下でのセンサ検出操作は、センサ受容信号をかく乱するなど、センサにとっては好ましくない。
【００５８】
このような課題に対しても、人工汗中の水溶性化合物濃度（実施例ではエタノール濃度）を調整することで、前記のはげしい振動を抑制し、安定した接触を実現することができる。
【００５９】
表１および図７に示される比較例１結果のように、人工汗がない場合は、人工汗を供給した場合（実施例１〜７）よりも高い摩擦係数を示すことがわかる。
【００６０】
図８に、実施例８の結果を示す。
【００６１】
図８に示されるように、図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサが紙（ＰＰＣ用紙）表面に接触した際、人工汗が水単体では接触の際に発生する紙（ＰＰＣ用紙）の摩耗を、人工汗中の水溶性化合物（ここではエタノール）が抑制することがわかる。
【００６２】
図９に、実施例９の結果を示す。
【００６３】
図９に示されるように、図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサ内に垂直に配置された２つの触覚センサ（ひずみゲージＡとＢ）の受容信号のプロット座標位置において、従来技術のように人工汗がない場合、接触対象物のアクリル樹脂と紙（ＰＰＣ用紙）との判別が困難であることがわかる。
【００６４】
ここに、人工汗を供給することで、かつ水溶性化合物（ここではエタノール）濃度を高くすることで、センサＡ信号とセンサＢ信号のプロット座標位置において、接触対象物のアクリル樹脂と紙（ＰＰＣ用紙）を分離し、判別（識別）を容易にすることが理解できる。
【００６５】
これらの実施例１〜９の結果から、人工汗の基材成分の水と少なくとも１種の水溶性化合物（実施例ではエタノールを使用）の濃度を変化させる、および／または人工汗の供給の有無によって、センサまたはセンサ部品または検出対象物の摩擦をコントロールし、それらの材料を摩耗から保護、接触にともなうはげしい振動を抑制、接触対象物の判別を容易にする機能を理解できる。
【００６６】
おそらく、人工汗の基材成分の水分子によるメニスカス効果や分子吸着性と、もうひとつの基材成分である水溶性化合物の親水基（すなわちヒドロキシル基）の吸着性と水溶性化合物中の疎水基（または親油基）の吸着性と人工汗膜形成能力等が、センサまたはセンサ部品または検出対象物との摩擦係数をコントロールし、前記機能を発揮しているものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態を示す模式断面図である。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態を示す図１に続く模式斜視図および部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の好適な実施形態に係わる応用例（多指型ロボットハンド）の模式斜視図および部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の好適な実施形態を示す図２に続くセンサまたはセンサ部品表面の凹凸パターンに関する模式平面図である。
【図５】図５は、実施例１〜７に用いられたシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサ（ひずみセンサ）の内部構成の斜視図である。
【図６】図６は、実施例１〜７に係わる人工汗（水とエタノール）の濃度別接触角の測定写真である。
【図７】図７は、実施例１〜７において摩擦係数と人工汗アルコール濃度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例８において人工汗中のアルコール（エタノール）の有無を比較した実施後の紙表面の写真である。
【図９】図９は、実施例９においてヒト指型触覚センサ（図５）の２つのひずみセンサ（触覚センサ）信号出力を人工汗の有無または濃度別に比較したグラフである（人工汗なし、人工汗（水）、人工汗（エタノール５０質量％））。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・ポンプまたは加圧装置、２・・・人工汗（水）、３・・・水溶性化合物、４・・・バルブ、５・・・ろ過フィルタ、６・・・汗孔、７・・・人工汗、８・・・外部センサ、９・・・センサ部品（センサ周辺材料またはセンサ保護材料）、１０・・・内部センサ、１１・・・アンプ（センサ用増幅器）、１２・・・Ａ／Ｄコンバータ、１３・・・マイクロコンピュータまたはパーソナルコンピュータによるセンサ受容信号の情報処理、１４・・・人工汗の供給量調整のためのフィードバック制御信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工汗の組成、並びに、人工汗を供給する方法、人工汗機能を有するセンサ及びセンサ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサが使用される様々な部品において、センシングを行う際、センサまたはセンサが組み込まれた部品が、センシング（検出）する対象物に直接または間接的に接触し発生する高い摩擦（摩擦係数）による摩擦熱や激しい振動がセンサ受容信号をかく乱し、センサまたはセンサ部品を摩耗・損傷させる。これらの課題を解決するため、その可能性のあるセンサまたはセンサ部品（周辺材料を含む）または検出対象物の表面を保護する、あるいはセンサ受容信号を安定化するため、ヒトの感覚器を有する皮膚機能特有の瞬間的かつ流動的な保護膜である汗、これに代わる人工の汗の機能を提案し、提供する必要がある。
【０００３】
例えば、先行技術にあるセンサを保護する固定された材料については、特許文献１に開示されるように、圧力センサ表面に保護膜（シリコン窒化膜を固定）を使用する方法、特許文献２に開示されるように、流量センサ表面に保護膜（ＤＬＣやアルミナ、ＳｉＮを固定）を使用する方法、特許文献３〜４に開示されるように、バイオセンサ表面またはケミカルセンサ表面に保護膜（絶縁性有機物を固定）を使用する方法、特許文献５に開示されるように、超音波センサ表面に保護膜（各種金属、各種合成樹脂、ガラス、ゴムなどを固定）を使用する方法、特許文献６に開示されるように、電気化学センサ表面に保護膜（シリカ含有のエラストマーを固定）を使用する方法、また、先行技術にある潤滑剤を供給するための方法または利用可能な方法として、特許文献７〜９に開示されるように、インクジェット装置により供給する方法、特許文献１０に開示されるように、エアロゾルを生成しオイルミストを噴霧供給する方法、特許文献１１に開示されるように、センサから得た信号をもとに軸受に潤滑油を自動的に給油する方法、特許文献１２に開示されるように、ロボット走行のために潤滑油を自動給油する方法、などが知られている。
【特許文献１】特開２００５−１８１０６６号公報
【特許文献２】特開２００８−８２７６８号公報
【特許文献３】特開２００７−１０３２１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２０５４６号公報
【特許文献５】特開２００６−９４４５９号公報
【特許文献６】特開平８−１９３９６９号公報
【特許文献７】特開２００４−３５１２６０号公報
【特許文献８】特開２００３−１９７９０号公報
【特許文献９】特開２００２−３７０３８４号公報
【特許文献１０】特開２００９−２２６４０２号公報
【特許文献１１】特開２００４−３１６７０７号公報
【特許文献１２】特開平１０−２１６６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方法では、センサまたはセンサ表面に固定された保護膜またはセンサを内部に設けるセンサ周辺材料（以下、センサ部品という）が一旦傷つくとなかなか修復が難しく、センサ部品が有機材料の場合、特に、エラストマーのような柔軟性の高い材料の場合、無機材料のように硬い材料に比べ微小荷重の接触状態（例えば、触覚信号など）をセンサで敏感に検知できるが、弾性ヒステリシス損失の発生や、その平滑面においては吸着現象（スティクションやスティック・スリップ）に伴う高い摩擦係数（摩擦熱）の発生と、同時に発生するはげしい振動により、センサ受容信号がかく乱される、またはセンサ部品が損傷する、または摩耗するなどの課題がある。
【０００５】
前記センサ部品が無機材料の場合、特に高硬度の材料は耐摩耗性や耐久性という点で優れているが、センサ部品の接触相手材料が硬い場合には、接触面圧が高くなりやすく、傷（スクラッチ）や凝着摩耗を起こすなどの課題がある。
【０００６】
さらに、前記センサ部品が接触する相手材がセンサ部品よりも柔らかい場合、特に、柔軟性の高いエラストマー系の有機材料では、上述の有機材料のセンサ部品同様の課題がある。
【０００７】
センサ部品が接触した際に発生する高い摩擦係数とそれに伴うはげしい振動は、その摩擦熱により接触部の表面温度が高温となり、センサ部品にダメージを与える、センサ受容信号をかく乱するなどの課題もある。
【０００８】
さらに、センサ部品が接触する対象物によっては、接触した際に有害物質（毒物、微生物、細菌、ウイルスなど）がセンサ部品表面を汚染されるなどの課題もある。
そこで、本発明は、センサ部品と接触相手面との間の摩擦係数を調整し、センサ受容信号の安定化、センサ保護、センサ部品材料および接触相手材料の摩耗と摩擦熱の低減、接触する相手材料の摩擦係数の差を明瞭化し材料の判別を容易にする、センサ部品と接触相手面の相互の接触表面の消毒・殺菌・清浄化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明は、センサ部品またはセンサ機能を有する材料の表面に、水と、炭素原子に結合した少なくとも１個のＯＨ基を有する１種の水溶性化合物（以下、水溶性化合物という）からなる人工の汗（以下、人工汗という）を供給し、かつ人工汗の各基材成分の混合比および／または人工汗の供給量を変化させることで、接触対象物との摩擦係数を流動的にコントロールすることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサ部品の表面に人工汗を供給することで、センサ部品が接触する相手面に対し、センサ部品と接触相手面間の吸着や凝着と、それにともなう高い摩擦係数の発生と摩耗を抑制することができ、同時に、センサ受容信号の安定化とセンサまたはセンサ部品を保護することができる。
【００１１】
センサ部品と平滑な接触相手面との間にあるわずかな水分が、吸着現象（ラプラス圧力）を発生させ、高い摩擦係数の発生と同時に、センサ受容信号をかく乱するはげしい振動を発生するが、このとき人工汗を供給することで、人工汗の十分な流動膜と水溶性化合物の官能基のヒドロキシル基（ＯＨ基）が、水の表面張力（またはラプラス圧力）を低下させ、吸着現象と高い摩擦係数の発生を抑え、安定したセンサ受容信号を提供することができる。
【００１２】
センサ部品と粗い接触相手面との接触においては、前記平滑な接触相手面よりも同一条件化で真実接触面積は減少し、その粗さの効果が前記吸着現象を抑える効果を改善する一方で、例えば、触覚センサでは、接触面積（触覚面積）の減少とともに触覚情報が減少し、結果として不明瞭な（微弱な）触覚センサ受容信号となるが、ここに人工汗を供給することで、本来ならば接触できない、例えば、窪みや溝のような部分に、人工汗が浸透し、人工汗が触覚情報を間接的にセンサ部品へと伝達し、センサ受容信号を明瞭化することができる。
【００１３】
例えば、紙（セルロース繊維）のような粗い表面で、高い吸湿性（または親水性）の接触相手面では、人工汗中の水分が繊維に浸透すると同時に、その接触面間のラプラス圧力を高くし摩擦係数を増加させ、人工汗中の水溶性化合物がその接触相手面の表面に吸着・保護し、摩耗を抑制することができる。
【００１４】
前記特性から、センサ部品が接触する対象物の高吸湿性（または親水性）と低吸湿性（または疎水性）の材料の差を、人工汗を用いることで、対象物表面での人工汗の吸着性または人工汗のぬれ性または人工汗膜の形成能力の差が、接触面間の摩擦の差となって、材料判別を容易にすることができる。
【００１５】
さらに、センサ部品と検出対象物間の人工汗の供給とその蒸発にともなう気化熱により、接触面間の摩擦熱を冷却することができる。
【００１６】
さらに、人工汗の基材成分の水溶性化合物に、消毒・殺菌性のある、例えば、エチルアルコール（エタノール）や酢酸など、を用いることで、センサ部品または接触する相手材表面を消毒・殺菌・清浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明については省略する。また、図面においては、寸法比率は説明のものとは必ずしも一致していない。
【００１８】
まず、簡単のため単純なセンサ部品の配置と人工汗を供給する回路と方法、人工汗の組成について説明する。
【００１９】
（人工汗供給方法）
図１に基づき、センサ部品の配置と人工汗の供給方法について説明する。人工汗の基材成分である水２、そしてもうひとつの人工汗の基材成分である少なくとも１種類の水溶性化合物３を入れ、人工汗容器の上流に設置されたポンプ（インクジェット式の場合は人工汗容器の下流に設置するのが好ましい）などの加圧装置１あるいは気化装置あるいは毛細管力による負圧による液送などによって、接触をともなうセンサ８表面またはセンサ部品材料９表面に、人工汗の基材成分２、３が人工汗７となって供給される。なお、人工汗容器は、各種水溶性化合物保存のため、複数あってもよい。
【００２０】
（人工汗容器）
人工汗容器は、水２に少なくとも１種の水溶性化合物３を予め０〜１００質量％の範囲内で設定した濃度の混合液を入れてもよく、この場合、人工汗容器は合計で少なくとも１個でよい。
【００２１】
（人工汗の供給量とタイミング）
人工汗の供給のタイミング（または供給量）については、センサ接触部表面に設置されたセンサ８またはセンサ部品内部に設置されたセンサ１０から検知される受容信号が、アンプ１１により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２、マイコンまたはパーソナルコンピュータ１３に送信される。
【００２２】
（センサ部品保護のための人工汗供給のためのループ信号制御・フィードバック信号制御）
コンピュータ１３によって、センサ８またはセンサ部品９が検出対象物との接触にともない発生するセンサ受容信号、例えば、圧力信号など、がセンサ８、１０またはセンサ部品９で高い摩擦を発生する、または損傷または摩耗するレベルの値、例えば、検知された受容信号の大きさ、周波数、信号波形など、に到達したとき、加圧装置１へインバータ制御またはＯＮ−ＯＦＦ制御、または制御バルブ４へバルブ開閉制御など、制御信号が送信され、センサ受容信号が安全な値に復帰するまで、ループまたはフィードバック制御される。
【００２３】
前記制御方法により、人工汗容器より、人工汗７中の水２と少なくとも１種の水溶性化合物３が、個別に複数の配管、または同一配管内へ送られ、人工汗中の固形異物除去のためのろ過フィルタ５を通過し、人工汗を供給する汗孔６へと導かれる。ただし、予め人工汗が十分ろ過されたものが人工汗容器にある場合は、ろ過フィルタ５はなくてもよい。
【００２４】
人工汗７が個別の配管で送られてくる場合、水２と少なくとも１種の水溶性化合物３が、汗孔６の空間で瞬間的に混ざり、センサ部品９またはセンサ８の隙間（またはセンサ内部を貫通する孔）を通過して、センサ部品９またはセンサ８表面へ人工汗７が供給される。
【００２５】
（センサ部品外部より人工汗が供給される場合）
センサ部品９の外部より人工汗７が供給される場合、人工汗基材成分である水２と少なくとも１種の水溶性化合物３は、バルブ４を通過した後、同一配管または個別の配管と前記汗孔６に相当する空間を通過し、センサ８またはセンサ部品９表面に供給される。このとき、孔工６部に噴霧ノズル等を付加するなど、人工汗７の供給状態を調整することが望ましい。
【００２６】
（汗孔の説明）
図２に示すように、汗孔６（ａとｂ）は、センサ部品９の内部または表面に配置し、個別に送られてくる人工汗基材成分の水２と少なくとも１種の水溶性化合物３が、汗孔６の空間汗孔（ｂ）の最大容積１０ｍｌの空間内で混合し、人工汗７としてセンサ部品９表面に汗孔６（ａ）より排出・供給される。このとき人工汗７は、気体、ミスト（噴霧）、液体のいずれかの状態でよく、また、汗孔６内に、親水性材料、例えば、親水性高分子ゲル／ゾル、親水性ファイバなど、を封入または導入してもよい。
【００２７】
図２のセンサ部品９材料が弾性体（エラストマー）の場合、検出対象物との接触の際に発生する圧力による圧迫により、人工汗７がセンサ部品９表面に排出・供給される。
【００２８】
（人工汗機能を有するセンサ部品の応用例）
人工汗機能を有するセンサ部品の応用例として、多指型ロボットハンドに装備されたセンサ部品９と、センサ（８、１０）の配置および人工汗供給孔の部分断面図を、図３に示す。後述の各種センサを装備可能であるロボットハンドの接触部分には、後述の各種センサ部品９材料が使用され、摩擦を調整するための人工汗の供給孔（汗孔６）が装備される。
【００２９】
（センサ部品表面の凹凸またはテクスチャ）
センサ部品９またはセンサ８の表面に人工汗溜まり（汗溝）や、人工汗による不要なすべりを防止するために、センサ部品９の表面に、ドット径またはライン幅が５０ｎｍ〜１０ｍｍで高さ１ｎｍ〜１０ｍｍの少なくとも１個のドットパターンおよび／またはラインパターンの凹凸を形成し、凹部または／および凸部の表面にある少なくとも１個の汗孔６から、人工汗７が分泌・供給される。このとき、汗孔６の孔径は１ｎｍ〜１０ｍｍであり、人工汗の各基材成分（２、３）が孔より別々または一緒に分泌・供給される。
【００３０】
図４平面図に示すように、ドットパターンは、例えば、四角形（ドットパターン１）、円形（ドットパターン２）、三角形、多角形、または不定形の突起または窪みである。
【００３１】
図４平面図に示すように、ラインパターンは、例えば、ストライプパターン１のように縞状、もしくは同心円状のストライプパターン２などの縞状の凹凸形状を形成する。
【００３２】
（人工汗の組成）
人工汗は、水２と、炭素原子に結合した少なくとも１個のヒドロキシル基を有する少なくとも１種の水溶性化合物３を、基材成分とし、水または水溶性化合物を０〜１００質量％の範囲内で濃度を変化させることで、摩擦係数を調整するためのものである。
【００３３】
（水溶性化合物の説明）
水溶性化合物３としては、水溶性かつ炭素原子に結合したＯＨ基を有する化合物であればよい。ここで言う炭素原子に結合したＯＨ基とは、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）やフェノール基等の複雑な官能基に含まれるものも含む概念である。
【００３４】
このような水溶性化合物３としては、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性の炭化水素類の他、水溶性アルコール類（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、アルカンジオール、エリスリトール、グリセリン、ポリグリセリン、キシリトール、ジグリセリン、ヘキサジオール、ヘキシトール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等）、ヒアルロン酸等）、カルボン酸類（例えば、酢酸等）、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性エステル類、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性エーテル類、炭素原子に結合したＯＨ基を有する水溶性ハロゲン化有機化合物等が挙げられる。これらの中でも、特に、水溶性アルコール類が好ましい。
【００３５】
（人工汗基材成分以外の添加剤）
人工汗機能をさらに改善する目的で、人工汗基材成分２，３中に基材成分以外の添加剤を加えてもよく、このとき添加剤濃度は１質量ｐｐｍ〜１０質量％の範囲内が望ましく、例えば、粒径１ｎｍ〜１００μｍの固体潤滑剤（フッ素系粒子、フッ素添加カーボンやアモルファスカーボンやグラファイトやＣ６０などの炭素粒子、二硫化モリブデン粒子等）を添加するなど好例である。この場合、図１のろ過フィルタ５のろ過精度は、粒径サイズよりも大きくしなくてはならない。
【００３６】
人工汗７は、検出対象物表面に残渣あるいは汚染しないものが望ましく、この場合、例えば、エタノールやメタノールなどが好例である。
【００３７】
高温環境または引火または発火してはならない使用環境では、人工汗の水溶性化合物は、例えば、エチレングリコールなどの難燃性の材料が好ましい。
【００３８】
（センサ部品の説明）
図１に示すセンサ部品９は、センサ検出対象物と直接接触をともなうセンサの保護膜またはセンサまたはセンサを内部に設けるセンサ周辺材料であり、無機材料（セメント、耐火物、磁性材料、金属の製錬加工物、ガラスなど）および／または有機材料（化学合成樹脂、高分子ゲルまたはゾル、ゴム、合成繊維、セルロースなど）である。
【００３９】
（センサの種類）
図１に示すセンサ８またはセンサ１０の種類は、人工汗を用いることが可能な物理センサまたは化学センサの全般で、例えば、力センサでは、圧力センサ、光学的圧力センサ、半導体圧力センサ、ＳＡＷフォースセンサ、ひずみセンサなど、また、光センサでは、例えば、光量センサ、超高速光センサ、ホトトランジスタ、フォトンセンサ、画像センサ、半導体イメージセンサ、色センサ、光の位相センサ、偏光応用のセンサなど、また、温度センサでは、接触式温度センサ、非接触式温度センサ、集電型温度センサ、ＳＡＷ型放射温度センサ、光ファイバ温度センサなど、また、速度センサでは、例えば、光ドップラー速度センサ、光集積化速度センサ、光ファイバジャイロスコープ、集積化加速度センサ、磁気型加速度センサ、流速または流量センサなど、化学物質センサでは、半導体ガスセンサ、固体電解質ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ、公害ガスモニタリングセンサ、非接触式ガスセンサ、レーザーガスセンサ、イオンセンサ、分子認識センサなど、バイオセンサでは、酵素センサ、分子素子、ＤＮＡチップなど、リアクター型バイオセンサ、などである。
【００４０】
（人工汗によるセンサ部品および検出対象物の表面の消毒・殺菌）
図１に示すセンサ部品９またはセンサ８と検出対象物との接触面または表面を消毒・殺菌するには、人工汗７の水溶性化合物３に、例えば、エタノールや酢酸などを使用し、特に、エタノール水溶液の場合、エタノール体積濃度を７０〜９０％（１５℃環境）の範囲内の人工汗７を供給するのが好ましい。
【００４１】
（人工汗によるセンサ部品および検出対象物の表面の清浄化）
図１に示すセンサ部品９またはセンサ８と検出対象物との接触面または表面を清浄化するには、水および／または炭素数１〜３個の水溶性化合物の人工汗が望ましく、このときの人工汗の供給量は１ｃｍ２当り１０ｍｌ／秒以下の流量で、かつ可能な限り高流量で供給（フラッシング）することが好ましい。
【実施例】
【実施例１〜７】
【００４２】
まず、水溶性化合物（ここではエタノール）の水中質量濃度を０〜１００質量％の範囲内で変化させた人工汗を、平滑な（表面粗さＲａ０．０１μｍ）かつ清浄なアクリル樹脂表面に滴下し、各濃度の人工汗の滴形をデジタル・マイクロスコープにより撮影し、その滴形から接触角（人工汗膜の形成能）を確認した。
【００４３】
さらに、図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサ（ひずみゲージ）と前記アクリル樹脂との接触表面に、前記水溶性化合物の人工汗を濃度別に定量（０．０６ｍｌ）供給し、定荷重下（０．２５Ｎ）かつ往復動（０〜０．０２ｍ／ｓ）の範囲内で摩擦係数を測定し、人工汗の有効性を確認した。
【００４４】
（比較例１）
人工汗を供給しない以外は、実施例１〜７同様にして摩擦係数を測定した。
【実施例８】
【００４５】
すべり接触面が紙（ＰＰＣ用紙、粗さＲａ２．３８μｍ）以外は、実施例１〜７同様にして摩擦実験を実施した。
【実施例９】
【００４６】
図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサに、人工汗を定量（０．０６ｍｌ）供給した場合とそうでない場合の、アクリル表面と紙（ＰＰＣ用紙）の差を、内部にある垂直に配置した２つのひずみゲージの信号で比較した。
【００４７】
（評価）
まず、アクリル表面において、エタノール濃度０〜１００質量％範囲内の人工汗の接触角測定結果を図６に示す。
【００４８】
図６に示されるように、人工汗中のエタノール濃度の上昇とともに水の接触角（表面張力）が、瞬時に低下することから、エタノール濃度を意図的に変化させることで、水の接触角を瞬時に調整できることが容易に理解できる。
【００４９】
これは、本発明の最も主要な特徴である人工汗の基材成分である水溶性化合物（ここではエタノール）中の官能基であるヒドロキシル基（ＯＨ基）が、もうひとつの基材成分の水分子と検出対象物（ここではアクリル表面）に吸着し、水の表面張力を弱め、結果として、水溶性化合物またはヒドロキシル基の濃度、すなわち、エタノール濃度の変化とともに、人工汗の膜形成能力を瞬時に変化・調整できることが理解できる。
【００５０】
表１に、実施例１〜７の接触角測定結果と摩擦実験結果を示す。
【表１】
【００５１】
図６に示された人工汗の接触角（膜形成能力あるいは吸着能力）の変化にともない、表１の結果に示すように、摩擦係数も変化させることが可能であることが理解できる。
【００５２】
図５に示されたシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサは、アクリル表面に対し摩擦係数でおおよそ１を越えると、時間の経過とともに、シリコーンゴムは破断し、内部のひずみセンサに大きな損傷を与えることがわかっている。
【００５３】
このようなセンサまたはセンサ部品または検出対象物にダメージを与えるようなセンサ受容信号を検知した際、適切な供給量または水溶性化合物濃度の人工汗が供給されれば、適切な摩擦係数に調整でき、センサまたはセンサ部品または検出対象物を保護できることが容易に理解できる。
【００５４】
図７に、実施例１〜７（人工汗あり）および比較例１（人工汗なし）に係わる摩擦係数と水中エタノール濃度の関係を示す。
【００５５】
図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサのアクリル表面との接触において、センサを保護するためには、図７の近似曲線より、おおよそ水溶性化合物（エタノール）濃度を２０質量％以上にしてやればよい。ただし、図５のようにロボットハンドの“握る”という機能においては、摩擦係数は低すぎても問題であり、できるだけ水溶性化合物（実施例ではエタノール）濃度は低い値に設定することが好ましい。
【００５６】
また、図７に示すように、水溶性化合物（エタノール）濃度の上昇とともに、摩擦係数の変動が小さくなる傾向も理解できる。
【００５７】
すなわち、接触面における吸着現象（スティクション現象）やスティック・スリップのように、センサまたはセンサ部品が検出対象物に吸着したり、離れたりする現象により、激しい振動が発生するため、このような条件下でのセンサ検出操作は、センサ受容信号をかく乱するなど、センサにとっては好ましくない。
【００５８】
このような課題に対しても、人工汗中の水溶性化合物濃度（実施例ではエタノール濃度）を調整することで、前記のはげしい振動を抑制し、安定した接触を実現することができる。
【００５９】
表１および図７に示される比較例１結果のように、人工汗がない場合は、人工汗を供給した場合（実施例１〜７）よりも高い摩擦係数を示すことがわかる。
【００６０】
図８に、実施例８の結果を示す。
【００６１】
図８に示されるように、図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサが紙（ＰＰＣ用紙）表面に接触した際、人工汗が水単体では接触の際に発生する紙（ＰＰＣ用紙）の摩耗を、人工汗中の水溶性化合物（ここではエタノール）が抑制することがわかる。
【００６２】
図９に、実施例９の結果を示す。
【００６３】
図９に示されるように、図５のシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサ内に垂直に配置された２つの触覚センサ（ひずみゲージＡとＢ）の受容信号のプロット座標位置において、従来技術のように人工汗がない場合、接触対象物のアクリル樹脂と紙（ＰＰＣ用紙）との判別が困難であることがわかる。
【００６４】
ここに、人工汗を供給することで、かつ水溶性化合物（ここではエタノール）濃度を高くすることで、センサＡ信号とセンサＢ信号のプロット座標位置において、接触対象物のアクリル樹脂と紙（ＰＰＣ用紙）を分離し、判別（識別）を容易にすることが理解できる。
【００６５】
これらの実施例１〜９の結果から、人工汗の基材成分の水と少なくとも１種の水溶性化合物（実施例ではエタノールを使用）の濃度を変化させる、および／または人工汗の供給の有無によって、センサまたはセンサ部品または検出対象物の摩擦をコントロールし、それらの材料を摩耗から保護、接触にともなうはげしい振動を抑制、接触対象物の判別を容易にする機能を理解できる。
【００６６】
おそらく、人工汗の基材成分の水分子によるメニスカス効果や分子吸着性と、もうひとつの基材成分である水溶性化合物の親水基（すなわちヒドロキシル基）の吸着性と水溶性化合物中の疎水基（または親油基）の吸着性と人工汗膜形成能力等が、センサまたはセンサ部品または検出対象物との摩擦係数をコントロールし、前記機能を発揮しているものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態を示す模式断面図である。
【図２】図２は、本発明の好適な実施形態を示す図１に続く模式斜視図および部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の好適な実施形態に係わる応用例（多指型ロボットハンド）の模式斜視図および部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の好適な実施形態を示す図２に続くセンサまたはセンサ部品表面の凹凸パターンに関する模式平面図である。
【図５】図５は、実施例１〜７に用いられたシリコーンゴム製ヒト指型触覚センサ（ひずみセンサ）の内部構成の斜視図である。
【図６】図６は、実施例１〜７に係わる人工汗（水とエタノール）の濃度別接触角の測定写真である。
【図７】図７は、実施例１〜７において摩擦係数と人工汗アルコール濃度の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例８において人工汗中のアルコール（エタノール）の有無を比較した実施後の紙表面の写真である。
【図９】図９は、実施例９においてヒト指型触覚センサ（図５）の２つのひずみセンサ（触覚センサ）信号出力を人工汗の有無または濃度別に比較したグラフである（人工汗なし、人工汗（水）、人工汗（エタノール５０質量％））。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・ポンプまたは加圧装置、２・・・人工汗（水）、３・・・水溶性化合物、４・・・バルブ、５・・・ろ過フィルタ、６・・・汗孔、７・・・人工汗、８・・・外部センサ、９・・・センサ部品（センサ周辺材料またはセンサ保護材料）、１０・・・内部センサ、１１・・・アンプ（センサ用増幅器）、１２・・・Ａ／Ｄコンバータ、１３・・・マイクロコンピュータまたはパーソナルコンピュータによるセンサ受容信号の情報処理、１４・・・人工汗の供給量調整のためのフィードバック制御信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサの検出対象物と接触をともなうセンサまたはセンサ保護膜またはセンサを内部に設けるセンサ周辺材料（以下、センサ部品という）の表面に、水と、炭素原子に結合した少なくとも１個のヒドロキシ基（ＯＨ基）を有する少なくとも１種の水溶性化合物（以下、水溶性化合物という）を、基材とする水溶性化合物の水中濃度を０〜１００質量％の範囲内で変化させた混合物（以下、人工汗という）を供給することにより、接触面間の摩擦をコントロールし、センサ受容信号の安定化、センサ部品の材料またはセンサ検出対象物の摩耗や損傷から保護する方法。
【請求項２】
前記方法を用い、人工汗を供給する機能を有する物理センサ（例えば、光、力、振動、音波、電波、温度、電気などの物理信号を検出するセンサ）または化学センサ（例えば、ガス、匂いなど種々の化学物質を検出するセンサ）。
【請求項３】
前記センサからの受容信号の値または波形をコンピュータで判別し、請求項１人工汗の加圧装置または送液装置または気化装置またはバルブ（例えば、流量調整弁または開閉弁など）へ、ループ制御またはフィードバック制御することで、請求項１記載の人工汗の濃度および／または供給量を単位面積１ｃｍ２当り０〜１０ｍｌ／秒の範囲内でコントロールし、請求項１方法と請求項２センサを用い、センサ部品と検出対象物との接触面の摩擦を調整する方法。
【請求項４】
請求項１記載の人工汗が、気体またはミスト（噴霧）または液体のいずれかの状態で、請求項１センサ部品の内部または外部より、請求項１センサ部品と検出対象物との接触面または表面に、請求項１、３のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項５】
請求項１記載の人工汗が、前記いずれかの状態で、重力滴下式または加圧装置（例えば、ポンプ、コンプレッサ、レーザー加熱式またはピエゾ素子加圧式などのインクジェット装置等）または毛細管力（メニスカス力）により発生する負圧により送液または自然気化式または加熱式気化装置によるガス拡散等により、請求項１センサ部品または検出対象物の接触面または表面に、請求項１、３、４のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項６】
請求項１、３〜５のいずれかの方法を用い、個別または同一配管で送られる請求項１記載の人工汗が、請求項１センサ部品材料内部に設置された配管径よりも大きな断面積をもつ球状または円筒状の最大空間容積１０ｍｌの空間（または隙間）で、請求項１記載の人工汗の基材成分を均一に混合し、請求項１、３〜５のいずれかの方法を用いて、人工汗を分泌・供給する方法。
【請求項７】
前記人工汗を混合する空間（または隙間）が、請求項１センサ部品材料の接触にともなう弾性変形によって圧迫され、請求項１、３〜６のいずれかの方法を用いて、請求項１人工汗を分泌・供給する方法。
【請求項８】
請求項１記載のセンサ部品の表面に、ドット径またはライン幅が５０ｎｍ〜１０ｍｍで、高さ１ｎｍ〜１０ｍｍの少なくとも１個のドット状および／またはライン状の凹凸を有し、凹部または／および凸部の表面にある人工汗の排出または供給孔（以下、汗孔という）から、請求項１人工汗が、請求項１、３〜７記載のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項９】
前記汗孔の孔径が直径１ｎｍ〜１０ｍｍで、請求項１記載の人工汗の各基材成分（水と少なくとも１種の水溶性化合物）が、汗孔より別々または一緒に、請求項１、３〜８記載のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項１０】
請求項１人工汗の水または水溶性化合物の混合比を０〜１００質量％の範囲内で変化させ、請求項１記載のセンサ部品または請求項２センサを用い、かつ請求項１、３〜９記載のいずれかの方法を用い、接触する材料固有の摩擦係数の差から、検出対象物の材料または物性、例えば、親水性と疎水性など、を判別する方法。
【請求項１１】
請求項１水溶性化合物に消毒・殺菌性の材料、例えば、エタノールや酢酸など、を用いることにより、請求項１センサ部品と検出対象物との接触面または表面を、請求項１、３〜９記載のいずれかの方法を用いて消毒・殺菌・清浄化する方法。
【請求項１】
センサの検出対象物と接触をともなうセンサまたはセンサ保護膜またはセンサを内部に設けるセンサ周辺材料（以下、センサ部品という）の表面に、水と、炭素原子に結合した少なくとも１個のヒドロキシ基（ＯＨ基）を有する少なくとも１種の水溶性化合物（以下、水溶性化合物という）を、基材とする水溶性化合物の水中濃度を０〜１００質量％の範囲内で変化させた混合物（以下、人工汗という）を供給することにより、接触面間の摩擦をコントロールし、センサ受容信号の安定化、センサ部品の材料またはセンサ検出対象物の摩耗や損傷から保護する方法。
【請求項２】
前記方法を用い、人工汗を供給する機能を有する物理センサ（例えば、光、力、振動、音波、電波、温度、電気などの物理信号を検出するセンサ）または化学センサ（例えば、ガス、匂いなど種々の化学物質を検出するセンサ）。
【請求項３】
前記センサからの受容信号の値または波形をコンピュータで判別し、請求項１人工汗の加圧装置または送液装置または気化装置またはバルブ（例えば、流量調整弁または開閉弁など）へ、ループ制御またはフィードバック制御することで、請求項１記載の人工汗の濃度および／または供給量を単位面積１ｃｍ２当り０〜１０ｍｌ／秒の範囲内でコントロールし、請求項１方法と請求項２センサを用い、センサ部品と検出対象物との接触面の摩擦を調整する方法。
【請求項４】
請求項１記載の人工汗が、気体またはミスト（噴霧）または液体のいずれかの状態で、請求項１センサ部品の内部または外部より、請求項１センサ部品と検出対象物との接触面または表面に、請求項１、３のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項５】
請求項１記載の人工汗が、前記いずれかの状態で、重力滴下式または加圧装置（例えば、ポンプ、コンプレッサ、レーザー加熱式またはピエゾ素子加圧式などのインクジェット装置等）または毛細管力（メニスカス力）により発生する負圧により送液または自然気化式または加熱式気化装置によるガス拡散等により、請求項１センサ部品または検出対象物の接触面または表面に、請求項１、３、４のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項６】
請求項１、３〜５のいずれかの方法を用い、個別または同一配管で送られる請求項１記載の人工汗が、請求項１センサ部品材料内部に設置された配管径よりも大きな断面積をもつ球状または円筒状の最大空間容積１０ｍｌの空間（または隙間）で、請求項１記載の人工汗の基材成分を均一に混合し、請求項１、３〜５のいずれかの方法を用いて、人工汗を分泌・供給する方法。
【請求項７】
前記人工汗を混合する空間（または隙間）が、請求項１センサ部品材料の接触にともなう弾性変形によって圧迫され、請求項１、３〜６のいずれかの方法を用いて、請求項１人工汗を分泌・供給する方法。
【請求項８】
請求項１記載のセンサ部品の表面に、ドット径またはライン幅が５０ｎｍ〜１０ｍｍで、高さ１ｎｍ〜１０ｍｍの少なくとも１個のドット状および／またはライン状の凹凸を有し、凹部または／および凸部の表面にある人工汗の排出または供給孔（以下、汗孔という）から、請求項１人工汗が、請求項１、３〜７記載のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項９】
前記汗孔の孔径が直径１ｎｍ〜１０ｍｍで、請求項１記載の人工汗の各基材成分（水と少なくとも１種の水溶性化合物）が、汗孔より別々または一緒に、請求項１、３〜８記載のいずれかの方法を用いて供給される方法。
【請求項１０】
請求項１人工汗の水または水溶性化合物の混合比を０〜１００質量％の範囲内で変化させ、請求項１記載のセンサ部品または請求項２センサを用い、かつ請求項１、３〜９記載のいずれかの方法を用い、接触する材料固有の摩擦係数の差から、検出対象物の材料または物性、例えば、親水性と疎水性など、を判別する方法。
【請求項１１】
請求項１水溶性化合物に消毒・殺菌性の材料、例えば、エタノールや酢酸など、を用いることにより、請求項１センサ部品と検出対象物との接触面または表面を、請求項１、３〜９記載のいずれかの方法を用いて消毒・殺菌・清浄化する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５３０２４（Ｐ２０１２−５３０２４Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１３５２（Ｐ２０１０−２１１３５２）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（３１００１８１０２）ＮＳＳＬ株式会社 (2)
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（３１００１８１０２）ＮＳＳＬ株式会社 (2)
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